DE112005002218T5

DE112005002218T5 - Motorsteuervorrichtung und Verfahren zum Montieren der Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112005002218T5
Application number: DE112005002218T
Authority: DE
Inventors: Kenji Kitakyushu Isomoto; Shuhei Kitakyushu Nohara; Shigekatsu Kitakyushu Nagatomo
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-08-09
Also published as: JP2012196132A; US20080007919A1; CN101010861A; JP4548619B2; CN100499327C; JP5141991B2; JPWO2006030606A1; WO2006030606A1; TW200623589A; JP5344270B2; JP2010178625A; TWI366969B; US7679915B2

Abstract

Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert ist,
wobei ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen ist und das Leistungshalbleitermodul in dem Abstandsglied angeordnet ist,
ein Verbindungsteil für die Befestigung des Abstandsglieds auf einer Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein Verbindungsteil, der dem Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf einer Seitenfläche des Abstandsglieds vorgesehen ist, und
der Verbindungsteil auf der Seitenfläche des Abstandsglieds und der Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke miteinander verbunden sind, um das Abstandsglied an der Wärmesenke zu befestigen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung wie etwa eine Wechselrichtervorrichtung oder eine Servopumpe und ein Verfahren zum Montieren derselben sowie insbesondere einen Aufbau zum Positionieren und Befestigen eines Leistungshalbleitermoduls an einem Substrat.
Stand der Technik
Eine Motorsteuervorrichtung wie zum Beispiel eine Wechselrichtervorrichtung verwendet ein Leistungshalbleitermodul, das viel Wärme erzeugt. Aus diesem Grund wird das Leistungshalbleitermodul auf einer Wärmesenke angebracht, um einen Kühleffekt vorzusehen (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1).
Eine herkömmliche Motorsteuervorrichtung wie zum Beispiel eine Wechselrichtervorrichtung ist wie in 5 und 6 gezeigt aufgebaut.
In 5 und 6 gibt das Bezugszeichen 11 eine Wärmesenke an, die zum Beispiel an allen vier Ecken jeweils einen Bolzen 12 aufweist, wobei ein Substrat 15 auf dem Bolzen 12 montiert und an demselben mit einer Schraube 16 fixiert ist. Ein Leistungshalbleitermodul 13 wie etwa ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und ein Temperatursensor 14 sind auf einer unteren Fläche des Substrats 15 montiert. Das Leistungshalbleitermodul 13 wird durch eine Schraube 17 in engem Kontakt mit einer oberen Fläche der Wärmesenke 11 gehalten. Der Temperatursensor 14 ist eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Leistungshalbleitermoduls 13 und zum Schützen der Motorsteuervorrichtung, wenn eine anormale Wärmeerzeugung verursacht wird, wobei der Temperatursensor 14 durch eine Schraube 18 an der Wärmesenke 11 in Nachbarschaft zu dem Leistungshalbleitermodul 13 gehalten wird und über einen Elektrodraht 14a mit dem Substrat 15 verbunden ist.
Die Positionierung und Befestigung des Leistungshalbleitermoduls 13 an dem Substrat 15 innerhalb des Aufbaus wird wie folgt durchgeführt.
Zuerst wird das Leistungshalbleitermodul 13 vorübergehend mit einer Schraube 17 an der oberen Fläche der Wärmesenke 11 fixiert.
Dann wird ein Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 13 mit einem Durchgangsloch (nicht gezeigt) des Substrats 15 ausgerichtet, wobei gleichzeitig geprüft wird, ob ein Schraubeneinsteckloch 15a des Substrats mit der Position des Bolzens 12 ausgerichtet ist. Wenn die beiden nicht miteinander ausgerichtet sind, wird die Position des Leistungshalbleitermoduls 13 verschoben, um die Position zu korrigieren. Wenn die beiden miteinander ausgerichtet sind oder wenn die Position des Leistungshalbleitermoduls 13 korrigiert wurde, sodass das Befestigungsloch des Substrats 15 mit der Position des Bolzens 12 ausgerichtet ist, wird das Substrat 15 mit der Schraube 16 an dem Bolzen 12 fixiert. Dann wird ein Schraubenzieher durch ein Schraubenbefestigungsloch 15b in dem Substrat 15 eingeführt, um die Schraube 17 anzuziehen. Auf diese Weise wird das Leistungshalbleitermodul 13 zuverlässig an der oberen Fläche der Wärmesenke 11 fixiert.
Nachdem das Substrat 15 an dem Bolzen 12 befestigt und fixiert wurde, wir der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 13 auf das Substrat 15 gelötet.
Patentdokument 1: Veröffentlichung JP-A-10-225138 (2)
Beschreibung der Erfindung
Problemstellung
Der Aufbau aus dem Stand der Technik weist die folgenden Probleme auf.

