JP6522852B1 - モジュールおよび電力変換装置 - Google Patents

Abstract

モジュールは、第１面および第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、放熱基板の第１面上に配置された素子と、放熱基板の第１面上に配置され、モジュール上に配置される配線基板に素子を電気的に接続するための接続端子と、放熱基板の周囲を部分的に覆うように第１面上に配置されたモジュールケースと、素子および接続端子のうち素子との接続部分を封止する封止部材と、を備え、放熱基板は、収納ケースに対するモジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、位置合わせ部は、モジュールケースの外側に突出している。

Description

本発明は、モジュールおよび電力変換装置に関する。

従来から、携帯発電機等に用いられるインバータ式発電機には、エンジンの駆動にともなってエンジンに接続されたオルタネータに交流電圧を発生させ、発生した交流電圧を整流回路による整流および平滑化コンデンサによる平滑化によって直流電圧に変換し、変換された直流電圧をモジュールで交流電圧に変換するものがある（例えば、特開２００３‐１０２２００号公報参照）。

このようなインバータ式発電機において、各電子部品は、制御回路が搭載された配線基板に接続端子や半田を介して電気的に接続された状態で、配線基板と共に収納ケースに収納されて樹脂封止されていた。

各電子部品のうち、モジュールは、素子、配線および接続端子が配置された放熱基板の周囲をモジュールケースで覆い、素子、配線および接続端子を樹脂封止することで構成されていた。モジュールを収納ケースに収納する際には、素子と配線基板との電気的接続を適切に行う観点から、とりわけ素子と配線基板とを電気的に接続する接続端子の位置精度が求められる。

しかし、放熱基板の周囲（側面）を全周にわたってモジュールケースで覆う場合、モジュールの位置合わせの基準は、位置精度が求められる接続端子が配置された放熱基板の側面ではなく、モジュールケースの側面にとられることになる。この場合、接続端子の位置精度を向上させることが困難であるといった問題がある。

なお、特開２０１７−６０２９０号公報には、電力変換装置に搭載されるパワー半導体モジュールが開示されている。このパワー半導体モジュールは、側面が全周にわたって樹脂で覆われており、また、モジュール自身が放熱基板を有しないため、本発明とは全く異なる技術である。

そこで、本発明は、接続端子の位置精度を向上させることが可能なモジュールおよび電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るモジュールは、
電力変換装置における電子部品の収納ケース内に収納されるモジュールであって、
第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、
前記放熱基板の前記第１面上に配置された素子と、
前記放熱基板の前記第１面上に配置され、前記モジュール上に配置される配線基板に前記素子を電気的に接続するための接続端子と、
前記放熱基板の周囲を部分的に覆うように前記第１面上に配置されたモジュールケースと、
前記素子および前記接続端子のうち前記素子との接続部分を封止する封止部材と、を備え、
前記放熱基板は、前記収納ケースに対する前記モジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、
前記位置合わせ部は、前記モジュールケースの外側に突出している。

前記モジュールにおいて、
前記位置合わせ部は、前記放熱基板の少なくとも１つの角部であってもよい。

前記モジュールにおいて、
前記位置合わせ部は、前記放熱基板の対角線上に位置する少なくとも一対の角部であってもよい。

前記モジュールにおいて、
前記モジュールケースは、
前記角部の内側の前記第１面上に配置され、前記角部を突出させる切欠きが設けられた第１側壁部と、
前記角部を除く前記放熱基板の周囲を覆うように前記第１面の縁部上に配置された第２側壁部と、を有していてもよい。

前記モジュールにおいて、
前記モジュールケースは、接着剤を介して前記第１面上に接着されており、
前記モジュールケースは、前記接着剤が前記モジュールケースの内側に向かって流動するように前記接着剤の流動方向を規制する流動方向規制部を有していてもよい。

前記モジュールにおいて、
前記流動方向規制部は、前記第１面上への前記モジュールケースの接着面のうち、外周縁部よりも前記第１面から面法線方向に離れて位置する内周縁部であってもよい。

前記モジュールにおいて、
前記一対の角部は、互いに異なる形状を有していてもよい。

前記モジュールにおいて、
前記一対の角部は、面取り量が互いに異なっていてもよい。

前記モジュールにおいて、
前記封止部材の熱膨張係数と前記放熱基板の熱膨張係数との差は閾値以下であってもよい。

前記モジュールにおいて、
前記モジュールケースの前記第２側壁部には、前記放熱基板の側面を部分的に露出させる第２の切欠きが設けられていてもよい。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、
電子部品の収納ケースと、前記収納ケース内に収納されたモジュールと、前記収納ケース内において前記モジュール上に配置された配線基板と、を備えた電力変換装置であって、
前記モジュールは、
第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、
前記放熱基板の前記第１面上に配置された素子と、
前記放熱基板の前記第１面上に配置され、前記配線基板に前記素子を電気的に接続するための接続端子と、
前記放熱基板の周囲を部分的に覆うように前記第１面上に配置されたモジュールケースと、
前記素子および前記接続端子のうち前記素子との接続部分を封止する封止部材と、を有し、
前記放熱基板は、前記収納ケースに対する前記モジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、
前記位置合わせ部は、前記モジュールケースの外側に突出している。

