本發(fā)明涉及將電池中儲(chǔ)存的直流電源轉(zhuǎn)換成交流而提供至馬達(dá)的電力轉(zhuǎn)換裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。

背景技術(shù)：

被搭載于混合動(dòng)力車輛及電動(dòng)車輛的逆變器裝置在內(nèi)部具備作為電力轉(zhuǎn)換器的功率模塊，該功率模塊進(jìn)行直流-交流間的電力轉(zhuǎn)換。在該功率模塊中，作為開(kāi)關(guān)元件的igbt(絕緣柵雙極晶體管)及二極管等半導(dǎo)體元件通過(guò)作為配線的鍵合線或鍵合帶等而與匯流條電連接。已知各種此時(shí)使用的電連接結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)1(圖1、圖3))。

如專利文獻(xiàn)1的圖1所示，鍵合帶(70)被架設(shè)于igbt(10)(帶括弧數(shù)字表示專利文獻(xiàn)1中記載的標(biāo)號(hào)。下面同樣)、二極管(20)和匯流條(40)，一端部(70a)通過(guò)超聲波與匯流條(40)接合，中間部(70b)通過(guò)超聲波與二極管(20)接合，另一端部(70c)通過(guò)超聲波與igbt(10)接合(專利文獻(xiàn)1[0013]段末尾)。

如專利文獻(xiàn)1的圖3所示，通過(guò)將進(jìn)行超聲波振動(dòng)的工具(80)壓靠于鍵合帶(70)，從而進(jìn)行超聲波接合。

在專利文獻(xiàn)1中，由于將鍵合帶(70)與igbt(10)及二極管(20)直接鍵合，因此，有可能由于工具(80)的振動(dòng)或加壓而使igbt(10)或二極管(20)損傷或破壞。

在要求提高生產(chǎn)成品率時(shí)，必須避免使半導(dǎo)體元件(igbt(10)或二極管(20))受到損壞。

因此，要求能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊內(nèi)的電連接而不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞的電力轉(zhuǎn)換裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2012-151198號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的課題在于，提供能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊內(nèi)的電連接而不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞的電力轉(zhuǎn)換裝置及電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。

本發(fā)明第一方面的電力轉(zhuǎn)換裝置具備：絕緣基板，在絕緣板的至少一面上附著有導(dǎo)電層；半導(dǎo)體元件，其被安裝于所述絕緣基板；匯流條，其被設(shè)置在從所述半導(dǎo)體元件離開(kāi)規(guī)定長(zhǎng)度的部位；和導(dǎo)電部件，其將所述匯流條和所述半導(dǎo)體元件電連接，所述電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述導(dǎo)電部件由第一連接部件和第二連接部件這兩個(gè)部件構(gòu)成，所述第一連接部件將所述半導(dǎo)體元件和所述導(dǎo)電層連結(jié)起來(lái)，所述第二連接部件將所述導(dǎo)電層和所述匯流條連結(jié)起來(lái)。

本發(fā)明第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置具備：絕緣基板，在絕緣板的至少一面上附著有導(dǎo)電層；半導(dǎo)體元件，其被安裝于所述絕緣基板；匯流條，其被設(shè)置在從所述半導(dǎo)體元件離開(kāi)規(guī)定長(zhǎng)度的部位；和導(dǎo)電部件，其將所述匯流條和所述半導(dǎo)體元件電連接，所述電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述導(dǎo)電部件由第一連接部件和第二連接部件構(gòu)成，所述第一連接部件從所述半導(dǎo)體元件延伸，所述第二連接部件從所述匯流條延伸而與所述第一連接部件直接接合。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，其特征在于，半導(dǎo)體元件是將二極管和絕緣柵雙極晶體管一體化而成的元件。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，其特征在于，所述第一連接部件是引線框架。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，其特征在于，所述第二連接部件是帶狀線。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，其特征在于，所述第二連接部件是引線框架。

