JP2007040786A - 駆動用集積回路の温度センサ取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装面積を向上した駆動用集積回路の温度センサ取付構造を提供する。
【解決手段】 駆動用集積回路５の温度センサ取付構造は、プリント基板１と、駆動用集積回路５と、温度センサ２とを備えている。プリント基板１は、パターン８を有する。駆動用集積回路５は、集積回路本体１０および複数本のリードピン９を有する。複数本のリードピン９は、集積回路本体１０から延びる。少なくとも１本のリードピン９は、プリント基板１のパターン８に接触している。温度センサ２は、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲に、集積回路本体１０から離間して設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、駆動用集積回路の温度センサ取付構造に関する。

従来より、基板に実装された駆動用集積回路の過熱を防止するために、駆動用集積回路の本体に温度監視用の温度センサが取り付けられている（特許文献１参照）。
特許文献１記載の取付構造では、駆動用集積回路の本体は、一方の面が基板と対向し、他方の面が放熱フィンに接触した状態になっている。放熱フィンは、駆動用集積回路の本体の他方の面全体を被覆している。温度センサは、基板に開けられた貫通孔（図７〜８の貫通孔３１参照）に挿入され、駆動用集積回路に接触させた状態で取り付けられている。
特開２００４−１５１００９号公報

特許文献１記載の取付構造の場合、図７〜８に示されるように、温度センサを駆動用集積回路の本体に取り付けるために、基板に貫通孔を開ける必要がある。このため、基板の実装面積が減少するという問題がある。このため、高集積度の実装の達成も困難になる。
また、駆動用集積回路の温度を監視するために、駆動用集積回路と非接触の状態で基板上に配置された輻射センサを用いることも考えられるが、輻射センサはサーミスタ等の既存の温度センサと比較して高価であるため、実用的ではない。

本発明の課題は、実装面積を向上した駆動用集積回路の温度センサ取付構造を提供することを目的とする。

第１発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、プリント基板と、駆動用集積回路と、温度センサとを備えている。プリント基板は、パターンを有する。駆動用集積回路は、集積回路本体および複数本のリードピンを有する。複数本のリードピンは、集積回路本体から延びる。少なくとも１本のリードピンは、プリント基板のパターンに接触している。温度センサは、リードピンからの熱の影響を受ける範囲に、集積回路本体から離間して設けられている。
ここでは、温度センサが駆動用集積回路のリードピンからの熱の影響を受ける範囲に集積回路本体から離間して設けられているので、基板に貫通孔を開ける必要がなくなり、基板の実装面積が拡大する。

第２発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第１発明の温度センサ取付構造であって、温度センサは、リードピンがパターンに接触する部分の近傍に設けられている。
ここでは、リードピンがパターンに接触する部分の近傍に温度センサが設けられているので、リードピンの温度をパターンを介して間接的に検出することが可能になる。しかも、温度センサの設置可能な範囲が拡大する。

第３発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第１発明の温度センサ取付構造であって、温度センサは、リードピンの外周面の近傍に設けられている。
ここでは、温度センサがリードピンの外周面の近傍に設けられているので、基板に貫通孔を開ける必要がなく、基板の実装面積が拡大する。

第４発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第１発明から第３発明のいずれかの温度センサ取付構造であって、シリコンをさらに備えている。シリコンは、温度センサとプリント基板またはリードピンとの隙間を埋める。
ここでは、シリコンが温度センサとプリント基板またはリードピンとの隙間を埋めるので、温度センサによる検出温度のばらつきが低減される。

第５発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第１発明の温度センサ取付構造であって、温度センサは、駆動用集積回路が取り付けられたプリント基板の第１面と反対側の第２面に設けられている。
ここでは、駆動用集積回路が取り付けられたプリント基板の第１面と反対側の第２面に温度センサが設けられているので、駆動用集積回路と干渉することなく温度センサの実装が可能になり、温度センサの自動実装がさらに容易になる。

第６発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第１発明の温度センサ取付構造であって、熱伝導手段をさらに備えている。熱伝導手段は、リードピンからの熱を温度センサへ伝導させる。
ここでは、リードピンからの熱を温度センサへ伝導させる熱伝導手段をさらに備えているので、プリント基板のパターンに制限を与えることなく、温度センサを任意の位置に設置することが可能である。

