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図面 (5)

課題

パワー半導体素子表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサ実装構造を提案する。

解決手段

温度センサ2の実装構造1は、プリント配線11を有するプリント配線板8と、プリント配線11に表面実装されるパワー半導体素子3と、パワー半導体素子3の温度を検出する温度センサ2と、を備え、プリント配線11は、パワー半導体素子3に接続される電極パッド16と、電極パッド16に一体に設けられる熱伝導部17とを有し、温度センサ2は、熱伝導部17に熱的に接続されている。

概要

背景

パワートランジスタ実装するプリント配線パターンの一部からセンサ取付部を連続して形成し、センサ取付部に密着させてサーミスタを取り付け得る温度センサ実装構造が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

概要

パワー半導体素子表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提案する。温度センサ2の実装構造1は、プリント配線11を有するプリント配線板8と、プリント配線11に表面実装されるパワー半導体素子3と、パワー半導体素子3の温度を検出する温度センサ2と、を備え、プリント配線11は、パワー半導体素子3に接続される電極パッド16と、電極パッド16に一体に設けられる熱伝導部17とを有し、温度センサ2は、熱伝導部17に熱的に接続されている。

目的

本発明は、パワー半導体素子を表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提供する

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請求項1

プリント配線を有するプリント配線板と、前記プリント配線に表面実装されるパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の温度を検出する温度センサと、を備え、前記プリント配線は、前記パワー半導体素子に接続される電極パッドと、前記電極パッドに一体に設けられる熱伝導部とを有し、前記温度センサは、前記熱伝導部に熱的に接続されている温度センサの実装構造

請求項2

前記プリント配線は、前記電極パッドに隣接する部位に切欠部を有し、前記熱伝導部は、前記切欠部内に延長され、前記温度センサは、前記切欠部内に配置されている請求項1に記載の温度センサの実装構造。

請求項3

前記切欠部内に配置され、かつ前記温度センサに電気的に接続されて前記プリント配線板の表面から突出する中継端子と、前記プリント配線板に対して平行に配置され、前記中継端子を通じて前記温度センサの検出信号を受信する制御回路を有する第二プリント配線板と、を備える請求項2に記載の温度センサの実装構造。

請求項4

前記プリント配線板は、金属製の放熱基板と、前記放熱板と前記プリント配線とを電気的に絶縁する第一絶縁層と、前記プリント配線の表面を覆って保護する第二絶縁層と、を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の温度センサの実装構造。

技術分野

0001

本発明は、温度センサ実装構造に関する。

背景技術

0002

パワートランジスタ実装するプリント配線パターンの一部からセンサ取付部を連続して形成し、センサ取付部に密着させてサーミスタを取り付け得る温度センサの実装構造が知られている(例えば、特許文献1参照。)。

先行技術

0003

特開平10−48057号公報

発明が解決しようとする課題

0004

温度センサの検出結果は、パワートランジスタの破損を回避するための強制的な停止制御に用いられている。このため、温度センサの実装構造には、パワートランジスタの温度をより正確に検出することが求められる。

0005

しかしながら、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタがリード実装スルーホール実装)されたプリント配線パターンの一部に連続してセンサ取付部を設け、このセンサ取付部に温度センサを設けてパワートランジスタの温度を検出する。

0006

つまり、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタと温度センサとの間にリード線およびセンサ取付部を隔てているため、パワートランジスタの温度を正確に検出することが難しい。

0007

そこで、本発明は、パワー半導体素子表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提供する。

課題を解決するための手段

0008

前記の課題を解決するため本発明に係る温度センサの実装構造は、プリント配線を有するプリント配線板と、前記プリント配線に表面実装されるパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の温度を検出する温度センサと、を備え、前記プリント配線は、前記パワー半導体素子に接続される電極パッドと、前記電極パッドに一体に設けられる熱伝導部とを有し、前記温度センサは、前記熱伝導部に熱的に接続されている。