本發(fā)明第七方面的電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法用于制造第一方面至第三方面中的任一方面所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一連接部件是引線框架，通過(guò)回流焊接合法將該引線框架的一端與所述半導(dǎo)體元件連接，將另一端與所述導(dǎo)電層或所述第二連接部件連接。

本發(fā)明第八方面的電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法用于制造第一方面至第四方面中的任一方面所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二連接部件是帶狀線，通過(guò)帶鍵合法將該帶狀線的一端與所述導(dǎo)電層或所述第一連接部件連接，將另一端與所述匯流條連接。

本發(fā)明第九方面的電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法用于制造第一方面至第四方面中的任一方面所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二連接部件是引線框架，通過(guò)超聲波焊接法將該引線框架的一端與所述導(dǎo)電層或所述第一連接部件連接，將另一端與所述匯流條連接。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，利用第一連接部件和第二連接部件這兩個(gè)部件構(gòu)成導(dǎo)電部件，所述第一連接部件將半導(dǎo)體元件和絕緣基板上的導(dǎo)電層連結(jié)起來(lái)，所述第二連接部件將導(dǎo)電層和匯流條連結(jié)起來(lái)。由于導(dǎo)電部件為兩個(gè)部件，因此，在導(dǎo)電層上分別連接有兩個(gè)部件，因此，即使在通過(guò)超聲波接合第二連接部件的情況下，也不會(huì)對(duì)作為另一部件的第一連接部件施加振動(dòng)等影響。此外，可通過(guò)不使半導(dǎo)體元件受到損壞的接合法接合第一連接部件。

其結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊內(nèi)的電連接而不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞的電力轉(zhuǎn)換裝置。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，利用第一連接部件和第二連接部件這兩個(gè)部件構(gòu)成導(dǎo)電部件，所述第一連接部件從半導(dǎo)體元件延伸，所述第二連接部件從匯流條延伸而與第一連接部件直接接合。由于導(dǎo)電部件為兩個(gè)部件，因此，即使在通過(guò)超聲波接合第二連接部件的情況下，也不會(huì)與作為另一部件的第一連接部件直接連接，從而第一連接部件吸收振動(dòng)等，不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞。此外，可通過(guò)不使半導(dǎo)體元件受到損壞的接合法接合第一連接部件。

其結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠?qū)崿F(xiàn)功率模塊內(nèi)的電連接而不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞的電力轉(zhuǎn)換裝置。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，半導(dǎo)體元件是將二極管和絕緣柵雙極晶體管一體化而成的元件。由于一體化，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置的緊湊化。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，第一連接部件是引線框架。由于在引線框架的一端與半導(dǎo)體元件之間放置焊接材料，在引線框架的另一端與導(dǎo)電層之間放置焊接材料，將引線框架、半導(dǎo)體元件、導(dǎo)電層等放置在焊接材料的熔點(diǎn)以上的氛圍氣中，從而能夠連接引線框架。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，第二連接部件是帶狀線?？衫脦罹€以帶鍵合法將導(dǎo)電層和匯流條連接起來(lái)。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，第二連接部件是引線框架?？衫贸暡ê附臃▽⒁€框架與導(dǎo)電層和匯流條連結(jié)起來(lái)。

根據(jù)本發(fā)明的第七方面，第一連接部件是引線框架，通過(guò)回流焊接合法將該引線框架的一端與半導(dǎo)體元件連接，將另一端與導(dǎo)電層或第二連接部件連接。

回流焊接合法是如下的制造方法：將焊接材料放置在絕緣基板與半導(dǎo)體元件之間，將該焊接材料逐漸加熱到焊接材料的熔融溫度，接著通過(guò)進(jìn)行冷卻來(lái)完成連接。采用在半導(dǎo)體元件允許的溫度下熔融的那樣的焊接材料。由于無(wú)需振動(dòng)或加壓，因此，不會(huì)使半導(dǎo)體元件受到損壞。

