JP6252219B2 - 電力変換装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
該半導体モジュールと外部機器との間の電流経路になるバスバーとを備え、
該バスバーは上記パワー端子に溶接される板状部を有し、
該板状部と上記パワー端子とは、上記板状部の2つの主面のうち、上記半導体モジュールを配した側の上記主面である第1主面に、上記パワー端子の先端部を接触させた状態で、レーザ溶接又は電子ビーム溶接されており、
複数の上記半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する複数の冷却器とを積層して積層体を構成してあり、上記板状部は、その厚さ方向が上記積層体の積層方向に直交するよう配されており、上記板状部の上記積層方向における長さは、上記先端部の上記積層方向における寸法よりも長く、
上記板状部の板厚は、上記積層方向における上記先端部の寸法よりも薄く、
上記パワー端子は、上記本体部から上記厚さ方向に突出した端子基体部を備え、上記積層方向において、上記先端部は上記端子基体部よりも長く形成されており、上記厚さ方向から見たときに、上記積層方向における上記端子基体部の一方側と他方側とに、上記先端部の一部がそれぞれ存在していることを特徴とする、電力変換装置にある。
上記半導体モジュールをケース内に固定する固定工程と、
上記バスバーを上記半導体モジュールに接近させ、上記パワー端子の上記先端部を上記第1主面に接触させる接触工程と、
上記パワー端子の位置を測定する測定工程と、
該測定工程において位置が測定された上記パワー端子に向けて、上記板状部の2つの主面のうち上記第1主面とは反対側の主面である第2主面側からレーザ光又は電子ビームを照射することにより、上記板状部と上記パワー端子とを溶接する溶接工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法にある。
そのため、パワー端子の突出長さを短くすることができる。すなわち、レーザ溶接や電子ビーム溶接は、狭い範囲にエネルギーを集中でき、短時間で溶接できる方法であるため、溶接時に発生する熱が少ない。そのため、溶接時にパワー端子および本体部に伝わる熱を少なくすることができる。したがって、パワー端子の突出長さを短くすることができ、パワー端子に寄生するインダクタンスを低減することができる。そのため、半導体素子に加わるサージを低減することができ、半導体素子を高速でスイッチング動作させることが可能となる。
そのため、測定工程においてパワー端子の位置を正確に測定でき、レーザ溶接又は電子ビーム溶接による溶接工程を、確実に行うことが可能となる。
積層体を形成すると、個々の半導体モジュールや冷却器の厚さばらつきが積み重なるため、積層方向におけるパワー端子の位置ずれが大きくなりやすい。しかしながら、上記電力変換装置は、パワー端子の位置ずれを許容しやすい構成になっている。すなわち、上記電力変換装置は、板状部の積層方向長さが長いため、パワー端子が積層方向に大きく位置ずれしても、そのずれた位置において、パワー端子を板状部の第1主面に接触させることができる。そして、その接触した位置にレーザ光又は電子ビームを照射することにより、パワー端子と板状部とを容易に溶接することができる。
つまり、板状部材の積層方向長さを長くしておき、かつパワー端子を板状部の第1主面に接触させてレーザ溶接等すれば、パワー端子の積層方向における位置ずれを許容しやすくなる。そのため、積層体を形成した場合のように、パワー端子の積層方向ばらつきが大きい電力変換装置には、特に好適である。
このようにすると、板状部の厚さが充分に薄いため、レーザ光を第2主面に照射した際に発生した熱を、第1主面に短時間で伝導させることができる。そのため、溶接工程をより短時間で行うことが可能となる。また、上述のように板状部の厚さを薄くすれば、バスバーを構成する金属材料の量を低減できるため、バスバーを低コストで製造することが可能となる。
また、本例では、先端部の積層方向における寸法が充分に長いため、レーザ光によって溶接できる範囲が広い。そのため、溶接工程を行いやすい。
上記電力変換装置およびその製造方法に係る実施例について、図1〜図11を用いて説明する。本例の電力変換装置1は、図1、図2に示すごとく、半導体モジュール2とバスバー4とを備える。半導体モジュール2は、半導体素子20(図8、図9参照)を内蔵した本体部21と、上記半導体素子20に電気的に接続しその一部が本体部21に封止されたパワー端子3とを備える。バスバー4は、半導体モジュール2と外部機器8(図9参照)との間の電流経路になっている。
