JP4154325B2 - 電気回路モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電気装置を放熱部材に実装してなる電気回路モジュールに関する。
電気装置、例えばパワー半導体は、銅板材に半田によって固着され、エポキシ樹脂に代表される樹脂梱包材で外部回路との接続用のリード配線と共にトランスファー工法によって包まれている。パワー半導体は通電によって発熱する。この発熱は銅板材或いは梱包材を介して外部に放熱される。このように構成された従来のパワー半導体は、図３２に示すように、放熱部材上に実装されている。すなわち梱包材に設けられた貫通孔にネジが挿通され、そのネジが放熱部材に締め付けられることによって放熱部材上に締付固定されている。これにより、パワー半導体は放熱部材に押圧され、その発熱が効率良く放熱部材に伝達されるようになっている。
また、従来の電気装置の実装方法としては特許文献１−６に開示されたものが知られている。このうち、特許文献１に開示された電子装置では、複数の電子部品を収容する複数の開口部の内側に絶縁性の押さえ手段が設けられ、これによって複数の電子部品が放熱部材に加圧固定されている。また、特許文献１に開示された電子装置では、電子部品のリード配線を貫通させるためのスルーホールが電子部品収納容体に設けられ、これによって複数の電子部品の位置決めが行われている。特許文献２に開示された半導体装置では、螺子で放熱部材に固定されかつ屈曲しかつパワー半導体を覆う板状の弾性体が設けられ、この圧縮力によってパワー半導体が放熱部材に加圧固定されている。また、特許文献２に開示された半導体装置では、弾性体の一部分に位置決め部材が設けられ、これによってパワー半導体のリード配線の位置決めが行われている。
特許文献３に開示されたトランジスタの取付構造では、絶縁材からなるパワー半導体位置決め突起、位置ズレ規制部及び放熱部材との係合部が設けられた取付カバーによってパワー半導体が放熱部材上に加圧固定されている。特許文献４に開示された半導体素子の固定構造では、金属製の押さえ金具に、パワー半導体の梱包材に設けた穴に挿入される第１の突起部が設けられ、これによって、パワー半導体が放熱部材に加圧固定されている。また、特許文献３に開示されたトランジスタの取付構造では、梱包部材を放熱部材に加圧する第２の突起部が設けられている。
特許文献５に開示された半導体装置の実装構造では、放熱部材に固定された板状バネ材によってパワー半導体が放熱部材に加圧固定されている。板状バネ材のパワー半導体と接する面と逆側の面には、絶縁性を有する断熱材が設けられ、これによってパワー半導体が覆い隠されている。特許文献６に開示された半導体装置の取付け構造では、パワー半導体を収容する凹部内に板状バネが設けられ、これによってパワー半導体が放熱部材に加圧固定されている。また、凹部内には、パワー半導体と嵌合する突起部が設けられ、これによってパワー半導体の支持及び抜け防止が図られている。
実公平７−３６７４号公報 特開２００２−１９８４７７号公報 実開昭６２−４７１４０号公報 実公平６−２２９９５号公報 特開２００１−３３２６７０号公報 特開平９−１３４９８５号公報
しかしながら、図３２の従来の実装構造におけるネジ止め構造では、樹脂製の梱包材の材質によってネジ直下の加圧力とネジ直下から離れた位置での加圧力の差や梱包材の変形が生じる。このため、図３２の従来の実装構造におけるネジ止め構造では、効率の良い安定した放熱性（熱抵抗）を得ることができない。また、リード配線の位置決め精度の低下によって組立性が低下する。
特許文献１に開示のものでは、電子部品収納容体の開口部内に設けた状のバネ部が、電子部品収納容体のバネ部付け根を支点とした稼動部にて弾性力を発生させているので、バネ部にクリープ疲労が生じると考えられる。クリープ疲労は特に高温で顕著に現れる。このため、特許文献１に開示のものでは、バネ材が劣化して加圧力の低下し、安定した放熱性を得ることができないと考えられる。また、特許文献１に開示のものでは、リード配線の挿入時にリード配線が不必要に曲げられてしまうと考えられる。このため、特許文献１に開示のものでは、組立性が低下すると考えられる。
特許文献２に開示されたものでは、リード配線の挿入時にリード配線が不必要に曲げてしまうと考えられる。このため、特許文献２に開示のものでは、組立性が低下すると考えられる。また、特許文献２に開示されたものでは、複数のパワー半導体を一枚の弾性体で放熱部材に組み付けているので、パワー半導体が脱落したり、位置精度が低下したりすると考えられる。
特許文献３に開示されたものでは、複数のパワー半導体を同一の放熱部材に固定する際に、各パワー半導体に均一な加圧力をかけることができないと考えられる。このため、特許文献３に開示のものでは、効率の良い安定した放熱性（熱抵抗）を得ることができないと考えられる。
特許文献４に開示されたものでは、位置決めを行う機構が金属製の押さえ金具とパワー半導体に１つしか用意されていないので、パワー半導体の梱包材に設けた穴を中心として回転してしまうと考えられる。このため、特許文献４に開示されたものでは、リード配線の位置決め精度が劣化し、組立性が低下すると考えられる。
特許文献５に開示されたものでは、バネ材が薄いと共に、放熱部材との接続面積が小さいので、バネ材と断熱材の熱が放出し難いことが考えられる。このため、特許文献５に開示されたものでは、特にパワー半導体との接触部直上の断熱材の温度上昇が顕著となると考えられる。
特許文献６に開示されたものでは、各パワー半導体を収容する各凹み部内に、それぞれ板状バネ材を個別に用意し固定する必要があるので、部品点数や組立工程が増加し、低コスト化が図れないと考えられる。
本発明は、放熱部材と電気装置との間の熱抵抗を安定させ、電気装置の放熱性能を向上させることができる電気回路モジュールを提供する。また、本発明は、電気装置及び電気装置から突出したリード配線の位置精度を向上させ、組立性を改善することができる電気回路モジュールを提供する。さらに、本発明は、組立時に電気装置の脱落を防止することができる低コストな電気回路モジュールを提供する。
