(57)【要約】      （修正有）【課題】プリント基板の面積を減少することなく、プリント基板およびヒートシンクに接続することができる、パワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュール２は、ヒートシンク３の孔３１に挿入することができるダボ形状の固定要素２４を備えている。締付け要素２５をプリント基板の貫通孔１１を通してダボ形状の固定要素に挿入する結果として、締付け要素がヒートシンクの孔において固定される。したがって、パワーモジュールは、より容易にプリント基板およびヒートシンクに接続することができる。【選択図】図１
2011254065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板（１）に取り付けられるパワーモジュール（２）であって、
ヒートシンク（３）の表面に取り付けられる第１の面（２１）であって、前記ヒートシンク（３）上に前記パワーモジュール（２）が取り付けられた状態において、前記ヒートシンク（３）に実質的に平行に配置されている、前記第１の面（２１）と、
電気接続要素（２３）が設けられている第２の面（２２）であって、前記電気接続要素（２３）が、前記パワーモジュール（２）を前記プリント基板（１）に電気的に接続するようにされている、前記第２の面（２２）と、
を備えており、
前記パワーモジュール（２）が、前記ヒートシンク（３）の少なくとも１個の孔（３１）に挿入することができる少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）を備えている、またはそのようなダボ形状の固定要素（２４）を受け入れるようにされており、前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）に締付け要素（２５）を挿入する結果として、前記締付け要素（２５）が前記ヒートシンク（３）の前記少なくとも１個の孔（３１）において固定される、
パワーモジュール。
【請求項２】
前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）が、前記パワーモジュール（２）に一体化されており、前記パワーモジュール（２）の前記第１の面（２１）に配置されている、
請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）が、前記パワーモジュール（２）の前記第１の面（２１）から突き出している２個の半円筒部（２４１，２４２）、を備えている、
請求項１または請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
それぞれが前記パワーモジュール（２）の一方の端部に配置されており、前記ヒートシンク（３）の２個の対応する孔（３１，３１’）に挿入することができる、２個のダボ形状の固定要素（２４，２４’）、
を備えている、請求項１から請求項３のいずれかに記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４−１）を受け入れる少なくとも１個の開口（２４５−１）、
を備えている、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
対応するダボ形状の固定要素（２４−１，２４−２）を受け入れる２個の開口（２４５−１，２４５−２）、
を備えている、請求項５に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のパワーモジュールを備えたシステムであって、
前記ヒートシンク（３）の前記少なくとも１個の孔（３１）が、単純な孔、円錐形の孔、またはねじ孔のいずれかであり、前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）が、対応する単純な外形、円錐外形、またはねじ付き外形を有する、
システム。
【請求項８】
前記プリント基板（１）と前記締付け要素（２５）との間に配置されている蓋体（４）、
をさらに備えている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
パワーモジュール（２）をプリント基板（１）およびヒートシンク（３）に接続する方法であって、
前記パワーモジュール（２）の第１の面（２１）を前記ヒートシンク（３）の表面上に取り付けるステップであって、前記ヒートシンク（３）上に前記パワーモジュール（２）が取り付けられた状態において、前記第１の面（２１）が前記ヒートシンク（３）に実質的に平行に配置されている、前記ステップと、
電気接続要素（２３）が設けられている、前記パワーモジュール（２）の第２の面（２２）を、前記電気接続要素（２３）を前記プリント基板（１）の対応する貫通孔（１１）に挿入することによって、前記プリント基板（１）に接続するステップと、
前記パワーモジュール（２）の少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）を、前記ヒートシンク（３）の少なくとも１個の孔（３１）に挿入するステップと、
を含んでおり、
