專利名稱：層疊匯流條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用在電功率轉(zhuǎn)換器中的主布線電路的層疊匯流條且這種裝置用于將主布線電路連接到半導(dǎo)體模塊。本發(fā)明尤其涉及層疊匯流條的連接端子之間的絕緣結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最近，在電功率轉(zhuǎn)換器中層疊匯流條經(jīng)常用作構(gòu)成反相器部的半導(dǎo)體模塊和電源之間的主布線電路中的導(dǎo)體，以用于減小主布線電路的布線電感。該層疊匯流條具有通過將布線電路的導(dǎo)體和絕緣板交替層疊成三明治狀單元來形成的層疊結(jié)構(gòu)(參照以下專利文獻(xiàn)1)。針對(duì)上述反相器部中的半導(dǎo)體模塊，本發(fā)明的申請(qǐng)人已提出四合一型三級(jí) IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)模塊，該四合一型三級(jí)IGBT模塊包括四組半導(dǎo)體開關(guān)器件，每組各自包括相互反并聯(lián)連接的IGBT和FWD(超高速續(xù)流二極管)。該四組半導(dǎo)體開關(guān)器件被容納在模制樹脂外殼中且在一個(gè)封裝中一起放置(如以下專利文獻(xiàn)2)。在圖4(a)至圖7中示出在主布線電路中采用層疊匯流條的常規(guī)結(jié)構(gòu)，連同由專利文獻(xiàn)2公開的四合一型IGBT模塊形成的電功率轉(zhuǎn)換器的單相反相器單元。圖4(a)是示出反相器單元組件的斜視圖。圖4(b)是圖4(a)中的部分A的放大圖。圖5是描述反相器單元的相(U相)的電路圖。圖6是示出反相器單元的外觀的斜視圖。圖7是具有常規(guī)結(jié)構(gòu)且在圖4(a)所示的反相器單元中采用的層疊匯流條中的連接端部的放大圖。在圖4(a)中示出三級(jí)IGBT模塊1、熱沉(散熱片)2、以及層疊匯流條3。層疊匯流條3在IGBT模塊1和直流電源的濾波電容器(電解電容器)4之間布線以將IGBT模塊 1和濾波電容器4相互連接。如圖5所示，IGBT模塊1是在一個(gè)封裝內(nèi)容納四組半導(dǎo)體開關(guān)器件Tl至T4的四合一型模塊。開關(guān)器件Tl至T4各自包括相互反并聯(lián)連接的IGBT和FWD。在直流電源的正極端子P和負(fù)極端子N之間兩組半導(dǎo)體開關(guān)器件Tl和T2相互串聯(lián)連接，從而形成用于單相的上臂和下臂。兩組半導(dǎo)體開關(guān)器件T3和T4相互反串聯(lián)連接，然后在交流輸出端子 U和中性點(diǎn)端子M之間連接，從而形成用于限幅的雙向開關(guān)電路。IGBT模塊1的正極端子P和電容器4的中性點(diǎn)端子經(jīng)由導(dǎo)體3P相互連接。IGBT 模塊1的負(fù)極端子N和電容器4的中性點(diǎn)端子經(jīng)由導(dǎo)體3N相互連接。IGBT模塊1的中性點(diǎn)端子M和電容器4的中性點(diǎn)端子經(jīng)由導(dǎo)體3M相互連接。因?yàn)樵趯＠墨I(xiàn)1和2中已詳細(xì)描述三級(jí)IGBT模塊的操作和層疊匯流條3的功能，所以本文中省略其描述。在示出模塊外觀的圖6中，IGBT模塊1的主電路端子(P、N、U、M) 7在形成在模制樹脂外殼5的上表面中心上的凸端板fe上排列。諸如從各組開關(guān)器件Tl至T4引出的柵極端子的控制端子8與主電路端子7分隔開且安排在形成在模制樹脂外殼5的側(cè)邊緣區(qū)域上的端板5b上。
現(xiàn)在將參考圖4(a) ,4(b)和7來描述在上述反相器單元中采用且連接到反相器模塊1的層疊匯流條3的常規(guī)結(jié)構(gòu)。層疊匯流條3是由對(duì)應(yīng)于圖5所示的主布線電路的板狀導(dǎo)體3P、3N和3M以及絕緣板3a構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)體3P、3N和3M以及絕緣板3a層疊成三明治狀單元。連接到IGBT模塊1上的主電路端子7的端部如下所述在各自的導(dǎo)體3P、3N 和3M中形成圖案。如圖4(a)的部分A所描述，分別在層疊匯流條3的末端部中的絕緣板3a的左側(cè)部分和右側(cè)部分中形成左右兩個(gè)凹陷的端子引出窗口北，其分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)IGBT模塊1的端板5a。