DE102011104928A1

DE102011104928A1 - Kühlungsaufbau eines Kondensators und Umrichtereinrichtung

Info

Publication number: DE102011104928A1
Application number: DE102011104928A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki SOTOME
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP5351107B2; JP2012028560A; US8547698B2; US20120020025A1; DE102011104928B4

Abstract

Ein Kühlungsaufbau eines Kondensators umfasst einen Snubber-Kondensator, bei dem Leiteranschlüsse mit externen Elektroden eines laminierten, keramischen Elektronikbauteils verbunden sind; eine Schaltplatte, zum Anordnen des Snubber-Kondensators und von Halbleiterschaltelementen; und eine Wärme ableitende Platte, welche aus einem Metall hergestellt ist, das die Wärme ableitet, die in der Schaltplatte erzeugt wird. Der Kühlungsaufbau des Kondensators ist ausgebildet, so dass ein Isolierelement, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, zwischen dem Snubber-Kondensator und der Wärme ableitenden Platte eingreift.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kondensatoren umfassend keramische Elektronikbauteile, die an Schaltplatten angeordnet werden und betrifft insbesondere einen Kühlungsaufbau eines Snubber-Kondensators und eine Umrichtereinrichtung (engl.: inverter device) verwendend den Kühlungsaufbau des Kondensators.
2. Beschreibung von verwandtem Stand der Technik
In den letzten Jahren haben sich Motoren, die mit Umrichtern ausgestattet sind, in Anbetracht der Optimierung beim Energiesparen stark verbreitet. 6 stellt ein Beispiel eines Schaltkreises eines Drei-Phasen-Umrichters dar, welcher zum Antreiben eines Motors 12 verwendet wird. Wie in der Zeichnung gezeigt, sind eine Vielzahl an Halbleiterschaltelementen 2 (wenn diese allgemein bezeichnet werden, werden zusätzliche Buchstaben im Folgenden nicht wiederholt), wobei jedes der Vielzahl an Halbleiterschaltelementen ein entsprechendes der Halbleiterschaltelemente 2a, 2c und 2e im oberen Zweig umfasst und ein entsprechendes der Halbleiterschaltelemente 2b, 2d und 2f im unteren Zweig umfasst, in der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase vorgesehen sind; und die Halbleiterschaltelemente 2 sind mit einer Leistungsquelle 13 über Kabelinduktivitäten (Spulen) 11a verbunden. Ferner ist ein Snubber-Kondensator 1 parallel zwischen den jeweiligen Halbleiterschaltelementen des oberen und unteren Zweiges über Kabelinduktivitäten 11b verbunden.
Der vorgenannte Snubber-Kondensator 1 wird zum Unterdrücken eines Spannungsstoßes, der beim Schalten des Halbleiterschaltelements 2 erzeugt wird, verwendet. Der Spannungsstoß ΔV wird durch eine Gleichung ΔV = –L(di/dt), wenn eine Hauptleitungsinduktanz der Umrichtereinrichtung auf „L” eingestellt ist, ausgedrückt. Wenn die Stoßspannung ansteigt, steigt die Kondensatorkapazität, die zum Erhalten einer ausreichenden Stoßvermeidungswirkung benötigt wird, an und demgemäß wird die Umrichteinrichtung als Ganzes in ihrer Größe vergrößert.
Um die Hauptschaltkreisinduktivität zu reduzieren, muss eine parasitäre Induktivität, die in Verbindung mit einer externen Verkabelung, die einen Glättungskondensator mit dem Halbleiterschaltelement verbindet, und eine interne Verkabelung, die den Snubber-Kondensator mit dem Halbleiterschaltelement verbindet, reduziert werden und daher wird es bevorzugt den Snubber-Kondensator 1 in der Umgebung des Halbleiterschaltelements 2 anzuordnen, um die parasitäre Induktivität zu reduzieren.
Ferner hat sich in den letzten Jahren die Schaltgeschwindigkeit der Halbleiterschaltelemente erhöht und bei dem vorgenannten Snubber-Kondensator 1 wird ein Kondensator mit einer niedrigen Impedanz (Serienersatzwiderstand; equivalent series resistance (ESR)) bei einer hohen Frequenz bevorzugt. Zusätzlich erzeugt ein Impedanzanteil (ESR), der in dem Kondensator auftritt, eine Wärmeerzeugung und daher wird ein Kondensator mit einer niedrigen Impedanz (ESR) bevorzugt.
Daher wurde ein laminierter Keramikkondensator mit niedriger Impedanz (ESR) auf der Hochfrequenzseite und der in der Lage ist in der Umgebung von einem Halbleiterschaltelement angeordnet zu werden, auf breiter Basis als Snubber-Kondensator 1 verwendet.