前記電力変換装置において、
前記放熱基板の熱伝導率は、前記収納ケースの熱伝導率よりも大きくてもよい。

前記電力変換装置において、
前記放熱基板の前記第２面は、前記収納ケースにおける前記モジュールを配置する領域に接していてもよい。

前記電力変換装置において、
前記配線基板は、前記収納ケースの前記第１面に対向する第３面および前記第３面の反対側の第４面を有し、
前記配線基板には、前記第３面から前記第４面まで貫通する貫通孔が設けられ、
前記接続端子は、前記貫通孔に挿入された状態で前記配線基板に接続されていてもよい。

前記電力変換装置において、
前記モジュールを配置する領域は、前記放熱基板を包囲する側壁を有する凹部であってもよい。

本発明の一態様に係るモジュールは、電力変換装置における電子部品の収納ケース内に収納されるモジュールであって、第１面および第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、放熱基板の第１面上に配置された素子と、放熱基板の第１面上に配置され、モジュール上に配置される配線基板に素子を電気的に接続するための接続端子と、放熱基板の周囲を部分的に覆うように第１面上に配置されたモジュールケースと、素子および接続端子のうち素子との接続部分を封止する封止部材と、を備え、放熱基板は、収納ケースに対するモジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、位置合わせ部は、モジュールケースの外側に突出している。
このように、本発明によれば、モジュールケースの外側に放熱基板の位置合わせ部を突出させることで、突出した位置合わせ部を基準として収納ケースに対するモジュールの位置合わせを行うことができるので、放熱基板上に配置された接続端子の位置精度を向上させることができる。
したがって、本発明によれば、接続端子の位置精度を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００が適用される発電システム１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１００の主要な構成の一例を示すブロック図である。 図３は、図１に示す電力変換装置１００の配線基板１０および配線基板１０上の電子部品の斜視図である。 図４は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの斜視図である。 図５は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの平面図である。 図６は、図１に示す電力変換装置１００の平面図である。 図７は、図２に示すモジュールＭの接続端子ＭＴおよび素子ＭＥの平面図である。 図８は、図２に示すモジュールＭの平面図である。 図９は、図２に示すモジュールＭの下面図である。 図１０は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよびモジュールＭの拡大平面図である。 図１１Ａは、第２の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ断面に相当する断面で切断した場合の断面図である。 図１１Ｂは、第２の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＢ−ＸＩＢ断面に相当する断面で切断した場合の断面図である。 図１２は、第３の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＩＡ方向およびＸＩＩＢ方向に相当する方向から見た場合の側面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を限定するものではない。また、以下に示す実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施形態）
先ず、図１〜図１０を参照して、第１の実施形態に係るモジュールおよび電力変換装置について説明する。

図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１００が適用される発電システム１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１００の主要な構成の一例を示すブロック図である。図３は、図１に示す電力変換装置１００の配線基板１０および配線基板１０上の電子部品の斜視図である。図４は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの斜視図である。図５は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよび収納ケースＨ上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒの平面図である。図６は、図１に示す電力変換装置１００の平面図である。図７は、図２に示すモジュールＭの接続端子ＭＴおよび素子ＭＥの平面図である。図８は、図２に示すモジュールＭの平面図である。図９は、図２に示すモジュールＭの下面図である。図１０は、図１に示す電力変換装置１００の収納ケースＨおよびモジュールＭの拡大平面図である。

発電システム１０００は、例えば、図１に示すように、エンジンＥと、エンジンＥに接続されたオルタネータ（図示せず）によって駆動されるファンＸと、エンジンＥに接続され、オルタネータが出力した交流電圧（入力電圧）を電力変換した交流電圧（出力電圧）を出力する電力変換装置１００とを備える。

この発電システム１０００において、ファンＸが駆動することにより、外部から気流Ａが発電システム１０００の内部に流れ込み、電力変換装置１００及びエンジンＥの周囲に誘導される。これにより、電力変換装置１００及びエンジンＥが気流Ａにより冷却され、電力変換装置１００及びエンジンＥが発した熱が気流Ｂとともに外部に放出されることなる。

このような電力変換装置１００は、例えば、図２〜図６に示すように、収納ケースＨと、配線基板１０と、第１の封止部材１１と、入力端子ＴＩＮと、電子部品の一例である整流回路Ｙと、平滑化キャパシタＣと、モジュールＭと、ＬＣフィルタ（リアクタＲ、第１のキャパシタＣ１Ｆ）ＦＸと、ノイズフィルタＦと、出力端子ＴＯＵＴと、制御部ＣＯＮと、を備える。なお、図３〜図６において、各電子部品Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｒ、Ｆは、破線または実線の矩形枠で模式的に表現されている。

