JP4051620B2

JP4051620B2 - Power module electrical connection structure

Info

Publication number: JP4051620B2
Application number: JP2002366535A
Authority: JP
Inventors: 国浩竹中; 敏男長尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004200371A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野、特にモータドライブ用インバータ装置やサーボドライブ装置に使用するパワーモジュール及びパワー半導体装置の電気的接続構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパワーモジュールの電気的接続構造においては、定格電流により電気的接続方法を異なったものを使用している。例えば、定格電流５０Ａ以上では、パワーモジュールにタブ端子を装着させ、それを受ける基板側ははんだ付けの場合や、パワーモジュールにタップを設け、基板のランドとスルーホールを通してネジ止めするなど様々な形態で用いられている。
先ず、位置決め精度や故障時のメンテナンス性のよいネジを介する接続について説明する。図８は従来のパワーモジュールの電気的接続構造を示す斜視図、図９はそのコンタクト部の拡大断面図である。図において、２は基板、３はパワーモジュール、４はパワーモジュールの端子部、５は端子部４の上部に設けられた導電板、６は導電性を有する接触面、１０はネジ、１１は穴、１２はナットである。
パワーモジュールは、モータドライブ用インバータ装置やサーボドライブ装置に使用される場合は、制御電源基板などのパワーモジュールをコントロールするための基板２と電気的に接続されている。そのため、基板の穴１１や（スルーホールとしても良い）及び導電性を有する接触面６としてランド、または配線用ブスバーを、ネジ１０（ピンヘッダとしても良い）を介して電気的接続を形成するとともに固定する。
つぎに、パワーモジュールによらない電気的接続では、スルーホールを有したコンタクトがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００１−５１７３５８号公報（図６）
【０００４】
この電気的接続を図１０に示す。図１０は、従来のコンタクトユニットを用いた断面図である。図において、１３は第１の支持体、１４は第２の支持体、１５はコンタクトユニット、１６は絶縁体、１７はコンタクト素子、１８はスルーホール、１９は電気的接点である。
平面上に多数の電気的な接点を有した第１の支持体１３と第２の支持体１４からなり、接続用のコンタクトユニット１５は、絶縁体１６に覆われた孔１８を有しており、スルーホール１８にスルーホールめっきを施すことでコンタクト素子１７と電気的に接続する。コンタクト素子１７と第１及び第２の支持体が有する電気的接点１９間の所望の電気的接点間を電気的に接続する。また、コンタクト素子１７の固定には、付加部の契合する凹所によって固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術において、電気的接続にネジを使用する場合、複数ヶ所のネジ止めの作業が存在し、組立工数の増加や締め忘れによる接続不良が発生するなどという問題点があった。
また、接触により電気的接続を行う場合、付加部の係合により位置決めを行うが、支持体に相当する基板の固定については触れられていない。
そこで、本発明は、電気的接続と固定保持の両方が確実にでき、かつ組立工数が少なく、信頼性の高いパワーモジュールの電気的接続構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
請求項１記載の発明は、複数の端子部を有したパワーモジュールと、前記パワーモジュールをコントロールする基板とをコンタクト部によって電気的に接続するパワーモジュールの電気的接続構造において、前記コンタクト部は、導電性である複数の凸状の接触面によって、前記基板と点接触する接触部と、前記基板を固定する固定部とを備えたものである。
この発明によれば、接触面が凸部を有し、電気的接続が面接触でなく複数の点接触とするため、確実な電気的接続を確保できる。
請求項２記載の発明は、前記固定部は、前記接触部の周囲に一体的に設けた樹脂製のフレームの一部から突出させた突出部としたものである。
この発明によれば、コンタクトの固定部を樹脂製のフレームにすることにより、基板上の絶縁距離等の設計事項が省略でき、インバータ装置やサーボドライブ装置の設計自由度も向上する。
請求項３記載の発明は、前記固定部は、前記パワーモジュールから突出させた突出部としたものである。
この発明によれば、ネジ止め作業による組立工数が削減できる他、コンタクトを挿抜しないため、組立性がさらに向上する。また、締め忘れによる接続不良も無くすことができる。さらに、基板側にはネジが突出しないため、インバータ装置やサーボドライブ装置の設計自由度も向上する。しかしながら、ネジ止めの優れた性能、例えば、容易な電気的接続、容易な位置決め性、位置ずれ吸収性及び基板の保持性などは、ネジ止めによる配線と同等である。
請求項４記載の発明は、前記接触部は前記接触面から伸延しバネ性を備えた保持部を設け、これを前記パワーモジュールの凹部に装着したものである。
この発明によれば、ネジ止め作業による組立工数が削減でき、組立性が向上する。また、締め忘れによる接続不良も無くすことができる。さらに、基板側にはネジ頭が突出しないため、インバータ装置やサーボドライブ装置の設計自由度も向上する。しかしながら、ネジ止めの優れた性能、例えば、容易な電気的接続、容易な位置決め性、位置ずれ吸収性及び基板の保持性などは、ネジ止めによる配線と比較しても何ら遜色無い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示すパワーモジュールの電気的接続構造の斜視図、図２は、図１におけるコンタクト部の拡大断面図である。図において、１はコンタクト部、２は制御用の基板、３はパワーモジュール、４はパワーモジュール３の端子部、５は端子部４の上部に設けられた導電板、６は接触面である。基板２は、プリント基板で導電性を有するランドの接触面６を有している。基板２の接触面６と、パワーモジュール３の端子部４及び導電板５の接続は、コンタクト部１を介して行う。コンタクト部１は、つぎの二種類のものを用いた。一番目のコンタクト部１の詳細を図３に示す。図３は、本発明のコンタクト部を示す部分断面図で、1ａは導電性を有した接触部、１ｂは基板との固定部、１ｃはフレームである。コンタクト部１は、金属による一体型であり、接触部１ａを形成する金属部を、斜めに形成し、凸部に形成している。固定部１ｂは、鉤の部分を有している。
【０００８】