発明の効果

0009

本発明によれば、パワー半導体素子を表面実装したプリント回路板でパワー半導体素子の温度をより正確に検出可能な温度センサの実装構造を提供できる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の斜視図。
本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の概略的な断面図。
本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図。
本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図の他の例。

実施例

0011

以下、本発明に係る温度センサの実装構造の実施の形態について、図1から図4を参照して説明する。

0012

図1は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の斜視図である。

0013

図2は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の概略的な断面図である。

0014

図1および図2に示すように、本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、パワー半導体素子3を表面実装したプリント回路板5を対象とするものであって、パワー半導体素子3の温度を検出する。

0015

プリント回路板5は、例えばインバータであり、電動二輪車電動自動車駆動用モータ(図示省略)に交流電力を供給する。プリント回路板5は、プリント配線11を有するプリント配線板8と、プリント配線板8に表面実装される種々な半導体素子(図示省略)と、を備えている。種々の半導体素子には、パワー半導体素子3が含まれている。

0016

温度センサ2の実装構造1は、プリント配線11を有するプリント配線板8と、プリント配線11に表面実装されるパワー半導体素子3と、パワー半導体素子3の温度を検出する温度センサ2と、を備えている。

0017

プリント配線板8は、金属製の放熱基板12と、放熱基板12とプリント配線11とを電気的に絶縁する第一絶縁層13と、プリント配線11と、プリント配線11の表面を覆って保護する第二絶縁層15と、を備えている。放熱基板12、第一絶縁層13、プリント配線11、および第二絶縁層15は、順次に積層されている。なお、図1は第二絶縁層15を省略して図示している。

0018

放熱基板12は、例えばアルミニウム合金製の平板である。放熱基板12は、第一絶縁層13越しにパワー半導体素子3やプリント配線11の熱を奪って放熱する。放熱基板12は、放熱フィン(図示省略)を備えていても良いし、放熱フィンを有する隣接構造体(図示省略、例えば電動二輪車や電動自動車の制御器箱)に熱的に接続されるものであっても良い。放熱基板12は、第一絶縁層13、プリント配線11、および第二絶縁層15が積層される回路面12aと、放熱のための放熱面12bとを表裏に有している。

0019

第一絶縁層13は、樹脂などの絶縁体素材とする薄膜である。第一絶縁層13は、放熱基板12の回路面12a側に積層されている。

0020

プリント配線11は、銅などの導体を素材とする。プリント配線11は、第一絶縁層13の表面に印刷されている。プリント配線11は、パワー半導体素子3に接続される電極パッド16と、電極パッド16に一体に(一続きに)設けられる熱伝導部17と、を備えている。

0021

なお、プリント配線板8は、単層であっても多層であっても良い。多層のプリント配線板8では、電極パッド16および熱伝導部17は同じ層に一続きに設けられる。

0022

第二絶縁層15は、樹脂などの絶縁体を素材とする薄膜である。

0023

熱伝導部17は、電極パッド16(プリント配線11)の一部を突出させることで形成され、温度センサ2の下に達するまで延長されている。

0024

パワー半導体素子3は、例えばパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)、パワートランジスタ、またはパワーダイオーであり、いずれの素子であってもプリント配線板8に表面実装可能な形態を有している。

0025

本実施形態ではパワー半導体素子3としてパワーMOSFETを図示している。パワーMOSFETは、パッケージの背面にドレイン端子3aを備えている。ドレイン端子3aは、パワーMOSFETの放熱板を兼ねている。ドレイン端子3aは、プリント配線11の電極パッド16に半田付けされている(半田16a)。つまり、パワーMOSFETの発する熱は、ドレイン端子3aから半田16aを介してプリント配線11の電極パッド16、および第一絶縁層13を通じて放熱基板12へ放熱される。この放熱過程において、プリント配線11は導体である一方、第一絶縁層13は絶縁体であるため、パワーMOSFETの発する熱は、プリント配線11の電極パッド16から第一絶縁層13に伝わるよりも熱伝導部17に伝わり易い。

