JP2003332526A

JP2003332526A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2003332526A
Application number: JP2002322698A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sasaki; 康佐々木; Toru Nakajima; 徹中嶋; Masayuki Hirota; 雅之広田; Yoshitaka Uchino; 禎敬内野; Kiyotaka Tomiyama; 清隆冨山; Satoshi Ibori; 敏井堀; Yutaka Maeno; 豊前野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで高い信頼性を備えた高性能の電力
変換装置を提供すること。【解決手段】制御回路などの周辺回路素子５が搭載さ
れた回路基板４を、ケース３０内でパワー素子２が搭載
されたベース板１から横方向にずらして段違いに配置
し、更にケース３０内で回路基板４が収納されている部
分の底部３１も段違いにして、放熱フィン７から離され
るようにし、パワー素子２の発熱による回路基板４の温
度上昇が抑えられるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワー半導体又は
制御回路素子などが搭載された回路基板を有する電力変
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータなどの電力変換装置では、従
来からＩＧＢＴなどのパワー素子(電力用半導体素子)に
制御回路や保護回路などの周辺回路を一緒に組込んだ半
導体モジュール、いわゆるＩＰＭ(インテリジェントパ
ワーモジュール)が用いられている。

【０００３】図１３は、このようなパワーモジュールの
一例を示した断面図で、以下、この図により従来技術に
係る電力変換装置について説明する。

【０００４】まず、ここで、１はベース板で、例えばア
ルミニウムなど、熱伝導性の高い金属の板で作られてい
て、その一方の面(図では上側の面)に絶縁層を介して導
電層が積層されていて、この導電層に配線パターンが形
成してある。

【０００５】そして、この配線パターンに複数個のパワ
ー素子２や、その他の素子が、例えばはんだ接合などに
より搭載され、図示されているように、例えばワイヤに
より必要な配線が施されている。

【０００６】従って、各パワー素子２は、上記した絶縁
層により、ベース板１に対して必要な絶縁性が保たれる
と共に、この絶縁層を介してベース板１に熱結合され、
これによりベース板１が放熱板(伝熱板)としても機能で
きるようになっている。

【０００７】次に、３はケース(モールドケース)で、例
えばＰＰＳ(ポリ・フェニレン・サルファイド)などの樹
脂(合成樹脂)により底のない浅い箱型に作られている。
そして、このケース３は、ベース板１に対して、それが
底板となるようにして被せられ、この状態でベース板１
とケース３が相互に接合される。

【０００８】また、４は回路基板(プリント基板)で、こ
れに制御回路ＩＣなどの周辺回路素子５が搭載される。
そして、この回路基板４は、パワー素子２の上側を覆う
ようにしてケース３の中に収納され、必要な配線が施さ
れてからシリコーンなどの樹脂(合成樹脂)の封止材６に
より、回路基板４も含めてケース３内が封止され、パワ
ーモジュールとして完成される。

【０００９】なお、このようなパワーモジュールは、図
１３には示してないが、ベース板１に放熱フィンなどの
冷却部材が取付けられ、これにより、動作中、パワー素
子２などが発熱し、温度が上昇したときでも、温度上昇
が許容範囲内に収まるようにして使用される。

【００１０】次に、図１４も、このようなパワーモジュ
ールの従来技術の一例であり、ここで、図１４(a)は平
面図で、同図(b)は一部断面による側面図である。

【００１１】この図１４において、ＩＧＢＴなどに代表
されるパワー素子２は、回路パターンを形成している導
体Ｐにハンダなどにより接合されている。そして、この
導体Ｐが樹脂絶縁層Ｌを介してベース(高熱伝導性基板)
１の一方の面(表面)に貼り合わされ、主端子１５ａと制
御端子１５ｂが設けてあるケース(モールドケース)３に
納められた後、ボンディングワイヤＷによる配線が施さ
れ、充填剤１８でパワー素子２などが封止されて主回路
モジュールＭが形成される。

【００１２】そして、この主回路モジュールＭの上側
に、パワー半導体素子駆動制御用ドライバＩＣやホトカ
プラ類に代表される半導体駆動用ＩＣ１１ａとマイクロ
プロセッサ１１ｂ、入出力配線接続用の端子台２０、主
回路用の平滑コンデンサ２１、制御回路用の電源トラン
ス２２などの各種部品が搭載されたプリント配線基板１
３ｃを取付けた上で、これらの間を主端子１５ａと制御
端子１５ｂにより接続する。

【００１３】一方、この主回路モジュールＭの下側に
は、ベース板１の他方の面(裏面)に放熱フィン７を取付
け、放熱が得られるようにし、これにより電力変換装置
が構成されるようになっている。このときプリント配線
基板１３ｃの先端側部は、支持部材１２により放熱フィ
ン７に保持されるようにしてある。

【００１４】ところで、この従来技術の場合、プリント
配線基板１３ｃ上には電源回路系の大電流用回路と制御
回路系の微小電流用回路が混在することになるが、ここ
では１枚の基板になっているため、双方の回路共に最適
なプリント配線基板を選択することは困難で、この場
合、前者の大電流用回路を優先せざるを得ず、電流容量
が大きい厚い銅箔を回路パターン用の導体にした基板を
適用する必要があり、結果的に後者の微小電流用回路部
において高密度化に制約が生じることとになり、基板サ
イズの小形化が困難になる。

【００１５】そこで、近年、小型化の見地から提案され
ているパワーモジュールについて説明すると、これは、
プリント配線基板を大電流回路用の電源基板と微小電流
回路用の制御基板に分離し、制御基板だけを主回路モジ
ュールの上面近傍に搭載したもので、図１５はその一例
であり、ここでも図１５(a)は平面図で、同図(b)は一部
断面による側面図であり、ここで、１３ａが制御基板
で、１３ｂが電源基板であり、その他の構成要素は図１
４で説明した従来技術と同じである。

【００１６】そして、この図１５の従来技術では、制御
基板１３ａをパワー素子２などの上に保持させた状態
で、ケース３の中に収容させたものであるが、このと
き、図１５(b)に示すように、ケース３内で充填剤１８
により封止されることなく、電源基板１３ｂの下に、パ
ワー素子２などに対して空隙を隔てた状態で制御基板１
３ａを搭載する場合と、図１６に示すように、充填剤１
８によりパワー素子２などと一体に封止させた状態で制
御基板１３ａを搭載する場合がある。

【００１７】この図１５と図１６の従来技術によれば、
図１４の場合と異なり、制御回路系配線基板１３ａに薄
い銅箔のプリント配線板が適用できるため、基板サイズ
が抑えられ、パワーモジュールの据付占有面積の縮小化
が得られることになる。