(1) Die Motorsteuervorrichtung wird mit einer Wechselhochspannung von etwa 200V oder 400V betrieben. Deshalb muss ein ausreichender Isolationsabstand zwischen der Wärmesenke und dem Substart sowie zwischen der Wärmsenke und dem Leistungshalbleitermodul aufrechterhalten werden. Dadurch wird eine Verkleinerung der Isolationsabstände begrenzt und damit auch eine Größenverkleinerung der Motorsteuervorrichtung beschränkt.
(2) Das Leistungshalbleitermodul wird vorübergehend an der Wärmesenke fixiert, und der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls wird mit dem Durchgangsloch des Substrats ausgerichtet, wobei dann das Substrat mit der Schraube befestigt und fixiert wird. Aus diesem Grund ist eine lange Zeitdauer für die Ausrichtung des Leistungshalbleitermoduls mit dem Durchgangsloch des Substrats erforderlich.

Die Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Probleme Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Motorsteuervorrichtung anzugeben, deren Größe einfach reduziert werden kann, wobei weiterhin kein Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Halbleitermoduls mit dem Substrat geleistet werden muss und die Montageeigenschaften verbessert werden können.
Problemlösung
Um die oben geschilderten Probleme zu lösen, weist die vorliegende Erfindung den nachfolgend beschriebenen Aufbau auf.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert ist, wobei ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen ist und das Leistungshalbleitermodul in dem Abstandsglied angeordnet ist, wobei ein Verbindungsteil für die Abstandsgliedbefestigung auf einer Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein Verbindungsteil, der dem Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf einer Seitenfläche des Abstandsglieds vorgesehen ist, und wobei der Verbindungsteil auf der Seitenfläche des Abstandsglieds und der Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke miteinander verbunden sind, um das Abstandsglied an der Wärmesenke zu befestigen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei ein konkaver Verbindungsteil für die Befestigung des Abstandsglieds auf der Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein konvexer Verbindungsteil, der dem konkaven Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf der Seitenfläche des Abstandsglieds vorgesehen ist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Abstandsglied aus einem adiabatischen Kunstharz ausgebildet ist und eine Fläche der Wärmesenke bedeckt, und wobei ein eine Luftschicht bildender konkaver Teil in wenigstens einem Teil einer Kontaktfläche mit der Fläche der Wärmesenke vorgesehen ist.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei ein Verbindungsteil zum Anordnen des Leistungshalbleitermoduls in dem Abstandsglied ausgebildet ist.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Leistungshalbleitermodul einen Anschluss umfasst, der von einer Seitenfläche vorsteht.
Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds in einem unteren Teil des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist.
Ein siebter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei die Wärmesenke einen konkaven Isolationsteil aufweist, der in einem Flächenteil unterhalb des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist. Ein achter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei die Wärmesenke einen Rückseitenteil des konkaven Isolationsteils mit einer größeren Dicke aufweist.
Ein neunter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei sich ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds nach unten erstreckt und in den konkaven Isolationsteil eingeführt ist.
Ein zehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei der konkave Isolationsteil zu einem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls erweitert ist, und sich der Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls erstreckt, um einen Zwischenraum zwischen der Wärmesenke und dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls zu blockieren.
Ein elfter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Substrat mit einem Temperatursensor versehen ist.
Ein zwölfter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei der Temperatursensor auf einer Fläche an einer zu dem Leistungshalbleitermodul gegenüberliegenden Seite des Substrats vorgesehen ist und ein Luftloch an einer Position in Nachbarschaft zu dem Temperatursensor des Substrats vorgesehen ist.
Ein dreizehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Substrat für die Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten erhalten wird, indem eine Komponentenmontage mit einer vorbestimmten Höhe in einem Umfangsteil einer Verbindungsposition auf einer Lötflächenseite des Leistungshalbleitermodulanschlusses beseitigt wird.
Ein vierzehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Substrat für die Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten eine Verbindungsposition des Leistungshalbleitermodulanschlusses aufweist, die in einem Umfangsteil des Substrats angeordnet ist.
Ein fünfzehnter Aspekt der Erfindung betrifft die Motorsteuervorrichtung, wobei das Substrat vertikal in eine Vielzahl von Schichten unterteilt ist und auf Bolzen mit unterschiedlichen Höhen montiert ist, die auf der Halterung vorgesehen sind.
Ein sechzehnter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren einer Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert ist und ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen ist, wobei das Leistungshalbleitermodul vorübergehend auf das Substrat gelegt wird und dann das Leistungshalbleitermodul und das Substrat gemeinsam an dem Abstandsglied und der Wärmesenke befestigt werden.
Vorteil der Erfindung
Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf.

