專利名稱：半導體模組和具有半導體模組的混合動力車輛驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體模組和包括半導體模組的混合動力車輛驅動裝置。 更具體而言，本發(fā)明涉及由逆變器和轉換器形成的半導體模組以及包括半 導體模組的混合動力車輛驅動裝置。
背景技術：
最近，作為考慮環(huán)境的車輛，混合動力車輛和電動車輛已經(jīng)引起了關 注。除了已經(jīng)傳統(tǒng)用作機械動力源的發(fā)動機之外，混合動力車輛還采用由
DC電力供應裝置通過逆變器驅動的電動機作為主要的機械動力源。在混 合動力車輛中，更具體地，驅動發(fā)動機，以獲得機械動力。此外，逆變器 將DC電力供應裝置產(chǎn)生的DC電壓轉換成AC電壓，電動機由轉換的AC 電壓旋轉，以獲得機械動力。另一方面，電動車輛采用由DC電力供應裝 置通過逆變器驅動的電動機作為機械動力源。
安裝在混合動力車輛或電動車輛上的智能電力模組(IPM)在高速時 切換半導體切換元件(功率半導體元件)(諸如，IGBT (絕緣柵極雙極晶 體管))，由此將來自DC電力供應裝置供應的DC電力轉換成AC電 力；由此電動機被驅動(例如，參考日本專利早期公開No. 2003-9507，日 本專利早期公開No. 2005-33882，日本專利早期公開No. 11-299056以及日 本專利早期公開No. 11-187542)。
例如，日本專利早期公開No. 2003-9507公開一種切換電路，其包括 用作將切換元件連接到電力供應裝置或負載的導體的母線。在這樣的切換 電路中，不同類型的母線固定到基體并且通過插入到其間的絕緣體而彼此 緊固到一起。
這里，這里使用的每條母線是用作導體的金屬構件，其具有足以在電 力供應裝置或負載和切換電路之間流動電流的較寬橫截面面積。然后，連
接到電力供應裝置的正電極的電力供應裝置正電極側母線和連接到電力供 應裝置的負電極的電力供應裝置負電極側母線固定到基體，并且通過插入 到其間的絕緣體而彼此緊固到一起。
但是，在上述的切換電路中，每條都是金屬構件的母線被布置成沿基 體的法向彼此堆疊，其間插入絕緣體。由此產(chǎn)生這樣的問題，即切換電路 沿基體的法向的尺寸增大。雖然對IPM的最小化需求很強烈，但是這個問 題妨礙切換電路沿法向的最小化。
此外，日本專利早期公開No. 2003-9057公開了切換元件和電力供應 裝置側母線之間的連接關系以及切換元件和負載側母線(U相側母線、V 相側母線、W相側母線)之間的連接關系，但是沒有公開信號線的引出線 的布置，其中每個切換元件通過信號線接收控制切換操作的信號。因此， 為了最小化IPM，必須對信號線的引出線的布置給予充分的考慮。
完成本發(fā)明，以解決上述問題，并且本發(fā)明的目標在于提供能夠獲得 最小化的半導體模組以及包括半導體模組的混合動力車輛驅動裝置。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，半導體模組模組包括第一電源線；第二電源線；第一 和第二切換元件以及絕緣襯底。第一電源線連接到電源的第一電極。第二 電源線連接到電源的第二電極。第一和第二切換元件連接在第一電源線和 第二電源線之間。絕緣襯底具有安裝在其上的第一和第二切換元件。這 里，第一電源線包括耦合到第一切換元件的第一電極層的母線，第二電源 線包括布置在絕緣襯底上并耦合到第二切換元件的第二電極層的布線層。
在半導體模組中，巳經(jīng)是由金屬材料制成的第一和第二電源線中的一
個安裝為絕緣襯底上的布線層。這樣的構造確保從布線層延伸到絕緣襯底 的散熱路徑。因此，布線層可以制造的較薄，使得半導體模組沿垂直于襯 底的方向最小化。
優(yōu)選地，半導體模組還包括信號線層、第一導體構件和第二導體構 件。信號線層布置在絕緣襯底上以傳遞控制信號，從而控制第一和第二切 換元件的電極。第一導體構件使得第一電源線、第一和第二切換元件以及
第二電源線進行導電。第二導體構件使得第一和第二開關元件的控制電極 與信號線層進行導電。這里，信號線層被布置使得第一導體構件的延伸方 向基本上垂直于第二導體構件的延伸方向。
在半導體模組中，已經(jīng)設置有插入其間的信號線層的第一切換元件的 第一電極層和第二切換元件的第二電極層可以布置以彼此鄰接。這樣的構 造允許分配到電極層的電感減小，導致切換操作中產(chǎn)生的感應電壓(逆程 電壓)降低。因此，切換元件可以由耐低壓的小尺寸元件形成。因此，這 樣的構造允許半導體模組的進一步最小化和成本降低。
優(yōu)選地，第一電極層和第二電極層被布置使得經(jīng)過第一切換元件的電 流方向與經(jīng)過第二開關元件的電流方向相反。
在半導體模組中，第一電極層附近產(chǎn)生的磁場的旋轉方向與第二電極 層附近產(chǎn)生的磁場相反。因此，兩個磁場抵消。這樣的構造允許分配到電 極層的電感減小。
優(yōu)選地，半導體模組還包括散熱構件，附裝到絕緣襯底的底側。
在半導體模組中，形成用于散發(fā)從布線層通過絕緣襯底傳播到散熱構 件的熱量。這樣的構造允許進一步提高布線層的冷卻效率。因此，布線層 可以變得更薄，導致半導體模組的最小化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面， 一種用于混合動力車輛的驅動裝置，包 括阻尼器、旋轉電機、動力傳遞機構、殼體和動力控制單元。阻尼器， 與內燃機的曲軸耦合。旋轉電機被布置使得其旋轉軸線與阻尼器的旋轉軸 線對準。動力傳遞機構將內燃機產(chǎn)生的機械動力和旋轉電機產(chǎn)生的機械動 力的結合傳遞到驅動軸。殼體容納阻尼器、旋轉電機和動力傳遞機構。動 力控制單元包括半導體模組并且控制旋轉電機。這里，半導體模組模組包 括第一電源線；第二電源線；第一和第二切換元件以及絕緣襯底。第一 電源線連接到電源的第一電極。第二電源線連接到電源的第二電極。第一 和第二切換元件連接在第一電源線和第二電源線之間。絕緣襯底具有安裝 在其上的第一和第二切換元件。第一電源線包括耦合到第一切換元件的第 一電極層的母線，第二電源線包括布置在絕緣襯底上并耦合到第二切換元 件的第二電極層的布線層。在安裝在車輛上的情況下，當沿旋轉軸線投影
時，動力控制單元布置在殼體中，以落在殼體的投影部分的水平尺寸內， 殼體容納投影部分阻尼器、旋轉電機和動力傳遞機構。 這樣的構造使得混合動力車輛的驅動裝置更緊湊。
優(yōu)選地，半導體模組還包括信號線層、第一導體層和第二導體層。信 號線層布置在絕緣襯底上以傳遞控制信號，從而控制第一和第二切換元件 的電極。第一導體構件使得第一電源線、第一和第二切換元件以及第二電 源線進行電傳導。第二導體構件使得第一和第二開關元件的控制電極與信 號線層進行導電。這里，信號線層被布置使得第一導體構件的延伸方向基 本上垂直于第二導體構件的延伸方向。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造允許半導體模組的進一步 最小化和成本降低。因此，這樣的構造使得混合動力車輛的驅動裝置更緊 湊。
