JP7023298B2 - 電力変換装置及び電力変換装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態1に係る電力変換装置100の斜視図である。図2、3は、本実施の形態1に係る電力変換装置100の変形例を示す斜視図である。図4は、図1のA-A断面図である。図1に示すように、電力変換装置100は、第1放熱体50と、第1放熱体50と対向するプリント基板1と、第1放熱体50とプリント基板1との間に設けられた第1絶縁部材40と、プリント基板1の上に電気的に接合されたスイッチング素子10と、スイッチング素子10の一部と第1固定部材32によって接合された放熱部材20と、第1放熱体50と対向する第2放熱体51と、放熱部材20と第2放熱体51との間に狭持された第2絶縁部材41と、第1放熱体50と第2放熱体51とを固定する据付部52と、によって構成される。
放熱部材20は、厚さが0.1mmから3mmの間で、熱伝導率の高い板状の部材からなる。また、放熱部材20は、1.0W/(m・K)以上、好ましくは10.0W/(m・K)、さらに好ましくは100.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する。
第2絶縁部材41は、第2放熱体51と、放熱部材20の放熱部20bと、によって狭持されている。なお、第2絶縁部材41が、粘着性を有する材料で構成されている場合は、第2絶縁部材41は各部材と接合されている。
接合部材形成工程では、第1回路パターン2a、2b、2cが形成されているプリント基板1の第1主面1a上に、印刷機を用いて第1接合部材30、第2接合部材31及び第3接合部材91をそれぞれ塗布する。
配置工程では、電極部10bと、電極部10b上に電気的に接合された半導体チップ10aと、一端がワイヤ10dによって半導体チップ10aに電気的に接合されたリード端子10cと、電極部10bの表面側の一部、リード端子10cの他端及び半導体チップ10aを封止する樹脂部10eと、を有するスイッチング素子10の電極部10bの表面側の露出面に、電子部品実装機を用いて第1固定部材32を配置して、スイッチング素子10の封止面10g上に放熱部材20の第1固定部20aが、第1固定部材32の上に、放熱部材20の放熱部20bがそれぞれ位置するように電子部品実装機を用いて放熱部材20を配置する。
しかし、実施の形態1に係る電力変換装置100の製造方法では、条件2の場合、第1固定部材32として、一定の時間をかけて固まる熱伝導接着剤または導電性接着剤を用いることにより、第1固定部材32が固まる前に第1放熱体50と第2放熱体51とを、据付部52によって固定できるため、第1放熱体50と第2放熱体51によるスイッチング素子10の方向への押圧によって第1固定部材32が変形して、放熱部材20の放熱部20bと第2絶縁部材41との間、第2絶縁部材41と第2放熱体51との間に隙間ができるといった不具合の発生を抑制することができる。
よって、放熱部材20の加工精度に起因する電力変換装置100の放熱性の低下を考慮した熱設計を不要にできる。
一方、実施の形態1に係る電力変換装置100では、電極部10bと放熱部材20とが第1固定部材32によって接合されるため微小な隙間は形成されず、空気の熱伝導率0.02W/(m・K)よりも熱伝導率の高い第1固定部材32を用いることによって、電極部10bと放熱部材20の接触熱抵抗を著しく小さくできる。
実施の形態1に係る電力変換装置100では、第1放熱体50の表面に、第1絶縁部材40を介してスイッチング素子10を備えたプリント基板1が設けられ、放熱部材20の放熱部20bの上に設けられた第2絶縁部材41を介して第2放熱体51が設けられている。第1放熱体50と第2放熱体51は、据付部52によって固定されている。このとき、プリント基板1のスイッチング素子10の配置されている箇所で、第1絶縁部材40と、放熱部材20と、スイッチング素子10と、第2絶縁部材41とを介して、プリント基板1が第2放熱体51と第1放熱体50の間で押圧される状態になるように、第1放熱体50と第2放熱体51は、据付部52によって固定されている。その結果、プリント基板1の反りによって生じるプリント基板1と第1絶縁部材40との間及び第1絶縁部材40と第1放熱体50の表面との間の隙間がなくなるように、プリント基板1の反りが抑制され、プリント基板1のスイッチング素子10が配置されている箇所では、プリント基板1の第2主面1bと第1絶縁部材40及び第1絶縁部材40と第1放熱体50の表面をそれぞれ安定に接触させることができる。したがって、プリント基板1の反りに起因する、半導体チップ10aで発生した熱に対する電力変換装置100の放熱性の低下を考慮した熱設計が不要となる。
本発明の実施の形態2に係る電力変換装置200の構成について説明する。なお、実施の形態1と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態3に係る電力変換装置300の構成について説明する。なお、実施の形態1、2と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態4に係る電力変換装置400の構成について説明する。なお、実施の形態1、2、3と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態5に係る電力変換装置500の構成について説明する。なお、実施の形態1、2、3、4と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
本発明の実施の形態6に係る電力変換装置600の構成について説明する。なお、実施の形態1、2、3、4、5と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
接着剤、あるいは、はんだにより充填されていてもよい。
本発明の実施の形態7に係る電力変換装置700の構成について説明する。なお、実施の形態1、2、3、4、5、6と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
1 プリント基板、1a 第1主面、1b 第2主面、
2a,2b,2c,2d 第1回路パターン、3 第2回路パターン、4 ハーネス、
10 スイッチング素子、10a 半導体チップ、10b 電極部、
10c リード端子、10d ワイヤ、10e 樹脂部、10f 放熱面、
10g 封止面、11a 貫通孔、
20 放熱部材、20a 第1固定部、20b 放熱部、20c バネ部、
21a 突起部、22a,22b,22c 第2固定部、
30 第1接合部材、31 第2接合部材、32 第1固定部材、33 第2固定部材、
40 第1絶縁部材、41 第2絶縁部材、
50 第1放熱体、51 第2放熱体、52 据付部、
52a スペーサー、52b 締結部材、
60 ビア、61 熱拡散板、
70 封止部材、
90 電子部品、91 第3接合部材。
Claims (13)
- 第1放熱体と、
前記第1放熱体と対向する第2放熱体と、
表面に第1回路パターンが形成され、裏面が前記第1放熱体と対向するプリント基板と、
前記第1放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第1絶縁部材と、
裏面が第1接合部材を介して前記第1回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第1固定部材と、
