JP2014120592A - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、パワーモジュールに関し、特に、パワーモジュールを小型化するための技術に関する。 The present invention relates to a power module, and more particularly to a technique for reducing the size of a power module.
図９は、従来のパワーモジュール（90）の構成を示している。このパワーモジュール（90）は、制御基板（70）およびヒートシンク（80）に取り付けられるものであり、絶縁基板（91）と、リード線（92）と、樹脂ケース（93）と、放熱板（94）とを備えている。 FIG. 9 shows a configuration of a conventional power module (90). This power module (90) is attached to the control board (70) and the heat sink (80). The insulating board (91), the lead wire (92), the resin case (93), and the heat sink (94 ).
絶縁基板（91）の一方面（制御基板（70）に対向する面）には、回路パターン（901）が形成され、絶縁基板（91）の他方面（ヒートシンク（80）に対向する面）には、放熱パターン（902）が形成されている。回路パターン（901）には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やダイオードなどのパワー半導体素子（911）が半田接合され、放熱パターン（902）は、放熱板（94）に半田接合されている。放熱板（94）は、グリスを介してヒートシンク（80）に接触している。 A circuit pattern (901) is formed on one surface of the insulating substrate (91) (surface facing the control substrate (70)), and on the other surface (surface facing the heat sink (80)) of the insulating substrate (91). The heat radiation pattern (902) is formed. A power semiconductor element (911) such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a diode is soldered to the circuit pattern (901), and a heat dissipation pattern (902) is soldered to the heat dissipation plate (94). The heat sink (94) is in contact with the heat sink (80) via grease.
樹脂ケース（93）は、矩形枠状に形成された台座部（93a）と、台座部（93a）の内縁部から垂直に延びる矩形筒部（93b）とを有し、絶縁基板（91）を内部に収容している。樹脂ケース（93）の台座部（93a）は、放熱板（94）の外縁部に接着されている。リード線（92）は、Ｌ字状に湾曲し、樹脂ケース（93）の矩形筒部（93b）に埋め込まれている。リード線（92）の一端部は、樹脂ケース（93）内の絶縁基板（91）へ向けて突出し、ボンディングワイヤ（900）で絶縁基板（91）の回路パターン（901）に接続されている。リード線（92）の他端部は、制御基板（70）へ向けて突出し、制御基板（70）に設けられたスルーホールに挿通されて半田接合されている。また、樹脂ケース（93）の台座部（93b）は、台座部（93a）および放熱板（94）に設けられた挿通穴にネジを挿通させてヒートシンク（80）に設けられたネジ穴に締結させることにより、放熱板（94）を介してヒートシンク（80）にネジ止めされている。 The resin case (93) has a pedestal portion (93a) formed in a rectangular frame shape and a rectangular tube portion (93b) extending vertically from the inner edge of the pedestal portion (93a), and has an insulating substrate (91). Housed inside. The pedestal (93a) of the resin case (93) is bonded to the outer edge of the heat sink (94). The lead wire (92) is curved in an L shape and is embedded in the rectangular tube portion (93b) of the resin case (93). One end of the lead wire (92) protrudes toward the insulating substrate (91) in the resin case (93), and is connected to the circuit pattern (901) of the insulating substrate (91) by a bonding wire (900). The other end of the lead wire (92) protrudes toward the control board (70), and is inserted into a through hole provided in the control board (70) and soldered. In addition, the base part (93b) of the resin case (93) is fastened to a screw hole provided in the heat sink (80) by inserting a screw through the insertion hole provided in the base part (93a) and the heat sink (94). By doing so, it is screwed to the heat sink (80) via the heat sink (94).
図９に示したパワーモジュール（90）では、リード線（92）の一端部と絶縁基板（91）の回路パターン（901）とを接続するボンディングワイヤ（900）を配置するための空間を樹脂ケース（93）内に確保しなければならないので、パワーモジュール（90）を小型化することが困難である。 In the power module (90) shown in FIG. 9, a space for placing bonding wires (900) for connecting one end of the lead wire (92) and the circuit pattern (901) of the insulating substrate (91) is a resin case. Since it must be secured within (93), it is difficult to reduce the size of the power module (90).
そこで、図１０のように、リード線（92）を樹脂ケース（93）に埋め込まずに、リード線（92）の一端部を絶縁基板（91）の回路パターン（901）に半田接合することが考えられている。このように構成することにより、リード線（92）の一端部と絶縁基板（91）の回路パターン（901）とを接続するためのボンディングワイヤ（900）を設けなくても良くなるので、パワーモジュール（90）を小型化することができる。さらに、ボンディングワイヤ（900）の取り付け工程を省略することができるので、パワーモジュール（90）の製造時間を短縮することができる。 Therefore, as shown in FIG. 10, one end of the lead wire (92) may be soldered to the circuit pattern (901) of the insulating substrate (91) without embedding the lead wire (92) in the resin case (93). It is considered. With this configuration, it is not necessary to provide a bonding wire (900) for connecting one end of the lead wire (92) and the circuit pattern (901) of the insulating substrate (91). (90) can be reduced in size. Furthermore, since the attachment process of the bonding wire (900) can be omitted, the manufacturing time of the power module (90) can be shortened.
なお、図１０に示したパワーモジュール（90）では、絶縁基板（91）の放熱パターン（902）とヒートシンク（80）との間から放熱板（94）が取り除かれ、放熱パターン（902）が、グリスを介してヒートシンク（80）に接触している。また、図１０では、樹脂ケース（93）のネジ止めの図示を省略している。なお、樹脂ケース（93）は、樹脂ケース（93）をヒートシンク（80）に向けて付勢する板バネ（図示を省略）などによってヒートシンク（80）に取り付けられていても良い。 In the power module (90) shown in FIG. 10, the heat sink (94) is removed from between the heat dissipation pattern (902) and the heat sink (80) of the insulating substrate (91), and the heat dissipation pattern (902) It is in contact with the heat sink (80) via grease. Further, in FIG. 10, illustration of screwing of the resin case (93) is omitted. The resin case (93) may be attached to the heat sink (80) by a leaf spring (not shown) that urges the resin case (93) toward the heat sink (80).
しかしながら、図１０のようにパワーモジュール（90）を構成した場合、パワーモジュール（90）に伝達された振動によってリード線（92）の接合部（特に、回路パターン（901）との接合部）が劣化してしまう可能性がある。例えば、パワーモジュール（90）の輸送の際に発生した振動や、パワーモジュール（90）の周辺装置の稼働により発生した振動がパワーモジュール（90）に伝達されると、その振動によってリード線（92）の接合部（この例では、半田接合部）に応力が加えられて、リード線（92）の接合部にクラックが発生してしまう可能性がある。また、パワーモジュール（10）の定格電流が低くなるほど、リード線（92）が細くなるので、リード線（92）と回路パターン（901）との接合面積が小さくなる。そして、リード線（92）と回路パターン（901）との接合面積が小さくなるほど、リード線（901）の接合部の接合強度が低下し、パワーモジュール（10）に伝達された振動によってリード線（901）の接合部が劣化しやすくなる。 However, when the power module (90) is configured as shown in FIG. 10, the joint portion of the lead wire (92) (particularly, the joint portion with the circuit pattern (901)) is caused by the vibration transmitted to the power module (90). There is a possibility of deterioration. For example, when vibrations generated during transportation of the power module (90) or vibrations caused by operation of peripheral devices of the power module (90) are transmitted to the power module (90), the vibration causes the lead wires (92 ) Is applied to the joint (in this example, a solder joint), and a crack may occur in the joint of the lead wire (92). Further, the lower the rated current of the power module (10) is, the thinner the lead wire (92) is, so the bonding area between the lead wire (92) and the circuit pattern (901) is reduced. As the bonding area between the lead wire (92) and the circuit pattern (901) decreases, the bonding strength of the bonding portion of the lead wire (901) decreases, and the lead wire (101) is caused by the vibration transmitted to the power module (10). 901) is likely to deteriorate.
