JP5644078B2

JP5644078B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP5644078B2
Application number: JP2009214588A
Authority: JP
Inventors: 健一郎植木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: JP2011066996A

Description

本発明は、基板実装型の半導体モジュールを使用したインバータ装置に関するものである。

従来、インバータ装置は、基板実装型の半導体モジュールが使用されている場合がある。この基板実装型の半導体モジュールは、略平板状に形成され、上面の周囲から端子が突出するように形成されている。この半導体モジュールは、インバータ装置に備えられた実装基板に、半導体モジュールの上面が実装基板の実装面と対向するとともに、半導体モジュールの上面と実装面との間に所定の隙間が形成されるように設置されている。このように、半導体モジュールと実装基板の間に隙間を設けることによって、実装基板におけるはんだフィレットを確認できるようにしている。

しかし、半導体素子に短絡が生じた際に、半導体モジュール内で熱膨張が起こり、半導体モジュールの上面に亀裂が生じ、この亀裂から火花が飛び散る場合がある。この半導体モジュールの亀裂から飛び出した火花は、実装基板に沿って半導体モジュールと実装基板間の隙間をつたい、半導体モジュールの周囲に飛び散り、周囲の部品に悪影響を与える恐れがあった。

そこで、本発明は、上記実情に鑑みて、半導体モジュールの実装基板と対向する面から火花が生じた際に、その火花が他の部品に悪影響を及ぼすことを防止することができるインバータ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るインバータ装置は、半導体モジュールと、該半導体モジュールが設置される実装基板とを有し、前記半導体モジュールの上面を前記実装基板の実装面と対向させるとともに、前記上面と前記実装面との間に間隔を空けて、前記半導体モジュールを前記実装基板に実装するインバータ装置において、前記半導体モジュールの上面と前記実装基板の実装面との間に、前記半導体モジュールの上面の周囲に沿うように、且つ該周囲の少なくとも一部分を開放するとともにその他の部分は塞ぐように遮蔽材が配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、半導体モジュールの上面を実装基板の実装面と対向させ、上面と実装面との間に間隔を空けて実装基板に半導体モジュールを実装するインバータ装置において、半導体モジュールの上面と実装基板の実装面との間に、半導体モジュールの上面の周囲の少なくとも一部分を開放するとともにその他の部分は塞ぐように遮蔽材を設置しているので、半導体モジュールの実装基板と対向する面から火花が発生した場合、火花が飛び散る方向を限定することができる。

図１は、本発明のインバータ装置の要部を示す平面図である。図２は、同上のインバータ装置における半導体モジュールの遮蔽材の設置部分を示す平面図である。図３は、同上のインバータ装置の要部を示す正断面図である。図４は、同上のインバータ装置の要部を示す側断面図である。図５は、同上のインバータ装置の要部を示す側断面図である。図６は、同上のインバータ装置の要部を示す正断面図である。

以下、図１〜図６を参照しながら本発明に係るインバータ装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態であるインバータ装置１を示したものである。このインバータ装置１は、実装基板２と、半導体モジュール３と、メインキャパシタ４と、ＥＭＣフィルタ５と、回路基板６と、遮蔽材７と、これらを収納するケース８とを有している。実装基板２は、インバータ装置の主回路を構成するパワーモジュール等の半導体モジュール３が実装されるプリント基板である。メインキャパシタ４は、平滑用の電解コンデンサである。ＥＭＣフィルタ５は、電磁両立性（Electromagnetic Compatibility）を有するフィルタである。

ケース８は、合成樹脂製または金属製で略直方体箱状に形成されている。実装基板２は、ケース８の上板と略平行に配設されている。また、実装基板２の上面側（半導体モジュール３が実装される側とは反対側）には、主回路の動作を制御する制御回路基板等の他の回路基板６が実装基板２と所定の間隔を空けて重なるように配設されている。回路基板６の下側には、メインキャパシタ４が配置されている。メインキャパシタ４の突出方向先端部は、実装基板２よりも下側に突出している。メインキャパシタ４は、図１において実装基板２より下側に配設されている。

半導体モジュール３は、図２〜図３に示すように、略平板状に形成され、上面１１の周囲に脚部１２が複数突設されている。脚部１２は、直方体状に形成されている。半導体モジュール３は、その上面１１が実装基板２の実装面２ａと対向するように実装基板２に配設されている。半導体モジュール３は、この脚部１２によって、半導体モジュール３の上面１１と実装基板２の実装面２ａとの間に所定の間隔を空けて設置されている。また、脚部１２には、端子１３が脚部１２の突出方向先端部から突出するように配設されている。この端子１３と実装基板２に形成されている回路パターンが接続されることにより、半導体モジュール３と実装基板２が電気的に接続される。

半導体モジュール３の上面１１と実装基板２の実装面２ａの間には、遮蔽材７が設置されている。遮蔽材７は、シリコンなどの合成樹脂製である。遮蔽材７としては、所謂ポッティング剤が使用できる。

