JP4217742B2 - 電動モータならびにこのような電動モータを製作するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した、特に自動車に設けられた可動の部分を調節するための電動モータならびにこのような電動モータを製作するための方法に関する。
独立請求項の特徴を備えた本発明による電動モータは従来のものに比べて、射出成形により固着されたプラスチックボディから突出した延長部を備えた打抜き格子体としての基板の構成によって、電子装置ユニットが直接電気的なかつ機械的な接続部を提供するという利点を有している。この接続部は、電動モータの別の構成部材を電子装置ユニットに直接接続することができるように安定して形成されている。このことは、電子装置モジュールをモータ構成スペース内に、モータに設けられたアーマチュアシャフトで直接組み込むことができるという利点を有している。これによって、規定されたモータ構成部材に対する付加的な電気的な接続部と機械的な保持部とが省略される。
サンドイッチテクノロジの使用と、パワー構成素子および能動的な論理構成素子のためのベアダイ構成素子の使用、すなわち、前パッケージングされたスペース集約的な構成素子の回避とによる構成スペースおよび重量の削減が、モータ内への電子装置の直接的な組込みに対して有利である。
第1の基板、有利には打抜き格子体は一連の機能を自体1つにしている。まず、第1の基板は、パワー構成素子との電気的なコンタクティングと、このパワー構成素子の電気的な接続、すなわち、パワー素子の電気的な機能の実現のための第2の基板との電気的なコンタクティングとのために働く。さらに、打抜き格子体はパワー構成素子の冷却を引き受ける。したがって、パワー構成素子の組付け領域のジオメトリは、最適な放熱を行うことができるように選択されている。この理由から、特に良電気的なかつ良熱的な特性を備えた材料、有利にはCu合金またはこれに類する特性を備えた材料が有利である。パワー構成素子と打抜き格子体との間の接合プロセスとして、有利にはろう接プロセスまたは接着プロセスが使用されるので、プロセスのために適した表面が提供されなければならない。すなわち、Cu合金の使用時には、打抜き格子体の製作における適宜な手段で、付加的な表面、すなわち、コストに結び付けられる表面、たとえばニッケルを省略することができる。適切な材料選択のほかに、材料厚さの適切な選択によって、同じく付加的な機能、たとえば規格化された差込みシステムのために使用されるコネクタピンを実現することができる。
第2の基板として、有利には論理基板が使用される。この論理基板は、改良されたセラミックス製の基板である。この基板は複数の利点を有している。これらの利点は、この基板テクノロジをモジュール技術に対して特に魅力的にする。公知先行技術に相当するセラミックス基板に比べて、論理基板は高電流に適している。すなわち、これによって、技術が種々異なる出力領域にわたって拡大縮小可能であり、さらに、一層廉価に製作可能となる。接着可能であるだけでなく、ろう接可能でもある自在の表面が、この論理基板では有利である。これによって、表面(論理面)にベアダイの形の論理構成素子およびSMDを、公知先行技術に相応の伝導接着技術で装着し、次いで、前装着されたアッセンブリが、パワー構成素子および第1の基板と一緒に機械的にも電気的にも1回の接合ステップ、有利にはろう接ステップで接続されることが可能となる。原理的には、接着プロセスも接合技術として可能である。
可能な限り対称的な構造が形成されるように、パワー構成素子と接合箇所とをパワー構成素子もしくは打抜き格子体と論理基板との間に配置することが有利である。対称的な構造は、特に熱機械的な負荷の場合に有利である。なぜならば、生ぜしめられた力が均一に分配され、これによって、信頼性が改善される、すなわち、寿命が高められることから出発することができるからである。さらに、対称的な構造と短い導体路長さとはEMV(電磁適合性)特性も改善するようになっている。特に出力出口の対称的な線路案内と、遮蔽金属薄板への接続とは、モジュール内に組込み可能な妨害防止構成素子の最適な機能を確保するために有利である。このような形式の構造は、本発明によるテクノロジによって実現することができる。
モジュール内への、場合により必要となる妨害防止構成素子の組込みは有利である。なぜならば、市場で構成素子、たとえばX2Yが使用可能であるからである。この構成素子は妨害防止機能を引き受けることができ、SMD構成素子として論理基板の標準装着プロセスに組み込むことができる。通常配線されている(一般的にインダクタンスおよびキャパシタンスから成る)外部の妨害防止構成素子の省略によって、モジュールの外部で付加的な高価なプロセスステップ、たとえば配線された構成素子のコンタクティングのための溶接が省略される。さらに、一般的にSMD構成素子よりも著しく大きな寸法を有する外部の構成素子の省略によって、使用事例へのモジュールの全組込みに対して構成スペース減少に基づき有利である構成スペース利点が得られる。モジュールのハンドリングも組付けも、外部の構成素子の省略によって有利となる。なぜならば、これらのコンポーネントの損傷の潜在的な危険が省略されるからである。
