KR20090033015A

KR20090033015A - 버스 바를 가지는 전기 제어 유닛

Info

Publication number: KR20090033015A
Application number: KR1020080092994A
Authority: KR
Inventors: 아힘 헤르그만; 알렉산데르 슈미트; 오토 슈발츠렌더; 스테픈 반드레스; 안드레아스 슈타인메츠; 군테르 울
Original assignee: 카템 데벨렉 게엠베하
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-04-01
Also published as: CN101400246A; ES2345118T3; JP2009117805A; DE502007003871D1; EP2043412A1; EP2043412B1

Abstract

본 발명은 단순하고 비용을 절감하는 전류의 공급 및 표면 실장된 반도체 스위치의 열 제거를 가능하게 한다. 버스 바는 열 전도 엘리먼트를 통하여, 상기 반도체 스위치와 전기적 및 열적(thermal) 접촉을 한다. 상기 반도체 스위치의 구동중에 발생된 열은 방열기 상에 배열된 버스 바를 통하여 제거된다. 상기 버스 바는 단순하고, 평평한 엘리먼트이고, 상기 회로 보드의 바닥면에 인접하여 있다. 상기 버스 바 및 회로 보드는 조립부품을 형성하고, 상기 조립 부품은 이어지는 조립 과정을 위하여 일반적인 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD) 제조 라인을 통과할 수 있다.

방열기, 회로 방열

Description

버스 바를 가지는 전기 제어 유닛{ELECTRIC CONTROL UNIT WITH BUS BAR}

본 발명은 개선된 전류 공급과 열 제거 기능을 하는 전기 제어 유닛과 그 제조 방법에 관한 것이다.

제어 장치나 제어 모듈에 있어서, 높은 전류를 스위칭하거나 배분하는 자동하 내에 100 암페어(A) 내지 200 암페어(A)의 전류를 회로 보드의 내외로 공급하는 것은 그러한 전류는 버스 바(BUS BAR) 및 고 전류 커넥터와 같은 고체의 기계적인 구성요소를 따라 공급되기 때문에 문제를 발생시킬 수 있다.

제어 장치 또는 제어 모듈의 전기 회로를 수반하는 회로 보드는, 대응하는 드라이버 회로와 함께 사용되는 전계효과 트랜지스터 또는 양방향 접합 트랜지스터와 같은 반도체 스위치가 이러한 전류들을 스위칭하거나 배분하는데 사용되는 경우라면 언제라도 자주 사용된다. 상기의 대응하는 드라이버 회로는 부가적인 전기적인 부품으로 구성된다.

이러한 제어 장치에 사용되는 특정한 부분에는 자동차의 부가적인 전기 히터가 구동되는 부분에 있다. 상기 전기 히터에는 열 저항에 의해서 전기 에너지가 열에너지로 변환된다. 상기 열 저항은 편의상 양의 온도 상관계수(Positive Temperature Coefficient; PTC) 엘리먼트로 불리우며, 방열기 엘리먼트에 의해 공기에 의해 냉각되도록 한다. 히팅 파워를 온 보드 파워 서플라이에서 현재 사용가능한 열 수요 및/또는 열 전기 파워에 적용시키기 위해서는, 히터들은 일반적으로 펄스 폭 변조를 통하여 구동된다. 상기 언급된 반도체 스위치들은 각각의 히팅 스테이지들에 히팅 전류를 스위칭하거나 배분하는데에 사용된다. 설치를 간단하게 하기 위하여, 히터 및 대응되는 제어 유닛은 제어 기기가 히터의 프레임에 일체로 형성되는 구조적인 유닛으로 형성된다.

모든 전기적인 부품들은 되도록이면 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD)로 제작된다. 이것은 다음과 같은 문제를 발생시킨다. 반도체 스위치를 통한 높은 전류의 흐름은 많은 양의 열을 발생시켜 상기 반도체 스위치를 통한 열을 제거하기 위한 특별한 조치가 취해져야 한다. 상기 반도체 스위치가 또한 표면 실장 장치로 공급되기 때문에, 그것들은 더 이상 방열판과 결합 되지 않을 수 있다. 따라서, 열이 방열판으로 전달되기 전에, 열은 불완전한 열 전도 전기 모드를 통해 전달되어 져야만 한다. 반도체 스위치로부터 열의 제거 akc방열판으로의 전달은 전기 절연체에 의하여 추가적으로 방해된다. 상기 전기절연체는 반도체 스위치와 방열판의 전기 포텐셜을 분리하기 위해 필요하며, 상기 전기 스위치와 방열판 사이의 열 전달을 약화시킨다.

