(57)【要約】      （修正有）【課題】小形化を確保しつつ、伝熱性を向上させ、パワーモジュールを効率よく放熱させることができると共に、絶縁性を確保し、組み立て性の向上と原価低減を図ることができるパワーモジュールの放熱構造およびそれを備えたモータ制御装置を提供する。【解決手段】パワー半導体素子を内蔵したパワーモジュール本体２と、該パワー半導体素子の動作によって生じる発熱を外部のヒートシンク１に伝熱するための金属製板２３と、を備えたパワーモジュールにおいて、前記パワーモジュール本体２と前記金属製板２３が一体に取り付けられると共に、金属製板２３を、パワーモジュール本体２における該金属製板２３の被取付け面よりも大きくしてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子を内蔵したパワーモジュール本体と、
該パワー半導体素子の動作によって生じる発熱を外部のヒートシンクに伝熱するための金属製板と、
を備えたパワーモジュールにおいて、
前記パワーモジュール本体と前記金属製板が一体に取り付けられると共に、前記金属製板を、前記パワーモジュールにおける該金属製板の被取付け面よりも大きくしたことを特徴とするパワーモジュールの放熱構造。
【請求項２】
前記パワーモジュール本体と前記金属製板との間に絶縁性と断熱性を有する絶縁断熱部を設けたことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの放熱構造。
【請求項３】
前記絶縁断熱部は、前記パワーモジュール本体の外装を構成する部材と一体化されていることを特徴とする請求項２記載のパワーモジュールの放熱構造。
【請求項４】
前記金属製板と反対側にある前記パワーモジュール本体の上部にプリント配線板を配置すると共に、前記絶縁断熱部は、前記プリント配線板の取り付け部を有していることを特徴とする請求項２または３記載のパワーモジュールの放熱構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のパワーモジュールの放熱構造を備えたモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクス分野、特にモータドライブ用インバータ装置あるいはサーボドライブ装置などのモータ制御装置に使用するパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュールの放熱構造およびそれを備えたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーエレクトロニクス分野、特にモータドライブ用インバータ装置やサーボドライブ装置に使用するパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュールの放熱構造は図３のようになっている（例えば、特許文献１参照）。
図３は従来のパワーモジュールの放熱構造を示す断面図である。
図３において、１００はパワーモジュール、１０１は取り付け穴、１０２は台座、１０３は凹部、１０４は保持部、２００はプリント配線板、２０１は取り付け穴、３００はネジ、４００はヒートシンク、４０１はフィンである。
このパワーモジュール放熱構造については、パワーモジュール１００の上面に取り付け穴１０１を貫通させた台座１０２を設け、台座１０２の上面にネジの頭に対応する凹部１０３を形成し、また、パワーモジュール１００の上面にプリント配線基板２００を該基板の取付け穴２０１を介して実装し、同パワーモジュール１００の下面には、パワーモジュールの取り付け穴１０１を通したネジ３００によりヒートシンク４００を取り付けた構成となっている。なお、パワーモジュール１００がヒートシンク４００に接触する面には、良好な伝熱を行うために、図示しない金属製板が設けられている。
このような構成で、パワーモジュール１００から発生した熱は金属製板（不図示）へ移動し、金属製板に伝熱した熱はヒートシンクとの接触面を通じてヒートシンク４００へ、そしてヒートシンク４００内部で熱が移動し、フィン４０１から大気中に放熱される。
【特許文献１】特開平１１−２７４７７１公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来のパワーモジュールの放熱構造において、パワーモジュールを小形化すると、パワーモジュールからヒートシンクへの伝熱に必要なパワーモジュールとヒートシンク間の接触面積、いわゆる伝熱面積を確保することができなくなり、その結果、良好な伝熱を行うことができなかった。また，ヒートシンクのフィンの形状を変えたり、フィンの本数を増やすなど、放熱面積を大きくしても効率よくパワーモジュールの放熱ができないという問題があった。
また、ヒートシンクと、パワーモジュールの上部に配置されたプリント配線板に実装された電子部品やパワーモジュール上面に設けられた接続部などの充電部との絶縁性を確保するために、パワーモジュールの高さを高くしなければならないという問題もあった。