本発明は、放熱部材に固定されることによって、電気装置を固定治具の窪みから固定治具の外に突出させるように作用し、電気装置の放熱面を放熱部材の表面に押圧させる固定治具を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、電気装置の放熱面が少なくとも外に露出するように電気装置を収納する窪みを固定治具に設けたことを特徴とする。
さらに、本発明は、固定治具から電気装置が脱落することを防止するための治具を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、放熱部材と電気装置との間の熱抵抗を安定させ、電気装置の放熱性能を向上させることができる。また、本発明によれば、電気装置及び電気装置から突出したリード配線の位置精度を向上させ、組立性を改善することができる。さらに、本発明によれば、組立時に電気装置の脱落を防止することができる。
本発明の最も代表的な最良の実施形態は、次の通りである。
すなわち電気装置と、この電気装置の発熱を放熱する放熱部材と、この放熱部材に前記電気装置を固定する固定治具とを有し、電気装置が、電流の流通或いは遮断を行う電気回路が梱包材によって梱包されたものであって、電気回路に電気的に接続された複数の配線部材が梱包材の内部から外部に引き出されているものであり、梱包材の表面には、放熱部材の表面と面接触する放熱面が設けられており、固定治具は、放熱部材に固定されるものであって、放熱面と放熱部材の表面とが面接触するように、電気装置を放熱部材上に固定するものであり、かつ放熱面が少なくとも外に露出するように電気装置を収納する窪みが形成されたものであり、放熱面は、固定治具が放熱部材に固定され、固定治具が電気装置を窪みから固定治具の外に突出させるように作用することによって放熱部材の表面に押圧される電気回路モジュールにある。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１，図２は、第１実施例の電気回路モジュールの実装構造の概略構成を示す。図１，図２において放熱部材２は、銅やアルミなどの熱伝導性に優れた材料を型加工や切削加工して形成した放熱板であり、後述する電気装置が実装される面とは反対側の面に複数のフィンが形成された金属製のベースである。放熱部材２の実装面の四隅には、締付ネジ４が螺合されるネジ孔が設けられている。このネジ孔に締付ネジ４が螺入されて螺合されることにより固定治具１が放熱部材２上に固定される。
固定治具１は、樹脂もしくは金属を金型などにより成型して形成したものである。特に樹脂には、ガラスやシリカに代表される無機質の粉状フィラーが混入され、強度及び耐熱性が増強されていることが好ましい。固定治具１の中央部には複数の凹部７が設けられている。凹部７は固定治具１の短手方向に３つ並設されている。そして、３つ並んだ凹部７が固定治具１の長手方向に２つ並設されている。凹部７は、その開口面から電気装置の放熱面が少なくとも露出するように電気装置を収納するものであり、電気装置の外形に沿うような形状の窪みである。固定治具１は、放熱部材２の実装面全体或いは放熱部材２の周縁が露出するように放熱部材２の実装面を覆う部材でもある。
電気装置は、図３１に示すように、放熱板３９に半田などによって固着された半導体チップ３７と、接続用の複数のリード配線５の一部が樹脂梱包材３６によって梱包されたものである。このため、複数のリード配線５は、樹脂梱包材３６の中からその外に引き出されている。半導体チップ３７と複数のリード配線５は金属ワイヤー３８によって電気的に接続されている。尚、これ以降の説明においては、電気装置をパワー半導体３ということとする。パワー半導体３の放熱部材２との対向面には、放熱部材２と面接触するための放熱面４０が形成されている。放熱面４０は平面である。パワー半導体３が凹部７に収納されると、放熱面４０の全域が凹部７の開口面から外に露出するようになっている。すなわちそのように凹部７が形成されている。パワー半導体３は、８面を有する構造体であり、下面にあたる放熱面４０と、上面の一方にあたる加圧面４１と、上面の他方にあたり、加圧面４１よりも低い位置にある面と、５つの側面を有する２ステップ状の成型体である。
凹部７は、放熱面４０の対面に位置する樹脂梱包材３６の加圧面４１と、加圧面４１と放熱面４０以外の樹脂梱包材３６の側面が凹部７の内側面と嵌合するように成型されている。固定治具１には、凹部７に近接して開口部６が設けられている。開口部６は、パワー半導体３の一つの側面から側方に引き出されて上方に直角に屈曲した複数のリード配線５がまとめて貫通するためのものである。このため、複数のリード配線５が引き出されたパワー半導体３の側面が固定治具１から露出するように、凹部７の側面（固定治具１の長手方向で、並設する凹部７の対向方向の側面）が開口している。これにより、複数のリード配線５は、固定治具１の長手方向で、並設する凹部７の対向方向に引き出され、放熱部材２側とは反対側の方向（上方）に直角に屈曲して延び、固定治具１の上方に配置されるプリント基板（パワー半導体３の駆動するための電子機器が搭載された基板であって、図示省略）の配線パターンと電気的に接続されている。
凹部７にパワー半導体３を収納し、凹部７の開口面から外に露出するパワー半導体３の放熱面４０が放熱部材２の実装面に面接触するように、かつ放熱部材２の実装面が固定治具１によって覆われるように、放熱部材２の実装面に固定治具１を実装し、固定治具１を締付ネジ４によって放熱部材２に固定すると、締付ネジ４の締付力（押圧力）が固定治具１によって、パワー半導体３の固定治具１との対向面に伝達される。これにより、パワー半導体３は、伝達された締付力（押圧力）によって放熱部材２側に押し付けられる。これは、固定治具１が、パワー半導体３を凹部７から固定治具１の外に突出させるように作用するためである。この作用により、パワー半導体３の放熱面４０が放熱部材２の表面に押圧され、パワー半導体３が放熱部材２上に押付固定される。このように、パワー半導体３が放熱部材２上に押付固定されることにより、パワー半導体３の放熱面４０と放熱部材２との間の面接触が安定し、その間の熱抵抗が安定する。従って、パワー半導体３の放熱性能を向上させることができる。
