WO2019073505A1 - モジュールおよび電力変換装置 - Google Patents

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WO2019073505A1
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heat dissipation
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case
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禎一 大久保
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新電元工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a module and a power converter.
  • an AC voltage is generated in an alternator connected to the engine as the engine is driven, and the generated AC voltage is rectified by a rectifying circuit and a smoothing capacitor.
  • a rectifying circuit and a smoothing capacitor There is one which converts into a DC voltage by smoothing and converts the converted DC voltage into an AC voltage by a module (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-102200).
  • each electronic component is housed in the storage case together with the wiring board in a state of being electrically connected to the wiring board on which the control circuit is mounted via the connection terminal and the solder, and resin sealing It was stopped.
  • the module is configured by covering the periphery of the heat dissipation substrate on which the element, the wiring and the connection terminal are arranged with a module case, and resin sealing the element, the wiring and the connection terminal.
  • the positional accuracy of the connection terminal for electrically connecting the element and the wiring board is required from the viewpoint of appropriately electrically connecting the element and the wiring board.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-60290 discloses a power semiconductor module mounted on a power conversion device.
  • the power semiconductor module is completely different in technology from the present invention because the side surface is covered with resin over the entire circumference, and the module itself does not have a heat dissipation substrate.
  • an object of this invention is to provide the module and power converter which can improve the positional accuracy of a connecting terminal.
  • a module according to an aspect of the present invention is A module stored in a storage case of electronic components in a power conversion device, comprising: A heat dissipation substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; An element disposed on the first surface of the heat dissipation substrate; Connection terminals for electrically connecting the elements to a wiring board disposed on the first surface of the heat dissipation board and disposed on the module; A module case disposed on the first surface to partially cover the periphery of the heat dissipation substrate; And a sealing member for sealing a connection portion of the element and the connection terminal with the element;
  • the heat dissipation substrate has an alignment portion for aligning the module with the storage case. The alignment portion protrudes outside the module case.
  • the alignment portion may be at least one corner of the heat dissipation substrate.
  • the alignment portion may be at least a pair of corner portions located on a diagonal of the heat dissipation substrate.
  • the module case is A first side wall portion disposed on the first surface inside the corner portion and provided with a notch for causing the corner portion to project;
  • a second side wall portion may be disposed on the edge of the first surface so as to cover the periphery of the heat dissipation substrate except for the corner portion.
  • the module case is bonded onto the first surface via an adhesive.
  • the module case may have a flow direction regulating unit that regulates the flow direction of the adhesive such that the adhesive flows toward the inside of the module case.
  • the flow direction restricting portion may be an inner peripheral edge of the bonding surface of the module case on the first surface, the inner peripheral edge being farther away from the first surface in the surface normal direction than the outer peripheral edge.
  • the pair of corner portions may have different shapes.
  • the pair of corner portions may have different chamfering amounts.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the sealing member and the thermal expansion coefficient of the heat dissipation substrate may be equal to or less than a threshold.
  • the second side wall of the module case may be provided with a second notch that partially exposes the side surface of the heat dissipation substrate.
  • a power converter is A power conversion device comprising: a storage case for electronic components; a module stored in the storage case; and a wiring board disposed on the module in the storage case,
  • the module is A heat dissipation substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; An element disposed on the first surface of the heat dissipation substrate; A connection terminal disposed on the first surface of the heat dissipation substrate, for electrically connecting the element to the wiring substrate; A module case disposed on the first surface to partially cover the periphery of the heat dissipation substrate; And a sealing member for sealing a connection portion of the element and the connection terminal with the element,
  • the heat dissipation substrate has an alignment portion for aligning the module with the storage case. The alignment portion protrudes outside the module case.
  • the thermal conductivity of the heat dissipation substrate may be greater than the thermal conductivity of the storage case.
  • the second surface of the heat dissipation substrate may be in contact with a region of the storage case in which the module is disposed.
  • the wiring board has a third surface opposite to the first surface of the storage case and a fourth surface opposite to the third surface.
  • the wiring substrate is provided with a through hole penetrating from the third surface to the fourth surface,
  • the connection terminal may be connected to the wiring board in a state of being inserted into the through hole.
  • the area in which the module is disposed may be a recess having a side wall surrounding the heat dissipation substrate.
