WO2013140703A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2013140703A1
WO2013140703A1 PCT/JP2013/000164 JP2013000164W WO2013140703A1 WO 2013140703 A1 WO2013140703 A1 WO 2013140703A1 JP 2013000164 W JP2013000164 W JP 2013000164W WO 2013140703 A1 WO2013140703 A1 WO 2013140703A1
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WO
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heat
heat transfer
mounting substrate
circuit pattern
pattern metal
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PCT/JP2013/000164
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明大 今給黎
修 武井
小高　章弘
泰仁 田中
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富士電機株式会社
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    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • a mounting board on which a circuit component including a heat generating circuit component for driving the semiconductor switching element is mounted on a semiconductor power module including a semiconductor switching element for power conversion is supported at a predetermined interval.
  • the present invention relates to a power conversion apparatus.
  • a mounting board in which circuit components including a heat generating circuit component for driving the semiconductor switching element are mounted on a semiconductor power module including a semiconductor switching element for power conversion at a predetermined interval A configuration is known that is maintained and supported.
  • a mounting board on which a heat generating circuit component is mounted is connected to a cooling body via a housing, and heat generated by the mounting board is radiated to the cooling body.
  • a power conversion device having a configuration to do so is known.
  • a semiconductor power module 101 including a semiconductor switching element for power conversion is disposed on a cooling body 100 as shown in FIG.
  • a mounting substrate 102 is supported by a heat transfer support member 106 connected to a housing 105 via a heat transfer material 104 provided on the bottom surface.
  • the mounting substrate can be cooled.
  • Reference numeral 107 denotes a capacitor disposed at the bottom of the housing 105.
  • Reference numeral 108 denotes an auxiliary machine inverter installed at the bottom of the cooling body.
  • the housing in the cooling configuration of the mounting substrate, the housing also requires good heat conductivity, and the material constituting the housing is a metal having high thermal conductivity.
  • the material constituting the housing is a metal having high thermal conductivity.
  • a liquid sealant or rubber packing must be applied between the heat transfer support member and the housing and between the housing and the cooling body. Insertion is generally performed. Liquid sealants and rubber packings generally have a low thermal conductivity, and the presence of these in the heat dissipation path of the mounting board increases the thermal resistance, resulting in a decrease in the cooling efficiency of the mounting board.
  • the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and provides a power conversion device capable of further improving cooling efficiency and actively cooling any heat generating circuit component.
  • the purpose is that.
  • a first aspect of a power conversion device includes a semiconductor power module, a cooling body disposed on one surface of the semiconductor power module, and the other of the semiconductor power module. And a mounting substrate on which circuit components including a heat generating circuit component for driving the semiconductor power module are mounted. And the heat transfer support member is arrange
  • the heat dissipation path forming member from the circuit board through the heat transfer connecting member from the circuit pattern metal portion and the path that radiates heat from the mounting substrate to the cooling body via the heat transfer support member and the heat dissipation path forming member as the heat dissipation path. It has both a heat dissipation path to the cooling body via Therefore, the heat generated in the heat generating circuit components is radiated from both of these paths, so that the heat can be efficiently cooled from both sides of the mounting board. Furthermore, since the circuit pattern metal part connected to the heat transfer connecting member can be arbitrarily formed, any heat generating circuit component on the mounting substrate can be actively cooled. Therefore, since the mounting substrate can be efficiently cooled, the repulsive force conversion device can be reduced in size.
  • the said heat-transfer support member is comprised with the metal material with high heat conductivity.
  • the mounting substrate is made of aluminum, aluminum alloy, copper, or the like having high thermal conductivity, heat can be radiated to the cooling body more efficiently.
  • the 3rd aspect of the power converter device which concerns on this invention is the said heat-transfer connection member,
  • substrate and the said thermal radiation path forming member are connected outside the said mounting board
  • the circuit pattern metal part of the mounting board is connected to the heat radiation path forming member by the heat transfer connecting member outside the mounting board, the heat generation of the heat generating circuit component connected to the circuit pattern metal part Can be radiated to the cooling body directly via the heat radiation path forming member.
  • the 4th aspect of the power converter device which concerns on this invention is connected so that the said heat-transfer connection member may connect the circuit pattern metal part and the said heat-transfer support member which were formed in the said mounting substrate through the said mounting substrate.
  • the circuit pattern metal portion of the mounting board is connected to the heat transfer support member by a heat transfer connection member such as a fixing screw having good thermal conductivity inside the mounting substrate. The heat generated by the heat generating circuit components connected to the heat can be radiated to the cooling body directly by the heat transfer connecting member via the heat transfer supporting member.
  • the 5th aspect of the power converter device which concerns on this invention is an internal circuit pattern metal part formed in the said mounting substrate facing the circuit pattern metal part to which the heat generating circuit components formed in the surface are connected.
  • the heat transfer connection member has at least an internal heat transfer connection member that connects the internal circuit pattern metal part and the heat transfer support member.
  • the internal circuit pattern metal part is formed inside the surface facing the circuit pattern metal part on the surface to which the heat generating circuit component is connected, and the internal circuit pattern metal part is connected via the internal heat transfer connecting member. Therefore, even when the circuit pattern metal part to which the heat generating circuit component is connected has a potential other than grounding, the heat can be efficiently radiated to the outside without using an insulating heat transfer material. .
  • the heat radiation path forming member is formed independently of a housing surrounding the semiconductor power module and the mounting substrate.
  • the heat radiation path forming member that connects the mounting board and the cooling body is formed independently of the semiconductor power module and the casing that surrounds each mounting board.
  • a housing can be formed without considering conductivity, and the degree of freedom in design can be improved.
  • the 7th aspect of the power converter device which concerns on this invention is formed with the housing
  • the heat dissipation path to the cooling body of the heat dissipation path forming member is interposed through the housing, on the semiconductor power module, when arranging a plurality of mounting boards at a predetermined interval, It is not necessary to form an independent heat transfer support member that radiates heat to the cooling body on each mounting board, and the configuration of the heat transfer support member can be simplified.
  • the 8th aspect of the power converter device which concerns on this invention arrange
  • the heat transfer support member As a heat dissipation path of the mounting board in which the heat generating circuit component is connected to the circuit pattern metal part on the surface of the mounting board, the heat transfer support member, A heat dissipation path reaching the cooling body via the heat radiation path forming member and a heat dissipation path reaching the cooling body via the heat radiation path forming member member from the circuit pattern metal part via at least one of the external and internal heat transfer connection members There are at least two heat dissipation paths. For this reason, heat can be efficiently cooled by dissipating heat generated in the heat generating circuit components from at least two heat dissipation paths.
  • the circuit pattern metal part connected to the heat transfer connecting member can be arbitrarily formed, it can be actively cooled even when local heat generation of the heat generating circuit component occurs. Therefore, compared with the above-described conventional example, the cooling efficiency can be further improved, and any heat generating circuit component can be actively cooled, so that a small power converter can be provided.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a power conversion device according to the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a power converter
  • the power converter 1 is housed in a housing 2 shown by a chain line.
