(57)【要約】【課題】  装置の小型化が容易にできるとともに、パワー半導体モジュールと基板の位置合わせ作業をなくし、組立性を向上させることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、ヒートシンクと基板との間に絶縁性を有するスペーサを介在し、スペーサに設けた係合部内にパワー半導体モジュールを配置する。また係合部の縁部は、パワー半導体モジュールの側部から突出する端子の下に入り込む構成とし、パワー半導体モジュールの端子とヒートシンクとの間の空間を遮断して絶縁性を向上させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に実装してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に、スペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させ、
前記ヒートシンク側面に、スペーサ取り付け用の係合部を設け、かつ前記スペーサ側面に、前記ヒートシンク側面の係合部に対応する係合部を設け、
前記スペーサ側面の係止部と、前記ヒートシンク側面の係合部を互いに係合させて、前記スペーサを前記ヒートシンクに取り付けたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ヒートシンク側面に、スペーサ取り付け用の係合凹部を設け、かつ前記スペーサ側面に、前記ヒートシンク側面の係合凹部に対応する係合凸部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記スペーサは、断熱性の樹脂で製作され、ヒートシンク表面を覆うとともに、ヒートシンク表面との接触面の少なくとも一部に、空気層形成用凹部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記パワー半導体モジュールが、側面から突出する端子を備えたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記スペーサの係合部の縁部を、前記パワー半導体モジュールの端子の下部に配置したことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、少なくとも、前記パワー半導体モジュールの端子の下に位置する表面部分に絶縁用凹部を形成したことを特徴とする請求項５または６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、前記絶縁用凹部の裏面側部分を厚くしたことを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記スペーサの係合部の縁部を下方に延ばし、前記絶縁用凹部に挿入したことを特徴とする請求項７または８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記絶縁用凹部を、パワー半導体モジュールの下部まで広げるとともに、前記スペーサの係合部の縁部を、パワー半導体モジュールの下部まで延ばしてヒートシンクとパワー半導体モジュールの端子との間の空間を遮断したことを特徴とする請求項９に記載のモータの制御装置。
【請求項１１】
前記基板に温度センサを設けたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記温度センサを、前記基板の反パワー半導体モジュール側の面に設けるとともに、前記基板の温度センサの近傍の位置に空気穴を設けたことを特徴とする請求項１１に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
パワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板は、パワー半導体モジュール端子の半田面側の接続位置周辺部に所定の高さを有する部品実装を排除した基板であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置。高さの高い部品を複数の高さの低い部品に置き換えた
【請求項１４】
パワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板は、パワー半導体モジュール端子の接続位置を基板の周辺部に配置したことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記基板を、上下に複数枚に分割し、前記スペーサに設けた高さの異なるボスに載置したことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に実装し、かつ前記ヒートシンクと前記基板との間に、スペーサを介在させるモータ制御装置の組立方法において、
前記パワー半導体モジュールを前記基板に仮置きした後に、前記パワー半導体モジュールと前記基板をまとめて前記スペーサおよび前記ヒートシンクに取り付けることを特徴とするモータ制御装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置とその組立方法に関するもので、特に、基板に対するパワー半導体モジュールの位置決め・取付け構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置、例えばインバータ装置は、高熱を発するパワー半導体モジュールを用いているため、パワー半導体モジュールをヒートシンクに密着させて冷却効果をあげている（たとえば特許文献１参照）。
