JP4103411B2

JP4103411B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP4103411B2
Application number: JP2002055287A
Authority: JP
Inventors: 憲明佐々木; 昭徳西廣; 正勝大上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003258466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の電力変換装置の構成を示す図である。図において、２０は直流電力を交流電力に変換する電力変換回路、Ｓ１〜Ｓ６は３相ブリッジ接続した半導体素子、Ｄ１〜Ｄ６は半導体素子Ｓ１〜Ｓ６と対に配置され、半導体素子Ｓ１〜Ｓ６がオフ時に電流を還流させる還流ダイオード、２１は電力変換回路２０の半導体素子Ｓ１〜Ｓ６をオン／オフ制御する回路、電源回路等が含まれるゲート駆動回路である。また、Ｐ，Ｎは直流電源（図示せず）を接続する直流入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗは交流出力端子である。従来の電力変換装置は、直流入力端子Ｐ，Ｎに直流電源を接続し、ゲート駆動回路２１から電力変換回路２０の半導体素子Ｓ１〜Ｓ６をオン／オフ制御する駆動信号を供給してスイッチング動作をさせ、所望の周波数、電圧の交流電力に変換し、交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力する。
【０００３】
図８は従来の電力変換装置の断面構造を示す図である。図において、３０は放熱フィン、３１は金属基板、３２は金属基板３１上の絶縁塗料（図示せず）の上に銅箔等により形成された導電性パターン、３３はプリント配線基板、３４は金属基板３１とプリント配線基板３３との電気的接続を行う端子、３５は端子３４用スルーホール、３６はゲート回路用ＩＣやコンデンサ等の電子部品、３７は図７に示した電力変換回路２０への入力線と出力線を接続する端子台、３８は図７に示した電力変換回路２０の絶縁性能を向上させるエポキシ樹脂等の注入樹脂、３９はケース部となる絶縁体枠である。また、Ｓ１〜Ｓ６は半導体素子、Ｄ１〜Ｄ６は半導体素子Ｓ１〜Ｓ６と対に配置される還流ダイオードである。
【０００４】
図７、図８により従来の電力変換装置の構造を説明する。プリント配線基板３３としては、ガラス・エポキシ銅張積層板、紙・フェノール銅張積層板などのような絶縁ベースに銅箔等の導電性パターンを形成した絶縁ベース配線版が実用化されている。また、金属基板３１としては、アルミ等の金属ベースに絶縁塗料等を塗布し、その上面に銅箔等の導電性パターンを形成した放熱性に優れた金属ベース基板が実用化されている。動作時に発熱の大きい半導体素子Ｓ１〜Ｓ６、還流ダイオードＤ１〜Ｄ６など電力変換回路２０を構成する部品は放熱性の良い金属基板３１に搭載され、電子部品３６からなるゲート駆動回路２１や、端子台３７はプリント配線基板３３に搭載される。
【０００５】
従来の電力変換装置の製造手順について説明する。
（１）金属基板３１の外周近傍に絶縁体枠３９を接着する。
（２）金属基板３１に実装している端子３４と、プリント配線基板３３のスルーホール３５との位置を合わせ、端子３４をガイドにプリント配線基板３３を絶縁体枠３９の上面に取付け、端子３４を半田付けすることにより、金属基板３１とプリント配線基板３３とを電気的に接続する。
（３）プリント配線基板３３の小さな開口部（図示せず）より、金属基板３１、絶縁体枠３９およびプリント配線基板３３で構成したケース部内に注入樹脂３８を絶縁体枠３９のほぼ上縁まで充填し、樹脂封止を行う。
（４）金属基板３１、絶縁体枠３９およびプリント配線基板３３からなる一体の電力変換回路を放熱フィン３０に取付ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換装置においては、放熱は金属基板底部に接触する放熱フィンからの一方向からのみであり、放熱特性が良くないという問題点があった。また、電力変換装置の製造においても、電力変換回路の構成部品を搭載した金属基板の上部に絶縁体枠を介して電子部品を搭載したプリント配線基板を配置して、ケース部を構成した後、注入樹脂の注入をプリント配線基板の小さな開口部より行うため、絶縁体枠接着工程が手間であるという問題点があり、さらにゲル状の注入樹脂を充填するまで時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、放熱特性を向上させ、小型の電力変換装置を得ることを目的とする。また、製造手順の簡便な電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
