(57)【要約】【課題】パワーモジュールと制御基板とを接続する配線の配線距離が長くなってしまうことを防止できる電力変換装置を提供する。【解決手段】少なくとも表面に開口するパワーモジュール配置部１１ｃが形成された制御基板１１と、半導体素子で構成され、パワーモジュール配置部１１ｃの中に配置されて制御基板１１によって動作が制御されるパワーモジュール１２と、を含む。【選択図】図２
2014068511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面に開口するパワーモジュール配置部が形成された制御基板と、
半導体素子で構成され、前記パワーモジュール配置部の中に配置されて前記制御基板によって動作が制御されるパワーモジュールと、
を含む電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部は、少なくとも開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触するように形成される、
電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置において、
前記制御基板は、パワーモジュール配置部が表面から裏面まで貫通するように形成され、
前記制御基板の裏面に配置される冷却器をさらに含み、
前記パワーモジュールは、前記冷却器に接面する、
電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触し、底に近いほど内周面がパワーモジュールから離間するように形成される、
電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部の内周面は、縦断面で見たときに斜線又は曲線である、
電力変換装置。
【請求項７】
請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部は、前記パワーモジュールが配置された状態で、開口付近の所定部分が前記パワーモジュールと接触し、段を介して底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。
【請求項８】
請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記冷却器には、凹部が形成され、
前記パワーモジュール配置部は、底が前記冷却器の凹部で構成され、前記パワーモジュールが配置された状態で、少なくとも底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように形成される、
電力変換装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュール配置部の底には、配置されるパワーモジュールの周縁に沿って溝が形成される、
電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記パワーモジュールは、前記制御基板の制御端子にワイヤーボンディング接続される、
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の電力変換装置では、半導体素子で構成されるパワーモジュール(半導体モジュール)が冷却器の上に配置され、パワーモジュールの上方に制御基板が配置されている。そして、パワーモジュールと制御基板とがＬ字状の配線導体で接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１６８４０号公報（図４，図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術の構成では、パワーモジュールと制御基板との距離が離れる。このため、パワーモジュールと制御基板とを接続する配線の配線距離が長くなる。配線距離が長くなればインダクタンスが大きくなるので、スイッチング時に誤動作を生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、パワーモジュールと制御基板とを接続する配線の配線距離が長くなってしまうことを防止できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明による電力変換装置のひとつの態様は、少なくとも表面に開口するパワーモジュール配置部が形成された制御基板を含む。そしてさらに、半導体素子で構成され、前記パワーモジュール配置部の中に配置されて前記制御基板によって動作が制御されるパワーモジュールを備える。
【発明の効果】
【０００８】
この態様によれば、パワーモジュールが、制御基板に形成されたパワーモジュール配置部の中に配置されるので、パワーモジュールと制御基板との距離が近づき、パワーモジュールと制御基板とを接続するワイヤを短くできる。これによってスイッチング時の誤動作の可能性を低減できる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による電力変換装置の第１実施形態の要部を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明による電力変換装置の第１実施形態の断面図である。
【図３】図３は、本発明による電力変換装置の第２実施形態の断面図である。
【図４】図４は、本発明による電力変換装置の第３実施形態の断面図である。
【図５】図５は、本発明による電力変換装置の第４実施形態の断面図である。
【図６】図６は、本発明による電力変換装置の第５実施形態の断面図である。
