JP2021081262A

JP2021081262A - 電子部品の固定構造および電流検出装置

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Publication number: JP2021081262A
Application number: JP2019207699A
Authority: JP
Inventors: 野口　雅弘; Masahiro Noguchi; 雅弘野口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: US11637483B2; CN112816755B; US20210152057A1; JP6932173B2; DE102020214312A1; CN112816755A

Abstract

【課題】車両に搭載される電流検出装置の小型高耐振性を確保することを目的とする【解決手段】本願に開示される電子部品の固定構造は、絶縁材からなり、電子部品の本体部を収納する格納部と、電子部品の複数の接続端子を覆う保護部と、保護部における一対の側壁の中央部分から上方に突出する一対の突出部とが形成された保持部材、および電子部品間を接続する配線基板を備え、配線基板に保持部材の一対の突出部が係合されるとともに電子部品の複数の接続端子がはんだ付け接続されているものである。【選択図】図４

Description

本願は、車載用電力変換装置に用いられる電子部品の固定構造に関するものである。

動力源として電動機を用いる車両においては、バッテリの電力で電動機を駆動させるため、インバータまたはコンバータなどの電力変換装置が搭載される。これらの電力変換装置の駆動回路においては、車載用パワーモジュールが採用され、その素子駆動により必要な電力を供給するため、電動機に対する出力電流を検出する電流センサが搭載されている。

このような電力変換装置に搭載される電流センサは、電流が通る導体の周囲を周方向の一部にギャップを有するコアで囲み、当該ギャップに生じる磁束の磁束密度を検出するホール素子（磁気検出素子）を配置して構成され、このホール素子における磁束密度に対応して流れる電流を検出するものが知られている。（例えば、特許文献１）

また、このような電流センサにおいては、磁気を集磁するコアに設けたギャップ部にホール素子を設置する必要があるため、ホール素子を基板に実装するものでなく、ホール素子を樹脂封止したリードタイプのパッケージを用いて、コアのギャップ部にホール素子を配置した構造を採用している。（例えば、特許文献２）

特開２０１６−１０９６０１号公報特開２０１８−０７２２９５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
これまで電力変換装置は、小型化・高耐振性が求められてきた。そのため、従来構造のような、ホール素子を封止したリードタイプのパッケージを基板へ実装する構造では、リード露出部の絶縁距離を確保したことによるセンサ部の大型化や、配線基板へ接続するリード部の強度が低いため、耐振強度が十分でなく、実車走行時の振動により検出精度に影響が生じることがあり、電力変換装置に求められる小型高耐振化の達成が困難なものとなっていた。

本願は、上記のような課題を解決するために鑑みてなされたものであり、電力変換装置の小型高耐振要求に対応した電子部品の固定構造および電流検出装置を提供するものである。

本願に開示される電子部品の固定構造は、半導体素子が樹脂封止された本体部と、前記半導体素子に接続され、前記本体部から突出して形成された複数の接続端子とからなる電子部品を固定する電子部品の固定構造であって、絶縁材からなり、前記本体部を収納する格納部と、前記複数の接続端子を覆う保護部と、前記保護部における一対の側壁の中央部分から上方に突出する一対の突出部とが形成された保持部材、および電子部品間を接続する配線基板を備え、前記配線基板に前記保持部材の一対の突出部が係合されるとともに前記半導体素子の複数の接続端子がはんだ付け接続されていることを特徴とするものである。

本願に開示される電子部品の固定構造によれば、半導体素子を樹脂封止した電子部品を配線基板に確実に、かつ小型・高耐振性をもって固定することができる。

実施の形態１に係る電子部品の固定構造を採用した電力変換装置の全体構成を示す展開斜視図である。図１における電力変換装置の要部構成を示す斜視図である。図１における電力変換装置の要部構成を示す斜視図である。図１における電力変換装置の要部である電流検出装置を示す斜視図である。図４における電流検出装置を反対側から見た斜視図である。実施の形態１に係る電流検出装置の詳細な構成を示す断面図である。実施の形態１に係る電流検出部の詳細な構成を示す斜視図である。図７における正面図である。図７における電流検出部を示す展開斜視図である。図５における電流検出装置の断面を示す図である。実施の形態１に係る電流検出装置の要部構成を示す平面図である。実施の形態２に係る電流検出装置の要部構成を示す正面図および側断面図である。