열을 제거하는 문제에 대한 해결 방안은 유럽특허 1,395,098으로부터 알 수 있다. 전류를 공급하는 문제와 전류를 빼내오는 문제는 회로 보드에 연결되고, 스프링 접촉으로 솔더링된 고체 버스 바(Solid Bus Bar)에 의하여 해결된다. 열의 제 거는 열 전도 요소들에 의하여 전류를 공급하는 것과는 별도로 이루어진다. 상기 열 전도 요소들은 반도체 스위치가 솔더링된 회로 보드로 압착된다. 열 전도 요소에 연결된 방열판에 의해서도 열 제거가 이루어진다.

이러한 접근은 복수개의 다른 부품과 제조 과정이 필요하다는 점에서 불이익이 있다. 따라서 높은 원재료 비용과 생산 비용이 들게 된다. 또한, 방열판과 상기 반도체 스위치와 전기적으로 연결된 열 전도 요소 간의 전기적인 절연성의 신뢰도에 대해 확실히 보증하기는 어렵다.

반도체 스위치에 전류를 공급하는 문제와 상기 반도체 스위치로부터 열을 제거하는 문제는 상기 반도체 스위치를, 예를 들어 구리와 같은, 높은 전기 전도도와 열 전도도를 가지는 고체 금속 띠(strip)에 연결하여 해결하는 원칙적인 방법이 있다. 상기 금속 띠는 열을 외부에 전달하는 것을 개선하기 위하여 부가적으로 냉각 핀들을 포함한다. 동시에, 금속 띠는 전류 입력을 위한 큰 단면을 가지는 케이블이 상기 띠에 결합되거나, 스크류 결합되도록 제작될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 띠에 커넥터 핀으로 누를 수도 있다. 이러한 접근 방법에 의하더라도, 상기 반도체 스위치와 전기적으로 연결된 금속 띠와 주변부 간의 신뢰할 만한 전기적인 절연상태는 보장하기가 어려운 실정이다.

상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 단순하고 비용을 절감할 수 있는 회로 보드에 실장된 반도체 스위치에 전류를 공급하고 살기 반도체 스위치로부터 발생되는 열을 제거하는 전기 제어 유닛을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기의 전기 제어 유닛을 제작하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 제어 유닛이 제공된다. 상기 전기 제어 유닛은 회로 보드 및 상기 회로 보드의 상부에 형성된 전력용 반도체 소자, 상기 회로 보드의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자와 열 접촉하는 열 전도 엘리먼트, 상기 회로 보드의 하부에 형성되어 상기 전력용 반도체 소자의 구동 중에 발생되는 열을 제거하기 위한 방열기를 포함하고, 상기 회로 보드의 바닥면에 평평하게 인접하고 상기 열 전도 엘리먼트와 열적(thermal) 및 전기적인 접촉이 있는 버스 바(bus bar)를 포함하고, 상기 열 전도 엘리먼트는 상기 회로 보드의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자와 전기적으로 연결되어, 상기 전력용 반도체 엘리먼트에 전류를 공급하거나 전류를 제거하는 역할을 하고, 상기 방열기(heat sink는 상기 버스 바(bus bar 상에 배치되어 열적(thermal) 접촉을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 방열기(heat sink) 및 버스 바(bus bar)는 접착 필름 또 는 접착층과 같은 열 전도 절연층에 의해서 갈바닉식으로(galvanically) 분리될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 제어 유닛의 구동 안전성이 향상된다.

또한, 상기 버스 바(bus bar)는 편평하고, 실질적으로 사각형 띠 모양의 금속 시트를 포함할 수 있다. 이것은 간단하고 비용을 절감할 수 있게 상기 제어 유닛을 제조하는 것을 가능하게 한다.

또한, 상기 열 전도 엘리먼트 및 버스 바(bus bar)는 금속 시트의 띠를 깊이를 가지도록 늘여 일체로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 열 전도 엘리먼트는 실질적으로 원기둥 형상인 금속의 솔리드(solid) 부분으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 버스 바(bus bar)는 금속 시트의 평평한 띠로부터 형성되고, 상기 평평한 띠는 상기 열 전도 엘리먼트가 가압되는 부분에 홀(hole)을 포함할 수 있다. 이것은 간단하고 비용을 절감할 수 있게 상기 제어 유닛을 제조하는 것을 가능하게 한다.

또한, 상기 열 전도 엘리먼트는 핀을 포함하고, 상기 핀은 상기 회로 보드의 개구부를 통과하여, 상기 핀의 상부면이 상기 회로 보드의 상면과 같은 높이가 되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 핀은 상기 회로 보드의 개구부에 확실하게 맞는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 상기 전력용 반도체 구성은 상기 회로 보드와 핀의 상면에 인접할 수 있다.

