功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】提供一種功率轉(zhuǎn)換裝置，能將安裝于基板的發(fā)熱電路部件的熱高效地散熱到冷卻體，并能實現(xiàn)小型化。功率轉(zhuǎn)換裝置(1)包括：半導(dǎo)體功率模塊(11)，該半導(dǎo)體功率模塊(11)的一個面與冷卻體(3)接合；多個安裝基板(22、42)，在這些安裝基板(22、42)上安裝有電路部件，該電路部件包括對所述半導(dǎo)體功率模塊(11)進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件；以及熱傳導(dǎo)通路(35、37)，該熱傳導(dǎo)通路(35、37)將多個所述安裝基板的熱傳導(dǎo)至所述冷卻體(3)，在多個所述安裝基板中的、彼此相對的一對安裝基板(22、42)之間配置傳熱支承板(25)，在該傳熱支承板(25)與一對所述安裝基板(22、42)之間分別夾設(shè)傳熱構(gòu)件(26、27)，從而將一對所述安裝基板(22、42)層疊成實心狀態(tài)，從所述傳熱支承板(25)的至少一對端部(25a、25b)經(jīng)由所述熱傳導(dǎo)通路(35、36)而與所述冷卻體(3)連接。
【專利說明】功率轉(zhuǎn)換裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率轉(zhuǎn)換裝置，在該功率轉(zhuǎn)換裝置中，將安裝基板支承在內(nèi)置有功率轉(zhuǎn)換用的半導(dǎo)體開關(guān)元件的半導(dǎo)體功率模塊上，其中，在上述安裝基板上安裝有包括對半導(dǎo)體開關(guān)元件進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件的電路部件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為這種功率轉(zhuǎn)換裝置，已知有專利文獻I記載的功率轉(zhuǎn)換裝置。這種功率轉(zhuǎn)換裝置構(gòu)成為在筐體內(nèi)配置有水冷套，并在上述水冷套上配置有半導(dǎo)體功率模塊以進行冷卻，其中，上述半導(dǎo)體功率模塊內(nèi)置有作為功率轉(zhuǎn)換用的半導(dǎo)體開關(guān)元件的IGBT。另外，在筐體內(nèi)，在半導(dǎo)體功率模塊的與水冷套相反的一側(cè)以隔著規(guī)定距離的方式配置有控制電路基板及驅(qū)動電路基板，將在上述控制電路基板及驅(qū)動電路基板上產(chǎn)生的熱經(jīng)由散熱構(gòu)件傳遞到對控制電路基板及驅(qū)動電路基板進行支承的金屬基底板，再將傳遞到金屬基底板的熱經(jīng)由對該金屬基底板進行支承的筐體的側(cè)壁傳遞到水冷套。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利特許第4657329號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0007]然而，在上述專利文獻I記載的現(xiàn)有例中，將在控制電路基板上產(chǎn)生的熱以控制電路基板一散熱構(gòu)件一金屬基底板一筐體一水冷套的路徑進行散熱。因此，將筐體用作傳熱路徑的一部分，因而要求筐體也具有良好的傳熱性，在筐體形成材料限定為導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬且要求小型輕量化的功率轉(zhuǎn)換裝置中，存在無法選擇樹脂等輕型的材料、且很難實現(xiàn)輕量化這樣尚未解決的技術(shù)問題。
[0008]另外，對于筐體，由于多數(shù)情況下要求防水、防塵，因此，一般要在金屬基底板與筐體之間、筐體與水冷套之間涂覆液態(tài)密封劑或是放入橡膠制墊圈等。液態(tài)密封劑和橡膠制墊圈的導(dǎo)熱系數(shù)一般較低，因而，也存在因?qū)⒁簯B(tài)密封劑和橡膠制墊圈夾設(shè)在熱冷卻路徑中而使熱阻增加、冷卻效率下降這樣尚未解決的技術(shù)問題。為了解決上述尚未解決的技術(shù)問題，也需要將基板和安裝部件沒有完全去除的發(fā)熱通過筐體及筐體蓋的自然對流進行散熱，為了增大筐體及筐體蓋的表面積，使得筐體和筐體蓋的外形增大，從而使功率轉(zhuǎn)換裝置大型化。
[0009]因此，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例中尚未解決的技術(shù)問題而作，其目的在于提供一種能夠?qū)惭b于基板的發(fā)熱電路部件的熱高效地散熱到冷卻體，且能實現(xiàn)小型化的功率轉(zhuǎn)
換裝置。
[0010]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0011]為了達到上述目的，本發(fā)明的第一方面的功率轉(zhuǎn)換裝置包括:半導(dǎo)體功率模塊，該半導(dǎo)體功率模塊的一個面與冷卻體接合；多個安裝基板，在這些安裝基板上安裝有電路部件，該電路部件包括對上述半導(dǎo)體功率模塊進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件；以及熱傳導(dǎo)通路，該熱傳導(dǎo)通路將多個上述安裝基板的熱傳導(dǎo)至上述冷卻體。此外，在多個上述安裝基板中的、彼此相對的一對安裝基板之間配置傳熱支承板，在該傳熱支承板與一對上述安裝基板之間分別夾設(shè)傳熱構(gòu)件，從而將一對上述安裝基板層疊成實心狀態(tài)，從上述傳熱支承板的至少一對端部經(jīng)由上述熱傳導(dǎo)通路而與上述冷卻體連接。
