本發(fā)明涉及一種能夠抑制將功率半導(dǎo)體模塊的電力用的多個(gè)引腳輸出端子與電纜的連接端子經(jīng)由連接構(gòu)件連接的連接可靠性降低的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

作為驅(qū)動(dòng)源而搭載有發(fā)動(dòng)機(jī)以及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的混合動(dòng)力作業(yè)車輛具備蓄電池等蓄電器，該蓄電器向旋轉(zhuǎn)電機(jī)供給電源，另一方面存儲(chǔ)通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力。在具有這樣的結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力作業(yè)車輛中具有驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的逆變器。逆變器利用功率半導(dǎo)體模塊進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換。

專利文獻(xiàn)1中記載了一種電力轉(zhuǎn)換裝置，該電力轉(zhuǎn)換裝置具有：層疊單元，其層疊有包括電力轉(zhuǎn)換用的開關(guān)元件的多個(gè)功率模塊和供冷卻所述功率模塊的制冷劑流動(dòng)的多個(gè)制冷劑流路；外殼，其收納所述層疊單元；樹脂制的固定構(gòu)件，其固定于所述外殼的外側(cè)的表面；控制基板，其固定于所述固定構(gòu)件而借助所述固定構(gòu)件安裝于所述外殼，且該控制基板與所述多個(gè)功率模塊連接；第一固定部，其將所述控制基板固定于所述固定構(gòu)件；以及第二固定部，其將所述固定構(gòu)件固定于所述外殼，所述固定構(gòu)件的線膨脹率是比所述外殼的線膨脹率接近所述控制基板的線膨脹率的值，所述第一固定部與所述第二固定部在所述固定構(gòu)件上配置在不同的位置。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，固定構(gòu)件的線膨脹率是比外殼的線膨脹率接近控制基板的線膨脹率的值，第一固定部與第二固定部在固定構(gòu)件上配置在不同的位置，因此能夠抑制外殼的熱變形向控制基板傳遞，而能夠抑制控制基板產(chǎn)生熱變形。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2015-119536號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

然而，在逆變器殼體內(nèi)安裝IGBT等功率半導(dǎo)體模塊，需要在逆變器殼體內(nèi)將電纜的連接端子與功率半導(dǎo)體模塊連接。在這種情況下，在端子臺(tái)與功率半導(dǎo)體模塊一體地形成的功率半導(dǎo)體模塊的情況下，將電纜的連接端子與端子臺(tái)連接即可，然而在功率半導(dǎo)體模塊的端子是引腳輸出端子的情況下，需要另外設(shè)置端子臺(tái)。

在這種情況下，在另外設(shè)置的端子臺(tái)上具有用于連接引腳輸出端子的引腳連接部與用于連接電纜的連接端子的電纜連接部，需要在引腳連接部與電纜連接部之間設(shè)置形成有導(dǎo)電圖案的連接基板或者母線等連接構(gòu)件。

在具有利用連接基板、母線等將功率半導(dǎo)體模塊的電力用的引腳輸出端子與電纜的連接端子連接的結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力作業(yè)車輛中，因高負(fù)荷下的反復(fù)作業(yè)引起的功率半導(dǎo)體模塊的溫度變動(dòng)、振動(dòng)沖擊的反復(fù)，而作用有欲使功率半導(dǎo)體模塊的引腳輸出端子部與電纜的連接端子部相對錯(cuò)開的負(fù)荷，因此，對引腳連接部以及電纜連接部施加有應(yīng)力，導(dǎo)致功率半導(dǎo)體模塊與電纜的連接的可靠性降低。

本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制功率半導(dǎo)體模塊的電力用的多個(gè)引腳輸出端子與電纜的連接端子經(jīng)由連接構(gòu)件連接的可靠性降低的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)。

