电路体、功率转换装置和电路体的制造方法与流程

1.本发明涉及电路体、功率转换装置和电路体的制造方法。


背景技术：

2.使用了功率半导体元件的开关的功率转换装置的转换效率较高，因此广泛应用于民生、车载、铁路、变电设备等。由于功率半导体元件通电会发热，因此在内置功率半导体元件的装置中，经由热传导构件设置有冷却构件。热传导构件是用于降低接触热阻的流动性材料，用于降低与冷却构件之间的接触热阻，但是热传导构件中包括绝缘性较低的材料。例如，在用于车载时，采用小型、轻量化的装置，要求绝缘性具有高可靠性。
3.专利文献1中公开了一种半导体装置，其将导电体连接到半导体元件，再与层叠有电绝缘性的绝缘层和导电性的导体层的片状构件连接在一起并用模塑树脂密封，并且经由粘性体的热传导构件与冷却单元接触。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特开2012-033872号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
5.在专利文献1所记载的装置中，在热传导构件溢出的情况下，无法确保绝缘性，装置的可靠性降低。解决技术问题的技术方案
6.本发明的电路体包括：与导体板的一个面接合的功率半导体元件；含有与所述导体板的另一个面接合的绝缘层的片状构件；密封构件，该密封构件在所述片状构件的与接合到所述导体板的面相反的面露出的状态下整体地密封所述片状构件和所述导体板和所述功率半导体元件；以及冷却构件，该冷却构件经由热传导构件粘接到所述片状构件的所述相反的面，在所述片状构件露出的所述密封构件的表面上,在比所述片状构件更靠外周侧地沿着所述片状构件的外缘形成凹部。本发明的电路体的制造方法中，该电路体包括：与导体板的一个面接合的功率半导体元件；含有与所述导体板的另一个面接合的绝缘层的片状构件；密封构件，该密封构件在所述片状构件的与接合到所述导体板的面相反的面露出的状态下整体地密封所述片状构件和所述导体板和所述功率半导体元件；以及冷却构件，该冷却构件经由热传导构件粘接到所述片状构件的所述相反的面，该电路体的制造方法包括：通过与所述片状构件的外周侧相对应地形成有凸部的模具来保持所述片状构件的工序；以及对所述模具加压，将所述片状构件与所述导体板的另一个面接合，并用所述密封构件密封，与所述模具的所述凸部相对应地在所述密封构件中形成凹部的工序。发明效果
7.根据本发明，防止热传导构件溢出，确保绝缘性，并提高装置的可靠性。
附图说明
8.图1是电路体的俯视图。图2是电路体x-x线的剖视图。图3是电路体y-y线的剖视图。图4是x-x线的功率模块的剖视立体图。图5是z-z线的功率模块的俯视剖视图。图6(a)～图6(d)是示出电路体的制造方法的剖视图。图7(e)～图7(g)是示出电路体的制造方法的剖视图。图8(a)、图8(b)是电路体的x-x线的主要部分剖视图以及比较例中的主要部分剖视图。图9是变形例1中的电路体的x-x线的剖视图。图10是变形例2中的电路体的x-x线的剖视图。图11是变形例3中的z-z线的功率模块的俯视剖视图。图12是变形例4中的电路体的x-x线的剖视图。图13是本实施方式的功率模块的半透明俯视图。图14是本实施方式的功率模块的电路图。图15是使用电路体的功率转换装置的电路图。图16是功率转换装置的外观立体图。图17是功率转换装置的xv-xv线的剖视立体图。
具体实施方式
9.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。下面的记载和附图是用于说明本发明的示例，并且为了说明的清楚性，适当地进行省略和简化。本发明也可以以各种其它形式实施。只要没有特别限定，各结构要素既可以是单数也可以是多个。
10.为了便于理解本发明，附图中所示的各构成要素的位置、尺寸、形状、范围等有时不表示实际的位置、尺寸、形状、范围等。因此，本发明未必一定限定为附图中公开的位置、尺寸、形状、范围等。
11.在存在多个具有相同或同样的功能的结构要素的情况下，有时多同一标号附加不同的下标来进行说明。其中，在不需要区别上述多个结构要素的情况下，有时省略下标来进行说明。
12.图1是电路体400的俯视图，图2是电路体400的图1所示的x-x线的剖视图。图3是电路体400的图1所示的y-y线的剖视图。如图1所示，电路体400由3个功率模块300和冷却构件340构成。功率模块300具有使用功率半导体元件对直流电流和交流电流进行转换的功能，并因通电而发热。因此，采用在冷却构件340中使制冷剂流通来冷却的构造。制冷剂使用水、在水中混入乙二醇后的防冻液等。另外，冷却构件340可以构成为销状的翅片竖立在冷却构件340的底板上。冷却构件340优选为热传导率较高且轻量的铝类。冷却构件340通过挤压成型、锻造、钎焊等来制造。
