功率模块、电力转换装置及电动车辆的制作方法
功率模块、电力转换装置及电动车辆的制作方法
【专利摘要】抑制将蓄积在平滑电容器中的电荷放电的放电电阻的温度上升。本说明书公开了功率模块。该功率模块具备：第一引线框架；第二引线框架；串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关；连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；及将第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器封入的树脂制的封装体。在该功率模块中，在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
【专利说明】功率模块、电力转换装置及电动车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率模块、电力转换装置及电动车辆。
【背景技术】
[0002]在电动车辆的电力转换装置设有用于对输入输出电压进行平滑化的平滑电容器。在设置有平滑电容器的情况下，当电动车辆的电力系统停止时，需要将蓄积在平滑电容器中的电荷放电。作为用于将电荷放电的一个对策，有时设置放电电阻。当设置放电电阻时，即便在电动车辆的电力系统正常动作期间，放电电阻也会流过微小电流，放电电阻发热。当因放电电阻的发热而平滑电容器被加热时，平滑电容器的特性劣化。因此，以往开发有一种保护平滑电容器免于受到放电电阻的发热的技术。
[0003]在专利文献I中公开了一种在设有平滑电容器和放电电阻的电力转换装置中，即使放电电阻发热也难以将平滑电容器加热的结构。
[0004]【在先技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2008-211129号公报
【发明内容】
[0007]在现有技术中，虽然平滑电容器的耐热性得以确保，但放电电阻器本身发热而成为高温，因此不得不使用水泥电阻等的耐热性高的电阻器作为放电电阻，从而导致制造成本的上升。只要能够抑制放电电阻的温度上升，就可以使用耐热性比以往低的电阻器作为放电电阻，从而能够减少制造成本。
[0008]本说明书公开了功率模块。该功率模块具备:第一引线框架；第二引线框架；串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关；连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；封入了第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器的树脂制的封装体。在该功率模块中，在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
[0009]在此所谓“引线框架”是具有导电性及导热性的构件，是能够进行向第一半导体开关及/或第二半导体开关的电力的供给和来自第一半导体开关及/或第二半导体开关的传热的构件。典型的情况是引线框架为金属细长板。在此所谓“半导体开关”是指通过IGBT等开关元件的动作而能够切换电路的导通/非导通的半导体装置。需要说明的是，引线框架的一部分由封装体封入，但其他部分从封装体露出。
[0010]上述的功率模块具备在例如升压电路、三相逆变器电路等中使用的第一半导体开关与第二半导体开关的组。在该功率模块中，由第一半导体开关及第二半导体开关产生的热量经由第一引线框架及/或第二引线框架从散热部向外部放出。在该功率模块中，可以利用来自散热部的散热对伴随着开关动作而发热的第一半导体开关及第二半导体开关进行冷却。[0011]在使用上述的功率模块作为与平滑电容器一起使用的升压电路或三相逆变器电路的构成部件时，能够使被封入封装体的电阻器作为平滑电容器的放电电阻发挥功能。在该功率模块中，由电阻器产生的热量经由第一引线框架及/或第二引线框架进行传导，从散热部向外部放出。由此，能够抑制作为平滑电容器的放电电阻发挥功能的电阻器的温度上升。作为放电电阻，可以使用耐热性低的材料，能够减少制造成本。
[0012]另外，在上述的功率模块中，不再需要为了将放电电阻相对于平滑电容器并联安装而以往所需要的螺栓、金属线、线缆、端子等的零件。能够削减零件个数，减轻组装作业的劳力。
[0013]上述的功率模块中，优选的是，电阻器为表面安装电阻器，电阻器软钎焊于第一引线框架和第二引线框架。
[0014]在上述的功率模块中，向第一引线框架及第二引线框架的安装可以通过回流焊接进行。第一半导体开关及第二半导体开关向第一引线框架及第二引线框架的安装通常也通过回流焊接进行。根据上述的功率模块，在相同的回流焊接的作业工序中，能够进行第一半导体开关及第二半导体开关的安装和电阻器的安装这两者。从而能够简化组装作业所需的夹具并减轻组装作业的劳力。
[0015]上述的功率模块中，优选的是，在第一引线框架和第二引线框架形成用于安装电阻器的凹陷。
[0016]根据上述的功率模块，能够防止安装电阻器引起的功率模块的大型化。从而能够实现功率模块的小型化。 [0017]上述的功率模块中，优选的是，封装体形成为扁平的长方体形状，在封装体的两侧面形成散热部。
[0018]根据上述的功率模块，能够从两侧面对功率模块进行冷却，从而能够提高冷却効率。
[0019]上述的功率模块中，优选的是，还具备连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架，第三引线框架也被封入封装体，第一引线框架的外侧表面及第二引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出，第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出，电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接，电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接。
[0020]根据上述的功率模块，不会使功率模块的尺寸大型化，而能够实现可从两面进行冷却的结构。
[0021]或者，上述的功率模块中，优选的是，还具备:串联地连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架及第四引线框架；及连接在第三引线框架与第四引线框架之间的导电性桥，第三引线框架、第四引线框架及导电性桥也被封入封装体，第一引线框架的外侧表面及第四引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出，第二引线框架的外侧表面及第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出，电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接，电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接，导电性桥的一端与第三引线框架的内侧表面连接，导电性桥的另一端与第四引线框架的内侧表面连接。
[0022]根据上述的功率模块，也不会使功率模块的尺寸大型化，而能够实现可从两面进行冷却的结构。
[0023]本说明书也公开一种电力转换装置。该电力转换装置具备上述的功率模块和平滑电容器。
[0024]本说明书还公开了一种电动车辆。该电动车辆具备上述的电力转换装置和电动机。
[0025]本说明书公开的技术的详细情况通过以下的发明的实施方式进行说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是不意性地表不第一实施例及第二实施例的电动车辆10的电力系统的图。
[0027]图2是表示第一实施例及第二实施例的放电电阻28和三相逆变器电路24的电路结构的图。
