JP2010237017A - 温度センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パワー素子の温度を精度良く測定でき、且つ温度センサの取り替えが容易に行える温度センサの取付構造を提供する。
【解決手段】この温度センサの取付構造は、第１貫通穴３ａが設けられた電極端子３ｂおよび雌ねじ部３ｃが設けられた協調固定部材３ｄを有するパワー素子３と、第２貫通穴５ａを有し、前記電極端子に取り付けられる温度センサ５と、雄ねじ部７ａを有し、前記雄ねじ部が前記第２貫通穴および前記第１貫通穴を貫通して前記雌ねじ部に螺合することで、前記温度センサを前記電極端子に固定する固定部材７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度センサのパワー素子への取付構造に関する。

パワー素子の温度を測定する技術として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、その第３図の様に、パワー素子３４が配設されたヒートシンク３３に温度センサ２９を固定することで、その温度センサ２９により、ヒートシンク３３を介して間接的にパワー素子３４の温度を測定している。

しかしこの様な測定技術では、下記（１）〜（３）の熱抵抗が生じるため、パワー素子の温度を正確に測定できないという問題点がある。

（１）パワー素子３４内の半導体チップ（発熱源）からパワー素子３４の表面までの熱抵抗
（２）パワー素子３４とヒートシンク３３との間の熱抵抗
（３）ヒートシンク３３から温度センサ２９までの熱抵抗
この様な問題点を解決する測定技術として、特許文献２に開示されたものが知られている。特許文献２では、その第２図の様に、樹脂２８により温度センサ５をパワー素子２の電極２４に固定し、温度センサ６によりパワー素子２の温度を直接測定することで、パワー素子２の温度を正確に測定している。

実開昭６１−１０８０８４号公報 特開２０００−６０１０５号公報

しかし特許文献２では、温度センサ５を樹脂２８によりパワー素子２の電極２８上に固定するので、樹脂２８の量やその構造に応じて温度センサ５の測定精度が変化するという問題点、および、温度センサ５の取り替えに際して樹脂２８を除去する必要があるが、その除去に手間が掛かり、温度センサ５の取り替えが容易に行えないという問題点がある。

この発明の課題は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、パワー素子の温度を精度良く測定でき、且つ温度センサの取り替えが容易に行える温度センサの取付構造を提供することにある。

上記課題を解決する為に、本発明の第１の態様は、第１貫通穴（３ａ）が設けられた電極端子（３ｂ）および雌ねじ部（３ｃ）が設けられた協調固定部材（３ｄ）を有するパワー素子（３）と、第２貫通穴（５ａ）を有し、前記電極端子に取り付けられる温度センサ（５）と、雄ねじ部（７ａ）を有し、前記雄ねじ部が前記第２貫通穴および前記第１貫通穴を貫通して前記雌ねじ部に螺合することで、前記温度センサを前記電極端子に固定する固定部材（７）と、を備えるものである。

本発明の第２の態様は、雌ねじ部（３ｍ）が設けられた電極端子（３ｂ）を有するパワー素子（３）と、貫通穴（５ａ）を有し、前記電極端子に取り付けられる温度センサ（５）と、雄ねじ部（７ａ）を有し、前記貫通穴を貫通して前記雌ねじ部に螺合することで、前記温度センサを前記電極端子に固定する固定部材（７）と、を備えるものである。

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の温度センサの取付構造であって、前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）内の回路部に電気接続されているものである。

本発明の第４の態様は、第１または第２の態様に記載の温度センサの取付構造であって、前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）を制御するための制御端子であるものである。

本発明の第５の態様は、第１または第２の態様に記載の温度センサの取付構造であって、前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）の制御対象の電流が流れる主電極端子であるものである。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様の何れかに記載の温度センサの取付構造であって、第３貫通穴（９ａ）を有し、前記電極端子（３ｂ）に接続される所定の外部接続端子（９）を更に備え、前記雄ねじ部（７ａ）は、更に前記第３貫通穴（９ａ）を貫通して前記雌ねじ部（３ｃ，３ｍ）に螺合することで、前記温度センサ（５）および前記所定の外部接続端子（９）を前記電極端子（３ｂ）に固定するものである。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の温度センサの取付構造であって、前記所定の外部接続端子（９）は、前記電極端子（３ｂ）と前記温度センサ（５）との間に配置されるものである。