13.功率模块300在一侧具有连接到直流电路上的电容器模块500(参照后述的图15)的正极侧端子315b和负极侧端子319b。在正极侧端子315b和负极侧端子319b的另一侧，设置有连接到交流电路的电动发电机192、194(参照后述的图15)的交流侧端子320b等的有大电流流过的功率端子。在另一侧还设置有下臂栅极信号端子325l、镜像发射极信号端子325m、开尔文发射极信号端子325k、上臂栅极信号端子325u等用于控制功率模块300的信号端子等。
14.如图2所示，作为形成上臂电路的第1功率半导体元件，包括有源元件155、二极管156。作为构成有源元件155的半导体材料，例如能使用si、sic、gan、gao、c等。在使用有源元件155的体二极管时，可以省略二极管156。有源元件155的集电极侧和二极管156的阴极侧与第2导体板431接合。第1导体板430与有源元件155的发射极侧和二极管156的阳极侧接合。上述接合可以使用焊料，也可以使用烧结金属。此外，第1导体板430、第2导体板431只要是电传导性和热传导率较高的材料即可,没有特别限定，但优选为铜基或铝基材料。它们可以单独使用，也可以实施ni、ag等镀覆以提高与烧结金属之间的接合性。
15.冷却构件340经由第1片状构件440和热传导构件453紧贴到第1导体板430。第1片状构件440通过层叠第1树脂绝缘层442和金属箔444而构成，并且金属箔444侧紧贴到热传导构件453。
16.冷却构件340经由第2片状构件441、以及热传导构件453紧贴到第2导体板431。第2片状构件441通过层叠第2树脂绝缘层443和金属箔444而构成，并且金属箔444侧紧贴到热传导构件453。从散热性的观点来看，冷却构件340的宽度优选大于片状构件440、441的宽度。
17.如图3所示，有源元件157和二极管158(参照后述的图13、图14)作为形成下臂电路的第2功率半导体元件。在图3中，二极管158沿x轴方向配置在有源元件157的里侧。有源元件157的集电极侧和二极管158的阴极侧与第4导体板433接合。第3导体板432与有源元件157的发射极侧和二极管158的阳极侧接合。
18.如图3所示，第1导体板430、第2导体板431、第3导体板432、第4导体板433除了使电流通电的作用之外，还起到作为将第1功率半导体元件155、156、第2功率半导体元件157、158发出的热量传递到冷却构件340的导热构件的作用。导体板430、431、432、433优选为电传导性较高且热传导率较高的材料，可以使用铜或铝等金属基材料、金属基材料和具有高热传导率的金刚石、碳或陶瓷等的复合材料等。由于各个导体板430、431、432、433与冷却构件340的电位不同，因此如图2所示，具有第1树脂绝缘层442的第1片状构件440、或具有第2树脂绝缘层443的第2片状构件441介于各个导体板430、431、432、433与冷却构件340之间。各个片状构件440、441与冷却构件340之间具有热传导构件453，以减小接触热阻。
19.只要是热传导率高的材料，热传导构件453不受特别限定，然而，优选为，将金属、陶瓷、碳基材料等的高导热材料与树脂材料组合使用。这是因为树脂材料填补在热传导构件453和冷却构件340之间、热传导构件453和各个片状构件440、441之间，从而降低接触热阻。此外，为了抑制热传导构件453的流动性，热传导构件453的粘度优选为50pa
·
s以上。
20.第1功率半导体元件155、156、第2功率半导体元件157、158、各个导体板430、431、432、433、各个片状构件440、441通过传递模塑成型用密封构件360密封。只要各个片状构件440、441的第1树脂绝缘层442、第2树脂绝缘层443与各个导体板430、431、432、433具有粘接
性即可，不受特别限定，但优选为分散有粉末状无机填充剂的环氧树脂基树脂绝缘层。这是因为粘接性与散热性取得了较好的平衡。尽管各个片状构件440、441可以是树脂绝缘层单体，但是优选为将金属箔444设置在与热传导构件453相接的一侧。
21.在传递模塑成型工序中，当将各个片状构件440、441搭载在模具上时，为了防止粘接到模具，在各个片状构件440、441与模具之间的接触面上设置脱模片或金属箔444。由于脱模片的热传导率较差，需要在传递模塑后进行剥离的工序，但是在金属箔444的情况下，通过选择铜基、铝基的热传导率较高的金属，从而能在传递模塑后不剥离地使用。通过将各个片状构件440、441包括在内地进行传递模塑，各个片状构件440、441的端部被密封构件360覆盖，从而具有提高产品的可靠性的效果。