用于解決課題的方案

為了解決上述的課題而實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，具備：功率半導(dǎo)體模塊，其裝配于殼體上且具有在上表面的側(cè)端部立設(shè)的多個(gè)引腳輸出端子；樹脂托架，其配置于所述功率半導(dǎo)體模塊的側(cè)方且裝配于所述殼體；帶襯套連接基板，其在形成有供所述引腳輸出端子插通的端子孔的基板主體上配置有具備凸緣部的導(dǎo)電性襯套，該帶襯套連接基板將所述端子孔與所述導(dǎo)電性襯套導(dǎo)電連接；以及螺栓，其貫穿電纜的連接端子以及所述帶襯套連接基板的所述導(dǎo)電性襯套而與所述樹脂托架螺合，所述引腳輸出端子插通于所述端子孔且與所述端子孔導(dǎo)電連接，所述電纜的連接端子通過所述螺栓與所述樹脂托架的螺合而與所述導(dǎo)電性襯套導(dǎo)電連接，所述引腳輸出端子與所述電纜的連接端子導(dǎo)電連接。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，所述樹脂托架設(shè)有與所述螺栓相配的嵌入螺母。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，所述功率半導(dǎo)體模塊的殼體的線膨脹率與所述樹脂托架的線膨脹率之差處于規(guī)定范圍內(nèi)。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，所述引腳輸出端子在插通于所述端子孔的狀態(tài)下被釬焊而與所述端子孔導(dǎo)通連接。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，所述引腳輸出端子與所述端子孔的連接在使所述導(dǎo)電性襯套與所述樹脂托架的上表面接觸的狀態(tài)下進(jìn)行。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，使所述導(dǎo)電性襯套與所述樹脂托架的上表面接觸的狀態(tài)通過不夾著所述電纜的連接端子而將所述螺栓固定于所述樹脂托架的臨時(shí)固定來形成。

另外，在上述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的特征在于，在進(jìn)行夾著所述電纜的連接端子來固定的正式固定的情況下，每拆下臨時(shí)固定的所述螺栓就通過所述螺栓將拆下的部位正式固定。

根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制功率半導(dǎo)體模塊的電力用的多個(gè)引腳輸出端子與電纜的連接端子經(jīng)由連接構(gòu)件連接的連接可靠性降低。

附圖說明

圖1是表示包含作為本發(fā)明的實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接結(jié)構(gòu)的逆變器內(nèi)的配置結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是圖1的A部的放大圖。

圖3是圖2的B-B線剖視圖。

圖4是表示由伴隨著樹脂托架與功率半導(dǎo)體模塊的殼體的線膨脹率之差的帶襯套連接基板的變形引起的、對焊接部施加的應(yīng)力的說明圖。

圖5是表示通過臨時(shí)固定而預(yù)先組裝了端子臺(tái)的狀態(tài)的圖。

圖6是表示將功率半導(dǎo)體模塊安裝于逆變器殼體的狀態(tài)的圖。

圖7是表示將臨時(shí)固定了的端子臺(tái)安裝于逆變器殼體的狀態(tài)的圖。

圖8是表示進(jìn)行了引腳輸出端子的釬焊與控制基板的安裝的狀態(tài)的圖。

圖9是表示將電容器的連接端子與端子臺(tái)連接的正式固定的狀態(tài)的圖。

圖10是表示將電纜的連接端子與端子臺(tái)連接的正式固定的狀態(tài)的圖。

圖11是表示作為本實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊的端子連接步驟的流程圖。

圖12是表示未通過固定用的螺栓臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)的圖2的C-C線剖視圖。

圖13是表示未通過固定用的螺栓臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)與在該端子臺(tái)連接電纜的連接端子的情況下的端子臺(tái)的狀態(tài)的圖2的B-B線剖視圖。

圖14是表示通過固定用的螺栓進(jìn)行了臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)的圖2的C-C線剖視圖。

圖15是表示通過固定用的螺栓進(jìn)行了臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)與在該端子臺(tái)通過固定用的螺栓將電纜的連接端子正式固定的情況下的端子臺(tái)的狀態(tài)的圖2的B-B線剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，結(jié)合附圖對用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。

圖1是表示包含作為本發(fā)明的實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體模塊10的端子連接結(jié)構(gòu)的逆變器1內(nèi)的配置結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，逆變器1在逆變器殼體1a(本申請發(fā)明的殼體)內(nèi)并排配置有：具有引腳輸出端子2的兩個(gè)功率半導(dǎo)體模塊10；一體地形成有端子臺(tái)20a的三個(gè)功率半導(dǎo)體模塊20。需要說明的是，在逆變器殼體1a內(nèi)形成有供電纜、平滑用的電容器配置的布線空間1b。另外，逆變器1還具有未圖示的冷卻機(jī)構(gòu)。功率半導(dǎo)體模塊10、20分別通過四角處的螺栓緊固而固定于逆變器殼體1a。逆變器殼體1a內(nèi)的供功率半導(dǎo)體模塊10、20配置的殼體的部位是被上述的冷卻機(jī)構(gòu)冷卻的冷卻部。

