功率半導體模塊及功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率半導體模塊及功率模塊。并且提供樹脂密封部與具有導體板的功率半導體模塊之間的緊貼力及導熱率大的絕緣膜。在功率半導體模塊(302)與散熱部(307B)之間設有絕緣層(700)。功率半導體模塊(302)具備覆蓋導體板(315)的周側(cè)面的樹脂密封部(348)，在樹脂密封部(348)上設有多個凹部(348D)。絕緣層(700)由噴鍍膜(710)、絕緣膜(720)、樹脂層(730)構(gòu)成，噴鍍膜(710)在包括凹部(348D)的樹脂密封部(348)的表面形成為整面狀。凹部(348D)的平面尺寸形成得比構(gòu)成噴鍍膜(710)的各扁平體(711)的平面尺寸大。
【專利說明】功率半導體模塊及功率模塊【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種散熱性及可靠性優(yōu)異的功率半導體模塊及功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]從節(jié)能的觀點出發(fā)，機動車謀求高燃料利用率化，以電動機進行驅(qū)動的電動機動車、將電動機驅(qū)動與發(fā)動機驅(qū)動組合了的混合動力車引人注目。在機動車中使用的大容量的車載用電動機中，在電池的直流電壓下難以驅(qū)動、控制，為了升壓并進行交流控制，利用功率半導體元件的開關(guān)的電力轉(zhuǎn)換裝置不可或缺。另外，功率半導體元件因通電而發(fā)熱，因此搭載功率半導體元件的功率半導體模塊謀求具有高散熱能力的絕緣層。
[0003]例如，作為上述的功率半導體模塊，已知有如下所述的構(gòu)造體:利用樹脂將功率半導體元件和搭載有功率半導體元件的導體板密封而使其形成為一體，通過噴鍍而在導體部及樹脂部的下表面形成有陶瓷絕緣層(例如，參照專利文獻I)。陶瓷絕緣層的導熱率良好，因此通過在該陶瓷絕緣層上層疊冷卻用的散熱器，能夠廉價地制成散熱性良好的功率半導體模塊。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利第4023397號公報發(fā)明概要
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]在上述的功率半導體模塊中，由于僅是在搭載有功率半導體元件的導體板及密封樹脂上形成噴鍍膜，因此密封樹脂與噴鍍膜之間的緊貼力小。因此，因以導體板與密封樹脂之間的熱膨脹系數(shù)的差為起因的熱應力而導致噴鍍膜從樹脂密封部剝離，從而無法確保可靠性。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]解決方案
[0011]本發(fā)明的功率半導體模塊的特征在于，所述功率半導體模塊具備:半導體元件；導體板，在其一面上搭載有半導體元件； 樹脂密封部，其覆蓋導體板的側(cè)面部，且使與一面對置的另一面的至少一部分露出；噴鍍膜，其在樹脂密封部的下表面及導體板的從樹脂密封部露出的另一面的一部分上設置，在樹脂密封部的下表面形成有凹部，凹部的平面尺寸比構(gòu)成噴鍍膜的各扁平體的平面尺寸大。
[0012]發(fā)明效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明，通過在樹脂密封部設有凹部，噴鍍膜與樹脂密封部的緊貼強度增大，因此能夠防止噴鍍膜從樹脂密封部剝離，從而提高可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1表示包括本發(fā)明所涉及的功率半導體模塊在內(nèi)的功率模塊的一實施方式，是功率模塊的外觀立體圖。
[0015]圖2是圖1所圖示出的功率模塊中的I1-1I剖視圖。
[0016]圖3 (a)是拆下功率模塊的模塊箱后的立體圖，圖3 (b)是圖3 (a)的IIIb-1IIb剖視圖。
[0017]圖4是功率半導體模塊的電路圖。
[0018]圖5是用于說明功率半導體模塊的制造工序的立體圖。
[0019]圖6是用于說明接著圖5的工序的立體圖。
[0020]圖7是用于說明接著圖6的工序的立體圖。
[0021]圖8是用于說明接著圖7的工序的立體圖。
[0022]圖9是說明形成密封樹脂的壓鑄模制工序的圖，(a)是合模前的剖視圖，(b)是合模后的剖視圖。
[0023]圖10是用于說明接著圖8的工序的立體圖。
[0024]圖11中，(a)是輔助功率模塊的立體圖，(b)是圖11(a)的XIb-XIb剖視圖。
[0025]圖12是圖2中的區(qū)域XII的放大剖視圖。
[0026]圖13是形成噴鍍膜前的功率半導體模塊的剖視圖。
[0027]圖14中，(a)是形成有噴鍍膜的狀態(tài)的功率半導體模塊的剖視圖，(b)是圖14(a)中的區(qū)域XIVb的放大圖。
[0028]圖15中，(a)是用于說明噴鍍膜的形成工序的半導體模塊及模塊箱的剖視圖，(b)是用于說明接著圖15(a)的工序的圖。
[0029]圖16是表示樹脂密封部的凹部形狀的放大剖視圖。
[0030]圖17是表示噴鍍膜的粘著面的傾斜角度與圖16不同的凹部形狀的放大剖視圖。
[0031]圖18是表示用于估算從導體板的端部到凹部端部為止的距離的部分放電開始模型的圖。
[0032]圖19是表示0.685氣壓、1201:、8 = 3.8時的帕邢曲線的圖。
[0033]圖20是表示從導體板的端部到凹部端部為止的距離與賦予功率半導體模塊的最大電壓之間的關(guān)系的特性圖。
[0034]圖21中，(a)是混合于樹脂密封部中的填充物不從凹部露出的構(gòu)造的剖視圖，(b)涉及本發(fā)明的實施方式2，是混合于樹脂密封部中的填充物從凹部露出的構(gòu)造的剖視圖。
[0035]圖22是表示本發(fā)明的實施方式3的圖，是表示功率半導體模塊的主要部分的放大首1J視圖。
[0036]圖23是表示本發(fā)明的實施方式4的圖，是在模塊箱內(nèi)收容有功率半導體模塊的狀態(tài)的剖視圖。
[0037]圖24是用于說明本發(fā)明的實施方式5的圖，是樹脂密封型的單面冷卻功率半導體模塊的俯視圖。
[0038]圖25是圖23所圖示出的功率半導體模塊的剖視圖，(a)是將端子折曲后的狀態(tài)圖，(b)是對端子進行折曲之前的狀態(tài)圖。
[0039]圖26是用于說明本發(fā)明的實施方式6的圖，是具備對功率半導體模塊進行冷卻的冷卻器的功率模塊的剖視圖。[0040]圖27是說明噴鍍膜的絕緣性能(絕緣破壞電壓)的圖。
[0041]圖28是說明噴鍍膜的絕緣性能(部分放電電壓)的圖。
[0042]圖29是表示與絕緣層的結(jié)構(gòu)相關(guān)的比較例的圖。
[0043]圖30是說明比較例與本發(fā)明的導熱率的圖。
[0044]圖31是表示混合動力機動車的控制塊的圖。
[0045]圖32是說明逆變器部的電路結(jié)構(gòu)的圖。
[0046]圖33是用于說明電力轉(zhuǎn)換裝置的設置地點的分解立體圖。
[0047]圖34是電力轉(zhuǎn)換裝置的分解立體圖。
[0048]圖35是具有流路19的冷卻外套12的仰視圖。
[0049]圖36是電容器模塊500的分解立體圖。
[0050]圖37中，(a)是在冷卻外套12上組裝有功率模塊、電容器模塊、匯流條模塊的外觀立體圖，(b)是圖37(a)的矩形包圍部的放大圖。
[0051 ]圖38是組裝有功率模塊和電容器模塊的冷卻外套12與匯流條模塊800的分解立體圖。
[0052]圖39是除保持構(gòu)件803以外的匯流條模塊800的外觀立體圖。
[0053]圖40是組裝有功率模塊、電容器模塊、匯流條模塊800、輔機用功率半導體模塊350的冷卻外套12的外觀立體圖。
[0054]圖41是將控制電路基板20與金屬基板11分離后的電力轉(zhuǎn)換裝置200的分解立體圖。
[0055]圖42是將圖41所示的電力轉(zhuǎn)換裝置200沿著圖41中的面B剖開的情況下的、從圖41的C方向觀察到的剖視圖。
【具體實施方式】
[0056]以下，參照附圖，對本發(fā)明所涉及的功率半導體模塊及功率模塊的適當?shù)膶嵤┓绞竭M行說明。
[0057]實施方式I
[0058][功率模塊整體構(gòu)造]
[0059]圖1?15是表示基于本發(fā)明的功率半導體模塊的第一實施方式的圖。圖1是具有功率半導體模塊的功率模塊的外觀立體圖。圖2是圖1的I1-1I剖視圖。
[0060]功率模塊300將包括開關(guān)元件且被壓鑄模制而成的功率半導體模塊收納于模塊箱304內(nèi)。功率模塊300在例如搭載于電動機動車、混合動力機動車等電動車輛的電力轉(zhuǎn)換裝置中使用。
[0061]如圖2所示，功率模塊300將圖3所示的功率半導體模塊302收納于作為CAN型冷卻器的模塊箱(散熱用構(gòu)件)304的內(nèi)部。在此，CAN型冷卻器是呈在一面具有插入口306(參照圖2)且在另一面具有底部的筒形狀的冷卻器。模塊箱304由具有導電性的構(gòu)件、例如Cu、Cu合金、Cu_C、Cu-CuO等復合材料或Al、Al合金、AlSiC、Al-C等復合材料等形成。另外，利用焊接等防水性高的接合方法，或者利用鍛造、鑄造法等，以無接縫的狀態(tài)一體成形為箱狀。
[0062]模塊箱304是在設于一側(cè)部的插入口 306以外的部分不設置開口的扁平狀的箱，在扁平狀箱的插入口 306設有凸緣304B。在扁平狀箱的面積大的對置的兩個面的一方上設有散熱部307A，在另一方的面上設有散熱部307B。散熱部307A及散熱部307B作為模塊箱304的散熱壁而發(fā)揮功能，在它們的外周面均勻地形成有多個散熱片305。包圍散熱部307A及散熱部307B的周圍的面成為厚度極薄且容易塑性變形的薄壁部304A。通過將薄壁部304A形成得極薄，當對散熱部307A及散熱部307B向箱內(nèi)側(cè)方向加壓時，能夠容易變形。需要說明的是，模塊箱304的形狀并不需要是準確的長方體，也可以如圖1所示使角部形成為曲面。
[0063]圖3 (a)是將功率模塊300的模塊箱304拆下后的立體圖，圖3 (b)是圖3 (a)的IIIb-1IIb 剖視圖。
[0064]在模塊箱304內(nèi)收容有作為一次密封體的功率半導體模塊302，在功率半導體模塊302上通過連接部370連接有輔助功率模塊600而形成為一體。連接部370中的金屬接合能夠使用例如TIG焊接等。如圖1所示，利用螺釘309將在輔助功率模塊600上設置的配線絕緣部608固定于模塊箱304的凸緣304B，并在模塊箱304內(nèi)對功率半導體模塊302進行定位。
[0065][功率半導體模塊]
[0066]接下來，使用圖4?10對功率半導體模塊302的結(jié)構(gòu)進行說明。圖4是功率模塊300的電路圖。圖5?10是表示功率半導體模塊302的制造工序的圖。功率模塊300將上臂用IGBT328和下臂用IGBT330串聯(lián)，作為半導體元件而具備IGBT328、330及二極管156、166。這些半導體元件如圖5所示具有扁平封裝體構(gòu)造，在封裝體的表背面上形成有電極。
[0067]上臂用IGBT328的集電極和上臂用二極管156的負電極與導體板315連接，IGBT328的發(fā)射電極與二極管156的正電極與導體板318連接。下臂用IGBT330的集電極和下臂用二極管166的負電極與導體板320連接，IGBT330的發(fā)射電極和二極管166的正電極與導體板319連接。導體板318和導體板320經(jīng)由中間電極329而被連接。通過中間電極329將上臂電路和下臂電路電連接，從而形成圖4所示那樣的上下臂串聯(lián)電路。需要說明的是，作為導體板315、320、318、319而使用Cu、Al、N1、Au、Ag、Mo、Fe、Co等金屬、這些金屬的合金、復合體。
[0068]如圖5所示，直流正極側(cè)的導體板315及交流輸出側(cè)的導體板320、和上臂用信號連接端子327U及下臂用信號連接端子327L —體地被加工成，在與共用的連接桿(tiebar) 372連結(jié)的狀態(tài)下，它們成為大致同一平面狀的配置。在上臂用信號連接端子327U上通過焊線371 (參照圖7)連接有IGBT328的控制電極328A。在下臂用信號連接端子327L上通過焊線371 (參照圖7)連接有IGBT330的控制電極330A。在供導體板315、320的半導體元件(IGBT328、330、二極管156、166)接合的部分分別形成有凸狀的元件固定部322。各半導體元件通過金屬接合件160而接合于這些元件固定部322之上。金屬接合件160使用例如包括焊錫材料、銀片及微小金屬粒子在內(nèi)的低溫燒結(jié)接合材料等。金屬接合件160雖然優(yōu)選使用以錫為主要成分的焊錫，但也可以使用以金、銀、銅中的任一者為主要成分的材料、硬釬料、糊劑等。
[0069]在IGBT328、330及二極管156、166之上，隔著金屬接合件160而使導體板318和導體板319呈大致同一平面狀地被配置并金屬接合。如圖4所示，在導體板318上接合有上臂側(cè)的IGBT328的發(fā)射電極和上臂側(cè)的二極管156的正電極。在導體板319上接合有下臂側(cè)的IGBT330的發(fā)射電極和下臂側(cè)的二極管166的正電極。在導體板315上形成有直流正極連接端子31?。在導體板320上形成有交流連接端子320D。在導體板319上形成有直流負極連接端子319D。
[0070]如上所述，在導體板315與導體板318之間夾入IGBT328及二極管156，并且在導體板320與導體板319之間夾入IGBT330及二極管166，將導體板320與導體板318通過中間電極329連接時，成為圖6所示的狀態(tài)。此外，當將IGBT328的控制電極328A與信號連接端子327U通過焊線371連接、并且將IGBT330的控制電極330A與信號連接端子327L通過焊線371連接時，成為圖7所示的狀態(tài)。
