(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに接合され該ハウジングと熱的に結合されるとともに内部に冷媒が流れる冷却器と、
前記冷却器における前記ハウジングへの接合面と反対側の面に設けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板における前記冷却器への接合面と反対側の面に設けられた電子部品と、
前記電子部品と電気的に接続されたバスバーと、を備え、
前記ハウジングにおける前記冷却器の接合面と対向する部分に前記バスバーの一部が埋設されている電子部品装置。
【請求項２】
前記冷却器は、第１冷却部と、前記第１冷却部と間隔を空けて配置される第２冷却部とを有し、
前記ハウジングは、前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に配設されるバスバー配線部を有し、前記バスバーの一部は前記バスバー配線部内に埋設されるとともに一端部が前記バスバー配線部から露出する請求項１に記載の電子部品装置。
【請求項３】
前記ハウジングには、前記バスバー配線部に対し離間する位置に設けられた端子台が形成されるとともに、前記冷却器は前記バスバー配線部と前記端子台との間に収容される状態で前記ハウジングに接合されている請求項２に記載の電子部品装置。
【請求項４】
前記ハウジングは絶縁性樹脂より形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電子部品装置。
【請求項５】
前記冷却器はアルミニウム系金属で形成されている請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の電子部品装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器を備えた電子部品装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車両における走行用モータの制御や各種電気部品の制御等、大電圧、大電流を制御する半導体装置（電子部品装置）においては、駆動に伴って発熱する半導体パワー素子やダイオード等の電子部品の冷却に、冷媒を循環させて冷却を行う冷媒循環型の冷却器が必要になる（例えば、特許文献１参照）。図３に示すように、特許文献１の電力変換装置１００は、下部ハウジング１０１と、下部ハウジング１０１上に配置された第２ベース１０２と、第２ベース１０２上に配置された第１ベース１０３と、第１ベース１０３上に設けられた上部ハウジング１０４とを備えている。各ハウジング１０１〜１０４はアルミニウム材で作られており、熱伝導性に優れている。
【０００３】
電力変換装置１００には、第１ベース１０３と第２ベース１０２とによって一対の冷媒流路１０５が形成されるとともに、この冷媒流路１０５には冷媒として冷却水が流されるようになっている。一方の冷媒流路１０５上には、半導体モジュール１０７が設けられるとともに、他方の冷媒流路１０５上には、半導体モジュール１０９が設けられている。半導体モジュール１０７，１０９の絶縁基板１０７ａ，１０９ａ上には電子部品としての半導体パワー素子１１５が実装されている。
【０００４】
電力変換装置１００において、下部ハウジング１０１の下側にはコンデンサ１１０が設けられている。このコンデンサ１１０と半導体モジュール１０７，１０９は接続導体１１１によって電気的に接続されている。接続導体１１１は、板状のバスバー１１３を積層してなるものであり、この接続導体１１１は、第１ベース１０３の中央部及び第２ベース１０２の中央部に形成された孔１１２を介してコンデンサ１１０と半導体モジュール１０７，１０９とを接続している。そして、電力変換装置１００においては、冷媒流路１０５を流れる冷却水により、半導体モジュール１０７，１０９の伝熱プレート１０６，１０８が冷却されるとともに、半導体モジュール１０７，１０９内の半導体パワー素子１１５が冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体モジュール１０７，１０９の駆動に伴って半導体パワー素子１１５が発熱するとともに、バスバー１１３も電流が流れることにより熱を持つ。しかし、特許文献１においては、バスバー１１３の冷却については何ら考慮されていない。
【０００７】
本発明は、バスバーを冷却することができる電子部品装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、前記ハウジングに接合され該ハウジングと熱的に結合されるとともに内部に冷媒が流れる冷却器と、前記冷却器における前記ハウジングへの接合面と反対側の面に設けられた絶縁基板と、前記絶縁基板における前記冷却器への接合面と反対側の面に設けられた電子部品と、前記電子部品と電気的に接続されたバスバーと、を備え、前記ハウジングにおける前記冷却器の接合面と対向する部分に前記バスバーの一部が埋設されているものである。
