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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung wie etwa
eine Wechselrichtervorrichtung oder eine Servopumpe und ein Verfahren zum
Montieren derselben sowie insbesondere einen Aufbau zum Positionieren
und Befestigen eines Leistungshalbleitermoduls an einem Substrat.
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Stand der
Technik
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Eine
Motorsteuervorrichtung wie zum Beispiel eine Wechselrichtervorrichtung
verwendet ein Leistungshalbleitermodul, das viel Wärme erzeugt. Aus
diesem Grund wird das Leistungshalbleitermodul auf einer Wärmesenke
angebracht, um einen Kühleffekt
vorzusehen (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1).
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Eine
herkömmliche
Motorsteuervorrichtung wie zum Beispiel eine Wechselrichtervorrichtung
ist wie in 5 und 6 gezeigt
aufgebaut.
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In 5 und 6 gibt
das Bezugszeichen 11 eine Wärmesenke an, die zum Beispiel
an allen vier Ecken jeweils einen Bolzen 12 aufweist, wobei ein
Substrat 15 auf dem Bolzen 12 montiert und an demselben
mit einer Schraube 16 fixiert ist. Ein Leistungshalbleitermodul 13 wie
etwa ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und ein Temperatursensor 14 sind
auf einer unteren Fläche
des Substrats 15 montiert. Das Leistungshalbleitermodul 13 wird
durch eine Schraube 17 in engem Kontakt mit einer oberen Fläche der
Wärmesenke 11 gehalten.
Der Temperatursensor 14 ist eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Temperatur des Leistungshalbleitermoduls 13 und
zum Schützen
der Motorsteuervorrichtung, wenn eine anormale Wärmeerzeugung verursacht wird,
wobei der Temperatursensor 14 durch eine Schraube 18 an
der Wärmesenke 11 in
Nachbarschaft zu dem Leistungshalbleitermodul 13 gehalten
wird und über
einen Elektrodraht 14a mit dem Substrat 15 verbunden
ist.
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Die
Positionierung und Befestigung des Leistungshalbleitermoduls 13 an
dem Substrat 15 innerhalb des Aufbaus wird wie folgt durchgeführt.
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Zuerst
wird das Leistungshalbleitermodul 13 vorübergehend
mit einer Schraube 17 an der oberen Fläche der Wärmesenke 11 fixiert.
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Dann
wird ein Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 13 mit
einem Durchgangsloch (nicht gezeigt) des Substrats 15 ausgerichtet,
wobei gleichzeitig geprüft
wird, ob ein Schraubeneinsteckloch 15a des Substrats mit
der Position des Bolzens 12 ausgerichtet ist. Wenn die
beiden nicht miteinander ausgerichtet sind, wird die Position des
Leistungshalbleitermoduls 13 verschoben, um die Position
zu korrigieren. Wenn die beiden miteinander ausgerichtet sind oder
wenn die Position des Leistungshalbleitermoduls 13 korrigiert
wurde, sodass das Befestigungsloch des Substrats 15 mit
der Position des Bolzens 12 ausgerichtet ist, wird das
Substrat 15 mit der Schraube 16 an dem Bolzen 12 fixiert.
Dann wird ein Schraubenzieher durch ein Schraubenbefestigungsloch 15b in
dem Substrat 15 eingeführt,
um die Schraube 17 anzuziehen. Auf diese Weise wird das Leistungshalbleitermodul 13 zuverlässig an
der oberen Fläche
der Wärmesenke 11 fixiert.
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Nachdem
das Substrat 15 an dem Bolzen 12 befestigt und
fixiert wurde, wir der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 13 auf
das Substrat 15 gelötet.
Patentdokument
1: Veröffentlichung
JP-A-10-225138 (2)
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Beschreibung der Erfindung
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Problemstellung
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Der
Aufbau aus dem Stand der Technik weist die folgenden Probleme auf.
- (1) Die Motorsteuervorrichtung wird mit einer Wechselhochspannung
von etwa 200V oder 400V betrieben. Deshalb muss ein ausreichender
Isolationsabstand zwischen der Wärmesenke
und dem Substart sowie zwischen der Wärmsenke und dem Leistungshalbleitermodul
aufrechterhalten werden. Dadurch wird eine Verkleinerung der Isolationsabstände begrenzt
und damit auch eine Größenverkleinerung
der Motorsteuervorrichtung beschränkt.
- (2) Das Leistungshalbleitermodul wird vorübergehend an der Wärmesenke
fixiert, und der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls wird mit dem
Durchgangsloch des Substrats ausgerichtet, wobei dann das Substrat
mit der Schraube befestigt und fixiert wird. Aus diesem Grund ist
eine lange Zeitdauer für
die Ausrichtung des Leistungshalbleitermoduls mit dem Durchgangsloch
des Substrats erforderlich.
