JP2015536579A - 切換モジュールおよび付属の格子モジュールを作製する方法ならびに付属の格子モジュールおよび対応した電子ユニット - Google Patents

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Abstract

本発明は、切換モジュールを作製する方法であって、切換モジュールが少なくとも１つの電子構成素子（２２）と、少なくとも１つの電子構成素子（２２）を冷却するための少なくとも１つの冷却部材（２４）とを含み、少なくとも１つの電子構成素子（２２）が少なくとも１つの冷却部材（２４）に結合され、プラスチック（２６）によって少なくとも部分的に被覆される切換モジュールを作製する方法、格子モジュール（１０）の対応する作製方法、およびこのような格子モジュールを備える対応する電子ユニットに関する。本発明によれば、少なくとも１つの電子構成素子（２２）および少なくとも１つの冷却部材（２４）が射出成型工具（３０）に挿入され、ばね要素（３２）が少なくとも１つの電子構成素子（２２）と射出成型工具（３０）の内面（３４）との間に配置され、ばね要素（３２）が射出成型工具（３０）の内面（３４）で支持され、少なくとも１つの冷却部材（２４）が射出成型工具（３０）の壁（３６）に押し付けられる。

Description

本発明は、独立請求項１の前提部分に記載の切換モジュールを作製する方法、独立請求項８の前提部分に記載の格子モジュールを作製する方法、独立請求項１１の前提部分に記載の格子モジュール、およびこのような格子モジュールを備える電子ユニットに関する。
一般に、切換モジュールを作製する方法では、少なくとも１つの電子構成素子が少なくとも１つの冷却部材に結合され、プラスチックにより少なくとも部分的に被覆される。冷却部材は、作製された切換モジュールの作動時に電子構成素子を冷却する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２４４３号明細書には、金属の冷却部材を含む電力用半導体構成素子を組み付け、電気接触させる方法が記載されている。冷却部材は、半導体チップのための担体として構成されており、同時に熱を放出する。さらに冷却部材は、半導体チップのための端子接触部を提供する。冷却部材は、レーザ溶接によって導体路の端子接触領域に電気的および熱的に接続される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５４８７８号明細書には、プリント基板に配置された少なくとも１つの電子出力構成部材を冷却部材に固定するための保持部材が記載されている。この保持部材はばね要素を含み、このばね要素によって電子出力構成部材は冷却部材に押し付けられる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１２４４３号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１５４８７８号明細書
これに対して、独立請求項１の特徴を有する切換モジュールを作製する方法、独立請求項８の特徴を有する格子モジュールを作製する方法、本発明による格子モジュール、および本発明による電子ユニットは、同じ電子構成素子と異なる電子構成素子とを１つのモジュールにまとめることができるという利点を有し、これらの構成素子は異なる構成高さを備えていてもよいし、異なる幾何学構造を備えていてもよい。
電子構成素子を備える基板担体をプラスチックによって少なくとも部分的に被覆する従来技術により既知の方法とは異なり、本発明による方法では、切換モジュールもしくは格子モジュールを作製するために、好ましくは既に包装もしくは封入された電子構成素子がプラスチックによって少なくとも部分的に被覆される。
本発明による方法の実施形態は、少なくとも１つの電子構成素子と、少なくとも１つの電子構成素子を冷却するための少なくとも１つの冷却部材とを含む切換モジュールを作製する方法を提供する。少なくとも１つの電子構成素子は少なくとも１つの冷却部材に結合され、プラスチックによって少なくとも部分的に被覆される。本発明によれば、少なくとも１つの電子構成素子および少なくとも１つの冷却部材は射出成型工具に挿入され、ばね要素は少なくとも１つの電子構成素子と射出成型工具の内面との間に配置される。このように、ばね要素は射出成型工具の内面で支持され、少なくとも１つの冷却部材は射出成型工具の壁に押し付けられる。
複数の切換モジュールを含む本発明による格子モジュールを作製する方法では、対応する切換モジュールの構成部材が同じ射出成型工具内に挿入され、共通のプロセスで被覆される。
電子構成素子および冷却部材を部分的に被覆するために、好ましくは液状のプラスチックが使用され、液状のプラスチックは充填プロセス後に硬化される。