また、複数のフィンを有するフィン部の上部に凹部を設けた放熱フィンと、絶縁した金属ベースに導電性パターンによる導体構造をもつ電力変換回路および電気的接続を行う端子および端子台用金属片を搭載した金属基板と、前記電力変換回路を制御する制御回路等の電子部品を実装するとともに、前記端子と接続するためのスルーホールを有するプリント配線基板と、前記端子台用金属片と組合わせて、前記放熱フィンの凹部の深さより寸法を大きくした端子台を構成する端子台用絶縁物と、を備え、前記金属基板を前記放熱フィンの凹部に配置するとともに、前記端子台用絶縁物を前記金属基板上で、かつ前記放熱フィンの凹部の一側面側に配置し、前記プリント配線基板を、前記放熱フィンの凹部の前記端子台用絶縁物を除いた上面を塞ぐように配置し、前記プリント配線基板と前記金属基板とを前記端子を介して電気的に接続し、前記放熱フィンの凹部から前記端子台用絶縁物を除いた凹部と前記プリント配線基板とで形成される空間を絶縁性注入樹脂で満たすようにしたものである。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
参考例１．
図１は参考例１に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。図において、３１、３２、３４〜３８、Ｓ１〜Ｓ６、Ｄ１〜Ｄ６は図８と同様であり、その説明を省略する。また、１は複数のフィンを有するフィン部の上部に深さ数ミリの凹部をもつ放熱フィン、２ａはプリント配線基板、３はプリント配線基板２ａに設けられた注入樹脂３８を注入するための注入樹脂注入穴である。
【００１２】
金属基板３１には半導体素子Ｓ１〜Ｓ６、還流ダイオードＤ１〜Ｄ６を実装し、電力変換回路２０を構成する。また、プリント配線基板２ａには電子部品３６や端子台３７を実装し、ゲート駆動回路２１を構成する。
【００１３】
参考例１に係る電力変換装置の製造手順について説明する。
（１）電力変換回路２０が実装された金属基板３１を、裏面にシリコングリース等（図示せず）を塗布した後、放熱フィン1上部の凹部にネジ等（図示せず）で固定する。
（２）金属基板３１に実装している端子３４と、プリント配線基板２ａのスルーホール３５との位置を合わせ、端子３４をガイドにしてプリント配線基板２ａを放熱フィン１の上端に固定し、端子３４を半田付けすることにより、金属基板３１とプリント配線板２ａを電気的に接続する。
（３）プリント配線基板２ａに設けられた樹脂注入穴３にノズル等により注入樹脂３８を注入し、放熱フィン1の凹部とプリント配線基板２ａとの間の空間を注入樹脂３８により満たす。
【００１４】
放熱フィンの凹部の側面に形成された放熱フィン壁部を、注入樹脂の囲いとして使用するようにしたので、従来の電力変換装置における絶縁体枠が不要となり、絶縁体枠の費用を節約できるとともに、絶縁体枠を取付ける工程を省くことができる。また、金属基板を放熱フィン凹部に固定するようにしたので、金属基板裏面からの放熱に加え、放熱フィンの凹部の側面に形成された放熱フィンの壁部を通して横方向からの放熱が可能となるため、放熱効率が向上し、電力変換装置の小型化が図れる。
【００１５】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。図において、３１、３２、３４〜３６、３８、Ｓ１〜Ｓ６、Ｄ１〜Ｄ６は図８と同様であり、その説明を省略する。また、１は複数のフィンを有するフィン部の上部に深さ数ミリの凹部をもつ放熱フィン、２ｂはプリント配線基板、４は金属基板３１に接着した端子台用金属片、５は端子台用絶縁物である。
【００１６】
図３はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置の端子台の斜視図である。
図において、３１は金属基板、４は金属基板３１の端部に搭載接着される端子台用金属片、５は端子台用絶縁物である。参考例１においては、端子台３７をプリント配線基板２ａに搭載した例を示したが、実施の形態１では金属基板３１に接着した端子台用金属片４と端子台用絶縁物５とを組合わせて端子台を形成するようにした。
