[发明专利]半导体控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体控制装置，更具体地，涉及一种电力电子单元，该电力电子单元具有半导体模块并控制向电动马达的驱动电力供应，所述半导体模块具有安装在冷却构件上的半导体元件。

背景技术

近年来，设有作为其驱动力源的电动马达的电动车辆正变得普及。电动车辆设有诸如PEU（电力电子单元）的半导体控制装置，该半导体控制装置将从电池供应的直流电转化为交流电，并且控制向电动马达的电力供应，而且还根据需要进行控制，使得由再生机构生成的交流电被转化为直流电，并且在例如制动时在电池中储存电力。

电力电子单元设有功率模块，该功率模块将从电池供应的直流电转化为交流电，并且还根据需要将由再生机构生成的交流电转化为直流电。由于这样的功率模块常常使用多个，因此在将多个功率模块定位成彼此相对地靠近时，将多个功率模块彼此电连接的电线以及将多个功率模块与其它组成构件和外部装置电连接的电线在功率模块附近被布线。而且，功率模块借助结合多个开关元件来转化电力，因此它们常常设有多个电路板，这些电路板或者操作多个开关元件或者控制多个开关元件的操作。此外，在功率模块中，由于使用相对高的电流，因此常常结合作为开关元件的诸如功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极晶体管）的功率半导体元件。由于这样的功率半导体元件的操作伴随有产生大量的热，因此在功率模块上安装散热器，以便确保散热路径。

日本专利申请特开公报No.2009-159704涉及一种功率驱动单元，并且公开了设有散热器以及以交错的形状布置在散热器上的多个功率模块的构造。在该功率驱动单元中，当控制向电动马达的三相交流电供应时，结合了总计六个功率模块，即，三个功率模块作为用于连接到电池的正端子的高侧开关元件，三个功率模块作为用于连接到电池的负端子的低侧开关元件。

日本专利申请特开公报No.2000-92888涉及一种马达控制装置，并且公开了这样一种构造，其中，控制马达所施加的电压（电流）的主印刷电路板经由转换端子布置和端子位置的转换接线板连接到结合有多个功率系统元件的功率模块，同时主印刷电路板经由间隔件附接到散热器，在散热器上附接有功率模块。

发明内容

然而，根据本发明人的研究，按照日本专利申请特开公报No.2009-159704中公开的构造，虽然将多个功率模块以交错的形状布置在散热器上而有效地使用了散热器上方的区域，但定位在散热器上的多个功率模块必须适当地离开相邻模块以防止干扰，并且因而往往在每个相邻功率模块之间需要一定的空间。结果，功率驱动单元的构造在平面方向上展开，从而在减小针对其宽度和深度的尺寸方面造成困难。这些组成构件必须单独地附接到散热器或壳体，因而这些组成构件的附接往往会导致组装功率驱动单元所需步骤数量的增加。

根据本发明人的进一步研究，在半导体控制装置中，安装了各种电路板，例如，在控制半导体开关元件的开关操作中使用的控制电路板。然而，优选的是，这些电路板中的一些进一步远离热源和高电流路径放置。就这一点而言，虽然日本专利申请特开公报No.2009-159704公开了多个功率模块以交错的形状布置在散热器上的构造，但不存在用于使这些电路板离开热源和高电流路径的具体构造的教导。

根据本发明人的进一步研究，当组装半导体控制装置时，如果诸如电池、电容器和将电容器与外部装置连接到半导体开关元件的连接导体之类的组成构件在制造另一组成构件时预先精确地定位和附接到另一个单个的坚固组成构件，则是优选的，因为组装整个装置所需的步骤数大大减少。就这一点而言，虽然日本专利申请特开公报No.2009-159704公开了多个功率模块以交错的形状布置在散热器上的构造，同时连接对应功率模块的母线在功率模块之间的空间内布线，并且在功率模块之间的剩余空间中布置电容器，但不存在通过将组成构件在制造时预先精密地定位和附接到另一个单个的坚固组成构件而减少组装整个装置所需步骤数的具体构造的教导。

根据本发明人的研究，虽然日本专利申请特开公报No.2000-92888公开了将主印刷电路板经由转换端子布置和端子位置的转换接线板连接到功率模块的构造，并且在使用具有不同形式的多个功率模块时被设计成共用主印刷电路板，但需要将转换接线板上的连接器与主印刷电路板连接。也就是说，在这样的构造中，这些元件的定位仅需要通过将转换接线板上的连接器相对于主印刷电路板视觉定位来进行，因此在将转换接线板连接到主印刷电路板的过程中使组装复杂化。