以上説明した本実施例によれば、固定治具１にパワー半導体３の一部を収納する凹部７を設けているので、少なくとも放熱面４０以外の梱包材３６側面と固定治具１が容易に接触でき、固定治具１内でのパワー半導体３の位置決め精度を向上させることができる。また、凹部７を含めた固定治具１全体の弾性によりパワー半導体３を放熱部材２に加圧できることから、固定治具１を薄くかつ軽量にしても十分な加圧力を生成できると共に、長期間に渡る高温放置時に生じる熱疲労及びクリープ疲労による加圧力の低下を最小限に抑制でき、熱抵抗の安定化を図ることができる。また、パワー半導体３の樹脂梱包材３６の加圧面４１と他の側面を固定治具１の凹部７で収納できるので、パワー半導体３を放熱部材２へ加圧しながらパワー半導体３の位置決めを容易に行うことができ、組立性を向上させることができる。さらに、パワー半導体３の複数のリード配線５が固定治具１の凹部７近傍に用意された開口部６を貫通することができるので、パワー半導体３の凹部７へ挿入する時、リード配線５と固定治具１の干渉を最小限にでき、組立性を向上させることができる。
尚。本実施例では、電気装置としてパワー半導体を例に挙げ説明したが、本実施例の上記構成は、所定の機能や所定の動作を行う電気回路や電気回路素子など種々の半導体又は半導体素子に適用することができる。
また、本実施例では、固定治具１に凹部７を設ける場合を例にとり説明したが、次のような場合であってもよい。すなわち固定治具１の放熱部材２側との対向面から放熱部材２側に突出する保持部を設け、この保持部でパワー半導体３の側面の一部分或いは全部を保持する。そして、パワー半導体３の放熱面４０は、保持部の放熱部材２側開口面から外に露出させるようにする。また、パワー半導体３の加圧面４１は、固定治具１の加圧面４１との対向面に当接させるようにする。このような構造においても、凹部７を固定治具１に設けた場合と同様の効果を得ることができる。
図３は、本発明に関わる電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。実施例２が、前記実施例１と異なる点は、放熱部材２に固定治具１との勘合部４２を設け、勘合部４２と締付ネジ４の間の固定治具１内にパワー半導体３を配置した点である。
本実施例によれば、固定治具１を放熱部材２に締め付ける締付ネジ４の本数を低減でき、組立工数の削減が可能である。また、複数の勘合部４２を設けることで複数の点で固定治具１を放熱部材２に固定できることから、パワー半導体３の放熱面４０と放熱部材２との密着性を改善でき熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図４は、本発明の実施例３の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。実施例３が、前述の実施例と異なる点は、固定治具１を放熱部材２に締め付ける締付ネジ４の頭頂部と固定治具１の間に弾性体８を挿入した点である。
本実施例によれば、締付ネジ４の下に挿入したシート状もしくは筒状、或いはスプリング状の弾性体８で固定治具１を放熱部材２方向に加圧し、固定治具１を通して弾性体８の弾性力をパワー半導体３に伝え、パワー半導体３を放熱部材２に加圧できることから、固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の変化を最小限に小さくできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図５は、本発明に関わる実施例４の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、放熱面４０と対向する梱包材の表面と対面する固定治具１の表面に梱包材３６と接する突起９を設けた点である。
本実施例によれば、パワー半導体３を放熱部材２に加圧する凹部７の形状を面から点にすることができることから、固定治具１の変形等による加圧力の偏りを解消でき、複数のパワー半導体３の放熱面４０で大凡均一な加圧力を与えられることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図６は、本発明に関わる実施例５の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、放熱面４０と対向する梱包材３６の表面と対面する固定治具１の表面に梱包材３６と接する突起９を設け、梱包材３６に突起９の一部が収納される窪み４３を持たせた点である。
本実施例によれば、固定治具１に設けた突起９と梱包材３６の窪み４３を接触させることで、接触面積を管理し、突起９の潰れや変形を低減でき、加圧力の偏りを解消でき、複数のパワー半導体３の放熱面４０で大凡均一な加圧力を与えられることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。また、突起９と窪み４３が整合する球面にて成型されていると、パワー半導体３の位置決め精度が向上し組立性の向上に効果がある。
図７は、本発明に関わる実施例６の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、放熱面４０と対向する梱包材３６の表面と対面する固定治具１の表面に突起９と位置決め突起１１を設け、突起９が梱包材３６の表面に設けた窪み４３と接触し、位置決め突起１１が梱包材に設けた穴１０に整合する点である。
本実施例によれば、突起９と位置決め突起１１，突起９が接触する窪み４３と、位置決め突起１１が整合する穴１０により、固定治具１の凹部７内でのパワー半導体３の位置精度を高められることから、組立性の向上に効果がある。
図８は、本発明に関わる実施例７の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、梱包材３６と固定治具１より低弾性で熱伝導性を有するシート１２を放熱部材２と放熱面４０の間に設けた点である。
本実施例によれば、パワー半導体３の放熱面４０と放熱部材２の凹凸を低弾性のシート１２により吸収できることから、熱抵抗の平均化を図ることができる効果がある。さらに、固定治具１の熱的変形やクリープ疲労による加圧力の変化及び不均一による熱抵抗の変化を加圧されたシートの弾性力により吸収できることから、長期間に渡り熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図９は、本発明に関わる実施例８の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、シート１２を絶縁性の樹脂と熱伝導性粒子を混ぜ合わせた絶縁熱伝導体にて構成し、放熱面４０側の絶縁熱伝導体シート１２表面に粘着性を有するシリコーンゴム層４４を設けた点である。