  • a module according to an aspect of the present invention is a module stored in a storage case of an electronic component in a power conversion device, the heat dissipation substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; An element disposed on the first surface of the substrate, a connection terminal for electrically connecting the element to a wiring substrate disposed on the first surface of the heat dissipation substrate and disposed on the module, a periphery of the heat dissipation substrate A module case disposed on the first surface so as to partially cover the element, and a sealing member for sealing a connection portion between the element and the connection terminal with the element; The alignment portion projects from the outside of the module case.
  • the positioning of the module with respect to the storage case can be performed on the basis of the projecting alignment portion by projecting the alignment portion of the heat dissipation substrate to the outside of the module case.
  • the positional accuracy of the connection terminal disposed on the substrate can be improved. Therefore, according to the present invention, the positional accuracy of the connection terminal can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power generation system 1000 to which the power conversion device 100 according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the wiring substrate 10 of the power conversion device 100 shown in FIG. 1 and electronic components on the wiring substrate 10.
  • FIG. 4 is a perspective view of the storage case H and the electronic components Y, M, R on the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the storage case H and the electronic components Y, M and R on the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG. 6 is a plan view of power converter 100 shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the connection terminal MT and the element ME of the module M shown in FIG.
  • FIG. 8 is a plan view of the module M shown in FIG.
  • FIG. 9 is a bottom view of the module M shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged plan view of the storage case H and the module M of the power conversion device 100 shown in FIG. 11A is a cross-sectional view of the power conversion device 100 according to the second embodiment cut along a cross section corresponding to the cross section taken along line XIA-XIA in FIG. 11B is a cross-sectional view in the case of cutting the power conversion device 100 according to the second embodiment at a cross section corresponding to the XIB-XIB cross section in FIG.
  • FIG. 12 is a side view of the power conversion device 100 according to the third embodiment as viewed from a direction corresponding to the XIIA direction and the XIIB direction of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power generation system 1000 to which the power conversion device 100 according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the main configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the wiring substrate 10 of the power conversion device 100 shown in FIG. 1 and electronic components on the wiring substrate 10.
  • FIG. 4 is a perspective view of the storage case H and the electronic components Y, M, R on the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the storage case H and the electronic components Y, M and R on the storage case H of the power conversion device 100 shown in FIG. 6 is a plan view of power converter 100 shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the connection terminal MT and the element ME of the module M shown in FIG.
  • FIG. 8 is a plan view of the module M shown in FIG.
  • FIG. 9 is a bottom view of the module M shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged plan view of the storage case H and the module M of the power conversion device 100 shown in FIG.
  • the power generation system 1000 is, for example, as shown in FIG. 1, an engine E, a fan X driven by an alternator (not shown) connected to the engine E, and an engine E connected to the engine E. And a power converter 100 for outputting an AC voltage (output voltage) obtained by power-converting (input voltage).
  • the air flow A flows from the outside into the power generation system 1000 and is induced around the power conversion device 100 and the engine E.
  • the power conversion device 100 and the engine E are cooled by the air flow A, and the heat generated by the power conversion device 100 and the engine E is released to the outside together with the air flow B.
  • Such a power conversion device 100 is, for example, an example of the storage case H, the wiring substrate 10, the first sealing member 11, the input terminal TIN, and the electronic component, as shown in FIGS.
  • each of the electronic components Y, C, M, R, and F is schematically represented by a dashed or solid rectangular frame.
  • the noise filter F includes a winding component (ie, a common mode choke coil) W and a second capacitor C2F.
  • a winding component ie, a common mode choke coil
  • Each of the capacitor C1F and the capacitor C2F may include a plurality of capacitors.
  • Storage case H accommodates each component of power converter 100.
  • the storage case H has thermal conductivity from the viewpoint of radiating the heat generated by the electronic component (for example, the module M and the rectifier circuit Y) which is a heat generation source to the outside.
  • the storage case H may have thermal conductivity by being made of metal such as aluminum.
  • the storage case H has a first surface A1 and a second surface A2 opposite to the first surface A1.
  • the first surface A1 may be referred to as the upper surface or the inner surface
  • the second surface A2 may be referred to as the lower surface or the outer surface.
