JP2012104527A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感電に対する安全性を向上し、電子部品の発熱や収納ケースの外気温の温度変化や振動に対して信頼性が高く、組み立て作業性の良い電子回路装置を提供する。
【解決手段】半導体素子３９の放熱を行う収納ケース１の外郭であるアルミ板２１を、絶縁シート２９を介して半導体素子３９に熱接触させるとともに、収納ケース１に設けた突出部１ａにゴムブッシュ１９を取り付け、圧縮されたゴムブッシュ１９によって半導体素子３９がアルミ板２１に圧接触するようにしたもので、絶縁シート２９によって安全性を向上し、ゴムブッシュ１９によって収納ケース１の熱膨張収縮を吸収しながら、振動も吸収して信頼性を向上させ、組み立て作業性も向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を実装したプリント基板を収納ケースの中に収納する構成をもつ電子回路装置に関するものである。

従来、この種の電子回路装置において、半導体素子を実装したプリント基板は、収納ケース内に収納されるとともに、収納ケースの外郭を形成する金属板と半導体素子が面接触し、半導体素子の発熱を金属板に熱伝導させて放熱させる構成となっている（例えば特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の固定方法を説明する。

図７は、特許文献１に記載された従来の電子制御装置の概略構造を示した断面図である。

図７において、プリント基板１００に、モータ駆動用のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等である半導体素子１０２が端子１０２ａをはんだ付け等することによって実装されている。また、半導体素子１０２と接するように金属板１０５が配置されている。

さらに、収納ケース１０８にプリント基板１００が螺子１１１によって固定されているとともに、金属板１０５が収納ケース１０８の開口部を覆うように配置されている。

金属板１０５の外側面と収納ケース１０８の取り付け面は、同一平面を形成するようになっており、この同一平面が外部放熱体に接するように螺子１１４にて取り付けられている。

カバー１１７は、プリント基板１００を覆っている。

以上のように構成された電子制御装置について、以下その動作を説明する。

電子制御装置が動作すると、半導体素子１０２が通電により発熱するが、その発熱は、半導体素子１０２と密着している金属板１０５へと熱伝導する。

金属板１０５は、外部放熱体に密着するように取り付けられているため、金属板１０５へ熱伝導した半導体素子１０２の発熱は、さらに外部放熱体へ熱伝導することにより、半導体素子１０２の温度が必要以上に上昇することがない。したがって、半導体素子１０２の熱破壊を防止し、電子制御装置は、信頼性が保たれながら動作することができる。

特開２００４−１３４４９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、金属板１０５が外部放熱体に密着し、外部の空気に晒されていないこともあり、圧縮機等、高温となるものに取り付けたい場合は、放熱効
果がなくなってしまうという課題を有していた。

また、取り付け方向を逆にして、カバー１１７側を取り付け面側にし、金属板１０５が外部の空気に触れるようにすれば、金属板１０５の熱は外部の空気に放熱される。

ところが、この構成であると、金属板１０５が露出するため、使用者の手が触れるような構造になっている場合においては、もし半導体素子１０２が故障により絶縁破壊した場合、金属板１０５が充電部になってしまうため、安全が確保されないという課題があった。

また、周囲の温度が変化した場合、収納ケース１０８と半導体素子１０２の線膨張係数の違いにより、半導体素子１０２と金属板１０５との間に隙間が発生し、熱伝導が阻害され、逆に端子１０２ａとプリント基板１００との接合部に応力が加わり、電気接続が破壊されるという課題も有していた。

また、この電子制御装置を圧縮機等の振動するものに取り付けする場合においては、振動がプリント基板１００の螺子１１１による取り付け部や端子１０２ａに加わり、機械的な破壊を起こすという課題も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、絶縁に対する信頼性を向上しながら、周囲温度が変化した場合においても、安定した半導体素子の放熱を確保し、温度変化や振動に対する信頼性も向上した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、半導体素子と半導体素子の放熱用のアルミ板との間に絶縁シートを密着配置するとともに、収納ケースの底部にゴムブッシュを配置し、アルミ板を収納ケースに取り付けることにより、プリント基板でゴムブッシュが圧縮されるようにして、半導体素子とアルミ板が常に圧接されるようにするとともに、プリント基板がゴムブッシュを介して収納ケースに取り付けられるように構成したものである。

