(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線を有するプリント配線板と、
前記プリント配線に表面実装されるパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の温度を検出する温度センサと、を備え、
前記プリント配線は、前記パワー半導体素子に接続される電極パッドと、前記電極パッドに一体に設けられる熱伝導部とを有し、
前記温度センサは、前記熱伝導部に熱的に接続され、
前記プリント配線は、前記電極パッドに隣接する部位に切欠部を有し、
前記熱伝導部は、前記切欠部内に延長され、
前記温度センサは、前記切欠部内に配置されている温度センサの実装構造。
【請求項２】
前記切欠部内に配置され、かつ前記温度センサに電気的に接続されて前記プリント配線板の表面から突出する中継端子と、
前記プリント配線板に対して平行に配置され、前記中継端子を通じて前記温度センサの検出信号を受信する制御回路を有する第二プリント配線板と、を備える請求項１に記載の温度センサの実装構造。
【請求項３】
前記プリント配線板は、金属製の放熱基板と、前記放熱板と前記プリント配線とを電気的に絶縁する第一絶縁層と、前記プリント配線の表面を覆って保護する第二絶縁層と、を備える請求項１または２に記載の温度センサの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタを実装するプリント配線パターンの一部からセンサ取付部を連続して形成し、センサ取付部に密着させてサーミスタを取り付け得る温度センサの実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４８０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度センサの検出結果は、パワートランジスタの破損を回避するための強制的な停止制御に用いられている。このため、温度センサの実装構造には、パワートランジスタの温度をより正確に検出することが求められる。
【０００５】
しかしながら、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタがリード実装（スルーホール実装）されたプリント配線パターンの一部に連続してセンサ取付部を設け、このセンサ取付部に温度センサを設けてパワートランジスタの温度を検出する。
【０００６】
つまり、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタと温度センサとの間にリード線およびセンサ取付部を隔てているため、パワートランジスタの温度を正確に検出することが難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、パワー半導体素子を表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するため本発明に係る温度センサの実装構造は、プリント配線を有するプリント配線板と、前記プリント配線に表面実装されるパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の温度を検出する温度センサと、を備え、前記プリント配線は、前記パワー半導体素子に接続される電極パッドと、前記電極パッドに一体に設けられる熱伝導部とを有し、前記温度センサは、前記熱伝導部に熱的に接続され、前記プリント配線は、前記電極パッドに隣接する部位に切欠部を有し、前記熱伝導部は、前記切欠部内に延長され、前記温度センサは、前記切欠部内に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パワー半導体素子を表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の概略的な断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図。
【図４】本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図の他の例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る温度センサの実装構造の実施の形態について、図１から図４を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の斜視図である。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の概略的な断面図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、パワー半導体素子３を表面実装したプリント回路板５を対象とするものであって、パワー半導体素子３の温度を検出する。
【００１５】
プリント回路板５は、例えばインバータであり、電動二輪車や電動自動車の駆動用モータ（図示省略）に交流電力を供給する。プリント回路板５は、プリント配線１１を有するプリント配線板８と、プリント配線板８に表面実装される種々な半導体素子（図示省略）と、を備えている。種々の半導体素子には、パワー半導体素子３が含まれている。
【００１６】
温度センサ２の実装構造１は、プリント配線１１を有するプリント配線板８と、プリント配線１１に表面実装されるパワー半導体素子３と、パワー半導体素子３の温度を検出する温度センサ２と、を備えている。
【００１７】
プリント配線板８は、金属製の放熱基板１２と、放熱基板１２とプリント配線１１とを電気的に絶縁する第一絶縁層１３と、プリント配線１１と、プリント配線１１の表面を覆って保護する第二絶縁層１５と、を備えている。放熱基板１２、第一絶縁層１３、プリント配線１１、および第二絶縁層１５は、順次に積層されている。なお、図１は第二絶縁層１５を省略して図示している。
【００１８】