  • a first area for arranging the rectifier circuit Y, a second area for arranging the module M, and a reactor R are arranged on the first surface A1 of the storage case H.
  • a fourth region for arranging the winding part W is arranged on the first surface A1 of the storage case H.
  • a first recess S1 which is an example of a first region and a second recess S2 which is an example of a second region are formed on the first surface A1 so as to be recessed toward the second surface A2 side.
  • a third recess S3 which is an example of a third region and a fourth recess S4 which is an example of a fourth region are provided.
  • the second recess S2 is provided adjacent to the first recess S1.
  • the second recess S2 has a side wall S21 surrounding a heat dissipation substrate MB of the module M described later, and an inner bottom surface S22 connected to the lower end of the side wall S21.
  • the third recess S3 is provided adjacent to the second recess S2.
  • the fourth recess S4 is provided adjacent to the third recess S3.
  • the storage case H is provided with a radiation fin Z so as to protrude from the second surface A2.
  • the heat dissipating fins Z are cooled by the air flow A supplied from the outside, thereby releasing the heat generated by the electronic components (for example, the rectifying circuit Y and the module M) as heat sources to the outside.
  • the heat radiation fins Z may be integrally molded with the storage case H by a die casting method such as a die casting method using a metal material such as aluminum, for example.
  • the wiring substrate 10 includes a plurality of wirings 10Ya, 10ca, 10cb, 10Ra, 10Rb, 10Fa, 10a, 10b and a plurality of electrodes 10Y, 10M, which electrically connect the terminals of the power conversion device 100 and the electronic components or electronic components. It is a substrate provided with 10R and 10F. In FIG. 3 and FIG. 6, the wirings and the electrodes provided on the wiring substrate 10 are simplified and expressed. As shown in FIG. 6, the wiring board 10 is disposed in the storage case H. As shown in FIG. 3, the wiring substrate 10 has a third surface A3 opposite to the first surface A1 of the storage case H, and a fourth surface A4 opposite to the third surface A3. The wiring substrate 10 is provided with a through hole TH which penetrates the wiring substrate 10 from the third surface A3 to the fourth surface A4. The terminal MT described later is connected to the wiring substrate 10 in a state of being inserted into the through hole TH.
  • the input terminal TIN is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10. As shown in FIGS. 3 and 6, the input terminal TIN is connected to the input of the rectifier circuit Y via the wiring 10 Ya of the wiring substrate 10. An input voltage VIN is supplied to the input terminal TIN.
  • a rectifier circuit Y which is an example of an electronic component, is an example of a heat generation source that generates heat by operation.
  • the rectifier circuit Y is disposed in the first recess S1 on the first surface A1 of the storage case H.
  • the rectifier circuit Y has a plurality of terminals YT for inputting and outputting an input voltage VIN (see FIG. 2), a rectified voltage, or a control signal.
  • the terminals YT are electrically connected to the electrodes 10Y of the wiring substrate 10 by a solder material or the like.
  • the element of the rectifier circuit Y may be sealed (for example, resin-sealed) by a sealing member different from the first sealing member 11.
  • the thermal conductivity of the sealing member that seals the elements of the rectifier circuit Y may be larger than the thermal conductivity of the second sealing member MS of the module M described later.
  • the rectifier circuit Y is controlled by the control unit CON to rectify and output the input voltage VIN.
  • the smoothing capacitor C is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10. As shown in FIGS. 3 and 6, the smoothing capacitor C is connected to the output of the rectifier circuit Y via the wiring 10 ca of the wiring substrate 10 and the electrode 10 Y. The smoothing capacitor C smoothes the voltage output from the rectifier circuit Y.
  • the module M is one of the electronic components stored in the storage case H.
  • the module M can also be referred to as a semiconductor device provided with a semiconductor element.
  • the module M is an example of a heat source which generates heat by operation.
  • the calorific value per unit time at the time of operation of module M is larger than the calorific value per unit time at the time of operation of rectifier circuit Y.
  • the module M is disposed adjacent to the rectifier circuit Y in the second recess S2 on the first surface A1 of the storage case H.
  • the module M has a plurality of terminals MT for inputting / outputting a rectified voltage, an AC voltage, or a control signal as an example of a connection terminal for electrically connecting an element ME described later to the wiring substrate 10. These terminals MT are electrically connected to the electrodes 10M of the wiring substrate 10 by a solder material or the like.