これによって、半導体素子とアルミ板が絶縁シートにより確実に絶縁されるとともに、周囲温度が変化した場合においても、ゴムブッシュの圧縮率が変化することにより、プリント基板とアルミ板との間隔を一定に保つことができ、半導体素子とアルミ板及び絶縁シートとの密着を確保することができる。

さらに、電子回路装置が振動体に取り付けられ場合においても、ゴムブッシュで振動を吸収することができる。

本発明の電子回路装置は、半導体素子とアルミ板とを確実に絶縁できるため、より安全な電子回路装置を提供することができるとともに、半導体素子とアルミ板及び絶縁シートとの密着を確保できるため、半導体素子の過度な温度上昇を防止でき、より信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。また、ゴムブッシュが振動を吸収するため、より振動に対して信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における電子回路装置の分解斜視図 本発明の実施の形態１における電子回路装置のゴムブッシュの斜視図 図２におけるＡ−Ａ線での断面図 本発明の実施の形態１における電子回路装置のアルミ板の正面図 図４におけるＢ−Ｂ線での要部断面図 本発明の実施の形態１における電子回路装置を圧縮機に取付けた状態の側面図 従来の電子制御装置の概略構造を示した断面図

第１の発明は、プリント基板と、前記プリント基板に実装された半導体素子と、前記プリント基板を収納し、少なくとも一方の面に開口部を備える収納ケースと、前記収納ケースの内部に配設され、前記プリント基板を反開口部側から支持する複数のゴムブッシュと、前記収納ケースの開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記半導体素子と前記アルミ板の間に挟まれて密着固定された絶縁シートとを備え、前記アルミ板を前記収納ケースに取り付けることによって、前記プリント基板が前記ゴムブッシュを圧縮し、前記半導体素子と前記アルミ板および前記絶縁シートが圧接して、前記半導体素子の発熱が前記アルミ板に伝導するように構成されたものである。

これによって、半導体素子とアルミ板が絶縁シートにより確実に絶縁され、より安全な電子回路装置を提供することができる。

また、周囲温度が変化した場合においても、ゴムブッシュの圧縮率が変化することにより、プリント基板とアルミ板との間隔が一定に保たれ、半導体素子とアルミ板及び絶縁シートとの密着が確保されることにより、半導体素子の過度な温度上昇を防止でき、より信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

また、プリント基板は、収納ケースに対してゴムブッシュによってフレキシブルに保持されているため、電子回路装置を圧縮機等の振動するものに取付けられた場合おいても、ゴムブッシュが振動を吸収するため、部品の破損を防止でき、電子回路装置の信頼性を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の半導体素子を、前記プリント基板において他の部品とは反対側の実装面に実装されるようにしたものである。

これによって、半導体素子の端子を長くする等して、プリント基板からの実装高さを、その他の部品の高さよりも高くなるようにする必要がないため、半導体素子の実装を容易にし、組み立て作業性の良い安価な電子回路装置を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のゴムブッシュを、空洞部を備えた筒状の形状とし、プリント基板に基板取付け穴を設け、収納ケースの内部に開口部に向かって突出した突出部を設け、前記ゴムブッシュの前記空洞部と前記プリント基板の前記基板取り付け穴に、前記収納ケースの突出部を同時に挿入することで、前記ゴムブッシュと前記プリント基板を、前記収納ケース内の所定の位置に配置するように形成したものである。

これによって、ゴムブッシュの収納ケースへの取り付けを容易にし、組み立て作業性の良い安価な電子回路装置を提供することができる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれか一つの発明において、アルミ板の収納ケース側の内側面に複数の突起部を設け、前記突起部で囲われた範囲内に絶縁シートを配設することで、前記絶縁シートを前記アルミ板内の所定の位置に配置するように形成したものである。