[0012]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒎謩e安裝于一對安裝基板的發(fā)熱電路部件的發(fā)熱，分別經(jīng)由傳熱構(gòu)件傳導(dǎo)到傳熱支承板，并從上述傳熱構(gòu)件經(jīng)由傳熱支承板，進而經(jīng)由傳熱通路散熱到冷卻體。
[0013]另外，由于傳熱構(gòu)件以實心狀態(tài)夾設(shè)在一對安裝基板之間，因此，不會在兩個安裝基板間形成作為熱蓄積部的空氣層，因而，能夠提高散熱效果。而且，對于一對安裝基板來說，只要設(shè)置一塊傳熱支承板即可，能夠減少部件數(shù)。另外，由于使熱傳導(dǎo)通路與傳熱支承板的至少一對端部連接，因此，能夠縮短安裝于各安裝基板的發(fā)熱構(gòu)件與冷卻體的傳熱距離。
[0014]另外，本發(fā)明的第二方面的功率轉(zhuǎn)換裝置包括:半導(dǎo)體功率模塊，該半導(dǎo)體功率模塊在殼體中內(nèi)置有功率轉(zhuǎn)換用的半導(dǎo)體開關(guān)元件；冷卻體，該冷卻體配置在上述半導(dǎo)體功率模塊的一個面上；以及多個安裝基板，這些安裝基板安裝有電路部件，該電路部件包括對支承在上述半導(dǎo)體功率模塊的另一個面上的上述半導(dǎo)體開關(guān)元件進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件。在多個上述安裝基板中的、彼此相對的一對安裝基板之間配置傳熱支承板，在該傳熱支承板與一對上述安裝基板之間分別夾設(shè)傳熱構(gòu)件，從而將一對上述安裝基板層疊成實心狀態(tài)，從上述傳熱支承板的至少一對端部經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路而與上述冷卻體連接，其中，上述熱傳導(dǎo)通路獨立于包圍上述半導(dǎo)體功率模塊及各上述安裝基板兩者的筐體。
[0015]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒎謩e安裝于一對安裝基板的發(fā)熱電路部件的發(fā)熱，分別經(jīng)由傳熱構(gòu)件傳導(dǎo)到傳熱支承板，從上述傳熱構(gòu)件經(jīng)由傳熱支承板，進而經(jīng)由傳熱通路散熱到冷卻體。在這種情況下，由于安裝基板與冷卻體間的多個熱傳導(dǎo)通路以獨立于包圍半導(dǎo)體功率模塊及各安裝基板兩者的筐體的方式形成，因此，能夠在不考慮筐體的導(dǎo)熱系數(shù)的情況下形成筐體，能夠提高設(shè)計的自由度。
[0016]另外，由于傳熱構(gòu)件以實心狀態(tài)夾設(shè)在一對安裝基板之間，因此，不會在兩個安裝基板之間形成作為熱蓄積部的空氣層，因此，能夠提高散熱效果。而且，對于一對安裝基板來說，只要設(shè)置一塊傳熱支承板即可，能夠減少部件數(shù)。另外，由于使熱傳導(dǎo)通路與傳熱支承板的至少一對端部連接，因此，能夠縮短安裝于各安裝基板的發(fā)熱構(gòu)件與冷卻體的傳熱距離縮短。
[0017]另外，在本發(fā)明的第三方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，上述熱傳導(dǎo)通路由將上述傳熱支承板和上述冷卻體連接的傳熱支承側(cè)板構(gòu)成。
[0018]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于熱傳導(dǎo)通路由傳熱支承側(cè)板構(gòu)成，因此，能夠以雙懸臂的方式對傳熱支承板進行支承，并能夠提聞剛性以提聞耐振動性。
[0019]另外，在本發(fā)明的第四方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，上述傳熱支承板及上述傳熱支承側(cè)板由導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料構(gòu)成。
[0020]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于由導(dǎo)熱系數(shù)高的鋁、鋁合金、銅等構(gòu)成安裝基板，因此，能夠更高效地向冷卻體散熱。
[0021]另外，在本發(fā)明的第五方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，上述傳熱構(gòu)件由具有熱傳導(dǎo)性的絕緣體構(gòu)成。
[0022]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于傳熱構(gòu)件由絕緣體構(gòu)成，因此，能將相對的安裝基板彼此的間隔設(shè)定得較窄，并能夠使功率轉(zhuǎn)換裝置小型化。
[0023]另外，在本發(fā)明的第六方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，上述傳熱構(gòu)件由具有熱傳導(dǎo)性且具有伸縮性的彈性體構(gòu)成。
[0024]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于傳熱構(gòu)件具有伸縮性，因此，能夠使傳熱構(gòu)件與安裝于安裝基板的發(fā)熱部件等的周圍接觸，并能夠增加接觸面積以提高散熱效果。
[0025]另外，在本發(fā)明的第七方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，上述傳熱構(gòu)件在將上述彈性體以規(guī)定壓縮率壓縮后的狀態(tài)下被固定。
[0026]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于彈性體以壓縮后的狀態(tài)被固定，因此，能夠使彈性體與安裝于安裝基板的發(fā)熱部件的接觸更加良好，并能夠提高散熱效果。
