(57)【要約】  高い放熱性が得られ、かつ、組み立てが容易である電力変換装置及び電力変換装置の製造方法を提供する。電力変換装置１００は、第１放熱体５０と、第１放熱体５０と対向する第２放熱体５１と、第１回路パターン２ａが形成されたプリント基板１と、第１放熱体５０とプリント基板１との間に設けられた第１絶縁部材４０と、第１接合部材３０を介して第１回路パターン２ａに電気的に接合された電極部１０ｂを有するスイッチング素子１０と、電極部１０ｂの露出面に接合された第１固定部材３２と、一端が第１固定部材３２に接合され、他端がスイッチング素子１０の第２放熱体５１に対向する部位と第２放熱体５１の間に設けられた放熱部材２０と、第２放熱体５１とスイッチング素子１０との間に狭持された第２絶縁部材４１と、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを固定する据付部５２と、を備える。
2019146402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第１絶縁部材と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
一端が第１固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体と対向する面と、前記第２放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第２放熱体と、前記放熱部材との間に狭持された第２絶縁部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記第１放熱体と前記第２放熱体との間に充填され、前記第１絶縁部材、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第１固定部材、前記放熱部材及び前記第２絶縁部材を封止する封止部材をさらに備える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
一端が第１固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体と対抗する面と、前記第２放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第１放熱体と前記第２放熱体との間に充填され、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第１固定部材及び前記放熱部材を封止する封止部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備える電力変換装置。
【請求項４】
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に第１絶縁部材が設けられた請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第２放熱体と前記放熱部材との間に第２絶縁部材が設けられた請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１回路パターンに電気的に接合され、外部から前記スイッチング素子に電力を供給するハーネスをさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体に対向する面と、前記放熱部材との間に、熱伝導部材が設けられた請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電極部は、貫通孔を有し、
前記放熱部材の一端は、突起部を有し、
前記突起部が前記貫通孔に嵌合された請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記放熱部材は、第２固定部材を介して前記第１回路パターンに接合された第２固定部をさらに備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記プリント基板は、
裏面に設けられた第２回路パターンと、
前記プリント基板内部に設けられ、一端が前記第１回路パターンに、他端が前記第２回路パターンにそれぞれ接合されたビアと、
を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第２回路パターン上に熱拡散板が接合された請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
プリント基板の表面に形成された第１回路パターン上に、第１接合部材及び第２接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、
金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって前記半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子を、前記電極部が前記第１接合部材上に、前記リード端子が前記第２接合部材上に、それぞれ位置するように配置し、前記スイッチング素子の前記電極部の表面側の露出面に、第１固定部材を配置し、前記放熱部材の一端が前記第１固定部材の表面に、前記放熱部材の他端が前記スイッチング素子の樹脂部表面に、それぞれ位置するように配置する配置工程と、
前記第１回路パターンへの前記電極部の電気的接合と、前記第１回路パターンへの前記リード端子の電気的接合と、前記電極部への前記放熱部材の一端の接合と、を前記第１接合部材及び前記第２接合部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、
第１放熱体の表面に、第１絶縁部材を配置、前記第１絶縁部材の表面上に前記プリント基板を配置、前記放熱部材の他端の表面上に第２絶縁部材を配置、前記第２絶縁部材上に第２放熱体をそれぞれ配置して、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、
を備える電力変換装置の製造方法。
【請求項１３】
金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって前記半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子の前記電極部の表面側の露出面に、第１固定部材を配置して、前記第１固定部材の表面に放熱部材の一端が、前記スイッチング素子の表面に前記放熱部材の他端がそれぞれ位置するように前記放熱部材を配置する配置工程と、
前記第１固定部材によって、前記電極部に前記放熱部材の一端を接合する放熱部材接合工程と、
プリント基板の表面に形成された第１回路パターン上に、第１接合部材及び第２接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、
前記電極部が前記第１接合部材上に、リード端子が前記第２接合部材上に、それぞれ位置するように前記スイッチング素子を配置して、前記第１回路パターンへの前記電極部の電気的接合と、前記第１回路パターンへの前記リード端子の電気的接合と、を前記第１固定部材の融点未満の温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、
第１放熱体の表面に、第１絶縁部材を配置、前記第１絶縁部材の表面上に前記プリント基板の裏面が位置するように前記プリント基板を配置、前記放熱部材の他端の表面上に第２絶縁部材を配置、前記第２絶縁部材上に第２放熱体をそれぞれ配置して、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、
を備える電力変換装置の製造方法。
【請求項１４】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第１絶縁部材と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された電極部と、前記電極部の表面に電気的に接合された半導体チップと、一端が第２接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、前記リード端子の他端と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤと、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
一端に前記第１固定部材の表面に接合される接合部と、他端に前記スイッチング素子の前記樹脂部と前記第２放熱体の間に設けられた放熱部とを有する放熱部材と、
前記第２放熱体と前記スイッチング素子との間に狭持された第２絶縁部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部は、平板であり、
前記接合部と前記放熱部とは、前記接合部に対して傾斜した平板である傾斜部により接続され、前記接合部と前記放熱部と前記傾斜部とは一体に形成されている電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電力変換装置の製造方法に関し、特に、高い放熱性を有する電力変換装置及び電力変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力変換装置には、電力変換装置の動作に伴い発熱するスイッチング素子が含まれる。近年、電力変換装置の小型化、高出力化に対する需要の高まりを受け、電力変換装置に搭載されるスイッチング素子の単位体積当たりの発熱量は増加している。スイッチング素子は、電力変換装置の動作に伴う発熱によって温度上昇するので、スイッチング素子の温度によって、周囲の電子部品の許容温度を超えないようにする必要があり、電力変換装置を小型化、高出力化するため、電力変換装置の放熱性を高めることが強く求められている。【０００３】
特許文献１には、電力変換装置の放熱性を高める冷却構造として、プリント基板に表面実装されたスイッチング素子の電極部の上に、金属などの高熱伝導材からなる熱拡散板を配置し、この熱拡散板を、熱伝導ゴムを介して冷却体に接触させる構造が記載されている。【０００４】