本実施例によれば、パワー半導体３の放熱面４０と放熱部材２の絶縁を可能としながらも、熱抵抗を低減すると共に、粘着性が強く絶縁性に優れたシリコーンゴム層４４を放熱面４０に設けたことで絶縁熱伝導体シート１２の脱落を抑制し、絶縁熱伝導体シート１２と放熱面の間に生じる空気層を低減し、部分放電による絶縁寿命の劣化を抑制できる効果がある。さらに、シリコーンゴム層４４をシリコーンオイルをゲル状に硬化させたシリコーンゲルにて構成すると、浸透性に優れたシリコーンオイルがシート１２及び放熱面４０の表面に満遍なく濡れ拡がり、シリコーンゲル及びシリコンーンオイルの塗膜を形成し、更なる絶縁層が形成でき部分放電による絶縁寿命の劣化を抑制できる効果がある。
図１０は、本発明にかかる実施例９の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、接着性樹脂と熱伝導性粒子を混ぜ合わせた熱伝導性の接着層１３を放熱部材２と放熱面４０の間に設け、接着層１３が梱包材３６と固定治具１より低弾性である点である。尚、接着層１３は、放熱部材２に予め塗布され、固定治具１及びパワー半導体３を放熱部材２へ取り付ける際に放熱面４０により押し伸ばされ、その後硬化されパワー半導体３と放熱部材２を接着できる。
本実施例によれば、放熱部材２と放熱面４０を接続する低弾性で高熱伝導な接着層１３が提供できることから、パワー半導体３の放熱面４０と放熱部材２の凹凸を低弾性の接着層１３により吸収でき、熱抵抗の低減及び平均化を図ることができる効果がある。さらに、低弾性樹脂により固定治具１の熱的変形やクリープ疲労による加圧力の変化及び不均一による熱抵抗の変化を加圧された接着層の弾性力により吸収できることから、熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図１１は、本発明に関する実施例１０の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、加圧面４１と対面する凹部７に、固定治具１と梱包材３６より低弾性を有する樹脂層１４を設け、樹脂層１４と梱包材３６が接する点である。尚、樹脂層１４は、凹部７内に液状の樹脂を流し込み、硬化させて形成しても良いし、予め凹部７に収納できる形状にせん断されたシート状でも構わない。
本実施例によれば、固定治具１の加圧力を低弾性な樹脂層１４を介して梱包材３６の表面に伝え、加圧面４１と凹部７の凹凸を樹脂層１４で吸収できることから、パワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限でき熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。さらに、低弾性樹脂１４により固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限にできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図１２は、本発明に関する実施例１１の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、加圧面４１と対面する凹部７に、凹部７に収納できる形状に予めせん断されると共に凹部７側に表面に予め接着剤１９が薄く塗布された固定治具１と梱包材３６より低弾性な樹脂シート１８を設け、樹脂シート１８と梱包材３６が接する点である。
本実施例によれば、固定治具１の加圧力を低弾性な樹脂シート１８を介して梱包材３６の表面に伝え、加圧面４１と凹部７の凹凸を樹脂シート１８で吸収できることから、パワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限でき熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。さらに、低弾性な樹脂シート１８により固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限に小さくできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。また、固定治具に樹脂シート１８を挿入して接着でき、樹脂シート１８の脱落を防げることから組立性の向上が可能である。
図１３は、本発明に関わる実施例１２の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、放熱面４０と対向する梱包材３６の加圧面４１に、固定治具１と梱包材３６より低弾性を有する樹脂１７を形成し、樹脂１７が固定治具１と接する点である。
本実施例によれば、固定治具１や梱包材３６の凹凸の影響を受けないで固定治具１の加圧力が樹脂１７を介して梱包材３６の表面に比較的均一に伝えることができることから、熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。さらに、低弾性の樹脂１７により固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限に小さくできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図１４は、本発明に関わる実施例１３の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１と梱包材３６より低弾性で片面に接着剤１９を有する樹脂シート１８を加圧面４１の表面に接着剤１９で接着し、樹脂シート１８と固定治具１が接する点である。