(1) Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung kann die Anzahl der Substrat-Befestigungsschrauben reduziert werden und kann die Anzahl der Komponenten und Montagemannstunden vermindert werden.
(2) Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann die Wärmestrahlung von der Wärmesenke reduziert werden, indem die Oberfläche der Wärmesenke durch das aus einem adiabatischen Kunstharz ausgebildete Abstandsglied bedeckt wird. Indem eine Luftschicht mit einem hohen Wärmewiderstand auf einer Strahlungsfläche von der Wärmesenke in den inneren Teil der Vorrichtung erzeugt wird, kann das Innenvolumen der Vorrichtung verkleinert werden und kann die Größe der gesamten Vorrichtung reduziert werden.
(3) Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung kann das Leistungshalbleitermodul einfach in Bezug auf das Substrat positioniert werden und kann der Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls mit dem Loch des Substrats beseitigt werden. Außerdem kann die Positionierung alleine durch das Abstandsglied bewerkstelligt werden. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten vermindert werden.
(4) Gemäß dem fünften bis neunten Aspekt der Erfindung kann der Isolationsabstand zwischen der Wärmesenke und dem Substrat sowie zwischen der Wärmesenke und dem Leistungshalbleitermodul aufrechterhalten werden. Dadurch kann die Größe der Vorrichtung reduziert werden.
(5) Gemäß dem zehnten Aspekt der Erfindung kann zuverlässig ein Zwischenraum zwischen der Wärmesenke und dem Anschluss der Leistungshalbleitermoduls blockiert werden. Auf diese Weise kann zuverlässig der Isolationsabstand zwischen der Wärmesenke und dem Substrat sowie zwischen der Wärmesenke und dem Leistungshalbleitermodul aufrechterhalten werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Isolation verbessert werden.
(6) Gemäß dem elften Aspekt der Erfindung kann die Befestigungsschraube des Temperatursensors weggelassen werden. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten und der Montagemannstunden reduziert werden.
(7) Gemäß dem zwölften Aspekt der Erfindung kann effektiv ein Raum für die Befestigung des Temperatursensors an dem Substrat genutzt werden.
(8) Gemäß den dreizehnten bis fünfzehnten Aspekten der Erfindung kann eine Lötarbeit unter Verwendung einer automatischen Lötvorrichtung durchgeführt werden, die gewöhnlich als Punktlöter oder Mehrpunktlöter bezeichnet wird. Dadurch kann die Anzahl der manuellen Lötarbeiten vermindert werden, wodurch die Anzahl der Montagemannstunden reduziert werden kann.
(9) Gemäß dem sechzehnten Aspekt der Erfindung kann das Leistungshalbleitermodul einfach in Bezug auf das Substrat positioniert werden und kann der Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Anschlusses der Einrichtung mit dem Loch des Substrats beseitigt werden. Dadurch können die Montagemannstunden reduziert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung von 1.
3 zeigt das Abstandsglied von 1, wobei (a) eine Draufsicht ist und (b) eine Vorderansicht ist.
4 ist eine schematische Schnittansicht der Motorsteuervorrichtung von 1.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung aus dem Stand der Technik.
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung von 5.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Beispiel
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Motorsteuervorrichtung von 1. 3 ist eine Ansicht des Abstandsglieds von 1, wobei (a) eine Draufsicht ist und (b) eine Vorderansicht ist. 4 ist eine schematische Schnittansicht der Motorsteuervorrichtung von 1.
In 1 bis 4 gibt das Bezugszeichen 1 eine Wärmsenke an, gibt das Bezugszeichen 2 ein integriertes Abstandsglied aus zum Beispiel einem adiabatischen Kunstharz mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit an und gibt das Bezugszeichen 3 ein Leistungshalbleitermodul wie etwa einen IGBT oder eine Diode an, der bzw. die zum Beispiel einen derartigen Aufbau aufweist, dass eine Vielzahl von Anschlüssen exakt quer von einer Seitenfläche vorstehen und sich in der Mitte nach oben erstrecken. Das Bezugszeichen 4 gibt ein erstes Substrat an, und das Bezugszeichen 5 gibt ein zweites Substrat an.
Die Wärmesenke 1 weist zum Beispiel die Form eines rechteckigen Parallelepipeds auf, wobei eine obere Fläche eben ist und eine untere Fläche darauf ausgebildete Lamellen 1a aufweist. Die obere Fläche ist mit einer Vielzahl von konkaven Isolationsteilen 1b versehen, damit das Abstandsglied 2 in das Leistungshalbleitermodul 3 eingeführt wird, und weist weiterhin eine Vielzahl von Schraublöchern 1c auf, um das Abstandsglied 2 und das Leistungshalbleitermodul 3 an der Wärmesenke 1 zu befestigen. Eine Seitenfläche ist mit einem konkaven Verbindungsteil 1d für die Befestigung des Abstandsglieds 2 versehen.
