JP6395164B1

JP6395164B1 - Power converter

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Publication number: JP6395164B1
Application number: JP2017083571A
Authority: JP
Inventors: 健太藤井; 雄二白形; 政紀加藤; 武弘齋藤; 雅博上野; 友明島野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2037-04-20
Also published as: JP2018182220A

Abstract

【課題】簡易な構成で、確実に過電流を遮断する。
【解決手段】電力変換モジュール１００を備えた電力変換装置であって、電力変換モジュール１００は、リードフレーム１３と、リードフレーム１３上に設けられた半導体素子１４と、リードフレーム１３と半導体素子１４との間を接続する配線部材１５と、リードフレーム１３と半導体素子１４と配線部材１５を封止するモールド樹脂２０とを有し、配線部材１５にヒューズ部１６を設け、ヒューズ部１６の上側のエリアＲ２に設けられたモールド樹脂２０の厚さを、ヒューズ部１６の下側のエリアＲ１よりも薄くする。
【選択図】図３An overcurrent can be reliably interrupted with a simple configuration.
A power conversion device including a power conversion module includes a lead frame, a semiconductor element provided on the lead frame, a lead frame, and a semiconductor element. A wiring member 15 for connecting the wiring member 15, a lead frame 13, a semiconductor element 14, and a mold resin 20 for sealing the wiring member 15. The thickness of the mold resin 20 provided in R2 is made thinner than the area R1 below the fuse portion 16.
[Selection] Figure 3

Description

この発明は電力変換装置に関し、特に、構成部品が短絡故障した際の短絡電流を遮断する機能を有する電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device having a function of cutting off a short-circuit current when a short circuit failure occurs in a component.

自動車業界において、ハイブリッド自動車および電気自動車のように、モータを用いて駆動する車両が近年さかんに開発されている。そのような車両は、モータ駆動用インバータ装置を有している。モータ駆動用インバータ装置は、バッテリを電源として、モータの駆動回路に高電圧の駆動電力を供給する。一般的に、モータ駆動用インバータ装置には、樹脂封止型の電力用半導体装置が用いられている。パワーエレクトロニクスの分野において、樹脂封止型の半導体装置は、キーデバイスとしての重要性がますます高まっている。 In the automobile industry, vehicles that use a motor, such as hybrid cars and electric cars, have been developed in recent years. Such a vehicle has an inverter device for driving a motor. The motor drive inverter device supplies high-voltage drive power to a motor drive circuit using a battery as a power source. In general, a resin-sealed power semiconductor device is used for an inverter device for driving a motor. In the field of power electronics, resin-encapsulated semiconductor devices are becoming increasingly important as key devices.

モータ駆動用インバータ装置に用いられている半導体装置においては、電力用半導体素子が、他の構成部品と共に樹脂封止されている。そのような樹脂封止型の半導体装置において、バッテリから電力が供給された状態で、電力用半導体素子が短絡故障、または、平滑コンデンサなどのスナバ回路用の電子部品が短絡故障すると、過大な短絡電流が流れる。具体的に説明すると、例えば、インバータ制御回路におけるゲート駆動回路の誤動作で、インバータの上下アームが短絡すると、電力用半導体素子に過電流が流れ、短絡故障が発生する。 In a semiconductor device used in an inverter device for driving a motor, a power semiconductor element is resin-sealed together with other components. In such a resin-encapsulated semiconductor device, when power is supplied from a battery, a short circuit failure occurs in a power semiconductor element or a short circuit failure occurs in a snubber circuit electronic component such as a smoothing capacitor. Current flows. More specifically, for example, when the upper and lower arms of the inverter are short-circuited due to a malfunction of the gate drive circuit in the inverter control circuit, an overcurrent flows through the power semiconductor element, causing a short-circuit failure.

短絡状態で、バッテリと駆動回路とを繋ぐリレーを接続するかまたは接続を継続すると、大電流により樹脂封止型の半導体装置が発煙および発火する。また、定格を超える過電流が流れることにより、インバータ装置に接続されているバッテリが損害を受けることも考えられる。こうした事態を回避するために、通常は、過大な電流を検知するセンサーを用いて、過大な電流が流れたときにスイッチング素子を高速に制御して電流を遮断している。しかしながら、上述のような発煙などの故障をより確実に防ぐために、不測の事態に対応するための更なる対策を施しておくことも有益と考えられる。 When a relay that connects the battery and the drive circuit is connected or connected in a short circuit state, the resin-encapsulated semiconductor device emits smoke and fires due to a large current. Moreover, it is conceivable that the battery connected to the inverter device is damaged due to an overcurrent exceeding the rating. In order to avoid such a situation, usually, a sensor that detects an excessive current is used to control the switching element at a high speed when the excessive current flows to interrupt the current. However, in order to prevent failures such as smoke as described above more reliably, it is also beneficial to take further measures to cope with unexpected situations.

たとえば、電力用半導体装置とバッテリとの間に過電流遮断用ヒューズを挿入すれば、インバータとバッテリとの間に流れる過電流を阻止することができる。しかしながら、チップ型の過電流遮断用ヒューズは、非常に高価である。そのため、電力用半導体素子が短絡故障した際に、バッテリに流れ得る過電流を確実に遮断できる簡便且つ安価な過電流遮断機構が必要とされている。 For example, if an overcurrent cutoff fuse is inserted between the power semiconductor device and the battery, the overcurrent flowing between the inverter and the battery can be prevented. However, the chip-type overcurrent breaking fuse is very expensive. Therefore, there is a need for a simple and inexpensive overcurrent interrupt mechanism that can reliably interrupt an overcurrent that can flow to a battery when a power semiconductor element has a short circuit failure.

ヒューズ部が設けられた従来の半導体装置は、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。 Conventional semiconductor devices provided with a fuse portion are described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献１に記載の従来の半導体装置は、パワー素子の主電極に接続されたパワーリードを備えている。特許文献１では、パワー素子をモールド樹脂で封止すると共に、パワーリードをモールド樹脂部から外部に向けて突設させている。また、突設させたパワーリードの一箇所にヒューズ部を設けている。このとき、パワーリードに過電流が流れると、パワーリードの温度が上昇して、ヒューズ部が断裂する。これにより、過電流が遮断される。 The conventional semiconductor device described in Patent Document 1 includes a power lead connected to the main electrode of the power element. In Patent Document 1, the power element is sealed with a mold resin, and the power lead protrudes outward from the mold resin portion. Also, a fuse portion is provided at one location of the projecting power lead. At this time, if an overcurrent flows through the power lead, the temperature of the power lead rises and the fuse portion is broken. Thereby, an overcurrent is interrupted.

特許文献２に記載の従来の半導体装置は、一方端と他方端とを有し、一方端側にて半導体素子の表面に接合され、かつ、他方端側に外部接続端子部を有する主回路配線を備えている。半導体素子と主回路配線の一方端とは、封止樹脂により封止されている。外部接続端子部は、封止樹脂から外部に露出している。外部接続端子部は、主回路配線に対して半導体素子の表面から離れる方向にバネ力が作用するように、バスバーに取り付けられている。このとき、半導体装置に過電流が流れると、温度が上昇し、封止樹脂が軟らかくなって脆くなるため、上記のバネ力により、封止樹脂が断裂する。その結果、主回路配線が封止樹脂から容易に外れて半導体素子から分離される。 The conventional semiconductor device described in Patent Document 2 has a main circuit wiring having one end and the other end, joined to the surface of the semiconductor element on one end side, and having an external connection terminal portion on the other end side. It has. The semiconductor element and one end of the main circuit wiring are sealed with a sealing resin. The external connection terminal portion is exposed to the outside from the sealing resin. The external connection terminal portion is attached to the bus bar so that a spring force acts on the main circuit wiring in a direction away from the surface of the semiconductor element. At this time, if an overcurrent flows through the semiconductor device, the temperature rises and the sealing resin becomes soft and brittle, so that the sealing resin is broken by the spring force. As a result, the main circuit wiring is easily detached from the sealing resin and separated from the semiconductor element.

