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公開番号2025070884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023181484
出願日2023-10-20
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立製作所,日立Astemo株式会社
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250424BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】半導体素子とプリント配線基板の両方を効率的に冷却可能にしつつ信頼性を向上できる電力変換装置を実現する。
【解決手段】電力変換装置1は、半導体素子11を内蔵した半導体パッケージ10と、半導体パッケージ10と接続される配線層21を内蔵し、互いに対向する一対の表面を有するプリント配線基板20と、半導体パッケージ10の放熱面に第1熱伝導部材51を介して当接される第1放熱部材31と、プリント配線基板20が有する一対の表面のうち半導体パッケージ10の放熱面と同じ側に形成された表面に、第2熱伝導部材52を介して当接される第2放熱部材32と、を備える。第1放熱部材31と第2放熱部材32とは、互いに相対変位可能な状態でそれぞれ取り付けられ、第1熱伝導部材51と第2熱伝導部材52とは、互いに部分的に重なるように配置されている。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
半導体素子を内蔵した半導体パッケージと、
前記半導体パッケージと接続される配線層を内蔵し、互いに対向する一対の表面を有するプリント配線基板と、
前記半導体パッケージの放熱面に第１熱伝導部材を介して当接される第１放熱部材と、
前記プリント配線基板が有する前記一対の表面のうち前記半導体パッケージの前記放熱面と同じ側に形成された前記表面に、第２熱伝導部材を介して当接される第２放熱部材と、を備え、
前記第１放熱部材と前記第２放熱部材とは、互いに相対変位可能な状態でそれぞれ取り付けられ、
前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材とは、互いに部分的に重なるように配置されている、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１放熱部材と前記第２放熱部材とは、互いに部分的に重なるように配置され、当該部分同士が変形可能な部材を介して互いに当接する、
電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第２熱伝導部材を介して前記プリント配線基板に当接する前記第２放熱部材の部分は、前記第１放熱部材よりも前記プリント配線基板に向かって突出している、
電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第２放熱部材は、前記第１放熱部材よりも前記プリント配線基板に近い位置で、前記第１放熱部材と部分的に重なる、
電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記プリント配線基板は、前記第２熱伝導部材を介して前記第２放熱部材と当接する位置に形成されたスルーホールを有する、
電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記プリント配線基板は、前記スルーホールに隣接して配置された固定部材により、前記第２熱伝導部材を介して前記第２放熱部材に固定される、
電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記プリント配線基板と接続されるキャパシタを備え、
前記プリント配線基板は、前記キャパシタとの接続点に隣接する位置に前記配線層を有する、
電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１放熱部材は、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）からなる第１層と、絶縁体からなる第２層と、ＴＩＭからなる第３層と、が積層して形成される、
電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記第１放熱部材は、前記第１層が前記半導体パッケージの前記放熱面と当接し、前記第３層が前記第１熱伝導部材と当接するように配置され、
前記第１層の面積は、前記第３層の面積より小さい、
電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１放熱部材は、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）からなる第１層と、絶縁体からなる第２層と、が積層して形成される、
電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体素子のスイッチング動作により直流電力と交流電力とを相互に変換する電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。この電力変換装置では、半導体素子がスイッチング動作により発熱するとともに、半導体素子や各種部品が搭載されて内部に配線層が形成されたプリント配線基板についても、配線層に大電流が流れることで発熱する。そのため、半導体素子とプリント配線基板の両方を冷却する必要があり、これを実現可能な冷却構造が求められている。
【０００３】
半導体素子とプリント配線基板の両方を冷却可能な冷却構造として、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１には、半導体素子を有する複数の回路体が実装されたプリント基板を備え、プリント基板において複数の回路体同士を繋ぐ交流配線および直流配線が、冷却水路に形成された放熱用突起に絶縁シートを介して接触している電力変換装置の冷却構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－７１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の冷却構造では、冷却水路において回路体に接触する部分と、内部に交流配線および直流配線を有するプリント基板が接触する放熱用突起の部分とが、一つの冷却水路として一体的に形成されている。したがって、冷却水路と回路体やプリント基板との間に必要な絶縁距離を確保しつつ、これらを互いに密着させて高い放熱性を得るためには、冷却水路の形状と、回路体表面とプリント基板面の間隔とを、正確に一致させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、冷却水路の形状と、回路体表面とプリント基板面の間隔とでは、製造工程においてそれぞれの公差に応じたばらつきが生じる。したがって、これらを正確に一致させることは困難であり、ある程度の誤差が生じる。この誤差の大きさによっては、冷却水路と回路体およびプリント基板とを密着させることができずに、冷却性能が低下する場合がある。また、無理に密着させようとすると、回路体、絶縁板やプリント基板において余分な応力が発生し、割れやクラックの原因となることがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、主な目的は、半導体素子とプリント配線基板の両方を効率的に冷却可能にしつつ信頼性を向上できる電力変換装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電力変換装置は、半導体素子を内蔵した半導体パッケージと、前記半導体パッケージと接続される配線層を内蔵し、互いに対向する一対の表面を有するプリント配線基板と、前記半導体パッケージの放熱面に第１熱伝導部材を介して当接される第１放熱部材と、前記プリント配線基板が有する前記一対の表面のうち前記半導体パッケージの前記放熱面と同じ側に形成された前記表面に、第２熱伝導部材を介して当接される第２放熱部材と、を備え、前記第１放熱部材と前記第２放熱部材とは、互いに相対変位可能な状態でそれぞれ取り付けられ、前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材とは、互いに部分的に重なるように配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体素子とプリント配線基板の両方を効率的に冷却可能にしつつ信頼性を向上できる電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。
第１熱伝導部材の第１構造例を示す断面図である。
第１熱伝導部材の第２構造例を示す断面図である。
第１熱伝導部材の第３構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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