JP2011115020A - Power unit - Google Patents
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Abstract
【課題】バスバーの熱を効率良く吸収しつつ、小型化を図ることができるパワーユニットを提供する。
【解決手段】 パワーユニット1は、パワー半導体素子2と、パワー半導体素子2が実装される絶縁基板3と、パワー半導体素子2に電気的に接続されるバスバー4とを備える。バスバー4は、それぞれ平板状に形成された導電部材9と絶縁冷却部材10とを積層して構成されている。絶縁冷却部材10の内部には、冷媒を流通させるための溝13が形成されている。絶縁冷却部材10及び冷媒は、バスバー4の熱を吸収してバスバー4を冷却する。
【選択図】 図1Provided is a power unit that can be reduced in size while efficiently absorbing heat of a bus bar.
A power unit includes a power semiconductor element, an insulating substrate on which the power semiconductor element is mounted, and a bus bar that is electrically connected to the power semiconductor element. The bus bar 4 is configured by laminating a conductive member 9 and an insulating cooling member 10 each formed in a flat plate shape. A groove 13 is formed in the insulating cooling member 10 for circulating the refrigerant. The insulating cooling member 10 and the refrigerant absorb the heat of the bus bar 4 and cool the bus bar 4.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、パワーユニットに関し、特に電気自動車やハイブリッド車等の車両に用いられるパワーユニットに関するものである。 The present invention relates to a power unit, and more particularly to a power unit used in a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
従来、車両に用いられるパワーユニットとして、特開2009−135278号公報に記載されるように、パワー半導体素子が実装された絶縁基板と、パワー半導体素子にボンディングワイヤによって電気的に接続されるバスバーと、絶縁基板を搭載する冷却器とを有するものが知られている。そして、パワー半導体素子と冷却器とを一体に構成することにより、パワー半導体素子からの熱を効率良く冷却器に伝達し、ユニット全体を冷却することが図られている。 Conventionally, as described in JP 2009-135278 A as a power unit used in a vehicle, an insulating substrate on which a power semiconductor element is mounted, a bus bar electrically connected to the power semiconductor element by a bonding wire, What has a cooler which mounts an insulating substrate is known. Then, by integrally configuring the power semiconductor element and the cooler, heat from the power semiconductor element is efficiently transmitted to the cooler to cool the entire unit.
しかしながら、高直流電圧を車両のモータに印加して出力効率を高める場合、パワー半導体素子の発熱量が大きくなり、ボンディングワイヤからバスバーに伝達する熱量が増加してバスバーの温度が上昇するので、上述のパワーユニットの冷却構造では対応し難い。バスバーの温度上昇を抑制するためには、バスバーの断面積を大きくする方法が考えられるが、バスバーの断面積を大きくすると、パワーユニットの小型化を図り難くなる問題点があった。 However, when increasing the output efficiency by applying a high DC voltage to the motor of the vehicle, the amount of heat generated by the power semiconductor element increases, the amount of heat transmitted from the bonding wire to the bus bar increases, and the temperature of the bus bar rises. It is difficult to cope with the cooling structure of the power unit. In order to suppress the temperature rise of the bus bar, a method of increasing the cross-sectional area of the bus bar can be considered. However, if the cross-sectional area of the bus bar is increased, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the power unit.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、バスバーの熱を効率良く吸収しつつ、小型化を図ることができるパワーユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a power unit that can be miniaturized while efficiently absorbing the heat of the bus bar.
本発明に係るパワーユニットは、パワー半導体素子と、その周囲に配置されたバスバーとを有するパワーユニットにおいて、バスバーは、パワー半導体素子に電気的に接続される導電部材と、周囲から熱を吸収する絶縁冷却部材とを積層してなることを特徴とする。 The power unit according to the present invention is a power unit having a power semiconductor element and a bus bar arranged around the power semiconductor element. The bus bar includes a conductive member electrically connected to the power semiconductor element, and insulation cooling that absorbs heat from the periphery. It is characterized by being laminated with a member.
本発明に係るパワーユニットでは、バスバーが導電部材と絶縁冷却部材とを積層してなるので、パワー半導体素子から伝熱される熱量とバスバーが発生する熱量とが絶縁冷却部材により効率良く吸収されて、パワー半導体素子及びバスバーが冷却される。従って、バスバーの薄型化が可能となり、パワーユニットの小型化を図ることができる。 In the power unit according to the present invention, since the bus bar is formed by laminating the conductive member and the insulating cooling member, the heat transferred from the power semiconductor element and the heat generated by the bus bar are efficiently absorbed by the insulating cooling member. The semiconductor element and the bus bar are cooled. Accordingly, the bus bar can be thinned, and the power unit can be miniaturized.