特開２００３−６８９６７号公報JP 2003-68967 A 特許第４６１５５０６号公報Japanese Patent No. 4615506

しかしながら、特許文献１に記載の従来の半導体装置においては、以下のような課題がある。例えば、特許文献１に記載の半導体装置を半導体モジュールに実装する場合、半導体装置のパワーリードは、半導体モジュールのバスバーに半田接合される。このとき、パワーリードに過電流が流れると、パワーリードに設けられたヒューズ部が断裂する。こうして、一時的に過電流を遮断することができるが、断裂したヒューズ部がさらに高温になって溶融され、半田接合部などに電気的に接触してしまう可能性がある。その場合、ヒューズ部がヒューズ機能としての役目を果たしていないという課題があった。さらに、特許文献１では、半導体モジュールの外部にヒューズ部を設けているため、部品の実装面積が増え、半導体装置が大型化している。 However, the conventional semiconductor device described in Patent Document 1 has the following problems. For example, when the semiconductor device described in Patent Document 1 is mounted on a semiconductor module, power leads of the semiconductor device are soldered to bus bars of the semiconductor module. At this time, if an overcurrent flows through the power lead, the fuse portion provided in the power lead is torn. In this way, the overcurrent can be temporarily interrupted, but the torn fuse portion may be melted at a higher temperature and may be in electrical contact with a solder joint or the like. In that case, there existed a subject that the fuse part did not play the role as a fuse function. Further, in Patent Document 1, since the fuse portion is provided outside the semiconductor module, the mounting area of components is increased and the semiconductor device is enlarged.

また、特許文献２に記載の従来の半導体装置においては、以下のような課題がある。特許文献２に記載の従来の半導体装置においては、バネ力で封止樹脂を断裂させて、主回路配線を半導体素子から分離させる。そのため、バネ力を確保するための部材および実装面積が必要であるため、半導体装置が大型化する。また、バネ力により半導体素子と主回路配線との接合部に常に力が加わり続けるため、接合部が破損する可能性があり、長期信頼性を確保するのが困難であった。 Further, the conventional semiconductor device described in Patent Document 2 has the following problems. In the conventional semiconductor device described in Patent Document 2, the sealing resin is broken by a spring force to separate the main circuit wiring from the semiconductor element. Therefore, since a member and a mounting area for securing the spring force are necessary, the semiconductor device is increased in size. In addition, since a force is constantly applied to the joint between the semiconductor element and the main circuit wiring due to the spring force, the joint may be damaged, and it is difficult to ensure long-term reliability.

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、過電流が流れたときに、当該過電流を確実に遮断することが可能な、電力変換装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to obtain a power conversion device that can cut off an overcurrent with a simple configuration when the overcurrent flows. It is aimed.

この発明は、電力変換モジュールを備えた電力変換装置であって、前記電力変換モジュールは、配線パターン状に設けられた１以上のリードフレームと、前記リードフレーム上に設けられた半導体素子と、前記リードフレームと前記半導体素子との間を接続する配線部材と、前記リードフレームと前記半導体素子と前記配線部材とを封止するモールド樹脂とを有し、前記配線部材にヒューズ部を設け、前記ヒューズ部の上側に設けられた前記モールド樹脂の厚さは、前記ヒューズ部の下側に設けられた前記モールド樹脂の厚さより薄く、前記電力変換装置は、前記電力変換モジュールの上側に設けられ、前記半導体素子の動作を制御する電子部品を有する制御基板と、前記制御基板を封止する第一の封止材と、前記第一の封止材と前記電力変換モジュールとの間に設けられた第二の封止材とをさらに備え、前記電力変換モジュールは、前記制御基板に接続される制御用端子を有する、電力変換装置である。 The present invention is a power conversion device including a power conversion module, wherein the power conversion module includes at least one lead frame provided in a wiring pattern, a semiconductor element provided on the lead frame, A wiring member that connects the lead frame and the semiconductor element; and a mold resin that seals the lead frame, the semiconductor element, and the wiring member. the thickness of the mold resin provided on the upper parts, the fuse part of the rather thin than the thickness of the molding resin provided on the lower side, the power converter is provided on the upper side of the power conversion module, A control board having an electronic component for controlling the operation of the semiconductor element; a first sealing material for sealing the control board; the first sealing material; Further comprising a second sealing member provided between the modules, the power converter module has a control terminal connected to the control board, a power conversion apparatus.

この発明に係る電力変換装置は、配線部材にヒューズ部を形成し、ヒューズ部の上側に設けられたモールド樹脂の厚さを薄くしたので、過電流が流れたときに、断裂したヒューズ部とともにヒューズ部の上側のモールド樹脂がはじけ飛ぶため、簡易な構成で、確実に過電流を遮断することができる。 In the power conversion device according to the present invention, the fuse portion is formed in the wiring member, and the thickness of the mold resin provided on the upper side of the fuse portion is reduced, so that when the overcurrent flows, the fuse portion is blown together with the broken fuse portion. Since the mold resin on the upper side of the part pops off, the overcurrent can be reliably interrupted with a simple configuration.

この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示した正面図である。It is the front view which showed the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図１のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. この発明の実施の形態１に係る電力変換装置に設けられたヒューズ部の上面図である。It is a top view of the fuse part provided in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る電力変換装置に設けられたヒューズ部の電流密度の模式図である。It is a schematic diagram of the current density of the fuse part provided in the power converter device according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態１に係る電力変換装置に設けられたヒューズ部の解析結果を示した図である。It is the figure which showed the analysis result of the fuse part provided in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の変形例の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the modification of the power converter device which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 4 of this invention.

この発明の実施の形態に係る電力変換装置について、図を参照しながら、以下に説明する。なお、各図において、同一または対応する構成部分については、同じ符号を付している。また、各図において、同一または対応する構成部分のサイズおよび縮尺は共通しておらず、それぞれ互いに独立している。 A power converter according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals. Moreover, in each figure, the size of the same or corresponding component and the scale are not common, but are mutually independent.

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の正面図である。また、図２及び図３は、それぞれ、図１のＡ−Ａ断面図、および、Ｂ−Ｂ断面図である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a front view of a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 2 and 3 are an AA sectional view and a BB sectional view of FIG. 1, respectively.

図１〜図３に示されるように、実施の形態１の電力変換装置は、電力変換モジュール１００と、外部接続端子１０と、絶縁ケース１１と、ヒートシンク１２とで構成される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the power conversion device according to the first embodiment includes a power conversion module 100, an external connection terminal 10, an insulating case 11, and a heat sink 12.

電力変換モジュール１００は、配線パターン状に形成されたリードフレーム１３と、スイッチング可能な半導体素子１４と、配線部材１５と、導電性接合材１７と、モールド樹脂２０とを備えている。配線部材１５は、リードフレーム１３の端子間およびリードフレーム１３と半導体素子１４との間を電気的に接続する。配線部材１５には、大電流用配線部材１５ａと制御用配線部材１５ｂとが含まれる。これらの配線部材１５ａ，１５ｂについては後述する。導電性接合材１７は、リードフレーム１３と半導体素子１４と配線部材１５とを接合する。モールド樹脂２０は、リードフレーム１３と半導体素子１４と配線部材１５と導電性接合材１７とその他の実装部品（図示せず）を封止する。 The power conversion module 100 includes a lead frame 13 formed in a wiring pattern, a switchable semiconductor element 14, a wiring member 15, a conductive bonding material 17, and a mold resin 20. The wiring member 15 electrically connects between the terminals of the lead frame 13 and between the lead frame 13 and the semiconductor element 14. The wiring member 15 includes a large current wiring member 15a and a control wiring member 15b. These wiring members 15a and 15b will be described later. The conductive bonding material 17 bonds the lead frame 13, the semiconductor element 14, and the wiring member 15. The mold resin 20 seals the lead frame 13, the semiconductor element 14, the wiring member 15, the conductive bonding material 17, and other mounting components (not shown).

電力変換モジュール１００には、絶縁材１８を介在させて、ヒートシンク１２が設けられている。ヒートシンク１２と半導体素子１４との間に絶縁材１８を設けているため、半導体素子１４とヒートシンク１２とは電気的に絶縁されている。一方で、半導体素子１４で発生する熱は、絶縁材１８を介して、ヒートシンク１２に伝導する。従って、半導体素子１４とヒートシンク１２とは熱的に接続されている。ヒートシンク１２は、半導体素子１４で発生した熱を、外気へ効率よく放熱する。 The power conversion module 100 is provided with a heat sink 12 with an insulating material 18 interposed therebetween. Since the insulating material 18 is provided between the heat sink 12 and the semiconductor element 14, the semiconductor element 14 and the heat sink 12 are electrically insulated. On the other hand, the heat generated in the semiconductor element 14 is conducted to the heat sink 12 through the insulating material 18. Therefore, the semiconductor element 14 and the heat sink 12 are thermally connected. The heat sink 12 efficiently radiates heat generated in the semiconductor element 14 to the outside air.