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Die
Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Probleme Bezug, wobei
es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Motorsteuervorrichtung anzugeben, deren
Größe einfach
reduziert werden kann, wobei weiterhin kein Arbeitsaufwand zum Ausrichten
des Halbleitermoduls mit dem Substrat geleistet werden muss und
die Montageeigenschaften verbessert werden können.
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Problemlösung
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Um
die oben geschilderten Probleme zu lösen, weist die vorliegende
Erfindung den nachfolgend beschriebenen Aufbau auf.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung,
in der ein an einer Wärmesenke
angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert
ist, wobei ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen
ist und das Leistungshalbleitermodul in dem Abstandsglied angeordnet
ist, wobei ein Verbindungsteil für
die Abstandsgliedbefestigung auf einer Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein Verbindungsteil,
der dem Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf einer Seitenfläche des
Abstandsglieds vorgesehen ist, und wobei der Verbindungsteil auf
der Seitenfläche
des Abstandsglieds und der Verbindungsteil auf der Seitenfläche der
Wärmesenke
miteinander verbunden sind, um das Abstandsglied an der Wärmesenke
zu befestigen.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei ein konkaver Verbindungsteil für die Befestigung des Abstandsglieds
auf der Seitenfläche
der Wärmesenke
vorgesehen ist und ein konvexer Verbindungsteil, der dem konkaven Verbindungsteil
auf der Seitenfläche
der Wärmesenke
entspricht, auf der Seitenfläche
des Abstandsglieds vorgesehen ist.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei das Abstandsglied aus einem adiabatischen Kunstharz ausgebildet
ist und eine Fläche
der Wärmesenke
bedeckt, und wobei ein eine Luftschicht bildender konkaver Teil
in wenigstens einem Teil einer Kontaktfläche mit der Fläche der
Wärmesenke
vorgesehen ist.
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Ein
vierter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei ein Verbindungsteil zum Anordnen des Leistungshalbleitermoduls
in dem Abstandsglied ausgebildet ist.
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Ein
fünfter
Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei
das Leistungshalbleitermodul einen Anschluss umfasst, der von einer
Seitenfläche
vorsteht.
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Ein
sechster Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds in einem
unteren Teil des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet
ist.
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Ein
siebter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei die Wärmesenke
einen konkaven Isolationsteil aufweist, der in einem Flächenteil
unterhalb des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet
ist. Ein achter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei die Wärmesenke
einen Rückseitenteil des
konkaven Isolationsteils mit einer größeren Dicke aufweist.
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Ein
neunter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei sich ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds
nach unten erstreckt und in den konkaven Isolationsteil eingeführt ist.
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Ein
zehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei der konkave Isolationsteil zu einem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls
erweitert ist, und sich der Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds
zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls erstreckt, um
einen Zwischenraum zwischen der Wärmesenke und dem Anschluss
des Leistungshalbleitermoduls zu blockieren.
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Ein
elfter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei das Substrat mit einem Temperatursensor versehen ist.
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Ein
zwölfter
Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei
der Temperatursensor auf einer Fläche an einer zu dem Leistungshalbleitermodul
gegenüberliegenden
Seite des Substrats vorgesehen ist und ein Luftloch an einer Position
in Nachbarschaft zu dem Temperatursensor des Substrats vorgesehen
ist.
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Ein
dreizehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei das Substrat für die
Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten erhalten
wird, indem eine Komponentenmontage mit einer vorbestimmten Höhe in einem
Umfangsteil einer Verbindungsposition auf einer Lötflächenseite
des Leistungshalbleitermodulanschlusses beseitigt wird.
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Ein
vierzehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung,
wobei das Substrat für die
Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten eine
Verbindungsposition des Leistungshalbleitermodulanschlusses aufweist,
die in einem Umfangsteil des Substrats angeordnet ist.
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Ein
fünfzehnter
Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei
das Substrat vertikal in eine Vielzahl von Schichten unterteilt
ist und auf Bolzen mit unterschiedlichen Höhen montiert ist, die auf der
Halterung vorgesehen sind.
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Ein
sechzehnter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren
einer Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke
angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert
ist und ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen
ist, wobei das Leistungshalbleitermodul vorübergehend auf das Substrat
gelegt wird und dann das Leistungshalbleitermodul und das Substrat
gemeinsam an dem Abstandsglied und der Wärmesenke befestigt werden.
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Vorteil der
Erfindung
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Die
Erfindung weist die folgenden Vorteile auf.
- (1)
Gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt der Erfindung kann die Anzahl der Substrat-Befestigungsschrauben
reduziert werden und kann die Anzahl der Komponenten und Montagemannstunden
vermindert werden.
