KR20230118179A - 제어 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 방법은 하우징, 상기 하우징에 배치된 제어 전자 장치 및 적어도 하나의 전기 피드스루를 갖는 제어 장치에 관한 것이다. 전기 피드스루를 통해, 제어 장치의 하우징 외부에 배치된 부하에 전류가 제공될 수 있다. 전기 피드스루는 하우징에 배치되어 있다. 하우징은 적어도 부분적으로 액밀하고 전기 피드스루는 하우징의 액밀 영역에 배치된다. 전기 피드스루에는 금속 코어와 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연체가 있다. 금속 코어에는 단부면이 있다. 제 1 본딩 연결부는 금속 코어의 단부면과 제어 전자 장치 사이에 제공되며, 상기 제 1 본딩 연결부는 단부면에 레이저 본딩된다.

Description

제어 장치 및 제조 방법

본 발명은 제어 장치 및 제어 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

내부에 배치된 제어 전자 장치를 갖는 제어 장치를 기체 또는 액체 매체에 대해 밀봉하는 것은 종래 기술로부터 알려져 있다. 전기 피드스루들은 제어 장치의 밀봉된 하우징 외부에서 전류 또는 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이런 피드스루들은 일반적으로 원형 금속 코어로 구성되며, 상기 원형 금속 코어는 하우징으로부터 금속 코어의 전기 절연을 달성하기 위해 유리로 캡슐화된다. 유리와 금속 코어의 조합은 유체, 즉 가스 또는 액체에 대한 밀봉을 초래한다. 금속 코어를 제어 전자 장치에 연결하기 위해 전도성 요소가 용접, 납땜 또는 플러깅될 수 있다. 납땜 또는 용접 시 용접 또는 납땜 공정 중에 발생하는 고온으로 인해 유리에 균열이 생길 수 있으므로 전기 피드스루가 가스나 액체에 대해 누출될 수 있다. 플러그 연결 시에도 절연체에 대한 기계적 영향이 발생하여 누출이 발생할 수 있다. 또한 제어 전자 장치 측에 해당 플러그인 요소가 배치되어야 하므로 제조 공정이 더욱 복잡해진다.

본 발명의 과제는, 전기 피드스루가 제어 전자 장치에 안정적으로 연결되고 이 프로세스 동안 전기 피드스루의 절연체, 특히 유리를 포함하는 절연체의 손상이 발생할 가능성이 없는, 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 상응하는 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 대상들에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.

제어 장치에는 하우징, 상기 하우징에 배치된 제어 전자 장치 및 적어도 하나의 전기 피드스루가 있다. 상기 전기 피드스루에 의해, 제어 장치의 하우징 외부에 배치된 부하에 전류가 제공될 수 있다. 부하는 바람직하게는 전기 구동식 압축기이고 제어 장치는 바람직하게는 전기 구동식 압축기를 제어한다. 부하는 바람직하게는 작동 중에 유체가 흐르는 부품, 특히 밸브 또는 펌프일 수 있다.

이를 위해 전기 피드스루가 하우징에 배치되고 하우징은 적어도 부분적으로 액밀하다. 전기 피드스루는 하우징의 액밀 영역에 배치된다. 전기 피드스루에는 금속 코어와 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연체가 있다. 금속 코어는 단부면을 가지며, 금속 코어의 단부면과 제어 전자 장치 사이에 제 1 본딩 연결부가 배치된다. 제 1 본딩 연결부는 단부면에 레이저 본딩된다.

전기 피드스루의 금속 코어는 금속 코어를 둘러싸는 절연체에 의해 하우징과 격리되어 하우징과 단락을 일으키지 않으면서 하우징 외부에서 부하에 전류가 잘 공급될 수 있다. 필요하다면, 하우징은 완전히 액밀 방식으로 폐쇄될 수 있고, 예를 들어 제 1 하우징 절반부 및 제 2 하우징 절반부를 가질 수 있으며, 상기 하우징 절반부들 사이에는 시일이 배치된다. 제어 장치는, 적어도 하우징의 액밀 영역에서 유체, 즉 기체 또는 액체가 외부로부터 하우징에 도달할 수 있고 하우징의 액밀 영역에서 유체의 침투가 방지되어야 하는 방식으로 예를 들어 차량에 설치될 수 있다. 금속 코어의 단부면은 하우징 내부에 배치될 수 있어 제 1 본딩 연결부가 금속 코어와 제어 전자 장치 사이의 전기 연결을 제공하고, 상기 제 1 본딩 연결부를 통해, 전류가 제어 전자 장치로부터 전기 피드스루를 통해 외부로 부하를 향해 전도될 수 있다.

이 경우 절연체는 유리를 포함할 수 있으며, 예를 들어 유리층의 형태로 설계될 수 있다. 유리는 전기 및 유체 절연체를 형성한다. 절연체는 전기 피드스루 영역에서 유체가 하우징 내로 흐르는 것을 방지한다. 부하가 압축기로 설계된 경우, 부하의 부하 하우징 내부 유체는 높은 압력을 가질 수 있다. 하우징의 일부가 동시에 부하 하우징을 형성하는 경우, 압력을 받은 유체는 전기 피드스루 영역의 요소들에 직접 작용한다. 절연체는 또한 고무 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 언급된 재료들의 조합도 가능하다.

제 1 본딩 연결부는 본딩 와이어 또는 본딩 리본을 포함할 수 있다. 제 1 본딩 연결부가 단부면에 레이저 본딩되기 때문에, 단부면은 제 1 본딩 연결부에 전기 전도 방식으로 연결되며, 레이저 본딩 공정은 단부면과 제 1 본딩 연결부 사이의 전이부에서 연결 영역을 생성하고, 상기 연결 영역은 제 1 본딩 연결부와 금속 코어의 용융된 및 재응고된 재료로 구성된다.

