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JP7555261B2 - Electrical circuit and power conversion device - Google Patents
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Description

本発明は、電気回路体および電力変換装置に関する。 The present invention relates to an electric circuit and a power conversion device.

パワー半導体素子のスイッチングによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。パワー半導体素子は通電により発熱するため、パワー半導体素子を内蔵した装置には冷却部材が設けられている。冷却部材は、フィンベースと、このフィンベースに立設された複数のフィンと、を備え、フィンの間に冷媒を流通することによってパワー半導体素子を冷却する。 Power conversion devices that use switching of power semiconductor elements have high conversion efficiency and are therefore widely used in consumer, automotive, railway, and substation equipment. Power semiconductor elements generate heat when electricity is passed through them, so devices incorporating power semiconductor elements are provided with a cooling member. The cooling member includes a fin base and multiple fins erected on the fin base, and cools the power semiconductor elements by circulating a coolant between the fins.

特許文献1には、トランスファーモールド工程で封止部材が封止される半導体装置において、フィンの厚さ方向に貫通するスリットを形成し、成形金型には、スリットに対応する位置に衝立部を設けて、成形時の圧力に対して衝立部でフィンベースの変形を抑える技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technology in which, in a semiconductor device in which a sealing member is sealed in a transfer molding process, a slit is formed through the fin in the thickness direction, and a partition is provided in the molding die at a position corresponding to the slit, so that the partition suppresses deformation of the fin base due to pressure during molding.

国際公開WO2013/114647号公報International Publication No. WO2013/114647

特許文献1に記載された装置は、フィンベースのスリット部分にはフィンが形成できないため、放熱性が低下する課題があった。 The device described in Patent Document 1 had the problem that heat dissipation was reduced because fins could not be formed in the slits of the fin base.

本発明による電気回路体は、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と接合される導体板と、前記導体板を挟んで前記パワー半導体素子と対向して配置される冷却部材と、前記導体板と前記冷却部材との間に挟まれて前記導体板に接着又は接合されるシート部材と、前記パワー半導体素子と前記導体板と前記シート部材と前記冷却部材とを封止する封止部材と、を備えた電気回路体であって、前記冷却部材は、一方面が前記封止部材から露出する所定厚さのフィンベースと、前記フィンベースの前記一方面上において立設する複数のフィンと、前記フィンベースの外周において前記封止部材に覆われる端部と、を備え、前記複数のフィンは、前記フィンベースの前記導体板と対向する導体板領域と前記導体板領域の外周の外周領域との境界上又は前記境界に隣接してそれぞれ配置された複数の境界フィンを含み、前記外周領域に配置されたフィン同士の間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下であり、前記境界フィン同士の間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下であり、かつ、前記複数のフィンのうち前記導体板領域内に配置されて前記境界フィンを除いた各フィン同士の間隔よりも狭い The electric circuit body according to the present invention is an electric circuit body including a power semiconductor element, a conductor plate joined to the power semiconductor element, a cooling member arranged to face the power semiconductor element with the conductor plate interposed therebetween, a sheet member sandwiched between the conductor plate and the cooling member and adhered or joined to the conductor plate, and a sealing member that seals the power semiconductor element, the conductor plate, the sheet member, and the cooling member, wherein the cooling member includes a fin base having a predetermined thickness and one surface of which is exposed from the sealing member, a plurality of fins standing on the one surface of the fin base, and and an end portion covered by the sealing material at the outer periphery of the fin base, the multiple fins including multiple boundary fins each arranged on or adjacent to the boundary between a conductor plate region of the fin base facing the conductor plate and an outer periphery region of the conductor plate region, the spacing between the fins arranged in the outer periphery region being no more than twice the thickness of the fin base, the spacing between the boundary fins being no more than twice the thickness of the fin base, and narrower than the spacing between each fin of the multiple fins arranged within the conductor plate region excluding the boundary fins .

本発明によれば、フィンベースがフィン以外のスリットなどに占有されることを回避し、放熱性が低下することなくフィンベースの変形を抑えることができる。 The present invention prevents the fin base from being occupied by slits or other parts other than the fins, and suppresses deformation of the fin base without reducing heat dissipation.

電気回路体の平面図である。FIG. 電気回路体のX-X線の断面図である。2 is a cross-sectional view of the electric circuit body taken along line XX. 電気回路体のY-Y線の断面図である。4 is a cross-sectional view of the electric circuit body taken along line YY. パワーモジュールの断面斜視図である。FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a power module. (a)~(c)電気回路体の製造方法を示す断面図である。5A to 5C are cross-sectional views showing a method for manufacturing an electric circuit body. (d)~(f)電気回路体の製造方法を示す断面図である。5(d) to 5(f) are cross-sectional views showing a method for manufacturing an electric circuit body. (a)(b)トランスファーモールド工程における拡大図である。1A and 1B are enlarged views of the transfer molding process. (a)(b)フィンの間隔とフィンベースの厚さとの関係を説明する図である。13A and 13B are diagrams illustrating the relationship between the spacing between fins and the thickness of the fin base. 断面形状が長方形のフィンが立設されたフィンベースの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a fin base on which fins having a rectangular cross-sectional shape are provided. 断面形状が円形のフィンが立設されたフィンベースの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a fin base on which fins having a circular cross-sectional shape are provided in an upright manner. 断面形状が円形のフィンが境界上に立設されたフィンベースの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a fin base on which fins having a circular cross-sectional shape are erected on the boundary. フィンが立設されたフィンベースの平面図を部分拡大した図である。FIG. 2 is a partially enlarged plan view of a fin base on which fins are provided. パワーモジュールの半透過平面図である。FIG. 2 is a semi-transparent plan view of the power module. パワーモジュールの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a power module. 電気回路体を用いた電力変換装置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a power conversion device using an electric circuit body. 電力変換装置の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of the power conversion device. 電力変換装置の断面斜視図である。FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the power conversion device.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and some parts have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.

図1は、電気回路体400の平面図、図2は、電気回路体400の図1に示すX-X線の断面図である。図3は、電気回路体400の図1に示すY-Y線の断面図である。
図1に示すように、電気回路体400は、3個のパワーモジュール300と冷却部材340よりなる。パワーモジュール300は、パワー半導体素子を用い直流電流と交流電流とを変換する機能があり、通電により発熱する。このため、冷却部材340の中に冷媒を流通して冷却する構造としている。冷媒には、水や水にエチレングリコールを混入した不凍液等を用いる。なお、冷却部材340は、ピン状の複数のフィンが冷却部材340のフィンベースに立設されている。冷却部材340は、熱伝導率が高く軽量なアルミ系が望ましい。冷却部材340は、押し出し成型や、鍛造、ろう付け等で作製する。
Fig. 1 is a plan view of the electric circuit body 400, and Fig. 2 is a cross-sectional view of the electric circuit body 400 taken along line XX shown in Fig. 1. Fig. 3 is a cross-sectional view of the electric circuit body 400 taken along line YY shown in Fig. 1.
As shown in FIG. 1, the electric circuit body 400 is composed of three power modules 300 and a cooling member 340. The power module 300 has a function of converting DC current and AC current using power semiconductor elements, and generates heat when electricity is passed through it. For this reason, the cooling member 340 is structured to be cooled by circulating a coolant through it. The coolant used is water or an antifreeze solution in which ethylene glycol is mixed with water. The cooling member 340 has a plurality of pin-shaped fins erected on the fin base of the cooling member 340. The cooling member 340 is preferably made of aluminum, which has high thermal conductivity and is lightweight. The cooling member 340 is manufactured by extrusion molding, forging, brazing, or the like.

