JP6635901B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。
従来、図１０の半導体モジュールの斜視図に示すように、パワーモジュール１００の一方側から制御基板に接続する信号ピン１５０を延出させ、他方側からバスバー２００を延出させたパワーモジュール１００適用し、図１１及び図１２の従来の電力変換装置の保持構造体７００に冷却器と共に挟持させる態様の電力変換装置１０００が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１の電力変換装置では、信号ピン１５０が他部と干渉することを避けてパワーモジュール１００を保持する必要があり、保持構造体７００に挟持される部位から外部に突出する程度であるオーバーハング量が増加する。そのため、耐振動性が低く、パワーモジュール１００がこれに対応する冷却器３００と挟持される正規位置からのずれを生じたり、振動に起因する脆性によってパワーモジュール１００や冷却器３００が破壊に到るおそれがあった。
また、特許文献１の電力変換装置では、上述のように、パワーモジュール１００の一方側から制御基板５００に接続する信号ピン１５０を延出させ、他方側からバスバー２００を延出させており、高圧配線にであるバスバー２００に流れる電流を検知するセンサ６００の出力を制御基板５００に接続するためのハーネス８００等の配線が最短距離で設計できていない。そのため、体積が増加し、また、長い配線がノイズを拾ってしまい電流センサの精度が低かった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持構造体に挟持される部位からパワーモジュールが外部に突出するオーバーハング量を小さくでき、振耐振動性に優れ、小型でノイズの影響を低減できる電力変換装置を提供することにある。
（１）半導体素子（例えば、後述する半導体チップ１１）、導電部材（例えば、後述する導電部材１２、１３、１４）及び信号端子（例えば、後述する信号端子１５）が樹脂封止された樹脂封止部（例えば、後述する樹脂封止部１６）を有する扁平形状の半導体モジュール（例えば、後述する半導体モジュール１０）と、前記半導体モジュールを複数積層して保持する冷却器（例えば、後述する複数の冷媒管部２１を有する冷却器２０）と、前記半導体モジュール及び前記冷却器を覆うカバー（例えば、後述する底板部３１を有するカバー３０）と、を備える電力変換装置（例えば、後述する電力変換装置１）であって、
前記樹脂封止部及び前記冷却器は、各自己の前記カバーへの対向部が前記カバーに近接して位置するように、前記カバーから延出する支持体（例えば、後述する一方の支持体４１及び他方の支持体４２）により少なくとも一部が支持され、前記導電部材及び前記信号端子は、前記樹脂封止部から前記カバーの反対方向に突出している電力変換装置。
前記樹脂封止部及び前記冷却器は、各自己の前記カバーへの対向部が前記カバーに近接して位置するように、前記カバーから延出する支持体（例えば、後述する一方の支持体４１及び他方の支持体４２）により少なくとも一部が支持され、前記導電部材及び前記信号端子は、前記樹脂封止部から前記カバーの反対方向に突出している電力変換装置。
上記（１）の電力変換装置によれば、導電部材及び信号端子をカバーの反対方向側へ延ばし、樹脂封止部及び冷却器とカバーとを近接して配置したことにより、オーバーハング量が小さくなり振耐振動性を向上させることができる。これにより、パワーモジュールの正規位置からのずれやパワーモジュールや冷却器が破壊に到ることを防止することができる。
（２）前記信号端子の突出方向に配置され、前記半導体モジュールの駆動を制御する制御基板（例えば、後述する制御基板５０）と、前記冷却器と前記制御基板との間に配置された電流センサと、をさらに備え、前記電流センサは、前記複数の半導体モジュールの前記導電部材に接続され、前記電流センサと前記制御基板は、ハーネス（例えば、後述するハーネス７０）で接続されている上記（１）の電力変換装置。
上記（２）の電力変換装置によれば、上記（１）の電力変換装置において特に、電流センサと制御基板とを近接して配置することによりハーネスの短縮化をはかり、ひいては、ハーネスを伝播する信号に対するノイズを低減することが可能になる。
（３）前記半導体素子は、２つの半導体（例えば、後述する第１半導体チップ１１ａ及び第２半導体チップ１１ｂ）からなり、前記導電部材は、正極導電部材（例えば、後述するＰバスバー１２）と、負極導電部材（例えば、後述するＮバスバー１３）と、出力導電部材（例えば、後述するＯｕｔバス１４）と、からなり、前記信号端子は、前記第１の半導体素子を駆動する第１信号端子（例えば、後述する第１信号ピン１５ａ）と、前記第２の半導体素子を駆動する第２信号端子（例えば、後述する第２信号ピン１５ｂ）と、からなり、これらが扁平方向に並んでいる上記（１）又は（２）に記載の電力変換装置。