제어 장치의 제조 방법은 다음 단계들을 포함한다:

- 하우징을 제공하는 단계로서, 상기 하우징은 적어도 하나의 전기 피드스루를 갖고, 상기 하우징은 적어도 부분적으로 액밀하며, 상기 전기 피드스루는 하우징의 액밀 영역에 배치되고, 상기 전기 피드스루는 금속 코어와 상기 금속 코어를 둘러싼 절연체를 갖고, 상기 금속 코어는 단부면을 갖는, 상기 하우징을 제공하는 단계;

- 상기 하우징에 제어 전자 장치를 배치하는 단계;

- 상기 금속 코어의 단부면과 상기 제어 전자 장치 사이에 제 1 본딩 연결부를 배치하는 단계;

- 상기 제 1 본딩 연결부를 상기 단부면에 레이저 본딩하는 단계.

제 1 본딩 연결부를 상기 단부면에 레이저 본딩하는 것은 제 1 본딩 연결부가 상기 단부면과 기계적으로 접촉한 다음, 집속된 레이저 빔에 의해 상기 제 1 본딩 연결부와 그 아래 놓인 상기 단부면이 가열되어 부분적으로 용융되는 방식으로 이루어진다. 레이저가 꺼진 후에, 제 1 본딩 연결부와 단부면 사이의 연결 영역이 형성되고, 상기 연결 영역에는 먼저 용융된 다음 다시 응고된, 제 1 본딩 연결부 및 금속 코어의 재료가 배치된다. 이는 금속 코어와 제 1 본딩 연결부 사이에 전기 전도성 및 기계적으로 안정적인 연결을 생성한다.

레이저 본딩에 사용되는 레이저 방사선은 예를 들어 출력이 약 1000와트이고 방출 파장이 1070nm인 파이버 레이저에 의해 제공될 수 있다. 그러나 다른 레이저 유형, 레이저 출력 및 파장도 가능하다. 이 경우, 레이저 빔은 선택적으로 제 1 본딩 연결부에서 레이저 빔의 더 큰 충돌면을 달성하고 따라서 큰 연결면과 낮은 접촉 저항을 달성하기 위해, 원형 진동 방식으로 안내될 수 있다. 제 1 본딩 연결부의 배치 및 레이저 본딩은 선택적으로 공통 단계에서 수행될 수 있다. 이를 위해, 제 1 본딩 연결부의 배치 및 레이저 본딩이 한 단계에서 수행되는, 특히 상기 언급된 레이저 특성을 갖는 상업적 시스템이 사용될 수 있다.

제 1 본딩 연결부를 배치하고 제 1 본딩 연결부를 금속 코어에 레이저 본딩함으로써, 제어 장치 및 제조 방법에 대한 여러 이점들이 달성된다. 우선, 절연체, 특히 절연체의 유리 또는 세라믹 부분에 대한 손상 가능성은, 레이저 본딩 중에 발생하는 온도가 상당히 낮기 때문에 용접 또는 납땜 공정을 통해 연결부를 부착하는 것과 비교하여 감소한다. 또한, 제 1 본딩 연결부는 어느 정도 움직일 수 있어서, 예를 들어 전기 피드스루의 제조 공차뿐만 아니라 전기 피드스루와 제어 전자 장치의 상이한 열팽창을 보상할 수 있다.

제어 장치의 일 실시예에서, 제어 전자 장치는 회로 기판에 배치되고 제 1 본딩 연결부는 회로 기판에 레이저 본딩된다. 제조 공정을 위해, 제 1 본딩 연결부는 회로 기판 상에 배치되고, 제 1 본딩 연결부와 금속 코어의 단부면 사이의 레이저 본딩 절차와 유사한 방식으로 회로 기판에 레이저 본딩된다. 레이저 본딩은 얇은 공작물, 특히 약 100μm 범위의 본딩 연결부, 바람직하게는 본딩 와이어 또는 본딩 리본에 적합한 연결 방법이기 때문에, 제 1 본딩 연결부는 필요한 경우 회로 기판에 직접 레이저 본딩될 수 있다. 이는 특히 간단한 제조 공정을 가능하게 한다.

방법의 일 실시예에서, 버퍼 패드는 회로 기판 상에 배치된다. 제 1 본딩 연결부는 버퍼 패드에 레이저 본딩된다. 버퍼 패드는 예를 들어 납땜과 같은 종래의 방법을 사용하여 회로 기판에 부착되는 금속으로 이루어진 직육면체일 수 있다. 제조 공정 중에 버퍼 패드는 예를 들어 회로 기판에 배치 및 납땜될 수 있거나 버퍼 패드는 제어 전자 장치의 회로 기판에 이미 배치되어 있다. 두 경우 모두 버퍼 패드는 SMD 부품으로 설계될 수 있고 SMD 납땜을 통해 제어 전자 장치에 연결될 수 있다. 버퍼 패드는 버퍼 패드로 인해 먼저 더 두꺼운 금속층(버퍼 패드 자체)이 레이저 본딩 프로세스에 사용 가능하고 두 번째로 버퍼 패드가 레이저 본딩 중에 발생하는 공정 열을 더 쉽게 방출할 수 있게 한다는 점에서 레이저 본딩에서 이점들을 제공한다.

일 실시예에서, 회로 기판은 제 1 본딩 연결부의 영역에서 열 전도 구조물을 갖는다. 열 전도 구조물은 하우징에 열 전도 방식으로 연결되고 하우징으로부터 전기적으로 절연된다. 제조 공정 중에 열 전도 구조물은 이미 제어 전자 장치의 회로 기판의 일부일 수 있다. 열 전도 구조물은 비아(Via), 특히 구리 비아의 형태로 설계되어 열이 비아를 통해 전도될 수 있다. 예를 들어 실리콘 기반의 열 전도 페이스트가 회로 기판과 하우징 사이에 배치될 수 있다. 열 전도 페이스트는 양호한 열 전도율 및 불량한 전기 전도율을 가질 수 있어서, 열 전도 페이스트는 열 전도 구조물로부터 하우징으로의 열 전도를 방해하지 않으면서 하우징으로부터 열 전도 구조물을 전기적으로 절연한다. 이어서, 제조 공정에서, 제어 전자 장치를 배치하기 전에, 하우징 내의 이 지점에 열 전도 페이스트가 적용될 수 있다.