[0027]另外，在本發(fā)明的第八方面的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在上述傳熱構(gòu)件上設(shè)置有確定上述彈性體的壓縮率的間隔調(diào)節(jié)構(gòu)件。
[0028]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠利用間隔調(diào)節(jié)構(gòu)件來確定彈性體的壓縮率，并能夠容易地將彈性體的壓縮率調(diào)節(jié)為恒定值。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，由于將包含安裝于一對安裝基板的發(fā)熱電路部件在內(nèi)的電路部件的發(fā)熱，通過一塊傳熱支承板并經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路散熱到冷卻體，因此，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)良好地形成一對安裝基板的散熱功能。因而，能夠使功率轉(zhuǎn)換裝置整體小型化。
[0031]另外，由于通過夾設(shè)傳熱構(gòu)件而呈實心狀態(tài)的方式將一對安裝基板層疊，因此，不存在在一對安裝基板之間夾設(shè)有容易產(chǎn)生熱蓄積部的空氣層，因而能夠確保良好的熱傳導(dǎo)性。
[0032]此外，由于傳熱支承板的一對端部分別經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路與冷卻體連接，因此，能縮短安裝于一對安裝基板的發(fā)熱電路部件到冷卻體的熱傳導(dǎo)通路的長度，并能夠進行高效的散熱。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的一實施方式的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0034]圖2是表示圖1的主要部分的放大剖視圖。
[0035]圖3是表示安裝基板、傳熱構(gòu)件、傳熱支承板的層疊狀態(tài)的放大剖視圖。
[0036]圖4是對發(fā)熱電路部件的散熱路徑進行說明的圖。
[0037]圖5是表示對功率轉(zhuǎn)換裝置作用有上下振動、橫向搖晃的狀態(tài)的圖。
[0038]圖6是表示現(xiàn)有例的剖視圖。
[0039]圖7是表示半導(dǎo)體功率模塊的冷卻構(gòu)件的變形例的剖視圖。
【具體實施方式】
[0040]以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。[0041]圖1是表示本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0042]在圖中，符號I是功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置I收納在筐體2內(nèi)?？痼w2是對合成樹脂件進行成形而得到的構(gòu)件，上述筐體2由夾著具有水冷套的結(jié)構(gòu)的冷卻體3而上下分割開的下部筐體2A及上部筒體2B構(gòu)成。
[0043]下部筐體2A由有底方筒體構(gòu)成。上述下部筐體2A的敞開的上部被冷卻體3覆蓋，在上述下部筐體2A的內(nèi)部收納有平滑用的薄膜電容器4。
[0044]上部筐體2B包括上端及下端敞開的方筒體2a和將該方筒體2a的上端封閉的蓋體2b。朝外，方筒體2a的下端被冷卻體3封閉。雖未圖示，在上述方筒體2a的下端與冷卻體3之間夾設(shè)有密封件，該密封件是通過涂覆液態(tài)密封劑或是放入橡膠制墊圈等方式形成的。
[0045]冷卻體3在筐 體2的外側(cè)開設(shè)有冷卻水的供水口 3a及排水口 3b，在供水口 3a與排水口 3b之間形成有冷卻水通路3c。這些供水口 3a及排水口 3b例如經(jīng)由柔性軟管而與未圖示的冷卻水供給源連接。上述冷卻體3例如通過對導(dǎo)熱系數(shù)高(例如100W ^nT1.K以上)的鋁、鋁合金進行注塑成型來形成。
[0046]此外，冷卻體3的下表面形成為平坦面，在上表面的中央部形成有俯視觀察呈方形的凹部3d。在上述凹部3d的中央部形成有俯視觀察呈方形的突出臺部3e，在該突出臺部3e的周圍形成有方框狀的周槽3f。上述突出臺部3e的高度設(shè)定為比冷卻體3的上表面低，且與后述的傳熱支承側(cè)板35、36的底板39的厚度大致相等。另外，在冷卻體3中形成有插通孔3e，該插通孔3e供保持在下部筐體2A中的薄膜電容器4的被絕緣覆蓋的正負的電極4a沿上下插通。
[0047]結(jié)合參照圖2可知，功率轉(zhuǎn)換裝置I包括內(nèi)置有例如絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)的半導(dǎo)體功率模塊11，來作為功率轉(zhuǎn)換用的、例如構(gòu)成逆變器電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件。
[0048]上述半導(dǎo)體功率模塊11將IGBT內(nèi)置在扁平的長方體狀的絕緣性的殼體12內(nèi)，在殼體12的下表面形成有金屬制的冷卻板部13。
[0049]俯視觀察時，在殼體12及冷卻板部13的四個角落處形成有供作為固定構(gòu)件的固定螺釘14插通的插通孔15。將固定螺釘14插通至這些插通孔15內(nèi)，并使固定螺釘?shù)年柭菁y部的前端與冷卻體3螺合，從而半導(dǎo)體功率模塊11被安裝于冷卻體3的上表面。
[0050]另外，在殼體12的上表面的、位于插通孔15內(nèi)側(cè)的四個部位處，突出形成有規(guī)定高度的基板固定部16。