上記（３）の電力変換装置によれば、上記（１）又は（２）の電力変換装置において特に、金型による樹脂封止が容易となる。
（４）コンデンサ（例えば、後述する第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２の並列接続体）の正電極と前記複数の半導体モジュールの正極導電部材の正極導電端子とに接続されるコンデンサ正極導電部材（例えば、後述するコンデンサ正極導電部材１２０）と、
コンデンサの負電極と前記複数の半導体モジュールの負極導電部材の負極導電端子とに接続されるコンデンサ負極導電部材（例えば、後述するコンデンサ負極導電部材１３０）と、が設けられ、
前記コンデンサ正極導電部材及びコンデンサ負極導電部材は、対向して積層方向に延びている上記（３）の電力変換装置。
コンデンサの負電極と前記複数の半導体モジュールの負極導電部材の負極導電端子とに接続されるコンデンサ負極導電部材（例えば、後述するコンデンサ負極導電部材１３０）と、が設けられ、
前記コンデンサ正極導電部材及びコンデンサ負極導電部材は、対向して積層方向に延びている上記（３）の電力変換装置。
上記（４）の電力変換装置によれば、上記（３）の電力変換装置において特に、コンデンサ正極導電部材及びコンデンサ負極導電部材を対向配置することで両導電部材を流れる電流による磁界が差動的に作用してインダクタンスが打ち消され、ノイズの放射が低減される。
（５）前記第１の信号端子及び前記第２の信号端子は、前記半導体モジュールの扁平方向の最外側から延出している上記（３）又は（４）の電力変換装置。
上記（５）の電力変換装置によれば、上記（３）又は（４）の電力変換装置において特に、最外側から延出することで、導電部材の影響が少なくなりノイズが低減される。
（６）前記導電部材の一部は、前記樹脂封止部から露出している上記（１）から（４）の何れか一に記載の電力変換装置。
上記（６）の電力変換装置によれば、上記（１）から（４）の何れか一の電力変換装置において特に、冷却効果が向上する。
（７）前記支持体は、前記冷却器を挟んで対向配置され、前記支持体間を接続するフレーム部材（例えば、後述するフレーム部材４００）をさらに備え、前記支持体と前記フレーム部材は、ボルト締結（例えば、後述する複数のボルト４１０により締結）されている上記（１）から（６）の何れか一の電力変換装置。
上記（７）の電力変換装置によれば、上記（１）から（６）の何れか一の電力変換装置において特に、ボルトの締結力により半導体モジュールの固定力が向上する。
本発明によれば、保持構造体に挟持される部位からパワーモジュールが外部に突出するオーバーハング量を小さくでき、振耐振動性に優れ、小型でノイズの影響を低減できる電力変換装置を具現することができる。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態としての電力変換装置について説明することにより、本発明を明らかにする。
先ず、図１から図３を参照して、本発明の一実施形態としての電力変換装置について詳細に説明する。
先ず、図１から図３を参照して、本発明の一実施形態としての電力変換装置について詳細に説明する。
図１から図３は、本発明の一実施形態としての電力変換装置を示す図であり、図１はこの電力変換装置の斜視図、図２はこの電力変換装置の側面図、図３はこの電力変換装置の導体部の配置を示す斜視図である。図１から図３において、対応部には同一の符号を附してある。
本発明の一実施形態としての電力変換装置１は、半導体モジュール１０と、冷却器２０と、カバー３０と、を含んで構成される。
即ち、扁平形状の半導体モジュールである複数の各個のパワーモジュール１０が、冷却器２０の複数並設された扁平状の冷媒管部２１の間に挟まれるようにして積層して配置される。
パワーモジュール１０は、後述するように半導体素子である半導体チップ１１、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５が樹脂封止された樹脂封止部１６を有する。パワーモジュール１０の導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、総じて言えば、内部の半導体チップ１１と外部のデバイス乃至導体とを接続する外部接続導体である。
本発明の一実施形態としての電力変換装置１は、半導体モジュール１０と、冷却器２０と、カバー３０と、を含んで構成される。
即ち、扁平形状の半導体モジュールである複数の各個のパワーモジュール１０が、冷却器２０の複数並設された扁平状の冷媒管部２１の間に挟まれるようにして積層して配置される。