[0071]在組裝為圖7所示的狀態(tài)后，將包括半導體元件(IGBT328、330、二極管156、166)及焊線371的部分由樹脂密封部348密封。該密封通過壓鑄模制來進行。如圖8所示，利用壓鑄模制用金屬模具374從上下按壓連接桿372的內(nèi)側(cè)中的由符號373a、373b表示的部分(金屬模具按壓面)，向金屬模具按壓面373a-373b間的區(qū)域內(nèi)填充密封用的樹脂而形成樹脂密封部348。樹脂密封部348在表面?zhèn)纫允箤w板318、319露出的方式形成，在背面?zhèn)纫允箤w板315、320的一面露出的方式形成。如圖8所示，在樹脂密封部348的表面形成有沿著與連接桿372平行的方向延伸突出的多個槽狀的凹部348C。所有的凹部348C的端部都位于與從樹脂密封部348露出的導體板318、319的端部分離的位置，該詳情在后面進行說明。需要說明的是，在樹脂密封部348的背面形成有與凹部348C相同的凹部348D，該凹部348D的端部位于與從樹脂密封部348露出的導體板315、320的端部分離的位置，該詳情在后面進行說明。
[0072]圖9 (a)、(b)是說明形成密封樹脂的壓鑄模制工序的圖，圖9 (a)是合模前的剖視圖，圖9(b)是合模后的剖視圖。如圖9(a)所示，圖7所圖示出的密封前的功率半導體模塊302設置在上側(cè)金屬模具374A與下側(cè)金屬模具374B之間。上側(cè)金屬模具374A及下側(cè)金屬模具374B從上下以金屬模具按壓面373a、373b夾住功率半導體模塊302而進行合模，由此，如圖9(b)所示，金屬模具空間375形成于金屬模具內(nèi)。向該金屬模具空間375填充密封樹脂而成形，從而制成作為一次密封體的功率半導體模塊302。功率半導體模塊302如參照圖5而理解的那樣，在導體板318、315的內(nèi)表面緊貼有IGBT328、二極管156的表背兩面，導體板319、320的內(nèi)表面緊貼有IGBT330、二極管166的表背兩面的狀態(tài)下，將導體板318、315、319、320的周側(cè)面樹脂密封而形成為一體。
[0073]如圖9(a)所示，在上側(cè)金屬模具374A的內(nèi)表面的、填充密封樹脂的區(qū)域形成有凸部374C，并且，在下側(cè)金屬模具374B的內(nèi)表面的、填充密封用的樹脂的區(qū)域形成有凸部374D。如圖9(b)所示，樹脂密封前的功率半導體模塊302以導體板318及319的表面(上表面)緊貼上側(cè)金屬模具374A的內(nèi)表面、導體板315及320的表面(下表面)緊貼下側(cè)金屬模具374B的內(nèi)表面的狀態(tài)成形。由此，樹脂密封部348的表面分別與導體板318、319的表面大致共面，導體板318、319的表面從樹脂密封部348露出。另外，樹脂密封部348的背面分別與導體板315、320的表面大致共面，導體板315、320的表面從樹脂密封部348露出。
[0074]另外，由于在上側(cè)金屬模具374A的內(nèi)表面上形成有凸部374C、在下側(cè)金屬模具374B的內(nèi)表面上形成有凸部374D，因此如上所述，在樹脂密封部348的表背兩面如圖8所圖示那樣形成有多個槽狀的凹部348C。在圖8中，凹部348C雖被圖示為平行的多個槽形狀，但也可以形成為格子狀。另外，凹部348C形成為點狀，也可以排列成直線狀、或矩陣狀。凹部348D在這一點上也與之相同。形成于凹部348C間的間隔中的凸部只要具有密封樹脂不會破損的強度即可，尺寸沒有特別的限制，例如，若以留有200 μ m左右的寬度的方式形成，則強度就足夠。
[0075]作為形成樹脂密封部348的密封樹脂，例如，能夠使用以酚醛系、多官能系、聯(lián)苯系的環(huán)氧樹脂系為基的樹脂。這些樹脂中含有Si02、Al203、AlN、BN等陶瓷、凝膠、橡膠等填充物，使熱膨脹系數(shù)接近導體板315、320、318、319，減小與導體板315、320、318、319之間的熱膨脹系數(shù)之差。通過使用上述那樣的樹脂，伴隨著使用環(huán)境時的溫度上升而產(chǎn)生的熱應力大幅度降低，因此能夠延長功率半導體模塊302的壽命。陶瓷填充物的最大顆粒直徑優(yōu)選比凹部348C、或348D彼此的間隔的凸部的平面尺寸(面積)小。在使用比凹部348C、348D彼此的間隔的凸部的平面尺寸(面積)大的填充物顆粒直徑的情況下，密封樹脂348中形成有未填充位置，噴鍍膜710的粘接強度降低。
[0076]需要說明的是，如圖9(a)、(b)所示，在金屬模具按壓面373a、373b中，直流正極連接端子315D、直流負極連接端子319D、交流連接端子320D、信號連接端子327U及信號連接端子327L沿著一列排列配置。通過設為這樣的端子配置，使用上側(cè)金屬模具374A及下側(cè)金屬模具374B，能夠在各端子與半導體元件之間的連接部處不產(chǎn)生多余的應力并且無間隙地進行合模。因此，不會招致與半導體元件之間的破損或構(gòu)成樹脂密封部348的密封樹脂從金屬模具的間隙漏出，從而能夠進行與半導體元件之間的密封。
[0077]如圖9(a)、(b)所示，在通過密封樹脂密封后，切除連接桿372而使直流正極連接端子315D、交流連接端子320D、信號連接端子327U、327L各自分離。然后，如圖10所圖示那樣，將在功率半導體模塊302的一邊側(cè)沿著一列排列的直流正極連接端子315D、直流負極連接端子319D、交流連接端子320D、信號連接端子327U、327L的各端部分別朝向同一方向折彎。由此，使在連接部370處對功率半導體模塊302與輔助功率模塊600進行金屬接合時的作業(yè)容易而提高生產(chǎn)性，并且能夠提高金屬接合的可靠性。
[0078]圖11 (a)是輔助功率模塊600的立體圖，圖11 (b)是圖11 (a)的XIb-Xlb剖視圖。輔助功率模塊600具備直流正極配線315A、直流負極配線319A、交流配線320A、信號配線324U、324L。直流正極配線315A、直流負極配線319A、交流配線320A、信號配線324U及信號配線324L借助由樹脂材料成形的配線絕緣部608而以相互絕緣的狀態(tài)一體成形。配線絕緣部608作為用于支承各配線的支承構(gòu)件而發(fā)揮作用，配線絕緣部608所使用的樹脂材料優(yōu)選具有絕緣性的熱固化性樹脂或熱塑性樹脂。由此，能夠確保直流正極配線315A、直流負極配線319A、交流配線320A、信號配線324U及信號連接端子324L之間的絕緣性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高密度配線。
[0079]在直流正極配線315A的上端形成有直流正極端子315B，在下端形成有直流正極連接端子315C，該直流正極連接端子315C呈直角地折彎。在直流負極配線319A的上端形成有直流負極端子319B，在下端形成有直流負極連接端子319C，該直流負極連接端子319C朝向與直流正極連接端子315C相同的方向折彎。在交流配線320A的上端形成有交流端子320B，在下端形成有交流連接端子320C，該交流連接端子320C朝向與直流正極連接端子315C相同的方向折彎。在信號配線324U、324L的上端分別形成有信號端子325U、325L。另一方面，在信號配線324U、324L的下端形成有信號連接端子326U及信號連接端子326L，該信號連接端子326U及信號連接端子326L朝向與直流正極連接端子315C相同的方向折彎。[0080]如此，構(gòu)成輔助功率模塊600側(cè)的連接部370的直流正極連接端子315C、直流負極連接端子319C、交流連接端子320C、信號連接端子326U及信號連接端子326L如圖11 (a)所示沿著一列排列配置。而且，輔助功率模塊600側(cè)的連接部370 (326U、315C、319C、326L、320C)與如圖10所示沿著一列排列配置的功率半導體模塊302側(cè)的連接部370(327U、3iro、319D、327L、320D)連接。連接可以使用例如TIG焊接等。
[0081][功率半導體模塊與模塊箱的接合]
[0082]在圖2所圖示的功率模塊300中，功率半導體模塊302通過絕緣層700而粘接于模塊箱304。即，在功率半導體模塊302中的導體板318、319與模塊箱304的散熱部307A之間、及導體板315、320與模塊箱304的散熱部307B之間分別夾裝有絕緣層700。導體板318、319與散熱部307A之間的粘接構(gòu)造、及導體板315、320與散熱部307B之間的粘接構(gòu)造相同，以下，代表兩者而對導體板315、320與散熱部307B之間的接合構(gòu)造進行說明。
[0083]圖12是圖2的區(qū)域XII的放大剖視圖。在功率半導體模塊302與散熱部307B之間設有絕緣層700。絕緣層700具備:通過噴鍍絕緣性的氧化物、陶瓷的粉狀體而形成的噴鍍膜710的層；層疊于噴鍍膜710而設置的樹脂性的絕緣膜720 ;在噴鍍膜710與絕緣膜720的層疊體的周圍的側(cè)部設置的絕緣性的樹脂層730。噴鍍膜710在作為功率半導體模塊302的導體板315、320的散熱面的表面315a、320a上及樹脂密封部348的表面上形成。
[0084]如上所述，在功率半導體模塊302的樹脂密封部348的表面?zhèn)仍O有多個凹部348D。凹部348D將其剖面形成為底面部的平面尺寸(面積)比開口部大的倒梯形形狀。換言之，具有向平面尺寸從底面部朝向開口部放大的方向傾斜的側(cè)面。噴鍍膜710形成得比該凹部348D的深度厚，填充各凹部348D而在樹脂密封部348的表面上呈無縫隙的整面狀地形成。
[0085]噴鍍膜710由導熱率良好的絕緣性的氧化物、陶瓷(以下，稱作“陶瓷等”)構(gòu)成。當使陶瓷等的粉末以部分熔融狀態(tài)或完全熔融狀態(tài)與導體板315、320及樹脂密封部348(以下，稱作“基材”)碰撞時，陶瓷等在基材表面以扁平形狀熔敷。在熔敷并凝固為扁平形狀的扁平體711之上還進一步熔敷陶瓷等的扁平體711。如此一來，構(gòu)成噴鍍膜710的扁平體711 —邊在噴鍍膜710內(nèi)形成三維系的空孔712、一邊以基材及扁平體711彼此穩(wěn)固地接合。扁平體711的最大顆粒直徑優(yōu)選比凹部348C、或348D中的開口部的平面尺寸(面積)小。在使用比凹部348C、348D的開口部的面積大的填充物顆粒直徑的情況下，在凹部348C、348D的內(nèi)部產(chǎn)生孔隙，噴鍍膜710的粘接強度降低。
[0086]噴鍍膜710的相對于樹脂的粘接強度與相對于鋁、銅等的金屬的粘接強度相比，小至1/100左右。因此，在如本發(fā)明那樣、在功率半導體模塊302的金屬部分與樹脂部分形成噴鍍膜的構(gòu)造的情況下，在樹脂部分處，噴鍍膜的粘接力變得尤為小。與此相對地，在本發(fā)明的一實施方式中，在功率半導體模塊302的樹脂密封部348形成有多個凹部348D，噴鍍膜710形成得比各凹部348D的深度厚，填充各凹部348D而在樹脂密封部348的表面上呈整面狀地形成。因此，噴鍍膜710借助錨固效應而與樹脂密封部348穩(wěn)固地接合。
[0087]在形成于噴鍍膜710上的空孔712中浸入有絕緣性的樹脂。浸入于噴鍍膜710中的樹脂可以是與作為絕緣膜720的基材材料的樹脂相同的材料，也可以是不同的樹脂。若與作為絕緣膜720的基材材料的樹脂相同，則如后述那樣，能夠提高作業(yè)效率。
[0088]絕緣膜720層疊于噴鍍膜710而形成。絕緣膜720將散熱部307B隔著噴鍍膜710而粘接于功率半導體模塊302的導體板315、320及樹脂密封部348。因此，絕緣膜720需要具有高導熱和強粘接力。因此，絕緣膜720使用粘接力大的樹脂材料。另外，通過使用向樹脂中混入有陶瓷等的樹脂，能夠進一步提聞導熱率。
[0089]樹脂層730在噴鍍膜710與絕緣膜720的層疊體的周圍的側(cè)部設置。如圖12所示，功率半導體模塊302具有將如金屬的導體板315(320)、浸入有樹脂的噴鍍膜710、絕緣膜720及金屬的散熱部307B這樣的各種熱膨脹系數(shù)的構(gòu)件層疊而成的構(gòu)造。如此，當將各種熱膨脹系數(shù)的構(gòu)件接合、粘接時，應力集中于層疊體的端部，從端部產(chǎn)生剝離且剝離發(fā)展。例如，在導體板315使用了 Cu的情況下，其熱膨脹系數(shù)α為17左右，在模塊箱304使用了 Al的情況下，散熱部307Β的熱膨脹系數(shù)α為23左右。因該熱膨脹系數(shù)的不同，當功率半導體模塊302整體的溫度上升時，在層疊體容易產(chǎn)生剝離、破裂等。樹脂層730形成為用作緩和上述那樣的在層疊體的端部產(chǎn)生的應力集中的應力緩和用。
[0090][絕緣層的形成]
[0091]接下來，參照圖13?15，對絕緣層700的形成方法進行說明。圖13是未切下連接桿372、形成噴鍍膜710之前的功率半導體模塊302的剖視圖。圖14(a)是形成有噴鍍膜后的狀態(tài)的功率半導體模塊的剖視圖，圖14(b)是圖14(a)中的區(qū)域XIVb的放大圖。如上所述，導體板315與導體板320、及導體板318與導體板319分別以沿著與圖13的紙面垂直的方向排列的方式配置。IGBT328及二極管156以被導體板315與導體板318夾住的方式配置，IGBT330及二極管166以被導體板320與導體板319夾住的方式配置。這些構(gòu)件由樹脂密封部348密封，但導體板315、320、318、319的表面315a、318a、319a、320a (供半導體元件接合的面的相反側(cè)的面)從樹脂密封部348露出。另外，在位于與表面315a、318a、319a、320a大致同一平面的樹脂密封部348上形成有凹部348C、348D。圖13是剖開與圖3的IIIb-1IIb相同的部分的剖視圖，是導體板315、318的局部剖視圖。
