JP2005123239A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバーター制御機器等に用いられる電子回路装置に関して、安価で組立て作業性が良く、ＤＩＰ型ＩＰＭを縦型サブ基板に実装してなる電子回路装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】ＩＰＭ３４の片側の列の端子３４ｃが縦型サブ基板３１に接続され、反対側の列の端子３４ｄが縦型サブ基板３１の基板端子３３を介さずメイン基板３２に直接接続されることにより、基板の部品実装面積を小さくするとともに、駆動電流値の大きなＩＰＭ３４とすることができ、さらに、安価で組み立て作業性が大幅に向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバーター制御機器等に用いられるＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）型形状のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）半導体素子を回路基板上に実装してなる電子回路装置に関するものである。

近年、冷蔵庫などインバーター制御を使った機器が多く出ているが、これらのインバーター機器の電子回路装置においては、モータ等のインバーター駆動回路や、駆動回路の過電流に対する保護回路を１個のモジュールとして組み込んだＩＰＭ半導体素子が用いられるのが一般的である。これらＩＰＭ半導体素子は入出力端子数が多いため、本体の両側に端子をだすＤＩＰ型の形状をしたものが用いられる場合が多い（例えば特許文献１および２参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の電子回路装置を説明する。

図４および図５は特許文献１に記載された従来の電子回路装置を示すものである。

図４および図５において、駆動回路１ａおよび過電流検知回路１ｂを内部に形成したＤＩＰ型半導体素子であるＩＰＭ１は、メイン基板２に実装されており、またＩＰＭ１には放熱板３が取付けネジ４により密着するように取付けられている。

メイン基板２にはＩＰＭ１を制御する回転数制御回路５および電源回路６が組み込まれている。回転数制御回路５はＩＰＭ１へ指令をだすマイコン５ａ、および三相のモータ８のローター位置を検知する位置検知回路５ｂから構成されている。

電源回路６はＩＰＭ１用の駆動系電圧（たとえばＤＣ２８０Ｖ）を作るモータ駆動用電源回路６ａおよび回転数制御回路５用の制御系電圧（たとえばＤＣ５Ｖ）を作る制御用電源回路６ｂから構成されている。またメイン基板２にはコネクタ７が取付けられており、ＩＰＭ１の出力はメイン基板２およびコネクタ７を経由してモータ８に接続されている。これらＩＰＭ１、メイン基板２、放熱板３、取付けネジ４、回転数制御回路５、電源回路６、コネクタ７などで電子回路装置１０を構成している。

以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。

モータ８からフィードバックされた三相の位置検知信号を入力された回転数制御回路５は、位置検知回路５ｂにてモータ８の回転状況を検知するとともにマイコン５ａで演算処理を行い、モータ８が所定の回転数で回転するようにＩＰＭ１へ駆動信号を出力する。その回転数制御回路５からの駆動信号により、ＩＰＭ１内部の駆動回路１ａはモータ８が所定の回転数で動作するよう三相の駆動電圧波形をモータ８へ出力し、モータ８が所定の回転数で運転される。

また、過電流検知回路１ｂはモータ８への出力電流値を監視し、規定の電流値以上になるとモータ８への駆動出力を停止する。

次に、他の従来の電子回路装置を説明する。

図６および図７は、特許文献２に記載された別の形態の従来電子回路装置を示すものである。図６および図７において、駆動回路１１ａおよび過電流検知回路１１ｂを内部に形成したＤＩＰ型半導体素子であるＩＰＭ１１は、縦型サブ基板１２に実装されており、またＩＰＭ１１には放熱板１３が取付けネジ１４により密着するように取付けられている。

縦型サブ基板１２の下部端には基板端子１５が備えられており、メイン基板１６上に略垂直に実装された縦型サブ基板１２は、基板端子１５を介してメイン基板１６と電気的に接続されている。

メイン基板１６には、ＩＰＭ１１を制御する回転数制御回路１７および電源回路１８が組み込まれており、回転数制御回路１７はＩＰＭ１１へ指令をだすマイコン１７ａ、および三相のモータ２０のローター位置を検知する位置検知回路１７ｂから構成されている。

電源回路１８はＩＰＭ１１用の駆動系電圧（たとえばＤＣ２８０Ｖ）を作るモータ駆動用電源回路１８ａおよび回転数制御回路１７用の制御系電圧（たとえばＤＣ５Ｖ）を作る制御用電源回路１８ｂから構成されている。

またメイン基板１６にはコネクタ１９が取付けられており、ＩＰＭ１１の出力は縦型サブ基板１２、基板端子１５、メイン基板１６およびコネクタ１９を経由してモータ２０に接続されている。