実施の形態１
以下、本願における実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
図１は、実施の形態１に係る電子部品の固定構造を採用した電力変換装置の全体構成を示す展開斜視図、図２および図３は、図１における電力変換装置の要部を示す斜視図で、図において、電力変換装置１００は、全体を収納する上ケース１ａおよび下ケース１ｂと、電動機を駆動するための出力を発生するパワーモジュール２と、このパワーモジュール２および他の電子部品間を接続し、パワーモジュール２の制御回路を形成する配線基板３と、パワーモジュール２の出力電流を検出する電流検出装置４と、パワーモジュール２が取り付けられ、パワーモジュール２の発生熱を放出する冷却器５とを備えて構成されている。

また、図４および図５は、図１における電流検出装置４を前後から見た概要を示す斜視図で、電流検出装置４は、回転電機と回転電機に駆動電流を供給して回転電機の回転を制御するインバータ（電力変換措置）とを電気的に接続するバスバーなどの導体６に対し、この導体６に近接して導体６を包囲するように配置されたコア７と、このコア７の一部に設けられた溝部７ａに配置され、導体６に流れる電流に応じた溝部７ａに流れる磁束を検出し、電流に変換する電流検出部８とによって形成されている。また、電流検出部８における電子部品の接続端子が配線基板３にはんだ付けにより接続されている。さらに、導体６およびコア７は、図６に示すように樹脂９にて一体に成型されて固定され、この樹脂９の上面部に配線基板３が取り付けられている。

ここで、電流検出部８は、図７および図８に示すように、磁気検出用の電子部品であるホールＩＣ１０とホールＩＣ１０を保持する保持部材１１とから構成されている。
また、ホールＩＣ１０は、図９に示すように、半導体素子を絶縁樹脂で封止し、平板上に形成してなる本体部１０ａと、半導体素子に接続され、本体部１０ａから突出して形成された複数の接続端子１０ｂとを有している。

一方、保持部材１１は、絶縁材からなり、前面および上方が開口し、ホールＩＣ１０の本体部１０ａを収容する溝が形成された格納部１１ａと、格納部１１ａの上端から左右に開き、かつ上方に延長され、ホールＩＣ１０の接続端子１０ｂを３方向から覆う保護部１１ｂとから構成されている。
さらに、格納部１１ａには、溝内の上下位置において内方に突出する突起１１ｃが設けられており、また、保護部１１ｂにおける各コーナーの上端に平面部１１ｄが形成され、さらに保護部１１ｂにおける一対の側壁の中央部分から上方に突出する一対の突出部１１ｅが形成されている。なお、一対の突出部１１ｅは、それらを結ぶ線がホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂの並び方向と直交する位置に設けられている。

このような構成のもとで、電流検出部８を組み立てる場合、まず、保持部材１１の格納部１１ａにホールＩＣ１０の本体部１０ａを挿入する。このとき、格納部１１ａの内側に設けられた突起１１ｃ部分の溝幅を本体部１０ａの厚さより若干小さく形成しておくことにより、本体部１０ａを溝に圧入することになり、これによって図７、図８に示すように両者を機械的に結合することができる。また、保持部材１１の保護部１１ｂによってホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂを３方向から覆うことになり、接続端子１０ｂが他の部材に衝突して折損することを防止することができる。