引腳輸出端子2配置在功率半導(dǎo)體模塊10的上表面的側(cè)端部，且具有與電容器連接的直流的正端子2p、負(fù)端子2n、三相輸出的U相端子2u、V相端子2v、W相端子2w。各引腳輸出端子2具有三個(gè)端子，而進(jìn)行電流分散。

功率半導(dǎo)體模塊10由于將引腳輸出端子2作為連接端子，因此為了連接電纜而設(shè)有三個(gè)端子臺(tái)3。端子臺(tái)3a、3b分別連接U相端子2u、V相端子2v、W相端子2w，端子臺(tái)3c連接兩個(gè)正端子2p、兩個(gè)負(fù)端子2n。各端子臺(tái)3(3a、3b、3c)設(shè)為在樹脂托架4(4a、4b、4c)上分別配置有帶襯套連接基板5(5a、5b、5c)的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，圖1中省略了要被連接的電纜。端子臺(tái)3配置在功率半導(dǎo)體模塊10的側(cè)方。即，配置在圖中兩個(gè)并排配置的功率半導(dǎo)體模塊的右側(cè)、左側(cè)以及上側(cè)。

圖2是圖1的A部的放大圖。另外，圖3是圖2的B-B線剖視圖。圖2所示，端子臺(tái)3配置于功率半導(dǎo)體模塊10的側(cè)方。如上所述，功率半導(dǎo)體模塊10在四角通過螺栓42固定于逆變器殼體1a。另外，端子臺(tái)3通過兩端的螺栓40固定于逆變器殼體1a。需要說明的是，在功率半導(dǎo)體模塊10的上表面安裝有控制基板11。另外，帶襯套連接基板5通過兩端的螺栓41固定于樹脂托架4。

如圖2以及圖3所示，樹脂托架4在樹脂托架主體12內(nèi)埋設(shè)有在上表面露出而用于固定電纜30的連接端子31的嵌入螺母13。樹脂托架主體12的上表面高度與功率半導(dǎo)體模塊10的上表面高度大致相等。帶襯套連接基板5在形成有供功率半導(dǎo)體模塊10的引腳輸出端子2插通的端子孔16的基板主體14上安裝有供與嵌入螺母13螺合的固定用的螺栓18貫穿的導(dǎo)電性襯套15。導(dǎo)電性襯套15是帶有凸緣的襯套，以從基板主體14的上表面?zhèn)蓉灤┗逯黧w14且從基板主體14的下表面略微突出的狀態(tài)安裝?；逯黧w14是將端子孔16與導(dǎo)電性襯套15之間電連接的導(dǎo)電性圖案PT。帶襯套連接基板5配置在樹脂托架4以及配置有引腳輸出端子2的功率半導(dǎo)體模塊10的側(cè)端部的上側(cè)。

而且，引腳輸出端子2在插通于端子孔16的狀態(tài)下被釬焊，而形成焊接部17。另一方面，在導(dǎo)電性襯套15的上表面配置有電纜30的連接端子31，連接端子31在被導(dǎo)電性襯套15與螺栓18夾持的狀態(tài)下通過螺栓18向嵌入螺母13的螺合而與導(dǎo)電性襯套15連接。其結(jié)果是，將電纜30的連接端子31與引腳輸出端子2電連接。螺栓18是用于將電纜30的連接端子31與導(dǎo)電性襯套15連接的固定用的構(gòu)件。

(功率半導(dǎo)體模塊與樹脂托架的線膨脹率)

如圖4所示，在常溫時(shí)、例如25℃時(shí)對引腳輸出端子2與帶襯套連接基板5進(jìn)行釬焊的情況下(參照圖4(a))，引腳輸出端子2與帶襯套連接基板5以直角相交，然而在成為高溫時(shí)、例如125℃時(shí)(參照圖4(b))，由于樹脂托架4的線膨脹率比功率半導(dǎo)體模塊10的殼體(樹脂外殼)的線膨脹率大，因此，帶襯套連接基板5的導(dǎo)電性襯套15側(cè)相對浮起，帶襯套連接基板5發(fā)生變形。由于該變形，對引腳輸出端子2的焊接部17施加有應(yīng)力，而導(dǎo)致焊接部17處的連接的可靠性降低。特別是，在混合動(dòng)力作業(yè)車輛的情況下，由于反復(fù)進(jìn)行相同的作業(yè)，因此反復(fù)產(chǎn)生溫度變動(dòng)。伴隨著該溫度變動(dòng)的應(yīng)力變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致使焊接部17處的連接的可靠性降低。