전기 피드스루의 금속 코어는 실질적으로 둥글 수 있다. 즉, 특히 절연체 영역에서 금속 코어가 둥글게 설계되고 절연체가 원형 클래딩 층으로서 금속 코어를 둘러싼다. 이는 공정 기술 측면에서 금속 코어의 다른 단면보다 달성하기 쉽다.

제어 장치의 일 실시예에서, 금속 코어의 단부면은 금속 코어 위로 돌출하는 받침대를 갖는다. 이 받침대는 금속 코어와 일체형 또는 이체형으로 구성될 수 있다. 따라서 금속 코어와 받침대는 하나의 공작물로 제조되거나 2개의 상이한 공작물로 제조되어 서로 연결될 수 있다. 이 경우, 금속 코어의 단부면은 받침대의 단부면이다. 그 결과, 전기 피드스루의 지지면이 확대될 수 있고 따라서 필요에 따라 단부면에서 제 1 본딩 연결부의 레이저 본딩이 단순화될 수 있다.

제어 장치의 일 실시예에서, 전기 피드스루는 부하를 위해 제공되는 전류가 1 암페어 이상, 특히 10 암페어 이상, 바람직하게는 100 암페어의 범위이도록 설계된다. 더 높은 전류, 특히 10 암페어 이상의 범위에서, 각각의 경우에 적어도 하나의 본딩 연결부, 특히 적어도 하나의 본딩 와이어 및/또는 적어도 하나의 본딩 리본이 제공되어야 하는데, 그 이유는 본딩 와이어들이 이러한 고전류에 적합하지 않기 때문이다. 특히 100 암페어 범위의 고전류의 경우, 제 1 본딩 연결부가 단일 본딩 리본 또는 단일 본딩 와이어보다 많은 것, 특히 둘 이상을 포함하는 것이 추가로 제공될 수 있다. 버퍼 패드가 회로 기판에 사용되는 경우, 버퍼 패드가 제 1 본딩 연결부를 연결하기 위해 충분히 큰 면을 제공하기 때문에 이것은 특히 수행되기 쉽다. 이 실시예에서, 전기 피드스루의 영역에서 기존 면을 확장하기 위해 금속 코어의 받침대를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

제어 장치의 일 실시예에서, 전원은 하우징을 통해 라우팅된다. 제어 전자 장치는 제 2 본딩 연결부를 통해 전원에 연결되며, 상기 제 2 본딩 연결부는 전원 및 제어 전자 장치에 레이저 본딩된다. 전원은 전기 피드스루 형태로 설계될 수도 있지만 하우징이 전원의 영역에서 액밀 방식으로 설계되었는지 여부에 따라 기존 플러그 형태로도 설계될 수 있다. 또한, 제 1 본딩 연결부와 관련하여 설명된 버퍼 패드의 장점을 전원의 영역에서도 사용하기 위해 전원 영역에서 버퍼 패드가 제어 전자 장치의 회로 기판에 제공될 수 있다. 제조 공정 중에 제 2 본딩 연결부는 전원 및 제어 전자 장치에 배치되고 제 1 본딩 연결부에 대해 설명된 대로 레이저 본딩된다. 제 1 본딩 연결부의 레이저 본딩 및 제 2 본딩 연결부의 레이저 본딩이 하나의 작업 단계에서, 즉 특히 하나의 기계 내에서 수행될 수 있다는 것이 특히 바람직하다.

또한 추가 신호 플러그들이 하우징에 제공되고, 상기 신호 플러그들에 의해 제어 전자 장치가 외부로부터 제어 신호를 수신하거나 센서들에서 측정값들을 읽을 수 있다. 이러한 신호 플러그들은 단일 작업으로 제어 전자 장치와 신호 플러그의 전기적 연결을 가능하게 하기 위해 제어 전자 장치에 레이저 본딩될 수 있다.

제어 장치의 일 실시예에서, 금속 코어는 구리 또는 철을 포함한다. 구리는 레이저 본딩 프로세스용 재료로 적합하며, 금속 코어는 예를 들어 순도가 99.99% 이상인 순수 구리뿐만 아니라 특정 구리 합금도 포함할 수 있다. 이러한 구리 합금은 예를 들어 구리 외에 0.7~1.4 질량%의 크롬과 소량의 지르코늄을 포함할 수 있다. 나머지 합금은 구리이다. 금속 코어가 철을 포함하는 경우, 특히 예를 들어 45 내지 55 질량%의 철, 45 내지 55 질량%의 니켈 및 최대 0.5 질량%의 실리콘을 포함하는 철-니켈 합금이 제공될 수 있다. 이러한 재료는 레이저 본딩 공정에도 적합하다. 선택은 열팽창과 전기 전도율에 따라 달라진다. 열팽창은 절연체 및/또는 금속 플레이트의 열팽창과 유사해야 한다. 전술한 철-니켈 합금은 이러한 바람직한 특성을 갖는다. 제어 장치의 일 실시예에서, 제 1 본딩 연결부는 구리 또는 알루미늄을 포함한다. 특히, 단면이 2mm x 0.2mm 또는 2mm x 0.3mm 또는 유사한 크기인 구리 리본 또는 동일한 크기의 알루미늄 리본은 금속 코어와 레이저 본딩 연결부을 생성하는데 매우 적합하다. 제 2 본딩 연결부가 전원에 제공되는 경우 제 1 본딩 연결부와 동일한 재료로 구성될 수 있다.