- (2) Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung kann die Wärmestrahlung
von der Wärmesenke
reduziert werden, indem die Oberfläche der Wärmesenke durch das aus einem
adiabatischen Kunstharz ausgebildete Abstandsglied bedeckt wird.
Indem eine Luftschicht mit einem hohen Wärmewiderstand auf einer Strahlungsfläche von
der Wärmesenke
in den inneren Teil der Vorrichtung erzeugt wird, kann das Innenvolumen
der Vorrichtung verkleinert werden und kann die Größe der gesamten
Vorrichtung reduziert werden.
- (3) Gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung kann das Leistungshalbleitermodul einfach in
Bezug auf das Substrat positioniert werden und kann der Arbeitsaufwand
zum Ausrichten des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls mit
dem Loch des Substrats beseitigt werden. Außerdem kann die Positionierung
alleine durch das Abstandsglied bewerkstelligt werden. Dadurch kann die
Anzahl der Komponenten vermindert werden.
- (4) Gemäß dem fünften bis
neunten Aspekt der Erfindung kann der Isolationsabstand zwischen der
Wärmesenke
und dem Substrat sowie zwischen der Wärmesenke und dem Leistungshalbleitermodul
aufrechterhalten werden. Dadurch kann die Größe der Vorrichtung reduziert
werden.
- (5) Gemäß dem zehnten
Aspekt der Erfindung kann zuverlässig
ein Zwischenraum zwischen der Wärmesenke
und dem Anschluss der Leistungshalbleitermoduls blockiert werden.
Auf diese Weise kann zuverlässig
der Isolationsabstand zwischen der Wärmesenke und dem Substrat sowie zwischen
der Wärmesenke
und dem Leistungshalbleitermodul aufrechterhalten werden. Dadurch
kann die Zuverlässigkeit
der Isolation verbessert werden.
- (6) Gemäß dem elften
Aspekt der Erfindung kann die Befestigungsschraube des Temperatursensors
weggelassen werden. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten und
der Montagemannstunden reduziert werden.
- (7) Gemäß dem zwölften Aspekt
der Erfindung kann effektiv ein Raum für die Befestigung des Temperatursensors
an dem Substrat genutzt werden.
- (8) Gemäß den dreizehnten
bis fünfzehnten
Aspekten der Erfindung kann eine Lötarbeit unter Verwendung einer
automatischen Lötvorrichtung durchgeführt werden,
die gewöhnlich
als Punktlöter
oder Mehrpunktlöter
bezeichnet wird. Dadurch kann die Anzahl der manuellen Lötarbeiten
vermindert werden, wodurch die Anzahl der Montagemannstunden reduziert
werden kann.
- (9) Gemäß dem sechzehnten
Aspekt der Erfindung kann das Leistungshalbleitermodul einfach in
Bezug auf das Substrat positioniert werden und kann der Arbeitsaufwand
zum Ausrichten des Anschlusses der Einrichtung mit dem Loch des
Substrats beseitigt werden. Dadurch können die Montagemannstunden
reduziert werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung
von 1.
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3 zeigt das Abstandsglied von 1, wobei
(a) eine Draufsicht ist und (b) eine Vorderansicht ist.
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4 ist
eine schematische Schnittansicht der Motorsteuervorrichtung von 1.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung aus dem
Stand der Technik.
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6 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung
von 5.
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Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erstes Beispiel
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung. 2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung
von 1. 3 ist eine Ansicht des
Abstandsglieds von 1, wobei (a) eine Draufsicht
ist und (b) eine Vorderansicht ist. 4 ist eine schematische
Schnittansicht der Motorsteuervorrichtung von 1.
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In 1 bis 4 gibt
das Bezugszeichen 1 eine Wärmsenke an, gibt das Bezugszeichen 2 ein integriertes
Abstandsglied aus zum Beispiel einem adiabatischen Kunstharz mit
einer geringen Wärmeleitfähigkeit
an und gibt das Bezugszeichen 3 ein Leistungshalbleitermodul
wie etwa einen IGBT oder eine Diode an, der bzw. die zum Beispiel
einen derartigen Aufbau aufweist, dass eine Vielzahl von Anschlüssen exakt
quer von einer Seitenfläche
vorstehen und sich in der Mitte nach oben erstrecken. Das Bezugszeichen 4 gibt
ein erstes Substrat an, und das Bezugszeichen 5 gibt ein
zweites Substrat an.
