(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに密着し、第１の基板に実装されたパワー半導体素子を備え、
前記ヒートシンクと前記第１の基板との間に、スペーサを介在し、前記スペーサ内に、前記パワー半導体素子を位置決め配置させ、
前記第１の基板を、前記スペーサに載置し、かつ前記スペーサに第１のボスおよび第２のボスを形成するとともに、前記第１の基板に前記第２のボスとの干渉を避けるボス通し部を設け、前記第１のボスに前記第１の基板を締結固定し、前記ボス通し部から突出した前記第２のボスに第２の基板を載置し、前記第２の基板側からネジを挿入して前記第２のボスに前記第２の基板を締結固定したモータ制御装置。
【請求項２】
前記スペーサ内に、前記パワー半導体素子を係合する係合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】
前記係合部が、穴であることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【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に関するもので、特に、基板に対するパワー半導体素子の位置決め・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素子を用いているため、パワー半導体素子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４および図５に示すように構成されている。
図４および図５において、１１はヒートシンクで、例えば四隅にボス１２ｃを設けており、前記ボス１２ｃ上に第１の基板１４を載置している。前記基板１４には、下面にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子１３が実装されている。なお、前記パワー半導体素子１３はネジ１６でヒートシンク１１の上面に密着して取り付けられる。
また、前記ボス１２ｃには前記基板１４を挟んでスタッド１２ｄとネジ１６とが螺合されている。さらに、前記スタッド１２ｄの上面と、前記基板１４の上面に設けた基板取付け座１４ｃに、第２の基板１５が載置されている。
このような構成におけるパワー半導体素子１３の第１の基板１４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１の上面に、パワー半導体素子１３をネジ１８にて仮固定する。
次に、パワー半導体素子１３の端子を第１の基板１４のスルーホール（図示せず）に合わせつつ、基板１４のネジ通し穴１４ａとボス１２ｃ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、パワー半導体素子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素子１３の位置修正をして基板１４の取り付け穴とボス１２ｃの位置が合致すれば、基板１４を、ネジ１６とスタッド１２ｄを用いて、ボス１２ｃに締め付け固定する。その後、基板１４に設けたネジ締め用の穴１４ｄにドライバー等を通してネジ１８を本締めし、ヒートシンク１１の上面にパワー半導体素子１３を確実に固定する。
前記基板１４をボス１２ｃに締め付け固定した後、パワー半導体素子１３の端子を基板１４にはんだ付けする。
前記パワー半導体素子１３の端子を基板１４にはんだ付けした後、前記スタッド１２ｄの上面と、前記基板１４に設けた基板取付け座１４ｃの上面に、第２の基板１５を、ネジ１７を用いて固定する。
【特許文献１】特開平１１−３４６４７７号公報
【発明の開示】
【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、パワー半導体素子をヒートシンクに仮固定し、パワー半導体素子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、次のような問題があった。
(1) パワー半導体素子の端子と基板のスルーホールをあわせるのに時間がかかる。
(2) パワー半導体素子を基板取付け後に締め付けるため、基板にネジ締め用の穴を設けなければならず基板が大きくなる。
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、パワー半導体素子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し、第１の基板に実装されたパワー半導体素子を備え、前記ヒートシンクと前記第１の基板との間に、スペーサを介在し、前記スペーサ内に、前記パワー半導体素子を位置決め配置させ、前記第１の基板を、前記スペーサに載置し、かつ前記スペーサに第１のボスおよび第２のボスを形成するとともに、前記第１の基板に前記第２のボスとの干渉を避けるボス通し部を設け、前記第１のボスに前記第１の基板を締結固定し、前記ボス通し部から突出した前記第２のボスに第２の基板を載置し、前記第２の基板側からネジを挿入して前記第２のボスに前記第２の基板を締結固定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、前記スペーサ内に、前記パワー半導体素子を係合する係合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、前記係合部が、穴であ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、第１の基板に対するパワー半導体素子の位置決めが簡単にでき、パワー半導体素子の端子と第１の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。さらに、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。
【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】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５】図４におけるモータ制御装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【０００７】
１    ヒートシンク
１ａ  フィン
１ｂ  位置決め穴
１ｃ  ネジ穴
２    スペーサ
２ａ  位置決め突起
２ｂ  周縁部
２ｃ  第１のボス
２ｄ  第２のボス
２ｅ  係合部（穴）
２ｆ  突起
３    パワー半導体素子
４    第１の基板
４ａ  ネジ通し穴
４ｂ  切欠き
４ｃ  支持座
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    パワー半導体素子固定用のネジ
１１    ヒートシンク
１２ｃ  ボス
１２ｄ  スタッド
１３    パワー半導体素子
１４    第１の基板
１４ａ  ネジ通し穴
１４ｃ  基板取付け座
１４ｄ  ネジ締め用の穴
１５    第２の基板
１６    第１の基板固定用のネジ
１７    第２の基板固定用のネジ
１８    パワー半導体素子固定用のネジ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【実施例】
【０００９】
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１ないし図３において、１はヒートシンク、２は例えば熱伝導率の悪い樹脂で一体化されて構成されたスペーサ、３はＩＧＢＴなどのパワー半導体素子で、複数本の端子が、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。