第1固定部である一端が前記第1固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、放熱部である他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第2放熱体と対向する面と、前記第2放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第2放熱体と、前記放熱部材との間に狭持された第2絶縁部材と、
一端が前記第1放熱体に、他端が前記第2放熱体にそれぞれ結合され、前記第1放熱体と前記第2放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部材は、第2固定部材を介して前記第1回路パターンに接合された第2固定部をさらに備える電力変換装置。 - 前記第1放熱体と前記第2放熱体との間に充填され、前記第1絶縁部材、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第1固定部材、前記放熱部材及び前記第2絶縁部材を封止する封止部材をさらに備える請求項1に記載の電力変換装置。
- 第1放熱体と、
前記第1放熱体と対向する第2放熱体と、
表面に第1回路パターンが形成され、裏面が前記第1放熱体と対向するプリント基板と、
裏面が第1接合部材を介して前記第1回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第1固定部材と、
第1固定部である一端が前記第1固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、放熱部である他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第2放熱体と対向する面と、前記第2放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第1放熱体と前記第2放熱体との間に充填され、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第1固定部材及び前記放熱部材を封止する封止部材と、
一端が前記第1放熱体に、他端が前記第2放熱体にそれぞれ結合され、前記第1放熱体と前記第2放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部材は、第2固定部材を介して前記第1回路パターンに接合された第2固定部をさらに備える電力変換装置。 - 前記第1放熱体と前記プリント基板との間に第1絶縁部材が設けられた請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記第2放熱体と前記放熱部材との間に第2絶縁部材が設けられた請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記第1回路パターンに電気的に接合され、外部から前記スイッチング素子に電力を供給するハーネスをさらに備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第2放熱体に対向する面と、前記放熱部材との間に、熱伝導部材が設けられた請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電極部は、貫通孔を有し、
前記放熱部材の一端は、突起部を有し、
前記突起部が前記貫通孔に嵌合された請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記プリント基板は、
前記裏面に設けられた第2回路パターンと、
前記プリント基板内部に設けられ、一端が前記第1回路パターンに、他端が前記第2回路パターンにそれぞれ接合されたビアと、
を備える請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2回路パターン上に熱拡散板が接合された請求項9に記載の電力変換装置。
- プリント基板の表面に形成された第1回路パターン上に、第1接合部材及び第2接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、
金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって前記半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子を、前記電極部が前記第1接合部材上に、前記リード端子が前記第2接合部材上に、それぞれ位置するように配置し、前記スイッチング素子の前記電極部の表面側の露出面に、第1固定部材を配置し、放熱部材の一端が前記第1固定部材の表面に、前記放熱部材の他端が前記スイッチング素子の樹脂部表面に、それぞれ位置するように配置する配置工程と、
前記第1回路パターンへの前記電極部の電気的接合と、前記第1回路パターンへの前記リード端子の電気的接合と、前記電極部への前記放熱部材の一端の接合と、を前記第1接合部材及び前記第2接合部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、
第1放熱体の表面に、第1絶縁部材を配置、前記第1絶縁部材の表面上に前記プリント基板を配置、前記放熱部材の他端の表面上に第2絶縁部材を配置、前記第2絶縁部材上に第2放熱体をそれぞれ配置して、前記第1放熱体と前記第2放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、
を備える電力変換装置の製造方法。 - 第1放熱体と、
前記第1放熱体と対向する第2放熱体と、
表面に第1回路パターンが形成され、裏面が前記第1放熱体と対向するプリント基板と、
前記第1放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第1絶縁部材と、
裏面が第1接合部材を介して前記第1回路パターンに電気的に接合された電極部と、前記電極部の表面に電気的に接合された半導体チップと、一端が第2接合部材を介して前記第1回路パターンに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、前記リード端子の他端と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤと、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第1固定部材と、
一端に前記第1固定部材の表面に接合される接合部と、他端に前記スイッチング素子の前記樹脂部と前記第2放熱体の間に設けられた放熱部とを有する放熱部材と、
前記第2放熱体と前記スイッチング素子との間に狭持された第2絶縁部材と、
一端が前記第1放熱体に、他端が前記第2放熱体にそれぞれ結合され、前記第1放熱体と前記第2放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部は、平板であり、
前記接合部と前記放熱部とは、前記接合部に対して傾斜した平板である傾斜部により接続され、前記接合部と前記放熱部と前記傾斜部とは一体に形成され、
前記放熱部材は、第2固定部材を介して前記第1回路パターンに接合された第2固定部をさらに備える電力変換装置。 - 前記放熱部材の前記放熱部は、平板であり、
前記第1固定部と前記放熱部とは、前記第1固定部に対して傾斜した平板である傾斜部により接続され、前記第1固定部と前記放熱部と前記傾斜部とは一体に形成されている、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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