제어 장치의 일 실시예에서, 제어 전자 장치는 모터 컨트롤러를 포함한다. 모터 컨트롤러는 모터로 설계된 부하의 3상 제어를 수행하도록 설계된다. 이를 가능하게 하기 위해 각각의 모터 위상에 대해 적어도 하나의 전기 피드스루가 제공되며, 상기 전기 피드스루들은 각각 제 1 본딩 연결부를 통해 제어 전자 장치에 연결된다. 다소의, 특히 2개, 4개 또는 6개의 전기 피드스루들이 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 3개의 전기 피드스루들이 하우징에 배치되고, 각각 제 1 본딩 연결부를 통해 제어 전자 장치에 연결되며 각각 관련 전기 피드스루의 금속 코어 및 제어 전자 장치에 레이저 본딩된다. 3개의 전기 피드스루들은 각각 UVW라는 문자로 표시된 3상 중 하나를 제공하는데 사용될 수 있다. 3상 제어 대신에, 다른 다중 위상 제어가 제공될 수 있으며 다중 위상 제어의 각 위상에 대해 별도의 전기 피드스루가 제공될 수 있다. 특히, 전기적으로 정류되는 전기 구동 압축기는 3상 및 그에 따른 전기 피드스루들을 갖는다.

압축기, 팬, 펌프, 윈도우 리프터 또는 냉매용 팽창 밸브를 구동할 수 있는 모터가 부하로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 모터와 압축기가 제어 전자 장치에 들어가지 않아야 하는 가스나 액체에 노출되므로 전술한 하우징 밀봉에 의해 바람직한 실시예가 달성될 수 있는 경우가 있을 수 있다. 압축기나 밸브에는 고압의 유체가 있는 것이 바람직하다. 이 유체는 하우징 내로 침투하지 않아야 한다. 제어 장치에 의해 냉매용 팽창 밸브가 구동될 수 있는 경우, 냉매가 제어 전자 장치에 유해할 수도 있기 때문에, 동일하게 적용된다. 수소 시스템에 사용하는 경우에도 수소가 하우징 내로 침투해서는 안 된다. 본 발명에 따른 제어 장치는 변속기 제어기로도 사용될 수 있고, 이 경우 구동될 요소들이 변속기 내부의 하우징 외부에 배치될 수 있고 따라서 변속기 오일에 노출될 수 있으며, 상기 변속기 오일은 제어 장치 또는 제어 장치의 하우징 내로 들어가지 않아야 한다. 또한, 제어 장치는 전기차의 인버터에 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다음 도면들을 참고로 설명된다.

도 1은 부하를 갖는 제어 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 금속 코어와 제 1 본딩 연결부 사이의 연결부의 확대도를 도시한다.
도 3은 추가 제어 장치의 단면도를 도시한다.
도 4는 제조 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 제어 장치의 등각도를 도시한다.
도 6은 압축기의 등각도를 도시한다.
도 7은 피드스루 부품을 도시한다.

도 1은 하우징(110) 및 상기 하우징(110)에 배치된 제어 전자 장치(120)를 갖는 제어 장치(100)의 단면도를 도시한다. 하우징(110)에 인접하여 부하(200)는 부하 하우징 내부(202)를 갖는 부하 하우징(201) 내에 있다. 부하는 특히 전기 구동 압축기이다. 압축기의 경우에, 유체, 특히 기체가 부하 하우징 내부(202)에 있고, 상기 유체의 압력은 하우징(110) 내부의 압력에 비해 크게 증가될 수 있다. 하우징(110)은 또한 전기 피드스루(130)를 가지며, 상기 전기 피드스루(130)를 통해, 하우징(110) 외부에 배치된 부하(200)에 전류가 제공될 수 있다. 하우징(110)은 적어도 부분적으로 액밀하고 전기 피드스루(130)는 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 배치된다. 따라서 액밀 영역(111)에서 하우징(110)은 부하 하우징 내부(202)에 배치된 액체 또는 가스와 같은 유체에 대해 액밀하다.

전기 피드스루(130)는 단부면(132)을 갖는 금속 코어(131)를 포함하고, 상기 단부면(132)은 하우징(110) 내부에 배치된다. 바람직하게는, 금속 코어는 원통형이다. 전기 피드스루(130)는 또한 금속 코어(131)를 둘러싸는 절연체(133)를 갖고, 상기 절연체(133)는 하우징(110)으로부터 금속 코어(131)의 전기 절연을 달성한다. 바람직하게는, 절연체(133)는 금속 코어를 동축으로 둘러싼다. 제어 전자 장치(120)와 금속 코어(131)의 단부면(132) 사이에 제 1 본딩 연결부(140)가 배치된다. 제 1 본딩 연결부(140)는 본딩 와이어 또는 본딩 리본으로 설계될 수 있으며 제어 전자 장치(120)로부터 피드스루(130)로 그리고 부하(200)로 전류를 전도하는 역할을 한다. 제 1 본딩 연결부(140)는 단부면(132)에 레이저 본딩된다. 이는 제 1 본딩 연결부(140)의 재료가 단부면(132)에 배치된 다음 레이저에 의해 조사된다는 것을 의미한다. 레이저 조사에 의해, 금속 코어(131)와 제 1 본딩 연결부(140)가 서로 연결되는 연결 영역이 생성된다. 본딩 연결에 의해 절연체(133)가 손상되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 손상은 액밀성을 감소시켜 유체가 하우징(110) 내로 침투할 수 있게 한다. 본딩 연결부를 형성하는데 약간의 힘과 열만 필요하다.

절연체(133)는 유리, 고무 또는 세라믹 또는 이 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 절연체(133)는 유리로 제조되는 것이 바람직하다. 유리는 전기 절연 및 유체 침투에 대한 절연을 제공한다. 절연체(133)는 특히 유리층 또는 세라믹층으로 설계될 수 있다.