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、前記スペーサ２を位置決めするための位置決め穴１ｂ、およびスペーサ２とパワー半導体素子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。
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、下面の前記ヒートシンク１の位置決め穴１ｂに対応する位置に、位置決め突起２ａを設けている。また、上面においては、周縁部２ｂにおける対角線上あるいはほぼ対角線上の２箇所に、周縁部２ｂの上面と同一高さの平面を有する第１のボス２ｃを形成するとともに、他の対角線上あるいはほぼ対角線上の２箇所に、周縁部６の上面よりも高い高さの平面を有する第２のボス２ｄを形成している。前記第１のボス２ｃ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２ｄ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。また、前記スペーサ２は、内部に各パワー半導体素子３を位置決め配置するための係合部２ｅを設けている。前記係合部２ｅ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）。
前記パワー半導体素子３は、穴で構成された係合部２ｅの中に挿入されて位置決め配置されるが、前記穴の周壁は、前記パワー半導体素子３の側部から突出する端子の下に入り込むように、高さが周縁部２ｂよりも低くなっている。これにより、前記穴の周壁が、パワー半導体素子３の端子とヒートシンク１との間の空間を遮断し、パワー半導体素子３の端子とヒートシンク１との絶縁性が向上する。
また、パワー半導体素子３の端子がない側部と対向する前記スペーサ２の係合部２ｅの周壁は、パワー半導体素子３の側部から離して、パワー半導体素子３と周壁との間に空間を形成するとともに、前記係合部３の周壁から空間に向かって少なくとも１個（本実施例では２個）の突起２ｆを形成している。前記突起２ｆは、パワー半導体素子３の位置決めをするためのものであるが、パワー半導体素子３を、ネジ８を用いて締め付け固定する際に、連れ回りによるパワー半導体素子３の位置ずれを防止することができる位置に形成されている。つまり、ねじ８の締め付け時のトルクによりパワー半導体素子３の回転を止める部分に配置している。具体的にいうと、時計回りにネジ８を締めていったときに、ネジ８と一緒にパワー半導体素子３も連れ回りをしようとするが、その際にパワー半導体素子３の側部が強く当たろうとする係合部の周壁の部分である。この部分に突起２ｆを設けることによって、パワー半導体素子の連れ回りが阻止され、位置ずれが生じることはない。
前記第１の基板４は、前記第１のボス２ｃに対応する位置に、ネジ通し穴４ａが形成されており、前記スペーサ２の周縁部２ｂと第１のボス２ｃの上に載置して、ネジ６によって前記第１のボスに締付固定される。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２ｃ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２ｄ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２ｄ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の上面には、第２の基板５を支持するための支持座４ｃを設けている。
前記第２の基板５は、前記第２のボス２ｄに対応する位置、および支持座４ａに対応する位置に、ネジ通し穴５ａが形成されるとともに、第２のボス２ｄおよび支持座４ｃの上に載置して、ネジ７によって前記第２のボス２ｄおよび支持座４ｃ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２ｄおよび支持座４ｃによってなされる【００１０】
このような構成におけるパワー半導体素子３の第１の基板４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１の上面に、スペーサ２を載置するが、この際、スペーサ２の下面に形成した位置決め突起２ａを、ヒートシンクの位置決め穴１ｂに挿入して位置決めする。この状態で各パワー半導体素子３をそれぞれの係合部２ｅに挿入し、ネジ８をパワー半導体素子３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、パワー半導体素子３をヒートシンク１に締付固定する。
次に、第１の基板４を、切欠き４ｂをスペーサ２の第２のボス２ｄに係合させて、第１のボス２ｃ上面、および周縁部２ｂの上面に載置する。この際、各パワー半導体素子３の端子と第１の基板４のスルーホールとは位置があっているので、パワー半導体素子３の端子はスムーズに第１の基板４のスルーホールに挿入される。
第１の基板４を、第１のボス２ｃ上面、および周縁部２ｂの上面に載置した後、ネジ６を第１の基板４のネジ通し穴４ａと第1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。この状態で、パワー半導体素子３の端子を第1の基板４にはんだ付けする。
また、第1の基板４を、ヒートシンク１に締め付け固定した後、第２の基板５を第２のボス２ｄの上面、および第１の基板４に設けた指示座４ｃの上面に載置し、ネジ７を第２の基板５のネジ通し穴５ａと第２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に螺合させる。また、他のネジ７を、第２の基板５のネジ通し穴５ａに通すとともに、支持座４ｃのネジ穴に螺合させて、第２の基板５を、スペーサ２を介してヒートシンク１に固定する。なお、このとき、ネジ７は樹脂製の第２のボス２ｄ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。
なお、本発明においては、基板は１枚でもよいし、図示していないが、第２のボス２ｄに載置する第２の基板５にボス通し部を形成するとともに、前記ボス通し部に、スペーサ２に形成した第３のボスを通し、３枚目の基板となる第３の基板を、前記第３のボスに載置するようにしてもよい。【００１１】
本発明のモータ制御装置は、ヒートシンクと基板の間に、パワー半導体素子を係合位置決めする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) パワー半導体素子３をスペーサの係合部に挿入するだけで、第１の基板に対するパワー半導体素子の位置決めが簡単にできる。それにより、従来非常に面倒であったパワー半導体素子の端子と第１の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素子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。
(3) また、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。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明は、特にインバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置に適用して、パワー半導体素子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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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