二番目のコンタクト部１の詳細を図４に示す。図４は、本発明のコンタクト部を示す斜視図である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるが、異なる点は、フレーム１ｃを樹脂製とし一体的に結合させたものである。樹脂製のフレーム１ｃを使用することによりコンタクトを固定する固定部１ｂも樹脂製となる。
これらのコンタクト部は、パワーモジュールと一体である。
【０００９】
図５は、図１における基板固定部の拡大図であり、３種類の方法を用いた。７は基板固定部、８は基板固定部受け、９は基板固定用部材である。
図５（ａ）は、パワーモジュール３の端部に基板固定部７を設け、基板固定部７を基板２にて保持する基板固定部受け８（例えば、穴）に挿入し、基板２を固定し、電気的接続を確保する。図５（ｂ）は、パワーモジュール３の端子部４の両側に、基板固定部７を設けて、基板２に基板固定部受け８（例えば、穴）を設けたものである。図５（ｃ）は、パワーモジュール３に基板固定部７を設け、基板２に基板固定部受け８（例えば、穴）を設け、基板固定用部材９にて完全に固定したものである。
本実施形態では、複数の基板固定部７をパワーモジュール２に設け、それを受ける複数の基板固定部受け８を基板２に設ける３つの構成例を示した。
【００１０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は本発明の第２の実施形態を示す電気的接続構造の拡大断面図である。図７は、図６におけるコンタクト部１の断面図である。基板２及びパワーモジュール３の全体構成および符号の意味は、第１の実施形態と同じである。
本実施形態は、コンタクト部１に基板の保持性、すなわち、電気的接続を確保する接触圧や基板の固定を確保する保持部１ｄを有している点である。
コンタクト部１は、固定部１ｂを用い、基板２に取りつけられる。次に、パワーモジュール３の端子部４へ基板の保持性を確保する保持機能付接触部１ｄを挿入し、電気的接続を担う導電性の接触部１ａとパワーモジュール３の導電板５が接触するまで押し込まれ、パワーモジュール３と基板２は、固定と電気的接続の両方がなされる。このとき、基板２の保持性を確保する保持部１ｄは、バネ性を有しているため、端子部４に挿入されることにより固定され、軽微な振動や衝撃ではずれることはない。つまり、コンタクト部１は接触と保持の２つの機能を有していることになる。この場合、コンタクト部は基板と一体である。
なお、本発明のパワーモジュールの配線構造は、基板とパワーモジュールの接続に限定されるものではなく、配線用ブスバーへの応用など容易に可能なものである。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
請求項１記載の発明は、パワーモジュールのコンタクト部を、導電性である複数の凸状の接触面によって基板と点接触する接触部と、基板を固定する固定部とを備えたので、確実な電気的接続を確保できる。
請求項２記載の発明は、固定部を接触部の周囲に一体的に設けた樹脂製のフレームの一部から突出させた突出部としたので、基板上の絶縁距離等の設計事項が省略でき、インバータ装置やサーボドライブ装置の設計自由度も向上する。
請求項３記載の発明は、固定部をパワーモジュールから突出させた突出部としたので、ネジ止め作業による組立工数が削減できる他、コンタクト部を挿抜しないため、組立性がさらに向上する。
請求項４記載の発明は、接触部を接触面から伸延しバネ性を備えた保持部を設け、これをパワーモジュールの凹部に装着したので、ネジ止め作業による組立工数が削減でき、組立性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す電気的接続構造の斜視図である。
【図２】図１のコンタクト部を示す断面図である。
【図３】図１のコンタクト部の詳細を示す拡大断面図である。
【図４】図３におけるコンタクト部の斜視図である。
【図５】図 1における基板固定部の拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す電気的接続構造の断面図である。
【図７】図６におけるコンタクト部の拡大断面図である。
【図８】従来のパワーモジュールの配線構造を示す斜視図である。
【図９】図８における端子部の部分拡大図である。
【図１０】従来のコンタクトユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
１コンタクト部
１ａ接触部
１ｂ固定部
１ｃフレーム
１ｄ保持機能付接触部
２基板
３パワーモジュール
４端子部
５導電板
６接触面
７基板固定部
８基板固定部受け
９基板固定用ジグ
１０ネジ
１１穴
１２ナット
１３第１の支持体
１４第２の支持体
１５コンタクトユニット
１６絶縁体
１７コンタクト素子
１８孔
１９電気的接点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the field of power electronics, and more particularly to an electrical connection structure of a power module and a power semiconductor device used in an inverter device and a servo drive device for a motor drive.
[0002]
[Prior art]
In the electrical connection structure of the conventional power module, the electrical connection method differs depending on the rated current. For example, when the rated current is 50A or more, various forms such as attaching a tab terminal to the power module and soldering the board side to receive it, or providing a tap on the power module and screwing it through the land and through hole of the board, etc. It is used in.