積層体10を形成すると、半導体モジュール2や冷却器11の厚さばらつきが積み重なるため、パワー端子3のX方向ばらつきが大きくなる。そのため、上記測定工程において、パワー端子3の位置を正確に測定しておき、その測定した位置にレーザ光Lを照射するようにしている。
そのため、パワー端子3の突出長さHを短くすることができる。すなわち、レーザ溶接は、狭い範囲にエネルギーを集中でき、短時間で溶接できる方法であるため、溶接時に発生する熱が少ない。そのため、溶接時にパワー端子3および本体部21に伝わる熱を少なくすることができる。したがって、パワー端子3の突出長さHを短くすることができ、パワー端子3に寄生するインダクタンスを低減することができる。そのため、半導体素子20に加わるサージを低減することができ、半導体素子20を高速でスイッチング動作させることが可能となる。
積層体10を形成すると、個々の半導体モジュール2や冷却器10の厚さばらつきが積み重なるため、X方向におけるパワー端子3の位置ずれが大きくなりやすい。しかしながら、本例の構成を採用すれば、パワー端子3が大きく位置ずれしても、これを許容することが可能となる。すなわち、本例の板状部40は、X方向長さAが長いため、パワー端子3がX方向に大きく位置ずれしても、そのずれた位置において、パワー端子3を板状部40の第1主面41に接触させることができる。そして、その接触した位置にレーザ光Lを照射することにより、パワー端子3と板状部40とを容易に溶接することができる。
つまり、板状部材40のX方向長さAを長くし、かつパワー端子3を板状部40の第1主面41に接触させてレーザ溶接すれば、パワー端子3のX方向における位置ずれを許容しやすくなる。そのため、積層体10を形成した場合のように、パワー端子3のX方向ばらつきが大きい電力変換装置1には、特に好適である。
このようにすると、板状部40の厚さTが充分に薄いため、レーザ光Lを第2主面42に照射した際に発生した熱を、第1主面41に短時間で伝導させることができる。そのため、溶接工程をより短時間で行うことが可能となる。また、上述のように板状部40の厚さTを薄くすれば、バスバー4を構成する金属材料の量を低減できるため、バスバー4を低コストで製造することが可能となる。
また、本例では、先端部30のX方向における寸法W1が充分に長いため、レーザ光Lによって溶接できる範囲が広い。そのため、溶接工程を行いやすい。
そのため、測定工程においてパワー端子3の位置を正確に測定でき、レーザ光Lを用いた溶接工程を、確実に行うことが可能となる。
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例1と同様の構成要素等を表す。
その他、参考例1と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、パワー端子3の形状を変更した例である。図13に示すごとく、本例のパワー端子3は、参考例2と同様に、本体部21からZ方向に突出した端子基体部31を備える。この端子基体部31の先端から先端部30がX方向に突出している。本例の先端部30は、端子基体部31から、X方向における両側に突出している。
その他、参考例2と同様の構成および作用効果を有する。
本例は、パワー端子3の形状を変更した例である。図14に示すごとく、本例のパワー端子3は、その先端部30がU字状に折り曲げられている。この先端部30の側面を、板状部40の第1主面41に接触させ、第2主面41にレーザ光Lを照射して、溶接してある。
その他、参考例2と同様の構成および作用効果を有する。
本例は、半導体モジュール2の形状を変更した例である。図15、図16に示すごとく、本例のパワー端子3は、本体部21から突出していない。パワー端子3の端面300は、本体部21の表面210と面一になっている。
また、本例では、パワー端子3が本体部21から突出していないため、電力変換装置1をより小型化しやすい。
その他、参考例1と同様の構成および作用効果を有する。
本例は、半導体モジュール2と冷却器11との配置構造を変更した例である。図18、図19に示すごとく、本例では、冷却器11の表面219上に半導体モジュール2を配置してある。半導体モジュール2内には、6個の半導体素子20a,20b(図9参照)が封止されている。半導体モジュールの本体部21からは、複数のパワー端子3が突出している。パワー端子3には、正極端子3aと、負極端子3bと、3本の交流端子3cとがある。個々のパワー端子3は、バスバー4に形成された板状部40の第1主面41に接触している。そして、板状部40の第2主面42にレーザ又は電子ビームを照射することにより、これら板状部40とパワー端子3とを溶接してある。