도 2는 제 1 본딩 연결부(140)와 금속 코어(131) 사이의 연결부를 확대도로 도시한다. 연결 영역(141)은 금속 코어(131)로부터 제 1 본딩 연결부(140)로 연장된다. 금속 코어(131) 및 제 1 본딩 연결부(140)의 재료는 레이저 본딩 중에 조사된 레이저의 에너지에 의해 용융되며 레이저의 차단 후에 응고되어 연결 영역(141)을 형성하고, 상기 연결 영역(141)에는 금속 코어(131) 및 제 1 본딩 연결부(140)의 재료가 배치된다. 이를 명확하게 하기 위하여, 연결영역(141)은 파선으로 표시되어 있다. 레이저 본딩은 바람직하게는 금속 코어 내로와 유사한 정도로 본딩 연결부(140) 내로 돌출하는 연결 영역을 가능하게 한다. 레이저 본딩을 사용하면 원하는 방식으로 쉽게 투여하고 사용할 수 있는 양의 에너지가 얻어질 수 있다.

도 3은 기본적으로 도 1의 제어 장치(100)에 상응하지만 추가의 선택적 특징을 갖는 제어 장치(100)의 다른 실시예를 단면도로 도시한다. 아래에 설명되는 개별 추가 특징들은 각각 도 1의 제어 장치(100)에서 개별적으로 추가로 구현될 수 있다. 도 1의 제어 장치(100)에서도 구현될 수 있는, 이러한 다양한 실시예들이 하기에서 설명된다.

일 실시예에서, 제어 전자 장치(120)는 회로 기판(121)에 배치된다. 회로 기판은 회로 캐리어, 특히 전자 부품용 캐리어를 의미하는 것으로 이해된다. 회로 기판은 에폭시 수지, 종이, 섬유 강화 플라스틱, 세라믹 기판(DBC, LTCC, LCTC) 또는 절연 금속(IMS)을 포함한다. 따라서 회로기판은 DBC, LTCC, LCTC, IMS 회로기판으로 설계된다. 제 1 본딩 연결부(140)는 회로 기판(121)에 레이저 본딩된다. 이는 예를 들어 회로 기판(121)의 도체 트랙 상에 제 1 본딩 연결부(140)의 레이저 본딩에 의해 수행될 수 있다. 따라서 제 1 본딩 연결부(140)는 회로 기판(121)에 직접 레이저 본딩될 수 있다.

일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 버퍼 패드(122)가 회로 기판(121) 상에 배치되고, 제 1 본딩 연결부(140)가 버퍼 패드(122)에 레이저 본딩된다. 이 경우, 버퍼 패드(122)는 특히 더 큰 재료 두께를 제공하여, 도 2와 유사한 연결 영역과의 레이저 본딩 프로세스가 더 쉽게 구현될 수 있다.

또한 도 3에는 회로 기판(121)이 제 1 본딩 연결부(140)의 영역에 열 전도 구조물(123)를 갖는 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 열 전도 구조물(123)은 회로 기판(121)을 통해 라우팅되는 비아로 구성될 수 있다. 열 전도 구조물(123)은 하우징(110)에 열 전도 방식으로 연결되고 하우징(110)으로부터 전기적으로 절연된다. 이는 예를 들어 열 전도 구조물(123)의 영역에서 회로 기판(121)과 하우징(110) 사이에 열 전도성이지만 비-전기 전도성인 열 전도 페이스트(124)를 배치함으로써 이루어질 수 있다. 이때 열 전도 페이스트(124)는 실리콘을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(110)은 전기 피드스루(130)를 갖는 액밀 영역(111)을 갖는 하부 부분(112)과 커버(113)로 구성된다. 커버(113)와 하부 부분(112) 사이에 시일(114)이 배치되므로 하우징(110) 전체가 액밀 방식으로 설계될 수 있다.

일 실시예에서, 전기 피드스루(130)는 금속 플레이트(134)를 갖는 피드스루 장치(135)로서 설계되어 있다. 절연체(133)를 갖는 금속 코어(131)는 금속 플레이트(134) 상에 배치되고 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 시일(114)로 고정된다. 이는 필요한 경우 분리 가능한 방식으로 하우징(110) 상에 피드스루 장치(135)를 배치하는 것을 가능하게 하고, 따라서 결함 있는 전기 피드스루(130)를 교체하는 것을 가능하게 한다.

금속 플레이트(134)는 각각의 전기 피드스루(130)에 대해 하나의 리세스, 특히 원통형 연속 리세스, 바람직하게는 홀을 갖는다. 전기 피드스루(130)은 리세스를 통해 라우팅된다. 리세스는 특히 연속 리세스로 설계된다. 금속 플레이트가 형성되지 않은 경우 해당 리세스가 하우징에 형성된다. 예를 들어, 도 3의 금속 플레이트(134)는 제어 장치(100)의 하우징(110)의 일부를 형성함과 동시에 부하(200)의 부하 하우징(201)의 일부를 형성한다. 금속 플레이트는 하우징(110) 내의 리세스를 폐쇄한다. 이것은 바람직하게는 제어 장치의 하우징(110)과 부하 하우징(201) 사이의 리세스를 폐쇄한다. 바람직하게는, 전기 피드스루(130) 및 절연체(133)를 갖는 금속 플레이트(134)가 제조된 다음, 이를 위해 제공된 리세스 내로 일부로서 삽입될 수 있다. 특히, 금속 플레이트는 용접, 납땜, 접착, 나사 고정, 리벳팅에 의해 하나 또는 두 개의 하우징에 부착된다. 금속 플레이트는 추가 절연체, 특히 밀봉 링 또는 유리로 밀봉된다.

