JP4804472B2 - 組合せｉｇｂｔ実装方法 - Google Patents

Description

本発明の分野は、整流器、ＭＯＳＦＥＴ、およびＩＧＢＴなど、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）（ＰＣＢ）実装可能電力モジュールの機械的な接点および支持に関する。より詳細には、本発明は、共通の機械的支持、すなわち、モジュールをその熱インターフェースに締付け留め（ｃｌａｍｐ）し、かつＰＣＢをモジュールに締付け留めする支持物を介して、複数の機械的接続部を支持するシステムおよび方法に関する。

現行のＰＣＢ実装可能電力モジュールは、２つの別個の機械的な接点または支持点を必要とすることが多い。これらの２つの機械的接続部の第１のものは、ベースプレートをヒートシンクまたは冷却板に固定するために、モジュールの熱インターフェースを含む。これらの２つの機械的接続部の第２のものは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に対するモジュール端子の、また基板を支持する半田接続部を含む。

典型的には、熱インターフェースは、締結具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）および／またはワッシャを用いて対処され、締結具および／またはワッシャは、電力モジュール／デバイスのベースプレートまたは基材（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）をヒートシンクまたは冷却板に固定する。これは、第１の機械的接続部の要件を満足するが、ＰＣＢの支持を含む第２の機械的接続部は、半田接続部に委ねられる。熱応力や振動応力のような環境応力が加えられると、結果として、余るほどの機械的応力が、半田端子接続部に直接かかり、あるいは半田−端子接続部を介して基材−端子接続部に伝達され、この電気接続が働かなくなる可能性がある。基板を通ってモジュールのシェルの中へ入る締結具のための形状部を有するモジュールに対する従来の手法は、追加の孔によって貴重な基板空間を浪費し、これらの追加の締結具によって導入される電圧間隔（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）の問題を引き起こす。

したがって、電力モジュールをその熱インターフェースに締付け留めすること、およびＰＣＢをモジュールに締付け留めすること、によって、共通の機械的支持を介して両機械的接続部の支持を実現する、ＰＣＢ実装電力モジュール用の機械的な接点および支持のためのシステム、および組立ての方法が求められている。

さらに、こうした電力モジュールを支持する上でのＰＣＢ空間の使用を最小限に抑える、ＰＣＢ上に電力モジュールを実装するシステムおよび方法が求められている。

また、組立時間を削減するために、簡略化された設計を使用する、ＰＣＢ上に電力モジュールを実装するシステムおよび設置の方法が求められている。

本発明のシステムおよび方法は、モジュールの各実装孔の中心で位置決めされるスタッドを有する、ヒートシンクまたは冷却板を使用する。さらに、本発明は、モジュールの実装孔の直径を跨ぐように、また締結するために十分な締付け留め面積を与えるように、十分な幅のスタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）を使用する。スタンドオフは、ヒートシンクまたは冷却板上のスタッドに取り付けられるように嵌合ねじ山（ｍａｔｉｎｇ ｔｈｒｅａｄ）を含むことになる。また、スタンドオフは、ツールを用いて制御されたトルクでスタンドオフをスタッドと嵌め合わせて強力な熱インターフェースを確保にするように、十分な長さのものとなり、こうして、上述の第１の機械的接続部を提供することになる。次に、本発明は、スタンドオフを取り囲むようにスタンドオフよりも大きい内径と、ＰＣＢ内のクリアランスホールよりも大きい外径と、を有する絶縁スペーサまたはワッシャを含む。最後に、システムは、スタンドオフを介してＰＣＢにスペーサ／ワッシャを締付け留めするために、蝶ナットまたはスプリングワッシャと、ねじまたは同様な締結具と、を含み、こうして、上述の第２の機械的な接続部および支持を提供する。

したがって、本発明は、電力モジュールのベースプレートをヒートシンクまたは冷却板に取り付ける共通の支持構造を提供し、同時に、同じ支持構造アッセンブリがＰＣＢ自体の支持を提供する。