従来のモータ制御装置、例えばインバータ装置は、図５および図６に示すように構成されている。
図５および図６において、１１はヒートシンクで、例えば四隅にスタッド１２を取り付け、前記スタッド１２上に基板１５を載置し、ネジ１６で取り付けられている。前記基板１５には、下面にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）などのパワー半導体モジュール１３、および温度センサ１４が実装されている。なお、前記パワー半導体モジュール１３は、ネジ１７でヒートシンク１１の上面に密着して取り付けられている。前記温度センサ１４は、パワー半導体モジュール１３の温度を検出し、異常発熱等が生じた際にモータ制御装置を保護するための検出素子であり、ネジ１８でヒートシンク１１に密着し、なおかつ前記パワー半導体モジュール１３の近傍に取り付けられており、電線１４ａにて前記基板１５に接続されている。
このような構成におけるパワー半導体モジュール１３の基板１５への位置決め・取付けは、次のようにして行う。
まず、ヒートシンク１１の上面に、パワー半導体モジュール１３をネジ１７にて仮固定する。
次に、パワー半導体モジュール１３の端子を基板１５のスルーホール（図示せず）に合わせつつ、基板１５のネジ通し穴１５ａとスタッド１２の位置が合致するかどうかを確認する。合致していなければ、パワー半導体モジュール１３の位置をずらせて位置修正をする。合致していれば、あるいはパワー半導体モジュール１３の位置修正をして基板１５の取り付け穴とスタッド１２の位置が合致すれば、基板１５を、ネジ１６を用いて、スタッド１２に締め付け固定する。その後、基板１５に設けたネジ締め用の穴１５ｂにドライバー等を通してネジ１７を本締めし、ヒートシンク１１の上面にパワー半導体モジュール１３を確実に固定する。
前記基板１５をスタッド１２に締め付け固定した後、パワー半導体モジュール１３の端子を基板１５に半田付けする。
【特許文献１】特開平１０−２２５１３８号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような構成の従来技術においては、次のような問題があった。
（１）モータ制御装置はＡＣ２００ＶやＡＣ４００Ｖ等の高圧交流電源で動作するため、ヒートシンクと基板、およびヒートシンクとパワー半導体モジュールの絶縁距離を十分に確保する必要があり、これらの間の絶縁距離を短くしてモータ制御装置の小型化を実現するのには限界がある。
（２）パワー半導体モジュールをヒートシンクに仮固定し、パワー半導体モジュールの端子を基板のスルーホールに合わせたのち基板をネジ締めして固定するようにしているため、パワー半導体モジュールの端子と基板のスルーホールを合わせるのに時間がかかる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、装置の小型化が容易にできるとともに、パワー半導体モジュールと基板の位置合わせ作業をなくし、組立性を向上させることができるモータ制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に実装してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に、スペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させ、前記ヒートシンク側面に、スペーサ取り付け用の係合部を設け、かつ前記スペーサ側面に、前記ヒートシンク側面の係合部に対応する係合部を設け、前記スペーサ側面の係止部と、前記ヒートシンク側面の係合部を互いに係合させて、前記スペーサを前記ヒートシンクに取り付けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は前記ヒートシンク側面に、スペーサ取り付け用の係合凹部を設け、かつ前記スペーサ側面に、前記ヒートシンク側面の係合凹部に対応する係合凸部を設けたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記スペーサは、断熱性の樹脂で製作され、ヒートシンク表面を覆うとともに、ヒートシンク表面との接触面の少なくとも一部に、空気層形成用凹部を形成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成したことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記パワー半導体モジュールが、側面から突出する端子を備えたものであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、前記スペーサの係合部の縁部を、前記パワー半導体モジュールの端子の下部に配置したことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記ヒートシンクの、少なくとも、前記パワー半導体モジュールの端子の下に位置する表面部分に絶縁用凹部を形成したことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記ヒートシンクの、前記絶縁用凹部の裏面側部分を厚くしたことを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、前記スペーサの係合部の縁部を下方に延ばし、前記絶縁用凹部に挿入したことを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、前記絶縁用凹部を、パワー半導体モジュールの下部まで広げるとともに、前記スペーサの係合部の縁部を、パワー半導体モジュールの下部まで延ばしてヒートシンクとパワー半導体モジュールの端子との間の空間を遮断したことを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、前記基板に温度センサを設けたことを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、前記温度センサを、前記基板の反パワー半導体モジュール側の面に設けるとともに、前記基板の温度センサの近傍の位置に空気穴を設けたことを特徴とするものである。
請求項１３に記載のパワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板は、パワー半導体モジュール端子の半田面側の接続位置周辺部に所定の高さを有する部品実装を排除した基板であることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明は、パワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板は、パワー半導体モジュール端子の接続位置を基板の周辺部に配置したことを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明は、前記基板を、上下に複数枚に分割し、前記スペーサに設けた高さの異なるボスに載置したことを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明は、ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に実装し、かつ前記ヒートシンクと前記基板との間に、スペーサを介在させるモータ制御装置の組立方法において、前記パワー半導体モジュールを前記基板に仮置きした後に、前記パワー半導体モジュールと前記基板をまとめて前記スペーサおよび前記ヒートシンクに取り付けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、次のような効果がある。
（１）請求項１，２に記載の発明によれば、基板取り付けネジ本数を削減することができ、部品点数および組立工数を削減することができる。
（２）請求項３に記載の発明によれば、断熱性の樹脂からなるスペーサでヒートシンク表面を覆うことにより、ヒートシンクからの熱輻射を低減することができ、さらに、装置内部へのヒートシンクからの放熱面に意図的に熱抵抗が大きい空気層を作ることにより、装置の内部容積を減少させることができ、装置を小型化することができる。
（３）請求項４に記載の発明によれば、基板に対するパワー半導体モジュールの位置決めが簡単にでき、パワー半導体モジュールの端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができる。また、位置決めのための部品をスペーサのみで行えるため部品点数を削減することができる。
（４）請求項５〜９に記載の発明によれば、ヒートシンクと基板、およびヒートシンクとパワー半導体モジュールの絶縁距離を確保することができ、装置を小形化することができる。
（５）請求項１０に記載の発明によれば、ヒートシンクとパワー半導体モジュールの端子との間の空間を確実に遮断することができるので、ヒートシンクと基板、およびヒートシンクとパワー半導体モジュールの絶縁距離の確保が確実に行われ絶縁の信頼性をより高めることができる。
（６）請求項１１に記載の発明によれば、温度センサの取り付けネジを削除することができ、部品点数および組立工数を削減することができる。
（７）請求項１２に記載の発明によれば、温度センサの基板への取り付けにおいてスペースの有効活用ができる。
（８）請求項１３〜１５に記載の発明によれば、スポット半田、あるいはマルチポイントソルダと通常呼ばれている自動半田装置を用いて半田付け作業が行うことができ、手動での半田付け回数を削減して、組立工数を削減することができる。
（９）請求項１６に記載の発明によれば、基板に対するパワー半導体モジュールの位置決めが簡単にでき、素子の端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができるため、組立工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明のモータ制御装置を示す斜視図である。
【図２】図１におけるモータ制御装置の分解斜視図である。
【図３】図１におけるスペーサを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】図１におけるモータ制御装置の簡略断面図である。
【図５】従来技術におけるモータ制御装置を示す斜視図である。