【００１８】参考となる従来の技術としては、特開２０
００−２４５１７０号公報がある。

【特許文献１】特開２０００−２４５１７０号公報

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
図１３で説明した従来技術は、電力変換装置内の温度分
布について配慮がされているとは言えず、以下に説明す
るように、信頼性の保持とコストに問題があった。

【００２０】まず、このような電力変換装置では、その
中にある素子や回路の中で発熱量が最も大きいのはパワ
ー素子であるが、その動作可能温度は、通常、制御回路
など周辺回路の動作可能温度の上限よりも高い。

【００２１】しかるに、従来技術では、制御回路など周
辺回路がパワー素子に対して至近位置に配置されるた
め、パワー素子で発生した熱が周辺回路に容易に伝達さ
れてしまう。このとき、このような電力変換装置の場
合、内部には封止材が充填されているのが通例なので、
この封止材が熱の伝達経路となり、更に容易に熱が伝達
されてしまう。

【００２２】この結果、従来技術では、パワー素子の温
度が許容範囲にあるときでも、制御回路などが熱によっ
て誤動作したり、甚だしい場合は動作不能に到ってしま
うことになり、従って、信頼性が低下し、性能が充分に
生かせなくなってしまうのである。

【００２３】一方、このような理由による信頼性の低下
などを回避するためには、必要とする電力変換装置の定
格に比して大きな定格のパワー素子を用いることによ
り、発熱量を低下させる方法や、制御回路などの周辺回
路として動作可能温度が高い特殊なＩＣを用いる方法、
或いは放熱能力を大きくして、電力変換装置の使用温度
を低く保つ方法などを採用する必要があり、この場合は
コストの面で大きな不利益になってしまうのである。

【００２４】更に、従来技術では、制御回路などの周辺
回路を配置した基板も樹脂などで封止されてしまうた
め、例えばパワーモジュールを組み立てた後に検査を行
い不具合が発生した場合、パワー素子が配置されている
部分と周辺回路を配置した基板を切り分けることができ
ず、全体で不良品となる。

【００２５】このことは歩留まりが悪くなることを意味
し、不経済になるばかりでなく、廃棄物が増えることに
より環境に対する配慮を欠く製造工程となっている。

【００２６】また、一般的に、このようなパワー主回路
モジュールでは、その内部のパワー半導体素子と、それ
を制御する制御部品の間の配線が長くなると、外部ノイ
ズや配線インダクタンスなどの影響を受け易くなり、誤
動作を引き起こし易くなることが知られており、従っ
て、制御基板は主回路モジュール部の近傍に配置する必
要がある。

【００２７】このため、図１４と図１５の従来技術で
は、制御基板を主回路モジュールの上に設け、これらの
間に至近距離で配線が施せるようにしているが、ここ
で、主回路モジュールの中には、一般に難燃性の樹脂が
充填され、パワー半導体素子上面を封止しているので、
制御基板との絶縁には特に問題が無い。

【００２８】しかし、パワー半導体素子の発熱は、放熱
フィンを経由して外部に放出されるものの、充填されて
いる樹脂にも相当の温度上昇が起り、このため、上記従
来技術の場合、プリント配線基板に搭載されている電子
部品の周辺雰囲気も、自己発熱以外の熱伝達、或いは放
射の影響による温度上昇が重畳される結果、予想以上の
高温となり、最終的に制御部品の誤動作やコンデンサな
どの寿命短縮につながる結果となり易い。

【００２９】この問題は、小形化を図った図１６の従来
技術の場合、制御基板１３ａに充填材１８を介してパワ
ー素子２の発熱が直接伝導されるため、図１４や図１５
の場合より一層大きな温度上昇が引き起こされるので、
更に顕著になる。

【００３０】ここで図１４や図１５の場合は、制御基板
１３ａの位置を主回路モジュール部の充填材１８の表面
から遠ざけるのが最も効果的であるが、それでは前述し
た配線長の増大や製品サイズの拡大を避けるのが困難に
なり、不可能ですらある。

【００３１】この結果、図１４と図１５の従来技術で
は、以下の対策が必要であり、これは結果的にコストの
増大につながると言える。

【００３２】(1) 筐体内の構造や部品配置の最適化を図
り、当該部品周辺雰囲気の自然対流を向上させる。

【００３３】(2) 筐体内部にファンを追加搭載し、問題
となる部品を強制空冷する。

【００３４】(3) 主回路モジュール部用放熱フィンの放
熱能力を向上させ、装置全体の温度上昇レベルを下げ
る。

【００３５】また、パワー半導体素子は、通常、大電圧
で大電流によるスイッチングが高周波で行われており、
放射ノイズ源と言える。従って、主回路モジュール部の
上面に、高周波ノイズに弱い制御回路部品が位置するこ
とは、電力変換装置としてのノイズ耐量レベルを下げ、
誤動作を引き起こし易い環境を自ら作り出している構図
であると言える。

【００３６】本発明の第１の目的は、従来に比べて低コ
ストで高い信頼性を備えた高性能の電力変換装置を提供
することにある。

【００３７】また、本発明の第２の目的は、制御基板の
温度上昇が抑えられ、高信頼性と長寿命化が従来よりも
改善が図れる電力変換装置を提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、電力
用半導体素子と周辺回路を同一のケースに収容し、当該
ケースの底面に冷却部材が設けられるようにした電力変
換装置において、前記ケースは、前記冷却部材に接する
面の少なくとも一部の面が当該冷却部材から離れている
ように形成され、前記周辺回路は、前記ケースの中で、
前記少なくとも一部の面が形成されている部分に収容さ
れているようにして達成される。

【００３９】また、上記第１の目的は、電力用半導体素
子と周辺回路を同一のケースに収容し、当該ケースの底
面に冷却部材が設けられるようにした電力変換装置にお
いて、前記冷却部材は、前記ケースに接する面の少なく
とも一部の面が当該ケースから離れているように形成さ
れ、前記周辺回路は、前記ケースの中で、前記冷却部材
の少なくとも一部の面が形成されている部分に向かい合
う位置に収容されているようにしても達成される。

【００４０】同じく、上記第１の目的は、電力用半導体
素子と周辺回路を同一のケースに収容し、当該ケースの
底面に冷却部材が設けられるようにした電力変換装置に
おいて、前記ケースと前記冷却部材の間に、これらの接
触面よりも小さい寸法の伝熱性板状部材を設け、前記周
辺回路は、前記ケースの中で、前記ケースと前記冷却部
材の間で前記板状部材が存在していない部分に収容され
ているようにしても達成できる。