전기 피드스루(130)의 금속 코어(131) 주위에는 절연체(133)가 형성된다. 절연체는 특히 금속 코어(131)를 중심으로 동축으로 형성된다. 절연체는 리세스 내에 포지셔닝 후 적어도 부분적으로 액화된다. 그 결과, 절연체는 금속 코어(131) 주변의 개방 영역을 폐쇄한다. 절연체(133)는 리세스와 금속 코어(131) 사이의 개방 영역들 및 개구부들을 폐쇄한다.

일 실시예에서, 하우징(110)은 하우징(110)을 통해 라우팅되는 전원(115)을 추가로 갖는다. 이 경우에, 전원(115)은 플레이트, 특히 금속 플레이트, 금속 코어 및 절연체(133)를 갖는 전기 피드스루(130)와 유사하게 설계된다. 이것은 완전 액밀 하우징(110)을 갖는 전술한 실시예와 결합하여 특히 바람직한데, 그 이유는 이 경우에 전원(115)의 영역에서도 유체에 대한 밀봉이 가능하기 때문이다. 하우징(110)이 액밀 영역(111)에서만 액밀한 경우, 도 3에 도시된 전원(115) 대신에 종래의 비액밀 플러그가 선택적으로 설치될 수 있다. 제어 전자 장치(120)는 제 2 본딩 연결부(150)에 의해 전원(115)에 연결된다. 제 2 본딩 연결부(150)는 전원(115)에 레이저 본딩된다. 또한, 제 2 본딩 연결부(150)가 제어 전자 장치(120), 특히 회로 기판(121)에 레이저 본딩되는 것도 가능하다. 또한 선택적으로 추가 버퍼 패드(122)가 여기에 제공될 수 있다.

제어 전자 장치(120)의 회로 기판(121)은 또한 부하(200)를 제어하는데 사용될 수 있는 전자 부품(125)을 갖는다.

도 1 내지 도 3에 도시된 제어 장치들(100)에서, 금속 코어(131)는 구리 또는 철을 포함할 수 있다. 금속 코어(131)는 특히 적어도 99.99%의 구리 함량을 갖는 순수 구리 또는 0.7 내지 1.4%의 크롬 및 소량의 지르코늄을 포함하는 구리 합금으로 제조될 수 있다. 합금은 절연체(133)와 유사한 열팽창과 높은 전도율을 가져야 한다. 상이한 열팽창들로 인해 절연체가 이동한다. 전도율이 낮으면 단면적이 증가한다. 여기에 나열된 합금들은 독창적인 방식으로 요구 사항을 충족시킨다. 또한, 금속 코어(131)는 철-니켈 합금으로 제조될 수 있으며, 이 합금에는 45~55%의 철 함량과 45~55%의 니켈 함량 및 최대 0.5%의 실리콘이 합금 성분으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 없이 52% 니켈과 48% 철의 합금이 제공될 수 있다. 또는 50.8~51.2%의 니켈, 48.8~49.2%의 철 및 최대 0.3%의 실리콘을 포함하는 합금이 제공될 수 있다. 백분율 값은 질량 백분율에 대한 것일 수 있다.

버퍼 패드(122)는 금속 코어(131)와 동일한 재료로 구성될 수 있고 특히 구리로 구성될 수 있다.

제 1 본딩 연결부(140)는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 제 2 본딩 연결부(150)도 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

도 4는 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같은 제어 장치(100)를 제조하기 위한 방법의 흐름도(300)를 도시한다. 제 1 방법 단계(301)에서, 하우징(110)이 제공된다. 하우징(110)은 전기 피드스루(130)를 갖고 부분적으로 액밀하며, 상기 전기 피드스루(130)는 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 배치된다. 전기 피드스루(130)는 금속 코어(131) 및 상기 금속 코어(131)를 둘러싸는 절연체(133)를 갖고, 상기 금속 코어(131)는 또한 단부면(132)을 갖는다. 제 1 방법 단계(301)에서 피드스루 장치(135)로 구성된 전기 피드스루(130)가 먼저 하우징(110) 내로 삽입된다. 피드스루 장치(135)는 전기 피드스루(130) 및 절연체(133)를 포함한다. 피드스루 장치(135)는 전기 피드스루(130)가 삽입되는 리세스, 특히 원통형 연속 홀을 갖는다. 절연체(133)가 용융되어 전기 피드스루(130)의 금속 코어와 금속 플레이트 사이의 영역이 액밀 방식으로 폐쇄된다.

하우징(110)이 도 3에 도시된 바와 같이 하부 부분(112)과 커버(113)를 포함하면, 먼저 하우징(110)의 하부 부분(112)이 제공되고 커버(113)는 추가 방법 단계들 후에야 부착된다. 제 2 방법 단계(302)에서, 제어 전자 장치(120)는 하우징(110)에 배치되고 예를 들어 고정되거나 나사 결합된다. 제 3 방법 단계(303)에서, 제 1 본딩 연결부(140)는 단부면(132)과 제어 전자 장치(120) 사이에 배치된다.

제 4 방법 단계(304)에서, 제 1 본딩 연결부(140)는 단부면(132)에 레이저 본딩되며, 그 결과 도 2에 도시된 연결 영역(141)이 형성될 수 있다. 선택적인 제 5 방법 단계(305)에서, 제 1 본딩 연결부(140)는 회로 기판(121) 또는 버퍼 패드(122)에도 레이저 본딩될 수 있다.

선택적인 제 6 방법 단계(306)에서, 도 3의 제 2 본딩 연결부(150)는 제어 전자 장치(120)와 전원(115) 사이에 배치될 수 있고 레이저 본딩될 수 있으며, 추가로 제어 전자 장치(120) 또는 회로 기판(121)에 대한 제 2 본딩 연결부(150)의 레이저 본딩도 가능하다.