22.如图2、图3中所示，在将热传导构件453和冷却构件340进行接合之前，在有片状构件440、441露出的密封构件360的表面上，在比片状构件440、441更靠外周侧地沿片状构件440、441的外缘形成凹部454。然后，热传导构件453至少覆盖从密封构件360的表面露出的片状构件440、441，并且一部分积存在密封构件360的凹部454中。
23.详细内容在后文中阐述，密封构件360的凹部454通过使用了与片状构件440、441的外周侧相对应地形成有凸部的模具的传递模塑形成。对于凹部454的形状，期望其底面宽度短于开口宽度。这是因为在模具上形成的凸部侧面是倾斜的，因此容易设置凸部，不需要之后的加工等。另外，如图2所示，凹部454中的片状构件440、441侧的高度h1优选为高于密封构件360的端部侧的高度h2。这是因为，在为了提高散热性而使冷却构件340的宽度变长的情况下，或者在产品进行动作时密封构件360的端部向冷却构件340的方向翘曲的情况下，密封构件360的端部不会与冷却构件340碰撞，从而成为可靠性较高的结构。
24.图4是图1所示的x-x线处的功率模块300的剖视立体图，示出将冷却构件340从电路体400去除后的状态。如图4所示，第1片状构件440的端部被密封构件360覆盖。与第1导体板430的表面重叠的第1片状构件440作为散热面。将冷却构件340紧贴在第1片状构件440的散热面上，以防止散热性受损。
25.图5是图2所示的z-z线处的功率模块300的俯视剖视图。示出从图2所示的电路体400去除了冷却构件340和热传导构件453的状态。
26.如图5所示，设置第1片状构件440以覆盖第1导体板430、第3导体板432，并由密封构件360密封。在密封构件360的表面上，在比第1片状构件440更靠外周侧地沿第1片状构件440的外缘形成一周凹部454。第1片状构件440位于密封构件360的凹部454和导体板430、432之间。优选为第1片状构件440的横向宽度和纵向宽度都大于包括第1导体板430、第3导体板432的导体板区域434的横向宽度和纵向宽度。具体地，第1片状构件440的端部与第1导体板430、第3导体板432的端部之间的绝缘距离优选为2mm以上。
27.由此，在本实施方式中，保证第1片状构件440的端部与第1导体板430、第3导体板432的端部之间的绝缘距离，换言之，使第1片状构件440比第1导体板430、第3导体板432更大。由此，即使第1片状构件440的端部剥离，也能隔开与第1导体板430、第3导体板432的距离，从而具有提高绝缘性的效果。
28.考察假设在不确保第1片状构件440的端部与第1导体板430、第3导体板432的端部之间的绝缘距离时，第1片状构件440的端部与第1导体板430、第3导体板432的端部重叠的情况。在这种情况下，由于制造时的摩擦力、作为产品进行动作时的热应力等，与密封构件
360的粘接性变弱，容易在第1片状构件440中产生剥离。若在第1片状构件440中发生剥离，则第1片状构件440的端部与第1导体板430、第3导体板432的端部重叠，因此覆盖第1片状构件440的热传导构件453与第1导体板430、第3导体板432的端部接触的概率变高。由于热传导构件453中包括绝缘性较低的材料，因此若热传导构件453下垂到第1导体板430、第3导体板432的端部，则绝缘性降低。
29.此外，在本实施方式中，如图2所示，热传导构件453至少覆盖从密封构件360的表面露出的第1片状构件440，并且其一部分积存在密封构件360的凹部454中。由此，能防止热传导构件453的溢出，确保装置的绝缘性，并提高可靠性。
30.图6(a)～图6(d)、图7(e)～图7(g)是示出电路体400的制造方法的剖视图。在各图的左侧示出图1所示的x-x线处的1个功率模块的剖视图，在右侧示出图1所示的y-y线处的1个功率模块的剖视图。
31.图6(a)是示出焊料连接工序和引线接合工序的图。将作为第1功率半导体元件的有源元件155的集电极侧和二极管156的阴极侧连接到第2导体板431，通过引线接合连接有源元件155的栅极电极。将有源元件155的发射极侧和二极管156的阳极侧连接到第1导体板430。同样，将作为第2功率半导体元件的有源元件157的集电极侧和二极管158的阴极侧连接到第4导体板433，通过引线接合连接有源元件157的栅极电极。将有源元件157的发射极侧和二极管158的阳极侧连接到第3导体板432。由此，形成电路体310。