Das Abstandsglied 2 ist auf der oberen Fläche der Wärmesenke 1 montiert und wird zum Beispiel durch ein rechteckiges Parallelepiped gebildet, dessen Größe der Wärmesenke 1 entspricht oder kleiner ist (in dem gezeigten Beispiel ist das Abstandsglied 2 kleiner als die Wärmesenke 1). Das Abstandsglied 2 weist einen konvexen Verbindungsteil 2a auf, der an einer Position vorgesehen ist, die dem konkaven Verbindungsteil 1d der Wärmesenke 1 entspricht. Weiterhin ist die obere Fläche mit einem ersten Vorsprung 2b versehen, der eine Ebene mit gleicher Höhe an zwei Positionen auf einer gegenüberliegenden Seite des konvexen Verbindungsteils 2a aufweist, und mit einem zweiten Vorsprung 2c, der eine Ebene, die höher als die obere Fläche des ersten Vorsprungs 2b ist, an zwei Positionen in der Nachbarschaft zu oder auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Vorsprungs 2b aufweist (in dem gezeigten Beispiel in der Nachbarschaft). Der erste Vorsprung 2b dient dazu, das erste Substrat 4 mit einer Schraube 6 zu befestigen und zu fixeren, und der zweite Vorsprung 2c dient dazu, das zweite Substrat 5 mit einer Schraube 7 zu befestigen und zu fixieren. Weiterhin ist ein erster Halteteil 2d, der eine Ebene auf derselben Höhe wie der erste Vorsprung 2b aufweist, auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Vorsprungs 2b ausgebildet und ist ein zweiter Halteteil 2e, der eine Ebene auf derselben Höhe wie der zweite Vorsprung 2c aufweist, auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten Vorsprungs 2c ausgebildet. Weiterhin ist ein erster Verbindungsteil 2f in der Nachbarschaft zu dem ersten Halteteil 2d ausgebildet und ist ein zweiter Verbindungsteil 2g in der Nachbarschaft zu dem zweiten Halteteil 2e ausgebildet. Der erste Halteteil 2d und der erste Verbindungsteil 2f sind für die Verbindung mit dem ersten Substrat 4 vorgesehen, und der zweite Halteteil 2e und der zweite Verbindungsteil 2g sind für die Verbindung mit dem zweiten Substrat 5 vorgesehen.
Weiterhin ist das Abstandsglied 2 mit einem Verbindungsteil 2h versehen, um jedes Leistungshalbleitermodul 3 in einem inneren Teil zu positionieren und anzuordnen. Der Verbindungsteil 2h wird durch ein Loch auf dem Abstandsglied 2 oder eine Vertiefung gebildet (in dem gezeigten Beispiel durch ein Loch).
Weiterhin ist eine untere Fläche mit einem konvexen Teil 2j an einer Position versehen, die dem konkaven Isolationsteil 1b der Wärmesenke 1 entspricht, und ist eine Fläche der Wärmesenke durch das Abstandsglied aus einem adiabatischen Kunstharz bedeckt, um die Wärmestrahlung von der Wärmesenke zu reduzieren. Weiterhin ist ein konkaver Luftschicht-Bildungsteil 2k auf der ganzen Fläche (wenigstens auf einem Teil) ausgebildet, wobei eine Luftschicht 2m mit einem hohen Wärmewiderstand zwischen der Wärmesenke 1 und dem Abstandsglied 2 gebildet wird, damit die Wärme von der Wärmesenke 1 weniger leicht zu dem inneren Teil der Vorrichtung übertragen wird. Folglich ist das Innenvolumen der Vorrichtung verkleinert, sodass dass die Größe der Vorrichtung verkleinert werden kann.
Wenn das Leistungshalbleitermodul 3 in den Verbindungsteil 2h des durch das Loch gebildeten Abstandsglieds 2 eingeführt und angeordnet wird, tritt ein Randteil des Verbindungsteil 2h in einen unteren Teil des Anschlusses ein, der von einem Seitenteil des Leistungshalbleitermoduls 3 vorsteht. Folglich blockiert der Randteil des Verbindungsteil 2h den größten Teil des Zwischenraums zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und der Wärmesenke 1, sodass die Isolationseigenschaft zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und der Wärmesenke 1 verbessert werden kann.
Wie in 4 gezeigt, ist der konkave Isolationsteil 1b auf einem Flächenteil unter dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 in der Wärmesenke 1 ausgebildet, sodass der Isolationsabstand zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und der Wärmesenke 1 vergrößert wird und die Isolationseigenschaft verbessert werden kann. Wenn in diesem Fall der Randteil des Verbindungsteils 2h des Abstandsglieds 2 nach unten in den konkaven Isolationsteil 1b eingeführt wird, kann ein Zwischenraum zwischen dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 und der Wärmesenke 1 besser blockiert werden.