特許文献２には、プリント基板に実装されたスイッチング素子の電極部と冷却体の間に、弾性および粘着性を有するシリコーンゴムからなる放熱部材を押し潰すように配置する電力変換装置の構造について記載されている。放熱部材として、弾性と粘着性とを有するシリコーンゴムからなる放熱部材を用いるため、放熱部材が変形して電極部表面の微細な凹凸に入りこみ、電極部と放熱部材の接触熱抵抗を小さくできる。また、放熱部材が粘着性を有するため、スイッチング素子を実装したプリント基板と放熱部材と冷却体を組み合わせる際に、放熱部材がスイッチング素子の電極から外れる可能性を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１３５９３７号公報
【特許文献２】特開平１０−３０８４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置の冷却構造では、スイッチング素子の電極部に金属などの高熱伝導材からなる熱拡散板を接触させて配置するため、電極部表面と熱拡散板表面の粗さに起因して、電極部と熱拡散板の接触面に微小な隙間が形成される。この微小な隙間に、熱伝導率の極めて低い空気が入り込むため、電極部と熱拡散板の接触熱抵抗が大きくなり放熱性が低下するという課題がある。【０００７】
また、特許文献１に記載の冷却構造を製造する場合、熱拡散板がスイッチング素子の電極部に固定されていないため、スイッチング素子を表面実装したプリント基板と熱拡散板と熱伝導ゴムと冷却体を組み合わせる際に、熱拡散板がスイッチング素子の電極から外れるおそれがある。熱拡散版がスイッチング素子の電極から外れると、スイッチング素子で生じた熱を熱拡散板と熱伝導ゴムを介して冷却体に放熱できなくなり、スイッチング素子の温度が上昇するという課題がある。【０００８】
特許文献２には、放熱部材としてシリコーンゴムを用いる電力変換装置の放熱構造について記載されているが、シリコーンゴムの熱伝導率は、金属の熱伝導率の１／１００以下程度しかなく、スイッチング素子の電極部と冷却体の間の放熱経路として、シリコーンゴムからなる放熱部材のみを配置すると、高い放熱性が得られないという課題がある。【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高い放熱性が得られ、かつ、組み立てが容易である電力変換装置及び電力変換装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電力変換装置は、第１放熱体と、第１放熱体と対向する第２放熱体と、表面に第１回路パターンが形成され、裏面が第１放熱体と対向するプリント基板と、第１放熱体とプリント基板との間に設けられた第１絶縁部材と、裏面が第１接合部材を介して第１回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、電極部に電気的に接合された半導体チップと、電極部の表面側の一部及び半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、裏面が電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、一端が第１固定部材を介して電極部の表面に接合され、他端がスイッチング素子の樹脂部の第２放熱体と対向する面と、第２放熱体との間に設けられた放熱部材と、第２放熱体と、放熱部材との間に狭持された第２絶縁部材と、一端が第１放熱体に、他端が第２放熱体にそれぞれ結合され、第１放熱体と第２放熱体とを固定する据付部と、を備える。【００１１】
本発明に係る電力変換装置の製造方法は、プリント基板の表面に形成された第１回路パターン上に、第１接合部材及び第２接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、金属板からなる電極部と、電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、電極部の表面側の一部、リード端子の他端及び半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子を、電極部が第１接合部材上に、リード端子が第２接合部材上に、それぞれ位置するように配置し、スイッチング素子の電極部の表面側の露出面に、第１固定部材を配置し、放熱部材の一端が第１固定部材の表面に、放熱部材の他端がスイッチング素子の樹脂部表面に、それぞれ位置するように配置する配置工程と、第１回路パターンへの電極部の電気的接合と、第１回路パターンへのリード端子の電気的接合と、電極部への放熱部材の一端の接合と、を第１接合部材及び第２接合部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、第１放熱体の表面に、第１絶縁部材を配置、第１絶縁部材の表面上にプリント基板を配置、放熱部材の他端の表面上に第２絶縁部材を配置、第２絶縁部材上に第２放熱体をそれぞれ配置して、第１放熱体と第２放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る電力変換装置によれば、半導体チップで発生した熱を複数の放熱経路を用いて放熱体へ放熱することができるため、高い放熱性を得ることができる。【００１３】
本発明に係る電力変換装置の製造方法によれば、第１回路パターンへの電極部の電気的接合と、第１回路パターンへのリード端子の電気的接合と、電極部への第１固定部の接合とを、第１接合部材、第２接合部材及び第３接合部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けで同時に行うため、電力変換装置の組み立てを簡易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置のスイッチング素子と放熱部材の斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る電力変換装置１００の斜視図である。図２、３は、本実施の形態１に係る電力変換装置１００の変形例を示す斜視図である。図４は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、電力変換装置１００は、第１放熱体５０と、第１放熱体５０と対向するプリント基板１と、第１放熱体５０とプリント基板１との間に設けられた第１絶縁部材４０と、プリント基板１の上に電気的に接合されたスイッチング素子１０と、スイッチング素子１０の一部と第１固定部材３２によって接合された放熱部材２０と、第１放熱体５０と対向する第２放熱体５１と、放熱部材２０と第２放熱体５１との間に狭持された第２絶縁部材４１と、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを固定する据付部５２と、によって構成される。
【００１６】
電力変換装置１００は、図１ないし図３に示すハーネス４によって外部電源へと接続されている。ハーネス４は、第１回路パターン２ａあるいは第１回路パターン２ｂのいずれか一方に電気的に接続されており、ハーネス４を利用して、外部電源から電力変換装置１００のスイッチング素子１０へと電力が供給される。
【００１７】
プリント基板１は、第１主面１ａと第２主面１ｂとで構成される。プリント基板１は、第１絶縁部材４０を介して第１放熱体５０に固定されている。プリント基板１は、熱伝導率が低い材料で構成され、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等である。また、プリント基板１を構成する材料は、熱伝導率が低い材料として、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミック等で構成されてもよい。
【００１８】
図４に示すように、プリント基板１の第１主面１ａ上には、第１回路パターン２ａ，２ｂが形成されている。第１回路パターン２ａ，２ｂの厚さは１μｍ以上２０００μｍ以下である。第１回路パターン２ａ，２ｂは、導電性材料から形成され、例えば、ニッケル、金、アルミニウム、銀、錫、あるいは、それらの合金等で構成される。なお、第１回路パターン２ａ，２ｂは、プリント基板１の第１主面１ａ上に限定されず、第２主面１ｂ上、プリント基板１の内部等に設けられてもよい。
【００１９】
スイッチング素子１０は、プリント基板１の第１主面１ａ上に電気的に接合される。スイッチング素子１０の個数とプリント基板１の第１主面１ａ上での配置は、適用する電力変換装置に応じて適宜選択される。
【００２０】
スイッチング素子１０は、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード等のパワー半導体素子である。
【００２１】
図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の斜視図である。図４、図５に示すように、スイッチング素子１０は、半導体チップ１０ａと、電極部１０ｂと、ワイヤ１０ｄと、リード端子１０ｃと、樹脂部１０ｅとで構成される。半導体チップ１０ａは、電極部１０ｂに電気的に接合されている。電極部１０ｂは、例えば金属板である。電極部１０ｂは、樹脂部１０ｅの側面から突出している。また、半導体チップ１０ａは、ワイヤ１０ｄによってリード端子１０ｃと電気的に接続されている。リード端子１０ｃは、樹脂部１０ｅの電極部１０ｂが突出した側面と反対側の側面から突出している。樹脂部１０ｅは、半導体チップ１０ａと、電極部１０ｂ、ワイヤ１０ｄ及びリード端子１０ｃのそれぞれ一部を内部に封止している。スイッチング素子１０の電極部１０ｂで第１回路パターンと電気的に接合される面を放熱面１０ｆ、放熱面１０ｆの反対側で樹脂部１０ｅに封止された面を封止面１０ｇと呼ぶ。また、樹脂部１０ｅの側面から突出した電極部１０ｂの放熱面１０ｆに対する反対側の表面を露出面と呼ぶ。
【００２２】
半導体チップ１０ａは、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド、ガリウム砒素等によって構成されている。
【００２３】
電極部１０ｂと第１回路パターン２ａは、第１接合部材３０によって電気的に接合され、リード端子１０ｃと第１回路パターン２ｂは、第２接合部材３１によって電気的に接合される。
【００２４】