パワーモジュール300は、一方側に、直流回路のコンデンサモジュール500(後述の図15参照)に連結する正極側端子315Bおよび負極側端子319Bを備えている。正極側端子315Bおよび負極側端子319Bの他方側には、交流回路のモータジェネレータ192、194(後述の図15参照)に連結する交流側端子320B等の大電流が流れるパワー端子を備えている。また、他方側には、下アームゲート信号端子325L、ミラーエミッタ信号端子325M、ケルビンエミッタ信号端子325K、上アームゲート信号端子325U等のパワーモジュール300の制御に用いる信号端子等を備えている。 The power module 300 has a positive terminal 315B and a negative terminal 319B on one side that are connected to the capacitor module 500 of the DC circuit (see FIG. 15 described later). The other side of the positive terminal 315B and the negative terminal 319B has power terminals through which a large current flows, such as the AC terminal 320B that is connected to the motor generators 192, 194 of the AC circuit (see FIG. 15 described later). The other side also has signal terminals used to control the power module 300, such as the lower arm gate signal terminal 325L, the mirror emitter signal terminal 325M, the Kelvin emitter signal terminal 325K, and the upper arm gate signal terminal 325U.

図2に示すように、上アーム回路を形成する第1パワー半導体素子として、能動素子155、ダイオード156を備える。能動素子155を構成する半導体材料としては、例えばSi、SiC、GaN、GaO、C等を用いることができる。能動素子155のボディダイオードを用いる場合は、ダイオード156を省略してもよい。能動素子155のコレクタ側およびダイオード156のカソード側は、第2導体板431に接合されている。能動素子155のエミッタ側およびダイオード156のアノード側には第1導体板430が接合されている。これらの接合には、はんだを用いてもよいし、焼結金属を用いてもよい。また、第1導体板430、第2導体板431は、電気伝導性と熱伝導率が高い材料であれば特に限定されないが、銅系又はアルミ系材料が望ましい。これらは、単独で用いてもよいが、はんだや、焼結金属との接合性を高めるためNiやAg等のめっきを施してもよい。 2, the active element 155 and the diode 156 are provided as the first power semiconductor element forming the upper arm circuit. Examples of the semiconductor material constituting the active element 155 include Si, SiC, GaN, GaO, and C. When the body diode of the active element 155 is used, the diode 156 may be omitted. The collector side of the active element 155 and the cathode side of the diode 156 are joined to the second conductor plate 431. The emitter side of the active element 155 and the anode side of the diode 156 are joined to the first conductor plate 430. Solder or sintered metal may be used for these connections. The first conductor plate 430 and the second conductor plate 431 are not particularly limited as long as they have high electrical conductivity and thermal conductivity, but copper-based or aluminum-based materials are preferable. These may be used alone, or may be plated with Ni, Ag, or the like to improve the bonding with the solder or sintered metal.

第1導体板430には、第1シート部材440を介して冷却部材340が密着される。第1シート部材440は、樹脂絶縁層と金属箔とを積層して構成される。第1シート部材440と冷却部材340との間には図示省略した熱伝導部材を設け、第1シート部材440の金属箔側が熱伝導部材に密着される。熱伝導部材は、熱伝導率が高い材料であれば特に限定されないが、金属、セラミックス、炭素系材料等の高熱伝導材料を樹脂材料と組み合わせて用いることが好ましい。 The cooling member 340 is in close contact with the first conductive plate 430 via the first sheet member 440. The first sheet member 440 is formed by laminating a resin insulating layer and a metal foil. A heat conductive member (not shown) is provided between the first sheet member 440 and the cooling member 340, and the metal foil side of the first sheet member 440 is in close contact with the heat conductive member. The heat conductive member is not particularly limited as long as it is a material with high thermal conductivity, but it is preferable to use a highly heat conductive material such as a metal, ceramic, or carbon-based material in combination with a resin material.

第2導体板431には、第2シート部材441を介して冷却部材340が密着される。第2シート部材441は、樹脂絶縁層と金属箔とを積層して構成される。第2シート部材441と冷却部材340との間には熱伝導部材を設け、第2シート部材441の金属箔側が熱伝導部材に密着される。なお、放熱性の観点から、冷却部材340の幅はシート部材440、441の幅より広いことが望ましい。 The cooling member 340 is closely attached to the second conductive plate 431 via the second sheet member 441. The second sheet member 441 is formed by laminating a resin insulating layer and a metal foil. A thermally conductive member is provided between the second sheet member 441 and the cooling member 340, and the metal foil side of the second sheet member 441 is closely attached to the thermally conductive member. From the viewpoint of heat dissipation, it is desirable that the width of the cooling member 340 is wider than the widths of the sheet members 440 and 441.

シート部材440、441は、導体板430、431と冷却部材340との間に挟まれて導体板430、431に接着又は接合される。パワー半導体素子155、156と導体板430、431とシート部材440、441と冷却部材340は一体的にトランスファーモールド工程により封止部材360で封止されて電気回路体400を構成する。 The sheet members 440, 441 are sandwiched between the conductive plates 430, 431 and the cooling member 340 and are adhered or joined to the conductive plates 430, 431. The power semiconductor elements 155, 156, the conductive plates 430, 431, the sheet members 440, 441, and the cooling member 340 are integrally sealed with the sealing member 360 by a transfer molding process to form the electric circuit body 400.

冷却部材340は、導体板430、431を挟んでパワー半導体素子155、156と対向して配置される。冷却部材340は、一方面が封止部材360から露出する所定厚さのフィンベース371と、フィンベース371の一方面上において立設する複数のフィン370とを備える。フィンベース371の端部は、フィンベース371の外周において封止部材360に覆われる。詳細は後述するが、冷却部材340の導体板430、431と対向する導体板領域S1(図7(a)参照)と導体板領域S1の外周の外周領域S2(図7(a)参照)において、外周領域S2に配置されたフィン370同士の間隔は、フィンベース371の厚さの2倍以下である。 The cooling member 340 is disposed facing the power semiconductor elements 155, 156 with the conductor plates 430, 431 interposed therebetween. The cooling member 340 includes a fin base 371 of a predetermined thickness, one side of which is exposed from the sealing member 360, and a plurality of fins 370 erected on one side of the fin base 371. The end of the fin base 371 is covered by the sealing member 360 on the outer periphery of the fin base 371. As will be described in detail later, in the conductor plate region S1 (see FIG. 7(a)) facing the conductor plates 430, 431 of the cooling member 340 and the outer periphery region S2 (see FIG. 7(a)) on the outer periphery of the conductor plate region S1, the distance between the fins 370 disposed in the outer periphery region S2 is less than twice the thickness of the fin base 371.

図3に示すように、第1導体板430、第2導体板431、第3導体板432、第4導体板433は、電流を通電する役割の他に、第1パワー半導体素子155、156、第2パワー半導体素子157、158が発する熱を冷却部材340に伝熱する伝熱部材としての役割を果たしている。各導体板430、431、432、433と冷却部材340とは電位が異なるため、図2に示すように、各導体板430、431、432、433と冷却部材340との間にシート部材440、441を介する。なお、第1パワー半導体素子155、156、第2パワー半導体素子157、158を単にパワー半導体素子159と称する場合がある。 3, the first conductor plate 430, the second conductor plate 431, the third conductor plate 432, and the fourth conductor plate 433, in addition to carrying current, also serve as heat transfer members that transfer heat generated by the first power semiconductor elements 155, 156 and the second power semiconductor elements 157, 158 to the cooling member 340. Since the conductor plates 430, 431, 432, 433 have different potentials from the cooling member 340, as shown in FIG. 2, sheet members 440, 441 are interposed between the conductor plates 430, 431, 432, 433 and the cooling member 340. The first power semiconductor elements 155, 156 and the second power semiconductor elements 157, 158 may be simply referred to as power semiconductor elements 159.

シート部材440、441は、冷却部材340及び導体板430、431、432、433と接着性を有するものであれば特に限定されないが、粉末状の無機充填剤を分散したエポキシ樹脂系樹脂絶縁層が望ましい。これは、接着性と放熱性のバランスが良いためである。 The sheet members 440 and 441 are not particularly limited as long as they are adhesive to the cooling member 340 and the conductive plates 430, 431, 432, and 433, but an epoxy resin-based resin insulating layer with powdered inorganic filler dispersed therein is preferable. This is because it provides a good balance between adhesion and heat dissipation.