Wenn außerdem der konkave Isolationsteil 1b zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls 3 erweitert wird und weiterhin der Randteil des Verbindungsteils 2h des Abstandsglieds 2 zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls 3 erweitert wird, wird der Abstand zwischen der Wärmesenke 1 und dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 perfekt blockiert, sodass die Isolationseigenschaft stark verbessert werden kann.
Das erste Substrat 4 weist ein Schraubeneinsteckloch 4a auf, das an einer Position in Entsprechung zu dem ersten Vorsprung 2b ausgebildet ist, an dem ersten Halteteil 2d und dem ersten Vorsprung 2b montiert ist und durch den ersten Verbindungsteil 2f mittels der Schraube 6 an dem ersten Vorsprung 2b befestigt und fixiert ist. Das erste Substrat 4 wird durch den ersten Vorsprung 2b in einer vertikalen Richtung positioniert.
Das zweite Substrat 5 ist mit einem Abstand über dem ersten Substrat 4 angeordnet. Der zweite Vorsprung 2c und der zweite Halteteil 2e für die Montage des zweiten Substrats 5 sind auf dem Abstandsglied 2 ausgebildet. Deshalb ist das erste Substrat 4 mit einer Vertiefung 4b versehen, um eine Störung zwischen dem zweiten Vorsprung 2c und dem zweiten Halteteil 2e zu vermeiden.
Weiterhin ist ein Temperatursensor 4c an einer oberen oder unteren Fläche des ersten Substrats 4 befestigt (in dem gezeigten Beispiel an der oberen Fläche). Der Temperatursensor 4c dient dazu, die Temperatur des Leistungshalbleitermoduls 3 zu überwachen, und ist vorzugsweise möglichst nahe an dem Leistungshalbleitermodul 3 angeordnet. Indem jedoch das Abstandsglied 2 zwischen der Wärmesenke 1 und dem ersten Substrat 4 vorgesehen ist, kann die Isolationseigenschaft zwischen der Wärmesenke 1 und dem ersten Substrat 1 aufrechterhalten werden und kann der Abstand zwischen der Wärmesenke 1 und dem erste Substrat 4 vermindert werden. Folglich kann der Temperatursensor 4c nahe an dem Leistungshalbleitermodul 3 angeordnet werden. Wenn der Temperatursensor 4c an einer oberen Fläche des ersten Substrats gegenüber dem Leistungshalbleitermodul befestigt ist, um einen leeren Zwischenraum effektiv zu nutzen (wie in dem Beispiel), ist ein Luftloch 4d auf dem ersten Substrat 4 in Nachbarschaft zu dem Temperatursensor vorgesehen, sodass die erzeugte Wärme des Leistungshalbleitermoduls 3 effizient zu dem Temperatursensor 4c übertragen werden kann.
Wenn der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 nicht an dem ersten Substrat 4 befestigt, sondern auf das zweite Substrat gelötet ist, ist ein Anschlusseinsteckloch 4e auf dem ersten Substrat 4 an einer Position in Entsprechung zu dem Leistungshalbleitermodul 3 vorgesehen. Das Anschlusseinsteckloch 4e dient dazu, das Leistungshalbleitermodul 3 zu positionieren und anzuordnen.
Weiterhin ist ein Schraubenbefestiqungsloch 4f für eine Schraube 8 zum Fixieren des Leistungshalbleitermoduls 3 an der Wärmesenke 1 vorgesehen.
Das zweite Substrat 5 ist mit einem Schraubeneinsteckloch 5a an einer Position in Entsprechung zu dem zweiten Vorsprung 2c versehen, an dem zweiten Halteteil 2e und dem zweiten Vorsprung 2c montiert und durch den zweiten Verbindungsteil 2g verbunden, wobei es mit der Schraube 7 an dem zweiten Vorsprung 2c befestigt und fixiert ist. Das zweite Substrat 5 wird in einer vertikalen Richtung durch den zweiten Vorsprung 2c positioniert.
Das Positionieren und Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 3 an dem ersten Substrat 4 und dem zweiten Substrat 5 in dem Aufbau kann auch wie folgt ausgeführt werden.
Zuerst wird das erste Substrat 4 umgedreht und unter Verwendung eines entsprechenden Werkzeugs fixiert.
Dann wird das Leistungshalbleitermodul 3 umgedreht und wird der Anschluss in das Durchgangsloch oder Anschlusseinsteckloch 4e des umgedrehten ersten Substrats 4 eingesteckt, wobei dann das Leistungshalbleitermodul 3 vorübergehend auf die obere Fläche des umgedrehten ersten Substrats 4 gelegt und an derselben montiert wird. Dann wird das Abstandsglied 2 umgedreht und wird der erste Vorsprung 2b mit dem Schraubeneinsteckloch 4a des umgedrehten ersten Substrats 4 verbunden und durch den ersten Verbindungsteil 2f verbunden, wobei das Abstandsglied 2 auf der oberen Fläche des umgedrehten Substrats 4 montiert wird.