図６に示すように、ノイズフィルタＦは、巻線部品（すなわち、例えば、コモンモードのチョークコイル）Ｗと、第２のキャパシタＣ２Ｆとを備える。キャパシタＣ１Ｆ、キャパシタＣ２Ｆは、それぞれが複数のキャパシタを含んでいてもよい。

以下、これらの電力変換装置１００の各構成部の詳細について順に説明する。

（収納ケースＨ）
収納ケースＨは、電力変換装置１００の各構成部を収納する。収納ケースＨは、発熱源である電子部品（例えば、モジュールＭや整流回路Ｙ）が発する熱を外部に放熱する観点から、熱伝導性を有している。収納ケースＨは、アルミニウムなどの金属で構成されていることによって熱伝導性を有していてもよい。

図４および図５に示すように、収納ケースＨは、第１面Ａ１と、第１面Ａ１の反対側の第２面Ａ２とを有する。第１面Ａ１は、上面または内面ということもでき、第２面Ａ２は、下面または外面ということもできる。

図４に示すように、収納ケースＨの第１面Ａ１上には、整流回路Ｙを配置するための第１領域と、モジュールＭを配置するための第２領域と、リアクタＲを配置するための第３領域と、巻線部品Ｗを配置するための第４領域とが設けられている。

具体的には、第１面Ａ１上には、第２面Ａ２側に向かって凹むように、第１領域の一例である第１凹部Ｓ１と、第２領域の一例である第２凹部Ｓ２と、第３領域の一例である第３凹部Ｓ３と、第４領域の一例である第４凹部Ｓ４とが設けられている。第２凹部Ｓ２は、第１凹部Ｓ１に隣接して設けられている。図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、第２凹部Ｓ２は、後述するモジュールＭの放熱基板ＭＢを包囲する側壁Ｓ２１と、側壁Ｓ２１の下端に接続された内底面Ｓ２２とを有する。また、第３凹部Ｓ３は、第２凹部Ｓ２に隣接して設けられている。第４凹部Ｓ４は、第３凹部Ｓ３に隣接して設けられている。

また、収納ケースＨには、第２面Ａ２から突出するように放熱フィンＺが設けられている。放熱フィンＺは、外部から供給された気流Ａにより冷却されることで、発熱源である電子部品（例えば、整流回路ＹおよびモジュールＭ）が発する熱を外部に放出する。放熱フィンＺは、例えば、アルミニウム等の金属材料を用いたダイカスト法などの金型鋳造法によって、収納ケースＨと一体成型されていてもよい。

（配線基板１０）
配線基板１０は、電力変換装置１００の端子と電子部品あるいは電子部品同士を電気的に接続する複数の配線１０Ｙａ、１０ｃａ、１０ｃｂ、１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｆａ、１０ａ、１０ｂおよび複数の電極１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｒ、１０Ｆが設けられた基板である。なお、図３および図６では、配線基板１０に設けられた配線および電極を簡略化して表現している。図６に示すように、配線基板１０は、収納ケースＨ内に配置されている。図３に示すように、配線基板１０は、収納ケースＨの第１面Ａ１に対向する第３面Ａ３と、第３面Ａ３の反対側の第４面Ａ４とを有する。配線基板１０には、第３面Ａ３から第４面Ａ４まで配線基板１０を貫通する貫通孔ＴＨが設けられている。後述する端子ＭＴは、貫通孔ＴＨに挿入された状態で配線基板１０に接続されている。

（電子部品、端子）

入力端子ＴＩＮは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３および図６に示すように、入力端子ＴＩＮは、配線基板１０の配線１０Ｙａを介して整流回路Ｙの入力に接続されている。入力端子ＴＩＮには、入力電圧ＶＩＮが供給される。

電子部品の一例である整流回路Ｙは、動作によって発熱する発熱源の一例である。整流回路Ｙは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第１凹部Ｓ１に配置されている。図４に示すように、整流回路Ｙは、入力電圧ＶＩＮ（図２参照）、整流電圧、又は制御信号を入出力するための複数の端子ＹＴを有する。これらの端子ＹＴは、配線基板１０の電極１０Ｙにはんだ材等によって電気的に接続されている。整流回路Ｙの素子は、第１の封止部材１１とは異なる封止部材によって封止（例えば、樹脂封止）されていてもよい。この場合、整流回路Ｙの素子を封止する封止部材の熱伝導率は、後述するモジュールＭの第２の封止部材ＭＳの熱伝導率よりも大きくてもよい。整流回路Ｙは、制御部ＣＯＮにより制御され、入力電圧ＶＩＮを整流して出力する。

平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３および図６に示すように、平滑化キャパシタＣは、配線基板１０の配線１０ｃａおよび電極１０Ｙを介して整流回路Ｙの出力に接続されている。平滑化キャパシタＣは、整流回路Ｙが出力した電圧を平滑化する。

（モジュールＭ）
モジュールＭは、収納ケースＨに収納される電子部品の１つである。モジュールＭは、半導体素子を備えた半導体装置ということもできる。モジュールＭは、動作により発熱する発熱源の一例である。モジュールＭの動作時の単位時間当たりの発熱量は、整流回路Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きい。