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Die
Wärmesenke 1 weist
zum Beispiel die Form eines rechteckigen Parallelepipeds auf, wobei eine
obere Fläche
eben ist und eine untere Fläche darauf
ausgebildete Lamellen 1a aufweist. Die obere Fläche ist
mit einer Vielzahl von konkaven Isolationsteilen 1b versehen,
damit das Abstandsglied 2 in das Leistungshalbleitermodul 3 eingeführt wird,
und weist weiterhin eine Vielzahl von Schraublöchern 1c auf, um das
Abstandsglied 2 und das Leistungshalbleitermodul 3 an
der Wärmesenke 1 zu
befestigen. Eine Seitenfläche
ist mit einem konkaven Verbindungsteil 1d für die Befestigung
des Abstandsglieds 2 versehen.
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Das
Abstandsglied 2 ist auf der oberen Fläche der Wärmesenke 1 montiert
und wird zum Beispiel durch ein rechteckiges Parallelepiped gebildet, dessen
Größe der Wärmesenke 1 entspricht
oder kleiner ist (in dem gezeigten Beispiel ist das Abstandsglied 2 kleiner
als die Wärmesenke 1).
Das Abstandsglied 2 weist einen konvexen Verbindungsteil 2a auf,
der an einer Position vorgesehen ist, die dem konkaven Verbindungsteil 1d der
Wärmesenke 1 entspricht.
Weiterhin ist die obere Fläche
mit einem ersten Vorsprung 2b versehen, der eine Ebene
mit gleicher Höhe
an zwei Positionen auf einer gegenüberliegenden Seite des konvexen
Verbindungsteils 2a aufweist, und mit einem zweiten Vorsprung 2c,
der eine Ebene, die höher
als die obere Fläche
des ersten Vorsprungs 2b ist, an zwei Positionen in der Nachbarschaft
zu oder auf einer gegenüberliegenden
Seite des ersten Vorsprungs 2b aufweist (in dem gezeigten
Beispiel in der Nachbarschaft). Der erste Vorsprung 2b dient
dazu, das erste Substrat 4 mit einer Schraube 6 zu
befestigen und zu fixeren, und der zweite Vorsprung 2c dient
dazu, das zweite Substrat 5 mit einer Schraube 7 zu
befestigen und zu fixieren. Weiterhin ist ein erster Halteteil 2d,
der eine Ebene auf derselben Höhe
wie der erste Vorsprung 2b aufweist, auf einer gegenüberliegenden
Seite des ersten Vorsprungs 2b ausgebildet und ist ein
zweiter Halteteil 2e, der eine Ebene auf derselben Höhe wie der zweite
Vorsprung 2c aufweist, auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten
Vorsprungs 2c ausgebildet. Weiterhin ist ein erster Verbindungsteil 2f in
der Nachbarschaft zu dem ersten Halteteil 2d ausgebildet
und ist ein zweiter Verbindungsteil 2g in der Nachbarschaft
zu dem zweiten Halteteil 2e ausgebildet. Der erste Halteteil 2d und
der erste Verbindungsteil 2f sind für die Verbindung mit dem ersten
Substrat 4 vorgesehen, und der zweite Halteteil 2e und
der zweite Verbindungsteil 2g sind für die Verbindung mit dem zweiten
Substrat 5 vorgesehen.
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Weiterhin
ist das Abstandsglied 2 mit einem Verbindungsteil 2h versehen,
um jedes Leistungshalbleitermodul 3 in einem inneren Teil
zu positionieren und anzuordnen. Der Verbindungsteil 2h wird durch
ein Loch auf dem Abstandsglied 2 oder eine Vertiefung gebildet
(in dem gezeigten Beispiel durch ein Loch).
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Weiterhin
ist eine untere Fläche
mit einem konvexen Teil 2j an einer Position versehen,
die dem konkaven Isolationsteil 1b der Wärmesenke 1 entspricht,
und ist eine Fläche
der Wärmesenke
durch das Abstandsglied aus einem adiabatischen Kunstharz bedeckt,
um die Wärmestrahlung
von der Wärmesenke
zu reduzieren. Weiterhin ist ein konkaver Luftschicht-Bildungsteil 2k auf
der ganzen Fläche (wenigstens
auf einem Teil) ausgebildet, wobei eine Luftschicht 2m mit einem
hohen Wärmewiderstand zwischen
der Wärmesenke 1 und
dem Abstandsglied 2 gebildet wird, damit die Wärme von
der Wärmesenke 1 weniger
leicht zu dem inneren Teil der Vorrichtung übertragen wird. Folglich ist
das Innenvolumen der Vorrichtung verkleinert, sodass dass die Größe der Vorrichtung
verkleinert werden kann.
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Wenn
das Leistungshalbleitermodul 3 in den Verbindungsteil 2h des
durch das Loch gebildeten Abstandsglieds 2 eingeführt und
angeordnet wird, tritt ein Randteil des Verbindungsteil 2h in
einen unteren Teil des Anschlusses ein, der von einem Seitenteil
des Leistungshalbleitermoduls 3 vorsteht. Folglich blockiert
der Randteil des Verbindungsteil 2h den größten Teil
des Zwischenraums zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und
der Wärmesenke 1,
sodass die Isolationseigenschaft zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und
der Wärmesenke 1 verbessert
werden kann.