なお、特許文献１には、リード線（92）の接合部の劣化を抑制する手法として、外部電極端子（リード線（92））の一部をＵベンド状に形成してバネ効果を持たせて、外部電極端子（リード線（92））とプリント基板（制御基板（70））との半田接合部に加えられる応力を軽減することが記載されている。また、特許文献１の半導体装置（パワーモジュール）には、プリント基板（制御基板（70））と放熱板（ヒートシンク（80））とを固定する固定棒（固定部材）が設けられている。
In
ところで、特許文献１のように、制御基板とヒートシンクとを固定する固定部材を設けることにより、パワーモジュールに伝達された振動によってリード線に加えられる応力を軽減することが可能ではあるが、パワーモジュールの樹脂ケースの外側に固定部材が配置されていることになるので、パワーモジュール（絶縁基板，リード線，樹脂ケース，および固定部材を含むパワーモジュール）を小型化することが困難である。
By the way, although it is possible to reduce the stress added to a lead wire by the vibration transmitted to the power module by providing the fixing member which fixes a control board and a heat sink like
そこで、この発明は、外部から伝達された振動によってリード線の接合部が劣化してしまうことを抑制しつつ小型化することが可能なパワーモジュールを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power module that can be miniaturized while suppressing deterioration of a joint portion of a lead wire due to vibration transmitted from the outside.
第１の発明は、制御基板（20）およびヒートシンク（30）に取り付けられるパワーモジュール（10）であって、回路パターン（101）が一方面に形成された絶縁基板（11）と、上記絶縁基板（11）の回路パターン（101）に一端部が接合されたリード線（12）と、上記リード線（12）の他端部が上記制御基板（20）に接合可能となるように該リード線（12）の他端部を突出させるとともに上記絶縁基板（11）の他方面が上記ヒートシンク（30）に熱的に接触可能となるように該絶縁基板（11）の他方面を露出させた状態で、該絶縁基板（11）を内部に収容する樹脂ケース（13）と、上記制御基板（20）に固定可能な一端部（401）および上記ヒートシンク（30）に固定可能な他端部（402）が上記樹脂ケース（13）から突出するように、該樹脂ケース（13）に埋め込まれた１つまたは複数の固定部材（14）とを備えていることを特徴とするパワーモジュールである。 1st invention is the power module (10) attached to a control board (20) and a heat sink (30), Comprising: The insulated substrate (11) in which the circuit pattern (101) was formed in one surface, The said insulated substrate A lead wire (12) having one end joined to the circuit pattern (101) of (11), and the lead wire so that the other end of the lead wire (12) can be joined to the control board (20). The other end of (12) is projected and the other surface of the insulating substrate (11) is exposed so that the other surface of the insulating substrate (11) can be in thermal contact with the heat sink (30). The resin case (13) that houses the insulating substrate (11), the one end (401) that can be fixed to the control substrate (20), and the other end (402 that can be fixed to the heat sink (30)) ) Buried in the resin case (13) so that it protrudes from the resin case (13) It is a power module, characterized in that a Mareta one or more fixing members (14).
上記第１の発明では、固定部材（14）の一端部（401）および他端部（402）が制御基板（20）およびヒートシンク（30）にそれぞれ固定されているので、パワーモジュール（10）に伝達された振動は、リード線（12）だけでなく固定部材（14）にも分散されることになる。したがって、パワーモジュール（10）に伝達された振動によってリード線（12）の接合部に加えられる応力を軽減することができる。また、固定部材（14）は、樹脂ケース（13）に埋め込まれている。 In the first invention, since the one end (401) and the other end (402) of the fixing member (14) are fixed to the control board (20) and the heat sink (30), respectively, the power module (10) The transmitted vibration is distributed not only to the lead wire (12) but also to the fixing member (14). Therefore, the stress applied to the joint portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) can be reduced. The fixing member (14) is embedded in the resin case (13).
第２の発明は、上記第１の発明において、上記リード線（12）の他端部および上記固定部材（14）の一端部（401）が、上記制御基板（20）に設けられたスルーホール（200a,200b）にそれぞれ挿通されて半田接合されることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a second invention, in the first invention, the other end portion of the lead wire (12) and the one end portion (401) of the fixing member (14) are provided in the control board (20). The power module is inserted into (200a, 200b) and soldered.
上記第２の発明では、固定部材（14）の一端部（401）をリード線（12）の他端部と同一の工程（スルーホール半田接合工程）で固定することができる。 In the second aspect, one end (401) of the fixing member (14) can be fixed in the same process (through-hole soldering process) as the other end of the lead wire (12).
第３の発明は、上記第２の発明において、上記固定部材（14）の一端部（401）が、上記リード線（12）よりも太くなっていることを特徴とするパワーモジュールである。 A third invention is the power module according to the second invention, wherein one end (401) of the fixing member (14) is thicker than the lead wire (12).
上記第３の発明では、固定部材（14）の一端部（401）をリード線（12）よりも太くすることにより、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができる。 In the third invention, the vibration durability of the fixing member (14) can be improved by making the one end (401) of the fixing member (14) thicker than the lead wire (12).
第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記制御基板（20）に、接地パターン（GP）を含む金属パターン（201）が形成され、上記固定部材（14）の一端部（401）が、上記制御基板（20）のうち上記接地パターン（GP）が形成された領域または上記金属パターン（201）が形成されていない領域に設けられたスルーホール（200b）に挿通されて半田接合されることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a fourth invention, in the second or third invention, a metal pattern (201) including a ground pattern (GP) is formed on the control board (20), and one end portion of the fixing member (14) ( 401) is inserted into a through hole (200b) provided in a region of the control board (20) where the ground pattern (GP) is formed or a region where the metal pattern (201) is not formed. It is a power module characterized by being joined.
上記第４の発明では、接地パターン（GP）を除く金属パターン（201）が形成された領域において固定部材（14）の半田接合が行われていない。 In the fourth invention, the fixing member (14) is not solder-bonded in the region where the metal pattern (201) except the ground pattern (GP) is formed.
第５の発明は、上記第２〜第４の発明のいずれか１つにおいて、上記固定部材（14）の一端部（401）が、該固定部材（14）の他端部（402）よりも細くなっていることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions, one end (401) of the fixing member (14) is more than the other end (402) of the fixing member (14). The power module is characterized by being thin.
上記第５の発明では、固定部材（14）の一端部（401）を固定部材（14）の他端部（402）よりも細くすることにより、制御基板（20）のスルーホール（200b）の面積を小さくすることができる。これにより、スルーホール（200b）の形成による制御基板（20）の有効面積（金属パターン（201）や電気部品を配置可能な領域の面積）の減少を抑制することができる。 In the fifth aspect, the one end (401) of the fixing member (14) is made thinner than the other end (402) of the fixing member (14), so that the through hole (200b) of the control board (20) is formed. The area can be reduced. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the effective area of the control board (20) (the area of the region where the metal pattern (201) and the electrical components can be arranged) due to the formation of the through hole (200b).
第６の発明は、上記第２〜第４の発明のいずれか１つにおいて、上記固定部材（14）の一端部（401）が、複数の枝部（411）によって構成され、上記複数の枝部（411）が、上記制御基板（20）に設けられた複数のスルーホール（200b）にそれぞれ挿通されて半田接合されることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a sixth invention, in any one of the second to fourth inventions, one end (401) of the fixing member (14) is constituted by a plurality of branches (411), and the plurality of branches The power module is characterized in that the portion (411) is inserted into and soldered to the plurality of through holes (200b) provided in the control board (20).
上記第６の発明では、制御基板（20）と固定部材（14）の一端部（401）との接合面積を増加させることができるので、制御基板（20）と固定部材（14）の一端部（401）との接合強度を向上させることができ、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができる。 In the sixth aspect of the invention, since the bonding area between the control board (20) and one end (401) of the fixing member (14) can be increased, one end of the control board (20) and the fixing member (14). The bonding strength with (401) can be improved, and the vibration durability of the fixing member (14) can be improved.
第７の発明は、上記第１の発明において、上記固定部材（14）の一端部（401）が、上記制御基板（20）にネジ止めされ、該固定部材（14）の他端部（402）が、上記ヒートシンク（30）にネジ止めされることを特徴とするパワーモジュールである。 In a seventh aspect based on the first aspect, one end (401) of the fixing member (14) is screwed to the control board (20), and the other end (402) of the fixing member (14). ) Is a power module that is screwed to the heat sink (30).
上記第７の発明では、固定部材（14）の一端部（401）および他端部（402）を同一の工程（ネジ止め工程）で固定することができる。 In the seventh invention, the one end (401) and the other end (402) of the fixing member (14) can be fixed in the same process (screwing process).
第８の発明は、上記第１〜第６の発明のいずれか１つにおいて、上記樹脂ケース（13）が、上記絶縁基板（11）の外縁を囲む矩形筒状に形成され、上記複数の固定部材（14）のうち少なくとも２つの固定部材（14）が、上記樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち上記絶縁基板（11）を挟んで互いに対向する２つの壁部にそれぞれ埋め込まれていることを特徴とするパワーモジュールである。 According to an eighth invention, in any one of the first to sixth inventions, the resin case (13) is formed in a rectangular cylindrical shape surrounding an outer edge of the insulating substrate (11), and the plurality of fixings At least two fixing members (14) among the members (14) are embedded in two wall portions facing each other across the insulating substrate (11) among the four wall portions of the resin case (13). It is a power module characterized by being.