図４に示すように、モジュールＭは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第２凹部Ｓ２に整流回路Ｙに隣接して配置されている。モジュールＭは、配線基板１０に後述する素子ＭＥを電気的に接続するための接続端子の一例として、整流電圧、交流電圧、又は制御信号を入出力するための複数の端子ＭＴを有する。これらの端子ＭＴは、配線基板１０の電極１０Ｍにはんだ材等によって電気的に接続されている。図３および図６に示すように、モジュールＭは、配線基板１０の配線１０ｃｂを介して平滑化キャパシタＣの出力に接続されている。モジュールＭは、制御部ＣＯＮにより制御され、平滑化キャパシタＣが平滑化した電圧（すなわち、整流回路Ｙが整流した電圧）を変換して出力する。

端子ＭＴに加えて、モジュールＭは、更に、放熱基板ＭＢと、放熱基板ＭＢ上の複数の配線ＭＷと、配線ＭＷ上の複数の素子ＭＥと、配線ＭＷおよび素子ＭＥ上の複数のボンディングワイヤＭＢＷとを有する。更に、モジュールＭは、放熱基板ＭＢ上のモジュールケースＭＣと、配線ＭＷ、素子ＭＥおよびボンディングワイヤＭＢＷ上の第２の封止部材ＭＳとを有する。

放熱基板ＭＢは、素子ＭＥから生じた熱を放熱するための熱伝導性を有する部材である。図７および図９に示すように、放熱基板ＭＢは、第１面の一例である第１表面ＭＡ１と、第１面の反対側の第２面の一例である第２表面ＭＡ２とを有する。第１表面ＭＡ１には、図示しない絶縁層が形成されている。第２表面ＭＡ２は、第２凹部Ｓ２の内底面Ｓ２２に接している。

他の電子部品Ｙ、Ｒ、Ｗと比較して動作時の単位時間当たりの発熱量が大きい素子ＭＥの放熱性を確保するため、素子ＭＥを搭載する放熱基板ＭＢの熱伝導率は、収納ケースＨの熱伝導率よりも大きい。すなわち、放熱基板ＭＢは、収納ケースＨの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有する。例えば、収納ケースＨがアルミニウムで構成されているのに対して、放熱基板ＭＢは銅で構成されていてもよい。

放熱基板ＭＢは、素子ＭＥから生じた熱を、第２表面ＭＡ２およびこれに接する内底面Ｓ２２を介して収納ケースＨの第２凹部Ｓ２側に放熱する。なお、収納ケースＨの熱抵抗よりも小さい熱抵抗を有する放熱基板ＭＢは、第１面Ａ１上の電子部品Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｗのうち、モジュールＭに特有の構成である。

配線ＭＷは、放熱基板ＭＢの第１表面ＭＡ１上に配置されている。端子Ｍは、配線ＭＷを介して第１表面ＭＡ１上に配置されている。

素子ＭＥは、配線ＭＷを介して放熱基板ＭＢの第１表面ＭＡ１上に配置されている。素子ＭＥの発熱によるモジュールＭの動作時の単位時間当たりの発熱量は、整流回路Ｙの動作時の単位時間当たりの発熱量よりも大きい。素子ＭＥは、例えば、半導体素子であり、より具体的には、Ｈブリッジモジュールを構成するトランジスタである。

ボンディングワイヤＭＢＷは、配線ＭＷと素子ＭＥとを電気的に接続している。

モジュールケースＭＣは、放熱基板ＭＢの周囲を部分的に覆うように第１表面ＭＡ１上に配置されている。モジュールケースＭＣは、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂等の樹脂で構成されている。

第２の封止部材ＭＳは、素子ＭＥと、端子ＭＴのうち素子ＭＥとの接続部分と、配線ＭＷと、ボンディングワイヤＭＢＷとを封止する。第２の封止部材ＭＳは、例えば、黒色のエポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。

また、第２の封止部材ＭＳと放熱基板ＭＢとの熱膨張係数の差は、後述する第１の封止部材１１と放熱基板ＭＢとの熱膨張係数の差よりも小さい閾値以下である。第２の封止部材ＭＳの熱伝導率は、後述する第１の封止部材１１の熱伝導率よりも小さくてもよい。

放熱基板ＭＢの側面ＭＢＳを基準とした高精度なモジュールＭの位置合わせ（すなわち、位置調整）を行うため、図７〜図１０に示すように、放熱基板ＭＢは、第１表面ＭＡ１に沿った面方向においてモジュールケースＭＣの外側Ｄ１に突出した位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を有している。

位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いることで、放熱基板ＭＢの側面ＭＢＳとしての位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳを基準として、収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせを高精度に行うことができる。

具体的には、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、放熱基板ＭＢの２つの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２である。

より具体的には、図７〜図１０の例において、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、矩形状を有する放熱基板ＭＢの対角線上に位置する一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２である。以下、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２のことを、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２とも呼ぶ。