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Wie
in 4 gezeigt, ist der konkave Isolationsteil 1b auf
einem Flächenteil
unter dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 in
der Wärmesenke 1 ausgebildet,
sodass der Isolationsabstand zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und
der Wärmesenke 1 vergrößert wird
und die Isolationseigenschaft verbessert werden kann. Wenn in diesem
Fall der Randteil des Verbindungsteils 2h des Abstandsglieds 2 nach
unten in den konkaven Isolationsteil 1b eingeführt wird,
kann ein Zwischenraum zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und
der Wärmesenke 1 besser
blockiert werden.
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Wenn
außerdem
der konkave Isolationsteil 1b zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls 3 erweitert
wird und weiterhin der Randteil des Verbindungsteils 2h des
Abstandsglieds 2 zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls 3 erweitert
wird, wird der Abstand zwischen der Wärmesenke 1 und dem
Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 perfekt blockiert,
sodass die Isolationseigenschaft stark verbessert werden kann.
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Das
erste Substrat 4 weist ein Schraubeneinsteckloch 4a auf,
das an einer Position in Entsprechung zu dem ersten Vorsprung 2b ausgebildet
ist, an dem ersten Halteteil 2d und dem ersten Vorsprung 2b montiert
ist und durch den ersten Verbindungsteil 2f mittels der
Schraube 6 an dem ersten Vorsprung 2b befestigt
und fixiert ist. Das erste Substrat 4 wird durch den ersten
Vorsprung 2b in einer vertikalen Richtung positioniert.
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Das
zweite Substrat 5 ist mit einem Abstand über dem
ersten Substrat 4 angeordnet. Der zweite Vorsprung 2c und
der zweite Halteteil 2e für die Montage des zweiten Substrats 5 sind
auf dem Abstandsglied 2 ausgebildet. Deshalb ist das erste
Substrat 4 mit einer Vertiefung 4b versehen, um
eine Störung zwischen
dem zweiten Vorsprung 2c und dem zweiten Halteteil 2e zu
vermeiden.
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Weiterhin
ist ein Temperatursensor 4c an einer oberen oder unteren
Fläche
des ersten Substrats 4 befestigt (in dem gezeigten Beispiel
an der oberen Fläche).
Der Temperatursensor 4c dient dazu, die Temperatur des
Leistungshalbleitermoduls 3 zu überwachen, und ist vorzugsweise
möglichst
nahe an dem Leistungshalbleitermodul 3 angeordnet. Indem jedoch
das Abstandsglied 2 zwischen der Wärmesenke 1 und dem
ersten Substrat 4 vorgesehen ist, kann die Isolationseigenschaft
zwischen der Wärmesenke 1 und
dem ersten Substrat 1 aufrechterhalten werden und kann
der Abstand zwischen der Wärmesenke 1 und
dem erste Substrat 4 vermindert werden. Folglich kann der
Temperatursensor 4c nahe an dem Leistungshalbleitermodul 3 angeordnet
werden. Wenn der Temperatursensor 4c an einer oberen Fläche des
ersten Substrats gegenüber
dem Leistungshalbleitermodul befestigt ist, um einen leeren Zwischenraum
effektiv zu nutzen (wie in dem Beispiel), ist ein Luftloch 4d auf
dem ersten Substrat 4 in Nachbarschaft zu dem Temperatursensor
vorgesehen, sodass die erzeugte Wärme des Leistungshalbleitermoduls 3 effizient
zu dem Temperatursensor 4c übertragen werden kann.
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Wenn
der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 nicht an
dem ersten Substrat 4 befestigt, sondern auf das zweite
Substrat gelötet
ist, ist ein Anschlusseinsteckloch 4e auf dem ersten Substrat 4 an einer
Position in Entsprechung zu dem Leistungshalbleitermodul 3 vorgesehen.
Das Anschlusseinsteckloch 4e dient dazu, das Leistungshalbleitermodul 3 zu
positionieren und anzuordnen.
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Weiterhin
ist ein Schraubenbefestiqungsloch 4f für eine Schraube 8 zum Fixieren
des Leistungshalbleitermoduls 3 an der Wärmesenke 1 vorgesehen.
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Das
zweite Substrat 5 ist mit einem Schraubeneinsteckloch 5a an
einer Position in Entsprechung zu dem zweiten Vorsprung 2c versehen,
an dem zweiten Halteteil 2e und dem zweiten Vorsprung 2c montiert
und durch den zweiten Verbindungsteil 2g verbunden, wobei
es mit der Schraube 7 an dem zweiten Vorsprung 2c befestigt
und fixiert ist. Das zweite Substrat 5 wird in einer vertikalen
Richtung durch den zweiten Vorsprung 2c positioniert.