本実施例によれば、固定治具１や梱包材３６の凹凸の影響を受けないで固定治具１の加圧力が樹脂シート１８を介して梱包材３６の表面に比較的均一に伝えることができることから、熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。さらに、低弾性の樹脂シート１８により固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限に小さくできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。また、先んじて樹脂シート１８をパワー半導体３に接着できることから、樹脂シート１８の脱落を防ぐことができ組立性の向上が可能である。
図１５は、本発明にかかる実施例１４の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１と梱包材３６より低弾性で両面に接着剤１９を有する樹脂シート１８を加圧面４１に接着し、樹脂シート１８と固定治具１の凹部７が接着剤１９にて接着される点である。
本実施例によれば、両面接着機能を有する樹脂シート１８により、樹脂シート１８の脱落や固定治具内からパワー半導体３の脱落を無くせることから、組立性の向上が可能である。さらに、固定治具１や梱包材３６の凹凸の影響を受けないで固定治具１の加圧力が樹脂シート１８を介して梱包材３６の表面に比較的均一に伝えることができることから、熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。また、低弾性の樹脂シート１８により固定治具１のクリープ疲労等による変形がもたらすパワー半導体３の放熱部材２への加圧力の不均一を最小限に小さくできることから熱抵抗の安定化を図ることができる効果がある。
図１６は、本発明に関する実施例１５の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、梱包材３６と接する固定治具１の表面にパワー半導体３を接着する接着剤１９を有する点である。
本実施例によれば、固定治具１の凹部７内に接着剤１９を予め塗布し、パワー半導体３を凹部７に挿入すると同時に固定治具１へ固着でき、固定治具内からパワー半導体３の脱落を無くせることから、組立性の向上が可能である。
図１７は、本発明に関する実施例１６の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、リード配線５が接続されるプリント配線基板１６を固定するステー１５を固定治具１に有する点である。
本実施例によれば、リード配線５とプリント配線１６のはんだ接続用スルーホール部
１７との位置整合性が改善できることから、組立性の向上が可能である。
図１８は、本発明の実施例１７の電気回路モジュールの実装構造の概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１からパワー半導体３が脱落することを防止する脱落防止治具２０を有し、脱落防止治具２０に固定治具１へ固定する為の凹凸部２１を有し、固定治具に凹凸部２１と噛合う凹凸部４５を有する点である。
本実施例によれば、脱落防止治具２０によりパワー半導体３の一部が拘束され、固定治具１内からパワー半導体３の脱落を無くせることから、組立性の向上が可能である。
図１９は、本発明の実施例１８の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、脱落防止治具２０が固定治具１の放熱部材側に配置され、脱落防止治具２０と固定治具１に設けたリード固定用突起２３の間にリード配線の一部が挟み込まれるように配置された点である。
本実施例によれば、脱落防止治具２０とリード固定用突起２３によりパワー半導体３のリード配線５が放熱部材２側から拘束され、固定治具１内からパワー半導体３の脱落を無くせることから、組立性の向上が可能である。
図２０は、本発明の実施例１９の電気回路モジュールの実装構造の概略構成図であり、図２１は図２０断面構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、脱落防止治具２０が固定治具１の放熱部材２側に配置され、脱落防止治具２０と固定治具１の間にリード配線５の一部が挟み込まれ、脱落防止治具２０にスリット状の配線格納部２２を有し、配線格納部２２がリード配線５の一部を収納すると共にリード配線５の位置決め機能を有する点である。
本実施例によれば、脱落防止治具２０にリード配線５の一部を格納し、固定治具１を基準にリード配線５の位置を高い精度で決めることができることから、図示していないがプリント基板１６との組立性が向上可能である。
図２２は、本発明の実施例２０の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１とプリント配線基板１６を貫通する棒状突起２３を脱落防止治具２０に設けた点である。
本実施例によれば、脱落防止治具２０を基準にリード配線５と固定治具１及びプリント配線基板１６との位置関係を高い精度で決めることができることができることから、組立性の向上が可能である。
図２３は、本発明の実施例２１の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１が絶縁性を有する樹脂により構成され、固定治具１に外部回路から電気信号及び電力を入出力する外部配線２８を固定する端子台２４を具備し、端子台２４に収納された配線部２５と外部配線２８をネジ２６とナット２７で締付て電気的に接続する機能を有する点である。
本実施例によれば、固定治具１に信号や電力を入出力できる端子台２４を設け、プリント配線基板１６の小形化を行えることから、小形の電気回路モジュールを提供できる。
図２４は、本発明の実施例２２の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１が絶縁性を有する樹脂により構成され、固定治具１に電気回路モジュールの外部もしくは内部の電気信号及び電力が入出力される電流検出用の配線部材２５を内蔵し、電流検出用の配線部材２５に開口部を有する環状磁性体３０を貫通させ、環状磁性体３０の開口部に磁気センサ２９を取り付けて、電流検出用の配線部材２５に流れる電流が作り出す磁束を環状磁性体３０で集磁し、集磁した磁束を磁気センサ２９で検出する電流センサ３１の機能を固定治具１の一部に構成した点である。