32.图6(b)是示出模具设置工序的图。将电路体310和片状构件440、441设置在传递模塑装置601中的模具上。也就是说，通过与片状构件440、441的外周侧相对应地形成有凸部603的模具来保持片状构件440、441。
33.这里，通过在模具中设置凸部603，具有容易对齐片状构件440、441的效果。虽然片状构件440、441的端部可以与凸部603接触，但是优选为设置在模具中的两端的凸部603之间的距离在不妨碍片状构件440、441的定位的范围内大于片状构件440、441的宽度，以防止在模塑时片状构件440、441的端部发生剥离。由此，由于片状构件440、441在模具的凸部603处对齐，因此能防止由于片状构件440、441偏移而产生的导体板430、431、432、433与热传导构件453之间的绝缘性的降低。也就是说，能防止片状构件440、441相对于导体板430、431、432、433位置偏移，提高了可靠性。
34.图6(c)是示出了传递模塑工序的图。传递模塑装置601包括用于将弹簧602和片状构件440、441真空吸附到模具上的机构和真空脱气机构。传递模塑装置601中，通过真空吸附将在模具的凸部603对齐的片状构件440、441保持在预先加热到175℃的恒温状态的模具内。片状构件440、441的周端部根据模具的形状在设置有电路体310的方向上略微弯曲。然后，将预先预热到175℃的电路体310配置在远离片状构件440、441的位置处。接下来，在片状构件440、441与电路体310不接触的位置，使上下模具靠近，并且仅使未图示出的设置在上下模具上的密封件接触。
35.图6(b)是示出加压工序的图。在该工序中，对模具进行加压，将片状构件440、441接合到导体板430、431、432、433的另一个面(功率半导体元件接合到导体板430、431、432、433的一个面)，用密封构件360进行密封，与模具的凸部603相对应地在密封构件360中形成凹部454。
36.首先，从片状构件440、441与电路体310分开的状态开始，使上下模具接近，并且仅
使未图示出的设置在上下模具的周围的密封件接触。接着，对模具空腔进行抽真空。若抽真空完成至规定气压以下，则进一步挤压密封件，将上下模具完全夹紧。此时，片状构件440、441与电路体310接触。在真空状态下，片状构件440、441与电路体310接触，通过弹簧602的加压力而紧贴，因此能不被卷入空隙地紧贴。然后，将密封构件360注入模具空腔中。由于凸部603设置在模具中，因此凹部454被形成在密封构件360中。
37.图7(e)是示出固化工序的图。将用密封构件360密封的功率模块300从传递模塑装置601中取出，在常温下冷却，并进行两小时以上的固化。
38.图7(f)是示出冷却构件340的设置工序的图。在该工序中，用热传导构件453覆盖从密封构件360的表面露出的片状构件440、441，将冷却构件340粘接到热传导构件453。当冷却构件340粘接到热传导构件453时，热传导构件453被按压，热传导构件453的一部分积存在形成在密封构件360中的凹部454中。然后，冷却构件340经由热传导构件453紧贴到第1片状构件440、第2片状构件441。
39.图7(g)是示出通过以上工序制造的电路体400的图。热传导构件453被按压并朝横向溢出的部分积存在凹部454中。由此，冷却构件340设置在功率模块300的两个面上，从而制造电路体400。
40.图8(a)是电路体400的图1所示的x-x线的主要部分剖视图，图8(b)是比较例中的主要部分剖视图。图中均示出了第1导体板430侧的热传导构件453的状态。
41.如图8(a)所示，在本实施方式中，在密封构件360的端部具有凹部454。冷却构件340使用通过螺钉从两侧拧紧来固定功率模块300的机构。通过以恒定的扭矩数拧紧螺钉，介于冷却构件340和功率模块300之间的热传导构件453受到恒定的表面压力。由于该表面压力，热传导构件453被压缩，并且从提高散热性的观点来看，热传导构件453被压缩得越薄，整个电路体400的热阻就越低。压缩的热传导构件453朝横向溢出，溢出部分的热传导构件453积存在密封构件360的凹部454中，从而不易流出到电路体400的外侧，能防止热传导构件453下垂到端子315b、325m。由此，防止热传导构件453的溢出，确保绝缘性，并提高装置的可靠性。
42.另一方面，没有应用本实施方式的图8(b)所示的比较例是密封构件360中没有凹部的结构。在这种情况下，当对冷却构件340和功率模块300进行固定时，热传导构件453可能朝横向溢出并沿密封构件360流出。由于热传导构件453中包括绝缘性较低的材料，因此若热传导构件453下垂到端子315b、325m，则无法确保绝缘性，从而装置的可靠性降低。
