JP2012230938A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アースに接続されている放熱ケースに半導体素子から放熱するとともに、放熱ケースに外乱ノイズが印加されても半導体素子が誤動作することのない電子制御装置を提供する。
【解決手段】半導体素子４と放熱ケース１２の間に、金属製の放熱プレート１６を、放熱ケース１２と絶縁される構造にして取付けることにより、放熱ケース１２と半導体素子４の間隔を確保し、その結果、半導体素子４の充電部と放熱ケース１２間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子４に印加するノイズ量を軽減することができ、半導体素子４の誤動作を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ等の負荷を駆動する半導体素子を有する電子制御装置に関するものである。

従来、モータ等の駆動装置には、半導体素子が用いられているが、半導体素子は、通電時に発熱をするため、放熱板を取り付ける必要があった。

これらの半導体素子を用いた電子制御装置においては、その取付けケースを金属で構成するとともに、この取付けケースを半導体素子の放熱板とし、取付けケースに半導体素子を取り付ける構成が提案されている（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電子制御装置について説明する。

図４は、特許文献１に記載された従来の電子制御装置の側面断面図、図５は、半導体素子の正面図である。

図４および図５において、プリント基板１００には、モータ等を駆動する半導体素子１０４が実装されている。半導体素子１０４は、本体部に放熱板固定部１０４ａと放熱面１０４ｂがモールド成型にて形成されている。また、プリント基板１００には、半導体素子１０４の他に、半導体素子１０４を駆動するための回路が組み込まれている。

さらに、収納ケース１０８と金属製の放熱ケース１１２は、結合ネジ１２４によって結合され、一体の収納ケースを形成している。そのケースの内部に、プリント基板１００を収納している。また、放熱ケース１１２は、電気的にアースに接続されている。

半導体素子１０４は、放熱板固定部１０４ａが取付けネジ１１６にて放熱ケース１１２に取付けられており、放熱面１０４ｂが放熱ケース１１２に密着している。また、半導体素子１０４と放熱ケース１１２の間には、絶縁シート１２０が挟み込まれている。

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。

半導体素子１０４が動作すると、半導体素子１０４は発熱するが、放熱面１０４ｂと放熱ケース１１２が密着しているため、その熱は放熱ケース１１２に熱伝導し、ケースの外に放熱される。そのため、半導体素子１０４が必要以上に温度上昇することはなく、熱による破壊を防止することができる。

また、半導体素子１０４と放熱ケース１１２の間には、絶縁シート１２０が挟み込まれているため、半導体素子１０４の充電部と放熱ケース１１２の不用意な接触を確実に防止することができ、使用者の感電の危険性を排除することができる。

特開平１０−２０５８６１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、放熱ケース１１２が安全のためにアースに接続された場合、充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されると、半導体素子１０４とアースに接続されている放熱ケース１１２の距離が非常に近いことから、半導体素子１０４が誤動作するという課題を有していた。

特に近年、半導体素子の小型化が進んでおり、それに伴って放熱性の向上を目的に、半導体素子の放熱面部の絶縁樹脂が薄肉化になっており、半導体素子１０４に放熱板を取付けたとき、半導体素子内部の回路と放熱板との距離が益々接近する構成となっている。したがって、誤動作に対する対策が益々必要となっている。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、半導体素子の放熱性を確保ながらも、半導体素子が誤動作しない、信頼性の高い電子制御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、本発明の電子制御装置は、放熱プレートを、半導体素子と放熱ケースの間に配置し、さらに、前記放熱プレートを、前記放熱ケースと絶縁される構造でありながら密着して設けたものである。

かかることにより、アースに接続された放熱ケースと半導体素子の隔離寸法を、放熱プレートの厚み寸法だけ拡大し、半導体素子の充電部とアースの間に、雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子に印加されるノイズ量が軽減されるものである。

本発明の電子制御装置は、半導体素子の充電部とアースの間に、雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子に印加されるノイズ量を軽減し、半導体素子の外乱ノイズによる誤動作を防止して信頼性の高い電子制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における電子制御装置の分解斜視図 同実施の形態１における電子制御装置を放熱ケースに取付けた状態の側面から見た断面図 同実施の形態１における電子制御装置を裏側から見た斜視図 従来例を示す電子制御装置の側面から見た断面図 同従来例を示す電子制御装置の半導体素子の正面図