これらＩＰＭ１１、縦型サブ基板１２、放熱板１３、取付けネジ１４、基板端子１５、メイン基板１６、回転数制御回路１７、電源回路１８、コネクタ１９などで電子回路装置２１を構成している。

以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。

モータ２０からフィードバックされた三相の位置検知信号を入力された回転数制御回路１７は、位置検知回路１７ｂにてモータ２０の回転状況を検知するともにマイコン１７ａで演算処理を行い、モータ２０が所定の回転数で回転するようにＩＰＭ１１へ駆動信号を出力する。

次に、回転数制御回路１７からの駆動信号により、ＩＰＭ１１内部の駆動回路１１ａは、モータ２０が所定の回転数で動作するよう三相の駆動電圧波形をモータ２０へ出力し、モータ２０が所定の回転数で運転される。

また、過電流検知回路１１ｂはモータ２０への出力電流値を監視し、規定の電流値以上になるとモータ２０への駆動出力を停止するように動作を行う。
特開平１１−３４０３８９号公報 特開昭６０−６６４９８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ＩＰＭ１をメイン基板２上に実装する場合、メイン基板２の面積が大きくなってしまうという課題を有していた。また、メイン基板２の部品実装面積を小さくするために、縦型サブ基板１２にＩＰＭ１１を実装し、これをメイン基板１６に実装した場合には、縦型サブ基板１２下部端面に設けた基板端子１５では接続電流容量が少ないため、駆動電流値の少ないＩＰＭ１１しか扱えないという課題を有していた。

また、駆動電流値の大きなＩＰＭ１１を扱う場合は、基板端子１５の数を増やしたり、別にコネクタを設けて接続しなければならず、そのため部品材料費が高くなり、組立て作業性も悪いという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、基板の部品実装面積を小さくし、駆動電流値の大きなＤＩＰ型半導体素子を扱う場合でも、簡単な電気接続構造で安価で組立て作業性が良く、ＤＩＰ型半導体素子を縦型サブ基板に実装してなる、電子回路装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電子回路装置は、メイン基板上に略垂直に縦型サブ基板を実装し、ＤＩＰ型半導体素子の片側の列の端子は縦型サブ基板に接続されるとともに、反対側の列の端子がメイン基板に直接接続されるようにしたもので、縦型サブ基板を用いた構成でありながら、ＤＩＰ型半導体素子の片側の列の端子を縦型サブ基板の基板端子を介さずにメイン基板に接続できるという作用を有する。

本発明の電子回路装置は、基板の部品実装面積を小さくするとともに、駆動電流値の大きなＤＩＰ型半導体素子を扱う場合でも、安価で組立て作業性の良いものとすることができる。

請求項１に記載の発明は、メイン基板と、メイン基板上に略垂直に実装される縦型サブ基板と、ＤＩＰ型半導体素子とを備え、ＤＩＰ型半導体素子の片側の列の端子は縦型サブ基板に接続されるとともに、反対側の列の端子がメイン基板に直接接続されるようにしたもので、縦型サブ基板を用いた構成でありながら、ＤＩＰ型半導体素子の片側の列の端子を縦型サブ基板の基板端子を介さずメイン基板に接続することができるため、基板の部品実装面積を小さくできるとともに、駆動電流の大きなＤＩＰ型半導体素子を扱うことが可能で、しかも安価で組立て作業性の良いものとすることができる。

請求項２に記載の発明は、縦型サブ基板とＤＩＰ型半導体素子の間にスペーサを配置したもので、ＤＩＰ型半導体素子の縦型サブ基板への取付けを堅固にするとともに、メイン基板へ接続されるＤＩＰ型半導体素子の端子と縦型サブ基板の下部の基板端子の相互間の位置ズレを防止することができ、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらにメイン基板への縦型サブ基板の実装作業をし易くなるとともに、ＤＩＰ型半導体素子の端子へ作用する機械的ストレスを軽減でき、部品の信頼性が向上すると共に、電気的接続不良を低減することができる。

請求項３に記載の発明は、縦型サブ基板下部端に取付けられ縦型サブ基板とメイン基板とを電気的に接続する基板端子を備え、ＤＩＰ型半導体素子のメイン基板に直接接続される側の端子を前記縦型サブ基板と平行に形成し、メイン基板と縦型サブ基板を接続する基板端子を前記縦型サブ基板と平行に形成するとともに、前記基板端子と前記ＤＩＰ型半導体素子のメイン基板に直接接続される側の端子の先端の位置をそろえるようにしたもので、各基板端子のはんだ付けの接続代を一定にすることができ、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに各基板端子の電気的接続不良をなくすことができる。