上記第８の発明では、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向（例えば、絶縁基板（11）の幅方向または長さ方向）においてリード線（12）の振動を抑制することができる。 In the eighth aspect of the invention, the lead wire (12) in the direction in which two of the four wall portions of the resin case (13) face each other (for example, the width direction or the length direction of the insulating substrate (11)). Can be suppressed.
第９の発明は、上記第１〜第６の発明のいずれか１つにおいて、上記樹脂ケース（13）が、上記絶縁基板（11）の外縁を囲む矩形筒状に形成され、上記複数の固定部材（14）のうち少なくとも４つの固定部材（14）は、上記樹脂ケース（13）の４つの壁部にそれぞれ埋め込まれていることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a ninth invention, in any one of the first to sixth inventions, the resin case (13) is formed in a rectangular cylindrical shape surrounding an outer edge of the insulating substrate (11), and the plurality of fixings At least four fixing members (14) among the members (14) are embedded in the four wall portions of the resin case (13), respectively.
上記第９の発明では、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向（例えば、絶縁基板（11）の幅方向）だけでなく別の２つの壁部が互いに対向する方向（例えば、絶縁基板（11）の長さ方向）においてもリード線（12）の振動を抑制することができる。 In the ninth aspect of the invention, not only the two wall portions of the four wall portions of the resin case (13) face each other (for example, the width direction of the insulating substrate (11)) but also two other wall portions. The vibration of the lead wire (12) can also be suppressed in directions facing each other (for example, the length direction of the insulating substrate (11)).
第１０の発明は、上記第１〜第７の発明のいずれか１つにおいて、上記絶縁基板（11）の他方面と上記ヒートシンク（30）との間に介設された放熱板（16）をさらに備えていることを特徴とするパワーモジュールである。 According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, a heat radiating plate (16) interposed between the other surface of the insulating substrate (11) and the heat sink (30) is provided. The power module further includes a power module.
上記第１０の発明では、絶縁基板（11）からヒートシンク（30）への熱伝達を促進することができる。 In the tenth aspect, heat transfer from the insulating substrate (11) to the heat sink (30) can be promoted.
第１の発明によれば、パワーモジュール（10）に伝達された振動によってリード線（12）に加えられる応力を軽減することができるので、リード線（12）に伝達された振動によってリード線（12）の接合部が劣化してしまうことを抑制することができる。また、固定部材（14）が樹脂ケース（13）に埋め込まれているので、固定部材（14）が樹脂ケース（13）の外側に設けられている場合よりも、パワーモジュール（10）を小型化することができる。 According to the first invention, the stress applied to the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) can be reduced, so that the lead wire (12) can be reduced by the vibration transmitted to the lead wire (12). It is possible to suppress the deterioration of the joint of 12). In addition, since the fixing member (14) is embedded in the resin case (13), the power module (10) can be made smaller than when the fixing member (14) is provided outside the resin case (13). can do.
第２の発明によれば、固定部材（14）の一端部（401）をリード線（12）の他端部と同一の工程（スルーホール半田接合工程）で固定することができるので、固定部材（14）の固定工程の追加に伴う製造コストの増加を抑制することができる。 According to the second invention, the one end (401) of the fixing member (14) can be fixed in the same process (through-hole soldering process) as the other end of the lead wire (12). The increase in manufacturing cost accompanying the addition of the fixing step (14) can be suppressed.
第３の発明によれば、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができるので、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 According to the third invention, since the vibration durability of the fixing member (14) can be improved, the deterioration of the joint portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) is further suppressed. be able to.
第４の発明によれば、接地パターン（GP）を除く金属パターン（201）が形成された領域において固定部材（14）の半田接合が行われていないので、固定部材（14）の半田接合によって制御基板（20）の金属パターン（201）が短絡してしまうことを防止することができる。 According to the fourth aspect of the invention, since the fixing member (14) is not soldered in the region where the metal pattern (201) except the ground pattern (GP) is formed, the fixing member (14) is not soldered. It is possible to prevent the metal pattern (201) of the control board (20) from being short-circuited.
第５の発明によれば、スルーホール（200b）の形成による制御基板（20）の有効面積の減少を抑制することができるので、制御基板（20）における金属パターン（201）や電気部品の配置自由度を向上させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the effective area of the control board (20) due to the formation of the through hole (200b) can be suppressed, so that the arrangement of the metal pattern (201) and electric parts on the control board (20) The degree of freedom can be improved.
第６の発明によれば、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができるので、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 According to the sixth invention, since the vibration durability of the fixing member (14) can be improved, the deterioration of the joint portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) is further suppressed. be able to.
第７の発明によれば、固定部材（14）の一端部（401）および他端部（402）を同一の工程（ネジ止め工程）で固定することができるので、固定部材（14）の固定工程の追加に伴う製造コストの増加を抑制することができる。 According to the seventh aspect, since the one end (401) and the other end (402) of the fixing member (14) can be fixed in the same step (screwing step), the fixing member (14) can be fixed. The increase in manufacturing cost accompanying the addition of a process can be suppressed.
第８の発明によれば、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向においてリード線（12）の振動を抑制することができるので、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 According to the eighth invention, the vibration of the lead wire (12) can be suppressed in the direction in which two of the four wall portions of the resin case (13) face each other, so that the power module (10) Deterioration of the joint portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to can be further suppressed.
第９の発明によれば、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向だけでなく別の２つの壁部が互いに対向する方向においてもリード線（12）の振動を抑制することができるので、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 According to the ninth invention, the lead wire (12) not only in the direction in which the two wall portions of the four wall portions of the resin case (13) face each other but also in the direction in which the other two wall portions face each other. Therefore, deterioration of the joint portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) can be further suppressed.
第１０の発明によれば、絶縁基板（11）からヒートシンク（30）への熱伝達を促進することができるので、パワーモジュール（10）の放熱性を向上させることができる。 According to the tenth aspect, heat transfer from the insulating substrate (11) to the heat sink (30) can be promoted, so that the heat dissipation of the power module (10) can be improved.
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
〔実施形態１〕
図１，図２，図３は、実施形態１によるパワーモジュール（10）の構成を示している。図１は、図２のA-A線における断面図に相当する。パワーモジュール（10）は、制御基板（20）およびヒートシンク（30）に取り付けられる。
1, 2, and 3 show the configuration of the power module (10) according to the first embodiment. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The power module (10) is attached to the control board (20) and the heat sink (30).
〈制御基板〉
制御基板（20）には、例えば、電力変換装置（図示を省略）の動作を制御する制御装置（図示を省略）を構成するための電気部品が搭載されている。制御基板（20）の一方面には、接地パターン（GP）（接地電圧が印加されるパターン）を含む金属パターン（201）が形成され、制御基板（20）の他方面（以下、取付面と表記）には、パワーモジュール（10）が取り付けられる。金属パターン（201）には、制御装置を構成するための電気部品（図示を省略）が接合されている。
<Control board>
On the control board (20), for example, electrical components for configuring a control device (not shown) for controlling the operation of the power conversion device (not shown) are mounted. A metal pattern (201) including a ground pattern (GP) (a pattern to which a ground voltage is applied) is formed on one surface of the control board (20), and the other surface (hereinafter referred to as a mounting surface) of the control board (20). The power module (10) is attached to the notation. Electrical components (not shown) for configuring the control device are joined to the metal pattern (201).
また、制御基板（20）には、複数（この例では、６つ）のスルーホール（200a,…,200a）と、１つまたは複数（この例では、２つ）のスルーホール（200b,200b）とが設けられている。詳しく説明すると、この例では、６つのスルーホール（200a,…,200a）は、円形穴状に形成され、制御基板（20）のうち金属パターン（201）が形成されている領域に設けられている。２つのスルーホール（200b,200b）は、矩形穴状に形成され、制御基板（20）のうち接地パターン（GP）が形成されている領域、または、金属パターン（201）が形成されていない領域に設けられている。 The control board (20) includes a plurality (six in this example) of through holes (200a,..., 200a) and one or a plurality of (two in this example) through holes (200b, 200b). ) And are provided. More specifically, in this example, six through holes (200a,..., 200a) are formed in a circular hole shape, and are provided in a region of the control board (20) where the metal pattern (201) is formed. Yes. The two through holes (200b, 200b) are formed in a rectangular hole shape, and a region where the ground pattern (GP) is formed in the control board (20) or a region where the metal pattern (201) is not formed. Is provided.