43.图9是变形例1中的电路体400的图1中所示的x-x线的剖视图。在变形例1中，密封构件360的凹部455具有其底面比片状构件440更靠外周侧且更深的台阶形状。片状构件440的端部装填在凹部455的底面较浅的部分中，热传导构件453积存在凹部455的底面较深的部分中。虽然省略了该密封构件360的制造方法，但是在模具中，在突起部的内侧设置另一段台阶，将片状构件440临时放置在该突起部的台阶上，进行片状构件440的位置对齐。热传导构件453使片状构件440的横向宽度和纵向宽度都更大。由此，具有能够保证与导体板430、431的绝缘距离的效果。此外，由于片状构件440的端部被装填在密封构件360的凹部455中，从而热传导构件453与片状构件440相接触，因此具有改善整个电路体400的散热性能的效果。
44.图10是变形例2中的电路体400的图1中所示的x-x线的剖视图。
在变形例2中，密封构件360的凹部455在比片状构件440更靠外周侧包括由第1凹部456、第2凹部457形成的多个凹部。在图10的示例中，示出了两个凹部455的示例。而且，热传导构件453积存在第1凹部456、第2凹部457中。虽然省略了该密封构件360的制造方法，但是在模具中设置多个突起部，将片状构件440临时放置在最内周侧的突起部上，进行片状构件440的位置对齐。如变形例1所示，可以构成为片状构件440的端部被装填在第1凹部456中，并且热传导构件453被积存在第1凹部456中。
45.根据变形例2，当热传导构件453溢出时，将第1凹部456全部填充后，接着填充第2凹部457，因而增加了防止溢出的效果。此外，在电路体400中，排列有三个功率模块300(参照图1)，由于能够接收沿功率模块300排列的方向(x方向)溢出的热传导构件453的空间较小，因此热传导构件453容易沿端子方向(y方向)溢出。如变形例2中所示，通过在密封构件360中设置多个凹部，从而在y方向上增多的热传导构件453被在y方向上的多个凹部接收，具有防止热传导构件453流出到电路体400的外侧的效果。
46.图11是相当于变形例3中的图2所示的z-z线的功率模块300的俯视剖视图的图。示出从图2所示的电路体400去除了冷却构件340和热传导构件453的状态。
47.如图11所示，设置第1片状构件440以覆盖第1导体板430和第3导体板432，并由密封构件360密封。在密封构件360的表面上，在比第1片状构件440更靠外周侧地沿第1片状构件440的外缘形成一周凹部454。第1片状构件440位于密封构件360的凹部454和导体板430、432之间。优选为第1片状构件440的横向宽度和纵向宽度都大于包括第1导体板430和第3导体板432的导体板区域434的横向宽度和纵向宽度。
48.在变形例3中，积存热传导构件453的积存区域458形成在沿第1片状构件440的外缘形成的凹部454的角落处。积存区域458的容量大于没有形成积存区域458时的凹部454的角落的容量。积存区域458的形状可以是圆形、四边形等，其形状没有限定。在图11所示的示例中，积存区域458为圆形，设置在凹部454的四个角落处，并且具有从凹部454的外周向外侧溢出的结构。
49.根据变形例3，在热传导构件453溢出时，接受热传导构件453的容量变大，防止热传导构件453溢出的效果增加。另外，如变形例2中所述，在沿着功率模块300排列的方向溢出的热传导构件453进一步沿端子方向溢出的情况下，热传导构件453有向凹部454的角落集中的趋势，因此通过增加凹部454的角落的容量，从而增加了防止溢出的效果。
50.图12是相当于变形例4中的电路体400的图1中所示的x-x线的剖视图的图。对与图2所示的剖视图相同的部位赋予相同的标号，并且省略对其的说明。在变形例4中，在冷却构件340中，凹部459沿着片状构件440、441的外边缘形成在比片状构件440、441更靠外周侧。凹部459与形成在密封构件360中的凹部454相对。而且，溢出的热传导构件453积存在凹部459中。可以将用于积存热传导构件453的积存区域形成在冷却构件340中所形成的凹部459的角落。
51.根据变形例4，在热传导构件453溢出时，积存在凹部454和凹部459中，因此接受热传导构件453的容量变大，防止溢出的效果增加。
52.图13是本实施方式中的功率模块300的半透明俯视图。图14是本实施方式中的功率模块300的电路图。
53.如图13、图14所示，正极侧端子315b从上臂电路的集电极侧输出，并连接到电池或