[0028]图3是表示第一实施例的功率板46的外观的立体图。
[0029]图4是从一侧的侧面观察第一实施例的功率板46而得到的图。
[0030]图5是以图4的V-V剖面观察第一实施例的功率板46的剖视图。
[0031]图6是表示第二实施例的功率板100的外观的立体图。 [0032]图7是从一侧的侧面观察第二实施例的功率板100而得到的图。
[0033]图8是以图7的VII1-VIII剖面观察第二实施例的功率板100的剖视图。
[0034]图9是以图7的IX-1X剖面观察第二实施例的功率板100的剖视图。
【具体实施方式】
[0035](第一实施例)
[0036]图1表不电动车辆10的电力系统。电动车辆10具备蓄电池12、电力转换装置14、及电动机16。电动车辆10将蓄积在蓄电池12中的电力经由电力转换装置14向电动机16供给，使车轮的驱动轴旋转。另外，在蓄电池12为二次电池的情况下，在电动车辆10减速时，将由在电动机16的再生发电而产生的电力经由电力转换装置14向蓄电池12供给，能够对蓄电池12充电。电动车辆10既可以是电池式电动车，也可以是混合动力车。蓄电池12既可以是锂离子电池等二次电池，也可以是燃料电池等一次电池。电动机16是使车轮的驱动轴旋转的三相交流电动机。
[0037]电力转换装置14具备升压电路20、第一平滑电容器22、三相逆变器电路24、第二平滑电容器26、及放电电阻28。
[0038]升压电路20是使从蓄电池12供给的电压升压至适合于电动机16的驱动的电压的DC/DC转换器。在本实施例中，从蓄电池12供给的电压为300V,适合于电动机16的驱动的电压为600V。另外，升压电路20也可以将在电动车辆10减速时电动机16再生发电的电压降压至与蓄电池12相同的电压。升压电路20具备电抗器25、上臂开关27及下臂开关29。上臂开关27具备作为开关元件的IGBT27a、倒流二极管27b。构成上臂开关27的IGBT27a和倒流二极管27b相邻地形成在I个半导体芯片上。下臂开关29具备作为开关元件的IGBT29a、及倒流二极管29b。构成下臂开关29的IGBT29a和倒流二极管29b相邻地形成在I个半导体芯片上。
[0039]第一平滑电容器22设置在蓄电池12与升压电路20之间，对蓄电池12与升压电路20之间的输入输出电压进行平滑化。通过设置第一平滑电容器22，抑制升压电路20的开关动作的影响波及到蓄电池12的情况。
[0040]三相逆变器电路24将从升压电路20供给的直流电力转换成电动机16的驱动用的三相交流电力。另外，三相逆变器电路24也能够将在电动车辆10减速时电动机16再生发电的三相交流电力转换成用于向升压电路20供给的直流电力。三相逆变器电路24具备生成U相输出的上臂开关32及下臂开关34、生成V相输出的上臂开关36及下臂开关38、生成W相输出的上臂开关40及下臂开关42。上臂开关32具备作为开关元件的IGBT32a、倒流二极管32b。构成上臂开关32的IGBT32a和倒流二极管32b相邻地形成在I个半导体芯片32c(参照图2)上。下臂开关34具备作为开关元件的IGBT34a、倒流二极管34b。构成下臂开关34的IGBT34a和倒流二极管34b相邻地形成在I个半导体芯片34c (参照图2)上。上臂开关36具备作为开关元件的IGBT36a、倒流二极管36b。构成上臂开关36的IGBT36a和倒流二极管36b相邻地形成在I个半导体芯片36c (参照图2)上。下臂开关38具备作为开关元件的IGBT38a、倒流二极管38b。构成下臂开关38的IGBT38a和倒流二极管38b相邻地形成在I个半导体芯片38c (参照图2)上。上臂开关40具备作为开关元件的IGBT40a、倒流二极管40b。构成上臂开关40的IGBT40a和倒流二极管40b相邻地形成在I个半导体芯片40c (参照图2)上。下臂开关42具备作为开关元件的IGBT42a、及倒流二极管42b。构成下臂开关42的IGBT42a和倒流二极管42b相邻地形成在I个半导体芯片42c (参照图2)上。
[0041 ] 第二平滑电容器26设置在升压电路20与三相逆变器电路24之间，对升压电路20与三相逆变器电路24之间的输入输出电压进行平滑化。通过设置第二平滑电容器26，能够抑制升压电路20中的开关动作的影响波及到三相逆变器电路24，或三相逆变器电路24中的开关动作的影响波及到升压电路20。
[0042]放电电阻28与第二平滑电容器26并联连接。在电动车辆10的电力系统停止且升压电路20、三相逆变器电路24不再动作时，为了将蓄积在第二平滑电容器26中的电荷放电而设置放电电阻28。在本实施例的电动车辆10中，放电电阻的电阻值为50k Ω~500k Ω。即使在电动车辆IO的电力系统正常动作且升压电路20、三相逆变器电路24动作期间，放电电阻28也流过微小的电流。在放电电阻28中，将电能作为热能向外部放出，因此放电电阻28发热。
[0043]在本实施例的电动车辆10中，电力转换装置14中的第一平滑电容器22和第二平滑电容器26收容在同一电容器壳体内。另外，升压电路20的上臂开关27和下臂开关29收容于I个功率板。如图2所示，在三相逆变器电路24中，生成U相输出的上臂开关32和下臂开关34收容于1个功率板46。生成V相输出的上臂开关36和下臂开关38收容于I个功率板48。生成W相输出的上臂开关40和下臂开关42收容于1个功率板50。各个功率板46、48、50由冷却机构来冷却。这些功率板是功率模块的一形态。
[0044]在本实施例的电动车辆10中，放电电阻28不是收容在收容第一平滑电容器22及第二平滑电容器26的电容器壳体，而是收容在三相逆变器电路24的功率板46、48、50的内部。如图2所示，相对于上臂开关32及下臂开关34并联连接的电阻器52收容于功率板46，相对于上臂开关36及下臂开关38并联连接的电阻器54收容于功率板48，相对于上臂开关40及下臂开关42并联连接的电阻器56收容于功率板50，通过这三个电阻器52、54、56构成放电电阻28。
[0045]在本实施例的电动车辆10中，功率板46、48、50具有相同结构，因此下面以功率板46为例进行详细说明。
[0046]图3及图4表示功率板46的外观。功率板46具备:扁平的长方体形状的封装体60 ;从封装体60的上端面突出的第一电极62a、第二电极64a及第三电极66a ;及从封装体60的下端面突出的第一控制端子68及第二控制端子70。封装体60例如是环氧模制树脂。第一散热板62b及第二散热板64b在封装体60的一侧的侧面(图3的左侧靠前侧的侧面)露出。第三散热板66b在封装体60的另一侧的侧面(图3的右侧里侧的侧面)露出。第一电极62a和第一散热板62b由单一的金属板成形，由两者来构成第一引线框架62。第二电极64a和第二散热板64b由单一的金属板成形,通过两者来构成第二引线框架64。第三电极66a和第三散热板66b由单一的金属板成形，由两者来构成第三引线框架66。第一引线框架62、第二引线框架64及第三引线框架66只要是铜、铝合金、钨、钥等的导热性良好的耐热性高的导体即可，可以使用任何材料。第一控制端子68具备封入到封装体60的内部的上臂开关32的半导体芯片32c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第二控制端子70具备封入到封装体60的内部的下臂开关34的半导体芯片34c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第一电极62a与升压电路20的输出的正极连接，第二电极64a与升压电路20的输出的负极连接，第三电极66a与电动机16的U相输入连接。
[0047]如图5所示，形成有 上臂开关32的半导体芯片32c配置在第一散热板62b与第三散热板66b之间。半导体芯片32c在一个面上形成阴极电极，在另一个面上形成阳极电极。半导体芯片32c的形成有阴极电极的面经由软钎料层72a而与第三散热板66b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层72b而与导电性间隔件74接合。在本实施例中，导电性间隔件74是金属制的构件。导电性间隔件74经由软钎料层72c而与第一散热板62b接合。半导体芯片32c通过未图示的引线接合件而与第一控制端子68连接。通过导电性间隔件74来抑制引线接合件与第一散热板62b发生短路的情况。