【００１７】
図４はこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置の製造途中の断面構造を示す図である。図において、３１、３２、３４〜３６、３８、Ｓ１〜Ｓ６、Ｄ１〜Ｄ６は図８と同様であり、その説明を省略する。また、１は複数のフィンを有するフィン部の上部に深さ数ミリの凹部をもつ放熱フィン、２ｂはプリント配線基
板、４は金属基板３１に接着した端子台用金属片、６は開口部である。
【００１８】
実施の形態１では、金属基板３１に端子台を形成するようにしたため、プリント配線基板２ｂは、参考例１で示した端子台３７を搭載したプリント配線基板２ａよりも実装面積を小さくでき、横方向に小さい寸法としている。また、プリント配線基板２ｂと放熱フィン１の凹部の側面に形成された放熱フィンの壁部との間の開口部６（端子台用絶縁物５を挿入する空間）を、注入樹脂３８を注入するための注入樹脂注入穴として使用する。
【００１９】
図２〜図４により実施の形態１に係る電力変換装置の製造手順について説明する。
（１）電力変換回路２０および端子台用金属片４が実装された金属基板３１を、裏面にシリコングリース等（図示せず）を塗布した後、放熱フィン1上部の凹部にネジ等（図示せず）で固定する。
（２）金属基板３１に実装している端子３４と、プリント配線基板２ｂのスルーホール３５との位置を合わせ、端子３４をガイドにしてプリント配線基板２ｂを放熱フィン１の上端に固定し、端子３４を半田付けすることにより、金属基板３１とプリント配線板２ｂを電気的に接続する（図３）。
（３）端子台用絶縁物５を挿入する開口部６より、ノズル等により注入樹脂３８を注入する。
（４）注入樹脂３８をある規定量充填した後、端子台用絶縁物５を挿入する。
（５）端子台用金属片４のネジ穴にネジを通し、端子台用絶縁物５に設けたネジ穴（図示せず）に固定する。
【００２０】
実施の形態１に係る電力変換装置の製造においては、放熱フィンの凹部の側面に形成された放熱フィン壁部を、注入樹脂の囲いとして使用するようにしたので、従来の電力変換装置における絶縁体枠が不要となり、絶縁体枠の費用を節約できるとともに、絶縁体枠を取付ける工程を省くことができる。また、プリント配線基板２ｂを横方向に小さい寸法としたことにより得られた開口部より樹脂を注入するようにしたので、短時間で多くの量の注入樹脂注入ができ、注入樹脂を充填するまでの時間を短縮できる。
【００２１】
参考例２．
図５は参考例２に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。図において、３２、３４〜３８、Ｓ１〜Ｓ６、Ｄ１〜Ｄ６は図８と同様であり、その説明を省略する。また、１は複数のフィンを有するフィン部の上部に深さ数ミリの凹部をもつ放熱フィン、２ａはプリント配線基板、３はプリント配線基板２ａに設けられた注入樹脂３８を注入するための注入樹脂注入穴、７は絶縁塗料である。
参考例２に係る電力変換装置は、放熱フィン1の凹部に絶縁塗料７を直接塗布し、その上に電力変換装置を形成するようにしたものである。
【００２２】
図６は参考例２に係る電力変換装置の組立を示す図である。図において、１、２ａ、３、７、３２、３４〜３７、Ｓ１〜Ｓ６、Ｄ１〜Ｄ６は図５と同様であり、その説明を省略する。
【００２３】
図５、図６により参考例２に係る電力変換装置の製造手順について説明する。
（１）放熱フィン1上部の凹部に絶縁塗料７を直接塗布する。
（２）絶縁塗料７が形成する絶縁層の上部に、銅箔等の導電性パターン３２による導体を接着する。銅箔等の導電性パターン３２による導体の上に端子３４、半導体素子Ｓ１〜Ｓ６、還流ダイオードＤ１〜Ｄ６等の電力変換回路２０を形成する。
（３）プリント配線基板２ａには電子部品３６や端子台３７を実装し、ゲート駆動回路２１を構成する。
（４）プリント配線基板２ａの端子３４用スルーホール３５の位置を合わせ、端子３４をガイドにしてプリント配線基板２ａを放熱フィン１の端に固定し、端子３４を半田付けし、放熱フィン1の凹部に形成された電力変換回路２０とプリント配線板２ａとを電気的に接続する。
（５）プリント配線基板２ａに設けられた注入樹脂注入穴３にノズル等により注入樹脂３８を注入し、放熱フィン１の凹部を注入樹脂３８により満たす。
【００２４】