또한, 상기 전력용 반도체 소자의 바닥면은 상기 핀의 상부와 전기적 및 열적(thermal)으로 접촉하고, 상기 전력용 반도체 소자의 바닥면은 상기 핀의 상부면에 솔더링 될 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 전력용 반도체 구성 및 열 전도 엘 리먼트 간의 열 접촉 및 전기적인 접촉의 신뢰성이 높아진다.

또한, 상기 전력용 반도체 소자의 바닥면은 상기 핀의 상부면에 인접하고, 상기 회로 보드의 상부면에 인접하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 전력용 반도체 구성은 상기 회로 보드의 반도체의 통로 및 상기 열 전도 엘리먼트와 솔더링 되게 된다.

또한, 상기 버스 바(bus bar)는 전류를 공급하거나 공급받기 위하여 케이블에 연결하는 접속 가능한 블레이드 단자(blade terminal)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 버스 바(bus bar)는 전류를 공급하거나 공급받기 위한 케이블을 연결하기 위한 실(thread) 모양의 스터드(stud)를 포함할 수 있고, 상기 버스 바(bus bar)는 전류를 공급하거나 공급받기 위한 케이블을 연결하기 위한 권축(捲縮, crimp)을 포함할 수 있다. 이러한 경우 안전한 결합 및 단순한 제조가 가능하여 진다.

또한, 상기 버스 바(bus bar)는 상기 회로 보드에 구멍에 마찰에 의해 고정되는 양각 실장 엘리먼트(12)를 포함할 수 있다. 이러한 방법으로 안전한 예비 실장이 가능하여 진다.

또한, 상기 제어 유닛은 제2 버스 바(bus bar)를 더 포함하고, 상기 버스 바(bus bar)와 상기 제2 버스 바(bus bar) 중의 하나는 상기 전력용 반도체 소자로 전류를 공급하는 역할을 하고, 다른 하나는 상기 전역용 반도체 소자로부터 전류를 제거하는 역할을 할 수 있다. 상기 방열기는 상기 버스 바(bus ba)와 상기 제2 버스 바 상에 배치되고, 상기 방열기는 절연층에 의해 갈바닉식으로(galvanically) 상기 버스 바와 상기 제2 버스 바로부터 분리될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전력용 반도체 소자는 표면 실장 장치(surface mounted device)로 제작될 수 있다.

또한, 복수개의 상기 전력용 반도체 소자는 상기 회로 보드에 배치되고, 각각의 전력용 반도체 소자는 상기 회로 보드의 각각의 개구부를 통하여 상기 버스 바(bus bar)와 전기적 및 열적(thermal)으로 연결될 수 있다. 이러한 방법으로, 몇몇의 전력용 반도체 소자들은 전류를 공급받음과 동시에 공통의 방열기에 의해서 냉각될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 회로 보드의 상부에 형성된 전력용 반도체 소자, 상기 회로 보드의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자와 열 접촉 및 전기적인 접촉을 하는 열 전도 엘리먼트, 상기 회로 보드의 바닥면에 인접하고 상기 열 전도 엘리먼트와 열적(thermal) 및 전기적인 접촉이 있는 버스 바(bus bar), 및 상기 상기 버스 바(bus bar) 상에 형성되어 상기 전력용 반도체 소자의 구동 중에 발생되는 열을 제거하기 위한 방열기(heat sink, 5)를 포함하는 전기 제어 유닛을 제작하는 방법에 있어서, 상기 제작방법은, 상기 회로 보드를 상기 회로 보드의 대응되는 개구부에 아래로부터 돌출하는 적어도 하나의 핀을 포함하여, 상기 핀의 상부는 상기 회로 보드의 상면과 같은 높이가 되는 것을 특징으로 하는 버스 바(bus bar)에 예비적으로 기계적인 고정을 함으로써 조립 부품을 갖추는 단계, 상기 조립 부품의 상면에 솔더링 페이스트를 적용하는 단계, 상기 조립 부품의 상면에 상기 전력용 반도체 소자를 장착하여, 상기 전력용 반도체 소자가 상기 회로 보드의 상면과 상기 핀의 상면에 인접하게 되는 단계, 및 상기 전력용 반도체 소자 를 상기 회로 보드 및 핀에 솔더링하는 단계를 포함한다.

또한, 방열기(heat sink)를 상기 버스 바(bus bar)에 부가적으로 연결시키고, 바람직하게는 열전도 전기절연층을 통하여 연결시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 버스 바(bus bar)는 상기 조립 부품의 한 측면에서 돌출되는 전기 단자를 포함할 수 있다.