パワーモジュール１０は、後述するように半導体素子である半導体チップ１１、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５が樹脂封止された樹脂封止部１６を有する。パワーモジュール１０の導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、総じて言えば、内部の半導体チップ１１と外部のデバイス乃至導体とを接続する外部接続導体である。
冷却器２０は、その内部に、冷媒供給管２２から供給される冷媒を、複数並設された扁平状の冷媒管部２１に分岐させて流通させ、冷媒排出管２３から排出させる冷媒循環流路が構成されている。
上述の各パワーモジュール１０及び冷却器２０の少なくとも一部を外側から覆うようにカバー３０が設けられる。図１から図３では、このカバー３０の一部である底板部３１が図示されている。
各パワーモジュール１０の樹脂封止部１６及び冷却器２０の各冷媒管部２１は、それらのカバー３０への対向部がカバー３０に近接して位置するように支持されている。
即ち、各樹脂封止部１６及び各冷媒管部２１の積層体の底板部３１への対向面が、底板部３１の上面との間の空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在せず、障害なく底板部３１の上面に接近可能な態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向して支持されている。
上述の各パワーモジュール１０及び冷却器２０の少なくとも一部を外側から覆うようにカバー３０が設けられる。図１から図３では、このカバー３０の一部である底板部３１が図示されている。
各パワーモジュール１０の樹脂封止部１６及び冷却器２０の各冷媒管部２１は、それらのカバー３０への対向部がカバー３０に近接して位置するように支持されている。
即ち、各樹脂封止部１６及び各冷媒管部２１の積層体の底板部３１への対向面が、底板部３１の上面との間の空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在せず、障害なく底板部３１の上面に接近可能な態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向して支持されている。
この支持は、カバー３０の底板部３１から上方に延出する支持体４０を成す一方の支持体４１及び他方の支持体４２により、各樹脂封止部１６及び各冷媒管部２１の積層体の少なくとも一部が支持される態様のものである。
このように、上述のように空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在しない態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向し得るのは、次のような構成が採られているが故である。
即ち、図示の通り、各パワーモジュール１０における外部接続導体部である導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、樹脂封止部１６からカバー３０（その底板部３１）の反対方向（図では上方）に突出している。このため、各パワーモジュール１０における外部接続導体部がカバー３０の底板部３１と干渉しないようにするためのスペースを確保することを要さず、各パワーモジュール１０の外部接続導体部（導電部材１２、１３、１４）が各冷媒管部２１の積層体から下方に吐出した程度であるオーバーハング量を小さくできる。
このように、上述のように空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在しない態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向し得るのは、次のような構成が採られているが故である。
即ち、図示の通り、各パワーモジュール１０における外部接続導体部である導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、樹脂封止部１６からカバー３０（その底板部３１）の反対方向（図では上方）に突出している。このため、各パワーモジュール１０における外部接続導体部がカバー３０の底板部３１と干渉しないようにするためのスペースを確保することを要さず、各パワーモジュール１０の外部接続導体部（導電部材１２、１３、１４）が各冷媒管部２１の積層体から下方に吐出した程度であるオーバーハング量を小さくできる。
上述のように、オーバーハング量が小さくなると、振耐振動性を向上させることができる。これにより、振動によるパワーモジュール１０の正規位置からのずれや振動による脆性の進行によりパワーモジュールや冷却器が破壊に到ることを防止することができる。