優(yōu)選地，第一電極層和第二電極層被布置使得經(jīng)過第一切換元件的電 流方向與經(jīng)過第二開關元件的電流方向相反。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造允許分配到電極層的電感 降低。因此，這樣的構造允許半導體模組的進一步最小化和成本降低。
優(yōu)選地，半導體模組還包括散熱構件，附裝到絕緣襯底的底側。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造有利于半導體模組的最小 化。因此，這樣的構造使得混合動力車輛的驅動裝置更緊湊。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面， 一種用于混合動力車輛的驅動裝置，包 括阻尼器、旋轉電機、動力傳遞機構、殼體和動力控制單元。阻尼器與 內燃機的曲軸耦合。旋轉電機被布置使得其旋轉軸線與阻尼器的旋轉軸線 對準。動力傳遞機構將內燃機產(chǎn)生的機械動力和旋轉電機產(chǎn)生的機械動力 的結合傳遞到驅動軸。殼體容納阻尼器、旋轉電機和動力傳遞機構。動力 控制單元，包括半導體模組并且控制旋轉電機。這里，半導體模組模組包 括第一電源線；第二電源線；第一和第二切換元件以及絕緣襯底。第一 電源線連接到電源的第一電極。第二電源線連接到電源的第二電極。第一 和第二切換元件連接在第一電源線和第二電源線之間。絕緣襯底具有安裝 在其上的第一和第二切換元件。第一電源線包括耦合到第一切換元件的第
一電極層的母線，第二電源線包括布置在絕緣襯底上并耦合到第二切換元 件的第二電極層的布線層。當安裝在車輛上時，動力控制單元被布置在殼 體中，以在沿旋轉軸線的方向投影時落在殼體的投影部分的容納阻尼器、 旋轉電機和動力傳遞機構的水平尺寸內。
在混合動力車輛的驅動裝置中，逆變器是集成的。這樣的構造實現(xiàn)混 合動力車輛的最小化。
優(yōu)選地，半導體模組還包括信號線層、第一導體層和第二導體層。信 號線層布置在絕緣襯底上以傳遞控制信號，從而控制第一和第二切換元件 的電極。第一導體構件使得第一電源線、第一和第二切換元件以及第二電 源線進行電傳導。第二導體構件使得第一和第二開關元件的控制電極與信 號線層進行導電。這里，信號線層被布置使得第一導體構件的延伸方向基 本上垂直于第二導體構件的延伸方向。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造允許半導體模組的進一步 最小化和成本降低。因此，這樣的構造使得混合動力車輛的驅動裝置更緊 湊。
優(yōu)選地，第一電極層和第二電極層被布置使得經(jīng)過第一切換元件的電 流方向與經(jīng)過第二開關元件的電流方向相反。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造允許分配到電極層的電感 降低。因此，這樣的構造允許半導體模組的進一步最小化和成本降低。
優(yōu)選地，半導體模組還包括散熱構件，附裝到絕緣襯底的底側。
在混合動力車輛的驅動裝置中，這樣的構造有利于半導體模組的最小 化。因此，這樣的構造使得混合動力車輛的驅動裝置更緊湊。
優(yōu)選地，動力控制單元包括電抗器和電容器。電抗器，相對于旋轉中 心軸線布置在旋轉電機的第一側。電容器相對于旋轉中心軸線布置在旋轉 電機的第二側。
混合動力車輛的驅動裝置的重量變低并且尺寸變小。此外，半導體模 組使得車輛的重心低并且提高車輛的行駛穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明，每個都連接到電源的第一和第二電源線中的一個安裝為 絕緣襯底上的布線層，導致半導體模組沿法向的最小化。
此外，第一切換元件的第一電極層和鄰近于第一切換元件的第二切換 元件的第二電極層可以布置彼此鄰接，導致分配到電極層的電感的降低。 因此，這樣的構造允許切換元件的最小化。另外，這樣的構造允許半導體 模組的進一步最小化和成本降低。
此外，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組使得在混合動力車輛的驅動裝置安裝 到車輛上時驅動裝置沿垂直方向變小。此外，半導體模組使得車輛的重心 變低并且提高車輛的行駛穩(wěn)定性。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明裝備有半導體模組的電動機驅動裝置的示意性 框圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的一般構造的俯視圖。
圖3是示出逆變器的三相臂的具體構造的俯視圖。 圖4是沿圖3的線IV-IV的剖視圖。 圖5是沿圖3的線V-V的剖視圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的主要部件的構造的俯視圖。 圖7是示出半導體模組的主要部件的另一種構造的俯視圖。 圖8是示出與根據(jù)本發(fā)明的混合動力車輛中的電動機-發(fā)動機控制的構 造的電路圖。
圖9是圖示圖8中所示的動力分離機構和減速器的每一個細節(jié)的示意圖。
圖IO是圖示根據(jù)本發(fā)明混合動力車輛的外觀的立體圖。 圖11是示出混合動力車輛驅動裝置的俯視圖。
圖12是示出沿圖11中所示的XI方向所觀察的混合動力車輛驅動裝 置的側視圖。
圖13是示出混合動力車輛驅動裝置的油混合路徑的剖視圖。 圖14是沿圖13中線XIV-XIV所取的部分剖視圖。
具體實施例方式
下文中，參考附圖，給出本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述。在附圖中， 相同或對用部分用相同標號來表示，因此，不在給出其重復描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明裝備有半導體模組的電動機驅動裝置的示意圖框圖。
參考圖1，電動機驅動裝置100包括電池B、電容器Cl和C2、升壓 轉換器12、逆變器14和31以及控制裝置30。
電動機發(fā)電機MG1和MG2分別是三相AC旋轉電機。每個電動機-發(fā) 電機MG1和MG2用作發(fā)電機和電動機。這里，電動機-發(fā)電機MG1主要 用作發(fā)電機，而電動機-發(fā)電機MG2主要用作電動機。