導体板430、431、432、433は、電気伝導性が高く、熱伝導率が高い材料が望ましく、銅やアルミ等の金属系材料や、金属系材料と高熱伝導率のダイヤモンド、カーボンやセラミック等の複合材料等を用いることもできる。 The conductive plates 430, 431, 432, and 433 are preferably made of a material with high electrical conductivity and high thermal conductivity, and may be made of metal materials such as copper or aluminum, or composite materials of metal materials and high thermal conductivity materials such as diamond, carbon, or ceramic.

図4は、図1に示すX-X線におけるパワーモジュール300の断面斜視図である。図4に示すように、第1シート部材440の端部およびフィンベース371の端部は、封止部材360によって覆われている。第1導体板430の表面と重なる第1シート部材440は放熱面である。第1シート部材440の放熱面上に冷却部材340を密着して、冷却部材340との間の密着性を確保し、放熱性が損なわれないようにする。 Figure 4 is a cross-sectional perspective view of the power module 300 taken along line X-X shown in Figure 1. As shown in Figure 4, the end of the first sheet member 440 and the end of the fin base 371 are covered with a sealing member 360. The first sheet member 440 overlapping the surface of the first conductive plate 430 is the heat dissipation surface. The cooling member 340 is tightly attached to the heat dissipation surface of the first sheet member 440 to ensure close contact with the cooling member 340 and to prevent loss of heat dissipation.

冷却部材340は、熱伝導率が高く軽量なアルミ系が望ましい。押し出し成型や、鍛造、ろう付け等で作製する。冷却部材340はフィンベース371に図示していないシール部材を介して接着及び水密構造を形成している。フィンベース371の外周部には、トランスファーモールドの樹脂漏れを防止する薄肉部374を有し、ここがトランスファーモールド成型時に変形することで、厚さばらつきを吸収しつつ、トランスファーモールドの樹脂漏れを防止している。 The cooling member 340 is preferably made of aluminum, which has high thermal conductivity and is lightweight. It is manufactured by extrusion molding, forging, brazing, etc. The cooling member 340 is bonded to the fin base 371 via a sealing member (not shown) to form a watertight structure. The outer periphery of the fin base 371 has a thin-walled portion 374 that prevents resin leakage from the transfer mold, and this portion deforms during transfer molding, absorbing thickness variations while preventing resin leakage from the transfer mold.

図5(a)~(c)、図6(d)~(f)は、電気回路体400の製造方法を示す断面図である。図5(a)~(c)、図6(d)は、図1に示すY-Y線における1パワーモジュール分の断面図、図6(e)~(f)は、図1に示すX-X線における1パワーモジュール分の断面図を示す。 Figures 5(a)-(c) and 6(d)-(f) are cross-sectional views showing a manufacturing method for the electric circuit body 400. Figures 5(a)-(c) and 6(d) are cross-sectional views of one power module taken along line Y-Y in Figure 1, and Figures 6(e)-(f) are cross-sectional views of one power module taken along line X-X in Figure 1.

図5(a)は、はんだ接続工程及びワイヤボンディング工程を示す図である。第2導体板431に、第1パワー半導体素子である能動素子155のコレクタ側を接続する。第1導体板430に能動素子155のエミッタ側を接続する。同様に、第4導体板433に、第2パワー半導体素子である能動素子157のコレクタ側を接続する。第3導体板432に能動素子157のエミッタ側を接続する。このようにして、回路体310を形成する。そして、回路体310の一方の面に、第1シート部材440、フィン370を備えたフィンベース371を、回路体310の他方の面に、第2シート部材441、フィン370を備えたフィンベース371を配置して、組み立て体311を設ける。 Figure 5 (a) is a diagram showing the solder connection process and the wire bonding process. The collector side of the active element 155, which is the first power semiconductor element, is connected to the second conductor plate 431. The emitter side of the active element 155 is connected to the first conductor plate 430. Similarly, the collector side of the active element 157, which is the second power semiconductor element, is connected to the fourth conductor plate 433. The emitter side of the active element 157 is connected to the third conductor plate 432. In this way, the circuit body 310 is formed. Then, the first sheet member 440 and the fin base 371 equipped with the fins 370 are arranged on one side of the circuit body 310, and the second sheet member 441 and the fin base 371 equipped with the fins 370 are arranged on the other side of the circuit body 310, to provide the assembly 311.

図5(b)~図5(c)は、トランスファーモールド工程を示す図である。
図5(b)に示すように、トランスファーモールド装置601は、バネ機構602を備える。シート部材440、441等を金型に真空吸着するための真空脱気機構等は図示省略している。予め175℃の恒温状態に加熱した金型内に、あらかじめ175℃に予熱した組み立て体311を金型内に設置する。
5(b) to 5(c) are diagrams showing the transfer molding process.
5B, the transfer molding device 601 includes a spring mechanism 602. A vacuum degassing mechanism for vacuum-adsorbing the sheet members 440, 441, etc. to the mold is omitted from the illustration. The assembly 311, which has been preheated to 175° C., is placed in the mold, which has been preheated to a constant temperature of 175° C.

次に、図5(c)に示すように、金型を閉じて、封止部材360を金型キャビティに注入する。この時、フィンベース371の外周に設けた薄肉部374が金型で変形し、組み立て体311の厚さのばらつきを吸収し、また、封止部材360がフィン370側に流入するのを防止する蓋となる。また、金型を閉じた際に、フィン370の先端はバネ機構602により加圧され、この加圧はトランスファーモールド成型時における封止部材360の注入圧力より大きい。金型内の加熱に、バネ機構602による加圧力が加わることで、シート部材440、441は硬化反応が進行し、シート部材440、441はフィンベース371と導体板430、431、432、433に接着する。しかし、トランスファーモールド成型時における封止部材360の注入圧力でフィンベース371が変形する可能性がある。本実施形態では、後述するように、フィンベース371の変形を抑制する。 Next, as shown in FIG. 5(c), the mold is closed and the sealing member 360 is injected into the mold cavity. At this time, the thin-walled portion 374 provided on the outer periphery of the fin base 371 is deformed by the mold, absorbing the variation in thickness of the assembly 311 and also serving as a lid to prevent the sealing member 360 from flowing into the fin 370 side. When the mold is closed, the tip of the fin 370 is pressurized by the spring mechanism 602, and this pressure is greater than the injection pressure of the sealing member 360 during transfer molding. The heating in the mold and the pressure force of the spring mechanism 602 are added to the pressure force, and the sheet members 440 and 441 undergo a hardening reaction, and the sheet members 440 and 441 are bonded to the fin base 371 and the conductor plates 430, 431, 432, and 433. However, the fin base 371 may be deformed by the injection pressure of the sealing member 360 during transfer molding. In this embodiment, as described below, deformation of the fin base 371 is suppressed.

図6(d)は、硬化工程を示す図である。トランスファーモールド装置601から封止部材360で封止したパワーモジュール300を取り出し、常温で冷却し、2時間以上の硬化を行う。 Figure 6 (d) shows the curing process. The power module 300 sealed with the sealing member 360 is removed from the transfer molding device 601, cooled to room temperature, and cured for at least two hours.

図6(e)は、冷却部材340の設置工程を示す図である。フィンベース371の周囲にシール部材372を配置し、蓋373をフィンベース371に接着して冷却部材340とする。 Figure 6 (e) is a diagram showing the installation process of the cooling member 340. A sealing member 372 is placed around the fin base 371, and a lid 373 is attached to the fin base 371 to form the cooling member 340.

図6(f)は、以上の工程により製造された電気回路体400を示す図である。このようにして、パワーモジュール300の両面に冷却部材340が設置されて電気回路体400が製造される。 Figure 6(f) shows the electric circuit body 400 manufactured by the above process. In this way, the cooling members 340 are installed on both sides of the power module 300, and the electric circuit body 400 is manufactured.

図7は、トランスファーモールド工程における図5(c)の点線部分Hの拡大図である。図7(a)は、本実施形態を示し、図7(b)は、本実施形態を適用しない比較例を示す。 Figure 7 is an enlarged view of the dotted line portion H in Figure 5(c) during the transfer molding process. Figure 7(a) shows this embodiment, and Figure 7(b) shows a comparative example in which this embodiment is not applied.

