JP2003023280A

JP2003023280A - パワーモジュール

Info

Publication number: JP2003023280A
Application number: JP2001208421A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Iida; 政和飯田; Shinji Ehira; 伸次江平
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】パワーモジュールにおいて効率的な放熱構造
を提案し、装置の小型化、コストダウンを図ることを目
的とする。【解決手段】電源制御を行うための電源回路を実装す
る実装面と、放熱用の凹凸部が形成された放熱面とを備
える熱伝導率の高い部材で形成された実装基板を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
に関し、特に、発熱量の多い回路部品を実装するパワー
モジュールの放熱効率を向上させるための放熱構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】機器の各部を任意の周波数で制御するた
めに、商用交流電源を一旦直流に整流し、さらに任意の
周波数に制御された交流に変換するインバータ回路が用
いられる。インバータ回路は、整流スタック、平滑コン
デンサ、パワートランジスタなどの組み合わせで構成さ
れており、これらの回路部品は集積化が進み、ドライブ
回路とパワー素子をパッケージ化したインテリジェント
モジュールが商品化されている。また、インバータを駆
動するのに必須となる電源部は、商用交流電源を直流に
整流するコンバータ部で構成されており、高調波、高効
率化が進んでおり、パワースイッチなどを用いた方式が
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】商用交流電源を直流に
変換するコンバータ部と、直流を所定周波数の交流に変
換するインバータ部は、ダイオードやパワースイッチな
どの発熱部品で構成されるため、放熱構造を構成する必
要がある。たとえば、回路部品を実装するための実装と
してアルミ基板を用いることにより、アルミ基板の実装
面の裏面側における放熱効果により、発熱部品の冷却効
果を得ることが可能となる。

【０００４】しかしながら、回路部品の集積化が進むこ
とにより、回路部品による発熱量が多大になり、アルミ
基板単体では放熱性能が不足する場合がある。このた
め、板状のフィンを多数立設した放熱フィンをアルミ基
板の裏面に接合することで、放熱性能を高めることが考
えられる。放熱フィンを追加した場合には、アルミ基板
と放熱フィンとの接合面における効率的な熱伝達が期待
できないため、接合部における熱抵抗が大きくなる。こ
のような問題に対応するためには、放熱フィンの形状を
大型化して放熱量を多くすることが考えられるが、装置
が大型化し、コストダウンの妨げとなる。

【０００５】本発明では、パワーモジュールにおいて効
率的な放熱構造を提案し、装置の小型化、コストダウン
を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
パワーモジュールは、電源制御を行うための電源回路を
実装する実装面と、放熱用の凹凸部が形成された放熱面
とを備える熱伝導率の高い部材で形成された実装基板を
有する。この場合、実装基板の放熱面に形成された凹凸
部により、実装面に実装された回路部品からの発熱を効
率良く放熱することが可能となる。

【０００７】本発明の請求項２に係るパワーモジュール
は、請求項１に記載のパワーモジュールであって、実装
面と放熱面が実装基板の表裏を構成している。この場
合、実装面側を絶縁性合成樹脂などでモールドして密閉
型のモジュールとした場合であっても、放熱面から効率
良く放熱を行うことが可能となる。本発明の請求項３に
係るパワーモジュールは、請求項１または２に記載のパ
ワーモジュールであって、実装基板が、アルミニウム系
金属製の板状部材の一方の面に、銅による配線パターン
が形成されたアルミ基板で構成されている。

【０００８】この場合、熱導電率の高いアルミニウム系
金属を実装基板として用いていることから、実装面に実
装された回路部品からの熱を効率良く放熱することが可
能となる。本発明の請求項４に記載のパワーモジュール
は、請求項１〜３のいずれかに記載のパワーモジュール
であって、放熱面の凹凸部に密着する接合面と、板状の
フィン部材が立設されるフィン形成部とを備える放熱フ
ィンが、実装基板の放熱面に取り付けられている。

【０００９】この場合、放熱フィンの接合面は、実装基
板の放熱面と密着するように、凹凸形状となっており、
放熱フィンと実装基板との接触面積が大きくなり、熱伝
達効率が向上することとなる。したがって、実装基板に
実装されている回路部品から発生した熱が効率良く放熱
フィンに伝達し、放熱効率を高めることができる。本発
明の請求項５に係るパワーモジュールは、請求項１〜４
のいずれかに記載のパワーモジュールであって、凹凸部
が、互いに平行に形成された断面長方形状の突条部と、
隣接する突条部間に形成される溝部とで構成されてい
る。

【００１０】この場合、断面長方形状の突条部と、隣接
する突条部間に形成される溝部とによって、実装基板の
放熱面の表面積が大きくなり、放熱効果を向上させるこ
とが可能となる。また、放熱フィンを取り付ける際に
は、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との接触面
積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するため、放
熱効果を高めることができる。

【００１１】本発明の請求項６に係るパワーモジュール
は、請求項１〜４のいずれかに記載のパワーモジュール
であって、凹凸部が、互いに平行に形成された断面三角
形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される溝部と
で構成されている。この場合、断面三角形状の突条部
と、隣接する突条部間に形成される溝部とによって、実
装基板の放熱面の表面積が大きくなり、放熱効果を向上
させることが可能となる。また、放熱フィンを取り付け
る際には、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との
接触面積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するた
め、放熱効果を高めることができる。