放熱基板１２は、例えばアルミニウム合金製の平板である。放熱基板１２は、第一絶縁層１３越しにパワー半導体素子３やプリント配線１１の熱を奪って放熱する。放熱基板１２は、放熱フィン（図示省略）を備えていても良いし、放熱フィンを有する隣接構造体（図示省略、例えば電動二輪車や電動自動車の制御器箱）に熱的に接続されるものであっても良い。放熱基板１２は、第一絶縁層１３、プリント配線１１、および第二絶縁層１５が積層される回路面１２ａと、放熱のための放熱面１２ｂとを表裏に有している。
【００１９】
第一絶縁層１３は、樹脂などの絶縁体を素材とする薄膜である。第一絶縁層１３は、放熱基板１２の回路面１２ａ側に積層されている。
【００２０】
プリント配線１１は、銅などの導体を素材とする。プリント配線１１は、第一絶縁層１３の表面に印刷されている。プリント配線１１は、パワー半導体素子３に接続される電極パッド１６と、電極パッド１６に一体に（一続きに）設けられる熱伝導部１７と、を備えている。
【００２１】
なお、プリント配線板８は、単層であっても多層であっても良い。多層のプリント配線板８では、電極パッド１６および熱伝導部１７は同じ層に一続きに設けられる。
【００２２】
第二絶縁層１５は、樹脂などの絶縁体を素材とする薄膜である。
【００２３】
熱伝導部１７は、電極パッド１６（プリント配線１１）の一部を突出させることで形成され、温度センサ２の下に達するまで延長されている。
【００２４】
パワー半導体素子３は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)、パワートランジスタ、またはパワーダイオーであり、いずれの素子であってもプリント配線板８に表面実装可能な形態を有している。
【００２５】
本実施形態ではパワー半導体素子３としてパワーＭＯＳＦＥＴを図示している。パワーＭＯＳＦＥＴは、パッケージの背面にドレイン端子３ａを備えている。ドレイン端子３ａは、パワーＭＯＳＦＥＴの放熱板を兼ねている。ドレイン端子３ａは、プリント配線１１の電極パッド１６に半田付けされている（半田１６ａ）。つまり、パワーＭＯＳＦＥＴの発する熱は、ドレイン端子３ａから半田１６ａを介してプリント配線１１の電極パッド１６、および第一絶縁層１３を通じて放熱基板１２へ放熱される。この放熱過程において、プリント配線１１は導体である一方、第一絶縁層１３は絶縁体であるため、パワーＭＯＳＦＥＴの発する熱は、プリント配線１１の電極パッド１６から第一絶縁層１３に伝わるよりも熱伝導部１７に伝わり易い。
【００２６】
温度センサ２は、熱伝導部１７に熱的に接続されている。温度センサ２は、例えばサーミスタである。温度センサ２の感熱部は、例えば放熱コンパウンド１８や放熱グリスによって熱伝導部１７に熱的に接続されている。また、温度センサ２の感熱部に熱接合用の端子を設け、これを熱伝導部１７に半田付けしても良い。
【００２７】
なお、温度センサ２は、温度センサ２それ自体、パワー半導体素子３、およびこれら以外の半導体素子をプリント配線板８に表面実装可能な範囲で極力、パワー半導体素子３に近接されていることが好ましい。
【００２８】
また、プリント配線板８には、温度センサ２に電気的に接続されてプリント配線板８の表面から突出する中継端子１９が設けられている。中継端子１９は、プリント配線板８の実装面側から垂直方向に突出している。
【００２９】
温度センサ２と中継端子１９とを電気的に接続する配線２３は、プリント配線１１の一部であって、パワー半導体素子３に電気的に接続される配線パターンとの間では絶縁されている。
【００３０】
さらに、温度センサ２の実装構造１は、プリント配線板８に対して平行に配置され、中継端子１９を通じて温度センサ２の検出信号を受信する制御回路２２を有する第二プリント配線板２１を備えている。制御回路２２は、例えばインバータのコントローラである。継端子１９は第二プリント配線板２１にスルーホール実装されている。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図である。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態に係る実装構造１のプリント配線１１は、電極パッド１６に隣接する部位に切欠部３１を有している。
【００３３】
切欠部３１は、プリント配線１１の配線幅を他の部位に比べて狭くした部分（幅狭部）である。切欠部３１の配線幅ｗ１は、他の部位の配線幅ｗ２よりも狭い。
【００３４】
また、切欠部３１は、パワー半導体素子３が取り付けられる位置から放射状に長く形成されており、パワー半導体素子３へのプリント配線１１の配線幅の減少を最小限に抑えている。
【００３５】
切欠部３１は、プリント配線板８に熱伝導部１７、および温度センサ２を配置するためのスペースを確保している。つまり、熱伝導部１７は、切欠部３１内にパワー半導体素子３が取り付けられる位置から放射状に延長され、温度センサ２は、切欠部３１内に配置されて熱伝導部１７を跨いでいる。
【００３６】
熱伝導部１７は、電極パッド１６よりも幅狭く、電極パッド１６から不連続な形状で凸状に延びている。
【００３７】
また、温度センサ２に電気的に接続される中継端子１９も切欠部３１内に配置されている。中継端子１９は、温度センサ２を間に挟んでパワー半導体素子３の反対側に配置されている。温度センサ２を間に挟んでパワー半導体素子３の反対側に中継端子１９を配置することによって、温度センサ２をよりパワー半導体素子３に接近配置することができる。
【００３８】
温度センサ２と中継端子１９とを電気的に接続する配線２３は、熱伝導部１７を挟み込むように一対あって、切欠部３１内に配置されている。
【００３９】
温度センサ２の実装構造１は、パワー半導体素子３から放射状に切欠部３１を設けることによって、隣接する配線パターン（図３中、破線で示すプリント配線１１の一部）の配線幅を狭めることなく、熱伝導部１７、温度センサ２、中継端子１９、および配線２３を配置するためのスペースを確保することができる。つまり、切欠部３１は、回路を流れる電流量への影響を最小限としつつ、配置するためのスペースを確保している。なお、隣接する配線パターンが許容できる範囲で隣接する配線パターン側にも切欠部を設けて熱伝導部１７、温度センサ２、中継端子１９、および配線２３を配置するスペースを確保しても良い。