根據(jù)IGBT模塊1的主電路端子7的排列，連接端部3P_1、3N_1和3M-1被引出到端子引出窗口北。圖4(b)示出鉆穿連接端部3P-1、3N-1和3M-1的端子螺絲(未示出)的通孔3C。導(dǎo)體的引出部適當(dāng)?shù)匕蓟蛲沟貜澢?，使得?dǎo)體的相應(yīng)連接端部中的中心部可在一平面中對(duì)齊。在將層疊匯流條3連接到IGBT模塊1時(shí)，層疊匯流條3中的端子引出窗口北定位于IGBT模塊1的端板fe上，且用端子螺絲(未示出)使導(dǎo)體3P、3N和3M的連接端部 3P-U3N-1和3M-1與IGBT模塊1的主電路端子7相互接合。電容器4裝于窗口 3b的遠(yuǎn)側(cè) (圖4(a)中的層疊匯流條3的低端側(cè))，且在導(dǎo)體3M與導(dǎo)體3P和3N之間連接。描述現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)1]日本特開專利申請(qǐng)公報(bào)No.2009-22062[專利文獻(xiàn)2]日本特開專利申請(qǐng)公報(bào)No.2008-193779日本電器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(下文中稱作“JEM標(biāo)準(zhǔn)”)和國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) (下文中稱作“IEC標(biāo)準(zhǔn)”)提供用于諸如反相器的電氣裝置的絕緣性能的日本國(guó)內(nèi)和國(guó)際指南。JEM標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定針對(duì)對(duì)應(yīng)于裝置種類、環(huán)境(污染度)和工作電壓的絕緣的爬電距離和余隙距離。尤其關(guān)于鐵道車輛的電氣裝置，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60077-1(鐵路應(yīng)用-用于鐵道車輛的電氣裝置；下文中簡(jiǎn)稱為“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60077-1”)的附錄將絕緣距離(爬電距離和余隙距離)規(guī)定為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的距離。為了絕緣，如圖6中所示，在IGBT模塊1的產(chǎn)品中的主電路端子7之間且跨過端板如形成溝槽fe-i，以確保符合上述標(biāo)準(zhǔn)的所需爬電距離和余隙距離。為了將層疊匯流條 3組裝到IGBT模塊1，從導(dǎo)體3P、3N和3M引出連接端部3P_1、3N_1和3M-1，以將其連接到 IGBT模塊1的主電路端子7。連接端部3P-1、3N-1和3M-1從絕緣板3a之間的空間引出， 且根據(jù)主電路端子7的排列間距來排列在端子引出窗口北中。在常規(guī)層疊匯流條3結(jié)構(gòu)中(參照?qǐng)D7)，夾在絕緣板3a之間的導(dǎo)體的連接端部 3P-U3N-1和3M-1被引出，以使連接端部3P_1、3N_1和3M-1沿著線性切割的端子引出窗口 3b的平行邊緣相互分離，且垂直于端子引出窗口北的線性邊緣而延伸。因此，如圖8中示意性示出地，連接端部3P-1、3N-1和3M-1之間的爬電距離是沿著絕緣板3a的切割邊緣的線性距離(與余隙距離相同)。但是，該線性爬電距離比經(jīng)由溝槽的內(nèi)表面的爬電距離小，該溝槽在 IGBT模塊1上的主電路端子7之間且跨過端板如形成(參照?qǐng)D6)。因此，具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的層疊匯流條3難以確保高絕緣性能。如果將反相器單元應(yīng)用于鐵道車輛上的電功率轉(zhuǎn)換器，則具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的層疊匯流條3難以符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60077-1，這歸因于連接端部之間的爬電距離的不足。鑒于以上的觀點(diǎn)，期望消除上述問題。