电力转换装置

摘要

存在这样的问题，即当半导体组件发生破坏时内部发生的异常发热导致的火苗有可能从开口部等喷出，发生火苗延烧到电力转换装置内部的其他部件等而引起电力转换装置的二次延烧。本发明提供一种电力转换装置，包括：功率半导体；冷却功率半导体的冷却翅片；配置在上述功率半导体与上述冷却翅片之间并包括与上述功率半导体的形状相配的开口部的第一壳体；和覆盖设置于上述功率半导体的引线端子用的开口部的第二壳体。

权利要求

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：功率半导体，其设置有多个引线端子用的开口部，其中一部分引线端子用的开口部有引线端子贯穿，而剩下的引线端子用的开口部没有引线端子贯穿；

冷却功率半导体的冷却翅片；

第一壳体，其配置在所述功率半导体与所述冷却翅片之间，包括与所述功率半导体的形状相配的开口部；和第二壳体，其将设置于所述功率半导体的、没有引线端子贯穿的引线端子用的开口部覆盖，所述第二壳体的与所述功率半导体相反的一侧的至少一边设置有突起部。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体覆盖设置于所述功率半导体的封装胶注入用的开口部。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体包括覆盖设置于所述功率半导体的封装胶注入用的开口部的突起。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体由硅树脂构成。

5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体由塑料树脂或绝缘树脂构成。

6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体具有用于使所述功率半导体的引线端子贯穿其中的开口部。

7.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第二壳体的厚度为0.71mm以上。

8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述第一壳体具有与所述功率半导体的尺寸相配的开口部。

9.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于：所述第一壳体的开口部至少在一边设置有突起。

10.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：所述第一壳体的突起的高度比所述功率半导体的高度低。

11.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述功率半导体由多个功率半导体芯片构成。

说明书

电力转换装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电力转换装置。

背景技术

[0002] 作为电力转换装置的逆变器作为交流电动机的速度控制装置广泛用于工业界以及家电产品中。

[0003] 电力转换装置通过使IGBT等功率半导体元件(电力用半导体元件)开关驱动，进行电压和频率的可变控制，但为了实现小型化，使用将保护电路等外围电路组装到同一封装内的半导体组件，即IPM(intelligent power module：智能功率组件)。

[0004] 而另一方面，对高效率化、小型化和价格低廉化的需求强烈，加工技术的微细化带来的半导体芯片的尺寸缩小(shrink)和高性能化，使得针对相同的额定电流能够利用相比现有封装更小型的封装来实现。

[0005] 但是，提高半导体组件制造上的自由度被得到重视，在组件结构上，有可能不一定与用户的需求匹配。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开2008－288414号公报

[0009] 非专利文献

[0010] 非专利文献1：富士电机技报2012 vol.85 no.6P.426－429

发明内容

[0011] 发明想要解决的技术问题

[0012] 专利文献1的[0051]段记载如下：“将盖部20c载置到基板50上的结果是，多个引线框23与基板50上的多个金属箔12接触。并且，对接触的部分进行软钎焊(焊接)，将各个引线框23与各金属箔12电连接。另外，通过将引线框23与各自的金属箔12接合，将盖部20c固定在基板50上。”。

[0013] 另外，在非专利文献1的426页左栏第21行至第24行记载如下：“作为新型的小容量IGBT组件，研发出了带制动的逆变器、转换器用组件‘小型柔性PIM(Power Integrated Module，功率集成组件)’并将其系列化。”，此外在第426页左栏第27行至右上栏第二行记载如下：“在结构方面与现有技术的IGBT组件产品不同，但通过不使用铜基实现了大幅小型化和轻量化。”。

[0014] 而且，在第427页的左上，图1中登载了作为半导体组件的小型柔性PIM的外观照片。照片上公开了贯穿引线框(引线端子)的开口部、引线框没有贯穿的空的开口部、封装胶注入用开口部，在第426页右栏第18行至第20行记载如下：“与现有产品中相同额定电流的M711封装相比，小型柔性PIM能够减小45％的安装面积，75％的质量。因此非常有助于顾客装置的小型化和低成本化。”。