【００４０】
図４は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図の他の例である。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態に係る実装構造１のプリント配線１１は、電極パッド１６に一体に設けられる熱伝導部１７Ａを備え、電極パッド１６に隣接する部位に切欠部３１Ａを有している。
【００４２】
熱伝導部１７Ａは、矩形の電極パッド１６を一方向に延長した部位の角部に相当する。熱伝導部１７Ａとして延長されているのは、電極パッド１６のうち、パワー半導体素子３のリード線３２が配置されていない辺同士の角部であって、リード線３２の反対側の辺部である。
【００４３】
切欠部３１Ａは、熱伝導部１７Ａに相当する電極パッド１６の角部を囲むように設けられている。切欠部３１Ａは、プリント配線板８に熱伝導部１７Ａ、および温度センサ２を配置するためのスペースを確保している。つまり、熱伝導部１７Ａは、切欠部３１Ａ内に突出し、温度センサ２は、切欠部３１Ａ内に配置されて熱伝導部１７Ａを跨いでいる。温度センサ２は、矩形の熱伝導部１７Ａの辺に対して約４５度傾けて配置されている。
【００４４】
また、温度センサ２に電気的に接続される中継端子１９も切欠部３１内に配置されている。中継端子１９は、温度センサ２を間に挟んでパワー半導体素子３の反対側に配置されている。温度センサ２と中継端子１９とを電気的に接続する配線２３は、熱伝導部１７Ａを挟み込むように一対あって、切欠部３１内に配置されている。
【００４５】
温度センサ２の実装構造１は、切欠部３１Ａを設けることによっても、隣接する配線パターン（図４中、破線で示すプリント配線１１の一部）の配線幅を狭めることなく、熱伝導部１７Ａ、温度センサ２、中継端子１９、および配線２３を配置するためのスペースを確保することができる。
【００４６】
本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、表面実装タイプのパワー半導体素子３の温度を、電極パッド１６に一体に設けられる熱伝導部１７、１７Ａに熱的に接続される温度センサ２で測定することによって、パワー半導体素子３から温度センサ２までの熱抵抗を抑え、かつパワー半導体素子３の温度変化に対する温度センサ２の応答性を向上させることができる。
【００４７】
ところで、プリント配線板８のようにプリント回路が発する熱を放熱基板１２から放熱する場合、第一絶縁層１３を間に介する箇所、例えば放熱基板１２側でパワー半導体素子３の温度を測定することは、検出温度に検出誤差や応答遅れを生じさせる。
【００４８】
また、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタの発熱部からサーミスタまでの熱伝導経路にリード線が存在しているために、検出誤差や応答遅れを生じさせる。
【００４９】
本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、熱伝導部１７、１７Ａが電極パッド１６に一体に設けられているため、パワー半導体素子３の発する熱が第一絶縁層１３や放熱基板１２に伝わるよりも先に同層のプリント配線１１内で電極パッド１６から熱伝導部１７、１７Ａに伝わり、温度センサ２で検出される。つまり、本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、パワー半導体素子３から温度センサ２までの熱抵抗が抑えられている。
【００５０】
また、本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、電極パッド１６に隣接する切欠部３１内に熱伝導部１７、および温度センサ２を配置することによって、温度センサ２をパワー半導体素子３に極力近接させることが可能であり、温度センサ２の温度をより正確、かつ確実に検出することができる。
【００５１】
さらに、本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、電極パッド１６に隣接する切欠部３１内に熱伝導部１７、および温度センサ２を配置することによって、配線パターンが密集する箇所に熱伝導部１７および温度センサ２の実装面積を確保し易く、またプリント配線板８の周囲近傍に熱伝導部１７および温度センサ２の実装面積を確保し易い。
【００５２】
さらにまた、本実施形態に係る温度センサ２の実装構造１は、電極パッド１６に隣接する切欠部３１内に中継端子１９を配置することによって、複数のプリント配線板（プリント配線板８、第二プリント配線板２１）を重ねて配置することが可能であって、上位システムに組み込む際に必要となる設置面積を抑えることができる。
【００５３】
したがって、本発明に係る温度センサ２の実装構造１によれば、パワー半導体素子３を表面実装したプリント回路板５でパワー半導体素子３の温度をより正確に検出することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…実装構造、２…温度センサ、３…パワー半導体素子、３ａ…ドレイン端子、５…プリント回路板、８…プリント配線板、１１…プリント配線、１２…放熱基板、１２ａ…回路面、１２ｂ…放熱面、１３…第一絶縁層、１５…第二絶縁層、１６…電極パッド、１６ａ…半田、１７、１７Ａ…熱伝導部、１８…放熱コンパウンド、１９…中継端子、２１…第二プリント配線板、２２…制御回路、２３…配線、３１、３１Ａ…切欠部、３２…リード線。
【図１】
0006776605.tif 000002
【図２】
0006776605.tif 000003
【図３】
0006776605.tif 000004
【図４】
0006776605.tif 000005