Jedoch wird bei der Umrichtereinrichtung zur Verwendung in einem Automobil, mechanische Belastung aufgrund des Unterschieds an Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem laminierten Keramikkondensator und einer Schaltplatte, an der der laminierte Keramikkondensator angeordnet ist, wenn die Temperaturveränderung und der Temperaturzyklus groß sind, erzeugt; und demgemäß kann ein Riss in dem laminierten Keramikkondensator erzeugt werden.
Insbesondere tritt in dem Fall, in dem eine Metallschaltplatte, die als ein Substrat mit hoher Wärmeableitung dient, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat und der laminierte Keramikkondensator an der metallischen Schaltplatte angeordnet wird, ein Problem dahingehend auf, dass das Auftreten des Risses, der aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten erzeugt wird, auffällig wird und demgemäß die Zuverlässigkeit des Kondensators nicht ausreichend aufrechterhalten werden kann.
Demgemäß wird beispielsweise ein laminierter Keramikkondensator 1a als dem Kondensator 1, wie in 7 gezeigt, verwendet. Der laminierte Keramikkondensator 1a, bei dem durch Bearbeiten einer Metallplatte hergestellte Leiteranschlüsse 103 (engl.: lead terminals) an externen Elektroden 102 eines keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 befestigt sind, ist an einer Schaltplatte oder dergleichen mittels der Leiteranschlüsse 103 angeordnet und demgemäß wird die mechanische Belastung, die aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem keramischen, elektronischen Bauteilelement 101 und der Schaltplatte erzeugt wird, reduziert.
Ferner werden bei einem laminierten Keramikkondensator 1b, der als der Kondensator 1, der in 8 gezeigt ist, verwendet wird, Leiteranschlüsse 103 an Metallplatten 104, die mit externen Elektrode 102 durch Anwenden von Leitpaste an den externen Elektroden 102 an beiden Enden des keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 verbunden; und demgemäß kann der laminierte Keramikkondensator 1b, bei dem die Bindungskraft der Leiteranschlüsse 103 exzellent und verlässlich ist, erhalten werden (siehe Patentdokument 1).
Zusätzlich wird bei einem laminierten Keramikkondensator 1c, der als der in 9 gezeigte Kondensator 1 verwendet wird, ein Material 107, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 und kleiner ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Metallsubstrats aus Aluminium, dazu gebracht zwischen dem keramischen, elektronischen Bauteilelement 101 und dem Metallsubstrat (nicht in der Zeichnung gezeigt), dessen Platte aus Aluminium hergestellt ist, einzugreifen und elektrisch leitende Bahnen 106, die in Kontakt mit den externen Elektroden 102 des keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 stehen, werden mittels Lötzinn 105 verbunden; und demgemäß kann der laminierte Keramikkondensator 1c erhalten werden, der das keramischen, elektronische Bauteilelement 101 daran hindert zu brechen bzw. brüchig zu werden und der sehr zuverlässig ist (siehe Patentdokument 2).
Ferner ist ein Kühlsystem eines Snubber-Kondensators, der parallel mit Halbleiterschaltelementen eines Umrichterschaltkreises verbunden werden soll, ausgebildet, so dass der Snubber-Kondensator in einem Modul angeordnet werden kann, das mit Formmaterial gefüllt ist (engl.: mold material), um eine Isolationsverschlechterung aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern und eine Elektrode des Snubber-Kondensators ist mit einem Leiter verbunden, der mit einer Kühlfinne zum Kühlen der Halbeiterschaltelemente über eine Lage verbunden ist, die eine hohe Isolierfähigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist (siehe Patentdokument 3).
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische, ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2000-306764
[Patentdokument 2] Japanische, ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H06-077631
[Patentdokument 3] Japanische, ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2008-113511

Im Übrigen ist in einer Umrichtereinrichtung, die einen großen Strom von mehreren 100 Ampere und eine hohe Schaltgeschwindigkeit aufweist, ein Spitzenstrom, der von einem Spannungsstoß erzeugt wird, groß und die Selbsterhitzung bzw. Eigenerwärmung eines Snubber-Kondensators, zu dem bzw. durch den der Spitzenstrom fließt, ist nicht vernachlässigbar.