Dann wird die Wärmesenke 1 umgedreht und wird das Schraubloch 1c mit dem ersten Vorsprung 2b des umgedrehten Abstandsglieds 2 verbunden, wobei weiterhin der konkave Verbindungsteil 1d mit dem konvexen Verbindungsteil 2a des umgedrehten Abstandsglieds 2 verbunden wird und die Wärmesenke 1 auf der oberen Fläche des umgedrehten Abstandsglieds 2 montiert wird. Das erste Substrat 4, das Leistungshalbleitermodul 3, das Abstandsglied 2 und die Wärmesenke 1 werden dann umgedreht und auf diese Weise in dem verbundenen Zustand zu der ursprünglichen Ausrichtung zurückversetzt. Danach wird die Schraube 6 durch das Schraubeneinsteckloch 4a des ersten Substrats 4 und das Schraubeneinsteckloch des ersten Vorsprungs 2b des Abstandsglieds 2 eingesteckt und in dem Schraubloch 1c der Wärmesenke 1 fixiert, sodass das erste Substrat 4 durch das Abstandsglied 2 an der Wärmesenke 1 befestigt und fixiert wird.
Danach wird die Schraube 8 durch das Schraubeneinsteckloch des Leistungshalbleitermoduls 3 eingesteckt und in dem Schraubloch 1c des Wärmesenke 1 fixiert, wobei das Leistungshalbleitermodul 3 unter Verwendung eines Schraubenziehers durch das Schraubenbefestigungsloch 4f in dem ersten Substrat 4 an der Wärmesenke 1 befestigt und fixiert wird. In diesem Zustand wird der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 (des Leistungshalbleitermoduls 3 auf der rechten Seite von 4) auf das erste Substrat 4 gelötet.
Das Leistungshalbleitermodul 3 wird an der Wärmesenke 1 befestigt und fixiert, und das Schraubeneinsteckloch 5a wird dann mit dem zweiten Vorsprung 2c des Abstandsglieds 2 verbunden, wodurch das zweite Substrat 5 durch den zweiten Verbindungsteil 2g des Abstandsglieds 2 verbunden und auf der oberen Fläche des zweiten Vorsprungs 2c des Abstandsglieds 2 montiert wird. Danach wird die Schraube 7 durch das Schraubeneinsteckloch 5a des zweiten Substrats 5 und das Schraubeneinsteckloch des zweiten Vorsprungs 2c eingesteckt und weiterhin in dem Schraubloch 1c der Wärmesenke 1 fixiert, sodass das zweite Substrat 5 durch das Abstandsglied 2 an der Wärmesenke 1 befestigt und fixiert wird. Dabei wird die Schraube 7 durch den zweiten Vorsprung 2c des Abstandsglieds 2 aus Kunstharz bedeckt. Deshalb kann ein Isolationsabstand von dem ersten Substrat 4 aufrechterhalten werden. In diesem Zustand wird der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 auf das zweite Substrat 5 gelötet. Das auf das zweite Substrat 5 zu lötende Leistungshalbleitermodul 3 wird dabei bereits positioniert, wenn der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 durch das Anschlusseinsteckloch 4e des ersten Substrats 4 einsteckt wird. Deshalb ist kein zusätzlicher Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Leistungshalbleitermoduls 3 erforderlich.
Das Positionieren und Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 3 an dem ersten Substrat 4 und dem zweiten Substrat 5 wird durch das Halten und Umdrehen der Wärmesenke 1 bewerkstelligt. Aber auch wenn die Wärmesenke 1 weder gehalten noch umgedreht wird, kann das Leistungshalbleitermodul 3 zwischen dem ersten Substrat 4 und dem Abstandsglied 2 angeordnet und dann zu dem ursprünglichen Zustand zurückgedreht werden, um exakt auf der Wärmesenke 1 montiert zu werden. Wenn ein Maschinenmodell mit einer schweren Wärmesenke 1 hergestellt wird oder wenn die Arbeit durch eine Arbeiterin ausgeführt wird, ist diese Methode vorzuziehen.
Wenn der Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 3 auf das erste Substrat 4 gelötet wird, ist die Lötarbeit sehr komplex, weil eine große Anzahl von Anschlüssen vorhanden sind. Aus diesem Grund kann durch ein manuelles Löten keine gute Effizienz erzielt werden. Folglich wird die Lötarbeit unter Verwendung einer automatischen Lötvorrichtung durchgeführt, um die Montagemannstunden zu reduzieren.
Im Folgenden wird kurz die automatische Lötvorrichtung beschrieben.
Die automatische Lötvorrichtung wird gewöhnlich als Punktlöter oder Mehrpunktlöter bezeichnet und weist den folgenden Aufbau auf.
Eine Vielzahl von Lötdüsen erstrecken sich von einem unteren Teil der Vorrichtung, wobei eine Einheit mit einem daran befestigten Substrat umgedreht und derart fixiert wird, dass die Position eines Stifts mit derjenigen der Lötdüse ausgerichtet ist.
Wenn die automatische Lötvorrichtung in diesem Zustand betrieben wird, wird die Lötdüse für eine bestimmte Zeitdauer und bei einer bestimmten Temperatur mit einem Lot gefüllt, wobei das Lot dann zu dem Stift geführt wird. Während bei einem manuellen Löten jeweils nur ein Punkt bearbeitet werden kann, kann bei der automatischen Lötvorrichtung ein Lötvorgang gleichzeitig für eine Vielzahl von Punkten durchgeführt werden. Dementsprechend können die erforderlichen Montagemannstunden reduziert werden und kann außerdem durch die Vermeidung von manuellen Fehlern die Qualität stabilisiert werden.
Die automatische Lötvorrichtung weist jedoch die folgenden Nachteile auf.