【００４１】このとき、更に前記電力用半導体素子と前
記周辺回路が搭載されている回路基板の間での電気的接
続が、コネクタ部とソケット部で与えられるようにして
も良い。

【００４２】上記目的は、パワー半導体素子を搭載した
主回路モジュール部に放熱フィンを備えた電力変換装置
において、制御回路部品を搭載した制御基板が、前記放
熱フィンの取付面に対して、前記主回路モジュール部の
取付位置とは異なる投影面上に空間を隔てて取付けられ
ているようにして達成れる。

【００４３】また、上記目的は、パワー半導体素子が搭
載された主回路モジュール部をモールドケースに収納
し、当該主回路モジュール部に放熱フィンを備えた電力
変換装置において、制御回路部品を搭載した制御基板
が、前記放熱フィンの取付面に対して、前記主回路モジ
ュール部の取付位置とは異なる投影面上に空間を隔てて
取付けられ、前記モールドケースが、前記空間内に延長
されている底面部を備えているようにしても達成され
る。

【００４４】このとき、前記底面部が、前記放熱フィン
の取付面の間に隙間を残して形成されているようにして
もよく、或いは前記底面部が、先端部の両側に側壁コー
ナ部を備え、前記モールドケースの前記主回路モジュー
ル部側の側壁と、前記側壁コーナ部の間に切欠き部が形
成されているようにしてもよい。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電力変換装置
について、図示の実施の形態により詳細に説明する。

【００４６】まず、図１〜図３は本発明による電力変換
装置の第１の実施形態で、ここで図１は断面図、図２は
斜視図、そして図３は平面図である。

【００４７】これらの図において、３０はケースで、そ
の他、ベース板１、回路基板４、制御回路ＩＣなどの周
辺回路素子５、樹脂の封止材６などは図１３で説明した
従来技術による電力変換装置と同じであるが、この図１
では、ベース板１の下側に冷却部材となる放熱フィン７
が取付けられている状態が示されている。

【００４８】ベース板１には、従来技術と同じく配線パ
ターンと絶縁層が設けてあり、複数のパワー素子２が、
配線パターンにはんだ接合により搭載されているが、こ
こで図３により、この実施形態において、ベース板１に
搭載されている各種のパワー素子２について説明する。

【００４９】図３において、ＤＲ１〜ＤＲ６は整流用ダ
イオード、ＴＨは突入電流防止用サイリスタ、ＩＧＢＴ
１〜ＩＧＢＴ６は主スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ６は環
流ダイオードで、これらがパワー素子２である。また、
ＲＳは出力電流検出用の抵抗器で、これはパワー素子と
は言えないが、発熱を伴う素子である。

【００５０】この実施形態では、図１〜図３から明らか
なように、まず、ベース板１と回路基板４が、面方向
(図１では左右方向)に平行にずれた状態でケース３０の
中に配置してあり、相互に重ならないようになってい
る。

【００５１】このため、ケース３０は、ベース板１が収
容される部分(図１では右側の部分)は、図１３で説明し
た従来技術におけるケース３と同じく、底の無い箱型に
してあるが、回路基板４が収容される部分(同じく左側
の部分)では、図１３のケース３とは異なり、底部３１
が設けてある。

【００５２】しかも、この底部３１は、図１から明らか
なように、ベース板１がケース３０に収容されたとき、
このベース板１の底面、つまり放熱フィン７が取付けら
れる方の面を含む平面から回路基板４に近づく方向にず
れた平面内に含まれるようにして形成してあり、これに
より、放熱フィン７が取付けられたとき、この放熱フィ
ン７の上面と底部３１の下面の間に所定の高さの空間３
２が形成されるように構成してある。

【００５３】また、このとき、ケース３０の側壁部で、
ケース３０内にあるベース板１から離れた方にある側壁
部には、下方に延びた側壁延長部３３が形成してあり、
放熱フィン７がベース板１に接触した状態で取付けられ
たとき、この側壁延長部３３の下端が放熱フィン７の上
面に当接し、これにより、側壁延長部３３が形成されて
いるケース３０の側壁部が放熱フィン７に支持され、正
しい寸法の空間３２が確実に形成されるようになってい
る。

【００５４】更に、このとき、ケース３０の内側で、回
路基板４が所定の場所に挿入されたとき、その下面の周
辺部が当接する部分には、ケース３０の中に段部３４、
３５が形成してあり、これにより、回路基板４がケース
３０内の所定の場所に載置されたとき、この段部３４、
３５が回路基板４の下面の周辺部を保持し、これによ
り、回路基板４の下面とケース３０の底部３１の上面の
間にも、所定の高さの空間３６が形成されるように、段
違い配置されている。

【００５５】次に、ケース３０の中で、ベース板１の側
端部と回路基板４の側端部が隣接した部分には、板状の
コネクタ部８が取付けてあり、これには、複数本の接続
ピン８０が垂直に設けてある。他方、回路基板４にはソ
ケット部９が設けてあり、このソケット部９の各接点と
制御回路など周辺回路素子５の間には、これらの間で必
要とする配線が施されている。

【００５６】そして、回路基板４がケース３０内の所定
の位置に収容されたとき、回路基板４に取付けられてい
るソケット部９の接点に、コネクタ部８の接続ピン８０
がそれぞれ係合されるように、コネクタ部８とソケット
部９がそれぞれ位置決めされている。

【００５７】ここで、この実施形態に係る電力変換装置
は、以下のようにして組み立てることができる。

【００５８】まず、パワー素子２が搭載されているベー
ス板１をケース３０内に挿入し、所定の場所に取付け、
この後、コネクタ部８の接続ピン８０に対して必要な配
線が施される。ここで、必要な配線とは、制御回路など
周辺回路とパワー素子の間で伝達される各種の信号のた
めの配線である。

【００５９】次に、制御回路など周辺回路素子５が搭載
された回路基板４を、同じくケース３０内に挿入し、所
定の場所に取付ける。そうすると、回路基板４に取付け
られているソケット部９の接点に、コネクタ部８の接続
ピン８０が係合され、これだけで、回路基板４とベース
板１の間で必要とする配線の接続が得られることにな
る。

【００６０】そこで、この後、封止材６で封止して電力
変換装置が完成するが、このとき、この実施形態では、
図１に示すように、封止材６による封止をベース板１が
収容されている部分とコネクタ部８だけに限定し、空間
３６は勿論、回路基板４の上面も封止されないようにす
る。