このように、電力変換モジュール１００は、絶縁材１８を介して、ヒートシンク１２に対して、電気的に絶縁され、熱的に接続された状態で固定されている。あるいは、ヒートシンク１２が、電力変換モジュール１００の被固定部に対向する面に絶縁層を持ち、はんだ付けや放熱グリスなどを介して、電力変換モジュール１００に固定されるようにしてもよい。 As described above, the power conversion module 100 is electrically insulated from the heat sink 12 via the insulating material 18 and fixed in a thermally connected state. Alternatively, the heat sink 12 may have an insulating layer on the surface facing the fixed portion of the power conversion module 100 and be fixed to the power conversion module 100 via soldering, heat dissipation grease, or the like.

リードフレーム１３には、導電性が良好で熱伝導率の高い銅または銅合金などの金属を用いる。 The lead frame 13 is made of a metal such as copper or copper alloy having good conductivity and high thermal conductivity.

図１及び図２に示されるように、電力変換モジュール１００の制御用端子２１とパワー端子２２とは、モールド樹脂２０の外部に突出している。制御用端子２１は、半導体素子１４のゲート信号線およびセンサー信号線などである。制御用端子２１は、電力変換装置に搭載された制御基板（図示せず）へ接続される。パワー端子２２は、リードフレーム１３の先端に設けられている。パワー端子２２には、数アンペアから数百アンペア程度の大電流が流れる。パワー端子２２は、絶縁ケース１１にインサートおよびアウトサートされた外部接続端子１０に、溶接または半田付けなどにより接合される。パワー端子２２は、外部接続端子１０を介して、外部に設けられた電力供給装置またはバッテリなどの電源と接続される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the control terminal 21 and the power terminal 22 of the power conversion module 100 protrude outside the mold resin 20. The control terminal 21 is a gate signal line and a sensor signal line of the semiconductor element 14. The control terminal 21 is connected to a control board (not shown) mounted on the power converter. The power terminal 22 is provided at the tip of the lead frame 13. A large current of several amperes to several hundred amperes flows through the power terminal 22. The power terminal 22 is joined to the external connection terminal 10 inserted and outsert in the insulating case 11 by welding or soldering. The power terminal 22 is connected to an external power supply device or a power source such as a battery via the external connection terminal 10.

半導体素子１４は、電力用電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ：Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、または、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などで構成される。これらは、モータなどの機器を駆動するインバータ回路に用いられるもので、数アンペアから数百アンペアの定格電流を制御するものである。 The semiconductor element 14 is configured by a power field-effect transistor (power MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). These are used in inverter circuits that drive devices such as motors, and control a rated current of several amperes to several hundred amperes.

導電性接合材１７は、例えば、半田、銀ペースト、あるいは、導電性接着剤などの、導電性が良好で熱伝導率の高い材料から構成される。導電性接合材１７は、半導体素子１４とリードフレーム１３と配線部材１５とを電気的及び熱的に接続し、固着させるために用いられる。 The conductive bonding material 17 is made of a material having good conductivity and high thermal conductivity, such as solder, silver paste, or conductive adhesive. The conductive bonding material 17 is used for electrically and thermally connecting and fixing the semiconductor element 14, the lead frame 13, and the wiring member 15.

半導体素子１４の材料として、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）などを用いてよい。 As a material of the semiconductor element 14, silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or the like may be used.

リードフレーム１３とヒートシンク１２との間に介在する絶縁材１８は、高い熱伝導性を有し、且つ、電気的絶縁性が高い材料から構成される。従って、絶縁材１８は、例えば、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ〜数十Ｗ／ｍＫで、且つ、絶縁性のある、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂材料から成る接着剤、グリス、または、絶縁シートで構成される。さらに、絶縁材１８は、セラミック基板または金属基板などの熱抵抗が低く、且つ、絶縁性を有する他の材料と、それらの樹脂材料とを、組み合わせて構成することも可能である。 The insulating material 18 interposed between the lead frame 13 and the heat sink 12 is made of a material having high thermal conductivity and high electrical insulation. Therefore, the insulating material 18 is, for example, an adhesive made of a resin material such as a silicone resin, an epoxy resin, or a urethane resin having a thermal conductivity of 1 W / mK to several tens of W / mK and having an insulating property, grease, Or it is comprised with an insulation sheet. Furthermore, the insulating material 18 can be configured by combining other resin materials having low thermal resistance such as a ceramic substrate or a metal substrate and having an insulating property and those resin materials.

また、図１〜図３では図示していないが、絶縁材１８の厚さを規定するために、モールド樹脂２０の下面側、すなわち、ヒートシンク１２側には、突起が設けられている。モールド樹脂２０の突起をヒートシンク１２に押し当てることで、突起の高さに相当する厚さを規定できるため、絶縁材１８の絶縁性を担保することができる。特に１２Ｖバッテリを使用する低耐圧系の自動車では、予め定められた絶縁耐圧を確保するのに必要な沿面距離は、１０μｍ程度である。従って、低耐圧系の自動車の場合には、絶縁に必要な厚さを薄くできるため、モールド樹脂２０の突起をより短くすることができ、電力変換モジュール１００の薄型化が可能である。 Although not shown in FIGS. 1 to 3, in order to define the thickness of the insulating material 18, protrusions are provided on the lower surface side of the mold resin 20, that is, on the heat sink 12 side. By pressing the protrusion of the mold resin 20 against the heat sink 12, the thickness corresponding to the height of the protrusion can be defined, so that the insulating property of the insulating material 18 can be ensured. In particular, in a low withstand voltage vehicle using a 12V battery, a creepage distance required to ensure a predetermined withstand voltage is about 10 μm. Therefore, in the case of a low withstand voltage automobile, the thickness necessary for insulation can be reduced, so that the protrusion of the mold resin 20 can be further shortened, and the power conversion module 100 can be made thinner.

ヒートシンク１２は、モールド樹脂２０に封止された半導体素子１４に電流が流れるときに半導体素子１４に発生する熱を外気へ放熱する役割を有する。ヒートシンク１２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などの９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料を用いて構成される。ヒートシンク１２の下面には、図３に示すように、複数のフィン１９が配列している。これらのフィン１９は外気に接触しており、ヒートシンク１２はこれらのフィン１９から外気に向かって熱を放熱する。 The heat sink 12 has a role of radiating heat generated in the semiconductor element 14 to the outside air when a current flows through the semiconductor element 14 sealed with the mold resin 20. The heat sink 12 is configured using a material having a thermal conductivity of 90 W / m · K or more, such as aluminum or an aluminum alloy. As shown in FIG. 3, a plurality of fins 19 are arranged on the lower surface of the heat sink 12. These fins 19 are in contact with the outside air, and the heat sink 12 radiates heat from these fins 19 toward the outside air.

配線部材１５には、上述したように、大電流用の大電流用配線部材１５ａと制御用の制御用配線部材１５ｂとが含まれる。 As described above, the wiring member 15 includes the large current wiring member 15a for large current and the control wiring member 15b for control.

制御用配線部材１５ｂは、例えば、半導体素子１４のゲート及びセンサー部と、制御用端子２１とを接続するために使用される。なお、制御用配線部材１５ｂは、例えば、金・銅・アルミニウムなどのワイヤボンド、または、アルミニウムのリボンボンドで形成することができる。但し、これらに限定されない。 The control wiring member 15 b is used, for example, for connecting the gate and sensor unit of the semiconductor element 14 and the control terminal 21. The control wiring member 15b can be formed by, for example, a wire bond such as gold, copper, or aluminum, or a ribbon bond of aluminum. However, it is not limited to these.