【００１２】本発明の請求項７に係るパワーモジュール
は、請求項１〜４のいずれかに記載のパワーモジュール
であって、凹凸部が、互いに平行に形成された断面台形
状の突条部と、隣接する突条部間に形成される溝部とで
構成されている。この場合、断面台形状の突条部と、隣
接する突条部間に形成される溝部とによって、実装基板
の放熱面の表面積が大きくなり、放熱効果を向上させる
ことが可能となる。また、放熱フィンを取り付ける際に
は、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との接触面
積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するため、放
熱効果を高めることができる。

【００１３】本発明の請求項８に係るパワーモジュール
は、請求項１〜４のいずれかに記載のパワーモジュール
であって、凹凸部が、互いに平行に形成される断面半円
形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される溝部と
で構成されている。この場合、断面半円形状の突条部
と、隣接する突条部間に形成される溝部とによって、実
装基板の放熱面の表面積が大きくなり、放熱効果を向上
させることが可能となる。また、放熱フィンを取り付け
る際には、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との
接触面積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するた
め、放熱効果を高めることができる。

【００１４】本発明の請求項９に係るパワーモジュール
は、請求項１〜４のいずれかに記載のパワーモジュール
であって、先端が半球状に形成される複数の突起で凹凸
部が構成されている。この場合、先端が半球状に形成さ
れる複数の突起によって、実装基板の放熱面の表面積が
大きくなり、放熱効果を向上させることが可能となる。
また、放熱フィンを取り付ける際には、実装基板の放熱
面と放熱フィンの接合面との接触面積が大きくなり、互
いの熱伝達効率が向上するため、放熱効果を高めること
ができる。

【００１５】本発明の請求項１０に係るパワーモジュー
ルは、請求項４に記載のパワーモジュールであって、実
装基板の放熱面と放熱フィンの接合面とは、基端部に対
して先端部が側方に膨出した断面形状でなる突条部と、
相手側の突条部を受け容れる溝部とを備えている。この
場合、基端部に対して先端部が側方に膨出した断面形状
でなる突条部と、相手側の突条部を受け容れる溝部とに
よって、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との接
触面積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するた
め、放熱効果を高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】〈モジュール化電源回路の構成〉
本発明に係るパワーモジュールの詳細を図に基づいて説
明する。図１は、空気調和機に用いられる電源回路の一
例を示すブロック図である。図１に示すように、商用の
交流電源１に接続されて、制御電源部２およびモジュー
ル化された電源回路３に交流電源が供給されている。

【００１７】制御電源２は、スイッチング電源で構成さ
れており、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、各種インター
フェイスを含むＲＡ制御部４に電源供給を行っている。
ＲＡ制御部４は、外気温を検出する外気サーミスタ、熱
交換機の蒸発温度および凝縮温度を検出する熱交サーミ
スタ、圧縮機の吐出管温度を検出する吐出管温度セン
サ、圧縮機の吸入側圧力を検出する吸入圧力センサなど
の複数のセンサ５の検出信号が入力されている。また、
ＲＡ制御部４には、冷媒回路内に配置され内部の冷媒を
減圧するための電動膨張弁、冷媒回路の運転モードを切
り換えるための四路切換弁などを含む複数のアクチュエ
ータ６などが接続されており、これらの制御を行う。

【００１８】電源回路３は、主に、圧縮機７とファンモ
ータ８を駆動する供給電源を空気調和機の運転状況に応
じて制御するものであり、交流電源１から供給される交
流を整流して直流に変換するコンバータ部３１と、コン
バータ部３１の出力を交流に変換するインバータ部３２
と、コンバータ部３１を駆動するためのコンバータ駆動
部３３と、インバータ部３２を駆動するためのインバー
タ駆動部３４と、ファンモータ８を駆動するための供給
電源を生成するファンモータ制御部３７と、コンバータ
駆動部３３、インバータ駆動部３４およびファンモータ
制御部３７を制御する制御部３５と、ＲＡ制御部４との
間でデータの送受信を行う通信回路３６などを備えてい
る。

【００１９】コンバータ部３１は、パワースイッチを用
いた構成とすることが可能であり、またインバータ部３
２に対して一定電圧の直流を出力するアクティブフィル
タ回路を含む構成とすることも可能である。ファンモー
タ８は、インバータ回路およびインバータ駆動部を内蔵
するものを用いることができ、この場合、コンバータ部
３１の出力が供給され、ファンモータ制御部３７から入
力される回転速度指令信号に基づいて、回転制御が行わ
れる構成とすることができる。

【００２０】ファンモータ制御部３７は、前述したよう
に、ファンモータ８の回転速度指令信号を出力するよう
に構成されており、ファンモータ８がインバータ回路を
内蔵していないものを用いる場合には、圧縮機７の制御
部と同様に、インバータ部、インバータ駆動部などを含
む構成とすることが可能である。ＲＡ制御部４は、セン
サ５から入力される検出値と現在の運転モードに応じ
て、各部の制御量を決定し、アクチュエータ６に制御値
を出力するとともに、圧縮機７、ファンモータ８の制御
量を通信回路３６を介して電源回路３内の制御部３５に
送信する。

【００２１】制御部３５では、ＲＡ制御部４から送信さ
れてきた圧縮機７およびファンモータ８の制御量に基づ
いて、コンバータ駆動部３３、インバータ駆動部３４お
よびファンモータ制御部３７に対して制御値を出力す
る。このことにより、圧縮機７の運転周波数およびファ
ンモータ８の回転数を運転状況に応じて制御することが
できる。

【００２２】電源回路３は、回路部品を集積、モジュー
ル化し、発熱、ノイズ源部品をパッケージ化することに
より、制御性が改善し、高機能な制御を行うことが可能
となる。即ち、電源回路３は、図２に示すように、ダイ
オードやパワートランジスタ、平滑コンデンサ、集積化
されたＩＣチップなどの複数のベアチップ部品３１１，
３１２，３１３で構成され、それぞれアルミ基板３０１
にワイヤボンディングや半田付けなどにより実装されて
いる。