First, a description will be given of connection through screws with good positioning accuracy and maintainability at the time of failure. FIG. 8 is a perspective view showing an electrical connection structure of a conventional power module, and FIG. 9 is an enlarged sectional view of a contact portion thereof. In the figure, 2 is a substrate, 3 is a power module, 4 is a terminal part of the power module, 5 is a conductive plate provided on the upper part of the terminal part 4, 6 is a contact surface having conductivity, 10 is a screw, and 11 is a hole. , 12 are nuts.
When the power module is used in an inverter device for a motor drive or a servo drive device, the power module is electrically connected to a board 2 for controlling the power module such as a control power board. Therefore, a land or a wiring bus bar is formed as a hole 11 of the substrate (which may be a through hole) and a conductive contact surface 6 or a bus bar for wiring is formed and fixed through a screw 10 (which may be a pin header). To do.
Next, in electrical connection not using a power module, there is a contact having a through hole (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-T-2001-517358 (FIG. 6)
[0004]
This electrical connection is shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view using a conventional contact unit. In the figure, 13 is a first support, 14 is a second support, 15 is a contact unit, 16 is an insulator, 17 is a contact element, 18 is a through hole, and 19 is an electrical contact.
The contact unit 15 for connection is composed of a first support 13 and a second support 14 having a number of electrical contacts on a plane, and has a hole 18 covered with an insulator 16. The through hole 18 is electrically connected to the contact element 17 by performing through hole plating. A desired electrical contact between the contact element 17 and the electrical contact 19 of the first and second supports is electrically connected. Further, the contact element 17 is fixed by a recess engaged by the additional portion.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional technique, when screws are used for electrical connection, there are a plurality of screwing operations, and there is a problem that connection failure occurs due to an increase in the number of assembly steps or forgetting to tighten.
Further, when electrical connection is made by contact, positioning is performed by engaging the additional portion, but there is no mention of fixing the substrate corresponding to the support.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable power module electrical connection structure in which both electrical connection and fixed holding can be ensured and the number of assembly steps is small.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
The invention according to claim 1 is an electrical connection structure of a power module in which a power module having a plurality of terminal portions and a substrate for controlling the power module are electrically connected by a contact portion. A plurality of convex contact surfaces that are conductive are provided with a contact portion that makes point contact with the substrate and a fixing portion that fixes the substrate.