  • the casing 2 is formed by molding a synthetic resin material, and includes a lower casing 2A and an upper casing 2B that are divided vertically with a cooling body 3 having a water-cooling jacket structure interposed therebetween.
  • the lower housing 2A is a bottomed rectangular tube.
  • the lower casing 2A has an open upper portion covered with a cooling body 3, and a smoothing film capacitor 4 is accommodated therein.
  • the upper housing 2B includes a rectangular tube 2a having an open upper end and a lower end, and a lid 2b that closes the upper end of the rectangular tube 2a.
  • the lower end of the rectangular tube 2a is closed by the cooling body 3.
  • a sealing material such as application of a liquid sealant or sandwiching rubber packing is interposed between the lower end of the rectangular tube 2a and the cooling body 3.
  • a cooling water supply port 3 a and a drainage port 3 b are opened to the outside of the housing 2, and a cooling water passage 3 c is formed between the water supply port 3 a and the drainage port 3 b.
  • the water supply port 3a and the drainage port 3b are connected to a cooling water supply source (not shown) via, for example, a flexible hose.
  • the cooling body 3 is formed, for example, by casting aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity (for example, 100 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more) by die casting or the like.
  • the lower surface of the cooling body 3 is a flat surface, and a rectangular frame-shaped circumferential groove 3d is formed on the outer surface on the upper surface.
  • the power conversion apparatus 1 includes a semiconductor power module 11 that incorporates, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a semiconductor switching element that constitutes, for example, an inverter circuit for power conversion, in the upper housing 2B.
  • the semiconductor power module 11 includes an IGBT in a flat rectangular parallelepiped insulating case body 12, and a metal heat dissipating member 13 is formed on the lower surface of the case body 12.
  • the case body 12 and the heat radiating member 13 are formed with insertion holes 15 through which fixing screws 14 as fixing members are inserted at four corners when viewed from the plane.
  • the fixing screw 14 is inserted into the insertion holes 15, and the tip of the male screw portion of the fixing screw 14 is screwed into the female screw formed on the cooling body 3, so that the semiconductor power module 11 is placed on the upper surface of the cooling body 3 with the heat radiating member 13. It is attached by touching.
  • substrate fixing portions 16 having a predetermined height are formed to protrude at four locations inside the insertion hole 15.
  • a control circuit for controlling the drive circuit, a power supply circuit, etc. including a heat generating circuit component that drives a IGBT built in the semiconductor power module 11 and has a relatively large heat generation amount or a high heat generation density.
  • the mounted mounting board 21 is fixed.
  • the mounting substrate 21 has a width substantially equal to the depth orthogonal to the paper surface of the semiconductor power module 11, for example, and the length in the left-right direction is set shorter than the length of the semiconductor power module 11.
  • the heat generating circuit component 22 having the largest amount of heat generation is mounted on the upper surface of the mounting substrate 21.
  • One end of the heat generating circuit component 22 is connected to a circuit pattern metal portion 23 connected to a predetermined potential such as a power supply circuit, and the other end is connected to a circuit pattern metal portion 24 connected to a ground potential.
  • the mounting substrate 21 is provided with, for example, an insulating heat transfer member 25 on the entire back surface thereof, and has a high thermal conductivity (for example, 100 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ ) on the lower surface side of the heat transfer member 25. 1 or more)
  • a flat heat transfer support member 26 made of aluminum or aluminum alloy is disposed.
  • the heat transfer member 25 for example, a member having improved heat transfer performance while exhibiting insulation performance by interposing a metal filler inside silicon rubber as an elastic body is applied.
  • the heat transfer support member 26 has a depth perpendicular to the paper surface set to be substantially equal to that of the mounting board 21, a length in the left-right direction is set longer than a length of the mounting board 21, and both ends in the left-right direction are respectively mounted on the mounting board 21. It protrudes from both ends in the left-right direction.
  • the mounting board 21, the heat transfer member 25, and the heat transfer support member 26 pass the fixing screw 28 into the insertion hole 27 formed at a position facing the board fixing part 16, and the fixing screw 28 is inserted into the board fixing part 16. It is fixed by being screwed and tightened to a female screw portion 16a formed on the upper surface of the.
  • heat radiation path forming members 31 and 32 that form heat radiation paths independently of the housing 2 through the outside of the left and right ends of the semiconductor power module 11 are, for example, heat It is fixed by a fixing screw 30 formed of aluminum or aluminum alloy having high conductivity.
  • Each of the heat radiation path forming members 31 and 32 includes a relatively short upper horizontal plate portion 33 that faces both ends of the heat transfer support member 26, and a vertical plate portion that extends downward from the outer end of the upper horizontal plate portion 33. 34 and a relatively short lower horizontal plate portion 35 extending inward in the same direction in parallel with the horizontal plate portion 33 from the lower end of the vertical plate portion 34, is formed in a C shape.
  • the lower horizontal plate portion 35 of the heat radiation path forming members 31 and 32 is disposed in the circumferential groove 3 d of the cooling body 3, and between the upper surface of the lower horizontal plate portion 35 and the heat radiation member 13 of the semiconductor power module 11. With the elastic plate 36 interposed therebetween, the fixing screw 14 described above is inserted to be fastened together with the semiconductor power module 11 to the cooling body 3.
  • the heat transfer connecting member 41 connects the circuit pattern metal part 24 having the ground potential to which the other end of the heat generating circuit component 22 on the upper surface of the mounting substrate 21 is connected and the heat radiation path forming member 31.
  • the heat transfer connecting member 41 includes a relatively long upper horizontal plate portion 42 whose tip is opposed to the end portion of the circuit pattern metal portion 24, and a vertical plate extending relatively short downward from the left end portion of the upper horizontal plate portion 42.
  • a portion 43 and a lower horizontal plate portion 44 that extends relatively short to the right from the lower end of the vertical plate portion 43 and contacts the upper surface of the upper horizontal plate portion 33 of the heat radiation path forming member 31 are formed in a J-shape. Has been.
  • the circuit pattern metal portion 24 is screwed into the female screw portion 46 formed in the mounting substrate 21 through the through hole 24a formed in the circuit pattern metal portion 24 from above the upper horizontal plate portion 42.
  • the upper horizontal plate portion 42 of the heat transfer connecting member 41 are in close contact and fixed.
  • the lower horizontal plate portion 44 of the heat transfer connecting member 41 and the upper horizontal plate portion 33 of the heat radiation path forming member 31 are formed on the lower horizontal plate portion 44 on the female screw portion 48 formed on the upper horizontal plate portion 33.
  • the lower horizontal plate portion 44 and the upper horizontal plate portion 33 are fixed in close contact with each other by inserting the fixing screw 49 from above into the screw insertion hole 44a and screwing it into the female screw portion 48 and tightening. .