本発明に係るパワーユニットにおいて、バスバーは、導電部材と絶縁冷却部材とをこれらの厚さ方向に積層してなることが好適である。このようにすれば、絶縁冷却部材がバスバーの熱を効率良く吸収して冷却することができる。しかも、パワー半導体素子との接続を行い易くなる。 In the power unit according to the present invention, the bus bar is preferably formed by laminating a conductive member and an insulating cooling member in the thickness direction. In this way, the insulating cooling member can efficiently absorb and cool the heat of the bus bar. Moreover, it becomes easy to connect to the power semiconductor element.
本発明に係るパワーユニットにおいて、絶縁冷却部材には、冷媒を流通させる冷媒流路が設けられていることが好適である。この場合にあっては、冷媒を用いることにより更にバスバーの熱を効率良く吸収することができる。 In the power unit according to the present invention, it is preferable that the insulating cooling member is provided with a refrigerant flow path for circulating the refrigerant. In this case, the heat of the bus bar can be further efficiently absorbed by using the refrigerant.
本発明に係るパワーユニットにおいて、冷媒は、ジェット噴流を形成することが好適である。このようにすれば、バスバー間の狭い領域においてもバスバーの熱を効率良く吸収することができる。 In the power unit according to the present invention, it is preferable that the refrigerant forms a jet jet. In this way, the heat of the bus bar can be efficiently absorbed even in a narrow region between the bus bars.
本発明によれば、バスバーの熱を効率良く吸収しつつ、小型化を図ることができるパワーユニットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power unit which can achieve size reduction can be provided, absorbing the heat | fever of a bus bar efficiently.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係るパワーユニットの断面図である。図1に示すように、パワーユニット1は、パワー半導体素子2と、パワー半導体素子2が実装される絶縁基板3と、パワー半導体素子2に電気的に接続されるバスバー4とを備えている。パワー半導体素子2及び絶縁基板3は、パワー半導体モジュールを構成する。パワー半導体素子2は、例えばインバータ回路を構成するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子やダイオード等である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a power unit according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
図2は、3相インバータを示す電気回路図である。図2に示すように、インバータの回路は、三相インバータブリッジによって構成されている。すなわち、このインバータの回路は、直列に接続された2つのIGBT素子Q11,Q12からなる組(ブリッジ)が3組並列に接続されて成り、IGBT素子Q11のコレクタが正電圧側の直流電源ラインPと接続され、IGBT素子Q12のエミッタが負電圧側の直流電源ラインNと接続されている。IGBT素子Q11のエミッタとIGBT素子Q12のコレクタとの接続点は、モータ(図示せず)の電源入力端子と接続されている。また、各IGBT素子Q11,Q12と並列に、ダイオードD11,D12が逆方向接続されている。 FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a three-phase inverter. As shown in FIG. 2, the inverter circuit is configured by a three-phase inverter bridge. That is, this inverter circuit is formed by connecting three sets of two IGBT elements Q11 and Q12 connected in series (bridge) in parallel, and the collector of the IGBT element Q11 is a DC power supply line P on the positive voltage side. And the emitter of IGBT element Q12 is connected to DC power supply line N on the negative voltage side. A connection point between the emitter of IGBT element Q11 and the collector of IGBT element Q12 is connected to a power input terminal of a motor (not shown). In addition, diodes D11 and D12 are connected in reverse direction in parallel with the IGBT elements Q11 and Q12.