  • the module M is connected to the output of the smoothing capacitor C via the wiring 10 cb of the wiring substrate 10.
  • the module M is controlled by the control unit CON, and converts and outputs the voltage smoothed by the smoothing capacitor C (that is, the voltage rectified by the rectification circuit Y).
  • the module M further includes a heat dissipation substrate MB, a plurality of wires MW on the heat dissipation substrate MB, a plurality of elements ME on the wires MW, and a plurality of bonding wires MBW on the wires MW and the elements ME. And. Furthermore, the module M has a module case MC on the heat dissipation substrate MB, the wiring MW, the element ME, and the second sealing member MS on the bonding wire MBW.
  • the heat dissipation substrate MB is a member having thermal conductivity for dissipating the heat generated from the element ME. As shown in FIGS. 7 and 9, the heat dissipation substrate MB has a first surface MA1 which is an example of a first surface, and a second surface MA2 which is an example of a second surface opposite to the first surface. An insulating layer (not shown) is formed on the first surface MA1. The second surface MA2 is in contact with the inner bottom surface S22 of the second recess S2.
  • the thermal conductivity of the heat dissipation substrate MB on which the element ME is mounted is the storage case in order to ensure the heat dissipation of the element ME having a large calorific value per unit time during operation as compared with the other electronic components Y, R, W. Greater than the thermal conductivity of H. That is, the heat dissipation substrate MB has a thermal resistance smaller than the thermal resistance of the storage case H.
  • the storage case H is made of aluminum
  • the heat dissipation substrate MB may be made of copper.
  • the heat dissipation substrate MB dissipates the heat generated from the element ME to the second recess S2 side of the storage case H via the second surface MA2 and the inner bottom surface S22 in contact with the second surface MA2.
  • the heat dissipation board MB having a thermal resistance smaller than the thermal resistance of the storage case H is a configuration unique to the module M among the electronic components Y, M, R, W on the first surface A1.
  • the wiring MW is disposed on the first surface MA1 of the heat dissipation substrate MB.
  • the terminal M is disposed on the first surface MA1 via the wiring MW.
  • the element ME is disposed on the first surface MA1 of the heat dissipation substrate MB via the wiring MW.
  • the calorific value per unit time during the operation of the module M due to the heat generation of the element ME is larger than the calorific value per unit time during the operation of the rectifier circuit Y.
  • the element ME is, for example, a semiconductor element, and more specifically, a transistor forming an H bridge module.
  • the bonding wire MBW electrically connects the wiring MW and the element ME.
  • Module case MC is arranged on first surface MA1 so as to partially cover the periphery of heat dissipation substrate MB.
  • the module case MC is made of, for example, a resin such as polybutylene terephthalate resin.
  • the second sealing member MS seals the element ME and the connection portion of the terminal MT to the element ME, the wiring MW, and the bonding wire MBW.
  • the second sealing member MS is made of, for example, a resin such as a black epoxy resin.
  • the difference between the thermal expansion coefficients of the second sealing member MS and the heat dissipation substrate MB is equal to or less than a threshold smaller than the difference between the thermal expansion coefficients of the first sealing member 11 and the heat dissipation substrate MB described later.
  • the thermal conductivity of the second sealing member MS may be smaller than the thermal conductivity of the first sealing member 11 described later.
  • the heat dissipation substrate MB is along the first surface MA1. It has alignment parts MBC1 and MBC2 which project to the outer side D1 of the module case MC in the plane direction.
  • alignment of the module M with the storage case H can be performed with high accuracy based on the side surfaces MBS of the alignment units MBC1 and MBC2 as the side surfaces MBS of the heat dissipation substrate MB.
  • the alignment portions MBC1 and MBC2 are two corner portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB.
  • the alignment portions MBC1 and MBC2 are a pair of corner portions MBC1 and MBC2 located on the diagonal of the heat dissipation substrate MB having a rectangular shape.
  • the alignment units MBC1 and MBC2 are also referred to as corner portions MBC1 and MBC2.
  • the module case MC includes a pair of first side walls MCW1a and MCW1b and a pair of second side walls MCW 2 a and MCW 2 b.