According to this invention, since the contact surface has a convex portion and the electrical connection is not a surface contact but a plurality of point contacts, a reliable electrical connection can be ensured.
According to a second aspect of the present invention, the fixing portion is a protruding portion that protrudes from a part of a resin frame integrally provided around the contact portion.
According to the present invention, since the contact fixing portion is made of a resin frame, design matters such as the insulation distance on the substrate can be omitted, and the degree of freedom in designing the inverter device and the servo drive device is improved.
According to a third aspect of the present invention, the fixing portion is a protruding portion protruding from the power module.
According to this invention, the number of assembling steps by screwing work can be reduced, and since the contacts are not inserted / removed, the assemblability is further improved. In addition, connection failure due to forgetting to tighten can be eliminated. Furthermore, since the screw does not protrude on the substrate side, the degree of freedom in designing the inverter device and the servo drive device is improved. However, the superior performance of screwing, for example, easy electrical connection, easy positioning, misalignment absorption, and board retention, are equivalent to wiring by screwing.
According to a fourth aspect of the present invention, the contact portion is provided with a holding portion that extends from the contact surface and has a spring property, and the holding portion is attached to a recess of the power module.
According to this invention, the number of assembling steps by screwing work can be reduced, and the assembling property is improved. In addition, connection failure due to forgetting to tighten can be eliminated. Furthermore, since the screw head does not protrude on the substrate side, the degree of freedom in designing the inverter device and the servo drive device is improved. However, the superior performance of screwing, for example, easy electrical connection, easy positioning, misalignment absorption, and substrate retention, is comparable to wiring by screwing.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of an electrical connection structure of a power module showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a contact portion in FIG. In the figure, 1 is a contact portion, 2 is a control board, 3 is a power module, 4 is a terminal portion of the power module 3, 5 is a conductive plate provided on the upper portion of the terminal portion 4, and 6 is a contact surface. The board | substrate 2 has the contact surface 6 of the land which has conductivity in a printed circuit board. The contact surface 6 of the substrate 2 is connected to the terminal portion 4 and the conductive plate 5 of the power module 3 through the contact portion 1. The contact part 1 used the following two types. Details of the first contact portion 1 are shown in FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the contact portion of the present invention. 1a is a contact portion having conductivity, 1b is a fixing portion with respect to the substrate, and 1c is a frame. The contact portion 1 is an integral type made of metal, and the metal portion forming the contact portion 1a is formed obliquely and formed as a convex portion. The fixing part 1b has a hook part.
[0008]
Details of the second contact portion 1 are shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the contact portion of the present invention. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, except that the frame 1c is made of resin and is integrally coupled. By using the resin frame 1c , the fixing portion 1b for fixing the contact is also made of resin.
These contact portions are integral with the power module.
[0009]
FIG. 5 is an enlarged view of the substrate fixing part in FIG. 1 , and three kinds of methods are used. Reference numeral 7 denotes a substrate fixing portion, 8 denotes a substrate fixing portion receiver, and 9 denotes a substrate fixing member.
5A, a substrate fixing portion 7 is provided at the end of the power module 3, and the substrate fixing portion 7 is inserted into a substrate fixing portion receiver 8 (for example, a hole) that holds the substrate 2 to fix the substrate 2. FIG. And ensure electrical connection. FIG. 5B shows a board fixing part 7 provided on both sides of the terminal part 4 of the power module 3 and a board fixing part receiver 8 (for example, a hole) provided on the board 2. FIG. 5C shows the power module 3 provided with a substrate fixing portion 7, a substrate fixing portion receiver 8 (for example, a hole) provided in the substrate 2, and completely fixed by a substrate fixing member 9.
In the present embodiment, three configuration examples are shown in which a plurality of substrate fixing portions 7 are provided in the power module 2 and a plurality of substrate fixing portion receivers 8 that receive the substrate fixing portions 7 are provided on the substrate 2.
[0010]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an electrical connection structure showing a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of the contact portion 1 in FIG. The overall configuration of the substrate 2 and the power module 3 and the meanings of the symbols are the same as those in the first embodiment.