此外，在帶狀線的情況下需要連接多根，但在本發(fā)明的引線框架的情況下一根即可，因此，可實(shí)現(xiàn)部件數(shù)量的削減和工時(shí)的削減。并且，與帶狀線相比，能夠提高連接強(qiáng)度。此外，可通過(guò)引線框架將半導(dǎo)體元件發(fā)出的熱傳遞到絕緣基板，可提高散熱性。

根據(jù)本發(fā)明的第八方面，第二連接部件是帶狀線，該帶狀線通過(guò)帶鍵合法連接。

由于第二連接部件遠(yuǎn)離半導(dǎo)體元件，因此，能夠大致自由地選擇連接法。由于帶狀線富于撓性，因此，即使在有連接高度的情況下也可靈活地應(yīng)對(duì)。

根據(jù)本發(fā)明的第九方面，第二連接部件是引線框架，該引線框架通過(guò)超聲波焊接法連接。

由于第二連接部件遠(yuǎn)離半導(dǎo)體元件，因此，能夠大致自由地選擇連接法。

超聲波焊接法通過(guò)超聲波振動(dòng)使焊接材料熔融而不進(jìn)行加熱。由于無(wú)需高溫加熱，因此，支承匯流條的部件(功率模塊殼等)可使用廉價(jià)的樹(shù)脂材料。

此外，超聲波焊接法不需要焊劑。由于不使用焊劑，因此，不需要清洗焊劑殘?jiān)?，可減少工序及工時(shí)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的分解立體圖。

圖2是功率模塊殼的要部的放大圖。

圖3是說(shuō)明本發(fā)明的制造方法的圖。

圖4是說(shuō)明另外的制造方法的圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1電力轉(zhuǎn)換裝置

17功率模塊殼

18電路基板

21絕緣基板

22半導(dǎo)體元件

23匯流條

24陶瓷板

25導(dǎo)電部件

26銅層(導(dǎo)電層)

27第一連接部件(引線框架)

28第二連接部件(帶狀線、引線框架)

31第一引線框架

32、36、37焊接材料

34帶狀線

35第二引線框架

具體實(shí)施方式

下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

[實(shí)施例]

本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置10配置在電池與馬達(dá)之間。由于電池和馬達(dá)是公知的，因此，省略圖示。在使用馬達(dá)作為發(fā)電機(jī)的情況下，將所發(fā)出的電力儲(chǔ)存在電池中。因此，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置10能夠配置在電池與馬達(dá)之間或發(fā)電機(jī)與電池之間。

如圖1的(a)所示，電力轉(zhuǎn)換裝置10例如具備：電容器14，其被內(nèi)置在殼體中，所述殼體由下部殼11、中間殼12和上部罩13構(gòu)成；馬達(dá)側(cè)匯流條15，其與馬達(dá)連接；和功率模塊殼17，其內(nèi)置功率模塊。

如圖1的(b)所示，功率模塊殼17的上表面具備控制功率模塊的電路基板18，下表面具備對(duì)功率模塊進(jìn)行冷卻的冷卻器19，內(nèi)部具備半導(dǎo)體元件22等。另外，半導(dǎo)體元件22等也可以安裝在絕緣基板(圖2、標(biāo)號(hào)21)上，并將該絕緣基板與冷卻器19的上表面接觸或接合。在該情況下，半導(dǎo)體元件22等被功率模塊殼17圍繞。

圖2的(a)是圖1的(b)的要部放大圖(2a)，圖2的(b)是圖2的(a)的b-b線剖視圖。

如圖2的(b)所示，半導(dǎo)體元件22被安裝于絕緣基板21。

絕緣基板21優(yōu)選的是將銅層26直接接合在陶瓷板24上得到的dcb(directcopperbond：直接鍵合銅)基板，但也可以是通用的銅箔基板。

在圖2的(b)中，半導(dǎo)體元件22的安裝側(cè)的銅層26被分割，銅層26是導(dǎo)電層。下面，將銅層26稱為導(dǎo)電層26。

半導(dǎo)體元件22除了二極管、igbt(絕緣柵雙極晶體管)等元件以外，優(yōu)選的是將二極管與絕緣柵雙極晶體管一體化得到的一體化元件。若是一體化元件，則可實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置10的緊湊化。