【図６】図５におけるモータ制御装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明のモータ制御装置を示す斜視図である。図２は、図１におけるモータ制御装置の分解斜視図である。図３は、図１におけるスペーサを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図４は、図１におけるモータ制御装置の簡略断面図である。
図１〜図４において、１はヒートシンク、２は例えば熱伝導率の悪い断熱性の樹脂で一体化されて構成されたスペーサ、３はＩＧＢＴやダイオードなどのパワー半導体モジュールで、複数本の端子が、例えば側面から真横に突出し、かつ途中から上方に向かって伸びて構成されている。４は第１の基板、５は第２の基板である。
【０００９】
前記ヒートシンク１は、例えば直方体をしており、上面は平面状に形成され、下面にはフィン１ａが形成されている。上面には、スペーサ２をパワー半導体モジュール３の下にもぐりこませるための絶縁用凹部１ｂ、およびスペーサ２とパワー半導体モジュール３とをヒートシンク１に取付けるためのネジ穴１ｃが複数個形成されている。側面には、スペーサ２を取付けるための係合凹部１ｄが形成されている。
【００１０】
前記スペーサ２は、前記ヒートシンク１の上面に載置されるもので、前記ヒートシンク１と同等かあるいは小さい例えば直方体で構成されている（本実施例ではヒートシンク１よりも小さく構成されている）。前記スペーサ２は、前記ヒートシンク１の係合凹部１ｄに対応する位置に、係合凸部２ａを設けている。また、上面においては、係合凸部２ａの反対側の２箇所に、同一高さの平面を有する第１のボス２ｂを形成するとともに、第１のボス２ｂの近傍あるいは反対側（本実施例では近傍）の２箇所に、第１のボス２ｂの上面よりも高い高さの平面を有する第２のボス２ｃを形成している。前記第１のボス２ｂは、第１の基板４をネジ６で締付固定するためのもので、第２のボス２ｃは、第２の基板５をネジ７で締付固定するためのものである。さらに、前記第１のボス２ｂの反対側に、第１のボス２ｂと同じ高さの平面を有する第1の支持部２ｄ、前記第２のボス２ｃの反対側に、第２のボス２ｃと同じ高さの平面を有する第２の支持部２ｅを形成しており、第1の支持部２ｄの近傍に第1の係止部２ｆ、第２の支持部２ｅの近傍に第２の係止部２ｇを形成している。第1の支持部２ｄと第1の係止部２ｆは、第１の基板４を係止するためのものであり、第２の支持部２ｅと第２の係止部２ｇは第２の基板５を係止するためのものである。
また、前記スペーサ２は、内部に各パワー半導体モジュール３を位置決め配置するための係合部２ｈを設けている。前記係合部２ｈは、例えばスペーサ２に形成された穴あるいは切欠きで構成されている（実施例では穴）。
また、下面においては、前記ヒートシンク１の絶縁用凹部１ｂに対応する位置に凸部２ｊを形成し、断熱性の樹脂からなるスペーサで、ヒートシンク表面を覆い、ヒートシンクからの熱輻射を低減している。さらに、全面に（少なくとも一部に）空気層形成用凹部２ｋを形成して、前記ヒートシンク１とスペーサ２との間に、熱抵抗が大きい空気層２ｍを意図的に作り、ヒートシンク１から装置内部へ熱が伝達されにくくしている。これにより、装置の内部容積を減少させて、装置を小型化している。
【００１１】
前記パワー半導体モジュール３は、穴で構成された前記スペーサ２の係合部２ｈの中に挿入されて配置されるが、前記係合部２ｈの縁部は、前記パワー半導体モジュール３の側部から突出する端子の下に入り込むようになっている。これにより、前記係合部２ｈの縁部が、パワー半導体モジュール３の端子と前記ヒートシンク１との間の空間の大部分を遮断し、前記パワー半導体モジュール３の端子とヒートシンク１との絶縁性が向上する。
さらに、図４に示すように、前記ヒートシンク１の、前記パワー半導体モジュール３の端子の下に位置する表面部分に絶縁用凹部１ｂを形成することにより、前記パワー半導体モジュール３の端子とヒートシンク１との絶縁距離が増して絶縁性が向上する。この場合、前記スペーサ２の係合部２ｈの縁部を下方に延ばし、前記絶縁用凹部１ｂに挿入すれば、前記パワー半導体モジュール３の端子とヒートシンク１との間の空間をよりよく遮断することができる。
さらに、前記絶縁用凹部１ｂを、パワー半導体モジュール３の下部まで広げるとともに、前記スペーサ２の係合部２ｈの縁部を、パワー半導体モジュール３の下部まで延ばすようにすれば、ヒートシンク１とパワー半導体モジュール３の端子との間の空間は完全に遮断され沿面絶縁性が大きく向上する。
【００１２】
前記第１の基板４は、前記第１のボス２ｂに対応する位置に、ネジ通し穴４ａが形成されており、前記第１の支持部２ｄと前記第１のボス２ｂの上に載置し、前記第１の係止部２ｆにて係止して、ネジ６によって前記第１のボス２ｂに締付固定される。前記第１の基板４の高さ方向の位置決めは、前記第１のボス２ｂによってなされる。
前記第１の基板４の上方には、間隔をあけて第２の基板５が配置されることになるが、第２の基板５を載置するための第２のボス２ｃ、および第２の支持部２ｅが、前記スペーサ２に形成されているので、第１の基板４は、前記第２のボス２ｃ、および前記第２の支持部２ｅとの干渉を避けるために、切欠き４ｂを設けている。