図7(a)は、トランスファーモールド工程であり、金型を閉じてバネ機構602による加圧力Pが加わっている。そして、バネ機構602によりフィン370先端にも加圧力Pが加わる。また、封止部材360が注入されている状態では、注入圧力Qが静水圧としてフィンベース371と導体板432に加わる。バネ機構602による加圧力Pの方が注入圧力Qより大きくなるよう設定しているため、シート部材440は、フィンベース371と導体板432の間で加熱、加圧され接着する。本実施形態では、詳細は後述するように、フィンベース371の導体板432と対向する導体板領域S1と導体板領域S1の外周の外周領域S2において、外周領域S2に配置されたフィン370同士の間隔は、フィンベース371の厚さの2倍以下にする。これにより、フィンベース371の変形を抑制する。 7A shows the transfer molding process, in which the mold is closed and pressure P is applied by the spring mechanism 602. The spring mechanism 602 also applies pressure P to the tip of the fin 370. In addition, when the sealing member 360 is injected, the injection pressure Q is applied to the fin base 371 and the conductor plate 432 as hydrostatic pressure. Since the pressure P by the spring mechanism 602 is set to be greater than the injection pressure Q, the sheet member 440 is heated and pressurized between the fin base 371 and the conductor plate 432 and adhered. In this embodiment, as will be described in detail later, in the conductor plate region S1 facing the conductor plate 432 of the fin base 371 and the peripheral region S2 on the periphery of the conductor plate region S1, the distance between the fins 370 arranged in the peripheral region S2 is set to be less than twice the thickness of the fin base 371. This suppresses deformation of the fin base 371.

図7(b)に示す比較例では、フィン370の間隔が大きく、フィンベース371の厚さが薄い場合、注入圧力Qによりフィン370とフィン370との間でフィンベース371の変形Rが生じる。この場合、導体板432の端部で、フィンベース371がシート部材440から離れるため、シート部材440の接着が不良になる。フィンベース371の変形Rが生じた部位には、封止部材360が侵入するが、封止部材360は、金型への樹脂バリを抑制するため20μm以下の隙間には侵入しない。その結果、フィンベース371の変形量により導体板432の端部でシート部材440に空気層を持つ剥離が生じる場合があり、この場合は電気回路体400の絶縁性・放熱性が低下する。 In the comparative example shown in FIG. 7B, when the spacing between the fins 370 is large and the thickness of the fin base 371 is thin, the injection pressure Q causes deformation R of the fin base 371 between the fins 370. In this case, the fin base 371 separates from the sheet member 440 at the end of the conductor plate 432, resulting in poor adhesion of the sheet member 440. The sealing member 360 penetrates into the area where deformation R of the fin base 371 occurs, but the sealing member 360 does not penetrate into gaps of 20 μm or less to suppress resin burrs on the mold. As a result, peeling with an air layer may occur in the sheet member 440 at the end of the conductor plate 432 due to the amount of deformation of the fin base 371, in which case the insulation and heat dissipation of the electric circuit body 400 is reduced.

図8(a)、図8(b)は、フィン370の間隔とフィンベース371の厚さとの関係を説明する図である。フィン370とフィン370との間の距離(間隔)をD、フィン370とフィン370との間のフィンベース371の厚さをTとする。
図8(a)は、D≦2Tの場合を示す。バネ機構602による加圧力Pは、まず、フィン370の先端に加わる。この加圧力Pは、フィンベース371の厚さTを点線tで示すようにおよそ45度の角度で広がる。D≦2Tの関係を満足する場合、フィンベース371の裏面の全域は、バネ機構602の加圧力Pにより面圧が高い領域P1となる。
8(a) and 8(b) are diagrams for explaining the relationship between the spacing of the fins 370 and the thickness of the fin base 371. The distance (spacing) between the fins 370 is D, and the thickness of the fin base 371 between the fins 370 is T.
8A shows the case where D≦2T. The pressure force P from the spring mechanism 602 is first applied to the tip of the fin 370. This pressure force P spreads at an angle of approximately 45 degrees across the thickness T of the fin base 371, as shown by the dotted line t. When the relationship D≦2T is satisfied, the entire back surface of the fin base 371 becomes an area P1 where the surface pressure is high due to the pressure force P of the spring mechanism 602.

図8(b)は、D>2Tの場合を示す。フィンベース371の裏面には、バネ機構602による加圧力Pによりフィンベース371の厚さTを点線tで示すようにおよそ45度の角度で広がる。この結果、フィンベース371の厚さTが薄い場合や、間隔Dが大きい場合は、面圧が高い領域P1と、面圧が低い領域P2が形成される。面圧が低い領域P2では、トランスファーモールド工程での注入圧力Qに対抗できないため、フィンベース371に変形が生じる。このような原理から、トランスファーモールド工程において、フィン370の先端を金型で支持する場合、フィンベース371の変形を抑制するには、D≦2Tの関係を満足する必要があることが解明された。なお、この関係は、フィン370を設けた全ての領域で満たす必要はない。 8B shows the case where D>2T. On the back surface of the fin base 371, the pressure P from the spring mechanism 602 causes the thickness T of the fin base 371 to expand at an angle of approximately 45 degrees as shown by the dotted line t. As a result, when the thickness T of the fin base 371 is thin or the distance D is large, a region P1 with high surface pressure and a region P2 with low surface pressure are formed. The region P2 with low surface pressure cannot withstand the injection pressure Q in the transfer molding process, so deformation of the fin base 371 occurs. From this principle, it has been clarified that when the tip of the fin 370 is supported by a mold in the transfer molding process, the relationship D≦2T must be satisfied in order to suppress deformation of the fin base 371. Note that this relationship does not need to be satisfied in all areas where the fin 370 is provided.

図9は、フィン370が立設されたフィンベース371の平面図である。この図では、フィン370の断面形状が長方形の場合を例に説明する。
フィンベース371の導体板と対向する導体板領域S1では、フィン370の距離(間隔)Dとフィンベース371の厚さTは、D≦2Tの関係を満足しなくてもよく、パワー半導体素子159の放熱に必要なフィン370を適宜配列すればよい。一方、導体板領域S1の外周の外周領域S2には、トランスファーモールド工程の注入圧力Qが封止部材360を介してフィンベース371に加わる。このため、D≦2Tの関係を満たすように、すなわち、外周領域S2に配置されたフィン370同士の間隔d1は、フィンベース371の厚さの2倍以下にする。これにより、フィンベース371の変形を抑制することにより、シート部材440の剥離を防止し、電気回路体400の絶縁性・放熱性を良好に保っている。
9 is a plan view of a fin base 371 on which fins 370 are provided. In this figure, a case where the cross-sectional shape of fins 370 is rectangular will be described as an example.
In the conductor plate region S1 facing the conductor plate of the fin base 371, the distance (spacing) D of the fins 370 and the thickness T of the fin base 371 do not need to satisfy the relationship D≦2T, and the fins 370 necessary for heat dissipation of the power semiconductor element 159 may be appropriately arranged. On the other hand, in the peripheral region S2 on the periphery of the conductor plate region S1, the injection pressure Q of the transfer molding process is applied to the fin base 371 via the sealing member 360. For this reason, the relationship D≦2T is satisfied, that is, the spacing d1 between the fins 370 arranged in the peripheral region S2 is set to be equal to or less than twice the thickness of the fin base 371. This suppresses the deformation of the fin base 371, thereby preventing the sheet member 440 from peeling off and maintaining good insulation and heat dissipation of the electric circuit body 400.