図１を参照すると、本発明は、最も好ましくは、筐体１０と共に使用され、筐体１０では、部品空間および組立者にとってのアクセスが制限される。筐体１０は、１つまたは複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）１２ａ〜１２ｃを収容し、プリント回路基板のそれぞれが、一対の下部溝付きブラケット１４と、一対の上部ブラケット１６と、を有する。下部溝付きブラケット１４は、筐体１０の両側から突出するブラケットスタッド１８に摺動係合するように溝が付けられている。ブラケットスタッド１８は溝付きブラケット１４を支持することになり、次いで、基板を定位置にまで回転させることができ、これにより、上部ブラケットが筐体１０の両側における予め形成された孔と位置合わせされ、これにより、ねじなどの締結具（図示せず）により上部ブラケットを筐体の両側に固定することができる。したがって、この構成の場合、組立者は、ねじまたは同様な締結具を挿入してＰＣＢを設置（または交換）するために、筐体の底隅部にアクセスする必要がない。

しかし、上述のＰＣＢ設置手法の場合、ＰＣＢ支持接続と、基板１２に接続される電力モジュール２０用の熱インターフェース接続との組合せを用いて、筐体にＰＣＢをさらに取り付けることが望ましい。本発明の第１の好ましい実施例では、筐体１０は、プリント回路基板１２の面に略垂直な方向で筐体内に突出するヒートシンクスタッド２２を含む。ヒートシンクスタッド２２は、好ましくは、所定のモジュール（例えば、整流器、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ）の実装孔内で位置決めされる。この好ましい実施例では、電力モジュール２０は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（ＩＧＢＴ）であるが、本発明は、多種多様なＰＣＢ実装可能電力モジュールに等しく適用可能であることが当業者には理解されよう。モジュールのヒートシンクまたは冷却板のこの好ましい実施例は、ＩＧＢＴ熱インターフェースパッド２４をさらに含み、ＩＧＢＴ熱インターフェースパッド２４のそれぞれが、ヒートシンクスタッド２２を取り囲む実装孔または開口を含む。

本発明は、一連のスタンドオフ２６を含む。この好ましい実施例では、六角スタンドオフ２６が使用されるが、他の種類の支持が含まれ、本発明を実施することができることが当業者には理解されよう。スタンドオフ２６は、理想的には、モジュール２０用の実装孔の直径を跨ぐように十分な幅からなり、最も好ましくは、ヒートシンクスタッド２２への嵌合ねじ山を有することになる。さらに、スタンドオフ２６は、ツールを用いて制御されたトルクでスタンドオフをスタッドと嵌め合わせて、モジュール２０とヒートシンクまたは冷却板との間で強力な熱インターフェースを確保にするように、十分な長さを有することになる。

例えば図２に示されるように、プリント回路基板１２ｂは、スタンドオフ２６が貫通する一連の基板開口またはクリアランスホール２８を含む。開口を貫通するスタンドオフ２６の部分は、スタンドオフ２６よりも大きい内径と、プリント回路基板１２ｂのクリアランスホール２８よりも大きい外径と、を有する絶縁スペーサ３０と嵌合することができる。好ましくは、スペーサ３０は、プラスチックからなり、ＩＧＢＴモジュールにプリント回路基板を固定するために使用され、したがってＩＧＢＴピン（図示せず）から応力を除去する。あるいは、ワッシャまたは同様な構造がスペーサの代わりに使用され得ることが当業者には理解されよう。スペーサ３０は、ロック用蝶ナット３２を用いてスタンドオフ２６を介してプリント回路基板１２ｂに締付け留めされる。スペーサ３０と同様に、ロック用蝶ナット３２は、好ましくはプラスチックからなる。あるいは、プリント回路基板にスペーサまたはワッシャを締付け留めするために、スプリングワッシャなどの同様な締結具が使用され得ることが当業者には理解されよう。

スタンドオフ締結の構成が図３にいくらか詳細に示される。この図から分かるように、スペーサ３０の直径は、クリアランスホール２８よりも大きく、固定用蝶ナット３２によって締付け留めされたときスタンドオフ２６による基板支持を実現し、したがって機械的接続部を作り出す。第２の機械的接続部は、モジュールをその熱インターフェースに締付け留めするスタンドオフによって作り出される。