前記少なくとも１個のダボ形状の固定要素（２４）に締付け要素（２５）を挿入する結果として前記締付け要素（２５）が前記ヒートシンク（３）の前記少なくとも１個の孔（３１）において固定されるように、前記締付け要素（２５）を前記プリント基板（１）の貫通孔（１２）を貫いて挿入することによって、前記パワーモジュール（２）が最終的な取付け状態になる、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板に取り付けられるパワーモジュールであって、ヒートシンクの表面に取り付けられる第１の面であって、ヒートシンク上にパワーモジュールが取り付けられた状態において、ヒートシンクに実質的に平行に配置されている、第１の面と、電気接続要素が設けられている第２の面であって、電気接続要素が、パワーモジュールをプリント基板に電気的に接続するようにされている、第２の面と、を備えている、パワーモジュール、に関する。本発明は、さらに、パワーモジュールをプリント基板およびヒートシンクに接続する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、半導体デバイスが設けられており、半導体デバイスによって発生した熱を放散させるのに適するモジュールである。従来のパワーモジュールにおいては、パワーモジュールは、通常、ヒートシンクおよびプリント基板の両方に、ねじによって接続される。この方法では、パワーモジュールの組み立てに大きな労力およびコストが必要であり、また、パワーモジュールを取り付けるためのいくつかの貫通孔をプリント基板に設けなければならないため、プリント基板上に十分なスペースが利用可能であることが要求される。
【０００３】
あるいは、ねじおよびクリップ締結具を使用してパワーモジュールをプリント基板に接続することができる。この場合、パワーモジュールのハウジングのクリップ要素によってプリント基板がパワーモジュールに接続され、パワーモジュールはねじによってヒートシンクに接続される。したがって、パワーモジュールをヒートシンクおよびプリント基板に、より容易に接続することができる。しかしながら、このタイプの締結では、プリント基板の比較的大きな表面領域にフライス加工によって凹部を形成することが要求され、これによって、やはりプリント基板上のスペースが減少する。
【０００４】
パワーモジュールをプリント基板およびヒートシンクに接続するための別の代替方法は、パワーモジュールおよびプリント基板をねじによって接続することである。この場合、パワーモジュールとプリント基板は、蓋体を貫通するねじによって互いに接続される。この方法では、パワーモジュールをプリント基板上に容易に取り付けることができるが、蓋体を使用する必要があり、蓋体がプリント基板上に配置されるためプリント基板に大きな表面領域が要求される。さらには、プリント基板に貫通孔が必要であり、プリント基板上のスペースがさらに減少する。このようなパワーモジュールは、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第１９６３０１７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、プリント基板に取り付けられるパワーモジュールであって、単純な方法で、かつプリント基板の表面領域が減少することなく、自身をプリント基板およびヒートシングに接続することのできる、パワーモジュール、を提供することである。具体的には、ねじを使用せず、追加の工程ステップなしに、１回の圧入ステップで自身をプリント基板およびヒートシンクに接続することのできる、パワーモジュールを提供する。さらに、パワーモジュールをプリント基板およびヒートシンクに接続するための対応する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１によるパワーモジュールと、請求項９による、パワーモジュールをプリント基板およびヒートシンクに接続する方法とによって達成される。追加の実施形態は、従属請求項に定義されている。
【０００８】
本パワーモジュールは、ヒートシンクの少なくとも１個の孔に挿入することができる少なくとも１個のダボ形状の固定要素（dowel-shaped fixing element）を備えている、またはそのようなダボ形状の固定要素を受け入れるようにされている。少なくとも１個のダボ形状の固定要素に締付け要素を挿入する結果として、締付け要素がヒートシンクの少なくとも１個の孔において固定される。したがって、本パワーモジュールは、簡単な方法でプリント基板およびヒートシンクに接続することができる。具体的には、締付け要素をプリント基板の貫通孔を通して少なくとも１個のダボ形状の固定要素の中に挿入することにより、１回の圧入ステップでパワーモジュールをプリント基板およびヒートシンクに接続することができる。
【０００９】
したがって、本パワーモジュールは、１回のステップで、圧入接続要素（press-in connection element）によってプリント基板に圧入することができ、それと同時に、ヒートシンク上にも固定することができる。圧入コンタクト（press-in contact）を有するモジュールにおける従来の取付け方法（モジュールを回路基板に圧入し、ヒートシンクにはねじで固定する）とは異なり、本発明によると、モジュールピンをプリント基板に圧入することにより、１回のステップで、モジュールがヒートシンクに対して固定され、プリント基板がモジュールに対して固定される。