[0051]在上述基板固定部16的上端固定有方形的驅(qū)動電路基板21,該驅(qū)動電路基板21安裝有對內(nèi)置在半導(dǎo)體功率1旲塊11中的IGBT進行驅(qū)動的驅(qū)動電路等。另外，在驅(qū)動電路基板21的上方以與驅(qū)動電路基板21保持規(guī)定間隔的方式固定有基板單元U1。在此，在驅(qū)動電路基板21上安裝有不需要使用冷卻體3進行冷卻的、發(fā)熱量小的電路部件。
[0052]基板單元Ul將俯視觀察具有相同的方形形狀且彼此平行的、作為安裝基板的控制電路基板22及電源電路基板42以保持規(guī)定間隔保持規(guī)定間隔的方式一體化?？刂齐娐坊?2安裝有控制電路等的電路部件23，該電路部件23包括對內(nèi)置在半導(dǎo)體功率模塊11中的IGBT進行控制的、發(fā)熱量相對大或是發(fā)熱密度相對大的發(fā)熱電路部件，將發(fā)熱電路部件24安裝在控制電路基板22的上表面?zhèn)?。另外，電源電路基板與控制電路基板22同樣地，安裝有包括發(fā)熱電路部件的電源電路等的電路部件43，將發(fā)熱電路部件44安裝在電源電路基板的下表面?zhèn)取?br> [0053] 另外，基板單元Ul以使控制電路基板22處于下表面?zhèn)榷闺娫措娐坊?2處于上表面?zhèn)鹊年P(guān)系，將上述控制電路基板22及電源電路基板42配置成保持規(guī)定間隔。在控制電路基板22與電源電路基板42之間的、例如上下方向的中央部配置有傳熱支承板25。另外，在上述傳熱支承板25的下表面與控制電路基板22的上表面之間配置有傳熱構(gòu)件26。另外，在傳熱支承板25的上表面與電源電路基板42的下表面之間配置有傳熱構(gòu)件27。
[0054]因此，控制電路基板22與電源電路基板42以在兩者之間夾設(shè)有傳熱構(gòu)件26、傳熱支承板25及傳熱構(gòu)件27且沒有夾設(shè)空氣層的實心狀態(tài)層疊在基板單元Ul中。
[0055]在此，傳熱支承板25由導(dǎo)熱系數(shù)高(例如100W.m-1.K ―1以上)且具有剛性的鋁、鋁合金、銅等金屬材料形成。
[0056]另外，傳熱構(gòu)件26、27由具有伸縮性的彈性體構(gòu)成為與控制電路基板22相同的外形尺寸。作為這些傳熱構(gòu)件26、27，例如可適用在作為彈性體硅酮橡膠的內(nèi)部夾設(shè)金屬填料來在發(fā)揮絕緣性能的同時提高傳熱性的構(gòu)件。通過使這些傳熱構(gòu)件26、27例如在厚度方向上壓縮5%~30%左右，能夠減小熱阻，并能夠發(fā)揮高效的傳熱效果。
[0057]因此，具有與上述基板固定部16相同的結(jié)構(gòu)的基板固定部28、29，通過焊接、釬焊等固定方式上下對稱地固定在傳熱支承板25的靠外周的四個部位處。這些基板固定部28、29設(shè)定為比傳熱構(gòu)件26、27的高度低5%~30%的高度，從而起到確定傳熱構(gòu)件26、27的壓縮率的間隔調(diào)節(jié)構(gòu)件的功能。另外，如圖3中放大所示，基板固定部28在下表面?zhèn)刃纬捎嘘幝菁y部28a，基板固定部29在上表面?zhèn)刃纬捎嘘幝菁y部29a。
[0058]此外，傳熱構(gòu)件26以使基板固定部28插通至形成于與該基板固定部28相對的位置的插通孔26a內(nèi)的狀態(tài)，配置在傳熱支承板25的下表面。在這種狀態(tài)下，將在與基板固定部28的陰螺紋部28a相對的位置形成有插通孔22a的控制電路基板22的通孔22a與基板固定部28的陰螺紋部28a相對。在這種狀態(tài)下，通過將固定螺釘30從控制電路基板22的下表面?zhèn)却┻^插通孔22a插入，并與基板固定部28的陰螺紋部28a螺合，以控制電路基板22的上表面與基板固定部28的下表面接觸的方式緊固，藉此，以傳熱構(gòu)件26被壓縮5%~30%左右的程度的狀態(tài)，將控制電路基板22固定于基板固定部28。
[0059]同樣地，以使基板固定部29插通至形成于與該基板固定部29相對的位置的插通孔27a內(nèi)的狀態(tài)，將傳熱構(gòu)件27配置在傳熱支承板25的上表面。在這種狀態(tài)下，將與基板固定部29的陰螺紋部29a相對的位置形成有插通孔42a的電源電路基板42的插通孔42a與基板固定部29的陰螺紋部29a相對。
[0060]在這種狀態(tài)下，將固定螺釘31從電源電路基板42的下表面?zhèn)却┻^插通孔42a插入，并與基板固定部29的陰螺紋部29a螺合，以使電源電路基板42的下表面與基板固定部29的上表面接觸的方式緊固，藉此，以傳熱構(gòu)件27被壓縮5%~30%左右的程度的狀態(tài)，將電源電路基板42固定于基板固定部29。
[0061]這樣，將控制電路基板22、傳熱構(gòu)件26、傳熱支承板25、傳熱構(gòu)件27及電源電路基板42 —體化來構(gòu)成基板單元Ul。
[0062]此外，將驅(qū)動電路基板21載置在半導(dǎo)體功率模塊11的基板固定部16的上表面，在這種狀態(tài)下，使形成在聯(lián)管器螺紋接套32的下表面上的陽螺紋部32a與基板固定部16的陰螺紋部16a螺合，以將聯(lián)管器螺紋接套32緊固在基板固定部16的下表面。藉此，將驅(qū)動電路基板21固定在基板固定部16上。
[0063]接著，將基板單元Ul載置在聯(lián)管器螺紋接套32的上表面，從上述電源電路基板42的上表面?zhèn)葘⒐潭葆?4插通至插通孔33中，并使固定螺釘34的前端與形成于聯(lián)管器螺紋接套32的陰螺紋部32b螺合來進行緊固，其中，上述插通孔33形成在與形成于聯(lián)管器螺紋接套32的上表面的陰螺紋部32b相對的位置處。藉此，以使控制電路基板22的下表面與聯(lián)管器螺紋接套32的上表面接觸的方式對基板單元Ul進行固定。