本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な変更、追加、省略、および改変を、図示された実施例に加えることができることが当業者には理解されよう。そのような改変および変更すべてが、添付の対応する請求項の文言によって包含されるものとする。

本発明について、好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更を加えることができることが当業者には理解されよう。

本発明による筐体内にプリント回路基板をさらに実装するための溝付きブラケット形状部と共に、ＩＧＢＴ熱インターフェースパッド、スタンドオフ、スペーサ、および蝶ナットの分解図を示す、組立て中の本発明の一実施例の斜視図。 本発明により必要とされる熱インターフェースを提供するために、回路基板を支持し、かつ電力モジュールを締付け留めするさらなるスタンドオフ、スペーサ、および蝶ナットアッセンブリの分解例を示す、組立て中の本発明の一実施例の斜視図。 同様なブラケットの実装を使用して、定位置で降ろされる第２の回路と組み合わせて、第１の回路基板上で定位置にあるスペーサ／スタンドオフ／蝶ナットアッセンブリを示す、組立て中の後の時点の、本発明の一実施例の斜視図。

Claims (4)

1. 複数のクリアランスホールを有するプリント回路基板を支持し、さらに、ヒートシンクと、前記プリント回路基板に接続するために実装孔および端子を有する電力モジュールと、の間で熱インターフェースを提供する支持アッセンブリであって、
   ａ）複数のスタッドを含むヒートシンクであって、前記スタッドのそれぞれが前記電力モジュールの前記実装孔内で位置決めされる、ヒートシンクと、
   ｂ）第１の端部および第２の端部を有する複数のスタンドオフであって、各スタンドオフの前記第１の端部が、前記複数のスタッドの１つと嵌合し、前記モジュールの前記実装孔の１つを跨ぐように位置決めされ、前記スタンドオフの前記第２の端部が、前記プリント回路基板のクリアランスホールを通ってさらに突出する、複数のスタンドオフと、
   ｃ）前記プリント回路基板上で、前記第２の端部と嵌合する絶縁スペーサであって、前記スタンドオフの直径よりも大きい内径と、前記回路基板の前記クリアランスホールの直径よりも大きい外径と、を有する環状構成を有する絶縁スペーサと、
   ｄ）前記プリント回路基板に前記絶縁スペーサを固定する締結具であって、前記スタンドオフの前記第２の端部と嵌合する締結具と、
   を備え、
   これにより、前記回路基板を支持する機械的接続部と、電力モジュールとヒートシンクとの間の機械的接続部と、の両方に共通の機械的支持を実現することを特徴とする支持アッセンブリ。
2. 筐体内で位置決めするために、前記プリント回路基板に回転係合する一対の溝付きブラケットをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の支持アッセンブリ。
3. 前記電力モジュールが絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の支持アッセンブリ。
4. 複数のクリアランスホールを有するプリント回路基板を支持し、さらに、ヒートシンクと、前記プリント回路基板に接続するために実装孔および端子を有する電力モジュールと、の間で熱インターフェースを提供する支持アッセンブリであって、
   ａ）複数のスタッドを含むヒートシンクであって、前記スタッドのそれぞれが前記電力モジュールの前記実装孔内で位置決めされる、ヒートシンクと、
   ｂ）第１の端部および第２の端部を有する複数のスタンドオフであって、各スタンドオフの前記第１の端部が、前記複数のスタッドの１つと嵌合し、前記モジュールの前記実装孔の１つを跨ぐように位置決めされ、前記スタンドオフの前記第２の端部が、前記プリント回路基板のクリアランスホールを通ってさらに突出する、複数のスタンドオフと、
   ｃ）前記プリント回路基板上で、前記第２の端部と嵌合するワッシャであって、前記スタンドオフの直径よりも大きい内径と、前記回路基板の前記クリアランスホールの直径よりも大きい外径と、を有する環状構成を有するワッシャと、
   ｄ）前記プリント回路基板に前記ワッシャを固定する締結具であって、前記スタンドオフの前記第２の端部と嵌合する締結具と、
   を備え、
   これにより、前記回路基板を支持する機械的接続部と、電力モジュールとヒートシンクとの間の機械的接続部と、の両方に共通の機械的支持を実現することを特徴とする支持アッセンブリ。

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