[0092](噴鍍膜的形成)
[0093]為了形成圖12所示的絕緣層700，首先，如圖14(a)所示在功率半導體模塊302的兩面上形成噴鍍膜710。圖14(b)是圖14(a)的區(qū)域XIVb的放大圖。噴鍍膜710以包括表面315a、318a、319a、320a的區(qū)域的方式形成，噴鍍膜710的周側(cè)緣在大致同一平面上的樹脂密封部348上形成。噴鍍膜710為絕緣體，通過噴鍍氧化物、陶瓷的粉狀體來形成。在本實施方式中，利用等離子噴鍍法來形成陶瓷的噴鍍膜710，也可以使用其他噴鍍法，例如電弧噴鍍法，高速框架噴鍍法等。此時，如圖14(a)所示，功率半導體模塊302由樹脂密封部348密封，因此利用樹脂密封部348防止在噴鍍處理時對半導體元件(IGBT328、330及二極管156、166)、焊線371等的物理性的、化學性的影響。因此，無需實施噴鍍用的復雜的遮掩，能夠一并處理多個，故生產(chǎn)性優(yōu)異。
[0094]因噴鍍而導致的導體板315、320、318、319的溫度上升遠比例如使用硬釬料將導體板315、320、318、319與陶瓷板接合而導致的溫度上升小，熔融、熱劣化、翹曲等的熱變形也小。例如，在利用等離子噴鍍法來形成噴鍍膜710的情況下，功率半導體模塊302的溫度上升為100?180°C左右。因此，能夠防止樹脂密封部348、金屬接合件160、IGBT328、330及二極管156、166的熱劣化?；诮饘俳雍霞?60的半導體元件的接合在220?300°C左右的溫度范圍內(nèi)完成，因此即便在該接合后形成噴鍍膜710，也不會對金屬接合部160的接合產(chǎn)生影響。
[0095]另一方面，當以在導體板315上形成噴鍍膜710之后將半導體元件接合這樣的相反的順序進行時，半導體元件的接合溫度為220?300°C左右而比噴鍍膜形成時的溫度上升更高，因此在熱膨脹系數(shù)小的噴鍍膜710與熱膨脹系數(shù)大的導體板315、320、318、319之間的層疊部產(chǎn)生的熱應力比噴鍍時大。即，按照在將半導體元件接合之后形成噴鍍膜710的順序，熱應力減小。
[0096]另外，通過蝕刻對導體板315、320、318、319的形成有噴鍍膜710的表面315a、318a、319a、320a進行化學粗化，能夠提高導體板315、320、318、319與噴鍍膜710之間的接合強度。此時，如圖14(a)所示，功率半導體模塊302由樹脂密封部348密封，因此能夠利用樹脂密封部348來防止對半導體元件(IGBT328、330及二極管156、166)、焊線371等的物理性的、化學性的影響，生產(chǎn)性優(yōu)異。
[0097]作為用于形成噴鍍膜710的粉末，優(yōu)選從氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂、氧化鈹?shù)妊趸?、氮化鋁、氮化硅、氮化硼等氮化物、碳化硅等碳化物這樣的高導熱的陶瓷的粉狀體中選擇。另外，并不局限于這些單體組成，也可以是單體組成、氧化物與氮化物或碳化物的復合組成，或者也可以使用混合粉末。
[0098]由氧化物構(gòu)成的粉末的表面的氧化層發(fā)揮作為粘接劑的功能，從而增大作為噴鍍件的扁平體711相互間的接合力。由氮化物等構(gòu)成的粉末在以熔融狀態(tài)進行噴鍍時，在表面形成氧化物，利用該氧化物來增大扁平體711相互間的接合力。
[0099]如圖14(b)所示，在導體板315、320、318、319及樹脂密封部348上形成的噴鍍膜710成為上述的陶瓷凝固形成的扁平體711的集合體狀，扁平體711以成為層的方式進行堆積。如此，當利用等離子噴鍍法等，使陶瓷的粉末以部分熔融狀態(tài)或完全熔融狀態(tài)與基材碰撞時，陶瓷在基材表面上以扁平形狀熔敷，在熔敷并凝固的扁平體711之上進一步進行熔敷。
[0100]扁平體711彼此的界面、扁平體711與導體板315、320、318、319之間的界面、及扁平體711與形成有凹部348C、348D的樹脂密封部348之間的界面三維地形成熔敷面而穩(wěn)固地接合。因此，在功率半導體模塊302上形成噴鍍膜710之后，如上所述，通過TIG焊接等在連接部370處對功率半導體模塊302與輔助功率模塊600進行金屬接合時(參照圖3)，難以在噴鍍膜710產(chǎn)生剝離、豁口等。
[0101]為了防止在噴鍍時因扁平體711在與樹脂密封部348的凹部348C、348D之間產(chǎn)生空隙，增大噴鍍膜710與樹脂密封部348之間的接合力，如圖12所圖示那樣，構(gòu)成噴鍍膜710的各扁平體711的平面尺寸(面積)需要比凹部348C、348D的平面尺寸小。換言之，優(yōu)選使樹脂密封部348的凹部348C、348D的平面尺寸比構(gòu)成噴鍍膜710的各扁平體711的平面尺寸大。
[0102]需要說明的是，若進行遮掩，則能夠部分地形成噴鍍膜710，因此也可以在對功率半導體模塊302與輔助功率模塊600進行了金屬接合之后形成噴鍍膜710。然而，若想要不因在使用期間產(chǎn)生的熱應力而發(fā)生剝離，在該情況下，也優(yōu)選在形成噴鍍膜710的樹脂密封部348的表面設置凹部348C、348D，增大噴鍍膜710的粘接強度。另外，如圖14(b)所示，在噴鍍工序中，為了使作為噴鍍物的扁平體711的附著率高，在扁平體711的第一層不產(chǎn)生缺陷，需要使噴鍍膜的粘著面的傾斜角度成為大于45°且小于135°的角度。因此，凹部348C、348D的相對于粘著面的傾斜角度Θ優(yōu)選為大于0°且小于45° (或大于135°且小于180° )。此外，作為凹部348C、348D的深度，通過形成得比賦予的噴鍍膜710淺，能夠防止在樹脂密封部348的凹凸部處的噴鍍膜710的破裂。
[0103](絕緣膜及樹脂層的形成)
[0104]接下來，對構(gòu)成絕緣層的絕緣膜720及樹脂層730的形成方法進行說明。圖15(a)是用于說明噴鍍膜的形成工序的圖，圖15(b)是用于說明接著圖15(a)的工序的圖。如圖14所示，在功率半導體模塊302的兩面上形成噴鍍膜710之后，如圖12所示，在該噴鍍膜710之上形成絕緣膜720，在噴鍍膜710的內(nèi)部浸入樹脂，進而在外周部形成樹脂層730。這些層的形成能夠在一道工序中進行。以下示出該方法。
[0105]在功率半導體模塊302的兩面上形成噴鍍膜710，接下來，如圖15(a)所示，在噴鍍膜710之上配置絕緣片720A。絕緣片720A是在樹脂基材內(nèi)混入有陶瓷等的填充物的片狀的構(gòu)件，該絕緣片720A的量設定得比形成的絕緣膜720的量多。換句話說，絕緣片720A形成得比絕緣膜720厚。形成有絕緣片720A的功率半導體模塊302插入模塊箱304內(nèi)。在將功率半導體模塊302插入模塊箱304的情況下，當利用連接部370將接合有功率半導體模塊302的輔助功率模塊600的配線絕緣部608 (參照圖3)固定于模塊箱304的凸緣304B時，能夠進行對位。
[0106]接著，如圖15(b)的箭頭表示那樣，對散熱部307A、307B沿著Z方向進行加壓，使薄壁部304A向箱內(nèi)側(cè)變形，從而使散熱部307A、307B與功率半導體模塊302緊貼。此時，絕緣片720A被壓接于功率半導體模塊302而形成絕緣膜720。在進行該壓接時，絕緣片720A被加壓至絕緣膜720的厚度為止，因此絕緣片720A的樹脂成分浸入于噴鍍膜710的空孔712，并且向噴鍍膜710的周側(cè)部溢出。由向噴鍍膜710的周側(cè)部溢出的絕緣片720A的樹脂成分形成樹脂層730。
[0107]例如，絕緣片720A的填充物的混入量為20vol.%。而且，填充物的大小設定為比噴鍍膜710的表面凹部的大小小且比噴鍍膜710內(nèi)的空孔712大。以使絕緣片720A的樹脂成分浸入于噴鍍膜710內(nèi)的空孔712且樹脂向周圍的的側(cè)部流出的方式進行加壓，絕緣片720A的樹脂成分減半。在該情況下，若僅是絕緣片720A的樹脂成分向周側(cè)部流出，則填充物不混入樹脂層730內(nèi)部，絕緣膜720的填充物混入率增加至約40vol.%左右。另外，若絕緣片720A所含有的填充物的一部分與絕緣片720A的樹脂成分一并向周向端部流出，則向樹脂層730也混入填充物。需要說明的是，樹脂層730的形成也可以不采用使用絕緣片720A的方法，而采用通過涂敷或浸涂等方法使混入有填充物的樹脂粘著在噴鍍膜710上的方法。
[0108]構(gòu)成絕緣膜720的樹脂使用以具有粘接性的苯酚系、丙烯酸系、聚酰亞胺系、聚酰胺酰亞胺系、環(huán)氧系、硅系、雙馬來酰亞胺三嗪系、氰酸酯系為基的樹脂等。尤其優(yōu)選使用以粘接性高的雙馬來酰亞胺三嗪系、聚酰胺酰亞胺系、聚酰亞胺系、氰酸酯系、環(huán)氧系、苯酚系為基的樹脂，在粘接后難以剝離，功率半導體模塊302的壽命長。
[0109]另外，為了將由半導體元件(IGBT328、330及二極管156、166)產(chǎn)生的熱量高效地傳遞給模塊箱304的散熱部307A、307B，因此絕緣膜720要求高導熱率。因此，在絕緣膜720中使用向上述樹脂混入導熱性提高用的良好導熱性的填充物而成的材料。混入于絕緣膜720的填充物優(yōu)選為具有絕緣性的填充物，進一步優(yōu)選為氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂、氧化鈹?shù)妊趸?、氮化鋁、氮化硅、氮化硼等氮化物、碳化硅等碳化物等的高導熱的陶瓷的填充物。然而，由于浸入了樹脂的絕緣片320A作為絕緣膜而發(fā)揮功能，因此還能夠使用銀、銅、焊錫、碳等具有導電性的填充物。
[0110]關(guān)于絕緣膜720的形成范圍，若在比導體板315、318的表面315a、318a的面積(參照圖14)大的范圍內(nèi)進行，則最能夠提高散熱性。但是，由于樹脂密封部348的導熱率與導體板315、320、318、319的導熱率相比足夠小，因此導熱率高的絕緣膜720的形成范圍如圖15(a)所示那樣是比導體板315、320、318、319略大的范圍即可。
[0111]接下來，對向噴鍍膜710內(nèi)的樹脂浸入進行說明。噴鍍膜710按照陶瓷填充率計能夠最大填充至95%左右。然而，如圖12所示，由于形成有三維的空孔712，因此浸入樹脂之前的噴鍍膜710的絕緣特性、導熱率受到空孔712的影響而大幅度地降低。因此，需要使用絕緣性的材料來進行封孔處理。另外，由于在噴鍍膜710內(nèi)形成有三維的貫通孔，因此在該狀態(tài)下存在伴隨著溫度升降的熱應力下的破裂感受性高這樣的問題。因此，通過浸入導熱率比空氣高且熱膨脹系數(shù)比構(gòu)成噴鍍膜710的陶瓷大的樹脂，能夠解決這些問題。
[0112]通過在噴鍍膜710內(nèi)的空孔712中浸入樹脂，能夠提高絕緣、散熱及熱循環(huán)耐性。在此，浸入用的樹脂與在絕緣膜720中使用的樹脂相同的話，固化時的親和性高且能夠提高粘接性，故是優(yōu)選的。另外，在進行浸入時，為了提高噴鍍膜710的空孔712與浸入于該空孔712的樹脂之間的緊貼性，優(yōu)選對空孔712實施蝕刻處理、耦合處理。
[0113]如上所述，樹脂層730具有由具備層疊膜構(gòu)造的絕緣層700、導體板315及散熱部307B構(gòu)成的層疊體的應力緩和功能。在圖12所示的例子中，樹脂層730覆蓋絕緣膜720及噴鍍膜710的端部，并且朝向上述構(gòu)件的外周向延伸。在本實施方式中，樹脂層730使用與絕緣膜720相同的樹脂。然而，通過使填充物的含有率比絕緣膜720低，使得與浸入有樹脂的噴鍍膜710及包含填充物的絕緣膜720相比，導熱率低，彈性系數(shù)小，或粘接強度高。
[0114]需要說明的是，樹脂層730配置在樹脂密封部348與散熱部307B的周側(cè)部之間，因此即便絕緣層700中的樹脂層730的導熱率低，也對功率半導體模塊302的散熱性幾乎沒有影響。在樹脂密封部348設有凹部348C、348D，以反映該凹部348C、348D的凹凸形狀的方式形成噴鍍膜710，由此能夠增大與樹脂層730之間的粘接面積。另外，通過增大樹脂層730的厚度，能夠提高應力緩和效果。
[0115]在形成絕緣層700之后，通過在模塊箱304內(nèi)填充密封樹脂351 (參照圖2)而進行密封，能夠在連接部370與模塊箱304之間穩(wěn)定地確保必要的絕緣距離。作為密封樹脂351，能夠使用例如以酚醛系、多官能系、聯(lián)苯系的環(huán)氧樹脂系為基的樹脂。另外，使環(huán)氧樹脂含有Si02、A1203、AIN、BN等陶瓷、凝膠、橡膠等，能夠使熱膨脹系數(shù)接近模塊箱304、導體板315、320、318、319。由此，能夠減小構(gòu)件間的熱膨脹系數(shù)差，伴隨著使用環(huán)境時的溫度上升而產(chǎn)生的熱應力大幅度地降低，因此能夠延長功率模塊300的壽命。
[0116]接下來，對在樹脂密封部348上形成的凹部348C、348D與電場最集中的導體板315、320、318、319的端部之間的距離X進行說明。圖16是實施例1中的功率模塊的導體板315、320、318、319的端部與樹脂密封部348的放大剖視圖。為了防止噴鍍膜710的未粘接，凹部348C、348D的側(cè)面348E的噴鍍膜的粘著面的傾斜角度Θ需要處于大于0°且小于45°的范圍內(nèi)。然而，為了進一步增大噴鍍膜710與樹脂密封部348的粘接強度，優(yōu)選如圖17所示地使側(cè)面348E的噴鍍膜的粘著面的傾斜角度Θ大于45°。由此，能夠增加樹脂密封部348的每單位面積的凹部348C、348D的數(shù)量、或利用更強的錨固效應使可抑制剝離發(fā)展的剪切強度上升。然而，如上所述，在側(cè)面348E與噴鍍膜710之間形成因未粘接而導致的孔隙的可能性增高。