[0064]另一方面，如圖2及圖3所示，傳熱支承板25的右端部及左端部兩者形成有從控制電路基板22、傳熱構(gòu)件26、27及電源電路基板42的右端及左端朝右側(cè)及左側(cè)突出的連接部25a、25b。如在圖3中放大所示，在上述連接部25a、25b中貫通形成有連接孔25c、25d。
[0065]此外，通過固定螺釘37、38，將形成獨立于上部筐體2B的熱傳導(dǎo)通路的左右對稱式的傳熱支承側(cè)板35、36固定連接到傳熱支承板25的連接部25a、25b。上述固定螺釘37、38從傳熱支承板25的上方穿過連接孔25c、25d而與形成于傳熱支承側(cè)板35、36的陰螺紋(未圖不)螺合。
[0066]在此，傳熱支承側(cè)板35由垂直板部35a和從該垂直板部35a的上端朝左側(cè)延伸的連接板部35b形成為倒L字形。此外，傳熱支承側(cè)板35的垂直板部35a與連接板部35b的連接部形成為作為圓筒面的一部分的彎曲面(倒圓角部)35c。
[0067]同樣地，傳熱支承側(cè)板36也由垂直板部36a和從該垂直板部36a的狀態(tài)朝右側(cè)延伸的連接板部36b形成為倒L字形。此外，傳熱支承側(cè)板36的垂直板部36a與連接板部36b的連接部形成為作為圓筒面的一部分的彎曲面36c (倒圓角部)。
[0068]上述傳熱支承側(cè)板35、36的垂直板部35a、36a的下端側(cè)通過共用的底板39連接而一體化。上述底板39在中央部形成有供冷卻體3的突出臺部3e插通的方形孔39a，上述底板39形成為能收納在冷卻體3的周槽3f內(nèi)的方框狀。
[0069]此外,傳熱支承側(cè)板35、36的垂直板部35a、36a的下端與底板39的連接形成為作為圓筒面的一部分的彎曲面(倒圓角部)35d、36d。
[0070]這樣，將傳熱支承側(cè)板35、36的垂直板部35a、36a的上、下端部形成為圓筒狀的彎曲部35c、35d、36c、36d。因此，能緩解在上下振動或橫向搖晃傳遞到功率轉(zhuǎn)換裝置I時產(chǎn)生在垂直板部35a、36a與連接板部35b、36b、以及垂直板部35a、36a與底板39的連接部處的應(yīng)力集中。因而，能夠通過傳熱支承側(cè)板35、36，來提高對控制電路基板22進行支承的情況下的、對上下振動及橫向搖晃等的耐振動性。
[0071]此外，通過將垂直板部35a、36a與底板39的連接部、以及垂直板部35a、36a與連接板部35b、36b的連接部形成為圓筒狀的彎曲面，與將垂直板部35a、36a與底板39的連接部、以及垂直板部35a、36a與連接板部35b、36b的連接部形成為直角的L字形的情況相比，能夠縮短熱傳導(dǎo)路徑。因此，能夠縮短從傳熱支承板25到冷卻體3的熱傳導(dǎo)路徑，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的熱冷卻。
[0072]另外，傳熱支承側(cè)板35、36和底板39具有黑色的表面。為了使這些傳熱支承側(cè)板35,36和底板39的表面成為黑色，只要在表面涂覆黑色樹脂或是通過黑色涂料進行涂裝即可。通過這樣使傳熱支承側(cè)板35、36和底板39的表面成為黑色，與金屬的原料顏色相比，能夠使熱輻射率增大，并能夠增大輻射傳熱量。因此，使朝向傳熱支承側(cè)板35、36和底板39的周圍的散熱變得活躍，并能夠高效地進行控制電路基板22及電源電路基板42的熱冷卻。另外，也可以除了底板39之外，僅使傳熱支承側(cè)板35、36的表面成為黑色。
[0073]接著，對上述實施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置I的組裝方法進行說明。
[0074]首先，預(yù)先形成由控制電路基板22、傳熱構(gòu)件26、傳熱支承板25、傳熱構(gòu)件27及電源電路基板42構(gòu)成的基板單元Ul。
[0075]接著，將傳熱支承側(cè)板35、36共用的底板39配置在冷卻體3的周槽3f內(nèi)，在使形成于半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13的下表面與上述底板39的上表面接觸，且使冷卻構(gòu)件13與冷卻體3的突出臺部3e接觸的狀態(tài)下，通過固定螺釘14將半導(dǎo)體功率模塊11和底板39 —體地固定于冷卻體3。
[0076]另外，在將半導(dǎo)體功率模塊11固定于冷卻體3之前或固定于冷卻體3之后，將驅(qū)動電路基板21載置在形成于半導(dǎo)體功率模塊11上表面的基板固定部16上。接著，利用四根聯(lián)管器螺紋接套24從上方將上述驅(qū)動電路基板21固定于基板固定部16。
[0077]接著，以控制電路基板22位于下側(cè)的方式將基板單元Ul載置在四根聯(lián)管器螺紋接套32的上表面上，從電源電路基板42的上表面?zhèn)葘⒐潭葆?4插通至插通孔33中，并使固定螺釘34的前端與聯(lián)管器螺紋接套32的陰螺紋部32b螺合來進行緊固。藉此，將基板單元Ul固定在聯(lián)管器螺紋接套32上。
[0078]接著，通過固定螺釘37、38將基板單元Ul的傳熱支承板25的連接部25a、25b與傳熱支承側(cè)板35、36固定。
[0079]然后，如圖1所示，將母線50與半導(dǎo)體功率模塊11的正負的直流輸入端子Ila連接，并通過固定螺釘51將貫穿冷卻體3的薄膜電容器4的正負的連接端子4a與上述母線50的另一端連接。
[0080]接著，將拆下蓋體2b后的上部筐體2B隔著密封件安裝于冷卻體3的上表面。將固定于與外部的轉(zhuǎn)換器(未圖示)連接的連接軟線52前端的壓接端子53，及固定于與外部的三相電動馬達(未圖示)連接的電動機線纜58前端的壓接端子59，液密地插通并支承在上述上部筐體2B的方筒體2a中。
[0081]接著，將固定于連接軟線52前端的壓接端子53固定在半導(dǎo)體功率模塊11的直流輸入端子Ila上。