[0048]形成有下臂开关34的半导体芯片34c配置在第二散热板64b与第三散热板66b之间。半导体芯片34c在一个面上形成阴极电极，且在另一个面上形成阳极电极。形成有阴极电极的面经由软钎料层72d而与第二散热板64b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层72e而与导电性间隔件76接合。在本实施例中，导电性间隔件76是金属制的构件。导电性间隔件76经由软钎料层72f而与第三散热板66b接合。半导体芯片34c通过未图示的引线接合件而与第二控制端子70连接。通过导电性间隔件76来抑制引线接合件与第三散热板66b发生短路的情况。
[0049]电阻器52将第一散热板62b和第二散热板64b连接。在本实施例中，电阻器52是表面安装型的电阻器。在第一散热板62b的内侧表面形成有用于安装电阻器52的凹陷62c。在第二散热板64b的内侧表面形成有用于安装电阻器52的凹陷64c。电阻器52的一方的端部经由软钎料层72g而与第一散热板62b的凹陷62c接合。电阻器52的另一方的端部经由软钎料层72h而与第二散热板64b的凹陷64c接合。
[0050]第一散热板62b的外侧表面和第二散热板64b的外侧表面在功率板46的一侧的侧面(图5的上侧的侧面)露出而形成散热部。第三散热板66b的外侧表面在功率板46的另一侧的侧面(图5的下方的侧面)露出而形成散热部。通过在功率板46的两侧的侧面分别设置冷却机构，而能够从两面对功率板46进行冷却。
[0051]在制造功率板46时，首先进行半导体芯片32c和第一控制端子68之间的引线接合件及半导体芯片34c和第二控制端子70之间的引线接合件的接线、与第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76、电阻器52的回流焊接。之后，通过传递模塑法等树脂模制法成形封装体60。由此，在封装体60的内部封入第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76、电阻器52、引线接合件、第一控制端子68、第二控制端子70。需要说明的是，如图所示，第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、第一控制端子68、第二控制端子70的一部分埋入到封装体60内，其他部分露出。
[0052]根据本实施例的功率板46、48、50，使用用于对三相逆变器电路24的上臂开关32、
36、40及下臂开关34、38、42进行冷却的冷却机构，对于放电电阻28也能够进行冷却。由于能够将放电电阻28维持成低温，因此可以使用耐热性低的材料作为放电电阻28。
[0053]根据本实施例的功率板46、48、50，无需与收容电力转换装置14的第一平滑电容器22及第二平滑电容器26的电容器壳体接近地设置放电电阻28。因此，能够防止由于放电电阻28的发热而将第一平滑电容器22及第二平滑电容器26加热的事态。另外，无需将放电电阻28安装于电容器壳体，因此不需要用于安装放电电阻28的螺栓、金属线、线缆、端子等的零件，从而能够削减电力转换装置14的零件个数。
[0054]根据本实施例的功率板46、48、50，与半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76的安装同样地，可以利用回流焊接进行电阻器52、54、56的安装。能够简化组装作业所需要的夹具，并减轻组装作业的劳力。
[0055]在本实施例的功率板46、48、50中，在第一散热板62b的内侧表面和第二散热板64b的内侧表面分别形成有凹陷62c、64c。由此，即便在功率板46、48、50的内部安装有电阻器52、54、56的情况下，也不会增加功率板46、48、50的厚度。能够实现功率板46、48、50的小型化。
[0056]需要说明的是，在上述的实施例中，说明了在三相逆变器电路24的功率板46、48、50分别安装有电阻器52、54、56的情况，但也可以仅在功率板46、48、50中的I个或2个上安装电阻器，而通过该电阻器来构成放电电阻28。或者也可以在升压电路20的功率板安装电阻器，而通过该电阻器来构成放电电阻28。
[0057]另外，在上述的实施例中，说明了放电电阻28和三相逆变器电路24由3个功率板
46、48、50构成的情况，但也可以将它们具体化为单一的功率板。
[0058]另外,在上述的实施例中，说明了第一散热板62b、第二散热板64b及第三散热板66b在封装体60的表面露出且分别形成散热部的结构,但也可以是第一散热板62b、第二散热板64b及第三散热板66b中的仅I个或2个在封装体60的表面露出而形成散热部的结构。
[0059](第二实施例)
[0060]图6及图7表示本实施例的功率板100的外观。功率板100可以与实施例1的功率板46置换使用。功率板100具备:扁平的长方体形状的封装体102 ;从封装体102的上端面突出的第一电极104a、第二电极110a、第三电极108a及第四电极106a ;从封装体102的下端面突出的第一控制端子112及第二控制端子114。封装体102例如是环氧模制树脂。第一散热板104b及第四散热板106b在封装体102的一侧的侧面(图6的左侧靠前侧的侧面)露出。第二散热板IlOb及第三散热板108b在封装体102的另一侧的侧面(图6的右侧里侧的侧面)露出。第一电极104a和第一散热板104b由单一的金属板成形，由两者构成第一引线框架104。第二电极IlOa和第二散热板IlOb由单一的金属板成形，由两者构成第二引线框架110。第三电极108a和第三散热板108b由单一的金属板成形，由两者构成第三引线框架108。第四电极106a和第四散热板106b由单一的金属板成形，由两者构成第四引线框架106。第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108及第四引线框架106只要是铜、铝合金、钨、钥等的导热性良好的耐热性高的导体即可，可以使用任何材料。第一控制端子112具备封入到封装体102的内部的上臂开关32的半导体芯片32c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第二控制端子114具备封入到封装体102的内部的下臂开关34的半导体芯片34c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第一电极104a与升压电路20的输出的正极连接，第二电极IlOa与升压电路20的输出的负极连接，第三电极108a及/或第四电极106a与电动机16的U相输入连接。
[0061]如图8及图9所示，形成有上臂开关32的半导体芯片32c配置在第一散热板104b与第三散热板108b之间。半导体芯片32c在一个面上形成有阴极电极，且在另一个面上形成有阳极电极。半导体芯片32c的形成有阴极电极的面经由软钎料层116a而与第三散热板108b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层116b而与导电性间隔件118接合。导电性间隔件118经由软钎料层116c而与第一散热板104b接合。半导体芯片32c通过未图示的引线接合件而与第一控制端子112连接。通过导电性间隔件118来抑制引线接合件与第一散热板104b发生短路的情况。
[0062]形成有下臂开关34的半导体芯片34c配置在第二散热板I IOb与第四散热板106b之间。半导体芯片34c在一 个面上形成有阴极电极，且在另一个面上形成有阳极电极。形成有阴极电极的面经由软钎料层116d而与第二散热板IlOb接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层116e而与导电性间隔件120接合。导电性间隔件120经由软钎料层116f而与第四散热板106b接合。半导体芯片34c通过未图示的引线接合件而与第二控制端子114连接。通过导电性间隔件120来抑制引线接合件与第四散热板106b发生短路的情况。
