JP2012221969A

JP2012221969A - 圧縮機用電子回路装置

Info

Publication number: JP2012221969A
Application number: JP2011082475A
Authority: JP
Inventors: Masami Taura; 方三田浦; Hideji Ogawara; 秀治小川原; Hiroaki Kase; 広明加瀬
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】圧縮機等、温度が影響を受ける所に設置した圧縮機電子回路装置の電子部品等の温度上昇により、電子部品の温度上昇や、はんだ部の長期信頼性を確保し、組立作業性の良い、安価な圧縮機用電子回路装置を提供する。
【解決手段】プリント基板３裏面のパターン部に、熱伝導性樹脂４９を塗布し、電子部品から発生する熱を、熱伝導性樹脂を介して収納ボックス２の外部へ、直接または、間接的に放熱することができるようにしたことにより、電子部品の温度上昇、および、はんだ部５１の信頼性や組立作業性を向上することができる。
【選択図】図２

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、収納ボックスの中に収納する構成をもち、冷凍冷蔵装置等に使用される収納ボックス一体型の密閉型電動圧縮機を駆動させるための、圧縮機用電子回路装置に関するものである。

従来、圧縮機用電子回路装置は、収納ボックスで構成された密閉空間に半導体素子等の電子部品、充填材、及び放熱フィルムが設けられたプリント基板が挿入され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構成を説明する。

図８は、特許文献１に記載された従来の電子回路装置の断面図である。

図８において、収納ボックス１０１は、電気絶縁特性を有するナイロンやＡＢＳ樹脂等の合成樹脂により形成されたものである。

収納ボックス１０１で構成された空間には、電子部品１０５ａ、１０５ｂ、充填材１０７、及び放熱フィルム１１０が設けられたプリント基板１０３が挿入されている。

プリント基板１０３は、プリント基板１０３の表面に圧縮機駆動用（電力以外）の半導体素子の電子部品１０５ａが実装され、裏面に圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂが実装されている。

放熱フィルム１１０は、収納ボックス１０１の底面に配置され、プリント基板１０３裏面の圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂに対向するように、電子部品１０５ｂの面積よりも大きく面積を有して貼り付け固定されており、充填材１０７に接触している。

充填材１０７は、プリント基板１０３の裏面部分と放熱フィルム１１０間の空間１０４に配置され、電子部品１０５ｂを覆うように接着されるようになっている。

また、収納ボックス１０１内の電子部品１０５ａ、１０５ｂを冷却するのに、ヒートパイプ（図示せず）を使用する方式がある。これは、熱を持っているものを冷却する方法としては、有効な方法であるが、冷却用流体を収容する構成が必要になり、収納ボックス１０１の構成が複雑になるのに加え、結果的に高価なものとなり、現実的に難しい。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置１００について、以下その動作を説明する。

圧縮機用電子回路装置１００の組み立ては、まず、収納ボックス１０１におけるプリント基板１０３の圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂが設置される位置と対向する位置に、放熱フィルム１１０を貼り付ける。その後、プリント基板１０３の圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂを覆うように、充填材１０７を塗布し、塗布した状態でプリント基板１０３を、収納ボックス１０１の底面に貼り付けられた放熱フィルム１１０上に充填材１０７がくるように設置して、放熱空間１０４を作製する。開口部を収納ボックス１０１の蓋１０２で被い、固定されたプリント基板１０３は、収納ボックス１０１
と蓋１０２により覆われ、組み立てが完了する。

米国特許第７５７６９８８号明細書

しかしながら、上記従来の構成では、プリント基板１０３の圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂを覆うように充填材１０７を塗布し、塗布した状態でプリント基板１０３を収納ボックス１０１の底面に貼り付けられた放熱フィルム１１０（金属性フィルム）上に充填材１０７がくるように設置して、放熱空間１０４を設けていた為、圧縮機駆動用の電力に関する電子部品１０５ｂの放熱エネルギーが放熱空間１０４にこもり、放熱空間１０４の温度を上昇させ、電子部品１０５ｂの熱的に悪影響を与えるという課題や、はんだ部の信頼性を低下させる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、高温の使用環境においても、電子部品の長期信頼性を確保するとともに、組み立て作業性の良い安価な圧縮機用電子回路装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機用電子回路装置は、プリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、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ボックスと、前記収納ボックスの開口部を閉口するように取り付けられた蓋を備えた電子回路装置において、前記収納ボックスの底部と前記収納ボックス底部側で、かつ前記プリント基板の電子部品を除く電導路部との間に、熱伝導性樹脂を塗布したものである。

