JP4246954B2 - 電力用圧接型半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プリント基板に電力用半導体素子を圧接して取り付けた電力用圧接型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に、ゲート転流型ターンオフサイリスタ(ＧＣＴ)１を組み込んだゲートドライブ装置を示す。そのＧＣＴ１は、ターンオフ動作時の高いゲート逆電流の勾配を得るために、ＧＣＴ１のパッケージの外周にゲート電極２を設け、そのゲート電極部をゲートドライブ装置のプリント基板３にネジＸにより固定することにより、そのＧＣＴ１をプリント基板３に埋め込んだ状態で固定し、かつ、ゲート電極２をプリント基板上の回路と電気的に接続している。
【０００３】
プリント基板３には、ＧＣＴ１を制御するための回路にＩＣやトランジスタなどの各種電子部品が搭載されている。その中でも電解コンデンサ４は、ＧＣＴ１がターンオフ動作する際に電荷を放出して高い勾配を持ったゲート逆電流を供給する役割を持たせるため、ＧＣＴ１に近い位置に取り付けて配線のインダクタンスを極力小さくする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし電解コンデンサ４をＧＣＴ１に接近して設けると、ＧＣＴ１に電気的な負荷が加わった時、ＧＣＴ１の損失によって発生した熱がプリント基板３を伝わり、また、ＧＣＴ１に取りつけた冷却器(図１３では不図示)からの輻射熱が伝わって電解コンデンサの温度が上昇する。冷却ファンなどによりＧＣＴ１やゲートドライブ回路を強制冷却して使用する場合にはそれほど問題にはならないが、そうでない場合には、製品寿命に関わる大きな問題となる。電解コンデンサ４の寿命は使用温度との依存が大きく、製品寿命を延ばすには温度上昇を抑えて使用する必要がある。
【０００５】
この発明は、電解コンデンサの温度上昇を抑え、製品寿命を長くした電力用圧接型半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電解コンデンサを取り付けたプリント基板に電力用圧接型半導体素子を取り付けてなる電力用圧接型半導体装置において、
前記電解コンデンサの取り付け個所に接近した部位に、プリント基板に接して、ひだを持つ肉厚の放熱器を独立して取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、電解コンデンサを取り付けたプリント基板に電力用圧接型半導体素子を取り付けてなる電力用圧接型半導体装置において、
前記電解コンデンサの取り付け面側において、電力用圧接型半導体素子と電解コンデンサとの間に、ひだを持つ肉厚の放熱器を独立して配設したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施形態１
本発明のＧＣＴを組み込んだゲートドライブ装置(プリント配線板)の第１の実施形態を図１に示す。ＧＣＴ１は、図１３の場合と同様に、パッケージの外周にゲート電極２を設け、かつ、ゲートドライブ装置のプリント基板３に直接ネジ止めされ、基板３の回路と電気的に接続される。そして、ＧＣＴ１の両面に冷却用の冷却器６が設けられる。
【００１０】
そして、プリント配線板(３)の上面で、電解コンデンサ４が実装される両側に、断面が“Ｌ”字形状の放熱器５が、電解コンデンサ４の整列方向に、かつ、その放熱器５のフィン部５ａを外側にして取り付けられる。そして、拡大図に示すように、電解コンデンサ４のリード端子(足)は、放熱器５の底部５ｂに設けた貫通孔５ｃを非接触で貫通してプリント基板３の裏面で半田付けされる。プリント基板３に伝わってきた熱をフィン部５ａへ効率的に導けるように、底部５ｂの面積(つまりプリント基板との接触面積)は大きい程よい。放熱器５には熱伝導度の高いアルミニウムやアルミニウム合金を用いる。フィン部５ａの形状やフィン数は図示したものに限定されない。
【００１１】
ＧＣＴ１から発生した熱は冷却器６とプリント基板３を熱伝達径路にして最終的に大気へ放熱されるが、既述したように、その過程でプリント基板３上に実装されている電解コンデンサ４がこの熱を受けて温度上昇する。
【００１２】
しかし、このような放熱器５を設けたことにより、プリント基板３を伝わってきた熱が放熱器５のフィン部５ａへ効果的に導くことにより、電解コンデンサ４の温度上昇を抑えることができ、製品の長寿命化を実現できる。
【００１３】
図２は、フィン部５ａを内側(ＧＣＴ１側)にして放熱器５を設けたものであり、プリント基板３を伝わってきた熱を放熱器５へ導けると共に、冷却器６からの輻射熱をフィン部５ａで受け止め、その受け止めた熱はそのフィン部５ａから自然放出されるので電解コンデンサ４の温度上昇を防げる。電解コンデンサ４とＧＣＴ１との間にスペースがある場合には、図２の構成が効果的となる。
【００１４】
図３に示した放熱器５１は、両側にフィン部５ａを備えた“コ”の字形状のものであり、内側に位置するフィン部５１ａにより、冷却器６からの輻射熱を防ぐことができると共に、プリント基板３を伝わってきた熱を放熱器５へより効果的に導ける。
【００１５】