(1) Es kann keine Komponente auf dem Substrat dort montiert werden, wo die Lötdüse das Substrat kontaktiert.

Weil die Lötdüse erhitzt wird, wird eine Komponente (eine Abdeckung eines Kondensators) geschmolzen, wenn sie in Kontakt mit der Lötdüse kommt. Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass die Komponente in Kontakt mit der Lötdüse kommt. Deshalb kann die Komponente nicht in der Nähe der Kontaktstelle vorgesehen werden.

(2) Wenn eine auf dem Substrat zu montierende Komponente eine große Höhe aufweist (insbesondere sind elektrolytische Kondensatoren diesbezüglich häufig problematisch), muss die Länge der Lötdüse verlängert werden, wobei dann jedoch die Temperatur schwierig zu kontrollieren ist und die Ausbeute gering ist.

Um diese Nachteile zu beseitigen, verwendet die Erfindung den folgenden Aufbau.
Um den Nachteil (1) zu beseitigen, werden eine Vielzahl von Substraten (in dem gezeigten Beispiel zwei Substrate) verwendet, um eine ausreichende Substratmontagefläche aufrechtzuerhalten. Außerdem wird in dem für die Lötverbindung mit einem Leistungshalbleitermodul vorgesehenen Substrat die Verbindungsposition in einem Umfangsteil des Substrats vorgesehen, um den herum eine kleinen Anzahl von Komponenten angeordnet sind.
Mit Bezug auf den Nachteil (2) werden keine Komponenten mit einer Größe, die eine vorbestimmten Höhe überschreitet, in dem Umfangsteil um Verbindungsposition auf der Lötseite des Substrats herum für die Lötverbindung des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen, wobei zum Beispiel eine Komponente mit einer großen Höhe durch mehrere Komponenten mit kleineren Höhen ersetzt wird.
Weil das Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat in der Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet ist, können die folgenden Funktionen und Vorteile erzielt werden.

(1) Das Leistungshalbleitermodul kann einfach in Bezug auf das Substrat positioniert werden, und der Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls mit dem Substrat kann beseitigt werden. Außerdem reicht das Abstandsglied alleine für die Positionierung aus. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden.
(2) Das Abstandsglied wird durch das Isolationsglied gebildet. Auch wenn dabei der Abstand zwischen dem ersten Substrat und dem Leistungshalbleitermodul nicht groß ist, kann der Isolationsabstand durch das Abstandsglied aufrechterhalten werden. Folglich kann die Größe der Vorrichtung reduziert werden. Außerdem reicht das Abstandsglied alleine für die Befestigung des ersten Substrats und des zweiten Substrats aus. Dadurch kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden.
(3) Das Abstandsglied wird aus einem Kunstharz ausgebildet, das eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Indem das Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen wird, kann also eine Wärmestrahlung von der Wärmesenke verhindert werden. Folglich kann der Abstand zwischen dem Substrat und der Wärmesenke verkürzt werden und kann die Größe der gesamten Vorrichtung reduziert werden, wobei außerdem eine Vielzahl von Substraten mittels eines einfachen Aufbaus auf der Wärmesenke montiert werden können.

Weiterhin wird das Leistungshalbleitermodul zuerst vorübergehend auf das Substrat gelegt und dann montiert. Folglich kann der im Stand der Technik erforderliche Arbeitsaufwand zum Ausrichten des Leistungshalbleitermoduls mit dem Substrat beseitigt werden. Dadurch können die Montagemannstunden reduziert werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung wie etwa eine Wechselrichtervorrichtung oder einen Servoverstärker und ein Verfahren zum Montieren derselben. Die Erfindung kann insbesondere bei der Herstellung eingesetzt werden, um eine Motorsteuervorrichtung mit einer reduzierten Größe vorzusehen, wobei durch den Positionierungs- und Befestigungsaufbau der vorliegende Erfindung der Arbeitsaufwand zum Ausrichten eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Substrat beseitigt werden kann und die Montageeigenschaften verbessert werden können.