本実施例によれば、固定治具１に電流センサ３１を構成でき、電流センサ３１と配線部材２５用のプリント配線基板１６を必要としないことから、プリント配線基板１６の実装面積を小形化でき電気回路モジュールの小形化に寄与できる。
図２５は、本発明の実施例２３の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、固定治具１が電気回路モジュールを用いて構成された電気機器を収納する樹脂もしくは金属のケース３２を固定するケース勘合部３３もしくはネジ勘合部４６を有する点である。
本実施例によれば、放熱部材２にケース３２の固定勘合部を設ける必要がないことから、放熱部材２の小形化と低コスト化に寄与できる。
図２６は、本発明の実施例２４の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、加圧面４１と対面する固定治具１内に、温度センサ３４を内蔵し、温度センサ３４の配線を固定治具１から引出した点である。
本実施例によれば、パワー半導体３の温度を測定する温度センサをパワー半導体３近傍に配置できることから、電気回路モジュールの高信頼化に寄与できる。
図２７は、本発明の実施例２５の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、パワー半導体３の放熱面４０の近傍にあって、凹部７に放熱部材２と対面する固定治具１の側面に放熱部材２の温度を検出する温度センサ３４を内蔵し、凹部７と温度センサ３４の間に低弾性樹脂１４もしくは樹脂シート
１８を挟み、温度センサ３４を放熱部材２に加圧固定した点である。
本実施例によれば、温度センサ３４を固定治具１にて放熱部材２へ加圧し、放熱部材２の表面の温度を直接的に測ることができ、電気回路モジュールの高信頼化に寄与できる。
図２８は、本発明の実施例２６の電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。本実施例が、前記実施例と異なる点は、パワー半導体３の複数のリード配線５と電気的に接続される中間接続配線３５を固定治具１に内蔵し、中間接続配線３５が前記プリント配線基板１６もしくは外部回路配線２８と接続できる点ある。
本実施例によれば、パワー半導体３のリード配線５の形状がプリント配線基板１６と整合しない場合や電流容量が不足した際に中間接続配線３５を用いて接続できることから、プリント配線基板１６の小形化及び電気回路モジュールの小形化に寄与できる。
図２９は、前述した第１乃至２６実施例のいずれかの電気回路モジュールを適用した電力変換装置５９の構成を示す。本実施例の電力変換装置５９は、商用電源４７から供給された交流電力を電力変換装置５９のコンバータ部４８で直流電力に平滑し、この直流電力を電力変換装置５９のインバータ部４９で所定の電圧と所定の周波数の交流電力に変換して電気負荷、例えば電動機５０に電力を供給する電動機駆動システムである。電力変換装置５９は、ダイオードなどの整流素子から構成されたコンバータ部４８（順変換部）と、ＰＷＭ（パルス・ワイド・モジュレーション：パルス幅変調）制御方式のインバータ部
４９（逆変換部）と、コンバータ部４８とインバータ部４９との間の直流部に接続された平滑用のコンデンサ５１（キャパシタ）が電気的に接続されて電力変換装置のケース３２内に収納されている。コンバータ部４８及びインバータ部４９は、前述した第１乃至２６実施例のいずれかの電気回路モジュールよりに構成されている。インバータ部４９は、計算機５２によって生成されたＰＷＭ制御信号がドライブ回路５３に入力され、ドライブ回路５３がＰＷＭ制御信号に従いインバータ部４９を構成するパワー半導体３をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
本実施例によれば、コンバータ部４８及びインバータ部４９の構成として、高信頼，小形又は低コストな第１乃至２６実施例のいずれかの電気回路モジュールを用いたので、電力変換装置５９、例えば電動機駆動システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。尚、本実施例では、商用電源４７から供給された交流電力を電力変換装置５９のコンバータ部４８で直流電力に平滑しているが、直流電源とし太陽電池を用いた太陽光発電システムなどにも適用することができる。
図３０は、前述した第１乃至２６実施例のいずれかの電気回路モジュールを適用した移動体搭載の電力変換装置５９であり、電力変換装置５９の負荷として例えば操舵装置５４の操舵角調整用電動機５５や運転室及び貨物室のエアーコンデショナー用コンプレッサ駆動電動機５６及びブレーキキャリパー内のブレーキパッド加圧用電動機５７の構成を示す。移動体搭載の電力変換装置５９は、バッテリ５８に蓄えられた直流電力をインバータ部４９で交流電力に変換し、各電動機に供給する。インバータ部４９の構成は、前述した第２７実施例の電力変換装置と略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、高信頼、小形又は低コストな第１乃至２６実施例のいずれかの電気回路モジュールを用いたので、移動体搭載の電力変換装置の小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。尚、本実施例では、直流電源としバッテリ５８を用いて説明したが、燃料電池を用いたシステムなどにも適用することができる。
本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の概略構成を示す図である。 図1の断面図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の概略構成図である。 図２０の断面図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールの実装構造の断面概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールを用いた電力変換装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る電気回路モジュールを用いた移動体搭載の電動機駆動システムの構成図である。 パワー半導体に代表される電気装置の構成図である。 従来のパワー半導体と放熱部材との接続構造図である。