  • the fixing screws 47 and 49 are preferably made of aluminum or aluminum alloy having high thermal conductivity. Moreover, it is preferable to form a through hole through which a screw fastener such as a screwdriver is inserted at a position facing the fixing screw 49 of the upper horizontal plate portion 42 of the heat transfer connecting member 41.
  • the semiconductor power module 11, the mounting substrate 21, and the heat transfer connection member 41 are arranged so that the semiconductor power module 11 has a longitudinal direction in the left-right direction as schematically shown in FIG.
  • a mounting substrate 21 is disposed on the upper surface side of the semiconductor power module 11.
  • the mounting substrate 21 includes a circuit pattern metal portion 23 at the central portion where the heat generating circuit component 22 and the other heat generating circuit component 29 having the largest amount of heat, and a circuit pattern metal on the outer peripheral side having a ground potential, respectively.
  • the heat generating circuit component 22 that is connected between the heat transfer connecting member 41 and the heat generating circuit component 22 that is connected between the heat transfer connecting member 41 and the heat generating connection member 41 is disposed near the upper horizontal plate portion 42.
  • the heat transfer connecting member 41 is connected to the circuit pattern metal portion 24 which is a ground potential connected to the upper horizontal plate portion 42 of the heat transfer connecting member 41.
  • a rectangular circuit pattern metal portion 24b is formed in order to increase the contact area.
  • the circuit pattern metal part 24 b and the upper horizontal plate part 42 of the heat transfer connection member 41 are fixed in a state where they are in contact with each other by, for example, two fixing screws 47.
  • the capacitor 4 is connected to a DC input terminal (not shown) formed in the semiconductor power module 11, and a three-phase load such as an electric motor is connected to a three-phase AC output terminal (not shown).
  • the power supply circuit, the drive circuit, and the control circuit mounted on the mounting substrate 21 are set in an operating state, whereby the IGBT disposed in the semiconductor power module 11 is driven and controlled, and a three-phase alternating current is applied to the load. Can be supplied.
  • the IGBT in the semiconductor power module 11 is driven and controlled, so that the IGBT generates heat. This heat generation is directly transferred to the cooling body 3 by the heat radiating member 13 provided in the case body 12. Is dissipated.
  • the heat generating circuit component 22 mounted on the mounting substrate 21 generates heat.
  • This heat generation is transferred to the mounting substrate 21 through the circuit pattern metal portions 23 and 24 and passes through the mounting substrate 21.
  • Heat is transferred to the heat transfer support member 26 via the heat transfer member 25.
  • the heat transferred to the heat transfer support member 26 passes through the left and right sides of the semiconductor power module 11 through the left and right sides of the semiconductor power module 11 and is connected to the cooling body 3 through the heat radiation path forming members 31 and 32. The heat is transferred to the cooling body 3 through the heat and is radiated.
  • the heat generated by the heat generating circuit component 22 is directly transferred to the upper horizontal plate portion 33 of the heat radiation path forming member 31 through the circuit pattern metal portion 24 and further through the heat transfer connecting member 41.
  • the heat transferred to the upper horizontal plate portion 33 of the heat radiation path forming member 31 is transferred to the cooling body 3 through the vertical plate portion 34 and then through the lower horizontal plate portion 35 to be radiated.
  • heat generated by the heat generating circuit component 22 mounted on the mounting substrate 21 is radiated through the mounting substrate 21 via the heat transfer member 25 and the heat transfer support member 26.
  • a first heat dissipation path is formed that transfers heat to the forming members 31 and 32 and dissipates heat to the cooling body 3 through the heat dissipation path forming members 31 and 32.
  • the second heat dissipation in which the circuit pattern metal part 24 connected to the heat generating circuit component 22 transfers heat directly to the heat dissipation path forming member 31 via the heat transfer connection member 41.
  • a path can be formed.
  • the heat can be efficiently cooled from both the first heat dissipation path and the second heat dissipation path.
  • the shape of the heat transfer connection member 41 and the circuit pattern metal part 24 can be arbitrarily changed according to the mounting position of the target heat generating circuit component 22.
  • the contact area between the circuit pattern metal part 24 having the ground potential on the surface of the mounting substrate 21 and the upper horizontal plate part 42 of the heat transfer connection member 41 can be increased, and the heat transfer connection Since the distance between the end of the upper horizontal plate portion 42 of the member 41 on the mounting substrate 21 and the heat generating circuit component 22 having the largest heat generation can be shortened, the thermal resistance of the heat dissipation path of the heat generating circuit component 22 can be reduced. Therefore, the heat generating circuit component 22 can be actively cooled.
  • the heat transfer connection member 41 is connected to the circuit pattern metal part 24 connected to the ground potential.
  • the present invention is not limited to this, and other than the ground potential.
  • the heat transfer connection member 41 is connected to the circuit pattern metal part 23 connected to the electric potential, the heat transfer member having the same insulating property as the heat transfer member 25 described above may be connected.
  • FIG. 3 which is a second embodiment of the present invention, will be described.
  • an internal heat transfer connecting member 51 passing through the inside of the mounting substrate 21 is used. That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 3, the heat transfer connection member 41 in the first embodiment described above is omitted, and instead of this, the internal heat transfer connection member 51 passing through the mounting substrate 21 is replaced.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment described above except that it is provided. Accordingly, parts corresponding to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a through hole 52 is formed in the circuit pattern metal part 24, the mounting substrate 21, and the heat transfer member 25 so as to insert the internal heat transfer connection member 51, and at a position facing the through hole 52 of the heat transfer support member 26.
  • the female thread portion 26a is formed.
  • a circuit pattern connecting fixing screw 53 constituting the internal heat transfer connecting member 51 is inserted into the through-hole 52 from above the circuit pattern metal portion 24, and a female screw portion in which the male screw portion at the tip is formed in the heat transfer support member 26. Tighten with 26a. Thereby, the circuit pattern metal part 24 can be directly connected to the opposite heat transfer support member 26 with the mounting substrate 21 interposed therebetween via the internal heat transfer connection member 51.
  • the heat generation of the heat generating circuit component 22 is transmitted from the circuit pattern metal portions 23 and 24 to the mounting substrate 21, the heat transfer member 25, and the heat transfer support member 26.
  • Two heat dissipation paths, which are the second discharge path for transferring heat from the heat transfer support member 26 to the heat dissipation path forming member 31, can be formed. For this reason, the heat generated by the heat generating circuit component 22 can be radiated to the cooling body 3 more efficiently.
  • FIG. 4 which is the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
  • a heat radiation path is provided for a circuit pattern metal portion that takes a potential other than the ground potential. That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 4, in the configuration of the first embodiment described above, the circuit pattern metal portion 24 in which the heat generating circuit component 22 mounted on the mounting substrate 21 takes the ground potential and Is mounted between the circuit pattern metal parts 61 and 23 taking a potential other than the ground potential.
  • the mounting substrate 21 is configured as a multilayer substrate, and each of the circuit pattern metal portion 24 taking a ground potential and the circuit pattern metal portion 61 taking a potential other than the ground potential and at least the circuit pattern metal portion inside the mounting substrate 21.