かかる構成は、プリント基板の電子部品を除く電導路部に熱伝導性樹脂を塗布し、収納ボックスに接着することによって、プリント基板の電子部品を除く電導路部の熱が、収納ボックスを介して収納ボックスの外へ放熱するという作用を有する。

また、その際、前記熱伝導性樹脂の厚みを、前記収納ボックス底部側に、プリント基板から突出している電子部品のリード部以上の厚みで形成した事によって、電子部品リード部の影響に伴い、不均一に収納ボックス底部に付くことなく均一に接続できる作用を有する。

本発明の圧縮機用電子回路装置は、収納ボックスの底部と収納ボックスの底部側で、かつプリント基板の電子部品を除く電導路部との間に、熱伝導性樹脂を塗布することにより、プリント基板の電子部品を除く電導路部の熱が、収納ボックスを介して収納ボックスの外へ放熱することができる。その結果、電子部品のはんだ部の温度上昇を低減でき、電子部品の信頼性を高めることができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機用電子回路装置の分解斜視図同実施の形態１における圧縮機用電子回路装置の断面図同実施の形態１におけるプリント基板の裏面図同実施の形態１における収納ボックスの外観図同実施の形態１における圧縮機用電子回路装置を圧縮機に取付けた図本発明の実施の形態２における収納ボックスの外観図同実施の形態２における圧縮機用電子回路装置を圧縮機に取付けた図従来の電子回路装置の断面図

請求項１に記載の発明は、プリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、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ボックスと、前記収納ボックスの開口部を閉口するように取り付けられた蓋を備えた電子回路装置において、前記収納ボックスの底部と前記収納ボックス底部側で、かつ前記プリント基板の電子部品を除く電導路部との間に、熱伝導性樹脂を塗布したものである。

かかる構成とすることにより、プリント基板の電子部品を除く電導路部の熱が、収納ボックスを介して収納ボックスの外へ放熱することができる。その結果、電子部品のはんだ部の温度上昇を低減でき、電子部品の信頼性を高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱伝導性樹脂の厚みを、収納ボックス底部側において前記プリント基板から突出している電子部品のリード部以上の厚みで形成したものである。

かかる構成とすることで、電子部品リード部の影響によって、前記熱伝導性樹脂が不均一に収納ボックス底部に付くことなく、確実に安定した構成が実現できる圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記収納ボックスの底部に換気用孔を設けたものである。

かかることにより、前記換気用孔を通じて換気を行い、熱伝導性樹脂を冷やすことができるので、電子部品のはんだ部や収納ボックス内の温度を有効的に低減でき、電子部品の信頼性を高めた圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記収納ボックスの底部に熱伝導性樹脂の塗布確認用孔を設けたものである。

かかることにより、熱伝導性樹脂の塗布忘れを防止でき、作業性が良い圧縮機用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における圧縮機用電子回路装置の分解斜視図、図２は、同実施の形態１における圧縮機用電子回路装置の断面図、図３は、同実施の形態１におけるプリント基板の裏面図、図４は、同実施の形態１における収納ボックスの外観図、図５は、同実施の形態１における圧縮機用電子回路装置を圧縮機に取付けた図である。

図１から図４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ボックス２には、内部にプリント基板３が収納できるように、プリント基板３の大きさに対して若干大きい開口部５を有している。また、収納ボックス２には、コネクタ７に対向する位置が開口し、コード引出部９を形成している。

プリント基板３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７が実装されている。また、プリント基板３の４箇所の角部には、基板取り付けのための複数の基板取り付け穴が設けられており、その内の一つである基板取り付け穴３ａが、基板固定用ネジ１１により収納ボックス２に固定されている。

さらに、収納ボックス２には、基板固定用ネジ１１により固定される角部の隣角となる角３ｂに対応する位置に、プリント基板３の板厚より若干大きめの幅を持つ挟み込み部１３を有している。

また、収納ボックス２の底部２箇所には、開口部に向かって突出した突出部２ａが一体成型されて設けられており、この突出部１ａには、空洞部を備えた筒状のゴムブッシュ１５が突出部２ａを、ゴムブッシュ１５の空洞部に嵌め込むようにそれぞれ取り付けられている。突出部２ａの高さは、ゴムブッシュ１５の高さよりも高く、先端がゴムブッシュ１５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３の基板取り付け穴３ｃに嵌るようになっている。また、このゴムブッシュ１５は、収納ボックス２とプリント基板３によって挟み込まれ圧縮されている。