また、導体板領域S1に配置されたフィン370と、このフィン370に隣接して外周領域S2に配置されたフィン370との間隔d2は、フィンベース371の厚さTの2倍以下である。ここで、導体板領域S1に配置されたフィン370は、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されてもよい。フィン370が、導体板領域S1と外周領域S2との境界上にある方が、フィンベース371の変形をより抑制できる。 The distance d2 between the fin 370 arranged in the conductor plate region S1 and the fin 370 arranged adjacent to the fin 370 in the peripheral region S2 is less than twice the thickness T of the fin base 371. Here, the fin 370 arranged in the conductor plate region S1 may be arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the peripheral region S2. Deformation of the fin base 371 can be more effectively suppressed when the fin 370 is on the boundary between the conductor plate region S1 and the peripheral region S2.

また、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370同士の間隔d3は、フィンベース371の厚さの2倍以下である。ここで、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370同士の間隔d3は、導体板領域S1内に配置されたフィン同士の間隔d4よりも狭く配置されてもよい。
また、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370と外周領域S2に配置されたフィン370との間隔d5は、フィンベース371の厚さの2倍以下である。
Furthermore, the distance d3 between the fins 370 arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the outer peripheral region S2 is equal to or less than twice the thickness of the fin base 371. Here, the distance d3 between the fins 370 arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the outer peripheral region S2 may be arranged narrower than the distance d4 between the fins arranged within the conductor plate region S1.
Furthermore, the distance d5 between the fin 370 arranged on the boundary between the conductive plate region S1 and the outer circumferential region S2 and the fin 370 arranged in the outer circumferential region S2 is equal to or less than twice the thickness of the fin base 371.

冷却部材を流れる冷媒の流れFに平行に配置されたフィン370の間隔d1は冷媒の流れFに垂直に配置されたフィン370の間隔d3よりも狭い。 The spacing d1 between the fins 370 arranged parallel to the flow of the refrigerant F through the cooling member is narrower than the spacing d3 between the fins 370 arranged perpendicular to the flow of the refrigerant F.

図10は、フィン370が立設されたフィンベース371の平面図である。この図では、フィン370の断面形状が円形の場合を例に説明する。
フィンベース371の導体板と対向する導体板領域S1では、フィン370の距離(間隔)Dとフィンベース371の厚さTは、D≦2Tの関係を満足しなくてもよく、パワー半導体素子159の放熱に必要なフィン370を適宜配列すればよい。一方、導体板領域S1の外周の外周領域S2には、トランスファーモールド工程での注入圧力Qが封止部材360を介してフィンベース371に加わる。このため、D≦2Tの関係を満たすように、すなわち、外周領域S2に配置されたフィン370同士の間隔d1は、フィンベース371の厚さの2倍以下にする。これにより、フィンベース371の変形を抑制することにより、シート部材440の剥離を防止し、電気回路体400の絶縁性・放熱性を良好に保っている。
10 is a plan view of a fin base 371 on which fins 370 are provided. In this figure, a case where the cross-sectional shape of fins 370 is circular will be described as an example.
In the conductor plate region S1 facing the conductor plate of the fin base 371, the distance (spacing) D of the fins 370 and the thickness T of the fin base 371 do not need to satisfy the relationship D≦2T, and the fins 370 necessary for heat dissipation of the power semiconductor element 159 may be appropriately arranged. On the other hand, in the peripheral region S2 on the periphery of the conductor plate region S1, the injection pressure Q in the transfer molding process is applied to the fin base 371 via the sealing member 360. For this reason, the relationship D≦2T is satisfied, that is, the spacing d1 between the fins 370 arranged in the peripheral region S2 is set to be equal to or less than twice the thickness of the fin base 371. This suppresses the deformation of the fin base 371, thereby preventing the sheet member 440 from peeling off and maintaining good insulation and heat dissipation of the electric circuit body 400.

また、導体板領域S1に配置されたフィン370と、このフィン370に隣接して外周領域S2に配置されたフィン370との間隔d2は、フィンベース371の厚さTの2倍以下である。ここで、導体板領域S1に配置されたフィン370は、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されてもよい。フィン370が、導体板領域S1と外周領域S2との境界上にある方が、フィンベース371の変形をより抑制できる。 The distance d2 between the fin 370 arranged in the conductor plate region S1 and the fin 370 arranged adjacent to the fin 370 in the peripheral region S2 is less than twice the thickness T of the fin base 371. Here, the fin 370 arranged in the conductor plate region S1 may be arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the peripheral region S2. Deformation of the fin base 371 can be more effectively suppressed when the fin 370 is on the boundary between the conductor plate region S1 and the peripheral region S2.

冷却部材を流れる冷媒の流れFに平行に配置されたフィン370の間隔d1は冷媒の流れFに垂直に配置されたフィン370の間隔d3よりも狭い。 The spacing d1 between the fins 370 arranged parallel to the flow of the refrigerant F through the cooling member is narrower than the spacing d3 between the fins 370 arranged perpendicular to the flow of the refrigerant F.

図11は、フィン370が立設されたフィンベース371の平面図である。この図では、フィン370の断面形状が円形の場合であり、フィン370が導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されている場合を例に説明する。
導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370同士の間隔d1、d3は、フィンベース371の厚さの2倍以下にする。これにより、フィンベース371の変形を抑制することにより、シート部材440の剥離を防止し、電気回路体400の絶縁性・放熱性を良好に保つ。
11 is a plan view of a fin base 371 on which fins 370 are provided. In this figure, a case where the cross-sectional shape of fins 370 is circular and fins 370 are disposed on the boundary between conductive plate region S1 and outer circumferential region S2 will be described as an example.
The distances d1, d3 between the fins 370 arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the outer peripheral region S2 are set to be equal to or less than twice the thickness of the fin base 371. This suppresses deformation of the fin base 371, thereby preventing peeling of the sheet member 440 and maintaining good insulation and heat dissipation properties of the electric circuit body 400.

ここで、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370同士の間隔d1、d3は、導体板領域S1内に配置されたフィン同士の間隔d4よりも狭く配置されてもよい。
また、導体板領域S1と外周領域S2との境界上に配置されたフィン370と外周領域S2に配置されたフィン370との間隔d5は、フィンベース371の厚さの2倍以下である。
Here, the distances d1, d3 between the fins 370 arranged on the boundary between the conductor plate region S1 and the outer peripheral region S2 may be narrower than the distance d4 between the fins arranged within the conductor plate region S1.
Furthermore, the distance d5 between the fin 370 arranged on the boundary between the conductive plate region S1 and the outer circumferential region S2 and the fin 370 arranged in the outer circumferential region S2 is equal to or less than twice the thickness of the fin base 371.

冷却部材を流れる冷媒の流れFに平行に配置されたフィン370の間隔d1は冷媒の流れFに垂直に配置されたフィン370の間隔d3よりも狭い。 The spacing d1 between the fins 370 arranged parallel to the flow of the refrigerant F through the cooling member is narrower than the spacing d3 between the fins 370 arranged perpendicular to the flow of the refrigerant F.

図12は、フィン370が立設されたフィンベース371の平面図を部分拡大した図である。
冷媒の流れFに平行な方向のフィン間距離をDv、冷媒の流れFに垂直な方向のフィン間距離をDpとする。Dpが小さいと、冷媒が流れにくく水路の圧損が高くなり、冷媒を流すのにポンプの出力を高くする必要が生じる。一方、Dvを小さくしても、水路の圧損は上がらない。このため、Dp>Dvとすることで、水路の圧損の低下を抑制する。その上で、外周領域S2のフィン370の間隔Dp、d1を小さくし、D≦2Tを満足させることができる。
FIG. 12 is a partially enlarged plan view of a fin base 371 on which fins 370 are provided.
The distance between the fins in the direction parallel to the flow F of the refrigerant is Dv, and the distance between the fins in the direction perpendicular to the flow F of the refrigerant is Dp. If Dp is small, the refrigerant does not flow easily and the pressure loss in the water passage increases, making it necessary to increase the output of the pump to flow the refrigerant. On the other hand, even if Dv is made small, the pressure loss in the water passage does not increase. Therefore, by making Dp>Dv, the decrease in pressure loss in the water passage is suppressed. Furthermore, the spacing Dp, d1 of the fins 370 in the outer circumferential region S2 can be made small to satisfy D≦2T.