請求項１に記載の発明は、ケース箱と放熱ケースによって形成された収納ケースの内部に、一面に放熱面を、周縁の一部に放熱板固定部をそれぞれ形成し、かつ電動機等を駆動する半導体素子と、前記半導体素子を実装したプリント基板と、前記半導体素子の前記放熱面に密着し、かつ前記プリント基板に取付けられた金属製の放熱プレートを備えた構成において、前記放熱プレートの前記プリント基板への取付けを、前記放熱プレートに折り曲げ加工によって形成され、かつ前記プリント基板側へ延出した取付け部を、前記プリント基板の取付け孔部へ嵌合挿入する取付け構成とし、さらに、前記放熱プレートに、前記放熱板固定部を貫通する取付けネジとの接触を避ける逃げ加工部を設け、前記取付けネジにより、前記放熱プレートの一面が前記半導体素子の放熱面と接触し、前記放熱プレートの他面が絶縁シートを介して前記放熱ケースと当接するように取付けたものである。

かかる構成とすることにより、前記放熱プレートは、前記取付けネジおよび放熱ケースと電気的に絶縁された状態となる。その結果、前記放熱ケースがアースに接続された場合においても、前記放熱プレートは、電気的にアースと絶縁され、また、前記放熱ケースと
半導体素子の間隔を、少なくとも前記放熱プレートの厚み寸法だけ隔離することができる。したがって、前記半導体素子の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子に印加するノイズ量が軽減され、半導体素子の誤動作を抑制することができる。さらに、前記放熱プレートは、熱伝導性の良い金属製であるため、半導体素子の発熱を効率よく前記放熱ケースに熱伝導し、放熱することができる。その結果、信頼性の高い電子制御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、前記プリント基板に設けた取付け孔部の形状を、前記放熱プレートの取付け部との嵌合方向に対して、直角方向において前記放熱プレートの取付け部の移動を規制する形状としたものである。

かかることにより、前記放熱プレートは、前記プリント基板の実装面と平行方向に移動することが規制される。その結果、前記放熱プレートと半導体素子の接続端子との絶縁距離が不用意に接近することはなく、また前記放熱プレートは、プリント基板面と直角の方向（放熱プレートの取付け部の嵌合方向）へは移動が可能であるため、前記放熱プレートと半導体素子において、プリント基板面と直角方向の熱線膨張係数に差がある場合においても、前記半導体素子の端子部とプリント基板のはんだ接合部に、温度変化による応力が加わることもなく、信頼性を高めることができる。

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、前記放熱プレートの取付け部にクリンチ部を設け、前記取付け部をプリント基板の取付け孔部に挿入後、クリンチ部をクリンチする構成としたものである。

かかる構成とすることにより、前記クリンチにより、前記放熱プレートとプリント基板の分離を防止することができる。したがって、前記放熱プレートをプリント基板に装着した後は、前記放熱プレートがプリント基板から容易に外れることはなく、前記半導体素子を放熱ケースに取付ける際に、組立て性の良い電子制御装置を提供することができる。

また、前記放熱プレートが、前記プリント基板から容易に外れることがないため、放熱プレートを予めプリント基板に装着した状態で、保管や輸送することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記クリンチ部をクリンチしたとき、クリンチ部とプリント基板との間に隙間を形成するようにしたものである。

かかることにより、前記放熱プレートと半導体素子において、プリント基板面と直角方向の熱線膨張係数に差がある場合においても、前記隙間により、前記半導体素子の端子部と前記プリント基板のはんだ接合部に温度変化による応力が加わることがなく、信頼性の高い電子制御装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記放熱プレートと前記半導体素子の放熱面との間に、熱伝導性のコンパウンドを塗布したものである。

かかることにより、前記コンパウンドによって前記半導体素子と放熱プレートが貼り付いた状態になるため、半導体素子を放熱ケースに取付ける際に、放熱プレートが、プリント基板および半導体素子に対して位置ずれすることがない。その結果、前記半導体素子の取付け作業を容易にし、組立て作業性の良い電子制御装置を提供することができる。

また、前記放熱プレートを予めプリント基板に装着した状態で輸送する際にも、梱包箱の中で放熱プレートがプリント基板に衝撃を加えることがなく、その衝撃による部品破壊
を抑制することができる。