[0015] 专利文献1和非专利文献1中，记载有在功率半导体组件的上表面贯穿引线框(引线端子)的开口部和没有引线框贯穿的空的开口部。通过设置多个开口部，能够提高功率半导体组件制造上的自由度。但是当功率半导体内部的半导体芯片的安装位置或另外追加半导体芯片等制造顾客专用的定制功率半导体组件的情况下，只要预先设置多个开口部，就能够将引线框设置在自由的部位，对定制功率半导体组件来说，也能够共用标准的功率半导体组件壳体，这是制造上的优点。

[0016] 但是，因为周围的空气能通过没有引线框贯穿的空的开口部和封装胶注入用的开口部供给到组件内部，所以当功率半导体发生破坏时，容易与周围的空气结合而容易起火。

[0017] 现有的功率半导体组件由硬树脂或盖构成，所以在结构上当功率半导体发生破坏时，难以与周围的空气容易结合。

[0018] 即，存在这样的问题，即当功率半导体发生破坏时的组件内部的内压上升使异常发热导致的火苗从开口部等喷出，与空气结合延烧到电力转换装置内部的其他部分等，有可能引发电力转换装置的二次延烧。

[0019] 用于解决问题的技术方案

[0020] 上述目的和实现的方案如下所述。

[0021] 一种电力转换装置，其特征在于，包括：功率半导体；冷却功率半导体的冷却翅片；配置在上述功率半导体与上述冷却翅片之间的、包括与上述功率半导体的形状相配的开口部的第一壳体；和覆盖设置于上述功率半导体的引线端子用的开口部的第二壳体。

[0022] 发明效果

[0023] 根据本发明，能够防止当功率半导体发生破坏时内部发生的异常发热导致的火苗从没有引线框贯通的空的开口部或封装胶注入用开口部等喷出而延烧到电力转换装置内部的其他部件等所引起的二次延烧。

附图说明

[0024] 图1是本发明的电力转换装置的结构图的一例。

[0025] 图2是本发明的电力转换装置的概观图的一例。

[0026] 图3(a)是本发明的电力转换装置的定位壳体16的概观图(第一方式)的一例。

[0027] 图3(b)是本发明的电力转换装置的定位壳体16的概观图(第一方式)的一例。

[0028] 图3(c)是本发明的电力转换装置的定位壳体16的概观图(第一方式)的一例。

[0029] 图3(d)是将盖上本发明的电力转换装置的定位壳体16和壳体15的功率半导体搭载于冷却翅片上的状态的正视图和概观图的一例。

[0030] 图3(e)是将盖上本发明的电力转换装置的定位壳体16和壳体15的功率半导体搭载于冷却翅片上的状态的正视图和概观图的一例。

[0031] 图4(a)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图(第二方式)的一例。

[0032] 图4(b)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图和正视图(第二方式)的一例。

[0033] 图4(c)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图和正视图(第二方式)的一例。

[0034] 图4(d)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图和正视图(第二方式)的一例。

[0035] 图4(e)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图(第二方式)的一例。

[0036] 图4(f)是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图和正视图(第二方式)的一例。

[0037] 图4(g)是表示本发明的电力转换装置的功率半导体上安装壳体15的状态的概观图(第二方式)的一例。

[0038] 图5是表示本发明的电力转换装置的基板PCB和壳体15的关系的概观图(第三方式)。

[0039] 图6是在本发明的电力转换装置的功率半导体的开口部涂覆绝缘树脂的状态的图(第四方式)。

具体实施方式

[0040] 实施例1

[0041] 以下利用附图对本发明进行说明。其中，各图中相同的结构标注相同的附图标记。另外，本发明不限于图示例。

[0042] 以下利用附图对本发明的电力转换装置的实施例1的方式进行说明。

[0043] 图1是本发明的电力转换装置的结构图的一例。

[0044] 图1的电力转换装置10包括用于对交流电动机4供给电力的整流器部1、平滑用电容器2、逆变器部3、控制电路5、冷却风扇6、数字式操作面板7、驱动电路8、再生制动部9。图1示出了作为任意的输入电源使用交流电源的情况。

[0045] 整流器部1将交流电力转换为直流电力。

[0046] 平滑用电容器2设置在整流器部1的输出侧。

[0047] 逆变器部3将直流电力转换为任意频率的交流电力。在逆变器部3内搭载有例如IGBT作为代表性的开关元件。此处，作为开关元件不限于IGBT，只要是具有作为开关元件的方式的即可。

