【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一基板上に複数のパワー半導体素子と複数の制御素子が高密度実装されたサーボアンプやインバータの電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置においては、パワー半導体素子の上面に熱緩衝板を接合し、熱衝撃板の上部に金属電極を接合し、金属電極の上部に絶縁基板を接合したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９５２６７（第２−４頁、図１）
【０００４】
図４は、その一例を示す断面図である。図４において、第一の絶縁基板９の上部には、第一の金属電極１０を接合している。さらに、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８の上部には熱緩衝板１１を高温はんだにより接合している。また、熱緩衝板１１の上部には、第二の金属電極１２を高温はんだにより接合している。さらに第二の金属電極１２の上部には絶縁基板１３を接合している。
上記のような電力変換装置において、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８の上部に熱緩衝板１１が接合され、その上部に第二の金属電極２５が接合され、さらにその上部に第二の絶縁基板１３が接合されていることにより、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８を絶縁をとりながら両面冷却している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、パワー半導体素子と熱緩衝板を高温はんだにより接合するため、パワー半導体素子と上部の熱緩衝板と絶縁基板との工程管理が厳密に行わなければならずコストがかかるという問題があった。また、パワー半導体素子と熱緩衝板を高温はんだにより接合するため、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理し揃えなければいけないという問題があった。また、基板の同一面に高さの異なる複数のパワー半導体素子と複数の制御素子を混載したものの上に熱緩衝板を接合し、その上に絶縁基板接合する形態をとることができなかった。
そこで、本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を容易に固定することができるようにするとともに、高さが異なる複数のパワー半導体素子と複数の制御素子を混載した基板においても、その上面に熱伝導材を固定することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、複数のパワー半導体素子と、前記複数のパワー半導体素子を制御する複数の制御素子と、これらの素子を実装する基板と、前記複数のパワー半導体素子を駆動する駆動回路と、前記複数の制御素子からなる制御回路と、前記パワー半導体素子と前記制御素子を冷却する放熱器とを備えた電力変換装置において、前記基板の一つに前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子とを実装し、前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と前記放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したものである。
このようになっているため、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を固定することができる
請求項２に記載の発明は、前記放熱器の前記熱伝導部材との固定部に突部を設けたものである。
このようになっているため、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定することができる。
請求項３に記載する発明は、前記突部を少なくとも２個設け、前記突部間に傾斜を設けたものである。このようになっているため、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、１はパワー半導体素子、２は制御素子、３は基板、４は放熱器、６は熱伝導材、７は固定手段のネジである。
パワー半導体素子１は、パワーＭＯＳＦＥＴ半導体チップが樹脂で被覆されチップと電気的に接続されたリードが外部に突き出ているＳＯＰパッケージである。制御素子２は、複数のパワー半導体素子１を駆動する駆動回路に制御指令を与えるもので、パッケージ形態はＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）である。基板３は、厚さ１ｍｍのガラスエポキシ両面基板であり、両面に銅の電極と配線が施されており、基板の四隅にはΦ３．６ｍｍの穴が施してある。なお、基板３はメタルコア基板でもよい。放熱器４は、アルミ製で縦６０ｍｍ、横６０ｍｍ、板厚４ｍｍで四隅を７×７ｍｍの高さ１１ｍｍの柱状で台座を形成し、底面にΦ３ｍｍのネジ穴を加工している。また、放熱器４の上部にはファンやヒートパイプなどの冷却機構を追加することもできる。熱伝導材６は、ＳｉＯ２の粒子を含んだ弾性体の樹脂製シートである。７はΦ３ｍｍのネジである。
つぎに、本実施形態の動作について述べる。
パワー半導体素子１の６個の素子をガラスエポキシ両面基板３の上面の電極にはんだにより実装し，３相のインバータ部を形成している。基板３の下面には制御素子２をはんだ実装し、インバータ部を形成しているパワー半導体素子１の駆動回路に制御信号を与えるようになっている。このパワー半導体素子１と制御素子２を実装した基板３上にパワー半導体素子１の６個の素子すべてを覆える大きさに整えた熱伝導材６を載せた状態で、放熱器４を基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６が加圧されパワー半導体素子１と放熱器６とを熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動するとパワー半導体素子が発熱し、熱は熱伝導材から放熱器を経由して伝導し放熱する。
したがって、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を密着固定することができる
【０００８】
（第２実施例）
図２は、本発明の第２実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、５は突起、６１、６２は熱伝導材である。その他の部分は第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
突起５は、板厚６ｍｍとなっている。また、熱伝導材６１、６２は、第１実施例と同じくＳｉＯ２の粒子を含んだ弾性体の樹脂製シートであるが、それぞれ大きさを変えている。
つぎに、本実施例の動作について述べる。