[0063]如图8所示，电阻器122将第一散热板104b和第二散热板IlOb连接。在本实施例中，电阻器122是表面安装型的电阻器。电阻器122的一方的端部经由软钎料层116g而与第一散热板104b的内侧表面接合。电阻器122的另一方的端部经由软钎料层116h而与第二散热板IlOb的内侧表面接合。
[0064]如图9所示，导电性桥124将第三散热板108b和第四散热板106b连接。在本实施例中，导电性桥124是金属制的构件。导电性桥124的一方的端部经由软钎料层116i而与第四散热板106b的内侧表面接合。导电性桥124的另一方的端部经由软钎料层116j而与第三散热板108b的内侧表面接合。通过设置导电性桥124,而将第三散热板108b和第四散热板106b保持为同电位。
[0065]第一散热板104b的外侧表面和第四散热板106b的外侧表面在功率板100的一侧的侧面(图8及图9的上方的侧面)露出而形成散热部。第二散热板106b的外侧表面和第三散热板108b的外侧表面在功率板100的另一侧的侧面(图8及图9的下方的侧面)露出而形成散热部。通过在功率板100的两侧的侧面分别设置冷却机构，而能够从两面对功率板100进行冷却。
[0066]在制造功率板100时，首先进行半导体芯片32c和第一控制端子 112之间的引线接合件及半导体芯片34c和第二控制端子114之间的引线接合件的接线、与第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120、电阻器122、导电性桥124的回流焊接。之后，通过传递模塑法等树脂模制法，成形封装体102。由此，在封装体102的内部封入第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120、电阻器122、导电性桥124、引线接合件、第一控制端子112、第二控制端子114。需要说明的是，如图所示，第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、第一控制端子112、第二控制端子114的一部分埋入到封装体102内，其他部分露出。
[0067]上述的功率板100具有第三电极108a和第四电极106a这双方向封装体102的外部突出的结构，但由于第三引线框架108和第四引线框架106通过导电性桥124保持为同电位，因此也可以是第三电极108a及第四电极106a中的仅任一个向封装体102的外部突出的结构。
[0068]根据本实施例的功率板100，与半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120的安装同样地，可以利用回流焊接进行电阻器122和导电性桥124的安装。能够减轻与制造相关的作业的负担。另外，能够简化制造时的夹具。
[0069]关于本发明的代表性且非限定性的具体例子，参照附图进行了详细说明。该详细说明单纯地意在将用于实施本发明的优选的例子的详细情况向本领域技术人员展示，并没有意在限定本发明的范围。另外，公开的追加的特征及发明为了提供进一步改善的功率模块、电力转换装置及电动车辆，可以与其他的特征、发明分开或一起使用。
[0070]另外，在上述的详细说明中公开的特征、工序的组合在最广泛的意思中不是实施本发明时必须的组合，尤其是仅为了说明本发明的代表的具体例而记载的内容。此外，上述的代表的具体例的各种特征、以及独立和从属权利要求记载的各种特征在提供本发明的追加且有用的实施方式时，并不是非得按照这里记载的具体例子或列举的顺序进行组合。
[0071]本说明书及/或权利要求记载的全部的特征的意图是与实施例及/或权利要求记载的特征的结构分别地，作为对申请当初的公开以及主张的特定事项的限定，分别且相互独立地公开。此外，与全部的数值范围及组或集团相关的记载作为对申请当初的公开以及主张的特定事项的限定，具有公开了它们的中间的结构的意图。
[0072]以上，详细地说明了本发明的具体例子，但这些只不过是例示，并未限定专利申请的范围。专利申请的范围所记载的技术包括对以上例示的具体例子进行各种变形、变更的情况。本说明书或【专利附图】
【附图说明】的技术要素是单独或通过各种组合而发挥技术有用性的要素，并未限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图例示的技术能同时实现多个目的，实现其中一个目的本身具有技术有用性。
【权利要求】
1.一种功率模块，其具备: 第一引线框架； 第二引线框架； 串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关; 连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；及 封入了第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器的树脂制的封装体， 在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中， 电阻器为表面安装电阻器， 电阻器软钎焊于第一引线框架和第二引线框架。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其中， 在第一引线框架和第二引线框架形成用于安装电阻器的凹陷。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的功率模块，其中， 封装体形成为扁平的长方体形状， 在封装体的两侧面形成散热部。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其中， 还具备连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架， 第三引线框架也被封入封装体， 第一引线框架的外侧表面及第二引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出， 第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出， 电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接， 电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接。
6.根据权利要求4所述的功率模块，还具备: 串联地连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架及第四引线框架；及 连接在第三引线框架与第四引线框架之间的导电性桥， 第三引线框架、第四引线框架及导电性桥也被封入封装体， 第一引线框架的外侧表面及第四引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出， 第二引线框架的外侧表面及第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出， 电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接， 电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接， 导电性桥的一端与第三引线框架的内侧表面连接， 导电性桥的另一端与第四引线框架的内侧表面连接。
7.一种电力转换装置，其具备权利要求1~6中任一项所述的功率模块和平滑电容器。
8.—种电动车辆,其具备权利要求7所述的电力转换装置和电动机。