[0048] 冷却风扇6对整流器部1、再生制动部9和逆变器部3内的功率半导体组件进行冷却。

[0049] 数字式操作面板7对电力转换装置的各种控制数据进行设定、变更、并进行异常状态和监视器显示。在操作面板7上设置有能够进行异常显示的显示部，当检测到电力转换装置的异常时，显示在该显示部上。作为本实施例的操作面板7，种类没有特别限制，但作为数字式操作面板考虑装置使用者的操作性，构成为能够一边看着显示部的显示一边进行操作。

[0050] 另外，显示部没有必要与操作面板7构成为一体，但是优选构成为一体，使得操作面板7的操作者能够一边看着显示一边进行操作。

[0051] 从操作面板7输入的电力转换装置的各种控制数据保存在未图示的存储部中。

[0052] 控制电路5基于由数字式操作面板7输入的各种控制数据对逆变器部3和再生制动部9内的开关元件进行控制，并且起到掌控电力转换装置10整体的控制的作用，构成为搭载有微型计算机(控制运算装置)，能够根据从数字式操作面板7输入的各种控制数据进行必要的控制处理。

[0053] 省略内部结构，不过搭载有基于来自保存有各种控制数据的存储部的存储数据的信息进行运算的微型计算机(控制运算装置)。

[0054] 电流检测器CT检测交流电动机的U相、W相的线电流。V相的线电流根据交流条件(iu+iv+iw＝0)求得iv＝－(iu+iw)。

[0055] 图1示出了利用两个CT的例子，但也可以使用三个CT检测各U相、V相、W相的线电流。

[0056] 驱动电路8基于来自控制电路5的指令驱动逆变器部3和再生制动部9内的开关元件。在驱动电路8内搭载有开关稳压电路(DC/DC转换器)，生成电力转换装置的运转所需的各直流电压，将其供给至各结构。

[0057] 再生制动电阻器BR起到将交流电动机减速时的旋转能以热能形式在电阻器中消耗的作用。

[0058] 另外，作为任意的输入电源不使用交流电源而供给直流电源的情况下，直流端子P侧连接直流电源的+侧，直流端子N侧连接直流电源的－侧即可。

[0059] 而且，也可以将交流端子R、S、T连接，并且在其连接点连接直流电源的+侧，在直流端子N侧连接直流电源的－侧，或者反过来，也可以在直流端子P侧连接直流电源的+侧，并且将交流端子R、S和T连接，在其连接点连接直流电源的－侧。

[0060] 图2是本发明的电力转换装置的概观图的一例。

[0061] 下面利用附图对本发明的电力转换装置的实施例2的方式进行说明。

[0062] 对于与图1相同的结构和相同的功能标注了相同的附图标记。

[0063] 功率半导体PM是由整流器部1、逆变器部3和再生制动部9构成的组件。示出了在功率半导体上安装有壳体15的状态。

[0064] 功率半导体PM通过未图示的螺钉固定在冷却翅片上。功率半导体的引线端子贯穿搭载有驱动电路8的基板PCB上设置的通孔并通过焊接(solder)被电连接。

[0065] 搭载有控制电路5的基板和搭载有驱动电路8的基板PCB通过电线连接。

[0066] 在本实施例中，以功率半导体的引线端子的前端形状为焊接引脚的情况进行了说明，但在不使用焊接的压接引脚的情况下本发明的主旨也不变。

[0067] 冷却翅片11传导来自作为发热体的功率半导体的热量，并由未图示的冷却风扇将空气输送到冷却翅片与其进行热交换，以空冷方式散热。

[0068] 定位壳体16是用来在将功率半导体PM安装到冷却翅片时，为了能够简单地确定功率半导体的安装位置预先与功率半导体相配地设置开口部来固定功率半导体的搭载位置的。

[0069] 在本实施例中，采用了由整流器部1、逆变器部3、再生制动部9构成的组件的例子，但也可以使用仅由整流器部1构成的功率半导体和由逆变器部3和再生制动部9构成的功率半导体这两个功率半导体，还可以使用分别各由整流器部1、逆变器部3和再生制动部9构成的三个功率半导体，这样本发明的主旨也不改变。