因此，在本實(shí)施方式中，使用功率半導(dǎo)體模塊10的殼體與樹脂托架4的線膨脹率之差處于規(guī)定范圍內(nèi)的材料。特別是以使樹脂托架主體12的材料與功率半導(dǎo)體模塊10的殼體的材料的線膨脹率之差處于規(guī)定范圍內(nèi)的方式選定材料。具體而言，以使樹脂托架主體12的材料的線膨脹率成為功率半導(dǎo)體模塊10的殼體的材料的線膨脹率的2倍以下的方式選定材料。需要說明的是，樹脂托架主體12的線膨脹率與功率半導(dǎo)體模塊10的殼體的線膨脹率越接近越優(yōu)選。由此，能減輕功率半導(dǎo)體模塊10發(fā)熱時(shí)對焊接部17施加的應(yīng)力，能夠防止焊接部17的連接的可靠性的降低。如上所述，即使在混合動(dòng)力作業(yè)車輛反復(fù)產(chǎn)生溫度變動(dòng)的情況下，也能夠防止焊接部17處的連接的可靠性的降低。

(功率半導(dǎo)體模塊的端子連接)

接下來，參照圖5～圖10以及圖11所示的流程圖，對經(jīng)由端子臺(tái)3的、引腳輸出端子2與電纜30的連接端子31的連接的處理進(jìn)行說明。首先，如圖5所示，通過螺栓41將帶襯套連接基板5安裝于樹脂托架4，并且通過固定用的螺栓18以使導(dǎo)電性襯套15的下表面與嵌入螺母13的上表面成為接觸狀態(tài)的方式將它們臨時(shí)固定而預(yù)先組裝端子臺(tái)3(步驟S101)。

之后，如圖6所示，通過螺栓42將功率半導(dǎo)體模塊10安裝在逆變器殼體1a內(nèi)(步驟S102)。需要說明的是，步驟S101的端子臺(tái)3的組裝與步驟S102的功率半導(dǎo)體模塊10的安裝可以調(diào)換順序，也可以同時(shí)進(jìn)行。之后，如圖7所示，通過螺栓40將預(yù)先組裝好的三個(gè)端子臺(tái)3安裝于逆變器殼體1a(步驟S103)。需要說明的是，此時(shí)，引腳輸出端子2插通于帶襯套連接基板5的端子孔16中。端子孔16在設(shè)置端子臺(tái)3時(shí)設(shè)置在供引腳輸出端子2插通的位置。

之后，如圖8所示，對區(qū)域E內(nèi)的、插通端子孔16的引腳輸出端子2進(jìn)行釬焊而形成焊接部17，從而將引腳輸出端子2與帶襯套連接基板5連接(步驟S104)。并且，將控制功率半導(dǎo)體模塊10的控制基板11安裝在功率半導(dǎo)體模塊的上表面(步驟S105)。

之后，如圖9所示，將在直流輸入側(cè)的端子臺(tái)3c臨時(shí)固定了的固定用的螺栓18拆下(步驟S106)，在導(dǎo)電性襯套15上配置與電容器50連接的連接端子51，并將拆下來的固定用的螺栓18再次與嵌入螺母13螺合而將連接端子51正式固定(步驟S107)。

并且，如圖10所示，將在三相輸出側(cè)的端子臺(tái)3a、3b臨時(shí)固定了的固定用的螺栓18拆下(步驟S108)，在導(dǎo)電性襯套15上配置電纜30的連接端子31，并將拆下來的固定用的螺栓18再次與嵌入螺母13螺合而將連接端子31正式固定(步驟S109)。

在此，圖12是表示未通過固定用的螺栓18進(jìn)行臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)3的圖2的C-C線剖視圖。另外，圖13是表示未通過固定用的螺栓18進(jìn)行臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)3與在該端子臺(tái)3連接電纜30的連接端子31的情況下的端子臺(tái)3的狀態(tài)的圖2的B-B線剖視圖。

如圖12以及圖13(a)所示，在未通過固定用的螺栓18進(jìn)行臨時(shí)固定的情況下，有時(shí)會(huì)因帶襯套連接基板5與樹脂托架4的制造誤差、部件公差而導(dǎo)致在導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間產(chǎn)生間隙d。在產(chǎn)生了間隙d的狀態(tài)下進(jìn)行釬焊，如圖13(b)所示，在產(chǎn)生了該間隙d的狀態(tài)下通過固定用的螺栓18連接電纜30的連接端子31時(shí)，伴隨著間隙d的壓潰，基板主體14下降而發(fā)生變形，會(huì)對進(jìn)行了釬焊的焊接部17施加有應(yīng)力，從而焊接部17的連接的可靠性降低。