なお、図２では、制御基板（20）の図示を省略している。 In FIG. 2, the control board (20) is not shown.
〈ヒートシンク〉
ヒートシンク（30）は、伝熱性材料（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成された部品であり、パワーモジュール（10）を冷却するために用いられる。ヒートシンク（30）には、パワーモジュール（10）を取り付けるための取付面が形成されている。
<heatsink>
The heat sink (30) is a component made of a heat conductive material (for example, copper or aluminum), and is used to cool the power module (10). A mounting surface for mounting the power module (10) is formed on the heat sink (30).
〈パワーモジュール〉
パワーモジュール（10）には、例えば、電力変換装置を構成するための電気部品（絶縁ゲートバイポーラトランジスタやダイオードなど）が収容されている。この電力変換装置は、例えば、空気調和機の圧縮機を駆動するモータ（図示を省略）に交流電力を供給するために用いられる。
<Power module>
The power module (10) contains, for example, electrical components (insulated gate bipolar transistor, diode, etc.) for constituting a power conversion device. This power converter is used, for example, to supply AC power to a motor (not shown) that drives a compressor of an air conditioner.
パワーモジュール（10）は、絶縁基板（11）と、複数（この例では、６つ）のリード線（12,…,12）と、樹脂ケース（13）と、１つまたは複数（この例では、２つ）の固定部材（14,14）とを備えている。 The power module (10) includes an insulating substrate (11), a plurality (six in this example) of lead wires (12,..., 12), a resin case (13), and one or a plurality (in this example) 2) fixing members (14, 14).
《絶縁基板》
絶縁基板（11）は、絶縁材料（例えば、セラミックス）によって構成され、矩形板状に形成されている。絶縁基板（11）の一方面には、回路パターン（101）が形成され、絶縁基板（11）の他方面には、放熱パターン（102）が形成されている。回路パターン（101）および放熱パターン（102）は、導電性材料（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成された金属層である。回路パターン（101）には、１つまたは複数（この例では、３つ）のパワー半導体素子（111,…,111）が半田（100）で接合されている。パワー半導体素子（111）は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やダイオードなどである。また、パワー半導体素子（111,…,111）は、ボンディングワイヤ（112,…,112）で回路パターン（101）に接続されている。ボンディングワイヤ（112）は、２つのパワー半導体素子（111,111）の間を接続するように配置されていて良いし、回路パターン（101）間を接続するように配置されていても良い。
<Insulating substrate>
The insulating substrate (11) is made of an insulating material (for example, ceramics) and is formed in a rectangular plate shape. A circuit pattern (101) is formed on one surface of the insulating substrate (11), and a heat radiation pattern (102) is formed on the other surface of the insulating substrate (11). The circuit pattern (101) and the heat radiation pattern (102) are metal layers made of a conductive material (for example, copper or aluminum). One or a plurality (three in this example) of power semiconductor elements (111,..., 111) are joined to the circuit pattern (101) with solder (100). The power semiconductor element (111) is, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a diode. The power semiconductor elements (111,..., 111) are connected to the circuit pattern (101) by bonding wires (112,..., 112). The bonding wire (112) may be disposed so as to connect between the two power semiconductor elements (111, 111), or may be disposed so as to connect between the circuit patterns (101).
なお、以下では、説明の便宜上、図２の左右方向および上下方向を、それぞれ、「絶縁基板（11）の幅方向」および「絶縁基板（11）の長さ方向」として説明する。 In the following, for the sake of convenience of explanation, the left-right direction and the up-down direction in FIG.
《リード線》
リード線（12）は、導電性材料によって構成されている。リード線（12）の一端部は、絶縁基板（11）の回路パターン（101）に半田（100）で接合されている。また、リード線（12）の他端部は、制御基板（20）に接合可能に構成されている。
"Lead"
The lead wire (12) is made of a conductive material. One end of the lead wire (12) is joined to the circuit pattern (101) of the insulating substrate (11) with solder (100). Moreover, the other end part of the lead wire (12) is comprised so that joining to a control board (20) is possible.
この例では、リード線（12）は、ピン状（断面円形の細線状）に形成され、絶縁基板（11）に対して垂直に延びるように、絶縁基板（11）の回路パターン（101）に半田（100）で接合されている。また、リード線（12）の他端部は、制御基板（20）のスルーホール（200a）に挿通されて半田接合される。 In this example, the lead wire (12) is formed in a pin shape (a thin wire shape with a circular cross section) and extends perpendicularly to the insulating substrate (11) on the circuit pattern (101) of the insulating substrate (11). Joined with solder (100). The other end of the lead wire (12) is inserted into the through hole (200a) of the control board (20) and soldered.
《樹脂ケース》
樹脂ケース（13）は、絶縁樹脂によって構成されている。また、樹脂ケース（13）は、リード線（12,…,12）の他端部が制御基板（20）に接合可能となるように、リード線（12,…,12）の他端部を樹脂ケース（13）から突出させるとともに、絶縁基板（11）の他方面（放熱パターン（102）が形成された面）がヒートシンク（30）に熱的に接触可能となるように、絶縁基板（11）の他方面を樹脂ケース（13）から露出させた状態で、絶縁基板（11）を内部に収容している。
<Resin case>
The resin case (13) is made of an insulating resin. Also, the resin case (13) has the other end of the lead wire (12, ..., 12) so that the other end of the lead wire (12, ..., 12) can be joined to the control board (20). The insulating substrate (11) is protruded from the resin case (13) and the other surface of the insulating substrate (11) (the surface on which the heat dissipation pattern (102) is formed) can be in thermal contact with the heat sink (30). The insulating substrate (11) is housed inside with the other surface of the resin case (13) exposed from the resin case (13).
この例では、樹脂ケース（13）は、絶縁基板（11）の外縁を囲む矩形筒状に形成されている。そして、樹脂ケース（13）は、絶縁基板（11）の一方面（回路パターン（101）が形成された面）が制御基板（20）の取付面に対向するとともに、絶縁基板（11）の他方面（放熱パターン（102）が形成された面）がヒートシンク（30）の取付面に対向するように、制御基板（20）の取付面とヒートシンク（30）の取付面との間に配置されている。なお、絶縁基板（11）の他方面は、グリス（110）を介してヒートシンク（30）の取付面に接触している。また、絶縁基板（11）の外縁部は、樹脂ケース（13）の内面に接着されている。 In this example, the resin case (13) is formed in a rectangular cylinder surrounding the outer edge of the insulating substrate (11). The resin case (13) has one surface of the insulating substrate (11) (the surface on which the circuit pattern (101) is formed) facing the mounting surface of the control substrate (20) and the other side of the insulating substrate (11). It is arranged between the mounting surface of the control board (20) and the mounting surface of the heat sink (30) so that the direction (surface on which the heat dissipation pattern (102) is formed) faces the mounting surface of the heat sink (30). Yes. The other surface of the insulating substrate (11) is in contact with the mounting surface of the heat sink (30) through the grease (110). The outer edge portion of the insulating substrate (11) is bonded to the inner surface of the resin case (13).
さらに、この例では、絶縁基板（11）の回路パターン（101），パワー半導体素子（111），およびボンディングワイヤ（112）を絶縁封止するために、絶縁基板（11）および樹脂ケース（13）に囲まれた空間に、絶縁性の封止材（15）が充填されている。 Furthermore, in this example, in order to insulate and seal the circuit pattern (101), power semiconductor element (111), and bonding wire (112) of the insulating substrate (11), the insulating substrate (11) and the resin case (13) The space surrounded by is filled with an insulating sealing material (15).
なお、図２では、封止材（15）の図示を省略している。 In FIG. 2, the sealing material (15) is not shown.