さらに、前記放熱プレート表面の平面度が粗い場合においても、半導体素子と放熱プレートの熱伝導を良好にし、半導体素子の温度上昇を確実に抑えることができ、さらに信頼性を高めた電子制御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における電子制御装置の分解斜視図、図２は、同実施の形態１における電子制御装置を放熱ケースに取付けた状態の側面から見た断面図、図３は、同実施の形態１における電子制御装置を裏側から見た斜視図である。

図１から図３において、プリント基板１には、モータ等を駆動する半導体素子４が、その接続端子４ｃをはんだ付けすることにより実装されている。

半導体素子４は、本体部に切欠き状に形成された一対の放熱板固定部４ａと、プリント基板１と対向しない側の放熱面４ｂがモールド成型にて形成されている。

プリント基板１には、半導体素子４の他に、半導体素子４を駆動するための回路（図示せず）が組み込まれている。

ケース箱８と金属製の放熱ケース１２は、結合ネジ３２により結合され、一体の収納ケース１０を形成している。そして、その内部に、プリント基板１を収納している。また、放熱ケース１２は、電気的にアースに接続されている。

金属製の放熱プレート１６は、プリント基板１における半導体素子４の実装面側から、半導体素子４の放熱面４ｂと密着するように、プリント基板１に装着されている。また、半導体素子４の放熱面４ｂには、熱伝導性のコンパウンド２０が塗布されているため、放熱プレート１６と半導体素子４の放熱面４ｂの間には、熱伝導性のコンパウンド２０が介在している。

尚、放熱プレート１６は、Ｌ字型に折り曲げ加工されてプリント基板１と交差する方向に延出する取付け部１６ａを持ち、この取付け部１６ａをプリント基板１の取付け孔部１ａに嵌合挿入し、クリンチ部１６ｂをクリンチすることにより、プリント基板１の実装面に対して水平方向に位置固定され、プリント基板１に装着されるようになっている。

ここで、放熱プレート１６の寸法は、クリンチ部１６ｂをクリンチしたときに、クリンチ部１６ｂとプリント基板１の間に微小な隙間２２ができるように設定されている。

また、プリント基板１に設けた取付け孔部１ａは、取付け部１６ａの厚さに合わせた略長方形に形成されている。その結果、放熱プレート１６の取付け部１６ａは、取付け孔部１ａとの嵌合方向への移動には自由度があり、嵌合方向に対して直角方向への移動については、その移動が規制される。

さらに、放熱プレート１６と放熱ケース１２の間には、例えばマイカ製の絶縁シート２４が配置されており、これにより放熱プレート１６と放熱ケース１２が電気的に絶縁されている。

プリント基板１には、一対の貫通孔１ｂが、また絶縁シート２４には、シート貫通孔２４ａがそれぞれ設けられている。そして、この貫通孔１ｂ及びシート貫通孔２４ａを介して、半導体素子４の放熱板固定部４ａが、プリント基板１の半導体素子４の実装面と反対側から取付けネジ２８によって放熱ケース１２に密着して取付けられている。

放熱プレート１６には、接触回避孔１６ｃおよび接触回避切欠き１６ｄが形成され、半導体素子４が、取付けネジ２８によって放熱ケース１２に取付けられた状態において、取付けネジ２８とは接触せず、電気的に絶縁されるように構成されている。

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、作用を説明する。

半導体素子４が動作すると、半導体素子４は発熱するが、その発熱は放熱面４ｂから放熱プレート１６および放熱ケース１２に熱伝導する。そして、放熱ケース１２から外に放熱されるため、半導体素子４が必要以上に温度上昇することはなく、熱による半導体素子４の破壊を防止することができる。

また、放熱プレート１６は、電気的にアースと絶縁され、さらに、アースに接続された放熱ケース１２と半導体素子４の距離が、放熱プレート１６の厚み寸法だけ隔離された構成となる。その結果、半導体素子４の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子４に印加するノイズ量が軽減され、半導体素子４が誤動作することはなく、信頼性の高い電子制御装置を提供することができる。

尚、放熱プレート１６の厚みが厚くなれば、放熱ケース１２と半導体素子４との間隔も広がり、それに伴い半導体素子４に印加されるノイズの強度も弱くなる。この放熱プレート１６の厚み寸法（放熱ケース１２と半導体素子４の間隔）は、実験等により、必要な厚みを選定することができる。