放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２をモジュールケースＭＣの外側Ｄ１に突出させるための具体的な構成例として、モジュールケースＭＣは、一対の第１側壁部ＭＣＷ１ａ、ＭＣＷ１ｂと、一対の第２側壁部ＭＣＷ２ａ、ＭＣＷ２ｂとを有する。

モジュールケースＭＣの一対の第１側壁部ＭＣＷ１ａ、ＭＣＷ１ｂは、放熱基板ＭＢの一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２のそれぞれの内側の第１表面ＭＡ１上に配置されている。第１側壁部ＭＣＷ１ａ、ＭＣＷ１ｂは、放熱基板ＭＢの縁部に対して傾斜している。図９および後述する図１２に示すように、第１側壁部ＭＣＷ１ａ、ＭＣＷ１ｂには、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２をモジュールケースＭＣの外側Ｄ１に突出させる切欠きＭＣＮ１が設けられている。

一方、モジュールケースＭＣの一対の第２側壁部ＭＣＷ２ａ、ＭＣＷ２ｂは、放熱基板ＭＢの一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を除く放熱基板ＭＢの周囲を覆うように、放熱基板ＭＢの第１表面ＭＡ１の縁部ＢＥ（図１１Ｂ参照）上に配置されている。

また、モジュールケースＭＣは、接着剤Ｍａを介して放熱基板ＭＢの第１表面ＭＡ１上に接着されている。接着剤Ｍａは、例えば、シリコーン系接着剤である。

また、第２凹部Ｓ２上にモジュールＭが誤った向きで配置されることを防止するため、図７〜図９に示すように、放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、互いに異なる形状を有する。より具体的には、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、面取り量すなわちモジュールケースＭＣからの突出量が互いに異なる。言い換えれば、放熱基板ＭＢは、その面方向の中心点を基準とした非回転対称形状を有する。なお、放熱基板ＭＢが非回転対称形状を有するのに対して、図１０に示すように、モジュールケースＭＣは、回転対称形状を有していてもよい。

また、図１０に示すように、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２のそれぞれの側面ＭＢＳに面する第２凹部Ｓ２の側壁Ｓ２１も、互いに異なる角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の形状に沿って互いに異なる形状を有する。

図４に示すように、電子部品の一例であるリアクタＲは、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第３凹部Ｓ３にモジュールＭに隣接して配置されている。図６に示すように、リアクタＲは、モジュールＭが出力した電圧が入力され、調整した電圧を出力するための複数の端子ＲＴを有する。これらの端子ＲＴは、配線基板１０の電極１０Ｒにはんだ材等によって電気的に接続されている。図６に示すように、リアクタＲは、配線基板１０の配線１０Ｒａおよび電極１０Ｍを介してモジュールＭの出力に接続されている。リアクタＲは、モジュールＭが出力した電圧を調整して出力する。リアクタＲの出力（出力用の端子ＲＴ、電極１０Ｒ）は、配線基板１０の配線１０Ｒｂと配線基板１０の第４面Ａ４上に配置された第１のキャパシタＣ１Ｆとを介して、ノイズフィルタＦの入力に接続されている（図６）。

ノイズフィルタＦは、一部が配線基板１０の第３面Ａ３上に配置され、他の一部が配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図３〜図６に示される例において、ノイズフィルタＦのうち、巻線部品Ｗは、第３面Ａ３上であって、収納ケースＨの第１面Ａ１上の第４凹部Ｓ４内に配置されている。ノイズフィルタＦのうち、第２のキャパシタＣ２Ｆは、第４面Ａ４上に配置されている。ノイズフィルタＦの巻線部品Ｗは、リアクタＲおよび第１のキャパシタＣ１Ｆで構成されるＬＣフィルタＦＸが出力した電圧をフィルタリングする過程でキャパシタＣ１Ｆ、Ｃ２Ｆとの間で電圧を入出力するための複数の端子ＷＴを有する。これらの端子ＷＴは、配線基板１０の電極１０Ｆにはんだ材等によって電気的に接続されている。ノイズフィルタＦは、ＬＣフィルタＦＸが出力した電圧をフィルタリングして出力する。

出力端子ＴＯＵＴは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図６に示すように、出力端子ＴＯＵＴは、配線基板１０の配線１０Ｆａを介してノイズフィルタＦの出力に接続されている。出力端子ＴＯＵＴは、ノイズフィルタＦから供給された電圧を出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。

制御部ＣＯＮは、配線基板１０の第４面Ａ４上に配置されている。図６に示すように、制御部ＣＯＮは、配線１０ａおよび電極１０Ｙを介して整流回路Ｙに制御信号を入出力することで、整流回路Ｙの動作を制御するようになっている。また、制御部ＣＯＮは、配線１０ｂおよび電極１０Ｍを介してモジュールＭに制御信号を入出力することで、モジュールＭの動作を制御するようになっている。