さらに、基板取り付け穴３ｃの穴径は、突出部２ａ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２ａの径が３．５ｍｍであれば基板取り付け穴５ｃの穴径は４ｍｍに設定される。

プリント基板３には、アルミ合金をプレスにより成形したコ字型のヒートシンク１７ａが、ネジ１８やカシメ２０により固定されていると共に、第２のプリント基板１９がはんだ付けにより実装されている。

第２のプリント基板１９には、電子部品である圧縮機駆動用の半導体素子２１が実装されており、半導体素子２１は、ヒートシンク１７ａの内壁側に、ネジ２３により密着して固定されて、ヒートシンク１７ａと熱交換できるように配置されている。

また、プリント基板３には、電子部品である整流用の半導体素子２５が、アルミ合金をプレスにより成形した略Ｌ字型のヒートシンク１７ｂの内側に、ネジ２７により蜜着して固定されており、その近傍には、ノイズ除去用のコイル４５が実装されている。

さらに、プリント基板３の裏面には、コネクタ端子７、整流用の半導体素子２５、ノイズ除去用のコイル４５の端子部や、はんだ部５１のランドを除くパターン部（図示せず）に、熱伝導性樹脂４９が塗布されている。

収納ボックス２の開口部５の４箇所の角部には、取り付け穴３０が開けられているほかに、プレス加工されたアルミ合金製のアルミ板２９の４箇所の角部には、孔３１が開けられており、アルミ板固定用ネジ３３にてアルミ板２９を収納ボックス２に固定して、開口部５を閉塞できるようになっている。

アルミ板２９の内側面に密着して、１枚以上の絶縁シート３５が固定ネジ３７にて取り付けられている。この絶縁シート３５は、安全規格を満足する電気絶縁性能（例えば、１７５０Ｖ、１分間の絶縁耐力試験に耐える）を持っている。

また、アルミ板２９の内側面には、複数の突起部２９ａがプレス加工等によって形成されており、絶縁シート３５は、この突起部２９ａで囲まれた内側に、突起部２９ａにて位置規制され、取り付けられている。さらに、絶縁シート３５には、予め熱拡散コンパウン
ド３９が塗布されており、絶縁シート３５とアルミ板２９の密着を良くし、絶縁シート３５とアルミ板２９の熱伝導を良くしている。また、ヒートシンク１７ａ、１７ｂの絶縁シート３５と対面する面には、熱伝導性の高い接着剤４１が塗布されている。

さらに、アルミ板２９には、ヒートシンク１７ａ、１７ｂ上の部分にコンパンド３９や接着剤４１が塗布された状況が確認できる、例えば、直径が１．５ｍｍ以上の孔４３が開いている。そして、収納ボックスの裏面には、プリント基板３の裏面のパターン部に塗布された熱伝導性樹脂４９に直接風が当たるように、孔５９が設けられている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置１について、以下その動作、作用を説明する。

圧縮機用電子回路装置１の組み立ては、まず収納ボックス２の突出部２ａにゴムブッシュ１５を挿入する。次に、ヒートシンク１７ａの内壁部に第２のプリント基板１９を固定し、そのヒートシンク１７ａを、プリント基板３に実装する。そのプリント基板３の裏面の一次側パワー系であるコネクタ端子７、整流用の半導体素子２５、ノイズ除去用のコイル４５の端子部や、はんだ部５１のランドを除くパターン部４７のみに、熱伝導性樹脂４９を塗布する。この一次側パワー部が収納ボックス２の上側になるので、他の電子部品が発熱した熱が、収納ボックス２の上側に集まり、一次側パワー部の自身の発熱した熱も受けるので、特に熱伝導性樹脂４９を塗布した。

この時、はんだ部５１のランドを含むプリント基板３の裏面全部、熱伝導性樹脂４９を塗ることも考えられるが、熱がこもることが予想される。すなわち、電子部品の端子部やはんだ部５１について説明すると、電子部品の端子部やはんだ部５１の熱膨張係数（２０〜３０×１０^−６）に対し、ランドの熱伝導性樹脂４９の熱膨張係数（１００〜２００×１０^−６）が大きく違うため、電子部品の端子部やはんだ部の長期信頼性が阻害される恐れがあり、遭えて熱伝導性樹脂４９を塗布する箇所からはずしている。

