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公開番号2021129379
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210902
出願番号2020022077
出願日20200213
発明の名称電力変換器
出願人株式会社アイシン
代理人特許業務法人サカモト・アンド・パートナーズ
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210806BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】チップの端子と配線との接合の信頼性を高める。
【解決手段】半導体素子(Q1、D11等)を含むチップ(11)と、半導体素子に接合されるバスバ(14、15等)と、端子(110)に接合される第1端子(9101)を有するフレキシブルプリント基板(91、92)とを備える、電力変換器(10)が提供される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
半導体素子を含むチップと、
前記半導体素子に接合されるバスバと、
前記チップの端子に接合される第1端子を有するフレキシブルプリント基板とを備える、電力変換器。
続きを表示(約 880 文字)【請求項2】
前記フレキシブルプリント基板は、前記第1端子が前記チップの端子に重なるように、前記チップに対して配置される、請求項1に記載の電力変換器。
【請求項3】
前記フレキシブルプリント基板は、前記チップに対する位置合わせ用の切り欠き又は孔を有する、請求項2に記載の電力変換器。
【請求項4】
前記フレキシブルプリント基板は、端部において、第1方向に並ぶ複数の前記第1端子を有し、
前記チップは、前記第1方向に並ぶ複数の前記端子を有し、
前記端部は、前記第1方向の前記チップの外形寸法に対応した前記第1方向の寸法を有し、
前記切り欠き又は孔は、前記第1方向に対して直角な第2方向に係る位置合わせ用である、請求項3に記載の電力変換器。
【請求項5】
前記切り欠き又は孔は、前記第2方向で所定寸法を有し、
前記所定寸法は、前記第2方向における、前記チップの端子と前記第1端子との間で許容される位置ズレ量に対応する、請求項4に記載の電力変換器。
【請求項6】
前記チップは、前記第1端子に接合されない不使用の端子を有し、
前記切り欠き又は孔は、前記不使用の端子に対応付けて設けられる、請求項3に記載の電力変換器。
【請求項7】
前記フレキシブルプリント基板は、前記第1端子の形成領域において、貫通孔を更に有する、請求項2から6のうちのいずれか1項に記載の電力変換器。
【請求項8】
前記バスバの一部及び前記フレキシブルプリント基板の一部を露出する態様で、前記チップの端子と前記第1端子との接合部を封止する樹脂モールド部を更に備える、請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の電力変換器。
【請求項9】
前記樹脂モールド部から露出する前記フレキシブルプリント基板の一部に、第2端子が形成され、前記第2端子は、前記チップに制御信号を送るための制御装置に電気的に接続される、請求項8に記載の電力変換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電力変換器に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
インバータモジュールと制御基板との間に、制御端子をL字状に延在させることで、配線としての制御端子を介して、インバータモジュール内のチップと制御機器とを電気的に接続する電力変換器が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
国際公開公報WO2019/065184号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記のような従来技術では、チップに反り等の変形が生じた場合に、制御端子とチップの端子との間の接合部において接合不良等の不都合が生じるおそれがある。なお、チップの変形は、例えばインバータモジュール内でチップがバスバに接合されている構成の場合、温度変化によるバスバの変形等(例えばバスバとチップとの間の、熱膨張係数の相違に起因した生じる変形量の差異)に起因して生じうる。
【0005】
そこで、1つの側面では、本発明は、チップの端子と配線との接合の信頼性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
1つの側面では、半導体素子を含むチップと、
前記半導体素子に接合されるバスバと、
前記チップの端子に接合される第1端子を有するフレキシブルプリント基板とを備える、電力変換器が提供される。
【発明の効果】
【0007】
1つの側面では、本発明によれば、チップの端子と配線との接合の信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
電動車両用モータ駆動システムの全体構成の一例を示す図である。
インバータモジュールの斜視図である。
インバータモジュールの内部(樹脂モールド部が除去された状態)の斜視図である。
インバータモジュールの内部(樹脂モールド部が除去された状態)の平面図である。
一のチップと負極バスバ、出力バスバとの間の接合箇所の断面図である。
図5AのP1部の拡大図である。
インバータモジュールの実装状態の一例の説明図である。
一方側のフレキシブルプリント基板の単品状態を概略的に示す平面図である。
他方側のフレキシブルプリント基板の単品状態を概略的に示す平面図である。
フレキシブルプリント基板の端部と、チップとの接合方法を説明する図である。
比較例の場合の、チップに反り等の変形に起因した不都合を模式的に説明する図である。
本実施例の効果の説明図である。