各パワーモジュール１０の上方に突出した外部接続導体部うちの信号端子１５は、各パワーモジュール１０と各冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓの上方、即ち、信号端子１５の突出方向に配された制御基板５０の各対応する所定部に接続される。
各パワーモジュール１０の上方に突出した外部接続導体部うちの信号端子１５は、各パワーモジュール１０と各冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓの上方、即ち、信号端子１５の突出方向に配された制御基板５０の各対応する所定部に接続される。
図１及び図２に示されるとおり、冷却器２０の各冷媒管部２１と制御基板５０との間に電流センサ６０が配置される。
この電流センサ６０は、各パワーモジュール１０の導電部材のうちの一のもの（後述するＯｕｔバス１４）に接続され（詳細には導電部材を囲繞するように取付けられ）、この電流センサ６０と制御基板５０は、ハーネス７０で接続されている。
上述のようなレイアウトにより、電流センサ６０と制御基板５０とを近接して配置することによりハーネス７０の短縮化をはかり、ひいては、ハーネス７０を伝播する信号に対するノイズを低減することが可能になる。
この電流センサ６０は、各パワーモジュール１０の導電部材のうちの一のもの（後述するＯｕｔバス１４）に接続され（詳細には導電部材を囲繞するように取付けられ）、この電流センサ６０と制御基板５０は、ハーネス７０で接続されている。
上述のようなレイアウトにより、電流センサ６０と制御基板５０とを近接して配置することによりハーネス７０の短縮化をはかり、ひいては、ハーネス７０を伝播する信号に対するノイズを低減することが可能になる。
次に、既述の図１から図３に、図４から図６を併せ参照して、パワーモジュール１０及びその外部接続導体について説明する。
図４はパワーモジュール１０の斜視図、図５はパワーモジュール１０内の導電部材及び信号端子を示す斜視図、図６はパワーモジュール１０内の信号端子を示す平面図である。
パワーモジュール１０内の半導体素子である半導体チップ１１は、第１の半導体素子である第１半導体チップ１１ａ及び第２の半導体素子である第２半導体チップ１１ｂを含んでいる。
また、外部接続導体のうち３つの導電部材１２、１３、１４は次のようなバスバー乃至バスである。即ち、導電部材１２は、正極導電部材（Ｐバスバー）である。導電部材１３は、負極導電部材（Ｎバスバー）である。導電部材１４は、出力導電部材（Ｏｕｔバス）である。
一方、外部接続導体のうち信号端子としての信号ピン１５は、第１半導体チップ１１ａを駆動する第１信号ピン１５ａと、第２半導体チップ１１ｂを駆動する第２信号ピン１５ｂとを含む。
図４はパワーモジュール１０の斜視図、図５はパワーモジュール１０内の導電部材及び信号端子を示す斜視図、図６はパワーモジュール１０内の信号端子を示す平面図である。
パワーモジュール１０内の半導体素子である半導体チップ１１は、第１の半導体素子である第１半導体チップ１１ａ及び第２の半導体素子である第２半導体チップ１１ｂを含んでいる。
また、外部接続導体のうち３つの導電部材１２、１３、１４は次のようなバスバー乃至バスである。即ち、導電部材１２は、正極導電部材（Ｐバスバー）である。導電部材１３は、負極導電部材（Ｎバスバー）である。導電部材１４は、出力導電部材（Ｏｕｔバス）である。
一方、外部接続導体のうち信号端子としての信号ピン１５は、第１半導体チップ１１ａを駆動する第１信号ピン１５ａと、第２半導体チップ１１ｂを駆動する第２信号ピン１５ｂとを含む。
図４から図６を参照して容易に理解されるように、Ｐバスバー１２、Ｎバスバー１３、Ｏｕｔバス１４、第１信号ピン１５ａ、及び、第２信号ピン１５ｂは、扁平なパワーモジュール１０の樹脂封止部１６の扁平方向、即ち、主面方向に並んでいる。
従って、本例のパワーモジュール１０では金型による樹脂封止が容易となる。
従って、本例のパワーモジュール１０では金型による樹脂封止が容易となる。
この点を、次に図７を参照して説明する。
図７は、図４の半導体モジュール（パワーモジュール１０）を導電部材及び信号端子を樹脂封止して製作する様子を示す概念図である。図７（ａ）は本発明の構成要素であるパワーモジュール１０を金型を用いて樹脂封止して製作する場合の利点を示す概念図である。図７（ｂ）は一般的なパワーモジュールを金型を用いて樹脂封止して製作する場合の利点を示す概念図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）の概念図では、説明の便宜上、パワーモジュールの外部接続導体を、代表的に符号７１１及び７１２で示している。