  • the pair of first side wall portions MCW1a and MCW1b of the module case MC are disposed on the inner first surface MA1 of the pair of corner portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB.
  • the first side wall portions MCW1a and MCW1b are inclined with respect to the edge of the heat dissipation substrate MB.
  • the first side wall portions MCW1a and MCW1b are provided with notches MCN1 for causing the corner portions MBC1 and MBC2 to protrude to the outer side D1 of the module case MC.
  • the pair of second sidewall portions MCW2a and MCW2b of the module case MC is an edge of the first surface MA1 of the heat dissipation substrate MB so as to cover the periphery of the heat dissipation substrate MB excluding the pair of corner portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB. It is arranged on the part BE (see FIG. 11B).
  • the module case MC is bonded onto the first surface MA1 of the heat dissipation substrate MB via the adhesive Ma.
  • the adhesive Ma is, for example, a silicone adhesive.
  • the corners MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB have shapes different from each other. . More specifically, the corner portions MBC1 and MBC2 have different chamfering amounts, ie, different amounts of protrusion from the module case MC.
  • the heat dissipation substrate MB has a non-rotationally symmetrical shape based on the center point in the plane direction. While the heat dissipation substrate MB has a non-rotationally symmetric shape, as shown in FIG. 10, the module case MC may have a rotationally symmetric shape.
  • the side walls S21 of the second recess S2 facing the side surfaces MBS of the corner portions MBC1 and MBC2 also have different shapes along the shapes of the corner portions MBC1 and MBC2 different from each other.
  • the reactor R which is an example of the electronic component, is disposed adjacent to the module M in the third recess S3 on the first surface A1 of the storage case H.
  • the reactor R has a plurality of terminals RT for receiving the voltage output from the module M and outputting the adjusted voltage.
  • the terminals RT are electrically connected to the electrodes 10R of the wiring substrate 10 by a solder material or the like.
  • the reactor R is connected to the output of the module M via the wiring 10Ra of the wiring substrate 10 and the electrode 10M. The reactor R adjusts and outputs the voltage output from the module M.
  • the output (terminal RT for output, electrode 10R) of the reactor R is connected to the noise filter F via the wiring 10Rb of the wiring substrate 10 and the first capacitor C1F disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10. Connected to the input ( Figure 6).
  • a part of the noise filter F is disposed on the third surface A3 of the wiring substrate 10, and the other part is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10.
  • the winding component W is disposed on the third surface A3 and in the fourth recess S4 on the first surface A1 of the storage case H. ing.
  • the second capacitor C2F is disposed on the fourth surface A4.
  • the winding component W of the noise filter F is a plurality of components for inputting and outputting a voltage between the capacitors C1F and C2F in the process of filtering the voltage output from the LC filter FX configured by the reactor R and the first capacitor C1F.
  • the terminals WT are electrically connected to the electrodes 10F of the wiring substrate 10 by a solder material or the like.
  • the noise filter F filters and outputs the voltage output from the LC filter FX.
  • the output terminal TOUT is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10. As shown in FIG. 6, the output terminal TOUT is connected to the output of the noise filter F via the wiring 10 Fa of the wiring substrate 10. The output terminal TOUT outputs the voltage supplied from the noise filter F as an output voltage VOUT.
  • the control unit CON is disposed on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10. As shown in FIG. 6, the control unit CON controls the operation of the rectifier circuit Y by inputting and outputting a control signal to the rectifier circuit Y via the wiring 10a and the electrode 10Y. Further, the control unit CON controls the operation of the module M by inputting / outputting a control signal to / from the module M via the wiring 10 b and the electrode 10 M.
  • the first sealing member 11 seals the rectifier circuit Y, the module M, the reactor R, and the winding component W on the first surface A1 of the storage case H.
  • the first sealing member 11 seals the wiring substrate 10 and the control unit CON on the fourth surface A4 of the wiring substrate 10.
  • first sealing member 11 seals the connection portion between each of the input terminal TIN, the smoothing capacitor C, the noise filter F, and the output terminal TOUT and the wiring substrate 10.
  • the first sealing member 11 is made of, for example, a resin such as an epoxy resin.