升壓轉換器12包括電抗器Ll、切換元件Ql和Q2以及二極管Dl和 D2。電抗器Ll居于連接到電池B的電源線LN1的第一端和連接到切換元 件Ql和切換元件Q2之間的中間點(即，連接在切換元件Ql的發(fā)射極和 切換元件Q2的集電極之間)的第二端。切換元件Ql和Q2串聯(lián)連接在電 源線LN1和接地線LN2之間。切換元件Ql具有連接到電源線LN1的集 電極，切換元件Q2具有連接到接地線LN2的發(fā)射極。此外，二極管Dl 連接在切換元件Ql的集電極和發(fā)射極之間，二極管D2連接在切換元件 Q2的集電極和發(fā)射極之間，使得電流從每個發(fā)射極流向每個集電極。
逆變器14包括U相臂15、 V相臂16和W相臂17。 U相臂15、 V相 臂16和W相臂17并聯(lián)連接在電源線LN1和接地線LN2之間。
U相臂15包括串聯(lián)連接的切換元件Q3和Q4， V相臂16包括串聯(lián)連 接的切換元件Q5和Q6， W相臂17具有串聯(lián)連接的切換元件Q7和Q8。 二極管D3連接在切換元件Q3的集電極和發(fā)射極之間，二極管D4連接在 切換元件Q4的集電極和發(fā)射極之間，二極管D5連接在切換元件Q5的集 電極和發(fā)射極之間，二極管D6連接在切換元件Q6的集電極和發(fā)射極之 間，二極管D7連接在切換元件Q7的集電極和發(fā)射極之間，二極管D8連 接在切換元件Q8的集電極和發(fā)射極之間，使得電流從每個發(fā)射極流向每 個集電極。
U相臂15的中間點連接到電動機-發(fā)電機MG1的U相線圈的U相 端，V相臂16的中間點連接到電動機-發(fā)電機MG1的V相線圈的V相
端，W相臂17的中間點連接到電動機-發(fā)電機MGl的W相線圈的U相 端。即，在電動機-發(fā)電機MGl中，U、 V和W相線圈的第一端共同連接 到中性點。另一方面，在電動機-發(fā)電機MGl中，U相線圈的第二端連接 到切換元件Q3和Q4之間的中間點，V相線圈的第二端連接到切換元件 Q5和Q6之間的中間點，W相線圈的第二端連接到切換元件Q7和Q8之 間的中間點。
逆變器31的構造類似于逆變器15。這里，例如，MOS晶體管用作升 壓轉換器12、逆變器14和逆變器31的切換元件Ql-Q8。
電池B是高壓電池，其具有大量的蓄電池單元(諸如鎳氫電池或鋰離 子電池)串聯(lián)連接的結構。除了這樣的蓄電池之外，電池B可以時電容或 燃料電池。
電容Cl使從電池B供應的DC電壓平滑，并且將平滑的DC電壓供 應到升壓轉換器12。
升壓轉換器12升壓從電容器Cl供應的DC電壓，并將得到的電壓供 應到電容器C2。更具體而言，在接收到來自控制裝置30的信號PWMC的 情況下，升壓轉換器12根據(jù)切換元件Q2由信號PWMC開啟的時間長度 而升壓DC電壓，并將得到的電壓供應到電容C2。
此外，在接收到來自控制裝置30的信號PWMC的情況下，升壓轉換 器12通過電容器C2將從逆變器14和/或逆變器31供應的DC電壓降壓， 以對電池B充電。
電容C2使從升壓轉換器12供應的DC電壓平滑，并將平滑的DC電 壓供應到逆變器14和31。
在通過電容C2接收到來自電池B的DC電壓的情況下，逆變器14基 于來自控制裝置30的信號PWMI1將DC電壓轉換AC電壓，以驅動電動 機-發(fā)電機MG1。由此，電動機-發(fā)電機MG1被驅動，以根據(jù)扭矩命令值 TR1產(chǎn)生扭矩。
此外，在裝備有電動機驅動裝置100的混合動力車輛的再生制動時， 逆變器14基于來自控制裝置30的信號PWMI1將電動機-發(fā)電機MG1產(chǎn) 生的AC電壓轉換成DC電壓，并將轉換的DC電壓通過電容C2供應到升
壓轉換器12。這里提及的再生制動的示例包括以混合動力車輛的駕駛者 下壓腳制動器的方式完成再生的制動；以及以當車輛行駛時駕駛者不下壓 腳制動器但關閉加速器踏板的方式完成再生的減速(或停止加速)。
在通過電容C2接收到來自電池B的DC電壓的情況下，逆變器31基 于來自控制裝置30的信號PWMI2將DC電壓轉換AC電壓，以驅動電動 機-發(fā)電機MG2。由此，電動機-發(fā)電機MG2被驅動，以根據(jù)扭矩命令值 TR2產(chǎn)生扭矩。
此外，在裝備有電動機驅動裝置100的混合動力車輛的再生制動時， 逆變器31基于來自控制裝置30的信號PWMI2將電動機-發(fā)電機MG2產(chǎn) 生的AC電壓轉換成DC電壓，并將轉換的DC電壓通過電容C2供應到升 壓轉換器12。
在上述構造中，逆變器14、逆變器31和升壓轉換器12—體形成本發(fā) 明的半導體模組。這里，阻抗器L1和升壓轉換器12中的電壓平滑電容器 C2的尺寸比較大，由此分別布置在半導體模組的外側。
接著，參考圖2，給出根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的具體構造示例的說明。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的一般構造的俯視圖。為了方便 的原因，將下述圖2的上下方向定義為縱向，而將圖2的左右方向定義為 橫向。
參考圖2，半導體模組10包括每個都在絕緣襯底50上沿橫向延伸的 母線40P、 40N、 42P和42N以及布置在母線40P和40N上方和下方的切 換元件Ql-Q8，其中母線40P和40N插入在切換元件Ql-Q8之間。
絕緣襯底50例如由聚酰亞胺制成。注意，與絕緣襯底50由氮化鋁制 成的情況相比，由聚酰亞胺制成的絕緣襯底50提高襯底由于熱膨脹所產(chǎn) 生的應力的耐用性。這有利于成倍提高。
此外，散熱板60安裝到絕緣襯底50的底側。如下所述，散熱板60冷 卻半導體模組10。
母線40P形成連接在升壓轉換器12與圖1中各個逆變器14和31之間 的電源線LN1，母線40N形成連接在升壓轉換器12與圖1中各個逆變器
14和31之間的接地線LN2。如下所述，母線40P和母線40N沿絕緣襯底 50的法向(對應于圖中的垂直方向)堆疊，并且絕緣構件(未示出)插入 在其間。
此外，母線40P通過切換元件Ql連接到母線42P，母線40N通過切 換元件Q2連接到母線40N。母線40P和40N分別連接到電池B的正和負 電極(未示出)。S卩，母線40P和母線42P—體形成圖l中所示的電源線 LN1，并且母線40N和母線42N—體形成圖1中所示的接地線LN2。
布置在母線40P和40N上方的切換元件Q3-Q8形成圖1中所示的逆變 器31。另一方面，布置在母線40P和40N下方的切換元件Q3-Q8形成圖 1中所示的逆變器14。此外，布置在母線40P和40N上方和下方的切換元 件Q1和Q2形成圖1中所示的升壓轉換器12。