プリント基板１の第１主面１ａに、スイッチング素子１０が複数配置されている場合、配置されたスイッチング素子１０間の第１回路パターン２ｃ上に、第３接合部材９１を介して電子部品９０が表面実装されていてもよい。電子部品９０は、例えば、表面実装型のチップ抵抗、チップコンデンサ、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）部品等である。また、電子部品９０が、スルーホール部品の場合、配置されたスイッチング素子１０間には、スルーホール部品を実装するためのスルーホールと回路パターンが形成される。なお、電子部品９０の個数と配置は、適用する電力変換装置に応じて適宜選択される。
【００２５】
第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１は、導電性を有しており、例えば、はんだ、導電性接着剤等の接合材料によって構成されている。
【００２６】
放熱部材２０は、スイッチング素子１０の電極部１０ｂに、第１固定部材３２によって接合される第１固定部２０ａと、スイッチング素子１０の封止面１０ｇ上に機械的に固定された放熱部２０ｂとによって構成されている。
【００２７】
なお、放熱部２０ｂは、スイッチング素子１０の樹脂部１０ｅの第２放熱体５１と対向する面である封止面１０ｇと、第２放熱体５１との間に設けられていればよく、スイッチング素子１０の封止面１０ｇ上に機械的に固定されていなくてもよい。また、放熱部２０ｂの第２放熱体５１と対向する面は、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと同等、またはそれ以上の面積を有することが好ましい。
【００２８】
図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の変形例を示す斜視図である。図６に示す、放熱部２０ｂは、ウェーブ状に形成されている。
【００２９】
放熱部材２０は、高い熱伝導率を有しており、例えば、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、金、銀等の高熱伝導材料で構成される。また、放熱部材２０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等のいずれかの表面に、ニッケルめっき膜、金めっき膜、錫めっき膜、銅めっき膜のいずれかがめっきされた高熱伝導材料を用いてもよい。また、放熱部材２０として、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのセラミック材料の表面に、ニッケルめっき膜、金めっき膜、錫めっき膜、銅めっき膜のいずれかがめっきされた高熱伝導材料を用いてもよい。また、放熱部材２０は、例えば、熱伝導率の高い樹脂の表面に、ニッケルめっき膜、金めっき膜、錫めっき膜、銅めっき膜のいずれかがめっきされた高熱伝導材料を用いてもよい。
放熱部材２０は、厚さが０．１ｍｍから３ｍｍの間で、熱伝導率の高い板状の部材からなる。また、放熱部材２０は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。
【００３０】
第１固定部材３２は、高い熱伝導率を有する材料から構成され、例えば、熱伝導性接着剤、導電性接着剤、はんだ等である。
【００３１】
第１絶縁部材４０は、第１放熱体５０と、プリント基板１の第２主面１ｂと、によって狭持されている。なお、第１絶縁部材４０が粘着性を有する材料で構成されている場合は、第１絶縁部材４０は各部材と接合されている。
第２絶縁部材４１は、第２放熱体５１と、放熱部材２０の放熱部２０ｂと、によって狭持されている。なお、第２絶縁部材４１が、粘着性を有する材料で構成されている場合は、第２絶縁部材４１は各部材と接合されている。
【００３２】
第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１は、電気絶縁性を有しており、かつ、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１は、さらに、良好な弾性、つまり、１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下のヤング率を有することが好ましい。
【００３３】
第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１は、絶縁性に優れた材料で構成され、例えば、シリコン、ウレタン等のゴム材、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フェノール等の樹脂材である。また、第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１を構成する材料は、例えば、ポリイミド等の高分子材料を用いてもよい。また、第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１を構成する材料として、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミック材料、あるいはシリコンを主原料とするフェイズチェンジマテリアル等のシリコン樹脂に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の粒子のいずれかを混入させた材料等を用いてもよい。
【００３４】
第１放熱体５０と第２放熱体５１とは対向しており、第１放熱体５０の第２放熱体５１と対向する面を第１放熱体５０の表面とし、第２放熱体５１の第１放熱体５０と対向する面を第２放熱体５１の裏面とする。第１放熱体５０の表面上には、第１絶縁部材４０を介してプリント基板１が設けられ、第２放熱体５１の裏面は、第２絶縁部材４１を介して放熱部２０ｂの上に固定されている。第１放熱体５０と第２放熱体５１は、第１放熱体５０及び第２放熱体５１にそれぞれ結合された据付部５２によって固定されている。
【００３５】
また、第１絶縁部材４０は、第１放熱体５０の表面とプリント基板１の間に挟持され、第２絶縁部材４１は、第２放熱体５１の裏面と放熱部２０ｂの間に挟持され、第１放熱体５０と第２放熱体５１は、第１放熱体５０及び第２放熱体５１にそれぞれ結合された据付部５２によって固定されてもよい。
【００３６】
据付部５２は、スペーサー５２ａと、締結部材５２ｂとで構成される。スイッチング素子１０は、据付部５２による締め付けによって、第１放熱体５０と第２放熱体５１により押圧される。具体的には、締結部材５２ｂによる締め付けによって、第１放熱体５０と第２放熱体５１とにより、スイッチング素子１０が押圧される。
【００３７】
スペーサー５２ａは、図１に示すように複数のスイッチング素子１０を取り囲むように設けられる構成、図２に示すように第１放熱体５０の対辺に設けられる構成、あるいは、図３に示すように第１放熱体５０の頂点付近に設けられる構成とすることができる。すなわち、適用する電力変換装置の仕様に応じて適宜選択される。図１ないし図３では、スペーサー５２ａを第１放熱体５０に設ける構成を示しているが、スペーサー５２ａは第２放熱体５１に設けられてもよい。
【００３８】
第１放熱体５０と第２放熱体５１とによるスイッチング素子１０の方向への押圧によって、第１放熱体５０内に設けられたプリント基板１、スイッチング素子１０、放熱部材２０、第１接合部材３０、第２接合部材３１、第１固定部材３２、第１絶縁部材４０及び第２絶縁部材４１が押圧されることにより、電力変換装置１００が構成される。なお、据付部５２による第１放熱体５０と第２放熱体５１の固定は、上述に限られるものではなく、スペーサー５２ａと、第１放熱体５０及び第２放熱体５１との溶接、あるいは、図示されない弾性部材を用いて第１放熱体５０及び第２放熱体５１によってスペーサー５２ａが挟持される構成であってもよい。
【００３９】
第１放熱体５０と第２放熱体５１は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する冷却体で構成される。第１放熱体５０と第２放熱体５１を構成する材料として、例えば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金、アルミニウム合等の金属材料、あるいは、熱伝導率の高い樹脂等が挙げられる。
【００４０】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１００の製造方法について説明する。なお、第１放熱体５０側を下部、第２放熱体５１側を上部として説明する。
【００４１】
実施の形態１に係る電力変換装置１００の製造方法として、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１がはんだであり、第１固定部材３２の融点が、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１の融点以下のはんだである場合（以下、条件１とする。）と、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１がはんだであり、第１固定部材３２が、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１の融点を超過する耐熱性を有する熱伝導性接着剤または導電性接着剤である場合（以下、条件２とする。）について説明する。
【００４２】
（条件１の場合）
接合部材形成工程では、第１回路パターン２ａ、２ｂ、２ｃが形成されているプリント基板１の第１主面１ａ上に、印刷機を用いて第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１をそれぞれ塗布する。
【００４３】
配置工程では、電極部１０ｂと、電極部１０ｂ上に電気的に接合された半導体チップ１０ａと、一端がワイヤ１０ｄによって半導体チップ１０ａに電気的に接合されたリード端子１０ｃと、電極部１０ｂの表面側の一部、リード端子１０ｃの他端及び半導体チップ１０ａを封止する樹脂部１０ｅと、を有するスイッチング素子１０を、電極部１０ｂが第１接合部材３０上に、リード端子１０ｃが第２接合部材３１上に、それぞれ位置するように電子部品実装機を用いて配置する。また、第３接合部材９１の上に電子部品９０を、電子部品実装機を用いて配置して、スイッチング素子１０の電極部１０ｂの表面側の露出面に、電子部品実装機を用いて第１固定部材３２を配置して、放熱部材２０の第１固定部２０ａが第１固定部材３２の表面に、放熱部材２０の放熱部２０ｂがスイッチング素子１０の封止面１０ｇに、それぞれ位置するように電子部品実装機を用いて放熱部材２０を配置する。