  • An internal circuit pattern metal portion 62 is provided so as to face and close to 61 while maintaining a necessary insulation distance.
  • the internal circuit pattern metal part 62 and the circuit pattern metal part 24 on the surface side to which the heat transfer connecting member 41 in the first embodiment described above is connected are formed of a metal having a high thermal conductivity such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the internal circuit pattern metal portion 62 and the heat transfer support member 26 transmit a circuit pattern connection screw 65 as an internal heat transfer connection member formed of a metal having a high thermal conductivity such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the heat generating circuit component 22 that generates heat is connected to the circuit pattern metal part 61 that takes a potential other than the ground potential, so that the heat transfer connecting member 41 is in direct contact with the circuit pattern metal part 61. Or the internal heat transfer connecting member 51 in the second embodiment described above cannot be brought into contact.
  • an internal circuit pattern metal portion 62 is formed in the mounting substrate 21 that is close to and opposed to the circuit pattern metal portion 61 having a potential other than the ground potential, and the internal circuit pattern metal portion 62 is connected to the inter-circuit pattern connecting screw.
  • the circuit pattern metal portion 24 is connected to the circuit pattern metal portion 24 having a ground potential by 63 and is directly connected to the heat transfer support member 26 by a circuit pattern connection screw 65. Therefore, the heat generated in the heat generating circuit component 22 is transferred from the circuit pattern metal portions 61 and 23 through the mounting substrate 21 to the heat transfer member 25 and the heat transfer support member 26, and from the heat transfer support member 26, the heat transfer support member 26 described above.
  • a first heat radiation path for radiating heat to the cooling body 3 through the heat radiation path forming members 31 and 32 is formed.
  • the heat transfer connecting member is directly connected via the inter-circuit pattern connecting screw 63 through the internal circuit pattern metal portion 62 which is closely opposed to the circuit pattern metal portion 61 via the mounting substrate 21.
  • a second heat radiating path is formed that transfers heat to 41 and radiates heat from the heat transfer connecting member 41 to the cooling body 3 via the heat radiating path forming member 31. Further, heat is directly transferred from the internal circuit pattern metal part 62 to the heat transfer support member 26 via the circuit pattern connection screw 65, and heat is radiated from the heat transfer support member 26 to the cooling body 3 via the heat radiation path forming member 31.
  • a third heat dissipation path is formed.
  • the heat transfer connection member 41 is directly connected to the circuit.
  • the amount of heat transfer material that is expensive can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the heat radiation path can be easily formed.
  • the present invention is not limited to this, and the other circuit pattern metal part 23 may be extended from below to a position facing it.
  • the heat generation of the heat generating circuit component 22 can be transferred from both the circuit pattern metal portions 61 and 23, and the heat dissipation effect of the heat generating circuit component 22 can be further enhanced.
  • the present invention is not limited to this, and heat generation is performed on the lower surface side of the mounting substrate 21.
  • the circuit component 22 may be mounted, and the heat transfer member 25 and the heat transfer support member 26 may be disposed on the upper surface side.
  • the heat radiation path forming members 31 and 32 and the heat transfer connecting member 41 may be arranged in an upside down relationship with FIG.
  • the present invention is not limited to this, and two or more plural substrates are mounted.