これによって、絶縁シートのアルミ板への取り付けを容易にするとともに、絶縁シートの取り付け位置を正確にすることができるので、組み立て作業性の良い安価で安全性の高い電子回路装置を提供することができる。

第５の発明は、特に、第１から４のいずれか一つの発明において、絶縁シートとアルミ板の間または、絶縁シートと電子部品の間に、熱拡散コンパウンドを塗布したものである。

これによって、アルミ板と絶縁シートとの熱抵抗を低減し、半導体素子の過度な温度上昇を防止でき、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

第６の発明は、特に、第１から５のいずれか一つの発明において、プリント基板と半導体素子の間に、スペーサをそれぞれに密着配置するようにしたものである。

これによって、ゴムブッシュの圧縮圧力が半導体素子の端子に加わることを防止し、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

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分解斜視図、図２は、本発明の実施の形態１における電子回路装置のゴムブッシュの斜視図、図３は、図２におけるＡ−Ａ線での断面図、図４は、本発明の実施の形態１における電子回路装置のアルミ板の正面図、図５は、図４におけるＢ−Ｂ線での要部断面図、図６は、本発明の実施の形態１における電子回路装置を圧縮機に取付けた状態の側面図である。

図１から図５において、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の樹脂により射出成形された収納ケース１には、内部にプリント基板５が収納できるように、プリント基板５の大きさに対して若干大きい開口部９を有しており、本電子回路装置取付けの為の孔１ｅが設けられた複数の取付け脚１ｃおよび１ｄが設けられている。

プリント基板５は、ガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂からなり、コネクタ１３が実装（半田付け等で取り付けられていることを意味する）されており、４箇所の角部には複数の基板取り付け穴５ａが設けられている。

収納ケース１には、コネクタ１３に対向する位置が開口し、コード引出部１７を形成している。

収納ケース１の内部４箇所には、開口部に向かって突出した突出部１ａが一体成型されて設けられており、この突出部１ａには、空洞部１９ａを備えた筒状のゴムブッシュ１９が突出部１ａをゴムブッシュ１９の空洞部１９ａに嵌め込むようにそれぞれ取り付けられている。

突出部１ａの高さは、ゴムブッシュ１９の高さよりも高く、先端がゴムブッシュ１９より突出するようになっており、この突出した部分がプリント基板５の基板取り付け穴５ａに嵌るようになっている。

また、このゴムブッシュ１９は、プリント基板５を収納ケース１に収納取付けた状態で、収納ケース１とプリント基板５によって挟み込まれ、圧縮されている。

また、基板取り付け穴５ａの穴径は、突出部１ａが挿入された時に適度なクリアランスがあるように設計されている（例えば、突出部１ａの径が３ｍｍであれば基板取り付け穴５ａの穴径は４ｍｍ）。

収納ケース１の開口部９の角部には、取付け穴１ｂが開けられている。また、プレス加工されたアルミ合金製のアルミ板２１の角部には、孔２１ａが開けられており、アルミ板固定用ネジ２５にてアルミ板２１を収納ケース１に固定して、開口部９を閉口できるようになっている。

アルミ板２１の内側面に密着して絶縁シート２９が（例えば、２枚重ねられて）固定ネジ３１にて取り付けられている。この絶縁シート２９は、安全規格（例えば１７５０Ｖ、１分間の絶縁耐力試験に耐える）を満足する電気絶縁性能を持っている。

また、アルミ板２１の内側面には、複数の突起部２１ｂがプレス加工等によって形成されており、絶縁シート２９は、この突起部２１ｂで囲まれた内側に、突起部２１ｂにて位置規制され取り付けられている。

また、絶縁シート２９には、予め熱拡散コンパウンド３５が塗布されており、絶縁シート２９とアルミ板２１の密着を良くし、絶縁シート２９とアルミ板２１の熱伝導を良くしている。

プリント基板５には、圧縮機駆等動用のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等である半導体素子３９が実装されているが、半導体素子３９だけは、コネクタ１３等の他の部品とは反対側のアルミ板２１と対向する実装面に実装されている。