【００４４】
接合工程では、第１回路パターン２ａへの電極部１０ｂの電気的接合と、第１回路パターン２ｂへのリード端子１０ｃの電気的接合と、第１回路パターン２ｃへの電子部品９０の電気的接合と、電極部１０ｂへの第１固定部２０ａの接合とを、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う。
【００４５】
固定工程では、第１放熱体５０の表面に、第１絶縁部材４０を配置、第１絶縁部材４０の表面上にプリント基板１の第２主面が位置するようにプリント基板１を配置、放熱部材２０の放熱部２０ｂ上に第２絶縁部材４１を配置、第２絶縁部材４１上に第２放熱体５１をそれぞれ配置して、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを据付部５２によって固定する。
【００４６】
（条件２の場合）
配置工程では、電極部１０ｂと、電極部１０ｂ上に電気的に接合された半導体チップ１０ａと、一端がワイヤ１０ｄによって半導体チップ１０ａに電気的に接合されたリード端子１０ｃと、電極部１０ｂの表面側の一部、リード端子１０ｃの他端及び半導体チップ１０ａを封止する樹脂部１０ｅと、を有するスイッチング素子１０の電極部１０ｂの表面側の露出面に、電子部品実装機を用いて第１固定部材３２を配置して、スイッチング素子１０の封止面１０ｇ上に放熱部材２０の第１固定部２０ａが、第１固定部材３２の上に、放熱部材２０の放熱部２０ｂがそれぞれ位置するように電子部品実装機を用いて放熱部材２０を配置する。
【００４７】
放熱部材接合工程では、第１固定部材３２によって、スイッチング素子１０の電極部１０ｂへ放熱部材２０の第１固定部２０ａを接合する。
【００４８】
接合部材形成工程では、第１回路パターン２ａ、２ｂ、２ｃが形成されているプリント基板１の第１主面１ａ上に、印刷機を用いて第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１をそれぞれ塗布する。
【００４９】
接合工程では、第１接合部材３０の上に電極部１０ｂが、第２接合部材３１の上にリード端子１０ｃがそれぞれ位置するようにスイッチング素子１０を、電子部品実装機を用いて配置する。また、第３接合部材９１の上に電子部品９０を、電子部品実装機を用いて配置して、第１回路パターン２ａへの電極部１０ｂの電気的接合と、第１回路パターン２ｂへのリード端子１０ｃの電気的接合と、第１回路パターン２ｃへの電子部品９０の電気的接合を、第１固定部材３２の融点未満の温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けで同時に行う。
【００５０】
固定工程では、第１放熱体５０の表面に、第１絶縁部材４０を配置、第１絶縁部材４０の表面上にプリント基板１の第２主面が位置するようにプリント基板１を配置、放熱部材２０の放熱部２０ｂ上に第２絶縁部材４１を配置、第２絶縁部材４１上に第２放熱体５１をそれぞれ配置して、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを据付部５２によって固定する。
【００５１】
実施の形態１に係る電力変換装置１００の製造方法では、条件１の場合、第１回路パターン２ａへの電極部１０ｂの電気的接合と、第１回路パターン２ｂへのリード端子１０ｃの電気的接合と、第１回路パターン２ｃへの電子部品９０の電気的接合と、電極部１０ｂへの第１固定部２０ａの接合とを、第１接合部材３０、第２接合部材３１及び第３接合部材９１のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けで同時に行うため、放熱部材２０をスイッチング素子１０の電極部１０ｂへ接合するための新たな製造工程を設ける必要がなく、実施の形態１に係る電力変換装置１００の組み立てを簡易化できる。
【００５２】
条件２の場合、第１回路パターン２ａへの電極部１０ｂの電気的接合と、第１回路パターン２ｂへのリード端子１０ｃの電気的接合と、第１回路パターン２ｃへの電子部品９０の接合を、第１固定部材３２の融点よりも低い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けで同時に行うため、スイッチング素子１０を放熱部材２０に接合した状態で製造工程に部品供給することができ、実施の形態１に係る電力変換装置１００の組み立てを簡易化できる。
【００５３】
また、スイッチング素子１０の電極部１０ｂの封止面１０ｇ側で樹脂部１０ｅに覆われていない部分に放熱部材２０を第１固定部材３２で接合するため、電力変換装置１００を組み立てる際に、スイッチング素子の電極部１０ｂから放熱部材２０が外れないよう注意する必要がなく、実施の形態１に係る電力変換装置１００の組み立てを簡易化できる。
【００５４】
従来の製造方法を用いて、実施の形態１に係る電力変換装置１００を製造した場合、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを、据付部５２によって固定する際に、放熱部材２０の加工精度に起因して、放熱部材２０の放熱部２０ｂと第２絶縁部材４１との間、第２絶縁部材４１と第２放熱体５１との間に隙間ができ、半導体チップ１０ａで発生した熱を電極部１０ｂと、第１固定部材３２と、放熱部材２０と、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱する放熱経路の放熱性が低下するおそれがある。
しかし、実施の形態１に係る電力変換装置１００の製造方法では、条件２の場合、第１固定部材３２として、一定の時間をかけて固まる熱伝導接着剤または導電性接着剤を用いることにより、第１固定部材３２が固まる前に第１放熱体５０と第２放熱体５１とを、据付部５２によって固定できるため、第１放熱体５０と第２放熱体５１によるスイッチング素子１０の方向への押圧によって第１固定部材３２が変形して、放熱部材２０の放熱部２０ｂと第２絶縁部材４１との間、第２絶縁部材４１と第２放熱体５１との間に隙間ができるといった不具合の発生を抑制することができる。
よって、放熱部材２０の加工精度に起因する電力変換装置１００の放熱性の低下を考慮した熱設計を不要にできる。
【００５５】
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１００が奏する効果について説明する。
【００５６】
電力変換装置１００の動作に伴い、導通損失あるいはスイッチング損失として半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１固定部材３２と、放熱部材２０と、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱する。引用文献１に記載の電力変換装置では、第１固定部材３２を用いないため、電極部１０ｂと放熱部材２０の表面粗さに起因して、電極部１０ｂと放熱部材２０の接触面に微小な隙間が形成され、かかる隙間に熱伝導率が極めて低い空気が入り込むため、電極部１０ｂと放熱部材２０の接触熱抵抗が大きくなるおそれがあった。
一方、実施の形態１に係る電力変換装置１００では、電極部１０ｂと放熱部材２０とが第１固定部材３２によって接合されるため微小な隙間は形成されず、空気の熱伝導率０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の高い第１固定部材３２を用いることによって、電極部１０ｂと放熱部材２０の接触熱抵抗を著しく小さくできる。
【００５７】
また、第２絶縁部材４１は、良好な弾性を有するため、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと第２放熱体５１の間で第２絶縁部材４１が押し潰され、封止面１０ｇと第２絶縁部材４１の間、第２絶縁部材４１と第２放熱体５１の間に微小な隙間が形成されない。さらに、第２絶縁部材４１として、空気の熱伝導率０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の高い材料を用いることによって、封止面１０ｇ及び第２絶縁部材４１の接触熱抵抗と、第２絶縁部材４１及び第２放熱体５１の接触熱抵抗とを小さくできる。
【００５８】
また、放熱部材２０を熱伝導率の高い材料を用いて構成することによって、電極部１０ｂと第２絶縁部材４１の間の熱抵抗を著しく小さくできる。この結果、電力変換装置１００の放熱性を向上することができる。したがって、電力変換装置１００の動作に伴うスイッチング素子１０の温度上昇を抑制できる。この結果、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、高出力での動作が可能となる。
【００５９】
また、電力変換装置１００は、半導体チップ１０ａで発生した熱を放熱する放熱経路として、電極部１０ｂと、第１固定部材３２と、放熱部材２０と、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱する第１放熱経路に加え、封止面１０ｇから放熱部２０ｂと、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱する第２放熱経路と、電極部１０ｂと、第１接合部材３０と、第１回路パターン２ａと、プリント基板１と、第１絶縁部材４０とを経由して第１放熱体５０へと放熱する第３放熱経路がある。複数の放熱経路を設けることで、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置１００の放熱性を向上することでき、電力変換装置１００の動作に伴うスイッチング素子１０の温度上昇を抑制できる。この結果、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、高出力での動作が可能となる。
【００６０】
