JP4051620B2

JP4051620B2 - パワーモジュールの電気的接続構造

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

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。
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。
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。
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。