【文档编号】H01L25/07GK103907165SQ201180074599
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2011年11月4日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】渥美贵司 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】抑制将蓄积在平滑电容器中的电荷放电的放电电阻的温度上升。本说明书公开了功率模块。该功率模块具备：第一引线框架；第二引线框架；串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关；连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；及将第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器封入的树脂制的封装体。在该功率模块中，在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
【专利说明】功率模块、电力转换装置及电动车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率模块、电力转换装置及电动车辆。
【背景技术】
[0002]在电动车辆的电力转换装置设有用于对输入输出电压进行平滑化的平滑电容器。在设置有平滑电容器的情况下，当电动车辆的电力系统停止时，需要将蓄积在平滑电容器中的电荷放电。作为用于将电荷放电的一个对策，有时设置放电电阻。当设置放电电阻时，即便在电动车辆的电力系统正常动作期间，放电电阻也会流过微小电流，放电电阻发热。当因放电电阻的发热而平滑电容器被加热时，平滑电容器的特性劣化。因此，以往开发有一种保护平滑电容器免于受到放电电阻的发热的技术。
[0003]在专利文献I中公开了一种在设有平滑电容器和放电电阻的电力转换装置中，即使放电电阻发热也难以将平滑电容器加热的结构。
[0004]【在先技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2008-211129号公报
【发明内容】
[0007]在现有技术中，虽然平滑电容器的耐热性得以确保，但放电电阻器本身发热而成为高温，因此不得不使用水泥电阻等的耐热性高的电阻器作为放电电阻，从而导致制造成本的上升。只要能够抑制放电电阻的温度上升，就可以使用耐热性比以往低的电阻器作为放电电阻，从而能够减少制造成本。
[0008]本说明书公开了功率模块。该功率模块具备:第一引线框架；第二引线框架；串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关；连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；封入了第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器的树脂制的封装体。在该功率模块中，在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
[0009]在此所谓“引线框架”是具有导电性及导热性的构件，是能够进行向第一半导体开关及/或第二半导体开关的电力的供给和来自第一半导体开关及/或第二半导体开关的传热的构件。典型的情况是引线框架为金属细长板。在此所谓“半导体开关”是指通过IGBT等开关元件的动作而能够切换电路的导通/非导通的半导体装置。需要说明的是，引线框架的一部分由封装体封入，但其他部分从封装体露出。
[0010]上述的功率模块具备在例如升压电路、三相逆变器电路等中使用的第一半导体开关与第二半导体开关的组。在该功率模块中，由第一半导体开关及第二半导体开关产生的热量经由第一引线框架及/或第二引线框架从散热部向外部放出。在该功率模块中，可以利用来自散热部的散热对伴随着开关动作而发热的第一半导体开关及第二半导体开关进行冷却。[0011]在使用上述的功率模块作为与平滑电容器一起使用的升压电路或三相逆变器电路的构成部件时，能够使被封入封装体的电阻器作为平滑电容器的放电电阻发挥功能。在该功率模块中，由电阻器产生的热量经由第一引线框架及/或第二引线框架进行传导，从散热部向外部放出。由此，能够抑制作为平滑电容器的放电电阻发挥功能的电阻器的温度上升。作为放电电阻，可以使用耐热性低的材料，能够减少制造成本。
[0012]另外，在上述的功率模块中，不再需要为了将放电电阻相对于平滑电容器并联安装而以往所需要的螺栓、金属线、线缆、端子等的零件。能够削减零件个数，减轻组装作业的劳力。
[0013]上述的功率模块中，优选的是，电阻器为表面安装电阻器，电阻器软钎焊于第一引线框架和第二引线框架。
[0014]在上述的功率模块中，向第一引线框架及第二引线框架的安装可以通过回流焊接进行。第一半导体开关及第二半导体开关向第一引线框架及第二引线框架的安装通常也通过回流焊接进行。根据上述的功率模块，在相同的回流焊接的作业工序中，能够进行第一半导体开关及第二半导体开关的安装和电阻器的安装这两者。从而能够简化组装作业所需的夹具并减轻组装作业的劳力。
[0015]上述的功率模块中，优选的是，在第一引线框架和第二引线框架形成用于安装电阻器的凹陷。
[0016]根据上述的功率模块，能够防止安装电阻器引起的功率模块的大型化。从而能够实现功率模块的小型化。 [0017]上述的功率模块中，优选的是，封装体形成为扁平的长方体形状，在封装体的两侧面形成散热部。
[0018]根据上述的功率模块，能够从两侧面对功率模块进行冷却，从而能够提高冷却効率。
[0019]上述的功率模块中，优选的是，还具备连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架，第三引线框架也被封入封装体，第一引线框架的外侧表面及第二引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出，第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出，电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接，电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接。
[0020]根据上述的功率模块，不会使功率模块的尺寸大型化，而能够实现可从两面进行冷却的结构。
[0021]或者，上述的功率模块中，优选的是，还具备:串联地连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架及第四引线框架；及连接在第三引线框架与第四引线框架之间的导电性桥，第三引线框架、第四引线框架及导电性桥也被封入封装体，第一引线框架的外侧表面及第四引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出，第二引线框架的外侧表面及第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出，电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接，电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接，导电性桥的一端与第三引线框架的内侧表面连接，导电性桥的另一端与第四引线框架的内侧表面连接。
[0022]根据上述的功率模块，也不会使功率模块的尺寸大型化，而能够实现可从两面进行冷却的结构。
[0023]本说明书也公开一种电力转换装置。该电力转换装置具备上述的功率模块和平滑电容器。
[0024]本说明书还公开了一种电动车辆。该电动车辆具备上述的电力转换装置和电动机。