  • a plurality of mounting boards are arranged at predetermined intervals, the heat transfer member 25 and the heat transfer support member 26 are arranged on the mounting board on which the heat generating circuit components are mounted, and the heat transfer connecting member 41 or the internal heat transfer connecting member. 51 may be arranged.
  • the heat transfer member 25 is arranged between the mounting substrate 21 and the heat transfer support member 26 has been described.
  • the back surface side of the mounting substrate 21 has an insulating property.
  • the heat transfer member 25 can be omitted.
  • the heat transfer support member 26, the heat radiation path forming members 31, 32, and the heat transfer connection member 41 are connected independently, but these are integrated. It may be formed and used.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration.
  • the heat radiation path forming members 31 and 32 are omitted, and instead of these, the heat transfer support member 26 is directly attached to the upper housing having heat transferability. It may be connected to the body 2B and radiate heat to the cooling body 3 via the upper housing 2B.
  • the heat transfer support member As a heat dissipation path of the mounting board in which the heat generating circuit component is connected to the circuit pattern metal part on the surface of the mounting board, the heat transfer support member, A heat dissipation path that reaches the cooling body via the heat dissipation path forming member, and a heat dissipation path that reaches the cooling body via the heat dissipation path forming member member from at least one of the external and internal heat transfer connection members from the circuit pattern metal part. It is possible to provide a power converter capable of efficiently cooling heat generated in the heat generating circuit components from at least two heat radiation paths.
  • SYMBOLS 1 Power converter device, 2 ... Housing

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Abstract

　実装基板の冷却効率を向上し、基板に実装された任意の発熱回路部品の局部的な冷却が可能である小型な電力変換装置を提供する。半導体パワーモジュールと（１１）、前記半導体パワーモジュールの一方の面に配置された冷却体（３）と、前記半導体パワーモジュールの他方の面上に支持され、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板（２１）とを備え、前記実装基板の一面に伝熱支持部材（２６）を配置し、前記伝熱支持部材と前記冷却体との間に放熱路形成部材（３１）を配置し、前記放熱路形成部材と前記実装基板に形成した回路パターン金属部（２４）とを接続する伝熱接続部材（４１）を配置している。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵した半導体パワーモジュール上に、上記半導体スイッチング素子を駆動するための発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を所定間隔に保って支持するようにした電力変換装置に関する。
　従来の電力変換装置の構成として、電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵した半導体パワーモジュール上に、上記半導体スイッチング素子を駆動するための発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板を所定間隔に保って支持するようにした構成が知られている。
　この種の電力変換装置にとしては、特許文献１に示されるような、発熱回路部品を実装した実装基板を、筐体を介して冷却体と接続し、実装基板の発熱を冷却体へと放熱する構成を有する電力変換装置が知られている。
　この特許文献１に記載の電力変換装置では、図６に示すように、冷却体１００上に電力変換用の半導体スイッチング素子を内蔵した半導体パワーモジュール１０１が配置されている。この半導体パワーモジュール１０１の上面側には、実装基板１０２がその底面に設けられた伝熱材１０４を介して、筐体１０５と接続された伝熱支持部材１０６によって支持されている。このようにすることで、実装基板１０２の発熱は伝熱材１０４→伝熱支持部材１０６→筐体１０５→冷却体１００の経路にて放熱することができるため実装基板を冷却することができる。なお、１０７は筐体１０５内の底部に配置されたコンデンサである。また、１０８は冷却体底部に設置された補機用インバータである。
特許第４６５７３２９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の従来例にあっては、実装基板の冷却構成では筐体にも良好な伝熱性が要求されることになり、筐体を構成する材料が熱伝導率の高い金属に限定され、小型軽量化が要求される電力変換装置おいて、樹脂等の軽量な材料の選択が不可能となり軽量化が困難となるという未解決の課題がある。また，筐体には、防水・防塵が要求されることが多いため、伝熱支持部材と筐体との間、筐体と冷却体との間には液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどが一般的に行われている。液状シール剤やゴム製パッキンは熱伝導率が一般的に低く、これらが実装基板の放熱経路に介在することで熱抵抗が増え，実装基板の冷却効率が低下するという課題もあった。
　近年、電力変換装置の小型化への要求はさらに高まっており、電力変換装置の実装基板の発熱密度はさらに大きくなってきている。このため、特許文献１に記載された実施形態のみでは実装基板を十分に冷却することが困難になり、電力変換装置の小型化が難しいという課題がある。
　また、ある特定の発熱回路部品が実装基板にて局部的な発熱を生じる場合、発熱が大きい発熱回路部品と実装基板との間に伝熱材を取り付ける特許文献１に記載の冷却構成のみでは、特定の発熱回路部品を集中的に冷却することが困難であるという課題もある。
　本発明は上述した従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、冷却効率をより向上させると共に、任意の発熱回路部品について積極的な冷却を可能とする電力変換装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置の第１の態様は、半導体パワーモジュールと、前記半導体パワーモジュールの一方の面に配置された冷却体と、前記半導体パワーモジュールの他方の面上に支持され、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板とを備えている。そして、前記実装基板の一面に伝熱支持部材を配置し、前記伝熱支持部材と前記冷却体との間に放熱路形成部材を配置し、前記放熱路形成部材と前記実装基板に形成した回路パターン金属部とを接続する伝熱接続部材を配置している。
　この第１の構成によると、放熱経路として実装基板から伝熱支持部材と放熱路形成部材とを介して冷却体へ放熱する経路と回路パターン金属部から伝熱接続部材を介し、放熱路形成部材を介して冷却体へと放熱する経路の両方を持つ。したがって、発熱回路部品で発生した熱はこれら両方の経路から放熱されるため、実装基板の両面から熱冷却を効率よく行うことができる。さらに、伝熱接続部材と接続する回路パターン金属部は任意に形成することができるため、実装基板上の任意の発熱回路部品について積極的に冷却することもできる。したがって、実装基板を効率よく熱冷却できるため、竃力変換装置を小型にできる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第２の態様は、前記伝熱支持部材が、熱伝導率の高い金属材料で構成されている。