請求項４に記載の発明は、メイン基板上に固定した放熱板にＤＩＰ型半導体素子を固定したもので、メイン基板と放熱板との固定により、縦型サブ基板とＤＩＰ型半導体素子のメイン基板への接続強度を強化することにより、請求項１から３に記載の発明の効果に加えて、さらにＤＩＰ型半導体素子の端子および縦型サブ基板の基板端子へ作用する機械的ストレスを軽減でき、部品の信頼性が向上するとともに、電気的接続不良を低減することができる。また、放熱板によりＤＩＰ型半導体素子の温度上昇を抑制することができ、ＤＩＰ型半導体素子の信頼性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電子回路装置の斜視図、図２は、同実施の形態における電子回路装置の電気回路のブロック図である。

図１、図２において、縦型サブ基板３１はメイン基板３２上に略垂直に実装されており、縦型サブ基板３１の下部端には基板端子３３が備えられ、これにより縦型サブ基板３１とメイン基板３２が電気的に接続される。

駆動回路３４ａおよび過電流検知回路３４ｂを内部に形成したＤＩＰ型半導体素子であるＩＰＭ３４は、片側の列の端子３４ｃが縦型サブ基板３１に接続されるとともに、反対側の列の端子３４ｄがメイン基板３２に直接接続されるようになっている。

電源回路３５は、ＩＰＭ３４用の駆動系電圧（たとえばＤＣ２８０Ｖ）を出力するモータ駆動用電源回路３５ａ、および回転数制御回路３６用の制御系電圧（たとえばＤＣ５Ｖ）を出力する制御用電源回路３５ｂから構成されており、メイン基板３２上に組み込まれている。

縦型サブ基板３１には、ＩＰＭ３４を制御する回転数制御回路３６が組み込まれており、回転数制御回路３６はＩＰＭ３４へ指令をだすマイコン３６ａ、三相のモータ３９のローター位置を検知する位置検知回路３６ｂから構成されている。

そして、縦型サブ基板３１の下部には縦型サブ基板３１とＩＰＭ３４の間にスペーサ３７が配置されており、製造工程で基板端子３３とＩＰＭ３４の端子をメイン基板３２に実装する際に、ＩＰＭ３４と縦型サブ基板３１を位置決め固定している。

縦型サブ基板３１の下部端は、基板端子３３の取付け部３１ａとその他の部分３１ｂとは段差になっており、この段差の寸法を、基板端子３３とＩＰＭ３４の端子３４ｄの両端子において、メイン基板３２の実装面に対する端子先端の位置が揃うように決定している。

また、メイン基板３２にはコネクタ３８が取付けられており、ＩＰＭ３４の出力はメイン基板３２およびコネクタ３８を経由してモータ３９に接続されている。これら縦型サブ基板３１、メイン基板３２、基板端子３３、ＩＰＭ３４、電源回路３５、回転数制御回路３６、スペーサ３７、コネクタ３８などで電子回路装置４０を構成している。

以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作、作用を説明する。

モータ３９からフィードバックされた三相の位置検知信号を入力された回転数制御回路３６は、位置検知回路３６ｂにてモータ３９の回転状況を検知するとともにマイコン３６ａで演算処理を行い、モータ３９が所定の回転数で回転するようにＩＰＭ３４へ駆動信号を出力する。次に、回転数制御回路３６からの駆動信号により、ＩＰＭ３４内部の駆動回路３４ａはモータ３９が所定の回転数で動作するよう三相の駆動電圧波形をモータ３９へ出力し、モータ３９が所定の回転数で運転される。

また、過電流検知回路３４ｂはモータ３９への出力電流値を監視し、規定の電流値以上になるとモータ３９への駆動出力を停止するように動作する。

上記の電子回路装置においては、縦型サブ基板３１を用いた構成でありながら、ＩＰＭ３４の片側の列の端子３４ｄを縦型サブ基板３１の基板端子３３を介さずメイン基板３２に接続することにより、基板の部品実装面積を小さくできるとともに、駆動電流の大きなＤＩＰ型半導体素子を扱うことが可能となる。しかも、大きな駆動電流を取り扱うための基板端子の数を増やしたり、別にコネクタを設けて接続するといったことは不要であるため、安価で組立て作業性の良いものとすることができる。

また、スペーサ３７により、ＩＰＭ３４の縦型サブ基板３１への取付けを堅固にすることができるとともに、製造工程で基板端子３３とＩＰＭ３４の端子をメイン基板３２に実装する際に、メイン基板３２へ接続されるＩＰＭ３４の端子と縦型サブ基板３１の下部の基板端子３３の相互間の位置ズレを防止することができ、メイン基板３２への縦型サブ基板３１の実装作業をし易くなるとともに、ＩＰＭ３４の端子３４ｃへ作用する機械的ストレスを軽減することができる。その結果、ＩＰＭ３４の信頼性が向上し、端子３４ｃの電気的不良を低減することができる。