また、この半導体素子３９とプリント基板５の間には、スペーサ４３が半導体素子３９とプリント基板５に密着して配置されている。

半導体素子３９は、絶縁シート２９が取り付けられたアルミ板２１と密着しており、アルミ板２１を収納ケース１に取付けることによって、プリント基板５がゴムブッシュ１９を圧縮状態にしている。

図６において、密閉型の圧縮機４７の外郭には、ブラケット５１が溶接等により取付けられている。

本実施の形態１の電子回路装置は、圧縮機４７を駆動するために用いられており、収納ケース１の取付け脚１ｃを、その孔１ｅを貫通する取付けネジ５５によってブラケット５１に固定することによって、電子回路装置が圧縮機４７に取り付けられている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置について、以下その動作、作用を説明する。

電子回路装置の組み立ては、まず収納ケース１の突出部１ａに、ゴムブッシュ１９を挿入する。

次に、半導体素子３９等を実装したプリント基板５を、コネクタ１３が収納ケース１のコード引出部１７に対向させて、外部と電気接続が可能となるように、収納ケース１の開口部９から挿入されるが、その際、収納ケース１の突出部１ａがプリント基板５の基板取り付け穴５ａに嵌るようにプリント基板５を収納ケース１内に設置する。

一方，アルミ板２１に絶縁シート２９を取り付ける作業においては、アルミ板２１の内側面において、突起部２１ｂで囲まれた範囲に絶縁シート２９を固定ネジ３１にて取り付ける。ここで、固定ネジ３１を締付ける際に、絶縁シート２９は、固定ネジ３１を中心として固定ネジ３１の回転方向と同じ方向に回転しようとするも、突起部２１ｂによって回転が防止されるため、絶縁シート２９は正しい位置でアルミ板２１に取り付けられる。

尚、絶縁シート２９のアルミ板２１と接する面には、予め熱拡散コンパウンド３５を塗布しておく。

次に絶縁シート２９が取り付けられたアルミ板２１を、収納ケース１の開口部９にアルミ板固定用ネジ２５にて取り付ける。このとき、半導体素子３９の上面は、収納ケース１の開口部９よりも少し（たとえば２ｍｍ程）垂直方向に飛び出た寸法となっているため、半導体素子３９は、アルミ板２１にて押され、これに伴い、ゴムブッシュ１９は、プリント基板５により圧縮された状態となる。

以上のようにして組み立てられた圧縮機用電子回路装置においては、通電され圧縮機等を駆動した際に半導体素子３９が発熱するが、その発熱は、密着しているアルミ板２１へ熱伝達し、収納ケース１の外部へと放熱される。

以上のように本実施の形態においては、アルミ板２１と半導体素子３９の間に、絶縁シート２９が取り付けられているため、もし半導体素子３９が故障し、半導体素子３９の絶縁が破壊した場合においても、アルミ板２１との絶縁を確保することができ、アルミ板２１に手が触るような環境に電子回路装置が設置された場合においても、より安全な電子回路装置を提供することができる。

また、電子回路装置の温度が変化すると、収納ケース１が熱膨張収縮をするが、圧縮されたゴムブッシュ１９が、収納ケース１の寸法変化代を吸収するため、プリント基板５とアルミ板２１との間隔が一定に保たれ、半導体素子３９とアルミ板２１及び絶縁シート２９との密着が確保される。これにより、半導体素子３９の過度な温度上昇を防止でき、電子回路装置の信頼性を向上することができる。

さらに、プリント基板５は、収納ケース１に対してネジ等によって強く固定されておらず、ゴムブッシュ１９によってフレキシブルに保持されているため、電子回路装置が、圧縮機等の振動するものに取付けられた場合おいても、ゴムブッシュ１９が振動を吸収するため、プリント基板５およびプリント基板５に実装された部品の破損を防止でき、電子回路装置の信頼性を向上することができる。