0026

温度センサ2は、熱伝導部17に熱的に接続されている。温度センサ2は、例えばサーミスタである。温度センサ2の感熱部は、例えば放熱コンパウンド18や放熱グリスによって熱伝導部17に熱的に接続されている。また、温度センサ2の感熱部に熱接合用の端子を設け、これを熱伝導部17に半田付けしても良い。

0027

なお、温度センサ2は、温度センサ2それ自体、パワー半導体素子3、およびこれら以外の半導体素子をプリント配線板8に表面実装可能な範囲で極力、パワー半導体素子3に近接されていることが好ましい。

0028

また、プリント配線板8には、温度センサ2に電気的に接続されてプリント配線板8の表面から突出する中継端子19が設けられている。中継端子19は、プリント配線板8の実装面側から垂直方向に突出している。

0029

温度センサ2と中継端子19とを電気的に接続する配線23は、プリント配線11の一部であって、パワー半導体素子3に電気的に接続される配線パターンとの間では絶縁されている。

0030

さらに、温度センサ2の実装構造1は、プリント配線板8に対して平行に配置され、中継端子19を通じて温度センサ2の検出信号を受信する制御回路22を有する第二プリント配線板21を備えている。制御回路22は、例えばインバータのコントローラである。継端子19は第二プリント配線板21にスルーホール実装されている。

0031

図3は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図である。

0032

図3に示すように、本実施形態に係る実装構造1のプリント配線11は、電極パッド16に隣接する部位に切欠部31を有している。

0033

切欠部31は、プリント配線11の配線幅を他の部位に比べて狭くした部分(幅狭部)である。切欠部31の配線幅w1は、他の部位の配線幅w2よりも狭い。

0034

また、切欠部31は、パワー半導体素子3が取り付けられる位置から放射状に長く形成されており、パワー半導体素子3へのプリント配線11の配線幅の減少を最小限に抑えている。

0035

切欠部31は、プリント配線板8に熱伝導部17、および温度センサ2を配置するためのスペースを確保している。つまり、熱伝導部17は、切欠部31内にパワー半導体素子3が取り付けられる位置から放射状に延長され、温度センサ2は、切欠部31内に配置されて熱伝導部17を跨いでいる。

0036

熱伝導部17は、電極パッド16よりも幅狭く、電極パッド16から不連続な形状で凸状に延びている。

0037

また、温度センサ2に電気的に接続される中継端子19も切欠部31内に配置されている。中継端子19は、温度センサ2を間に挟んでパワー半導体素子3の反対側に配置されている。温度センサ2を間に挟んでパワー半導体素子3の反対側に中継端子19を配置することによって、温度センサ2をよりパワー半導体素子3に接近配置することができる。

0038

温度センサ2と中継端子19とを電気的に接続する配線23は、熱伝導部17を挟み込むように一対あって、切欠部31内に配置されている。

0039

温度センサ2の実装構造1は、パワー半導体素子3から放射状に切欠部31を設けることによって、隣接する配線パターン(図3中、破線で示すプリント配線11の一部)の配線幅を狭めることなく、熱伝導部17、温度センサ2、中継端子19、および配線23を配置するためのスペースを確保することができる。つまり、切欠部31は、回路を流れる電流量への影響を最小限としつつ、配置するためのスペースを確保している。なお、隣接する配線パターンが許容できる範囲で隣接する配線パターン側にも切欠部を設けて熱伝導部17、温度センサ2、中継端子19、および配線23を配置するスペースを確保しても良い。

0040

図4は、本発明の実施形態に係る温度センサの実装構造の平面図の他の例である。

0041

図4に示すように、本実施形態に係る実装構造1のプリント配線11は、電極パッド16に一体に設けられる熱伝導部17Aを備え、電極パッド16に隣接する部位に切欠部31Aを有している。

0042

熱伝導部17Aは、矩形の電極パッド16を一方向に延長した部位の角部に相当する。熱伝導部17Aとして延長されているのは、電極パッド16のうち、パワー半導体素子3のリード線32が配置されていない辺同士の角部であって、リード線32の反対側の辺部である。