本発明の第８の態様は、第１〜第５の態様の何れかに記載の温度センサの取付構造であって、前記温度センサ（５）と前記電極端子（３ｂ）との間に、熱伝導材（１３）が介在されるものである。

本発明の第９の態様は、第７の態様に記載の温度センサの取付構造であって、前記温度センサ（５）と前記所定の外部接続端子（９）との間に、熱伝導材（１３）が介在されるものである。

本発明の第１および第２の態様によれば、従来の様に樹脂によって温度センサ（５）をパワー素子（３）に固定しないので、前記樹脂の量によって温度センサ（５）の検出精度が変化する事を防止でき、温度センサ（５）の検出精度を向上できる。また固定部材（７）および協調固定部材（３ｄ）によって温度センサ（５）をパワー素子（３）に固定するので、樹脂によって温度センサ（５）をパワー素子（３）に固定する場合と比べて、前記樹脂を除去する手間が省けて、温度センサ（５）の取り替えが容易に行える。

本発明の第３の態様によれば、電極端子（３ｂ）は、発熱源となる回路部に配線接続されているので、電極端子（３ｂ）を介してパワー素子（３）の温度を正確に測定できる。

本発明の第４の態様によれば、電極端子（３ｂ）として既存の端子（ここでは制御端子）を利用するので、従来のパワー素子をそのまま使用できる。

本発明の第５の態様によれば、電極端子（３ｂ）として既存の端子（ここでは主電極端子）を利用するので、従来のパワー素子をそのまま使用できる。また電極端子（３ｂ）として主電極端子を利用するが、主電力端子は、発熱源である半導体チップと導体（一般的に熱伝導性も良い）で接続され、パワー素子（３）の制御対象の電流が流れるために高温になり易いので、パワー素子（３）の温度（特に高温側の温度）を適切に測定できる。また、回路部に大電流が流れているため、温度センサを設置することによる影響も受けにくい。

本発明の第６の態様によれば、温度センサ（５）は、電極端子（３ｂ）に電気接続される所定の外部接続端子（９）と一緒に共締めされるので、温度センサ（５）の取付作業を軽減できる。

本発明の第７の態様によれば、所定の外部接続端子（９）と電極端子（３ｂ）との電気接続が温度センサ（５）により妨げられる事を防止できる。

本発明の第８の態様によれば、熱伝導材（１３）により電極端子（３ｂ）と温度センサ（５）との間の熱抵抗を低減できる。

本発明の第９の態様によれば、熱伝導材（１３）により所定の外部接続端子（９）と温度センサ（５）との間の熱抵抗を低減できる。

実施形態１に係る温度センサの取付構造の断面概略図である。 実施形態２に係る温度センサの取付構造の断面概略図である。 実施形態３に係る温度センサの取付構造の断面概略図である。

＜実施形態１＞
この実施形態に係る温度センサの取付構造は、図１の様に、回路基板２と、パワー素子３と、温度センサ５と、固定部材７とを備える。

パワー素子３は、例えば、サイリスタ、ダイオードまたはＩＧＢＴ等の回路素子であり、半導体チップ等の回路部（不図示）と、前記回路部を収容する樹脂部３ｅと、前記回路部に電気接続された１つ以上の電極端子３ｂと、各電極端子３ｂ毎に配置された１つ以上の協調固定部材３ｄと、ヒートシンク３ｇと、ヒートシンク３ｇを取り付けるための取付部３ｆとを備える。

樹脂部３ｅは、例えば略直方体状に形成される。樹脂部３ｅの一側の面３ｐには、例えば、１つ以上の凹部３ｊが形成されており、各凹部３ｊ内には、協調固定部材３ｄが嵌合配置されている。また樹脂部３ｅの面３ｐ上には、各電極端子３ｂがそれぞれ、各協調固定部材３ｄ上に配置する様に配設される。