此外，在功率模塊殼17中埋設(shè)有殼側(cè)的匯流條23。并且，將半導(dǎo)體元件22與匯流條23電連接的導(dǎo)電部件25由第一連接部件27和第二連接部件28構(gòu)成，所述第一連接部件27將半導(dǎo)體元件22和絕緣基板21上的導(dǎo)電層26連結(jié)起來(lái)，所述第二連接部件28將導(dǎo)電層26和匯流條23連接起來(lái)。平面的布局如圖2的(a)所示。沿用圖2的(b)的標(biāo)號(hào)，省略詳細(xì)的說(shuō)明。

下面，對(duì)以連接方法為主的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。

在圖3的(a)中，實(shí)施回流焊接合法。即，將作為第一連接部件27的第一引線框架31載置在半導(dǎo)體元件22和導(dǎo)電層26上。此時(shí)，將焊接材料32放置在第一引線框架31的一端與半導(dǎo)體元件22之間，將焊接材料32放置在第一引線框架31的另一端與導(dǎo)電層26之間。接著，將第一引線框架31、半導(dǎo)體元件22、導(dǎo)電層26等放置在焊接材料32的熔點(diǎn)以上的氛圍氣中。焊接材料32熔融后進(jìn)行冷卻。這樣，第一引線框架31被連接起來(lái)。

第一連接部件27也可以是帶狀線(ribbonwire)，但在是帶狀線的情況下需要連接多根。關(guān)于這點(diǎn)，在第一引線框架31的情況下一根即可，因此可實(shí)現(xiàn)部件數(shù)量的削減和工時(shí)的削減。并且，與帶狀線相比，能夠提高連接強(qiáng)度。此外，能夠通過(guò)第一引線框架31和導(dǎo)電層26將半導(dǎo)體元件22發(fā)出的熱傳遞到冷卻器19，能夠提高散熱性。

接著，如圖3的(b)所示，安裝具有匯流條23的功率模塊殼17。第二連接部件28可采用帶狀線34和第二引線框架35中的任一個(gè)。

在第二連接部件28使用帶狀線34的情況下，如圖3的(c)所示，利用帶狀線34將導(dǎo)電層26和匯流條23連接起來(lái)。此時(shí)的連接法是帶鍵合(ribbonbonding)法。即，利用進(jìn)行超聲波振動(dòng)的工具將帶狀線34的一端連接于導(dǎo)電層26。接著，借助于工具使帶狀線34彎曲成s字狀。接著，利用進(jìn)行超聲波振動(dòng)的工具將帶狀線34的另一端與匯流條23連接。另外，也可以順次地進(jìn)行匯流條23的連接、彎曲、導(dǎo)電層26的連接。

根據(jù)帶鍵合法，對(duì)連接部位作用振動(dòng)和按壓。但是，由于帶狀線34未與半導(dǎo)體元件22直接連接，因此，振動(dòng)和按壓不會(huì)影響半導(dǎo)體元件22。其結(jié)果是，能夠避免半導(dǎo)體元件22的損傷等。

此外，根據(jù)帶鍵合法，即使導(dǎo)電層26與匯流條23存在高低差也沒(méi)有問(wèn)題。

并且，也可以將帶狀線34直接連接至第一引線框架31的導(dǎo)電層26的連接部上。在該結(jié)構(gòu)的情況下，由于第一引線框架31與帶狀線34在重疊的狀態(tài)下連接，因此，能夠減少導(dǎo)電層26上的連接面積，可實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置的緊湊化。

在第二連接部件28使用第二引線框架35的情況下，如圖3的(d)所示，將第二引線框架35載置于導(dǎo)電層26和匯流條23。進(jìn)而，在第二引線框架35的兩端設(shè)置孔，將焊接材料36、37插入到這些孔中。