0043

切欠部31Aは、熱伝導部17Aに相当する電極パッド16の角部を囲むように設けられている。切欠部31Aは、プリント配線板8に熱伝導部17A、および温度センサ2を配置するためのスペースを確保している。つまり、熱伝導部17Aは、切欠部31A内に突出し、温度センサ2は、切欠部31A内に配置されて熱伝導部17Aを跨いでいる。温度センサ2は、矩形の熱伝導部17Aの辺に対して約45度傾けて配置されている。

0044

また、温度センサ2に電気的に接続される中継端子19も切欠部31内に配置されている。中継端子19は、温度センサ2を間に挟んでパワー半導体素子3の反対側に配置されている。温度センサ2と中継端子19とを電気的に接続する配線23は、熱伝導部17Aを挟み込むように一対あって、切欠部31内に配置されている。

0045

温度センサ2の実装構造1は、切欠部31Aを設けることによっても、隣接する配線パターン(図4中、破線で示すプリント配線11の一部)の配線幅を狭めることなく、熱伝導部17A、温度センサ2、中継端子19、および配線23を配置するためのスペースを確保することができる。

0046

本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、表面実装タイプのパワー半導体素子3の温度を、電極パッド16に一体に設けられる熱伝導部17、17Aに熱的に接続される温度センサ2で測定することによって、パワー半導体素子3から温度センサ2までの熱抵抗を抑え、かつパワー半導体素子3の温度変化に対する温度センサ2の応答性を向上させることができる。

0047

ところで、プリント配線板8のようにプリント回路が発する熱を放熱基板12から放熱する場合、第一絶縁層13を間に介する箇所、例えば放熱基板12側でパワー半導体素子3の温度を測定することは、検出温度検出誤差応答遅れを生じさせる。

0048

また、従来の温度センサの実装構造は、パワートランジスタの発熱部からサーミスタまでの熱伝導経路にリード線が存在しているために、検出誤差や応答遅れを生じさせる。

0049

本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、熱伝導部17、17Aが電極パッド16に一体に設けられているため、パワー半導体素子3の発する熱が第一絶縁層13や放熱基板12に伝わるよりも先に同層のプリント配線11内で電極パッド16から熱伝導部17、17Aに伝わり、温度センサ2で検出される。つまり、本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、パワー半導体素子3から温度センサ2までの熱抵抗が抑えられている。

0050

また、本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、電極パッド16に隣接する切欠部31内に熱伝導部17、および温度センサ2を配置することによって、温度センサ2をパワー半導体素子3に極力近接させることが可能であり、温度センサ2の温度をより正確、かつ確実に検出することができる。

0051

さらに、本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、電極パッド16に隣接する切欠部31内に熱伝導部17、および温度センサ2を配置することによって、配線パターンが密集する箇所に熱伝導部17および温度センサ2の実装面積を確保し易く、またプリント配線板8の周囲近傍に熱伝導部17および温度センサ2の実装面積を確保し易い。

0052

さらにまた、本実施形態に係る温度センサ2の実装構造1は、電極パッド16に隣接する切欠部31内に中継端子19を配置することによって、複数のプリント配線板(プリント配線板8、第二プリント配線板21)を重ねて配置することが可能であって、上位システムに組み込む際に必要となる設置面積を抑えることができる。

0053

したがって、本発明に係る温度センサ2の実装構造1によれば、パワー半導体素子3を表面実装したプリント回路板5でパワー半導体素子3の温度をより正確に検出することができる。

0054

1…実装構造、2…温度センサ、3…パワー半導体素子、3a…ドレイン端子、5…プリント回路板、8…プリント配線板、11…プリント配線、12…放熱基板、12a…回路面、12b…放熱面、13…第一絶縁層、15…第二絶縁層、16…電極パッド、16a…半田、17、17A…熱伝導部、18…放熱コンパウンド、19…中継端子、21…第二プリント配線板、22…制御回路、23…配線、31、31A…切欠部、32…リード線。

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