図４に示した放熱器５２は、図１の放熱器５の底部５ｂのみで形成したものであり、やや厚めの板状のもので、その両側にフィン５２ａが形成されている。このような板状の簡単なものでもほぼ同様な効果を得ることができる。
【００１６】
実施形態２
図５、図６、図７、図８に本発明の第２の実施形態を示しており、それぞれ図１、図２、図３、図４においてプリント基板３の上面に取り付けていた放熱器５、５、５１、５２をプリント基板３の裏面に取り付けたものである。この場合も第１の実施形態と同様な効果が得られる。
【００１７】
実施形態３
図９に本発明の第３の実施形態を示す。プリント基板３上で熱源となるＧＣＴ１と電解コンデンサ４との間に、屏風状に放熱器５３が設けられる。この構成では、プリント基板３を伝わってきた熱を吸い取ると共に、ＧＣＴ１から直接伝わる輻射熱を遮るので、電解コンデンサ４の温度上昇を防止できる。
【００１８】
実施形態４
図１０に本発明の第４の実施形態を示す。電解コンデンサ４のＧＣＴ１側側面に熱遮蔽板７を貼り付けている。この構成によれば、ＧＣＴ１から伝わる輻射熱がその熱遮蔽板７で遮られるので電解コンデンサ４の温度上昇を防止できる。
【００１９】
熱遮蔽板７の素材としては、熱伝導度の低い材質が好ましく、特に、マイカやエポキシ樹脂などのごとく、耐熱および断熱の効果が高いものであれば、図１１に示すように、冷却器６の電解コンデンサ４側の端面に貼り付け使用することもできる。
【００２０】
この実施形態４では、熱遮蔽７自身を支持する構造が不要なので生産工程を簡単になり、又、必要時のみその熱遮蔽板７を取り付けることもできる。尚、図１２に示したように熱遮蔽板８を自立タイプとすれば、ＧＣＴ１の冷却器６と電解コンデンサ４との間に設置することもでき、この場合は、冷却器６よりの熱が熱遮蔽板８に直接伝わることがないので遮蔽効果が優れる。
【００２１】
また以上の各実施形態の内、プリント基板３の上面(電解コンデンサ４の実装側)に放熱器を取り付ける構造(図１、図２、図３、図４、図９、図１０、図１１)では、そのプリント基板３の裏面を溶融半田に浸漬させることで半田付けを一括して行うことができ、生産性に優れる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電解コンデンサの取り付け個所に接近した部位に、プリント基板に接して放熱器を取り付けたので、プリント基板を伝わってきた熱が効果的に放熱器に導かれることにより、電解コンデンサの温度上昇を抑えることができ、製品の長寿命化を実現できる。
【００２３】
請求項２の発明は、電解コンデンサの取り付け面側において、電力用圧接型半導体素子と電解コンデンサとの間に導伝性の放熱器を配設したので、電力用圧接型半導体素子もしくはその冷却器からの輻射熱がそこで受け止められてから自然放出されるので電解コンデンサの温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示した電力用圧接型半導体装置の平面図およびその断面図
【図２】 第１の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図３】 第１の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図４】 第１の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図５】 本発明の第２の実施形態を示した部分拡大図
【図６】 第２の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図７】 第２の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図８】 第２の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図９】 本発明の第３の実施形態を示した部分拡大図
【図１０】 本発明の第４の実施形態を示した部分拡大図
【図１１】 第４の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図１２】 第４の実施形態の変形例を示した部分拡大図
【図１３】 従来の電力用圧接型半導体装置の平面図およびその断面図
【符号の説明】
１ ＧＣＴ、２ ゲート電極、３ プリント基板、４ 電解コンデンサ、５、５Ｘ 放熱器、５ａ フィン部、６ 冷却器、７ 熱遮蔽板、８ 熱遮蔽板、５１、５１Ｘ 放熱器、５２、５２Ｘ 放熱器、５３ 放熱器

Claims (2)

1. 電解コンデンサを取り付けたプリント基板に電力用圧接型半導体素子を取り付けてなる電力用圧接型半導体装置において、
   前記電解コンデンサの取り付け個所に接近した部位に、プリント基板に接して、ひだを持つ肉厚の放熱器を独立して取り付けたことを特徴とする電力用圧接型半導体装置。
2. 電解コンデンサを取り付けたプリント基板に電力用圧接型半導体素子を取り付けてなる電力用圧接型半導体装置において、
   前記電解コンデンサの取り付け面側において、電力用圧接型半導体素子と電解コンデンサとの間に、ひだを持つ肉厚の放熱器を独立して配設したことを特徴とする電力用圧接型半導体装置。

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