各電極端子３ｂは、外部からの外部接続端子９を電気接続するためのものである。各電極端子３ｂは、例えば板状に形成されており、固定部材７の後述の雄ねじ部７ａが貫通する貫通穴３ａを有している。また各協調固定部材３ｄは、例えばブロック状に形成されており、固定部材７の雄ねじ部７ａが螺合する雌ねじ部３ｃを有している。協調固定部材３ｄとしては、例えばナットが使用可能である。互いに対応する電極端子３ｂおよび協調固定部材３ｄは、それらの貫通穴３ａ，３ｃが互いに連通する様に配置される。

尚、外部接続端子９は、固定部材７の雄ねじ部７ａが貫通する貫通穴９ａを有しており、外部回路（不図示）とリード線９ｂを介して接続されている。

尚、固定部材７は、雄ねじ部７ａと頭部７ｂとを備える。頭部７ｂは、雄ねじ部７ａの一端において、雄ねじ部７ａの径方向に張り出す様に形成される。固定部材７としては、例えばボルトが使用可能である。尚、固定部材７の材質は、熱伝導性の高い部材（例えば金属）である事が望ましい。これにより温度センサ５とパワー素子３との間の熱伝導性を向上できる。

取付部３ｆは、樹脂または金属により板状に形成されており、樹脂部３ｅの他側の面３ｑにおいて、樹脂部３ｅの外周側に張り出す様に配設されており、その張出部には、１つ以上の貫通穴３ｈが形成される。尚、この取付部３ｆは、前記回路部で発生した熱を放熱するための放熱板としても機能する。

ヒートシンク３ｇは、例えば直方体状に形成され、その一側の主面において取付部３ｆの各貫通穴３ｈに対向する位置に、雌ねじ部３ｉが形成される。取付部３ｆの各貫通穴３ｈに対しそれぞれ、固定部材（例えばボルト）３ｎの雄ねじ部３ｋが、樹脂部３ｅ側から当該貫通穴３ｈを貫通して、ヒートシンク３ｇの雌ねじ部３ｉに螺合されることで、ヒートシンク３ｇが取付部ｆの他側の主面に固定される。

温度センサ５は、センサ本体５ｃと、取付部５ｄと、リード線５ｂと、コネクタ５ｅとを備える。センサ本体５ｃは、例えば、温感部（不図示）と、前記温感部を樹脂モールドする樹脂モールド部５ｃ１とから構成される。リード線５ｂは、その一端がコネクタ５ｅに接続され、その他端が前記温感部に接続される。取付部５ｄは、例えば板状に形成され、貫通穴５ａが設けられている。ここでは取付部５ｄは、樹脂モールド部５ｃ１と同じ樹脂部材により、樹脂モールド部５ｃ１と一体的に形成される。尚、取付部５ｄは、樹脂部材の代わりに、熱伝導性の高い部材（例えば金属）により形成されても良い。この温度センサ５は、コネクタ５ｅが回路基板２に着脱自在に接続されることで、回路基板２に実装される。

次に温度センサ５のパワー素子３への取付手順を説明する。この実施形態では、温度センサ５は、パワー素子３の各電極端子３ｂの何れか（例えば３ｂ１）に外部接続端子９が接続される際に、その外部接続端子９と共締めされる形で電極端子３ｂ１に取り付けられる。即ち、固定部材７の雄ねじ部７ａを、温度センサ５の貫通穴５ａ、外部接続端子９の貫通穴９ａおよび電極端子３ｂ１の貫通穴３ａにこの順に貫通させ、電極端子３ｂ１に対応する協調固定部材３ｄの雌ねじ部３ｃに螺合させる。ここでは、外部接続端子９は、電極端子３ｂ１と温度センサ５との間に配置される。この様にして温度センサ５がパワー素子３に取り付けられる。

尚、この実施形態では、パワー素子３内の前記回路部で発生した熱は、前記回路部と電極端子３ｂとを電気接続する配線（不図示）を介して電極端子３ｂに熱伝導し、（ｉ）更に電極端子３ｂから外部接続端子９を介して温度センサ５に熱伝導するか、または（ii）更に電極端子３ｂから協調固定部材３ｄおよび固定部材７を順に介して温度センサ５に熱伝導する。またはパワー素子３内の前記回路部で発生した熱は、樹脂部３ｅを介して電極端子３ｂおよび協調固定部材３ｄに熱伝導し、（iii）更に電極端子３ｂから外部接続端子９を介して温度センサ５に熱伝導するか、または（iV）協調固定部材３ｄから固定部材７を介して温度センサ５に熱伝導する。そしてその熱の温度（即ちパワー素子３の温度）が温度センサ５により測定される。