Bei der Umrichtereinrichtung für einen großen Strom, wie oben beschrieben, wird die Wärme der Halbleiterschalter, der Snubber-Kondensatoren und dergleichen, die an der Schaltplatte angeordnet sind, durch Verwenden von dem Metallsubstrat, welches als das stark wärmeableitende Substrat dient und die Schaltplatte aus einem Keramiksubstrat abgeleitet. Jedoch sind in dem Fall, in dem herkömmliche, laminierte Keramikkondensatoren 1a, 1b und 1c, die in 7 bis 9 gezeigt sind, deren mechanische Festigkeit reduziert ist, als die Snubber-Kondensatoren angeordnet sind, die Bahnen, durch welche die Wärme an das Metallsubstrat abgeleitet wird, auf die Leiteranschlüsse und die elektrischen Leiterbahnen begrenzt. Falls der Koeffizient an thermischer Leitfähigkeit und die Dicke des Materials zur Verwendung bei dem Leiteranschluss und die elektrische Leiterbahn nicht ausreichend sind, wird die wärme, die in dem Snubber-Kondensator erzeugt wird, nicht genügend zu der Substratseite abgeleitet und demgemäß steigt die Temperatur des laminierten Keramikkondensators an. Daher tritt ein Problem dahingehend auf, dass der Temperaturanstieg des Kondensators die Lebenserwartung des Kondensators reduziert und die Verlässlichkeit davon herabsetzt.
Ferner verwendet der Kühlaufbau des in Patentdokument 3 gezeigten Snubber-Kondensators die Lage, die eine hohe Isolierfähigkeit und hohe thermische Leitfähigkeit aufweist; jedoch greift die Lage nur zwischen der Elektrode dem Snubber-Kondensator und dem mit der Kühlfinne verbundenen Kondensator ein. Die Bahnen, mit welchen die Wärme hin zu der Kühlfinne abgeleitet wird, sind ursprünglich auf die Kondensatorelektrode und den Leiter begrenzt und daher besteht ein Problem dahingehend, dass, falls die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials zur Verwendung in der Kondensatorelektrode und dem Leiter nicht ausreichend sind, die Wärme, die von dem Snubber-Kondensator erzeugt wird, noch nicht ausreichend hin zu der Kühlfinnenseite abgeleitet wird und demgemäß die Temperatur des Snubber-Kondensators ansteigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorangehende Problem zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kühlungsaufbau eines Kondensators umfassend ein keramisches Elektronikbauteil, in dem Leiteranschlüsse mit externen Elektroden verbunden sind, zur Verfügung zu stellen, um die Zuverlässigkeit durch Unterdrücken des Temperaturanstiegs des Kondensators zu verbessern.
Ein Kühlungsaufbau eines Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Schaltplatte (engl.: circuit board), bei bzw. in der Leitermuster (engl.: wiring patterns) auf einer Metallbasisplatte mittels einer Isolierschicht ausgebildet sind; einen Kondensator, der ein keramisches Elektronikbauteil umfasst, der mit den Leitermustern der Schaltplatte über Leiteranschlüsse verbunden ist und externe Elektroden aufweist, die mit den Leiteranschlüssen verbunden sind; eine Wärme ableitende Platte (engl.: heat dissipating plate), welche aus einem Metall hergestellt ist, das Wärme, die von dem Kondensator erzeugt wird, ableitet; und ein Isolierelement, das an der oberen Oberfläche oder der seitlichen Oberfläche des Kondensators vorgesehen ist und zwischen der Wärme ableitenden Platte und dem Kondensator eingreift, wobei das Isolierelement einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Ferner umfasst ein Kühlungsaufbau eines Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Schaltplatte, bei bzw. in der Leitermuster auf einer Metallbasisplatte mittels einer Isolierschicht ausgebildet sind; einen Kondensator, der ein keramisches Elektronikbauteil umfasst, der mit Leitermustern der Schaltplatte über Leiteranschlüsse (engl.: lead terminals) verbunden ist und externe Elektroden aufweist, die mit den Leiteranschlüssen verbunden sind; und ein Isolierelement, welches an den Innenseiten der Leiteranschlüsse des Kondensators vorgesehen ist und zwischen der Schaltplatte und dem Kondensator eingreift, wobei das Isolierelement einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Eine Umrichtereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Schaltplatte, bei bzw. in der Leitermuster auf einer Metallbasisplatte mittels einer Isolierschicht ausgebildet sind; einen Umrichterschaltkreis, der auf der Schaltplatte angeordnet ist und durch eine Vielzahl an Halbleiterschaltelementen zum Umwandeln von elektrischer Leistung ausgebildet ist; einen Kondensator, der ein keramischen Elektronikbauteil umfasst, der mit den Leitermustern der Schaltplatte mittels Leiteranschlüssen parallel zu den Halbleiterschaltelementen verbunden ist und externen Elektroden