  • the resin forming the first sealing member 11 has a larger difference in thermal expansion coefficient with the heat dissipation substrate MB than the resin forming the second sealing member MS.
  • the resin constituting the first sealing member 11 may have a thermal conductivity higher than that of the resin constituting the second sealing member MS.
  • the module M according to the first embodiment includes the heat dissipation substrate MB, the element ME, the terminal MT, the module case MC, and the second sealing member MS, and the heat dissipation substrate MB is accommodated It has alignment parts MBC1 and MBC2 for aligning the module M with the case H, and the alignment parts MBC1 and MBC2 protrude outside the module case MC. According to such a configuration, the alignment of the module M with respect to the storage case H can be performed with reference to the side surface MBS of the alignment portions MBC1 and MBC2 protruding to the outside of the module case MC.
  • the module M is set such that the distance between the protruding alignment portions MBC1 and MBC2 and the side wall S21 of the second recess S2 of the storage case H facing the side surface MBS is an appropriate distance. The position of can be adjusted.
  • the module case MC since the module case MC is a member separate from the heat dissipation substrate MB, the module case MC inevitably has a deviation corresponding to an assembly tolerance with respect to the heat dissipation substrate MB and the terminals MT on the heat dissipation substrate MB. If the module M is positioned with respect to the storage case H based on the side surface of the module case MC, it is difficult to ensure the positional accuracy of the terminal MT on the heat dissipation board MB due to the displacement of the module case MC.
  • the alignment portions MBC1 and MBC2 which are a part of the heat dissipation substrate MB, naturally have no deviation from the heat dissipation substrate MB. Therefore, the positional accuracy of the terminal MT on the heat dissipation substrate MB can be improved by aligning the module M with the storage case H with reference to the side surfaces of the alignment units MBC1 and MBC2.
  • the alignment portions MBC1 and MBC2 are the corner portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB. According to such a configuration, by performing alignment of the module case MC using the corner portions MBC1 and MBC2, which are end portions in two directions of the heat dissipation substrate MB, alignment can be easily and accurately performed. . Further, by suppressing the area of the heat dissipation substrate MB protruding from the module case MC, it is possible to suppress the restriction on the shape of the module case MC and the layout of the wiring MW and the element ME inside the module case MC.
  • the alignment portions MBC1 and MBC2 are a pair of corner portions MBC1 and MBC2 located on the diagonal of the heat dissipation substrate MB. According to such a configuration, the alignment of the module M can be performed with higher accuracy by using the pair of corner portions MBC1 and MBC2 located diagonally.
  • the module case MC excludes the first side wall portions MCW1a and MCW1b provided with the notches MCN1 for causing the corner portions MBC1 and MBC2 to protrude and the corner portions MBC1 and MBC2
  • a second side wall portion MCW2a and MCW2b covering the periphery of the heat dissipation substrate MB is provided. According to such a configuration, the corners MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB can be protruded to the outside of the module case MC by the simple shape of the module case MC.
  • the pair of corner portions MBC1 and MBC2 on the diagonal of the heat dissipation substrate MB have shapes different from each other.
  • angular part MBC1 and MBC2 also has a mutually different shape. According to such a configuration, it is possible to prevent the module M from being disposed in the wrong direction with respect to the second recess S2, so that the arrangement of the module M is impeded, thereby causing an error in the position of the terminal MT. You can notice immediately. Thereby, the electrical connection between the module M and the other electronic components can be made quickly. Further, since the module M can be aligned with high accuracy using the corner portions MBC1 and MBC2 and an error in the direction of the module M can be prevented, convenience can be improved.
  • the chamfered amounts of the pair of corner portions MBC1 and MBC2 on the diagonal of the heat dissipation substrate MB are different from each other. According to such a configuration, an error in the direction of the module M can be prevented by the simple shape of the heat dissipation substrate MB.
  • the difference between the thermal expansion coefficients of the second sealing member MS and the heat dissipation substrate MB is the thermal expansion coefficient of the first sealing member 11 and the heat dissipation substrate MB.