【図７】図７は、本発明による電力変換装置の第６実施形態の要部を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明による電力変換装置の第６実施形態の断面図である。
【図９】図９は、本発明による電力変換装置の第７実施形態の要部を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明による電力変換装置の第７実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明による電力変換装置の第１実施形態の要部を示す平面図である。
【００１２】
電力変換装置１は、たとえば電動車を走行させる駆動モーターの作動制御に用いられる装置である。電力変換装置１は、たとえばモーターの端面に配置され、モーターと一体に構成される。電力変換装置１は、制御基板１１と、パワーモジュール１２と、を含む。
【００１３】
制御基板１１は、パワーモジュール１２の動作を制御する基板である。図１では、制御基板１１は、中央に孔が形成された円形、すなわちドーナツ形に例示されている。制御基板１１は、冷却器１３の上に配置される。制御基板１１には、パワーモジュール１２と接続されるＰ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎが形成される。このＰ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎは、パワーモジュール１２を構成する半導体素子のレイアウトに応じて低配線インダクタンスやノイズ干渉を考慮した位置に配置される。すなわち図１の位置は一例に過ぎず、ワイヤ接続方向も図１の方向には限定されない。
【００１４】
パワーモジュール１２は、駆動モーターの作動を制御する。パワーモジュール１２は、半導体素子で構成される。図１には、９個のパワーモジュール１２が用いられる場合が例示されている。パワーモジュール１２は、制御基板１１のＰ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎに接続(ワイヤボンディング)される。
【００１５】
図２は本発明による電力変換装置の第１実施形態の断面図であり、図２(Ａ)は図１のＡ−Ａ断面を示し、図２(Ｂ)は図１のＢ−Ｂ断面を示す。なお図面の煩雑を避けるために、図１では、パワーモジュール１２の上方にあるバスバー等は省略されていた。
【００１６】
図２(Ａ)及び図２(Ｂ)から明らかなように、制御基板１１は、冷却器１３の上に配置される。制御基板１１には、表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通するように、パワーモジュール配置部１１ｃが形成されている。パワーモジュール１２は、パワーモジュール配置部１１ｃの中に配置される。パワーモジュール１２は、冷却器１３に接面する。制御基板１１のパワーモジュール配置部１１ｃは、表面の開口付近がパワーモジュール１２に接触する。底付近の内周面は、パワーモジュール１２に接触することなく離間するように窪まされている。すなわちパワーモジュール配置部１１ｃは、パワーモジュール１２が配置された状態で、開口付近の所定部分(開口近くの上面側の部分)がパワーモジュール１２と接触し、段を介して底付近の内周面がパワーモジュールに接触することなく離間するように窪まされて形成される。この窪部１１ｄに、パワーモジュール１２を接着して余剰となった接着材(ハンダや接着剤など)が留まる。このような構造であるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことが防止される。またパワーモジュール１２を傾きなく保持することができる。
【００１７】
パワーモジュール１２の上方には、バスバー２１及びコンデンサー２２が配置される。バスバー２１は、ベースプレート２１ｂと、Ｐ側バスバー２１ｐと、Ｎ側バスバー２１ｎと、を含む。Ｎ側バスバー２１ｎは、ベースプレート２１ｂの上に配置される。Ｎ側バスバー２１ｎの上面には切り欠き部分が形成されており、その切り欠き部分にＰ側バスバー２１ｐが配置される。そしてＮ側バスバー２１ｎ及びＰ側バスバー２１ｐを跨いでコンデンサー２２が実装される。Ｎ側バスバー２１ｎのバスバーＮ端子２１１ｎは、パワーモジュール１２のＮ端子１２ｎに接続される。Ｐ側バスバー２１ｐのバスバーＰ端子２１１ｐは、パワーモジュール１２のＰ端子１２ｐに接続される。なお図２(Ａ)では、Ｎ端子１２ｎ及びＰ端子１２ｐが重なって１本に見える。またＮ側バスバー２１ｎ及びＰ側バスバー２１ｐは、入れ替わって逆に配置されてもよい。適宜変更可能である。
【００１８】
またパワーモジュール１２は、ＡＣ端子１２ａｃを介して駆動モーターに接続される。
【００１９】
本実施形態によれば、パワーモジュール１２は、制御基板１１に形成されたパワーモジュール配置部１１ｃの中に配置される。このように構成されることで、パワーモジュール１２と制御基板１１との距離が近づき、パワーモジュール１２と制御基板１１(Ｐ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎ)とを接続するワイヤを短くできる。
【００２０】
これに対して、特許文献１のように、パワーモジュールと制御基板との距離が離れていると、配線の配線距離が長くなる。配線距離が長くなればインダクタンスが大きくなる。インダクタンスが大きくなると、スイッチング時の電圧変化(ｄｖ／ｄｔ)及び浮遊容量Ｃによって電流が生じる(Ｃ・ｄｖ／ｄｔ)。この電流とインダクタンス(Ｌ)とによってゲート電圧が上昇し(Ｌ・ｄｉ／ｄｔ)、上昇したゲート電圧が閾値電圧を超える可能性がある。このような場合に、誤動作を起こす可能性がある。このように、スイッチング時に誤動作を生じる可能性がある。