また、放熱部材２０の放熱部２０ｂは、図６に示すようにウェーブ状の構造の場合、封止面１０ｇと第２絶縁部材４１の接触面積、および第２絶縁部材４１と第２放熱体５１の接触面積を広くすることができる。放熱部２０ｂの形状をウェーブ状の構造とするため、電力変換装置１００は、封止面１０ｇと第２絶縁部材４１の接触熱抵抗と、第２絶縁部材４１と第２放熱体５１の接触熱抵抗を更に小さくでき、第１放熱経路の放熱性を高めることができる。
【００６１】
プリント基板１にスイッチング素子１０と電子部品９０とをリフロー方式ではんだ付けする際に、プリント基板１とスイッチング素子１０間と、プリント基板１と電子部品９０間との線膨張係数の違いにより、プリント基板１が反る場合がある。プリント基板１の反りによって、プリント基板１と第１絶縁部材４０の間、あるいは第１絶縁部材４０と第１放熱体５０の表面との間に隙間ができると、半導体チップ１０ａで発生した熱を電極部１０ｂと、第１接合部材３０と、第１回路パターン２ａと、プリント基板１と、第１絶縁部材４０とを経由して第１放熱体５０へと放熱する第３放熱経路の放熱性が低下する。
実施の形態１に係る電力変換装置１００では、第１放熱体５０の表面に、第１絶縁部材４０を介してスイッチング素子１０を備えたプリント基板１が設けられ、放熱部材２０の放熱部２０ｂの上に設けられた第２絶縁部材４１を介して第２放熱体５１が設けられている。第１放熱体５０と第２放熱体５１は、据付部５２によって固定されている。このとき、プリント基板１のスイッチング素子１０の配置されている箇所で、第１絶縁部材４０と、放熱部材２０と、スイッチング素子１０と、第２絶縁部材４１とを介して、プリント基板１が第２放熱体５１と第１放熱体５０の間で押圧される状態になるように、第１放熱体５０と第２放熱体５１は、据付部５２によって固定されている。その結果、プリント基板１の反りによって生じるプリント基板１と第１絶縁部材４０との間及び第１絶縁部材４０と第１放熱体５０の表面との間の隙間がなくなるように、プリント基板１の反りが抑制され、プリント基板１のスイッチング素子１０が配置されている箇所では、プリント基板１の第２主面１ｂと第１絶縁部材４０及び第１絶縁部材４０と第１放熱体５０の表面をそれぞれ安定に接触させることができる。したがって、プリント基板１の反りに起因する、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置１００の放熱性の低下を考慮した熱設計が不要となる。
【００６２】
また、プリント基板１の第１主面１ａにスイッチング素子１０が複数配置されている場合、各スイッチング素子１０が配置された箇所でプリント基板１の反りを抑制できるため、各スイッチング素子１０の間に設けられた電子部品９０が配置された箇所のプリント基板１の反りも抑制することができる。その結果、各スイッチング素子１０の間に電子部品９０を実装する場合、プリント基板１の反りにより加わる電子部品９０への応力と、電子部品９０を第１回路パターン２ｃに接合する第３接合部材９１への応力を考慮した設計が不要となる。
【００６３】
電極部１０ｂと第１固定部２０ａとは、第１固定部材３２によって接合されているため、特許文献１及び特許文献２にそれぞれ記載された電力変換装置よりも放熱部材２０の機械的固定を強固にでき、その結果、電力変換装置１００の耐振動性を向上できる。
【００６４】
放熱部材２０、第１放熱体５０及び第２放熱体５１が金属からなる場合、放熱部材２０、第１放熱体５０及び第２放熱体５１が電磁シールドの役割を果たすため、電力変換装置１００の周囲に配置される電子機器などから放出される電磁波ノイズと、半導体チップ１０ａから発生する電磁波ノイズの電力変換装置１００の外部への放出とを遮断することが可能となり、電力変換装置１００と電力変換装置１００の周囲に配置される他の電子機器の誤動作を抑制できる。
【００６５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る電力変換装置２００の構成について説明する。なお、実施の形態１と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００６６】
図７は、実施の形態２に係る電力変換装置２００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の斜視図である。実施の形態２に係る電力変換装置２００のスイッチング素子１０は、電極部１０ｂに貫通孔１１ａが設けられ、放熱部材２０の放熱部２０ｂは、突起部２１ａが設けられている。
【００６７】
突起部２１ａは、例えば、金属板の絞り加工により形成される。なお、突起部２１ａの形成は上述に限定されるものではなく、例えば、鋳造による形成、セラミック材料の射出成形、鋳込成形による形成、金属やセラミックの切削加工による形成のいずれかを用いてもよい。
【００６８】
実施の形態２に係る電力変換装置２００では、突起部２１ａが電極部１０ｂの貫通孔１１ａに嵌合されることで、第１固定部材３２を介して放熱部材２０をスイッチング素子１０の電極部１０ｂ上に配置する際、放熱部材２０が所定の位置からずれることを防止できる。
【００６９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る電力変換装置３００の構成について説明する。なお、実施の形態１、２と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００７０】
図８は、実施の形態３に係る電力変換装置３００の断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置３００は、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと、放熱部材２０の放熱部２０ｂとの間に熱伝導部材４５を有している。
【００７１】
熱伝導部材４５は、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと、放熱部材２０の放熱部２０ｂと、によって狭持されている。なお、熱伝導部材４５が粘着性を有する材料で構成されている場合は、第１絶縁部材４０は各部材と接合されている。
【００７２】
熱伝導部材４５は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。熱伝導部材４５は、例えば、熱伝導性グリス、熱伝導性シート、熱伝導性接着剤等である。
【００７３】
実施の形態３に係る電力変換装置３００では、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと、放熱部材２０の放熱部２０ｂとを熱伝導部材４５を介して接触させるため、封止面１０ｇと放熱部２０ｂとの表面粗さに起因する微小な隙間の形成を抑制でき、半導体チップ１０ａで発生した熱を、封止面１０ｇから放熱部２０ｂと、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱する第２放熱経路の放熱性を高めることができる。
【００７４】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る電力変換装置４００の構成について説明する。なお、実施の形態１、２、３と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００７５】
図９は、実施の形態４に係る電力変換装置４００の断面図である。実施の形態４に係る電力変換装置４００は、スイッチング素子１０の封止面１０ｇと、放熱部材２０の放熱部２０ｂとの間に間隙を設けている。
【００７６】
封止面１０ｇと放熱部２０ｂとの間に間隙を設けているため、第２放熱経路による放熱はなくなり、放熱効果が低減されてしまうものの、第２放熱経路は、第１放熱経路あるいは第３放熱経路と比較して放熱量が小さいため、電力変換装置の放熱性向上を阻害しない。
【００７７】
実施の形態４に係る電力変換装置４００では、放熱部２０ｂと、封止面１０ｇとの間に間隙を設けているため、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを、据付部５２によって固定する際に、第２絶縁部材４１を介して、放熱部材２０の放熱部２０ｂからスイッチング素子１０の樹脂部１０ｅに加わる応力を緩和できる。したがって、スイッチング素子１０の樹脂部１０ｅに加わる応力を考慮した設計を不要にできる。
【００７８】
図１０は、実施の形態４に係る電力変換装置４００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の変形例を示す斜視図である。図１０に示す、放熱部材２０は、バネ部２０ｃを有する。
【００７９】
放熱部材２０がバネ部２０ｃを有する場合、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを、据付部５２によって固定する際に、第２絶縁部材４１を介して、放熱部材２０が第２放熱体５１に押圧され、第１固定部２０ａと第１固定部材３２の接合面に加わる応力を緩和できる。したがって、第１固定部２０ａと第１固定部材３２の接合面に加わる応力を考慮した設計を不要にできる。
【００８０】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る電力変換装置５００の構成について説明する。なお、実施の形態１、２、３、４と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００８１】
図１１は、実施の形態５に係る電力変換装置５００の断面図である。図１２は、実施の形態５に係る電力変換装置５００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の斜視図である。図１３は、実施の形態５に係る電力変換装置５００のスイッチング素子１０と放熱部材２０の変形例を示す斜視図である。なお、実施の形態５に係る電力変換装置５００では、第１回路パターン上に接合された固定部材を第２固定部材３３と称する。
【００８２】
実施の形態５に係る電力変換装置５００の放熱部材２０は、第２固定部材３３を介してプリント基板１の第１主面１ａ上に形成される第１回路パターン２ｃに接合された第２固定部２２ａをさらに有している。なお、第１回路パターン２ｃは、電力変換装置５００の動作に伴い通電されてもよいし、されなくてもよい。また、第１回路パターン２ｄは、第１回路パターン２ａと熱結合され、第１回路パターン２ａと一体に形成する構成としてもよい。