또한, 상기 솔더링 페이스트는 스크린 프린팅 기법에 의해 적용될 수 있다. 이에 더하여, 상기 전력용 반도체 소자는 리플로우(reflow) 솔더링에 의해서 회로 보드 및 핀에 솔더링 되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 솔더링 페이스트를 적용하는 단계, 상기 전력용 반도체 소자를 장착하는 단계, 및 솔더링을 하는 단계에 있어서는, 전형적인 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD) 생산 라인에 의해서 수행될 수 있다. 따라서, 상기 제어 유닛은 현존하는 제조 장치에의해 제작될 수 있어, 효율적이고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

바람직하게는, 금속 시트의 띠를 깊이를 가지도록 늘여 상기 버스 바(bus bar)의 핀이 형성될 수 있다. 또한, 고체 금속 열 전도 엘리먼트를 일정하게 배열된 구멍을 가지는 금속 시트의 띠에 가압하여 상기 버스 바(bus bar)의 핀이 형성될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 버스 바 및 열 전도 엘리먼트는 비용을 절감할 수 있는 방법으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 핀을 상기 회로 보드의 개구부에 가압하여, 상기 회로 보드가 상기 버스 바(bus bar)에 예비적 및 기계적으로 고정될 수 있다. 또한, 상기 버스 바(bus bar)는 양각의 실장 엘리먼트를 포함하고, 상기 실장 엘리먼트는 상기 회로 보드에 송곳부에 마찰에 의해 고정되어, 상기 회로 보드가 상기 버스 바(bus bar에 예비적 및 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 상기 회로 보드 및 상기 버스 바는 쉽게 조립될 수 있는 구조를 가지게 된다. 특히, 전기적인 구성을 장착함에 있어서 쉽게 조립될 수 있는 구조를 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 단순하고 비용을 절감하는 전류의 공급 및 표면 실장된 반도체 스위치의 열 제거를 가능하게 한다. 버스 바는 열 전도 엘리먼트를 통하여, 상기 반도체 스위치와 전기적 및 열적(thermal) 접촉을 한다. 상기 반도체 스위치의 구동중에 발생된 열은 방열기 상에 배열된 버스 바를 통하여 제거된다. 상기 버스 바는 단순하고, 평평한 엘리먼트이고, 상기 회로 보드의 바닥면에 인접하여 있다. 상기 버스 바 및 회로 보드는 조립부품을 형성하고, 상기 조립 부품은 이어지는 조립 과정을 위하여 일반적인 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD) 제조 라인을 통과할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 제어 유닛의 사시도이다. 상기 제어 장치는 회로 보드(1), 상기 회로 보드(1)에 솔더링 된 반도체 스위치(2), 커스텀 버스 바(bus bar, 3), 열 전도 절연 호일(foil, 4) 및 방열기(heat sink, 5)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예는 도 2a에 정면도로써, 도 2b 내지 2d에 단면도로써 표현된다. 적어도 하나 이상의 구멍(11)을 가지는 회로 보드(1)는 핀 모양의 스템핑(31)을 가지는 평평한 버스 바(bus bar)와 결합되어, 조립을 위한 준비가 완료된다. 상기 버스 바(bus bar, 3)의 핀(31)은 상기 회로 보드(1)의 구멍(11)으로 가압되며, 상기 핀(31)의 상면은 상기 회로 보드의 상면, 즉, 상기 회로 보드의 구리층(12)과 높이가 같아진다. 상기 버스 바(bus bar)는 상기 회로 보드의 바닥면에 인접하고, 전체적인 두께는 단지 몇 밀리미터만 증가된다. 따라서, 조립 부품이 사각형 회로 보드처럼 전형적인 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD) 제작 라인에서 진행될 것이다.

상기 반도체 스위치는 상기 회로 보드상에 위치되고, 다른 표면 실장 장치(SMD) 요소에 솔더링 된다. 상기 반도체 스위치는 상기 회로 보드의 구리층(12)위 및 상기 핀(31)의 상면에 인접한다. 따라서, 상기 반도체 스위치(21)와 상기 버스 바의 핀의 상면(bus bar, 32) 간의 접촉이 연장된다. 상기 반도체 스위치(2), 핀(31) 및 회로보드(1)간의 공동(6)은 액체 솔더에 의해 채워진다. 상기 반도체 스위치와 버스 바(bus bar) 사이의 최적의 열적(thermal) 및 전기적인 연결이 이루어진다.

상기 방열기(heat sink, 5)는 양질의 열적인(thermal) 연결을 달성하기 위하여 넓은 영역에 걸쳐 상기 버스 바(bus bar, 3)와 연결된다. 예를 들어, 이러한 것들은 접착하거나 가압함으로써 이루어 질 수 있다. 게다가, 상기 버스 바(bus bar, 3)의 예를 들어, 절연 같은 갈바닉 분리 및 방열기(heat sink, 5)는 절연 호일(foil, 4)과 같은 수단에 의해 간단한 방법으로 이루어 질 수 있다. 상기 절연 호일(foil, 4)은 열 전달을 방해하지 않도록 가능한한 얇게 형성한다. 상기 절연 호일은 고정 기능을 위하여 양면 부착 필름을 포함할 수 있다. 조립의 관점에서 본다면, 상기 버스 바(3)와 회로 보드(1)의 결합에 앞서 상기 방열기(5), 절연 호일(4), 및 버스 바(3)의 예비 조립도 가능하다. 또한, 상기 접착 호일은 상기 방열기 또는 버스 바에 적용되는 접착층에 의해 대체될 수 있다.

