JP4673211B2

JP4673211B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP4673211B2
Application number: JP2005374162A
Authority: JP
Inventors: 時人諏訪; 伸一藤野; 啓次国井
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007181257A

Description

本発明は、パワーモジュールと制御回路基板とを備えた車両等に好適な電力変換装置に係り、特に、パワーモジュールと制御回路基板との電気的接続に半田付けを伴うものに関する。

車両等に用いられる電力変換装置は、通常、パワーモジュールと制御回路基板とを備えており、それらを電気的に接続するには端子部分（ゲート端子やピンヘッド等）に半田付けを行うことが必要である。

ところが、電力変換装置の動作時には、パワーモジュールや制御回路基板が発熱昇温せしめられるので、この温度上昇によりパワーモジュールや制御回路基板（の構成部品）がそれぞれ異なる熱膨張係数をもって膨張し、それらパワーモジュールと制御回路基板との接続部である前記半田付け部分に引っ張り荷重あるいは圧縮荷重が加えられて応力が集中し、かかる応力集中により、半田付け部分に剥離、割れ、劣化等の不具合が生じやすくなる。

このように半田付け部分に剥離、割れ、劣化等の不具合が生じやすいと、接続不良ひいては装置の誤動作、故障を招来するおそれがあり、信頼性が著しく低下する。

そのため、従来においては、半田付け部分の信頼性を高めるため、例えば下記特許文献１に所載のように、パワーモジュールと制御回路基板とを電気的に接続するためのゲート端子（外部電極端子）をＵベンド状に形成してばね効果を持たせ、半田付け部分に加えられる応力を緩和するようにした電力変換装置が提案されている。

特開平５−２５９３３４号公報

しかしながら、車両に用いられる電力変換装置では、その構成部品が発熱昇温することに加えて、車両（車輪やエンジン等）から振動も伝播するため、半田付け部分に繰り返し荷重（応力）が加えられることになるが、前記特許文献１に所載の構成では、振動対策が不十分で、半田付け部分に加えられる応力を充分には緩和できないおそれがある。

また、車両、特に自動車用途の電力変換装置では、広い居住性を確保するため、当該装置の小型化が強く要望されているが、前記特許文献１に所載のものでは、パワーモジュールの真上に制御回路基板を配在するとともに、ゲート端子（外部電極端子）をＵベンド状
（又はＳベンド状）としているため、パワーモジュールから制御回路基板を上方に大きく離して配在しなければならず、装置の占有スペース（特に高さ方向）が大きくなる嫌いがある。言い換えれば、パワーモジュールの上方に大きなスペースを確保しておく必要があり、小型化を図ることが難しい。

本発明は、前記した如くの問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、パワーモジュールと制御回路基板とを電気的に接続するための半田付け部分に、発熱昇温及び振動による荷重（応力）が加わり難くして、信頼性を高めることができるとともに、装置の小型化も図ることができる電力変換装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の係る電力変換装置は、パワーモジュールと、該パワーモジュールの側部に配置されて該パワーモジュールの駆動を制御する制御回路基板と、前記パワーモジュールと前記制御回路基板との間に弛みを持たせた状態で半田付けにより電気的に接続されるフレキシブル配線板と、を備えている。
そして、前記制御回路基板と前記フレキシブル配線板とを電気的に接続する端子部材は、前記制御回路基板を貫通して配置されると共に該制御回路基板に実装された配線パターンと電気的に接続されるスルーホール導体と、該スルーホール導体の前記フレキシブル配線板側の面に配置される台座部と、前記スルーホール導体の貫通孔と前記台座部の貫通孔とに嵌挿してその上下端部が上下方向に突出するように配置されるピンと、で構成されている。
更に、前記フレキシブル配線板は、そのピン嵌挿孔が前記台座部から突出した前記ピンに嵌合すると共に、前記ピン嵌挿孔の上面周囲に半田付け面を有して前記ピンの上端部と前記半田付け面とが半田付けされて電気的に導通し、前記ピンの下端部は、前記スルーホール導体の前記貫通孔内と該貫通孔の下面とに半田付けされて電気的に導通している。

前記フレキシブル配線板は、好ましくは、前記パワーモジュールと前記制御回路基板との間で弛みを持つように、側面視「く」字状、「Ｕ」字状、「Ｓ」字状等に撓曲されて配在される。
好ましい態様では、前記パワーモジュールの側方に前記制御回路基板が配在される。