在圖2中所示的示例中，逆變器14和31的U相臂15 (切換元件Q3 和Q4)、逆變器14和31的V相臂16 (切換元件Q5和Q6)以及逆變器 14和31的W相臂17 (切換元件Q7和Q8)在圖中從左到右依次布置。 這里，每個切換元件Q3-Q8由并聯(lián)連接的兩個切換元件形成，以防止每個 切換元件由于經(jīng)過電流的增大而接收額外負載。
在逆變器14和31的U、 V和W相臂中，串聯(lián)連接在母線40P和母線 40N之間的兩個切換元件以這樣的方式形成形成作為絕緣襯底50上的圖 案的電極層通過電線連接到每個切換元件。
圖3是示出逆變器14和31的三相臂15-17的具體構造的俯視圖。注 意，三相臂15-17的構造彼此相同，因此，圖3中有代表性地圖示逆變器 14和31的U相臂15的構造。
圖4是沿圖3的線IV-IV的剖視圖。
參考圖3和4，逆變器31的U相臂15布置在母線40P和40N上方， 并且包括切換元件Q3-Q4、 P側電極層31PU、中間電極層31U和N側電 極層31NU。
P側電極層31PU、中間電極層31U和N側電極層31NU中每一個均 形成為絕緣襯底50上的圖案。P側電極層31PU具有耦合到形成電源線 LN1的母線40P的第一端。N側電極層31NU具有耦合到形成接地線LN2
的母線40N的第一端。中間電極層31U對應于圖1中所示的U相臂15的 中間點，并且通過母線(未示出)連接到電動機-發(fā)電機MG2的U相線圈。
切換元件Q3具有緊固到中間電極層31U的集電極，以與中間電極層 31U建立電傳導。切換元件Q3還具有通過電線WL1連接到P側電極層 31PU的發(fā)射極。
切換元件Q4具有緊固到N側電極層31NU的集電極，以與N側電極 層31NU建立電傳導。切換元件Q4還具有通過電線WL1連接到中間電極 層31U的發(fā)射極。
這里假設，MOS晶體管用作切換元件Q3和Q4。切換元件Q3和Q4 還具有二極管D3和D4的整流性能，因此分別整合有二極管D3和D4。
絕緣襯底50緊固到散熱板60，使得其底側通過焊劑52粘附到散熱板 60。散熱板60通過硅脂62布置在散熱器70上。
散熱器70具有多個溝槽72。這里假設，采用水冷系統(tǒng)作為逆變器14 和31的冷卻系統(tǒng)。散熱器(未示出)設置在半導體模組10的外側，以提 供冷卻水。冷卻水沿垂直于圖的方向流經(jīng)散熱器70的多個溝槽72，以通 過散熱板60和絕緣襯底50冷卻切換元件Q3-Q4。
圖5是沿圖3的線V-V的剖視圖。
參考圖5，逆變器31的U相臂15的中間電極層31U和逆變器14的 U相臂15的中間電極層14U沿絕緣襯底50的縱向(對應于圖中的左右方 向)布置。切換元件Q3緊固到中間電極層31U和中間電極層41U中的每一個。
然后，母線40P和40N布置在中間電極層31U和中間電極層14U之 間。母線40P和母線40N沿絕緣襯底50的法向堆疊通過絕緣構件80。
這里，形成堆疊結構的母線40P和40N中的上母線40P是金屬構件， 例如由銅等制成。相反，母線40P和40N中的下母線40N是形成在絕緣襯 底50上的布線層。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組具有這樣的特征構造形成電源 線LN1和接地線LN2的母線40P和40N中的一個是布線層。
不同于包括都是金屬構件的母線40P和40N的傳統(tǒng)半導體模組，在這 樣構造的情況下，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組帶來以下優(yōu)點。
具體而言，每個母線40P和40N分別用作在電池B和每個電動機-發(fā) 電機MG1和MG2之間的電力傳遞/接收的介質。因此，電流沿垂直于圖 的方向流過每個母線40P和40N。這里，母線40P和40N產(chǎn)生與經(jīng)過的電 流和內阻成比例的熱量。為了防止母線40P和40N由于流經(jīng)電流的增大而 過熱，傳統(tǒng)半導體模組嘗試為每條母線提供具有較大橫截面積的金屬構件 而降低內阻。因此，半導體模組沿法向的尺寸增大對應于兩個金屬構件的 長度，由此不利于半導體模組沿法向的最小化。
另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的半導體模組10中，母線40N設置為布線 層，并且緊固到絕緣襯底50。這種構造實現(xiàn)了半導體模組10沿法向的最 小化，同時確保從母線40N的熱量散發(fā)。
艮P，設置為布線層的母線40N帶來這樣的優(yōu)點母線40N處產(chǎn)生的熱 量由冷卻水通過絕緣襯底50、散熱板60和形成于散熱器70上的多個溝槽 72冷卻。這樣的構造確保母線40N的散熱性能，使得母線40N可以由具 有較小橫截面積的布線層形成。結果，半導體模制10沿法向(對應于圖 中的"hi")的長度顯著變短。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組通過設置為母線的布線層優(yōu)點而 實現(xiàn)法向的最小化。此外，如下所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組具有這樣 的信號線布置特征通過信號線，切換元件Ql和Q2以及切換元件Q3-Q8 的柵極接收來自控制裝置30的信號PWMC或PWMI。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的主要部件的構造的俯視圖。在 圖6中，用于將信號PWMI輸出到切換元件Q3-Q8的信號線層14G3、 14G4、 31G3和31G4被增加到圖3中所示的逆變器14和31的U相臂15 的構造中。
更具體而言，參考圖6，對應于逆變器31的U相臂15的切換元件Q3 的信號線層31G3分別布置在中間電極層31U的上方和下方。這里，布置 在中間電極層31U下方的信號線31G3沿半導體模組10的法向位于母線 40P上方。信號線層31G3通過電線WL2連接到切換元件Q3的柵極。
同樣，對應于逆變器31的U相臂15的切換元件Q4的信號線層31G4 布置在N側電極層31NU的上方和下方。這里，布置在N側電極層31NU 下方的信號線31G4沿半導體模組10的法向位于母線40P上方。信號線層 31G4通過電線WL2連接到切換元件Q4的柵極。
對應于逆變器14的U相臂15的信號線14G3和14G4的構造類似于 信號線層31G3和31G4。然后，信號線層14G3、 14G4、 31G3和31G4沿 半導體模組10的法向布置在上方，并且連接到裝備有控制裝置30的控制 面板(未示出)。U、 V和W相臂15、 16和17沿半導體模組IO的橫向布 置，并且U相臂15定義為基本單元。