【００２１】
一方、本実施形態の構成によれば、ワイヤが短いので、インダクタンスが小さく、スイッチング時の誤動作が低減されるのである。
【００２２】
また特許文献１で用いられていたＬ字状の配線導体が不要であるので、電力変換装置１をモーターの端面に配置した場合に、モーター出力軸方向長さを短くでき、小型化することができる。
【００２３】
また本実施形態によれば、制御基板１１のパワーモジュール配置部１１ｃの表面の開口付近がパワーモジュール１２に接触する。仮に、制御基板１１のパワーモジュール配置部１１ｃとパワーモジュール１２との間に隙間があって、接触することなく離間されていれば、その隙間分だけＰ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎもパワーモジュール１２から離れてしまう。
【００２４】
これに対して、本実施形態のように、制御基板１１のパワーモジュール配置部１１ｃの表面の開口付近がパワーモジュール１２に接触すれば、Ｐ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎを、一層、パワーモジュール１２に近づけることができる。したがって、ワイヤをさらに短くすることができ、インダクタンスがさらに小さくなり、スイッチング時の誤動作が一層低減されるのである。
【００２５】
さらに本実施形態によれば、制御基板１１のパワーモジュール配置部１１ｃの底付近の内周面は、パワーモジュール１２に接触することなく離間するように窪まされている。このような構成にすれば、この窪部１１ｄに、パワーモジュール１２を接着して余剰となった接着材(ハンダや接着剤など)を留めることができる。仮に窪部がなければ、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が制御基板１１の下面に漏れて制御基板１１が浮いた状態になるおそれがある。このような状態で、パワーモジュール１２と制御基板１１(Ｐ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎ)とをワイヤボンディングしては、ワイヤが長くなり、インダクタンスが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態の構成であれば、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を窪部１１ｄに逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００２６】
さらにまた本実施形態によれば、パワーモジュール配置部１１ｃは、制御基板１１の表面１１ａから裏面１１ｂまで貫通するように形成されている。そして、パワーモジュール１２は、パワーモジュール配置部１１ｃの中に配置されるとともに、冷却器１３に接面する。このような構成になっているので、パワーモジュール１２が冷却器１３で直接冷却され、パワーモジュール１２の熱故障の可能性が一層低減される。
【００２７】
また本実施形態によれば、パワーモジュール１２と制御基板１１(Ｐ側パッド１１ｐ及びＮ側パッド１１ｎ)とがワイヤボンディングで接続されているので、部品の位置にバラツキがあっても、電気接続が可能である。
【００２８】
（第２実施形態）
図３は本発明による電力変換装置の第２実施形態の断面図であり、図３(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図３(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００２９】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３０】
本実施形態の冷却器１３には、凹部１３ａが形成されている。パワーモジュール配置部１１ｃの底は、この凹部１３ａで構成される。凹部１３ａは、図２(Ａ)及び図２(Ｂ)の左右方向でパワーモジュール１２よりも大きく形成されている。すなわち、パワーモジュール配置部１１ｃの底付近の内周面１３ｂは、パワーモジュール１２に接触することなく離間するように形成される。
【００３１】
このような構成によっても、パワーモジュール１２と内周面１３ｂとの間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００３２】
またパワーモジュール１２の底付近の周面からも冷却されやすくなり、すなわちパワーモジュール１２から冷却器１３までの放熱経路が増加し、放熱性能を向上できるのである。
【００３３】
（第３実施形態）
図４は本発明による電力変換装置の第３実施形態の断面図であり、図４(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図４(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００３４】
本実施形態では、パワーモジュール配置部１１ｃの底(図４では、冷却器１３の上面)に、パワーモジュール１２の周縁に沿って溝１３ｃが形成されている。
【００３５】
このような構成によっても、溝１３ｃに余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、部品が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００３６】
（第４実施形態）