【００１０】
本発明によるパワーモジュールの一実施形態においては、少なくとも１個のダボ形状の固定要素は、パワーモジュールに一体化されており、パワーモジュールの第１の面に配置されている。
【００１１】
本発明によるパワーモジュールの有利な実施形態においては、少なくとも１個のダボ形状の固定要素は、パワーモジュールの第１の面から突き出している２個の半円筒部を備えている。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態においては、パワーモジュールは、２個のダボ形状の固定要素であって、それぞれがパワーモジュールの一方の端部に配置されており、ヒートシンクの２個の対応する孔に挿入することができる、２個のダボ形状の固定要素、を備えている。
【００１３】
本発明の別の実施形態においては、パワーモジュールは、少なくとも１個のダボ形状の固定要素を受け入れる少なくとも１個の開口を備えている。
【００１４】
本発明の有利な実施形態においては、パワーモジュールは、対応するダボ形状の固定要素を受け入れる２個の開口を備えている。
【００１５】
以下では、本発明について、添付の図面に示した実施形態に基づいてさらに詳しく説明する。すべての図面を通じて、本発明によるパワーモジュールの類似する細部または対応する細部には、同じ参照数字を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のパワーモジュールと、ヒートシンクと、プリント基板と、２個の締付け要素と、を備えているシステムの斜視図を示している。
【図２】ヒートシンクの斜視図を示している。
【図３】本発明のパワーモジュールの側面斜視図を示している。
【図４】締付け要素によってヒートシンクおよびプリント基板に接続されている本発明のパワーモジュールの側面図を示している。
【図５】図４に示した取付け状態の側面斜視図を示している。
【図６】図１に示したシステムの、取付け前の状態の斜視図を示している。
【図７】図６の状態に続く取付け状態における拡大斜視図を示している。
【図８】最終的な取付け状態における、本発明のパワーモジュールの斜視図を示している。
【図９】本発明の別の実施形態によるシステムであって、パワーモジュールと、ヒートシンクと、プリント基板と、ダボ形状の固定要素と、締付け要素と、を備えているシステムの斜視図を示している。
【図１０】図９に示したシステムの、最終的な取付け状態における断面斜視図を示している。
【図１１】本発明の別の実施形態によるパワーモジュールの斜視図を示している。
【図１２】図１１に示したパワーモジュールの裏側を示している。
【図１３】本発明のさらなる実施形態によるシステムであって、図１１および図１２におけるようなパワーモジュールと、ヒートシンクと、プリント基板と、を備えているシステムの斜視図を示している。
【図１４】図１３に示したシステムの、別の取付け状態における斜視図を示している。
【図１５】図１４に示したシステムの、最終的な取付け状態における斜視図を示している。
【図１６】図１５に示したシステムの、最終的な取付け状態における断面斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、締付け要素２５によって相互に接続される、本発明によるパワーモジュール２と、プリント基板１と、ヒートシンク３と、を備えているシステム、を斜視図として示している。
【００１８】
プリント基板１に取り付けられる、本発明によるパワーモジュール２は、ヒートシンク３の表面に取り付けられる第１の面２１と、第２の面２２とを備えており、第２の面２２には、プリント基板１に取り付けられる電気接続要素２３が設けられている。パワーモジュール２の第１の面２１は、ヒートシンク３の表面に取り付けられるようにされている。これを目的として、第１の面２１は、２個のダボ形状の固定要素２４，２４’を備えており、これらの要素２４，２４’は、それぞれがパワーモジュール２の一方の端部に配置されており、ヒートシンク３の２個の対応する孔３１，３１’に挿入することができる。
【００１９】
本発明によるパワーモジュール２がヒートシンク３上に取り付けられた状態においては、パワーモジュール２の第１の面２１は、ヒートシンク３に対して実質的に平行に配置されている。パワーモジュール２の第２の面２２の電気接続要素２３は、パワーモジュール２の第２の面２２に対して実質的に垂直であり、パワーモジュール２をプリント基板１に電気的に接続する役割を果たす。
【００２０】
図１に示したように、本発明によるパワーモジュールは、２個の締付け要素２５，２５’をさらに備えている。好ましくは、これらの締付け要素２５，２５’は、プラスチックからなる実質的に縦長のピンであり、プリント基板１の対応する貫通孔１１を貫いて、ダボ形状の固定要素２４，２４’の対応する孔２４５に入る。締付け要素は、さまざまな形状（例えば、スタッドおよび頭部からなる単純な形状や、円錐形状、あるいはショルダー部を備えた形状）を有することができる。締付け要素の機能については、後から別の図面によってさらに詳しく説明する。
【００２１】