《固定部材》
固定部材（14）は、金属（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成されている。また、固定部材（14）は、一端部（401）および他端部（402）が樹脂ケース（13）から突出するように、樹脂ケース（13）に埋め込まれている。この例では、固定部材（14）は、縦長の矩形板状に形成され、Ｌ字状に湾曲している。具体的に説明すると、固定部材（14）の本体部（400）は、樹脂ケース（13）に埋め込まれて樹脂ケース（13）の高さ方向（絶縁基板（11）に対して垂直な方向）に延びている。固定部材（14）の一端部（401）は、樹脂ケース（13）の一端部（制御基板（20）の取付面に対向する端部）から樹脂ケース（13）の高さ方向に延出している。固定部材（14）の他端部（402）は、樹脂ケース（13）の他端部（ヒートシンク（30）の取付面に対向する端部）から樹脂ケース（13）の高さ方向に対して垂直な方向（例えば、絶縁基板（11）の幅方向）に延出している。
《Fixing member》
The fixing member (14) is made of metal (for example, copper or aluminum). The fixing member (14) is embedded in the resin case (13) such that one end (401) and the other end (402) protrude from the resin case (13). In this example, the fixing member (14) is formed in a vertically long rectangular plate shape and is curved in an L shape. Specifically, the main body portion (400) of the fixing member (14) is embedded in the resin case (13), and the height direction of the resin case (13) (perpendicular to the insulating substrate (11)). It extends to. One end (401) of the fixing member (14) extends from one end of the resin case (13) (the end facing the mounting surface of the control board (20)) in the height direction of the resin case (13). Yes. The other end (402) of the fixing member (14) extends from the other end of the resin case (13) (the end facing the mounting surface of the heat sink (30)) to the height direction of the resin case (13). It extends in the vertical direction (for example, the width direction of the insulating substrate (11)).
固定部材（14）の一端部（401）は、制御基板（20）に固定可能に構成され、固定部材（14）の他端部（402）は、ヒートシンク（30）に固定可能に構成されている。この例では、固定部材（14）の一端部（401）は、制御基板（20）のスルーホール（200b）に挿通可能に構成され、固定部材（14）の他端部（402）は、ヒートシンク（30）にネジ止め可能に構成されている。具体的に説明すると、固定部材（14）の他端部（402）には、ネジ（403）が挿通される挿通穴が設けられ、ヒートシンク（30）の取付面には、ネジ（403）を締結するためのネジ穴が設けられている。固定部材（14）の一端部（401）は、制御基板（20）のスルーホール（200b）に挿通されて半田接合され、固定部材（14）の他端部（402）は、他端部（402）の挿通穴にネジ（403）を挿通させてヒートシンク（30）のネジ穴に締結することによりヒートシンク（30）にネジ止めされる。 One end (401) of the fixing member (14) is configured to be fixed to the control board (20), and the other end (402) of the fixing member (14) is configured to be fixed to the heat sink (30). Yes. In this example, one end (401) of the fixing member (14) is configured to be inserted into the through hole (200b) of the control board (20), and the other end (402) of the fixing member (14) is a heat sink. (30) can be screwed. Specifically, the other end (402) of the fixing member (14) is provided with an insertion hole through which the screw (403) is inserted, and the screw (403) is provided on the mounting surface of the heat sink (30). A screw hole for fastening is provided. One end (401) of the fixing member (14) is inserted into the through hole (200b) of the control board (20) and soldered, and the other end (402) of the fixing member (14) is connected to the other end ( The screw (403) is inserted into the insertion hole of 402) and fastened to the screw hole of the heat sink (30), thereby being screwed to the heat sink (30).
−固定部材の太さ−
また、固定部材（14）の一端部（401）は、リード線（12）よりも太くなっている。この例では、固定部材（14）の断面積（矩形）は、リード線（12）の断面積（円形）よりも広くなっている。すなわち、固定部材（14）の一端部（401）が挿通されるスルーホール（200b）の断面積（矩形穴）は、リード線（12）の他端部が挿通されるスルーホール（200a）の断面積（円形穴）よりも広くなっている。
-Thickness of fixing member-
Further, one end (401) of the fixing member (14) is thicker than the lead wire (12). In this example, the cross-sectional area (rectangle) of the fixing member (14) is wider than the cross-sectional area (circular) of the lead wire (12). That is, the cross-sectional area (rectangular hole) of the through hole (200b) through which the one end (401) of the fixing member (14) is inserted is the same as that of the through hole (200a) through which the other end of the lead wire (12) is inserted. It is wider than the cross-sectional area (circular hole).
−固定部材の配置−
また、２つの固定部材（14,14）は、矩形筒状に形成された樹脂ケース（13）を構成する４つの壁部のうち絶縁基板（11）を挟んで互いに対向する２つの壁部（この例では、絶縁基板（11）の幅方向において互いに対向する２つの壁部）にそれぞれ埋め込まれている。この例では、２つの固定部材（14,14）は、絶縁基板（11）を挟んで線対称に配置されている。
-Arrangement of fixing members-
In addition, the two fixing members (14, 14) include two wall portions that face each other across the insulating substrate (11) among the four wall portions constituting the resin case (13) formed in a rectangular cylindrical shape. In this example, the insulating substrate (11) is embedded in two wall portions facing each other in the width direction. In this example, the two fixing members (14, 14) are arranged symmetrically with respect to the insulating substrate (11).
〈パワーモジュールの取り付け手順〉
次に、パワーモジュール（10）を制御基板（20）に取り付ける手順について説明する。まず、リード線（12,…,12）の他端部および固定部材（14,14）の一端部（401,401）が制御基板（20）の取付面に対向するように、パワーモジュール（10）を配置する。次に、リード線（12,…,12）の他端部および固定部材（14,14）の一端部（401,401）が制御基板（20）に設けられたスルーホール（200a,…,200a）およびスルーホール（200b,200b）にそれぞれ挿通されるように、パワーモジュール（10）と制御基板（20）とを組み合わせる。そして、スルーホール（200a,…,200a）およびスルーホール（200b,200b）に溶融半田を流し込む。これにより、リード線（12,…,12）の他端部および固定部材（14,14）の一端部（401,401）が制御基板（20）のスルーホール（200a,…,200a）およびスルーホール（200b,200b）にそれぞれ半田接合される。
<Power module installation procedure>
Next, a procedure for attaching the power module (10) to the control board (20) will be described. First, mount the power module (10) so that the other end of the lead wires (12,..., 12) and one end (401, 401) of the fixing member (14, 14) face the mounting surface of the control board (20). Deploy. Next, the other end of the lead wires (12,..., 12) and the one end (401, 401) of the fixing member (14, 14) are through holes (200a,..., 200a) provided in the control board (20) and The power module (10) and the control board (20) are combined so as to be inserted through the through holes (200b, 200b). Then, molten solder is poured into the through holes (200a,..., 200a) and the through holes (200b, 200b). As a result, the other end of the lead wires (12,..., 12) and the one end (401, 401) of the fixing member (14, 14) are connected to the through holes (200a,..., 200a) and the through holes ( 200b, 200b).
次に、パワーモジュール（10）をヒートシンク（30）に取り付ける手順について説明する。まず、絶縁基板（11）の放熱パターン（102）（または、ヒートシンク（30）の取付面）にグリス（110）を塗布し、絶縁基板（11）の放熱パターン（102）がヒートシンク（30）の取付面に対向するように、パワーモジュール（10）を配置する。次に、絶縁基板（11）の放熱パターン（102）がグリス（110）を介してヒートシンク（30）の取付面に接触するように、パワーモジュール（10）とヒートシンク（30）とを組み合わせ、固定部材（14,14）の他端部（402,402）に設けられた挿通穴をヒートシンク（30）に設けられたネジ穴に連通させる。そして、固定部材（14,14）の他端部（402,402）の挿通穴にネジ（403,403）を挿通させてヒートシンク（30）のネジ穴に締結させる。これにより、固定部材（14,14）の他端部（402,402）がヒートシンク（30）にネジ止めされる。 Next, a procedure for attaching the power module (10) to the heat sink (30) will be described. First, apply grease (110) to the heat dissipation pattern (102) of the insulating substrate (11) (or the mounting surface of the heat sink (30)), and the heat dissipation pattern (102) of the insulating substrate (11) The power module (10) is arranged so as to face the mounting surface. Next, combine and fix the power module (10) and heat sink (30) so that the heat dissipation pattern (102) of the insulating substrate (11) contacts the mounting surface of the heat sink (30) via the grease (110). The insertion hole provided in the other end (402, 402) of the member (14, 14) is communicated with the screw hole provided in the heat sink (30). Then, screws (403, 403) are inserted into the insertion holes of the other end portions (402, 402) of the fixing members (14, 14) and fastened to the screw holes of the heat sink (30). Thereby, the other end part (402,402) of the fixing member (14,14) is screwed to the heat sink (30).
