JP2011244648A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体モジュール3の金属板31には、ヒートシンク2の受熱面21に対向する放熱面311が形成されている。スイッチング素子32は、金属板31の放熱面311とは反対側の面に設置されている。樹脂体33は、スイッチング素子32および金属板31の一部を覆っている。放熱部材4は、シート状に形成され、ヒートシンク2と半導体モジュール3との間に挟み込まれ、スイッチング素子32の熱を受熱面21に伝達可能である。受熱面21は、放熱面311とは反対側へ窪む凹部211を有している。放熱面311は、凹部211に対応する位置に、凹部211の形状に対応する形状で受熱面21側へ突出する凸部312を有している。放熱部材4は、凹部211および凸部312に対応する所定の範囲S1が、凹部211と凸部312との間に挟み込まれている。
【選択図】図1
Description
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電力変換装置を図1〜4に示す。なお、図1は電力変換装置1の断面を示すものであるが、記載が煩雑になることを避けるため、図1では、断面ハッチを省略している。
ヒートシンク2は、例えばアルミ等の金属により形成されている。ヒートシンク2は、受熱面21を有する。ヒートシンク2は、受熱面21から窪むようにして形成される凹部211を有している。本実施形態では、凹部211は、図2および図3(A)に示すように、受熱面21に垂直な方向から見たときの外形が略長方形となるよう形成されている。
金属板31は、例えば銅等の熱伝導性の高い金属により形成されている。金属板31には、ヒートシンク2の受熱面21に対向する放熱面311が形成されている。スイッチング素子32は、略板状に形成され、金属板31の放熱面311とは反対側の面に設置されている。樹脂体33は、スイッチング素子32および金属板31の一部を覆っている。
また、本実施形態では、図1(A)、(B)、および図2に示すように、放熱部材4は、ヒートシンク2の凹部211および金属板31の凸部312に対応する所定の範囲S1(図2では斜め格子状の線で網掛けした部分)が、凹部211と凸部312との間に挟み込まれている。これにより、放熱部材4は、略皿状に変形する(図3(A)参照)とともに凹部211を形成する壁面および凸部312を形成する壁面に密着する。
本発明の第2実施形態による電力変換装置を図4〜6に示す。第2実施形態は、半導体モジュールの樹脂体が凹部を有する点、および、ヒートシンクが凹部を有さず樹脂体の凹部に対応する凸部を有する点で、第1実施形態と異なる。なお、図4は電力変換装置の断面を示すものであるが、記載が煩雑になることを避けるため、図4では、断面ハッチを省略している。
本発明の第3実施形態による電力変換装置を図7〜9に示す。第3実施形態は、樹脂体の凹部およびヒートシンクの凸部の数および形状等が、第2実施形態と異なる。なお、図7は電力変換装置の断面を示すものであるが、記載が煩雑になることを避けるため、図7では、断面ハッチを省略している。
本実施形態では、放熱部材4は、凸部213に対応する位置に穴41を有している。穴41は、放熱部材4に4つ形成されている。
また、半導体モジュール3は、第2実施形態と同様、ヒートシンク2との間に放熱部材4を挟んだ状態で、例えばネジ(図示せず)等の締結部材によりヒートシンク2に固定されている。
本発明の第4実施形態による電力変換装置を図10〜12に示す。第4実施形態は、ヒートシンクが凹部を有しない点、および、樹脂体が凸部を有する点等で、第1実施形態と異なる。なお、図10は電力変換装置の断面を示すものであるが、記載が煩雑になることを避けるため、図10では、断面ハッチを省略している。
また、第4実施形態では、金属板31の凸部312は、特許請求の範囲における「金属凸部」に対応する。すなわち、凸部312は、樹脂体33の対向面331よりも受熱面21側へ突出するよう形成されている。
上記構成により、凸部334の受熱面21側の端面36は、金属板31の凸部312の端面35と略同一平面上に位置している。
本実施形態では、図10(A)、(B)、および図11に示すように、放熱部材4は、樹脂体33の凸部334に対応する部分P4(図11では斜め格子状の線で網掛けした部分)が、凸部334とヒートシンク2の受熱面21との間に挟み込まれている。また、放熱部材4は、金属板31の凸部312に対応する部分P5(図11では縦横格子状の線で網掛けした部分)が、凸部312とヒートシンク2の受熱面21との間に挟み込まれている。
上述の第1実施形態では、ヒートシンク2が凹部211を有し、金属板31が前記凹部211に対応する凸部312を有する構成を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、金属板が凹部を有し、ヒートシンクが前記凹部に対応する凸部を有する構成としてもよい。同様に、第2実施形態および第3実施形態において樹脂体に形成される凹部とヒートシンクに形成される凸部とは、形成される部材が逆転した構成であってもよい。
また、上述の第1実施形態では、凹部、凸部および放熱部材が、「w1>w3」および「w2>w4」、かつ、「w1−w3<2×t2」および「w2−w4<2×t2」の関係を満たすよう形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、凹部、凸部および放熱部材は、「w1−w3<2×t2」および「w2−w4<2×t2」の関係を満たさない構成であってもよい。
本発明は、交流電動機に限らず、交流の電力により駆動する種々の機器等に適用することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
