(57)【要約】【課題】パワー素子の基板実装時の位置ばらつきや、基板実装後の部品曲がりの発生を防止し、パワー素子モールド部と足部とのトラッキング対策に必要な樹脂剤を添付する際に治具を用いる必要がなく、パワー素子足部とバネ板押さえ部とを絶縁する絶縁シートが不要であるパワー素子放熱構造及びその製造方法を得ること。【解決手段】切り落とし部１ｃが設けられたプリント配線板１と、プリント配線板１の切り落とし部１ｃに架け渡された金属製薄板材２と、金属製薄板材２の上に配置された絶縁シート４と、絶縁シート４の上に配置され、金属製薄板材２にねじ止めされたパワー素子５と、パワー素子５の足部３が設けられた側面に耐トラッキング改善剤を塗布して形成された耐トラッキング部７と、金属製薄板材２の絶縁シート４が配置された面と反対側の面に固定された放熱部品８とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切り落とし部が設けられたプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記切り落とし部に架け渡された金属製薄板材と、
前記金属製薄板材の上に配置された絶縁シートと、
前記絶縁シートの上に配置され、前記金属製薄板材にねじ止めされたパワー素子と、
前記パワー素子の足部が設けられた側面に耐トラッキング改善剤を塗布して形成された耐トラッキング部と、
前記金属製薄板材の前記絶縁シートが配置された面と反対側の面に固定された放熱部品とを有することを特徴とするパワー素子放熱構造。
【請求項２】
前記パワー素子が、ＳｉＣパワー素子であることを特徴とする請求項１に記載のパワー素子放熱構造。
【請求項３】
部分的に周辺領域と繋がった実装領域を有するプリント配線板の上に、前記実装領域を跨ぐように金属製薄板材を配置する工程と、
前記金属製薄板材の上に絶縁シートを配置する工程と、
前記絶縁シートの上にパワー素子を配置し、前記金属製薄板材にねじ止めする工程と、
前記実装領域の前記プリント配線板を、前記周辺領域の前記プリント配線板から切り取る切り離し工程と、
前記金属製薄板材の前記絶縁シートが配置された側と反対側の面に、放熱部品と固定する工程とを有することを特徴とするパワー素子放熱構造の製造方法。
【請求項４】
前記パワー素子の足部が設けられた側面に耐トラッキング改善剤を塗布して耐トラッキング部を形成する工程を、前記切り離し工程の前段に有することを特徴とする請求項３に記載のパワー素子放熱構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の回路ユニット、電機機械部品、放熱構造体から構成される電気機器において、パワー素子の発熱を放熱構造に伝熱する構成において、基板上のパワー素子から放熱構造体への伝熱構造において安価に伝熱可能な構成とともに、製造及びサービス作業の容易さを得る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の発熱半導体素子や、リアクトル等の電気発熱体から構成されるパワー半導体機器においては、発熱部品を外気等で直接冷却することは、塵埃や湿度の影響を受けることになるため、筐体を構成する放熱構造体に伝熱し、間接的に放熱する構造が用いられている。
【０００３】
これらの構成において、インバータ等を構成するパワー素子は発熱量が大きく、またパワー素子端子の使用電圧が高電圧であることから、外気冷却が可能な筐体ヒートシンクに取り付ける際には、伝熱性とともに絶縁性を考慮した伝熱構造を得る必要があった。
【０００４】
しかし、パワー半導体素子はスイッチング利用されることから、パワーラインの配線長の最短化やゲート駆動回路の集積化が要求され、基板上に個別半導体パワー素子を安価に実装する方法が要望されてきた。また、パワー半導体と筐体との間の伝熱材料として、伝熱性絶縁シートを用いる場合においては、市場でのパワー素子交換は、伝熱性絶縁シートの交換も必要であり、交換作業での絶縁シートの損傷保証が困難で改善が必要とされてきた。
【０００５】
このような複数のパワー素子の放熱部材への取付構造としては、パワー素子の基板実装時の位置ばらつきや、基板実装後の部品曲がりによって、パワー素子のねじ穴に直接ねじ止めを行うことが困難であり、回路基板にばね材及びパワー素子を装着し、パワー素子を防熱部材にばね板材のばね圧にて直接伝熱する放熱構造などが提案されている。
【０００６】
特許文献１には、複数のパワー素子をヒートシンクに伝熱させる手段や回路基板の放熱部材へ取り付ける構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにバネ板材を利用して複数のパワー素子の放熱を行うことによって、パワー素子の基板実装時の位置ばらつきや、基板実装後の部品曲がりが発生してもパワー素子の伝熱に必要な押さえ圧力を得ることが可能である。しかし、パワー素子モールド部と足部とのトラッキング対策に必要な樹脂剤が放熱面に回り込まないように、樹脂剤添付時には治具等を使用する必要があった。