還期望通過向絕緣板施用簡(jiǎn)單的處理來提供便于拉長(zhǎng)其導(dǎo)體端子之間的爬電距離的層疊匯流條，使得該爬電距離符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且其絕緣性能得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)所附權(quán)利要求1的主題，提供了應(yīng)用于電功率轉(zhuǎn)換器的主布線電路且連接到半導(dǎo)體模塊的層疊匯流條，該層疊匯流條包括導(dǎo)體和絕緣板，導(dǎo)體在絕緣板之間，該導(dǎo)體包括連接端部，該連接端部根據(jù)半導(dǎo)體模塊上主電路端子的排列來引出，該層疊匯流條包括在絕緣板的邊緣上形成的爬電凹槽，該爬電凹槽根據(jù)連接端部之間的位置來形成。根據(jù)所附權(quán)利要求2的主題，爬電凹槽是側(cè)面平行的，且該爬電凹槽具有設(shè)為等于或大于2. 5mm寬的開口寬度。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在連接端部之間的爬電距離因?yàn)楦郊拥匦纬傻呐离姲疾巯啾扔谄渲薪^緣邊緣為線性的常規(guī)結(jié)構(gòu)中的爬電距離而拉長(zhǎng)，其中連接端部沿著絕緣板的邊緣相互分離且垂直于絕緣板的邊緣而被引出。通過將爬電凹槽的寬度設(shè)為等于或大于2. 5mm寬， 確保符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60077-1的爬電距離且改善層疊匯流條的絕緣性能。因此，根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條可應(yīng)用于鐵道車輛的電功率轉(zhuǎn)換器。附圖簡(jiǎn)述

圖1 (a)是其上連接有根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條的半導(dǎo)體模塊的俯視圖。圖1 (b)是圖1 (a)所示半導(dǎo)體模塊上的層疊匯流條的斜視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條的斜視圖。圖3是示出圖1 (a)和1 (b)所示的層疊匯流條的導(dǎo)體端子之間的爬電距離的示意圖。圖4(a)是描述采用具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的層疊匯流條的反相器單元的組件的斜視圖。圖4 (b)是圖4 (a)中的部分A的放大圖。圖5是描述反相器單元的相(U相)的電路圖。圖6是示出反相器模塊的外觀的斜視圖。圖7是具有圖4(a)和4(b)所示的常規(guī)結(jié)構(gòu)的層疊匯流條中的連接端部的放大圖。圖8是示出圖4(a)和4(b)所示的層疊匯流條的導(dǎo)體端子之間的爬電距離的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參考示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，在下文中具體描述本發(fā)明。示出優(yōu)選實(shí)施例的以下描述和附圖中，圖5至7所使用的相同附圖標(biāo)記用來指示相同組元，且為簡(jiǎn)化目的不再對(duì)其進(jìn)行重復(fù)的描述。根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條3基本上與常規(guī)層疊匯流條相同。根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條3與常規(guī)層疊匯流條的不同點(diǎn)在于，在絕緣板3a的邊緣上對(duì)應(yīng)于連接端部3P-1、3M-1 和3N-1形成用于爬電的凹槽(下文中稱作“爬電凹槽”)3d。連接端部3P-1、3M-1和3N-1 相互平行地引出到絕緣板3a的端子引出窗口北。具體而言，與連接端部3P-1和3M-1之間的中點(diǎn)、連接端部3M-1和3N-1之間的中點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的絕緣板3a的邊緣上的位置處，以及連接端部3N-1下方的跨過連接端部3N-1面向連接端部3M-1和3N-1的中點(diǎn)的位置處形成爬電凹槽3d。換言之，爬電凹槽3d在絕緣板3a的邊緣上的對(duì)應(yīng)于溝槽的位置處形成， 這些溝槽在IGBT模塊1上的主電路端子7之間且跨過端板fe形成(如圖1 (a)、1 (b) 和2)。