[0117]在電場集中的導體板315、320、318、319周邊的孔隙的形成使得產(chǎn)生因運轉(zhuǎn)期間的電壓而導致的部分放電，因部分放電而導致樹脂密封部348劣化并產(chǎn)生絕緣破壞，因此需要防止上述情況。在此，將從導體板315、320、318、319到側(cè)面348E為止的距離、即從導體板315、320、318、319的端部到凹部348C、348D的端部為止的距離設為X。
[0118]圖18示出用于估算最安全的距離(長度)X的部分放電開始模型。將賦予功率模塊300的最大電壓(最大額定值)設為V，在從導體板315、320、318、319的端部到最近的凹部348C、348D的端部的距離X上形成大小為t的空隙，絕緣層700的厚度為O時(在任意的絕緣層厚下都不放電)，作為部分放電開始構(gòu)造是最差情況。在將密封樹脂的介電常數(shù)設為ε、將空隙的放電開始電壓設為Ui時,產(chǎn)生的部分放電開始電壓Vi由下述的式(I)表
/Jn ο
[0119]Vi = Ujd+X/t ε )式(I)
[0120]將式⑴變形而得到式⑵。
[0121]X = t ε {(ViZ-Ui) -1}式(2)
[0122]Ui因氣壓和溫度而發(fā)生變化，因此若想定車輛動作環(huán)境下最容易放電的環(huán)境，則為0.685氣壓、125°C。圖19示出在該條件下、當使樹脂密封部348的介電常數(shù)ε為3.8并使存在于空隙中的氣體為空氣時，與從導體板315、318、319(以下，作為代表而使用“318”)端部到樹脂密封部348的凹部348C、348D的端部(最靠近導體板318的端部)之間的距離X對應的帕邢曲線。圖19的橫軸表示空隙的大小t，縱軸表示部分放電開始電壓?？芍m然每個距離X的容易放電的t的大小不同，但通過增大X而部分放電開始電壓上升。利用該關(guān)系可以導出在任意的空隙的大小、絕緣層700的層厚下都不會放電的距離X與模塊最大電壓的關(guān)系。圖20示出樹脂密封部348的介電常數(shù)ε為2.0、3.8、6.0、8.0的情況。如圖20所示，作為一例示出使樹脂密封部348的介電常數(shù)ε為3.8的情況，在想定500V的電壓時使X為50 μ m以上，800V的電壓時使X為150 μ m以上，由此得到能夠不會絕緣劣化、提高粘接強度且延長壽命的功率模塊300。
[0123]在圖20中，在樹脂密封部348的介電常數(shù)比3.8小的情況下，相關(guān)曲線向由點線表示的下方側(cè)移動，距離X變小。另一方面，在樹脂密封部348的介電常數(shù)ε比3.8大的情況下，相關(guān)曲線向由雙點劃線表示的上方側(cè)移動，距離X變大。因此，通過使用介電常數(shù)ε bt 3.8小的樹脂，能夠使距離X比上述一例的情況小。
[0124]另外，在需要更高的絕緣特性、散熱性、熱循環(huán)耐性的功率半導體模塊302的情況下，若在形成噴鍍膜710時側(cè)面348E發(fā)生剝離，則可通過之后的樹脂浸入來修補，但若是在浸入前粘接而在浸入后剝離，則產(chǎn)生電暈放電劣化，因此即便在進行樹脂浸入的情況下，通過應用圖20所示的距離X也會提高可靠性。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的功率半導體模塊的一實施方式，起到下述的效果。(I)在對搭載有半導體元件的導體板315、320、318、319的周圍進行密封的樹脂密封部348上設置多個凹部348C、348D，包括該凹部348C、348D內(nèi)地在樹脂密封部348的表面形成有噴鍍膜710。因此，能夠提高噴鍍膜710與樹脂密封部348之間的粘接強度。
[0126](2)使在樹脂密封部348形成的凹部348C、348D的平面尺寸比構(gòu)成噴鍍膜710的各扁平體711的平面尺寸大。因此，在噴鍍時，扁平體711部分或整面地堵塞凹部348C、348D，由此防止在與樹脂密封部348之間產(chǎn)生較大的空隙，從而能夠進一步提高噴鍍膜710與樹脂密封部348之間的接合力。
[0127](3)使在樹脂密封部348形成的凹部348C、348D的剖面形狀呈開口部側(cè)的平面尺寸比底部側(cè)大的倒梯形形狀。由此，在噴鍍時，能夠減小在扁平體711與樹脂密封部348之間產(chǎn)生孔隙的概率。
[0128](4)在噴鍍膜710上形成有陶瓷等的含有率小的絕緣膜720，因此能夠增大功率半導體模塊302與模塊箱304的散熱部307A、307B間的熱傳遞率。另外，作為絕緣膜720而使用粘接力大的樹脂基材，因此能夠增大與散熱部307A、307B之間的粘接強度。
[0129](5)對含有陶瓷等的絕緣片720A進行壓接，使從絕緣片720A溢出的樹脂成分浸入于噴鍍膜710的空孔712中。由此，能夠提高噴鍍膜710的絕緣性及導熱性。另外，能夠提高噴鍍膜710對于裂縫等的強度。另外，由于對絕緣片720A進行壓接而形成絕緣膜720，因此噴鍍膜710的空孔712的浸入及形成絕緣膜720時的作業(yè)效率提高。
[0130](6)由于在絕緣膜720及噴鍍膜710的周側(cè)部形成不含有填充物、或含有極少量填充物的樹脂層730，因此能夠緩和在由絕緣層700、導體板315及散熱部307B構(gòu)成的層疊體上產(chǎn)生的應力。在該情況下，通過在樹脂密封部348上設置凹部348C、348D，以反映該凹部348C、348D的凹凸形狀的方式形成噴鍍膜710，由此能夠增大與樹脂層730之間的粘接面積。另外，通過增大樹脂層730的厚度來提高應力緩和效果。
[0131](7)使在樹脂密封部348形成的凹部348C、348D從導體板315、320、318、319的端部離開規(guī)定距離。因此，即便在樹脂密封部348的凹部348C、348D內(nèi)產(chǎn)生孔隙的情況下，能夠抑制部分放電的產(chǎn)生。尤其是使從導體板318的端部到凹部348C、348D的端部為止的長度比由式(2)計算出的距離X大，由此即便在形成有對于部分放電條件最差的尺寸的孔隙的情況下，也能夠可靠地抑制部分放電。
[0132](8)使在樹脂密封部348上形成的凹部348C、348D的側(cè)面348E的噴鍍膜的粘著面的傾斜角度Θ比45°大，并使每單位面積的凹部348C、348D的數(shù)量增加，由此，能夠進一步增大噴鍍膜710的粘接強度。需要說明的是，基于本發(fā)明的功率半導體模塊302可以為上述一實施方式以外的方式。
[0133]以下示出本發(fā)明的其他實施方式。
[0134]實施方式2
[0135]圖21(a)是混合于樹脂密封部中的填充物不從凹部露出的構(gòu)造的剖視圖，圖21(b)涉及本發(fā)明的實施方式2，是混合于樹脂密封部中的填充物從凹部露出的構(gòu)造的剖視圖。如圖21 (a)所示，樹脂密封部348為了緩和因連接半導體元件(IGBT328、330及二極管156、166)、導體板315、320、318、319、模塊箱304等熱膨脹系數(shù)不同的材料而產(chǎn)生的熱應力，例如使以酚醒系、多官能系、聯(lián)苯系的環(huán)氧樹脂系為基的樹脂348G含有Si02、A1203、AIN、BN等陶瓷填充物348F，對熱膨脹系數(shù)進行控制。在樹脂密封部348的最表面、與導體板315、320、318、319之間的界面存在有被稱作皮膚層的樹脂348G。
[0136]當在樹脂348G的表面形成噴鍍膜710時，噴鍍膜710與樹脂密封部348之間的界面成為作為皮膚層的樹脂348G，因此粘接強度反映樹脂348G與噴鍍膜710之間的粘接強度。與此相對地，當進行噴砂處理時，優(yōu)先除去樹脂348G，如圖21(b)所示，Si02、Al203、AlN、BN等的陶瓷填充物348F在最表面露出。由此，填充物348F與噴鍍膜710之間的粘接面積增大，與樹脂密封部348之間的粘接強度上升。一般來講，噴鍍膜710的相對于陶瓷的粘接強度與相對于樹脂的粘接強度相比，具有10?20倍的強度，通過陶瓷填充物348F露出，由此反映該兩者間的粘接強度。
[0137]另一方面，如上所述，在噴鍍工序中，為了使附著率高且不在作為噴鍍物的扁平體711的第一層產(chǎn)生缺陷，側(cè)面348E的噴鍍膜的粘著面的傾斜角度Θ大于0°且優(yōu)選45°。然而，如圖21(b)所示，通過噴砂處理而在凹部348C、348D的側(cè)壁面348H部產(chǎn)生大于0°且偏離45°的區(qū)域。在側(cè)壁面348H部中，粘接強度上升，但容易形成孔隙。因此，通過設置圖20所示的規(guī)定的距離X，能夠防止絕緣特性的劣化。另外，根據(jù)噴砂條件，密封樹脂348有時比導體板315、320、318、319更容易切削而形成階梯差，但在該情況下，通過使密封樹脂348的凹陷量比之后形成的噴鍍膜710的厚度小，由此能夠防止因階梯差而導致的破裂。此外，當將導體板315、320、318、319的角形成為錐形、曲面時，能夠防止破裂、電場集中，故是優(yōu)選的。
[0138]實施方式3
[0139]圖22是表示本發(fā)明的實施方式3的圖，是表示功率半導體模塊的主要部分的放大剖視圖。圖22示出與實施方式I中的圖12對應的功率半導體模塊302的部分，與實施方式I的不同之處在于，在導體板315、320的表面315a、320a及樹脂密封部348的表面348J形成有微小的凹凸。
[0140]微小的凹凸形成為比構(gòu)成噴鍍膜710的扁平體711的平面尺寸小的平面尺寸。這意味著，微小的凹凸的平面尺寸比在噴鍍膜710形成的凹部348C、348D小。上述的微小的凹凸通過噴砂處理、使用CVD裝置的干式蝕刻、或基于蝕刻液的濕式蝕刻等而形成。通過在成為導體板318、319的發(fā)熱面的表面318a、319a及樹脂密封部348的表面348J形成微小的凹凸，能夠增大與噴鍍膜710之間的粘接強度。另外，能夠除去通過壓鑄模制等形成樹脂密封部348之后的樹脂的毛刺等。需要說明的是，在上述說明中，例示了將微小的凹凸設于導體板315、320的表面315a、320a及樹脂密封部348的表面348J的構(gòu)造。然而，也可以采用將微小的凹凸僅設于導體板315、320的表面315a、320a或樹脂密封部348的表面348J的任一方的構(gòu)造。
[0141]實施方式4
[0142]圖23是表示本發(fā)明的實施方式4的圖，是在模塊箱304內(nèi)收容有功率半導體模塊302的狀態(tài)的剖視圖。圖23是與實施方式I中的圖15(b)對應的狀態(tài)的圖。實施方式4中的特征在于，模塊箱304由箱主體(連接部)361、與箱主體361分體形成的具有多個散熱片305的散熱部362A、362B構(gòu)成。模塊箱304的箱主體361在正面及背面形成有嵌合散熱部362A、362B的大小的開口部363a、363b。散熱部362A、362B通過超聲波焊接或TIG焊接等而與開口部363a、363b周緣的箱主體361接合。其他構(gòu)造與實施方式I相同，對于對應的構(gòu)件、部位標注相同的符號并省略其說明。
[0143]實施方式5
[0144]在上述的各實施方式中，對在CAN型的模塊箱304內(nèi)插入有功率半導體模塊302的功率模塊300進行了說明。在實施方式5中，示出相對于其他構(gòu)造的功率模塊而應用了本發(fā)明的功率半導體模塊的情況。
[0145]使用圖24、25而對單面冷卻功率模塊300的結(jié)構(gòu)進行說明。圖24是表示實現(xiàn)圖4的電路的半導體元件和導體板的配置。在該配置中，導體板318、320為相同電位，可以由一塊導體板形成。IGBT328、330及二極管156、166的表面主電極通過多個金屬線或金屬帶來連接，進而與導體板318、319連接。線、帶的材質(zhì)為Al、Al合金、Cu、Cu合金的單體及復合材料。IGBT328及二極管156的背面電極通過金屬接合件(未圖示)而與導體板315金屬接合。導體板315、318和散熱部307通過絕緣層700而接合。IGBT330及二極管166的背面電極通過金屬接合件(未圖示)而與導體板318金屬接合。導體板315、318、319和散熱部307通過絕緣層700而接合。
[0146]圖25(a)、(b)是由圖24的虛線表示的局部剖視圖。從半導體元件發(fā)出的熱量通過導體板315、絕緣層700、散熱部307而高效地向外部散熱。在樹脂密封部348形成有凹部348D。包括凹部348D而在樹脂密封部348、及導體板315、318、319的表面形成有噴鍍膜710。
[0147]在噴鍍膜710的上表面形成有將高導熱的填充物分散了的絕緣膜720。在噴鍍膜710的空孔(未圖示)浸入有絕緣膜720的樹脂成分。在此，以在層疊體的周向端部形成樹脂層730的方式進行樹脂的浸入。在散熱部307的上表面形成有阻止樹脂層730的流動的框部364。在浸入后，如圖25(a)所示，進行壓接而形成為一體。
[0148]在功率半導體元件背面的向?qū)w板的接合和向使用了線或帶的表面電極的接合之后，由樹脂密封部348進行密封，由此能夠防止因?qū)w板與散熱部粘接時的加壓力而導致的機械損傷。
[0149]如此，在單面冷卻功率模塊300中，在樹脂密封部348形成凹部348D，包括凹部348D而在樹脂密封部348的表面形成噴鍍膜710，由此能夠利用錨固效應來增大噴鍍膜710的相對于樹脂密封部348的粘接強度。通過使配置在導體板與散熱部307之間的絕緣層700的結(jié)構(gòu)形成為浸入有樹脂的噴鍍膜710與混入有填充物的絕緣膜720的層疊體，能夠?qū)崿F(xiàn)從功率半導體元件向散熱部307的散熱性能的提高。此外，由于在層疊體的周向端部設有樹脂層730，因此能夠緩和層疊體端部中的應力。
[0150]實施方式6
[0151]在上述各實施方式中，將功率半導體模塊302形成為由具有多個散熱片305的散熱部307A、307B進行冷卻的構(gòu)造。然而，也可以由其他冷卻器進行冷卻。圖26是用于說明本發(fā)明的實施方式6的圖，是具備冷卻器的功率模塊300的剖視圖。功率半導體模塊302除了不具備阻止樹脂層730的流動的框部364這點外，其余與實施方式5所示的構(gòu)造相同。在絕緣層700的絕緣膜720上緊貼地配置有冷卻器380。在冷卻器380內(nèi)形成有制冷劑流路381，并在該制冷劑流路381中流通制冷劑，由此對功率半導體模塊302進行冷卻。其他結(jié)構(gòu)與實施方式5相同,對于對應的結(jié)構(gòu)標注相同的符號并省略其說明。