第７発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第６発明の温度センサ取付構造であって、熱伝導手段は、ジャンパ線である。ジャンパ線は、少なくとも一部がプリント基板のパターンから空中に離間している。
ここでは、熱伝導手段がジャンパ線であるので、温度センサの設置自由度がさらに向上する。

第８発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、第６発明の温度センサ取付構造であって、熱伝導手段は、プリント基板のパターンの材料よりも熱伝導性が高い材料で製造されている。

ここでは、熱伝導手段がプリント基板のパターンの材料よりも熱伝導性が高い材料で製造されているので、温度センサへの熱伝導性がよくなり、測定精度が向上する。

第１発明によれば、基板に貫通孔を開ける必要がなくなり、基板の実装面積が拡大する。
第２発明によれば、リードピンの温度をパターンを介して間接的に検出することができる。しかも、温度センサの設置可能な範囲が拡大する。
第３発明によれば、基板に貫通孔を開ける必要がなく、基板の実装面積が拡大する。

第４発明によれば、温度センサによる検出温度のばらつきが低減される。
第５発明によれば、駆動用集積回路と干渉することなく温度センサの実装が可能になり、温度センサの自動実装がさらに容易になる。
第６発明によれば、プリント基板のパターンに制限を与えることなく、温度センサを任意の位置に設置することが可能である。

第７発明によれば、温度センサの設置自由度がさらに向上する。
第８発明によれば、温度センサへの熱伝導性がよくなり、測定精度が向上する。

〔第１実施形態〕
つぎに、図面を参照しながら、本発明の駆動用集積回路の温度センサ取付構造を説明する。図１〜図３に示される駆動用集積回路が実装されたプリント基板１は、空調機の室外機に搭載された電力変換用のパワーモジュールであり、インバータ制御など種々の電力制御を行う。

＜温度センサ取付構造の構成＞
図１〜図３に示される駆動用集積回路の温度センサ取付構造は、プリント基板１と、駆動用集積回路であるインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭという）５と、温度センサ２と、シリコン３とを備えている。また、プリント基板１には、ＩＰＭ５および温度センサ２の部品の他に、コンデンサ６およびシャント抵抗７など多数の部品が実装されている。

プリント基板１は、パターン８を有する。パターン８は、基板上に形成された配線パターンであり、銅箔からなる。プリント基板１の第１面１ａおよび第２面１ｂの両面には、自動実装機を用いて、多数の部品が実装されている。ここで、図１〜図３では、第１面１ａには、ＩＰＭ５が取り付けられ、第１面１ａの反対側の第２面１ｂには、温度センサ２、コンデンサ６およびシャント抵抗７が取り付けられている。また、第２面１ｂには、パターン８が形成されている。

ＩＰＭ５は、複数本のリードピン９およびＩＰＭ本体１０を有している。複数本のリードピン９は、ＩＰＭ本体１０から延びる。複数のリードピン９は、プリント基板１を貫通して、第２面１ｂのパターン８にはんだ付けされている。
また、ＩＰＭ本体１０におけるプリント基板１に対向する面と反対側の面には、放熱フィン４が接触した状態で取り付けられている。

シリコン３は、検出温度のばらつきを低減するために、温度センサ２とプリント基板１との隙間を埋める。なお、シリコン３は、シャント抵抗７の一部を被覆している。
温度センサ２は、熱源に接触または接近して温度を検出センサであり、ガラスで封止されたサーミスタなどからなる。
温度センサ２は、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲に、ＩＰＭ本体１０から離間して設けられている。このため、プリント基板１に貫通孔を設ける必要がない。

また、温度センサ２は、リードピン９がパターン８にはんだ付けにより接触する部分９ａの近傍に設けられている。このため、リードピン９の温度をパターン８を介して間接的に検出することが可能になる
温度センサ２は、プリント基板１において、ＩＰＭ５が取り付けられた第１面１ａと反対側の第２面１ｂに設けられている。したがって、温度センサ２の実装時にＩＰＭ５との干渉のおそれがない。