【００２３】アルミ基板３０１は、たとえば、熱伝導率
が高く電気絶縁性の良好な窒化アルミニウム板の表面
に、回路パターンを構成する銅の薄板を貼り合わせたも
のを採用することができる。制御部３５、コンバータ部
３１、インバータ部３２、コンバータ駆動部３３、イン
バータ駆動部３４、ファンモータ制御部３７、通信回路
３６などの各回路間の接続をハーネスで接続した場合、
ハーネスが結線の束となってコイルと同様に放射ノイズ
を生じることとなる。これに対し、窒化アルミニウム板
の表面に回路パターンを構成する銅の薄板を貼り合わせ
たアルミ基板３０１を用いることによって、放射ノイズ
の発生を抑制でき、ノイズの低減による制御性の向上を
図ることが可能となる。

【００２４】発熱量が大きい回路部品については、ベア
チップ部品３１１，３１２のように、アルミ基板３０１
に直接実装するように構成する。また、マイクロプロセ
ッサ、ＲＯＭ、各種インターフェイスなどを含むワンチ
ップマイコンで構成される制御部３５などのように、他
の回路部品による温度負荷やノイズから遮断すべきベア
チップ部品３１３は通常のプリント基板３２１上に実装
し、プリント基板３２１に設けたリード部３２２をアル
ミ基板３０１に半田付けすることで実装することができ
る。この場合、図２に示すように、プリント基板３２１
がアルミ基板３０１の実装面に対して垂直になるように
配置することが可能であり、また図３に示すように、プ
リント基板３２１がアルミ基板３０１の実装面と平行に
なるように配置することも可能である。

【００２５】このように、マイコンなどの精密部品につ
いては、プリント基板３２１に実装してハイブリッド形
態とすることで、他の発熱量の多い回路部品からの不要
な温度負荷を受けることがなくなり、パワースイッチな
どによるノイズの影響を軽減することが可能となる。こ
の電源回路３の内部は非絶縁構造であり、制御部３５が
通信回路３６を介して外部とのデータ送受信を行うよう
に構成されている。したがって、この通信回路３６によ
り外部との絶縁性を確保しており、モジュール内部の絶
縁距離が短縮されるため、各回路部品の実装密度を高く
することができ、モジュールの小型化を図ることが可能
となる。

【００２６】以上のように、実装面上にベアチップ部品
３１１，３１２およびベアチップ部品３１３を実装する
プリント基板３２１が取り付けられたアルミ基板３０１
上に、各ベアチップ部品や狭ピッチ部品（足のピッチが
狭い部品）をモールドするモールド材を設ける。図２に
示すようにプリント基板３２１がアルミ基板３０１の実
装面に対して垂直に取り付けられている場合には、アル
ミ基板３０１に直接取付られているベアチップ部品３１
１，３１２およびプリント基板３２１のリード部３２２
を被覆するようにモールド材を設けることが可能であ
る。また、ベアチップ部品３１１，３１２を一律の厚み
のモールド材で覆い、プリント基板３２１の周辺のみを
覆うモールド材をさらに設けるように構成できる。この
場合、プリント基板３２１の周辺のみを覆うモールド材
は、ベアチップ部品３１１，３１２を覆うモールド材よ
りも粘性の高いもので構成することが好ましい。

【００２７】また、図３に示すようにプリント基板３２
１がアルミ基板３０１の実装面に対して平行に配置され
ている場合には、すべての回路部品を被覆するようにモ
ールド材を設けることが可能である。また、ベアチップ
部品３１１，３１２と、プリント基板３２１に設けたリ
ード部３２２のみを覆うようにモールド材を設けること
も可能である。さらに、ベアチップ部品３１１，３１２
を一律の厚みのモールド材で覆い、プリント基板３２１
の周辺のみを覆うモールド材をさらに設けるように構成
できる。この場合も、プリント基板３２１の周辺のみを
覆うモールド材は、ベアチップ部品３１１，３１２を覆
うモールド材よりも粘性の高いもので構成することが好
ましい。

【００２８】モールド材は絶縁性の合成樹脂で構成さ
れ、たとえば、シリコン系樹脂やエポキシ系の樹脂を採
用することが可能である。モールド材は、アルミ基板３
０１に実装されている各回路部品を被覆するように塗布
することも可能であるが、より確実な絶縁性を実現する
ために、アルミ基板３０１の上面をケース構造としこの
ケース内部にモールド材を充填するように構成すること
ができる。この場合の一例を図４に示す。

【００２９】図４に示すように、アルミ基板３０１の側
縁には、実装面側に立設される側壁３５１，３５２，３
５３，３５４が立設されている。側壁３５１〜３５４
は、それぞれアルミ基板３０１と同様に窒化アルミニウ
ムで構成することが可能であり、絶縁性の合成樹脂材料
で構成することも可能である。また、側壁３５１〜３５
４は、それぞれアルミ基板３０１の側縁に熱溶着または
接着などによって固着されており、側壁３５１〜３５４
の互いに隣接する部分は熱溶着や接着などに固着され間
隙がないように構成されている。なお、側壁３５１〜３
５４を一体成型により作成することも可能である。