상기 방열기는 바람직하게는 미리 조립된(prefabricated) 알루미늄 프로파일을 포함할 수 있다. 알루미늄 프로파일 대신에, 하우징의 금속 베이스 플레이트 역시 사용될 수도 있다. 상기 베이스 플레이트의 내부면은 버스 바와 결합하기 위하여 띠모양의 홈들을 포함할 수 있다. 따라서, 버스 바 및 회로 보드는 조립 이후에 상기 베이스 플레이트에 의해서 지지되게 된다.

도 3a는 핀(31)을 가지는 넓게 늘어진 구성으로 이루어진 버스 바(3)의 형태를 보여준다. 깊이를 가지도록 늘임으로써, 특별한 비용 절감 효과와 버스 바(3)의 정확한 제조가 가능하게 된다. 상기 버스 바는 더 이상 추가되는 공정 없이 평평하고 실질적으로 사각형상인 금속 시트의 띠로부터 만들어진다. 이 공정 방법은, 예를 들어, 상기 버스 바(3)의 한 끝에 결합가능한 접촉점(33)을 형성함으로써 상기 버스 바(3)로부터 케이블로 안전한 전류를 공급하거나 공급받게 한다. 또한, 접촉 핀 또는 바늘모양의 막대가 예를 들어 상기 버스 바에 가압될 수 있어서 그곳에 케이블을 연결할 수 있다. 다른 접촉 방법으로써, 금속 시트의 띠로부터 바로 형성될 수 있는 크림프(crimp) 연결도 가능하다.

본 발명의 제2 실시예는 도 4a에 정면도로 도시되고, 도 4b 내지 4d에는 단 면도로 도시된다. 상기 버스 바(7)는 금속 시트 띠에 평이한 구멍을 뚫음으로써 형성된다. 금속 시트 띠는 바람직하게는 평평하고, 기본적으로 사각형의 형상이 될 수 있다. 상기 회로 보드(1)에 있는 구멍으로 돌출되는 핀은 금속 시트 띠로부터 형성되지 않고, 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 실시예에서는, 별개의 꽉 찬 실린더 형상의 구성(8)을 금속 시트의 띠(7)에 가압하여 형성한다. 따라서, 상기 버스 바는 특별히 간단하고, 비용을 줄일 수 있는 방법으로 제작될 수 있게 된다. 앞서 언급된 방법에는 이외의 제조 단계가 수행될 수 있다. 이것은 상기 버스 바(7)와 상기 반도체 스위치(2) 간의 열적(thermal) 연결이 향상되는 이점을 가진다.

이러한 변화의 대안으로써, 도 3c를 참조하면, 상기 핀(8)이 먼저 가압되어 들어가고, 상기 회로 보드(1)에 솔더링 되는 것 또한 가능하다. 이러한 조립에서는 상기 버스 바 및 핀(8)이 상기 구멍(71)에 의해 결합되며, 예를 들어, 상기 양각 피팅 돌출부(81)의 형성에 의해 결합될 수 있다.

상기 방열기 없이 상기 일체로 형성된 열 전도 엘리먼트만을 포함하는 버스 바는 결합할 수 있는 접촉을 통하여 전류를 공급하고, 각각의 전력용 반도체에 전류를 배분하고, 전력용 반도체에 열을 분산하고, 회로 보드의 다른 면으로 열을 전달하는, 다시 말하면, 상기 전력용 반도체의 반대 면으로 열을 방산하는 역할을 한다. 열을 방산하는 것은 상기 전력용 반도체로부터 유입되는 열 흐름의 입력 단면적이 상기 방열기로 열을 흐르게 하는, 상기 버스 바의 일부인, 열 전도 엘리먼트에서의 열 흐름 출력 단면적보다 작다는 것을 의미한다.