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Das
Positionieren und Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 3 an
dem ersten Substrat 4 und dem zweiten Substrat 5 in
dem Aufbau kann auch wie folgt ausgeführt werden.
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Zuerst
wird das erste Substrat 4 umgedreht und unter Verwendung
eines entsprechenden Werkzeugs fixiert.
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Dann
wird das Leistungshalbleitermodul 3 umgedreht und wird
der Anschluss in das Durchgangsloch oder Anschlusseinsteckloch 4e des
umgedrehten ersten Substrats 4 eingesteckt, wobei dann das
Leistungshalbleitermodul 3 vorübergehend auf die obere Fläche des
umgedrehten ersten Substrats 4 gelegt und an derselben
montiert wird. Dann wird das Abstandsglied 2 umgedreht
und wird der erste Vorsprung 2b mit dem Schraubeneinsteckloch 4a des
umgedrehten ersten Substrats 4 verbunden und durch den
ersten Verbindungsteil 2f verbunden, wobei das Abstandsglied 2 auf
der oberen Fläche
des umgedrehten Substrats 4 montiert wird.
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Dann
wird die Wärmesenke 1 umgedreht und
wird das Schraubloch 1c mit dem ersten Vorsprung 2b des
umgedrehten Abstandsglieds 2 verbunden, wobei weiterhin
der konkave Verbindungsteil 1d mit dem konvexen Verbindungsteil 2a des
umgedrehten Abstandsglieds 2 verbunden wird und die Wärmesenke 1 auf
der oberen Fläche
des umgedrehten Abstandsglieds 2 montiert wird. Das erste Substrat 4,
das Leistungshalbleitermodul 3, das Abstandsglied 2 und
die Wärmesenke 1 werden
dann umgedreht und auf diese Weise in dem verbundenen Zustand zu
der ursprünglichen
Ausrichtung zurückversetzt.
Danach wird die Schraube 6 durch das Schraubeneinsteckloch 4a des
ersten Substrats 4 und das Schraubeneinsteckloch des ersten
Vorsprungs 2b des Abstandsglieds 2 eingesteckt
und in dem Schraubloch 1c der Wärmesenke 1 fixiert,
sodass das erste Substrat 4 durch das Abstandsglied 2 an
der Wärmesenke 1 befestigt
und fixiert wird.
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Danach
wird die Schraube 8 durch das Schraubeneinsteckloch des
Leistungshalbleitermoduls 3 eingesteckt und in dem Schraubloch 1c des Wärmesenke 1 fixiert,
wobei das Leistungshalbleitermodul 3 unter Verwendung eines
Schraubenziehers durch das Schraubenbefestigungsloch 4f in
dem ersten Substrat 4 an der Wärmesenke 1 befestigt
und fixiert wird. In diesem Zustand wird der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 (des
Leistungshalbleitermoduls 3 auf der rechten Seite von 4)
auf das erste Substrat 4 gelötet.
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Das
Leistungshalbleitermodul 3 wird an der Wärmesenke 1 befestigt
und fixiert, und das Schraubeneinsteckloch 5a wird dann
mit dem zweiten Vorsprung 2c des Abstandsglieds 2 verbunden,
wodurch das zweite Substrat 5 durch den zweiten Verbindungsteil 2g des
Abstandsglieds 2 verbunden und auf der oberen Fläche des
zweiten Vorsprungs 2c des Abstandsglieds 2 montiert
wird. Danach wird die Schraube 7 durch das Schraubeneinsteckloch 5a des
zweiten Substrats 5 und das Schraubeneinsteckloch des zweiten
Vorsprungs 2c eingesteckt und weiterhin in dem Schraubloch 1c der
Wärmesenke 1 fixiert,
sodass das zweite Substrat 5 durch das Abstandsglied 2 an
der Wärmesenke 1 befestigt
und fixiert wird. Dabei wird die Schraube 7 durch den zweiten
Vorsprung 2c des Abstandsglieds 2 aus Kunstharz
bedeckt. Deshalb kann ein Isolationsabstand von dem ersten Substrat 4 aufrechterhalten
werden. In diesem Zustand wird der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 auf
das zweite Substrat 5 gelötet. Das auf das zweite Substrat 5 zu
lötende
Leistungshalbleitermodul 3 wird dabei bereits positioniert, wenn
der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 durch das
Anschlusseinsteckloch 4e des ersten Substrats 4 einsteckt
wird. Deshalb ist kein zusätzlicher Arbeitsaufwand
zum Ausrichten des Leistungshalbleitermoduls 3 erforderlich.