（第１の封止部材１１）
第１の封止部材１１は、収納ケースＨの第１面Ａ１上で、整流回路Ｙ、モジュールＭ、リアクタＲおよび巻線部品Ｗを封止する。

また、第１の封止部材１１は、配線基板１０および配線基板１０の第４面Ａ４上の制御部ＣＯＮを封止する。

また、第１の封止部材１１は、入力端子ＴＩＮ、平滑化キャパシタＣ、ノイズフィルタＦおよび出力端子ＴＯＵＴのそれぞれと配線基板１０との接続部分を封止する。

第１の封止部材１１は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。第１の封止部材１１を構成する樹脂は、第２の封止部材ＭＳを構成する樹脂よりも放熱基板ＭＢとの熱膨張係数差が大きい。第１の封止部材１１を構成する樹脂は、第２の封止部材ＭＳを構成する樹脂よりも熱伝導率が大きくてもよい。

以下、第１の実施形態によってもたらされる作用について説明する。

上述したように、第１の実施形態におけるモジュールＭは、放熱基板ＭＢと、素子ＭＥと、端子ＭＴと、モジュールケースＭＣと、第２の封止部材ＭＳとを備え、放熱基板ＭＢが、収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせのための位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を有し、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２が、モジュールケースＭＣの外側に突出している。このような構成によれば、モジュールケースＭＣの外側に突出した位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳを基準として、収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせを行うことができる。より具体的には、突出した位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳと、この側面ＭＢＳに面する収納ケースＨの第２凹部Ｓ２の側壁Ｓ２１との距離が適切な距離となるように、モジュールＭの位置を調整することができる。

ここで、モジュールケースＭＣは、放熱基板ＭＢと別体の部材であるため、放熱基板ＭＢおよび放熱基板ＭＢ上の端子ＭＴに対して、不可避的に組立公差に相当するズレを有する。もし、モジュールケースＭＣの側面を基準として収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせを行う場合、モジュールケースＭＣのズレによって放熱基板ＭＢ上の端子ＭＴの位置精度を確保することが困難となる。

これに対して、放熱基板ＭＢの一部である位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、当然に、放熱基板ＭＢとの間にズレを有しない。したがって、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面を基準として収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせを行うことで、放熱基板ＭＢ上の端子ＭＴの位置精度を向上させることができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２である。このような構成によれば、放熱基板ＭＢの二方向の端部となる角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いてモジュールケースＭＣの位置合わせを行うことで、位置合わせを簡便かつ高精度に行うことができる。また、モジュールケースＭＣから突出する放熱基板ＭＢの面積を抑えることで、モジュールケースＭＣの形状や、モジュールケースＭＣの内部の配線ＭＷや素子ＭＥのレイアウトに制約がかかることを抑制することができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、放熱基板ＭＢの対角線上に位置する一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２である。このような構成によれば、対角線上に位置する一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いて、モジュールＭの位置合わせを更に高精度に行うことができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、モジュールケースＭＣは、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を突出させる切欠きＭＣＮ１が設けられた第１側壁部ＭＣＷ１ａ、ＭＣＷ１ｂと、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を除く放熱基板ＭＢの周囲を覆う第２側壁部ＭＣＷ２ａ、ＭＣＷ２ｂとを有する。このような構成によれば、簡易なモジュールケースＭＣの形状によって、放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２をモジュールケースＭＣの外側に突出させることができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、放熱基板ＭＢの対角線上の一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、互いに異なる形状を有する。また、これにあわせて、一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２のそれぞれに面する第２凹部Ｓ２の側面ＭＢＳも、互いに異なる形状を有する。このような構成によれば、第２凹部Ｓ２に対してモジュールＭが誤った向きで配置されることを妨げることができるので、モジュールＭの配置が妨げられることで、端子ＭＴの位置の誤りに直ちに気づくことができる。これにより、モジュールＭと他の電子部品との電気的接続を迅速に行うことができる。また、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いてモジュールＭを高精度に位置合わせすることができるとともに、モジュールＭの向きの誤りを防止することができるので、利便性を向上させることができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、放熱基板ＭＢの対角線上の一対の角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、面取り量が互いに異なっている。このような構成によれば、簡易な放熱基板ＭＢの形状によって、モジュールＭの向きの誤りを防止することができる。

また、上述したように、第１の実施形態において、第２の封止部材ＭＳと放熱基板ＭＢとの熱膨張係数の差は、第１の封止部材１１と放熱基板ＭＢとの熱膨張係数の差よりも小さい閾値以下となっている。

これにより、放熱基板ＭＢ上において実装部品ＭＢＷ、ＭＥ、ＭＴ、ＭＷを封止する第２の封止部材ＭＳの熱膨張係数を、放熱基板ＭＢの熱膨張係数に近づけることができるので、放熱基板ＭＢに対して第２の封止部材ＭＳの相対的な熱膨張量が大きくなることを抑制することができる。この結果、第２の封止部材ＭＳの熱膨張による応力が放熱基板ＭＢ上の実装部品ＭＢＷ、ＭＥ、ＭＴ、ＭＷに作用して、これらの実装部品ＭＢＷ、ＭＥ、ＭＴ、ＭＷにクラック等の破損や変形が生じることを抑制することができる。