1: Wärmesenke
1a: Lamellen
1b: konkaver Isolationsteil
1c: Schraubloch
1d: konkaver Verbindungsteil
2: Abstandsglied
2a: konvexer Verbindungsteil
2b: erster Vorsprung
2c: zweiter Vorsprung
2d: erster Halteteil
2e: zweiter Halteteil
2f: erster Verbindungsteil
2g: zweiter Verbindungsteil
2h: Verbindungsteil
2j: unterer konvexer Flächenteil
2k: unterer konkaver Flächenteil
2m: Luftschicht
3: Leistungshalbleitermodul
4: erstes Substrat
4a: Schraubeneinsteckloch
4b: Vertiefung
4c: Temperatursensor
4d: Luftloch
4e: Anschlusseinsteckloch
4f: Schraubenbefestigungsloch
5: zweites Substrat
5a: Schraubeneinsteckloch
6: erste Substratfixierungsschraube
7: zweite Substratfixierungsschraube
8: Leistungshalbleitermodul-Fixierungsschraube
11: Wärmesenke
12: Bolzen
13: Leistungshalbleitermodul
14: Temperatursensor
14a: Elektrodraht
15: Substrat
15a: Schraubeneinsteckloch
15b: Schraubenbefestigungsloch
16: Substratfixierungsschraube
17: Leistungshalbleitermodul-Fixierungsschraube
18: Temperatursensor-Fixierungsschraube

Zusammenfassung
Es wird eine Motorsteuervorrichtung angegeben, wobei die Größe der Vorrichtung einfach reduziert werden kann, der Arbeitsaufwand für das Ausrichten eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Substrat beseitigt werden kann und die Montageeigenschaften verbessert werden können.
In einer Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem ersten Substrat montiert wird, ist ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen, wobei das Leistungshalbleitermodul in dem Abstandsglied angeordnet ist. Weiterhin weise ein Randteil eines Lochs einen derartigen Aufbau auf, dass ein Zwischenraum zwischen einem von einem Seitenteil des Leistungshalbleitermoduls vorstehenden Anschluss und der Wärmesenke blockiert wird.

Claims

Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert ist, wobei ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen ist und das Leistungshalbleitermodul in dem Abstandsglied angeordnet ist, ein Verbindungsteil für die Befestigung des Abstandsglieds auf einer Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein Verbindungsteil, der dem Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf einer Seitenfläche des Abstandsglieds vorgesehen ist, und der Verbindungsteil auf der Seitenfläche des Abstandsglieds und der Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke miteinander verbunden sind, um das Abstandsglied an der Wärmesenke zu befestigen.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein konkaver Verbindungsteil für die Befestigung des Abstandsglieds auf der Seitenfläche der Wärmesenke vorgesehen ist und ein konvexer Verbindungsteil, der dem konkaven Verbindungsteil auf der Seitenfläche der Wärmesenke entspricht, auf der Seitenfläche des Abstandsglieds vorgesehen ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abstandsglied aus einem adiabatischen Kunstharz ausgebildet ist und eine Fläche der Wärmesenke bedeckt und wobei ein eine Luftschicht bildender konkaver Teil in wenigstens einem Teil einer Kontaktfläche mit der Fläche der Wärmesenke vorgesehen ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Verbindungsteil zum Anordnen des Leistungshalbleitermoduls in dem Abstandsglied ausgebildet ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleitermodul einen Anschluss umfasst, der von einer Seitenfläche vorsteht.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds in einem unteren Teil des Anschlusses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Wärmesenke einen konkaven Isolationsteil aufweist, der in einem Flächenteil unter dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Wärmesenke einen Rückseitenteil des konkaven Isolationsteils mit einer größeren Dicke aufweist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei sich ein Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds nach unten erstreckt und in den konkaven Isolationsteil eingeführt ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der konkave Isolationsteil zu einem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls erweitert ist und sich der Randteil des Verbindungsteils des Abstandsglieds zu dem unteren Teil des Leistungshalbleitermoduls erstreckt, um einen Zwischenraum zwischen der Wärmesenke und dem Anschluss des Leistungshalbleitermoduls zu blockieren.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat mit einem Temperatursensor versehen ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Temperatursensor auf einer Fläche an einer zu dem Leistungshalbleitermodul gegenüberliegenden Seite des Substrats vorgesehen ist und ein Luftloch an einer Position in Nachbarschaft zu dem Temperatursensor des Substrats vorgesehen ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat für die Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten erhalten wird, indem eine Komponentenmontage mit einer vorbestimmten Höhe in einem Umfangsteil einer Verbindungsposition auf einer Lötflächenseite des Leistungshalbleitermodulanschlusses beseitigt wird.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat für die Verbindung eines Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Löten eine Verbindungsposition des Leistungshalbleitermodulanschlusses aufweist, die in einem Umfangsteil des Substrats angeordnet ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat vertikal in eine Vielzahl von Schichten unterteilt ist und auf Bolzen mit unterschiedlichen Höhen montiert ist, die auf der Halterung vorgesehen sind.
Verfahren zum Montieren einer Motorsteuervorrichtung, in der ein an einer Wärmesenke angebrachtes Leistungshalbleitermodul auf einem Substrat montiert ist und ein Abstandsglied zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen ist, wobei das Leistungshalbleitermodul vorübergehend auf das Substrat gelegt wird und dann das Leistungshalbleitermodul und das Substrat gemeinsam an dem Abstandsglied und der Wärmesenke befestigt werden.