【０００９】
これによれば、ハウジングにおける冷却器の接合面と対向する部分にバスバーの一部が位置するため、そのハウジングにおける冷却器の直下の部分に対し、バスバーをハウジングを介して熱的に結合することができる。よって、バスバーで発生した熱をハウジングを介して冷却器に伝導することができ、バスバーを冷却器により冷却することができる。
【００１０】
また、前記冷却器は、第１冷却部と、前記第１冷却部と間隔を空けて配置される第２冷却部とを有し、前記ハウジングは、前記第１冷却部と前記第２冷却部との間に配設されるバスバー配線部を有し、前記バスバーの一部は前記バスバー配線部内に埋設されるとともに一端部が前記バスバー配線部から露出していてもよい。
【００１１】
これによれば、冷却器における第１冷却部と第２冷却部の間に形成された空間をバスバーの配線用に有効利用することができる。
また、前記ハウジングには、前記バスバー配線部に対し離間する位置に設けられた端子台が形成されるとともに、前記冷却器は前記バスバー配線部と前記端子台との間に収容される状態で前記ハウジングに接合されていてもよい。
【００１２】
これによれば、ハウジングにおいて、バスバー配線部と端子台との間には、凹みが形成されることとなるため、バスバー配線部と端子台の間に冷却器を収容することで電子部品装置の高さを抑えることができる。
また、前記ハウジングは絶縁性樹脂より形成されていてもよい。
また、前記冷却器はアルミニウム系金属で形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バスバーを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の半導体装置を示す斜視図。
【図２】実施形態の半導体装置を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】背景技術の電力変換装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の電子部品装置を車両用走行モータの制御に使用される半導体装置に具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。なお、図１は、半導体装置の一部のみを具体的に示しつつ、外郭について模式的に示すとともにボンディングワイヤについては図示を省略している。
【００１６】
図１に示すように、電子部品装置としての半導体装置１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１に接合される冷却器２３と、冷却器２３のハウジング１１への接合面と反対側の面に設けられた絶縁基板としての複数の回路基板２１と、各回路基板２１の冷却器２３への接合面と反対側の面に設けられた電子部品としての半導体素子２２とを備える。さらに、半導体装置１０は、半導体素子２２と電気的に接続された複数の第１〜第３バスバー１６〜１８を備える。
【００１７】
絶縁性樹脂材料製のハウジング１１は、矩形板状のベース１２と、ベース１２の上面における該上面の長辺側の両側縁部から上方に向けて突設される端子台１３と、ベース１２の上面における該上面の短辺の中央付近から上方に向けて突設されるバスバー配線部１４とから構成されている。
【００１８】
端子台１３とバスバー配線部１４は、ベース１２と端子台１３とバスバー配線部１４とによって収容凹部１１ａを区画形成するようにベース１２の上面に設けられている。ハウジング１１は、ベース１２上面の短辺方向に沿った断面が略Ｅ字状に形成されている。
【００１９】
端子台１３は、ベース１２の上面における該上面の長辺側の両側縁部から上方に向けて突設される第１台部１３ａと、この第１台部１３ａの上面における該上面の長辺側の一側縁部から上方に向けて突設される第２台部１３ｂとから構成されている。第１台部１３ａの上面の短辺方向（ベース１２の上面の短辺方向）に沿った端子台１３の断面は略Ｌ字状に形成されている。端子台１３は、ベース１２上面の長辺側の両側縁部全体に亘って延びるように形成されている。
【００２０】
バスバー配線部１４は、ベース１２の上面における該上面の短辺の中央付近から上方に向けて突設される矩形板状の第１配線部１４ａと、この第１配線部１４ａの上面における該上面の短辺の中央付近から上方に向けて突設される第２配線部１４ｂとから構成されている。そして、バスバー配線部１４は、第１配線部１４ａ上面の短辺方向（ベース１２上面の短辺方向）に沿った断面が凸字状に形成されている。また、バスバー配線部１４は、端子台１３と平行に延びている。第１配線部１４ａ上面の短辺の長さ及び第２配線部１４ｂ上面の短辺の長さは、バスバー配線部１４の一端側より他端側の方がそれぞれ長くなっている。