[0152]需要說明的是，圖26中例示出僅在功率半導體模塊302的單面配置有冷卻器380的構(gòu)造。然而，冷卻器380也可以采用在功率半導體模塊302的兩面配置的構(gòu)造。另外，在實施方式I?5所示的功率模塊300中，也可以取代對功率半導體模塊302進行冷卻的散熱部307A、307B，使用圖26所圖示的冷卻器380。
[0153][絕緣層的絕緣性能]
[0154]使用圖27和圖28而對在本發(fā)明中使用的絕緣層700的絕緣性能進行說明。圖27的橫軸表示在基材上形成有噴鍍膜710時的膜厚，縱軸表示將100 μ m厚的噴鍍膜單體的絕緣破壞電壓設為I的情況下的規(guī)格化絕緣破壞電壓。圖28的橫軸表示在基材上形成有噴鍍膜710時的膜厚，縱軸表示將100 μ m厚的噴鍍膜單體的電暈放電開始電壓設為I的情況下的規(guī)格化部分放電開始電壓。部分放電開始電壓使用部分放電測定系統(tǒng)并在Al板上設置噴鍍膜單體或在浸入了樹脂的噴鍍膜710上設置Al電極，從OV起施加交流電壓，并使電壓以lOOV/s的速度上升，從而對部分放電開始的電壓進行了測定。在此，部分電壓開始的閾值設為2pc。
[0155]如圖27、28所示，噴鍍膜單體因在膜中具有空孔而絕緣性能差，但通過浸入樹脂而使絕緣破壞電壓和電暈放電開始電壓提高。尤其是電暈放電開始電壓顯著提高。如此，由浸入了樹脂的噴鍍膜710與混入了填充物的絕緣膜720的層疊體構(gòu)成的絕緣層700的絕緣性能比噴鍍膜單體優(yōu)異，在將絕緣層700應用于功率模塊時，能夠減薄絕緣所需要的厚度。通過減薄絕緣層700的厚度，絕緣層700的熱阻降低，從而能夠提高功率模塊的散熱性。
[0156](比較例I)
[0157]圖29是涉及絕緣層的結(jié)構(gòu)的比較例。在此，在使用氧化鋁對厚度為2mm的150mm見方的Al板進行噴沙處理之后，以輸出為40kW對顆粒直徑為10?30 μ m的氧化鋁粒子進行等離子噴鍍而形成噴鍍膜。此時，為了抑制在Al板上形成的噴鍍膜的氣孔率、防止冷卻時的噴鍍膜的破裂，被噴鍍的Al板預熱至180°C。
[0158]比較的絕緣層的結(jié)構(gòu)是無樹脂浸入的氧化鋁噴鍍膜單體(比較例A)和在空孔內(nèi)浸入了環(huán)氧樹脂的氧化鋁噴鍍膜(比較例B)。制成的噴鍍膜的氣孔率為10%、厚度為1mm。相對于比較例A及比較例B，通過蝕刻除去Al板而成為氧化鋁噴鍍膜單體。分別進行基于密度計的密度的測定、基于激光閃光法的熱擴散率的測定、基于示差掃描熱量測定的比熱容量的測定，從而計算氧化鋁噴鍍膜單體的導熱率。
[0159]與比較例A、B不同地，以下述方式制成比較例C。使用氧化鋁對進行過噴沙處理的厚度為2mm的150mm見方的Al板預熱至180°C，使用顆粒直徑為10?30 μ m的氧化鋁粒子而進行等離子噴鍍，從而形成100 μ m的噴鍍膜。接下來，向氧化鋁噴鍍膜浸入環(huán)氧樹脂，并將其向厚度為2mm、IOOmm見方的Al粘接。
[0160]另一方面，比較例D與比較例C的不同之處在于，使用混合了氧化鋁填充物的環(huán)氧樹脂層來進行向厚度為2mm、IOOmm見方的Al的粘接，其他結(jié)構(gòu)與比較例C相同。在此，在比較例D中，為了避免填充物進入氧化鋁噴鍍膜的凹部，將填充物顆粒直徑制成得比噴鍍膜的凹凸大。
[0161]需要說明的是，在比較例C、D的任一情況下，以使粘接樹脂的厚度成為25μπι的方式插入隔離物而進行粘接。在粘接后，利用超聲波探傷在樹脂粘接層選定沒有孔隙、未接合部的IOmm見方的區(qū)域，切下該區(qū)域并測定熱阻。另外，實際的Al板、絕緣層內(nèi)的噴鍍膜、粘接樹脂層的厚度利用掃描式電子顯微鏡觀察在測定后沿著與絕緣層垂直的方向切下的剖面，對其測量長度并予以確認。由此，根據(jù)接合體整體的熱阻值來計算絕緣層本身的導熱率。圖30的縱軸表示將無樹脂浸入的噴鍍膜單體的導熱率(W/m*K)規(guī)格化為I的導熱率，噴鍍膜的氣孔率為10%。
[0162]參照圖30，對本實施方式的絕緣層700的散熱特性進行說明。與上述的比較例的情況相同地，在使用氧化鋁而對厚度為2_的150_見方的Al板進行了噴沙處理之后，對顆粒直徑為10?30 μ m的氧化鋁粒子進行等離子噴鍍而形成100 μ m的噴鍍膜。然后，將混入了氧化鋁填充物40vol%的30μπι厚的環(huán)氧基絕緣片在110°C、加壓2MPa的條件下臨時放置I分鐘。然后，在減壓下使環(huán)氧樹脂浸入于氧化鋁噴鍍膜中。接下來，插入隔離物而粘接厚度為2mm、IOOmm見方的Al板。需要說明的是，將填充物的顆粒直徑設為I?5μπι而在噴鍍膜的凹部中也能夠配置填充物。此外，在粘接時加壓而使樹脂層厚成為25 μ m。在粘接后，利用超聲波探傷在樹脂粘接層選定沒有孔隙、未接合部的IOmm見方的區(qū)域，切下該區(qū)域并測定熱阻。另外，實際的Al板、絕緣層內(nèi)的噴鍍膜、粘接樹脂層的厚度利用掃描式電子顯微鏡觀察在測定后沿著與絕緣層垂直的方向切下的剖面，對其測量長度并予以確認。由此，根據(jù)接合體整體的熱阻值來計算絕緣層本身的導熱率。
[0163]如圖30所示，當對比較例A、B進行比較時，知曉通過在噴鍍膜單體浸入樹脂會使導熱率提高5倍以上。這是因為，浸入的環(huán)氧樹脂的導熱率比存在于噴鍍膜孔內(nèi)的空氣的導熱率大。然而，如比較例C所示，知曉當無填充物的樹脂層復合化為層狀時，絕緣層的導熱率顯著降低。此外，如比較例D所示，知曉當在噴鍍膜凹部不設置填充物時，即便樹脂濃縮層形成為島狀，導熱率也降低。如此，當對樹脂浸入后的噴鍍膜進行接合時，減少粘接的樹脂區(qū)域變得重要。
[0164]與此相對地，知曉在噴鍍膜凹部配置有填充物的情況下，能夠減少樹脂區(qū)域，發(fā)現(xiàn)超過比較例C、D的導熱率。需要說明的是，為了容易比較，將絕緣膜720的厚度設為25 μ m,不插入隔離物而進行接合，由此能夠減薄至接近混入的最大填充物的直徑。另外，作為噴鍍膜的組成，若將導熱率比氧化鋁高的氮化鋁等混合于噴鍍原料粉末，則能夠進一步提高樹脂浸入后的噴鍍膜的導熱率。同樣地，關(guān)于混合于樹脂粘接層的填充物，若使用導熱率比氧化鋁高的陶瓷，則能夠提高絕緣層700的導熱率。
[0165]以上的說明僅是一例，本發(fā)明并不局限于上述實施方式的結(jié)構(gòu)。例如，也可以代替絕緣膜720而使用高導熱的潤滑脂，也可以使用無粘接性的彈性片。也可以代替使樹脂浸入于噴鍍膜710而使玻璃浸入于噴鍍膜710。另外，在以上的說明中使用的彈性系數(shù)意味著固化后的楊氏模量，是在動態(tài)粘彈性試驗中以頻率為10Hz、升溫速度為3°C /min的條件測定出的儲藏彈性率。粘接力為由JISK6850測定出的值。
[0166][向車載電氣系統(tǒng)的應用]
[0167]上述的功率模塊能夠應用于如下方面:例如搭載于混合動力機動車、電動機動車的電力轉(zhuǎn)換裝置，電車、船舶、航空器等的電力轉(zhuǎn)換裝置，以及作為驅(qū)動工廠的設備的電動機的控制裝置而使用的工業(yè)用電力轉(zhuǎn)換裝置，或者在家庭的太陽光發(fā)電系統(tǒng)、驅(qū)動家庭的電氣產(chǎn)品的電動機的控制裝置中使用的家庭用電力轉(zhuǎn)換裝置。以下，使用圖31?42，以應用于混合動力機動車的電力轉(zhuǎn)換裝置的情況為例進行說明。
[0168](控制塊)
[0169]圖31是表示混合動力電動機動車的控制塊的圖。在圖31中，混合動力電動機動車(以下，記作“HEV”) 110是一個電動車輛，具備兩個車輛驅(qū)動用系統(tǒng)。其中一個是將內(nèi)燃機即發(fā)動機120作為動力源的發(fā)動機系統(tǒng)。發(fā)動機系統(tǒng)主要用作HEV的驅(qū)動源。另一個是將電動發(fā)電機192、194作為動力源的車載電機系統(tǒng)。車載電機系統(tǒng)主要用作HEV的驅(qū)動源及HEV的電力產(chǎn)生源。電動發(fā)電機192、194是例如同步機或引導機，根據(jù)運轉(zhuǎn)方法可以作為電動機進行動作、也可以作為發(fā)電機進行動作，因此在此記作電動發(fā)電機。
[0170]在車體的前部將前輪車軸114樞軸支承成能夠旋轉(zhuǎn)，在前輪車軸114的兩端設有I對前輪112。在車體的后部將后輪車軸樞軸支承成能夠旋轉(zhuǎn)，在后輪車軸的兩端設有I對后輪(省略圖示)。在本實施方式的HEV中，雖然采用所謂的前輪驅(qū)動方式，但也可以反而為之，即采用后輪驅(qū)動方式。在前輪車軸114的中央部設有前輪側(cè)差速齒輪(以下，記作“前輪側(cè)DEF”) 116。在前輪側(cè)DEF116的輸入側(cè)機械地連接有變速器118的輸出軸。在變速器118的輸入側(cè)機械地連接有電動發(fā)電機192的輸出側(cè)。在電動發(fā)電機192的輸入側(cè)經(jīng)由動力分配機構(gòu)122而機械地連接有發(fā)動機120的輸出側(cè)及電動發(fā)電機194的輸出側(cè)。
[0171]逆變器部140、142經(jīng)由直流連接器138而與電池136電連接。在電池136與逆變器部140、142之間彼此能夠?qū)崿F(xiàn)電力的授受。在本實施方式中，具備由電動發(fā)電機192及逆變器部140構(gòu)成的第一電動發(fā)電單元和由電動發(fā)電機194及逆變器部142構(gòu)成的第二電動發(fā)電單元這兩者，根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)而將其分開使用。需要說明的是，在本實施方式中，利用電池136的電力而使第一電動發(fā)電單元作為電動單元而工作，由此能夠僅利用電動發(fā)電機192的動力來驅(qū)動車輛。此外，在本實施方式中，將第一電動發(fā)電單元或第二電動發(fā)電單元作為發(fā)電單元而借助發(fā)動機120的動力或來自車輪的動力工作并發(fā)電，由此能夠?qū)崿F(xiàn)電池136的充電。
[0172]電池136還用作用于驅(qū)動輔機用的電動機195的電源。作為輔機，例如，驅(qū)動空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機的電動機、或驅(qū)動控制用的液壓泵的電動機。從電池136向逆變器部43供給直流電，在逆變器部43處轉(zhuǎn)換為交流電而向電動機195供給。逆變器部43具有與逆變器部140、142相同的功能，對向電動機195供給的交流的相位、頻率、電力進行控制。電動機195的容量比電動發(fā)電機192、194的容量小，因此逆變器部43的最大轉(zhuǎn)換電力比逆變器部140、142小，而逆變器部43的電路結(jié)構(gòu)基本與逆變器部140、142的電路結(jié)構(gòu)相同。需要說明的是，電力轉(zhuǎn)換裝置200具備用于使向逆變器部140、逆變器部142、逆變器部43供給的直流電流平滑化的電容器模塊500。
[0173](電力轉(zhuǎn)換裝置的控制電路)
[0174]使用圖32而對逆變器部140、逆變器部142或逆變器部43的電路結(jié)構(gòu)進行說明。需要說明的是，在圖32中，作為代表例而進行逆變器部140的說明。
[0175]逆變器電路144將由作為上臂而進行動作的IGBT328及二極管156和作為下臂而進行動作的IGBT330及二極管166構(gòu)成的上下臂串聯(lián)電路150與電動發(fā)電機192的電樞繞組的各相繞組對應地設置3相(U相、V相、W相)。各個上下臂串聯(lián)電路150從其中點部分(中間電極329)通過交流端子159及交流連接器188而與向電動發(fā)電機192的交流電線(交流匯流條)186連接。
[0176]上臂的IGBT328的集電極153經(jīng)由正極端子(P端子)167而與電容器模塊500的正極側(cè)的電容器的電極電連接，下臂的IGBT330的發(fā)射電極經(jīng)由負極端子(N端子)168而與電容器模塊500的負極側(cè)的電容器電極電連接。
[0177]控制部170具有對逆變器電路144進行驅(qū)動控制的驅(qū)動電路174和經(jīng)由信號線176而向驅(qū)動電路174供給控制信號的控制電路172。IGBT328、IGBT330接受從控制部170輸出來的驅(qū)動信號而進行動作，將從電池136供給來的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。該轉(zhuǎn)換好的電力向電動發(fā)電機192的電樞繞組供給。
[0178]IGBT328具備集電極153、信號用發(fā)射電極151、柵電極154。另外，IGBT330具備集電極163、信號用的發(fā)射電極165、柵電極164。二極管156與IGBT328并聯(lián)電連接。另夕卜，二極管158與IGBT330并聯(lián)電連接。作為開關(guān)用功率半導體元件，可以使用MOSFET (金屬氧化物半導體型電場效應晶體管)，但在該情況下，不需要二極管156、二極管158。電容器模塊500經(jīng)由直流連接器138而與正極側(cè)電容器端子506和負極側(cè)電容器端子504電連接。需要說明的是，逆變器部140經(jīng)由直流正極端子314而與正極側(cè)電容器端子506連接，并且經(jīng)由直流負極端子316而與負極側(cè)電容器端子504連接。