＜温度センサ取付構造の比較例の説明＞
一方、本発明の比較例として、図７〜８に示される温度センサ取付構造では、駆動用集積回路２５の本体の一方の面は、プリント基板２１と対向している。その反対側の面には、放熱フィン２４が設けられている。温度センサ２２は、プリント基板２１に開けられた貫通孔３１に挿入され、駆動用集積回路２５に接触させた状態で取り付けられている。さらに、温度センサ２２は、シリコン２３で封止されている。なお、図７〜８において、２７はシャント抵抗、２８はパターン、２９はリードピンをそれぞれ示す。

図７〜８に示される取付構造の場合、駆動用集積回路２５の本体における放熱フィン２４と反対側の面に温度センサ２２を取り付けるために、プリント基板２１に貫通孔３１が開けられている。そのため、基板の実装面積が減少している。また、プリント基板２１の貫通孔３１に温度センサ２２を挿入して取り付けているので、温度センサ２２の自動実装が困難になっており、かつ、温度センサ２２の交換も難しい。

＜ＩＰＭ５の過熱防止方法＞
第１実施形態における温度センサ２がＩＰＭ５の動作可能温度（１００℃程度）に近い温度である所定の温度（例えば、８０〜９０℃程度）よりも高くなったことを検知したときには、ＩＰＭ５の過熱を防止するために、プリント基板９が取り付けられている機器のファンまたは他の送風手段を作動させて、ＩＰＭ５の冷却を開始する。例えば、プリント基板９が空調機の室外機に取り付けられる場合には、温度センサ２が所定の温度以上の温度を検知したときには、室外機のファンの運転を開始または回転数を上げるように、室外機の制御部が制御を行う。ここで、空調機が再熱ドライ運転をしている時には、室外機のコンプレッサは作動しているが、ファンは低回転もしくは停止状態になっている。その場合、温度センサ２が所定の温度以上の温度を検知したときには、ＩＰＭ５を過熱から保護するために、室外機のファンの回転数を上げるもしくは運転を開始させるように制御する。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
第１実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２は、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲にＩＰＭ本体１０から離間して設けられている。したがって、図７〜８に示されるような従来の温度センサ２２をＩＰＭ２５に接触させた構造に必要だったプリント基板２１の貫通孔３１が不要になる。このため、第１実施形態では、プリント基板１の実装面積が拡大し、高集積度の実装の達成が可能になる。また、図１〜２に示されるように、ＩＰＭ５の近傍に配置するのが好ましいコンデンサ６などの部品も、ＩＰＭ５の近傍に配置することが可能になる。

また、温度センサ２がリードピン９からの熱の影響を受ける範囲にＩＰＭ本体１０から離間して設けられているので、従来行われていた温度センサを貫通孔に挿入した後にはんだ付けするなどの複雑な取付作業が不要になるので、自動実装機を用いた温度センサ２の自動実装が可能になる。
さらに、温度センサ２がリードピン９からの熱の影響を受ける範囲にＩＰＭ本体１０から離間して設けられているので、温度センサ２の交換が容易になる。また、ＩＰＭ５の取外しまたは交換は、温度センサ２の取外しまたは交換と独立して行うことが可能である。

（２）
第１実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２は、リードピン９がパターン８にはんだ付けにより接触する部分９ａの近傍に設けられている。このため、リードピン９の温度をパターン８を介して間接的に検出することが可能になる。しかも、温度センサ２は、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲のパターン８に設置すればよいので、温度センサ２の設置可能な範囲が拡大する。

（３）
第１実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２とプリント基板１との隙間を埋めるシリコン３をさらに備えているので、温度センサ２による検出温度のばらつきが低減される。
（４）
第１実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２は、ＩＰＭ５が取り付けられたプリント基板１の第１面１ａと反対側の第２面１ｂに設けられている。したがって、ＩＰＭ５と干渉することなく温度センサ２の実装が可能になるので、温度センサ２の自動実装がさらに容易になる。

＜変形例＞
（Ａ）
第１実施形態では、温度センサ２は、パターン８に接触したリードピン９の近傍に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の変形例として、温度センサ２をパターン８に接触していないフリーのリードピン９の近傍に配置し、このフリーのリードピン９からの熱について温度を検出するようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、温度センサ２は、リードピン９がパターン８にはんだ付けにより接触する部分９ａの近傍に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。
第２実施形態における温度センサ１２の取付構造では、図４に示されるように、温度センサ１２がリードピン９の外周面の近傍に設けられている。温度センサ１２は、ＩＰＭ５が設けられている側、すなわち、プリント基板１の第１面１ａに設けられている。温度センサ１２は、リードピン９の側面に接触するように配置され、リードピン９の一部とともにシリコン１３によって被覆されている。