次に、ホールＩＣ１０と保持部材１１とを配線基板３に重ね、配線基板３に設けられた接続孔にホールＩＣ１０の接続端子１０ｂを挿入するとともに、嵌合孔に保持部材１１の突出部１１ｅを圧入し、保持部材１１の平面部１１ｄに配線基板３を重ね合わせる。その後、配線基板３にホールＩＣ１０の接続端子１０ｂをはんだ付けする。
このように、配線基板３に保持部材１１の突出部１１ｅおよび平面部１１ｄを係合させるとともにホールＩＣ１０の接続端子１０ｂをはんだ付けすることによって、図１０に示すように配線基板３に保持部材１１およびホールＩＣ１０を確実に固定することができる。
次に、コア７および導体６との位置関係を保って図６に示すように樹脂９により成型して一体とし、コア７の溝部７ａにホールＩＣ１０の本体部１０ａを挿入した後、樹脂９の上面に配線基板３を取り付け、最後、ケース１ａ，１ｂに固定することによって電力変換装置１００が製造されることになる。

以上のように、保持部材１１の一対の突出部１１ｅを、ホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂの並び方向に対して直交する位置に設け、一対の突出部１１ｅを配線基板３に嵌合するとともに複数の接続端子１０ｂを配線基板３にはんだ付け固定することによって、実際に搭載される車両の走行時に受ける振動に対してもホールＩＣ１０を確実に保持することが可能となり、この結果、コア７との相対的な変位を低減するとともにホールＩＣ１０の接続端子１０ｂに発生する応力を低減することが可能となり、電流検出精度の向上および耐振強度の向上を図ることができる。

さらに、保持部材１１における一対の突出部１１ｅの近傍に、配線基板３に当接する平面部１１ｄを設けることによって、突出部１１ｅを組み付ける際の組付け代の管理が容易になり、生産性が向上するだけでなく、振動に対して配線基板３と保持部材１１の相対的な変位を抑制する保持部位が増えるため、耐振性の向上にも寄与させることができる。

また、ホールＩＣ１０の製造過程におけるタイバーカットによりホールＩＣ１０の下端部にタイバーカット跡が生ずることになるが、図６に示すようにホールＩＣ１０の下端側を絶縁樹脂からなる保持部材１１により覆うことによって、大電力を通す導体６との絶縁性を確保することが可能となり、ホールＩＣ１０と導体６の距離を近接させることができるとともに電流検出部８を小型化することができる。

加えて、電流を通す導体６が接続されたパワーモジュール２の接続端子と、ホールＩＣ１０の接続端子とを同一の方向へ延長させることによって、両者を同じ配線基板３に接続することが可能となり、パワーモジュールの接続端子とホールＩＣ１０の接続端子１０ｂとを配線基板３にはんだ付け接合する製造工程の合理化を図ることができる。したがって、電流検出装置４として安価なものを構成することができる。

また、図１１に示すように、保持部材１１の一対の突出部１１ｅとホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂとの間の距離ＸをホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂ間の距離Ｙよりも大きく取ることにより、はんだ付け時における電気的な接続部と機械的な接続部がブリッジを生じ、または、はんだの熱によって保持部材１１の樹脂部が溶融する不具合を防ぐことができる。

実施の形態２
図１２は、実施の形態２に係る電流検出装置の要部構成を示す正面図および側断面図である。
上述の実施の形態１においては、保持部材１１に一対の突出部１１ｅを配線基板３に圧入するように構成したが、この実施の形態２においては、保持部材１１に鋼板をインサート成形して突出部１１ｅを形成したもので、この突出部１１ｅを配線基板３にはんだ付けすることによって、配線基板３に保持部材１１をより強固に固定することできる。

なお、上述の実施形態においては、ホールＩＣ１０の複数の接続端子１０ｂを直線状に配置したものについて説明したが、一対の突出部１１ｅを結ぶ仮想線と直交する方向に複数の接続端子１０ｂを千鳥足状に配置したホールＩＣ１０であっても同様の効果を得ることができる。
また、ホールＩＣ１０を固定する場合について説明したが、半導体素子を封止したリードタイプの電子部品を固定する場合にも適用することができる。