2 ・・・ヒートシンク
21 ・・・受熱面
211 ・・・凹部
3 ・・・半導体モジュール
31 ・・・金属板
311 ・・・放熱面
312 ・・・凸部
32 ・・・スイッチング素子
33 ・・・樹脂体
4 ・・・放熱部材
Claims (8)
- 受熱面を有するヒートシンクと、
前記受熱面に対向する放熱面が形成された金属板、当該金属板の前記放熱面とは反対側の面に設置され作動時に発熱するスイッチング素子、ならびに、当該スイッチング素子および前記金属板の少なくとも一部を覆う樹脂体を有する半導体モジュールと、
前記ヒートシンクの前記受熱面と前記半導体モジュールとの間に挟み込まれるようにして設けられ、前記金属板を経由した前記スイッチング素子の熱を前記受熱面に伝達可能なシート状の放熱部材と、を備え、
前記受熱面または前記放熱面の一方は、前記受熱面または前記放熱面の他方とは反対側へ窪む凹部を有し、
前記受熱面または前記放熱面の他方は、前記凹部に対応する位置に、前記凹部の形状に対応する形状で前記一方側へ突出する凸部を有し、
前記放熱部材は、前記凹部および前記凸部に対応する所定の範囲が、前記凹部と前記凸部との間に挟み込まれていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記凹部の窪みの深さをt1、前記放熱部材の厚さをt2とすると、
前記凹部および前記放熱部材は、t1>t2の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記凹部および前記凸部は、双方とも、前記受熱面に垂直な方向から見たときの外形が略長方形となるよう形成され、
前記凹部の長手方向の幅をw1、短手方向の幅をw2、前記凸部の長手方向の幅をw3、短手方向の幅をw4とすると、
前記凹部、前記凸部および前記放熱部材は、「0<w1−w3≦2×t2」および「0<w2−w4≦2×t2」の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記放熱部材の前記所定の範囲は、少なくとも、前記放熱部材が、前記スイッチング素子の板厚方向に対し平行で前記スイッチング素子の外縁端に接する仮想直線によって切り取られる部分を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記放熱部材の前記所定の範囲は、少なくとも、前記放熱部材が、前記スイッチング素子の板厚方向に対し45度の角度をなして前記スイッチング素子の外縁端に接する仮想直線によって切り取られる部分を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 受熱面を有するヒートシンクと、
前記受熱面に対向する放熱面が形成された金属板、当該金属板の前記放熱面とは反対側の面に設置され作動時に発熱するスイッチング素子、ならびに、当該スイッチング素子および前記金属板の少なくとも一部を覆うとともに前記受熱面に対向する対向面が形成された樹脂体を有する半導体モジュールと、
前記ヒートシンクの前記受熱面と前記半導体モジュールとの間に挟み込まれるようにして設けられ、前記金属板を経由した前記スイッチング素子の熱を前記受熱面に伝達可能なシート状の放熱部材と、を備え、
前記受熱面または前記対向面の一方は、前記受熱面または前記対向面の他方とは反対側へ窪む凹部を有し、
前記受熱面または前記対向面の他方は、前記凹部に対応する位置に、前記凹部の形状に対応する形状で前記一方側へ突出する凸部を有し、
前記放熱部材は、前記凹部および前記凸部に対応する部分が、前記凹部と前記凸部との間に挟み込まれていることを特徴とする電力変換装置。 - 受熱面を有するヒートシンクと、
前記受熱面に対向する放熱面が形成された金属板、当該金属板の前記放熱面とは反対側の面に設置され作動時に発熱するスイッチング素子、ならびに、当該スイッチング素子および前記金属板の少なくとも一部を覆うとともに前記受熱面に対向する対向面が形成された樹脂体を有する半導体モジュールと、
前記ヒートシンクの前記受熱面と前記半導体モジュールとの間に挟み込まれるようにして設けられ、前記金属板を経由した前記スイッチング素子の熱を前記受熱面に伝達可能なシート状の放熱部材と、を備え、
前記受熱面または前記対向面の一方は、前記受熱面または前記対向面の他方とは反対側へ窪む複数の凹部を有し、
前記受熱面または前記対向面の他方は、前記凹部に対応する位置に、前記凹部の形状に対応する形状で前記一方側へ突出する複数の凸部を有し、
前記放熱部材は、前記凸部に対応する位置に穴を有し、前記凸部が前記穴に挿通し前記凹部に入り込んだ状態で前記受熱面と前記半導体モジュールとの間に挟み込まれていることを特徴とする電力変換装置。 - 受熱面を有するヒートシンクと、
前記受熱面に対向する放熱面が形成された金属板、当該金属板の前記放熱面とは反対側の面に設置され作動時に発熱するスイッチング素子、ならびに、当該スイッチング素子および前記金属板の少なくとも一部を覆うとともに前記受熱面に対向する対向面が形成された樹脂体を有する半導体モジュールと、
前記ヒートシンクの前記受熱面と前記半導体モジュールとの間に挟み込まれるようにして設けられ、前記金属板を経由した前記スイッチング素子の熱を前記受熱面に伝達可能なシート状の放熱部材と、を備え、
前記放熱面は、前記対向面よりも前記受熱面側へ突出する金属凸部を有し、
前記対向面は、前記金属凸部の前記対向面からの突出の高さと略同等の高さで前記受熱面側へ突出するとともに前記金属凸部が間に位置するよう複数形成される樹脂凸部を有し、
前記放熱部材は、前記樹脂凸部および前記金属凸部に対応する部分が、前記樹脂凸部および前記金属凸部と前記受熱面との間に挟み込まれていることを特徴とする電力変換装置。
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