さらに、パワーモジュールの上部に配置されたプリント配線板は、パワーモジュールに固定するとともに、ヒートシンクに設けた固定部材により別途固定しなければならないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小形化を確保しつつ、伝熱性を向上させ、パワーモジュールを効率よく放熱させることができると共に、絶縁性を確保し、組み立て性の向上と原価低減を図ることができるパワーモジュールの放熱構造およびそれを備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、パワーモジュールの放熱構造に関わり、パワー半導体素子を内蔵したパワーモジュール本体と、該パワー半導体素子の動作によって生じる発熱を外部のヒートシンクに伝熱するための金属製板と、を備えたパワーモジュールにおいて、前記パワーモジュール本体と前記金属製板が一体に取り付けられると共に、前記金属製板を、前記パワーモジュールにおける該金属製板の被取付け面よりも大きくしたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のパワーモジュールの放熱構造において、前記パワーモジュール本体と前記金属製板との間に絶縁性と断熱性を有する絶縁断熱部を設けたことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のパワーモジュールの放熱構造において、前記絶縁断熱部は、前記パワーモジュール本体の外装を構成する部材と一体化されていることを特徴とする
また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載のパワーモジュールの放熱構造において、前記金属製板と反対側にある前記パワーモジュール本体の上部にプリント配線板を配置すると共に、前記絶縁断熱部は、前記プリント配線板の取り付け部を有していることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のパワーモジュールの放熱構造を備えたモータ制御装置を特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、ヒートシンクとの接触面積を大きくすることができ、多くの熱をヒートシンクに伝えることができるので、パワーモジュールの放熱を効率よく行うことができる。
また、請求項２に記載の発明によると、ヒートシンク、プリント配線板に実装された電子部品とパワーモジュールの接続部との絶縁を、絶縁断熱部により行う構成にしたので、露出した充電部とヒートシンクとの絶縁性の確保およびヒートシンクから電子部品への熱影響を防ぐことができ、電子部品を絶縁性や熱影響に左右されることなく高密度に実装することができるので、電子機器の小形化を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明によると、パワーモジュール本体の外装部材と一緒に製作でき、部材の開発及び製作を簡易にすることができるので、電子機器の開発費および原価低減と組み立て性を向上させることができる。
また、請求項４に記載の発明によると、ヒートシンクに設けられていたプリント配線板の取り付け部材を削減でき、部材の開発及び製作を簡易にすることができるので、電子機器の原価低減と組み立て性を向上させることができる。
また、請求項５に記載の発明によると、請求項１〜４の何れか１項に記載のパワーモジュールの放熱構造をインバータ装置に適用することで、顕著な冷却効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示すパワーモジュールの放熱構造の分解斜視図であって、パワーモジュールの放熱構造に関する部位のみを図示したものとなっている。
図において、１はヒートシンク、１１はベース、１２はフィン、２はパワーモジュール本体、２１は接続部、２２はパワーモジュール外装、２３は金属製板、２４は絶縁断熱部、２５は取り付け穴、３はプリント配線板、４は取り付けネジ、５はスタッドである。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、ヒートシンク１は、一方の面に部品などを取り付けることができるベース１１と、この面とは反対の面に設けられたフィン１２から構成されている。また、パワーモジュールは、図示しないパワー半導体素子を内蔵したパワーモジュール本体２と、該パワーモジュール本体２の上部に駆動回路部品等を実装したプリント配線板３を接続するための接続部２１と、下部にパワー半導体素子（不図示）の動作によって生じる発熱を外部のヒートシンク１に伝熱するための金属製板２３と、パワーモジュール本体２と金属製板２３との間に設けられて絶縁性と断熱性を有し、かつ、パワーモジュール本体２の外装を構成する部材と一体化された絶縁断熱部２４から構成されている。