【００６１】こうして完成した電力変換装置は、図１に
示すように、放熱用フィン７が取付けられた上で、例え
ばインバータなどの電力変換装置に実装され、通電動作
されることになるが、このときパワー素子２で発生した
熱は、主として配線パターンと絶縁層を介してベース板
１に伝達され、ここから放熱フィン７に移動した後、大
気中に放散される。

【００６２】一方、パワー素子２で発生した熱の一部は
封止材６にも伝達されるので、その温度も上昇する。そ
して、この結果、封止材６の表面から大気中に放散され
るようになる。

【００６３】このときパワー素子２で発生した熱の多く
の部分は放熱フィン７により大気中に放散され、これに
よりパワー素子２の温度が許容範囲を越えないようにな
ってはいるので、封止材６が高温になる虞れは無い筈で
あるが、パワー素子２の定格許容温度が高い場合には、
かなりの温度になってしまう。

【００６４】そして、これが、従来技術で、制御回路な
どの周辺回路の温度が上昇してしまい、信頼性の低下や
コスト増加などの問題が生じてしまう理由であること
は、上記した通りである。

【００６５】しかし、この実施形態では、制御回路など
の周辺回路素子５が搭載されている回路基板４がベース
板１から離れた位置にあり、且つ封止材６により封止さ
れていないので、パワー素子２の温度が上昇しても、そ
の影響を直接受けることは殆どなく、このため、制御回
路など周辺回路の温度が上昇してしまうのを最小限に抑
えることができる。

【００６６】また、この実施形態では、回路基板４がケ
ース３０の底部３１から空間３６を隔てて離されている
ので、パワー素子２の発熱により封止材６の温度が上昇
し、ケース３０の温度も上昇してしまったときでも、ケ
ース３０からの熱の伝達は、空間３６の存在により最小
限に抑えられ、この点でも、制御回路など周辺回路の温
度が上昇してしまうのを最小限に抑えることができる。

【００６７】更に、このとき、パワー素子２の発熱によ
り放熱フィン７の温度もかなり上昇し、パワー素子２が
許容定格最大電力で動作されたときには、許容定格最大
温度近傍まで達するが、この実施形態では、ケース３０
の底部３１が放熱フィン７から離され、空間３２が形成
されるようになっているので、放熱フィン７からケース
３０の底部３１に到る熱の伝達も充分に遮断でき、同じ
く、この点でも、制御回路など周辺回路の温度が上昇し
てしまうのを最小限に抑えることができる。

【００６８】従って、この実施形態によれば、ＩＰＭに
おける制御回路など周辺回路の動作中での温度上昇を確
実に抑えることができ、この結果、一般に動作可能温度
が高いパワー素子を用いた場合でも、その能力を最大限
に利用することができる。

【００６９】また、この結果、一般に動作可能温度が低
い制御回路用の素子もそのまま使用できるので、特殊な
素子による高価な回路を用いる必要がなく、従って、こ
の実施形態によれば、小型で高性能の電力変換装置を低
コストで提供することができる。

【００７０】更に、この実施形態によれば、制御回路な
どの周辺回路素子５が搭載された回路基板４とパワー素
子２が配置されたベース板１の間の電気的結合を、コネ
クタ部８によって行なうように構成してある。

【００７１】この結果、この実施形態によれば、ベース
板１をケース３０内に取付けた後、回路基板４をケース
３０内に挿入するだけで、回路基板４とベース板１の間
で必要とする配線の接続が得られることになり、従っ
て、配線による接続作業が不要になるので組立てが容易
になると共に、配線部分が少なくで済むことによる信頼
性の向上が得られることになる。

【００７２】次に、本発明の他の実施形態について、説
明する。

【００７３】まず、図４は、本発明の第２の実施形態
で、これは、図１の実施形態における放熱フィン７に代
えて放熱フィン７０を用いたもので、その他の構成は同
じである。

【００７４】この放熱フィン７０は、ケース３０に接す
る面を段違い平面にし、底部３１に面する部分７１が、
この底部３１から離れた位置になるように形成したもの
であり、これに応じて側壁延長部３３の寸法も大きくし
たものである。

【００７５】次に、図５は、本発明の第３の実施形態
で、これは、図４の実施形態と同じく段違い平面の放熱
フィン７０を用いたものであるが、ここでは、この放熱
フィン７０の段違い平面構造に応じて、ケース３０の底
部３１をベース板１と同一の平面内に収まるように形成
したものであり、更に、このとき、図４の実施形態にお
ける側壁延長部３３は省略し、放熱フィン７０の方に支
持部７２を設けたものである。

【００７６】一方、図６も本発明の実施形態(第４の実
施形態)で、これも図５の実施形態と同じく、底部３１
をベース板１と同一の平面内に収まるように形成したケ
ース３０を用いたものであるが、ここでは段違い平面構
造の放熱フィン７０に代えて、図１の実施形態と同じ平
面構造の放熱フィン７を用い、空間３２を形成させるた
めには、それに対応した厚さの板状の部材１０を用いる
ようにしたものであり、このため、更に、放熱フィン７
に支持部７２が設けてある。

【００７７】この部材１０は、熱伝導性に富んだアルミ
ニウムなどの金属板で作られ、ベース板１と同じ平面形
状で、それと同じ寸法か、僅かに大きな寸法に作られた
ものである。

【００７８】これら図４〜図６の実施形態によっても、
図１〜図３で説明した実施形態と同様な作用効果が得ら
れることは明らかであり、従って、本発明を何れの実施
形態により具現するかは、ケース３０と放熱フィン７、
７０のコストや、モジュールの装着環境などに応じて、
任意に設定することができる。

【００７９】ところで、上記実施形態では、何れもモジ
ュールの冷却に、空冷式の冷却部材である放熱フィンを
用いている場合について説明したが、本発明は、水冷
式、ヒートポンプ式など冷却方式を問わず、任意の方式
の冷却部材を用いて実施できるのは、言うまでもない。

【００８０】次に、本発明による電力変換装置の更に別
の実施形態について説明すると、ここで、まず、図７
は、本発明の第５の実施形態で、ここで図の(a)は上面
図で、同図(b)は一部断面による側面図であり、図８に
は概略回路ブロック図を示してある。

【００８１】図７において、まず、ＩＧＢＴやダイオー
ドなどのパワー素子２は、ハンダや導電ペースト類によ
り配線パターンを形成している導体Ｐに実装されてい
る。そして、この導体Ｐは、アルミニウムや銅などをベ
ースとした高熱伝導性基板となるベース板１に樹脂絶縁
層Ｌを介して貼り合わされている。

