功率转换装置的制作方法

本申请涉及有效地对电子元器件或发热构件进行散热的功率转换装置。

背景技术：

以往，存在如下技术：在冷却电解电容器的情况下，以沿着电解电容器外周的金属壳体的方式设置电容器收纳部，在该电容器收纳部的正下方配置冷却液流路来将电解电容器产生的热导热至电容器收纳部，并进一步从电容器收纳部向冷却液导热来进行冷却(例如，参照专利文献1)。此外，存在如下技术：在安装于电路基板的电子元器件与壳体间涂布散热脂，将电子元器件的发热导热至散热脂，并进一步导热至壳体来向空气中进行散热(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016－182031号公报

专利文献2：日本专利特开2014－187063号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献1中，电解电容器外周的金属壳体与电容器收纳部之间的间隙对冷却性能有较大影响。例如，由于组装尺寸公差导致在电解电容器的金属壳体与电容器收纳部之间产生空间，从而热阻增加，因此无法设为高效的冷却方法。

此外，专利文献2中，能在电子元器件与壳体之间涂布散热脂来抑制专利文献1中的热阻的增加，但从壳体起的散热路径只有空间，因此，即使使用热传导性较好的铝等壳体也无法设为高效的冷却方法。

此外，电子元器件与电路基板电连接且机械连接，此外，散热脂固化后电子元器件与壳体机械连接，因此，在这种连接状态下从外部受到振动的情况下，应力施加于各连接部位，导致电气布线的断线、机械性的固定部脱落等，有损可靠性。

本申请公开用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种功率转换装置，能高效地使电子元器件和发热构件散热，并能提高冷却性能。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的功率转换装置包括：支承各结构构件的壳体；固定在该壳体的凸部上、安装有电子元器件的基板；配置在所述壳体与基板之间的电容器；安装在所述壳体上、与电容器一起形成电路的多个半导体元件；将所述电容器和所述半导体元件连接至所述基板并供电的汇流条；以及设置在所述壳体的下表面、供冷却所述壳体的冷却液流过的冷却液流路，所述功率转换装置的特征在于，包括：第一热传导构件，该第一热传导构件具有沿所述壳体侧延长的散热部，在所述汇流条与所述壳体之间进行热耦合；第二热传导构件，该第二热传导构件在所述电容器与所述壳体之间进行热耦合；以及第三热传导构件，该第三热传导构件在所述半导体元件与所述壳体之间进行热耦合，对所述汇流条、所述基板、所述电容器和所述半导体元件分别进行冷却。

发明效果

根据本申请的功率转换装置，能高效地使电子元器件和发热构件散热，并能提高冷却性能。由此，可以期待电子元器件的长寿命化以及小型和高输出化。

附图说明

图1a是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的主视图。

图1b是图1a中的a-a线剖视图。

图1c是图1a中的b-b线剖视图。

图2a是示出实施方式1中的汇流条的形状的主视图。

图2b是图2a中的a-a线剖视图。

图2c是图2a中的b-b线剖视图。

图3是示出实施方式2所涉及的功率转换装置的剖视图。

图4是示出实施方式3所涉及的功率转换装置的剖视图。

图5是示出实施方式4所涉及的功率转换装置的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式进行说明。

实施方式1.

图1a是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的主视图，图1b是图1a中的a-a线剖视图，图1c是图1a中的b-b线剖视图。

图中，功率转换装置100构成为包括：支承各结构构件的壳体10；从该壳体10延伸到上方的凸部10a；固定在该凸部10a上、安装有电子元器件的基板20；将基板20固定在壳体10的凸部10a上的固定构件30；配置在壳体10与基板20之间的多个电容器40；以及安装在壳体10上、与电容器40一起形成功率转换装置100的电路的多个半导体元件50。此外，电容器40和半导体元件50连接有用于从未图示的直流电源供电的汇流条60。此外，在壳体10的下表面设有流过冷却液的冷却液流路70。