电容器的正极侧。上臂栅极信号端子325u从上臂电路的有源元件155的栅极和发射极感测输出。负极侧端子319b从下臂电路的发射极侧输出，并连接到电池或电容器的负极侧、或者gnd。下臂栅极信号端子325l从下臂电路的有源元件157的栅极和发射极感测输出。交流侧端子320b从下臂电路的集电极侧输出，并连接到电动机。在进行中性点接地的情况下，下臂电路连接到电容器的负极侧而非gnd。
54.此外，第1导体板(上臂电路发射极侧)430、第2导体板(上臂电路集电极侧)431配置在第1功率半导体元件(上臂电路)的有源元件155和二极管156的上方和下方。第3导体板(下臂电路发射极侧)432、第4导体板(下臂电路集电极侧)433配置在第2功率半导体元件(下臂电路)的有源元件157和二极管158的上方和下方。在密封构件360的表面上，比省略了图示的第1片状构件440更靠外周侧地沿第1片状构件440的外缘形成一周凹部454。
55.本实施方式的功率模块300具有将上臂电路和下臂电路这两个桥臂电路集成到一个模块中的结构即2合1结构。此外，还可以使用将多个上臂电路和下臂电路集成在一个模块中的结构。在这种情况下，能减小来自功率模块300的输出端子的数量并能进行小型化。
56.图15是使用了电路体400的功率转换装置200的电路图。功率转换装置200包括逆变器电路140、142、用于辅助机的逆变器电路43、电容器模块500。逆变器电路140和142由具有多个功率模块300的电路体400(省略图示)构成，通过将它们连接来构成三相桥式电路。在电流容量较大的情况下，进一步并联连接功率模块300，通过与三相逆变器电路的各相对应地进行这些并联连接，从而能够应对电流容量的增大。另外，通过并联连接内置在功率模块300中的作为功率半导体元件的有源元件155、157、二极管156、158，也能够应对电流容量的增大。
57.逆变器电路140和逆变器电路142的基本电路结构相同，控制方法、动作也基本上相同。逆变器电路140等的电路动作的概要众所周知，因此在此省略详细说明。
58.如上所述，上臂电路包括上臂用的有源元件155和上臂用的二极管156作为开关用的功率半导体元件，下臂电路包括下臂用的有源元件157和下臂用的二极管158作为开关用的功率半导体元件。有源元件155、157接受从构成驱动电路174的两个驱动电路中的一个或另一个输出的驱动信号而进行开关动作，将由电池136供给的直流电转换为三相交流电。
59.如上所述，上臂用的有源元件155及下臂用的有源元件157具备集电极电极、发射极电极、栅极电极。上臂用的二极管156和下臂用的二极管158包括阴极电极和阳极电极这两个电极。如图13所示，二极管156、158的阴极电极分别电连接到有源元件155、157的集电极电极，二极管156、158的阳极电极分别电连接到有源元件155、157的发射极电极。由此，从上臂用的有源元件155及下臂用的有源元件157的发射极电极朝向集电极电极的电流的流向为顺时针方向。
60.另外，可以使用mosfet(金属氧化物半导体型电场效应晶体管)作为有源元件，在这种情况下，不需要上臂用的二极管156、下臂用的二极管158。
61.各上、下臂串联电路的正极侧端子315b和负极侧端子319b分别连接到电容器模块500的电容器连接用的直流端子362a、362b。上臂电路和下臂电路的连接部分别产生交流电，各上、下臂串联电路的上臂电路和下臂电路的连接部连接到各功率模块300的交流侧端子320b。各相的各功率模块300的交流侧端子320b分别连接到功率转换装置200的交流输出
端子，所产生的交流电被提供给电动发电机192或194的定子绕组。
62.控制电路172基于来自车辆侧的控制装置或传感器(例如电流传感器180)等的输入信息，生成用于控制上臂用的有源元件155、下臂的有源元件157的开关定时的定时信号。驱动电路174基于从控制电路172输出的定时信号，生成用于使上臂用的有源元件155和下臂用的有源元件157进行开关动作的驱动信号。这里，181、182、188是连接器。
63.上、下臂串联电路包含未图示的温度传感器，上、下臂串联电路的温度信息被输入到控制电路172。另外，向控制电路172输入上、下臂串联电路的直流正极侧的电压信息。控制电路172基于这些信息进行过温检测及过电压检测，在检测到过温或过电压的情况下，停止所有上臂用的有源元件155、下臂用的有源元件157的开关动作，以保护上、下臂串联电路防止过温或过电压。