さらに、本開示には、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は、特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１００：電力変換装置、１ａ：上ケース、１ｂ：下ケース、
２：パワーモジュール、３：配線基板、４：電流検出装置、５：冷却器、
６：導体、７：コア、８：電流検出部、１０：ホールＩＣ（電子部品）、
１０ａ：本体部、１０ｂ：接続端子、１１：保持部材、１１ａ：格納部、
１１ｂ：保護部、１１ｃ：突起、１１ｄ：平面部、１１ｅ：突出部

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
これまで電力変換装置は、小型化・高耐振性が求められてきた。そのため、従来構造のような、ホール素子を封止したリードタイプのパッケージを基板へ実装する構造では、リード露出部の絶縁距離を確保したことによるセンサ部の大型化や、配線基板へ接続するリード部の強度が低いため、耐振強度が十分でなく、搭載された車両走行時の振動により検出精度に影響が生じることがあり、電力変換装置に求められる小型高耐振化の達成が困難なものとなっていた。

本願は、上記のような課題を解決するためなされたものであり、電力変換装置の小型高耐振化要求に対応した電子部品の固定構造および電流検出装置を提供するものである。

また、図４および図５は、図１における電流検出装置４を前後から見た概要を示す斜視図である。図において、電流検出装置４は、回転電機と回転電機に駆動電流を供給して回転電機の回転を制御するインバータ（電力変換装置）とを電気的に接続するバスバーなどの導体６と、この導体６に近接して導体６を包囲するように配置されたコア７と、このコア７の一部に設けられた溝部７ａに配置され、導体６に流れる電流に応じた溝部７ａに流れる磁束を検出し、電流に変換する電流検出部８とによって形成されている。また、電流検出部８における電子部品の接続端子が配線基板３にはんだ付けにより接続されている。さらに、導体６およびコア７は、図６に示すように樹脂９にて一体に成型されて固定され、この樹脂９の上面部に配線基板３が取り付けられている。

ここで、電流検出部８は、図７および図８に示すように、磁気検出用の電子部品であるホールＩＣ１０とホールＩＣ１０を保持する保持部材１１とから構成されている。
また、ホールＩＣ１０は、図９に示すように、半導体素子を絶縁樹脂で封止し、平板状に形成してなる本体部１０ａと、半導体素子に接続され、本体部１０ａから突出して形成された複数の接続端子１０ｂとを有している。

実施の形態２
図１２は、実施の形態２に係る電流検出装置の要部構成を示す正面図および側断面図である。
上述の実施の形態１においては、保持部材１１の一対の突出部１１ｅを配線基板３に圧入するように構成したが、この実施の形態２においては、保持部材１１に鋼板をインサート成形して突出部１１ｅを形成したもので、この突出部１１ｅを配線基板３にはんだ付けすることによって、配線基板３に保持部材１１をより強固に固定することできる。

本願に開示される電子部品の固定構造は、半導体素子が樹脂封止された本体部と、前記半導体素子に接続され、前記本体部から突出して形成された複数の接続端子とからなる電子部品を固定する電子部品の固定構造であって、絶縁材からなり、前記本体部を収納する格納部と、前記複数の接続端子を覆う保護部と、前記保護部における一対の側壁の中央部分から上方に突出する一対の突出部とが形成された保持部材、複数の電子部品間を接続する配線基板、前記配線基板に接続され、回転電機を駆動するための出力を発生するパワーモジュール、前記パワーモジュールの出力を前記回転電機に供給する導体、前記導体に近接して設けられるとともに、一部に溝部が設けられ、この溝部に前記半導体素子の本体部が配置されたコア、前記パワーモジュールが取り付けられ、前記パワーモジュールの発生熱を放出する冷却器を備え、前記導体および前記コアは、樹脂により一体に成型され、前記冷却器に固定されるとともに、前記配線基板に前記保持部材の一対の突出部が係合され、かつ、前記半導体素子の複数の接続端子がはんだ付け接続されていることを特徴とするものである。