【００８２】その後、パワー素子２は数１０〜数１００
μｍ径のアルミニウム材などのワイヤ７でボンディング
接続され、最終的に主端子１５ａと制御端子１５ｂによ
り電気的に主回路モジュールＭの外部に導出される形と
なるが、このとき、ベース板１は、ＰＰＳ(ポリ・フェ
ニレン・サルファイド)やＰＢＴ(ポリ・ブチル・テレフ
タレート)などに代表される樹脂材のケース３で周囲を
囲まれ、その内部に収納された形になっているパワー素
子２の上面はエポキシ樹脂やシリコンゲルなどの充填材
１８で封止され、主回路モジュールＭが形成される。

【００８３】このとき、制御基板１３ａには、ドライバ
ＩＣやホトカプラ類(図８)に代表されるパワー半導体の
スイッチング制御を行う半導体駆動用ＩＣ１１ａや、更
にそれらの部品を含め電力変換装置全体の制御を行うマ
イクロプロセッサ１１ｂなどの電子部品が搭載されてい
るが、これは、図示のように、主回路モジュールＭの上
には配置してない。

【００８４】ここで、制御基板１３ａは、図１〜図７で
説明した実施形態における回路基板４に相当するが、こ
の実施形態では、この制御基板１３ａが、主回路モジュ
ールＭの制御端子１５ｂが設けられている方の側端部か
ら、放熱フィン７の主回路モジュールＭが取付けられて
いる面(取付面)に沿って横に平行に並び、主回路モジュ
ールＭの外側に位置するようにして設けられている。

【００８５】しかも、このとき、制御基板１３ａの主回
路モジュールＭに接している方の側端部とは反対側の側
端部は、支持部材１２により放熱フィン７の取付面に保
持されていて、この制御基板１３ａの下面と放熱フィン
７の取付面の間に空間Ｒが形成されるように作られてい
る。

【００８６】つまり、この実施形態では、制御基板１３
ａが、放熱フィン７の取付面に対して、主回路モジュー
ルＭの取付位置とは異なる投影面上に、空間Ｒを隔てて
取付けられていることになる。

【００８７】ここで、制御端子１５ｂは、パワー素子２
のスイッチング制御や電流検出に必要な配線のための端
子で、ドライバＩＣやホトカプラ類(図８)に代表される
パワー半導体のスイッチング制御を行う半導体駆動用Ｉ
Ｃ１１ａと、更にそれらの部品を含め電力変換装置全体
の制御を行うマイクロプロセッサ１１ｂなどの電子部品
は、この制御端子１５ｂを介して、主回路モジュールＭ
のパワー素子２と電気的に接続される。

【００８８】なお、この図７には示してないが、この実
施形態でも、図１５の従来技術と同じく、主回路モジュ
ールＭと制御基板１３ａの上には、電源基板１３ｂが設
けてある点は同じである。

【００８９】既に説明したように、制御基板に搭載すべ
き電子部品は、制御遅延時間の低減及び外乱等による誤
動作防止の見地から、相互に接近して配置させるのが制
御性能の向上につながり、効果的で、このため単一の基
板に集約して搭載するのが理想的であるが、この実施形
態の制御基板１３ａによれば、この条件が満たされてい
ることになる。

【００９０】次に、この実施形態でも、主回路モジュー
ルＭ内のパワー素子２が損失により発生する発熱の大部
分は放熱フィン７に伝達され、それから周辺雰囲気中
(外部の大気中)に放散されてしまうが、このとき、パワ
ー素子２の表面に存在する充填材１８にも熱が伝導さ
れ、ここにかなりの温度上昇が生じて、モジュール外の
電子部品に対する熱源になってしまうのが避けられな
い。

【００９１】しかして、この実施形態では、制御基板１
３ａが充填材１８の上に位置してないので、前記した熱
源による放射熱を直接受けずに済み、この結果、当該制
御基板１３ａに搭載されている電子部品に現れる温度上
昇に、大幅な低減が見込めることになる。

【００９２】一方、この実施形態では、放熱フィン７
が、制御基板１３ａに搭載されている電子部品にとって
の発熱源になってしまうが、両者の間に空間Ｒが形成さ
れているので、ここに周辺雰囲気の自然対流が起って冷
却が促進されるので、放熱フィン７からの放射熱の影響
を最小限に低減することができる。

【００９３】また、この実施形態でも、半導体駆動用Ｉ
Ｃ１１ａやマイクロプロセッサ１１ｂなどの電子部品か
らパワー素子２までの配線長も、図１４と図１５に示し
た従来技術の場合と同等以下の配線長が見込めるので、
配線長の増大によるノイズ耐量やインピーダンス増大な
どの点でも、従来技術に遜色ないものである。

【００９４】一方、この実施形態では、半導体駆動用Ｉ
Ｃ１１ａやマイクロプロセッサ１１ｂなどの電子部品を
パワー素子２のスイッチング放射ノイズの放射面から外
されているので、ノイズによる誤動作の虞れを充分に低
減させることができ、この点では容易に高いノイズ耐量
をもたせることができる。

【００９５】従って、この図７の実施形態によれば、小
型化と軽量化を図っても制御基板の温度上昇が容易に抑
えられ、且つノイズ耐量が低下したり、配線インピーダ
ンスが増大したりする虞れがないので、信頼性が高く長
寿命の電力変換装置を容易に提供することができる。

【００９６】次に、本発明の第６実施形態について図９
(a)、(b)、(c)により説明する。ここで、図９(a)は平面
図で、同図(b)は側面図、そして、同図(c)は側断面図で
ある。

【００９７】そして、この第６の実施形態が、図７で説
明した第５の実施形態と相違する点は、まず、ケース３
の底部を、放熱フィン７の表面に接触せずに隙間Ｓを残
した状態で、制御基板１３ａと放熱フィン７の間に延長
させ、底板部３ａを形成させた点にある。

【００９８】次に、この底板部３ａの先端部に側壁コー
ナ部３ｂ、３ｃを形成させ、制御基板１３ａも含めてケ
ース３に収容し、全体を主回路モジュールＭとして一体
化したものであり、このとき、制御基板１３ａと主回路
モジュールＭ内の間にモールド樹脂による壁面３ｄを残
し、これにより、パワー部を封止している充填材１８が
この壁面６ｄにより遮られ、制御基板１３ａ側に流れ込
まない構造がとられている。

【００９９】そして、この実施形態でも、制御基板１３
ａとケース３の底板部３ａの間に独立した空間Ｒが形成
されるようにしてあり、このため、図９(c)に示すよう
に、制御基板１３ａの端部は支持部材１２により底板部
６ａに支持させるようになっている。但し、これに代え
て、制御基板１３ａをケース３の他の部分で支持させる
ようにしても良い。