【００８３】
第２固定部材３３は、高い熱伝導率を有する材料から構成され、例えば、熱伝導性接着剤、導電性接着剤、はんだ等が挙げられる。
【００８４】
実施の形態５に係る電力変換装置５００では、放熱部材２０は、第１固定部２０ａとスイッチング素子１０の電極部１０ｂとの電気的接合に加え、第２固定部２２ａとプリント基板１の第１主面１ａに形成される第１回路パターン２ｃとも接合されるため、放熱部材２０の機械的固定を強固にでき、この結果、実施の形態５に係る電力変換装置５００の耐振動性を向上できる。
【００８５】
また、第１回路パターン２ａ、２ｃが熱結合されている場合、半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１回路パターン２ａと、第１回路パターン２ｃと、第２固定部材３３と、放熱部材２０と、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱することができる。したがって、半導体チップ１０ａで発生した熱を放熱する放熱経路を増やすことができ、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置５００の放熱性を高めることができる。
【００８６】
さらに、図１３に示すように、放熱部材２０は、第２固定部２２ａに加え、第２固定部２２ｂと、第２固定部２２ｃとをさらに有する構成としてもよい。第２固定部２２ｂと第２固定部２２ｃは、固定部材によって、プリント基板１の第１主面１ａに接合される。図１３に示された放熱部材２０の構成の場合、放熱部材２０を複数の固定部によってプリント基板１の第１主面１ａに接合できるため、放熱部材２０の機械的固定をさらに強固にできる。また、放熱部材２０が金属で形成される場合、放熱部材２０が電磁シールドの役割を果たし、スイッチング素子１０の動作により周囲に放出される電磁波によって、スイッチング素子１０の周辺に配置された電子部品９０等の誤動作を防止できる。
【００８７】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る電力変換装置６００の構成について説明する。なお、実施の形態１、２、３、４、５と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００８８】
図１４は、実施の形態６に係る電力変換装置６００の断面図である。実施の形態６に係る電力変換装置６００は、プリント基板１の第２主面１ｂに設けられた第２回路パターン３と、プリント基板１の内部に、一端が第１回路パターン２ａと、他端が第２回路パターン３と接している複数のビア６０が設けられている。
【００８９】
第２回路パターン３は、電力変換装置６００の動作に伴い通電されてもよいし、されなくてもよい。
【００９０】
ビア６０は、プリント基板１の第１主面１ａから第２主面１ｂまで貫通した孔で、円柱形上であり、その直径は０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。ビア６０は、一端がプリント基板１の第１主面１ａに、他端がプリント基板１の第２主面１ｂにそれぞれ接合されている。また、ビア６０の内壁面には導体膜が形成されていてもよい。ビア６０の内壁面に導体膜が形成される場合、その導体膜の厚さは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。なお、ビア６０は、ビア６０の内部の一部または全部が、熱伝導性接着剤、導電性接着剤、あるいは、はんだにより充填されていてもよい。
【００９１】
プリント基板１のスイッチング素子１０が配置される部分において、ビア６０により、第１主面１ａと第２主面１ｂの間の熱抵抗を低減できる。例えば、プリント基板１がガラス繊維強化エポキシ樹脂からなる場合、プリント基板１の熱伝導率は０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。一方、ビア６０の内壁面上に形成される導体膜が銅からなり、ビア６０の内部がはんだにより充填されている場合、銅の熱伝導率は３７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度で、はんだの熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるため、プリント基板１の熱伝導率と比べ非常に高い。したがって、半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１回路パターン２ａと、ビア６０と、第２回路パターン３と、第１絶縁部材４０とを経由して第１放熱体５０へと放熱する第３放熱経路の放熱性を高めることができる。
【００９２】
図１５は、実施の形態６に係る電力変換装置６００の変形例を示す断面図である。図１５では、プリント基板１の第２主面１ｂに設けられた第２回路パターン３上に、熱拡散板６１を設けた構成を示している。熱拡散板６１は、図示されない固定部材によって第２回路パターン３に接合されている。熱拡散板６１を第２回路パターン３上配置することによって、半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１回路パターン２ａと、ビア６０と、第２回路パターン３と、熱拡散板６１と、第１絶縁部材４０とを経由して第１放熱体５０へと放熱する第３放熱経路において、半導体チップ１０ａで発生した熱を熱拡散板６１の広い面積に拡散することができ、第２回路パターン３と第１絶縁部材４０との間の熱抵抗を小さくできる。したがって、電力変換装置６００の放熱性を高めることができる。
【００９３】
熱拡散板６１は、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、さらに好ましくは１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する。熱拡散板６１の厚さは、０．１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。熱拡散板６１は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、金、銀等の金属材料によって構成される。また、熱拡散板６１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金のいずれかの表面に、ニッケルめっき膜、金めっき膜、錫めっき膜、銅めっき膜のいずれかがめっきされた金属材料を用いてもよい。また、熱拡散板６１は、例えば、熱伝導率の高い樹脂の表面に、ニッケルめっき膜、金めっき膜、錫めっき膜、銅めっき膜のいずれかがめっきされた材料を用いてもよい。
【００９４】
実施の形態６に係る電力変換装置６００は、プリント基板１の第２主面に設けられた第２回路パターン３と、プリント基板１の内部に、一端が第１回路パターン２ａと、他端が第２回路パターン３と接合されている複数のビア６０を有するため、半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１回路パターン２ａと、ビア６０と、第２回路パターン３と、第１絶縁部材４０とを経由して、第１放熱体５０へと放熱する第３放熱経路の放熱性を高めることができる。
【００９５】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る電力変換装置７００の構成について説明する。なお、実施の形態１、２、３、４、５、６と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。
【００９６】
図１６は、実施の形態７に係る電力変換装置７００の断面図である。図１６に示すように電力変換装置７００は、第１放熱体５０と第２放熱体５１との間に封止部材７０が充填され、プリント基板１、スイッチング素子１０、第１固定部材３２及び放熱部材２０を封止している構成である。
【００９７】
封止部材７０は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する材料である。また、封止部材７０は、電気的絶縁性を有し、かつ、１ＭＰａ以上のヤング率を有する。封止部材７０は、例えば、熱伝導性フィラーを含有するポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂材料で構成されている。また、封止部材７０を形成する材料は、例えば、シリコン、ウレタン等のゴム材料を用いてもよい。
【００９８】
実施の形態７に係る電力変換装置７００では、半導体チップ１０ａで発生した熱を、封止部材７０を経由して、第１放熱体５０と第２放熱体５１へと放熱する経路をさらに有する。したがって、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置７００の放熱性を向上できる。
【００９９】
図１７、１８、１９は、実施の形態７に係る電力変換装置７００の変形例を示す断面図である。図１７では、放熱部材２０の放熱部２０ｂと第２放熱体５１との間を封止部材７０で充填した構成を示している。図１８では、プリント基板１と第１放熱体５０との間を封止部材７０で充填した構成を示している。図１９では、放熱部材２０の放熱部２０ｂと第２放熱体５１との間と、プリント基板１と第１放熱体５０との間の両方を封止部材７０で充填した構成を示している。
【０１００】
図１７に示す構成では、第２絶縁部材４１が不要になる。図１８に示す構成では、第１絶縁部材４０が不要になる。図１９に示す構成では、第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１とが不要になる。
【０１０１】
第１放熱体５０と第２放熱体５１との間に封止部材７０を充填する方法を説明する。
【０１０２】
スペーサー５２ａが、図１に示す形状の場合は、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを据付部５２によって固定する前に、封止部材７０を充填する。
【０１０３】