64.图16是图15所示的功率转换装置200的外观立体图，图17是图16所示的功率转换装置200的xv-xv线的剖视立体图。如图16所示，功率转换装置200具有形成为大致长方体形状的外壳12，其由下部壳体11和上部壳体10构成。外壳12的内部收纳有电路体400、电容器模块500等。电路体400具有冷却流路，与冷却流路连通的冷却水流入管13和冷却水流出管14从外壳12的一个侧面突出。下部壳体11的上部侧(z方向)开口，上部壳体10堵住下部壳体11的开口而安装在下部壳体11上。上部壳体10和下部壳体11由铝合金等形成，相对于外部进行密封而固定。上部壳体10和下部壳体11可以一体化构成。通过将外壳12设为简单的长方体形状，从而容易安装到车辆等上，并且也提高了生产率。
65.连接器17安装在外壳12的长边方向的一个侧面上，并且交流终端18连接到该连接器17。另外，在导出冷却水流入管13和冷却水流出管14的表面上设置有连接器21。
66.如图17所示，在外壳12内收纳有电路体400。控制电路172和驱动电路174配置在电路体400的上方，电容器模块500收纳在电路体400的直流端子侧。通过将电容器模块配置在与电路体400相同的高度处，从而能使功率转换装置200薄型化，设置到车辆上的自由度得以提高。电路体400的交流侧端子320b贯穿电流传感器180而与母线接合。另外，作为电路体400的直流端子的正极侧端子315b和负极侧端子319b分别与电容器模块500的正极端子和负极端子(图13中的直流端子362a、362b)接合。
67.根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。(1)电路体400包括：与导体板430、431、432、433的一个面接合的功率半导体元件155、156、157、158；包含与导体板430、431、432、433的另一个面接合的绝缘层的片状构件440、441；密封构件360，该密封构件360在片状构件440、441的与接合到导体板430、431、432、433的面相反的面露出的状态下整体地密封片状构件440、441、导体板430、431、432、433和功率半导体元件155、156、157、158；以及冷却构件340，该冷却构件340经由热传导构件453粘接到片状构件440、441的相反的面，在有片状构件440、441露出的密封构件360的表面上，比片状构件440、441更靠外周侧地沿着片状构件440、441的外缘形成有凹部454、455。由此，防止热传导构件溢出，确保绝缘性，并提高装置的可靠性。
68.(2)电路体400的制造方法中，电路体400包括：与导体板430、431、432、433的一个面接合的功率半导体元件155、156、157、158；包含与导体板430、431、432、433的另一个面接合的绝缘层的片状构件440、441；密封构件360，该密封构件360在片状构件440、441的与接
合到导体板430、431、432、433的面相反的面露出的状态下整体地密封片状构件440、441、导体板430、431、432、433和功率半导体元件155、156、157、158；冷却构件340，该冷却构件340经由热传导构件453粘接到片状构件440、441的相反的面，电路体400的制造方法包括：通过与片状构件440、441的外周侧相对应地形成有凸部603的模具来保持片状构件440、441的工序；以及对模具加压，将片状构件440、441与导体板430、431、432、433的另一个面接合，并用密封构件360密封，与模具的凸部603相对应地在密封构件360中形成凹部454、455的工序。由此，防止热传导构件溢出，确保绝缘性，并提高装置的可靠性。
69.本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，在本发明的技术思想范围内可以考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，也可以是组合了上述实施方式和多个变形例的结构。标号说明
70.1...微机，10...上部壳体，11...下部壳体，12...外壳，13...冷却水流入管，14...冷却水流出管，17...连接器，18...交流终端，21...连接器，43、140、142...逆变器电路，155...第1功率半导体元件(上臂电路有源元件)，156...第1功率半导体元件(上臂电路二极管)，157...第2功率半导体元件(下臂电路有源元件)，158...第2功率半导体元件(下臂电路二极管)，172...控制电路，174...驱动电路，180...电流传感器，181、182、188...连接器，192、194...电动发电机，200...功率转换装置，300...功率模块，310...电路体，315b...正极侧端子，319b...负极侧端子，320b...