また、図４および図５は、図１における電流検出装置４を前後から見た概要を示す斜視図で、電流検出装置４は、回転電機と回転電機に駆動電流を供給して回転電機の回転を制御するインバータ（電力変換素子）とを電気的に接続するバスバーなどの導体６と、この導体６に近接して導体６を包囲するように配置されたコア７と、このコア７の一部に設けられた溝部７ａに配置され、導体６に流れる電流に応じた溝部７ａに流れる磁束を検出し、電流に変換する電流検出部８とによって形成されている。また、電流検出部８における電子部品の接続端子が配線基板３にはんだ付けにより接続されている。さらに、導体６およびコア７は、図６に示すように樹脂９にて一体に成型されて固定され、この樹脂９の上面部に配線基板３が取り付けられている。

次に、ホールＩＣ１０と保持部材１１とを配線基板３に重ね、配線基板３に設けられた接続孔にホールＩＣ１０の接続端子１０ｂを挿入するとともに、嵌合孔に保持部材１１の突出部１１ｅを圧入し、保持部材１１の平面部１１ｄに配線基板３を重ね合わせる。その後、配線基板３にホールＩＣ１０の接続端子１０ｂをはんだ付けする。
このように、配線基板３に保持部材１１の突出部１１ｅおよび平面部１１ｄを係合させるとともにホールＩＣ１０の接続端子１０ｂをはんだ付けすることによって、図１０に示すように配線基板３に保持部材１１およびホールＩＣ１０を確実に固定することができる。
次に、コア７および導体６との位置関係を保って図６に示すように樹脂９により成型して一体とし、コア７の溝部７ａにホールＩＣ１０の本体部１０ａを挿入した後、樹脂９の上面に配線基板３を取り付け、最後に、ケース１ａ，１ｂに固定することによって電力変換装置１００が製造されることになる。

Claims

半導体素子が樹脂封止された本体部と、前記半導体素子に接続され、前記本体部から突出して形成された複数の接続端子とからなる電子部品を固定する電子部品の固定構造であって、
絶縁材からなり、前記本体部を収納する格納部と、前記複数の接続端子を覆う保護部と、前記保護部における一対の側壁の中央部分から上方に突出する一対の突出部とが形成された保持部材、および電子部品間を接続する配線基板を備え、
前記配線基板に前記保持部材の一対の突出部が係合されるとともに前記電子部品の複数の接続端子がはんだ付け接続されていることを特徴とする電子部品の固定構造。
前記保持部材の格納部は、前面および上方に開口を有し、前記電子部品の本体部を収納する溝と、この溝内に突出した突起とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の固定構造。
前記保持部材の保護部は、コーナー部上端に平面部を有し、この平面部に前記配線基板を重ね合わせたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品の固定構造。
前記保持部材の一対の突出部を、これらを結ぶ線が前記電子部品の複数の接続端子の並び方向と直交する位置に設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子部品の固定構造。
前記保持部材の一対の突出部と前記電子部品の複数の接続端子との距離を、前記電子部品の複数の接続端子間の距離よりも大としたことを特徴とする請求項４に記載の電子部品の固定構造。
前記電子部品は、ホールＩＣであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子部品の固定構造。
前記保持部材の突出部が前記保持部材に鋼板をインサート成形して構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電子部品の固定構造。
請求項６に記載の電子部品の固定構造を用いた電流検出装置であって、
前記配線基板に接続され、回転電機を駆動するための出力を発生するパワーモジュールと、前記パワーモジュールの出力を前記回転電機に供給する導体と、この導体に近接して設けられ、一部に溝部が設けられたコアとを備え、前記ホールＩＣの本体部を収納した前記保持部材の格納部を前記コアの溝部に配置したことを特徴とする電流検出装置。