도 5는 제어 장치(100)의 등각도를 도시하며, 하우징(110)은 도 3에서와 같이 하부 부분(112)을 갖는다. 하우징(110) 내에 배치된 구성 요소들을 볼 수 있도록 도 3에 도시된 커버(113)는 생략되어 있다. 물론, 커버(113)는 도 3과 유사하게 하우징(110)의 하부 부분(112)에 배치될 수 있다. 제어 전자 장치(120)는 회로 기판(121)을 갖는다. 제어 전자 장치(120)는 모터 컨트롤러를 포함한다. 모터 컨트롤러는 모터로 설계된 부하(200)의 3상 제어를 수행하도록 설계된다. 이를 가능하게 하기 위해, 3개의 전기 피드스루들(130)이 제공되며, 상기 피드스루(130) 각각은 단부면(132)을 갖고 2개의 제 1 본딩 연결부(140)에 의해 회로 기판(121) 상의 버퍼 패드(122)에 연결된다. 제 1 본딩 연결부(140)와 피드스루(130) 사이 및 제 1 본딩 연결부(140)와 버퍼 패드(122) 사이에, 각각 레이저 본딩 연결부가 이미 설명된 바와 같이 형성된다. 전기 피드스루(130)를 통해 흐르는 총 전류를 증가시킬 수 있도록 각각의 전기 피드스루(130)에 대해 2개의 제 1 본딩 연결부들(140)이 제공된다.

제 1 본딩 연결부들(140)은 도 5에 도시된 실시예에서 각각 본딩 리본으로 설계된다. 이러한 본딩 리본들은 예를 들어 2mm x 0.3μm의 단면을 가질 수 있으므로 고전류에도 적합하다. 특히, 1 암페어보다 큰 전류가 전기 피드스루(130)를 통해 흐르는 것이 제공될 수 있다(예를 들어, 도 1 및 도 3의 실시예에서도). 모터 컨트롤러의 경우, 특히 전류가 10암페어보다 크거나 심지어 100암페어 범위에 있을 수 있다. 전기 피드스루(130)를 통해 100 암페어를 가능하게 하기 위해, 특히 전기 피드스루(130)당 2개의 제 1 본딩 연결부들(140)이 배치된다. 도 3과 관련하여 이미 설명한 열 전도 구조물은 하우징(110)에 대한 우수한 열 연결 및 하우징(110)으로부터의 전기 절연을 가지고 버퍼 패드(122) 아래에 배치된다. 모터 컨트롤러를 위해 일반적으로 흐르는 100 암페어 범위의 전류로, 제 1 본딩 연결부(140)는 작동 중에 최대 200℃로 그리고 버퍼 패드(122)는 최대 100℃로 가열될 수 있으며, 따라서 필요한 전류가 컴포넌트들의 파괴 없이 제공될 수 있다.

하우징(110)의 하부 부분(112)은 추가로 전원(115)의 2개의 극을 가지며, 이 극들은 각각 상단에 금속 플레이트(116)를 갖는다. 금속 플레이트(116)는 각각 2개의 제 2 본딩 연결부(150)에 의해 회로 기판(121)의 버퍼 패드(122)에 연결되고, 제 2 본딩 연결부들(150)은 각각 금속 플레이트(116) 및 버퍼 패드(122)에 레이저 본딩된다. 여기서도, 존재하는 전류를 흡수할 수 있도록, 각각 2개의 제 2 본딩 연결부들(150)이 제공된다.

도 6은 부하(200)에 배치된 도 5의 제어 장치(100)의 등각도를 도시한다. 부하 하우징(201)으로 인해 도시되지 않은 부하(200)는 전기 모터로 설계되고 압축기(205)를 구동하는데 사용된다. 부하는 압축기(205)를 구동하는 전기 모터이다. 압축기(205)를 통해 흐르는 가스는 부하 하우징(201) 내로 들어가고 전기 피드스루(130) 및 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 의해 하우징(110)의 내부로부터 차폐된다. 따라서 제어 전자 장치(120)에 유해할 수 있는, 압축기(205)로 압축된 가스는 제어 전자 장치(120)에 도달할 수 없다. 도 5에서와 같이, 제 6에서도 커버(113)가 도시되어 있지 않다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 전기 모터와 압축기(205) 대신에, 부하(200)는 밸브, 예를 들어 냉매용 팽창 밸브를 포함할 수 있다. 또한 부하는 연료 전지의 일부, 예를 들어 수소 밸브 또는 수소 펌프일 수 있다. 제어 전자 장치(120)에 의해 제어되고 팬 또는 냉각수 펌프를 구동하는 전기 모터가 제공될 수 있으며, 이 경우 팬에 의해 이동된 가스 또는 냉각수는 제어 전자 장치(120)에 도달하지 않아야 하기 때문에 액밀 영역(111)이 제공되어야 한다. 대안적인 부하들은 예를 들어 자동 변속기의 액추에이터, 파워 윈도우 모터, 가솔린 펌프와 같은 펌프 또는 전기차의 인버터일 수도 있다. 이 부품들도 제어 전자 장치(120)에 도달해서는 안 되는 유체에 노출될 수 있다.

도 7은 도 5 및 도 6의 제어 장치(100)에서 사용될 수 있는 피드스루 장치(135)를 도시한다. 피드스루 장치(135)는 금속 플레이트(134)에 각각 삽입되는 금속 코어(131) 및 절연체(133)를 각각 갖는 3개의 전기 피드스루(130)를 갖는다. 단부면(132)은 금속 코어(131) 위로 돌출하는 받침대(136)를 갖는다. 이것은 금속 코어(131)가 단부면(132) 상에 2개 이상의 제 1 본딩 연결부(140)를 배치하는 것을 가능하게 하지 않을 수 있는 직경을 가질 때 특히 바람직하다. 금속 코어(131) 위로 돌출한 받침대(136)로 인해 단부면(132)의 면적이 커진다. 받침대(136)는 금속 코어(131)와 일체형으로 설계되거나 금속 코어(131)에 용접되거나 금속 코어(131)에 연결될 수 있다. 다만, 단부면(132)은 금속 코어(131)와 받침대(136)으로 이루어진 전체 부품의 단부면을 말한다.