这里，作为壳体10的材料，基本上优选热传导性较好的铝，但根据需要也可以是具有同一功能的其它材料(例如，铜、不锈钢、合金)。

此外，基板20可以使用纸酚醛(xpc)、纸环氧(fr-3)、玻璃·复合(cem-3)、玻璃·环氧(fr-4)，可以根据连续使用温度、焊料耐热性、绝缘电阻、相对介电常数、介电正切等特性来分开使用。此外，基板20的两面可以仅具有布线图案，或者也可以几层都具有布线图案。特别地，基板20的布线图案的厚度为35μm、70μm、105μm多种。此外，基板20上配置有主要目的为电连接的通孔(也称为过孔)，但也可以作为热连接来使用，能通过在所需的位置配置所需的尺寸和数量来减少热阻，也能通过将热进行扩散来提高散热效果。

此外，将基板20固定于壳体10的固定构件30能使用各种金属和尺寸的螺钉，若能将两者固定，则也可以使用其它固定方法。

此外，电容器40一般使用铝电解电容器或使用了导电性高分子的电容器、或者由电解液和导电性高分子双方构成的混合的铝电解电容器或薄膜电容器等，但也可以使用其它容性的电子元器件。

此外，半导体元件50是在逆变器或转换器的功率电路中使用的开关元件，代表性的为igbt或mosfet。此外，半导体元件50通过焊接、电焊或螺钉紧固等连接至汇流条60。

另外，半导体元件50的使用个数根据逆变器或转换器的电路结构而发生各种变化。

接着，对使用了构成本申请的功率转换装置100的主要部分的汇流条60的冷却构造进行说明。

汇流条60连接至直流电源，因此，如图2所示，在正侧601与负侧602的2极结构中，在该2极间对汇流条60实施绝缘、或使用绝缘构件使该2极间彼此绝缘，以使得不发生短路(short)。上述汇流条60可以使用铜材，并通过冲压、切削、激光等加工方法的组合来加工成三维的立体，能形成为任意形状。另外，作为汇流条60的材料，也可以使用铝等导电性金属。

该汇流条60中，形成有将汇流条60的一部分沿壳体10的方向延伸而得到的散热部60a，在该散热部60a的下端与壳体10之间涂布有第一热传导构件81。这里，通过将汇流条60的散热部60a前端沿着壳体10的平面延长，从而能提高导热量。另外，连接至直流电源的汇流条60具有电位，因此，在与壳体10之间设定固定的空间距离，以确保绝缘性。

此外，作为第一热传导构件81，一般被称为tim(thermalinterfacematerial：热界面材料)，已知有片材状或油脂状等各种材料。片材状的可以根据尺寸、厚度、柔软度等用途分开使用，油脂状的可以基于是否是固化的类型、以及固化后的粘度、油泡等的影响来分开使用。作为材质，存在硅类、丙烯类、苯乙烯类等。

此外，在电容器40与壳体10之间涂布有第二热传导构件82。

与第一热传导构件81同样地，该第二热传导构件82可以根据形状、特性、用途分开使用油脂状的材料与片材状的材料，但在图1所示那样配置在多个电容器40与壳体10之间的情况下，例如可以是油脂状的材料、或柔软的具有弹性的片材状材料。

其原因在于，能吸收将基板20固定于壳体10时产生的组装尺寸公差，换言之，能吸收多个电容器40的表面与壳体10的平面间分别不同的距离。由此，能使电容器40到第二热传导构件82之间的热阻、以及第二热传导构件82与壳体10之间的热阻尽可能均匀化，即、能将多个电容器40的排热设为相同程度。

另外，在尺寸组装公差非常大的情况下，为了使片材状的第二热传导构件82与电容器40和壳体10紧密接触，不得不使片材厚度变大，其结果是较大的应力施加于一部分的电容器40，有可能将电容器40与基板20的连接断开，或者有可能使基板20的铜箔图案剥离、断线等。