接著，如圖3的(e)所示，將第二引線框架35連接于導(dǎo)電層26和匯流條23。此時(shí)的連接法優(yōu)選的是超聲波焊接法。即，利用超聲波振動(dòng)工具使焊接材料36振動(dòng)。焊接材料36在不成為高溫的情況下熔融。這樣，第二引線框架35連接完畢。另外，也可以順次地進(jìn)行匯流條23的連接、導(dǎo)電層26的連接。

并且，也可以將第二引線框架35直接連接至第一引線框架31的導(dǎo)電層26的連接部上。在該結(jié)構(gòu)的情況下，由于第一引線框架31與第二引線框架35在重疊的狀態(tài)下連接，因此，能夠減少導(dǎo)電層26上的連接面積，可實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換裝置的緊湊化。

下面，對(duì)變更例進(jìn)行說(shuō)明。

在圖4的(a)中，實(shí)施回流焊接合法。即，將作為第一連接部件27的第一引線框架31載置于半導(dǎo)體元件22。此時(shí)，將焊接材料32放置在第一引線框架31的一端與半導(dǎo)體元件22之間。接著，將第一引線框架31及半導(dǎo)體元件22等放置在焊接材料32的熔點(diǎn)以上的氛圍氣中。焊接材料32熔融后進(jìn)行冷卻。這樣，第一引線框架31被連接。

接著，如圖4的(b)所示，安裝具有匯流條23的功率模塊17。第二連接部件28可采用帶狀線34和第二引線框架35中的任一個(gè)。

在第二連接部件28使用帶狀線34的情況下，如圖4的(c)所示，利用帶狀線34將第一引線框架31和匯流條23連接起來(lái)。此時(shí)的連接法是帶鍵合法。即，利用進(jìn)行超聲波振動(dòng)的工具將帶狀線34的一端連接于第一引線框架31。接著，借助于工具使帶狀線34彎曲成s字狀。接著，利用進(jìn)行超聲波振動(dòng)的工具將帶狀線34的另一端與匯流條23連接。另外，也可以順次地進(jìn)行匯流條23的連接、彎曲、導(dǎo)電層26的連接。

在第二連接部件28使用第二引線框架35的情況下，如圖4的(d)所示，將第二引線框架35載置于第一引線框架31和匯流條23。進(jìn)而，在第二引線框架35的兩端設(shè)置孔，將焊接材料36、37插入到這些孔中。

接著，如圖4的(e)所示，將第二引線框架35連接于第一引線框架31和匯流條23。此時(shí)的連接法優(yōu)選的是超聲波焊接法。即，利用超聲波振動(dòng)工具使焊接材料36振動(dòng)。焊接材料36在不成為高溫的情況下熔融。接著，利用超聲波振動(dòng)工具使焊接材料37振動(dòng)。焊接材料37在不成為高溫的情況下熔融。這樣，第二引線框架35連接完畢。另外，也可以順次地進(jìn)行匯流條23的連接、導(dǎo)電層26的連接。

另外，在圖4的(c)、圖4的(e)中，超聲波振動(dòng)經(jīng)由第一引線框架31而傳遞到半導(dǎo)體元件22。但是，由于第一引線框架31是薄的帶狀板而發(fā)揮衰減功能，因此，對(duì)半導(dǎo)體元件22的影響輕微。此外，由于焊接材料32被設(shè)置在第一引線框架31與半導(dǎo)體元件22之間，因此，還發(fā)揮借助于焊接材料32的衰減功能。

這樣，根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體元件22與匯流條23通過(guò)第一引線框架31和第二引線框架35連接。由于通過(guò)超聲波等來(lái)接合不與半導(dǎo)體元件22直接接觸的第二引線框架35，因此，半導(dǎo)體元件22不會(huì)受到損壞。

另外，第一、第二引線框架31、35的形狀是任意的。

此外，電力轉(zhuǎn)換裝置10除了被搭載于電動(dòng)車輛、所謂的混合動(dòng)力車輛以外，還可以用于船舶或一般產(chǎn)業(yè)。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明適合于被搭載于車輛的電力轉(zhuǎn)換裝置。