　この第２の態様によると、実装基板を熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金、銅等で構成するので、冷却体への放熱をより効率よく行うことができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第３の態様は、前記伝熱接続部材が、前記実装基板の外側で、前記実装基板に形成した回路パターン金属部と前記放熱路形成部材とを接続するようにしている。
　この第３の態様によると、実装基板の回路パターン金属部が実装基板の外側で伝熱接続部材によって放熱路形成部材に接続されているので、回路パターン金属部に接続される発熱回路部品の発熱を伝熱接続部材によって直接放熱路形成部材を介して冷却体に放熱することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第４の態様は、前記伝熱接続部材が前記実装基板内を通って前記実装基板に形成した回路パターン金属部と前記伝熱支持部材とを接続するようにしている。
　この第４の態様によると、実装基板の回路パターン金属部が実装基板の内部で熱伝導性の良い固定ネジなどの伝熱接続部材によって伝熱支持部材に接続されているので、回路パターン金属部に接続される発熱回路部品の発熱を伝熱接続部材によって直接伝熱支持部材を介して冷却体に放熱することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第５の態様は、前記実装基板が、表面に形成した発熱回路部品が接続される回路パターン金属部と対向して内部に形成された内部回路パターン金属部を有し、前記伝熱接続部材が、前記内部回路パターン金属部と前記伝熱支持部材とを接続する内部伝熱接続部材を少なくとも有している。
　この第５の態様によると、発熱回路部品が接続された表面の回路パターン金属部に対向する内部に内部回路パターン金属部を形成し、この内部回路パターン金属部を、内部伝熱接続部材を介して伝熱支持部材に接続するので、発熱回路部品が接続された回路パターン金属部が接地以外の電位を有する場合でも絶縁性を有する伝熱材を介することなく外部に効率良く放熱することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第６の態様は、前記放熱路形成部材が、前記半導体パワーモジュール及び前記実装基板を囲む筐体とは独立して形成されている。
　この第６の態様によると、実装基板と冷却体との間を接続する放熱路形成部材が半導体パワーモジュール及び各実装基板を囲む筐体とは独立して形成されているので、筐体の熱伝導率を考慮することなく筐体を形成することができ、設計の自由度を向上できる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第７の態様は、前記放熱路形成部材が、前記半導体パワーモジュール及び前記実装基板を囲む筐体で形成されている。
　この第７の態様によると、放熱路形成部材の冷却体への放熱路が筐体を介しているので、半導体パワーモジュール上に、複数の実装基板を、所定間隔を保って配置する場合に、各実装基板に冷却体に放熱する独立した伝熱支持部材を形成する必要がなく、伝熱支持部材の構成を簡略化することができる。
　また、本発明に係る電力変換装置の第８の態様は、前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に前記伝熱部材を配置し、該伝熱部材は、熱伝導性を有する絶縁体で構成されている。
　この第８の態様によると、伝熱部材が絶縁体で構成されているので、実装基板と伝熱支持部材との間隔を狭く設定することができ、電力変換装置を小型化することができる。
　本発明によれば、発熱回路部品を実装基板表面の回路パターン金属部に接続して実装した実装基板の放熱経路として、実装基板表面の回路パターン金属部から実装基板を介し、伝熱支持部材及び放熱路形成部材を介して冷却体に達する放熱経路と、回路パターン金属部から外部及び内部の少なくとも一方の伝熱接続部材を介し、放熱路形成部材部材を介して冷却体に達する放熱経路との少なくとも２つの放熱経路を有する。このため、発熱回路部品で発生する熱を少なくとも２つの放熱経路から放熱することにより効率よく熱冷却できる。
　さらに、伝熱接続部材と接続する回路パターン金属部を任意に形成することができるため、発熱回路部品の局部的な発熱が発生した場合においても積極的に冷却できる。したがって、前述した従来例に比較して、さらに冷却効率を向上でき、任意の発熱回路部品について積極的な冷却が可能であるため、小型な電力変換装置を提供できる。
本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態を示す断面図である。 図１の実装基板の詳細を説明する平面図である。 本発明の第２の実施形態における電力変換装置の実装基板の冷却構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態における電力変換装置の実装基板の冷却構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す断面図である。 従来技術である特許文献１に示される実施形態であり，電力変換装置の実装基板の冷却構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面について説明する。
　図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施形態を示す断面図である。
　図中、１は電力変換装置であって、この電力変換装置１は鎖線図示の筐体２内に収納されている。筐体２は、合成樹脂材を成形したものであり、水冷ジャケットの構成を有する冷却体３を挟んで上下に分割された下部筐体２Ａ及び上部筐体２Ｂで構成されている。
　下部筐体２Ａは有底角筒体で構成されている。この下部筐体２Ａは開放上部が冷却体３で覆われ、内部に平滑用のフィルムコンデンサ４が収納されている。
　上部筐体２Ｂは、上端及び下端を開放した角筒体２ａと、この角筒体２ａの上端を閉塞する蓋体２ｂとを備えている。そして、角筒体２ａの下端が冷却体３で閉塞されている。この角筒体２ａの下端と冷却体３との間には、図示しないが、液状シール剤の塗布やゴム製パッキンの挟み込みなどのシール材が介在されている。
　冷却体３は、冷却水の給水口３ａ及び排水口３ｂが筐体２の外方に開口され、給水口３ａ及び排水口３ｂ間に冷却水通路３ｃが形成されている。これら給水口３ａ及び排水口３ｂは例えばフレキシブルホースを介して図示しない冷却水供給源に接続されている。この冷却体３は例えば熱伝導率の高い（例えば１００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上）アルミニウム、アルミニウム合金をダイキャスト等で鋳造することによって形成されている。
　そして、冷却体３は、下面が平坦面とされ、上面には外周側に方形枠状の周溝３ｄが形成されている。
　電力変換装置１は、上部筐体２Ｂ内に電力変換用の例えばインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を内蔵した半導体パワーモジュール１１を備えている。
　この半導体パワーモジュール１１は、扁平な直方体状の絶縁性のケース体１２内にＩＧＢＴを内蔵しており、ケース体１２の下面に金属製の放熱部材１３が形成されている。
　ケース体１２及び放熱部材１３には平面からみて四隅に固定部材としての固定ねじ１４を挿通する挿通孔１５が形成されている。これら挿通孔１５内に固定ねじ１４を挿通し、固定ねじ１４の雄ねじ部の先端を冷却体３に形成した雌ねじに螺合させることにより、半導体パワーモジュール１１が冷却体３の上面に放熱部材１３を接触させて装着される。
　また、ケース体１２の上面には、挿通孔１５の内側における４箇所に所定高さの基板固定部１６が突出形成されている。
　この基板固定部１６の上端には、半導体パワーモジュール１１に内蔵されたＩＧＢＴを駆動する相対的に発熱量の大きい、又は発熱密度の大きい発熱回路部品を含む制御回路、駆動回路、電源回路等が実装された実装基板２１が固定されている。
　この実装基板２１は、例えば半導体パワーモジュール１１の紙面と直交する奥行きと略等しい幅を有し、左右方向の長さが半導体パワーモジュール１１の長さより短く設定されている。そして、実装基板２１には、上面に最も発熱量が大きい発熱回路部品２２を実装している。この発熱回路部品２２は、一端が電源回路等の所定電位と接続した回路パターン金属部２３に接続され、他端が接地電位と接続した回路パターン金属部２４に接続されている。
　また、実装基板２１は裏面側に絶縁性を有する伝熱部材２５が例えば全面に配置され、この伝熱部材２５の下面側に例えば例えば熱伝導率の高い（例えば１００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上）アルミニウム、アルミニウム合金で形成された平板状の伝熱支持部材２６が配置されている。
　ここで、伝熱部材２５としては、例えば弾性体としてのシリコンゴムの内部に金属フィラーを介在させることにより絶縁性能を発揮しながら伝熱性を高めたものが適用されている。また、伝熱支持部材２６は、紙面と直交する奥行きは実装基板２１と略等しく設定され、左右方向の長さは実装基板２１の長さより長く設定されて、左右方向の両端がそれぞれ実装基板２１の左右方向の両端より突出されている。