〈実施形態１による効果〉
以上のように、固定部材（14,14）の一端部（401,401）および他端部（402,402）が制御基板（20）およびヒートシンク（30）にそれぞれ固定されているので、パワーモジュール（10）に伝達された振動は、リード線（12,…,12）だけでなく固定部材（14,14）にも分散されることになる。したがって、パワーモジュール（10）に伝達された振動によってリード線（12,…,12）の接合部に加えられる応力を軽減することができるので、リード線（12,…,12）に伝達された振動によってリード線（12,…,12）の接合部（特に、回路パターン（101）との半田（100）による接合部）が劣化してしまうことを抑制することができる。さらに、固定部材（14,14）が樹脂ケース（13）に埋め込まれているので、固定部材（14,14）が樹脂ケース（13）の外側に設けられている場合よりも、パワーモジュール（10）を小型化することができる。
<Effects of
As described above, the one end (401, 401) and the other end (402, 402) of the fixing member (14, 14) are fixed to the control board (20) and the heat sink (30), respectively. The transmitted vibration is distributed not only to the lead wires (12,..., 12) but also to the fixing members (14, 14). Therefore, since the stress applied to the joint portion of the lead wires (12, ..., 12) can be reduced by the vibration transmitted to the power module (10), the stress is transmitted to the lead wires (12, ..., 12). It is possible to suppress the deterioration of the joint portion (particularly, the joint portion by the solder (100) with the circuit pattern (101)) of the lead wires (12, ..., 12) due to vibration. Furthermore, since the fixing member (14, 14) is embedded in the resin case (13), the power module (10) is more effective than the case where the fixing member (14, 14) is provided outside the resin case (13). ) Can be reduced in size.
また、リード線（12）の他端部をスルーホール（200a）に挿通可能に構成し、固定部材（14）の一端部（401）をスルーホール（200b）に挿通可能に構成することにより、固定部材（14,14）の一端部（401,401）をリード線（12）の他端部と同一の工程（スルーホール半田接合工程）で固定することができる。これにより、固定部材（14）の固定工程の追加に伴う製造コストの増加を抑制することができる。 Further, by configuring the other end of the lead wire (12) to be able to be inserted into the through hole (200a) and configuring the one end (401) of the fixing member (14) to be able to be inserted into the through hole (200b), One end (401, 401) of the fixing member (14, 14) can be fixed in the same process (through-hole soldering process) as the other end of the lead wire (12). Thereby, the increase in the manufacturing cost accompanying the addition of the fixing process of a fixing member (14) can be suppressed.
また、固定部材（14）の一端部（401）をリード線（12）よりも太くすることにより、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができる。これにより、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12,…,12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 Further, by making the one end (401) of the fixing member (14) thicker than the lead wire (12), the vibration durability of the fixing member (14) can be improved. Thereby, deterioration of the joined portion of the lead wires (12,..., 12) due to vibration transmitted to the power module (10) can be further suppressed.
また、固定部材（14）の一端部（401）がスルーホール（200b）（すなわち、制御基板（20）のうち接地パターン（GP）が形成された領域、または、金属パターン（201）が形成されていない領域に設けられたスルーホール（200b））に挿通されて半田接合されているので、接地パターン（GP）を除く金属パターン（201）が形成された領域では、固定部材（14）の半田接合が行われていない。そのため、固定部材（14）の半田接合によって制御基板（20）の金属パターン（201）が短絡してしまうことを防止することができる。 Further, one end (401) of the fixing member (14) is formed in the through hole (200b) (that is, the region where the ground pattern (GP) is formed in the control board (20) or the metal pattern (201). Since the metal pattern (201) except for the ground pattern (GP) is formed, the solder of the fixing member (14) is inserted in the through hole (200b) provided in the non-contact area and soldered. Bonding is not performed. Therefore, it is possible to prevent the metal pattern (201) of the control board (20) from being short-circuited by the solder joint of the fixing member (14).
また、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち絶縁基板（11）を挟んで互いに対向する２つの壁部に２つの固定部材（14,14）がそれぞれ埋め込まれているので、それらの２つの壁部が互いに対向する方向（この例では、絶縁基板（11）の幅方向）においてリード線（12）の振動を抑制することができる。これにより、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 Further, two fixing members (14, 14) are embedded in two wall portions facing each other across the insulating substrate (11) among the four wall portions of the resin case (13). The vibration of the lead wire (12) can be suppressed in the direction in which the two wall portions face each other (in this example, the width direction of the insulating substrate (11)). Thereby, deterioration of the joined portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) can be further suppressed.
なお、パワーモジュール（10）が３つ以上の固定部材（14,…,14）を備えている場合、それらの固定部材（14,…,14）のうち少なくとも２つの固定部材（14,14）を、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち絶縁基板（11）を挟んで互いに対向する２つの壁部にそれぞれ埋め込むことにより、それらの２つの壁部が互いに対向する方向においてリード線（12）の振動を抑制することが可能となる。 When the power module (10) includes three or more fixing members (14, ..., 14), at least two fixing members (14, 14) among the fixing members (14, ..., 14). Are embedded in two wall portions facing each other across the insulating substrate (11) among the four wall portions of the resin case (13), whereby lead wires (in the direction in which the two wall portions face each other) It becomes possible to suppress the vibration of 12).
〔固定部材の変形例１〕
図４のように、固定部材（14）は、一端部（401）が他端部（402）よりも細くなるように形成されていても良い。この例では、固定部材（14）の一端部（401）の幅は、その固定部材（14）の本体部（400）および他端部（402）の幅よりも狭くなっている。なお、固定部材（14）の一端部（401）は、リード線（12）よりも太くなっている。また、パワーモジュール（10）は、６つの固定部材（14,…,14）を備え、６つの固定部材（14,…,14）は、絶縁基板（11）を挟んで線対称に配置されている。すなわち、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち絶縁基板（11）の幅方向において互いに対向する２つの壁部に、固定部材（14）が３つずつ埋め込まれている。
[
As shown in FIG. 4, the fixing member (14) may be formed such that one end (401) is thinner than the other end (402). In this example, the width of the one end portion (401) of the fixing member (14) is narrower than the widths of the main body portion (400) and the other end portion (402) of the fixing member (14). Note that one end (401) of the fixing member (14) is thicker than the lead wire (12). The power module (10) includes six fixing members (14,..., 14), and the six fixing members (14,..., 14) are arranged in line symmetry with the insulating substrate (11) interposed therebetween. Yes. That is, three fixing members (14) are embedded in two wall portions facing each other in the width direction of the insulating substrate (11) among the four wall portions of the resin case (13).
以上のように構成することにより、制御基板（20）に設けられたスルーホール（200b）（すなわち、固定部材（14）の一端部（401）が挿通されるスルーホール（200b））の面積を小さくすることができる。これにより、スルーホール（200b）の形成による制御基板（20）の有効面積（金属パターン（201）や電気部品を配置可能な領域の面積）の減少を抑制することができるので、制御基板（20）における金属パターン（201）や電気部品の配置自由度を向上させることができる。 By configuring as described above, the area of the through hole (200b) provided in the control board (20) (that is, the through hole (200b) through which the one end (401) of the fixing member (14) is inserted) is reduced. Can be small. As a result, it is possible to suppress a reduction in the effective area of the control board (20) due to the formation of the through hole (200b) (area of the area where the metal pattern (201) and electrical components can be placed). ) In the metal pattern (201) and electrical components can be improved.
〔固定部材の変形例２〕
図５のように、固定部材（14）の一端部（401）は、複数（この例では、２つ）の枝部（411,411）によって構成されていても良い。枝部（411,411）は、制御基板（20）の複数（この例では、２つ）のスルーホール（200b,200b）にそれぞれ挿通されて半田接合される。また、固定部材（14）の枝部（411,411）の各々は、固定部材（14）の他端部（402）よりも細くなっている。この例では、固定部材（14）の枝部（411,411）の各々の幅は、固定部材（14）の本体部（400）および他端部（402）の幅よりも狭くなっている。なお、固定部材（14）の枝部（411,411）の各々は、リード線（12）よりも太くなっている。また、パワーモジュール（10）は、６つの固定部材（14,…,14）を備え、６つの固定部材（14,…,14）は、絶縁基板（11）を挟んで線対称に配置されている。
[Modification 2 of fixing member]
As shown in FIG. 5, the one end portion (401) of the fixing member (14) may be constituted by a plurality (two in this example) of branch portions (411, 411). The branch portions (411, 411) are inserted through a plurality of (two in this example) through holes (200b, 200b) of the control board (20) and soldered thereto. Each of the branch portions (411, 411) of the fixing member (14) is thinner than the other end portion (402) of the fixing member (14). In this example, the widths of the branch portions (411, 411) of the fixing member (14) are narrower than the widths of the main body portion (400) and the other end portion (402) of the fixing member (14). Each of the branch portions (411, 411) of the fixing member (14) is thicker than the lead wire (12). The power module (10) includes six fixing members (14,..., 14), and the six fixing members (14,..., 14) are arranged in line symmetry with the insulating substrate (11) interposed therebetween. Yes.