[0025]本说明书公开的技术的详细情况通过以下的发明的实施方式进行说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是不意性地表不第一实施例及第二实施例的电动车辆10的电力系统的图。
[0027]图2是表示第一实施例及第二实施例的放电电阻28和三相逆变器电路24的电路结构的图。
[0028]图3是表示第一实施例的功率板46的外观的立体图。
[0029]图4是从一侧的侧面观察第一实施例的功率板46而得到的图。
[0030]图5是以图4的V-V剖面观察第一实施例的功率板46的剖视图。
[0031]图6是表示第二实施例的功率板100的外观的立体图。 [0032]图7是从一侧的侧面观察第二实施例的功率板100而得到的图。
[0033]图8是以图7的VII1-VIII剖面观察第二实施例的功率板100的剖视图。
[0034]图9是以图7的IX-1X剖面观察第二实施例的功率板100的剖视图。
【具体实施方式】
[0035](第一实施例)
[0036]图1表不电动车辆10的电力系统。电动车辆10具备蓄电池12、电力转换装置14、及电动机16。电动车辆10将蓄积在蓄电池12中的电力经由电力转换装置14向电动机16供给，使车轮的驱动轴旋转。另外，在蓄电池12为二次电池的情况下，在电动车辆10减速时，将由在电动机16的再生发电而产生的电力经由电力转换装置14向蓄电池12供给，能够对蓄电池12充电。电动车辆10既可以是电池式电动车，也可以是混合动力车。蓄电池12既可以是锂离子电池等二次电池，也可以是燃料电池等一次电池。电动机16是使车轮的驱动轴旋转的三相交流电动机。
[0037]电力转换装置14具备升压电路20、第一平滑电容器22、三相逆变器电路24、第二平滑电容器26、及放电电阻28。
[0038]升压电路20是使从蓄电池12供给的电压升压至适合于电动机16的驱动的电压的DC/DC转换器。在本实施例中，从蓄电池12供给的电压为300V,适合于电动机16的驱动的电压为600V。另外，升压电路20也可以将在电动车辆10减速时电动机16再生发电的电压降压至与蓄电池12相同的电压。升压电路20具备电抗器25、上臂开关27及下臂开关29。上臂开关27具备作为开关元件的IGBT27a、倒流二极管27b。构成上臂开关27的IGBT27a和倒流二极管27b相邻地形成在I个半导体芯片上。下臂开关29具备作为开关元件的IGBT29a、及倒流二极管29b。构成下臂开关29的IGBT29a和倒流二极管29b相邻地形成在I个半导体芯片上。
[0039]第一平滑电容器22设置在蓄电池12与升压电路20之间，对蓄电池12与升压电路20之间的输入输出电压进行平滑化。通过设置第一平滑电容器22，抑制升压电路20的开关动作的影响波及到蓄电池12的情况。
[0040]三相逆变器电路24将从升压电路20供给的直流电力转换成电动机16的驱动用的三相交流电力。另外，三相逆变器电路24也能够将在电动车辆10减速时电动机16再生发电的三相交流电力转换成用于向升压电路20供给的直流电力。三相逆变器电路24具备生成U相输出的上臂开关32及下臂开关34、生成V相输出的上臂开关36及下臂开关38、生成W相输出的上臂开关40及下臂开关42。上臂开关32具备作为开关元件的IGBT32a、倒流二极管32b。构成上臂开关32的IGBT32a和倒流二极管32b相邻地形成在I个半导体芯片32c(参照图2)上。下臂开关34具备作为开关元件的IGBT34a、倒流二极管34b。构成下臂开关34的IGBT34a和倒流二极管34b相邻地形成在I个半导体芯片34c (参照图2)上。上臂开关36具备作为开关元件的IGBT36a、倒流二极管36b。构成上臂开关36的IGBT36a和倒流二极管36b相邻地形成在I个半导体芯片36c (参照图2)上。下臂开关38具备作为开关元件的IGBT38a、倒流二极管38b。构成下臂开关38的IGBT38a和倒流二极管38b相邻地形成在I个半导体芯片38c (参照图2)上。上臂开关40具备作为开关元件的IGBT40a、倒流二极管40b。构成上臂开关40的IGBT40a和倒流二极管40b相邻地形成在I个半导体芯片40c (参照图2)上。下臂开关42具备作为开关元件的IGBT42a、及倒流二极管42b。构成下臂开关42的IGBT42a和倒流二极管42b相邻地形成在I个半导体芯片42c (参照图2)上。
[0041 ] 第二平滑电容器26设置在升压电路20与三相逆变器电路24之间，对升压电路20与三相逆变器电路24之间的输入输出电压进行平滑化。通过设置第二平滑电容器26，能够抑制升压电路20中的开关动作的影响波及到三相逆变器电路24，或三相逆变器电路24中的开关动作的影响波及到升压电路20。
[0042]放电电阻28与第二平滑电容器26并联连接。在电动车辆10的电力系统停止且升压电路20、三相逆变器电路24不再动作时，为了将蓄积在第二平滑电容器26中的电荷放电而设置放电电阻28。在本实施例的电动车辆10中，放电电阻的电阻值为50k Ω~500k Ω。即使在电动车辆IO的电力系统正常动作且升压电路20、三相逆变器电路24动作期间，放电电阻28也流过微小的电流。在放电电阻28中，将电能作为热能向外部放出，因此放电电阻28发热。
[0043]在本实施例的电动车辆10中，电力转换装置14中的第一平滑电容器22和第二平滑电容器26收容在同一电容器壳体内。另外，升压电路20的上臂开关27和下臂开关29收容于I个功率板。如图2所示，在三相逆变器电路24中，生成U相输出的上臂开关32和下臂开关34收容于1个功率板46。生成V相输出的上臂开关36和下臂开关38收容于I个功率板48。生成W相输出的上臂开关40和下臂开关42收容于1个功率板50。各个功率板46、48、50由冷却机构来冷却。这些功率板是功率模块的一形态。
[0044]在本实施例的电动车辆10中，放电电阻28不是收容在收容第一平滑电容器22及第二平滑电容器26的电容器壳体，而是收容在三相逆变器电路24的功率板46、48、50的内部。如图2所示，相对于上臂开关32及下臂开关34并联连接的电阻器52收容于功率板46，相对于上臂开关36及下臂开关38并联连接的电阻器54收容于功率板48，相对于上臂开关40及下臂开关42并联连接的电阻器56收容于功率板50，通过这三个电阻器52、54、56构成放电电阻28。
[0045]在本实施例的电动车辆10中，功率板46、48、50具有相同结构，因此下面以功率板46为例进行详细说明。
[0046]图3及图4表示功率板46的外观。功率板46具备:扁平的长方体形状的封装体60 ;从封装体60的上端面突出的第一电极62a、第二电极64a及第三电极66a ;及从封装体60的下端面突出的第一控制端子68及第二控制端子70。封装体60例如是环氧模制树脂。第一散热板62b及第二散热板64b在封装体60的一侧的侧面(图3的左侧靠前侧的侧面)露出。第三散热板66b在封装体60的另一侧的侧面(图3的右侧里侧的侧面)露出。第一电极62a和第一散热板62b由单一的金属板成形，由两者来构成第一引线框架62。第二电极64a和第二散热板64b由单一的金属板成形,通过两者来构成第二引线框架64。第三电极66a和第三散热板66b由单一的金属板成形，由两者来构成第三引线框架66。第一引线框架62、第二引线框架64及第三引线框架66只要是铜、铝合金、钨、钥等的导热性良好的耐热性高的导体即可，可以使用任何材料。第一控制端子68具备封入到封装体60的内部的上臂开关32的半导体芯片32c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第二控制端子70具备封入到封装体60的内部的下臂开关34的半导体芯片34c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第一电极62a与升压电路20的输出的正极连接，第二电极64a与升压电路20的输出的负极连接，第三电极66a与电动机16的U相输入连接。