電子構成素子は出力構成素子として構成されており、作動時に大量の熱を生成する。
少なくとも１つの冷却部材は、例えば、良好な熱伝導率を有する金属部材として構成してもよい。
好ましくは、作製方法において、ばね要素によって電子構成素子の異なる構成高さおよび異なる幾何学構造を補正することができる。したがって、個々の電子構成素子の機構が不正確であっても、好ましくは結合状態で高精度の機構を形成することができる。
さらに、既に包装および／または封入され、結合状態で配置された少なくとも２つの電子構成素子を有する格子モジュールが提案され、結合状態で配置されたそれぞれの電子構成素子はそれぞれ冷却部材に結合され、プラスチックによって少なくとも部分的に被覆されている。本発明によれば、冷却部材は、それぞれ格子モジュールの外面の一部を形成しており、電子構成素子を放熱するために外面にわたって一平面に配置されている。
本発明による電子ユニットは、少なくとも２つの電子構成素子を有する少なくとも１つのこのような格子モジュールを含む。
好ましくは、本発明による格子モジュールは、個々に包装される許容差を備えた構成素子としてではなく、モジュールとして組み込むことができる。一平面に冷却部材が配置されていることにより、好ましくは電子構成素子の一様な放熱が可能である。さらに好ましくは、プラスチックによる被覆は格子モジュールの位置決めを容易にする。さらに結合状態で配置されることにより、射出成型プロセスによってのみ生じる、より小さい許容差を可能にする。
従属請求項に記載の手段および他の構成により、独立請求項１に記載の切換モジュールを作製する方法、独立請求項８に記載の格子モジュールを作製する方法、および独立請求項１１に記載の格子モジュールの好ましい改良が可能である。
本発明による切換モジュールを作製する方法の好ましい実施形態では、少なくとも１つの電子構成素子をばね要素によって少なくとも１つの冷却部材に押し付けることができる。好ましくは、少なくとも１つの電子構成素子は、被覆前にばね要素のばね力によって、対応する冷却部材に確実に形状結合および／または摩擦結合することができる。
本発明による切換モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの電子構成素子を少なくとも１つの冷却部材と共にばね要素によって所定方向に整列することができる。好ましくは、冷却部材および対応する構成部材は、所定位置への整列により切換モジュール内で移動される。電子構成素子は個々に整列されるので、好ましくは、電子構成素子は被覆材料の結合により、平面、および高さ方向の載置面に関して極めて小さい許容差を有する。
本発明による切換モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、電子構成素子の異なる構成高さおよび／または許容差を、対応するばね要素によって補正することができる。好ましくは、異なる構成高さおよび許容差を有する電子構成素子は、同じ射出成型工具内に配置され、共通のプロセスで被覆することができる。好ましくは、共通の被覆プロセスにより時間を節約することができる。
本発明による切換モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの電子構成素子におけるばね要素の載置面を被覆の際に開放状態に保持することができる。このようにして、少なくとも１つの電気構成素子が充填材を介して冷却部材に結合されている場合には、被覆プロセス後に作製された切換モジュールからばね要素を簡単に取り出すことができる。射出成型工具が、例えば、ばね要素を被覆材料から分離する内壁を含む場合には、好ましくは載置面の切欠きは射出成型工具によって設けることができる。
本発明による切換モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、少なくとも１つの電子構成素子に向いていない、少なくとも１つの冷却部材の面を、被覆の際に開放状態に保持し、平坦に整列することができる。好ましくは、完成した切換モジュールは平坦な面によって、例えばプリント基板および／またはリードフレームの一部として構成された平面に簡単に配置することができる。さらに、電子構成素子によって冷却部材に伝達された熱は、被覆部の開放状態に保持された面を介して冷却部材から再び放出することができ、冷却部材は、開放状態に保持された面により、冷却のために他の冷却素子により直接にアクセス可能である。これにより、好ましくは切換モジュールの一様な放熱を実現することができる。さらに、冷却部材が電気伝導性の材料により作製されている場合には、冷却部材の開放状態に保持された面を介して、完成した切換モジュールに電気接触することができる。これにより、例えばスラグダウン方法および／またはスラグアップ方法による切換モジュールの構成が可能となる。
