逆变器模块的制作方法

1.本发明涉及逆变器模块，更详细而言，涉及一种用于电动机驱动控制的逆变器模块。


背景技术：

2.一般而言，逆变器(inverter)是一种将直流电压转换为交流电压的电力转换装置。
3.通常，利用整流器将三相交流电源转换为直流，利用逆变器将储存于dc链路(通常为电容器)的直流电源转换为交流电源，来驱动电动机。
4.逆变器是vvvf(variable voltage variable frequency：变压变频)系统，根据脉冲宽度调制(pwm)的输出变更输入到电动机的电压和频率，来控制电动机的速度。
5.逆变器是由电力半导体构成的电路，在普通的pcb上实现。
6.构成逆变器的电力半导体是二极管、晶闸管(thyristor)、igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)、mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等，由于使用高功率而产生热量，因此必须配备用于散热的冷却装置。
7.在本发明的申请人的授权专利10-1777439号(2017年9月5日授权，逆变器用冷却装置)中记载了一种对逆变器以空冷方式进行散热的装置。
8.如授权专利10-1777439号所述，为了逆变器的散热，可以使用空冷方式、水冷方式等多种方式。
9.逆变器模块可以被理解为是逆变器和散热装置的结合。
10.作为另一现有技术的例，也在本发明的申请人的授权专利10-1800048号(2017年11月15日授权，逆变器用冷却装置)中记载了一种结合有冷却装置的逆变器的结构。
11.在授权专利10-1800048号中记载了一种pcb和冷却装置结合的结构，在所述结构中，将电子元件安装在pcb，以使这些电子元件位于配备有冷却风扇的盒体内。
12.即，使用一种与电子元件接触的散热器位于冷却装置内，并利用冷却风扇在散热器中进行热交换的方式。
13.虽然在上述说明的现有技术中未明确记载，但在将电子元件或电子元件的集合体的功率模块(power module)安装于pcb时，需考虑冷却装置的结合状态并进行各种处理。
14.图8是现有技术的逆变器模块的示意性的构成图，图9是图8中功率模块和pcb的结合构成图。
15.分别参照图8和图9，在现有技术的逆变器模块中，在pcb100安装有功率模块300，在功率模块300粘合有散热器220。
16.功率模块300与散热器220的粘合是利用散热膏(thermal grease)等导热粘合剂来粘合的。
17.所述散热器220位于冷却装置200的盒体内，具有通过冷却风扇210的强制对流来
实现散热的结构。
18.此时，功率模块300凸出有复数个销310，销310与pcb100的结合孔结合。
19.所述销310通过焊接(soldering)与pcb100电连接。
20.即，对于在pcb100的与功率模块300结合的一面的相反面凸出的各个销310，能够利用焊料110进行电连接。
21.此时，焊接方法是利用手动或自动机械执行的自动焊接。
22.另外，在移动与功率模块300结合的pcb100的同时，可以利用与焊料溶液接触的波峰焊接等的已知的焊接方法来形成焊料110。
23.但这些焊接方法都是利用热量，因此存在pcb等部件因热量而损坏或变形的风险，并且由于需要相对较多的作业时间，因此存在生产率较低的问题。
24.虽未图示，功率模块300和pcb100的物理性结合通过螺栓等的物理性结合手段来实现。
25.虽然所述pcb100是普通的pcb，但是为了防止外部的异物因强制对流等流入并附着而造成的损失，在其一部分可以形成有涂敷层120。
26.由于外部异物附着于pcb100而可能引起导电性异物造成的短路故障，因此为了防止这种情况，至少在pcb100的导电部分应用涂敷层120。
27.但是，在结合结构上，pcb100和功率模块300之间无法应用涂敷层120。
28.即，在pcb100和功率模块300之间暴露有销310，并且在pcb100的表面没有涂敷层120而处于暴露有配线等导电层的状态。