さらに、放熱プレート１６は、取付け孔部１ａと取付け部１６ａの嵌合により、プリント基板１の実装面に対して水平方向（取付け孔部１ａとの嵌合方向に対して直角方向）に位置規制されてズレないため、放熱プレート１６と半導体素子４の接続端子４ｃとの絶縁距離が不用意に接近することはない。

また、放熱プレート１６は、取付け孔部１ａと取付け部１６ａの嵌合により、プリント基板１の実装面に対して水平方向にのみ位置規制され、垂直方向（取付け孔部１ａとの嵌合方向）にはフリーとなっている。そのため、放熱プレート１６と半導体素子４の垂直方向の熱線膨張係数に差がある場合においても、半導体素子４の端子部とプリント基板１のはんだ接合部に温度変化による応力が加わることがない。また放熱プレート１６は、熱伝導性の良い金属製であるため、半導体素子４の発熱を効率よく放熱ケース１２に熱伝導して放熱することができ、電子制御装置の信頼性を高めることができる。

さらに、クリンチ部１６ｂをクリンチすることにより、放熱プレート１６がプリント基板１から容易に外れることはなく、半導体素子４を放熱ケース１２に取付けする際に、組立ての作業性を良くすることができる。

また、コンパウンド２０の塗布により、半導体素子４と放熱プレート１６が貼り付いた状態になるため、半導体素子４を放熱ケース１２に取付ける際に、放熱プレート１６がプリント基板１および半導体素子４に対して位置ズレすることがなく、半導体素子４の取付け作業を容易し、組立て性の良い電子制御装置を提供することができる。

さらに、コンパウンド２０の塗布により、放熱プレート１６を予めプリント基板１に装
着した状態で輸送する際にも、梱包箱の中で放熱プレート１６がプリント基板１に対して振動し、輸送時の振動に起因した部品破壊を発生させることもなく、電子制御装置の信頼性を高めることができる。

また、コンパウンド２０の塗布により、放熱プレート１６の表面の平面度が粗い場合においても、半導体素子４と放熱プレート１６の熱伝導を良好にすることができる。その結果、半導体素子４の温度上昇を確実に抑えることができ、信頼性の高い電子制御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制御装置は、放熱プレートにより、半導体素子の放熱性も確保しながらも、充電部とアース間に印加する外乱ノイズに対する耐量を向上するものであるから、冷凍機器に搭載されたモータのインバータ制御装置、あるいは、半導体素子を用いた他の装置にも適用することができる。

１ プリント基板
１ａ 取付け孔部
４ 半導体素子
４ａ 放熱板固定部
４ｂ 放熱面
８ ケース箱
１２ 放熱ケース
１６ 放熱プレート
１６ａ 取付け部
１６ｂ クリンチ部
２０ コンパウンド
２４ 絶縁シート
２８ 取付けネジ

Claims (5)

1. ケース箱と放熱ケースによって形成された収納ケースの内部に、一面に放熱面を、周縁の一部に放熱板固定部をそれぞれ形成し、かつ電動機等を駆動する半導体素子と、前記半導体素子を実装したプリント基板と、前記半導体素子の前記放熱面に密着し、かつ前記プリント基板に取付けられた金属製の放熱プレートを備えた構成において、前記放熱プレートの前記プリント基板への取付けを、前記放熱プレートに折り曲げ加工によって形成され、かつ前記プリント基板側へ延出した取付け部を、前記プリント基板の取付け孔部へ嵌合挿入する取付け構成とし、さらに、前記放熱プレートに、前記放熱板固定部を貫通する取付けネジとの接触を避ける逃げ加工部を設け、前記取付けネジにより、前記放熱プレートの一面が前記半導体素子の放熱面と接触し、前記放熱プレートの他面が絶縁シートを介して前記放熱ケースと当接するように取付けた電子制御装置。
2. 前記プリント基板に設けた取付け孔部の形状を、前記放熱プレートの取付け部との嵌合方向に対して、直角方向において前記放熱プレートの取付け部の移動を規制する形状とした請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記放熱プレートの取付け部にクリンチ部を設け、前記取付け部をプリント基板の取付け孔部に挿入後、クリンチ部をクリンチする構成とした請求項１または２に記載の電子制御装置。
4. 前記クリンチ部をクリンチしたとき、クリンチ部とプリント基板との間に隙間を形成するようにした請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記放熱プレートと前記半導体素子の放熱面との間に、熱伝導性のコンパウンドを塗布した請求項１から４のいずれか一項に記載の電子制御装置。