また、第２の封止部材ＭＳの応力による端子ＭＴの変形を抑制することで、端子ＭＴの位置精度に加えて端子ＭＴの寸法精度も向上させることができる。

以上のように、本発明の一態様に係るモジュールＭは、電力変換装置１００における電子部品の収納ケースＨ内に収納されるモジュールであって、第１面ＭＡ１および第１面ＭＡ１の反対側の第２面ＭＡ２を有する放熱基板ＭＢと、放熱基板ＭＢの第１面ＭＡ１上に配置された素子ＭＥと、放熱基板ＭＢの第１面ＭＡ１上に配置され、モジュールＭ上に配置される配線基板１０に素子ＭＥを電気的に接続するための接続端子ＭＴと、放熱基板ＭＢの周囲を部分的に覆うように第１面ＭＡ１上に配置されたモジュールケースＭＣと、素子ＭＥおよび接続端子ＭＴのうち素子ＭＥとの接続部分を封止する封止部材ＭＳと、を備える。
そして、放熱基板ＭＢは、収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせのための位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を有し、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、モジュールケースＭＣの外側に突出している。
このように、本発明によれば、モジュールケースＭＣの外側に突出した位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳを基準として収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせを行うことができるので、放熱基板ＭＢ上に配置された接続端子ＭＴの位置精度を向上させることができる。
したがって、本発明によれば、接続端子ＭＴの位置精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、接着剤Ｍａの流動方向を規制する第２の実施形態に係るモジュールおよび電力変換装置について説明する。

図１１Ａは、第２の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ断面に相当する断面で切断した場合の断面図である。図１１Ｂは、第２の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＢ−ＸＩＢ断面に相当する断面で切断した場合の断面図である。

放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳに接着剤Ｍａが付着することを防止するため、第２の実施形態のモジュールケースＭＣは、接着剤ＭａがモジュールケースＭＣの内側Ｄ２に向かって流動するように接着剤Ｍａの流動方向を規制する流動方向規制部Ｓｉｎを有する。

具体的には、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、流動方向規制部Ｓｉｎは、第１表面ＭＡ１上へのモジュールケースＭＣの接着面Ｓのうち、外周縁部Ｓｏｕｔよりも第１表面ＭＡ１から面法線方向ｎに離れて位置する内周縁部Ｓｉｎである。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、接着面Ｓのうち外周縁部Ｓｏｕｔと内周縁部Ｓｉｎとの間には、接着材Ｍａとの接着面積を大きくとるために面法線方向ｎに向かって凹部Ｒが設けられていてもよい。

ここで、上述したように、放熱基板ＭＢの角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２は、モジュールＭの組立て後に、位置合わせ部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２として収納ケースＨに対するモジュールＭの位置合わせに用いられる。

もし、大量の接着剤ＭａがモジュールケースＭＣの外側Ｄ１に向かって流動する場合、流動した接着剤Ｍａが角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳに付着することによって、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いたモジュールＭの位置合わせを高精度に行うことができなくなる虞がある。すなわち、大量の接着剤ＭａがモジュールケースＭＣの外側Ｄ１に向かって流動する場合、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いたモジュールＭの高精度な位置合わせを安定的に確保することができなくなる虞がある。

これに対して、第２の実施形態によれば、流動方向規制部としての内周縁部Ｓｉｎによって接着剤ＭａをモジュールケースＭＣの内側Ｄ２に向かって流動させることができるので、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面ＭＢＳへの接着剤Ｍａの付着を防止することができる。これにより、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いたモジュールＭの高精度な位置合わせを安定的に確保することができる。

また、流動方向規制部を内周縁部Ｓｉｎによって構成することで、簡易な構成によって接着剤Ｍａの流動方向をモジュールケースＭＣの内側Ｄ２に向かう方向に規制することができる。

したがって、第２の実施形態によれば、接着剤Ｍａの流動方向の規制によって角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２を用いた高精度なモジュールＭの位置合わせを安定的に確保することができるので、接続端子ＭＴの位置精度を更に確実に向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、図１２を参照して、角部ＭＢＣ１、ＭＢＣ２の側面と異なる放熱基板ＭＢの側面を意図的に露出させる第３の実施形態に係るモジュールおよび電力変換装置について説明する。図１２は、第３の実施形態に係る電力変換装置１００を図１０のＸＩＩＡ方向およびＸＩＩＢ方向に相当する方向から見た場合の側面図である。

図１２に示すように、第３の実施形態において、モジュールケースＭＣの第２側壁部ＭＣＷ２ａには、放熱基板ＭＢの側面ＭＢＳを部分的に露出させる第２の切欠きＭＣＮ２が設けられている。なお、第２の切欠きＭＣＮ２は、第２側壁部ＭＣＷ２ｂにも設けられている。

ここで、モジュールＭの製造工程においては、配線ＭＷ、素子ＭＥ、端子ＭＴおよびボンディングワイヤＭＢＷを搭載した放熱基板ＭＢ上に、接着剤Ｍａを介してモジュールケースＭＣを仮止めする。