The present embodiment is that the contact portion 1 has a holding portion 1d for holding the substrate, that is, a contact pressure for ensuring electrical connection and a fixing of the substrate.
The contact portion 1 is attached to the substrate 2 using the fixing portion 1b. Next, the contact portion 1d with a holding function for securing the holding property of the substrate is inserted into the terminal portion 4 of the power module 3, and the conductive contact portion 1a responsible for electrical connection and the conductive plate 5 of the power module 3 come into contact with each other. The power module 3 and the substrate 2 are both fixed and electrically connected. At this time, since the holding portion 1d that secures the holding property of the substrate 2 has a spring property, the holding portion 1d is fixed by being inserted into the terminal portion 4, and is not displaced by slight vibration or impact. That is, the contact part 1 has two functions of contact and holding. In this case, the contact portion is integral with the substrate.
The power module wiring structure of the present invention is not limited to the connection between the substrate and the power module, but can be easily applied to a wiring bus bar.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, the contact portion of the power module includes the contact portion that makes point contact with the substrate by the plurality of conductive contact surfaces that are conductive, and the fixing portion that fixes the substrate. An electrical connection can be secured.
In the invention according to claim 2, since the fixing portion is a protruding portion protruding from a part of the resin frame integrally provided around the contact portion, design matters such as an insulation distance on the substrate can be omitted. In addition, the degree of freedom in designing inverter devices and servo drive devices is improved.
In the invention according to claim 3, since the fixing portion is a protruding portion protruding from the power module, the number of assembling steps by screwing work can be reduced, and the contact portion is not inserted / extracted, so that the assembling property is further improved.
In the invention according to claim 4, since the contact portion is extended from the contact surface and provided with a holding portion having a spring property, and this is attached to the concave portion of the power module, the number of assembling steps by screwing can be reduced, and the assemblability can be reduced. improves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an electrical connection structure showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a contact portion of FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing details of a contact portion in FIG. 1;
4 is a perspective view of a contact portion in FIG. 3. FIG.
It is an enlarged sectional view of the substrate fixing portion in FIG. 5 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrical connection structure showing a second embodiment of the present invention.
7 is an enlarged cross-sectional view of a contact portion in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a wiring structure of a conventional power module.
9 is a partially enlarged view of a terminal portion in FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional contact unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Contact part 1a Contact part 1b Fixing part 1c Frame 1d Contact part 2 with a holding | maintenance function Board | substrate 3 Power module 4 Terminal part 5 Conductive plate 6 Contact surface 7 Substrate fixing | fixed part 8 Substrate fixing | fixed part receptacle 9 Substrate fixing jig 10 Screw 11 Hole 12 Nut 13 First support 14 Second support 15 Contact unit 16 Insulator 17 Contact element 18 Hole 19 Electrical contact

Claims

複数の端子部を有したパワーモジュールと、前記パワーモジュールをコントロールする基板とをコンタクト部によって電気的に接続するパワーモジュールの電気的接続構造において、
前記コンタクト部は、導電性である複数の凸状の接触面によって、前記基板と点接触する接触部と、前記基板を固定する固定部とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの電気的接続構造。In the electrical connection structure of the power module in which the power module having a plurality of terminal portions and the substrate for controlling the power module are electrically connected by the contact portion,
The contact portion includes a contact portion that makes point contact with the substrate by a plurality of convex contact surfaces that are electrically conductive, and a fixing portion that fixes the substrate. Construction.

前記固定部は、前記接触部の周囲に一体的に設けた樹脂製のフレームの一部から突出させた突出部としたことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの電気的接続構造。2. The electric connection structure for a power module according to claim 1, wherein the fixing portion is a protruding portion protruding from a part of a resin frame integrally provided around the contact portion.

前記固定部は、前記パワーモジュールから突出させた突出部としたことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの電気的接続構造。 2. The electrical connection structure of a power module according to claim 1, wherein the fixing part is a protruding part protruding from the power module.

前記接触部は、前記接触面から伸延しバネ性を備えた保持部を設け、これを前記パワーモジュールの凹部に装着したことを特徴とする請求項１または２記載のパワーモジュールの電気的接続構造。 3. The power module electrical connection structure according to claim 1 or 2, wherein the contact portion is provided with a holding portion extending from the contact surface and having a spring property, and the holding portion is attached to a recess of the power module. .