[0047]如图5所示，形成有 上臂开关32的半导体芯片32c配置在第一散热板62b与第三散热板66b之间。半导体芯片32c在一个面上形成阴极电极，在另一个面上形成阳极电极。半导体芯片32c的形成有阴极电极的面经由软钎料层72a而与第三散热板66b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层72b而与导电性间隔件74接合。在本实施例中，导电性间隔件74是金属制的构件。导电性间隔件74经由软钎料层72c而与第一散热板62b接合。半导体芯片32c通过未图示的引线接合件而与第一控制端子68连接。通过导电性间隔件74来抑制引线接合件与第一散热板62b发生短路的情况。
[0048]形成有下臂开关34的半导体芯片34c配置在第二散热板64b与第三散热板66b之间。半导体芯片34c在一个面上形成阴极电极，且在另一个面上形成阳极电极。形成有阴极电极的面经由软钎料层72d而与第二散热板64b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层72e而与导电性间隔件76接合。在本实施例中，导电性间隔件76是金属制的构件。导电性间隔件76经由软钎料层72f而与第三散热板66b接合。半导体芯片34c通过未图示的引线接合件而与第二控制端子70连接。通过导电性间隔件76来抑制引线接合件与第三散热板66b发生短路的情况。
[0049]电阻器52将第一散热板62b和第二散热板64b连接。在本实施例中，电阻器52是表面安装型的电阻器。在第一散热板62b的内侧表面形成有用于安装电阻器52的凹陷62c。在第二散热板64b的内侧表面形成有用于安装电阻器52的凹陷64c。电阻器52的一方的端部经由软钎料层72g而与第一散热板62b的凹陷62c接合。电阻器52的另一方的端部经由软钎料层72h而与第二散热板64b的凹陷64c接合。
[0050]第一散热板62b的外侧表面和第二散热板64b的外侧表面在功率板46的一侧的侧面(图5的上侧的侧面)露出而形成散热部。第三散热板66b的外侧表面在功率板46的另一侧的侧面(图5的下方的侧面)露出而形成散热部。通过在功率板46的两侧的侧面分别设置冷却机构，而能够从两面对功率板46进行冷却。
[0051]在制造功率板46时，首先进行半导体芯片32c和第一控制端子68之间的引线接合件及半导体芯片34c和第二控制端子70之间的引线接合件的接线、与第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76、电阻器52的回流焊接。之后，通过传递模塑法等树脂模制法成形封装体60。由此，在封装体60的内部封入第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76、电阻器52、引线接合件、第一控制端子68、第二控制端子70。需要说明的是，如图所示，第一引线框架62、第二引线框架64、第三引线框架66、第一控制端子68、第二控制端子70的一部分埋入到封装体60内，其他部分露出。
[0052]根据本实施例的功率板46、48、50，使用用于对三相逆变器电路24的上臂开关32、
36、40及下臂开关34、38、42进行冷却的冷却机构，对于放电电阻28也能够进行冷却。由于能够将放电电阻28维持成低温，因此可以使用耐热性低的材料作为放电电阻28。
[0053]根据本实施例的功率板46、48、50，无需与收容电力转换装置14的第一平滑电容器22及第二平滑电容器26的电容器壳体接近地设置放电电阻28。因此，能够防止由于放电电阻28的发热而将第一平滑电容器22及第二平滑电容器26加热的事态。另外，无需将放电电阻28安装于电容器壳体，因此不需要用于安装放电电阻28的螺栓、金属线、线缆、端子等的零件，从而能够削减电力转换装置14的零件个数。
[0054]根据本实施例的功率板46、48、50，与半导体芯片32c、34c、导电性间隔件74、76的安装同样地，可以利用回流焊接进行电阻器52、54、56的安装。能够简化组装作业所需要的夹具，并减轻组装作业的劳力。
[0055]在本实施例的功率板46、48、50中，在第一散热板62b的内侧表面和第二散热板64b的内侧表面分别形成有凹陷62c、64c。由此，即便在功率板46、48、50的内部安装有电阻器52、54、56的情况下，也不会增加功率板46、48、50的厚度。能够实现功率板46、48、50的小型化。
[0056]需要说明的是，在上述的实施例中，说明了在三相逆变器电路24的功率板46、48、50分别安装有电阻器52、54、56的情况，但也可以仅在功率板46、48、50中的I个或2个上安装电阻器，而通过该电阻器来构成放电电阻28。或者也可以在升压电路20的功率板安装电阻器，而通过该电阻器来构成放电电阻28。
[0057]另外，在上述的实施例中，说明了放电电阻28和三相逆变器电路24由3个功率板
46、48、50构成的情况，但也可以将它们具体化为单一的功率板。
[0058]另外,在上述的实施例中，说明了第一散热板62b、第二散热板64b及第三散热板66b在封装体60的表面露出且分别形成散热部的结构,但也可以是第一散热板62b、第二散热板64b及第三散热板66b中的仅I个或2个在封装体60的表面露出而形成散热部的结构。
[0059](第二实施例)
[0060]图6及图7表示本实施例的功率板100的外观。功率板100可以与实施例1的功率板46置换使用。功率板100具备:扁平的长方体形状的封装体102 ;从封装体102的上端面突出的第一电极104a、第二电极110a、第三电极108a及第四电极106a ;从封装体102的下端面突出的第一控制端子112及第二控制端子114。封装体102例如是环氧模制树脂。第一散热板104b及第四散热板106b在封装体102的一侧的侧面(图6的左侧靠前侧的侧面)露出。第二散热板IlOb及第三散热板108b在封装体102的另一侧的侧面(图6的右侧里侧的侧面)露出。第一电极104a和第一散热板104b由单一的金属板成形，由两者构成第一引线框架104。第二电极IlOa和第二散热板IlOb由单一的金属板成形，由两者构成第二引线框架110。第三电极108a和第三散热板108b由单一的金属板成形，由两者构成第三引线框架108。第四电极106a和第四散热板106b由单一的金属板成形，由两者构成第四引线框架106。第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108及第四引线框架106只要是铜、铝合金、钨、钥等的导热性良好的耐热性高的导体即可，可以使用任何材料。第一控制端子112具备封入到封装体102的内部的上臂开关32的半导体芯片32c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第二控制端子114具备封入到封装体102的内部的下臂开关34的半导体芯片34c的栅极端子、漏极端子、电流反射镜感测端子、及2个温度检测端子。第一电极104a与升压电路20的输出的正极连接，第二电极IlOa与升压电路20的输出的负极连接，第三电极108a及/或第四电极106a与电动机16的U相输入连接。
[0061]如图8及图9所示，形成有上臂开关32的半导体芯片32c配置在第一散热板104b与第三散热板108b之间。半导体芯片32c在一个面上形成有阴极电极，且在另一个面上形成有阳极电极。半导体芯片32c的形成有阴极电极的面经由软钎料层116a而与第三散热板108b接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层116b而与导电性间隔件118接合。导电性间隔件118经由软钎料层116c而与第一散热板104b接合。半导体芯片32c通过未图示的引线接合件而与第一控制端子112连接。通过导电性间隔件118来抑制引线接合件与第一散热板104b发生短路的情况。
