[发明专利]功率模块的绝缘结构和使用功率模块的电力变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及功率模块的绝缘结构和使用该功率模块的电力变换装置。

背景技术

近年来，为了保护环境，用发动机和电机驱动的混合动力汽车（以下记作“HEV”）、仅用电机驱动的电动汽车（以下记作“EV”）正在普及。

这些HEV、EV搭载电力变换装置，在驱动车辆时将来自二次电池的直流电力变换为交流电力驱动电机，在减速时将制动能量从由电机再生的交流电力变换为直流电力以对二次电池充电。电力变换装置中，内置具备功率半导体元件的功率模块，通过该功率半导体元件的开关动作使直流电力和交流电力相互变换。HEV、EV中搭载的电力变换装置因为搭载在有限的搭载空间中，所以要求其小型化、高效率化。

为此提高功率模块的冷却效率是有效的，专利文献1中，使功率半导体元件产生的热从功率模块的两面散热，减少功率半导体元件与进行其冷却的冷媒之间的热阻。

这样的功率模块中，功率半导体元件与收纳该功率半导体元件的功率模块的框体（散热盒）需要电绝缘，因此在功率半导体元件与散热盒之间设置有绝缘层。

功率模块反复出现运转中的功率半导体元件产生的热而引起的高温和停止状态的低温，因此绝缘层容易剥离。当绝缘层剥离时，在由剥离产生的间隙中容易发生放电。为了即使发生剥离也确保绝缘性，需要使绝缘层充分地厚，但绝缘层越厚热阻越增加。

必要的绝缘层的厚度，不仅需要考虑绝缘层的介电常数、耐压，还需要考虑绝缘层内部的气泡、如上所述剥离的情况下的耐压、以及各种环境条件（温度、湿度、气压等）下的绝缘层的特性、绝缘性。因此，现有绝缘层的厚度，是多次进行试制的功率模块的长时间的热负载循环试验和绝缘耐压试验而决定的。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-110143号公报

发明内容

发明要解决的问题

现有的功率模块中，绝缘层的厚度的决定方法不明确，通过经验和反复试制而进行，因此确定设计要耗费时间。

解决问题的方法

根据本发明的第一方式，提供一种功率模块，其具有绝缘结构，在隔着树脂制的绝缘性部件使2个导电性部件之间绝缘的功率模块的绝缘结构中，2个导电性部件与绝缘性部件通过热压接而固定，设绝缘性部件的厚度为di（mm）、相对介电常数为εr（－）、导电性部件间产生的浪涌电压为Vt（V）时，相对于Vt，以满足下式的方式设定di、εr：

di>（1.36×10－8×Vt2+3.4×10－5×Vt－0.015）×εr

根据本发明的第二方式，提供一种功率模块，其具有绝缘结构，在隔着树脂制的绝缘性部件使2个导电性部件之间绝缘的功率模块的绝缘结构中，2个导电性部件与绝缘性部件通过热压接而固定，设绝缘性部件的厚度为di（mm）、相对介电常数为εr（－）、导电性部件间产生的浪涌电压为Vt（V）、绝缘结构所暴露在的最低气压为p（atm）时，以满足下式的方式设定di、εr：

di>（1.36×10－8×Vt2+3.4×10－5×Vt－0.015）×εr/p

根据本发明的第三方式，提供一种功率模块，其具有绝缘结构，在隔着树脂制的绝缘性部件使2个导电性部件之间绝缘的功率模块的绝缘结构中，2个导电性部件与绝缘性部件通过热压接而固定，设绝缘性部件的厚度为di（mm）、相对介电常数为εr（－）、导电性部件间产生的浪涌电压为Vt（V）、在绝缘性部件与导电性部件的界面存在的空孔或绝缘性部件内部包含的空孔的允许厚度为db（mm）时，以满足下式的方式设定di、εr：

di>（1.36×10－8×Vt2+3.4×10－5×Vt－0.015）×εr+db

根据本发明的第四方式，提供一种功率模块，其具有绝缘结构，在隔着树脂制的绝缘性部件使2个导电性部件之间绝缘的功率模块的绝缘结构中，2个导电性部件与绝缘性部件通过热压接而固定，设绝缘性部件的厚度为di（mm）、相对介电常数为εr（－）、导电性部件间产生的浪涌电压为Vt（V）、在绝缘性部件与导电性部件的界面存在的空孔或绝缘性部件内部包含的空孔的允许厚度为db（mm）、绝缘结构所暴露在的最低气压为p（atm）时，以满足下式的方式设定di、εr：

di>（（1.36×10－8×Vt2+3.4×10－5×Vt－0.015）×εr+db）/p

根据本发明的第五方式，在第一方式至第四方式中的任一个方式的功率模块中，优选具有下述绝缘结构：设绝缘性部件的绝缘耐压为Vbd（V/mm）、绝缘结构所要求的耐电压为Viso（V）时，进一步有下式成立：