對應于U、 V和W相臂的信號線層如圖6所示布置，以形成沿半導體 模組10的橫向經(jīng)過P側電極層31PU、切換元件Q3、中間電極層31U、 切換元件Q4和N側電極層31NU的電流路徑。然后，用于輸入控制信號 PWMI2的路徑沿半導體模組10的縱向形成，即沿基本垂直于電流路徑的 方向。
這樣的結構相對于控制信號輸入路徑和電流路徑沿單向形成的布置結 構(圖7)帶來下面優(yōu)點。
更具體而言，如圖7所示，假設對應于U相臂15、 V相臂16和W相 臂17的信號線層沿半導體模組的橫向布置，同其它電極層的情況一樣。
參考圖7， U相臂15、 V相臂16和W相臂17沿半導體模組的橫向布 置，U相臂15定義為基本單元。因此，作為U相臂15和V相臂16的邊 界，對應于逆變器31的V相臂16的信號線層31G6布置在U相臂15的P 側電極層31PU與V相臂16的N層電極層31NV之間。此外，對應于逆 變器14的V相臂16的信號線層14G6布置在U相臂15的P層電極層 14PU和V相臂16的N側電極層14NV之間。
艮P， U相臂15的P側電極層31PU (或14PU)和V相臂16的N側電 極層31NV (14NV)被布置成其間設定間隔。此間隔對應于信號線層 31G6 (或14G6)沿橫向的長度。
另一方面，在如圖6中所示的布置中，U相臂15的P側電極層31PU (或14PU)和V相臂16的N側電極層31NV (或14NV)可以布置，以
彼此鄰接，其間沒有插入信號線層31G6 (或14G6)。
如上所述， 一個臂的P側電極層和與該臂相鄰的另一個臂的N側電極 層布置成彼此鄰接。這樣的構造帶來這樣的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的半導體模 組IO可以降低分配到每個電極層的電感。
例如，對于電流的流動方向，P側電極層31PU和與P側電極層31PU 相鄰的N側電極層31NV彼此相反。在此實施例中，電流從母線40P流到 P側電極層31PU，同時電流從N側電極層31NV流到母線40N。因此，P 側電極層31PU周圍由電流產(chǎn)生的磁場的旋轉方向與N側電極層31NV周 圍由電流產(chǎn)生的磁場的旋轉方向相反。這樣的構造允許降低P側電極層 31PU的電感和N側電極層31NV的電感，引起因切換操作的電感引起的 逆程電壓的降低。逆程電流的降低獲得高速切換操作。此外，由耐高壓的 切換元件形成以吸收逆程電壓的每個逆變器14和31可以由小尺寸的耐低 壓的切換元件形成。因此，這樣的構造允許半導體模組10的進一步最小 化和成本降低。
在上述實施例中，升壓轉換器12、逆變器14和逆變器31的各個臂封 裝為一個半導體模組，但是半導體模組的構造不限于此。例如，單相或整 個逆變器以及升壓轉換器的上下臂可以封裝為一個半導體模組。 (根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的應用示例)
最后，作為根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的應用示例，給出混合動力車輛 驅動裝置的描述，其中包括半導體模組和電動機的電動機驅動裝置容納在 一個殼體中。
經(jīng)常，混合動力車輛的電流驅動裝置采用簡單的構造形成逆變器的 較大箱狀殼體放置在電動機殼體上。另一方面，如下所述，根據(jù)本發(fā)明的 混合動力車輛的驅動裝置在驅動裝置安裝在車輛的情況下改善了車輛的重 心沿高度方向的位置，并且節(jié)省了安裝空間。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的混合動力車輛200的電動機-發(fā)電機控制構造 的電路圖。在圖8所示的混合動力車輛200中，圖1中所示的電動機驅動 裝置100、動力分離機構PSD和減速器RD重新形成驅動裝置20。
參考圖8，車輛200包括電池B、驅動裝置20、控制裝置30、發(fā)動機
(未示出)和車輪(未示出)。
驅動裝置20包括電動機-發(fā)電機MG1和MG2、動力分離機構PSD、 減速器RD和用于控制電動機-發(fā)電機MG1和MG2的動力控制單元21 。
基本上，動力分離機構PSD將機械動力分配到耦合到其上的發(fā)動機、 電動機-發(fā)電機MG1和電動機-發(fā)電機MG2。動力分離機構PSD例如可以 是具有三個旋轉軸(即，太陽齒輪、行星架和環(huán)形齒輪)的行星齒輪機 構。
動力分離機構PSD具有三個旋轉軸，更具體而言，連接到發(fā)動機的旋 轉軸的旋轉軸、連接到電動機-發(fā)電機MG1的旋轉軸的旋轉軸以及連接到 減速器RD的旋轉軸。與動力分離機構PSD集成的減速器RD降低電動機-發(fā)電機MG2的扭矩，并將降低的扭矩傳遞到動力分離機構PSD。
如下所述，減速器具有通過減速齒輪或差速齒輪(未示出)而連接到 車輪的旋轉軸。
動力控制單元21包括分別對應于電動機-發(fā)電機MG1和MG2而設置 的逆變器14和31、以及逆變器14和31共同設置的升壓轉換器12。
在動力控制單元21中，逆變器14的三相臂15-17、逆變器31的三相 臂15-17以及升壓轉換器12的臂部分彼此集成，以形成半導體模組10。 半導體模組10的構造與圖1中所示安裝到電動機驅動裝置的半導體模組 IO相同，因此，這里不在給出其詳細描述。
圖9是圖示圖8中所述的動力分離機構PSD和減速器RD的每個細節(jié) 的示意圖。
參考圖9，車輛驅動裝置包括電動機-發(fā)電機MG2、連接到電動機-發(fā) 電機MG2的旋轉軸的減速器RD、根據(jù)由減速器RD降低的旋轉軸的扭矩 而旋轉的輪軸、發(fā)動機ENG、電動機-發(fā)電機MG1以及將機械動力分配至 減速器RD、發(fā)動機ENG和電動機-發(fā)電機MG1的動力分離機構PSD。例 如在減速器RD中，從電動機-發(fā)電機MG2到動力分離機構PSD的減速比 不低于兩倍。
發(fā)動機ENG的曲軸500、電動機-發(fā)電機MG1的轉子320和電動機-發(fā)電機MG2的轉子370繞單一軸線旋轉。
動力分離機構PSD在圖9中所示的示例中是行星齒輪。動力分離機構 PSD包括太陽齒輪510、環(huán)形齒輪520、小齒輪530和行星架540。太陽齒 輪510耦合到中空太陽齒輪軸，曲軸500插入穿過中空太陽齒輪軸的軸 心。環(huán)形齒輪520以可旋轉方式被支撐，以與曲軸500共軸。小齒輪530 布置在太陽齒輪510和環(huán)形齒輪520之間，并在旋轉的同時繞太陽齒輪 510的周邊周轉。行星架540耦合到曲軸500的一端，以支撐小齒輪530 的旋轉軸。
動力分離機構PSD包括三個軸作為機械動力傳遞/接收軸，g卩，耦合 到太陽齒輪510的太陽齒輪軸、耦合到環(huán)形齒輪520的環(huán)形齒輪殼體以及 耦合到行星架540的曲軸500。當傳遞到/或接收自這三個軸中的兩個的機 械動力被確定時，基于前一機械動力確定傳遞到/或接收自剩余一個軸的機 械動力。