本実施形態によれば、トランスファーモールド成型によるフィンベース371の変形を抑制し、導体板432の端部でシート部材440が剥離することを防止でき、電気回路体400の絶縁性・放熱性を良好に保つことができる。 According to this embodiment, deformation of the fin base 371 due to transfer molding can be suppressed, and peeling of the sheet member 440 at the end of the conductor plate 432 can be prevented, so that the insulation and heat dissipation properties of the electric circuit body 400 can be maintained in good condition.

図13は、本実施形態におけるパワーモジュール300の半透過平面図である。図14は、本実施形態におけるパワーモジュール300の回路図である。 Figure 13 is a semi-transparent plan view of the power module 300 in this embodiment. Figure 14 is a circuit diagram of the power module 300 in this embodiment.

図13、図14に示すように、正極側端子315Bは、上アーム回路のコレクタ側から出力しており、バッテリ又はコンデンサの正極側に接続される。上アームゲート信号端子325Uは、上アーム回路の能動素子155のゲート及びエミッタセンスから出力している。負極側端子319Bは、下アーム回路のエミッタ側から出力しており、バッテリ若しくはコンデンサの負極側、又はGNDに接続される。下アームゲート信号端子325Lは、下アーム回路の能動素子157のゲート及びエミッタセンスから出力している。交流側端子320Bは、下アーム回路のコレクタ側から出力しており、モータに接続される。中性点接地をする場合は、下アーム回路は、GNDでなくコンデンサの負極側に接続する。 As shown in Figures 13 and 14, the positive terminal 315B is output from the collector side of the upper arm circuit and is connected to the positive side of a battery or a capacitor. The upper arm gate signal terminal 325U is output from the gate and emitter sense of the active element 155 of the upper arm circuit. The negative terminal 319B is output from the emitter side of the lower arm circuit and is connected to the negative side of a battery or a capacitor, or GND. The lower arm gate signal terminal 325L is output from the gate and emitter sense of the active element 157 of the lower arm circuit. The AC side terminal 320B is output from the collector side of the lower arm circuit and is connected to the motor. When the neutral point is grounded, the lower arm circuit is connected to the negative side of the capacitor instead of GND.

また、第1パワー半導体素子(上アーム回路)の能動素子155およびダイオード156の上下に第1導体板(上アーム回路エミッタ側)430、第2導体板(上アーム回路コレクタ側)431が配置される。第2パワー半導体素子(下アーム回路)の能動素子157およびダイオード158の上下に第3導体板(下アーム回路エミッタ側)432、第4導体板(下アーム回路コレクタ側)433が配置される。 A first conductor plate (upper arm circuit emitter side) 430 and a second conductor plate (upper arm circuit collector side) 431 are arranged above and below the active element 155 and diode 156 of the first power semiconductor element (upper arm circuit). A third conductor plate (lower arm circuit emitter side) 432 and a fourth conductor plate (lower arm circuit collector side) 433 are arranged above and below the active element 157 and diode 158 of the second power semiconductor element (lower arm circuit).

本実施形態のパワーモジュール300は、上アーム回路及び下アーム回路の2つのアーム回路を、1つのモジュールに一体化した構造である2in1構造である。この他に、複数の上アーム回路及び下アーム回路を、1つのモジュールに一体化した構造を用いてもよい。この場合は、パワーモジュール300からの出力端子の数を低減し小型化することができる。 The power module 300 of this embodiment has a 2-in-1 structure in which two arm circuits, an upper arm circuit and a lower arm circuit, are integrated into one module. Alternatively, a structure in which multiple upper arm circuits and lower arm circuits are integrated into one module may be used. In this case, the number of output terminals from the power module 300 can be reduced, resulting in a smaller size.

図15は、電気回路体400を用いた電力変換装置200の回路図である。
電力変換装置200は、インバータ回路140、142と、補機用のインバータ回路43と、コンデンサモジュール500とを備えている。インバータ回路140及び142は、パワーモジュール300を複数個備えた電気回路体400(図示省略)により構成されており、それらを接続することにより三相ブリッジ回路を構成している。電流容量が大きい場合には、更にパワーモジュール300を並列接続し、これら並列接続を三相インバータ回路の各相に対応して行うことにより、電流容量の増大に対応できる。また、パワーモジュール300に内蔵しているパワー半導体素子である能動素子155、157やダイオード156、158を並列接続することでも電流容量の増大に対応できる。
FIG. 15 is a circuit diagram of a power conversion device 200 using the electric circuit body 400.
The power conversion device 200 includes inverter circuits 140 and 142, an inverter circuit 43 for auxiliary equipment, and a capacitor module 500. The inverter circuits 140 and 142 are configured with an electric circuit body 400 (not shown) including a plurality of power modules 300, which are connected to form a three-phase bridge circuit. When the current capacity is large, the current capacity can be increased by connecting further power modules 300 in parallel and making these parallel connections corresponding to each phase of the three-phase inverter circuit. In addition, the current capacity can be increased by connecting active elements 155 and 157 and diodes 156 and 158, which are power semiconductor elements built into the power module 300, in parallel.

インバータ回路140とインバータ回路142とは、基本的な回路構成は同じであり、制御方法や動作も基本的には同じである。インバータ回路140等の回路的な動作の概要は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 The inverter circuit 140 and the inverter circuit 142 have the same basic circuit configuration, and the control method and operation are also basically the same. Since the outline of the circuit operation of the inverter circuit 140 and the like is well known, a detailed explanation will be omitted here.

上述のように、上アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として上アーム用の能動素子155と上アーム用のダイオード156とを備えており、下アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として下アーム用の能動素子157と下アーム用のダイオード158とを備えている。能動素子155、157は、ドライバ回路174を構成する2つのドライバ回路の一方あるいは他方から出力された駆動信号を受けてスイッチング動作し、バッテリ136から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。 As described above, the upper arm circuit includes an upper arm active element 155 and an upper arm diode 156 as power semiconductor elements for switching, and the lower arm circuit includes a lower arm active element 157 and a lower arm diode 158 as power semiconductor elements for switching. The active elements 155 and 157 receive a drive signal output from one or the other of the two driver circuits that make up the driver circuit 174 and perform a switching operation to convert the DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power.

上述したように、上アーム用の能動素子155および下アーム用の能動素子157は、コレクタ電極、エミッタ電極、ゲート電極を備えている。上アーム用のダイオード156および下アーム用のダイオード158は、カソード電極およびアノード電極の2つの電極を備えている。図13に示すように、ダイオード156、158のカソード電極が能動素子155、157のコレクタ電極に、アノード電極が能動素子155、157のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、上アーム用の能動素子155および下アーム用の能動素子157のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう電流の流れが順方向となっている。 As described above, the upper arm active element 155 and the lower arm active element 157 have a collector electrode, an emitter electrode, and a gate electrode. The upper arm diode 156 and the lower arm diode 158 have two electrodes, a cathode electrode and an anode electrode. As shown in FIG. 13, the cathode electrodes of the diodes 156 and 158 are electrically connected to the collector electrodes of the active elements 155 and 157, and the anode electrodes are electrically connected to the emitter electrodes of the active elements 155 and 157, respectively. This causes the current flow from the emitter electrode of the upper arm active element 155 and the lower arm active element 157 to the collector electrode in the forward direction.

なお、能動素子としてはMOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いても良く、この場合は、上アーム用のダイオード156、下アーム用のダイオード158は不要となる。 Note that a MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) may be used as the active element, in which case the upper arm diode 156 and the lower arm diode 158 are not required.

各上・下アーム直列回路の正極側端子315Bと負極側端子319Bとはコンデンサモジュール500のコンデンサ接続用の直流端子362A、362Bにそれぞれ接続されている。上アーム回路と下アーム回路の接続部にはそれぞれ交流電力が発生し、各上・下アーム直列回路の上アーム回路と下アーム回路の接続部は各パワーモジュール300の交流側端子320Bに接続されている。各相の各パワーモジュール300の交流側端子320Bはそれぞれ電力変換装置200の交流出力端子に接続され、発生した交流電力はモータジェネレータ192または194の固定子巻線に供給される。 The positive terminal 315B and negative terminal 319B of each upper and lower arm series circuit are connected to DC terminals 362A and 362B for connecting capacitors of the capacitor module 500, respectively. AC power is generated at the connection between the upper arm circuit and the lower arm circuit, and the connection between the upper arm circuit and the lower arm circuit of each upper and lower arm series circuit is connected to the AC side terminal 320B of each power module 300. The AC side terminal 320B of each power module 300 of each phase is connected to the AC output terminal of the power conversion device 200, and the generated AC power is supplied to the stator winding of the motor generator 192 or 194.