大電流用配線部材１５ａは、リードフレーム１３の端子間、または、半導体素子１４とリードフレーム１３のパワー端子２２との間などを接続するために使用される。大電流用配線部材１５ａには、図３に示すように、ヒューズ部１６が形成されている。ヒューズ部１６は、大電流用配線部材１５ａの通電経路内に設けられている。ヒューズ部１６は、大電流用配線部材１５ａの通電経路内であれば、いずれの箇所に設けてもよい。但し、大電流用配線部材１５ａの通電経路であっても、リードフレーム１３との接合部、及び、半導体素子１４との接合部には、ヒューズ部１６は設けない。図３では、大電流用配線部材１５ａの接合部の厚さがヒューズ部１６の厚さよりも厚くなっているが、この場合に限らず、同じ厚さにしてもよい。あるいは、大電流用配線部材１５ａの接合部の厚さを、ヒューズ部１６の厚さよりも薄くしてもよい。 The large current wiring member 15 a is used for connecting between the terminals of the lead frame 13 or between the semiconductor element 14 and the power terminal 22 of the lead frame 13. As shown in FIG. 3, a fuse portion 16 is formed in the large current wiring member 15a. The fuse portion 16 is provided in the energization path of the large current wiring member 15a. The fuse portion 16 may be provided at any location as long as it is within the energization path of the large current wiring member 15a. However, the fuse portion 16 is not provided at the junction with the lead frame 13 and the junction with the semiconductor element 14 even in the energization path of the large current wiring member 15a. In FIG. 3, the thickness of the joint portion of the large current wiring member 15a is thicker than the thickness of the fuse portion 16. However, the thickness is not limited to this case, and may be the same. Alternatively, the thickness of the junction portion of the large current wiring member 15 a may be made thinner than the thickness of the fuse portion 16.

大電流用配線部材１５ａには、数アンペアから数百アンペア程度の大電流が流れるため、電流値に合わせた断面積を有する必要がある。また、通電時のジュール発熱を抑えるために、大電流用配線部材１５ａは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性の良好な金属で構成される。大電流用配線部材１５ａは、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚みを有する金属プレートを打ち抜き加工することにより形成することができる。なお、大電流用配線部材１５ａをアルミニウムで構成する場合、アルミニウムに対し、スズまたはニッケルでメッキを施すことで、接合部の半田付けが良好になる。 Since a large current of several amperes to several hundred amperes flows through the large current wiring member 15a, it is necessary to have a cross-sectional area corresponding to the current value. Further, in order to suppress Joule heat generation during energization, the large current wiring member 15a is made of a metal having good conductivity such as copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy. The large current wiring member 15a can be formed, for example, by punching a metal plate having a thickness of about 0.1 mm to 2 mm. In the case where the high-current wiring member 15a is made of aluminum, the soldering of the joint portion is improved by plating the aluminum with tin or nickel.

図３に示すように、大電流用配線部材１５ａのヒューズ部１６の下面側、すなわち、半導体素子１４側のエリアを「エリアＲ１」とし、ヒューズ部１６の上面側を「エリアＲ２」とする。このとき、エリアＲ１におけるモールド樹脂２０の厚さとエリアＲ２におけるモールド樹脂２０の厚さとは互いに異なり、エリアＲ２におけるモールド樹脂２０の厚さの方が、エリアＲ１よりも薄くなるように構成されている。 As shown in FIG. 3, an area on the lower surface side of the fuse portion 16 of the large current wiring member 15a, that is, an area on the semiconductor element 14 side is referred to as “area R1”, and an upper surface side of the fuse portion 16 is referred to as “area R2”. At this time, the thickness of the mold resin 20 in the area R1 and the thickness of the mold resin 20 in the area R2 are different from each other, and the thickness of the mold resin 20 in the area R2 is configured to be thinner than the area R1. .

次に、大電流用配線部材１５ａに形成したヒューズ部１６について説明する。図４は、大電流用配線部材１５ａの上面図である。 Next, the fuse part 16 formed in the high current wiring member 15a will be described. FIG. 4 is a top view of the high-current wiring member 15a.

図４に示すように、ヒューズ部１６は、大電流用配線部材１５ａの接合部を除いた通電経路内に、切り欠き部３３を設けることで形成される。図４の例では、切り欠き部３３は、丸穴から構成されている。ヒューズ部１６の形成方法は、図４に示すように、大電流用配線部材１５ａを構成している金属プレートに対して、切り欠き部３３としての丸穴を空けることで、ヒューズ部１６は形成される。このように、ヒューズ部１６は、大電流用配線部材１５ａの一部から構成される。従って、ヒューズ部１６は、大電流用配線部材１５ａと、同一材料で、一体化して、生成される。従って、新たにヒューズ用の部材を追加する必要がない。そのため、部品点数の追加が無く、コストもかからない。また、切り欠き部３３を設けたことで、ヒューズ部１６の断面積は、切り欠き部３３の分だけ、大電流用配線部材１５ａの他の部分に比べて、小さくなる。そのため、図５の太線の矢印Ｃ２で示すように、他の部分に流れる電流Ｃ１に比べて、ヒューズ部１６のみ局所的に電流密度が増加する。さらに、電気抵抗および熱抵抗が、ヒューズ部１６のみ、局所的に増大する。これにより、大電流用配線部材１５ａに電流が流れた時に、ヒューズ部１６のみ、放熱性の悪化と発熱密度の増加とにより、局所的に温度が上昇することとなる。 As shown in FIG. 4, the fuse portion 16 is formed by providing a notch portion 33 in the energization path excluding the joint portion of the large current wiring member 15 a. In the example of FIG. 4, the notch 33 is configured by a round hole. As shown in FIG. 4, the fuse part 16 is formed by forming a round hole as the notch 33 in the metal plate constituting the large current wiring member 15a. Is done. Thus, the fuse part 16 is comprised from a part of large current wiring member 15a. Accordingly, the fuse portion 16 is produced by being integrated with the high current wiring member 15a using the same material. Therefore, it is not necessary to add a new fuse member. Therefore, the number of parts is not added and the cost is not increased. Further, by providing the notch portion 33, the cross-sectional area of the fuse portion 16 is smaller than the other portion of the large current wiring member 15a by the notch portion 33. Therefore, as indicated by the thick arrow C2 in FIG. 5, the current density is locally increased only in the fuse portion 16 as compared with the current C1 flowing in other portions. Furthermore, only the fuse part 16 locally increases electrical resistance and thermal resistance. As a result, when a current flows through the large current wiring member 15a, the temperature of the fuse portion 16 only rises locally due to deterioration in heat dissipation and increase in heat generation density.

ヒューズ部１６に過大な電流が流れた場合、短時間のうちに急激にヒューズ部１６の温度が上昇する。そして、大電流用配線部材１５ａを構成する金属の溶点まで温度が上昇すると、ヒューズ部１６が熱により断裂してはじけ飛ぶ。このとき、ヒューズ部１６は、モールド樹脂２０の厚さが薄いエリアＲ２部分のモールド樹脂２０を上面側に吹き飛ばし、ヒューズ部１６がモールド樹脂２０の外側に弾け飛ぶことで、大電流用配線部材１５ａとヒューズ部１６の離間距離を大きくすることができ、大電流用配線部材１５ａとヒューズ部１６が接触して再度通電することを防ぐ。さらにヒューズ部１６がモールド樹脂２０の外側に弾け飛びやすいことから、大電流用配線部材１５ａの断裂部の離間距離を大きくすることができ、大電流用配線部材１５ａに流れる過電流を確実に遮断できる。 When an excessive current flows through the fuse part 16, the temperature of the fuse part 16 rapidly increases in a short time. When the temperature rises to the melting point of the metal constituting the large current wiring member 15a, the fuse portion 16 is broken by heat and flies away. At this time, the fuse portion 16 blows away the mold resin 20 in the area R2 where the thickness of the mold resin 20 is thin to the upper surface side, and the fuse portion 16 bounces off the outside of the mold resin 20, whereby the large current wiring member 15a. And the fuse portion 16 can be separated from each other, thereby preventing the large current wiring member 15a and the fuse portion 16 from coming into contact with each other and energizing again. Further, since the fuse portion 16 is likely to jump to the outside of the mold resin 20, the separation distance of the tearing portion of the high current wiring member 15 a can be increased, and the overcurrent flowing through the high current wiring member 15 a can be reliably cut off. it can.