本実施例の電力変換装置は、パワー半導体素子１の６個の素子と制御素子２をガラスエポキシ両面基板３の上面の電極にはんだにより実装し，３相のインバータ部と制御回路を形成している。パワー半導体素子１の６個の素子すべてを覆うことができる大きさに整えた熱伝導材６１をパワー半導体素子に載せ、制御素子２の上に熱伝導材６１と厚さは同じで大きさの異なる熱伝導材６２を制御素子２の上に載せた状態で、放熱器４１の突起５の部分をパワー半導体素子１の位置に合わせて基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６１と熱伝導材６２が加圧されパワー半導体素子１および制御素子１と放熱器４１を熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動すると制御素子２とパワー半導体素子１が発熱し、熱は熱伝導材６１と熱伝導材６２から放熱器４１を経由して伝導し放熱する。この実施の形態によれば、請求項１記載の電力変換装置において放熱器に突部を設けたことを特徴とするものである。
したがって、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定することができる。また、パワー半導体素子と制御半導体素子を熱伝導材を介して基板と放熱器で挟み込むために、両面冷却もできるという効果もある。
【０００９】
（第３実施例）
図３は、本発明の第３実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、５は突起、６３は熱伝導材、８は傾斜である。その他の部分は第２実施例と同様であるため、説明を省略する。
突起５１は、板厚６ｍｍとなっており側面が傾斜８を持つように加工されている。つぎに、本実施例の動作について述べる。
本実施例の電力変換装置は、パワー半導体素子１の６個の素子と制御素子２のすべてを覆える大きさにした熱伝導材６３をパワー半導体素子１と制御素子２上に載せる。放熱器４２の突起５１の部分をパワー半導体素子１と制御素子２の位置に合わせて基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６３が加圧されパワー半導体素子１および制御素子２と放熱器４２を熱的に接続させることができる。また、突起５１の傾斜８に沿って滑らかに変形するため、熱伝導材５１破損させることなく、高さと大きさの異なるパワー半導体素子１と制御素子２を熱伝導材５１を介して放熱器４２に熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動すると制御素子２とパワー半導体素子１が発熱し、熱は熱伝導材６３から放熱器４２を経由して伝導し放熱する。
したがって、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電力変換装置によれば、基板の一つに複数のパワー半導体素子と複数の制御素子とを実装し、複数のパワー半導体素子と複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したので、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理をすることなしにパワー半導体素子の上面に熱伝導材を固定できるという効果がある。
また、請求項２に記載の電力変換装置によれば、放熱器の熱伝導部材との固定部に突部を設けたので、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定できるという効果がある。
また、請求項３に記載の電力変換装置によれば、突部を少なくとも２個設け、その突部間に傾斜を設けたので、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できるという効果がある。また、パワー半導体素子と制御半導体素子を熱伝導材を介して基板と放熱器で挟み込むために、両面冷却もできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図４】従来の電力変換装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１ パワー半導体素子
２ 制御素子
３ 基板
４、４１、４２ 放熱器
５、５１ 突起
６、６１、６２、６３ 熱伝導材
７ ネジ
８ 傾斜
９ 第一の絶縁基板
１０ 第一の金属電極
１１ 熱緩衝板
１２ 第二の金属電極
１３ 第二の絶縁基板
１４ エミッタ電極取出口
１５ 電流センスワイヤボンディング
１６ 電極センス取出口
１７ ＩＧＢＴ
１８ ダイオード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device for a servo amplifier or an inverter in which a plurality of power semiconductor elements and a plurality of control elements are mounted on the same substrate at a high density.
[0002]
[Prior art]
In a conventional power conversion device, there is a device in which a thermal buffer plate is joined to an upper surface of a power semiconductor element, a metal electrode is joined to an upper portion of a thermal shock plate, and an insulating substrate is joined to an upper portion of the metal electrode (for example, see Patent Reference 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-95267 (pages 2-4, FIG. 1)
[0004]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one example. In FIG. 4, a first metal electrode 10 is joined to an upper portion of a first insulating substrate 9. Further, a thermal buffer plate 11 is joined to the upper part of the IGBT 17 and the diode 18 by high-temperature solder. A second metal electrode 12 is joined to the upper portion of the heat buffer plate 11 by high-temperature solder. Further, an insulating substrate 13 is joined to the upper part of the second metal electrode 12.