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Das
Positionieren und Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 3 an
dem ersten Substrat 4 und dem zweiten Substrat 5 wird
durch das Halten und Umdrehen der Wärmesenke 1 bewerkstelligt. Aber
auch wenn die Wärmesenke 1 weder
gehalten noch umgedreht wird, kann das Leistungshalbleitermodul 3 zwischen
dem ersten Substrat 4 und dem Abstandsglied 2 angeordnet
und dann zu dem ursprünglichen Zustand
zurückgedreht
werden, um exakt auf der Wärmesenke 1 montiert
zu werden. Wenn ein Maschinenmodell mit einer schweren Wärmesenke 1 hergestellt
wird oder wenn die Arbeit durch eine Arbeiterin ausgeführt wird,
ist diese Methode vorzuziehen.
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Wenn
der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 auf das erste
Substrat 4 gelötet
wird, ist die Lötarbeit
sehr komplex, weil eine große
Anzahl von Anschlüssen
vorhanden sind. Aus diesem Grund kann durch ein manuelles Löten keine
gute Effizienz erzielt werden. Folglich wird die Lötarbeit
unter Verwendung einer automatischen Lötvorrichtung durchgeführt, um
die Montagemannstunden zu reduzieren.
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Im
Folgenden wird kurz die automatische Lötvorrichtung beschrieben.
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Die
automatische Lötvorrichtung
wird gewöhnlich
als Punktlöter
oder Mehrpunktlöter
bezeichnet und weist den folgenden Aufbau auf.
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Eine
Vielzahl von Lötdüsen erstrecken
sich von einem unteren Teil der Vorrichtung, wobei eine Einheit
mit einem daran befestigten Substrat umgedreht und derart fixiert
wird, dass die Position eines Stifts mit derjenigen der Lötdüse ausgerichtet
ist.
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Wenn
die automatische Lötvorrichtung
in diesem Zustand betrieben wird, wird die Lötdüse für eine bestimmte Zeitdauer
und bei einer bestimmten Temperatur mit einem Lot gefüllt, wobei
das Lot dann zu dem Stift geführt
wird. Während
bei einem manuellen Löten
jeweils nur ein Punkt bearbeitet werden kann, kann bei der automatischen
Lötvorrichtung
ein Lötvorgang
gleichzeitig für
eine Vielzahl von Punkten durchgeführt werden. Dementsprechend
können
die erforderlichen Montagemannstunden reduziert werden und kann
außerdem
durch die Vermeidung von manuellen Fehlern die Qualität stabilisiert
werden.
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Die
automatische Lötvorrichtung
weist jedoch die folgenden Nachteile auf.
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Es kann keine Komponente auf dem Substrat dort montiert werden,
wo die Lötdüse das Substrat
kontaktiert.
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Weil
die Lötdüse erhitzt
wird, wird eine Komponente (eine Abdeckung eines Kondensators) geschmolzen,
wenn sie in Kontakt mit der Lötdüse kommt.
Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass die Komponente in
Kontakt mit der Lötdüse kommt.
Deshalb kann die Komponente nicht in der Nähe der Kontaktstelle vorgesehen
werden.
- (2) Wenn eine auf dem Substrat zu montierende Komponente
eine große
Höhe aufweist
(insbesondere sind elektrolytische Kondensatoren diesbezüglich häufig problematisch),
muss die Länge der
Lötdüse verlängert werden,
wobei dann jedoch die Temperatur schwierig zu kontrollieren ist und
die Ausbeute gering ist.
-
Um
diese Nachteile zu beseitigen, verwendet die Erfindung den folgenden
Aufbau.
-
Um
den Nachteil (1) zu beseitigen, werden eine Vielzahl von
Substraten (in dem gezeigten Beispiel zwei Substrate) verwendet,
um eine ausreichende Substratmontagefläche aufrechtzuerhalten. Außerdem wird
in dem für
die Lötverbindung
mit einem Leistungshalbleitermodul vorgesehenen Substrat die Verbindungsposition
in einem Umfangsteil des Substrats vorgesehen, um den herum eine
kleinen Anzahl von Komponenten angeordnet sind.
-
Mit
Bezug auf den Nachteil (2) werden keine Komponenten mit
einer Größe, die
eine vorbestimmten Höhe überschreitet,
in dem Umfangsteil um Verbindungsposition auf der Lötseite des
Substrats herum für
die Lötverbindung
des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen, wobei zum Beispiel eine
Komponente mit einer großen
Höhe durch
mehrere Komponenten mit kleineren Höhen ersetzt wird.
-
Weil
das Abstandsglied zwischen der Wärmesenke
und dem Substrat in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung
angeordnet ist, können
die folgenden Funktionen und Vorteile erzielt werden.