そして、モジュールケースＭＣを仮止めした後、配線ＭＷと、素子ＭＥと、ボンディングワイヤＭＢＷと、端子ＭＴの一部とを封止するため、放熱基板ＭＢを、第２の封止部材ＭＳの形成工程（例えば、ポッティング等）を実施する製造ライン上の位置まで移動させる。

このとき、第２の切欠き部ＭＣＮ２から露出した放熱基板ＭＢの側面ＭＢＳに、放熱基板ＭＢの移動用の治具を押圧させることができる。言い換えれば、第２の切欠き部ＭＣＮ２から露出した放熱基板ＭＢの側面ＭＢＳを治具で挟み込むことができる。

これにより、第２の封止部材ＭＳの形成工程を実施する製造ライン上の位置まで、放熱基板ＭＢを安定的に移動させることができる。

したがって、第３の実施形態によれば、簡易な構成によってモジュールＭを安定的に製造することができる。

上述した実施形態は、あくまで一例であって、発明の範囲を限定するものではない。発明の要旨を逸脱しない限度において、上述した実施形態に対して種々の変更を行うことができる。変更された実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 電力変換装置
Ｈ 収納ケース
Ｍ モジュール
ＭＡ１ 第１表面
ＭＡ２ 第２表面
ＭＢ 放熱基板
ＭＢＣ１、ＭＢＣ２ 位置合わせ部（角部）
ＭＥ 素子
ＭＴ 端子
ＭＣ モジュールケース
ＭＳ 第２の封止部材

Claims (15)

1. 電力変換装置における電子部品の収納ケース内に収納されるモジュールであって、
   第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、
   前記放熱基板の前記第１面上に配置された素子と、
   前記放熱基板の前記第１面上に配置され、前記モジュール上に配置される配線基板に前記素子を電気的に接続するための接続端子と、
   前記放熱基板の周囲を部分的に覆うように前記第１面上に配置されたモジュールケースと、
   前記素子および前記接続端子のうち前記素子との接続部分を封止する封止部材と、を備え、
   前記放熱基板は、前記収納ケースに対する前記モジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、
   前記位置合わせ部は、前記モジュールケースの外側に突出していることを特徴とするモジュール。
2. 前記位置合わせ部は、前記放熱基板の少なくとも１つの角部であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記位置合わせ部は、前記放熱基板の対角線上に位置する少なくとも一対の角部であることを特徴とする請求項２に記載のモジュール。
4. 前記モジュールケースは、
   前記角部の内側の前記第１面上に配置され、前記角部を突出させる切欠きが設けられた第１側壁部と、
   前記角部を除く前記放熱基板の周囲を覆うように前記第１面の縁部上に配置された第２側壁部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のモジュール。
5. 前記モジュールケースは、接着剤を介して前記第１面上に接着されており、
   前記モジュールケースは、前記接着剤が前記モジュールケースの内側に向かって流動するように前記接着剤の流動方向を規制する流動方向規制部を有することを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
6. 前記流動方向規制部は、前記第１面上への前記モジュールケースの接着面のうち、外周縁部よりも前記第１面から面法線方向に離れて位置する内周縁部であることを特徴とする請求項５に記載のモジュール。
7. 前記一対の角部は、互いに異なる形状を有することを特徴とする請求項３に記載のモジュール。
8. 前記一対の角部は、面取り量が互いに異なることを特徴とする請求項７に記載のモジュール。
9. 前記封止部材の熱膨張係数と前記放熱基板の熱膨張係数との差は閾値以下であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
10. 前記モジュールケースの前記第２側壁部には、前記放熱基板の側面を部分的に露出させる第２の切欠きが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のモジュール。
11. 電子部品の収納ケースと、前記収納ケース内に収納されたモジュールと、前記収納ケース内において前記モジュール上に配置された配線基板と、を備えた電力変換装置であって、
    前記モジュールは、
    第１面および前記第１面の反対側の第２面を有する放熱基板と、
    前記放熱基板の前記第１面上に配置された素子と、
    前記放熱基板の前記第１面上に配置され、前記配線基板に前記素子を電気的に接続するための接続端子と、
    前記放熱基板の周囲を部分的に覆うように前記第１面上に配置されたモジュールケースと、
    前記素子および前記接続端子のうち前記素子との接続部分を封止する封止部材と、を有し、
    前記放熱基板は、前記収納ケースに対する前記モジュールの位置合わせのための位置合わせ部を有し、
    前記位置合わせ部は、前記モジュールケースの外側に突出していることを特徴とする電力変換装置。
12. 前記放熱基板の熱伝導率は、前記収納ケースの熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記放熱基板の前記第２面は、前記収納ケースにおける前記モジュールを配置する領域に接していることを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
14. 前記配線基板は、前記収納ケースの前記第１面に対向する第３面および前記第３面の反対側の第４面を有し、
    前記配線基板には、前記第３面から前記第４面まで貫通する貫通孔が設けられ、
    前記接続端子は、前記貫通孔に挿入された状態で前記配線基板に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
15. 前記モジュールを配置する領域は、前記放熱基板を包囲する側壁を有する凹部であることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。

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