【００２１】
ハウジング１１には、複数の信号端子１５、及び複数の第１〜第３バスバー１６〜１８が埋設されるとともに、複数の信号端子１５及び複数の第１〜第３バスバー１６〜１８は、ハウジング１１の一端から他端にまで並設されている。図１は、複数の信号端子１５及び複数の第１〜第３バスバー１６〜１８のうち、ハウジング１１における一端側に設けられた信号端子１５及び第１〜第３バスバー１６〜１８のみを図示しており、図を簡略化するために、ハウジング１１における一端側以外に設けられた信号端子１５及び第１〜第３バスバー１６〜１８の図示を省略している。
【００２２】
信号端子１５は、端子台１３にインサート成形により一体に埋設されている。この信号端子１５は、一端が端子台１３における第２台部１３ｂの上面から露出するとともに、他端が端子台１３における第１台部１３ａの上面から露出し、その他の部位が端子台１３内に埋め込まれている。
【００２３】
次に、第１〜第３バスバー１６〜１８について図２を用いて説明する。なお、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。説明のため、図１では図示しなかったボンディングワイヤ３０を図示している。
【００２４】
図２に示すように、第１〜第３バスバー１６〜１８は、それぞれ板状に形成されており、バスバー配線部１４及びベース１２に埋設されている。第１〜第３バスバー１６〜１８の一端部１６ａ〜１８ａはバスバー配線部１４から露出するとともに、他端部１６ｂ〜１８ｂがベース１２における長辺側の側面（以下、ベース１２の長辺側側面と記載する）から露出している。
【００２５】
詳述すると、第１バスバー１６は、一端部１６ａが第２配線部１４ｂの上面から露出し、バスバー配線部１４内を第２配線部１４ｂの上面からベース１２に向かって延び、ベース１２内に到達すると、ベース１２の長辺側側面のうちの一方に向かって延びる。そして、第１バスバー１６の他端部１６ｂが、ベース１２の長辺側側面から露出する。
【００２６】
第２バスバー１７は、一端部１７ａが第２配線部１４ｂの上面から露出し、バスバー配線部１４内を第１配線部１４ａの上面に向かって延び、第１配線部１４ａの上面から露出する。さらに、第２バスバー１７は、第１配線部１４ａの上面からベース１２に向かって延び、ベース１２内に到達すると、ベース１２の長辺側側面のうち他方（第１バスバー１６の他端部１６ｂが露出する側面とは反対側の側面）に向かって延びる。そして、他端部１７ｂがベース１２の長辺側側面から露出する。
【００２７】
第３バスバー１８は、一端部１８ａが第１配線部１４ａの上面から露出し、バスバー配線部１４内を第１配線部１４ａの上面からベース１２に向かって延び、ベース１２内に到達するとベース１２の長辺側側面に向かう方向に向きを変えて第１バスバー１６と後述する第２冷却部２３ｄとの間を第１バスバー１６と平行をなすように延びる。そして、他端部１８ｂがベース１２の長辺側側面から露出する。
【００２８】
次に、冷却器２３について説明する。図１に示すように、冷却器２３は、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により略Ｕ字状に形成されている。詳述すると、冷却器２３は、ハウジング１１の収容凹部１１ａ内に収容される第１冷却部２３ｃ及び第２冷却部２３ｄと、それら第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄとを連結する連結部２３ｅとから形成されている。第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄとは、間隔を空けて配置され、第１冷却部２３ｃの一端と第２冷却部２３ｄの一端とが連結部２３ｅによって連結されている。図２に示すように、第１冷却部２３ｃの下面と、第２冷却部２３ｄの下面は、ベース１２（ハウジング１１）の上面に接着剤によりそれぞれ接合されるとともに、冷却器２３とベース１２（ハウジング１１）とが熱的に結合されている。したがって、第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄとの間には、バスバー配線部１４が配設されている。
【００２９】
また、図１に示すように、冷却器２３には、冷却器２３内に冷媒を供給、排出する一対のパイプ２３ｂが連結されている。そして、一方のパイプ２３ｂから冷却器２３内（第１冷却部２３ｃ内）に冷媒が送られると、連結部２３ｅを介して第２冷却部２３ｄ内に冷媒が流れ、その後、他方のパイプ２３ｂから冷媒が冷却器２３外へ排出される。