図５は本発明による電力変換装置の第４実施形態の断面図であり、図５(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図５(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００３７】
本実施形態では、パワーモジュール配置部１１ｃの内周面は、縦断面で見たときに下方に広がる斜線状である。
【００３８】
このような構成によっても、パワーモジュール１２とパワーモジュール配置部１１ｃの内周面との間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００３９】
またパワーモジュール配置部１１ｃの内周面の形成が容易である。
【００４０】
（第５実施形態）
図６は本発明による電力変換装置の第５実施形態の断面図であり、図６(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図６(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００４１】
本実施形態では、パワーモジュール配置部１１ｃの内周面は、縦断面で見たときに下方に広がる曲線状である。
【００４２】
このような構成によっても、パワーモジュール１２とパワーモジュール配置部１１ｃの内周面との間の隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００４３】
またパワーモジュール配置部１１ｃの内周面の形成が容易である。
【００４４】
（第６実施形態）
図７は、本発明による電力変換装置の第６実施形態の要部を示す平面図である。
【００４５】
第１実施形態では、パワーモジュール配置部１１ｃは、表面の開口付近が全周でパワーモジュール１２に接触していた。これに対して、本実施形態のパワーモジュール配置部１１ｃは、図７に示されるように表面の開口付近の４箇所が凸設されてパワーモジュール１２に接触する。
【００４６】
図８は本発明による電力変換装置の第６実施形態の断面図であり、図８(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図８(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００４７】
本実施形態では、図８(Ｂ)に示されるように、表面の開口付近の４箇所の凸設部分以外では、パワーモジュール配置部１１ｃとパワーモジュール１２との間に隙間がある。したがって、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が多量にあっても、この隙間に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００４８】
（第７実施形態）
図９は、本発明による電力変換装置の第７実施形態の要部を示す平面図である。
【００４９】
第１実施形態では、パワーモジュール配置部１１ｃは、中央に孔が形成された円形、すなわちドーナツ形の制御基板１１の表面１１ａから裏面１１ｂまで台形状の四角孔が貫通されて形成されていた。これに対して本実施形態の制御基板１１は、外形が切り欠かれた歯車状である。そして、この切り欠きに連続するようにパワーモジュール配置部１１ｃが形成される。
【００５０】
図１０は本発明による電力変換装置の第７実施形態の断面図であり、図１０(Ａ)は第１実施形態の図２(Ａ)に対応し、図１０(Ｂ)は第１実施形態の図２(Ｂ)に対応する。
【００５１】
本実施形態では、図１０(Ａ)に示されるように、パワーモジュール１２の外形側(図１０(Ａ)では右側)では制御基板１１が切り欠かれており、制御基板１１がない。したがって、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が多量にあっても、この切り欠き箇所に余剰の接着材(ハンダや接着剤など)を逃がすことができるので、余剰の接着材(ハンダや接着剤など)が溢れてしまうことを防止でき、制御基板１１が浮いた状態になることが防止される。したがって、ワイヤが長くなることを防止できるのである。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５３】
たとえば、上記各実施形態においては、パワーモジュール配置部は、制御基板の表面から裏面まで貫通するように形成されたが、これには限られない。制御基板の表面には開口するが裏面までは貫通せず底がある凹形状であってもよい。このような構成であれば、制御基板及びパワーモジュールを予めサブアッセンブリー化させることができる。
【００５４】
また各部品の形状は、一例に過ぎず、部品の仕様に応じて形状を適宜変更可能である。
【００５５】
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  電力変換装置
１１  制御基板
１１ａ  制御基板の表面
１１ｂ  制御基板の裏面
１１ｃ  パワーモジュール配置部
１１ｄ  窪部
１１ｐ  Ｐ側パッド
１１ｎ  Ｎ側パッド
１２  パワーモジュール
１３  冷却器
【図１】
2014068511.tif 000003
【図２】
2014068511.tif 000004
【図３】
2014068511.tif 000005
【図４】
2014068511.tif 000006
【図５】
2014068511.tif 000007
【図６】
2014068511.tif 000008
【図７】
2014068511.tif 000009
【図８】
2014068511.tif 000010
【図９】
2014068511.tif 000011
【図１０】
2014068511.tif 000012