JP2005253165A - モータ駆動回路およびブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性が十分確保でき、かつモータの薄型化と小型化ができるモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】電気回路を形成した金属基板７上にモータ駆動用ＩＣ６を実装したモータ駆動回路であって、モータ駆動用ＩＣ６は下面に放熱用金属体８を装備し、金属基板７のモータ駆動用ＩＣ６実装位置の直下に貫通孔部７ａを設け、貫通孔部７ａを介して放熱用金属体８と金属基板７とをはんだ材９で接合し、モータ駆動用ＩＣ６の発熱を金属基板７に伝導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動回路のなかで最も発熱の大きな部品であるモータ駆動用ＩＣの放熱に関するものである。

従来、モータ駆動回路の放熱装置としては、放熱フィンが用いられており、発熱する電子部品に金属製の放熱フィンを取り付けて放熱しており、パワーモータなど大型モータでは可能であるが、小型のポリゴンスキャナモータは、小型化・薄型化が求められるため、放熱フィンを取り付けることが出来ない。さらに、コストと部品点数が増える問題もあった。

そこで、安価なプリント基板を使用しながら十分な放熱効果を得るモータ駆動用ＩＣの放熱構造として、ＩＣをプリント基板の端部に配置するとともにＩＣの放熱用リードフレーム付近のプリント基板を切り欠き、その切り欠き部においてプリント基板の裏側にある金属製放熱板を折り曲げてＩＣの放熱用リードフレームのはんだ付け面と略等しい高さの面を作り、放熱用リードフレームを放熱板にはんだ付けするものが提案されている（例えば、特許文献１）。

また、部品実装高さを低くおさえながら十分な放熱効果を得るために、プリント基板に設けられた穴にモータ駆動用ＩＣパッケージの一部を埋設するとともに、パッケージ下面にある放熱用金属板をステータヨークに接触させて発熱を伝導し、ＩＣの実装高さを低くしながらステータヨークによって十分な放熱効果を得ていた（例えば、特許文献２）。
特開平５−２５９６６６号公報 実開平６−５３７６号公報

しかしながら、モータの起動速度の高速化、起動トルクの向上に伴い、モータ駆動用ＩＣのＯＮ−ＯＦＦ時の発熱が大きくなると、熱応力ではんだ付け部がクラックを起こし、放熱性が不十分となり、モータ駆動用ＩＣが破壊するという問題があった。

また、ステータヨークとシリコン系や黒鉛系の放熱樹脂や金属板などで接触させているだけでは放熱性が不十分であった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、放熱性が十分確保でき、かつモータの薄型化と小型化ができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明のモータ駆動回路は、電気回路を形成した金属基板上にモータ駆動用ＩＣを実装したモータ駆動回路であって、モータ駆動用ＩＣは下面に放熱用金属体を装備し、前記金属基板のモータ駆動用ＩＣ実装位置の直下に貫通孔部を設け、前記貫通孔部を介して放熱用金属体と金属基板とをはんだ材で接合し、モータ駆動用ＩＣの発熱を金属基板に伝導するものである。

これにより、モータ駆動用ＩＣの発熱を金属基板全体に放熱することができ、はんだクラックの発生を防止でき、モータの長期信頼性を維持できる。

本発明のモータ駆動回路によれば、モータ駆動用ＩＣ下面の放熱用金属体とはんだ材とを金属基板に設けた貫通孔部を介して接合するため、モータ駆動用ＩＣの発生する熱は、放熱用金属体からはんだ材に伝導し、はんだ材は金属基板の貫通孔の破断面に接触するため金属基板全体に伝導し放熱できる。

また、放熱用金属体をはんだ材で構成することによってはんだ接合が確実となり、部品点数を増やさずにモータ駆動用ＩＣの発生する熱を効率よく金属基板に伝導することができる。

電気回路を形成した金属基板上に発熱源であるモータ駆動用ＩＣおよび巻線を施したステータを搭載するため、放熱性のよいブラシレスモータが得られる。

モータ駆動用ＩＣの下面に放熱用金属体を装備し、放熱用金属体をはんだ材で構成し、金属基板のモータ駆動用ＩＣ実装位置の直下に貫通孔部を設け、前記貫通孔部を介して放熱用金属体と金属基板とをはんだ材で接合し、モータ駆動用ＩＣの発熱を金属基板に伝導する。これにより、部品点数を増やすことがなく、放熱性を向上させ、はんだクラックを防止できるためモータの長期信頼性が確保でき、モータ駆動回路の小型化が可能となる。

以下、本発明の一実施例について、起動時の高速化、起動回数の長期保証が求められるレーザプリンタ用ポリゴンスキャナモータを例として説明する。

図１において、ポリゴンスキャナモータは、シャフト１と一体で回転するレーザ反射鏡２を備えたロータフレーム３と、ロータフレーム３の内側に固定されたマグネットから構成されるロータと、シャフト１を支える流体軸受４と、巻線が施されたステータコア５と、モータ駆動用ＩＣ６と周辺電子部品とを電気回路を形成した金属基板７上に実装したモータ駆動回路とを具備している。そして、巻線が施されたステータコア５は金属基板７の上に搭載固定されるとともに、金属基板７上の配線端子に接続され巻線に電源が供給される。