フレキシブルプリント基板とチップとの間の正規の位置関係を示す図である。
図10のP2部の拡大図である。
図10のP3部の拡大図である。
実施例2によるフレキシブルプリント基板の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【0010】
以下では、本実施例による電力変換器の説明に先立って、まず、本実施例による電力変換器が適用されるのが好適な電動車両用モータ駆動システム1について説明する。なお、電動車両用モータ駆動システム1に関する図1の説明において、特に言及しない限り、各種の要素間の“接続”という用語は、“電気的な接続”を意味する。
【0011】
図1は、電動車両用モータ駆動システム1の全体構成の一例を示す図である。モータ駆動システム1は、高圧バッテリ2の電力を用いて走行用モータ5を駆動することにより車両を駆動させるシステムである。なお、電動車両は、電力を用いて走行用モータ5を駆動して走行するものであれば、その方式や構成の詳細は任意である。電動車両は、典型的には、動力源がエンジンと走行用モータ5であるハイブリッド自動車や、動力源が走行用モータ5のみである電気自動車を含む。以下、車両とは、特に言及しない限り、モータ駆動システム1が搭載される車両を指す。
【0012】
モータ駆動システム1は、図1に示すように、高圧バッテリ2、平滑コンデンサ3と、インバータ4、走行用モータ5、及びインバータ制御装置6を備える。
【0013】
高圧バッテリ2は、電力を蓄積して直流電圧を出力する任意の蓄電装置であり、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気2重層キャパシタ等の容量性素子を含んでよい。高圧バッテリ2は、典型的には、定格電圧が100Vを超えるバッテリであり、定格電圧が例えば288Vである。
【0014】
インバータ4は、正極ラインと負極ラインとの間に互いに並列に配置されるU相、V相、W相の各アームを含む。U相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1、Q2の直列接続を含み、V相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT)Q3、Q4の直列接続を含み、W相アームはスイッチング素子(本例ではIGBT)Q5、Q6の直列接続を含む。また、各スイッチング素子Q1〜Q6のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードD11〜D16が配置される。なお、スイッチング素子Q1〜Q6は、MOSFET(metal oxide semiconductor field−effect transistor)のような、IGBT以外の他のスイッチング素子であってもよい。
【0015】
走行用モータ5は、例えば3相の交流モータであり、U、V、W相の3つのコイルの一端が中性点で共通接続される。U相コイルの他端は、スイッチング素子Q1、Q2の中点M1に接続され、V相コイルの他端は、スイッチング素子Q3、Q4の中点M2に接続され、W相コイルの他端は、スイッチング素子Q5、Q6の中点M3に接続される。スイッチング素子Q1のコレクタと負極ラインとの間には、平滑コンデンサ3が接続される。
【0016】
インバータ制御装置6には、走行用モータ5を流れる電流を検出する電流センサ(図示せず)等の各種センサが接続される。インバータ制御装置6は、各種センサからのセンサ情報に基づいて、インバータ4を制御する。インバータ制御装置6は、例えばCPU、ROM、メインメモリ(全て図示せず)などを含み、インバータ制御装置6の各種機能は、ROM等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてCPUにより実行されることによって実現される。インバータ4の制御方法は、任意であるが、基本的には、U相に係る2つのスイッチング素子Q1、Q2が互いに逆相でオン/オフし、V相に係る2つのスイッチング素子Q3、Q4が互いに逆相でオン/オフし、W相に係る2つのスイッチング素子Q5、Q6が互いに逆相でオン/オフする。
【0017】
なお、図1に示す例では、モータ駆動システム1は、単一の走行用モータ5を備えているが、追加のモータ(発電機を含む)を備えてもよい。この場合、追加のモータ(複数も可)は、対応するインバータと共に、走行用モータ5及びインバータ4と並列な関係で、高圧バッテリ2に接続されてもよい。また、図1に示す例では、モータ駆動システム1は、DC/DCコンバータを備えていないが、高圧バッテリ2とインバータ4の間にDC/DCコンバータを備えてもよい。
【0018】
高圧バッテリ2と平滑コンデンサ3との間には、図1に示すように、高圧バッテリ2から電力供給を遮断するための遮断用スイッチSW1が設けられる。遮断用スイッチSW1は、半導体スイッチやリレー等で構成されてもよい。遮断用スイッチSW1は、常態でオン状態であり、例えば車両の衝突検出時等にオフとされる。なお、遮断用スイッチSW1のオン/オフの切換はインバータ制御装置6により実現されてもよいし、他の制御装置により実現されてもよい。
【0019】
次に、図2から図6を参照して、インバータ4に関連するモジュール構成(以下、「インバータモジュール10」と称する)について概説する。なお、図2以降では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。
【0020】
図2は、インバータモジュール10(電力変換器の一例)の斜視図であり、図3は、インバータモジュール10の内部(樹脂モールド部19が除去された状態)の斜視図である。図4は、インバータモジュール10の内部(樹脂モールド部19が除去された状態)の平面図である。なお、図2及び図3等には、Z方向(及びZ方向Z1側、Z方向Z2側)が定義されている。
【0021】