本発明による切換モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、電気接続素子を少なくとも１つの電子構成素子に導電性に接続し、少なくとも部分的に被覆することができる。好ましくは、電気接続素子は被覆プロセス後に被覆材から突出することができ、したがって好ましくは簡単に接触させることができる。
本発明による格子モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、被覆プロセスで切換モジュールの間にウェブを形成することができる。好ましくは、ウェブの形成により材料および重量を節約することができる。さらに、個々の切換モジュールは、例えばウェブの切断により簡単に相互に分離することができ、したがって１つの被覆プロセスで多数の切換モジュールを簡単に製造することができる。
本発明による格子モジュールを作製する方法の別の好ましい実施形態では、被覆プロセスで少なくとも１つのセンタリングピンを形成することができる。形成されたセンタリングピンは、好ましくはプリント基板および／またはユニットにおける格子モジュールの整列を容易にする。このために、センタリングピンを所定の切欠きに挿入することができ、これにより格子モジュールの並進運動が抑制され、センタリングピンを中心とした回転運動が可能となる。
本発明による格子モジュールの別の好ましい実施形態では、組付けの際に格子モジュールの位置決めを容易にするために、被覆用のプラスチックにより少なくとも１つのセンタリングピンを形成することができる。
本発明による格子モジュールの別の好ましい実施形態では、電子構成素子の複数の電気接続素子を同様に整列し、冷却部材に向いていない側に配置してもよい。これにより、好ましくは、例えばリードフレームを介した同時的な電気接触が可能になる。
本発明による格子モジュールの別の好ましい実施形態では、被覆用のプラスチックは、例えばガラス繊維強化プラスチックであってもよい。
本発明による格子モジュールの別の好ましい実施形態では、冷却部材は少なくとも１つのヒートシンクに結合されており、これにより良好な放熱が可能になる。好ましくは、電子構成素子はプラスチックウェブを介して相互に結合されている。これにより、好ましくは、構成部材結合部のプラスチック被覆用の材料を節約することができる。
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳細に説明する。図面では、同じ符号は、同じまたは類似機能を実施する要素もしくは素子を示す。
本発明による方法によって作製された切換モジュールを備える射出成型工具を示す概略断面図である。 本発明による方法によって形成された格子モジュールを示す概略断面図である。 図２に示した格子モジュールの概略斜視図である。
切換モジュール一般的な作製方法では、一方法ステップで少なくとも１つの電子構成素子を少なくとも１つの冷却部材に結合する。結合は、例えば溶接法により行われ、少なくとも１つの電子構成素子は少なくとも１つの冷却部材に堅固に溶接される。別の方法ステップでは、少なくとも１つの電子構成素子および少なくとも１つの冷却部材は少なくとも部分的にプラスチックにより被覆される。
図１に示されているように、切換モジュール２０の少なくとも１つの電子構成素子２２および少なくとも１つの冷却部材２４は、本発明によれば射出成型工具３０に挿入されており、ばね要素３２が、電子構成部材２２と射出成型工具３０の内面３４との間に配置される。この場合、ばね要素３２は射出成型工具３０の内面３４で支持され、少なくとも１つの冷却部材２４は射出成型工具３０の壁３６に押し付けられる。
このようにして、少なくとも１つの冷却部材２４はばね要素３２によって射出成型工具３０の壁３６に固定され、第１空間方向ｚに電子構成素子２２および冷却部材２４の製造許容差を補正することができ、この場合、被覆プロセスにおける冷却部材２４の位置変化をばね要素３２の力によって防止することができる。切換モジュールが異なる構成高さおよび／または許容差を有する複数の電子構成素子２２を含む場合には、対応するばね要素３２によって補正することができる。被覆用のプラスチック２６としては、例えばガラス繊維強化プラスチックを使用することができる。
図１および図２にさらに示されているように、少なくとも１つの電子構成素子２２は切欠きを備えていてもよい。この切欠き２２には、少なくとも１つの冷却部材２４が配置される。実施例に示した切換モジュール２０は、それぞれ既に包装された、もしくは封入された電子構成素子２２および冷却部材２４を備える。