aufweist, die mit den Leiteranschlüssen verbunden sind; eine Wärme ableitende Platte, die aus Metall hergestellt ist, welches Wärme, die von dem Kondensator erzeugt wird, ableitet; und ein Isolierelement, welches an der oberen Oberfläche oder der seitlichen Oberfläche des Kondensators vorgesehen ist und zwischen der Wärme ableitenden Platte und dem Kondensator eingreift, wobei das Isolierelement eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Ferner umfasst eine Umrichtereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Schaltplatte, in der Leitermuster auf einer Metallbasisplatte mittels einer Isolierschicht ausgebildet sind; einen Umrichterschaltkreis, der auf der Schaltplatte angeordnet ist und durch eine Vielzahl an Halbleiterschaltelementen zum Umwandeln von elektrischer Leistung ausgebildet ist; einen Kondensator, der ein keramisches Elektronikbauteil umfasst, der mit den Leitermustern der Schaltplatte über Leiteranschlüsse parallel zu den Halbleiterschaltelementen verbunden ist und externe Elektroden aufweist, die mit den Leiteranschlüssen verbunden sind; und ein Isolierelement, welches an den Innenseiten der Leiteranschlüsse des Kondensators vorgesehen ist und zwischen der Schaltplatte und dem Kondensator eingreift, wobei das Isolierelement einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Isolierelement aufweisend einen hohen Wärmeleitkoeffizienten zwischen einem Kondensator umfassend ein laminiertes, keramisches Elektronikbauteil vorgesehen, in dem Leiteranschlüsse mit externen Elektroden und einer Wärme ableitenden Platte oder einer Schaltplatte verbunden werden, um die Wärme, die von dem Kondensator über Bahnen abgeleitet wird, gemeinsam mit den Wärmeableitbahnen der Leiteranschlüsse und der elektrisch leitenden Bahnen abzuleiten; wodurch der Temperaturanstieg des Kondensators unterdrückt wird, der Kondensator für lange Zeiträume verwendet werden kann und die Zuverlässigkeit verbessert wird.
Ferner wird ein Kühlungsaufbau eines Snubber-Kondensators, um parallel mit den Halbleiterschaltelementen des Umrichterschaltkreises verbunden zu sein, verwendet, wodurch eine Umrichtereinrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit vorgesehen werden kann.
Die vorgenannten und anderen Aufgaben, Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wenn sie gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine schematische Seitenansicht, die eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist en Schaltplan einer Umrichtereinrichtung;
7 ist eine Seitenansicht, die ein herkömmliches keramisches Elektronikbauteil zeigt;
8 ist eine Seitenansicht, die ein herkömmliches keramisches Elektronikbauteil zeigt; und
9 ist eine Seitenansicht, die ein herkömmliches keramisches Elektronikbauteil zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsform 1
Im Folgenden wird ein Kühlungsaufbau eines Kondensators und einer Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Figur ist eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau des Kühlungsaufbaus des Kondensators und der Umrichtereinrichtung verwendend den Kühlungsaufbau des Kondensators zeigt und in diesem Fall zeigt die schematische Seitenansicht rein repräsentativ nur eine U-Phase eines Umrichterschaltkreises. Ferner umfasst eine tatsächliche Umrichtereinrichtung eine Wärmesenke und ein Umrichtergehäuse; jedoch werden in diesem Fall die Wärmesenke und das Umrichtergehäuse nicht gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, sind in der Umrichtereinrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Snubber-Kondensator 1 und Halbleiterschaltelemente 2a und 2b von oberen und unteren Zweigen des Umrichterschaltkreises an einer metallischen Schaltplatte 3 angeordnet. Die Halbleiterschaltelemente 2a und 2b und andere Halbleiterschaltelemente der V-Phase und W-Phase (nicht gezeigt in der Zeichnung) bilden den Umrichterschaltkreis aus und wandeln elektrische Leistung um. Der Snubber-Kondensator ist parallel mit den Halbleiterschaltelementen 2a und 2b verbunden.
Der Snubber-Kondensator 1 ist ein laminierter Keramikkondensator, bei dem Leiteranschlüsse 103 aus einer Metallplatte mit externen Elektroden 102, die an beiden Seiten eines keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 vorgesehen sind, verbunden werden. Der laminierte Keramikkondensator (Snubber-Kondensator) 1 kann den Kondensator, bei dem die Leiteranschlüsse 103 direkt mit den externen Elektroden 102, wie in 7 gezeigt, verbunden sind oder den Kondensator, bei dem die Leiteranschlüsse 103 mit den externen Elektroden 102 über Metallplatten 104, wie in 8 gezeigt, verbunden sind, verwenden.
