(57)【要約】【課題】パワー半導体素子や制御素子への熱伝導材の固定作業が容易な電力変換装置を得る。【解決手段】本発明の電力変換装置は、複数のパワー半導体素子１と、複数のパワー半導体素子を制御する複数の制御素子２と、これらの素子を実装する基板３と、複数のパワー半導体素子を駆動する駆動回路と、複数の制御素子からなる制御回路と、パワー半導体素子と制御素子を冷却する放熱器４とを備えたもので、基板の一つに複数のパワー半導体素子と複数の制御素子とを実装し、複数のパワー半導体素子と複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー半導体素子と、前記複数のパワー半導体素子を制御する複数の制御素子と、これらの素子を実装する基板と、前記複数のパワー半導体素子を駆動する駆動回路と、前記複数の制御素子からなる制御回路と、前記パワー半導体素子と前記制御素子を冷却する放熱器とを備えた電力変換装置において、
前記基板の一つに前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子とを実装し、前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と前記放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記放熱器の前記熱伝導部材との固定部に突部を設けたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記突部を少なくとも２個設け、前記突部間に傾斜を設けたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一基板上に複数のパワー半導体素子と複数の制御素子が高密度実装されたサーボアンプやインバータの電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置においては、パワー半導体素子の上面に熱緩衝板を接合し、熱衝撃板の上部に金属電極を接合し、金属電極の上部に絶縁基板を接合したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９５２６７（第２−４頁、図１）
【０００４】
図４は、その一例を示す断面図である。図４において、第一の絶縁基板９の上部には、第一の金属電極１０を接合している。さらに、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８の上部には熱緩衝板１１を高温はんだにより接合している。また、熱緩衝板１１の上部には、第二の金属電極１２を高温はんだにより接合している。さらに第二の金属電極１２の上部には絶縁基板１３を接合している。
上記のような電力変換装置において、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８の上部に熱緩衝板１１が接合され、その上部に第二の金属電極２５が接合され、さらにその上部に第二の絶縁基板１３が接合されていることにより、ＩＧＢＴ１７およびダイオード１８を絶縁をとりながら両面冷却している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電力変換装置においては、パワー半導体素子と熱緩衝板を高温はんだにより接合するため、パワー半導体素子と上部の熱緩衝板と絶縁基板との工程管理が厳密に行わなければならずコストがかかるという問題があった。また、パワー半導体素子と熱緩衝板を高温はんだにより接合するため、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理し揃えなければいけないという問題があった。また、基板の同一面に高さの異なる複数のパワー半導体素子と複数の制御素子を混載したものの上に熱緩衝板を接合し、その上に絶縁基板接合する形態をとることができなかった。
そこで、本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を容易に固定することができるようにするとともに、高さが異なる複数のパワー半導体素子と複数の制御素子を混載した基板においても、その上面に熱伝導材を固定することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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記載の発明は、複数のパワー半導体素子と、前記複数のパワー半導体素子を制御する複数の制御素子と、これらの素子を実装する基板と、前記複数のパワー半導体素子を駆動する駆動回路と、前記複数の制御素子からなる制御回路と、前記パワー半導体素子と前記制御素子を冷却する放熱器とを備えた電力変換装置において、前記基板の一つに前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子とを実装し、前記複数のパワー半導体素子と前記複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と前記放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したものである。
このようになっているため、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を固定することができる
請求項２に記載の発明は、前記放熱器の前記熱伝導部材との固定部に突部を設けたものである。
このようになっているため、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定することができる。
請求項３に記載する発明は、前記突部を少なくとも２個設け、前記突部間に傾斜を設けたものである。このようになっているため、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、１はパワー半導体素子、２は制御素子、３は基板、４は放熱器、６は熱伝導材、７は固定手段のネジである。
パワー半導体素子１は、パワーＭＯＳＦＥＴ半導体チップが樹脂で被覆されチップと電気的に接続されたリードが外部に突き出ているＳＯＰパッケージである。制御素子２は、複数のパワー半導体素子１を駆動する駆動回路に制御指令を与えるもので、パッケージ形態はＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）である。基板３は、厚さ１ｍｍのガラスエポキシ両面基板であり、両面に銅の電極と配線が施されており、基板の四隅にはΦ３．６ｍｍの穴が施してある。なお、基板３はメタルコア基板でもよい。放熱器４は、アルミ製で縦６０ｍｍ、横６０ｍｍ、板厚４ｍｍで四隅を７×７ｍｍの高さ１１ｍｍの柱状で台座を形成し、底面にΦ３ｍｍのネジ穴を加工している。また、放熱器４の上部にはファンやヒートパイプなどの冷却機構を追加することもできる。熱伝導材６は、ＳｉＯ２の粒子を含んだ弾性体の樹脂製シートである。７はΦ３ｍｍのネジである。