[0082]接著，通過固定螺釘56將母線55與半導(dǎo)體功率模塊11的三相交流輸出端子Ilb連接，在上述母線55的中途配置有電流傳感器57。接著，通過固定螺釘60將固定于電動機線纜58前端的壓接端子59固定連接到母線55的另一端。
[0083]接著，通過蓋體2b隔著密封件將方筒體2a的上部開放端封閉。
[0084]然后或者在此之前，將下部筐體2A隔著密封件固定于冷卻體3的下表面，以完成功率轉(zhuǎn)換裝置I的組裝。
[0085]在上述組裝完成狀態(tài)下，從外部的轉(zhuǎn)換器(未圖示)經(jīng)由連接軟線52將直流電力供給到半導(dǎo)體功率模塊11，并且使安裝于控制電路基板22的電源電路、控制電路等處于動作狀態(tài)，從控制電路將例如由脈寬調(diào)制信號構(gòu)成的柵極信號，經(jīng)由安裝于驅(qū)動電路基板21的驅(qū)動電路供給到半導(dǎo)體功率模塊11。
[0086]藉此，內(nèi)置在半導(dǎo)體功率模塊11中的IGBT便受到控制，將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力。轉(zhuǎn)換后的交流電力從三相交流輸出端子Ilb經(jīng)由母線55、再經(jīng)由電動機線纜58供給到三相電動馬達(未圖示)，以對上述三相電機(未圖示)進行驅(qū)動控制。
[0087]此時，由內(nèi)置在半導(dǎo)體功率模塊11中的IGBT發(fā)熱。由于形成于半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13與冷卻體3的突出臺部3e直接接觸，因此，上述發(fā)熱被供給到冷卻體3的冷卻水冷卻。
[0088]另一方面，在安裝于控制電路基板22的控制電路的電路部件23中包含發(fā)熱電路部件24，由這些發(fā)熱電路部件24產(chǎn)生發(fā)熱。此時，發(fā)熱電路部件24安裝在控制電路基板22的上表面上。
[0089]此外，在控制電路基板22的上表面?zhèn)?，隔著?dǎo)熱系數(shù)高且具有彈性的傳熱構(gòu)件26設(shè)置有傳熱支承板25。
[0090]在此，如上所述，通過使固定螺釘30從控制電路基板22的下側(cè)與基板固定部28的陰螺紋部28a螺合并進行緊固，藉此，傳熱構(gòu)件26在被以5%?30%左右的壓縮率壓縮了的狀態(tài)下被固定。因此，能夠使傳熱構(gòu)件26的熱阻減小，并能夠發(fā)揮高效的傳熱效果，同時使發(fā)熱電路部件24與傳熱構(gòu)件26的接觸面積增大。
[0091]因而，發(fā)熱電路部件24的發(fā)熱被高效地傳導(dǎo)到傳熱構(gòu)件26。因此，如圖4所示，能夠?qū)鲗?dǎo)到傳熱構(gòu)件26的熱高效地傳遞到傳熱支承板25。
[0092]此外，由于傳熱支承側(cè)板35、36與傳熱支承板25連接，因此，傳遞到傳熱支承板25的熱經(jīng)由傳熱支承側(cè)板35、36傳遞到共用的底板39。由于上述底板39與冷卻體3的周槽3f直接接觸，因此，傳遞來的熱被散熱到冷卻體3。
[0093]然后，傳遞到底板39的熱從底板39的上表面?zhèn)葌鬟f到半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13，并經(jīng)由上述冷卻構(gòu)件13傳遞到冷卻體3的突出臺部3e而被散熱。
[0094]另一方面，在電源電路基板42的下表面?zhèn)纫舶惭b有發(fā)熱電路部件44，如圖4所示，該發(fā)熱電路部件44的發(fā)熱經(jīng)由傳熱構(gòu)件27傳遞到傳熱支承板25。因此，與控制電路基板22的上表面?zhèn)鹊陌l(fā)熱電路部件24的發(fā)熱同樣地，上述發(fā)熱電路部件44的發(fā)熱經(jīng)由傳熱支承板25，并經(jīng)由傳熱支承側(cè)板35、36而被散熱到冷卻體3。
[0095]這樣，根據(jù)上述實施方式，作為彼此相對配置的一對安裝基板的控制電路基板22及電源電路基板42以在兩者間夾有傳熱構(gòu)件26、27和傳熱支承板25的實心狀態(tài)層疊，來構(gòu)成基板單元U1。因而，由于在控制電路基板22與電源電路基板42之間不存在空氣層，因此，不會像形成有空氣層的情況那樣地形成熱蓄積部，從而能夠?qū)⒀b載于控制電路基板22及電源電路基板42的發(fā)熱電路部件24、44的發(fā)熱，高效地散熱到冷卻體3。
[0096]順帶一提的是，像圖6所示的現(xiàn)有例那樣在驅(qū)動電路基板21與控制電路基板22之間、控制電路基板22與電源電路基板42之間分別形成有空間部61的情況下，由于在上部筐體2B內(nèi)基本不存在空氣的對流，因此，各電路基板21、22、42的發(fā)熱電路部件所產(chǎn)生的熱便蓄積在各電路基板21、22、42之間而形成熱蓄積部。上述熱蓄積部的熱會影響到其上方的電路基板，因而無法高效地進行散熱效果。
[0097]但是，根據(jù)上述實施方式，安裝有發(fā)熱電路部件24、44的控制電路基板22與電源電路基板42以在兩者之間夾設(shè)有傳熱構(gòu)件26、27和傳熱支承板25且不包含空氣層的實心狀態(tài)層疊，因此，能夠可靠地防止產(chǎn)生熱蓄積部。因而，能夠?qū)惭b于控制電路基板22及電源電路基板42的發(fā)熱電路部件的發(fā)熱高效地散熱到冷卻體3。
[0098]另外，將作為一對安裝基板的控制電路基板22及電源電路基板42的發(fā)熱電路部件24、44的發(fā)熱，經(jīng)由一塊傳熱支承板25傳導(dǎo)到獨立于上部筐體2B的傳熱支承側(cè)板35、36。因而，傳熱支承板25只設(shè)置一塊即可，能夠減少部件數(shù)，降低制造成本，并且能夠減薄基板單元Ul的厚度來實現(xiàn)小型化。因而，功率轉(zhuǎn)換裝置I本身也能實現(xiàn)小型化。
[0099]此外，傳熱支承側(cè)板35、36沿半導(dǎo)體功率模塊11的長邊設(shè)置。因而，能夠擴大傳熱面積，確保較寬的散熱路徑。