モールド樹脂２０は、配線部材１５の上面側のエリアＲ２が、下面側のエリアＲ１よりも厚さが薄いため、ヒューズ部１６の断裂時には、上面側のモールド樹脂２０がヒューズ部１６と共に電力変換モジュール１００の外部に向かって吹き飛ぶ。従来の半導体装置のように、もし、ヒューズ部１６が吹き飛ばずに、電力変換モジュール１００内に残留していると、断裂したヒューズ部１６の金属が熱で溶解して、再度、リードフレーム１３または半導体素子１４と電気的に接続してしまい、その結果、電流が再度流れてしまうことになる。そのため、実施の形態１では、ヒューズ部１６の上側のモールド樹脂２０を薄くしておき、ヒューズ部１６をモールド樹脂２０と共に外部に向かって吹き飛ばすことで、溶解したヒューズ部１６の付着により電流が再び流れることを防ぐことができる。さらに、自動車向けの１２Ｖバッテリを使用する低耐圧系では、大電流が流れると、バッテリ電圧が低下して１０Ｖを下回るため、ヒューズ部１６の断裂時にアークが発生しないため、構造をより簡素化でき、電力変換装置のさらなる小型化および低コスト化が可能である。 The mold resin 20 has an area R2 on the upper surface side of the wiring member 15 thinner than the area R1 on the lower surface side. Therefore, when the fuse part 16 is torn, the mold resin 20 on the upper surface side together with the fuse part 16 is a power conversion module. Blow away toward the outside of 100. As in the conventional semiconductor device, if the fuse portion 16 is not blown away and remains in the power conversion module 100, the metal of the torn fuse portion 16 is melted by heat, and the lead frame 13 or The semiconductor element 14 is electrically connected, and as a result, the current flows again. For this reason, in the first embodiment, the mold resin 20 on the upper side of the fuse portion 16 is thinned, and the fuse portion 16 is blown off together with the mold resin 20 so that the current flows again due to the adhesion of the melted fuse portion 16. It can be prevented from flowing. Furthermore, in a low withstand voltage system using a 12V battery for automobiles, when a large current flows, the battery voltage drops to below 10V, so that no arc is generated when the fuse portion 16 is broken, and the structure can be further simplified. Further, the power conversion device can be further reduced in size and cost.

なお、図４の例では、金属プレートに丸穴をあけることでヒューズ部１６の断面積を減らしたが、プレス加工などにより局所的に金属プレートの厚さを減らすことでもヒューズ部１６の断面積を減らすことができるため、同様の効果が得られることは言うまでもない。また、丸穴の形成と厚さを減らすこととを組み合わせて、ヒューズ部１６を形成してもよい。 In the example of FIG. 4, the cross-sectional area of the fuse portion 16 is reduced by making a round hole in the metal plate, but the cross-sectional area of the fuse portion 16 can also be reduced by locally reducing the thickness of the metal plate by pressing or the like. Needless to say, similar effects can be obtained. Further, the fuse portion 16 may be formed by combining the formation of the round hole and the reduction of the thickness.

図６に、大電流用配線部材１５ａに電流を流した時の温度分布を示す。 FIG. 6 shows a temperature distribution when a current is passed through the large current wiring member 15a.

図６は、図４に示す大電流用配線部材１５ａに過大な電流が流れてヒューズ部１６が融点に達した時の大電流用配線部材１５ａの温度分布である。図６に示すように、大電流用配線部材１５ａにおいて、ヒューズ部１６のみが局所的に高温になるが、このとき、大電流用配線部材１５ａの両端の接合部に向かって、温度勾配がついていることがわかる。従って、ヒューズ部１６が断裂しても、接合部が破壊することはない。また、切り欠き部３３を構成する丸穴の大きさを変えることで、融点に達した時の電流と、融点に達してヒューズ部１６が断裂するまでの時間を調整することができる。 FIG. 6 shows the temperature distribution of the large current wiring member 15a when an excessive current flows through the large current wiring member 15a shown in FIG. 4 and the fuse portion 16 reaches the melting point. As shown in FIG. 6, in the large current wiring member 15a, only the fuse portion 16 is locally heated, but at this time, there is a temperature gradient toward the joint at both ends of the large current wiring member 15a. I understand that. Therefore, even if the fuse part 16 is torn, the joint part is not destroyed. Further, by changing the size of the round hole constituting the notch 33, it is possible to adjust the current when the melting point is reached and the time until the melting point 16 is reached when the melting point is reached.

以上のように、実施の形態１では、電力変換モジュール１００に用いる大電流用配線部材１５ａに切り欠き部３３を設けて局所的に断面積を減らすことで、ヒューズ部１６を形成している。このように、大電流用配線部材１５ａの一部をヒューズ部１６として用いているため、新たにヒューズ用の部材を追加する必要がない。そのため、部品点数の追加が無く、実装工数も増加しないため、生産性が高い。また、電力変換装置が大型化することもない。 As described above, in the first embodiment, the fuse portion 16 is formed by providing the cutout portion 33 in the large current wiring member 15a used in the power conversion module 100 to locally reduce the cross-sectional area. As described above, since a part of the large current wiring member 15a is used as the fuse portion 16, it is not necessary to newly add a fuse member. Therefore, the number of parts is not added and the number of mounting steps is not increased, so that productivity is high. In addition, the power converter is not increased in size.

また、実施の形態１では、大電流用配線部材１５ａのヒューズ部１６の上面側と下面側とでモールド樹脂２０の厚さを変え、上面側のモールド樹脂２０の厚さを薄くしている。これにより、過電流によりヒューズ部１６が断裂した時に、上面側のモールド樹脂２０を吹き飛ばすことが可能である。これにより、断裂したヒューズ部１６も、モールド樹脂２０とともに、外側に吹き飛ぶ。その結果、断裂したヒューズ部１６の金属が溶解して、ヒューズ部１６の下側にあるリードフレーム１３と接触し短絡することを防ぐことができる。また、ヒューズ部１６を吹き飛ばすことで、大電流用配線部材１５ａの断裂部の離間距離が稼げるため、大電流用配線部材１５ａが再び導通するのを抑制することができ、確実に過電流を遮断することができる。その結果、電力変換装置の発煙および発火が防止できる。 In the first embodiment, the thickness of the mold resin 20 is changed between the upper surface side and the lower surface side of the fuse portion 16 of the large current wiring member 15a to reduce the thickness of the mold resin 20 on the upper surface side. Thereby, when the fuse part 16 is torn by an overcurrent, it is possible to blow off the mold resin 20 on the upper surface side. As a result, the torn fuse part 16 is also blown out together with the mold resin 20. As a result, it is possible to prevent the broken metal of the fuse part 16 from melting and coming into contact with the lead frame 13 under the fuse part 16 and short-circuiting. Further, by blowing away the fuse portion 16, the separation distance of the tearing portion of the high current wiring member 15a can be increased, so that the high current wiring member 15a can be prevented from conducting again, and the overcurrent can be reliably cut off. can do. As a result, smoke and ignition of the power converter can be prevented.

また、ヒューズ部１６を設けることで、大電流用配線部材１５ａの断面積が少なくとも部分的に減り、剛性が低くなるため、温度変化による熱応力が緩和され、接合部の信頼性の向上が期待できる。 Further, by providing the fuse portion 16, the cross-sectional area of the high-current wiring member 15a is at least partially reduced and the rigidity is lowered. Therefore, thermal stress due to a temperature change is alleviated, and the reliability of the joint portion is expected to be improved. it can.

また、切り欠き部３３の形状を丸穴としたが、丸穴に限らず、他の形状でもよい。すなわち、切り欠き部３３の形状として、楕円形、正方形および長方形などの四角形、五角形および六角形などの他の多角形、台形、ひし形、平行四辺形などでもよい。また、切り欠き部３３の個数は、１個に限らず、複数個でもよい。さらに、切り欠き部３３を複数個設ける場合は、それらの切り欠き部３３を、大電流用配線部材１５ａの幅方向に配置しても、長さ方向に配置してもよく、あるいは、千鳥配置など互い違いに配置してもよく、あるいは、不規則に配置してもよい。また、丸と四角というように形状が異なる複数の切り欠き部３３を組み合わせることも可能であり、また、大きさの異なる複数の切り欠き部３３を組み合わせることも可能である。さらに、図４においては、大電流用配線部材１５ａの幅方向の中央に切り欠き部３３を設けているが、この場合に限らず、大電流用配線部材１５ａの幅方向の片側もしくは両側に切り欠き部３３を設けて、大電流用配線部材１５ａの断面積を減らしても、同様の効果が得られる。また、それらの場合も、切り欠き部３３の形状は、楕円形、正方形および長方形などの四角形、五角形および六角形などの他の多角形、台形、ひし形、平行四辺形などでもよい。また、それらの切り欠き部３３の個数は、１個に限らず、複数個でもよい。すなわち、大電流用配線部材１５ａにおいて局所的に断面積を減らす形状および個数であれば何でもよく、これらの形状および個数に限定されるものではない。 Moreover, although the shape of the notch 33 is a round hole, it is not limited to a round hole, but may be other shapes. That is, the shape of the notch 33 may be an ellipse, a quadrangle such as a square and a rectangle, another polygon such as a pentagon and a hexagon, a trapezoid, a rhombus, and a parallelogram. Further, the number of notches 33 is not limited to one and may be plural. Further, when a plurality of cutout portions 33 are provided, the cutout portions 33 may be arranged in the width direction or the length direction of the large current wiring member 15a, or in a staggered arrangement. May be arranged alternately, or may be arranged irregularly. It is also possible to combine a plurality of notches 33 having different shapes such as a circle and a square, and it is also possible to combine a plurality of notches 33 having different sizes. Furthermore, in FIG. 4, the notch 33 is provided in the center in the width direction of the large current wiring member 15a. However, the present invention is not limited to this, and the large current wiring member 15a is cut on one side or both sides in the width direction. Even if the notch portion 33 is provided to reduce the cross-sectional area of the large current wiring member 15a, the same effect can be obtained. Also in these cases, the shape of the notch 33 may be an ellipse, a quadrangle such as a square and a rectangle, another polygon such as a pentagon and a hexagon, a trapezoid, a rhombus, a parallelogram, and the like. Further, the number of the cutout portions 33 is not limited to one and may be plural. That is, any shape and number can be used as long as the cross-sectional area is locally reduced in the large current wiring member 15a, and the shape and number are not limited to these.