図７は、図４の半導体モジュール（パワーモジュール１０）を導電部材及び信号端子を樹脂封止して製作する様子を示す概念図である。図７（ａ）は本発明の構成要素であるパワーモジュール１０を金型を用いて樹脂封止して製作する場合の利点を示す概念図である。図７（ｂ）は一般的なパワーモジュールを金型を用いて樹脂封止して製作する場合の利点を示す概念図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）の概念図では、説明の便宜上、パワーモジュールの外部接続導体を、代表的に符号７１１及び７１２で示している。
本発明に適用するパワーモジュール１０では、図４から図６参照して既述のように、パワーモジュール１０の外部接続導体である、Ｐバスバー１２、Ｎバスバー１３、Ｏｕｔバス１４、第１信号ピン１５ａ、及び、第２信号ピン１５ｂは、扁平なパワーモジュール１０の樹脂封止部１６の扁平方向、即ち、主面方向に並んでいる。従って、パワーモジュール１０を金型７０１及び７０２で挟んで樹脂封止して製作するに際し、外部接続導体の出し口が面内に整列する。概念的には、外部接続導体７１１及び７１２が面内方向に揃う。
このため、図７（ａ）に示された通り、金型７０１及び７０２の割り面が合って、樹脂封止に際して、樹脂が漏れ出すことがない。
このため、図７（ａ）に示された通り、金型７０１及び７０２の割り面が合って、樹脂封止に際して、樹脂が漏れ出すことがない。
これに対し、一般的なパワーモジュールを金型を用いて樹脂封止して製作する場合には、パワーモジュール１０の外部接続導体は、それら７１１及び７１２の出し口が面内に整列することがない。このため、図７（ｂ）に示された通り、金型７０１及び７０２の割り面が合わず、樹脂封止に際して、樹脂が漏れ出してしまうことになる。以上により明らかな通り、本発明の電力変換装置１に適用されるパワーモジュール１０では、金型による樹脂封止が容易となる。
次に、再び図３を参照して、電力変換装置の導体部の配置について説明する。
この電力変換装置１では、図示の通り、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２は並列に用いられ、それらコンデンサの正電極と複数の各パワーモジュール１０のＰバスバー１２はコンデンサ正極導電部材１２０で接続されている。また、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２の並列体の負電極と複数の各パワーモジュール１０のＮバスバー１３はコンデンサ負極導電部材１３０で接続されている。図示の通り、コンデンサ正極導電部材１２０及びコンデンサ負極導電部材１３０は、対向して、各樹脂封止部１６及び各冷媒管部２１の積層体における積層方向に延びている。
この電力変換装置１では、図示の通り、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２は並列に用いられ、それらコンデンサの正電極と複数の各パワーモジュール１０のＰバスバー１２はコンデンサ正極導電部材１２０で接続されている。また、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２の並列体の負電極と複数の各パワーモジュール１０のＮバスバー１３はコンデンサ負極導電部材１３０で接続されている。図示の通り、コンデンサ正極導電部材１２０及びコンデンサ負極導電部材１３０は、対向して、各樹脂封止部１６及び各冷媒管部２１の積層体における積層方向に延びている。
更に、図３から図６を参照して、各パワーモジュール１０の第１信号ピン１５ａ及び第２信号ピン１５ｂの配置上の特徴について説明する。
各図より容易に理解される通り、第１信号ピン１５ａと第２信号ピン１５ｂとは、パワーモジュール１０の扁平方向の両最外側から延出している。
このため、Ｐバスバー１２、Ｎバスバー１３、Ｏｕｔバス１４を流れる電流による磁界の影響が低減され、従って、ノイズが低減される。
各図より容易に理解される通り、第１信号ピン１５ａと第２信号ピン１５ｂとは、パワーモジュール１０の扁平方向の両最外側から延出している。
このため、Ｐバスバー１２、Ｎバスバー１３、Ｏｕｔバス１４を流れる電流による磁界の影響が低減され、従って、ノイズが低減される。
ここで再び図４を参照して、本例のパワーモジュール１０の特徴について説明する。
図４を参照して容易に理解される通り、本例のパワーモジュール１０では、Ｐバスバー１２の一部である冷却用接触面１２ａ、及び、バスバー１３の一部である冷却用接触面１３ａが、扁平な樹脂封止部１６の一方側の面から外部に露出している。これら冷却用接触面１２ａ及び１３ａは、絶縁伝熱シート（不図示）を介して冷却器２０の扁平状の冷媒管部２１と接触する。
作動状態において発熱量の多い導電部材であるこれらＰバスバー１２及びＮバスバー１３が、部分的に、樹脂封止部１６を介さずに絶縁伝熱シートを介して冷媒管部２１と接触するため、冷却効果が向上する。