【００３０】アルミ基板３０１および側壁３５１〜３５
４で構成されるアルミ基板３０１の実装面側の空間に前
述したようなモールド材３４１を充填する。モールド材
３４１は、アルミ基板３０１に実装されるベアチップ部
品３１１，３１２・・・およびその配線部分を被覆する
ように設けられる。このことにより、腐蝕物質、ほこ
り、小動物などの侵入を防止し、断線や短絡事故などを
防止することができる。また、側壁３５１〜３５４を一
体成型または一面ずつを組み合わせることにより、アル
ミ基板３０１を囲む枠構造とし、アルミ基板と隙間のな
いように密着させることによって、モールド充填時のケ
ースとすることができる。したがって、ベアチップ部品
３１１，３１２・・・およびその配線部分の全面を覆う
ことが容易であるとともに、信頼性を向上させることが
できる。さらに、側壁３５１〜３５４およびアルミ基板
３０１によってケース構造を実現しており、各回路部品
を覆うのに必要な十分なモールド厚みを自由に調整する
ことができる。即ち、アルミ基板３０１の周囲を囲む側
壁３５１〜３５４により、充填するモールド材の流出を
抑えることによって、充填材の厚みを自在に調節するこ
とが可能となる。

【００３１】図４に示す側壁３５１〜３５４の代えて、
図５に示すように、内部に銅による導体パターンが埋め
込まれた合成樹脂製の側壁３６１〜３６４を用いること
が可能である。側壁３６１〜３６４は、銅板による導体
パターンを金型内に挿入し、絶縁性合成樹脂による一体
成型を行ったものであり、側壁３６１〜３６４をそれぞ
れ別々に成型することも可能であり、全てを一体成型で
作成することも可能である。このようにした側壁３６１
〜３６４は、熱溶着、接着またはネジ止めなどによって
アルミ基板３０１に固定される。このとき、アルミ基板
３０１と側壁３６１〜３６４の間および側壁３６１〜３
６４の互いに隣接する部分は間隙がないように構成する
ことが好ましい。

【００３２】アルミ基板３０１および側壁３６１〜３６
４で構成されるアルミ基板３０１の実装面側の空間にモ
ールド材３４１が充填される。モールド材３４１は、ア
ルミ基板３０１に実装されるベアチップ部品３１１，３
１２・・・およびその配線部分を被覆するように設けら
れる。側壁３６１〜３６４の内部に埋め込まれた導体パ
ターンは、電解コンデンサなどの大型の外付回路部品３
７１〜３７３を取り付けるための配線パターンを構成し
ている。したがって、このような外付回路部品３７１〜
３７３が側壁３６１〜３６４の適所に半田付けなどで取
り付けられる。図５では、側壁３６１の外面側に外付回
路部品３７１〜３７３を取り付けた例を示しているが、
モールド材３４１の上面に空間が存在する場合には、外
付回路部品を側壁３６１〜３６４の内面側に取り付ける
ように構成することも可能である。

【００３３】このような構成とすることによって、モジ
ュールのケース側面に回路部品を実装することで部品の
３次元実装が可能となり、集積率を高めることが可能と
なる。また、大型電解コンデンサなどの大きな回路部品
の取付保持部を兼用させることが可能となり、集積率を
高くできるとともに装置の小型化を図ることができる。

【００３４】〈アルミ基板〉ベアチップ部品３１１，３
１２やプリント基板３２１などが実装されているアルミ
基板３０１の裏面側は、放熱用の凹凸部が形成された放
熱面を構成している。この放熱用の凹凸部が形成された
放熱面の構成例を図６〜図１０に示す。図６に示すアル
ミ基板４０１は、前述したような合成樹脂によりモール
ドされたパワーモジュール３００を実装するものであ
り、下面には、互いに平行に形成された断面長方形状の
突条部４０２と、隣接する突条部４０２間に形成される
溝部４０３とで構成される凹凸部４０４が形成されてい
る。

【００３５】このように構成される凹凸部４０４は、断
面長方形状の突条部４０２と、隣接する突条部４０２間
に形成される溝部４０３とによって、表面積が大きくな
っており、放熱効率が大幅に向上する。図７に示すアル
ミ基板４１１は、前述したような合成樹脂によりモール
ドされたパワーモジュール３００を実装するものであ
り、下面には、互いに平行に形成された断面三角形状の
突条部４１２と、隣接する突条部４１２間に形成される
溝部４１３とで構成される凹凸部４１４が形成されてい
る。

【００３６】このように構成される凹凸部４１４は、断
面三角形状の突条部４１２と、隣接する突条部４１２間
に形成される溝部４１３とによって、表面積が大きくな
っており、放熱効率が大幅に向上する。図８に示すアル
ミ基板４２１は、前述したような合成樹脂によりモール
ドされたパワーモジュール３００を実装するものであ
り、下面には、互いに平行に形成された断面台形状の突
条部４２２と、隣接する突条部４２２間に形成される溝
部４２３とで構成される凹凸部４２４が形成されてい
る。

【００３７】このように構成される凹凸部４２４は、断
面台形形状の突条部４２２と、隣接する突条部４２２間
に形成される溝部４２３とによって、表面積が大きくな
っており、放熱効率が大幅に向上する。図９に示すアル
ミ基板４３１は、前述したような合成樹脂によりモール
ドされたパワーモジュール３００を実装するものであ
り、下面には、互いに平行に形成された断面半円形状の
突条部４３２と、隣接する突条部４３２間に形成される
溝部４３３とで構成される凹凸部４３４が形成されてい
る。

【００３８】このように構成される凹凸部４３４は、断
面半円形状の突条部４３２と、隣接する突条部４３２間
に形成される溝部４３３とによって、表面積が大きくな
っており、放熱効率が大幅に向上する。図１０に示すア
ルミ基板４４１は、前述したような合成樹脂によりモー
ルドされたパワーモジュール３００を実装するものであ
り、下面には、先端が半球状に形成される複数の突起４
４２で構成される凹凸部４４４が形成されている。