  • the threshold is smaller than the difference between
  • the thermal expansion coefficient of the second sealing member MS for sealing the mounting components MBW, ME, MT, MW on the heat dissipation substrate MB can be made close to the thermal expansion coefficient of the heat dissipation substrate MB. It can suppress that the relative thermal expansion amount of the 2nd sealing member MS with respect to MB becomes large. As a result, the stress due to the thermal expansion of the second sealing member MS acts on the mounted components MBW, ME, MT, MW on the heat dissipation substrate MB, and a crack etc. in these mounted components MBW, ME, MT, MW It is possible to suppress the occurrence of breakage or deformation.
  • the dimensional accuracy of the terminal MT can be improved in addition to the positional accuracy of the terminal MT.
  • the module M is a module stored in the storage case H of the electronic component in the power conversion device 100, and is opposite to the first surface MA1 and the first surface MA1.
  • connection terminal MT for electrically connecting the element ME to 10, a module case MC disposed on the first surface MA1 so as to partially cover the periphery of the heat dissipation substrate MB, and the element ME and the connection terminal MT And a sealing member MS for sealing a connection portion with the element ME.
  • the heat dissipation substrate MB has alignment portions MBC1 and MBC2 for aligning the module M with the storage case H, and the alignment portions MBC1 and MBC2 protrude outside the module case MC.
  • the positioning of the module M with respect to the storage case H can be performed with reference to the side surfaces MBS of the alignment portions MBC1 and MBC2 protruding to the outside of the module case MC.
  • the positional accuracy of the connection terminal MT disposed on the side can be improved. Therefore, according to the present invention, the positional accuracy of the connection terminal MT can be improved.
  • 11A is a cross-sectional view of the power conversion device 100 according to the second embodiment cut along a cross section corresponding to the cross section taken along line XIA-XIA in FIG. 11B is a cross-sectional view in the case of cutting the power conversion device 100 according to the second embodiment at a cross section corresponding to the XIB-XIB cross section in FIG.
  • the adhesive Ma flows toward the inner side D2 of the module case MC in order to prevent the adhesive Ma from adhering to the side portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB. It has the flow direction control part Sin which controls the flow direction of the adhesive Ma so that it may.
  • flow direction restricting portion Sin is closer to first surface MA1 than outer peripheral portion Sout of bonding surface S of module case MC on first surface MA1.
  • the inner peripheral edge portion Sin is located apart from the surface normal direction n.
  • the recess R may be provided toward the end.
  • corner portions MBC1 and MBC2 of the heat dissipation substrate MB are used for alignment of the module M with respect to the storage case H as alignment portions MBC1 and MBC2 after assembly of the module M.
  • the adhesive Ma can be made to flow toward the inner side D2 of the module case MC by the inner peripheral edge portion Sin as the flow direction restricting portion, the corner portions MBC1, MBC2 The adhesive Ma can be prevented from adhering to the side MBS. Thereby, highly accurate alignment of the module M using corner part MBC1 and MBC2 is stably securable.
  • the second embodiment by the restriction of the flow direction of the adhesive Ma, the accurate alignment of the module M using the corner portions MBC1 and MBC2 can be stably secured. Position accuracy can be further surely improved.
  • FIG. 12 is a side view of the power conversion device 100 according to the third embodiment as viewed from a direction corresponding to the XIIA direction and the XIIB direction of FIG.
  • the second side wall portion MCW 2 a of the module case MC is provided with a second notch MCN 2 that partially exposes the side surface MBS of the heat dissipation substrate MB.
  • the second notch MCN2 is also provided in the second side wall portion MCW2b.
  • the module case MC is temporarily fixed via the adhesive Ma on the heat dissipation substrate MB on which the wiring MW, the element ME, the terminal MT, and the bonding wire MBW are mounted.
  • the heat dissipation substrate MB is formed to form the second sealing member MS in order to seal the wiring MW, the element ME, the bonding wire MBW, and a part of the terminal MT. Move to the position on the production line where the process (for example, potting etc.) is performed.
  • a jig for moving the heat dissipation substrate MB can be pressed against the side surface MBS of the heat dissipation substrate MB exposed from the second notch portion MCN2.
  • the side surface MBS of the heat dissipation substrate MB exposed from the second notch MCN2 can be sandwiched by a jig.
  • the heat dissipation substrate MB can be stably moved to the position on the manufacturing line on which the second sealing member MS is formed.
  • the module M can be stably manufactured with a simple configuration.

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

モジュールおよび電力変換装置
 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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