なお、図５では、リード線（12,…,12）の図示を省略している。 In FIG. 5, the lead wires (12,..., 12) are not shown.
以上のように構成することにより、制御基板（20）と固定部材（14）の一端部（401）との接合面積を増加させることができるので、制御基板（20）と固定部材（14）の一端部（401）との接合強度を向上させることができ、固定部材（14）の振動耐久性を向上させることができる。これにより、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 By configuring as described above, the bonding area between the control board (20) and the one end (401) of the fixing member (14) can be increased, so that the control board (20) and the fixing member (14) The joining strength with the one end (401) can be improved, and the vibration durability of the fixing member (14) can be improved. Thereby, deterioration of the joined portion of the lead wire (12) due to the vibration transmitted to the power module (10) can be further suppressed.
〔固定部材の変形例３〕
図６のように、固定部材（14）の一端部（401）は、制御基板（20）にネジ止め可能に構成されていても良い。詳しく説明すると、制御基板（20）には、スルーホール（200b,200b）の代わりに、ネジ（404,400）を挿通可能な挿通穴が設けられ、固定部材（14,14）の一端部（401,401）には、ネジ（404,404）を締結するためのネジ穴がそれぞれ設けられていても良い。
[Modification 3 of fixing member]
As shown in FIG. 6, the one end (401) of the fixing member (14) may be configured to be screwed to the control board (20). Specifically, the control board (20) is provided with an insertion hole through which the screw (404, 400) can be inserted instead of the through hole (200b, 200b), and one end (401, 401) of the fixing member (14, 14). May be provided with screw holes for fastening screws (404, 404).
ここで、図６に示したパワーモジュール（10）を制御基板（20）に取り付ける手順について説明する。まず、リード線（12,…,12）の他端部および固定部材（14,14）の一端部（401,401）が制御基板（20）の取付面に対向するように、パワーモジュール（10）を配置する。次に、リード線（12,…,12）の他端部が制御基板（20）に設けられたスルーホール（200a,…,200a）にそれぞれ挿通されるように、パワーモジュール（10）と制御基板（20）とを組み合わせ、固定部材（14,14）の一端部（401,401）に設けられたネジ穴を制御基板（20）に設けられた挿通穴に連通させる。そして、制御基板（20）の挿通穴にネジ（404,404）を挿通させて固定部材（14）の一端部（401,401）のネジ穴に締結させる。これにより、固定部材（14,14）の一端部（401,401）が制御基板（20）にネジ止めされる。 Here, the procedure for attaching the power module (10) shown in FIG. 6 to the control board (20) will be described. First, mount the power module (10) so that the other end of the lead wires (12,..., 12) and one end (401, 401) of the fixing member (14, 14) face the mounting surface of the control board (20). Deploy. Next, control with the power module (10) so that the other ends of the lead wires (12, ..., 12) are inserted through the through holes (200a, ..., 200a) provided in the control board (20), respectively. In combination with the substrate (20), the screw holes provided in the one end portions (401, 401) of the fixing member (14, 14) are communicated with the insertion holes provided in the control substrate (20). Then, screws (404, 404) are inserted into the insertion holes of the control board (20) and fastened to the screw holes of one end (401, 401) of the fixing member (14). Thereby, the one end part (401, 401) of the fixing member (14, 14) is screwed to the control board (20).
以上のように構成することにより、固定部材（14）の一端部（401）および他端部（402）を同一の工程（ネジ止め工程）で固定することができるので、固定部材（14）の固定工程の追加に伴う製造コストの増加を抑制することができる。例えば、固定部材（14）の一端部（401）および他端部（402）を同一の工具（または、装置）を用いてネジ止めすることができる。 By configuring as described above, the one end (401) and the other end (402) of the fixing member (14) can be fixed in the same process (screwing process). An increase in manufacturing cost due to the addition of the fixing process can be suppressed. For example, one end (401) and the other end (402) of the fixing member (14) can be screwed using the same tool (or device).
〔固定部材の変形例４〕
図７のように、パワーモジュール（10）が４つの固定部材（14,…,14）を備えている場合、それらの４つの固定部材（14,…,14）は、矩形筒状に形成された樹脂ケース（13）を構成する４つの壁部にそれぞれ埋め込まれていても良い。
[Fourth Modification of Fixing Member]
As shown in FIG. 7, when the power module (10) includes four fixing members (14, ..., 14), these four fixing members (14, ..., 14) are formed in a rectangular cylindrical shape. The resin case (13) may be embedded in four wall portions.
以上のように構成することにより、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向（例えば、絶縁基板（11）の幅方向）だけでなく別の２つの壁部が互いに対向する方向（例えば、絶縁基板（11）の長さ方向）においてもリード線（12）の振動を抑制することができるので、パワーモジュール（10）に伝達された振動によるリード線（12）の接合部の劣化をさらに抑制することができる。 By configuring as described above, not only the two wall portions of the four wall portions of the resin case (13) face each other (for example, the width direction of the insulating substrate (11)) but also two other walls. Since the vibration of the lead wire (12) can be suppressed also in the direction in which the parts face each other (for example, the length direction of the insulating substrate (11)), the lead wire (12 The deterioration of the joint in 12) can be further suppressed.
なお、パワーモジュール（10）が５つ以上の固定部材（14,…,14）を備えている場合、それらの固定部材（14,…,14）のうち少なくとも４つの固定部材（14,14）を、樹脂ケース（13）の４つの壁部にそれぞれ埋め込むことにより、樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち２つの壁部が互いに対向する方向だけでなく別の２つの壁部が互いに対向する方向においてもリード線（12）の振動を抑制することが可能となる。 When the power module (10) includes five or more fixing members (14, ..., 14), at least four fixing members (14, 14) among the fixing members (14, ..., 14). Embedded in the four wall portions of the resin case (13), respectively, so that not only the two wall portions of the four wall portions of the resin case (13) face each other but also the other two wall portions The vibration of the lead wire (12) can be suppressed also in the opposing direction.
〔実施形態２〕
図８は、実施形態２によるパワーモジュール（10）の構成例を示している。このパワーモジュール（10）は、図１〜図３に示したパワーモジュール（10）の構成に加えて、放熱板（16）を備えている。
[Embodiment 2]
FIG. 8 shows a configuration example of the power module (10) according to the second embodiment. The power module (10) includes a heat radiating plate (16) in addition to the configuration of the power module (10) shown in FIGS.
〈放熱板〉
放熱板（16）は、伝熱性材料によって構成されて、矩形板状に形成されている。また、放熱板（16）は、絶縁基板（11）の他方面（放熱パターン（102）が形成された面）とヒートシンク（30）との間に介設されている。詳しく説明すると、絶縁基板（11）の放熱パターン（102）は、放熱板（16）の一方面に半田（600）で接合されている。放熱板（16）の他方面は、グリス（110）を介してヒートシンク（30）の取付面に接触している。
<Heatsink>
The heat radiating plate (16) is made of a heat conductive material and is formed in a rectangular plate shape. The heat sink (16) is interposed between the other surface of the insulating substrate (11) (the surface on which the heat dissipation pattern (102) is formed) and the heat sink (30). More specifically, the heat dissipation pattern (102) of the insulating substrate (11) is joined to one surface of the heat dissipation plate (16) with solder (600). The other surface of the heat sink (16) is in contact with the mounting surface of the heat sink (30) via the grease (110).
また、この例では、放熱板（16）の外縁部には、ネジ（403,403）が挿通される挿通穴が設けられている。すなわち、固定部材（14,14）の他端部（402,402）に設けられた挿通穴，放熱板（16）に設けられた挿通穴，およびヒートシンク（30）に設けられたネジ穴が連通するように、パワーモジュール（10），放熱板（16），およびヒートシンク（30）を組み合わせ、固定部材（14,14）の他端部（402,402）の挿通穴および放熱板（16）の挿通穴にネジ（403,403）を挿通させてヒートシンク（30）のネジ穴に締結させることにより、固定部材（14,14）の他端部（402,402）が放熱板（16）を介してヒートシンク（30）にネジ止めされる。 In this example, an insertion hole through which the screw (403, 403) is inserted is provided in the outer edge portion of the heat radiating plate (16). That is, the insertion hole provided in the other end (402, 402) of the fixing member (14, 14), the insertion hole provided in the heat sink (16), and the screw hole provided in the heat sink (30) are communicated. The power module (10), heat sink (16), and heat sink (30) are combined, and screws are inserted into the insertion holes of the other end (402, 402) of the fixing member (14, 14) and the insertion holes of the heat sink (16). The other end (402,402) of the fixing member (14,14) is screwed to the heatsink (30) via the heat sink (16) by inserting (403,403) and fastening to the screw hole of the heatsink (30) Is done.