在这种担忧较大的情况下，可以选择油脂状的材料来消除。此外，若选定油脂不完全固化的材料，则能在不影响冷却性能的范围内允许微小的位移，能期待可将来自外部的振动也吸收的效果。

此外，半导体元件50中，在自身的散热面与壳体10之间配置有第三热传导构件83。

与第一热传导构件81、第二热传导构件82同样地，该第三热传导构件83可以根据形状、特性、用途分开使用油脂状的材料与片材状的材料。

经由该第三热传导构件83能将半导体元件50的自行发热或从汇流条60传来的热导热至壳体10。

另外，对汇流条60的正侧601与负侧602分别设置第三热传导构件83，从而能使冷却性能均匀化。此外，在汇流条60的冷却性能有不平衡的情况下，也能增加冷却性能较低的极侧的散热部60a的数量来消除不平衡。

利用上述第一热传导构件81、第二热传导构件82和第三热传导构件83能将半导体元件50和电容器40产生的热分别传递至壳体10来散热，并且还能通过使冷却液流过与壳体10相邻设置的冷却液流路70来对壳体10整体进行冷却。作为冷却液，使用包含乙二醇的长寿防冻液(longlifecoolant：llc)，但也可以使用其它具有冷却功能的液体。

接着，使用图3对实施方式2进行说明。

图3是示出实施方式2所涉及的功率转换装置的剖视图。

图中，在汇流条60的散热部60a与壳体10的凸部10a的侧面之间配置有第一热传导构件81。其它结构与实施方式1相同，对相同或相当的部分标注相同标号并省略说明。

由此，通过在壳体10的凸部10a的侧面设置第一热传导构件81，从而能降低汇流条60与壳体10之间的热阻，能提高冷却性能。

接着，使用图4对实施方式3进行说明。

图4是示出实施方式3所涉及的功率转换装置的剖视图。

图中，第二热传导构件82浸入到基板20与壳体10之间的距离的1/2为止。其它结构与实施方式1相同，对相同或相当的部分标注相同标号并省略说明。

由此，通过在汇流条60的散热部60a的侧面、电容器40的侧面以及壳体10的凸部10a的侧面设置第二热传导构件82，从而能降低汇流条60及电容器40与壳体10之间的热阻，能进一步提高冷却性能。

另外，也可以设置第一热传导构件81来代替第二热传导构件82。

接着，对实施方式4进行说明。

图5是示出实施方式4所涉及的功率转换装置的剖视图。

图中，第二热传导构件82几乎全部浸入到基板20与壳体10之间。其它结构与实施方式3相同，对相同或相当的部分标注相同标号并省略说明。

由此，通过在汇流条60的散热部60a的侧面与电容器40的侧面和壳体10的凸部10a的侧面之间设置第二热传导构件82，从而能降低汇流条60及电容器40与壳体10之间的热阻，能进一步提高冷却性能。特别地，还具有如下优点：也能从与基板20平行的汇流条60的宽面进行散热。

另外，也可以设置第一热传导构件81来代替第二热传导构件82。

如上所述，根据本申请的实施方式，功率转换装置的冷却性能变高，因此，例如能抑制电容器40的温度上升(温度变化幅度)，能实现长寿命化。此外，通过减轻对于基板20或半导体元件50的温度压力，从而例如能提高基板20的焊接部的品质，能抑制半导体元件50的元器件的劣化，能长期确保可靠性。此外，能使作为散热器发挥作用的壳体10小型化、轻量化，也能有助于成本削减。

另外，本公开记载了例示的实施方式，但实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。

由此，可以认为未示例的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设包括对至少一个构成要素产生变形、增加或省略的情况。

工业上的实用性

本申请适用于车载用的功率转换装置，例如产品内部所生成的直流电源、或从产品外部提供的12v系统、24v系统或48v系统电池的直流电源等。

标号说明

10壳体

20基板

30固定构件

40电容器

50半导体元件

60汇流条

60a散热部

70冷却液流路

81第一热传导构件

82第二热传导构件

83第三热传导构件。