図４を参照して容易に理解される通り、本例のパワーモジュール１０では、Ｐバスバー１２の一部である冷却用接触面１２ａ、及び、バスバー１３の一部である冷却用接触面１３ａが、扁平な樹脂封止部１６の一方側の面から外部に露出している。これら冷却用接触面１２ａ及び１３ａは、絶縁伝熱シート（不図示）を介して冷却器２０の扁平状の冷媒管部２１と接触する。
作動状態において発熱量の多い導電部材であるこれらＰバスバー１２及びＮバスバー１３が、部分的に、樹脂封止部１６を介さずに絶縁伝熱シートを介して冷媒管部２１と接触するため、冷却効果が向上する。
次に、図８及び図９を参照して本発明の他の実施形態としての電力変換装置について説明する。
図８は、本発明の他の実施形態としての電力変換装置を示す斜視図である。
図９は、図８の電力変換装置の組立斜視図である。
図８及び図９の電力変換装置１ａは、図１から図３を参照して既述のものと同様の複数のパワーモジュール１０と複数の冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓに対し、対向するエンドプレート４１ａ及び４２ａをフレーム部材４００で締結することにより全体として一体に構成されている。対向するエンドプレート４１ａ及び４２ａは、既述の一方の支持体４１及び他方の支持体４２に相応する。
また、フレーム部材４００は、底板４０１と、２本の上部棒状部材４０２、４０３と、一対の側方フレーム部材４０４、４０５を含んで構成される。
両エンドプレート４１ａ及び４２ａが、フレーム部材４００の上部棒状部材４０２、４０３、側方フレーム部材４０４、４０５を介して、複数のボルト４１０により締結されて、電力変換装置１ａは全体として一体に構成されている。
図８及び図９の電力変換装置１ａでは、ボルトの締結力により半導体モジュール（パワーモジュール１０と複数の冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓ）の固定力が向上する。
図８は、本発明の他の実施形態としての電力変換装置を示す斜視図である。
図９は、図８の電力変換装置の組立斜視図である。
図８及び図９の電力変換装置１ａは、図１から図３を参照して既述のものと同様の複数のパワーモジュール１０と複数の冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓに対し、対向するエンドプレート４１ａ及び４２ａをフレーム部材４００で締結することにより全体として一体に構成されている。対向するエンドプレート４１ａ及び４２ａは、既述の一方の支持体４１及び他方の支持体４２に相応する。
また、フレーム部材４００は、底板４０１と、２本の上部棒状部材４０２、４０３と、一対の側方フレーム部材４０４、４０５を含んで構成される。
両エンドプレート４１ａ及び４２ａが、フレーム部材４００の上部棒状部材４０２、４０３、側方フレーム部材４０４、４０５を介して、複数のボルト４１０により締結されて、電力変換装置１ａは全体として一体に構成されている。
図８及び図９の電力変換装置１ａでは、ボルトの締結力により半導体モジュール（パワーモジュール１０と複数の冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓ）の固定力が向上する。
以上述べた実施形態の電力変換装置の作用効果を要約する。
（１）電力変換装置１は、半導体チップ１１、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５が樹脂封止された樹脂封止部１６を有する扁平形状のパワーモジュール１０と、パワーモジュール１０を複数積層して保持する複数の冷媒管部２１を有する冷却器２０と、パワーモジュール１０及び冷却器２０を覆う底板部３１を有するカバー３０と、を備える。
樹脂封止部１６及び複数の冷媒管部２１を有する冷却器２０は、各冷媒管部２１の積層体の底板部３１への対向面と、底板部３１の上面との間の空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在しない態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向して支持されている。更に、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、樹脂封止部１６からカバー３０の反対方向に突出している。
このため、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５をカバー３０の反対方向側へ延ばし、樹脂封止部１６及び冷却器２０（冷媒管部２１）をそれらとカバー３０とがパワーモジュール１０の外部接続導体等に干渉されずにカバーに近接して配置することができ、これにより、オーバーハング量が小さくなり振耐振動性を向上させることができる。即ち、振動によるパワーモジュール１０の正規位置からのずれや振動に起因する脆性の進行によってパワーモジュール１０や冷却器２０（冷媒管部２１）が破壊に到ることを防止することができる。