예를 들어, 좀 더 많은 열 전달과 수송이 상기 방열기를 통하여 주위의 공기 로 이루어진다. 가능한 한 큰 면적을 가지는 표면을 통하여 상기 버스 바와 상기 방열기를 연결시킴으로써, 두 요소를 전기적으로 절연시키기 위한 얇은 절연 호일(foil)이 단지 근소하게만 상기 버스 바와 방열기 간의 열 전달을 약화시킨다. 상기 절연 호일이 ‘d’의 두께로 위치하는 전달 표면(A)이 더 커질수록, 상기 절연 호일의 열 저항 결과값(Rth)은 더 작아진다. (Rth ~ d/A)

따라서, 상기 일체로 형성된 열 전도 엘리먼트를 가지는 버스 바는 상기 회로 보드를 통하는 고성능의 열 전달기능을 가지게 되고, 또한, 바람직하게 전기적으로 절연되는 방열기로 열을 방출하는 기능을 가지게 된다.

본 발명에 따른 열 제거 기능을 가지는 버스 바의 또 다른 이점은 상기 방열기와 결합된 버스 바는 상기 반도체 스위치 사이에 열적(thermal) 결합을 공급한다는 점이다. 반도체 스위치 중 하나가 고장나서 과도한 열이 발생하는 경우, 상기 방열기 전체는 다른 반도체 스위치들을 스위칭 오프시켜 열을 제거할 것이다. 이것은 고장의 경우 상기 제어 유닛의 안정성을 좀 더 개선한다. 본 발명은 각각의 개별적인 열 전도 엘리먼트들이 더 이상 회로에 실장되지 않고, 따라서 버스 바에 연결되어, 각각의 개별적인 요소들은 평평한 금속 시트의 띠를 펀칭하고 형성하여 하나의 제조 공정 프로세스에 의해 제조됨으로써 제작과 조립에 실질적인 단순화를 가져왔다. 동시에, 상기 띠의 한 끝은 또한 결합가능한 연결을 위하여 접촉 블레이드로 형성될 수 있다. 상기 열 제거 기능을 가지는 버스 바는 전류 분배기능 열 제거 기능 및 연결할 수 있는 접촉부를 제공하는 세 가지 기능을 가진다.

상기 일체로 형성되는 열 전도 엘리먼트를 가지는 버스 바는 한번의 조립 및 결합 프로세스에 의해 상기 회로 보드에 결합되도록 제작된다. 전기 및 열 전도도는 솔더링 프로세스에 의해 얻어진다. 상기 버스 바가 상기 회로 보드에 예비적으로 기계적으로 고정된 뒤에는, 솔더링 페이스트는 일반적으로 스크린 프린팅의 방법으로 상기 회로 보드에 적용된다. 또한, 솔더링 페이스트는 상기 돌출된 열 전도 엘리먼트에 적용될 수 있다. 순차적으로, 상기 전력용 반도체 및 다른 전기 요소가 장착된다. 후행되는 리플로우(reflow) 프로세스에서는, 상기 열 전도 엘리먼트, 상기 전력용 반도체 및 다른 요소들 과 상기 회로 보드는 동시에 서로 솔더링된다.

도 5는 제2 버스 바(10)의 배열을 나타낸다. 상기 버스 바는 상기 반도체 스위치의 전류 공급 및 열 제거를 위해 작동하는 상기 제1 버스 바(3)와 같은 형태를 띨 수 있다. 두 개의 버스 바로 구성된 이러한 배열은 고전류가 회로에 공급되거나, 다시 머징(merging)되기 전에 몇몇의 반도체 스위치로 배분해야할 때에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 전류의 전달 용량을 증가시키기 위하여 회로 보드의 몇개의 반도체 스위치가 평행하게 연결되는 경우이다. 상기 제2 버스 바(10)의 핀은 또한 상기 회로 보드의 구멍을 통하여 상부 면으로 돌출된다. 하지만, 반도체 스위치는 솔더링 되지 않는다. 상기 핀을 가지는 버스 바의 반도체 스위치 또는 회로 보드의 다른 요소에의 전기적인 연결은 상기 핀이 솔더링 되는 상기 회로 보드의 구리 영역에 의해 이루어진다.

도 6은 상기 버스 바 및 회로 보드의 선택적인 실장을 보여준다. 상기 열 전도 엘리먼트는 양각의 실장 엘리먼트(12)를 포함한다. 상기 양각 실장 엘리먼트(12)는 상기 회로 보드의 구멍(13)과 연결되어, 안전한 예비 조립이 가능 해진다. 이것은 상기 실장 엘리먼트를 크게 형성함으로써 이루어지며, 이로 인하여 상기 회로 보드의 구멍에 맞추는 가압이 가능해진다. 또한, 적어도 두 개의 실장 엘리먼트(도 6의 121 및 122)는 상기 회로 보드와의 마찰에 의한 고정을 위하여 프리텐션(pretension, F) 하에서 결합될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 제어 유닛의 사시도이다.

도 2a는 도 1의 제어 유닛을 나타내는 정면도이다.

도 2b는 도 2a의 제어 유닛을 A-A’을 따라 절단한 단면도이다.