【０１００】また、このとき、図９(b)に表わされてい
るように、ケース３の側壁コーナ部３ｂ、３ｃとケース
３のパワー部側の側壁部の間のモジュール外壁に適度な
幅の切欠き部１９ａが設けてあり、これにより、制御基
板１３ａの下の空間Ｒに、モジュール外周辺雰囲気によ
る自然対流１９ｂが現れるように構成してある。

【０１０１】ここで、この図９の実施形態の場合も、放
熱フィン７は、制御基板１３ａに搭載されている電子部
品にとっては放射発熱源と見なせるが、しかし、この実
施形態では、制御基板１３ａの下に隙間Ｓを残してケー
ス３の底板部３ａが設けてあるので、これにより、放熱
フィン７からの熱放射が遮断されることになり、温度上
昇を更に大きく抑えることができる。

【０１０２】また、制御基板１３ａの側面のモジュール
外壁に切欠き部１９ａが設けられていて、制御基板１３
ａの下の空間Ｒに、モジュール外周辺雰囲気による自然
対流１９ｂが発生するようにしてあるので、これによっ
ても、放熱フィン７の放射熱による制御基板１３ａの温
度上昇を大きく低減させることができる。

【０１０３】加えて、この第６の実施形態によれば、絶
縁物である底板部３ａが介在させてあることにより、通
常、接地電位に保持されている放熱フィン７に対して、
制御基板１３ａに搭載されている部品の絶縁向上効果も
見込めることができる。

【０１０４】更に、この第６の実施形態によれば、主回
路モジュール部に制御基板１３ａが一体にモジュール化
された構造となることから、電力変換モジュールとして
の取扱いが容易となり、モータ制御盤などの機器への組
込みが容易になる。

【０１０５】次に、本発明の第７実施形態について図１
０により説明する。ここで、図１０(a)は平面図で、同
図(b)は側断面図であるが、これが図９で説明した第６
の実施形態と相違する点は、制御基板１３ａの寸法がケ
ース３や放熱フィン７の寸法枠にとらわれない点にあ
る。

【０１０６】ここで、制御基板１３ａがパワー部上部に
配置される図１５及び図１６の実施形態の場合、必然的
に制御基板１３ａは主回路モジュールＭの寸法に制約を
受けるが、この図１０の場合、樹脂封止の制約が無い
上、ケース３の寸法に必ずしも合わせる必要がないた
め、必要に応じて、この図１０に示すように、制御基板
１３ａの寸法を任意に変更することができる。

【０１０７】従って、制御基板１３ａに、装置の機能に
応じて容易に搭載部品を追加することができ、このた
め、主回路モジュールＭを共通とした別シリーズ品への
製品展開や、制御基板１３ａの専用化による電力変換装
置モジュールの顧客専用品対応化を容易に行うことがで
きる。

【０１０８】ここで、本発明によれば、制御回路などの
周辺回路が搭載された回路基板の温度が低く押さえられ
ることを、シミュレーションにより検証した結果につい
て、図１１により説明する。

【０１０９】まず、図１１(a)は、試みに、モジュール
ケースとフィンの間の距離を一定とし、モジュールケー
スと回路基板の距離を変化させてシミュレーションを行
った結果であり、この図において、縦軸は回路基板上の
代表点の温度で、横軸がモジュールケースと回路基板の
距離を示す。

【０１１０】この場合、回路基板の温度がモジュールケ
ースと回路基板の距離に略線形の相関を示している。す
なわちモジュールケースから回路基板を離せば、回路基
板の温度が下がるというという当然の結果が示されてい
るだけである。

【０１１１】次に、図１１(b)は、モジュールケースと
回路基板の距離は一定とし、モジュールケースとフィン
の間の距離を変化させてシミュレーションを行った結果
で、本発明の場合に相当するものである。ここで、縦軸
の意味は図１１(a)と同様、縦軸は回路基板上の代表点
の温度を示すが、横軸はフィンとモジュールケースの間
の距離を示す。

【０１１２】図１１(b)によれば、モジュールケースと
フィンの間の距離を５ｍｍとしたときの結果と、７.５
ｍｍとしたときの結果に大きな差がない。従って、本発
明の実施形態としては、フィンとモジュールケースの間
の距離は５ｍｍ程度とするのが最適であることが判る。

【０１１３】ここで、フィンと回路基板を離すほど回路
基板の温度が低くなることは当然であるが、これらを離
すほどモジュールの寸法は大きくなる。すなわち汎用イ
ンバータなどのモジュールを応用する機器が大型化し、
コストが増大する。

【０１１４】しかして、本発明のように、モジュールケ
ースとフィンの間に距離を持たせることにより、フィン
と回路基板との間の距離が最適化され、経済的な構造と
することができる。

【０１１５】ところで、従来の技術では回路基板を樹脂
で封止することが一般的であるが、このとき、回路基板
を樹脂封止することにより、回路基板の温度上昇値が変
化することを、同じくシミュレーションにより検証し
た。

【０１１６】そこで、本発明の実施形態では、上記した
ように、回路基板４(制御基板１３ａも同じ)を樹脂で封
止しないようにしているのである。

【０１１７】ここで図１２は、モジュールの回路基板４
を樹脂で封止した場合を(a)、(c)とし、封止しなかった
場合を(b)、(d)として分け、ここで、更にフィンとモジ
ュールケースの間をほとんど空けてない場合を(a)、(b)
とし、５ｍｍの寸法で空けた場合を(c)、(d)として分け
で示したものである。

【０１１８】そして、これら図１２(a)、(b)、(c)、(d)
でそれぞれシミュレーションを行った結果は次の通りで
ある。

【０１１９】まず図１２(a)の場合、つまり回路基板４
を封止材６で封止し、放熱フィン７とケース(モジュー
ルケース)３の間にほとんど隙間を空けてない場合、回
路基板４上の代表点の温度は７７．７℃となる。

【０１２０】次に、図１２(b)の場合、つまり回路基板
４を封止材６で封止したが、放熱フィン７とケース３の
間に５ｍｍの隙間を設けた場合は、回路基板４上の代表
点の温度は６１．５℃となった。

【０１２１】また、図１２(c)の場合、つまり放熱フィ
ン７とケース３の間に５ｍｍの隙間を設けたが、回路基
板４は封止材６で封止した場合は、回路基板４上の代表
点の温度は６５．７℃となった。

【０１２２】従って、図１２(b)、(c)の場合は、どちら
も図１２(a)の場合よりも回路基板４の温度が低くなっ
ていることが判る。

【０１２３】しかし、ここで、図１２(d)の場合、つま
り回路基板４を樹脂で封止せず、且つ放熱フィン７とケ
ース３の間も５ｍｍ空けた場合は、回路基板４上の代表
点の温度は５４．０℃となった。