また、第１の基板４の上面あるいは下面（本実施例では上面）には、温度センサ４ｃが取り付けられている。前記温度センサ４ｃは、前記パワー半導体モジュール３の温度を監視するためのものであり、前記パワー半導体モジュール３にできるだけ近いほうが望ましいが、前記ヒートシンク１と前記第１の基板４との間に前記スペーサ２を介在させることにより、前記ヒートシンク１と前記第１の基板４と絶縁性を確保でき、前記ヒートシンク１と前記第１の基板４との距離を小さくすることが可能となるため、前記温度センサ４ｃを前記パワー半導体モジュール３に近づけることができる。なお、空きスペースを有効活用する狙いも持たせて、前記温度センサ４ｃを、前記第１の基板の反パワー半導体モジュール側の上面に取り付ける場合（本実施例の場合）は、前記温度センサの近傍に、前記第１の基板４上に空気穴４ｄを設けることにより、前記パワー半導体モジュール３の発熱を前記温度センサ４ｃに効率的に伝えることができる。
前記パワー半導体モジュール３の端子が前記第１の基板４には取り付かず、第２の基板に半田付けされる場合には、前記パワー半導体モジュール３の端子に対応する位置に、前記第１の基板４上に端子通し穴４ｅを設けておく。前記端子通し穴４ｅは、前記パワー半導体モジュール３を位置決め配置するためのものである。また、前記パワー半導体モジュール３を前記ヒートシンク１に螺合させるためのネジ８のネジ締め用穴４ｆを設けておく。
【００１３】
前記第２の基板５は、前記第２のボス２ｃに対応する位置に、ネジ通し穴５ａが形成されるとともに、前記第２の支持部２ｅと前記第２のボス２ｃの上に載置し、前記第２の係止部２ｇにて係止して、ネジ７によって前記第２のボス２ｃに締付固定される。前記第２の基板５の高さ方向の位置決めは、前記第２のボス２ｃによってなされる。
【００１４】
このような構成におけるパワー半導体モジュール３の第１の基板４および第２の基板５への位置決め・取付けは、次のようにして行うこともできる。
まず、第１の基板４を反転させ、適当な治具にて固定させる。
次に、パワー半導体モジュール３を反転させ、端子を反転させた第１の基板４のスルーホールあるいは端子通し穴４ｅに通し、反転させた第１の基板４の上面に仮置きして載置する。次に、スペーサ２を反転させ、第１のボス２ｂを反転させた第１の基板４のネジ通し穴４ａに係合させるとともに、第１の係止部２ｆにて係止させ、反転させた第１の基板４の上面に載置する。
次に、ヒートシンク１を反転させ、ネジ穴１ｃを反転させたスペーサ２の第１のボス２ｂに係合させるとともに、係合凹部１ｄを反転させたスペーサ２の係合凸部２ａに係止させ、反転させたスペーサ２の上面に載置する。この状態を保ったまま、第１の基板４、パワー半導体モジュール３、スペーサ２、ヒートシンク１を反転させて元の状態に戻した後、ネジ６を第１の基板４のネジ通し穴４ａとスペーサ２の第1のボス２ｄのネジ通し穴に通すとともに、ヒートシンク１のネジ穴１ｃに螺合させて、第1の基板４を、スペーサ２を介してヒートシンク１に締付固定する。
次に、ネジ８をパワー半導体モジュール３のネジ通し穴に通すとともに、ヒートシンク１のネジ穴１ｃに螺合させて、パワー半導体モジュール３を、第1の基板４に設けたネジ締め用穴４ｆにドライバー等を通してヒートシンク１に締付固定する。この状態で、第１の基板４に半田付けされるパワー半導体モジュール３（図４に示す右側のパワー半導体モジュール３）の端子を、第１の基板４に半田付けする。
パワー半導体モジュール３を、ヒートシンク１に締付固定した後、第２の基板５を、ネジ通し穴５ａをスペーサ２の第２のボス２ｃに係合させるとともに、スペーサ２の第２の係止部２ｇにて係止させ、スペーサ２の第２のボス２ｃ上面に載置する。その後、ネジ７を第２の基板５のネジ通し穴５ａと第２のボス２ｃのネジ通し穴に通すとともに、ヒートシンク１のネジ穴１ｃに螺合させて、第２の基板５を、スペーサ２を介してヒートシンク１に締付固定する。なお、このとき、ネジ７は樹脂製のスペーサ２の第２のボス２ｃにより覆われているため、第１の基板４との絶縁距離が確保できる。この状態で、第２の基板５に半田付けされるパワー半導体モジュール３の端子を、第２の基板５に半田付けする。ここで、第２の基板５に半田付けされるパワー半導体モジュール３は、パワー半導体モジュール３の端子を第１の基板４の端子通し穴４ｅに通しておくことによって既に位置決めされているため、パワー半導体モジュール３を位置合わせするための作業は必要ない。
なお、前述したパワー半導体モジュール３の第１の基板４および第２の基板５への位置決め・取付けは、ヒートシンク１を抱えて反転させるものであったが、ヒートシンク１を抱えて反転させずとも、第１の基板４とスペーサ２でパワー半導体モジュール３を挟み、挟んだままひっくり返して元に戻し、そのままヒートシンク１に載せるようにしてもかまわない。ヒートシンク１が大きな機種の場合や、女性作業者の場合は、こちらの作業方法がよい。
【００１５】
パワー半導体モジュール３の端子は、第１の基板４に半田付けするが、半田付け作業は、端子の数が多いこともありかなり面倒であるため、作業者自らが半田付け作業をしていたのでは、非常に効率が悪い。そこで、半田付け作業は、自動半田装置を使用して行ない、組立工数を削減させる。
【００１６】
ここで、自動半田装置について簡単に説明する。
自動半田装置は、通常、スポット半田、あるいはマルチポイントソルダと呼ばれており、その構成は次のようになっている。