【００３９】このように構成される凹凸部４４４は、突
起４４２によって、表面積が大きくなっており、放熱効
率が大幅に向上する。〈放熱フィン〉アルミ基板の下面に設けられた凹凸部と
密着するような接合面を備え、複数の板状のフィン部材
が立設された放熱フィンが、アルミ基板の下面に取り付
けられた構成とすることができる。このような放熱フィ
ンの構成例を図１１〜図１５に示す。

【００４０】図１１に示す放熱フィン５０１は、図６に
示すアルミ基板４０１に取り付けられるものであり、一
方の面は、アルミ基板４０１の凹凸部４０４に接合する
接合面５０４を構成している。この接合面５０４は、ア
ルミ基板４０１の溝部４０３に嵌合する断面長方形状の
突条部５０２と、アルミ基板４０１の突条部４０２を受
け容れる溝部５０３とで構成されており、アルミ基板４
０１の凹凸部４０４と密着状態で接合することが可能と
なっている。

【００４１】放熱フィン５０１は、接合面５０４と反対
側に突設される板状のフィン部材５０５が複数形成され
ている。フィン部材５０５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
０１は、アルミ基板４０１の基材と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、引き抜き加工や打ち抜き加工などの加工
方法で作成することができる。

【００４２】放熱フィン５０１は、接合面５０４がアル
ミ基板４０１の凹凸部４０４と密着するように接合さ
れ、ビス止め、熱溶着、樹脂材料による接着などの方法
で固着される。このように構成した場合には、アルミ基
板４０１の凹凸部４０４と放熱フィン５０１の接合面５
０４との接合面積が大きいため、アルミ基板４０１から
放熱フィン５０１への熱伝達効率が良好となり、パワー
モジュール３００で発生した熱を放熱フィン５０１のフ
ィン部材５０５より効率良く放熱させることができる。

【００４３】図１２に示す放熱フィン５１１は、図７に
示すアルミ基板４１１に取り付けられるものであり、一
方の面は、アルミ基板４１１の凹凸部４１４に接合する
接合面５１４を構成している。この接合面５１４は、ア
ルミ基板４１１の溝部４１３に嵌合する断面三角形状の
突条部５１２と、アルミ基板４１１の突条部４１２を受
け容れる溝部５１３とで構成されており、アルミ基板４
１１の凹凸部４１４と密着状態で接合することが可能と
なっている。

【００４４】放熱フィン５１１は、接合面５１４と反対
側に突設される板状のフィン部材５１５が複数形成され
ている。フィン部材５１５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
１１は、前述の放熱フィン５０１と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、接合面５１４がアルミ基板４１１の凹凸
部４１４と密着するように接合され、ビス止め、熱溶
着、樹脂材料による接着などの方法で固着される。

【００４５】このように構成した場合には、アルミ基板
４１１の凹凸部４１４と放熱フィン５１１の接合面５１
４との接合面積が大きいため、アルミ基板４１１から放
熱フィン５１１への熱伝達効率が良好となり、パワーモ
ジュール３００で発生した熱を放熱フィン５１１のフィ
ン部材５１５より効率良く放熱させることができる。図
１３に示す放熱フィン５２１は、図８に示すアルミ基板
４２１に取り付けられるものであり、一方の面は、アル
ミ基板４２１の凹凸部４２４に接合する接合面５２４を
構成している。この接合面５２４は、アルミ基板４２１
の溝部４２３に嵌合する断面台形形状の突条部５２２
と、アルミ基板４２１の突条部４２２を受け容れる溝部
５２３とで構成されており、アルミ基板４２１の凹凸部
４２４と密着状態で接合することが可能となっている。

【００４６】放熱フィン５２１は、接合面５２４と反対
側に突設される板状のフィン部材５２５が複数形成され
ている。フィン部材５２５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
２１は、前述の放熱フィン５０１と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、接合面５２４がアルミ基板４２１の凹凸
部４２４と密着するように接合され、ビス止め、熱溶
着、樹脂材料による接着などの方法で固着される。

【００４７】このように構成した場合には、アルミ基板
４２１の凹凸部４２４と放熱フィン５２１の接合面５２
４との接合面積が大きいため、アルミ基板４２１から放
熱フィン５２１への熱伝達効率が良好となり、パワーモ
ジュール３００で発生した熱を放熱フィン５２１のフィ
ン部材５２５より効率良く放熱させることができる。図
１４に示す放熱フィン５３１は、図９に示すアルミ基板
４３１に取り付けられるものであり、一方の面は、アル
ミ基板４３１の凹凸部４３４に接合する接合面５３４を
構成している。この接合面５３４は、アルミ基板４３１
の溝部４３３に嵌合する断面半円形状の突条部５３２
と、アルミ基板４３１の突条部４３２を受け容れる溝部
５３３とで構成されており、アルミ基板４３１の凹凸部
４３４と密着状態で接合することが可能となっている。

【００４８】放熱フィン５３１は、接合面５３４と反対
側に突設される板状のフィン部材５３５が複数形成され
ている。フィン部材５３５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
３１は、前述の放熱フィン５０１と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、接合面５３４がアルミ基板４３１の凹凸
部４３４と密着するように接合され、ビス止め、熱溶
着、樹脂材料による接着などの方法で固着される。