【０００９】
また、パワー素子を放熱部品に接続する前はパワー素子が不安定な状態となるため、放熱部品を接続するまでは、基板に外力が加わりパワー素子が曲がるなどの問題が発生しないように基板の管理を行う必要があった。
【００１０】
そして、パワー素子を放熱部品に接続する際には、パワー素子足部と放熱部品及びバネ板材との絶縁を確保するため、パワー素子放熱部及びバネ板押さえ部に絶縁シートを追加する必要があり、部品の増加により製造時及びサービス時の信頼性の低下を招いていた。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パワー素子の基板実装時の位置ばらつきや、基板実装後の部品曲がりの発生を防止し、パワー素子モールド部と足部とのトラッキング対策に必要な樹脂剤を添付する際に治具を用いる必要がなく、パワー素子足部とバネ板押さえ部とを絶縁する絶縁シートが不要であるパワー素子放熱構造及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、切り落とし部が設けられたプリント配線板と、プリント配線板の切り落とし部に架け渡された金属製薄板材と、金属製薄板材の上に配置された絶縁シートと、絶縁シートの上に配置され、金属製薄板材にねじ止めされたパワー素子と、パワー素子の足部が設けられた側面に耐トラッキング改善剤を塗布して形成された耐トラッキング部と、金属製薄板材の絶縁シートが配置された面と反対側の面に固定された放熱部品とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板製造後のパワー素子の位置ずれが発生せず、また基板製造後の外力等によるパワー素子の足曲がり等も発生しなくなり、耐トラッキング改善剤を塗布する際に治具を用いる必要がないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明にかかるパワー素子放熱構造の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図２は、プリント配線板の上面図である。
【図３】図３は、プリント配線板の上に金属製薄板材を配置した状態を示す上面図である。
【図４】図４は、金属製薄板材の上に絶縁シートを配置した状態を示す上面図である。
【図５】図５は、絶縁シートの上にパワー素子を配置した状態を示す上面図である。
【図６】図６は、絶縁シートを挟み込んだ状態でパワー素子を金属製薄板材に固定し、パワー素子の端子沿面に対トラッキング改善剤を塗布した状態を示す上面図である。
【図７】図７は、実装領域の部分のプリント配線板を除去した状態を示す上面図である。
【図８】図８は、金属製薄板材を放熱部品に固定した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかるパワー素子放熱構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態．
図１は、本発明にかかるパワー素子放熱構造の実施の形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。パワー素子５と放熱部品（筐体ヒートシンク等）８との間に、金属性薄板材２が設けられている。パワー素子５は金属製薄板材２を間に挟んだ状態でネジ９によって放熱部品８にねじ止めされている。金属製薄板材２は、パワー素子５を搭載するプリント配線板１上にプリント配線板１の切り落とし部１ｃを跨ぐように設置されている。プリント配線板１の切り落とし部１ｃは、絶縁シート４を介してパワー素子５をネジ６でねじ止めした後、放熱部品８とパワー素子５とを熱的に接続する際に削除されている。パワー素子５のモールド部の樹脂とパワー素子足部３とのトラッキング性改善を目的に、パワー素子５の端子沿面と絶縁シート４との間に耐トラッキング改善剤を塗布して耐トラッキング部７を設けて固定することで、構造材としての金属製薄板材２、絶縁シート４及びパワー素子５をプリント配線板１上で一体化する。また、金属製薄板材２とパワー素子５との間に絶縁シート４を挟み込んだ構造であるため、パワー素子５の底面に耐トラッキング改善剤を塗布する必要はない。
【００１７】
本実施の形態にかかるパワー素子放熱構造の製造手順について説明する。まず、後段の工程で金属製薄板２や絶縁シート４などが配置される実装領域１１の三方を囲むようにスリット１ａが形成されたプリント配線板１を用意する。図２は、プリント配線板１の上面図である。スリット１ａは、複数箇所に設けられた連結部１ｂの部分で途切れており、実装領域１１と周辺領域１２とは繋がっている。
【００１８】