In the power converter as described above, the thermal buffer plate 11 is joined to the upper part of the IGBT 17 and the diode 18, the second metal electrode 25 is joined to the upper part, and the second insulating substrate 13 is joined to the upper part. As a result, the IGBT 17 and the diode 18 are cooled on both sides while insulating.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional power converter, since the power semiconductor element and the thermal buffer board are joined by high-temperature solder, the process control between the power semiconductor element, the upper thermal buffer board, and the insulating substrate must be strictly performed. There was a problem that costs were high. In addition, since the power semiconductor element and the heat buffer plate are joined by high-temperature solder, there is a problem that the heights of a plurality of power semiconductor elements must be strictly controlled and aligned. Further, it has not been possible to adopt a configuration in which a thermal buffer plate is bonded on a substrate on which a plurality of power semiconductor elements and control elements having different heights are mixedly mounted on the same surface of a substrate, and an insulating substrate is bonded thereon.
Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to easily fix the heat conductive material on the upper surface of the power semiconductor element without strictly managing the heights of the plurality of power semiconductor elements. It is an object of the present invention to provide a power conversion device capable of fixing a heat conductive material on an upper surface of a substrate on which a plurality of power semiconductor elements and a plurality of control elements having different heights are mixedly mounted. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1, wherein a plurality of power semiconductor elements, a plurality of control elements for controlling the plurality of power semiconductor elements, a substrate on which these elements are mounted, and a drive circuit for driving the plurality of power semiconductor elements And a control circuit including the plurality of control elements, and a power converter including the power semiconductor element and a radiator for cooling the control element, wherein the plurality of power semiconductor elements and the plurality of power semiconductor elements are provided on one of the substrates. And a heat conductive member is provided and fixed between the radiator and the non-mounting side of at least one of the plurality of power semiconductor elements and the plurality of control elements.
Because of this, a plurality of power semiconductor elements and the upper heat conductive material can be easily fixed with a radiator, and the power semiconductor element can be easily controlled without strictly controlling the height of the plurality of power semiconductor elements. The invention according to claim 2, wherein a heat conductive material can be fixed to the upper surface of the element, is provided with a projection at a fixing portion of the radiator to the heat conductive member.
With this configuration, the plurality of semiconductor elements having different heights and the heat conductive material can be fixed by the radiator.
According to a third aspect of the present invention, at least two protrusions are provided, and an inclination is provided between the protrusions. With such a configuration, a plurality of semiconductor elements having different heights can be fixed by a radiator using a single heat conductive material, and the assembly process can be simplified.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view of a power converter showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a power semiconductor element, 2 is a control element, 3 is a substrate, 4 is a radiator, 6 is a heat conductive material, and 7 is a screw of fixing means.
The power semiconductor element 1 is an SOP package in which a power MOSFET semiconductor chip is covered with a resin, and leads electrically connected to the chip project outside. The control element 2 gives a control command to a drive circuit that drives the plurality of power semiconductor elements 1, and has a package form of QFP (Quad Flat Package). The substrate 3 is a glass epoxy double-sided substrate having a thickness of 1 mm, copper electrodes and wiring are provided on both surfaces, and holes of Φ 3.6 mm are provided at four corners of the substrate. Note that the substrate 3 may be a metal core substrate. The radiator 4 is made of aluminum and has a pedestal formed of a column having a length of 60 mm, a width of 60 mm, a thickness of 4 mm, and four corners of 7 × 7 mm and a height of 11 mm, and a Φ3 mm screw hole formed on the bottom surface. Further, a cooling mechanism such as a fan or a heat pipe can be added to the upper part of the radiator 4. The heat conductive material 6 is an elastic resin sheet containing particles of SiO 2 . Reference numeral 7 denotes a Φ3 mm screw.
Next, the operation of the present embodiment will be described.
Six elements of the power semiconductor element 1 are mounted on electrodes on the upper surface of the glass epoxy double-sided board 3 by solder to form a three-phase inverter section. The control element 2 is mounted on the lower surface of the substrate 3 by solder, and a control signal is supplied to a drive circuit of the power semiconductor element 1 forming the inverter section. The radiator 4 is mounted on the substrate 3 with the heat conductive material 6 sized so as to cover all six elements of the power semiconductor element 1 mounted on the substrate 3 on which the power semiconductor element 1 and the control element 2 are mounted. The heat conductive material 6 is pressurized by being sandwiched between the power semiconductor element 1 and the power semiconductor element 1 and the radiator 6 can be thermally connected. In this state, when a command is given to the control element 2 from the host and the power semiconductor element 1 is driven, the power semiconductor element generates heat, and the heat is transmitted from the heat conductive material via the radiator and radiated.
Therefore, the plurality of power semiconductor elements and the upper heat conductive material can be easily fixed by the radiator, and the heat conduction to the upper surface of the power semiconductor element can be easily performed without strictly controlling the height of the plurality of power semiconductor elements. The material can be fixed tightly.
(Second embodiment)
FIG. 2 is a side view of a power converter according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 5 is a protrusion, and 61 and 62 are heat conductive materials. The other parts are the same as in the first embodiment, and the description is omitted.