爬電凹槽3d是側(cè)面平行的。爬電凹槽3d的寬度d設(shè)為大于或等于2. 5mm,以使該寬度d可符合由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60077-1所規(guī)定的最小凹槽寬度x(x = 2. 5mm)。該爬電凹槽 3d的深度設(shè)為2到IOmm之間。在制造層疊匯流條3的絕緣板3a時(shí)，通過用其切割邊緣并排的沖裁模打孔來容易形成爬電凹槽3d。根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條3包括絕緣板3a，絕緣板3a各自包括通過少量附加處理在其邊緣上形成的爬電凹槽3d。在其中根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條3連接到IGBT模塊1的主電路端子 的該狀態(tài)下，圖3所示的連接端部3P-1和連接端部3M-1之間的爬電距離等于經(jīng)由爬電凹槽3d的內(nèi)表面的距離，其中連接端部3M-1用插入在連接端部3P-1和3M-1 之間的絕緣板3a鄰接到連接端部3P-1。因此，根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條的爬電距離比圖8所示的具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的層疊匯流條中的爬電距離長(zhǎng)。歸因于根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條結(jié)構(gòu)，確保絕緣距離(爬電距離、余隙距離)等于排列在端板fe上的主電路端子7之間的絕緣距離，且改善層疊匯流條的絕緣性能。通過將爬電凹槽3d的寬度d設(shè)為大于或等于2. 5mm，根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條可應(yīng)用于用于鐵道車輛的電功率轉(zhuǎn)換器。雖然已結(jié)合將層疊匯流條用于IGBT模塊的布線電路的反相器電路描述了說明性示例，但是根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條可應(yīng)用于IGBT模塊之外的各種半導(dǎo)體器件。對(duì)于層疊匯流條的連接端部而言，如果端子引出窗口未在絕緣板中形成而連接端部從絕緣板的外部邊緣引出且排列在絕緣板外部，則將獲得相同效果。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于電功率轉(zhuǎn)換器的主布線電路且連接到半導(dǎo)體模塊的層疊匯流條，所述層疊匯流條包括導(dǎo)體和絕緣板，所述導(dǎo)體在所述絕緣板之間，所述導(dǎo)體包括連接端部，所述連接端部根據(jù)所述半導(dǎo)體模塊上的主電路端子的排列來引出，所述層疊匯流條包括在所述絕緣板的邊緣上形成的爬電凹槽，所述爬電凹槽根據(jù)所述連接端部之間的位置來形成。
2.如權(quán)利要求1所述的層疊匯流條，其特征在于，所述爬電凹槽是側(cè)面平行的，且所述爬電凹槽具有設(shè)為大于或等于2. 5mm的開口寬度。
全文摘要
應(yīng)用于電功率轉(zhuǎn)換器的主布線電路且連接到半導(dǎo)體模塊1的根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條3包括導(dǎo)體3P、3N和3M中的連接端部3P-1、3N-1和3M-1，其夾在絕緣板3a之間，且根據(jù)主電路端子的安排從絕緣板3a的邊緣引出；根據(jù)連接端部之間的位置在絕緣板3a的邊緣上形成爬電凹槽3d；爬電凹槽是側(cè)面平行的；且爬電凹槽3d具有設(shè)為大于或等于2.5mm的開口寬度。根據(jù)本發(fā)明的層疊匯流條通過向絕緣板施加少量處理來便于拉長(zhǎng)其連接端子之間的爬電距離，且改善其絕緣性能，以使該爬電距離符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60077-1。
文檔編號(hào)H02M1/00GK102290664SQ20111006598
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者高橋潔 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社