次に、プリント配線板１の上に実装領域１１を跨ぐように金属製薄板材２を配置する。図３は、プリント配線板の上に金属製薄板材を配置した状態を示す上面図である。金属製薄板材２には、後段の工程で絶縁シート４が配置される部分にねじ穴２ａが形成されている。また、後段の工程で絶縁シート４が配置される部分以外の部分には、穴２ｂが形成されている。
【００１９】
次に、金属製薄板材２の上に絶縁シート４を配置する。図４は、金属製薄板材の上に絶縁シートを配置した状態を示す上面図である。絶縁シート４は、ねじ穴２ａに対応する部分に、ねじ穴２ａよりも大径の穴４ａが形成されている。
【００２０】
次に、絶縁シート４の上にパワー素子５を配置する。図５は、絶縁シートの上にパワー素子を配置した状態を示す上面図である。パワー素子５は、ねじ穴２ａに対応する位置にねじ穴２ａよりも大径の穴５ａが形成されている。パワー素子５としては、発熱量が小さく高温使用可能なＳｉＣパワー素子を用いることで、熱抵抗は金属よりも大きいが、絶縁性は金属よりも高い樹脂材料を絶縁シート４の材料として用いることが可能となる。
【００２１】
次に、穴４ａ、５ａを通してねじ穴２ａにネジ６をねじ止めして、絶縁シート４を挟み込んだ状態でパワー素子５を金属製薄板材２に固定する。その後、パワー素子足部３が設けられたパワー素子５の端子沿面に耐トラッキング改善剤を塗布して耐トラッキング部７を形成する。図６は、絶縁シートを挟み込んだ状態でパワー素子を金属製薄板材に固定し、パワー素子の端子沿面に対トラッキング改善剤を塗布した状態を示す上面図である。耐トラッキング改善剤をパワー素子５の端子沿面に塗布して耐トラッキング部７を形成しているため、パワー素子５のモールド樹脂の表面が湿潤又は汚損している状態にあるときに、高い電圧が加わってモールド樹脂表面に微小な火花放電が発生しても、炭化物などの導電路が残りにくい。この状態において、構造材としての金属製薄板材２、絶縁シート４及びパワー素子５は、プリント配線板１上で一体化している。
【００２２】
次に、連結部１ｂを切断することにより、実装領域１１の部分のプリント配線板１を、周辺領域１２の部分のプリント配線板１から除去する。実装領域１１の部分のプリント配線板１を除去することにより、プリント配線板１には切り落とし部１ｃが形成される。図７は、実装領域の部分のプリント配線板を除去した状態を示す上面図である。
【００２３】
次に、金属製薄板材２の下面（プリント配線板１に当接していた面）に放熱部品８を接触させ、穴２ａを通してネジ９を放熱部品８にねじ止めする。図８は、金属製薄板材を放熱部品に固定した状態を示す図である。なお、図８では、放熱部品８は金属製薄板材２及びプリント配線板１の陰に隠れて不図示となっている。金属製薄板材２を放熱部品８に固定することにより、パワー素子５は、絶縁シート４及び金属製薄板材２を介して放熱部品８と熱的に接続された状態となる。したがって、パワー素子５が発する熱は、放熱部品８へ移動し、放熱部品８において雰囲気に放熱される。
【００２４】
実施の形態によれば、バネ板やパワー素子足部及びバネ板の押さえ部を備えない構造であるため、パワー素子のモールド部と足部とのトラッキング対策の樹脂添付の工程を基板実装後に行うことが可能である。したがって、従来のような基板実装前に治具等を使用しての対策が不要となり、組立工程と治具作成費用が不要となる。
【００２５】
また、基板製造時にパワー素子をねじ止めすることにより、基板製造後のパワー素子の位置ずれが発生せず、また基板製造後の外力等によるパワー素子の足曲がり等も発生しなくなることにより、基板管理費用を低減できる。
【００２６】
さらに、バネ板が廃止されたことにより、バネ板及び絶縁シートが不要となり、材料コストや組立コストを低減できる。
【００２７】
さらに、工程が簡素化されたことにより、組立時やサービス実行時において安定した品質を確保できる。
【００２８】
上記の実施の形態では、三方をスリットで囲まれた部分を実装領域とした構成を例としたが、スリットで四方を囲まれた部分を実装領域とする構成も可能である。すなわち、放熱部品を取り付けた後にプリント配線板を環状とする構造であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかるパワー素子放熱構造は、故障発生時に基板の交換を容易に行える点で有用である。
【符号の説明】
【００３０】
１  プリント配線板
１ａ  スリット
１ｂ  連結部
１ｃ  切り落とし部
２  金属製薄板材
２ａ  ねじ穴
２ｂ、４ａ、５ａ  穴
３  パワー素子足部
４  絶縁シート
５  パワー素子
６、９  ネジ
７  耐トラッキング部
８  放熱部品
１１  実装領域
１２  周辺領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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