The protrusion 5 has a plate thickness of 6 mm. The heat conductive members 61 and 62 are elastic resin sheets containing SiO 2 particles, as in the first embodiment, but have different sizes.
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the power converter of the present embodiment, the six elements of the power semiconductor element 1 and the control element 2 are mounted on electrodes on the upper surface of the glass epoxy double-sided board 3 by soldering to form a three-phase inverter and a control circuit. I have. A heat conductive material 61 sized so as to cover all six elements of the power semiconductor element 1 is placed on the power semiconductor element, and the thickness of the heat conductive material 61 is the same as that of the heat conductive material 61 on the control element 2. With the different heat conducting material 62 placed on the control element 2, the protrusion 5 of the radiator 41 is aligned with the position of the power semiconductor element 1, and the heat conducting material 61 and the heat conducting material 61 are sandwiched by the screws 7. The conductive material 62 is pressurized, and the power semiconductor element 1 and the control element 1 can be thermally connected to the radiator 41. In this state, when a command is given to the control element 2 from the host and the power semiconductor element 1 is driven, the control element 2 and the power semiconductor element 1 generate heat, and heat is transmitted from the heat conductive material 61 and the heat conductive material 62 via the radiator 41. To conduct and dissipate heat. According to this embodiment, in the power converter according to claim 1, a radiator is provided with a projection.
Therefore, the plurality of semiconductor elements having different heights and the heat conductive material can be fixed by the radiator. Further, since the power semiconductor element and the control semiconductor element are sandwiched between the substrate and the radiator via the heat conductive material, there is also an effect that both sides can be cooled.
[0009]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a side view of a power converter showing a third embodiment of the present invention. In the figure, 5 is a protrusion, 63 is a heat conductive material, and 8 is a slope. The other parts are the same as in the second embodiment, and the description is omitted.
The protrusion 51 has a plate thickness of 6 mm and is processed so that the side surface has an inclination 8. Next, the operation of this embodiment will be described.
In the power converter of the present embodiment, a heat conductive material 63 sized to cover all of the six elements of the power semiconductor element 1 and the control element 2 is mounted on the power semiconductor element 1 and the control element 2. The heat conductive material 63 is pressurized by inserting the protrusion 51 of the heat radiator 42 into the substrate 3 with the screw 7 while matching the position of the power semiconductor element 1 and the control element 2, and the power semiconductor element 1, the control element 2 and the heat radiator 42 can be thermally connected. In addition, since the heat semiconductor 51 is smoothly deformed along the inclination 8 of the projection 51, the power semiconductor element 1 and the control element 2 having different heights and sizes are connected to the radiator 42 via the heat conductive material 51 without damaging the heat conductive material 51. Can be thermally connected. In this state, when a command is given to the control element 2 from the host and the power semiconductor element 1 is driven, the control element 2 and the power semiconductor element 1 generate heat, and the heat is conducted from the heat conductive material 63 via the radiator 42 and radiated. I do.
Therefore, a plurality of semiconductor elements having different heights can be fixed by the radiator with one heat conductive material, and the assembly process can be simplified.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to the power converter of the present invention, a plurality of power semiconductor elements and a plurality of control elements are mounted on one of the substrates, and at least one of the plurality of power semiconductor elements and the plurality of control elements is mounted. Since the heat conductive member is provided and fixed between the non-mounting side and the radiator, the plurality of power semiconductor elements and the upper heat conductive material can be easily fixed with the radiator, and the plurality of power semiconductor elements can be fixed. There is an effect that the heat conductive material can be fixed on the upper surface of the power semiconductor element without strictly controlling the height.
According to the power converter of the second aspect, since the protrusion is provided on the fixing portion of the radiator to the heat conductive member, the plurality of semiconductor elements having different heights and the heat conductive material are separated by the radiator. There is an effect that it can be fixed.
According to the power converter of the third aspect, since at least two protrusions are provided and an inclination is provided between the protrusions, a plurality of semiconductor elements having different heights can be formed by one heat conductive material. It can be fixed with a radiator, which has the effect of simplifying the assembly process. Further, since the power semiconductor element and the control semiconductor element are sandwiched between the substrate and the radiator via the heat conductive material, there is also an effect that both sides can be cooled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a power converter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a power converter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view of a power converter according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view showing a conventional power converter.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 power semiconductor element 2 control element 3 substrate 4, 41, 42 radiator 5, 51 protrusion 6, 61, 62, 63 heat conductive material 7 screw 8 inclined 9 first insulating substrate 10 first metal electrode 11 heat buffer plate 12 Second metal electrode 13 Second insulating substrate 14 Emitter electrode outlet 15 Current sense wire bonding 16 Electrode sense outlet 17 IGBT
18 Diode