スペーサー５２ａが、図２、３に示す形状の場合は、第１放熱体５０と第２放熱体５１とを据付部５２によって固定して、電力変換装置を製造した後に、製造された電力変換装置を収容可能な筐体内に配置して、封止部材７０を充填する。また、予め封止部材７０が充填された筐体内に電力変換装置を配置してもよい。筐体内に電力変換装置を配置して封止部材７０を充填する場合、複数の電力変換装置と電子部品等を筐体内に配置することによって、より高性能な電力変換装置を製造することができる。
【０１０４】
実施の形態７に係る電力変換装置７００が、図１９に示す構成の場合は、封止部材７０をプリント基板１の第２主面１ｂの位置まで充填して硬化させる。次に、硬化させた封止部材７０の上にさらに封止部材７０を充填して、組み立てられた各部材を封止部材７０内部へ配置した後に、封止部材７０を硬化させる。また、封止部材７０をプリント基板１の第２主面１ｂの位置まで充填して硬化させ、硬化した封止部材７０上に組み立てられた各部材を配置して、封止部材７０を充填してもよい。
【０１０５】
実施の形態７に係る電力変換装置７００は、第１放熱体５０と第２放熱体５１との間が封止部材７０によって充填されているため、半導体チップ１０ａで発生した熱を、封止部材７０を経由して、第１放熱体５０または第２放熱体５１へと放熱する経路をさらに有する。したがって、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置７００の放熱性を向上できる。また、封止部材７０を、第１絶縁部材４０および第２絶縁部材４１として用いることができるため、電力変換装置７００を構成する部品コストを削減できる。さらに、第１放熱体５０と第２放熱体５１間の空間を封止部材７０によって充足できるため、各部品の機械的固定を一層強固にでき、電力変換装置７００の耐振動性を向上できる。
【０１０６】
上述した各実施の形態では、放熱部材を厚さが０．１ｍｍから３ｍｍの間の熱伝導率の高い板状の部材としたが、放熱部材の形状は板材に限定されるものではなく、また、放熱部材の厚さは０．１ｍｍから３ｍｍの間に限定されるものではない。放熱部材は、請求項に記載された特徴を備えるなら、任意の形状と寸法を有することができる。
【０１０７】
本発明は、実施の形態１ないし７で説明した形状に限定されるものでなく、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【０１０８】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０９】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  電力変換装置、
１  プリント基板、１ａ  第１主面、１ｂ  第２主面、
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  第１回路パターン、３  第２回路パターン、４  ハーネス、
１０  スイッチング素子、１０ａ  半導体チップ、１０ｂ  電極部、
１０ｃ  リード端子１０ｃ  ワイヤ、１０ｅ  樹脂部、１０ｆ  放熱面、
１０ｇ  封止面、１１ａ  貫通孔、
２０  放熱部材、２０ａ  第１固定部、２０ｂ  放熱部、２０c  バネ部、
２１ａ  突起部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  第２固定部、
３０  第１接合部材、３１  第２接合部材、３２  第１固定部材、３３  第２固定部材、４０  第１絶縁部材、４１  第２絶縁部材、
５０  第１放熱体、５１  第２放熱体、５２  据付部、
５２ａ  スペーサー、５２ｂ  締結部材、
６０  ビア、６１  熱拡散板、
７０  封止部材、
９０  電子部品、９１  第３接合部材。
【図１】
2019146402.tif 000003
【図２】
2019146402.tif 000004
【図３】
2019146402.tif 000005
【図４】
2019146402.tif 000006
【図５】
2019146402.tif 000007
【図６】
2019146402.tif 000008
【図７】
2019146402.tif 000009
【図８】
2019146402.tif 000010
【図９】
2019146402.tif 000011
【図１０】
2019146402.tif 000012
【図１１】
2019146402.tif 000013
【図１２】
2019146402.tif 000014
【図１３】
2019146402.tif 000015
【図１４】
2019146402.tif 000016
【図１５】
2019146402.tif 000017
【図１６】
2019146402.tif 000018
【図１７】
2019146402.tif 000019
【図１８】
2019146402.tif 000020
【図１９】
2019146402.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月14日(2020.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第１絶縁部材と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
第１固定部である一端が前記第１固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、放熱部である他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体と対向する面と、前記第２放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第２放熱体と、前記放熱部材との間に狭持された第２絶縁部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部材は、第２固定部材を介して前記第１回路パターンに接合された第２固定部をさらに備える電力変換装置。
【請求項２】
前記第１放熱体と前記第２放熱体との間に充填され、前記第１絶縁部材、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第１固定部材、前記放熱部材及び前記第２絶縁部材を封止する封止部材をさらに備える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、前記電極部の表面側の一部及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
第１固定部である一端が前記第１固定部材を介して前記電極部の表面に接合され、放熱部である他端が前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体と対抗する面と、前記第２放熱体との間に設けられた放熱部材と、
前記第１放熱体と前記第２放熱体との間に充填され、前記プリント基板、前記スイッチング素子、前記第１固定部材及び前記放熱部材を封止する封止部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部材は、第２固定部材を介して前記第１回路パターンに接合された第２固定部をさらに備える電力変換装置。
【請求項４】
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に第１絶縁部材が設けられた請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第２放熱体と前記放熱部材との間に第２絶縁部材が設けられた請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１回路パターンに電気的に接合され、外部から前記スイッチング素子に電力を供給するハーネスをさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子の前記樹脂部の前記第２放熱体に対向する面と、前記放熱部材との間に、熱伝導部材が設けられた請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電極部は、貫通孔を有し、
前記放熱部材の一端は、突起部を有し、
前記突起部が前記貫通孔に嵌合された請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記プリント基板は、
裏面に設けられた第２回路パターンと、
前記プリント基板内部に設けられ、一端が前記第１回路パターンに、他端が前記第２回路パターンにそれぞれ接合されたビアと、
を備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２回路パターン上に熱拡散板が接合された請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
プリント基板の表面に形成された第１回路パターン上に、第１接合部材及び第２接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、
金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって前記半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子を、前記電極部が前記第１接合部材上に、前記リード端子が前記第２接合部材上に、それぞれ位置するように配置し、前記スイッチング素子の前記電極部の表面側の露出面に、第１固定部材を配置し、放熱部材の一端が前記第１固定部材の表面に、前記放熱部材の他端が前記スイッチング素子の樹脂部表面に、それぞれ位置するように配置する配置工程と、
前記第１回路パターンへの前記電極部の電気的接合と、前記第１回路パターンへの前記リード端子の電気的接合と、前記電極部への前記放熱部材の一端の接合と、を前記第１接合部材及び前記第２接合部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、
第１放熱体の表面に、第１絶縁部材を配置、前記第１絶縁部材の表面上に前記プリント基板を配置、前記放熱部材の他端の表面上に第２絶縁部材を配置、前記第２絶縁部材上に第２放熱体をそれぞれ配置して、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、