29.在如上所述的状态下，如果导电性异物附着于pcb100或暴露的销310，则存在因绝缘距离缩短而发生绝缘击穿或发生短路故障的问题。
30.另外，在pcb100和功率模块300之间的存在空气层，因此使用冷却装置200的散热性能下降。
31.即，由于pcb100和功率模块300之间的热传递不是通过热传导实现，而是通过空气的对流实现，因此存在散热效果降低的问题。


技术实现要素：

32.发明所要解决的问题
33.鉴于上述问题，本发明所要解决的课题在于，提供一种能够提高防尘和散热效率的逆变器模块。
34.另外，本发明所要解决的另一课题在于，提供一种能够减少组装工艺所需的时间的逆变器模块。
35.解决问题的技术方案
36.用于解决上述技术课题的本发明的逆变器模块可以包括：功率模块，与pcb结合；散热垫，位于所述pcb和所述功率模块之间，防止异物附着于所述pcb和所述功率模块并导热；以及冷却装置，包括附着于所述功率模块的散热器以冷却所述功率模块。
37.在本发明的实施例中，所述pcb可以包括提供通孔的导电性的衬套端子，所述功率模块的销插入并结合于所述衬套端子。
38.在本发明的实施例中，所述销可以分别包括双分支的弹性结构体，双分支的所述
弹性结构体插入于所述衬套端子的部分的中央形成有空隙。
39.在本发明的实施例中，所述散热垫可以包括插入孔，所述销以不干涉的方式贯通插入所述插入孔。
40.在本发明的实施例中，所述散热垫的硬度可以低于所述pcb和所述功率模块，并且可以具有弹性。
41.在本发明的实施例中，所述插入孔可以根据所述销的间隔分别插入有一个销或复数个销。
42.在本发明的实施例中，所述功率模块可以包括从所述销凸出的面凸出并支撑所述pcb的支撑台。
43.在本发明的实施例中，所述pcb可以通过结合构件与所述支撑台结合。
44.在本发明的实施例中，所述冷却装置可以是空冷式或水冷式。
45.在本发明的实施例中，所述pcb和所述功率模块之间的间隔可以通过平板和外部支撑台来调整，所述平板安置有与所述散热垫结合的功率模块，所述外部支撑台从所述平板的上部凸出并固定所述pcb的边缘且能够调整高度。
46.发明效果
47.本发明通过在功率模块和pcb之间应用散热垫(thermal pad)来防止导电性异物附着于功率模块的销或pcb，从而具有能够防止由导电性异物引起的短路故障的发生或绝缘击穿的发生的效果。
48.另外，本发明具有能够通过使用散热垫来提高散热效果的效果。
49.另外，本发明在pcb、散热垫以及功率模块的结合上不使用焊接，从而具有能够防止在焊接工艺时热量引起的散热垫等的变形或损坏，并且通过缩短结合工艺时间来能够提高生产率的效果。
附图说明
50.图1是本发明的优选实施例的逆变器模块的构成图。
51.图2是图1中主要部分的放大图。
52.图3是图2的分解立体图。
53.图4是功率模块的主视图。
54.图5是功率模块和散热垫结合状态下的俯视图。
55.图6是安置有散热垫的功率模块与pcb的结合状态图。
56.图7是用于调整pcb和功率模块的间隔的装置的示例图。
57.图8是现有技术的逆变器模块的构成图。
58.图9是图8中pcb与功率模块的结合关系图。
59.附图标记的说明
60.10：pcb11：衬套端子
61.11a：脱离防止部20：冷却装置
62.21：冷却风扇22：散热器
63.30：功率模块31：销
64.32：空隙33：弹性结构体
65.35：罩体36：支撑台
66.40：散热垫41：插入孔
具体实施方式
67.为了充分理解本发明的构成和效果，参照附图说明本发明的优选实施例。但是本发明不限于以下公开的实施例，可以体现为多种形态并进行各种改变。本实施例的说明仅为了充分公开本发明，并为了向本领域普通技术人员完整地公开本发明的范围而提供。在附图中，为了便于说明，构成要素的尺寸被放大，并且各构成要素的比例可以被夸大或减小。
68.术语“第一”、“第二”等可以用于说明各种构成要素，但这些构成要素不限于上述术语。上述术语仅可用于区分一个构成要素与另一个构成要素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一构成要素”可以被命名为“第二构成要素”，类似地“第二构成要素”也可以被命名为“第一构成要素”。另外，除非上下文另有明确说明，否则单数的表述包括复数的表述。在本发明的实施例中，除非另有定义，否则使用的术语可以被本领域技术领域普通技术人员解释为通常所知的含义。