【０１２４】ここで、この図１２(d)が本発明の実施形
態に相当する。そこで、図１２(a)の場合と図１２(d)の
場合を比較してみると、図１２(d)の場合、つまり本発
明の実施形態の場合は、回路基板４上の温度が２４℃
(≒７７.７−５４.０＝２３.７)も低くなっていて、熱
遮蔽効果が極めて大きいことが判る。

【０１２５】このことから、回路基板を樹脂で封止しな
いことと、フィンとモジュールケースの間を空けること
を併用した場合、特に放熱効果が高く得られることが判
り、本発明の効果はシミュレーションでも実証されてい
ることになる。

【０１２６】なお、上記図１１におけるシミュレーショ
ン結果と、この図１２におけるシミュレーション結果
は、モデルが異なるため、温度上昇値が異なり、直接比
較することはできないが、本発明の効果を理解するには
充分であるといえる。

【０１２７】なお、上記図１２にも示すように、放熱フ
ィン７とケース３との間に隙間を空けるのは、図１２
(c)(d)のように放熱フィン７の方を隙間の出来るように
形成する、段差を付ける、切り欠く、若しくは空間が出
来るような部材を介在させるものであっても良い。勿
論、モジュールケースの方に隙間の出来るように形成す
る、段差を付ける、切り欠くものであっても良い。

【０１２８】勿論、放熱用フィン、放熱フィンなどの冷
却部材とモジュールケースの間の距離は、図１１(b)に
よれば、５ｍｍに限定されるものではなく、例えば、約
４ｍｍ付近とすることも可能である。また、７．５ｍｍ
よりも大きくても良い訳である。

【０１２９】しかしながら、図１１(b)を参照すれば、
約４ｍｍ若しくは５ｍｍ以上離すことで、離す距離に対
する放熱効果が大きく得られることが判るものである。
離す距離を大きくすることで、放熱効果が大きくなる
が、装置の大きさも大きくなる。

【０１３０】従って、約４ｍｍ若しくは５ｍｍ以上離す
ことで、機器の大型化を抑えながら、放熱効果を得るよ
うに設計することは、図１１(b)の結果から、判るもの
と言える。

【０１３１】従って、本発明に基づく、実施例の説明か
ら、制御回路ＩＣ(例えば、マイコン、ＣＰＵ等)等の周
辺回路素子を含む制御回路や、熱に対して動作保証が得
られない、所謂熱に弱い部品(例えば、コンデンサ等)を
含む周辺基板(若しくは、微小電流回路用の制御基板の
場合もある。)を封止材、充填剤にて封止せず、また、
上記周辺基板を支持するモジュールケースを放熱フィン
などの冷却部材から所定距離を離す事で上記周辺基板の
放熱効果、または温度上昇の抑制効果を向上させること
が可能となる。

【０１３２】なお、上記周辺基板を支持するモジュール
ケースを放熱フィンなどの冷却部材から離す所定距離に
ついては、図１１(b)を参照することで、設計出来るも
のである。

【０１３３】上記周辺基板を支持するモジュールケース
を放熱フィンなどの冷却部材から離す所定距離について
は、離す距離を大きくすれば、熱などの影響を受けなく
することは可能である。しかしながら、製品として、取
り得る配置を検討するときに、どの程度の距離の大きさ
とすべきか、どのくらいの空間を隔てて配置すべきかに
ついては、上記実施例にて説明する図１１(b)を参照す
ることによって、設計するにあたっての距離を求めるこ
とが可能である。例えば、約４ｍｍ若しくは５ｍｍ以上
離すことで、放熱効果が得られることが判る。

【０１３４】上記周辺基板を支持するモジュールケース
を放熱フィンなどの冷却部材から離す所定距離について
は、離す対象を放熱フィンなどの冷却部材に限定するも
のではなく、電力半導体素子、パワー半導体素子等の発
熱による熱を放射しているものであってもよい。

【０１３５】また、上記シミュレーションでは、上記周
辺基板は、モジュールケースにて支持されるものとして
説明をしている。しかしながら、上記周辺基板と放熱フ
ィンなどの冷却部材との間に、上記モジュールケースが
介在しない構成の場合においても、上記図１１、図１２
のシミュレーション結果が同様に適応可能であるもので
ある。

【０１３６】また、上記の実施例を参照することで、上
記各基板の配置も電力半導体素子、パワー半導体素子等
の影響を従来に比べて、小さくする配置をとることが可
能となる。

【０１３７】それは、電力半導体素子、パワー半導体素
子は大電流によるスイッチングが高周波で行われてお
り、発熱による熱を放射しているとともに、高周波ノイ
ズ等も放射している。従って、電力半導体素子、パワー
半導体素子等を含む基板、主回路モジュール部等に対し
ては、上記周辺基板を高周波ノイズ等や、放射される熱
の影響を受け難くするように配置することが判るもので
ある。

【０１３８】例えば、電力半導体素子、パワー半導体素
子等を含む基板の配置位置とは、異なる投影面上に空間
を隔てるように、上記周辺基板を配置することを上記に
て説明した。しかしながら、これに限定されるものでは
なく、高周波ノイズ等や、放射される熱の影響を受け難
くするように配置するものであれば、上記にて説明した
実施例に限定されるものではなく、適宜配置することが
可能である。

【０１３９】なお、図１１から得られる放熱フィンなど
の冷却部材と、上記周辺基板を支持するモジュールケー
スとを離す場合の所定距離の値についてと、一方、図１
２等から得られる電力半導体素子、パワー半導体素子等
を含む上記基板、上記周辺基板を支持するモジュールケ
ース、放熱フィンなどの冷却部材との配置の仕方につい
ては、両者を組合わせるものであっても良いし、各々を
独立に実施するものであってもよく、上述の説明では、
それらを限定するものではない。

【０１４０】上記図１１、図１２のシミュレーション結
果を参照することによって、放熱フィンなどの冷却部材
と、上記周辺基板を支持するモジュールケースとの配
置、離す所定距離などを設計する場合の参考とする事が
出来て、電力半導体素子、パワー半導体素子等からの発
熱量等を含む条件等に応じて、適宜変更することによっ
て、製品を提供出来るものである。

【０１４１】ここで、本発明に基づく実施例の効果を列
挙すれば、以下の通りである。

【０１４２】制御基板をモジュール取付面に対し主回
路モジュール部と異なる投影面上に配置させ、且つ制御
基板とモジュール取付面の間に自然対流可能な空間を設
けることにより、同取付面からの放射熱の影響を大幅に
低減でき、信頼性及び製品寿命の向上が可能となる。