以上の様に構成された温度センサの取付構造によれば、従来の様に樹脂によって温度センサ５をパワー素子３に固定しないので、前記樹脂の量によって温度センサ５の検出精度が変化する事を防止でき、温度センサ５の検出精度を向上できる。

また固定部材７および協調固定部材３ｂによって温度センサ５をパワー素子３に固定するので、樹脂によって温度センサ５をパワー素子３に固定する場合と比べて、前記樹脂を除去する手間が省けて、温度センサ５の取り替えが容易に行える。

また温度センサ５が取り付けられる電極端子３ｂは、発熱源となる前記回路部に電気接続されているので、前記回路部で発生した熱が電極端子３ｂに熱伝導し易く、従って電極端子３ｂを介してパワー素子５で発生する熱の温度を正確に測定できる。

また温度センサ５は、電極端子３ｂに電気接続される所定の外部接続端子９と共締めされるので、温度センサ５の取付作業を軽減できる。

また外部接続端子９は電極端子３ｂと温度センサ５との間に配置されるので、外部接続端子９と電極端子３ｂとの電気接続が温度センサ５により妨げられる事を防止できる。

尚、この実施形態では特に限定しなかったが、温度センサ５が取り付けられる電極端子３ｂは、パワー素子３を制御するための制御端子、または、パワー素子３の制御対象の電流が流れる主電極端子であっても良い。これらの場合は、電極端子３ｂとして既存の端子を利用することになるので、従来のパワー素子３をそのまま使用できる。特に、電極端子３ｂとして前記主電極端子を利用する場合は、主電力端子は、発熱源である半導体チップと導体（一般的に熱伝導性も良い）で接続され、パワー素子３の制御対象の電流が流れるために高温になり易いので、パワー素子３の温度（特に高温側の温度）を適切に測定できる。また、回路部に大電流が流れているため、温度センサを設置することによる影響も受けにくい。

尚、この実施形態では、温度センサ５を外部接続端子９と共締めする形で電極端子３ｂに固定する場合で説明したが、温度センサ５を外部接続端子９が接続されない電極端子３ｂ（例えば３ｂ２）に固定しても良い。

尚、この実施形態において、温度センサ５の取付部５ｄが導電性の部材により形成される場合は、温度センサ５を電極端子３ｂと外部接続端子９との間に配置しても良い。

尚、この実施形態では、既存の電極端子（即ちパワー素子３を機能させるために必要な電極端子）３ｂに温度センサ５を固定する場合で説明したが、温度センサ５を固定するための専用の電極端子をパワー素子３に設け、その電極端子に、上述同様に固定部材７および協調固定部材３ｄを用いて温度センサ５を固定しても良い。

＜実施形態２＞
この実施形態は、図２の様に、実施形態１において、協調固定部材３ｄを省略すると共に、電極端子３ｂにおいて、貫通穴３ａの代わりに、固定部材７の雄ねじ部７ａが螺合する雌ねじ部３ｍを形成したものである。他の構成は、実施形態１と同様である。

即ちこの実施形態では、固定部材７の雄ねじ部７ａが、温度センサ５の貫通穴５ａ、外部接続端子９の貫通穴９ａにこの順に貫通されて、電極端子３ｂ（例えば３ｂ１）の雌ねじ部３ｍに螺合させることで、温度センサ５が、外部接続端子９と共締めされる形でパワー素子３の電極端子３ｂに固定される。