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置を、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態２に係る電力変換装置の断面図である。なお、図７においては、図３に示した構成と同一または対応する部分については、同一の符号を付し、ここでは、その説明を省略する。また、実施の形態２は、基本的に実施の形態１で説明した思想を前提とするものである。 Embodiment 2. FIG.
A power conversion apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the second embodiment. In FIG. 7, the same or corresponding parts as those in the configuration shown in FIG. The second embodiment is basically based on the idea described in the first embodiment.

図７に示すように、実施の形態２では、制御基板２３が、電力変換モジュール１００の上側に配置されている。また、制御基板２３には、半導体素子１４を制御するための電子部品２４が搭載されている。制御基板２３と制御用端子２１とは、例えば半田接合によって接続しており、半導体素子１４と電子部品２４とは、配線部材１５ｂ、制御用端子２１、および、制御基板２３上に形成された配線パターン（図示省略）を介して、信号をやりとりしている。 As shown in FIG. 7, in the second embodiment, the control board 23 is arranged on the upper side of the power conversion module 100. An electronic component 24 for controlling the semiconductor element 14 is mounted on the control board 23. The control board 23 and the control terminal 21 are connected by, for example, solder bonding, and the semiconductor element 14 and the electronic component 24 are connected to the wiring member 15b, the control terminal 21, and the wiring formed on the control board 23. Signals are exchanged via patterns (not shown).

図７に示すように、制御基板２３は、第一の封止材２５により封止されている。第一の封止材２５は、絶縁ケース１１、制御用端子２１、パワー端子２２等と密着している。第一の封止材２５は、例えば剛性が高く、熱伝導率が高い樹脂材料によって構成されている。従って、第一の封止材２５は、例えば熱伝導性フィラーを含有したエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＡＢＳから構成される。第一の封止材２５のヤング率は１ＭＰａ〜５０ＧＰａ、熱伝導率は０．１Ｗ／ｍ^２Ｋ〜２０Ｗ／ｍ^２Ｋであることが望ましい。制御基板２３は、第一の封止材２５に包まれていることによって、電力変換装置内で固定されており、その結果、制御基板２３の耐振動性および耐環境性が向上している。 As shown in FIG. 7, the control board 23 is sealed with a first sealing material 25. The first sealing material 25 is in close contact with the insulating case 11, the control terminal 21, the power terminal 22, and the like. The first sealing material 25 is made of, for example, a resin material having high rigidity and high thermal conductivity. Therefore, the 1st sealing material 25 is comprised from the epoxy resin, silicone resin, urethane resin, PPS, PEEK, ABS containing the heat conductive filler, for example. Young's modulus of the first sealing member 25 1MPa～50GPa, it is desirable thermal conductivity of ^{^{0.1W / m 2 K~20W / m 2}} K. The control board 23 is fixed in the power conversion device by being wrapped in the first sealing material 25. As a result, the vibration resistance and the environmental resistance of the control board 23 are improved.

また、図７に示すように、第一の封止材２５とヒートシンク１２との間には、第二の封止材２６が充填されている。第二の封止材２６は、第一の封止材２５よりも剛性が低く、熱伝導率が低い材料を用いても良い。従って、第二の封止材２６は、例えばシリコーン系ゲルやウレタン系ゲル、アクリル系ゲルから構成しても良い。第二の封止材２６のヤング率は１００ＭＰａ以下、熱伝導率は５Ｗ／ｍ^２Ｋであることが望ましい。 Further, as shown in FIG. 7, a second sealing material 26 is filled between the first sealing material 25 and the heat sink 12. The second sealing material 26 may be made of a material having lower rigidity and lower thermal conductivity than the first sealing material 25. Therefore, the second sealing material 26 may be composed of, for example, a silicone gel, a urethane gel, or an acrylic gel. The second sealing material 26 desirably has a Young's modulus of 100 MPa or less and a thermal conductivity of 5 W / m ² K.

以上のように、実施の形態２においても、上記の実施の形態１と同様に、大電流用配線部材１５ａがヒューズ部１６を有し、かつ、ヒューズ部１６の上側のモールド樹脂２０の厚さを薄くしたので、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 As described above, also in the second embodiment, the large current wiring member 15a has the fuse portion 16 and the thickness of the mold resin 20 on the upper side of the fuse portion 16 is the same as in the first embodiment. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

さらに、実施の形態２では、制御基板２３を第一の封止材２５で封止したため、制御基板２３を第一の封止材２５で保持することができる。そのため、制御基板２３は、電力変換装置内で固定されており、その結果、制御基板２３の耐振動性および耐環境性が向上している。 Furthermore, in the second embodiment, since the control board 23 is sealed with the first sealing material 25, the control board 23 can be held with the first sealing material 25. Therefore, the control board 23 is fixed in the power converter, and as a result, the vibration resistance and environmental resistance of the control board 23 are improved.

また、実施の形態２では、熱伝導率が低い第二の封止材２６がモールド樹脂２０を覆っていることにより、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電した際に、大電流用配線部材１５ａの放熱性が悪化し、温度上昇率が増加して、ヒューズ部１６が断裂するまでの時間を短くすることができる。 In the second embodiment, since the second sealing material 26 having low thermal conductivity covers the mold resin 20, when a large current is passed through the large current wiring member 15a, the large current wiring The heat dissipation of the member 15a is deteriorated, the temperature increase rate is increased, and the time until the fuse portion 16 is broken can be shortened.

さらに、実施の形態２では、半導体素子１４が通常動作し、大電流用配線部材１５ａに電流が通電し、ヒューズ部１６が発熱した際に、熱伝導率が低い第二の封止材２６が大きな熱抵抗を有することで、制御基板２３および電子部品２４の温度上昇を低減することができる。 Further, in the second embodiment, when the semiconductor element 14 is normally operated, a current is passed through the large current wiring member 15a, and the fuse portion 16 generates heat, the second sealing material 26 having a low thermal conductivity is provided. By having a large thermal resistance, the temperature rise of the control board 23 and the electronic component 24 can be reduced.

また、実施の形態２では、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電した際、ヒューズ部１６が高温となって断裂した際に、飛散した断裂物のエネルギーを、ヤング率が低い第二の封止材２６が吸収することによって、制御基板２３に到達することを防ぐ。これによって、万が一、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電し、ヒューズ部１６が断裂した際にも、制御基板２３または電子部品２４がヒューズ部１６の断裂物によって破損することを防ぐことができる。また、第二の封止材２６にシリコーンゲルを用いた際には、シリコーンゲルの消弧作用によって、ヒューズ部１６が断裂した後に、制御用配線部材１５ｂとその周囲にある導電部材との間でアークが飛ぶことを防ぐことができる。さらに、第二の封止材２６には、ヒューズ部１６の断裂時の消音効果がある。 In the second embodiment, when a large current is passed through the large current wiring member 15a, when the fuse portion 16 is ruptured at a high temperature, the energy of the ruptured material is reduced to a second value with a low Young's modulus. Absorption by the sealing material 26 prevents reaching the control board 23. This prevents the control board 23 or the electronic component 24 from being damaged by the rupture of the fuse portion 16 even when a large current is passed through the large current wiring member 15a and the fuse portion 16 is ruptured. it can. Further, when silicone gel is used for the second sealing material 26, after the fuse portion 16 is torn by the arc extinguishing action of the silicone gel, the gap between the control wiring member 15b and the surrounding conductive member is reduced. Can prevent the arc from flying. In addition, the second sealing material 26 has a silencing effect when the fuse portion 16 is torn.