[0179]控制電路172具備用于對IGBT328及IGBT330的開關(guān)時機進行計算處理的微型計算機(以下，記作“微機”)。作為輸入信息，向微機輸入有相對于電動發(fā)電機192而要求的目標轉(zhuǎn)矩值、從上下臂串聯(lián)電路150向電動發(fā)電機192的電樞繞組供給的電流值、及電動發(fā)電機192的旋轉(zhuǎn)件的磁極位置。目標轉(zhuǎn)矩值是基于從未圖示的上位的控制裝置輸出的指令信號而得到的。電流值基于從電流傳感器180經(jīng)由信號線182而輸出的檢測信號而被檢測。磁極位置基于從在電動發(fā)電機192上設置的旋轉(zhuǎn)磁極傳感器(未圖示)輸出的檢測信號而被檢測。在本實施方式中，以對3相的電流值進行檢測的情況為例而進行說明，也可以檢測2相的電流值。
[0180]控制電路172內(nèi)的微機基于目標轉(zhuǎn)矩值而計算電動發(fā)電機192的d、q軸的電流指令值，基于該計算出的d、q軸的電流指令值和所檢測出的d、q軸的電流值之間的差量而計算d、q軸的電壓指令值，將該計算出的d、q軸的電壓指令值基于檢測出的磁極位置而轉(zhuǎn)換為U相、V相、W相的電壓指令值。而且，微機基于由U相、V相、W相的電壓指令值的基本波(正弦波)與搬運波(三角波)之間的比較而生成脈沖狀的調(diào)制波，將該生成的調(diào)制波作為PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號，并經(jīng)由信號線176而向驅(qū)動電路174輸出。
[0181]驅(qū)動電路174在驅(qū)動下臂的情況下，將對PWM信號進行了增幅的驅(qū)動信號向?qū)南卤鄣腎GBT330的柵電極輸出。另外，驅(qū)動電路174在驅(qū)動上臂的情況下，將PWM信號的基準電位的等級轉(zhuǎn)換為上臂的基準電位的等級，然后對PWM信號進行增幅，并將該增幅后的信號作為驅(qū)動信號而向?qū)纳媳鄣腎GBT328的柵電極分別輸出。
[0182]另外，控制部170進行異常檢測(過電流、過電壓、過溫度等)，并對上下臂串聯(lián)電路150進行保護。因此，向控制部170輸入有傳感檢測信息。例如從各臂的信號用發(fā)射電極151及信號用發(fā)射電極165流向各IGBT328和IGBT330的發(fā)射電極的電流的信息被輸入到對應的驅(qū)動部(1C)。由此，各驅(qū)動部(IC)進行過電流檢測，在檢測到過電流的情況下使對應的IGBT328、IGBT330的開關(guān)動作停止，防止過電流流過對應的IGBT328、IGBT330。從在上下臂串聯(lián)電路150設置的溫度傳感器(未圖示)向微機輸入有上下臂串聯(lián)電路150的溫度的信息。另外，向微機輸入有上下臂串聯(lián)電路150的直流正極側(cè)的電壓的信息。微機基于這些信息而進行過溫度檢測及過電壓檢測，在檢測出過溫度或過電壓的情況下，使全部的IGBT328、IGBT330的開關(guān)動作停止。
[0183]需要說明的是，圖32中的柵電極154及信號用發(fā)射電極155與圖1的信號端子325U對應，柵電極164及發(fā)射電極165與圖1的信號端子325L對應。另外，正極端子157與圖1的直流正極端子315B相同，負極端子158與圖1的直流負極端子319B相同。另外，交流端子159與圖1的交流端子320B相同。
[0184](電力轉(zhuǎn)換裝置的設置構(gòu)造)
[0185]圖33是用于說明電力轉(zhuǎn)換裝置200的設置地點的分解立體圖。電力轉(zhuǎn)換裝置200固定在用于收納變速器118的Al或Al合金制的殼體119上。電力轉(zhuǎn)換裝置200通過將底面及上表面的形狀設為大致長方形，使向車輛的安裝變得容易，并且還具有容易生產(chǎn)這樣的效果。冷卻外套12對后述的功率模塊300a?300f及電容器模塊500進行保持，并且由冷卻介質(zhì)冷卻。另外，冷卻外套12固定在殼體119上，并且在與殼體119對置的對置面上形成有入口配管13和出口配管14。入口配管13和出口配管14與在殼體119上形成的配管連接，由此用于冷卻變速器118的冷卻介質(zhì)相對于冷卻外套12流入及流出。
[0186]箱10覆蓋電力轉(zhuǎn)換裝置200，并且固定在殼體119側(cè)。箱10的底以與安裝了控制電路172的控制電路基板20對置的方式構(gòu)成。另外，箱10將從箱10的底與外部連結(jié)的第一開口 202和第二開口 204形成于箱10的底面。連接器21與控制電路基板20連接，并將來自外部的各種信號傳送于該控制電路基板20。電池負極側(cè)連接端子部510與電池正極側(cè)連接端子部512將電池136與電容器模塊500電連接。
[0187]連接器21、電池負極側(cè)連接端子部510、電池正極側(cè)連接端子部512朝向箱10的底面延伸，連接器21從第一開口 202突出，并且電池負極側(cè)連接端子部510及電池正極側(cè)連接端子部512從第二開口 204突出。在箱10的內(nèi)壁的第一開口 202及第二開口 204的周圍設有密封構(gòu)件(未圖示)。
[0188]連接器21等的端子的對合面的朝向因車種的不同而成為各種方向，尤其是想要搭載于小型車輛的情況下，從發(fā)動機室內(nèi)的大小的限制、組裝性的觀點出發(fā)，優(yōu)選使對合面朝上伸出。尤其是如本實施方式那樣，在電力轉(zhuǎn)換裝置200配置在變速器118的上方的情況下，使其朝向變速器118的配置側(cè)的相反側(cè)突出，由此作業(yè)性提高。另外，連接器21需要與外部的環(huán)境隔絕而進行密封，通過成為將箱10從上方組裝于連接器21的結(jié)構(gòu)，當箱10組裝于殼體119時，與箱10接觸的密封構(gòu)件能夠按壓連接器21，氣密性提高。
[0189](電力轉(zhuǎn)換裝置的分解構(gòu)造)
[0190]圖34是電力轉(zhuǎn)換裝置200的分解立體圖。在冷卻外套12上設有流路19，在該流路19的上表面，開口部400a?400c沿著制冷劑的流動方向418形成，并且開口部402a?402c沿著制冷劑的流動方向422形成。開口部400a?400c由功率模塊300a?300c堵塞，并且開口部402a?402c由功率模塊300d?300f堵塞。
[0191]另外，在冷卻外套12上形成有用于收納電容器模塊500的收納空間405。電容器模塊500收納于收納空間405，由此被在流路19內(nèi)流通的制冷劑冷卻。電容器模塊500夾在用于形成制冷劑的流動方向418的流路19和用于形成制冷劑的流動方向422的流路19之間，因此能夠進行聞效的冷卻。
[0192]在冷卻外套12的與入口配管13和出口配管14對置的位置上形成有突出部407。突出部407與冷卻外套12 —體形成。輔機用功率半導體模塊350固定在突出部407上，并由在流路19內(nèi)流通的制冷劑冷卻。在輔機用功率半導體模塊350的側(cè)部配置有匯流條模塊800。匯流條模塊800由交流匯流條186、電流傳感器180等構(gòu)成。
[0193]如此，在冷卻外套12的中央部設置電容器模塊500的收納空間405，以夾著該收納空間405的方式設置流路19，在各個流路19配置車輛驅(qū)動用的功率模塊300a?300c及功率模塊300d?300f，進而在冷卻外套12的上表面配置輔機用功率半導體模塊350，由此能夠在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)高效地冷卻，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置整體的小型化。另外，通過利用Al或Al合金材的鑄造來將冷卻外套12的流路19的主構(gòu)造與冷卻外套12 —體制成，流路19除了具有冷卻效果之外，還具有增強機械強度的效果。另外，通過Al鑄造制成，冷卻外套12與流路19成為一體構(gòu)造，熱傳遞變好，冷卻效率提高。
[0194]需要說明的是，通過將功率模塊300a?300c和功率模塊300d?300f固定于流路19而完成流路19，并進行水路的漏水試驗。在漏水試驗合格的情況下，接著能夠進行安裝電容器模塊500、輔機用功率半導體模塊350、基板的作業(yè)。如此，能夠在電力轉(zhuǎn)換裝置200的底部配置冷卻外套12，接著從上方開始依次進行對電容器模塊500、輔機用功率半導體模塊350、匯流條模塊800、基板等必要部件進行固定的作業(yè)，生產(chǎn)性和可靠性提高。
[0195]驅(qū)動電路基板22配置在輔機用功率半導體模塊350及匯流條模塊800的上方。另夕卜，在驅(qū)動電路基板22與控制電路基板20之間配置有金屬基板11。金屬基板11起到搭載于驅(qū)動電路基板22及控制電路基板20的電路組的電磁屏蔽的功能，并且具有釋放驅(qū)動電路基板22和控制電路基板20產(chǎn)生的熱量、進行冷卻的作用。
[0196](冷卻外套)
[0197]圖35是具有流路19的冷卻外套12的仰視圖。冷卻外套12和在該冷卻外套12的內(nèi)部設置的流路19被一體鑄造。在冷卻外套12的下表而形成有連結(jié)成一個的開口部404。開口部404由在中央部具有開口的下罩體420堵塞。在下罩體420與冷卻外套12之間設有密封構(gòu)件409a及密封構(gòu)件409b而保持氣密性。
[0198]在下罩體420的一方的端邊的附近且沿著該端邊形成有用于插入入口配管13的入口孔401和用于插入出口配管14的出口孔403。另外，在下罩體420上形成有朝向變速器118的配置方向突出的凸部406。凸部406與功率模塊300a?300c及功率模塊300d?300f對應地設置。
[0199]制冷劑如流動方向417那樣通過入口孔401而朝向沿著冷卻外套12的短邊方向的邊形成的第一流路部19a流通。而且，制冷劑如流動方向418那樣在沿著冷卻外套12的長邊方向的邊形成的第二流路部1%中流通。另外，制冷劑如流動方向421那樣在沿著冷卻外套12的短邊方向的邊形成的第三流路部19c中流通。第三流路部19c形成折回流路。另外，制冷劑如流動方向422那樣在沿著冷卻外套12的長邊方向的邊形成的第四流路部19d中流通。第四流路部19d設置在夾著將電容器模塊500而與第二流路部19b對置的位置處。此外，制冷劑如流動方向423那樣通過沿著冷卻外套12的短邊方向的邊形成的第五流路部19e及出口孔403而向出口配管14流出。
[0200]第一流路部19a、第二流路部19b、第三流路部19c、第四流路部19d及第五流路部19e都形成為深度方向比寬度方向大。功率模塊300a?300c從在冷卻外套12的上面?zhèn)刃纬傻拈_口部400a?400c插入(參照圖34)，并收納于第二流路部19b內(nèi)的收納空間中。需要說明的是，在功率模塊300a的收納空間與功率模塊300b的收納空間之間形成有用于不使制冷劑的流動淤塞的中間構(gòu)件408a。同樣地，在功率模塊300b的收納空間與功率模塊300c的收納空間之間形成有用于不使制冷劑的流動淤塞的中間構(gòu)件408b。中間構(gòu)件408a及中間構(gòu)件408b以其主面沿著制冷劑的流動方向的方式形成。第四流路部19d也與第二流路部19b同樣地形成功率模塊300d?300f的收納空間及中間構(gòu)件。另外，冷卻外套12以開口部404與開口部400a?400c及402a?402c對置的方式形成，因此成為通過鋁鑄造容易制造的結(jié)構(gòu)。
[0201 ] 在下罩體420上設有與殼體119抵接且用于支承電力轉(zhuǎn)換裝置200的支承部410a及支承部410b。支承部410a挨近下罩體420的一方的端邊設置，支承部410b挨近下罩體420的另一方的端邊設置。由此，能夠?qū)㈦娏D(zhuǎn)換裝置200牢固地固定在與變速器118、電動發(fā)電機192的圓柱形狀匹配地形成的殼體119的側(cè)壁上。
[0202]另外，支承部410b以支承電阻器450的方式構(gòu)成。該電阻器450是考慮到乘客保護、維護時的安全面而用于對電容器單體所帶電的電荷進行放電的部件。電阻器450以能夠持續(xù)對高電壓的電氣進行放電的方式構(gòu)成，但需要構(gòu)成為即便在萬一電阻器或放電機構(gòu)產(chǎn)生任何異常的情況下、也將對車輛的損傷控制在最小限度內(nèi)。換句話說，在電阻器450配置在功率模塊、電容器模塊、驅(qū)動電路基板等的周邊的情況下，在萬一電阻器450產(chǎn)生了發(fā)熱、起火等不良狀況的情況下，可能會延燒到主要部件附近。
[0203]因此，功率模塊300a?300c、功率模塊300d?300f、電容器模塊500夾著冷卻外套12而配置在收納了變速器118的殼體119的相反側(cè)，并且電阻器450配置在冷卻外套12與殼體119之間的空間內(nèi)。由此，電阻器450配置在由金屬形成的冷卻外套12及殼體119所圍起的封閉空間內(nèi)。需要說明的是，在電容器模塊500內(nèi)的電容器單體中儲存的電荷在搭載于圖34所示的驅(qū)動電路基板22上的開關(guān)機構(gòu)的開關(guān)動作下，經(jīng)由通過冷卻外套12的側(cè)部的配線而被控制向電阻器450放電。在本實施方式中，被控制為利用開關(guān)機構(gòu)而高速地進行放電。在控制放電的驅(qū)動電路基板22與電阻器450之間設有冷卻外套12，因此能夠保護驅(qū)動電路基板22遠離電阻器450。另外，電阻器450固定于下罩體420，因此設置在從熱量角度講與流路19非常近的位置，因此能夠抑制電阻器450的異常發(fā)熱。
[0204](電容器模塊)
[0205]圖36是電容器模塊500的分解立體圖。層疊導體板501包括:由薄板狀的寬幅導體形成的負極導體板505及正極導體板507、以及夾在負極導體板505和正極導體板507之間的絕緣片517，因此能實現(xiàn)低電感化。層疊導體板501呈大致長方形形狀。電池負極側(cè)端子508及電池負極側(cè)端子509以從層疊導體板501的短邊方向的一方的邊立起的狀態(tài)形成。