図1に示すように、パワー半導体素子2の表面側に位置するエミッタ2aはボンディングワイヤ6によってバスバー4に接続されており、その裏面側に位置するコレクタ2bが半田層5によって絶縁基板3に固定されている。絶縁基板3は、DBA(Direct Brazed Aluminum)基板であり、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる上部金属層3aと、絶縁体である窒化アルミニウム層3bと、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる下部金属層3cとを積層した構造を有している。上部金属層3aは、半田層5を介してパワー半導体素子2のコレクタ2bに電気的に接続されている。下部金属層3cは、ロウ付けで絶縁冷却器8と接合されている。
As shown in FIG. 1, the
絶縁冷却器8は、略平板状に形成され、パワー半導体素子2及び絶縁基板3を搭載する絶縁基板搭載部8aと、バスバー4を搭載するバスバー搭載部8bとを有している。絶縁基板3は、ロウ付けによって絶縁基板搭載部8aに固定されている。絶縁冷却器8は、主にセラミックス等の絶縁材料により構成されている。
The insulating
バスバー4は、それぞれ平板状に形成された導電部材9と絶縁冷却部材10とを積層して構成されている。図1に示すように、バスバー4は、平板状の導電部材9及び平板状の絶縁冷却部材10を横方向(導電部材9と絶縁冷却部材10との厚さ方向)に沿って交互に配置されて積層されている。導電部材9として、アルミニウムや銅等の電気伝導性の高い材料が挙げられる。絶縁冷却部材10は、絶縁冷却器8と同様にセラミックス等の絶縁材料により形成されている。
The
絶縁冷却部材10は、絶縁冷却器8と一体的に形成されている。すなわち、絶縁冷却部材10は、絶縁冷却器8のバスバー搭載部8bから立設され、バスバー搭載部8bと一体化されている。このようにすれば、バスバー4からの発熱が絶縁冷却部材10を経由して直接絶縁冷却器8に伝熱される。なお、バスバー4の断面積は、溶断電流によって決まるため発熱温度が上昇するほど大きくなる。
The insulating
導電部材9と絶縁冷却部材10とを積層してなる積層体は、その外周に配置されたハウジング11によって囲まれている。ハウジング11は、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂材料から形成されている。
A laminate formed by laminating the
バスバー4のP極バスバー4aは、ボンディングワイヤ7により接続された絶縁基板3の上部金属層3aと半田層5とを介して、パワー半導体素子2のコレクタ2bに電気的に接続されている。N極バスバー4bは、ボンディングワイヤ6によってパワー半導体素子2のエミッタ2aと電気的に接続されている。P極バスバー4a及びN極バスバー4bは、それぞれ導電部材9から構成されており、その間に配置された絶縁冷却部材10によって電気的に絶縁されている。
The P-
このように構成されたパワーユニット1では、パワー半導体素子2が発生する熱量が、半田層5と絶縁基板3とを経由して絶縁冷却器8に伝わる。絶縁冷却器8は、その伝熱を吸収してパワー半導体素子2及び絶縁基板3を冷却する。また、パワー半導体素子2が発生する熱量の一部が、ボンディングワイヤ6,7を経由してバスバー4に伝わり、バスバー4が発生する熱量と共に絶縁冷却部材10によって効率良く吸収される。これによって、パワー半導体素子2及びバスバー4は絶縁冷却部材10に効率良く冷却される。
In the
本実施形態に係るパワーユニット1では、バスバー4が導電部材9と絶縁冷却部材10とを積層してなるので、パワー半導体素子2から伝熱される熱量とバスバー4が発生する熱量とが絶縁冷却部材10により効率良く吸収されて、パワー半導体素子2及びバスバー4が冷却される。従って、バスバー4の薄型化が可能となり、パワーユニット1の小型化を図ることができる。
In the
また、バスバー4が導電部材9と絶縁冷却部材10とをこれらの厚さ方向に積層してなるので、絶縁冷却部材10がバスバー4の熱を効率良く吸収して冷却することができる。このため、素子高温化に対応することが可能となる。すなわち、例えばパワー半導体素子2をSi素子(ジャンクション温度150℃)からSiC素子(ジャンクション温度250℃)に切り替えた場合、ボンディングワイヤ6を経由してバスバー4に伝熱される熱量によってバスバー4の温度上昇が高くなるが、絶縁冷却部材10がその伝熱を効率良く吸収してバスバー4を冷却することができるため、バスバー4の温度上昇を抑制することができる。
Further, since the
また、P極バスバー4aとN極バスバー4bとが、その間に配置された絶縁冷却部材10によって電気的に絶縁されるので、従来よりも絶縁距離を短くすることができる。しかも、パワー半導体素子との接続を行い易くなる。更に、図1に示すようにバスバー4を縦方向に配置することにより、平面方向に薄型化を図ることが可能となる。
Further, since the P-
また、従来ではハウジング樹脂(例えばPPSの場合)の耐熱温度が200℃を超えた場合、その下面に配置された絶縁冷却器を利用して冷却が必要であるが、本実施形態に係るパワーユニット1では、ハウジング11の下面に配置される絶縁冷却器8のみならず、絶縁冷却部材10によって内部から熱を吸収することができるので、ハウジング11を効率良く冷却することができる。
Further, conventionally, when the heat-resistant temperature of the housing resin (for example, PPS) exceeds 200 ° C., it is necessary to cool the housing resin by using an insulating cooler arranged on the lower surface thereof. Then, since the heat can be absorbed not only by the insulating
更に、ボンディングワイヤ6及び7を含む配線の接合寿命は、パワー半導体素子2のパワーサイクルに起因している。本実施形態に係るパワーユニット1では、絶縁冷却部材10がパワー半導体素子2及びバスバー4の熱を効率良く吸収するので、配線とバスバー4の温度上昇を抑制することができ、接合寿命を延ばすことが可能となる。また、バスバー4の温度上昇を抑制することで、ハウジング11の樹脂界面の剥離の発生を防止することができる。その結果、パワーユニット1の信頼性を高めることができる。
Further, the bonding life of the wiring including the
(第2実施形態)
図3は第2実施形態に係るパワーユニットの断面図である。第2実施形態に係るパワーユニット12と第1実施形態との相違点は、バスバー4の絶縁冷却部材10及び絶縁冷却器8に冷媒を流通させる冷媒流路が設けられることである。本実施形態に係るパワーユニット12のその他の構成は、第1実施形態に係るパワーユニット1と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a power unit according to the second embodiment. The difference between the
図3に示すように、各絶縁冷却部材10の内部には、冷媒を流通させるための溝13がそれぞれ形成されている。これらの溝13は、下方に向けて開口するように、W/B(ワイヤーボンド)またはT/B(テープボンド)等の接合に近い箇所に形成されている。また、絶縁冷却器8の絶縁基板搭載部8aにおいて、絶縁基板3が搭載される場所に対応する領域には、冷媒を流通させるための溝14が複数形成されている。これらの溝14は、下方に向けて開口している。これらの溝13,14には、冷媒が流入し、絶縁冷却器8及び絶縁冷却部材10の熱を吸収する。なお、冷媒はジェット噴流を形成することが好ましい。