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電力変換装置を、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３に係る電力変換装置の断面図である。なお、図８において、図３に示した構成と同一または対応する部分については、同一の符号を付し、ここでは、その説明を省略する。また、実施の形態３は、基本的に実施の形態１で説明した思想を前提とするものである。 Embodiment 3 FIG.
A power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the third embodiment. In FIG. 8, parts that are the same as or correspond to those in the configuration shown in FIG. Further, the third embodiment basically assumes the idea described in the first embodiment.

図８に示すように、実施の形態３では、上記の実施の形態２で示した図７の構成に、フタ２７が追加されている点が、図７と異なる。他の構成は、図７と同じである。 As shown in FIG. 8, the third embodiment is different from FIG. 7 in that a lid 27 is added to the configuration of FIG. 7 shown in the second embodiment. Other configurations are the same as those in FIG.

図８に示すように、実施の形態３では、モールド樹脂２０の上側で、且つ、第二の封止材２６の中に、平板状のフタ２７が配置されている。フタ２７は、剛性が高い材料から構成されている。また、フタ２７を、熱伝導率が高い材料で構成してもよい。さらには、フタ２７を、剛性が高く、且つ、熱伝導率が高い材料で構成してもよい。フタ２７は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ合金、Ａｌ合金、Ｆｅ合金などの金属材料で構成されていても良く、また、アルミナ、水酸化アルミニウム、ジルコニア、窒化アルミ、窒化ケイ素などのセラミック材料で構成されていても良い。なお、フタ２７は、モールド樹脂２０に接触していても良く、もしくは、第一の封止材２５と接触していても良い。 As shown in FIG. 8, in the third embodiment, a flat lid 27 is disposed on the upper side of the mold resin 20 and in the second sealing material 26. The lid 27 is made of a material having high rigidity. Moreover, you may comprise the lid | cover 27 with a material with high heat conductivity. Furthermore, the lid 27 may be made of a material having high rigidity and high thermal conductivity. The lid 27 may be made of, for example, a metal material such as Cu, Al, Fe, Cu alloy, Al alloy, Fe alloy, or a ceramic material such as alumina, aluminum hydroxide, zirconia, aluminum nitride, or silicon nitride. It may consist of. The lid 27 may be in contact with the mold resin 20 or may be in contact with the first sealing material 25.

実施の形態３では、万が一、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電し、ヒューズ部１６が断裂した際にも、ヒューズ部１６の断裂物が、剛性の高いフタ２７に衝突し、フタ２７から上側にヒューズ部１６の断裂物が飛散することを抑制することができる。そのため、制御基板２３および電子部品２４が破損することを防ぐことができる。 In the third embodiment, if a large current is passed through the large current wiring member 15a and the fuse portion 16 is torn, the ruptured material of the fuse portion 16 collides with the rigid lid 27, and the lid 27 It is possible to prevent the ruptured material of the fuse part 16 from being scattered on the upper side. Therefore, it is possible to prevent the control board 23 and the electronic component 24 from being damaged.

さらに、フタ２７に熱伝導率が高い材料を用いた際には、大電流用配線部材１５ａおよび半導体素子１４の発熱が、モールド樹脂２０または第二の封止材２６に熱伝導した際に、フタ２７によって均熱化することができる。その結果、局所的に高温になる箇所が減少することから、結果的に、制御基板２３および電子部品２４の局所的な温度上昇を低減することができる。 Further, when a material having high thermal conductivity is used for the lid 27, when the heat generated by the large current wiring member 15a and the semiconductor element 14 is thermally conducted to the mold resin 20 or the second sealing material 26, It can be soaked by the lid 27. As a result, locations where the temperature is locally increased are reduced, and as a result, local temperature increases of the control board 23 and the electronic component 24 can be reduced.

図８においては、フタ２７が１枚の平板から構成されている例を示した。しかしながら、図９に示すように、フタ２７に、ヒートシンク１２に向かって延びる複数の脚部２８を設けるようにしても良い。フタ２７と脚部２８とは同一材料で構成してもよく、異なる材料で構成してもよい。但し、脚部２８は、高い熱伝導率を有する。これによって、フタ２７に熱伝導した半導体素子１４および大電流用配線部材１５ａの発熱を、脚部２８を介して、ヒートシンク１２に熱伝導させて放熱することができる。それにより、制御基板２３および電子部品２４の温度上昇を低減することができる。 FIG. 8 shows an example in which the lid 27 is composed of a single flat plate. However, as shown in FIG. 9, a plurality of legs 28 extending toward the heat sink 12 may be provided on the lid 27. The lid 27 and the leg portion 28 may be made of the same material or different materials. However, the leg part 28 has a high thermal conductivity. As a result, the heat generated by the semiconductor element 14 and the large-current wiring member 15a thermally conducted to the lid 27 can be thermally conducted to the heat sink 12 via the legs 28 to be dissipated. Thereby, the temperature rise of the control board 23 and the electronic component 24 can be reduced.

また、第二の封止材２６が熱伝導性を有しているため、フタ２７の脚部２８は、ヒートシンク１２と接触していても、接触していなくても良い。また、脚部２８は、ヒートシンク１２に対して接着剤によって接着されていても良く、かしめ又は溶接によってヒートシンク１２に固定されていても良い。 Further, since the second sealing material 26 has thermal conductivity, the leg portion 28 of the lid 27 may or may not be in contact with the heat sink 12. Moreover, the leg part 28 may be adhere | attached with the adhesive agent with respect to the heat sink 12, and may be fixed to the heat sink 12 by caulking or welding.

さらに、脚部２８を板状部材で構成して、脚部２８とヒートシンク１２との間にすき間が無く、フタ２７と脚部２８とによって、フタ２７の下側のエリアが密閉するようにしても良い。すなわち、その場合には、フタ２７と脚部２８とで、箱を構成する。箱の下端は開口している。従って、箱を、電力変換モジュール１００を覆うように配置することで、フタ２７の下側のエリアが密閉される。これにより、フタ２７とヒートシンク１２とを低い熱抵抗で接続することができ、半導体素子１４および大電流用配線部材１５ａの発熱を、ヒートシンク１２へより放熱することができる。さらに、ヒューズ部１６の断裂物が脚部２８に衝突するため、モールド樹脂２０の側面から、フタ２７の外側に、ヒューズ部１６の断裂物が飛散することを防止することができる。本実施の形態における密閉とはフタ２７の上側のエリアと下側のエリアにおいて、気体や液体、粘度が低いゲルなどが流入出しないことをいう。 Further, the leg portion 28 is formed of a plate-like member so that there is no gap between the leg portion 28 and the heat sink 12, and the area under the lid 27 is sealed by the lid 27 and the leg portion 28. Also good. That is, in that case, the lid 27 and the leg portion 28 constitute a box. The lower end of the box is open. Therefore, by arranging the box so as to cover the power conversion module 100, the area under the lid 27 is sealed. Accordingly, the lid 27 and the heat sink 12 can be connected with a low thermal resistance, and the heat generated by the semiconductor element 14 and the high-current wiring member 15a can be dissipated from the heat sink 12. Furthermore, since the rupture of the fuse part 16 collides with the leg part 28, it is possible to prevent the rupture of the fuse part 16 from scattering from the side surface of the mold resin 20 to the outside of the lid 27. Sealing in the present embodiment means that gas, liquid, low-viscosity gel or the like does not flow in and out in the upper area and lower area of the lid 27.

以上のように、実施の形態３においても、上記の実施の形態１と同様に、大電流用配線部材１５ａがヒューズ部１６を有し、かつ、ヒューズ部１６の上側のモールド樹脂２０の厚さを薄くしたので、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 As described above, also in the third embodiment, the large current wiring member 15a has the fuse portion 16 and the thickness of the mold resin 20 on the upper side of the fuse portion 16 in the same manner as in the first embodiment. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、実施の形態３においても、上記の実施の形態２と同様に、第一の封止材２５と第二の封止材２６とを設けるようにしたので、上記の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。 Also in the third embodiment, the first sealing material 25 and the second sealing material 26 are provided in the same manner as in the second embodiment, so that the same as in the second embodiment. The effect of can be obtained.