交流侧端子，325...信号端子，325k...开尔文发射极信号端子，325l...下臂栅极信号端子，325m...镜像发射极信号端子，325u...上臂栅极信号端子，340...冷却构件，360...密封构件，400...电路体，430...第1导体板(上臂电路发射极侧)，431...第2导体板(上臂电路集电极侧)，432...第3导体板(下臂电路发射极侧)，433...第4导体板(下臂电路集电极侧)，440...第1片状构件(发射极侧)，441...第2片状构件(集电极侧)，442...第1树脂绝缘层(发射极侧)，443...第2树脂绝缘层(集电极侧)，444...金属箔，453...热传导构件，454、455...密封构件的凹部，458...积存区域，459...冷却构件的凹部，500...电容器模块，601...传递模塑装置，602...弹簧，603...模具的凸部。

技术特征：
1.一种电路体，包括：与导体板的一个面接合的功率半导体元件；含有与所述导体板的另一个面接合的绝缘层的片状构件；密封构件，该密封构件在所述片状构件的与接合到所述导体板的面相反的面露出的状态下整体地密封所述片状构件、所述导体板和所述功率半导体元件；以及冷却构件，该冷却构件经由热传导构件粘接到所述片状构件的所述相反的面，其特征在于，在所述片状构件露出的所述密封构件的表面上，比所述片状构件更靠外周侧地沿着所述片状构件的外缘形成凹部。2.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，所述热传导构件至少覆盖从所述密封构件的表面露出的所述片状构件，并且一部分积存在所述密封构件的所述凹部中。3.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，所述凹部的底面具有台阶形状。4.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，所述凹部由多个凹部形成。5.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，所述片状构件的端部装填在所述凹部中。6.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，用于积存所述热传导构件的积存区域形成在沿所述片状构件的外缘形成的所述凹部的角落中。7.如权利要求1所述的电路体，其特征在于，所述冷却构件在比所述片状构件更靠外周侧地沿所述片状构件的外缘形成有凹部。8.如权利要求1至7中任一项所述的电路体，其特征在于，所述导体板配置在所述功率半导体元件的两个面上，所配置的各个所述导体板的一个面与所述功率半导体元件接合，所述片状构件分别与各个所述导体板的另一个面接合，所述冷却构件分别经由所述热传导构件与各个所述片状构件粘接。9.一种功率转换装置，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的电路体，并将直流电转换为交流电。10.一种电路体的制造方法，该电路体包括：与导体板的一个面接合的功率半导体元件；含有与所述导体板的另一个面接合的绝缘层的片状构件；密封构件，该密封构件在所述片状构件的与接合到所述导体板的面相反的面露出的状态下整体地密封所述片状构件、所述导体板和所述功率半导体元件；以及冷却构件，该冷却构件经由热传导构件粘接到所述片状构件的所述相反的面，该电路体的制造方法的特征在于，包括：通过与所述片状构件的外周侧相对应地形成有凸部的模具来保持所述片状构件的工序；以及对所述模具加压，将所述片状构件与所述导体板的另一个面接合，并用所述密封构件密封，与所述模具的所述凸部相对应地在所述密封构件中形成凹部的工序。11.如权利要求10所述的电路体的制造方法，其特征在于，
还包括用所述热传导构件覆盖从所述密封构件的表面露出的所述片状构件，并将所述冷却构件粘接到所述热传导构件的工序。

技术总结
本发明的电路体包括：与导体板的一个面接合的功率半导体元件；含有与所述导体板的另一个面接合的绝缘层的片状构件；密封构件，该密封构件在所述片状构件的与接合到所述导体板的面相反的面露出的状态下整体地密封所述片状构件和所述导体板和所述功率半导体元件；以及冷却构件，该冷却构件经由热传导构件粘接到所述片状构件的所述相反的面，在所述片状构件露出的所述密封构件的表面上，比所述片状构件更靠外周侧地沿着所述片状构件的外缘形成凹部。部。部。


技术研发人员：汤宁 露野円丈 金子裕二朗 井出英一
受保护的技术使用者：日立安斯泰莫株式会社
技术研发日：2021.09.29
技术公布日：2023/8/24