（１）電力変換装置１は、半導体チップ１１、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５が樹脂封止された樹脂封止部１６を有する扁平形状のパワーモジュール１０と、パワーモジュール１０を複数積層して保持する複数の冷媒管部２１を有する冷却器２０と、パワーモジュール１０及び冷却器２０を覆う底板部３１を有するカバー３０と、を備える。
樹脂封止部１６及び複数の冷媒管部２１を有する冷却器２０は、各冷媒管部２１の積層体の底板部３１への対向面と、底板部３１の上面との間の空間Ｓにはパワーモジュール１０の外部接続導体が存在しない態様で、上記積層体と底板部３１とが近接対向して支持されている。更に、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５は、樹脂封止部１６からカバー３０の反対方向に突出している。
このため、導電部材１２、１３、１４及び信号端子１５をカバー３０の反対方向側へ延ばし、樹脂封止部１６及び冷却器２０（冷媒管部２１）をそれらとカバー３０とがパワーモジュール１０の外部接続導体等に干渉されずにカバーに近接して配置することができ、これにより、オーバーハング量が小さくなり振耐振動性を向上させることができる。即ち、振動によるパワーモジュール１０の正規位置からのずれや振動に起因する脆性の進行によってパワーモジュール１０や冷却器２０（冷媒管部２１）が破壊に到ることを防止することができる。
（２）電力変換装置１では、信号ピン１５の突出方向に配置され、パワーモジュール１０の駆動を制御する制御基板５０と、冷却器２０と制御基板５０との間に配置された電流センサ６０と、をさらに備え、電流センサ６０は、複数のパワーモジュール１０のＯｕｔバス１４に接続され、電流センサ６０と制御基板５０は、ハーネス７０で接続されている。
このため、、電流センサ６０と制御基板５０とを近接して配置することによりハーネス７０の短縮化をはかり、ひいては、ハーネス７０を伝播する信号に対するノイズを低減することが可能になる。
このため、、電流センサ６０と制御基板５０とを近接して配置することによりハーネス７０の短縮化をはかり、ひいては、ハーネス７０を伝播する信号に対するノイズを低減することが可能になる。
（３）電力変換装置１では、半導体チップ１１は、第１半導体チップ１１ａ及び第２半導体チップ１１ｂの２つを含んでなり、導電部材は、Ｐバスバー１２と、Ｎバスバー１３と、Ｏｕｔバス１４と、からなり、信号端子１５は、第１半導体チップ１１ａを駆動する第１信号ピン１５ａと、第２半導体チップ１１ｂを駆動する第２信号ピン１５ｂと、からなり、これらが扁平方向に並んでいる。
これにより、金型による樹脂封止が容易となる。
これにより、金型による樹脂封止が容易となる。
（４）電力変換装置１では、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２の並列接続体の正電極と複数のパワーモジュール１０の正極導電部材の正極導電端子とに接続されるコンデンサ正極導電部材１２０と、第１のコンデンサ８１及び第２のコンデンサ８２の並列接続体の負電極と複数のパワーモジュール１０の負極導電部材の負極導電端子とに接続されるコンデンサ負極導電部材１３０と、が設けられ、コンデンサ正極導電部材１２０とコンデンサ負極導電部材１３０とは、対向して積層方向に延びている。
これにより、コンデンサ正極導電部材１２０及びコンデンサ負極導電部材１３０を対向配置することで両導電部材を流れる電流による磁界が差動的に作用してインダクタンスが打ち消され、ノイズの放射が低減される。
これにより、コンデンサ正極導電部材１２０及びコンデンサ負極導電部材１３０を対向配置することで両導電部材を流れる電流による磁界が差動的に作用してインダクタンスが打ち消され、ノイズの放射が低減される。
（５）電力変換装置１では、第１信号ピン１５ａ及び第２信号ピン１５ｂは、パワーモジュール１０の扁平方向の最外側から延出している。
これにより、導電部材であるＰバスバー１２、Ｎバスバー１３、及び、Ｏｕｔバス１４を流れる電流による影響が少なくなりノイズが低減される。
これにより、導電部材であるＰバスバー１２、Ｎバスバー１３、及び、Ｏｕｔバス１４を流れる電流による影響が少なくなりノイズが低減される。
（６）電力変換装置１では、導電部材の一部であるＰバスバー１２及びＮバスバー１３は、樹脂封止部１６から露出している。
これにより、Ｐバスバー１２及びＮバスバー１が樹脂封止部１６を介さずに冷却器２０の冷媒管部２１に節するため、冷却効果が向上する。
これにより、Ｐバスバー１２及びＮバスバー１が樹脂封止部１６を介さずに冷却器２０の冷媒管部２１に節するため、冷却効果が向上する。