[0100]而且，傳熱支承側(cè)板35、36的彎折部形成為圓筒狀的彎曲部35c、35d、36c、36d，因此，與將彎折部形成為L字形的情況相比，能夠縮短傳熱到冷卻體3的傳熱距離。
[0101]因而，能夠進一步提聞發(fā)熱電路部件24、44的散熱效率。在此，熱輸送量Q可以用下述式⑴表示。
[0102]Q=AX (A/L) XT......(I)
[0103]其中，λ是導(dǎo)熱系數(shù)(W/m°C )，T是溫度差(°C )基板溫度Tl 一冷卻體溫度T2，A是傳熱最小截面積(m2)，L是傳熱長度(m)。
[0104]根據(jù)上述式(I)可知，在傳熱長度L變短時，熱輸送量Q增加，能夠發(fā)揮良好的冷卻效果。
[0105]另外，由于傳熱支承側(cè)板35、36通過共用的底板39 —體化，因此，在傳熱支承側(cè)板35、36與底板39之間沒有部件彼此的接縫，能夠抑制熱阻。
[0106]此外，在從安裝有發(fā)熱電路部件的控制電路基板22到冷卻體3的散熱路徑中沒有包含筐體2，因此，不需要使用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁等金屬，而能夠使用合成樹脂件來構(gòu)成筐體2，因而，能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化。
[0107]此外，能夠使散熱路徑不依賴于筐體2，而能夠由功率轉(zhuǎn)換裝置I單獨地形成散熱路徑，因此，能夠?qū)⒂砂雽?dǎo)體功率模塊11、驅(qū)動電路基板21和控制電路基板22構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換裝置I應(yīng)用在各種不同形態(tài)的筐體2及冷卻體3中。
[0108]另外，由于在控制電路基板22與電源電路基板42之間隔著被壓縮的傳熱構(gòu)件26、27固定有傳熱支承板部25，因此，能夠提高控制電路基板22及電源電路基板42的剛性。因而，即使在像將功率轉(zhuǎn)換裝置I用作對車輛的行駛用電動機進行驅(qū)動的電動機驅(qū)動電路的情況這樣，在功率轉(zhuǎn)換裝置I上作用有圖5所示的上下振動及橫向搖晃的情況下，也能提高對于上述上下振動及橫向搖晃的剛性。因而，能夠提供受到上下振動及橫向搖晃等的影響小的功率轉(zhuǎn)換裝置I。
[0109]此外，通過由具有傳熱性的絕緣體構(gòu)成傳熱構(gòu)件26、27，能夠?qū)⒖刂齐娐坊?2與傳熱支承板25之間、以及電源電路基板42與傳熱支承板25之間絕緣，因此，能夠縮短控制電路基板22與電源電路基板42間的距離，并使整體小型化。
[0110]另外，基板單元Ul的傳熱支承板25的左右端部以雙懸臂狀態(tài)被傳熱支承側(cè)板35、36支承，因此，能夠提聞對基板單兀Ul進行支承的支承剛性，并能夠提供耐振動性聞的功率轉(zhuǎn)換裝置I。
[0111]另外，在上述實施方式中，也可以在控制電路基板22及電源電路基板42中，通過將發(fā)熱電路部件24、44配置在靠近傳熱支承側(cè)板35、36的部分，來縮短散熱到冷卻體3的散熱路徑的距離。在這種情況下，由于發(fā)熱電路部件散熱到冷卻體3的散熱路徑的距離變短，因此，能夠進行高效的散熱。
[0112]另外，在上述實施方式中，對使半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13及傳熱支承側(cè)板35,36共用的底板39與冷卻體3接觸的情況進行了說明。但是，本發(fā)明并不限定于上述結(jié)構(gòu)，如圖7所示，也可以形成為具有冷卻翅片61的結(jié)構(gòu)，該冷卻翅片61使形成于半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13與在冷卻體3中流動的冷卻水直接接觸。在這種情況下，在冷卻體3的中央部形成使冷卻翅片61浸泡在冷卻水的通路中的浸泡部62。
[0113]此外，在包圍浸泡部62的周壁63與冷卻構(gòu)件13之間配置有O型密封圈等密封構(gòu)件66。
[0114]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于在半導(dǎo)體功率模塊11的冷卻構(gòu)件13上形成有冷卻翅片61，并通過浸泡部62使上述冷卻翅片61浸泡在冷卻水中，因此，能夠更高效地對半導(dǎo)體功率模塊11進行冷卻。
[0115]另外，在上述實施方式中，對將傳熱支承板25和傳熱支承側(cè)板35、36分體地構(gòu)成的情況進行了說明。但是，本發(fā)明并不限定于上述結(jié)構(gòu)，也可以將傳熱支承板25和傳熱支承側(cè)板35、36 —體地構(gòu)成。在這種情況下，在傳熱支承板25與傳熱支承側(cè)板35、36之間便不會形成有接縫，因此，能夠進一步減小熱阻而能夠進行更高效的散熱。
[0116]另外，在上述實施方式中，對夾插在控制電路基板22與電源電路基板42之間的傳熱構(gòu)件26、27具有彈性的情況進行了說明。但是，在本發(fā)明中，并不限定于上述結(jié)構(gòu)，能夠應(yīng)用除硅酮橡膠之外的合成橡膠及天然橡膠等彈性體。另外，也能夠應(yīng)用被絕緣覆蓋的金屬板等不具有彈性的傳熱構(gòu)件。
[0117]此外，在上述實施方式中，對使形成熱傳導(dǎo)通路的傳熱支承側(cè)板獨立于上部筐體2B的情況進行了說明。但是，在本發(fā)明中，并不限定于上述結(jié)構(gòu)，在由導(dǎo)熱系數(shù)高的材料形成上部筐體2B的情況下，也可以通過省略傳熱支承側(cè)板并將傳熱支承板直接支承于上部筐體2B，來將上部筐體2 B用作熱傳導(dǎo)通路。