また、前記フレキシブル配線板は、好ましくは、ポリエステル、ポリイミド等の合成樹脂製ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた銅等の導体からなる配線部と、前記ベースフィルム上における前記配線部の両端半田付け面を除く全面を覆うようにラミネートされた合成樹脂製カバーフィルムと、で構成される。

このような構成とされた本発明に係る電力変換装置においては、パワーモジュールと制御回路基板とがフレキシブル配線板で電気的に接続されるので、それらが発熱昇温したり振動しても、従来装置において半田付け部分に加えられていた応力はフレキシブル配線板により吸収緩和される。そのため、半田付け部分に剥離、割れ、劣化等の不具合が生じ難くなり、信頼性を高めることができる。

以下、本発明の電力変換装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る電力変換装置の一実施形態の主要部を示す断面図、図２は図１に示される電力変換装置の部分切欠平面図である。なお、装置の説明に供される各図（図１〜図４）においては、便宜上、構成部品の厚み等は誇張して描かれている。

本実施形態の電力変換装置１０は、パワーモジュール２０と、このパワーモジュール２０の側方上部に配在された制御回路基板３０と、を備え、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との間にフレキシブル配線板４０が弛みを持たせた状態で配在され、このフレキシブル配線板４０に設けられた配線部４５の一端側がパワーモジュール２０に設けられたゲート端子（ゲートピン）２５に半田付けにより電気的に接続され、他端側が前記制御回路基板３０に設けられた端子部材（スルーホール導体３３及びピンヘッド３５）に半田付けにより電気的に接続されている。

以下、装置構成を詳細に説明する。

パワーモジュール２０及び制御回路基板３０は、図示はされていないが、装置ケース内の所定位置に支持台（放熱板）やブラケット類で保持固定されている。

パワーモジュール２０は、合成樹脂製本体部２２内にクランクないし鍵状に折り曲げられたゲート端子（ゲートピン）２５が埋設（インサート成形）されており、ゲートピン２５の先端部２５ａは、本体部２２の上端面２２ａから垂直に突出せしめられている。

ゲートピン２５は、例えば３本（本数は任意に設定可能）が前後方向に一定間隔で並設され、この任意本数で構成される複数の組が前後方向に所定間隔をあけて並設されている（図２には一組だけが示されている）。

制御回路基板３０は、図示はされていないが、その基板部３２の片面もしくは両面に制御用半導体チップ等が実装されるとともに、それらを接続する配線部（配線パターン）が形成されており、その一端側（パワーモジュール２０側）には、前記制御用半導体チップ等に前記配線パターンを介して電気的に接続されるスルーホール（導体）３３が設けられている。

スルーホール導体３３は、前記ゲートピン２５と同様に、例えば３個（個数は任意に設定可能）が前後方向に一定間隔で並設され、この任意個数で構成される複数の組が前後方向に所定間隔をあけて並設されている（図２には一組だけが示されている）。

スルーホール導体３３には、基板部３２上に載置されたピンヘッド３５のピン３７が嵌挿入されており、スルーホール導体３３とピンヘッド３５とで制御回路基板３０の端子部材が構成されている。

ピンヘッド３５のピン３７は、その下端部３７ｂがスルーホール導体３３下面から下方に突出せしめられ、その上端部３７ａが台座部３６上面から上方に突出せしめられており、ピン３７の下端部３７ｂとスルーホール導体３３とが半田付けされて導通せしめられている（半田付け部分５３）。なお、ゲートピン２５及びピンヘッド３５のピン３７の外周面にはスズめっきが施されている。

一方、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との間に配在されたフレキシブル配線板４０は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、ポリエステル、ポリイミド等の合成樹脂製ベースフィルム４２と、このベースフィルム４２上に設けられた銅等の導体からなる配線部４５と、前記ベースフィルム４２上における配線部４５の両端半田付け面（円形）４５ａ、４５ｂを除く全面を覆うようにラミネートされた合成樹脂製カバーフィルム４６と、からなっており、カバーフィルム４６における配線部４５の両端半田付け面（円形）４５ａ、４５ｂに対応する部分には円形開口４６ａ、４６ｂが形成され、また、ベースフィルム４５及び配線部４５における両端半田付け面（円形）４５ａ、４５ｂの中央部に対応する部分には、ゲートピン２５及びピンヘッド３５のピン３７が嵌挿されるピン嵌挿穴４４、４４が形成されている。