図１にさらに示されているように、少なくとも１つの電子構成素子２２はばね要素３２によって少なくとも１つの冷却部材２４に押し付けられる。このようにして、少なくとも１つの電子構成素子２２と少なくとも１つの冷却部材２４との間に形状結合および／または摩擦結合が生じる。複数の電子構成素子２２と冷却部材２４とを結合することも可能であり、それぞれの電子構成素子２２は、対応するばね要素３２によって冷却部材２４に押し付けられる。
図１にさらに示されているように、少なくとも１つの電子構成素子２２およびと少なくとも１つの冷却部材２４は、ばね要素３２によって所定の方向ｚに整列される。
図１、図２および図３にさらに示されているように、少なくとも１つの電子構成素子２２におけるばね要素３２の載置面２２．１は被覆の際に開放状態に保持されている。このようにして、作製プロセスの終了時にばね要素３２を簡単に取り除くことができ、図３に示すように切換モジュール２０の載置面２２．１の領域に切欠き２６．１が生じる。この切欠きは、次いで適宜な充填材により充填される。他の可能性は、ばね要素３２を取り除かずに、同様に被覆することである。
図１および図２にさらに示されているように、少なくとも１つの冷却部材２４の、少なくとも１つの電子構成素子２２に向いていない方の面２４．１は、被覆の際に開放状態に保持され、平坦に整列される。このようにして、被覆プロセスの後に切換モジュール２０の平坦な面が生じ、少なくとも１つの冷却部材２４は、開放状態に保持された面２４．１を介してさらなる冷却のために容易にアクセス可能である。
図１から図３にさらに示されているように、電気接続素子２８は、少なくとも１つの電子構成素子２２に導電性に接続されており、少なくとも部分的に被覆されている。この場合、接続素子２８の端部は、被覆プロセスの後に切換モジュールから突出していてもよく、対応する電気構成素子２２との簡単な接触を可能にする。
図２および図３にさらに示されているように、少なくとも１つの電子構成素子２２および少なくとも１つの冷却部材２４を含む複数の切換モジュール１０を１つの格子モジュール１０としてまとめることもでき、このような格子モジュール１０では、対応する切換モジュール２０のユニット２２，２４が同じ射出成型工具３０に挿入され、共通のプロセスでプラスチック２６により被覆される。図示の電子構成素子２２は、同じ形状および構成高さを備えているが、切換モジュール１０が異なる構成高さを有する異なる複数の構成素子を備えていることも可能であり、この場合、対応するばね要素３２を介して異なる構成高さを補正することもできる。
図２および図３からさらにわかるように、本発明による格子モジュール１０の図示の実施例では、既に包装および／または封入された９個の電子構成素子２２が、結合状態で配置されている。結合状態で配置されたそれぞれの電子構成素子２２は、それぞれ冷却部材２４に結合されており、プラスチック２６により少なくとも部分的に被覆されている。本発明によれば、冷却部材２４はそれぞれ格子モジュール１０の外面の一部を形成しており、電子構成素子２２を放熱するために外面にわたって一平面に配置されている。個々の電子構成素子２２はプラスチックウェブ１２を介して相互に結合されている。
図３にさらに示されているように、本発明による格子モジュール１０の図示の実施例では、被覆用のプラスチック２６は２つのセンタリングピン１４を形成している。同様に整列された電気接続素子２８もしくは電子構成素子２２の端子は、冷却部材２４に向いていない方の側に配置されており、例えば適宜なリードフレーム（図示しない）を介して電気的に接触されてもよい。一様な放熱のためには、冷却部材２４は少なくとも１つのヒートシンク（図示しない）に結合されていてもよい。
図２および図３にさらに示されているように、本発明による方法によって作製された格子モジュール１０は、少なくとも１つの切換モジュール２０を備える。図示の実施例は、９個の切換モジュール２０を含む。これらの切換モジュール２０は同一に構成されており、同様の役割を果たしてもよいし、または多様に構成されており、多様な役割を果たしてもよい。このような格子モジュール１０は、他の構成部材（図示しない）と共に、例えば電子ユニットの出力切換段として使用してもよい。
切換モジュールの電子構成素子２２および冷却部材２４は個々に整列されるので、電子構成素子２２は、好ましくは被覆材料と結合され、ｘｙ平面においても、高さ方向ｚの取付面に関しても極めて小さい許容差を備える。このことは、被覆用の材料により、ｘ方向およびｙ方向の電子構成部材２２および冷却部材２４の様々な許容差、ならびに高さｚの許容差を異なる被覆材料厚さによって補正できることを意味する。

Claims (17)

  1. 切換モジュールを作製する方法であって、切換モジュールが少なくとも１つの電子構成素子（２２）と、少なくとも１つの電子構成素子（２２）を冷却するための少なくとも１つの冷却部材（２４）とを含み、少なくとも１つの電子構成素子（２２）が少なくとも１つの冷却部材（２４）に結合され、プラスチック（２６）によって少なくとも部分的に被覆される、切換モジュールを作製する方法において、