さらに、縦型サブ基板３１をメイン基板３２に実装する際、事前に縦型サブ基板３１に取り付けられている基板端子３３とＩＰＭの端子３４ｃの両端子をメイン基板の所定位置に挿入しはんだ付けを行う。この時、基板端子３３とＩＰＭ３４の端子３４ｃの両端子において、メイン基板３２の実装面に対する先端の位置が揃うように、縦型サブ基板３１の下端部には基板端子３３の取付け部３１ａを設け、他の部分３１ｂとの段差寸法を決定している。

そのため、基板端子３３およびＩＰＭ３４の端子３４ｃをメイン基板３２に実装したとき、メイン基板３２の底面からの基板端子３３およびＩＰＭ３４の端子３４ｃの出代が均一となるため、基板端子３３およびＩＰＭ３４の端子３４ｃのはんだ付けの接続代を一定にすることができ、はんだ付けによる接続が良好となる。その結果、基板端子３３およびＩＰＭ３４の端子のはんだ付け不良による接続不良を低減することができる。

なお、本実施の形態において、縦型サブ基板３１の下部端に段差を設けることで、
基板端子３３とＩＰＭ３４の端子３４ｄの両端子において、メイン基板３２の実装面に対する端子先端の位置を揃えているが、基板端子３３とＩＰＭ３４の端子３４ｄの両端子の先端を揃えることができれば、他の手段であっても良い。

従って、基板の部品実装面積を小さくできるとともに、駆動電流の大きなＤＩＰ型半導体素子を扱うことが可能で、しかも安価で組立て作業性の良いものとすることができ、さらに、部品の信頼性が向上して接続不良が減少し、はんだ付けの接続不良も低減することができるという効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における電子回路装置の断面図である。

以下、図３に基づいて本実施例の形態について説明する。なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

ＩＰＭ３４には、放熱のために放熱板４１が取付けネジ４２により密着するように取付けられている。放熱板４１の下部には取付け脚４３が取付けられており、放熱板４１はメイン基板３２にはんだ付けにて固定されている。

以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作、作用を説明する。

実施の形態１では、ＩＰＭ３４と縦型サブ基板３１との固定がＩＰＭ３４の端子３４ｄのみであったのに対し、本実施の形態においては、ＩＰＭ３４に機械的に固定された放熱板４１の取付け脚４３が追加されており、ＩＰＭ３４やＩＰＭ３４が取り付けられた縦型サブ基板３１とメイン基板３２との機械的な取り付け強度が向上する。

従って、ＩＰＭ３４の端子３４ｄや縦型サブ基板３１の基板端子３３に作用する機械的なストレスを低減できるため、部品の信頼性が向上し、電気的な接続不良を低減すること下できる。

以上のように、本発明にかかる電子回路装置は、基板の実装面積が小さく且つ駆動電流値の大きなＤＩＰ型半導体素子を用いることが可能となるので、インバーター制御機器だけではなく、ＤＩＰ型形状の半導体素子を用いた他の電子回路装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電子回路装置の斜視図 本発明の実施の形態１における電子回路装置の電気回路ブロック図 本発明の実施の形態２における電子回路装置の側断面図 従来の電子回路装置の側断面図 従来の電子回路装置の電気回路ブロック図 他の従来の電子回路装置の側断面図 他の従来の電子回路装置の電気回路ブロック図

符号の説明

３１ 縦型サブ基板
３２ メイン基板
３３ 基板端子
３４ ＩＰＭ
３７ スペーサ
４１ 放熱板
４０ 電子回路装置

Claims (4)

1. メイン基板と、前記メイン基板上に略垂直に実装される縦型サブ基板と、ＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）型半導体素子とを備え、前記ＤＩＰ型半導体素子の片側の列の端子は前記縦型サブ基板に接続されるとともに、反対側の列の端子が前記メイン基板に直接接続されるようにした電子回路装置。
2. 縦型サブ基板とＤＩＰ型半導体素子の間にスペーサを配置した請求項１に記載の電子回路装置。
3. 縦型サブ基板下部端に取付けられ前記縦型サブ基板とメイン基板とを電気的に接続する基板端子を備え、ＤＩＰ型半導体素子のメイン基板に直接接続される側の端子を前記縦型サブ基板と平行に形成し、前記メイン基板と縦型サブ基板を接続する基板端子を前記縦型サブ基板と平行に形成するとともに、前記基板端子と前記ＤＩＰ型半導体素子のメイン基板に直接接続される側の端子の先端の位置をそろえるようにした請求項１または２に記載の電子回路装置。
4. メイン基板上に固定した放熱板にＤＩＰ型半導体素子を固定した請求項１から３のいずれか一項に記載の電子回路装置。

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