（７）電力変換装置１では、エンドプレート４１ａ及び４２ａは、複数のパワーモジュール１０と複数の冷媒管部２１との積層体である組立体１０Ｓを挟んで対向配置され、エンドプレート４１ａ及び４２ａ間を接続するフレーム部材４００をさらに備え、エンドプレート４１ａ及び４２ａとフレーム部材４００は、複数のボルト４１０により締結れている。
これにより、ボルトの締結力により半導体モジュールの固定力が向上する。
これにより、ボルトの締結力により半導体モジュールの固定力が向上する。
以上の実施形態のほか、本発明の趣旨を逸脱しない種々の変形例や変更例は本発明の範囲に包摂される。
例えば、上述の本発明の電力変換装置については、パワーモジュール１０の外部接続導体は全て上方に突出する態様のものを挙げて説明したが、パワーモジュール１０の外部接続導体は必ずしも既述の態様のもに限られず、第１信号ピン１５ａ及び第２信号ピン１５ｂが一旦樹脂封止部１６の側方に突出してから上方に向かって曲がった態様のものをも採り得る。
例えば、上述の本発明の電力変換装置については、パワーモジュール１０の外部接続導体は全て上方に突出する態様のものを挙げて説明したが、パワーモジュール１０の外部接続導体は必ずしも既述の態様のもに限られず、第１信号ピン１５ａ及び第２信号ピン１５ｂが一旦樹脂封止部１６の側方に突出してから上方に向かって曲がった態様のものをも採り得る。
１ 電力変換装置
１１ 半導体チップ（半導体素子）
１２、１３、１４ 導電部材
１５ 信号端子
２０ 冷却器
２１ 冷媒管部
３０ カバー
３１ 底板部
４１、４２ 支持体
５０ 制御基板
７０ ハーネス
８１ 第１のコンデンサ
８２ 第２のコンデンサ８２
１２０ コンデンサ正極導電部材
１３０ コンデンサ負極導電部材
４００ フレーム部材
４１０ ボルト
１１ 半導体チップ（半導体素子）
１２、１３、１４ 導電部材
１５ 信号端子
２０ 冷却器
２１ 冷媒管部
３０ カバー
３１ 底板部
４１、４２ 支持体
５０ 制御基板
７０ ハーネス
８１ 第１のコンデンサ
８２ 第２のコンデンサ８２
１２０ コンデンサ正極導電部材
１３０ コンデンサ負極導電部材
４００ フレーム部材
４１０ ボルト
Claims (7)
- 半導体素子、前記半導体素子と外部のデバイス及び／又は導体とを接続する導電部材、及び、前記半導体素子の信号端子が樹脂封止された樹脂封止部を有する扁平形状の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールを複数積層して保持する冷却器と、
前記半導体モジュール及び前記冷却器を覆うカバーと、
を備える電力変換装置であって、
前記樹脂封止部及び前記冷却器は、各自己の前記カバーへの対向部が前記カバーに近接して位置するように、前記カバーから延出する支持体により少なくとも一部が支持され、
前記導電部材及び前記信号端子は、前記樹脂封止部から前記カバーの反対方向に突出している電力変換装置。 - 前記信号端子の突出方向に配置され、前記半導体モジュールの駆動を制御する制御基板と、
前記冷却器と前記制御基板との間に配置された電流センサと、をさらに備え、
前記電流センサは、前記複数の半導体モジュールの前記導電部材に接続され、
前記電流センサと前記制御基板は、ハーネスで接続されている請求項１に記載の電力変換装置。 - 前記半導体素子は、第１の半導体素子と第２の半導体素子とを含んでなり、
前記導電部材は、正極導電部材と、負極導電部材と、出力導電部材と、からなり、
前記信号端子は、前記第１の半導体素子を駆動する第１信号端子と、前記第２の半導体素子を駆動する第２信号端子と、からなり、これらが扁平方向に並んでいる請求項１又は２に記載の電力変換装置。 - コンデンサの正電極と前記複数の半導体モジュールの正極導電部材の正極導電端子とに接続されるコンデンサ正極導電部材と、
コンデンサの負電極と前記複数の半導体モジュールの負極導電部材の負極導電端子とに接続されるコンデンサ負極導電部材と、
が更に設けられ、
前記コンデンサ正極導電部材及びコンデンサ負極導電部材は、対向して積層方向に延びている請求項３に記載の電力変換装置。 - 前記第１信号端子及び前記第２信号端子は、前記半導体モジュールの扁平方向の最外側から延出している請求項３又は４に記載の電力変換装置。
- 前記導電部材の一部は、前記樹脂封止部から露出している請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置。
- 前記支持体は、前記冷却器を挟んで対向配置され、
前記支持体間を接続するフレーム部材をさらに備え、
前記支持体と前記フレーム部材は、ボルト締結されている請求項１から６の何れか一項に記載の電力変換装置。
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