도 2c는 도 2b의 ‘Z’ 부분을 확대한 확대 단면도이다.

도 2d는 도 2c의 ‘W’ 부분을 확대한 확대 단면도이다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스 바(bus bar)를 나타내는 사시도이다.

도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스 바(bus bar)를 나타내는 사시도이다.

도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 설비를 갖춘 회로 보드를 나타내는 사시도이다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 유닛을 나타내는 정면도이다.

도 4b는 도 4a의 제어 유닛을 B-B’을 따라 절단한 단면도이다.

도 4c는 도 4b의 ‘Y’ 부분을 확대한 확대 단면도이다.

도 4d는 도 4c의 ‘X’ 부분을 확대한 확대 단면도이다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 유닛을 나타내는 사시도이다.

도 5b는 도 5a의 제어 유닛을 나타내는 정면도이다.

도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 유닛을 나타내는 정면도이다.

도 6b는 도 6a의 제어 유닛을 C-C’을 따라 절단한 단면도이다.

도 6c는 도 6a 및 6b의 버스 바(bus bar)를 나타내는 사시도이다.

< 도면부호에 대한 간단한 설명 >

1 : 회로 보드 11 : 구멍

12 : 구리층

2 : 전력용 반도체 소자 21 : 반도체 스위치의 바닥면

3 : 버스 바 31 : 핀

32 : 버스 바의 핀의 상면 33 : 결합가능한 접촉부

4 : 열 전도 절연층

5 : 방열기 6 : 공동

7 : 버스 바 71 : 구멍

8 : 핀 81 : 양각 피팅 돌출부

10 : 제2 버스 바 101 : 핀

11 : 회로 보드 111 : 구멍

112 : 구리층

12, 121, 122 : 양각의 실장 엘리먼트

13 : 구멍

Claims

회로 보드(1) 및 상기 회로 보드(1)의 상부에 형성된 전력용 반도체 소자(2); 상기 회로 보드(1)의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자(2)와 열 접촉하는 열 전도 엘리먼트(31, 8); 상기 회로 보드(1)의 하부에 형성되어 상기 전력용 반도체 소자(2)의 구동 중에 발생되는 열을 제거하기 위한 방열기(heat sink, 5)를 포함하는 전기 제어 유닛에 있어서,

상기 회로 보드(1)의 바닥면에 평평하게 인접하고 상기 열 전도 엘리먼트(31, 8)와 열적(thermal) 및 전기적인 접촉이 있는 버스 바(bus bar, 3, 7)를 포함하고,

상기 열 전도 엘리먼트(31, 8)는 상기 회로 보드(1)의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자(2)와 전기적으로 연결되어, 상기 전력용 반도체 엘리먼트(2)에 전류를 공급하거나 전류를 제거하는 역할을 하고,

상기 방열기(heat sink, 5)는 상기 버스 바(bus bar, 3, 7) 상에 배치되어 열적(thermal) 접촉을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 방열기(heat sink, 5) 및 버스 바(bus bar, 3, 7)는 상기 열 전도 절연층(4)에 의해서 갈바닉식으로(galvanically) 분리된 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제2항에 있어서,

상기 열 전도 절연층(4)은 접착성을 가지는 박(foil) 또는 접착성을 가지는 층인 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 편평하고, 실질적으로 사각형 띠 모양의 금속 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 열 전도 엘리먼트(31, 8) 및 버스 바(bus bar, 3, 7)는 금속 시트의 띠를 깊이를 가지도록 늘여 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 열 전도 엘리먼트(31, 8)는 실질적으로 원기둥 형상인 금속의 솔리드(solid) 부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제6항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 금속 시트의 평평한 띠로부터 형성되고, 상기 평평한 띠는 상기 열 전도 엘리먼트(31, 8)이 가압되는 부분에 펀치 홀(hole)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 열 전도 엘리먼트(31, 8)는 핀(31)을 포함하고, 상기 핀은 상기 회로 보드(1)의 개구부를 통과하여, 상기 핀의 상부면(32)이 상기 회로 보드(1)의 상면과 같은 높이가 되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제8항에 있어서,

상기 핀(31)은 상기 회로 보드(1)의 개구부에 확실하게 맞는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제8항에 있어서,

상기 전력용 반도체 소자(2)의 바닥면(21)은 상기 핀(31)의 상부(32)와 전기적 및 열적(thermal)으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제8항에 있어서,

상기 전력용 반도체 소자(2)의 바닥면(21)은 상기 핀(31)의 상부면(32)에 솔더링 되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제8항에 있어서,