與此相對，在本實(shí)施方式中，在預(yù)先組裝端子臺(tái)3時(shí)，通過固定用的螺栓18進(jìn)行臨時(shí)固定。圖14是表示通過固定用的螺栓18進(jìn)行了臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)3的圖2的C-C線剖視圖。另外，圖15是表示通過固定用的螺栓18進(jìn)行了臨時(shí)固定的情況下的端子臺(tái)3與在該端子臺(tái)3通過固定用的螺栓18將電纜30的連接端子31正式固定的情況下的端子臺(tái)3的狀態(tài)的圖2的B-B線剖視圖。

如圖14以及圖15(a)所示，在本實(shí)施方式中，由于通過固定用的螺栓18對帶襯套連接基板5的導(dǎo)電性襯套15進(jìn)行臨時(shí)固定，因此，在導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間不會(huì)產(chǎn)生間隙，而成為接觸狀態(tài)。即，即使在因部件公差、制造誤差而導(dǎo)致在導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間產(chǎn)生圖12所示的間隙d的情況下，由于通過臨時(shí)固定而如圖14所示那樣使基板主體14發(fā)生變形，因此，如圖15(a)所示，導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13成為接觸狀態(tài)。在該臨時(shí)固定的狀態(tài)下，對引腳輸出端子2進(jìn)行釬焊，而形成焊接部17。之后，如圖15(b)所示，即使將固定用的螺栓18拆下并夾著連接端子31而將拆下來的固定用的螺栓18正式固定，導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間的接觸狀態(tài)也不會(huì)變化，基板主體14的位置也不會(huì)發(fā)生變化。其結(jié)果是，不會(huì)對焊接部17施加應(yīng)力，能夠以較高的可靠性維持焊接部17的連接狀態(tài)。

需要說明的是，在上述的實(shí)施方式中，以將臨時(shí)固定的固定用的螺栓18全部拆下后通過固定用的螺栓18正式固定為前提進(jìn)行了說明，然而優(yōu)選每拆下一個(gè)臨時(shí)固定的固定用的螺栓18就利用拆下來的一個(gè)固定用的螺栓18依次進(jìn)行正式固定。這是由于，能夠一邊維持導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間的接觸狀態(tài)、且不對焊接部17施加應(yīng)力的狀態(tài)一邊進(jìn)行正式固定。

另外，在上述的實(shí)施方式中，在臨時(shí)固定時(shí)使用了固定用的螺栓18，然而不局限于此，也可以利用臨時(shí)固定專用的螺栓進(jìn)行臨時(shí)固定。

并且，在上述的實(shí)施方式中，利用固定用的螺栓18進(jìn)行了臨時(shí)固定，然而不局限于此，可以用手按壓帶襯套連接基板5，而形成導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間的接觸狀態(tài)，在該狀態(tài)下進(jìn)行引腳輸出端子2的釬焊，也可以利用按壓工具形成導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間的接觸狀態(tài)，在該狀態(tài)下進(jìn)行引腳輸出端子2的釬焊?？傊?，在形成了導(dǎo)電性襯套15與嵌入螺母13之間的接觸狀態(tài)的狀態(tài)下進(jìn)行引腳輸出端子2的釬焊即可。

需要說明的是，功率半導(dǎo)體模塊10的引腳中存在電力用的引腳與控制用的引腳，與本實(shí)施方式的端子臺(tái)3連接的引腳輸出端子2是電力用的引腳?？刂朴玫囊_與圖8所示的控制基板11連接。

附圖標(biāo)記說明

1 逆變器

1a 逆變器殼體(殼體)

1b 布線空間

2 引腳輸出端子

2p 正端子

2n 負(fù)端子

2u U相端子

2v V相端子

2w W相端子

3、3a、3b、3c 端子臺(tái)

4 樹脂托架

5 帶襯套連接基板

10、20 功率半導(dǎo)體模塊

11 控制基板

12 樹脂托架主體

13 嵌入螺母

14 基板主體

15 導(dǎo)電性襯套

16 端子孔

17 焊接部

18 固定用的螺栓

20a 端子臺(tái)

30 電纜

31、51 連接端子

40、41、42 螺栓

50 電容器

d 間隙

E 區(qū)域

PT 導(dǎo)電性圖案