また、半導体素子３９は、プリント基板５のその他の部品とは反対側の実装面に実装されているため、半導体素子３９の端子を長くする等して、プリント基板５からの実装高さを、その他の部品よりも高くなるようにする必要がない。そのため、半導体素子３９の実装を容易にし、組み立て作業性の良い安価な電子回路装置を提供することができる。

さらに、ゴムブッシュ１９の取り付けにおいては、ゴムブッシュ１９の空洞部１９ａに、収納ケース１の突出部１ａを嵌め込む、あるいは差し込むだけでできるとともに、突出部１ａによってプリント基板５の取り付けにおける位置決めができるため、電子回路装置の組み立て作業性を向上することができる。

また、絶縁シート２９のアルミ板２１への取り付けにおいては、突起部２１ｂにより絶縁シート２９の取り付け位置を、固定ネジ３１だけで確実に所定の場所に取り付けられる
ため、絶縁シート２９の取り付け作業性を向上させることができるとともに、正確な位置に絶縁シート２９を取り付けすることが可能となり、感電に対してより安全な電子回路装置を提供することができる。

さらに、絶縁シート２９とアルミ板２１の接触面には、熱拡散コンパウンド３５が塗布されているため、アルミ板２１が変形した場合においても絶縁シート２９とアルミ板２１の間に発生する隙間を熱拡散コンパウンド３５が埋めることとなり、半導体素子３９の発熱を、アルミ板２１へ確実に熱伝導させることができ、半導体素子３９の過度の温度上昇を防止し、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

また、プリント基板５と半導体素子３９の間にスペーサ４３が密着配置されているため、ゴムブッシュ１９の圧縮圧力が半導体素子３９の端子に直接加わることがなく、端子の接続部の破損を抑制し、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる電子回路装置は、感電に対する安全性を向上するとともに、振動に対する信頼性を向上し、かつ組み立て作業性も向上することができるので、半導体を使用した他の装置にも適用することができる。

１ 収納ケース
１ａ 突出部
５ プリント基板
５ａ 基板取り付け穴
１９ ゴムブッシュ
２１ アルミ板
２１ａ 孔
２１ｂ 突起部
２９ 絶縁シート
３５ 熱拡散コンパウンド
３９ 半導体素子
４３ スペーサ

Claims (6)

1. プリント基板と、前記プリント基板に実装された半導体素子と、前記プリント基板を収納し、少なくとも一方の面に開口部を備える収納ケースと、前記収納ケースの内部に配設され、前記プリント基板を反開口部側から支持する複数のゴムブッシュと、前記収納ケースの開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記半導体素子と前記アルミ板の間に挟まれて密着固定された絶縁シートとを備え、前記アルミ板を前記収納ケースに取り付けることによって、前記プリント基板が前記ゴムブッシュを圧縮し、前記半導体素子と前記アルミ板および前記絶縁シートが圧接して、前記半導体素子の発熱が前記アルミ板に伝導するように構成された電子回路装置。
2. 半導体素子を、前記プリント基板において他の部品とは反対側の実装面に実装されるようにした請求項１に記載の電子回路装置。
3. ゴムブッシュを、空洞部を備えた筒状の形状とし、プリント基板に基板取付け穴を設け、収納ケースの内部に開口部に向かって突出した突出部を設け、前記ゴムブッシュの前記空洞部と前記プリント基板の前記基板取り付け穴に、前記収納ケースの突出部を同時に挿入することで、前記ゴムブッシュと前記プリント基板を、前記収納ケース内の所定の位置に配置するように形成した請求項１または２に記載の電子回路装置。
4. アルミ板の収納ケース側の内側面に複数の突起部を設け、前記突起部で囲われた範囲内に絶縁シートを配設することで、前記絶縁シートを前記アルミ板内の所定の位置に配置するように形成した請求項１から３のいずれか１項に記載の電子回路装置。
5. 絶縁シートとアルミ板の間または、絶縁シートと電子部品の間に、熱拡散コンパウンドを塗布した請求項１から４のいずれか１項に記載の電子回路装置。
6. プリント基板と半導体素子の間に、スペーサをそれぞれに密着配置するようにした請求項１から５のいずれか１項に記載の電子回路装置。