상기 전력용 반도체 소자(2)의 바닥면(21)은 상기 핀(31)의 상부면(32)에 인접하고, 상기 회로 보드(1)의 상부면에 인접하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 전류를 공급하거나 공급받기 위하여 케이블에 연결하는 접속 가능한 블레이드 단자(blade terminal, 33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 전류를 공급하거나 공급받기 위한 케이블을 연결하기 위한 나사산이 형성된 스터드(stud)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 전류를 공급하거나 공급받기 위한 케이블을 연결하기 위한 권축(捲縮, crimp)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 상기 회로 보드(1)에 구멍(13)에 마찰에 의 해 고정되는 양각 실장 엘리먼트(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

제2 버스 바(bus bar, 10)를 더 포함하고,

상기 버스 바(bus bar, 3, 7)와 상기 제2 버스 바(bus bar, 10) 중의 하나는 상기 전력용 반도체 소자(2)로 전류를 공급하는 역할을 하고, 다른 하나는 상기 전역용 반도체 소자(2)로부터 전류를 제거하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제17항에 있어서,

상기 방열기(5)는 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)와 상기 제2 버스 바(bus bar, 10) 상에 배치되고, 상기 방열기(5)는 절연층(4)에 의해 갈바닉식으로(galvanically) 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)와 상기 제2 버스 바(bus bar, 10)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

상기 전력용 반도체 소자(2)는 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD)로 제작되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
제1항에 있어서,

복수개의 상기 전력용 반도체 소자(2)는 상기 회로 보드(1)에 배치되고, 각각의 전력용 반도체 소자(2)는 상기 회로 보드(1)의 각각의 개구부를 통하여 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)와 전기적 및 열적(thermal)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛.
회로 보드(1)의 상부에 형성된 전력용 반도체 소자(2), 상기 회로 보드(1)의 개구부를 통하여 상기 전력용 반도체 소자(2)와 열 접촉 및 전기적인 접촉을 하는 열 전도 엘리먼트(31, 8), 상기 회로 보드(1)의 바닥면에 인접하고 상기 열 전도 엘리먼트(3.1, 8)와 열적(thermal) 및 전기적인 접촉이 있는 버스 바(bus bar, 3, 7), 및 상기 상기 버스 바(bus bar, 3, 7) 상에 형성되어 상기 전력용 반도체 소자(2)의 구동 중에 발생되는 열을 제거하기 위한 방열기(heat sink, 5)를 포함하는 전기 제어 유닛을 제작하는 방법에 있어서, 상기 제작방법은,

상기 회로 보드(1)를 상기 회로 보드(1)의 대응되는 개구부에 아래로부터 돌출하는 적어도 하나의 핀을 포함하여, 상기 핀의 상부는 상기 회로 보드(1)의 상면과 같은 높이가 되는 버스 바(bus bar, 3, 7)에 예비적으로 기계적인 고정을 함으로써 조립 부품을 갖추는 단계;

상기 조립 부품의 상면에 솔더링 페이스트를 도포하는 단계;

상기 조립 부품의 상면에 상기 전력용 반도체 소자를 장착하여, 상기 전력용 반도체 소자가 상기 회로 보드(1)의 상면과 상기 핀의 상면에 인접하게 되는 단계; 및

상기 전력용 반도체 소자를 상기 회로 보드(1) 및 핀에 솔더링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작방법.
제21항에 있어서, 방열기(heat sink)를 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)의 바닥면에 안착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작방법.
제22항에 있어서, 상기 방열기는 열 전도성 및 전기 절연성 층을 통하여 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)와 연결된 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작방법.
제21항에 있어서, 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 상기 조립 부품의 한 측면에서 돌출되는 전기 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 상기 솔더링 페이스트는 스크린 프린팅 기법에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 상기 전력용 반도체 소자는 리플로우(reflow) 솔더링에 의 해서 회로 보드(1) 및 핀에 솔더링 되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 상기 솔더링 페이스트를 적용하는 단계, 상기 전력용 반도체 소자를 장착하는 단계, 및 솔더링을 하는 단계에 있어서는, 전형적인 표면 실장 장치(Surface Mounted Device; SMD) 생산 라인에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 금속 시트의 띠를 깊이를 가지도록 늘여 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)의 핀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 고체 금속 열 전도 엘리먼트를 일정하게 배열된 구멍을 가지는 금속 시트의 띠에 가압하여 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)의 핀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 상기 핀을 상기 회로 보드(1)의 개구부에 가압하여, 상기 회로 보드(1)가 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)에 예비적 및 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.
제21항에 있어서, 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)는 양각의 실장 엘리먼트(12)를 포함하고, 상기 실장 엘리먼트는 상기 회로 보드(1)에 구멍(13)에 마찰에 의해 고정되어, 상기 회로 보드(1)가 상기 버스 바(bus bar, 3, 7)에 예비적 및 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 제어 유닛의 제작 방법.