　そして、実装基板２１、伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６が、基板固定部１６に対向する位置に形成した挿通孔２７内に固定ねじ２８を挿通し、この固定ねじ２８を基板固定部１６の上面に形成した雌ねじ部１６ａに螺合させて締め付けることにより固定されている。
　この伝熱支持部材２６の両端の下面側には、半導体パワーモジュール１１の左右端部の外側を通って筐体２とは独立して放熱経路を形成する放熱路形成部材３１及び３２が例えば熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金で形成される固定ねじ３０によって固定されている。
　これら放熱路形成部材３１及び３２のそれぞれは、伝熱支持部材２６の両端部に対向する比較的短い上側水平板部３３と、この上側水平板部３３の外側端から下方に延長する垂直板部３４と、この垂直板部３４の下端から水平板部３３と平行に同一方向に内方に延長する比較的短い下側水平板部３５とでＣ字状に形成されている。
　そして、放熱路形成部材３１及び３２の下側水平板部３５が冷却体３の周溝３ｄ内に配置され、これら下側水平板部３５の上面と半導体パワーモジュール１１の放熱部材１３との間に弾性板３６を介挿した状態で、前述した固定ねじ１４を挿通することにより、冷却体３に半導体パワーモジュール１１と一体に共締めされている。
　さらに、実装基板２１の上面における発熱回路部品２２の他端が接続された接地電位となる回路パターン金属部２４と放熱路形成部材３１との間が伝熱接続部材４１によって接続されている。
　この伝熱接続部材４１は、先端が回路パターン金属部２４の端部に対向する比較的長い上側水平板部４２と、この上側水平板部４２の左端部から下方に比較的短く延長する垂直板部４３と、この垂直板部４３の下端から右方に比較的短く延長して放熱路形成部材３１の上側水平板部３３の上面に接触する下側水平板部４４とでＪ字状に形成されている。
　そして、上側水平板部４２の上側から固定ねじ４７を回路パターン金属部２４に形成された透孔２４ａを通じて実装基板２１内に形成された雌ねじ部４６に螺合させることにより、回路パターン金属部２４の上面と伝熱接続部材４１の上側水平板部４２とが密着されて固定されている。
　同様に、伝熱接続部材４１の下側水平板部４４と放熱路形成部材３１の上側水平板部３３とが上側水平板部３３に形成された雌ねじ部４８に下側水平板部４４に形成されたねじ挿通孔４４ａに上方から固定ねじ４９を挿通して雌ねじ部４８に螺合させて締め付けることにより、下側水平板部４４と上側水平板部３３とが互いに密着して固定されている。
　ここで、固定ねじ４７及び４９は熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金で形成することが好ましい。また、伝熱接続部材４１の上側水平板部４２の固定ねじ４９と対向する位置にドライバー等のねじ締め具を挿通する貫通孔を形成しておくことが好ましい。
　また、半導体パワーモジュール１１と実装基板２１と伝熱接続部材４１との配置関係は、図２で模式的に示すように、半導体パワーモジュール１１が長手方向を左右方向とするように配置され、この半導体パワーモジュール１１の上面側に実装基板２１が配置されている。この実装基板２１には、前述した最も発熱量が大きい発熱回路部品２２と他の発熱回路部品２９とがそれぞれ電位を有する中央部の回路パターン金属部２３と接地電位である外周側の回路パターン金属部２４との間に接続されており、最も発熱量が大きい発熱回路部品２２が伝熱接続部材４１の上側水平板部４２に近い位置に配置されている。さらに、最も発熱量が大きい発熱回路部品２２を積極的に冷却するために、伝熱接続部材４１の上側水平板部４２と接続する接地電位である回路パターン金属部２４には伝熱接続部材４１との接触面積を大きくするために四角形状の回路パターン金属部２４ｂが形成されている。
　そして、回路パターン金属部２４ｂと伝熱接続部材４１の上側水平板部４２とが例えば２本の固定ねじ４７によって互いに接触した状態で固定されている。
　次に、上記実施形態の動作を説明する。
　今、半導体パワーモジュール１１に形成された直流入力端子（図示せず）にコンデンサ４を接続するとともに、３相交流出力端子（図示せず）に電動機等の３相負荷を接続する。
　この状態で、実装基板２１に実装された電源回路、駆動回路及び制御回路を動作状態とすることにより、半導体パワーモジュール１１内に配設されたＩＧＢＴが駆動制御されて、負荷に三相交流を供給することができる。
　このように、半導体パワーモジュール１１内のＩＧＢＴが駆動制御されることにより、ＩＧＢＴが発熱することになるが、この発熱は、ケース体１２に設けられた放熱部材１３によって冷却体３に直接伝熱されて放熱される。
　同様に、実装基板２１に実装された発熱回路部品２２が発熱することになるが、この発熱は、回路パターン金属部２３及び２４を通じて実装基板２１に伝熱され、この実装基板２１内を通って伝熱部材２５を介して伝熱支持部材２６へ伝熱される。この伝熱支持部材２６に伝熱された熱はその左右両端が筐体２から独立して半導体パワーモジュール１１の左右側部を通って冷却体３に連結された放熱路形成部材３１及び３２を介して冷却体３に伝熱されて放熱される。
　これと同時に、発熱回路部品２２の発熱は、回路パターン金属部２４を通じ、さらに伝熱接続部材４１を通じて放熱路形成部材３１の上側水平板部３３に直接伝熱される。この放熱路形成部材３１の上側水平板部３３に伝熱された熱は垂直板部３４を通じ、さらに下側水平板部３５を通じて冷却体３に伝熱されて放熱される。
　このように、上記第１の実施形態によると、実装基板２１に実装された発熱回路部品２２で発生する発熱を、実装基板２１を通じ、伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６を介して放熱路形成部材３１及び３２に伝熱し、この放熱路形成部材３１及び３２を通じて冷却体３に放熱する第１の放熱経路が形成される。これと同時に、第１の放熱経路とは異なり、発熱回路部品２２が接続されている回路パターン金属部２４が直接伝熱接続部材４１を介して放熱路形成部材３１に伝熱する第２の放熱経路を形成することができる。したがって、第1の放熱経路と第２の放熱経路の両方から効率よく熱冷却できる。しかも、伝熱接続部材４１及び回路パターン金属部２４は、対象とする発熱回路部品２２の実装位置に応じて任意に形状を変化させることが可能である。
　さらに、図２に示すように、実装基板２１の表面の接地電位を有する回路パターン金属部２４と伝熱接続部材４１の上側水平板部４２との接触面積を広くとることができ、伝熱接続部材４１の上側水平板部４２の実装基板２１上の端部と最も発熱の大きい発熱回路部品２２との距離を短くできるため、発熱回路部品２２の放熱経路の熱抵抗を小さくすることができる。したがって、発熱回路部品２２を積極的に冷却することができる。
　なお、上記第１の実施形態においては、伝熱接続部材４１を接地電位に接続される回路パターン金属部２４に接続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、接地電位以外の電位に接続さる回路パターン金属部２３に伝熱接続部材４１を接続する場合には、前述した伝熱部材２５と同様の絶縁性を有する伝熱部材を介して接続するようにすればよい。
　次に、本発明の第２の実施形態である図３について説明する。
　この第２の実施形態では、伝熱接続部材４１を実装基板２１の外側に設ける場合に代えて実装基板２１の内部を通る内部伝熱接続部材５１で構成するようにしたものである。
　すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、前述した第１の実施形態における伝熱接続部材４１が省略され、これに代えて実装基板２１内を通る内部伝熱接続部材５１を設けるようにしたことを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有する。したがって、第１の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。回路パターン金属部２４、実装基板２１及び伝熱部材２５に内部伝熱接続部材５１を挿通するように形成した貫通孔５２を形成するとともに、伝熱支持部材２６の貫通孔５２と対向する位置に雌ねじ部２６ａを形成する。
　そして、回路パターン金属部２４の上方側から内部伝熱接続部材５１を構成する回路パターン接続用固定ねじ５３を貫通孔５２に挿通し、先端の雄ねじ部を伝熱支持部材２６に形成した雌ねじ部２６ａに螺合させて締め付ける。これにより、回路パターン金属部２４を内部伝熱接続部材５１を介して実装基板２１を挟んで反対側の伝熱支持部材２６に直接接続することができる。
　この第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同様に、発熱回路部品２２の発熱を、回路パターン金属部２３及び２４から実装基板２１、伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６を介し、さらに放熱路形成部材３１及び３２を介して冷却体３に放熱する第１の放熱路と、回路パターン金属部２３から直接内部伝熱接続部材５１を通じて伝熱支持部材２６に伝熱し、この伝熱支持部材２６から放熱路形成部材３１に伝熱する第２の放電経路との２つの放熱経路を形成することができる。このため、発熱回路部品２２の発熱をより効率よく冷却体３に放熱することができる。
　次に、本発明の第３の実施形態である図４について説明する。
　この第３の実施形態では、接地電位以外の電位をとる回路パターン金属部に対して放熱経路を設けるようにしたものである。
　すなわち、第３の実施形態では、図４に示すように、前述した第１の実施形態の構成において、実装基板２１上に実装された発熱回路部品２２が接地電位をとる回路パターン金属部２４とは別の接地電位以外の電位を取る回路パターン金属部６１及び２３間に実装されている。