[0118]此外，在上述實施方式中，對應(yīng)用薄膜電容器4作為平滑用的電容器的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以應(yīng)用圓柱狀的電解電容器。
[0119]另外，在上述實施方式中，對將本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用在電動汽車的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于在軌道上行駛的鐵道車輛，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于任意的電力驅(qū)動車輛。此外，作為功率轉(zhuǎn)換裝置，不限定于對電力驅(qū)動車輛進行驅(qū)動的情況，能夠?qū)⒈景l(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用在對其它的產(chǎn)業(yè)設(shè)備中的電動馬達等致動器進行驅(qū)動的情況。
[0120]工業(yè)上的可利用性
[0121]根據(jù)本發(fā)明，由于將包含安裝于一對安裝基板的發(fā)熱電路部件在內(nèi)的電路部件的發(fā)熱，通過一塊傳熱支承板并經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路散熱到冷卻體，因此，能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)良好地形成一對安裝基板的散熱功能。因而，能夠提供可將安裝于基板的發(fā)熱電路部件的熱高效地散熱到冷卻體，并能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的功率轉(zhuǎn)換裝置。
[0122](符號說明)
[0123]I…功率轉(zhuǎn)換裝置；2…筐體；3…冷卻體；4…薄膜電容器；5…蓄電池收納部；1L...半導(dǎo)體功率模塊；12...殼體；13…冷卻構(gòu)件；21…驅(qū)動電路基板；22...控制電路基板；23…電路部件；24…發(fā)熱電路部件；25…傳熱支承板；26、27…傳熱構(gòu)件；28、29…基板固定部；30、31…固定螺釘；32…聯(lián)管器螺紋接套；42...電源電路基板；UL...基板單元；43...電路部件；44...發(fā)熱電路部件；61…冷卻翅片。
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體功率模塊，該半導(dǎo)體功率模塊的一個面與冷卻體接合； 多個安裝基板，在這些安裝基板上安裝有電路部件，該電路部件包括對所述半導(dǎo)體功率模塊進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件；以及 熱傳導(dǎo)通路，該熱傳導(dǎo)通路將多個所述安裝基板的熱傳導(dǎo)至所述冷卻體， 在多個所述安裝基板中的、彼此相對的一對安裝基板之間配置傳熱支承板，在該傳熱支承板與一對所述安裝基板之間分別夾設(shè)傳熱構(gòu)件，從而將一對所述安裝基板層疊成實心狀態(tài)， 從所述傳熱支承板的至少一對端部經(jīng)由所述熱傳導(dǎo)通路而與所述冷卻體連接。
2.—種功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體功率模塊，該半導(dǎo)體功率模塊在殼體中內(nèi)置有功率轉(zhuǎn)換用的半導(dǎo)體開關(guān)元件；冷卻體，該冷卻體配置在所述半導(dǎo)體功率模塊的一個面上；以及多個安裝基板，這些安裝基板安裝有電路部件，該電路部件包括對支承在所述半導(dǎo)體功率模塊的另一個面上的所述半導(dǎo)體開關(guān)元件進行驅(qū)動的發(fā)熱電路部件， 在多個所述安裝基板中的、彼此相對的一對安裝基板之間配置傳熱支承板，在該傳熱支承板與一對所述安裝基板之間分別夾設(shè)傳熱構(gòu)件，從而將一對所述安裝基板層疊成實心狀態(tài)， 從所述傳熱支承板的至少一對端部經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路而與所述冷卻體連接，其中，所述熱傳導(dǎo)通路獨立于包圍所述半導(dǎo)體功率模塊及各所述安裝基板兩者的筐體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述熱傳導(dǎo)通路由將所述傳熱支承板和所述冷卻體連接的傳熱支承側(cè)板構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述傳熱支承板及所述傳熱支承側(cè)板由導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述傳熱構(gòu)件由具有熱傳導(dǎo)性的絕緣體構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述傳熱構(gòu)件由具有熱傳導(dǎo)性且具有伸縮性的彈性體構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述傳熱構(gòu)件在將所述彈性體以規(guī)定壓縮率壓縮后的狀態(tài)下被固定。
8.如權(quán)利要求7所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在所述傳熱構(gòu)件上設(shè)置有確定所述彈性體的壓縮率的間隔調(diào)節(jié)構(gòu)件。
【文檔編號】H01L23/36GK103946977SQ201280055676
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】田中泰仁, 柴田美里 申請人:富士電機株式會社