[0062]形成有下臂开关34的半导体芯片34c配置在第二散热板I IOb与第四散热板106b之间。半导体芯片34c在一 个面上形成有阴极电极，且在另一个面上形成有阳极电极。形成有阴极电极的面经由软钎料层116d而与第二散热板IlOb接合。形成有阳极电极的面经由软钎料层116e而与导电性间隔件120接合。导电性间隔件120经由软钎料层116f而与第四散热板106b接合。半导体芯片34c通过未图示的引线接合件而与第二控制端子114连接。通过导电性间隔件120来抑制引线接合件与第四散热板106b发生短路的情况。
[0063]如图8所示，电阻器122将第一散热板104b和第二散热板IlOb连接。在本实施例中，电阻器122是表面安装型的电阻器。电阻器122的一方的端部经由软钎料层116g而与第一散热板104b的内侧表面接合。电阻器122的另一方的端部经由软钎料层116h而与第二散热板IlOb的内侧表面接合。
[0064]如图9所示，导电性桥124将第三散热板108b和第四散热板106b连接。在本实施例中，导电性桥124是金属制的构件。导电性桥124的一方的端部经由软钎料层116i而与第四散热板106b的内侧表面接合。导电性桥124的另一方的端部经由软钎料层116j而与第三散热板108b的内侧表面接合。通过设置导电性桥124,而将第三散热板108b和第四散热板106b保持为同电位。
[0065]第一散热板104b的外侧表面和第四散热板106b的外侧表面在功率板100的一侧的侧面(图8及图9的上方的侧面)露出而形成散热部。第二散热板106b的外侧表面和第三散热板108b的外侧表面在功率板100的另一侧的侧面(图8及图9的下方的侧面)露出而形成散热部。通过在功率板100的两侧的侧面分别设置冷却机构，而能够从两面对功率板100进行冷却。
[0066]在制造功率板100时，首先进行半导体芯片32c和第一控制端子 112之间的引线接合件及半导体芯片34c和第二控制端子114之间的引线接合件的接线、与第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120、电阻器122、导电性桥124的回流焊接。之后，通过传递模塑法等树脂模制法，成形封装体102。由此，在封装体102的内部封入第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120、电阻器122、导电性桥124、引线接合件、第一控制端子112、第二控制端子114。需要说明的是，如图所示，第一引线框架104、第二引线框架110、第三引线框架108、第四引线框架106、第一控制端子112、第二控制端子114的一部分埋入到封装体102内，其他部分露出。
[0067]上述的功率板100具有第三电极108a和第四电极106a这双方向封装体102的外部突出的结构，但由于第三引线框架108和第四引线框架106通过导电性桥124保持为同电位，因此也可以是第三电极108a及第四电极106a中的仅任一个向封装体102的外部突出的结构。
[0068]根据本实施例的功率板100，与半导体芯片32c、34c、导电性间隔件118、120的安装同样地，可以利用回流焊接进行电阻器122和导电性桥124的安装。能够减轻与制造相关的作业的负担。另外，能够简化制造时的夹具。
[0069]关于本发明的代表性且非限定性的具体例子，参照附图进行了详细说明。该详细说明单纯地意在将用于实施本发明的优选的例子的详细情况向本领域技术人员展示，并没有意在限定本发明的范围。另外，公开的追加的特征及发明为了提供进一步改善的功率模块、电力转换装置及电动车辆，可以与其他的特征、发明分开或一起使用。
[0070]另外，在上述的详细说明中公开的特征、工序的组合在最广泛的意思中不是实施本发明时必须的组合，尤其是仅为了说明本发明的代表的具体例而记载的内容。此外，上述的代表的具体例的各种特征、以及独立和从属权利要求记载的各种特征在提供本发明的追加且有用的实施方式时，并不是非得按照这里记载的具体例子或列举的顺序进行组合。
[0071]本说明书及/或权利要求记载的全部的特征的意图是与实施例及/或权利要求记载的特征的结构分别地，作为对申请当初的公开以及主张的特定事项的限定，分别且相互独立地公开。此外，与全部的数值范围及组或集团相关的记载作为对申请当初的公开以及主张的特定事项的限定，具有公开了它们的中间的结构的意图。
[0072]以上，详细地说明了本发明的具体例子，但这些只不过是例示，并未限定专利申请的范围。专利申请的范围所记载的技术包括对以上例示的具体例子进行各种变形、变更的情况。本说明书或【专利附图】
【附图说明】的技术要素是单独或通过各种组合而发挥技术有用性的要素，并未限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图例示的技术能同时实现多个目的，实现其中一个目的本身具有技术有用性。
【权利要求】
1.一种功率模块，其具备: 第一引线框架； 第二引线框架； 串联连接在第一引线框架与第二引线框架之间的第一半导体开关及第二半导体开关; 连接在第一引线框架与第二引线框架之间的电阻器；及 封入了第一引线框架、第二引线框架、第一半导体开关、第二半导体开关及电阻器的树脂制的封装体， 在封装体的至少一部分形成有将来自第一引线框架及/或第二引线框架的热量散热的散热部。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中， 电阻器为表面安装电阻器， 电阻器软钎焊于第一引线框架和第二引线框架。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其中， 在第一引线框架和第二引线框架形成用于安装电阻器的凹陷。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的功率模块，其中， 封装体形成为扁平的长方体形状， 在封装体的两侧面形成散热部。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其中， 还具备连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架， 第三引线框架也被封入封装体， 第一引线框架的外侧表面及第二引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出， 第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出， 电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接， 电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接。
6.根据权利要求4所述的功率模块，还具备: 串联地连接在第一半导体开关与第二半导体开关之间的第三引线框架及第四引线框架；及 连接在第三引线框架与第四引线框架之间的导电性桥， 第三引线框架、第四引线框架及导电性桥也被封入封装体， 第一引线框架的外侧表面及第四引线框架的外侧表面在功率模块的一侧的侧面露出， 第二引线框架的外侧表面及第三引线框架的外侧表面在功率模块的另一侧的侧面露出， 电阻器的一端与第一引线框架的内侧表面连接， 电阻器的另一端与第二引线框架的内侧表面连接， 导电性桥的一端与第三引线框架的内侧表面连接， 导电性桥的另一端与第四引线框架的内侧表面连接。
7.一种电力转换装置，其具备权利要求1~6中任一项所述的功率模块和平滑电容器。
8.—种电动车辆,其具备权利要求7所述的电力转换装置和电动机。
【文档编号】H01L25/07GK103907165SQ201180074599
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2011年11月4日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】渥美贵司 申请人:丰田自动车株式会社
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