符号の説明
１…固定治具、２…放熱部材、３…パワー半導体、４…締付ネジ、５…リード配線、６…開口部、７…凹部、８…弾性体、９…突起、１０…穴、１１…位置決め突起、１２…シート、１３…接着層、１４…樹脂層、１５…ステー、１６…プリント配線基板、１７…接続用スルーホール部、１８…樹脂シート、１９…接着剤、２０…脱落防止治具、２１…凹凸部、２２…配線格納部、２３…リード固定用突起、２４…端子台、２５…配線部、２６…ネジ、２７…ナット、２８…外部配線、２９…磁気センサ、３０…磁性体、３１…電流センサ、３２…ケース、３３…ケース勘合部、３４…温度センサ、３５…中間接続配線、３６…梱包材、３７…半導体、３８…金属ワイヤー、３９…放熱板、４０…放熱面、４１…加圧面、４２…勘合部、４３…窪み、４５…凹凸部、４６…ネジ勘合部、４７…商用電源、４８…コンバータ部、４９…インバータ部、５０…電動機、５１…コンデンサ、５２…計算機、５３…ドライブ回路、５４…操舵装置、５５…操舵角調整用電動機、５６…コンプレッサ駆動電動機、５７…ブレーキパッド加圧用電動機、５８…バッテリ、５９…電力変換装置。

Claims (25)

  1. 電気装置と、
    該電気装置の発熱を放熱する放熱部材と、
    該放熱部材に前記電気装置を固定する固定治具と
    を有し、
    前記電気装置は、
    電流の流通或いは遮断を行う電気回路が梱包材によって梱包されたものであって、
    前記電気回路に電気的に接続された複数の配線部材が前記梱包材の内部から外部に引き
    出されているものであり、
    前記梱包材の表面には、前記放熱部材の表面と面接触する放熱面が設けられており、
    前記固定治具は、
    前記放熱部材に固定されるものであって、
    前記放熱面と前記放熱部材の表面とが面接触するように、前記電気装置を前記放熱部材
    上に固定するものであり、
    かつ前記放熱面が少なくとも外に露出するように前記電気装置を収納する窪みが形成さ
    れたものであり、
    前記放熱面は、前記固定治具が前記放熱部材に固定され、前記固定治具が前記電気装置
    を前記窪みから前記固定治具の外に突出させるように作用することによって前記放熱部材
    の表面に押圧されること、
    前記固定治具は、前記窪みに前記電気装置を収納した状態で前記放熱部材に組み付ける時に前記電気装置が脱落することを防止する脱落防止治具を保持することを特徴とする電気回路モジュール。
  2. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記脱落防止治具は、前記固定治具に着脱可能に構成されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  3. 請求項２の電気回路モジュールにおいて、
    前記脱落防止治具は前記固定治具の前記放熱部材側に配置されており、
    前記脱落防止治具と前記固定治具との間に前記配線部材の一部を配置してそれを固定することによって、前記電気装置が前記固定治具に固定されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  4. 請求項２の電気回路モジュールにおいて、
    前記脱落防止治具は前記固定治具の前記放熱部材側に配置されており、
    前記脱落防止治具には、前記電気装置を前記固定治具に固定するための凹凸部が設けら
    れており、
    前記固定治具には、前記凹凸部と噛合うための凹凸部が設けられており、
    前記電気装置は、前記配線部材の一部が前記凹凸部によって固定されることによって前
    記固定治具に固定される
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  5. 請求項２の電気回路モジュールにおいて、
    前記脱落防止治具は前記固定治具の前記放熱部材側に配置されており、
    前記脱落防止治具には、前記配線部材の一部分を収納するためのスリット状の配線格納
    部が形成されており、
    前記配線部材は、その一部分が前記配線格納部に収納されることによって位置決めされ
    る
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  6. 請求項１に記載の電気回路モジュールにおいて、
    前記放熱部材には、前記固定治具の一部分が嵌め込まれる嵌合部が形成されており、
    前記電気装置は、前記固定治具の前記放熱部材との固定部と前記嵌合部との間に配置されることを特徴とする電気回路モジュール。
  7. 請求項１に記載の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具を前記放熱部材に固定するための手段と前記固定治具との間には弾性体が設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  8. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具は、前記梱包材と対向する部位に、前記梱包材の表面に当接する突起が設けれられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  9. 請求項８の電気回路モジュールにおいて、
    前記突起が当接する前記梱包材の表面には、前記突起と係合する窪みが設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  10. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具は、前記梱包材と対向する部位に第１突起と第２突起が設けられており、
    前記第１突起は、前記梱包材の表面に当接し、
    前記第２突起は、前記梱包材に設けられた孔に係合する
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  11. 請求項１０に記載の電気回路モジュールにおいて、