Die metallische Schaltplatte 3 ist ausgebildet, so dass Kupferfolien 303 mit Leitermustern, die elektrische Schaltkreise ausbilden, auf einer Metallbasisplatte 301 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit über einer Isolierschicht 302 angeordnet sind, wobei die Metallbasisplatte 301 beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist; und die Leiteranschlüsse 103 des Snubber-Kondensators 1 und die Halbleiterschalter 2a und 2b jeweils mit den Kupferfolien 303 der Leitermuster mittels Löten verbunden sind.
Ferner ist eine Wärme ableitende Platte 5 direkt mit der oberen Oberfläche des Snubber-Kondensators 1 über ein Isolierelement 4 mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten verbunden. Natürlich wird es bevorzugt, dass die Wärme ableitende Platte 5 auch aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine große Fläche aufweist, da je höher die Wärmeleitfähigkeit ist und je größer die Fläche ist, desto besser ist der Effekt der Wärmeableitung. Ferner, falls ein Abschnitt der Wärme ableitenden Platte 5, der der oberen Oberfläche des Snubber-Kondensators 1 entspricht, dicker ist als ein anderer Abschnitt davon, kann der Wärmeableiteffekt weiter verbessert werden.
Ferner sind isolierende Abstandshalter 6, die jeweils aus einem isolierenden Vorsprung oder dergleichen ausgebildet sind, zwischen der externen Elektrode 102 des Kondensators 1 und der Wärme ableitenden Platte 5 vorgesehen; und demgemäß kann der Isolationsabstand zwischen der externen Elektrode 102 des Kondensators 1 und der Wärme ableitenden Platte 5 zuverlässig sichergestellt werden.
Im Übrigen weist das Isolierelement 4, das den hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, einen Wärmeleitkoeffizienten von nicht weniger als 0,1 W/m·K auf, wie vom Typ her beispielsweise eine Graphitlage, ein Wärmeleitgel, eine Gummischicht, eine Gelschicht, eine Silikongummischicht, Silikonfett und dergleichen.
Der vorgenannte Aufbau ermöglicht es die Wärme des Snubber-Kondensators 1 des keramischen Elektronikbauteils an die Wärme ableitende Platte 5 über das Isolierelement 4 mit dem hohen Wärmeleitkoeffizienten abzuleiten, wobei die Wärme von einem Spitzenstrom, der während der Erzeugung eines Schaltstoßes der Halbleiterschaltelemente 2 und des Isolierelements 4, das zwischen dem Kondensator 1 und der Wärme ableitenden Platte 5 eingreift, erzeugt wird und daher ermöglicht es der vorgenannte Aufbau den Snubber-Kondensator 1 zu erhalten, der den Temperaturanstieg des Snubber-Kondensators 1 unterdrückt und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Natürlich wird die Wärme, die von dem Snubber-Kondensator 1 abgeleitet wurde, auch von der Metallschaltplatte 3 über die Leiteranschlüsse 103 des Kondensators 1 wie gewöhnlich abgeleitet und die Wärme wird gemeinsam mit der Wärmeableitung von der vorgenannten Wärme ableitenden Platte 5 abgeleitet und daher wird der Temperaturanstieg des Snubber-Kondensators 1 weiter unterdrückt.
Bevorzugte Ausführungsform 2
Als nächstes wird ein Kühlungsaufbau eines Kondensators und eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau des Kühlungsaufbaus des Kondensators und der Umrichtereinrichtung verwendend den Kühlungsaufbau des Kondensators zeigt und in diesem Fall, wie in 1, zeigt die schematische Seitenansicht rein beispielhaft nur eine U-Phase eines Umrichterschaltkreises. Ferner umfasst eine tatsächliche Umrichtereinrichtung eine Wärmesenke und ein Umrichtergehäuse; jedoch werden in diesem Fall die Wärmesenke und das Umrichtergehäuse nicht gezeigt. Im Übrigen werden in 2 die gleichen Bezugszeichen bei ähnlichen oder gleichwertigen Elementen, wie in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, verwendet.
Die bevorzugte Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform 1 dahingehend, dass eine Wärme ableitende Platte 5 verlängert ist und die Enden davon und eine Metallbasisplatte 301 einer metallischen Schaltplatte 3 werden mit Metallschrauben 7 verbunden. Der weitere Aufbau ist der gleiche wie in der bevorzugten Ausführungsform 1 und daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
Wie oben beschrieben, wird die Wärme ableitende Platte 5 mit der Metallbasisplatte 301 verbunden und demgemäß kann die Fläche der Wärme ableitenden Platte 5 vergrößert werden.