遮蔽材７は、半導体モジュール３の上面１１と実装基板２の実装面２ａとの間に、半導体モジュール３の上面１１の周囲に沿って、周囲の一部分を開放するとともにその他の部分は塞ぐように配設されている。遮蔽材７は、図１及び図２に示すように平面視略コ字状に配設されている。また、図１において、半導体モジュール３の上側部分が開放されるように遮蔽材７が設置されている。遮蔽材７の開放部分は、熱に弱い部品がない方向に設ける。即ち、インバータ装置１においては、電解コンデンサ（メインキャパシタ４）など熱に弱い部品は、半導体モジュール３の遮蔽材７が配設されている側に設置するようにしている。また、遮蔽材７の開放部分の方向には、熱に強い部品を配設するか、あるいは部品を配置しないようにしている。

本実施の形態における半導体モジュール３は、所謂パワーモジュールである。パワーモジュールは、図４〜図６に示すように、底面にアルミや銅等の金属製の放熱板２１を有し、この放熱板２１の上に、絶縁性の基板２２が設置されている。この絶縁性の基板２２上には、回路パターンが形成されているとともに、パワー半導体素子２３が設置されている。基板２２上の回路パターンとパワー半導体素子２３は、ボンディングワイヤ２４によって結線されている。また、回路パターンは、端子１３と接続されている。

放熱板２１は、樹脂製の外装部材２５に接合されている。この外装部材２５は、放熱板２１及び基板２２を囲うように略筒状に形成されている。また、外装部材２５は、端子１３と一体に形成されている。外装部材２５の一方側開口部は、放熱板２１によって閉じられているとともに、他方側開口部が蓋部材２６によって閉じられている。蓋部材２６の表面は、半導体モジュール３の上面１１を構成している。また、外装部材２５の端面に前述した脚部１２が形成されている。また、外装部材２５、蓋部材２６、放熱板２１に囲まれる部分には、シリコンやゲル等が充填されている。

このように構成された半導体モジュール３は、上記のように金属製の放熱板２１，樹脂製の外装部材２５および蓋部材２６によって覆われるとともに、その内部はシリコンやゲル等が充填されて固められているが、何らかの理由により半導体素子に短絡が生じると過大電流により短絡部が発熱し、その発熱により内部爆発が生じ、固められているエネルギーが災いして火花を飛び散らす可能性がある。上述の半導体モジュール３の外殻の中では、構造上、蓋部材２６部分が弱いので、半導体モジュール３内で爆発が起きた際には、蓋部材２６に亀裂が生じる。そして、この亀裂から火花が飛び出す恐れがある。

しかし、本発明のインバータ装置１においては、上述のように半導体モジュール３と実装基板２の間に、蓋部材２６の周囲に沿って遮蔽材７を設けている。従って、亀裂から飛び出した火花は、遮蔽材７の開放されている部分からだけ飛び出し可能となっている。即ち、火花は、遮蔽材７によって遮蔽されるとともに、遮蔽材７によって誘導され、インバータ装置の中でも火花に悪影響を受けない部分に逃がされる。であるからして、例え、半導体モジュール３の実装基板２と対向する面（上面１１）から火花が発生した場合であっても、その火花が飛び散る方向を限定しているので、インバータ装置１内の部品に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

尚、本実施の形態においては、遮蔽材７は、平面視略コ字状に配設されているが、遮蔽材７の形状はこれに限られない。即ち、遮蔽材７の形状は、半導体モジュール３と実装基板２との間に、半導体モジュール３の上面１１の亀裂が生じる部分を囲むように遮蔽材７によって囲まれる空間を形成し、またその空間の一部分が、インバータ装置１内の火花が飛び散っても大きく影響しない方向に開放された形状であればよい。

また、遮蔽材７の開放する部分は１箇所に限るものではなく、遮蔽材７の開放部分の方向に、熱に強い部品が配設されているか、あるいは部品が何も配置されていなければよいので、遮蔽材７の開放する部分を２箇所にしてもよい。すなわち、遮蔽材７は、平面視略Ｌ字状としてもよいし、対抗する２辺を開放するような形状とすることも可能であり、火花が飛び散る方向を限定することができる形状であればよい。

１インバータ装置
２実装基板
２ａ実装面
３半導体モジュール
４メインキャパシタ
５フィルタ
６回路基板
７遮蔽材
８ケース
１１上面
１２脚部
１３端子
２１放熱板
２２基板
２３パワー半導体素子
２４ボンディングワイヤ
２５外装部材
２６蓋部材

Claims

半導体モジュールと、該半導体モジュールが設置される実装基板とを有し、
前記半導体モジュールの上面を前記実装基板の実装面と対向させるとともに、前記上面と前記実装面との間に間隔を空けて、前記半導体モジュールを前記実装基板に実装するインバータ装置において、
前記半導体モジュールの上面と前記実装基板の実装面との間に、前記半導体モジュールの上面の周囲に沿うように、且つ該周囲の少なくとも一部分を開放するとともにその他の部分は塞ぐように遮蔽材を配設し、
前記遮蔽材が開放された方向には、前記遮蔽材によって塞がれた方向に配設される部品よりも耐熱性の高い部品が配設されるか、又は部品が配設されないことを特徴とするインバータ装置。