도면에 도시된 전기 피드스루(130) 및 전원(115)에 더하여, 신호 플러그들이 하우징(110)에 배치되고, 상기 신호 플러그들이 하우징(110) 내에서 레이저 본딩 프로세스에 의해 제어 전자 장치(120)에 본딩된다. 이를 통해, 레이저 본딩 프로세스를 사용하여 하나의 작업 단계에서 제어 전자 장치가 모든 관련 부품들에 연결될 수 있다. 금속 코어(131) 및 절연체(133)를 갖는 전기 피드스루(130)는 특히 레이저 본딩 프로세스 동안 파괴되기 쉽지 않으므로, 전기 피드스루(130)는 레이저 본딩 후에도 액밀하다. 이를 통해 용접 및 납땜 또는 플러깅 공정에 비해 제조상의 이점이 달성된다.

본 발명이 바람직한 실시예들에 의해 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 다른 변형들이 도출될 수 있다.

100: 제어 장치
110: 하우징
115: 전원
120: 제어 전자 장치
121: 회로 기판
122: 버퍼 패드
123: 열 전도 구조물
130: 전기 피드스루
131: 금속 코어
132: 단부면
133: 절연체
140: 제 1 본딩 연결부
200: 부하

Claims (12)

1. 하우징(110), 상기 하우징(110)에 배치된 제어 전자 장치(120) 및 적어도 하나의 전기 피드스루(130)를 포함하는 제어 장치(100)로서, 상기 전기 피드스루(130)를 통해, 상기 제어 장치(100)의 상기 하우징(110) 외부에 배치된 부하(200)에 전류가 제공될 수 있고, 상기 전기 피드스루(130)는 상기 하우징(110)에 배치되고, 상기 하우징(110)은 적어도 부분적으로 액밀하고, 상기 전기 피드스루(130)는 상기 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 배치되고, 상기 전기 피드스루(130)는 금속 코어(131) 및 상기 금속 코어(131)를 둘러싸는 절연체(133)를 갖고, 상기 금속 코어(131)는 단부면(132)을 갖고, 상기 금속 코어(131)의 상기 단부면(132)과 상기 제어 전자 장치(120) 사이에 제 1 본딩 연결부(140)가 배치되고, 상기 제 1 본딩 연결부(140)는 상기 단부면(132)에 레이저 본딩되는, 제어 장치(100).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 전자 장치(120)는 회로 기판(121) 상에 배치되고 상기 제 1 본딩 연결부(140)는 상기 회로 기판(121) 상에 있는, 제어 장치(100).
3. 제 2 항에 있어서, 버퍼 패드(122)가 상기 회로 기판(121) 상에 배치되고 상기 제 1 본딩 연결부(140)는 상기 버퍼 패드(122)에 레이저 본딩되는, 제어 장치(100).
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 회로 기판(121)은 상기 제 1 본딩 연결부(140)의 영역에 열 전도 구조물(123)을 갖고, 상기 열 전도 구조물(123)은 상기 하우징(110)에 열 전도 방식으로 연결되고, 상기 열 전도 구조물(123)은 상기 하우징(110)으로부터 전기적으로 절연되는, 제어 장치(100).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부면(132)은 상기 금속 코어(131) 위로 돌출하는 받침대(136)를 갖는, 제어 장치(100).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 전원(115)이 상기 하우징(110)을 통해 안내되고, 상기 제어 전자 장치(120)는 제 2 본딩 연결부에 의해 상기 전원(115)에 연결되고, 상기 제 2 본딩 연결부(150)는 상기 전원(115) 및 상기 제어 전자 장치(120)에 레이저 본딩되는, 제어 장치(100).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 코어(131)는 구리 또는 철을 포함하는, 제어 장치(100).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 본딩 연결부(140)는 구리 또는 알루미늄을 포함하는, 제어 장치(100).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 전자 장치(120)는 모터 컨트롤러를 포함하고, 3개의 전기 피드스루들(130)의 단부면들(132)은 제 1 본딩 연결부들(140)을 통해 상기 제어 전자 장치(120)에 연결되며 상기 모터 컨트롤러는 상기 3개의 전기 피드스루들(130)을 통해 상기 부하(200)의 3상 제어를 수행하도록 설계되는, 제어 장치(100).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연체(133)는 유리로 제조되고, 특히 상기 절연체(133)는 상기 전기 피드스루(130)의 영역에서 상기 하우징(110)을 유체 유입에 대해 밀봉하는, 제어 장치(100).
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하(200)는 압축기 하우징을 갖는 압축기로 설계되고, 상기 압축기 내에 증가된 압력이 존재하는, 제어 장치(100).
12. 제어 장치(100)의 제조 방법으로서,
    - 하우징(110)을 제공하는 단계(301)로서, 상기 하우징(110)은 적어도 하나의 전기 피드스루(130)를 갖고, 상기 하우징(110)은 적어도 부분적으로 액밀하고, 상기 전기 피드스루(130)는 상기 하우징(110)의 액밀 영역(111)에 배치되고, 상기 전기 피드스루(130)는 금속 코어(131) 및 상기 금속 코어(131)를 둘러싸는 절연체(133)를 갖고, 상기 금속 코어(131)는 단부면(132)을 갖는, 상기 하우징(110)을 제공하는 단계(301);
    - 상기 하우징(110)에 제어 전자장치(120)를 배치하는 단계(302);
    - 상기 금속 코어(131)의 상기 단부면(132)과 상기 제어 전자 장치(120) 사이에 제 1 본딩 연결부(140)를 배치하는 단계(303);
    - 상기 제 1 본딩 연결부(140)를 상기 단부면(132)에 레이저 본딩하는 단계(304)를 포함하는, 제조 방법.

Images