モータ駆動用ＩＣ６は下面に放熱性金属体８として銅製の放熱板を装備しており、金属基板７には、モータ駆動用ＩＣ６が搭載される位置の直下に本体パッケージより小さい方形の貫通孔部７ａを設け、はんだ材９が接合時に金属基板７となじみやすいように四角にＲを設けている。

まず、モータ駆動用ＩＣ６とその周辺回路部品を金属基板７に表面実装する。実装部品のリード端子と金属基板７の配線ランドの接合にはクリームはんだが用いられ、リフロー炉で熱風によりはんだ付けされる。

このあとモータ駆動用ＩＣ６の実装裏面の貫通孔部７ａにクリーム状のはんだ材９を充満させ、赤外線レーザで加熱してはんだ材９を融解し、放熱性金属体８と金属基板７とをはんだ接合する。

なお、放熱性金属体として銅製の放熱板に替えて、はんだ材で構成してもよく、また、表面のみをはんだメッキ、はんだコーティングとしてもよく、後工程でクリームはんだとのはんだ接合を確実なものにすることができる。

金属基板７上に搭載された駆動回路部品の中でもモータ駆動用ＩＣ６がモータ制御上で
非常に重要である。特に、モータ起動時には大電流が流れモータ駆動用ＩＣ６が発熱する。この熱応力によりモータ駆動用ＩＣは時間経過とともにはんだクラックが発生する可能性が高くなり、放熱する必要があった。

ここで、金属基板７に設けた貫通孔部７ａの有無および放熱性金属の違いによる放熱効果の比較実験した結果について図２を用いて説明する。

図２において、縦軸に温度（℃）、横軸に起動時間（秒）を示し、起動後約４秒で温度上昇はピークをむかえ、その後は定常回転速度で駆動されるため徐々に温度が降下して飽和する。

実施例１は放熱性金属体を銅製の放熱板としたポリゴンモータ、実施例２は放熱性金属体をはんだ材で構成したポリゴンモータ（図示せず）、比較例１はモータ駆動用ＩＣの下面に銅製の放熱板を備え、金属基板に貫通孔部を設けないポリゴンモータ（図示せず）である。

本発明の実施例１および実施例２によれば、貫通孔部を設けない比較例１に比べて温度上昇が約２０度低く、放熱性を高めることができた。

このように放熱性を高めることにより、はんだ部にかかる温度上昇とモータ駆動のＯＮ−ＯＦＦ回数による熱応力を減少させ、はんだクラックによる故障発生率を低くできるため放熱効果で寿命を伸ばすことができる（図３参照）。

したがって、部品点数を増やさずにモータの小型化と起動時の高速化が可能となり、さらに放熱効果を長期間持続できるため、モータの信頼性を向上させることができる。

なお、ポリゴンモータで説明したが一般のブラシレスモータでも実施できる。また、はんだ材としては、錫−銀系高強度はんだを使用するのが好ましく、銀フィラーを主成分とする導電性接着剤を用いてもよい。また、貫通孔部７ａのはんだ材を赤外線レーザにより融解してはんだ接合したが、リフロー工法あるいは手はんだ工法によりはんだ接合してもよい。

本発明のモータ駆動回路は、ポリゴンモータに限らず一般的なブラシレスモータやパワー回路などにも有用である。

本発明の実施例１におけるポリゴンモータの断面図 本発明の実施例と比較例の起動時におけるモータ駆動用ＩＣの温度比較図 本発明の実施例と比較例の起動回数と故障発生の比較図

符号の説明

１ シャフト
２ レーザ反射鏡
３ ロータフレーム
４ 流体軸受
５ ステータ
６ モータ駆動用ＩＣ
７ 金属基板
７ａ 貫通孔部
８ 放熱性金属体
９ はんだ材

Claims (4)

1. 電気回路を形成した金属基板上にモータ駆動用ＩＣを実装したモータ駆動回路であって、モータ駆動用ＩＣは下面に放熱用金属体を装備し、前記金属基板のモータ駆動用ＩＣ実装位置の直下に貫通孔部を設け、前記貫通孔部を介して放熱用金属体と金属基板とをはんだ材で接合し、モータ駆動用ＩＣの発熱を金属基板に伝導するモータ駆動回路。
2. 放熱用金属体をはんだ材で構成した請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. モータ駆動ＩＣを実装した裏面の貫通孔部からクリーム状のはんだを塗布し、熱風もしくは赤外線レーザにて加熱し、放熱用金属体と金属基板とを接合した請求項１または請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 巻線されたステータコアを請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動回路の金属基板に固定し、巻線端を電気回路に接続したブラシレスモータ。

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