[0070] 电力转换装置的外壳包括冷却翅片11、壳子12、电线引出板13、表面盖14。

[0071] 图3是本发明的电力转换装置的定位壳体16的概观图(第一方式)。

[0072] 以下利用附图说明本发明的电力转换装置的实施例3。

[0073] (a)是与功率半导体PM相配地在设置于定位壳体16的开口部A的四边设置有突起(壁，barrier)17的概观图。

[0074] (b)是在定位壳体16上设置的开口部A的两边设置有突起(壁)17的概观图。

[0075] (c)是在定位壳体16上设置的开口部A没有设置突起(壁)的概观图。

[0076] 该突起17的高度h1设计成比功率半导体PM的高度h2低(参考图4(a))。当然，示出了突起17设置在开口部A的四边和两边的情况以及没有设置突起的情况，但设置突起的边数没有限制。

[0077] (d)是将盖上(c)中说明的定位壳体16和壳体15后的功率半导体搭载到冷却翅片上的状态的正视图和概观图。

[0078] (e)是将盖上(a)中说明的定位壳体和壳体15的功率半导体搭载到冷却翅片上的状态的正视图和概观图。

[0079] 可以知道，定位壳体16上设置的四边的突起17按压盖在功率半导体PM上的壳体15，能够减小与功率半导体的间隙，以免由于功率半导体破坏时的组件内部的内压上升而导致异常发热所致的火苗喷出。

[0080] 设置于定位壳体的开口部A的四边设置有突起的(a)与没有在开口部A设置突起的(c)相比，更能减少四边的间隙，抑制火苗喷出力的效果更大。

[0081] 实施例2

[0082] 图4是本发明的电力转换装置的壳体15的概观图(第二方式)。

[0083] 下面利用附图说明本发明的电力转换装置的实施例2的方式。

[0084] (a)是功率半导体PM的概观图的一例，具有没有引线端子贯穿的69个空的开口部B和1个封装胶注入用的开口部C。当然，有20个引线端子贯穿的接触面D处也有间隙存在。

[0085] 设置有多个开口部的原因在于，当制造顾客专用的定制功率半导体组件时，只要预先设置多个开口部，就能够将引线框设置在自由部位，对于定制功率半导体组件，也能够共用标准的功率半导体组件壳体，这是制造上的优点。

[0086] (b)是一实施例的壳体15的正视图和概观图。与功率半导体的所有引线端子位置相配地在盖上设置有椭圆形状和圆形状的开口部。当然也可以是四边形的开口部。

[0087] 设置成在功率半导体PM上盖上壳体15，与基板PCB连接的引线端子也从盖突出，所以通过盖上该壳体15，能够抑制从开口部喷出的火苗。

[0088] (c)是其他实施例的壳体15的正视图和概观图。与(b)的实施例中记载的盖不同之处在于，具有为了确保与搭载在基板PCB的背面的部件、部件的引线脚、用于将功率半导体安装于冷却翅片的螺钉的电绝缘距离而在两端设置的伸出部分E。对本例在后文进行详细说明。

[0089] (d)是设置有封闭功率半导体的封装胶注入用开口部C的突起部(凸台)18的壳体15的正视图和背面概观图。概观图示出为了能识别突起部18从背面看壳体15的状态。突起部以容易插入到封装胶注入用开口部的方式设置成略微锥形的形状，前端变细。当然，也可以是四边形的突起部(凸台)。

[0090] 另外，突起部的长度可以按照功率半导体的封装胶注入用开口部的深度来设计即可。

[0091] (e)是在四边设置有突起部19的壳体的正视图和概观图。在壳体的四边设置的突起部19，通过在四边设置的突起部与搭载有驱动电路8的基板PCB的背面接触，基板PCB的背面起到盖的作用，能够消除间隙。当然，突起部19不限于四边，设置在两边也有效果。对(b)到(d)的实施例的情况利用(e)的方法，就能够进一步有效地消除间隙。对本例在后文进行详细说明。

[0092] (f)是与功率半导体的引线端子的形状和条数相配地设置有20个圆形的开口部F的情况的正视图和概观图。通过将开口部与引线端子的形状相匹配，对(b)～(e)的实施例的情况，能够进一步减小引线端子与壳体的开口部的间隙。

[0093] (g)是表示将壳体安装在功率半导体上的状态的概观图。通过在箭头方向上移动壳体将其盖在功率半导体上，功率半导体的20条引线端子贯穿设置在壳体15上的开口部，从而用壳体覆盖功率半导体，这是目的，也是本发明的特征。另外，壳体的厚度t设计成0.71mm以上。