＜第２実施形態の特徴＞
(１）
第２実施形態の温度センサ１２の取付構造では、温度センサ１２は、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲であってＩＰＭ本体１０から離間した位置として、リードピン９の外周面の近傍に設けられている。したがって、第１実施形態と同様に、プリント基板の貫通孔が不要になる。このため、プリント基板１の実装面積が拡大し、高集積度の実装の達成が可能になる。また、ＩＰＭ５の近傍に配置するのが好ましいコンデンサ６などの部品も、ＩＰＭ５の近傍に配置することが可能になる。さらに、自動実装機を用いて、温度センサ１２をリードピン９の外周面近傍に自動実装することも可能になり、温度センサ１２の交換も容易になる。
（２）
第２実施形態の温度センサ１２の取付構造では、温度センサ１２とリードピン９との隙間を埋めるシリコン１３をさらに備えているので、温度センサ１２による検出温度のばらつきが低減される。

＜変形例＞
（Ａ）
第２実施形態では、温度センサ１２は、パターン８に接触したリードピン９の近傍に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の変形例として、温度センサ１２をパターン８に接触していないフリーのリードピン９の近傍に配置し、このフリーのリードピン９からの熱について温度を検出するようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

〔第３実施形態〕
第１実施形態では、温度センサ２は、リードピン９がパターン８にはんだ付けにより接触する部分９ａの近傍に設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。
第３実施形態における温度センサ２の取付構造は、図５に示されるように、プリント基板１と、ＩＰＭ５と、温度センサ２と、シリコン３とを備えている点では、第１実施形態の取付構造と共通している。第３実施形態における温度センサ２の取付構造は、さらに、リードピン９からの熱を温度センサ２へ伝導させるジャンパ線１４を備えている。ジャンパ線１４は、少なくとも一部がプリント基板１のパターン８から空中に離間している。

図５に示される温度センサ２は、パターン８から離れた位置に配置されているが、ジャンパ線１４を介してリードピン９に接続されている。このため、リードピン９の温度をジャンパ線１４を介して間接的に検出することが可能になる。また、温度センサ２は、ジャンパ線１４に接触するように配置され、ジャンパ線１４の一部とともにシリコン３によって被覆されている。
ジャンパ線１４は、プリント基板１のパターン８の材料（銅箔）よりも熱伝導性が高い材料（例えば、銀線など）で製造されている。

＜第３実施形態の特徴＞
(１）
第３実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２は、パターン８から離れていても、ジャンパ線１４に接続していることによって、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲であってＩＰＭ本体１０から離間した位置になっている。したがって、第１実施形態と同様に、プリント基板の貫通孔が不要になる。このため、プリント基板１の実装面積が拡大し、高集積度の実装の達成が可能になる。また、ＩＰＭ５の近傍に配置するのが好ましいコンデンサ６などの部品も、ＩＰＭ５の近傍に配置することが可能になる。さらに、自動実装機を用いて、温度センサ２をプリント基板１に自動実装することも可能になり、温度センサ２の交換も容易になる。

（２）
第３実施形態の温度センサ２の取付構造では、温度センサ２は、少なくとも一部がパターン８から空中に離間したジャンパ線１４に接続されているので、プリント基板のパターンに制限を与えることなく、温度センサを任意の位置に設置することが可能である。
（３）
第３実施形態の温度センサ２の取付構造では、ジャンパ線１４がプリント基板１のパターン８の材料よりも熱伝導性が高い材料で製造されているので、温度センサ２への熱伝導性がよくなり、測定精度が向上する。

（４）
第３実施形態の温度センサ２の取付構造では、第１および第２実施形態と同様に、温度センサ２とジャンパ線１４との隙間を埋めるシリコン３をさらに備えているので、温度センサ２による検出温度のばらつきが低減される。
（Ａ）
第３実施形態では、熱伝導手段として、ジャンパ線１４を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の熱伝導手段を用いてもよい。