【００４９】このように構成した場合には、アルミ基板
４３１の凹凸部４３４と放熱フィン５３１の接合面５３
４との接合面積が大きいため、アルミ基板４３１から放
熱フィン５３１への熱伝達効率が良好となり、パワーモ
ジュール３００で発生した熱を放熱フィン５３１のフィ
ン部材５３５より効率良く放熱させることができる。図
１５に示す放熱フィン５４１は、図１０に示すアルミ基
板４４１に取り付けられるものであり、一方の面は、ア
ルミ基板４４１の凹凸面４４４に接合する接合面５４４
を構成している。この接合面５４４は、アルミ基板４４
１の突起４４２が嵌合する複数の凹部５４３が形成され
ており、アルミ基板４４１の凹凸部４４４と密着状態で
接合することが可能となっている。

【００５０】放熱フィン５４１は、接合面５４４と反対
側に突設される板状のフィン部材５４５が複数形成され
ている。フィン部材５４５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
４１は、前述の放熱フィン５０１と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、接合面５４４がアルミ基板４３１の凹凸
部４４４と密着するように接合され、ビス止め、熱溶
着、樹脂材料による接着などの方法で固着される。

【００５１】このように構成した場合には、アルミ基板
４４１の凹凸部４４４と放熱フィン５４１の接合面５４
４との接合面積が大きいため、アルミ基板４４１から放
熱フィン５４１への熱伝達効率が良好となり、パワーモ
ジュール３００で発生した熱を放熱フィン５４１のフィ
ン部材５４５より効率良く放熱させることができる。
〈アルミ基板と放熱フィンの接合構造〉アルミ基板の放
熱面側に放熱フィンを取り付ける際の接合構造は、前述
した実施形態以外のものを想定することが可能である。
たとえば、アルミ基板の放熱面に設けられる突条部を基
端部に対して先端部が側方に膨出した断面形状とし、各
突条部間に位置する溝部の形状を放熱フィン側に設けら
れる突条部を受け容れる形状とする。放熱フィンの接合
面に設けられる突条部についても、同様に基端部に対し
て先端部が側方に膨出した断面形状とし、突条部間に位
置する溝部の形状をアルミ基板側の突条部を受け容れる
形状とする。このことにより、アルミ基板と放熱フィン
は、ビス止めなしでも密着状態を維持することができ
る。このような実施形態を図１６〜図１８を用いて説明
する。

【００５２】図１６に示すアルミ基板４５１は、前述し
たような合成樹脂によりモールドされたパワーモジュー
ル３００を実装するものであり、下面には、互いに平行
に形成された突条部４５４と、隣接する突条部４５４間
に形成される溝部４５５とで構成される凹凸部４５６が
形成されている。突条部４５４は、基端部４５２と、基
端部４５２よりも側方に膨出した先端部４５３とで構成
されており、断面Ｔ字形状となっている。

【００５３】放熱フィン５５１は、一方の面は、アルミ
基板４５１の凹凸部４５６に接合する接合面５５６を構
成している。この接合面５５６は、アルミ基板４５１の
溝部４５５に嵌合する突条部５５４と、アルミ基板４５
１の突条部４５４を受け容れる溝部５５５とで構成され
ており、アルミ基板４５１の凹凸部４５６と密着状態で
接合することが可能となっている。突条部５５４は、基
端部５５２と、基端部５５２よりも側方に膨出した先端
部５５３とで構成されており、断面Ｔ字形状となってい
る。

【００５４】放熱フィン５５１は、接合面５５６と反対
側に突設される板状のフィン部材５５７が複数形成され
ている。フィン部材５５７は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
５１は、アルミ基板４５１の基材と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、引き抜き加工や打ち抜き加工などの加工
方法で作成することができる。

【００５５】アルミ基板４５１の突条部４５４を放熱フ
ィン５５１の溝部５５５に挿入し、放熱フィン５５１の
突条部５５４をアルミ基板４５１の溝部４５５に挿入す
るようにして、各突条部４５４，５５４と平行にスライ
ドさせることにより、放熱フィン５５１の接合面５５６
がアルミ基板４５１の凹凸部４５６と密着するように接
合させることができる。

【００５６】このようにした場合には、アルミ基板４５
１の突条部４５４、溝部４５５および放熱フィン５５１
の突条部５５４、溝部５５５がそれぞれ係合すること
で、アルミ基板４５１と放熱フィン５５１とが離間する
方向への移動を規制し、密着状態を維持させることが可
能となる。このことにより、アルミ基板４５１と放熱フ
ィン５５１との間の熱伝達効率を高く維持することが可
能であり、また、取付用のビスなどを省略することも可
能となる。

【００５７】図１７に示すアルミ基板４６１は、前述し
たような合成樹脂によりモールドされたパワーモジュー
ル３００を実装するものであり、下面には、互いに平行
に形成された突条部４６４と、隣接する突条部４６４間
に形成される溝部４６５とで構成される凹凸部４６６が
形成されている。突条部４６４は、基端部４６２と、基
端部４６２よりも側方に膨出した先端部４６３とで構成
されている。この突条部４６４および溝部４６５の形状
は、凹凸部４６６の断面形状が円または楕円などの曲線
を組み合わせた形状となるように構成されている。

【００５８】放熱フィン５６１は、一方の面は、アルミ
基板４６１の凹凸部４６６に接合する接合面５６６を構
成している。この接合面５６６は、アルミ基板４６１の
溝部４６５に嵌合する突条部５６４と、アルミ基板４６
１の突条部４６４を受け容れる溝部５６５とで構成され
ており、アルミ基板４６１の凹凸部４６６と密着状態で
接合することが可能となっている。突条部５６４は、基
端部５６２と、基端部５６２よりも側方に膨出した先端
部５６３とで構成されており、接合面５６６の断面形状
が円または楕円などの曲線の組み合わせた形状となるよ
うに構成されている。