[0206]電容器端子503a?503c以從層疊導體板501的長邊方向的一方的邊立起的狀態(tài)形成。另外，電容器端子503d?503f以從層疊導體板501的長邊方向的另一方的邊立起的狀態(tài)形成。需要說明的是，電容器端子503a?503f在橫穿層疊導體板501的主面的方向上立起。電容器端子503a?503c與功率模塊300a?300c分別連接。電容器端子503d?503f與功率模塊300d?300f分別連接。在構(gòu)成電容器端子503a的負極側(cè)電容器端子504a與正極側(cè)電容器端子506a之間設有絕緣片517的一部分，從而確保絕緣。其他電容器端子503b?503f也相同。需要說明的是，在本實施方式中，負極導體板505、正極導體板507、電池負極側(cè)端子508、電池負極側(cè)端子509、電容器端子503a?503f由一體成形的金屬制板構(gòu)成，從而實現(xiàn)電感減少及生產(chǎn)性的提高。
[0207]電容器單體514在層疊導體板501的下方設有多個。在本實施方式中,8個電容器單體514沿著層疊導體板501的長邊方向的一方的邊排成一列，并且另外其他8個電容器單體514沿著層疊導體板501的長邊方向的另一方的邊排成一列，設有合計16個電容器單體。沿著層疊導體板501的長邊方向各自的邊排列的電容器單體514以圖36所示的虛線部A-A’為界對稱地排列。由此，在將利用電容器單體514而平滑化的直流電流向功率模塊300a?300c及功率模塊300d?300f供給的情況下，電容器端子503a?503c與電容器端子503d?503f之間的電流平衡得以均勻化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)層疊導體板501的電感減少。另外，由于能夠防止電流在層疊導體板501局部地流動，因此熱平衡得以均勻化，還能夠提聞耐熱性。
[0208]另外，電池負極側(cè)端子508與電池負極側(cè)端子509也以圖36所示的點線A_A’為界對稱地排列。同樣地，電容器端子503a?503c與電容器端子503d?503f之間的電流平衡得以均勻化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)層疊導體板501的電感減少，并且熱平衡得以均勻化，還能夠提聞耐熱性。
[0209]本實施方式的電容器單體514是電容器模塊500的蓄電部的單位構(gòu)造體，使用將兩片在單面上蒸鍍了 Al等金屬的薄膜層疊并卷繞、且將兩片金屬分別作為正極、負極的薄膜電容器。電容器單體514的電極的卷繞的軸面分別成為正極、負極電極，通過噴上Sn等導電體而制造。單體端子516及單體端子518與正極電極及負極電極連接，并且通過層疊導體板501的開口部而延伸至電容器單體514配置側(cè)的相反側(cè)，正極導體板507及負極導體板505通過焊錫或焊接連接。
[0210]本實施方式的電容器單體514是電容器模塊500的蓄電部的單位構(gòu)造體，使用將兩片在單面上蒸鍍了 Al等金屬的薄膜層疊并卷繞、且將兩片金屬分別作為正極、負極的薄膜電容器。電容器單體514的電極的卷繞的軸面分別成為正極、負極電極，通過噴上Sn等導電體而制造。單體端子516及單體端子518與正極電極及負極電極連接，并且通過層疊導體板501的開口部而延伸至電容器單體514配置側(cè)的相反側(cè)，正極導體板507及負極導體板505通過焊錫或焊接連接。
[0211]收納部511的底面部513以與圓筒形的電容器單體514的表面形狀匹配的方式呈光滑的凹凸形狀或波形形狀。由此，將連接有層疊導體板501和電容器單體514的模塊定位于電容器箱502變得容易。另外，在層疊導體板501和電容器單體514收納于電容器箱502之后，除電容器端子503a?503f與電池負極側(cè)端子508及電池負極側(cè)端子509以外，以覆蓋層疊導體板501的方式在電容器箱502內(nèi)填充有填充材料(未圖示)。底面部513與電容器單體514的形狀匹配地成為波形形狀，由此在填充材料填充于電容器箱502內(nèi)時，能夠防止電容器單體514從規(guī)定位置偏離。
[0212]另外，電容器單體514在開關(guān)時的脈動電流的作用下，因蒸鍍于內(nèi)部的薄膜上的金屬薄膜、內(nèi)部導體的電阻而發(fā)熱。因此，為了將電容器單體514的熱量容易向電容器箱502釋放，由填充材料對電容器單體514進行模制。此外，通過使用樹脂制的填充材料，電容器單體514的耐濕性也能夠提高。
[0213]此外，在本實施方式中，電容器模塊500以形成收納部511的長邊方向的邊的側(cè)壁夾在流路19之間的方式配置，因此能夠高效地冷卻電容器模塊500。另外，電容器單體514以該電容器單體514的電極面的一方與形成收納部511的長邊方向的邊的內(nèi)壁對置的方式配置。由此，由于熱量在薄膜的卷繞軸的方向上容易傳遞，因此熱量經(jīng)由電容器單體514的電極面而容易向電容器箱502釋放。
[0214](功率模塊的安裝構(gòu)造)
[0215]圖37(a)是在冷卻外套12內(nèi)組裝有功率模塊、電容器模塊、匯流條模塊的外觀立體圖。圖37(b)是圖37(a)的矩形包圍部的放大圖。
[0216]如圖37(b)所示，直流負極端子315B、直流正極端子319b、交流端子321及第二密封部601b通過電容器箱502的貫通孔519而延伸至凸緣515a的上方。直流負極端子317b及直流正極端子319b的電流路徑的面積遠比層疊導體板501的電流路徑的面積小。因此，當電流從層疊導體板501向直流負極端子317b及直流正極端子31%流動時，電流路徑的面積顯著變化。換句話說，電流集中于直流負極端子317b及直流正極端子31%。另外，在直流負極端子317b及直流正極端子31%向橫穿層疊導體板501的方向突出的情況下，換言之，在直流負極端子317b及直流正極端子31%處于與層疊導體板501扭曲的關(guān)系的情況下，需要新的連接用導體，因而產(chǎn)生生產(chǎn)性降低、成本升高的問題。
[0217]因此，負極側(cè)電容器端子504a由從層疊導體板501立起的立起部540、與該立起部540連接且彎曲成U字狀的折返部541、與該折返部541連接且立起部540的相反側(cè)的面與直流負極端子31%的主面對置的連接部542構(gòu)成。另外，正極側(cè)電容器端子506a由從層疊導體板501立起的立起部543、折返部544、與該折返部544連接且立起部543的相反側(cè)的面與直流負極端子317b的主面對置的連接部545構(gòu)成。特別是，折返部544以與立起部543成大致直角地連接且橫跨負極側(cè)電容器端子504a、直流負極端子317b、直流正極端子319b的側(cè)部的方式構(gòu)成。此外，立起部540的主面與立起部543的主面隔著絕緣片517對置。同樣地，折返部541的主面與折返部544的主面隔著絕緣片517對置。
[0218]由此，電容器端子503a呈在將要到達連接部542前隔著絕緣片517的層疊構(gòu)造，因此能夠減少電流集中的該電容器端子503a的配線電感。另外，折返部544以橫跨負極側(cè)電容器端子504a、直流負極端子317b、直流正極端子319b的側(cè)部的方式構(gòu)成。此外，直流正極端子31%的前端與連接部542的側(cè)邊通過焊接連接，同樣地，直流負極端子317b的前端與連接部545的側(cè)邊通過焊接連接。
[0219]由此，直流正極端子31%及直流負極端子317b的焊接連接用的作業(yè)方向不會與折返部544干涉，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低電感且提高生產(chǎn)性。
[0220]另外，交流端子321的前端通過焊接而與交流匯流條802a的前端連接。在用于進行焊接的生產(chǎn)設備中，將焊接機械制造成能夠相對于焊接對象在多個方向上可動使得生產(chǎn)設備復雜化，從生產(chǎn)性及成本的觀點出發(fā)并不優(yōu)選。因此，在本實施方式中，交流端子321的焊接位置與直流正極端子31%的焊接位置沿著冷卻外套12的長邊方向的邊而配置成一直線狀。由此，在使焊接機械朝一個方向可動期間，能夠進行多個焊接，生產(chǎn)性提高。
[0221]此外，如圖34及圖37(a)所示，多個功率模塊300a?300c及功率模塊300d?300f沿著冷卻外套12的長邊方向的邊而配置成一直線狀。由此，當對多個功率模塊300a?300c進行焊接時，能夠進一步提聞生廣性。
[0222](匯流條模塊與冷卻外套的組裝)
[0223]圖38是組裝有功率模塊和電容器模塊的冷卻外套12與匯流條模塊800的分解立體圖。圖39是除保持構(gòu)件803以外的匯流條模塊800的外觀立體圖。
[0224]如圖38及圖39所示，第一交流匯流條802a?802f以到電流傳感器180a或電流傳感器180b的設置位置為止、該第一交流匯流條802a?802f的主面與電容器模塊500的層疊導體板501的主面大致垂直的方式形成。另外，第一交流匯流條802a?802f在將要到達電流傳感器180a的貫通孔或電流傳感器180b的貫通孔前成大致直角地折彎。由此，貫通電流傳感器180a或電流傳感器180b的第一交流匯流條802a?802f的部分的主面與層疊導體板501的主面大致平行。而且，在第一交流匯流條802a?802f的端部形成有用于與第二交流匯流條804a?804f連接的連接部805a?805f (連接部805d?805f未圖示)O
[0225]第二交流匯流條804a?804f在連接部805a?805f的附近朝向電容器模塊500側(cè)成大致直角地折彎。由此，第二交流匯流條804a?804f的主面以與電容器模塊500的層疊導體板501的主面大致垂直的方式形成。此外，第二交流匯流條804a?804f從電流傳感器180a或電流傳感器180b的附近向圖39所示的冷卻外套12的短邊方向的一方的邊12a延伸，以橫穿該邊12a的方式形成。換句話說，形成為在多個第二交流匯流條804a?804f的主面相面對的狀態(tài)下、該第二交流匯流條804a?804f橫穿邊12a。
[0226]由此，無需使裝置整體大型化，能夠使多個板狀交流匯流條從冷卻外套12的短邊側(cè)向外部突出。而且，通過使多個交流匯流條從冷卻外套12的一面?zhèn)韧怀?，在電力轉(zhuǎn)換裝置200的外部的配線的處理變得容易，生產(chǎn)性提高。
[0227]如圖38所示，第一交流匯流條802a?802f、電流傳感器180a?180b及第二交流匯流條804a?804f借助由樹脂構(gòu)成的保持構(gòu)件803而被保持及絕緣。利用該保持構(gòu)件803，第二交流匯流條804a?804f使金屬制的冷卻外套12及殼體119之間的絕緣性提高。另外，保持構(gòu)件803與冷卻外套12熱接觸或直接接觸，由此能夠?qū)淖兯倨?18側(cè)向第二交流匯流條804a?804f傳遞的熱量向冷卻外套12釋放，因此能夠提高電流傳感器180a?180b的可靠性。
[0228]如圖38所示，保持構(gòu)件803設置用于支承圖32所示的驅(qū)動電路基板22的支承構(gòu)件807a及支承構(gòu)件807b。支承構(gòu)件807a設有多個，并且沿著冷卻外套12的長邊方向的一方的邊而排成一列地形成。另外，支承構(gòu)件807b設有多個，并且沿著冷卻外套12的長邊方向的另一方的邊而排成一列地形成。在支承構(gòu)件807a及支承構(gòu)件807b的前端部形成有用于固定驅(qū)動電路基板22的螺釘孔。
[0229]此外，保持構(gòu)件803設置從配置有電流傳感器180a及電流傳感器180b的位置朝上方延伸的突起部806a及突起部806b。突起部806a及突起部806b分別以貫通電流傳感器180a及電流傳感器180b的方式構(gòu)成。如圖38所示，電流傳感器180a及電流傳感器180b設置朝向驅(qū)動電路基板22的配置方向延伸的信號線182a及信號線182b。信號線182a及信號線182b通過焊錫而與驅(qū)動電路基板22的配線圖案接合。在本實施方式中，保持構(gòu)件803、支承構(gòu)件807a?807b及突起部806a?806b由樹脂一體形成。
[0230]由此，保持構(gòu)件803具備電流傳感器180與驅(qū)動電路基板22的定位功能，因此信號線182a與驅(qū)動電路基板22之間的組裝及焊錫連接作業(yè)變得容易。另外，通過將對電流傳感器180和驅(qū)動電路基板22進行保持的機構(gòu)設于保持構(gòu)件803，能夠減少電力轉(zhuǎn)換裝置整體的部件件數(shù)。
[0231]電力轉(zhuǎn)換裝置200固定在收納了變速器118的殼體119上，因此較大地承受來自變速器118的振動的影響。因此，保持構(gòu)件803設置用于支承驅(qū)動電路基板22的中央部附近的支承構(gòu)件808,從而減小施加于驅(qū)動電路基板22的振動的影響。需要說明的是,保持構(gòu)件803通過螺釘固定于冷卻外套12上。
[0232]另外，保持構(gòu)件803設置用于固定輔機用功率半導體模塊350的一方的端部的托架809。另外，如圖34所示，輔機用功率半導體模塊350配置于突出部407，由此該輔機用功率半導體模塊350的另一方的端部固定在該突出部407上。由此，能夠減小施加于輔機用功率半導體模塊350的振動的影響，并且能夠減少固定用的部件件數(shù)。[0233](電力轉(zhuǎn)換裝置的組裝構(gòu)造)