〔第４実施形態〕
第４実施形態における温度センサ１５の取付構造は、図６に示されるように、プリント基板１と、ＩＰＭ５と、温度センサ１５とを備えている点では、第１実施形態の取付構造と共通している。
第４実施形態における温度センサ１５は、パターン８の接地側（ＧＮＤ）の部分であるＧＮＤ部分８ａと検出電圧側（Ｖｃｃ）の部分であるＶｃｃ部分８ｂとの間に接続されたチップサーミスタである。温度センサ１５の一方の端子１５ａは、ＧＮＤ部分８ａに接続されている。温度センサ１５の他方の端子１５ｂは、抵抗（図示せず）を介してＶｃｃ部分８ｂに接続されている。
また、第１実施形態と同様に、温度センサ１５とプリント基板１との隙間をシリコンで埋めれば、温度センサ１５による検出温度のばらつきが低減される。

＜第４実施形態の特徴＞
(１）
第４実施形態の温度センサ１５の取付構造では、チップサーミスタからなる温度センサ１５がパターン８に接続されているので、リードピン９からの熱の影響を受ける範囲であってＩＰＭ本体１０から離間した位置に温度センサ１５を配置することが可能である。したがって、第１実施形態と同様に、プリント基板の貫通孔が不要になる。このため、プリント基板１の実装面積が拡大し、高集積度の実装の達成が可能になる。また、ＩＰＭ５の近傍に配置するのが好ましいコンデンサ６などの部品も、ＩＰＭ５の近傍に配置することが可能になる。さらに、自動実装機を用いて、温度センサ１５をプリント基板１に自動実装することも可能になり、温度センサ１５の交換も容易になる。

本発明の第１実施形態に係わる駆動用集積回路の温度センサ取付構造の平面図。 図１の温度センサ取付構造の側面図。 図１の温度センサの拡大図。 本発明の第２実施形態に係わる駆動用集積回路の温度センサ取付構造の側面図。 本発明の第３実施形態に係わる駆動用集積回路の温度センサ取付構造の側面図。 本発明の第４実施形態に係わる駆動用集積回路の温度センサ取付構造の平面図。 本発明の比較例である基板に貫通孔を有する場合の温度センサ取付構造の平面図。 図７の温度センサ取付構造の側面図。

符号の説明

１ プリント基板
２、１２、１５ 温度センサ
３、１３ シリコン
５ ＩＰＭ（駆動用集積回路）
８ パターン
９ リードピン
１０ ＩＰＭ本体（集積回路本体）

Claims (8)

1. パターン（８）を有するプリント基板（１）と、
   集積回路本体（１０）および前記集積回路本体（１０）から延びる複数本のリードピン（９）を有し、少なくとも１本の前記リードピン（９）が前記プリント基板（１）のパターン（８）に接触した駆動用集積回路（５）と、
   前記リードピン（９）からの熱の影響を受ける範囲に、前記集積回路本体（１０）から離間して設けられた温度センサ（２、１２、１５）と
   を備えている、
   駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
2. 前記温度センサ（２、１２、１５）は、前記リードピン（９）が前記パターン（８）に接触する部分（９ａ）の近傍に設けられている、
   請求項１に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
3. 前記温度センサ（２、１２、１５）は、前記リードピン（９）の外周面の近傍に設けられている、
   請求項１に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
4. 前記温度センサ（２、１２、１５）と前記プリント基板（１）または前記リードピン（９）との隙間を埋めるシリコン（３、１３）をさらに備えている、
   請求項１から３のいずれかに記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
5. 前記温度センサ（２、１２、１５）は、前記駆動用集積回路（５）が取り付けられた前記プリント基板（１）の第１面（１ａ）と反対側の第２面（１ｂ）に設けられている、
   請求項１に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
6. 前記リードピン（９）からの熱を前記温度センサ（２、１２、１５）へ伝導させる熱伝導手段をさらに備えている、
   請求項１に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
7. 前記熱伝導手段は、少なくとも一部が前記プリント基板（１）のパターン（８）から空中に離間したジャンパ線（１４）である、
   請求項６に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。
8. 前記熱伝導手段は、前記プリント基板（１）のパターン（８）の材料よりも熱伝導性が高い材料で製造されている、
   請求項６に記載の駆動用集積回路（５）の温度センサ取付構造。

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