【００５９】放熱フィン５６１は、接合面５６６と反対
側に突設される板状のフィン部材５６７が複数形成され
ている。フィン部材５６７は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
６１は、アルミ基板４６１の基材と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、引き抜き加工や打ち抜き加工などの加工
方法で作成することができる。

【００６０】前述の実施形態と同様に、アルミ基板４６
１の突条部４６４を放熱フィン５６１の溝部５６５に挿
入し、放熱フィン５６１の突条部５６４をアルミ基板４
６１の溝部４６５に挿入するようにして、各突条部４６
４，５６４と平行にスライドさせることにより、放熱フ
ィン５６１の接合面５６６がアルミ基板４６１の凹凸部
４６６と密着するように接合させることができる。

【００６１】このようにした場合には、アルミ基板４６
１の突条部４６４、溝部４６５および放熱フィン５６１
の突条部５６４、溝部５６５がそれぞれ係合すること
で、アルミ基板４６１と放熱フィン５６１とが離間する
方向への移動を規制し、密着状態を維持させることが可
能となる。このことにより、アルミ基板４６１と放熱フ
ィン５６１との間の熱伝達効率を高く維持することが可
能であり、また、取付用のビスなどを省略することも可
能となる。

【００６２】図１８に示すアルミ基板４７１は、前述し
たような合成樹脂によりモールドされたパワーモジュー
ル３００を実装するものであり、下面には、互いに平行
に形成された突条部４７２と、隣接する突条部４７２間
に形成される溝部４７３とで構成される凹凸部４７４が
形成されている。突条部４７２は、基端部よりも先端部
が側方に膨出した断面逆台形形状に形成されている。

【００６３】放熱フィン５６１は、一方の面は、アルミ
基板４７１の凹凸部４７６に接合する接合面５７４を構
成している。この接合面５７４は、アルミ基板４７１の
溝部４７３に嵌合する突条部５７２と、アルミ基板４７
１の突条部４７２を受け容れる溝部５７３とで構成され
ており、アルミ基板４７１の凹凸部４７４と密着状態で
接合することが可能となっている。突条部５７２は、基
端部よりも先端部が側方に膨出した断面逆台形形状で形
成されている。

【００６４】放熱フィン５７１は、接合面５７４と反対
側に突設される板状のフィン部材５７５が複数形成され
ている。フィン部材５７５は、表面積を大きくするため
の薄板状に形成されており、さらに放熱効果を高めるた
めに所定間隔離間されて配置されている。放熱フィン５
７１は、アルミ基板４７１の基材と同様に、窒化アルミ
ニウムなどの熱伝導率が高く、絶縁性の良好な材料で構
成されており、引き抜き加工や打ち抜き加工などの加工
方法で作成することができる。

【００６５】前述の実施形態と同様に、アルミ基板４７
１の突条部４７２を放熱フィン５７１の溝部５７３に挿
入し、放熱フィン５７１の突条部５７２をアルミ基板４
７１の溝部４７３に挿入するようにして、各突条部４７
２，５７２と平行にスライドさせることにより、放熱フ
ィン５７１の接合面５７４がアルミ基板４７１の凹凸部
４７４と密着するように接合させることができる。

【００６６】このようにした場合には、アルミ基板４７
１の突条部４７２、溝部４７３および放熱フィン５７１
の突条部５７２、溝部５７３がそれぞれ係合すること
で、アルミ基板４７１と放熱フィン５７１とが離間する
方向への移動を規制し、密着状態を維持させることが可
能となる。このことにより、アルミ基板４７１と放熱フ
ィン５７１との間の熱伝達効率を高く維持することが可
能であり、また、取付用のビスなどを省略することも可
能となる。

【００６７】アルミ基板の凹凸部の形状および放熱フィ
ンの接合面の形状は、図示したものに限定されるもので
はなく、熱伝達効率の良好な形状を適宜選択することが
可能である。また、モジュール内の回路構成も図示した
ものに限定されるものではなく、発熱量が多いと考えら
れる回路部品を備えた種々のモジュールに対して、アル
ミ基板の凹凸部および放熱フィンの構成を適用すること
が可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明の請求項１に係るパワーモジュー
ルでは、実装基板の放熱面に形成された凹凸部により、
実装面に実装された回路部品からの発熱を効率良く放熱
することが可能となる。本発明の請求項２に係るパワー
モジュールでは、実装面側を絶縁性合成樹脂などでモー
ルドして密閉型のモジュールとした場合であっても、放
熱面から効率良く放熱を行うことが可能となる。

【００６９】本発明の請求項３に係るパワーモジュール
では、熱導電率の高いアルミニウム系金属を実装基板と
して用いていることから、実装面に実装された回路部品
からの熱を効率良く放熱することが可能となる。本発明
の請求項４に記載のパワーモジュールでは、放熱フィン
の接合面は、実装基板の放熱面と密着するように、凹凸
形状となっており、放熱フィンと実装基板との熱伝達効
率が向上することとなる。したがって、実装基板に実装
されている回路部品から発生した熱が効率良く放熱フィ
ンに伝達し、放熱効率を高めることができる。

【００７０】本発明の請求項５に係るパワーモジュール
では、断面長方形状の突条部と、隣接する突条部間に形
成される溝部とによって、実装基板の放熱面の表面積が
大きくなり、放熱効果を向上させることが可能となる。
また、放熱フィンを取り付ける際には、実装基板の放熱
面と放熱フィンの接合面との接触面積が大きくなり、互
いの熱伝達効率が向上するため、放熱効果を高めること
ができる。