    少なくとも１つの電子構成素子（２２）および少なくとも１つの冷却部材（２４）を射出成型工具（３０）に挿入し、ばね要素（３２）を少なくとも１つの電子構成素子（２２）と射出成型工具（３０）の内面（３４）との間に配置し、ばね要素（３２）を射出成型工具（３０）の内面（３４）で支持し、少なくとも１つの冷却部材（２４）を射出成型工具（３０）の壁（３６）に押し付けることを特徴とする、切換モジュールを作製する方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    少なくとも１つの前記電子構成素子（２２）を前記ばね要素（３２）によって少なくとも１つの前記冷却部材（２４）に押し付ける方法。
  3. 請求項１または２に記載の方法において、
    少なくとも１つの前記電子構成素子（２２）を少なくとも１つの前記冷却部材（２４）と共に、前記ばね要素（３２）によって所定方向に整列する方法。
  4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記電子構成素子（２２）の異なる構成高さおよび／または許容差を、対応する前記ばね要素（３２）によって補正する方法。
  5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも１つの前記電子構成素子（２２）における前記ばね要素（３２）の載置面（２２．１）を、被覆の際に開放状態に保持する方法。
  6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも１つの前記電子構成素子（２２）に向いていない、少なくとも１つの前記冷却部材（２４）の面（２４．１）を、被覆の際に開放状態に保持し、平坦に整列する方法。
  7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
    電気接続素子（２８）を、少なくとも１つの前記電子構成素子（２２）に導電性に接続し、少なくとも部分的に被覆する方法。
  8. 複数の切換モジュール（２０）を含む格子モジュールを作製する方法において、
    請求項１から７のいずれか一項にしたがって格子モジュール（１０）を作製し、対応する切換モジュール（２０）の構成部材（２２，２４）を同じ射出成型工具（３０）に挿入し、共通のプロセスで被覆することを特徴とする格子モジュールの方法。
  9. 請求項８に記載の方法において、
    被覆プロセスで前記切換モジュール（２０）の間にウェブ（１２）を形成する方法。
  10. 請求項９または１０に記載の方法において、
    被覆プロセスで少なくとも１つのセンタリングピン（１４）を形成する方法。
  11. 既に包装および／または封入され、結合状態で配置された少なくとも２つの電子構成素子（２２）を有する格子モジュールであって、結合状態で配置されたそれぞれの電子構成素子（２２）がそれぞれ冷却部材（２４）に結合され、プラスチックによって少なくとも部分的に被覆される格子モジュールにおいて、
    冷却部材（２４）が、それぞれ格子モジュールの外面の一部を形成しており、電子構成素子（２２）を放熱するために外面にわたって一平面に配置されていることを特徴とする格子モジュール。
  12. 請求項１１に記載の格子モジュールにおいて、
    被覆用のプラスチック（２６）が、少なくとも１つのセンタリングピン（１４）を形成する格子モジュール。
  13. 請求項１１または１２に記載の格子モジュールにおいて、
    前記電子構成素子（２２）の複数の電気接続素子（２８）が同様に整列され、前記冷却部材（２４）に向いていない側に配置されている格子モジュール。
  14. 請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の格子モジュールにおいて、
    被覆用のプラスチック（２６）が、ガラス繊維強化プラスチックである格子モジュール。
  15. 請求項１１から１４までのいずれか一項に記載の格子モジュールにおいて、
    前記冷却部材（２４）が少なくとも１つのヒートシンクに結合されている格子モジュール。
  16. 請求項１１から１５までのいずれか一項に記載の格子モジュールにおいて、
    前記電子構成素子（２２）がプラスチックウェブ（１２）を介して相互に結合されている格子モジュール。
  17. 請求項１１から１６までのいずれか一項に記載の少なくとも２つの電子構成素子（２２）を有する少なくとも１つの格子モジュールを特徴とする電子ユニット。
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