Ferner, obwohl nicht in 2 gezeigt, ist die Metallbasisplatte 301 mit der Wärmesenke verbunden und daher ermöglicht es dies den Snubber-Kondensator (laminierter Keramikkondensator) 1 zu erhalten, bei dem der Wärmeableiteffekt groß ist, der Temperaturanstieg des keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 unterdrückt wird, und die Zuverlässigkeit hoch ist.
Bevorzugte Ausführungsform 3
Als nächstes wird ein Kühlungsaufbau eines Kondensators und eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau des Kühlungsaufbaus des Kondensators und der Umrichtereinrichtung verwendend den Kühlungsaufbau des Kondensators zeigt und in diesem Fall, wie in 1, zeigt die schematische Seitenansicht rein beispielhaft nur eine U-Phase eines Umrichterschaltkreises. Im übrigen werden in 3 die gleichen Bezugszeichen bei gleichen oder gleichwertigen Elementen, wie in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, verwendet.
In der bevorzugten Ausführungsform 3 sind ein Snubber-Kondensator 1 und Halbleiterschaltelemente 2a und 2b, die den Umrichterschaltkreis ausbilden, an einer Schaltplatte 3 ausgebildet und daher werden der so aufgebaute Snubber-Kondensator 1 und Umrichterschaltkreis mit einem Umrichtergehäuse 8 bedeckt, welches ein äußeres Gehäuse ist; und das Umrichtergehäuse 8 dient als Wärme ableitende Platte. Daher wird das Umrichtergehäuse 8 aus Metall hergestellt, welches einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Ein isolierendes Element 4, welches einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, wird dazu gebracht an der oberen Oberfläche des Snubber-Kondensators 1 einzugreifen, um mit dem Umrichtergehäuse 8 verbunden zu sein.
Ferner ist das Umrichtergehäuse 8 an einer Wärmesenke 10 mittels Metallschrauben 7 befestigt, wobei die Wärmesenke 10 mit der hinteren Oberfläche einer Metallbasisplatte 301 der Schaltplatte 3 über Wärmeleitpaste 9 verbunden ist. Der weitere Aufbau ist der gleiche wie in der bevorzugten Ausführungsform 1; und daher wird die Beschreibung davon nicht wiederholt.
Solch ein Aufbau ermöglicht es dem Umrichtergehäuse 8 der Umrichtereinrichtung den gleichen Effekt der Wärmeableitung wie die Wärme ableitende Platte 5 der bevorzugten Ausführungsform 1 und 2 aufzuweisen und daher ermöglicht es der vorgenannte Aufbau den Snubber-Kondensator (laminierter Keramikkondensator) 1 zu erhalten, bei dem der Temperaturanstieg eines keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 unterdrückt wird und die Zuverlässigkeit hoch ist.
Bevorzugte Ausführungsform 4
Als nächstes wird ein Kühlungsaufbau eines Kondensators und einer Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist eine schematische Seitenansicht, bei welcher die Seitenansichten, die in 1 bis 3 gezeigt werden, von der rechten Seite oder der linken Seite betrachtet werden, die den Aufbau des Kühlungsaufbaus des Kondensators zeigt und in diesem Fall wird ein Umrichterschaltkreis umfassend Halbleiterschaltelemente 2 nicht gezeigt. Im Übrigen werden in 4 die gleichen Bezugszeichen für identische oder gleichwertige Elemente, wie in der bevorzugten Ausführungsform 1, wie in 1 gezeigt, verwendet.
Das Isolierelement 4, das den hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, wird mit der oberen Oberfläche des Snubber-Kondensators 1 der bevorzugten Ausführungsform 1 bis zu der bevorzugten Ausführungsform 3 verbunden; jedoch sind in der Erfindung der bevorzugten Ausführungsform 4 die Isolierelemente 4, die jeweils einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisen, vorgesehen, indem sie mit den Seitenoberflächen eines Snubber-Kondensators 1 verbunden werden.
Insbesondere werden in 4 die Isolierelemente 4, die jeweils einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, mit den Seitenoberflächen eines keramischen, elektronischen Bauteilelements 101 verbunden, an denen externe Elektroden 102 und Leiteranschlüsse 103 des Snubber-Kondensators 1 nicht vorgesehen sind und die oberen Oberflächen der Isolierelemente 4, die jeweils den hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, sind mit einer Wärme ableitenden Platte 5 verbunden.