【００３０】
また、図２に示すように、第１及び第３バスバー１６，１８の一部は、ハウジング１１内における第２冷却部２３ｄの直下の部分に埋設されるとともに、第２バスバー１７の一部は、ハウジング１１内における第１冷却部２３ｃの直下の部分に埋設されている。このため、第１〜第３バスバー１６〜１８は、ハウジング１１を介して冷却器２３に熱的に結合されるとともに、第１〜第３バスバー１６〜１８と冷却器２３とは熱伝導可能になっている。
【００３１】
図１に示すように、冷却器２３のハウジング１１との接合面（下面）と反対側の面（上面）には、複数の絶縁基板としての回路基板２１が併設されている。複数の回路基板２１は、第１冷却部２３ｃ及び第２冷却部２３ｄの上面における該上面の一端から他端にまで並設されている。なお、図１には、複数の回路基板２１のうち、第１冷却部２３ｃ及び第２冷却部２３ｄの上面における一端側に設けられた回路基板２１のみを図示しており、図を簡略化するために、第１冷却部２３ｃ及び第２冷却部２３ｄの上面における一端側以外に設けられた回路基板２１の図示を省略している。回路基板２１は、セラミックス基板２４の両面（上面及び下面）に金属板２５，２６を接合して構成されている。セラミックス基板２４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素などにより形成されている。また、金属板２５は、配線層として機能し、例えば、アルミニウム（純アルミニウム及びアルミニウム合金）や銅などで形成されている。また、金属板２６は、セラミックス基板２４と冷却器２３とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅などで形成されている。
【００３２】
回路基板２１における冷却器２３への接合面と反対側の面となる金属板２５には、電子部品としての半導体素子２２が実装されている。半導体素子２２は、金属板２５に接合（半田付け）されている。半導体素子２２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やダイオードからなり、各回路基板２１（金属板２５）には複数（本実施形態では２つ）の半導体素子２２が接合されている。そして、半導体素子２２は、金属板２５、セラミックス基板２４、及び金属板２６を介して冷却器２３に対し熱的に結合されている。また、半導体素子２２と信号端子１５、半導体素子２２と第１〜第３バスバー１６〜１８とは、ボンディングワイヤ３０により電気的に接続されている。
【００３３】
上記半導体装置１０は、例えば、車両に搭載されるとともに、冷却媒体循環路（図示せず）に対して一対のパイプ２３ｂにおいて連結されて使用される。冷却媒体循環路を流れる冷媒の一部が、冷却器２３の一方のパイプ２３ｂから冷却器２３内に導入されるとともに他方のパイプ２３ｂから排出される。
【００３４】
次に、半導体装置１０の作用について説明する。
半導体素子２２が駆動されると、半導体素子２２から熱が発生する。半導体素子２２から発生した熱は、金属板２５、セラミックス基板２４、及び金属板２６を介して冷却器２３に伝導される。冷却器２３に伝導された熱は、冷却器２３内を流れる冷媒との間で直接熱交換され、冷却器２３内を流れる冷媒によって持ち去られる。
【００３５】
また、半導体素子２２が駆動されると第１〜第３バスバー１６〜１８も熱を持つ。第１〜第３バスバー１６〜１８から発生した熱は、ハウジング１１のベース１２を介して冷却器２３に伝導される。冷却器２３に伝導された熱は、冷却器２３内を流れる冷媒との間で直接熱交換され、冷却器２３内を流れる冷媒によって持ち去られる。
【００３６】
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ハウジング１１に冷却器２３を接合するとともに、ハウジング１１内における冷却器２３の直下（ベース１２）に第１〜第３バスバー１６〜１８の一部を埋設した。このため、第１〜第３バスバー１６〜１８を冷却器２３により効率良く冷却することができる。したがって、第１〜第３バスバー１６〜１８が冷却されない場合と比べると、第１〜第３バスバー１６〜１８の断面積を小さくすることができるとともに、その第１〜第３バスバー１６〜１８が埋設されるハウジング１１を小型化することができる。
【００３７】
（２）第１〜第３バスバー１６〜１８を、その一部が冷却器２３の直下に位置するようにハウジング１１（ベース１２）に埋設した。第１〜第３バスバー１６〜１８の持つ熱は、ハウジング１１を放射方向に沿って伝導されるため、第１〜第３バスバー１６〜１８からハウジング１１に伝わる熱を、第１〜第３バスバー１６〜１８の直上に位置する冷却器２３に効果的に伝導させることができる。
【００３８】