As shown in FIG. 3, each insulating cooling
このような構成により、パワーユニット12は、第1実施形態に係るパワーユニット1と同様な効果を得られるほか、絶縁冷却部材10に冷媒を流通させる溝13を設けることにより、冷媒を用いて更にバスバー4の熱を効率良く吸収することができる。しかも、冷媒がジェット噴流を形成するので、P極バスバー4aとN極バスバー4bとの間の狭い領域においてもバスバー4の熱を効率良く吸収することができる。
With such a configuration, the
本発明に係るパワーユニットは、上記の実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明にパワーユニットは、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係るパワーユニットを変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、上記の実施形態において、配線の接合方法として、ワイヤーボンドを用いたが、テープボンドやダイレクトリードボンドを用いてもよい。また、冷媒を流通させる冷媒流路として、溝のほか、穴などの流路を設けてもよい。 The power unit according to the present invention is not limited to that described in the above embodiment. The power unit according to the present invention may be obtained by modifying the power unit according to the embodiment so as not to change the gist described in each claim or applying the power unit to another. For example, in the above embodiment, wire bonding is used as a wiring bonding method, but tape bonding or direct lead bonding may be used. In addition to the groove, a channel such as a hole may be provided as the coolant channel for circulating the coolant.
1,12…パワーユニット、2…パワー半導体素子、4…バスバー、4a…P極バスバー、4b…N極バスバー、9…導電部材、10…絶縁冷却部材、11…ハウジング、Q11,Q12…IGBT素子、D11,D12…ダイオード、13,14…溝。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記バスバーは、前記パワー半導体素子に電気的に接続される導電部材と、周囲から熱を吸収する絶縁冷却部材とを積層してなることを特徴とするパワーユニット。 In a power unit having a power semiconductor element and a bus bar arranged around the power semiconductor element,
The bus bar is formed by laminating a conductive member electrically connected to the power semiconductor element and an insulating cooling member that absorbs heat from the surroundings.
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013016615A (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Toyota Motor Corp | Semiconductor module |
| WO2014131829A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | Magna Powertrain Ag & Co Kg | Component cooling system |
| JP2014175612A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Heat radiation structure of terminal and semiconductor device |
| JP2020129895A (en) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | 富士電機株式会社 | Power conversion device |
| US10971431B2 (en) | 2018-05-30 | 2021-04-06 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, cooling module, power converting device, and electric vehicle |
| US11201121B2 (en) | 2017-04-14 | 2021-12-14 | Fuji Electric Co., Ltd | Semiconductor device |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013016615A (en) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Toyota Motor Corp | Semiconductor module |
| US8604608B2 (en) | 2011-07-04 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor module |
| WO2014131829A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | Magna Powertrain Ag & Co Kg | Component cooling system |
| JP2014175612A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Heat radiation structure of terminal and semiconductor device |
| US11201121B2 (en) | 2017-04-14 | 2021-12-14 | Fuji Electric Co., Ltd | Semiconductor device |
| US10971431B2 (en) | 2018-05-30 | 2021-04-06 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, cooling module, power converting device, and electric vehicle |
| JP2020129895A (en) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | 富士電機株式会社 | Power conversion device |
| JP7275619B2 (en) | 2019-02-08 | 2023-05-18 | 富士電機株式会社 | power converter |
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