【０１４３】制御基板と放熱フィンの間に底板を介在
させることにより放熱フィンから制御基板への放射熱を
遮断すると共に、モジュール外壁に切欠き部を設け、制
御基板下の空間内に周辺雰囲気との自然対流を起こすこ
とにより、更に前記放射熱の低減効果が見込める。加え
て制御基板搭載部品と放熱フィン電位面との絶縁性を向
上させる効果を併せ持つ。

【０１４４】制御基板をモジュール取付面に対して、
パワー部と同一投影面上に配置させないことにより、同
パワー部から制御基板への放射ノイズの影響を大幅に低
減可能となる。

【０１４５】パワー半導体モジュール部に加えて、制
御基板部を一体モジュール構造化することにより、機器
組込が容易な電力変換装置の構造が可能となる。

【０１４６】パワー半導体モジュール部に対し制御基
板部が樹脂封止されず独立しているため、各々の製造、
検査工程を個別に行なうことが可能であり、生産性の向
上が望める。

【０１４７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、従来に比べて、
低コストで信頼性、または性能を向上させた電力変換装
置を提供出来ることとなる。

【０１４８】また、本発明によれば、従来に比べて、制
御基板の温度上昇が抑えられ、信頼性、または長寿命化
を向上させた電力変換装置を提供出来ることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電力変換装置の第１の実施形態を
示す断面図である。

【図２】本発明による電力変換装置の第１の実施形態を
示す斜視図である。

【図３】本発明による電力変換装置の第１の実施形態を
示す平面図である。

【図４】本発明による電力変換装置の第２の実施形態を
示す断面図である。

【図５】本発明による電力変換装置の第３の実施形態を
示す断面図である。

【図６】本発明による電力変換装置の第４の実施形態を
示す断面図である。

【図７】本発明による電力変換装置の第５の実施形態の
平面と断面を示す図である。

【図８】本発明による電力変換装置の第５の実施形態に
おける回路図である。

【図９】本発明による電力変換装置の第６の実施形態の
平面と側面と断面を示す図である。

【図１０】本発明による電力変換装置の第７の実施形態
の平面と断面を示す図である。

【図１１】電力変換装置のシミュレーションによる特性
図である。

【図１２】電力変換装置のシミュレーションに使用した
モデルの説明図である。

【図１３】従来技術による電力変換装置の第１の例を示
す断面図である。

【図１４】従来技術による電力変換装置の第２の例の平
面と断面を示す図である。

【図１５】従来技術による電力変換装置の第４の例の平
面と断面を示す図である。

【図１６】従来技術による電力変換装置の第６の例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ベース板(高熱伝導性基板) ２パワー素子(パワー半導体素子) ３、３０ケース(合成樹脂のケース) ４回路基板(制御回路などの周辺回路を搭載した回路
基板) ５周辺回路素子(制御回路ＩＣなど) ６封止材７、７０放熱フィン８コネクタ部９ソケット部１０板状の部材１１ａパワー半導体駆動用ＩＣ１１ｂマイクロプロセッサ１２支持部材１３ａ制御基板１３ｂ電源基板１３ｃプリント配線基板１５ａ制御端子１５ｂ主端子１８充填材１９ａ切欠き部(スリット) １９ｂ自然対流２０端子台２１平滑コンデンサ２２電源トランスＬ樹脂絶縁層Ｍ主回路モジュールＰ導体(配線パターン) Ｒ空間Ｓ隙間Ｗボンディングワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中嶋徹千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者広田雅之千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ケーイーシステムズ内 (72)発明者内野禎敬千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者冨山清隆千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者井堀敏千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内 (72)発明者前野豊千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ドライブシステムズ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力用半導体素子と周辺回路を同一のケ
ースに収容し、当該ケースの底面に冷却部材が設けられ
るようにした電力変換装置において、前記ケースは、前記冷却部材に接する面の少なくとも一
部の面が当該冷却部材から離れているように形成され、前記周辺回路は、前記ケースの中で、前記少なくとも一
部の面が形成されている部分に収容されていることを特
徴とする電力変換装置。
【請求項２】電力用半導体素子と周辺回路を同一のケ
ースに収容し、当該ケースの底面に冷却部材が設けられ
るようにした電力変換装置において、前記冷却部材は、前記ケースに接する面の少なくとも一
部の面が当該ケースから離れているように形成され、前記周辺回路は、前記ケースの中で、前記冷却部材の少
なくとも一部の面が形成されている部分に向かい合う位
置に収容されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】電力用半導体素子と周辺回路を同一のケ
ースに収容し、当該ケースの底面に冷却部材が設けられ
るようにした電力変換装置において、前記ケースと前記冷却部材の間に、これらの接触面より
も小さい寸法の伝熱性板状部材を設け、前記周辺回路は、前記ケースの中で、前記ケースと前記
冷却部材の間で前記板状部材が存在していない部分に収
容されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】請求項１〜請求項３に記載の発明の何れ
かにおいて、前記電力用半導体素子と前記周辺回路が搭載されている
回路基板の間での電気的接続が、コネクタ部とソケット
部で与えられるように構成されていることを特徴とする
電力変換装置。
【請求項５】請求項１〜請求項４に記載の発明の何れ
かにおいて、前記周辺回路が搭載されている回路基板が、樹脂などで
封止されていないことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】パワー半導体素子を搭載した主回路モジ
ュール部に放熱フィンを備えた電力変換装置において、制御回路部品を搭載した制御基板が、前記放熱フィンの
取付面に対して、前記主回路モジュール部の取付位置と
は異なる投影面上に空間を隔てて取付けられていること
を特徴とする電力変換装置。
【請求項７】パワー半導体素子が搭載された主回路モ
ジュール部をモールドケースに収納し、当該主回路モジ
ュール部に放熱フィンを備えた電力変換装置において、制御回路部品を搭載した制御基板が、前記放熱フィンの
取付面に対して、前記主回路モジュール部の取付位置と
は異なる投影面上に空間を隔てて取付けられ、前記モールドケースが、前記空間内に延長されている底
面部を備えていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】請求項７に記載の発明において、前記底面部が、前記放熱フィンの取付面の間に隙間を残
して形成されていること特徴とする電力変換装置。
【請求項９】請求項７又は請求項８に記載の発明にお
いて、前記底面部が、先端部の両側に側壁コーナ部を備え、前記モールドケースの前記主回路モジュール部側の側壁
と、前記側壁コーナ部の間に切欠き部が形成されている
こと特徴とする電力変換装置。