用于提取機械動力的反驅動齒輪700設置在環(huán)形齒輪殼體外部，以與 環(huán)形齒輪520 —起旋轉。反驅動齒輪700連接到減速齒輪RG。機械動力 在反驅動齒輪700和減速器RG之間傳遞。減速齒輪RG驅動差速齒輪 DEF。在下坡路等情況下，車輪的扭矩被傳遞到差速齒輪DEF，使得減速 齒輪RG被差速齒輪DEF驅動。
電動機-發(fā)電機MG1包括定子310和轉子320。定子310形成旋轉磁 場。轉子320布置在轉子310內側，并且具有多個嵌入其中的永磁體。定 子310包括定子芯330和繞定子芯330纏繞的三相線圈340。轉子320耦 合到與動力分離機構PSD的太陽齒輪510 —起旋轉的太陽齒輪軸。定子芯 330通過電磁薄鋼板堆疊形成，并且固定到殼體(未示出)。
電動機-發(fā)電機MG1用作通過嵌入在轉子320中的永磁體所產(chǎn)生的磁 場和由三相線圈340所形成的磁場之間的接觸而旋轉驅動轉子320的電 機。電動機-發(fā)電機MG1還用作通過由永磁體所產(chǎn)生的磁場和轉子320所 產(chǎn)生的扭矩之間的接觸而在三相線圈340的兩端產(chǎn)生電力的發(fā)電機。
電動機-發(fā)電機MG2包括定子360和轉子370。定子360形成旋轉磁 場。轉子370布置在轉子360內側，并且具有多個嵌入其中的永磁體。轉 子360包括轉子芯380和繞轉子芯380纏繞的三相線圈390。 轉子370通過減速器RD耦合到與動力分離機構PSD的環(huán)形齒輪520 一起旋轉的環(huán)形齒輪軸。定子芯380由電磁薄鋼板的堆疊形成，并且固定 到殼體(未示出)。
電動機-發(fā)電機MG2用作通過由永磁體所產(chǎn)生的磁場和轉子370所產(chǎn) 生的扭矩之間的接觸而在三相線圈390的兩端產(chǎn)生電力的發(fā)電機。電動機-發(fā)電機MG2還用作通過永磁體所產(chǎn)生的磁場和由三相線圈390所形成的 磁場之間的接觸而旋轉驅動轉子320的電機。
減速器RD通過行星齒輪的旋轉元件中一個的行星架600固定到車輛 驅動裝置的殼體的結構降低速度?！熠?，減速器RD包括太陽齒輪620、環(huán) 形齒輪680和小齒輪640。太陽齒輪620耦合到轉子370的軸。環(huán)形齒輪 680與環(huán)形齒輪520 —起旋轉。小齒輪640與環(huán)形齒輪680和太陽齒輪 620，以將太陽齒輪620的扭矩傳遞到環(huán)形齒輪680。
例如，環(huán)形齒輪680的齒數(shù)不少于太陽齒輪620的齒數(shù)的兩倍，使得 減速比不低于兩倍。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的混合動力車輛驅動裝置20的外觀的立體圖。
圖11是示出驅動裝置20的俯視圖。
參考圖10和11，驅動裝置20的殼體可以被分割成殼體104和殼體 102。殼體104對應于主要容納電動機-發(fā)電機MGl的部分，殼體102對應 于主要容納電動機-發(fā)電機MG2和動力控制單元21的部分。
殼體104設置有凸緣106，殼體102設置由凸緣105。凸緣106和凸緣 105通過螺栓等彼此固定，因此，殼體104和殼體102彼此一體。
殼體102還設置有用于組裝動力控制單元21的開口 108。在開口 108 中，電容C2容納在左側(沿車輛行駛方向的一側)，半導體模組10以及 端子基體116和118容納在中間，而電抗器Ll容納在右側。在驅動裝置 20安裝在車輛上的狀態(tài)下，開口 108被蓋關閉。在開口 108中，可以替代 地，電容C2可以容納在右側，而電抗器Ll可以容納在半導體模組10的 左側。
艮口，電抗器Ll布置在電動機-發(fā)電機MG1和MG2的旋轉軸中一個的
一側，而電容C2布置在電動機-發(fā)電機MG1和MG2的旋轉軸中另一個的 一側。然后，半導體模組IO布置在電容C2和電抗器Ll之間的區(qū)域。電 動機-發(fā)電機MG2布置在半導體模組10的下方。
半導體模組10的構造類似于參考圖2所述的構造。
具體而言，逆變器14和31的切換元件Ql-Q8布置在絕緣襯底50的 頂側。此外，母線40P和40N設置在逆變器14和逆變器31之間的區(qū)域， 以沿絕緣襯底50的法向(對應于圖中的垂直方向)彼此重疊。
母線40P用作堆疊結構的上層并形成電源線LN1。這里，母線40P是 金屬構件。另一方面，母線40N用作堆疊結構的下層并形成接地線LN2。 這里，母線40N是布線層。
此外，散熱器70 (未示出)通過散熱板60 (未示出)設置在絕緣襯 底的底側。散熱器70設置由多個溝槽72，每個溝槽72形成水槽，并且殼 體102具有分別連接到水槽的冷卻水入口 114和冷卻水出口 112。這些入 口和出口以這樣的方式形成使得凸緣106和105被開孔，并且然將接合 螺栓等插入到殼體102的孔中。
這里，水槽可以這樣的方式形成，使得冷卻水不通過散熱器70而直 接在散熱板60的底側流動。這樣的構造允許半導體模組10沿法向的長度 減小。
此外，在逆變器14中，U相臂15、 V相臂16和W相臂17分別設置 有母線，母線被導向到連接至電動機-發(fā)電機MG2的定子線圈的端子基體 116。同樣，在逆變器31中，U相臂15、 V相臂16和W相臂17分別設置 有母線，母線被導向到連接至電動機-發(fā)電機MG1的定子線圈的端子基體 118。
圖12是示出當從圖11中所示的X1方向觀察時的驅動裝置20的側視圖。
參考圖12，殼體102設置有開口 109，用于組裝電動機-發(fā)電機和用于 維護。在驅動裝置20安裝在車輛上的狀態(tài)下，開口109被蓋關閉。
電動機-發(fā)電機MG2布置開口 109中。轉子370布置在定子360中， U、 V和W母線連接到定子360。從轉子370的中心可觀察空心軸600。
如圖12所示，電動機-發(fā)電機MG2的定子360大部分接合在殼體102 中用于容納動力控制單元21的室中。因此，電抗器Ll布置在電動機-發(fā)電 機MG2的第一側，電容C2布置在電動機-發(fā)電機MG2的第二側。S卩，有 效地容納大尺寸的部件。另外，半導體模組10布置在電動機-發(fā)電機MG2 的定子360上方。
根據(jù)這樣的布置結構，形成動力控制單元21的電容C2、半導體模組 10和電抗器Ll在當車輛驅動裝置安裝在車輛上時布置在水平方向內。這 里，基于容納阻尼器124、電動機-發(fā)電機MG2、減速齒輪RG和差速齒輪 DEF的殼體的投影部分確定水平方向尺寸。因此，混合動力車輛驅動裝置 可以變得緊湊。