　そして、実装基板２１が多層基板として構成され、この実装基板２１の内部に例えば接地電位をとる回路パターン金属部２４と接地電位以外の電位をとる回路パターン金属部６１のそれぞれと少なくとも回路パターン金属部６１と必要な絶縁距離を保って近接して対向するように内部回路パターン金属部６２が設けられている。
　この内部回路パターン金属部６２と前述した第１の実施形態における伝熱接続部材４１が接続された表面側の回路パターン金属部２４とは、アルミニウム、アルミニウム合金等の高熱伝導率の金属で形成された内部伝熱接続部材としての回路パターン間接続用ねじ６３を実装基板２１の回路パターン金属部２４及び内部回路パターン金属部６２間に形成した雌ねじ部６４に螺合させることにより、伝熱可能に接続されている。
　また、内部回路パターン金属部６２と、伝熱支持部材２６とは、同様にアルミニウム、アルミニウム合金等の高熱伝導率の金属で形成された内部伝熱接続部材としての回路パターン接続用ねじ６５を伝熱支持部材２６の下面側から伝熱支持部材２６及び伝熱部材２５に形成した透孔６６を通じて実装基板２１に形成した内部回路パターン金属部６２に達する雌ねじ部６７に螺合させることにより、伝熱可能に接続されている。
　その他の構成については前述した第１の実施形態と同様の構成を有するので、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
　この第３の実施形態によると、発熱する発熱回路部品２２が接地電位以外の電位をとる回路パターン金属部６１に接続されているので、この回路パターン金属部６１に直接伝熱接続部材４１を接触させたり、前述した第２の実施形態における内部伝熱接続部材５１を接触させたりすることはできない。
　このため、接地電位以外の電位となる回路パターン金属部６１に近接して対向する実装基板２１内に内部回路パターン金属部６２を形成し、この内部回路パターン金属部６２を回路パターン間接続用ねじ６３によって接地電位をとる回路パターン金属部２４に接続すると共に、回路パターン接続用ねじ６５によって伝熱支持部材２６に直接接続している。
　したがって、発熱回路部品２２で生じた発熱は、回路パターン金属部６１及び２３から実装基板２１内を通って伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６に伝熱され、この伝熱支持部材２６から前述した第１の実施形態と同様に放熱路形成部材３１及び３２を介して冷却体３に放熱する第１の放熱経路が形成される。
　この第１の放熱経路とは別に、回路パターン金属部６１から実装基板２１を介して近接して対向する内部回路パターン金属部６２を通じ、回路パターン間接続用ねじ６３を介して直接伝熱接続部材４１に伝熱され、この伝熱接続部材４１から放熱路形成部材３１を介して冷却体３に放熱する第２の放熱経路が形成される。
　さらに、内部回路パターン金属部６２から回路パターン接続用ねじ６５を介して直接伝熱支持部材２６に伝熱され、この伝熱支持部材２６から放熱路形成部材３１を介して冷却体３に放熱する第３の放熱経路が形成される。
　また、第３の実施形態では、接地電位以外の電位をとる回路パターン金属部６１と内部回路パターン金属部６２とは実装基板２１を介して絶縁されているので、伝熱接続部材４１を直接回路パターン金属部６１に接続する場合のように、絶縁性を有する伝熱材を介して接続する必要はなく、コストが高い伝熱材の使用量を抑えることができ、製造コストを低減できると共に、放熱経路の形成を容易に行うことができる。
　なお、上記第３の実施形態においては、内部回路パターン金属部６２が、発熱回路部品２２が接続されている一方の回路パターン金属部６１に対向する位置まで延長されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他方の回路パターン金属部２３に下方から対向する位置まで延長させるようにしてもよい。この場合には、回路パターン金属部６１及び２３の双方から発熱回路部品２２の発熱を伝熱することができ、発熱回路部品２２の放熱効果をより高めることができる。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、実装基板２１の上面側に発熱回路部品２２を実装する場合について説明したがこれに限定されるものではなく、実装基板２１の下面側に発熱回路部品２２を実装し、上面側に伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６を配置するようにしてもよい。この場合には、放熱路形成部材３１，３２及び伝熱接続部材４１を図１とは上下逆関係に配置すればよい。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、半導体パワーモジュール１１上に載置する実装基板が１枚である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２枚以上の複数枚の実装基板を所定間隔を保って配置し、発熱回路部品を実装している実装基板について伝熱部材２５及び伝熱支持部材２６を配置すると共に、伝熱接続部材４１又は内部伝熱接続部材５１を配置するようにすれば良い。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、実装基板２１と伝熱支持部材２６との間に伝熱部材２５を配置した場合について説明したが、実装基板２１の裏面側が絶縁性を有する場合には伝熱部材２５を省略することができる。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、伝熱支持部材２６及び放熱路形成部材３１，３２及び伝熱接続部材４１はそれぞれ独立したものを接続する場合について説明したが、これらを一体形成して用いても良い。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、筐体２とは独立した放熱路形成部材３１及び３２を使用して実装基板２１を冷却体３に接続する場合について説明した。しかしながら本発明は上記構成に限定されるものではなく、図５に示すように、放熱路形成部材３１及び３２を省略し、これらに代えて伝熱支持部材２６を直接熱伝動性を有する上部筐体２Ｂに接続し、上部筐体２Ｂを介して冷却体３に放熱するようにしても良い。
　本発明によれば、発熱回路部品を実装基板表面の回路パターン金属部に接続して実装した実装基板の放熱経路として、実装基板表面の回路パターン金属部から実装基板を介し、伝熱支持部材及び放熱路形成部材を介して冷却体に達する放熱経路と、回路パターン金属部から外部及び内部の少なくとも一方の伝熱接続部材を介し、放熱路形成部材部材を介して冷却体に達する放熱経路との少なくとも２つの放熱経路から発熱回路部品で発生する熱を効率よく熱冷却することができる電力変換装置を提供できる。
　１…電力変換装置、２…筐体、２Ａ…下部筐体、２Ｂ…上部筐体、３…冷却体、４…コンデンサ、１１…半導体パワーモジュール、２１…実装基板、２２…発熱回路部品、２３，２４…回路パターン金属部、２５…伝熱部材、２６…伝熱支持部材、３１，３２…放熱路形成部材、４１…伝熱接続部材、５１…内部伝熱接続部材、５３…固定ねじ、６１…回路パターン金属部、６２…内部回路パターン金属部、６３…回路パターン間接続用ねじ、６５…回路パターン接続用ねじ

Claims (8)

  1. 　半導体パワーモジュールと、
    　前記半導体パワーモジュールの一方の面に配置された冷却体と、
    　前記半導体パワーモジュールの他方の面上に支持され、前記半導体パワーモジュールを駆動する発熱回路部品を含む回路部品を実装した実装基板とを備え、
    　前記実装基板の一面に伝熱支持部材を配置し、前記伝熱支持部材と前記冷却体との間に放熱路形成部材を配置し、前記放熱路形成部材と前記実装基板に形成した回路パターン金属部とを接続する伝熱接続部材を配置した
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記伝熱支持部材は、熱伝導率の高い金属材料で構成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。
  3. 　前記伝熱接続部材は、前記実装基板の外側で、前記実装基板に形成した回路パターン金属部と前記放熱路形成部材とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記伝熱接続部材は、前記実装基板内を通って前記実装基板に形成した回路パターン金属部と前記伝熱支持部材とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  5. 　前記実装基板は、表面に形成した発熱回路部品が接続される回路パターン金属部と対向して内部に形成された内部回路パターン金属部を有し、前記伝熱接続部材は、前記内部回路パターン金属部と前記伝熱支持部材とを接続する内部伝熱接続部材を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記放熱路形成部材は、前記半導体パワーモジュール及び前記実装基板を囲む筐体とは独立して形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記放熱路形成部材は、前記半導体パワーモジュール及び前記実装基板を囲む筐体で形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記実装基板と前記伝熱支持部材との間に前記伝熱部材を配置し、該伝熱部材は、熱伝導性を有する絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力変換装置。
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