装置の底部より半田ノズルが複数個伸びており、基板まで取り付けた状態のユニットを素子ピン位置と半田ノズル位置が係合するように反転させて固定するようになっている。
この状態で自動半田装置を稼動させると、半田ノズルへ半田が一定時間、一定温度で充てんされ、素子ピンに半田が供給される。これにより、手半田では１点ずつしか半田を行うことができなかったのが、自動半田装置では、複数点まとめて半田を行うことができる。したがって、時間短縮（工数削減）ができるだけでなく、人手作業の廃止による工数削減・品質安定が可能となる。
しかしながら、自動半田装置には次のような障害となるものがある。
(1) 半田ノズルと基板との係合部分には基板に部品を実装できない。
半田ノズルは熱くなるので、部品（コンデンサの被覆など）が半田ノズルに接触したら溶けてしまう。そのため、半田ノズルに部品が接触しないようにしなければならないので、ある程度の係合部周囲には部品を実装することができない。
(2) 基板実装部品に高さが高い部品（特に障害となるのは電解コンデンサの場合が多い）があると、半田ノズルの高さが高くなり、温度制御が難しくなり、歩止まりが悪くなる。
本発明は、上述した障害を排除するために、次のような構成としている。
前記(1) の障害に対しては、基板を複数枚（実施例では２枚）使用し、充分な基板実装面積を確保している。また、それとともに、パワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板は、パワー半導体モジュール端子の接続位置を、周りに部品が少ない基板の周辺部に配置するようにしている。
また、前記(2) の障害に対しては、高さの高い部品を複数の高さの低い部品に置き換えるなどして、パワー半導体モジュール端子を半田付け接続する基板の半田面側の接続位置周辺部において、所定の高さを有する部品実装を排除している。
【００１７】
本発明のモータ制御装置は、ヒートシンクと基板の間に、スペーサを介在させているので、次のような作用効果がある。
（１）基板に対するパワー半導体モジュールの位置決めが簡単にでき、パワー半導体モジュールの端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができる。また、位置決めのための部品をスペーサのみで行えるため部品点数を削減することができる。
（２）スペーサは絶縁材で構成されているので、第１の基板とパワー半導体モジュールの間隔を大きく取らなくても、スペーサによって絶縁距離を確実に確保することができる。それにより、装置を小形化することができる。また、第１の基板および第２の基板の取り付けのための部品をスペーサのみで行えるため部品点数を削減することができる。
（３）スペーサは熱伝導率の悪い樹脂で作られているので、ヒートシンクと基板との間に介在させることによって、ヒートシンクからの熱放射を防ぐことができる。それにより、基板とヒートシンクの距離を短くでき、装置を小形化することができるとともに、簡単な構成で複数枚の基板をヒートシンク上に載置することができる。
また、パワー半導体モジュールを最初に基板に仮置きして組み立てることにより、従来非常に面倒であったパワー半導体モジュールの端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができるため、組立工数を削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、インバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置とその組立方法に関するもので、特に、基板に対するパワー半導体モジュールの位置決め・取付け構造に適用して、装置の小型化が容易にできるとともに、パワー半導体モジュールと基板の位置合わせ作業をなくし、組立性を向上させることができるモータ制御装置を製造、提供する分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１  ヒートシンク
１ａ  フィン
１ｂ  絶縁用凹部
１ｃ  ネジ穴
１ｄ  係合凹部
２  スペーサ
２ａ  係合凸部
２ｂ  第１のボス
２ｃ  第２のボス
２ｄ  第１の支持部
２ｅ  第２の支持部
２ｆ  第１の係止部
２ｇ  第２の係止部
２ｈ  係合部
２ｊ  下面凸部
２ｋ  下面凹部
２ｍ  空気層
３  パワー半導体モジュール
４  第１の基板
４ａ  ネジ通し穴
４ｂ  切欠き
４ｃ  温度センサ
４ｄ  空気穴
４ｅ  端子通し穴
４ｆ  ネジ締め用穴
５  第２の基板
５ａ  ネジ通し穴
６  第１の基板固定用のネジ
７  第２の基板固定用のネジ
８  パワー半導体モジュール固定用のネジ
１１  ヒートシンク
１２  スタッド
１３  パワー半導体モジュール
１４  温度センサ
１４ａ  電線
１５  基板
１５ａ  ネジ通し穴
１５ｂ  ネジ締め用穴
１６  基板固定用のネジ
１７  パワー半導体モジュール固定用のネジ
１８  温度センサ固定用のネジ
【図１】
2010178625.tif 000003
【図２】
2010178625.tif 000004
【図３】
2010178625.tif 000005
【図４】
2010178625.tif 000006
【図５】
2010178625.tif 000007
【図６】