小型化に関する目標設定を達成するために、有利にはベアダイ構成素子を使用することが有利である。このベアダイ構成素子は、標準パッケージ、たとえばTO220内の同じ構成素子よりも著しく少ない構成スペースを要求する。モジュール全体はパッケージを備えるので、構成素子の、コストを招く二重パッケージングを回避することが有利である。
トランスファ成形法で製作されたパッケージの形の全モジュールパッケージの構成は有利である。なぜならば、この方法のために使用される環境相容性の、いわゆる「グリーンコンパウンド低圧エポキシ材料」が、サンドイッチ構造に生ぜしめられるギャップを気泡なしに充填しかつ電気的な構成素子、特にベアダイ構成素子を環境影響(たとえば液体、ダスト)に対して防護するために適しているからである。さらに、プラスチックはその物理的な特性に基づき、使用されるコンポーネントの熱機械的な誤適合を補償するために良好に適している。このことには、サンドイッチ構造の機械的な安定化が関連している。モジュール構造に使用される物質およびコンポーネントの多機能的な使用の意味では、パッケージが、外部の接続部(たとえばコネクタピンまたは炭素ブラシのためのスプリングクリップ)および構成素子のための支承箇所と、使用事例へのモジュールの収容点とを成していてもよい。使用事例へのモジュールの組込みのために、有利には、構成スペースと使用事例の機能的な要求(たとえば使用事例に設けられた環状磁石に対する、モジュールに設けられたホールセンサの間隔)とから生ぜしめられる幾何学的な周辺条件を考慮することができるようにパッケージを成形することができる。標準TO220型パッケージと異なり、全モジュール、すなわち、論理素子およびパワー素子は完全に被覆され、したがって、電気的に絶縁されているので、組付け時には、標準ハウジング(TO220)と異なり、電気的に絶縁性の付加的なエレメント、たとえばシートを省略することができる。これによって、絶縁材料のコストだけでなく、この絶縁材料の組付けのコストも節約される。
公知先行技術に相応の製造プロセスでは、パワー構成素子がボンディング接続、すなわち、連続的な製造法によって接続される。製造コストの削減のためには、連続的な方法を平行した方法に置き換えることが有利である。このことは、特にパワー素子に対して、このパワー構成素子の平行したろう接または接着によって行うことができる。モジュールの事例では、たとえばトランジスタが、まず、第1の基板(打抜き格子体)に装着され、次いで、第2の基板(論理基板)がトランジスタに装着される。第2の基板の装着と、後続のろう接プロセスまたは接着プロセスとによって、平行して、パワー構成素子の接続だけでなく、パワー構成素子と、第1および第2の基板との全ての電気的なコンタクトの接続過程も行われる。このような組付けに対する前提条件は、パワー構成素子が、ろう接可能なまたは接着可能な表面を両側に有していることである。したがって、たとえばパワートランジスタの場合には、ゲート・ソース接続部が、いわゆる「UMB(Under−Bump−Metallisierung)」を備え、ろう接によるコンタクティングの事例では、付加的にはんだ補給体、いわゆる「バンプ」を備える。両側のろう接のこの技術は、パワートランジスタを2つのDBC(Direct−Bonded−Copper)基板の間でろう接することに向けられている。論理基板に平行させることは、能動的な構成素子に対して、ボンディング技術に代わるフリップチップ技術の使用によって得ることができる。これによって、さらに、場合により、必要となる基板面の削減が可能となる。この削減は、モジュール構成サイズと、使用事例における要求された構成スペースとに有利に作用する。フリップチップ技術での装着は、ろう接フリップチップまたは接着フリップチップの形で行われてよいものの、接着接続として行われると有利である。なぜならば、このプロセスはより簡単に基板の標準装着に組み込むことができるからである。
使用事例および電子装置の組付け(コネクタピンもしくはコネクタカラーに加えられる力)に応じて、モジュールの付加的な安定化が有利となり得る。このことは、種々異なる構成で実現することができる。これらの構成のうち、2つの構成を以下に詳しく説明する。
モータを制御しかつコンタクティングするための電気的なかつ機械的な全ての機能をモジュール内に組み込むことによって、このモジュールは、独自に検査可能なユニットを成している。このことは、特に使用事例の製造経過において有利である。なぜならば、この事例では、モジュールの損傷を招く恐れがある別の組付け過程がモジュールに不要となるからである。これによって、使用事例の製造の枠内で、高価な別の中間検査も不要となり、使用事例の製造を1回の製造検査で終了することができる。