（３）第１〜第３バスバー１６〜１８のうち、第１バスバー１６と第３バスバー１８の一部は、ハウジング１１（ベース１２）内で互いに平行になるように配置されている。したがって、第１バスバー１６と第３バスバー１８とで電流の向きが逆になっていると、発生する磁束同士が互いに弱め合うように作用することにより、インダクタンスを低減することができる。
【００３９】
（４）冷却器２３は、第１冷却部２３ｃ及び第２冷却部２３ｄと、この第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄとを連結する連結部２３ｅとから略Ｕ字状に形成される。そして、ハウジング１１のバスバー配線部１４は、第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄとの間に配設されている。このため、冷却器２３の第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄの間の空間を第１〜第３バスバー１６〜１８の配線用に有効利用することができる。
【００４０】
（５）第１〜第３バスバー１６〜１８が、ハウジング１１内に埋設されている。ここで、例えば、第１〜第３バスバー１６〜１８が冷却器２３の上側に設けられると、第１〜第３バスバー１６〜１８がワイヤボンディングの際に障害になる虞がある。本実施形態では、第１〜第３バスバー１６〜１８の一部がハウジング１１のバスバー配線部１４内に埋込まれているため、第１〜第３バスバー１６〜１８がワイヤボンディングの際に障害になることを無くすことができる。
【００４１】
（６）冷却器２３は、アルミニウム系金属により形成されているため、冷却器２３のハウジング１１に対する接合面の平面度のバラつきが大きくなっている。一方、絶縁樹脂製のハウジング１１における端子台１３には、信号端子１５がインサート成形により一体に埋設されている。そして、このハウジング１１に冷却器２３が接合されるが、信号端子１５は固定されているため、冷却器２３におけるハウジング１１への接合面の平面度に関わらず、冷却器２３上の半導体素子２２に対する信号端子１５の変位を抑えることができる。その結果として、信号端子１５と半導体素子２２とをボンディングワイヤ３０で接続する作業を安定して行うことができる。
【００４２】
（７）冷却器２３を略Ｕ字状に形成した。このため、例えば、冷却器２３を直線状に延びるように形成した場合と比べると、冷却器２３、ひいては半導体装置１０の長辺方向への長さを短くすることができる。
【００４３】
（８）端子台１３とバスバー配線部１４は、ベース１２と端子台１３とバスバー配線部１４とによって収容凹部１１ａを区画形成するようにベース１２の上面に設けられており、各収容凹部１１ａに冷却器２３の第１冷却部２３ｃと第２冷却部２３ｄが収容されている。したがって、例えば、収容凹部１１ａが形成されない場合と比べると、半導体装置１０の高さを抑えることができる。
【００４４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  ハウジング１１に収容凹部１１ａを形成しなくてもよい。
○  実施形態では、冷却器２３を略Ｕ字状に形成したが、冷却器２３を円環状や四角環状に形成し、その冷却器２３によって囲まれる空間部にバスバー配線部１４を配設してもよい。
【００４５】
○  第１〜第３バスバー１６〜１８は、ハウジング１１の下面からハウジング１１外へ露出されていてもよい。
○  実施形態では、ハウジング１１を絶縁性樹脂製としたが第１〜第３バスバー１６〜１８等との絶縁性が確保できるのであればハウジング１１を金属製に変更してもよい。
【００４６】
○  実施形態では、冷却器２３を金属製としたが、冷却器２３を熱伝導率の高い合成樹脂製に変更してもよい。
○  実施形態では、バスバーとして第１〜第３バスバー１６〜１８の形状、配線の仕方について具体化したが、バスバーの形状、配線の仕方は実施形態の態様に限定されず任意に変更してもよい。
【００４７】
○  電子部品は半導体素子２２に限定されず、発熱するものであれば変更してもよい。
○  電子部品装置の用途は、ハイブリッド自動車等に搭載されるものに限らず、家電製品や産業機械に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…電子部品装置としての半導体装置、１１…ハウジング、１３…端子台、１４…バスバー配線部、１６〜１８…第１〜第３バスバー、１６ａ〜１８ａ…バスバーの一端部、２１…絶縁基板としての回路基板、２２…電子部品としての半導体素子、２３…冷却器、２３ｃ…第１冷却部、２３ｄ…第２冷却部。
【図１】
0005381903.tif 000002
【図２】
0005381903.tif 000003
【図３】
0005381903.tif 000004