つぎに、本実施形態の動作について述べる。
パワー半導体素子１の６個の素子をガラスエポキシ両面基板３の上面の電極にはんだにより実装し，３相のインバータ部を形成している。基板３の下面には制御素子２をはんだ実装し、インバータ部を形成しているパワー半導体素子１の駆動回路に制御信号を与えるようになっている。このパワー半導体素子１と制御素子２を実装した基板３上にパワー半導体素子１の６個の素子すべてを覆える大きさに整えた熱伝導材６を載せた状態で、放熱器４を基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６が加圧されパワー半導体素子１と放熱器６とを熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動するとパワー半導体素子が発熱し、熱は熱伝導材から放熱器を経由して伝導し放熱する。
したがって、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理しなくてもパワー半導体素子の上面に熱伝導材を密着固定することができる
【０００８】
（第２実施例）
図２は、本発明の第２実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、５は突起、６１、６２は熱伝導材である。その他の部分は第１実施例と同様であるため、説明を省略する。
突起５は、板厚６ｍｍとなっている。また、熱伝導材６１、６２は、第１実施例と同じくＳｉＯ２の粒子を含んだ弾性体の樹脂製シートであるが、それぞれ大きさを変えている。
つぎに、本実施例の動作について述べる。
本実施例の電力変換装置は、パワー半導体素子１の６個の素子と制御素子２をガラスエポキシ両面基板３の上面の電極にはんだにより実装し，３相のインバータ部と制御回路を形成している。パワー半導体素子１の６個の素子すべてを覆うことができる大きさに整えた熱伝導材６１をパワー半導体素子に載せ、制御素子２の上に熱伝導材６１と厚さは同じで大きさの異なる熱伝導材６２を制御素子２の上に載せた状態で、放熱器４１の突起５の部分をパワー半導体素子１の位置に合わせて基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６１と熱伝導材６２が加圧されパワー半導体素子１および制御素子１と放熱器４１を熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動すると制御素子２とパワー半導体素子１が発熱し、熱は熱伝導材６１と熱伝導材６２から放熱器４１を経由して伝導し放熱する。この実施の形態によれば、請求項１記載の電力変換装置において放熱器に突部を設けたことを特徴とするものである。
したがって、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定することができる。また、パワー半導体素子と制御半導体素子を熱伝導材を介して基板と放熱器で挟み込むために、両面冷却もできるという効果もある。
【０００９】
（第３実施例）
図３は、本発明の第３実施例を示す電力変換装置の側面図である。図において、５は突起、６３は熱伝導材、８は傾斜である。その他の部分は第２実施例と同様であるため、説明を省略する。
突起５１は、板厚６ｍｍとなっており側面が傾斜８を持つように加工されている。つぎに、本実施例の動作について述べる。
本実施例の電力変換装置は、パワー半導体素子１の６個の素子と制御素子２のすべてを覆える大きさにした熱伝導材６３をパワー半導体素子１と制御素子２上に載せる。放熱器４２の突起５１の部分をパワー半導体素子１と制御素子２の位置に合わせて基板３にネジ７で挟み込みことで熱伝導材６３が加圧されパワー半導体素子１および制御素子２と放熱器４２を熱的に接続させることができる。また、突起５１の傾斜８に沿って滑らかに変形するため、熱伝導材５１破損させることなく、高さと大きさの異なるパワー半導体素子１と制御素子２を熱伝導材５１を介して放熱器４２に熱的に接続させることができる。この状態で、上位から制御素子２に指令を与え、パワー半導体素子１を駆動すると制御素子２とパワー半導体素子１が発熱し、熱は熱伝導材６３から放熱器４２を経由して伝導し放熱する。
したがって、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電力変換装置によれば、基板の一つに複数のパワー半導体素子と複数の制御素子とを実装し、複数のパワー半導体素子と複数の制御素子の少なくとも一方の反実装側と放熱器との間に熱伝導部材を設けて固定したので、複数のパワー半導体素子と上部の熱伝導材とを放熱器で容易に固定することができ、複数のパワー半導体素子の高さを厳密に管理をすることなしにパワー半導体素子の上面に熱伝導材を固定できるという効果がある。
また、請求項２に記載の電力変換装置によれば、放熱器の熱伝導部材との固定部に突部を設けたので、高さが異なる複数の半導体素子と熱伝導材とを放熱器で固定できるという効果がある。
また、請求項３に記載の電力変換装置によれば、突部を少なくとも２個設け、その突部間に傾斜を設けたので、高さが異なる複数の半導体素子を一枚の熱伝導材により放熱器で固定することができ、組み立て工程を簡略化できるという効果がある。また、パワー半導体素子と制御半導体素子を熱伝導材を介して基板と放熱器で挟み込むために、両面冷却もできるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す電力変換装置の側面図である。
【図４】従来の電力変換装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１  パワー半導体素子
２  制御素子
３  基板
４、４１、４２  放熱器
５、５１  突起
６、６１、６２、６３  熱伝導材
７  ネジ
８  傾斜
９  第一の絶縁基板
１０  第一の金属電極
１１  熱緩衝板
１２  第二の金属電極
１３  第二の絶縁基板
１４  エミッタ電極取出口
１５  電流センスワイヤボンディング
１６  電極センス取出口
１７  ＩＧＢＴ
１８  ダイオード
【図１】
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【図２】
2004336929.tif 000004
【図３】
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【図４】
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