- (1) Das Leistungshalbleitermodul kann einfach in Bezug auf das
Substrat positioniert werden, und der Arbeitsaufwand zum Ausrichten
des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls mit dem Substrat kann
beseitigt werden. Außerdem
reicht das Abstandsglied alleine für die Positionierung aus. Dadurch
kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden.
- (2) Das Abstandsglied wird durch das Isolationsglied gebildet.
Auch wenn dabei der Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem
Leistungshalbleitermodul nicht groß ist, kann der Isolationsabstand
durch das Abstandsglied aufrechterhalten werden. Folglich kann die
Größe der Vorrichtung
reduziert werden. Außerdem
reicht das Abstandsglied alleine für die Befestigung des ersten Substrats
und des zweiten Substrats aus. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten
reduziert werden.
- (3) Das Abstandsglied wird aus einem Kunstharz ausgebildet,
das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Indem das Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen
wird, kann also eine Wärmestrahlung
von der Wärmesenke
verhindert werden. Folglich kann der Abstand zwischen dem Substrat
und der Wärmesenke
verkürzt
werden und kann die Größe der gesamten
Vorrichtung reduziert werden, wobei außerdem eine Vielzahl von Substraten
mittels eines einfachen Aufbaus auf der Wärmesenke montiert werden können.
-
Weiterhin
wird das Leistungshalbleitermodul zuerst vorübergehend auf das Substrat
gelegt und dann montiert. Folglich kann der im Stand der Technik
erforderliche Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Leistungshalbleitermoduls
mit dem Substrat beseitigt werden. Dadurch können die Montagemannstunden reduziert
werden.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
Die
Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung wie etwa eine Wechselrichtervorrichtung oder
einen Servoverstärker
und ein Verfahren zum Montieren derselben. Die Erfindung kann insbesondere
bei der Herstellung eingesetzt werden, um eine Motorsteuervorrichtung
mit einer reduzierten Größe vorzusehen, wobei
durch den Positionierungs- und Befestigungsaufbau der vorliegende
Erfindung der Arbeitsaufwand zum Ausrichten eines Leistungshalbleitermoduls
mit einem Substrat beseitigt werden kann und die Montageeigenschaften
verbessert werden können.
-
- 1
- Wärmesenke
- 1a
- Lamellen
- 1b
- konkaver
Isolationsteil
- 1c
- Schraubloch
- 1d
- konkaver
Verbindungsteil
- 2
- Abstandsglied
- 2a
- konvexer
Verbindungsteil
- 2b
- erster
Vorsprung
- 2c
- zweiter
Vorsprung
- 2d
- erster
Halteteil
- 2e
- zweiter
Halteteil
- 2f
- erster
Verbindungsteil
- 2g
- zweiter
Verbindungsteil
- 2h
- Verbindungsteil
- 2j
- unterer
konvexer Flächenteil
- 2k
- unterer
konkaver Flächenteil
- 2m
- Luftschicht
- 3
- Leistungshalbleitermodul
- 4
- erstes
Substrat
- 4a
- Schraubeneinsteckloch
- 4b
- Vertiefung
- 4c
- Temperatursensor
- 4d
- Luftloch
- 4e
- Anschlusseinsteckloch
- 4f
- Schraubenbefestigungsloch
- 5
- zweites
Substrat
- 5a
- Schraubeneinsteckloch
- 6
- erste
Substratfixierungsschraube
- 7
- zweite
Substratfixierungsschraube
- 8
- Leistungshalbleitermodul-Fixierungsschraube
- 11
- Wärmesenke
- 12
- Bolzen
- 13
- Leistungshalbleitermodul
- 14
- Temperatursensor
- 14a
- Elektrodraht
- 15
- Substrat
- 15a
- Schraubeneinsteckloch
- 15b
- Schraubenbefestigungsloch
- 16
- Substratfixierungsschraube
- 17
- Leistungshalbleitermodul-Fixierungsschraube
- 18
- Temperatursensor-Fixierungsschraube
-
Zusammenfassung
-
Es
wird eine Motorsteuervorrichtung angegeben, wobei die Größe der Vorrichtung
einfach reduziert werden kann, der Arbeitsaufwand für das Ausrichten
eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Substrat beseitigt werden
kann und die Montageeigenschaften verbessert werden können.
-
In
einer Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke
angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem ersten Substrat
montiert wird, ist ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke
und dem Substrat vorgesehen, wobei das Leistungshalbleitermodul
in dem Abstandsglied angeordnet ist. Weiterhin weise ein Randteil
eines Lochs einen derartigen Aufbau auf, dass ein Zwischenraum zwischen einem
von einem Seitenteil des Leistungshalbleitermoduls vorstehenden
Anschluss und der Wärmesenke
blockiert wird.