Solch ein Aufbau ermöglicht es der Wärme des Snubber-Kondensators 1 des keramischen Elektronikbauteils an die wärme ableitende Platte 5 über das Isolierelement 4, das den hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, abgeleitet zu werden, wobei die Wärme von einem Spitzenstrom erzeugt wird, der während der Erzeugung des Schaltstoßes der Halbleiterschaltelemente 2 fließt und das Isolierelement 4 zwischen der Seitenoberfläche des Kondensators 1 und der Wärme ableitenden Platte 5 eingreift, und daher ermöglicht es der vorgenannte Aufbau den Snubber-Kondensator 1 umfassend einen laminierten Keramikkondensator zu erhalten, welcher einen Temperaturanstieg des Snubber-Kondensators 1 unterdrückt und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Wenn zusätzlich das Isolierelement 4, welches den hohen Wärmeleitkoeffizienten gemäß der Erfindung der bevorzugten Ausführungsform 4 aufweist, und das Isolierelement 4, welches den hohen Wärmeleitkoeffizienten gemäß der Erfindung der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 3 aufweist, zusammen verwendet werden, kann der Snubber-Kondensator 1 umfassend den laminierten Keramikkondensator, der zusätzlich den Temperaturanstieg des Snubber-Kondensators 1 unterdrückt und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, erhalten werden.
Bevorzugte Ausführungsform 5
Als nächstes wird ein Kühlungsaufbau eines Kondensators und eine Umrichtereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau des Kühlungsaufbaus des Kondensators und der Umrichtereinrichtung verwendend den Kühlungsaufbau des Kondensators zeigt und in diesem Fall, wie in 1, zeigt die schematische Seitenansicht rein beispielhaft nur ein U-Phase eines Umrichterschaltkreises. Ferner umfasst eine tatsächliche Umrichtereinrichtung eine Wärmesenke und ein Umrichtergehäuse; jedoch werden in diesem Fall die Wärmesenke und das Umrichtergehäuse nicht gezeigt. Im Übrigen werden in 5 die gleichen Bezugszeichen bei identischen oder gleichwertigen Elementen, wie in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, verwendet.
Die Erfindung der bevorzugten Ausführungsform 5 unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform 1 dahingehend, wie in 5 gezeigt, dass ein Isolierelement 4, welches einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, zwischen sowohl den Innenseiten von Leiteranschlüssen 103 eines Snubber-Kondensators 1, umfassend einen laminierten Keramikkondensator, als auch einer Isolierschicht 302 einer Schaltplatte 3 vorgesehen ist und die Wärme ableitende Platte 5 nicht verwendet wird. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie in der bevorzugten Ausführungsform 1 und daher wird die Beschreibung nicht wiederholt.
Durch solch einen Aufbau wird die Wärme des Snubber-Kondensators 1, der ein keramisches Elektronikbauteil 101 umfasst, an die metallische Schaltplatte 3 über das Isolierelement 4, welches die hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, zusätzlich zu den Leiteranschlüssen 103 des Snubber-Kondensators 1 abgeleitet, wobei die Wärme aufgrund eines Spitzenstroms, der während der Erzeugung eines Schaltstoßes der Halbleiterschaltelemente 2 fließt, erzeugt wird und daher der Effekt der Wärmeableitung weiter im Vergleich zu nur der Wärmeableitung mittels der Leiteranschlüsse 103 des Snubber-Kondensators 1 verbessert werden kann.
Ferner ermöglicht es der vorgenannte Aufbau einen Snubber-Kondensator 1 mit einem einfachen Aufbau und verbesserter Zuverlässigkeit zu erhalten, da die Wärme ableitende Platte 5 der bevorzugten Ausführungsform 1 nicht verwendet wird.
Im Übrigen wird in der bevorzugten Ausführungsform 5 das Isolierelement 4, welches die hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, unter dem Snubber-Kondensator 1 umfassend das keramische Elektronikbauteil 101 vorgesehen, jedoch kann der gleiche Effekt auch erhalten werden, sogar wenn das Isolierelement 4 mit den Seitenoberflächen des Snubber-Kondensators 1 verbunden wird.
Ferner muss klar verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden können.