次に、プリント基板３を、コネクタ７が収納ボックス２のコード引出部９に対向し、外部と電気接続が可能となるように、開口部５から挿入する。

この時、プリント基板３を、コネクタ７側から収納ボックス２の開口部５に挿入して、コネクタ７を斜めに挿入する。これにより、挟み込み部１３の角３ｂが、挟み込み部１３に遊嵌され、その後、コネクタ７が収納ボックス２と平行になるように所定の位置に置かれる。これと同時に、収納ボックス２の２箇所の突出部２ａがプリント基板３にある基板取り付け穴３ｃに挿入されるようにする。そして、プリント基板３の基板取り付け穴３ａが、基板固定用ネジ１１により収納ボックス２に固定される。

その後、ヒートシンク１７ａ、１７ｂの絶縁シート３５と対面する面である上面１７ａに接着剤４１を塗布する。

一方、アルミ板２９に絶縁シート３５を取り付ける作業においては、アルミ板２９の内側面において、突起部２９ａで囲まれた範囲に、絶縁シート３５をアルミ板固定用ネジ３７にて取り付ける。このとき、固定ネジ３７を締付ける際に、絶縁シート３５は、固定ネジ３７を中心として固定ネジ３７回転方向と同じ方向に回転しようとするが、突起部３７ａによって回転が防止されるため、絶縁シート３５は、正しい位置でアルミ板２９に取り付けられる。尚、絶縁シート３５のアルミ板３７と接する面には、予め熱拡散コンパウンド３９を塗布しておく。

ヒートシンク１７ａ、１７ｂに塗布された接着剤４１が固まる前に、内側面に絶縁シー
ト３５を取り付けたアルミ板２９を、収納ボックス２の開口部５にアルミ板固定用ネジ３１にて取り付ける。このとき、ヒートシンク１７ａの上面は、収納ボックス２の開口部５よりも少し（例えば、２ｍｍ程）垂直方向に飛び出た寸法となっているため、ヒートシンク１７ａは、アルミ板２９にて押され、プリント基板３の下のゴムブッシュ１５は、垂直方向に圧縮されることになる。

また、このとき、ヒートシンク１７ａの上面２５ａに塗布された接着剤４１は、絶縁シート３５が取り付けられたアルミ板２９とヒートシンク１７ａによって圧縮される。もし、このときヒートシンク１７ａのプリント基板３に対する垂直度が悪ければ、絶縁シート３５が取り付けられたアルミ板２９とヒートシンク１７ａは、点接触もしくは線接触となり、両者の間に隙間ができることとなる。ところが、本実施の形態１においては、ヒートシンク１７ａを略Ｌ字型にしているので、絶縁シート３５に接する面が接着剤４１の量によって、上下に撓み、圧縮され、この隙間を熱伝導性の高い接着剤４１が確実に埋めることとなる。

さらに、接着剤４１を作業工程上、塗布忘れを防止するために、アルミ板２９に開けられた孔４３によって接着剤４１が塗布されているか確認することができる。

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１においては、通電され、駆動した際に、コネクタ部７から電子部品であるコイル部４５を介して整流用の半導体素子２５、圧縮機駆動用の半導体素子２１を通り、圧縮機５５に伝わった電気で圧縮機を動作させる。その際、通電されたそれぞれの電子部品（コネクタ部７、コイル部４５整流用の半導体素子２５、圧縮機駆動用の半導体素子２１）は発熱するが、同様にプリント基板３の表裏面のパターン部４７や、プリント基板３裏面の電子部品のはんだ部５１も発熱する。

その際、プリント基板３裏面に関しては、パターン部４７に塗布された熱伝導性樹脂４９を介して、収納ボックス２に熱伝達し、収納ボックス２の外部へ放熱されるために、電子部品のはんだ部５１の温度が過度に上昇することなく、整流用の半導体素子２５、圧縮機駆動用の半導体素子２１の温度を低減でき、圧縮機用電子回路装置１の信頼性を向上することができる。

また、熱伝導性樹脂４９の厚みを、収納ボックス２底部側において、プリント基板３から突出している電子部品のリード部以上の厚みで形成するので、電子部品リード部の影響により、プリント基板３が歪んで収納ボックス２底部に付くことがなく、確実に安定した圧縮機用電子回路装置１を提供できる。

さらに、収納ボックス２の底面に、プリント基板３の裏面に塗布した熱伝導性樹脂４９に、収納ボックス２の外から風が当たるようになっているので、電子部品のはんだ部５１及びパターン部４７の温度上昇を抑制することができる。