2010178625.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月11日(2010.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、
前記係合部の縁部を、前記端子の下部に配置したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサは、前記端子の下部と前記ヒートシンクとの間も絶縁したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記ヒートシンクの前記端子の下に位置する表面部分に凹部を形成したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、
前記基板を、前記スペーサの上に配置される第１の基板及び前記第１の基板の上に配置される第２の基板で構成し、
前記パワーモジュールは前記第１の基板を貫通して前記第２の基板に接続される端子を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、
前記基板を、前記スペーサの上に配置される第１の基板及び前記第１の基板の上に配置される第２の基板で構成し、
前記パワー半導体モジュールは前記第１の基板にのみ接続される端子及び前記第２の基板に接続される端子を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置の組立方法において、
前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、
前記パワー半導体モジュールの端子を前記基板の端子通し穴に挿入し、かつ前記パワー半導体モジュールを前記係合部に配置して前記基板と前記スペーサで挟み、
挟んだまま前記パワー半導体モジュールを前記ヒートシンクに取り付けることを特徴とするモータ制御装置の組立方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、前記係合部の縁部を、前記端子の下部に配置したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサは、前記端子の下部と前記ヒートシンクとの間も絶縁したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、側面から突出する端子を備えたパワー半導体モジュールと、ヒートシンクに密着する前記パワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記ヒートシンクの前記端子の下に位置する表面部分に凹部を形成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、前記基板を、前記スペーサの上に配置される第１の基板及び前記第１の基板の上に配置される第２の基板で構成し、前記パワーモジュールは前記第１の基板を貫通して前記第２の基板に接続される端子を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記基板を、前記スペーサの上に配置される第１の基板及び前記第１の基板の上に配置される第２の基板で構成し、前記パワー半導体モジュールは前記第１の基板にのみ接続される端子及び前記第２の基板に接続される端子を備えたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、ヒートシンクに密着するパワー半導体モジュールを基板に接続してなるモータ制御装置の組立方法において、前記ヒートシンクと前記基板との間に前記間を絶縁するスペーサを介在させるとともに、前記スペーサ内に、前記パワー半導体モジュールを配置させるための係合部を形成し、前記パワー半導体モジュールの端子を前記基板の端子通し穴に挿入し、かつ前記パワー半導体モジュールを前記係合部に配置して前記基板と前記スペーサで挟み、挟んだまま前記パワー半導体モジュールを前記ヒートシンクに取り付けることを特徴とするものである。  
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明によれば、次のような効果がある。
基板に対するパワー半導体モジュールの位置決めが簡単にでき、パワー半導体モジュールの端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができる。また、位置決めのための部品をスペーサのみで行えるため部品点数を削減することができる。
ヒートシンクと基板、およびヒートシンクとパワー半導体モジュールの絶縁距離を確保することができ、装置を小形化することができる。
ヒートシンクとパワー半導体モジュールの端子との間の空間を確実に遮断することができるので、ヒートシンクと基板、およびヒートシンクとパワー半導体モジュールの絶縁距離の確保が確実に行われ絶縁の信頼性をより高めることができる。  
スポット半田、あるいはマルチポイントソルダと通常呼ばれている自動半田装置を用いて半田付け作業が行うことができ、手動での半田付け回数を削減して、組立工数を削減することができる。
基板に対するパワー半導体モジュールの位置決めが簡単にでき、素子の端子と基板の穴合わせの作業をなくすことができるため、組立工数を削減することができる。