    前記第１突起が当接する前記梱包材の表面には、前記第１突起と係合する窪みが設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  12. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記放熱面は、前記放熱部材と対向する前記梱包材の表面に形成された平面であることを特徴とする電気回路モジュール。
  13. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記放熱面は、前記放熱部材と対向する前記梱包材の表面に設けられた樹脂層であり、
    前記樹脂層は、前記梱包材及び前記固定治具の弾性率よりも低い弾性率及び熱伝導性を有することを特徴とする電気回路モジュール。
  14. 請求項１３に記載の電気回路モジュールにおいて、
    前記梱包材と前記樹脂層との間には、粘着性を有するシリコーンゴム層が設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  15. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記脱落防止治具には、前記配線部材が接続されるプリント配線基板と前記固定治具を貫通する棒状突起が設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  16. 電気装置と、
    該電気装置の発熱を放熱する放熱部材と、
    該放熱部材に前記電気装置を固定する固定治具と
    を有し、
    前記電気装置は、
    電流の流通或いは遮断を行う電気回路が梱包材によって梱包されたものであって、
    前記電気回路に電気的に接続された複数の配線部材が前記梱包材の内部から外部に引き
    出されているものであり、
    前記梱包材の表面には、前記放熱部材の表面と面接触する放熱面が設けられており、
    前記固定治具は、
    前記放熱部材に固定されるものであって、
    前記放熱面と前記放熱部材の表面とが面接触するように、前記電気装置を前記放熱部材
    上に固定するものであり、
    かつ前記放熱面が少なくとも外に露出するように前記電気装置を収納する窪みが形成さ
    れたものであり、
    前記放熱面は、前記固定治具が前記放熱部材に固定され、前記固定治具が前記電気装置
    を前記窪みから前記固定治具の外に突出させるように作用することによって前記放熱部材
    の表面に押圧されること、
    前記梱包材と対向する前記固定治具の部位には、前記梱包材の表面に当接する樹脂層が設けられており、
    該樹脂層は、前記梱包材及び前記固定治具の弾性率よりも低い弾性率を有することを特徴とする電気回路モジュール。
  17. 請求項１６の電気回路モジュールにおいて、
    前記梱包材の表面でありかつ前記放熱面が形成された側とは反対側の表面には、前記固
    定治具に当接する樹脂層が設けられており、
    前記樹脂層は、前記梱包材及び前記固定治具の弾性率よりも低い弾性率を有することを
    特徴とする電気回路モジュール。
  18. 請求項１６の電気回路モジュールにおいて、
    前記樹脂層は樹脂シート部材から形成されていることを特徴とする電気回路モジュール。
  19. 請求項１８の電気回路モジュールにおいて、
    前記樹脂シートの片面或いは両面には接着層が形成されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  20. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具は、
    絶縁性を有する樹脂から形成されたものであって、
    外部回路から電気信号を入出力するための外部配線及び外部回路から電力を入出力する
    ための外部配線を電気的に接続する端子台或いはコネクタが備えられている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  21. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具は、
    絶縁性を有する樹脂から形成されたものであって、
    電流検出用の配線部材が内蔵されたものであり、
    前記配線部材には、前記電流検出用の磁気センサ或いは抵抗が取り付けられて電流センサが構成されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  22. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記電気装置，前記放熱部材及び前記固定治具の組み立て体はケース内に収納されており、
    前記固定治具には、前記電気装置，前記放熱部材及び前記固定治具の組み立て体を収納するケースを固定するための凹凸部或いは螺子が螺合される螺合部が形成されていることを特徴とする電気回路モジュール。
  23. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記梱包材と対向する前記固定治具の部位には、前記電気装置の温度を検出するための回路が内蔵されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
  24. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記放熱面の近傍でありかつ前記放熱部材と対向する前記固定治具の部位には、前記放
    熱部材の温度を検出するための回路が設けられていることを特徴とする電気回路モジュール。
  25. 請求項１の電気回路モジュールにおいて、
    前記固定治具には、前記配線部材と接続される中間接続配線が内蔵されており、
    前記中間接続配線は、前記配線部材が電気的に接続されるプリント配線基板或いは外部回路と接続されている
    ことを特徴とする電気回路モジュール。
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