沿安裝在車輛上的垂直方向，半導體模組10以這樣的方式布置，使 得容納半導體模組10的殼體的投影部分的高度不超過容納阻尼器124、電 動機-發(fā)電機MG2、減速齒輪RG和差速齒輪DEF的殼體的空間的高度。 由于通過將母線40P和40N中用于電源的一個形成為布線層而顯著降低半 導體模組10沿法向的高度這樣的布置，實現(xiàn)這樣的布置。
從上面說明書中可以理解，形成控制單元21的半導體模組10、電抗 器Ll和電容C2布置在由容納差速齒輪DEF的殼體部分的外邊緣和容納 阻尼器124的殼體部分的外邊緣所限定的垂直尺寸內。這樣的構造使得車 輛的重心低并且提高車輛的行駛穩(wěn)定性。 (修改)
在上述的混合動力車輛中，包括半導體模組10的動力控制單元21采 用一般的水冷系統(tǒng)作為冷卻系統(tǒng)。
這里假設，在高溫下可以致動的元件(諸如SiC-MOS元件)用作切 換元件。因此，切換元件可以在幾乎等于電動機-發(fā)電機的耐熱溫度的溫度 下致動。因此，取代僅用于動力控制單元21的水冷系統(tǒng)，切換元件可以 采用與電動機-發(fā)電機共用的油冷系統(tǒng)作為冷卻系統(tǒng)。因此，整個裝置的構 造可以變得更緊湊。此外，冷卻操作可以在半導體模組10上不提供冷卻 水路徑的情況下進行。這樣的構造使得車輛的重心低低并且提高了車輛的 行駛穩(wěn)定性。說明書第20/21頁
作為根據(jù)本發(fā)明的半導體模組應用的混合動力車輛的修改，下面將給 出采用油冷系統(tǒng)作為動力控制單元21的冷卻系統(tǒng)的混合動力車輛驅動裝 置的描述。
在這樣的修改中，在包括半導體模組的動力控制單元21處產(chǎn)生的熱
量和在電動機-發(fā)電機MG1和MG2處產(chǎn)生的熱量部分通過散熱等散發(fā)， 主要由與潤滑劑的熱交換來冷卻。
因此，在動力控制單元21處產(chǎn)生的熱量和在電動機-發(fā)電機MG1和電 動機-發(fā)電機MG2處產(chǎn)生的熱量通過潤滑劑傳遞到電動機-發(fā)電機MG1的 殼體，然后從殼體傳遞到發(fā)動機ENG的缸體。缸體由冷卻水冷卻，使得 可以抑制溫度升高。因此，動力控制單元21、電動機-發(fā)電機MGl和電動 機-發(fā)電機MG2中的每一個的溫度也被防止升高。
圖13是示出驅動裝置20中的油循環(huán)路徑的剖視圖。
參考圖13，示出用于容納電動機-發(fā)電機MG2的室和容納動力控制單 元21的室之間的邊界部分的剖面、以及用于容納減速齒輪RG和差速齒輪 DEF的殼體部分的剖面。
圖14是沿圖13的線XIV-XIV的部分剖視圖。
參考圖13和14，殼體102設置有隔離壁210，用于隔離兩個空間， 即用于容納動力控制單元21的室和用于容納電動機-發(fā)電機MG2的室。 用于冷卻半導體模組IO的油的油路122設置在隔離壁210的頂側，并且與 蓄油器470和用于容納電動機-發(fā)電機MG2連通。為了防止電動機-發(fā)電機 MG2的潤滑劑向半導體模組10泄漏，半導體模組10用隔離壁210和液體 墊圈密封。
潤滑劑在殼體的底部存儲到油水平0L。殼體的這個底部對應于油 盤。這里油盤可以分別設置在殼體的底部。
圖9中所示的反向驅動齒輪700根據(jù)轉子370的扭矩旋轉。然后，反 向從動齒輪132由反向驅動齒輪700旋轉。因此，差速齒輪DEF根據(jù)反向 從動齒輪132的扭矩旋轉。
如圖13中的箭頭所示，然后，差速齒輪DEF升高潤滑劑。擋油板 486設置在殼體的上側，并且由差速齒輪DEF所升高的油存儲在蓄油器
470中。蓄油器470在潤滑劑循環(huán)路徑中位于包括半導體模組10的動力控 制單元21的上游側。蓄油器470設置有出游口 472。如圖14所示，出游 口 472與每個都延伸到半導體模組10的下部空間的進油口 474、 476和 478連通。
在半導體模制10中與切換元件安裝表面的相對表面處，設置用于和 油一起散熱的散熱片490、 492和494。切換元件的熱量通過這些散熱片由 潤滑劑散發(fā)。因此，潤滑劑經(jīng)過設置在隔離壁210中的出油口 480、 483 和484，然后流入定子360的上部。潤滑劑沿著定子360的外周邊流動， 并且再次回到殼體的底部。
如上所述，半導體模組10被驅動電動機-發(fā)電機加熱，然后通過使用 電動機-發(fā)電機的潤滑劑冷卻。循環(huán)通過電動機-發(fā)電機的潤滑劑的熱量朝 向發(fā)動機的殼體散發(fā)。
因此，冷卻操作可以在電動機和逆變器的結合部分處不設置冷卻水路 徑的情況下進行。因此，半導體模組10需要在水冷系統(tǒng)中提供水槽的散 熱器70。因此，這樣的構造允許半導體模組IO沿法向的長度進一步減 小。因此，這樣的構造使得車輛的重心變低，實現(xiàn)節(jié)省空間并且提高設計 的自由度。
在上述實施例中，有代表性地，半導體模組應用到電動機驅動裝置和 混合動力驅動裝置，但是，根據(jù)本發(fā)明的半導體模組的應用范圍不限于 此。例如，本發(fā)明可以應用到車輛中采用功率半導體元件的交流發(fā)電機或 點火裝置。
應當注意，這里公開的實施例在各個方面都是示例性而非限制。因為 本發(fā)明的范圍由權利要求而非以上描述所限定，并且落在權利要求的邊界 和范圍內的改變這些邊界和范圍的等同內容均包含在權利要求中。
工業(yè)應用性
本發(fā)明可以應用到由安裝到電動機驅動裝置的逆變器和轉換器所形成 的半導體模組以及包括半導體模組的混合動力車輛驅動裝置。
權利要求
1. 一種半導體模組，包括第一電源線(LN1)，連接到電源(B)的第一電極；第二電源線(LN2)，連接到所述電源(B)的第二電極；第一和第二開關元件(Q3-Q8)，連接在所述第一電源線(LN1)和所述第二電源線(LN2)之間；以及絕緣襯底(50)，其上安裝有所述第一和第二開關元件(Q3-Q8)；其中所述第一電源線(LN1)包括連接到所述第一開關元件(Q3，Q5，Q7)的第一電極層的母線(40P)；并且所述第二電源線(LN2)包括布置在所述絕緣襯底(50)上并且連接到所述第二開關元件(Q4，Q6，Q8)的第二電極層的布線層(40N)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的半導體模組，還包括信號線層，布置在所述絕緣襯底(50)上，以將控制信號傳遞到所述 第一和第二開關元件(Q3-Q8)的控制電極；第一導體構件(WL1)，使得所述第一電源線(LN1)、所述第一和 第二開關元件(Q3-Q8)和所述第二電源線(LN2)電導通；以及第二導體構件(WL2)，使得所述第一和第二開關元件(Q3-Q8)的 所述控制電極與所述信號線層電導通；其中所述信號線層被布置使得所述第一導體構件(WL1)的延伸方向大致 垂直于所述第二導體構件(WL2)的延伸方向。