その他、参考例1と同様の構成および作用効果を有する。
2 半導体モジュール
20 半導体素子
21 本体部
3 パワー端子
30 先端部
4 バスバー
40 板状部
41 第1主面
8 外部機器
Claims (6)
- 半導体素子(20)を内蔵した本体部(21)と、上記半導体素子(20)に電気的に接続し上記本体部(21)から突出したパワー端子(3)とを有する半導体モジュール(2)と、
該半導体モジュール(2)と外部機器(8)との間の電流経路になるバスバー(4)とを備え、
該バスバー(4)は上記パワー端子(3)に溶接される板状部(40)を有し、
該板状部(40)と上記パワー端子(3)とは、上記板状部(40)の2つの主面(41,42)のうち、上記半導体モジュール(2)を配した側の上記主面である第1主面(41)に、上記パワー端子(3)の先端部(30)を接触させた状態で、レーザ溶接又は電子ビーム溶接されており、
複数の上記半導体モジュール(2)と、該半導体モジュール(2)を冷却する複数の冷却器(11)とを積層して積層体(10)を構成してあり、上記板状部(40)は、その厚さ方向が上記積層体(10)の積層方向に直交するよう配されており、上記板状部(40)の上記積層方向における長さ(A)は、上記先端部(30)の上記積層方向における寸法(W1)よりも長く、
上記板状部(40)の板厚(T)は、上記積層方向における上記先端部(30)の寸法(W1)よりも薄く、
上記パワー端子(3)は、上記本体部(21)から上記厚さ方向に突出した端子基体部(31)を備え、上記積層方向において、上記先端部(30)は上記端子基体部(31)よりも長く形成されており、上記厚さ方向から見たときに、上記積層方向における上記端子基体部(31)の一方側と他方側とに、上記先端部(30)の一部がそれぞれ存在していることを特徴とする、電力変換装置。 - 上記先端部(30)は、上記端子基体部(31)の先端から、上記積層方向における一方側と他方側とにそれぞれ突出していることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置(1)。
- 上記パワー端子(3)は、上記端子基体部(31)の先端から上記積層方向における一方側に突出し、折返されて上記積層方向における他方側に延出する折返部を備え、該折返部の、上記端子基体部(31)に接続した側とは反対側の端部から、上記先端部(30)が上記積層方向に延出していることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置(1)。
- 個々の上記半導体モジュール(2)は複数本の上記パワー端子(3)を備え、該複数のパワー端子(3)には、直流電源(8a)の正電極(80)に電気接続される正極端子(3a)と、上記直流電源(8a)の負電極(81)に電気接続される負極端子(3b)と、交流負荷(8b)に電気接続される交流端子(3c)とがあり、上記正極端子(3a)と上記負極端子(3b)と上記交流端子(3c)との、上記本体部(21)からの突出長さは互いに等しいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置(1)。
- 上記パワー端子(3)と上記バスバー(4)とのうち、上記パワー端子(3)のみに金属めっき層が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置(1)。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置(1)を製造する方法であって、
上記半導体モジュール(2)をケース(12)内に固定する固定工程と、
上記バスバー(4)を上記半導体モジュール(2)に接近させ、上記パワー端子(3)の上記先端部(30)を上記第1主面(41)に接触させる接触工程と、
上記パワー端子(3)の位置を測定する測定工程と、
該測定工程において位置が測定された上記パワー端子(3)に向けて、上記板状部(40)の2つの主面(41,42)のうち上記第1主面(41)とは反対側の主面である第2主面(42)側からレーザ光又は電子ビームを照射することにより、上記板状部(40)と上記パワー端子(3)とを溶接する溶接工程と、
を行うことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
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