を備える電力変換装置の製造方法。
【請求項１２】
金属板からなる電極部と、前記電極部に電気的に接合された半導体チップと、一端がワイヤによって前記半導体チップに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、を有するスイッチング素子の前記電極部の表面側の露出面に、第１固定部材を配置して、前記第１固定部材の表面に放熱部材の一端が、前記スイッチング素子の表面に前記放熱部材の他端がそれぞれ位置するように前記放熱部材を配置する配置工程と、
前記第１固定部材によって、前記電極部に前記放熱部材の一端を接合する放熱部材接合工程と、
プリント基板の表面に形成された第１回路パターン上に、第１接合部材及び第２接合部材をそれぞれ形成する接合部材形成工程と、
前記電極部が前記第１接合部材上に、前記リード端子が前記第２接合部材上に、それぞれ位置するように前記スイッチング素子を配置して、
前記第１回路パターンへの前記電極部の電気的接合と、前記第１回路パターンへの前記リード端子の電気的接合と、を前記第１固定部材の融点未満の温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けによって同時に行う接合工程と、
第１放熱体の表面に、第１絶縁部材を配置、前記第１絶縁部材の表面上に前記プリント基板の裏面が位置するように前記プリント基板を配置、前記放熱部材の他端の表面上に第２絶縁部材を配置、前記第２絶縁部材上に第２放熱体をそれぞれ配置して、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを据付部によって固定する固定工程と、
前記放熱部材の第２固定部が第２固定部材を介して前記第１回路パターンに接合される工程と、
を備える電力変換装置の製造方法。
【請求項１３】
第１放熱体と、
前記第１放熱体と対向する第２放熱体と、
表面に第１回路パターンが形成され、裏面が前記第１放熱体と対向するプリント基板と、
前記第１放熱体と前記プリント基板との間に設けられた第１絶縁部材と、
裏面が第１接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合された電極部と、前記電極部の表面に電気的に接合された半導体チップと、一端が第２接合部材を介して前記第１回路パターンに電気的に接合されたリード端子と、前記電極部の表面側の一部、前記リード端子の他端及び前記半導体チップを封止する樹脂部と、前記リード端子の他端と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤと、を有するスイッチング素子と、
裏面が前記電極部の表面側の露出面に接合された第１固定部材と、
一端に前記第１固定部材の表面に接合される接合部と、他端に前記スイッチング素子の  前記樹脂部と前記第２放熱体の間に設けられた放熱部とを有する放熱部材と、
前記第２放熱体と前記スイッチング素子との間に狭持された第２絶縁部材と、
一端が前記第１放熱体に、他端が前記第２放熱体にそれぞれ結合され、前記第１放熱体と前記第２放熱体とを固定する据付部と、
を備え、
前記放熱部は、平板であり、
前記接合部と前記放熱部とは、前記接合部に対して傾斜した平板である傾斜部により接続され、前記接合部と前記放熱部と前記傾斜部とは一体に形成され、
前記放熱部材は、第２固定部材を介して前記第１回路パターンに接合された第２固定部をさらに備える電力変換装置。
【請求項１４】
前記放熱部材の前記放熱部は、平板であり、
前記第１固定部と前記放熱部とは、前記第１固定部に対して傾斜した平板である傾斜部により接続され、前記第１固定部と前記放熱部と前記傾斜部とは一体に形成されている、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
一般に電力変換装置には、電力変換装置の動作に伴い発熱するスイッチング素子が含まれる。近年、電力変換装置の小型化、高出力化に対する需要の高まりを受け、電力変換装置の単位体積当たりの発熱量は増加している。スイッチング素子は、電力変換装置の動作に伴う発熱によって温度上昇するので、スイッチング素子の温度によって、周囲の電子部品の許容温度を超えないようにする必要があり、電力変換装置を小型化、高出力化するため、電力変換装置の放熱性を高めることが強く求められている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に係る電力変換装置の製造方法によれば、第１回路パターンへの電極部の電気的接合と、第１回路パターンへのリード端子の電気的接合と、電極部への第１固定部の接合とを、第１接合部材、第２接合部材及び第１固定部材のいずれの融点よりも高い温度で加熱するリフロー方式のはんだ付けで同時に行うため、電力変換装置の組み立てを簡易化できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１は、絶縁性に優れた材料で構成され、例えば、シリコン、ウレタン等のゴム材、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、フェノール等の樹脂材である。また、第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１を構成する材料は、例えば、ポリイミド等の高分子材料を用いてもよい。また、第１絶縁部材４０と第２絶縁部材４１を構成する材料として、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の粒子のいずれかを混入させたセラミック材料、または、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の粒子のいずれかを混入させたシリコン樹脂を用いてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
また、第２絶縁部材４１は、良好な弾性を有するため、放熱部２０ｂと第２放熱体５１の間で第２絶縁部材４１が押し潰され、放熱部２０ｂと第２絶縁部材４１の間、第２絶縁部材４１と第２放熱体５１の間に微小な隙間が形成されない。さらに、第２絶縁部材４１として、空気の熱伝導率０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率の高い材料を用いることによって、放熱部２０ｂ及び第２絶縁部材４１の接触熱抵抗と、第２絶縁部材４１及び第２放熱体５１の接触熱抵抗とを小さくできる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
また、放熱部材２０の放熱部２０ｂは、図６に示すようにウェーブ状の構造の場合、放熱部２０ｂと第２絶縁部材４１の接触面積を広くすることができる。放熱部２０ｂの形状をウェーブ状の構造とするため、電力変換装置１００は、放熱部２０ｂと第２絶縁部材４１の接触熱抵抗を更に小さくでき、第１放熱経路の放熱性を高めることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
実施の形態５に係る電力変換装置５００の放熱部材２０は、第２固定部材３３を介してプリント基板１の第１主面１ａ上に形成される第１回路パターン２ｄに接合された第２固定部２２ａをさらに有している。なお、第１回路パターン２ｄは、電力変換装置５００の動作に伴い通電されてもよいし、されなくてもよい。また、第１回路パターン２ｄは、第１回路パターン２ａと熱結合され、第１回路パターン２ａと一体に形成する構成としてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
実施の形態５に係る電力変換装置５００では、放熱部材２０は、第１固定部２０ａとスイッチング素子１０の電極部１０ｂとの電気的接合に加え、第２固定部２２ａとプリント基板１の第１主面１ａに形成される第１回路パターン２ｄとも接合されるため、放熱部材２０の機械的固定を強固にでき、この結果、実施の形態５に係る電力変換装置５００の耐振動性を向上できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
また、第１回路パターン２ａ、２ｄが熱結合されている場合、半導体チップ１０ａで発生した熱を、電極部１０ｂと、第１回路パターン２ａと、第１回路パターン２ｄと、第２固定部材３３と、放熱部材２０と、第２絶縁部材４１とを経由して第２放熱体５１へと放熱することができる。したがって、半導体チップ１０ａで発生した熱を放熱する放熱経路を増やすことができ、半導体チップ１０ａで発生した熱に対する電力変換装置５００の放熱性を高めることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  電力変換装置、
１  プリント基板、１ａ  第１主面、１ｂ  第２主面、
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  第１回路パターン、３  第２回路パターン、４  ハーネス、
１０  スイッチング素子、１０ａ  半導体チップ、１０ｂ  電極部、
１０ｃ  リード端子、１０ｄ  ワイヤ、１０ｅ  樹脂部、１０ｆ  放熱面、
１０ｇ  封止面、１１ａ  貫通孔、
２０  放熱部材、２０ａ  第１固定部、２０ｂ  放熱部、２０c  バネ部、
２１ａ  突起部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  第２固定部、
３０  第１接合部材、３１  第２接合部材、３２  第１固定部材、３３  第２固定部材、
４０  第１絶縁部材、４１  第２絶縁部材、
５０  第１放熱体、５１ 第２放熱体、５２  据付部、
５２ａ  スペーサー、５２ｂ  締結部材、
６０  ビア、６１  熱拡散板、
７０  封止部材、
９０  電子部品、９１  第３接合部材。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2019146402.tif 000022
【国際調査報告】
2019146402.tif 000023
2019146402.tif 000024
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