以上の様に構成された温度センサの取付構造によっても、実施形態１と同様の効果を奏する。

＜実施形態３＞
この実施形態は、図３の様に、実施形態１において、温度センサ５と外部接続端子９との間に、熱伝導材１３が介在されたものである。

熱伝導材１３としては、例えば、熱伝導性シリコン、熱伝導性シート、または金属製の板材（例えばワッシャ）を用いても良い。

以上の様に構成された温度センサの取付構造によれば、熱伝導材１３により温度センサ５と外部接続端子９との間の熱抵抗を低減でき、温度センサ５の測定密度を向上できる。特に熱伝導材１３として熱伝導性シリコンや熱伝導性シートを用いた場合は、当該熱伝導性シリコンや熱伝導性シートを介して温度センサ５と外部接続端子９とが密着するので、温度センサ５と外部接続端子９との間の熱抵抗を効果的に低減できる。また熱伝導部材１３として金属製の板材を用いた場合は、金属は熱伝導性が高いので、この場合も、当該板材により温度センサ５と外部接続端子９との間の熱抵抗を効果的に低減できる。

尚、実施形態１において、温度センサ５が、外部接続端子９が接続されない電極端子３ｂに固定される場合は、熱伝導材１３は、温度センサ５と電極端子３ｂとの間に介在される。この場合は、熱伝導材１３により温度センサ５と電極端子９との間の熱抵抗を効果的に低減できる。

２ 回路基板
３ パワー素子
３ａ，３ｃ，３ｈ，５ａ，９ａ 貫通穴
３ｂ 電極端子
３ｄ 協調固定部材
３ｆ 取付部
３ｇ ヒートシンク
３ｉ，３ｍ 雌ねじ部
３ｋ，７ａ 雄ねじ部
３ｎ 固定部材
５ 温度センサ
５ｂ リード線
５ｅ コネクタ
７ 固定部材
７ｂ 頭部
９ 外部接続端子

Claims (9)

1. 第１貫通穴（３ａ）が設けられた電極端子（３ｂ）および雌ねじ部（３ｃ）が設けられた協調固定部材（３ｄ）を有するパワー素子（３）と、
   第２貫通穴（５ａ）を有し、前記電極端子に取り付けられる温度センサ（５）と、
   雄ねじ部（７ａ）を有し、前記雄ねじ部が前記第２貫通穴および前記第１貫通穴を貫通して前記雌ねじ部に螺合することで、前記温度センサを前記電極端子に固定する固定部材（７）と、
   を備えることを特徴とする温度センサの取付構造。
2. 雌ねじ部（３ｍ）が設けられた電極端子（３ｂ）を有するパワー素子（３）と、
   貫通穴（５ａ）を有し、前記電極端子に取り付けられる温度センサ（５）と、
   雄ねじ部（７ａ）を有し、前記貫通穴を貫通して前記雌ねじ部に螺合することで、前記温度センサを前記電極端子に固定する固定部材（７）と、
   を備えることを特徴とする温度センサの取付構造。
3. 請求項１または２に記載の温度センサの取付構造であって、
   前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）内の回路部に電気接続されていることを特徴とする温度センサの取付構造。
4. 請求項１または２に記載の温度センサの取付構造であって、
   前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）を制御するための制御端子であることを特徴とする温度センサの取付構造。
5. 請求項１または２に記載の温度センサの取付構造であって、
   前記温度センサ（５）が取り付けられる前記電極端子（３ｂ）は、前記パワー素子（３）の制御対象の電流が流れる主電極端子であることを特徴とする温度センサの取付構造。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の温度センサの取付構造であって、
   第３貫通穴（９ａ）を有し、前記電極端子（３ｂ）に接続される所定の外部接続端子（９）を更に備え、
   前記雄ねじ部（７ａ）は、更に前記第３貫通穴（９ａ）を貫通して前記雌ねじ部（３ｃ，３ｍ）に螺合することで、前記温度センサ（５）および前記所定の外部接続端子（９）を前記電極端子（３ｂ）に固定することを特徴とする温度センサの取付構造。
7. 請求項６に記載の温度センサの取付構造であって、
   前記所定の外部接続端子（９）は、前記電極端子（３ｂ）と前記温度センサ（５）との間に配置されることを特徴とする温度センサの取付構造。
8. 請求項１〜５の何れかに記載の温度センサの取付構造であって、
   前記温度センサ（５）と前記電極端子（３ｂ）との間に、熱伝導材（１３）が介在されることを特徴とする温度センサの取付構造。
9. 請求項７に記載の温度センサの取付構造であって、
   前記温度センサ（５）と前記所定の外部接続端子（９）との間に、熱伝導材（１３）が介在されることを特徴とする温度センサの取付構造。

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