69.以下，参照附图详细说明本发明一实施例的逆变器模块。
70.图1是本发明优选实施例的逆变器模块的构成图，图2是图1的主要部分的放大图。
71.分别参照图1和图2，本发明逆变器模块包括：功率模块30，安装于pcb10；散热垫40，位于所述功率模块30和pcb10之间，导热并防止异物的流入；散热器22，附着于所述功率模块30；以及冷却装置部20，容纳所述散热器22并通过冷却风扇21产生的强制对流来冷却散热器22。
72.以下，详细说明如上构成的本发明逆变器模块的构成和作用。
73.首先，冷却装置部20可以通过使用冷却风扇21形成强制对流，来释放散热器22的热量。
74.如上所述的冷却装置部20的构成是一个示例，可以使用形成有与散热器22接触的冷却水管的水冷式冷却装置部，并且可以应用使用除此之外已知的散热器22的冷却方式的结构。
75.粘合于所述散热器22的功率模块30可以是构成逆变器电路的电子元件或电子元件的集合体。
76.例如，电子元件可以是二极管、晶闸管(thyristor)、igbt(insulated gate bipolar transistor)或mosfet。
77.功率模块30通过导热粘合剂来与散热器22粘合。
78.功率模块30包括：金属材质罩体；以及复数个销31，从所述金属材质罩体向外部凸出。
79.功率模块30的销31通过插入并结合于pcb10来实现电连接。之后，将更具体地说明这种结合方式。
80.通过销31的插入结合，在本发明中不使用焊接工艺，因此能够缩短组装工艺所需的时间。工艺时间的缩短有助于提高生产率。
81.另外，不使用伴随热的焊接工艺，从而能够防止pcb10的变形或损坏，尤其能够防
止之后说明的散热垫40的变形或损坏。
82.为了功率模块30和pcb10之间的插入结合，在pcb10中，作为导电体的衬套端子11是插入于通孔的形态。衬套端子11可以与pcb10的导电体配线电连接。
83.所述衬套端子11提供与销31的电接触面，其形态或材质可以进行各种变更并使用。
84.但是，当销31压入于衬套端子11内时，优选，衬套端子11具有牢固的结构，以防止从pcb10脱离。
85.例如，在衬套端子11的上部和下部可以形成有向外侧凸出的脱离防止部11a。
86.销31包括双分支的弹性结构体33，在双分支的所述弹性结构体33插入于所述衬套端子11的部分的中央形成有空隙32。弹性结构体33所在的部分形成直径大于销31的其他区域的大径部。
87.因此，当压入于衬套端子11时，弹性结构体33之间的间隔沿空隙32的宽度减小的方向缩短，通过弹性结构体33的复原力以紧贴于衬套端子11的状态被牢固地固定。
88.所述销31贯穿散热垫40，因此在销31与所述pcb10的衬套端子11结合的状态下，散热垫40位于pcb10和功率模块30的之间。
89.优选，散热垫40的两面分别与pcb10和功率模块30紧贴。
90.所述pcb10优选在除了结构上难以形成涂敷层的与所述散热垫40的接触部分以外的整个面形成涂敷层12。
91.涂敷层12防止导电体部分暴露于外部，成为即使在导电性异物附着的情况下，也能防止短路的发生等的手段。
92.另外，在没有形成涂敷层12的pcb10的部分区域，散热垫40紧贴并固定，因此能够防止异物附着，从而具有能够防止由导电性异物的附着引起的损坏、误操作以及故障的特点。
93.并且，散热垫40防止销31的侧面部的暴露并紧贴于功率模块30的销31凸出面，从而能够防止导电性异物附着于销31或功率模块30，继而能够防止绝缘击穿等损坏。
94.散热垫40可以使用热导性硅、热导性树脂、热导性橡胶材质，使用硬度相对而言低于pcb10和功率模块30的弹性的材质，从而具有能够防止由外部振动引起的功率模块30和pcb10的损坏，并且能够防止组装工艺中的冲击引起的损坏的特点。
95.图3是图2的分解立体图。