打抜き格子体のフレキシブルな構成の可能性によって、機械的なかつ電気的なインタフェースに関する使用事例に基づく要求、たとえばコネクタピンの位置またはスプリングクリップの構成を考慮することができる。このことは、特に出力接続部の領域で、モータコンタクティングが、打抜き格子体から形成されたスプリングクリップによって行われず、このスプリングクリップの機能およびブラシの収容を引き受ける付加的なコンポーネントによって行われる場合に有利である。スプリングクリップとモジュールの接続部との接続は、たとえばリベット締めまたは溶接接続を介して行うことができる。
モジュール内への、モータコンタクティングのためのブラシの組込みは、モータのノイズ発生に関して有利である。なぜならば、スプリングクリップの振動が、公知先行技術に相応の電子装置のように、共振室として作用するモータハウジング内に導入されないからである。モジュールまたはモジュールパッケージの構成およびモータハウジング内へのモジュールの収容部の構成によって、振動を絶縁することができる。
原理的には、図示の解決手段は高電流モジュール、特に論理基板への、いわゆる「DBCカバー基板」の置換に転用することもできる。論理基板の使用、有利にはc)に記載した論理基板が有利である。なぜならば、この論理基板によって、パワー素子のための制御電子装置の組込みが可能となるからである。
以下に、制御ユニットを備えた本発明による電動モータの種々異なる実施例を図面につき詳しく説明する。
Claims (22)
- 特に自動車に設けられた可動の部分を調節するための電動モータ(10)において、サンドイッチ構造の電子装置ユニット(70)が設けられており、該電子装置ユニット(70)が、導電性の第1の基板(71)と導電性の第2の基板(72)とを有しており、両基板(71,72)の間にパワー構成素子(75)が配置されていて、両基板(71,72)に電気的に接続されており、第2の基板(72)に、第1の基板(71)と反対の側(84)で別の電子的な構成素子(56)が装着されており、第1の基板(71)が、打抜き格子体(44)として形成されており、該打抜き格子体(44)が、第2の基板(72)と一緒にプラスチックの射出成形によりプラスチックボディ(95)で取り囲まれており、これによって、該プラスチックボディ(95)から、打抜き格子体(44)の延長部(97)が突出しており、該延長部(97)が、別のモータ構成部材(99,38,40,104,102,80)の接続のための電気的なかつ/または機械的なインタフェース(98)を形成していることを特徴とする、電動モータ。
- 延長部(97)が、電子装置ユニット(70)の固定エレメント(100)、特に孔(100)として形成されている、請求項1記載の電動モータ。
- 延長部(97)が、コネクタピン(88)として形成されているかまたは外部の電気的なコンポーネント(74)、たとえばコンデンサ(80)またはインダクタンスまたは素線(76)に対するコンタクト箇所(101)として形成されていて、特に銅含有の材料から製造されている、請求項1または2記載の電動モータ。
- モータ構成部材(99)が、炭素ブラシ(38)を収容するためのスプリングクリップ(40)である、請求項1から3までのいずれか1項記載の電動モータ。
- モータ構成部材(99)が、電磁的な遮蔽体(104)であり、該遮蔽体(104)が、特に延長部(97)と一体に形成されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 打抜き格子体(44)に保持エレメント(91)が一体成形されており、該保持エレメント(91)内に、打抜き格子体(44)に対する電気的なかつ/または機械的な接続部を形成するために、パワー構成素子(75)および/または第2の基板(72)が嵌込み可能である、請求項1から5までのいずれか1項記載の電動モータ。
- コンタクト箇所(101)が、インタフェース(98)として圧接結線技術で形成されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 第2の基板(72)に電子的な構成素子(56)として、マイクロプロセッサ(58)および/または制御論理素子(58)および当該電動モータ(10)のアーマチュアシャフト(12)に対する位置センサ機構(60)が配置されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 第2の基板(72)が、導電性の少なくとも1つの表面(83,84)を有しており、電子的な構成素子(56)が、可変にろう接または伝導性の接着によって、特にフリップチップ技術で装着可能である、請求項1から8までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 第2の基板(72)が、セラミックスプレート(81)と、該セラミックスプレート(81)の上面にかつ下面にそれぞれ少なくとも1つの導体路平面(83,84)とを有しており、該導体路平面(83,84)が、特にビアホールによって電気的に互いに接続されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の電動モータ。
- パワー構成素子(75)および/または構成素子(56)が、パッケージなしのベアダイ素子として形成されている、請求項1から10までのいずれか1項記載の電動モータ。