〈実施形態２による効果〉
以上のように、絶縁基板（11）の他方面とヒートシンク（30）との間に放熱板（16）を介設することにより、絶縁基板（11）からヒートシンク（30）への熱伝達を促進することができる。これにより、パワーモジュール（10）の放熱性を向上させることができる。
<Effects of Embodiment 2>
As mentioned above, heat transfer from the insulating substrate (11) to the heat sink (30) is promoted by placing the heat sink (16) between the other side of the insulating substrate (11) and the heat sink (30). can do. Thereby, the heat dissipation of a power module (10) can be improved.
〔その他の実施形態〕
以上の説明において、固定部材（14）の他端部（402）や放熱板（15）の外縁部にネジ（403）を挿通させる挿通穴が設けられている場合を例に挙げて説明したが、挿通穴の代わりに切り欠きが設けられていても良い。これと同様に、図６の固定部材（14）の一端部（401）には、ネジ（403）を挿通させる挿通穴の代わりに切り欠きが設けられていても良い。
[Other Embodiments]
In the above description, the case where the insertion hole for inserting the screw (403) is provided in the other end portion (402) of the fixing member (14) and the outer edge portion of the heat sink (15) has been described as an example. A notch may be provided instead of the insertion hole. Similarly, a notch may be provided in one end (401) of the fixing member (14) in FIG. 6 instead of the insertion hole through which the screw (403) is inserted.
なお、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, you may implement combining the above embodiment suitably. The above embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
以上説明したように、上述のパワーモジュールは、空気調和機において用いられる電力変換装置を構成するための電気部品を収容するパワーモジュールなどとして有用である。 As described above, the above-described power module is useful as a power module that houses electrical components for configuring a power converter used in an air conditioner.
１０ パワーモジュール
２０ 制御基板
２００ａ，２００ｂ スルーホール
２０１ 金属パターン
ＧＰ 接地パターン
３０ ヒートシンク
１１ 絶縁基板
１００，１１０ 半田
１０１ 回路パターン
１０２ 放熱パターン
１１１ パワー半導体素子
１１２ ボンディングワイヤ
１１０ 半田
１２ リード線
１３ 樹脂ケース
１４ 固定部材
４００ 本体部
４０１ 一端部
４０２ 他端部
４０３，４０４ ネジ
４１１ 枝部
１５ 封止材
１６ 放熱板
６００ 半田
DESCRIPTION OF
Claims (10)
回路パターン（101）が一方面に形成された絶縁基板（11）と、
上記絶縁基板（11）の回路パターン（101）に一端部が接合されたリード線（12）と、
上記リード線（12）の他端部が上記制御基板（20）に接合可能となるように該リード線（12）の他端部を突出させるとともに上記絶縁基板（11）の他方面が上記ヒートシンク（30）に熱的に接触可能となるように該絶縁基板（11）の他方面を露出させた状態で、該絶縁基板（11）を内部に収容する樹脂ケース（13）と、
上記制御基板（20）に固定可能な一端部（401）および上記ヒートシンク（30）に固定可能な他端部（402）が上記樹脂ケース（13）から突出するように、該樹脂ケース（13）に埋め込まれた１つまたは複数の固定部材（14）とを備えている
ことを特徴とするパワーモジュール。 A power module (10) attached to a control board (20) and a heat sink (30),
An insulating substrate (11) having a circuit pattern (101) formed on one surface;
A lead wire (12) having one end bonded to the circuit pattern (101) of the insulating substrate (11);
The other end of the lead wire (12) protrudes so that the other end of the lead wire (12) can be joined to the control board (20), and the other surface of the insulating substrate (11) is the heat sink. A resin case (13) for accommodating the insulating substrate (11) inside, with the other surface of the insulating substrate (11) exposed so as to be thermally contactable with (30);
The resin case (13) so that one end (401) that can be fixed to the control board (20) and the other end (402) that can be fixed to the heat sink (30) protrude from the resin case (13). One or more fixing members (14) embedded in the power module.
上記リード線（12）の他端部および上記固定部材（14）の一端部（401）は、上記制御基板（20）に設けられたスルーホール（200a,200b）にそれぞれ挿通されて半田接合される
ことを特徴とするパワーモジュール。 In claim 1,
The other end portion of the lead wire (12) and the one end portion (401) of the fixing member (14) are respectively inserted into through holes (200a, 200b) provided in the control board (20) and soldered. A power module characterized by that.
上記固定部材（14）の一端部（401）は、上記リード線（12）よりも太くなっている
ことを特徴とするパワーモジュール。 In claim 2,
One end (401) of the fixing member (14) is thicker than the lead wire (12).
上記制御基板（20）には、接地パターン（GP）を含む金属パターン（201）が形成され、
上記固定部材（14）の一端部（401）は、上記制御基板（20）のうち上記接地パターン（GP）が形成された領域または上記金属パターン（201）が形成されていない領域に設けられたスルーホール（200b）に挿通されて半田接合される
ことを特徴とするパワーモジュール。 In claim 2 or 3,
A metal pattern (201) including a ground pattern (GP) is formed on the control board (20),
One end (401) of the fixing member (14) is provided in a region of the control board (20) where the ground pattern (GP) is formed or a region where the metal pattern (201) is not formed. A power module that is inserted into a through hole (200b) and soldered.
上記固定部材（14）の一端部（401）は、該固定部材（14）の他端部（402）よりも細くなっている
ことを特徴とするパワーモジュール。 In any one of Claims 2-4,
One end (401) of the fixing member (14) is thinner than the other end (402) of the fixing member (14).
上記固定部材（14）の一端部（401）は、複数の枝部（411）によって構成され、
上記複数の枝部（411）は、上記制御基板（20）に設けられた複数のスルーホール（200b）にそれぞれ挿通されて半田接合される
ことを特徴とするパワーモジュール。 In any one of Claims 2-4,
One end (401) of the fixing member (14) is constituted by a plurality of branches (411),
The power module, wherein the plurality of branch portions (411) are respectively inserted and soldered into a plurality of through holes (200b) provided in the control board (20).
上記固定部材（14）の一端部（401）は、上記制御基板（20）にネジ止めされ、該固定部材（14）の他端部（402）は、上記ヒートシンク（30）にネジ止めされる
ことを特徴とするパワーモジュール。 In claim 1,
One end (401) of the fixing member (14) is screwed to the control board (20), and the other end (402) of the fixing member (14) is screwed to the heat sink (30). A power module characterized by that.
上記樹脂ケース（13）は、上記絶縁基板（11）の外縁を囲む矩形筒状に形成され、
上記複数の固定部材（14）のうち少なくとも２つの固定部材（14）は、上記樹脂ケース（13）の４つの壁部のうち上記絶縁基板（11）を挟んで互いに対向する２つの壁部にそれぞれ埋め込まれている
ことを特徴とするパワーモジュール。 In any one of Claims 1-7,
The resin case (13) is formed in a rectangular cylinder surrounding the outer edge of the insulating substrate (11),
Of the plurality of fixing members (14), at least two fixing members (14) are formed on two wall portions facing each other across the insulating substrate (11) among the four wall portions of the resin case (13). Each power module is embedded.
上記樹脂ケース（13）は、上記絶縁基板（11）の外縁を囲む矩形筒状に形成され、
上記複数の固定部材（14）のうち少なくとも４つの固定部材（14）は、上記樹脂ケース（13）の４つの壁部にそれぞれ埋め込まれている
ことを特徴とするパワーモジュール。 In any one of Claims 1-7,
The resin case (13) is formed in a rectangular cylinder surrounding the outer edge of the insulating substrate (11),
At least four fixing members (14) among the plurality of fixing members (14) are respectively embedded in four wall portions of the resin case (13).
上記絶縁基板（11）の他方面と上記ヒートシンク（30）との間に介設された放熱板（16）をさらに備えている
ことを特徴とするパワーモジュール。 In any one of Claims 1-9,
A power module, further comprising a heat radiating plate (16) interposed between the other surface of the insulating substrate (11) and the heat sink (30).
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