制御回路172は、車両側の制御装置やセンサ(例えば、電流センサ180)などからの入力情報に基づいて、上アーム用の能動素子155、下アームの能動素子157のスイッチングタイミングを制御するためのタイミング信号を生成する。ドライバ回路174は、制御回路172から出力されたタイミング信号に基づいて、上アーム用の能動素子155、下アーム用の能動素子157をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。なお、181、182、188はコネクタである。 The control circuit 172 generates a timing signal for controlling the switching timing of the upper arm active element 155 and the lower arm active element 157 based on input information from the vehicle's control device and sensors (e.g., current sensor 180). The driver circuit 174 generates a drive signal for switching the upper arm active element 155 and the lower arm active element 157 based on the timing signal output from the control circuit 172. Note that 181, 182, and 188 are connectors.

上・下アーム直列回路は、不図示の温度センサを含み、上・下アーム直列回路の温度情報が制御回路172に入力される。また、制御回路172には上・下アーム直列回路の直流正極側の電圧情報が入力される。制御回路172は、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全ての上アーム用の能動素子155、下アーム用の能動素子157のスイッチング動作を停止させ、上・下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。 The upper and lower arm series circuits include a temperature sensor (not shown), and temperature information of the upper and lower arm series circuits is input to the control circuit 172. In addition, voltage information of the DC positive pole side of the upper and lower arm series circuits is input to the control circuit 172. The control circuit 172 performs over-temperature detection and over-voltage detection based on this information, and if over-temperature or over-voltage is detected, it stops the switching operation of all upper arm active elements 155 and lower arm active elements 157, protecting the upper and lower arm series circuits from over-temperature or over-voltage.

図16は、図15に示す電力変換装置200の外観斜視図であり、図17は、図16に示す電力変換装置200のXV-XV線の断面斜視図である。
図16に示すように、電力変換装置200は、下部ケース11および上部ケース10により構成され、ほぼ直方体形状に形成された筐体12を備えている。筐体12の内部には、電気回路体400、コンデンサモジュール500等が収容されている。電気回路体400は冷却流路を有しており、筐体12の一側面からは、冷却流路に連通する冷却水流入管13および冷却水流出管14が突出している。下部ケース11は、上部側(Z方向)が開口され、上部ケース10は、下部ケース11の開口を塞いで下部ケース11に取り付けられている。上部ケース10と下部ケース11とは、アルミニウム合金等により形成され、外部に対して密封して固定される。上部ケース10と下部ケース11とを一体化して構成してもよい。筐体12を、単純な直方体形状としたことで、車両等への取り付けが容易となり、また、生産性も向上する。
16 is an external perspective view of the power conversion device 200 shown in FIG. 15, and FIG. 17 is a cross-sectional perspective view of the power conversion device 200 shown in FIG. 16 taken along line XV-XV.
As shown in FIG. 16, the power conversion device 200 includes a housing 12 formed of a lower case 11 and an upper case 10 and having a substantially rectangular parallelepiped shape. An electric circuit body 400, a capacitor module 500, and the like are housed inside the housing 12. The electric circuit body 400 has a cooling flow path, and a cooling water inlet pipe 13 and a cooling water outlet pipe 14 communicating with the cooling flow path protrude from one side of the housing 12. The lower case 11 has an opening on the upper side (Z direction), and the upper case 10 is attached to the lower case 11 by closing the opening of the lower case 11. The upper case 10 and the lower case 11 are formed of an aluminum alloy or the like, and are fixed in a sealed manner against the outside. The upper case 10 and the lower case 11 may be integrally configured. By forming the housing 12 into a simple rectangular parallelepiped shape, it becomes easy to attach it to a vehicle or the like, and also improves productivity.

筐体12の長手方向の一側面に、コネクタ17が取り付けられており、このコネクタ17には、交流ターミナル18が接続されている。また、冷却水流入管13および冷却水流出管14が導出された面には、コネクタ21が設けられている。 A connector 17 is attached to one longitudinal side of the housing 12, and an AC terminal 18 is connected to this connector 17. In addition, a connector 21 is provided on the surface from which the cooling water inlet pipe 13 and the cooling water outlet pipe 14 are led out.

図17に示すように、筐体12内には、電気回路体400が収容されている。電気回路体400の上方には、制御回路172およびドライバ回路174が配置され、電気回路体400の直流端子側には、コンデンサモジュール500が収容されている。コンデンサモジュールを電気回路体400と同一高さに配置することで、電力変換装置200を薄型化でき、車両への設置自由度が向上する。電気回路体400の交流側端子320Bは、電流センサ180を貫通してバスバーに接合されている。また、電気回路体400の直流端子である正極側端子315Bおよび負極側端子319Bは、それぞれ、コンデンサモジュール500の正・負極端子(図13の直流端子362A、362B)に接合される。 As shown in FIG. 17, the electric circuit body 400 is housed in the housing 12. The control circuit 172 and the driver circuit 174 are arranged above the electric circuit body 400, and the capacitor module 500 is housed on the DC terminal side of the electric circuit body 400. By arranging the capacitor module at the same height as the electric circuit body 400, the power conversion device 200 can be made thinner, improving the degree of freedom of installation in the vehicle. The AC side terminal 320B of the electric circuit body 400 is connected to the bus bar through the current sensor 180. In addition, the positive side terminal 315B and the negative side terminal 319B, which are DC terminals of the electric circuit body 400, are respectively connected to the positive and negative terminals of the capacitor module 500 (DC terminals 362A and 362B in FIG. 13).

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)電気回路体400は、パワー半導体素子159と、パワー半導体素子159と接合される導体板430、431、432、433と、導体板430、431、432、433を挟んでパワー半導体素子159と対向して配置される冷却部材340と、導体板430、431、432、433と冷却部材340との間に挟まれて導体板430、431、432、433に接着又は接合されるシート部材440、441と、パワー半導体素子159と導体板430、431、432、433とシート部材440、441と冷却部材340とを封止する封止部材360と、を備えた電気回路体400であって、冷却部材340は、一方面が封止部材360から露出する所定厚さのフィンベース371と、フィンベース371の一方面上において立設する複数のフィン370と、フィンベース371の外周において封止部材360に覆われる端部と、を備え、フィンベース371の導体板430、431、432、433と対向する導体板領域S1と導体板領域S1の外周の外周領域S2において、外周領域S2に配置されたフィン370同士の間隔は、フィンベース371の厚さの2倍以下である。これにより、フィンベースがフィン以外のスリットなどに占有されることを回避し、放熱性が低下することなくフィンベースの変形を抑えることができる。
According to the embodiment described above, the following advantageous effects can be obtained.
(1) The electric circuit body 400 includes a power semiconductor element 159, conductive plates 430, 431, 432, and 433 joined to the power semiconductor element 159, a cooling member 340 arranged to face the power semiconductor element 159 with the conductive plates 430, 431, 432, and 433 in between, sheet members 440 and 441 sandwiched between the conductive plates 430, 431, 432, and 433 and the cooling member 340 and bonded or adhered to the conductive plates 430, 431, 432, and 433, and a sealing member for sealing the power semiconductor element 159, the conductive plates 430, 431, 432, and 433, the sheet members 440 and 441, and the cooling member 340. and a sealing member 360 that is provided between the fin base 371 and the fin base 371. The cooling member 340 includes a fin base 371 of a predetermined thickness, one side of which is exposed from the sealing member 360, a plurality of fins 370 standing on one side of the fin base 371, and an end portion that is covered by the sealing member 360 on the outer periphery of the fin base 371, and in a conductor plate region S1 that faces the conductor plates 430, 431, 432, and 433 of the fin base 371 and an outer periphery region S2 on the outer periphery of the conductor plate region S1, the spacing between the fins 370 arranged in the outer periphery region S2 is equal to or less than twice the thickness of the fin base 371. This prevents the fin base from being occupied by slits or the like other than the fins, and makes it possible to suppress deformation of the fin base without reducing heat dissipation.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の例を組み合わせた構成としてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and other forms that are conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention, so long as they do not impair the characteristics of the present invention. In addition, the above-described embodiment may be combined with multiple examples.