- パワー構成素子(75)が、両側でろう接可能なまたは伝導性に接着可能な表面(85,86)を有しており、該表面(85,86)が、特にろう接技術のために、第2の基板(72)に面した側(86)にはんだバンプ(90)を備えている、請求項1から11までのいずれか1項記載の電動モータ。
- パワー構成素子(75)が、パワーMOSFET(79)として形成されている、請求項1から12までのいずれか1項記載の電動モータ。
- パワー構成素子(75)が、より良好な熱導出のために、第1の基板(71)に対称的に配置されている、請求項1から13までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 両基板(71,72)が、ヒートシンクとして形成されており、特に打抜き格子体(44)の少なくとも1つの延長部(97)が、冷却面(96)としてプラスチックボディ(95)の外部に形成されている、請求項1から14までのいずれか1項記載の電動モータ。
- プラスチックボディ(95)が、トランスファ成形法によって一体成形されており、特にエポキシ成形材料が、両基板(71,72)の間のギャップ(113)内に流れ込むようになっている、請求項1から15までのいずれか1項記載の電動モータ。
- プラスチックボディ(95)が、プラスチックの射出成形によりハウジング部分(14)および/またはコネクタカラー(111)の別のプラスチックで取り囲まれている、請求項1から16までのいずれか1項記載の電動モータ。
- プラスチックボディ(95)が、別個のモジュール支持体に配置されていて、特にクリップ接続によって位置固定されている、請求項1から17までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 電子装置ユニット(70)が、アーマチュアシャフト(12)に対して半径方向に組付け可能であり、該アーマチュアシャフト(12)の整流子(36)および/または位置送信器(62,64)に直接的に向かい合って配置されており、プラスチックボディ(95)が、特にモータジオメトリに適合させるための成形部(107)を有している、請求項1から18までのいずれか1項記載の電動モータ。
- 特に請求項1から19までのいずれか1項記載の、サンドイッチ構造の電子装置モジュール(70)において、当該電子装置モジュール(70)が、導電性の第1の基板(71)と導電性の第2の基板(72)とを有しており、両基板(71,72)の間にパワー構成素子(75)が配置されていて、両基板(71,72)に電気的に接続されており、第2の基板(72)に、第1の基板(71)と反対の側(84)で別の電子的な構成素子(56)が装着されており、第1の基板(71)が、打抜き格子体(44)として形成されており、該打抜き格子体(44)が、第2の基板(72)と一緒にプラスチックの射出成形によりプラスチックボディ(95)で取り囲まれており、これによって、該プラスチックボディ(95)から、打抜き格子体(44)の延長部(97)が突出しており、該延長部(97)が、別のモータ構成部材(99,38,40,104,102,80)の接続のための電気的なかつ/または機械的なインタフェース(98)を形成していることを特徴とする、サンドイッチ構造の電子装置モジュール。
- 電子的な制御ユニット(70)を備えた電動モータ(10)を製作するための方法において、当該方法が、以下のステップ:すなわち、
−一体の伝導性の打抜き格子体(71,44)を打抜き加工し、この場合、ダムバー(93)が、個々のセグメント(73)を互いに接続しており、
−打抜き格子体(44)に、前はんだ供給されたパワー構成素子(75)を積層し、該パワー構成素子(75)の上方に、別の構成素子(56)を備えたセラミックス基板(72,81)を積層し、これによって、サンドイッチ構造を形成し、
−接合法、たとえばろう接または接着によって、個々の層(71,75,72)を互いに電気的に接続し、
−トランスファ成形法によって、サンドイッチ構造(70)を、プラスチックから成るモジュールボディ(95)によって取り囲み、この場合、ダムバー(93)が、モジュールボディ(95)の外部に配置されており、
−ダムバー(93)を分離し、打抜き格子体(44)の、モジュールボディ(95)から突出した延長部(97)をモータ構成部材(99)、たとえば炭素ブラシ(38)または電磁的な遮蔽エレメント(104)または接続手段(102)にまたは外部の電気的なコンポーネント(74)に機械的に接続する
を有していることを特徴とする、電子的な制御ユニットを備えた電動モータを製作するための方法。 - セラミックス基板(72)に磁気的な位置センサ(60)を配置しかつ射出成形によりプラスチック(95)で取り囲み、この場合、位置センサ(60)が、制御ユニット(70)の組付け後、電動モータ(10)のアーマチュアシャフト(12)に配置された磁気的な位置送信器(62,64)に直接的に向かい合って配置されていて、該位置送信器(62,64)と協働する、請求項21記載の方法。
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