また、プリント基板３の表側のパターンに関しては、整流用の半導体素子２５、圧縮機駆動用の半導体素子２１のように、それぞれのヒートシンク２５、３７、絶縁シート４９、アルミ板３７へ熱伝達し、収納ボックス２の外部へと直接放熱される場合と、コイル４５のように、部品から発生した熱が空気を介して、アルミ板３７に熱伝達し、間接的に放熱されることによってパターンの温度が低減されるが、表面全面に熱伝導性樹脂４９を塗布して、さらに、圧縮機用電子回路装置１の信頼性を向上することもできる。

さらに、プリント基板３の表側のパターンに関して、裏面と同じように、パターン部４７のみに熱伝導性樹脂４９を塗布することによって、電子部品に影響を与えることなく、パターン部の温度の上昇を抑制することができ、圧縮機用電子回路装置１の信頼性を向上
することもできる。

また、図５に示すように、冷蔵庫等の熱交換器５３と圧縮機５５の間に圧縮機用電子回路装置１を設置することにより、熱交換用の送風機５７の風を直接圧縮機用電子回路装置１に当てることができ、圧縮機５５の輻射熱の影響を最小限にし、効果的に電子回路装置を冷やし、ひいては、電子回路装置内部も冷やすことができるので、電子部品の信頼性の高い圧縮機用電子回路装置１を提供することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における収納ボックスの外観図、図７は、同実施の形態２における圧縮機用電子回路装置を圧縮機に取付けた図である。なお、収納ボックスの構成、およびその内部に配置する各部品の構成については、実施の形態１を援用する。

図６において、収納ボックス２の裏面には、プリント基板３の裏面のパターン部４７に塗布された熱伝導性樹脂４９の塗布状況が確認できるように、例えば、１．５ｍｍ以上の角孔６１が設けられている。

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。

圧縮機用電子回路装置１の組み立ては、まず収納ボックス２の突出部１ａにゴムブッシュ１５を挿入する。次に、ヒートシンク１７ａの内壁部に第２のプリント基板１９を固定し、そのヒートシンク１７ａを、プリント基板３に実装する。そのプリント基板３の裏面に、コネクタ端子７、整流用の半導体素子２５、ノイズ除去用のコイル４５の端子部や、はんだ部５１のランドを除くパターン部４７のみに、熱伝導性樹脂４９を塗布する。その際、熱伝導性樹脂４９の厚みは、電子部品のリード部厚みより厚く塗布する。

その際、収納ボックス２の底部に設けた塗布確認用孔６１から、熱伝導性樹脂４９が外部にはみ出していることを確認することができる。

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１において、収納ボックス２の底部に、熱伝導性樹脂４９の塗布確認用孔６１を設けることにより、塗布忘れを防止でき、作業性が良い圧縮機用電子回路装置１を提供することができる。

また、図７に示すように、冷蔵庫等の熱交換器５３に対して、直角方向の位置となる圧縮機５５の側面の位置に、圧縮機用電子回路１を設置することにより、送風機５７の風の流れる風路に電子回路装置１を配置することができる。その結果、圧縮機５５の熱輻射を防止でき、効果的に電子回路装置１を冷やすことができ、ひいては、電子回路装置１の内部も冷やすことができるので、電子部品の信頼性の高い圧縮機用電子回路装置１を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機用電子回路装置は、圧縮機に直に取付けたとしても、電子部品のはんだ部やパターン部の放熱性を向上させることができ、その結果、電子部品のはんだ接続部の信頼性を向上させ、組み立て作業性も向上することができる。したがって、圧縮機用電子回路装置だけではなく、半導体素子を用いた他の電子回路装置にも適用することができる。

１電子回路装置
２収納ボックス
３プリント基板
２１半導体素子
２５半導体素子
２９アルミ板（蓋）
４７パターン部
４９熱伝導性樹脂
５３熱交換器
５５圧縮機
６５孔（換気用の孔）

Claims

プリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、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ボックスと、前記収納ボックスの開口部を閉口するように取り付けられた蓋を備えた電子回路装置において、前記収納ボックスの底部と前記収納ボックス底部側で、かつ前記プリント基板の電子部品を除く電導路部との間に、熱伝導性樹脂を塗布した圧縮機用電子回路装置。
前記熱伝導性樹脂の厚みを、収納ボックス底部側において前記プリント基板から突出している電子部品のリード部以上の厚みで形成した請求項１記載の圧縮機用電子回路装置。
前記収納ボックスの底部に換気用孔を設けた請求項１または２記載の圧縮機用電子回路装置。
前記収納ボックスの底部に熱伝導性樹脂の塗布確認用孔を設けた請求項１または２記載の圧縮機用電子回路装置。