[0234]圖40是組裝有功率模塊、電容器模塊、匯流條模塊800、輔機用功率半導體模塊350的冷卻外套12的外觀立體圖。電流傳感器180在熱至約100°C的耐熱溫度以上時可能發(fā)生破壞。尤其是在車載用的電力轉(zhuǎn)換裝置中，使用的環(huán)境的溫度成為非常高的溫度，因此保護電流傳感器180以防止過熱變得重要。尤其是本實施方式所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置200搭載于變速器118上，因此與從該變速器118發(fā)出的熱量隔絕變得重要。
[0235]因此，電流傳感器180a及電流傳感器180b配置在夾著冷卻外套12的、變速器118的相反側(cè)。由此，變速器118產(chǎn)生的熱量難以向電流傳感器傳遞，從而抑制電流傳感器的溫度上升。此外，第二交流匯流條804a?804f以橫穿在圖35所示的第三流路19c中流通的制冷劑的流動方向810的方式形成。而且，電流傳感器180a及電流傳感器180b配置在比橫穿第三流路部19c的第二交流匯流條804a?804f的部分更靠近功率模塊的交流端子321的一側(cè)。由此，第二交流匯流條804a?804f被制冷劑間接地冷卻，由于能夠使從交流匯流條傳遞至電流傳感器、進而傳遞至功率模塊內(nèi)的半導體元件的熱量緩和，因此可靠性提高。
[0236]圖40所示的流動方向811表示在圖35中示出的第四流路19d中流通的制冷劑的流動方向。同樣地，流動方向812表示在圖35中示出的第二流路19b中流通的制冷劑的流動方向。當本實施方式所涉及的電流傳感器180a及電流傳感器180b從電力轉(zhuǎn)換裝置200的上方投影時，電流傳感器180a及電流傳感器180b的投影部以包圍流路19的投影部的方式配置。由此，能夠進一步保護電流傳感器不受來自變速器118的熱量的影響。
[0237]圖41是將控制電路基板20與金屬基板11分離后的電力轉(zhuǎn)換裝置200的分割立體圖。如圖40所示，電流傳感器180配置在電容器模塊500的上方。驅(qū)動電路基板22配置在電流傳感器180的上方，并且由在圖8所示的匯流條模塊800上設置的支承構(gòu)件807a及807b支承。金屬基板11配置在驅(qū)動電路基板22的上方，并且由從冷卻外套12豎立設置的多個支承構(gòu)件15支承?？刂齐娐坊?0配置在金屬基板11的上方，并且固定在金屬基板11上。
[0238]電流傳感器180、驅(qū)動電路基板22、控制電路基板20在高度方向上分層地配置成一列，并且控制電路基板20配置在距強電系的功率模塊300a?f最遠的地點，因此能夠抑制開關(guān)噪聲等混入。此外，金屬基板11與電接地的冷卻外套12電連接。利用該金屬基板11來減少從驅(qū)動電路基板22混入控制電路基板20的噪聲。
[0239]在流路19中流通的制冷劑的冷卻對象主要是驅(qū)動用的功率模塊300a?f，因此該功率模塊300a?f被收納于流路19內(nèi)且直接與制冷劑接觸而被冷卻。另一方面，輔機用功率半導體模塊350雖然沒到驅(qū)動用功率模塊那樣的程度，但也需要冷卻。
[0240]因此，輔機用功率半導體模塊350的由金屬基板形成的散熱面以隔著流路19而與入口配管13及出口配管14對置的方式形成。尤其是對輔機用功率半導體模塊350進行固定的突出部407在入口配管13的上方形成，因此從下方流入的制冷劑與突出部407的內(nèi)壁發(fā)生碰撞，從而能夠高效地從輔機用功率半導體模塊350奪取熱量。此外，在突出部407的內(nèi)部形成與流路19連結(jié)的空間。利用該突出部407內(nèi)部的空間，入口配管13及出口配管14附近的流路19的深度變大，在突出部407內(nèi)部的空間產(chǎn)生積液。利用該積液能夠高效地冷卻輔機用功率半導體模塊350。
[0241]當將電流傳感器180與驅(qū)動電路基板22電連接時，若使用配線連接器，則導致連接工序的增大，招致連接錯誤的危險性。
[0242]因此，如圖41所示，在本實施方式的驅(qū)動電路基板22上形成有貫通該驅(qū)動電路基板22的第一孔24及第二孔26。另外，向第一孔24插入功率模塊300a?300f的各信號端子325U及各信號端子325L，信號端子325U及信號端子325L通過焊錫而與驅(qū)動電路基板22的配線圖案接合。此外，向第二孔26插入電流傳感器180的信號線182，信號線182通過焊錫而與驅(qū)動電路基板22的配線圖案接合。需要說明的是，從與冷卻外套12對置的對置面的相反側(cè)的驅(qū)動電路基板22的面?zhèn)冗M行焊錫接合。
[0243]由此，能夠不使用配線連接器而連接信號線，因此能夠提高生產(chǎn)性。另外，通過利用焊錫將功率模塊300a?300f的各信號端子325與電流傳感器180的信號線182從同一方向接合，能夠進一步提高生產(chǎn)性。另外，通過在驅(qū)動電路基板22上分別設置用于供信號端子325貫通的第一孔24、用于使信號線182貫通的第二孔26，能夠減小連接錯誤的危險性。
[0244]另外，驅(qū)動電路基板22在與冷卻外套12對置的面?zhèn)劝惭b驅(qū)動IC芯片等的驅(qū)動電路(未圖示)。由此，能夠抑制焊錫接合的熱量傳遞至驅(qū)動IC芯片等，并且防止因焊錫接合而導致驅(qū)動IC芯片等的損傷。另外，搭載于驅(qū)動電路基板22上的變壓器那樣的高型部件配置在電容器模塊500與驅(qū)動電路基板22之間的空間中，因此能夠使電力轉(zhuǎn)換裝置200整體小型化。
[0245]圖42是將圖41所示的電力轉(zhuǎn)換裝置200沿著圖41中的面B剖開的情況下的、從圖41的C方向觀察到的剖視圖。
[0246]在模塊箱304設置的凸緣304B借助在電容器箱502上設置的凸緣515a或凸緣515b而按壓于冷卻外套12。換句話說，利用收納了電容器單體514的電容器箱502的自重，向冷卻外套12按壓模塊箱304，能夠提高流路19的氣密性。
[0247]為了提高功率模塊300a?300f的冷卻效率，需要使流路19內(nèi)的制冷劑在形成有散熱片305的區(qū)域中流通。模塊箱304為了確保薄壁部304A的空間，在模塊箱304的下部不形成散熱片305。因此，下罩體420以模塊箱304的下部與在該下罩體420形成的凹部430對合的方式形成。由此，能夠防止制冷劑流入不形成冷卻散熱片的空間。
[0248]如圖42所示，功率模塊300a?300f與電容器模塊500的排列方向以橫穿控制電路基板20、驅(qū)動電路基板22、變速器118的排列方向的方式排列配置。尤其是功率模塊300a?f與電容器模塊500，在電力轉(zhuǎn)換裝置200之中排列配置在最下層。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置200整體的低型化，并且能減小來自變速器118的振動的影響。
[0249]如上所述，根據(jù)基于本發(fā)明的功率半導體模塊的各實施方式，在對搭載有半導體元件的導體板318、319、315、320的周圍進行密封的樹脂密封部348上設置多個凹部348C、348D，包括該凹部348C、348D內(nèi)而在樹脂密封部348的表面形成了噴鍍膜710。因此，起到能夠提高噴鍍膜710與樹脂密封部348之間的粘接強度這樣的效果。
[0250]需要說明的是，在上述各實施方式中，以將樹脂密封部348的凹部348C、348D通過設于金屬模具的凸部來形成的方法進行了例示。然而，樹脂密封部348的凹部348C、348D的形成也可以利用其他方法形成，例如，能夠通過激光加工來進行。在通過激光加工來在樹脂密封部348形成凹部348C、348D的情況下，與噴砂處理等的情況同樣地，在側(cè)壁面348H部處產(chǎn)生噴鍍膜的粘著面的傾斜角度Θ脫離0°?45°的范圍的區(qū)域。與此相對地，通過設置圖20所示的規(guī)定的距離X，能夠防止絕緣特性的劣化。
[0251]需要說明的是，本發(fā)明的功率半導體模塊能夠在發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)加以各種變形而進行應用。
[0252]符號說明
[0253]156、166 二極管
[0254]300、300a ?300f 功率模塊
[0255]302功率半導體模塊
[0256]304模塊箱(散熱用構(gòu)件)
[0257]304A 薄壁部
[0258]307A、307B、362A、362B 散熱部
[0259]315、318、319、320 導體板
[0260]328、330 IGBT
[0261]348樹脂密封部
[0262]348C、348D 凹部
[0263]348E 側(cè)面
[0264]348F陶瓷填充物
[0265]348G 樹脂
[0266]348H 側(cè)壁面
[0267]361箱主體(連接部)
[0268]374壓鑄模制用金屬模具
[0269]380冷卻器
[0270]381制冷劑流路
[0271]700絕緣層
[0272]710噴鍍膜
[0273]711扁平體
[0274]712 空孔
[0275]720絕緣膜
[0276]720A 絕緣片
[0277]730樹脂層
【權(quán)利要求】
1.一種功率半導體模塊，其特征在于，具備: 半導體元件； 導體板，在其一面上搭載有所述半導體元件； 樹脂密封部，其覆蓋所述導體板的側(cè)面部，且使所述導體板的與所述一面對置的另一面的至少一部分露出； 噴鍍膜，其設置在所述樹脂密封部的下表面及所述導體板的從所述樹脂密封部露出的所述另一面的一部分上， 在所述樹脂密封部的下表面上形成有凹部，所述凹部的平面尺寸比構(gòu)成所述噴鍍膜的各扁平體的平面尺寸 大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導體模塊，其特征在于， 形成在所述樹脂密封部上的所述凹部的、所述導體板側(cè)的端部設置在從所述導體板的所述露出的另一面的一部分與所述樹脂密封部的交界面離開了規(guī)定長度的位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導體模塊，其特征在于， 所述規(guī)定長度在下述的距離以上，所述距離是即使在所述噴鍍膜中形成有孔隙的狀態(tài)下、在所述半導體元件的最大額定值下也不會在所述樹脂密封部產(chǎn)生放電的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導體模塊，其特征在于， 所述規(guī)定長度比通過下述的式(I)計算出的X大， X = t ε {(VUi)-1l 式(I) 其中，t為最容易產(chǎn)生放電的空隙的大小，ε為密封樹脂的介電常數(shù)，Ui為空隙的放電開始電壓，Vi為部分放電開始電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于， 所述噴鍍膜的厚度比在所述樹脂密封部形成的所述凹部的深度大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于， 在所述樹脂密封部的下表面或所述導體板的從所述樹脂密封部露出的所述另一面的至少一方上形成有微小的凹凸，所述微小的凹凸的平面尺寸比所述噴鍍膜的所述凹部的平面尺寸小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于， 在所述樹脂密封部中混入有陶瓷填充物，所述陶瓷填充物在形成在所述樹脂密封部上的所述凹部內(nèi)露出，所述噴鍍膜與所述陶瓷填充物接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于，還具備: 絕緣膜，其配置在所述噴鍍膜上，且混入有陶瓷填充物；應力緩和用樹脂層，其形成在所述絕緣膜的周圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率半導體模塊，其特征在于， 所述應力緩和用樹脂層的導熱率比所述絕緣膜的導熱率小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于， 在所述噴鍍膜的空孔中浸入有絕緣性的樹脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的功率半導體模塊，其特征在于， 在所述樹脂密封部上形成的所述凹部的側(cè)面形成為沿著從底面部朝向開口部而平面尺寸擴大的方向傾斜的傾斜狀。
12.—種功率模塊，其特征在于，具備權(quán)利要求1至11中任一項所述的功率半導體模塊、以及散熱用構(gòu)件，所述散熱用構(gòu)件經(jīng)由所述噴鍍膜能夠相對于所述功率半導體模塊進行導熱地設置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率模塊，其特征在于， 所述功率半導體模塊的導體板包括能夠?qū)岬嘏c所述半導體元件的表面?zhèn)冉雍系谋砻鎮(zhèn)葘w部、以及能夠?qū)岬嘏c所述半導體元件的背面?zhèn)冉雍系谋趁鎮(zhèn)葘w部，所述散熱用構(gòu)件具有:第一散熱部及第二散熱部，它們分別具有多個散熱用散熱片，且經(jīng)由所述噴鍍膜能夠?qū)岬嘏c所述表面?zhèn)葘w部及所述背面?zhèn)葘w部接合；可塑性變形的薄壁部，其分別在所述第一散熱部及所述第二散熱部的周圍形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率模塊，其特征在于， 所述散熱用構(gòu)件是具有與所述第一散熱部及第二散熱部一體形成或分體形成的連接部且在一側(cè)部具有 開口的筒形狀的CAN型冷卻器。
【文檔編號】H01L25/18GK103999211SQ201280061694
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】井出英一, 西岡映二, 石井利昭, 楠川順平, 中津欣也, 露野圓丈, 佐藤俊也, 淺野雅彥 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社