【００７１】本発明の請求項６に係るパワーモジュール
では、断面三角形状の突条部と、隣接する突条部間に形
成される溝部とによって、実装基板の放熱面の表面積が
大きくなり、放熱効果を向上させることが可能となる。
また、放熱フィンを取り付ける際には、実装基板の放熱
面と放熱フィンの接合面との接触面積が大きくなり、互
いの熱伝達効率が向上するため、放熱効果を高めること
ができる。

【００７２】本発明の請求項７に係るパワーモジュール
では、断面台形状の突条部と、隣接する突条部間に形成
される溝部とによって、実装基板の放熱面の表面積が大
きくなり、放熱効果を向上させることが可能となる。ま
た、放熱フィンを取り付ける際には、実装基板の放熱面
と放熱フィンの接合面との接触面積が大きくなり、互い
の熱伝達効率が向上するため、放熱効果を高めることが
できる。

【００７３】本発明の請求項８に係るパワーモジュール
では、断面半円形状の突条部と、隣接する突条部間に形
成される溝部とによって、実装基板の放熱面の表面積が
大きくなり、放熱効果を向上させることが可能となる。
また、放熱フィンを取り付ける際には、実装基板の放熱
面と放熱フィンの接合面との接触面積が大きくなり、互
いの熱伝達効率が向上するため、放熱効果を高めること
ができる。

【００７４】本発明の請求項９に係るパワーモジュール
では、先端が半球状に形成される複数の突起によって、
実装基板の放熱面の表面積が大きくなり、放熱効果を向
上させることが可能となる。また、放熱フィンを取り付
ける際には、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面と
の接触面積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上する
ため、放熱効果を高めることができる。

【００７５】本発明の請求項１０に係るパワーモジュー
ルでは、基端部に対して先端部が側方に膨出した断面形
状でなる突条部と、相手側の突条部を受け容れる溝部と
によって、実装基板の放熱面と放熱フィンの接合面との
接触面積が大きくなり、互いの熱伝達効率が向上するた
め、放熱効果を高めることができる。また、実装基板と
放熱フィンとが互いの突条部と溝部との係合により、離
間する方向に移動することを規制しており、ビス止めな
どの固着手段を用いずに密着状態を維持する構造とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和機の電源回路の一例を示すブロック
図。

【図２】パワーモジュールの基板構造の一例を示す側面
図。

【図３】パワーモジュールの基板構造の他の例を示す側
面図。

【図４】パワーモジュールの基板構造の一例を示す斜視
図。

【図５】パワーモジュールの基板構造の他の例を示す斜
視図。

【図６】アルミ基板の放熱面の一例を示す斜視図。

【図７】アルミ基板の放熱面の一例を示す斜視図。

【図８】アルミ基板の放熱面の一例を示す斜視図。

【図９】アルミ基板の放熱面の一例を示す斜視図。

【図１０】アルミ基板の放熱面の一例を示す斜視図。

【図１１】放熱フィンの接合面の一例を示す斜視図。

【図１２】放熱フィンの接合面の一例を示す斜視図。

【図１３】放熱フィンの接合面の一例を示す斜視図。

【図１４】放熱フィンの接合面の一例を示す斜視図。

【図１５】放熱フィンの接合面の一例を示す斜視図。

【図１６】アルミ基板と放熱フィンの接合構造の一例を
示す斜視図。

【図１７】アルミ基板と放熱フィンの接合構造の一例を
示す斜視図。

【図１８】アルミ基板と放熱フィンの接合構造の一例を
示す斜視図。

【符号の説明】

３００パワーモジュール４０１アルミ基板４０２突条部４０３溝部４０４凹凸部５０１放熱フィン５０２突条部５０３溝部５０４接合面５０５フィン部材

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源制御を行うための電源回路を実装する
実装面と、放熱用の凹凸部が形成された放熱面とを備え
る熱伝導率の高い部材で形成された実装基板を有するパ
ワーモジュール。
【請求項２】前記実装面と放熱面は前記実装基板の表裏
を構成する、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】前記実装基板は、アルミニウム系金属製の
板状部材の一方の面に、銅による配線パターンが形成さ
れたアルミ基板である、請求項１または２に記載のパワ
ーモジュール。
【請求項４】前記放熱面の凹凸部に密着する接合面と、
板状のフィン部材が立設されるフィン形成部とを備える
放熱フィンが、前記実装基板の放熱面に取り付けられ
る、請求項１〜３のいずれかに記載のパワーモジュー
ル。
【請求項５】前記凹凸部は、互いに平行に形成された断
面長方形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される
溝部とで構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の
パワーモジュール。
【請求項６】前記凹凸部は、互いに平行に形成された断
面三角形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される
溝部とで構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の
パワーモジュール。
【請求項７】前記凹凸部は、互いに平行に形成された断
面台形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される溝
部とで構成される、請求項１〜４のいずれかに記載のパ
ワーモジュール。
【請求項８】前記凹凸部は、互いに平行に形成される断
面半円形状の突条部と、隣接する突条部間に形成される
溝部とで構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の
パワーモジュール。
【請求項９】前記凹凸部は、先端が半球状に形成される
複数の突起で構成される、請求項１〜４のいずれかに記
載のパワーモジュール。
【請求項１０】前記実装基板の放熱面と前記放熱フィン
の接合面とは、基端部に対して先端部が側方に膨出した
断面形状でなる突条部と、相手側の突条部を受け容れる
溝部とを備える、請求項４に記載のパワーモジュール。