[0094] 壳体覆盖功率半导体，能够防止当半导体组件发生破坏时，内部发生的异常发热所致的火苗从没有引线框贯穿的空的开口部B或封装胶注入用的开口部C喷出并延烧到电力转换装置内部的其他部件等所致的二次延烧。壳体例如利用硅树脂、塑料等绝缘树脂成形。考虑到操作容易度，采用由柔性高的硅树脂成形的壳体在作业性方面更为现实。

[0095] 实施例3

[0096] 图5是表示本发明的电力转换装置的基板PCB和壳体15的关系的概观图(第三方式)。

[0097] 下面利用附图对本发明的电力转换装置的实施例3的方式进行说明。

[0098] 对与图2相同的结构和相同的功能标注相同的附图标记。

[0099] (a)是表示功率半导体的引线端子贯穿搭载有驱动电路8的基板PCB的未图示的通孔，并通过焊接进行电连接的状态的概观图。

[0100] 概观图是从基板的背面看的图。

[0101] 安装部件的引线脚处于贯穿基板的未图示的通孔，并从基板的背面伸出的状态。作为从背面伸出的代表性的引线脚示出20和21。

[0102] 在冷却翅片上安装盖上壳体15的功率半导体和定位壳体16，将功率半导体的引线端子插入到基板的通孔进行焊接(软钎焊)。因此，在图4(e)所示的壳体15的四边设置的突起部19与基板的背面接触，由此基板PCB的背面起到盖的作用，能够消除间隙。当然，以在突起部与基板的背面接触的部分不安装部件的方式预先避开突起部进行基板的部件安装设计即可。

[0103] (b)是(a)中虚线包围的部分的放大图。

[0104] 将功率半导体通过安装螺钉安装到未图示的冷却翅片。此为该螺钉的头部和从基板的背面伸出的安装部件的引线脚20的距离d没有达到预先规定的绝缘距离以上的情况下的实施例，利用盖在功率半导体上的盖15上设置的电绝缘距离确保用伸出部分E包围引线框，所以能够使绝缘距离缩退，还能够达成电力转换装置的小型化。

[0105] 这样做，就能够防止引发从开口部喷出而延烧到电力转换装置内部的其他部件等引起的二次延烧。

[0106] 实施例4

[0107] 图6是在本发明的电力转换装置的功率半导体的开口部涂覆绝缘树脂的状态的图(第四方式)。

[0108] 下面利用附图对本发明的电力转换装置的实施例4的方式进行说明。

[0109] 与实施例1不同之处在于，替代成形的壳体15，涂覆硅树脂或绝缘树脂来封闭开口部B或封装胶注入用的开口部C。

[0110] (a)中，作为代表性涂覆方法，记载了在功率半导体的开口部的一部分统一涂覆绝缘树脂的部位和灌封(potting)涂覆的部位的例子。也可以利用这些方法中的一种方法(统一涂覆或灌封涂覆)，使用绝缘树脂涂覆所有的开口部(B和C)，但考虑到作业性，利用两种方法(统一涂覆和灌封涂覆)来涂覆所有的开口部(B和C)更为现实。当然，也可以在引线框贯穿其中的开口部D的周围涂覆硅树脂或绝缘树脂。

[0111] (b)表示记载开口部和引线端子的关系的该功率半导体的放大概观图。

[0112] 如上面的实施例所示，利用本发明能够防止当功率半导体发生破坏时内部发生的异常发热导致的火苗从没有引线框贯穿的空的开口部或封装胶注入用开口部等喷出而延烧到电力转换装置内部的其他部件等引起的电力转换装置的二次延烧。

[0113] 附图标记说明

[0114] 1······整流器部、2······平滑用电容器、3······逆变器部、4······交流电动机、5······控制电路、6······冷却风扇、
7······数字式操作面板、8······驱动电路、9······再生制动部、
10······电力转换装置、11······冷却翅片、12······壳子、
13······电线引出板、14······表面盖、15······壳体、
16······定位壳体、17······突起、18······设置于壳体的突起部(凸
台)、19······设置于壳体的突起部、20/21······部件的引线脚、
PM······功率半导体、BR······再生制动电阻、CT······电流检测器。