96.参照图3，散热垫40包括插入有至少一个以上的销31的插入孔41。
97.虽然插入孔41的平面形状为四边形结构是有利于制造和组装工艺，但并不一定限于四边形结构。
98.插入孔41的条件是其直径大于作为所述销31的大径部的弹性结构体33的直径，从而销31可以不受干涉地插入。
99.因此，可以将插入孔41的区域确定为在设置间隔相对狭窄的区域密集的销31均贯穿通过一个插入孔41。
100.如果在销31插入于插入孔41时发生干涉，则可能产生销31发生弯曲，或在将散热垫40结合于功率模块30时需要倾注更多的注意等的制造工艺上的困难。
101.位于与其他销31隔开相当远的位置的销31可以单独插入一个插入孔41。
102.在所述销31插入于散热垫40的插入孔41的状态下，弹性结构体33可以从散热垫40的上部侧露出，以在之后的过程中与pcb10的导电性衬套端子11结合。
103.从参照图2的说明中可以容易地理解与衬套端子11的结合。
104.图4是本发明中使用的功率模块30的正面构成图。
105.参照图4，功率模块30包括：罩体35；以及复数个销31，与所述罩体35绝缘并向外部凸出。可以理解为，所述罩体35用于保护功率模块30内部的电子元件，销31用于电力的供给和输出。
106.本发明中使用的功率模块30包括支撑台36，所述支撑台36沿罩体35的周缘凸出并支撑pcb10。
107.支撑台36可以是复数个独立凸出的结构，也可以是沿罩体35的一表面周缘连续凸出的部分。
108.支撑台36是从所述销31凸出的面的周缘凸出，并且凸出部分的末端是平坦的面，从而能够安置pcb10。
109.优选，支撑台36的凸出高度与所述散热垫40的高度相同或低于散热垫40的高度。
110.为了更牢固的结合，可以在所述支撑台36沿上下方向形成有紧固孔，并且通过螺栓等结合构件来紧固pcb10。
111.因此，可以根据支撑台36的高度来确定功率模块30和pcb10之间的距离。
112.图5是散热垫40安置于图4的功率模块30状态下的俯视图。
113.参照图5，如上所述，在散热垫40形成有复数个插入孔41，可以在一个插入孔41插入复数个销31或一个销31。
114.插入孔41的大小和形状根据销31的设置位置和间隔来设计。
115.尤其插入孔41被设计为大于销31的直径，以使销31插入时不受干涉。
116.在所述功率模块30安置有具有插入孔41的散热垫40状态下，并且在销31的弹性结构体33从散热垫40的上部露出的状态下，pcb10与销31结合。
117.图6中示出了结合的状态。
118.即，pcb10中在销31的插入位置预先安装有衬套端子11，可以以弹性结构体33分别与衬套端子11同时结合的方式对齐pcb10并施加向下的压力来紧固。
119.因此不需要额外的焊接工艺，并且能够缩短组装时间。
120.另外，不使用用于组装的热工艺，从而具有能够防止热引起的部件的损坏或变形的特点。
121.在本发明中，散热垫40位于pcb10和功率模块30的之间，从而能够通过散热垫40传导热量，因此能够提高散热效果。
122.另外，对于销31、pcb10的未形成涂敷层12的区域以及功率模块30的一面，散热垫40自身起着防尘结构的作用，从而具有能够防止导电性异物的附着引起的损坏的特点。
123.图7是本发明的用于结合的夹具的一实施构成图。
124.参照图7，可以在平板50的上部放置功率模块30和散热垫40结合体，将pcb10与功率模块30的销31结合。
125.此时，可以通过在平板50的上部部分固定外部支撑台60，并在外部支撑台60固定pcb10的边缘来固定高度。
126.即，可以利用外部支撑台60来保持功率模块30和pcb10的间隔并结合它们。
127.虽然以上说明了本发明的实施例，但这仅是示例性的，该领域的技术人员可以由此实施各种变形和等同范围内的实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应由所附的权利要求书来确定。
128.工业可用性
129.本发明涉及一种利用自然规律来保护逆变器的功率模块和pcb的技术，具有工业可用性。