さらに、実施の形態３では、モールド樹脂２０と第一の封止材２５との間に、フタ２７を設けるようにしたので、万が一、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電し、ヒューズ部１６が断裂した際にも、ヒューズ部１６の断裂物が、剛性の高いフタ２７に衝突し、フタ２７から上側に向かって、ヒューズ部１６の断裂物が飛散することを抑制することができる。そのため、制御基板２３および電子部品２４が破損することを防ぐことができる。 Furthermore, in the third embodiment, since the lid 27 is provided between the mold resin 20 and the first sealing material 25, a large current flows through the large current wiring member 15a, and the fuse portion Even when the fuse 16 is torn, it is possible to prevent the broken material of the fuse portion 16 from colliding with the rigid lid 27 and scattering the broken material of the fuse portion 16 from the lid 27 upward. Therefore, it is possible to prevent the control board 23 and the electronic component 24 from being damaged.

また、万が一、電力変換モジュール１００で発煙および発火が発生した場合においても、フタ２７が延焼防止板として機能することができる。 In addition, even if smoke or fire occurs in the power conversion module 100, the lid 27 can function as a fire spread prevention plate.

また、実施の形態３では、フタ２７に脚部２８を設けた場合には、電力変換モジュール１００の発熱を脚部２８を介してヒートシンク１２に伝達し、ヒートシンク１２により放熱することができる。その場合には、制御基板２３の温度上昇を防ぐことができる。 In the third embodiment, when the leg portion 28 is provided on the lid 27, heat generated by the power conversion module 100 can be transmitted to the heat sink 12 via the leg portion 28 and can be radiated by the heat sink 12. In that case, the temperature rise of the control board 23 can be prevented.

また、実施の形態３では、脚部２８を板状部材で構成して、フタ２７と脚部２８とによって、フタ２７の下側のエリアを密閉するようにしても良い。その場合には、フタ２７と脚部２８とで空気を遮断することで、電力変換モジュール１００内を燃えにくくすることができる。 In the third embodiment, the leg portion 28 may be formed of a plate-like member, and the area under the lid 27 may be sealed by the lid 27 and the leg portion 28. In that case, the inside of the power conversion module 100 can be made difficult to burn by blocking the air between the lid 27 and the leg portion 28.

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電力変換装置を、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態４に係る電力変換装置の断面図である。なお、図１０において、図３に示した構成と同一または対応する部分については、同一の符号を付し、ここでは、その説明を省略する。また、実施の形態４は、基本的に実施の形態１で説明した思想を前提とするものである。 Embodiment 4 FIG.
A power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the fourth embodiment. 10, parts that are the same as or correspond to those in the configuration shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted here. Further, the fourth embodiment basically assumes the idea described in the first embodiment.

図１０に示すように、実施の形態４では、モールド樹脂２０とフタ２７との間の密閉された空間に、消弧剤２９が充填されている点が、図９と異なる。他の構成については、図９と同じである。消弧剤２９は、例えばケイ素またはケイ砂などの砂、あるいは、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのガスなどから構成されている。 As shown in FIG. 10, the fourth embodiment is different from FIG. 9 in that an arc-extinguishing agent 29 is filled in a sealed space between the mold resin 20 and the lid 27. Other configurations are the same as those in FIG. The arc extinguishing agent 29 is composed of, for example, sand such as silicon or silica sand, or gas such as sulfur hexafluoride (SF6).

これにより、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電し、ヒューズ部１６が断裂した際に、消弧剤２９によってアークが飛ぶことを防ぐことができる。また、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電し、ヒューズ部１６が断裂した後に、アークが飛ぶことがなければ、消弧剤２９は必要ない。その場合には、消弧剤２９の代わりに、モールド樹脂２０とフタ２７との間に大気が充填されていても良く、あるいは、モールド樹脂２０とフタ２７との間が真空になっていても良い。 Thereby, it is possible to prevent the arc from flying by the arc-extinguishing agent 29 when a large current is applied to the large-current wiring member 15a and the fuse portion 16 is torn. Further, the arc-extinguishing agent 29 is not necessary if the arc does not fly after the large current is supplied to the large current wiring member 15a and the fuse portion 16 is broken. In that case, instead of the arc-extinguishing agent 29, the atmosphere may be filled between the mold resin 20 and the lid 27, or the mold resin 20 and the lid 27 may be vacuumed. good.

さらに、消弧剤２９に熱伝導率が低い材料を用いた場合、大電流用配線部材１５ａに大電流が通電した際、熱伝導率が低い消弧剤２９がモールド樹脂２０を覆っていることにより、大電流用配線部材１５ａの放熱性が悪化し、温度上昇率が増加して、ヒューズ部１６が断裂するまでの時間を短くすることができる。 Further, when a material having low thermal conductivity is used for the arc extinguishing agent 29, the arc extinguishing agent 29 having low thermal conductivity covers the mold resin 20 when a large current is passed through the wiring member 15a for large current. As a result, the heat dissipation of the high-current wiring member 15a is deteriorated, the temperature increase rate is increased, and the time until the fuse portion 16 is broken can be shortened.

以上のように、実施の形態４においても、上記の実施の形態１と同様に、大電流用配線部材１５ａがヒューズ部１６を有し、かつ、ヒューズ部１６の上側のモールド樹脂２０の厚さを薄くしたので、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 As described above, also in the fourth embodiment, the large current wiring member 15a has the fuse portion 16 and the thickness of the mold resin 20 on the upper side of the fuse portion 16 in the same manner as in the first embodiment. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、実施の形態４においても、上記の実施の形態２と同様に、第一の封止材２５と第二の封止材２６とを設けるようにしたので、上記の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。 Also in the fourth embodiment, as in the second embodiment, the first sealing material 25 and the second sealing material 26 are provided, and thus the same as in the second embodiment. The effect of can be obtained.

また、実施の形態４においても、上記の実施の形態３と同様に、フタ２７および脚部２８を設けるようにしたので、上記の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。 Also in the fourth embodiment, since the lid 27 and the leg portion 28 are provided as in the third embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

さらに、実施の形態４では、モールド樹脂２０とフタ２７との間に、消弧剤２９を設けるようにしたので、ヒューズ部１６が断裂した際に、消弧剤２９によってアークが飛ぶことを防ぐことができる。 Furthermore, in the fourth embodiment, since the arc extinguishing agent 29 is provided between the mold resin 20 and the lid 27, the arc extinguishing agent 29 prevents the arc from flying when the fuse portion 16 is torn. be able to.

１０外部接続端子、１１絶縁ケース、１２ヒートシンク、１３リードフレーム、１４半導体素子、１５配線部材、１５ａ大電流用配線部材、１５ｂ制御用配線部材、１６ヒューズ部、１７導電性接合材、１８絶縁材、１９フィン、２０モールド樹脂、２１制御用端子、２２パワー端子、２３制御基板、２４電子部品、２５第一の封止材、２６第二の封止材、２７フタ、２８脚部、２９消弧剤、１００電力変換モジュール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 External connection terminal, 11 Insulation case, 12 Heat sink, 13 Lead frame, 14 Semiconductor element, 15 Wiring member, 15a High current wiring member, 15b Control wiring member, 16 Fuse part, 17 Conductive bonding material, 18 Insulating material , 19 Fin, 20 Mold resin, 21 Control terminal, 22 Power terminal, 23 Control board, 24 Electronic component, 25 First sealing material, 26 Second sealing material, 27 Lid, 28 Leg, 29 Arcing agent, 100 power conversion module.

Claims

A power conversion device including a power conversion module,
The power conversion module includes:
One or more lead frames provided in a wiring pattern,
A semiconductor element provided on the lead frame;
A wiring member for connecting between the lead frame and the semiconductor element;
A mold resin for sealing the lead frame, the semiconductor element, and the wiring member;
A fuse portion is provided in the wiring member,
The thickness of the molding resin provided on the upper side of the fuse unit is rather thin than the thickness of the mold resin provided on the lower side of the fuse unit,
The power converter is
A control board provided on an upper side of the power conversion module and having an electronic component for controlling the operation of the semiconductor element;
A first sealing material for sealing the control substrate;
A second sealing material provided between the first sealing material and the power conversion module;
Further comprising
The power conversion module has a control terminal connected to the control board.
Power conversion device.

The fuse portion is
It is provided in at least one place of the wiring member, and is composed of a part formed so that a cross-sectional area is smaller than other parts of the wiring member.
The power conversion device according to claim 1.

A lid provided between the mold resin and the first sealing material;
The power converter according to claim 1 or 2 .

An arc extinguishing agent provided between the mold resin and the lid;
The power conversion device according to claim 3 .