配線部４５は、前記ゲートピン２５及びスルーホール導体３３と同様に、例えば３個（個数は任意に設定可能）が前後方向に一定間隔で並設されており、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との接続には、ここでは、図３に示される如くの、配線部４５が例えば３個設けられたフレキシブル配線板４０が複数枚使用される。

そして、フレキシブル配線板４０は、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との間で弛みを持つように、側面視逆「く」字状（図１参照）、倒立「Ｕ」字状（図４参照）、「Ｓ」字状等に撓曲されて配在され、このフレキシブル配線板４０に設けられた配線部４５の一端側半田付け面４５ａがパワーモジュール２０に設けられたゲート端子（ゲートピン）２５に半田付け（半田付け部分５１）により電気的に接続され、他端側半田付け面４５ｂが制御回路基板３０に設けられたピンヘッド３５のピン３７の上端部３７ａに半田付け（半田付け部分５２）により電気的に接続されている。

このような構成とされた本実施形態の電力変換装置１０では、パワーモジュール２０と制御回路基板３０とがフレキシブル配線板４０で電気的に接続されるので、それらが発熱昇温したり振動しても、従来装置において半田付け部分に加えられていた応力はフレキシブル配線板３０により吸収緩和される。そのため、半田付け部分５１，５２に剥離、割れ、劣化等の不具合が生じ難くなり、信頼性を高めることができる。

また、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との電気的接続にフレキシブル配線板４０を用いているので、制御回路基板３０をパワーモジュール２０の真上に配在する必要はなくなるとともに、パワーモジュール２０の上方に大きなスペースは不要となる。そのため、装置の小型化も図ることができる。

なお、上記実施形態では、パワーモジュール２０と制御回路基板３０との接続に、配線部４５が例えば３個設けられたフレキシブル配線板４０を複数枚使用するようにしているが、それに代えて、配線部４５が所要個数設けられた一枚のフレキシブル配線板を使用するようにしてもよい。

本発明に係る電力変換装置の一実施形態の主要部を示す断面図。図１に示される電力変換装置の部分切欠平面図。図１に示される電力変換装置に使用されるフレキシブル配線板を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。図１に示される電力変換装置におけるフレキシブル配線板の配在態様の他の例を示す断面図。

符号の説明

１０電力変換装置
２０パワーモジュール
２５ゲートピン（ゲート端子）
３０制御回路基板
３３スルーホール導体
３５ピンヘッド
４０フレキシブル配線板
４５配線部
５１、５２、５３半田付け部分

Claims

パワーモジュールと、該パワーモジュールの側部に配置されて該パワーモジュールの駆動を制御する制御回路基板と、前記パワーモジュールと前記制御回路基板との間に弛みを持たせた状態で半田付けにより電気的に接続されるフレキシブル配線板と、を備え、
前記制御回路基板と前記フレキシブル配線板とを電気的に接続する端子部材は、前記制御回路基板を貫通して配置されると共に該制御回路基板に実装された配線パターンと電気的に接続されるスルーホール導体と、該スルーホール導体の前記フレキシブル配線板側の面に配置される台座部と、前記スルーホール導体の貫通孔と前記台座部の貫通孔とに嵌挿してその上下端部が上下方向に突出するように配置されるピンと、で構成され、
前記フレキシブル配線板は、そのピン嵌挿孔が前記台座部から突出した前記ピンに嵌合すると共に、前記ピン嵌挿孔の上面周囲に半田付け面を有して前記ピンの上端部と前記半田付け面とが半田付けされて電気的に導通し、
前記ピンの下端部は、前記スルーホール導体の前記貫通孔内と該貫通孔の下面とに半田付けされて電気的に導通していることを特徴とする電力変換装置。
前記フレキシブル配線板は、前記パワーモジュールと前記制御回路基板との間で弛みを持つように、側面視「く」字状、「Ｕ」字状、「Ｓ」字状等に撓曲されて配在されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記フレキシブル配線板は、ポリエステル、ポリイミド等の合成樹脂製ベースフィルムと、このベースフィルム上に設けられた銅等の導体からなる配線部と、前記ベースフィルム上における前記配線部の両端半田付け面を除く全面を覆うようにラミネートされた合成樹脂製カバーフィルムと、からなっていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。