3. 根據(jù)權利要求2所述的半導體模組，其中所述第一電極層和所述第二電極層被布置使得經(jīng)過所述第一開關元件 的電流方向與經(jīng)過所述第二開關元件的電流方向相反。
4. 根據(jù)權利要求1所述的半導體模組，還包括 散熱構件(60)，附裝到所述絕緣襯底(50)的底側。
5. —種用于混合動力車輛的驅動裝置，包括 阻尼器(124)，與內燃機(ENG)的曲軸連接； 旋轉電機(MG2),被布置使得其旋轉軸線與所述阻尼器(124)的 旋轉軸線重合；動力傳遞機構(PSD， RG， DEF)，將所述內燃機(ENG)產(chǎn)生的機 械動力和所述旋轉電機(MG2)產(chǎn)生的機械動力的結合傳遞到驅動軸；殼體(102， 104)，容納所述阻尼器(124)、所述旋轉電機 (MG2)和所述動力傳遞機構(PSD、 RG、 DEF);以及動力控制單元(21)，包括半導體模組(10)并且控制所述旋轉電機 (MG2)，其中所述半導體模組(10)包括第一電源線(LN1)，連接到電源(B)的第一電極；第二電源線(LN2)，連接到所述電源(B)的第二電極；第一和第二開關元件(Q3-Q8)，連接在所述第一電源線(LN1)和 所述第二電源線(LN2)之間；以及絕緣襯底(50)，其上安裝有所述第一和第二開關元件(Q3-Q8);所述第一電源線(LN1)包括連接到所述第一開關元件(Q3， Q5， Q7)的第一電極層的母線(40P)，所述第二電源線(LN2)包括布置在 所述絕緣襯底(50)上并且連接到所述第二開關元件(Q4， Q6， Q8)的 第二電極層的布線層(40N);并且當安裝在所述車輛上時，所述動力控制單元(21)被布置在所述殼體 (102， 104)中，以在沿所述旋轉軸線的方向投影時落在所述殼體 (102， 104)的投影部分的容納所述阻尼器(124)、所述旋轉電機 (MG2)和所述動力傳遞機構(PSD、 RG、 DEF)的水平尺寸內。
6.根據(jù)權利要求5所述的驅動裝置，其中所述半導體模組(10)還包括信號線層，布置在所述絕緣襯底(50)上，以將控制信號傳遞到所述 第一和第二開關元件(Q3-Q8)的控制電極；第一導體構件(WL1)，使得所述第一電源線(LN1)、所述第一和 第二開關元件(Q3-Q8)以及所述第二電源線(LN2)電導通；以及第二導體構件(WL2)，使得所述第一和第二開關元件(Q3-Q8)的 所述控制電極與所述信號線層電導通；并且所述信號線層被布置使得所述第一導體構件(WL1)的延伸方向大致 垂直于所述第二導體構件(WL2)的延伸方向。
7. 根據(jù)權利要求6所述的驅動裝置，其中所述第一電極層和所述第二電極層被布置使得經(jīng)過所述第一開關元件 的電流方向與經(jīng)過所述第二開關元件的電流方向相反。
8. 根據(jù)權利要求5所述的驅動裝置，其中所述半導體模組(10)還包括附裝到所述絕緣襯底(50)的底側的散 熱構件(60)。
9. 一種用于混合動力車輛的驅動裝置，包括 阻尼器(124)，與內燃機(ENG)的曲軸連接；旋轉電機(MG2)，被布置使得其旋轉軸線與所述阻尼器(124)的 旋轉軸線重合；動力傳遞機構(PSD、 RG、 DEF)，將所述內燃機(ENG)產(chǎn)生的機 械動力和所述旋轉電機(MG2)產(chǎn)生的機械動力的結合傳遞到驅動軸；殼體(102， 104)，容納所述阻尼器(124)、所述旋轉電機 (MG2)和所述動力傳遞機構(PSD、 RG、 DEF);以及動力控制單元(21)，包括半導體模組(10)并且控制所述旋轉電機 (MG2)，其中所述半導體模組(10)包括第一電源線(LN1)，連接到電源(B)的第一電極； 第二電源線(LN2)，連接到所述電源(B)的第二電極； 第一和第二開關元件(Q3-Q8)，連接在所述第一電源線(LN1)和所述第二電源線(LN2)之間；以及絕緣襯底(50)，其上安裝有所述第一和第二開關元件(Q3-Q8); 所述第一電源線(LN1)包括連接到所述第一開關元件(Q3， Q5，Q7)的第一電極層的母線(40P)，所述第二電源線(LN2)包括布置在所述絕緣襯底(50)上并且耦合到所述第二開關元件(Q4， Q6， Q8)的第二電極層的布線層(40N);并且 當安裝在所述車輛上時，所述動力控制單元(21)被布置在所述殼體 (102， 104)中，以在沿所述旋轉軸線的方向投影時落在所述殼體 (102， 104)的投影部分的容納所述阻尼器(124)、所述旋轉電機 (MG2)和所述動力傳遞機構(PSD、 RG、 DEF)的豎直尺寸內。
10. 根據(jù)權利要求9所述的驅動裝置，其中 所述半導體模組(10)還包括信號線層，布置在所述絕緣襯底(50)上，以將控制信號傳遞到所述 第一和第二開關元件(Q3-Q8)的控制電極；第一導體構件(WL1)，使得所述第一電源線(LN1)、所述第一和 第二開關元件(Q3-Q8)以及所述第二電源線(LN2)電導通；以及第二導體構件(WL2)，使得所述第一和第二開關元件(Q3-Q8)的 所述控制電極與所述信號線層電導通；并且所述信號線層被布置使得所述第一導體構件(WL1)的延伸方向大致 垂直于所述第二導體構件(WL2)的延伸方向。
11. 根據(jù)權利要求10所述的驅動裝置，其中所述第一電極層和所述第二電極層被布置使得經(jīng)過所述第一開關元件 的電流方向與經(jīng)過所述第二開關元件的電流方向相反。
12. 根據(jù)權利要求9所述的驅動裝置，其中所述半導體模組(10)還包括附裝到所述絕緣襯底(50)的底側的散 熱構件(60)。
13. 根據(jù)權利要求5-12中任一項所述的驅動裝置，其中 所述動力控制單元(21)還包括電抗器(Ll)，相對于旋轉中心軸線布置在所述旋轉電機(MG2)的 第一側；以及電容器(C2)，相對于所述旋轉中心軸線布置在所述旋轉電機 (MG2)的第二側。
全文摘要
本發(fā)明提供半導體模組和具有半導體模組的混合動力車輛驅動裝置。母線(40P)組成電源線，母線(40N)組成接地線。母線(40P、40N)通過絕緣構件沿絕緣襯底(50)的法向分層。這里，布置在上側的母線(40P)由金屬構件形成，布置在下側的母線(40N)由形成在絕緣襯底(50)上的布線層形成。因為母線中的一個是固定到絕緣襯底(50)的布線層，所以可以確保母線的散熱。因此，可以將母線制造為具有相對較小橫截面積的布線層并且可以降低半導體模組沿法向的尺寸。通過將半導體模組安裝在混合動力車輛的驅動裝置上，可以降低當安裝在車輛時的垂直方向尺寸并降低車輛的中心以提高行駛穩(wěn)定性。
文檔編號B60K6/445GK101385142SQ200780005838
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權日2006年2月17日
發(fā)明者吉田忠史 申請人:豐田自動車株式會社