また、パワーモジュール本体２と金属製板２３は一体に取り付けられると共に、金属製板２３のパワーモジュール本体２に対向する面を、パワーモジュール本体２における金属製板２３の被取付け面よりも大きくしたものとなっている。
なお、金属製板２３は取り付け穴２５にてヒートシンク１に取り付けられる。パワーモジュール本体２の取り付けには取り付けネジ４とスタッド５を用いるが、このうちスタッド５はプリント配線板３の固定にも用いられる。それから、パワーモジュールの取り付けに用いるネジやスタッドの数は適度な圧力が得られれば特に数を指定するものではない。
【０００８】
このパワーモジュールの放熱構造の放熱の過程について説明する。
パワーモジュール本体２内部で発生した熱は、そのほとんどが金属製板２３の一部へ伝熱し、全体に拡散する。金属製板２３は一方の面に絶縁断熱部２４が設けられており、この部分を介して外部へ放熱することはできなくなっている。また、他方の面はヒートシンク１への取り付け面となっており、従来のパワーモジュールよりも広い面積でヒートシンク１と接触しているため、多くの熱をヒートシンク１へ伝熱することができる。そして、ヒートシンク１に均等に伝えられた熱はベース１１からフィン１２へと伝熱し、大気中に放熱される。
【０００９】
したがって、本発明の第１実施例は、パワー半導体素子を内蔵したパワーモジュール本体と、該パワー半導体素子の動作によって生じる発熱を外部のヒートシンクに伝熱するための金属製板と、を備えたパワーモジュールにおいて、パワーモジュール本体と金属製板が一体に取り付けられると共に、金属製板を、パワーモジュールにおける金属製板の被取付け面よりも大きくしたことにより、ヒートシンクとの接触面積を大きくすることができ、多くの熱をヒートシンクに伝えることができる。その結果、パワーモジュールの放熱を効率よく行うことができる。
また、パワーモジュールにおいて、金属製板の取り付け面と反対側の面に絶縁性と断熱性を有する絶縁断熱部を設けたことにより、露出した充電部とヒートシンクとの絶縁性の確保およびヒートシンクから電子部品への熱影響を防ぐことができ、電子部品を絶縁性や熱影響に左右されることなく高密度に実装することができるので、電子機器の小形化を図ることができる。
さらに、パワーモジュールにおいて、絶縁断熱部がパワーモジュールの外装を構成する部材と一体化されていることにより、パワーモジュールの外装部材と一緒に製作でき、部材の開発及び製作を簡易にすることができるので、電子機器の開発費および原価低減と組み立て性を向上させることができる。
【実施例２】
【００１０】
図２は本発明の第２実施例を示すパワーモジュールの放熱構造の分解斜視図である。
図２において、２６はプリント配線板取り付け部である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、ヒートシンク１上にプリント配線板３を取り付けるために設けたスタッド５の代わりに、パワーモジュール本体２の絶縁断熱部２４上に絶縁断熱部２４と一体化されたプリント配線板取り付け部２６を設けた点である。
具体的には、ヒートシンク１は一体化されたパワーモジュール本体２と金属製板２３と絶縁断熱部２４を取り付けネジ４により固定されており、また、プリント配線板３は絶縁断熱部２４に一体化されたプリント配線板取り付け部２６とパワーモジュール本体２の接続部２１によりパワーモジュール本体２上に取り付けられている。
なお、放熱の過程においては第１実施例と同一であるために省略する。
【００１１】
したがって、本発明の第２実施例は、パワーモジュールにおいて、絶縁断熱部が上部に配置されるプリント配線板の取り付け部を有していることにより、ヒートシンクに設けられていたプリント配線板の取り付け部材を削減でき、部材の開発及び製作を簡易にすることができるので、電子機器の原価低減と組み立て性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
内蔵するパワー半導体素子の動作による発熱をヒートシンクなど外部へ伝熱させることができる金属製板を取り付け面として一面に設けたパワーモジュールすべてに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例を示すパワーモジュールの放熱構造の分解斜視図
【図２】本発明の第２実施例を示すパワーモジュールの放熱構造の分解斜視図
【図３】従来のパワーモジュールの放熱構造を示す断面図
【符号の説明】
【００１４】
１  ヒートシンク
１１  ベース
１２  フィン
２  パワーモジュール
２１  接続部
２２  パワーモジュール外装
２３  金属製板
２４  絶縁断熱部
２５  取り付け穴
２６  プリント配線板取り付け部
３  プリント配線板
４  取り付けネジ
５  スタッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008103577.tif 000005