155・・・第1パワー半導体素子(上アーム回路能動素子)、156・・・第1パワー半導体素子(上アーム回路ダイオード)、157・・・第2パワー半導体素子(下アーム回路能動素子)、158・・・第2パワー半導体素子(下アーム回路ダイオード)、159・・・パワー半導体素子、172・・・制御回路、174・・・ドライバ回路、180・・・電流センサ、181、182、188・・・コネクタ、192、194・・・モータジェネレータ、200・・・電力変換装置、300・・・パワーモジュール、310・・・回路体、311・・・組み立て体、315B・・・正極側端子、319B・・・負極側端子、320B・・・交流側端子、325・・・信号端子、325K・・・ケルビンエミッタ信号端子、325L・・・下アームゲート信号端子、325M・・・ミラーエミッタ信号端子、325U・・・上アームゲート信号端子、340・・・冷却部材、360・・・封止部材、370・・・フィン、371・・・フィンベース、372・・・シール部材、400・・・電気回路体、430・・・第1導体板(上アーム回路エミッタ側)、431・・・第2導体板(上アーム回路コレクタ側)、432・・・第3導体板(下アーム回路エミッタ側)、433・・・第4導体板(下アーム回路コレクタ側)、440・・・第1シート部材(エミッタ側)、441・・・第2シート部材(コレクタ側)、500・・・コンデンサモジュール、601・・・トランスファーモールド装置、602・・・バネ機構、D・・・フィンの間隔、P・・・バネ機構による加圧力、Q・・・封止部材の注入圧力、S1・・・導体板領域、S2・・・外周領域、T・・・フィンベースの厚さ。 155: First power semiconductor element (upper arm circuit active element), 156: First power semiconductor element (upper arm circuit diode), 157: Second power semiconductor element (lower arm circuit active element), 158: Second power semiconductor element (lower arm circuit diode), 159: Power semiconductor element, 172: Control circuit, 174: Driver circuit, 180: Current sensor, 181, 182, 188: Connector, 192, 194: Motor generator, 200: Power conversion device, 300: Power module, 310: Circuit body, 311: Assembly body, 315B: Positive side terminal, 319B: Negative side terminal, 320B: AC side terminal, 325: Signal terminal, 325K: Kelvin emitter signal terminal, 325L: Lower arm gate signal terminal, 325M: Mirror emitter 325U: upper arm gate signal terminal, 340: cooling member, 360: sealing member, 370: fin, 371: fin base, 372: sealing member, 400: electric circuit body, 430: first conductor plate (upper arm circuit emitter side), 431: second conductor plate (upper arm circuit collector side), 432: third conductor plate (lower arm circuit emitter side), 433: fourth conductor plate (lower arm circuit collector side), 440: first sheet member (emitter side), 441: second sheet member (collector side), 500: capacitor module, 601: transfer molding device, 602: spring mechanism, D: fin spacing, P: pressure applied by spring mechanism, Q: injection pressure of sealing member, S1: conductor plate area, S2: outer peripheral area, T: thickness of fin base.

Claims (6)

パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子と接合される導体板と、前記導体板を挟んで前記パワー半導体素子と対向して配置される冷却部材と、前記導体板と前記冷却部材との間に挟まれて前記導体板に接着又は接合されるシート部材と、前記パワー半導体素子と前記導体板と前記シート部材と前記冷却部材とを封止する封止部材と、を備えた電気回路体であって、
前記冷却部材は、一方面が前記封止部材から露出する所定厚さのフィンベースと、前記フィンベースの前記一方面上において立設する複数のフィンと、前記フィンベースの外周において前記封止部材に覆われる端部と、を備え、
前記複数のフィンは、前記フィンベースの前記導体板と対向する導体板領域と前記導体板領域の外周の外周領域との境界上又は前記境界に隣接してそれぞれ配置された複数の境界フィンを含み、
前記外周領域に配置されたフィン同士の間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下であり、
前記境界フィン同士の間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下であり、かつ、前記複数のフィンのうち前記導体板領域内に配置されて前記境界フィンを除いた各フィン同士の間隔よりも狭い電気回路体。
An electric circuit body comprising: a power semiconductor element; a conductor plate joined to the power semiconductor element; a cooling member arranged to face the power semiconductor element with the conductor plate interposed therebetween; a sheet member sandwiched between the conductor plate and the cooling member and adhered or joined to the conductor plate; and a sealing member that seals the power semiconductor element, the conductor plate, the sheet member, and the cooling member,
the cooling member includes a fin base having a predetermined thickness and one surface of the fin base exposed from the sealing member, a plurality of fins standing on the one surface of the fin base, and an end portion of the fin base that is covered by the sealing member on an outer periphery thereof,
the plurality of fins include a plurality of boundary fins each disposed on a boundary between a conductor plate region of the fin base facing the conductor plate and an outer peripheral region of the conductor plate region, or adjacent to the boundary;
The distance between the fins arranged in the outer peripheral region is equal to or less than twice the thickness of the fin base,
An electrical circuit body in which the spacing between the boundary fins is less than twice the thickness of the fin base and is narrower than the spacing between each of the multiple fins that are arranged within the conductor plate region, excluding the boundary fins .
請求項1に記載の電気回路体において、
前記境界フィンは、前記導体板領域で前記境界に隣接して配置された第1フィンと、前記外周領域で前記境界に隣接して配置された第2フィンと、を含み、
前記第1フィンと前記第2フィンとの間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下である電気回路体。
2. The electric circuit body according to claim 1,
the boundary fins include a first fin disposed adjacent to the boundary in the conductor plate region and a second fin disposed adjacent to the boundary in the outer circumferential region;
An electric circuit body, wherein the distance between the first fin and the second fin is equal to or less than twice the thickness of the fin base.
請求項1に記載の電気回路体において、2. The electric circuit body according to claim 1,
前記境界フィンは、前記境界上に配置されており、the boundary fin is disposed on the boundary;
前記境界フィンと前記外周領域に配置された前記フィンとの間隔は、前記フィンベースの厚さの2倍以下である電気回路体。An electrical circuit body, wherein the distance between the boundary fin and the fins disposed in the outer peripheral region is equal to or less than twice the thickness of the fin base.
請求項1に記載の電気回路体において、
前記冷却部材を流れる冷媒の流れに平行に配置された前記フィンの間隔は冷媒の流れに垂直に配置された前記フィンの間隔よりも狭い電気回路体。
2. The electric circuit body according to claim 1,
An electric circuit body in which the intervals between the fins arranged parallel to the flow of the coolant through the cooling member are narrower than the intervals between the fins arranged perpendicular to the flow of the coolant.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気回路体において、
前記導体板は、前記パワー半導体素子の両面に配置されて、前記配置された前記各導体板の一方面は前記パワー半導体素子に接合され、
前記シート部材は、前記各導体板の他方面にそれぞれ接着又は接合され、
前記冷却部材は、前記各シート部材を介して接着される電気回路体。
5. The electric circuit body according to claim 1,
the conductor plates are disposed on both sides of the power semiconductor element, and one side of each of the conductor plates is joined to the power semiconductor element;
the sheet member is adhered or joined to the other surface of each of the conductive plates,
The cooling member is an electric circuit body bonded via each of the sheet members.
請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電気回路体を備え、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置。 A power conversion device comprising the electric circuit body according to any one of claims 1 to 4 , for converting DC power into AC power.
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