Beispielsweise ist der Kondensator 1 nicht auf den Snubber-Kondensator 1 zur Verwendung in der Umrichtereinrichtung beschränkt, sondern der Kondensator 1 kann bei dem Kühlungsaufbau eines allgemeinen Kondensators verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-306764 [0012]
JP 06-077631 [0012]
JP 2008-113511 [0012]

Claims

Kühlungsaufbau eines Kondensators, umfassend: eine Schaltplatte (3), bei der Leitermuster (303) auf einer Metallbasisplatte (301) mittels einer Isolierschicht (302) ausgebildet sind; einen ein keramisches Elektronikbauteil (101) umfassenden Kondensator (1), der mit den Leitermustern (303) der Schaltplatte (3) über Leiteranschlüsse (103) verbunden ist und externe Elektroden (102) aufweist, die mit den Leiteranschlüssen verbunden sind; eine Wärme ableitende Platte (5), welche aus einem Metall hergestellt ist, das die Wärme ableitet, die von dem Kondensator (1) erzeugt wird; und ein Isolierelement (4), welches an der oberen Oberfläche oder der seitlichen Oberfläche des Kondensators (1) vorgesehen ist und zwischen der Wärme ableitenden Platte (5) und dem Kondensator (1) eingreift, wobei das Isolierelement (4) einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Kühlungsaufbau des Kondensators nach Anspruch 1, bei dem die Wärme ableitende Platte (5) mit der Metallbasisplatte (301) der Schaltplatte (3) verbunden ist.
Kühlungsaufbau des Kondensators nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Wärmesenke (10), die mit der Metallbasisplatte (301) der Schaltplatte (3) verbunden ist, wobei die Wärmesenke (10) mit der Wärme ableitenden Platte (5) verbunden ist.
Kühlungsaufbau des Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen isolierenden Abstandshalter (6), der zwischen den externen Elektroden (102) des Kondensators (1) und der Wärme ableitenden Platte (5) vorgesehen ist.
Kühlungsaufbau eines Kondensators, umfassend: eine Schaltplatte (3), bei der Leitermuster (303) auf einer Metallbasisplatte (301) mittels einer Isolierschicht (302) ausgebildet sind; einen ein keramisches Elektronikbauteil (101) umfassenden Kondensator (1), der mit den Leitermustern (303) der Schaltplatte (3) mittels Leiteranschlüssen (103) verbunden ist und externe Elektroden (102) aufweist, die mit den Leiteranschlüssen (103) verbunden sind; und ein Isolierelement (4), welches an den inneren Seiten der Leiteranschlüsse (103) des Kondensators (1) vorgesehen ist und zwischen der Schaltplatte (3) und dem Kondensator (1) eingreift, wobei das Isolierelement (4) einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Kühlungsaufbau des Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Isolierelement (4), das den hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist, einen Wärmeleitkoeffizienten von nicht weniger als 0,1 W/m·K aufweist.
Umrichtereinrichtung, umfassend: eine Schaltplatte (3), bei der Leitermuster (303) auf einer Metallbasisplatte (301) mittels einer Isolierschicht (302) ausgebildet sind; einen Umrichterschaltkreis, der auf einer Schaltplatte (3) angeordnet ist und durch eine Vielzahl an Halbleiterschaltelementen (2) zum Umwandeln von elektrischer Leistung ausgebildet wird; einen ein keramisches Elektronikbauteil (101) umfassenden Kondensator (1), der mit den Leitermustern (302) der Schaltplatte (3) über Leiteranschlüsse (103) parallel zu den Halbleiterschaltelementen (2) verbunden ist und externe Elektroden (102) aufweist, die mit den Leiteranschlüssen (103) verbunden sind; eine wärme ableitende Platte (5), welche aus einem Metall hergestellt ist, das die Wärme ableitet, die von dem Kondensator (1) erzeugt wird; und ein isolierendes Element (4), welches an der oberen Oberfläche oder der seitlichen Oberfläche des Kondensators (1) vorgesehen ist und zwischen der Wärme ableitenden Platte (5) und dem Kondensator (1) eingreift, wobei das Wärme ableitende Element (4) einen hohen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
Umrichtereinrichtung, umfassend: eine Schaltplatte (3), bei der Leitermuster (303) auf einer Metallbasisplatte (301) mittels einer Isolierschicht (302) ausgebildet sind; einen Umrichterschaltkreis, der auf der Schaltplatte (3) angeordnet ist und durch eine Vielzahl an Halbleiterschaltelementen (2) zum Umwandeln von elektrischer Leistung ausgebildet wird; einen ein keramisches Elektronikbauteil (101) umfassenden Kondensator (1), der mit den Leitermustern (303) der Schaltplatte (3) über Leiteranschlüsse (103) parallel mit den Halbleiterschaltelementen (2) verbunden ist und externe Elektroden (102) aufweist, die mit den Leiteranschlüssen (103) verbunden sind; und ein isolierendes Element (4), welches an den Innenseiten der Leiteranschlüsse (103) des Kondensators (1) vorgesehen ist und zwischen der Schaltplatte (3) und dem Kondensator (1) eingreift, wobei das Isolierelement (4) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.