インバータモジュール10は、インバータ4に係るモジュールである。なお、本実施例では、一例として、スイッチング素子Q1(スイッチング素子Q2〜Q6についても同様)はダイオードD11を内蔵したチップの形態で実現され、「チップ11」とも称する。
【0022】
インバータモジュール10は、図2及び図3に示すように、正極バスバ14(バスバの一例)と、負極バスバ15(バスバの一例)と、複数の出力バスバ16、17、18(バスバの一例)と、フレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)91、92とを備える。正極バスバ14、負極バスバ15、及び出力バスバ16、17、18は、それぞれ、板金部材等により形成される。正極バスバ14は、高圧バッテリ2の正極側からの正極ラインを形成し、負極バスバ15は、負極ラインを形成する。また、出力バスバ16、17、18は、インバータ4と走行用モータ5との間を接続する(図1参照)。
【0023】
本実施例では、一例として、正極バスバ14は、上アームに係る3つのチップ11にわたって直線状に延在する本体部141と、本体部141の両側に端部142とを含む。なお、図3に示す例では、端部142は、本体部141から略90度Z方向Z1側に屈曲してZ方向Z1側へと延在し、Z方向Z1側の端面が樹脂モールド部19から露出する。これは、負極バスバ15についても同様である。なお、負極バスバ15は、端部152が本体部151から略90度Z方向Z2側に屈曲してZ方向Z2側へと延在し、Z方向Z2側の端面が樹脂モールド部19から露出する。なお、負極バスバ15の本体部151は、チップ11と接合しない側の表面が樹脂モールド部19におけるZ方向Z1側表面から露出される。
【0024】
また、本実施例では、一例として、正極バスバ14の本体部141と負極バスバ15の本体部151は、平行に同一方向に延在し、出力バスバ16、17、18は、正極バスバ14の本体部141(及びそれに伴い負極バスバ15の本体部151)に交差する態様で延在する。出力バスバ16、17、18は、それぞれ、長手方向の一端側でZ方向Z1側から正極バスバ14にZ方向で対向する。Z方向で出力バスバ16、17、18のそれぞれと正極バスバ14との間には、上アームに係る3つのチップ11が設けられる。上アームに係る3つのチップ11は、正極バスバ14のZ方向Z1側の表面と、出力バスバ16、17、18のうちの対応する1つのZ方向Z2側の表面とに、面沿いに接合される。同様に、出力バスバ16、17、18は、それぞれ、長手方向の他端側でZ方向Z2側から負極バスバ15にZ方向で対向する。Z方向で出力バスバ16、17、18のそれぞれと負極バスバ15との間には、下アームに係る3つのチップ11が設けられる。下アームに係る3つのチップ11は、負極バスバ15のZ方向Z2側の表面と、出力バスバ16、17、18のうちの対応する1つのZ方向Z1側の表面とに、面沿いに接合される。
【0025】
フレキシブルプリント基板91、92は、各チップ11と制御基板40とを接続する制御配線13(図6参照)を実現する。フレキシブルプリント基板91は、負極バスバ15上の3つのチップ11(すなわち下アームに係る3つのチップ11)のそれぞれに対して設けられる。フレキシブルプリント基板92は、正極バスバ14上の3つのチップ11(すなわち上アームに係る3つのチップ11)のそれぞれに対して設けられる。フレキシブルプリント基板91、92の構成の詳細は後述する。
【0026】
なお、スイッチング素子Q1〜Q6のそれぞれに係るチップ11、正極バスバ14、負極バスバ15、及び出力バスバ16、17、18は、図2に示すように、例えばモールド樹脂からなる樹脂モールド部19に少なくとも部分的に埋め込まれた状態で一体化されてよい。樹脂モールド部19からは、フレキシブルプリント基板91、92と、正極バスバ14、負極バスバ15、及び出力バスバ16、17、18のそれぞれの接続端子部分とが突出される。図2に示す例では、フレキシブルプリント基板91とフレキシブルプリント基板92は、互いに対してインバータモジュール10の逆側の側面から引き出される態様で、樹脂モールド部19から外側へと延在する。
【0027】
図5Aは、一のチップ11と負極バスバ15、出力バスバ18との間の接合箇所の断面図であり、図3のラインA−Aに沿った断面の一部を示す。図5Bは、図5AのP1部の拡大図である。なお、代表として、一のチップ11と負極バスバ15、出力バスバ18との間の接合に関する構成を説明するが、他のチップ11についても同様であってよい。
【0028】
図5A及び図5Bに示すように、負極バスバ15及び出力バスバ18は、それぞれ、チップ11に接合材(接合層90により図示)を介して接合される。接合材は、任意の導電性材料であってよいが、例えば銀ナノ粒子を含む接合材であってよい。
【0029】
図6は、インバータモジュール10の実装状態の一例の説明図である。なお、図6は、模式図であり、インバータモジュール10との関係で、他の要素(コンデンサケース30等)をZ方向で離して図示している。
【0030】
インバータモジュール10は、例えば、図6に示すように、コンデンサケース30のZ方向Z1側に支持されてもよい。コンデンサケース30は、コンデンサモジュール20を収容する。なお、コンデンサモジュール20は、平滑コンデンサ3を構成する複数のコンデンサ素子を有する。コンデンサケース30は、例えば、熱伝導率が高い材料(例えば銅やアルミニウム等)で形成されてよい。コンデンサケース30は、冷媒流路を形成する流路形成部38を一体的に含んでもよい。流路形成部38は、コンデンサケース30のZ方向Z1側に形成される。この場合、流路形成部38のZ方向Z1側の表面上にインバータモジュール10が支持されることで、インバータモジュール10を効果的に冷却できる。
(【0031】以降は省略されています)

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