参考例２に係る電力変換装置においては、放熱フィンの凹部の側面に形成された放熱フィン壁部を、注入樹脂の囲いとして使用するようにしたので、従来の電力変換装置における絶縁体枠が不要となり、絶縁体枠の費用を節約できるとともに、絶縁体枠を取付ける工程を省くことができる。また、電力変換回路を放熱フィン凹部に直接形成するようにしたので、電力変換回路と放熱フィンとの間に配置されていた金属基板のベース板および金属基板の裏面に塗布されるコンパウンドを省略でき、熱抵抗が小さくなり、垂直方向の放熱効率がさらに向上する。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
【００２７】
また、複数のフィンを有するフィン部の上部に凹部を設けた放熱フィンと、絶縁した金属ベースに導電性パターンによる導体構造をもつ電力変換回路および電気的接続を行う端子および端子台用金属片を搭載した金属基板と、前記電力変換回路を制御する制御回路等の電子部品を実装するとともに、前記端子と接続するためのスルーホールを有するプリント配線基板と、前記端子台用金属片と組合わせて、前記放熱フィンの凹部の深さより寸法を大きくした端子台を構成する端子台用絶縁物と、を備え、前記金属基板を前記放熱フィンの凹部に配置するとともに、前記端子台用絶縁物を前記金属基板上で、かつ前記放熱フィンの凹部の一側面側に配置し、前記プリント配線基板を、前記放熱フィンの凹部の前記端子台用絶縁物を除いた上面を塞ぐように配置し、前記プリント配線基板と前記金属基板とを前記端子を介して電気的に接続し、前記放熱フィンの凹部から前記端子台用絶縁物を除いた凹部と前記プリント配線基板とで形成される空間を絶縁性注入樹脂で満たすようにしたので、
放熱フィンの凹部の側面に形成された放熱フィン壁部を、注入樹脂の囲いとして使用でき、従来の電力変換装置における絶縁体枠が不要となり、絶縁体枠の費用を節約できるとともに、絶縁体枠を取付ける工程を省くことができる。また、プリント配線基板２ｂを横方向に小さい寸法としたことにより得られた開口部より樹脂を注入するようにしたので、短時間で多くの量の注入樹脂注入ができ、注入樹脂を充填するまでの時間を短縮できる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の端子台の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の製造途中の断面構造を示す図である。
【図５】参考例２に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
【図６】参考例２に係る電力変換装置の組立を示す図である。
【図７】従来の電力変換装置の構成を示す図である。
【図８】従来の電力変換装置の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１放熱フィン、２ａ，２ｂプリント配線基板、３注入樹脂注入穴、４端子台用金属片、５端子台用絶縁物、６開口部、７絶縁塗料、２０電力変換回路、２１ゲート駆動回路、３０放熱フィン、３１金属基板、３２導電性パターン、３３プリント配線基板、３４端子、３５スルーホール、３６電子部品、３７端子台、３８注入樹脂、３９絶縁体枠、Ｓ１〜Ｓ６半導体素子、Ｄ１〜Ｄ６還流ダイオード、Ｐ，Ｎ直流入力端子、Ｕ，Ｖ，Ｗ交流出力端子。

Claims

複数のフィンを有するフィン部の上部に凹部を設けた放熱フィンと、
絶縁した金属ベースに導電性パターンによる導体構造をもつ電力変換回路および電気的接続を行う端子および端子台用金属片を搭載した金属基板と、
前記電力変換回路を制御する制御回路等の電子部品を実装するとともに、前記端子と接続するためのスルーホールを有するプリント配線基板と、
前記端子台用金属片と組合わせて、前記放熱フィンの凹部の深さより寸法を大きくした端子台を構成する端子台用絶縁物と、を備え、
前記金属基板を前記放熱フィンの凹部に配置するとともに、前記端子台用絶縁物を前記金属基板上で、かつ前記放熱フィンの凹部の一側面側に配置し、前記プリント配線基板を、前記放熱フィンの凹部の前記端子台用絶縁物を除いた上面を塞ぐように配置し、前記プリント配線基板と前記金属基板とを前記端子を介して電気的に接続し、前記放熱フィンの凹部から前記端子台用絶縁物を除いた凹部と前記プリント配線基板とで形成される空間を絶縁性注入樹脂で満たすようにしたことを特徴とする電力変換装置。