図２は、孔３１，３１’を備えているヒートシンク３の斜視図を示している。ヒートシンク３は、実質的には熱伝導性の板であり、上にパワーモジュール２を取り付けることができる。孔３１，３１’の数は、パワーモジュール２の第１の面２１におけるダボ形状の固定要素２４，２４’の数に対応して選択される。
【００２２】
図３は、パワーモジュール２の側面斜視図を示している。この図から明らかであるように、パワーモジュール２は、２個の半円筒部２４１，２４２からなるダボ形状の固定要素２４を備えており、半円筒部２４１，２４２は、パワーモジュール２の第１の面２１から突き出している。
【００２３】
図４は、ヒートシンク３の表面上に取り付けられた状態における、パワーモジュール２の拡大側面図を示しており、この段階ではパワーモジュール２は最終的な取付け状態ではない。図示した締付け要素２５は、プリント基板１の貫通孔（図示していない）を通って、図３に示したダボ形状の固定要素２４の開口２４５に挿入されている。パワーモジュール２の電気接続要素２３は、プリント基板１の対応する貫通孔に配置されているが、まだその最終的な取付け状態ではない。
【００２４】
図５は、図４に示した取付け状態におけるパワーモジュール２の側面斜視図を示している。図６は、パワーモジュール２をプリント基板１およびヒートシンク３に接続するための方法を示しており、締付け要素２５，２５’を好ましくは押し込むことによってダボ形状の固定要素２４，２４’に挿入する。図７は、締付け要素２５，２５’を垂直方向に沿って押すことによって、２個の半円筒部２４１，２４２の上部にかかる力の様子を示している。締付け要素２５をダボ形状の固定要素２４に挿入する結果として、締付け要素２５がヒートシンク３の孔において固定され、これによって、パワーモジュール２の最終的な取付け状態が達成され、図８はこの状態を示している。
【００２５】
図９は、システムの別の実施形態であって、本発明によるパワーモジュール２と、プリント基板１と、ヒートシンク３と、を備えている実施形態を示している。図９から明らかであるように、パワーモジュール２は、１個のダボ形状の固定要素２４を備えている。この１個のダボ形状の固定要素２４は、パワーモジュール２の第１の面２１の実質的に中央に位置している。ダボ形状の固定要素２４は、パワーモジュール２の第１の面２１から突き出しており、ヒートシンク３の対応する孔３１に挿入することができる。パワーモジュール２の第２の面２２には対応する開口２４５が形成されており、この開口２４５は、プリント基板１における貫通孔１２に対応している。締付け要素２５は、プリント基板１と締付け要素２５との間に配置される蓋体４および貫通孔１２を貫いて挿入される。締付け要素２５を挿入することによって、パワーモジュール２は、上述した原理によって最終的な取付け状態になる。図１０は、パワーモジュール２の最終的な取付け状態の断面斜視図を示している。
【００２６】
図１１は、本発明によるパワーモジュール２の別の実施形態を示しており、この実施形態では、ダボ形状の固定要素がパワーモジュール２に一体化されていない。図１１に示したパワーモジュール２は、２個の開口２４５−１，２４５−２を備えており、これらの開口は対応する固定要素（図示していない）を受け入れるようにされている。図１２は、図１１に示したパワーモジュール２の反対側を示している。
【００２７】
図１３は、本発明の別の実施形態によるシステムであって、プリント基板１とヒートシンク３とを備えており、図１１および図１２に示した実施形態によるパワーモジュール２を使用するシステムの斜視図を示している。この実施形態においては、ダボ形状の固定要素２４−１，２４−２が、パワーモジュール２の対応する開口２４５−１，２４５−２（図示していない）と、ヒートシンク３の対応する孔（図示していない）とに挿入される。第１の実施形態に関連してすでに上述したように、締付け要素２５，２５’は、プリント基板１の対応する開口と、固定要素２４−１，２４−２とに挿入され、これにより、ヒートシンク３およびプリント基板１の両方が１回のステップで同時にパワーモジュール２に接続される。
【００２８】
図１４は、締付け要素２５，２５’をプリント基板１の対応する開口に挿入する前の取付け状態を示している。図１５は、システムの最終的な取付け状態を示している。図１６は、図１５に示した最終的な取付け状態にあるシステムの断面斜視図を示している。
【図１】
2011254065.tif 000003
【図２】
2011254065.tif 000004
【図３】
2011254065.tif 000005
【図４】
2011254065.tif 000006
【図５】
2011254065.tif 000007
【図６】
2011254065.tif 000008
【図７】
2011254065.tif 000009
【図８】
2011254065.tif 000010
【図９】
2011254065.tif 000011
【図１０】
2011254065.tif 000012
【図１１】
2011254065.tif 000013
【図１２】
2011254065.tif 000014
【図１３】
2011254065.tif 000015
【図１４】
2011254065.tif 000016
【図１５】
2011254065.tif 000017
【図１６】
2011254065.tif 000018
【外国語明細書】
2011254065000001.pdf