JP2015133454A - 半導体素子の保護構造および空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】電気品の信頼性の向上を図ることができる半導体素子の保護構造および空気調和機の室外機を得る。【解決手段】電気部品が収納される電気品箱内に設けられた半導体素子の保護構造であって、半導体素子が実装された回路基板６と、半導体素子に熱的に接続される放熱体５と、半導体素子に設けられた複数のリード端子を取り囲むように回路基板６と放熱体５との間に設置され、半導体素子と回路基板６との間に設置されるスペーサと一体的に形成された枠体９ｃと、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体素子の保護構造、および空気調和機の室外機に関するものである。

空気調和機の室外機には、圧縮機、熱交換器、送風機、送風機を駆動する電動機などが設置され、さらに圧縮機や送風機の電動機を駆動制御するためのパワー半導体素子などを実装した回路基板を収納する電装品箱が設置されている。従来技術ではこの種の半導体素子を回路基板に設ける際、半導体素子の高さ出しに用いるスペーサを回路基板と半導体素子との間に設けることによって、半導体素子と回路基板との接触を避けて、半導体素子から回路基板への熱的影響を少なくすると共に半導体素子と回路基板との間に銅箔などのパターンを配置することができる（例えば下記特許文献１）。

特開平０３−２９０９８７号公報

空気調和機の室外機は屋外に設置されるため、室外機の内部に設置された電気品箱に蛙やヤモリなどの小動物が侵入し、この電気品箱内の回路基板に実装されたパワー半導体素子のリード端子間が小動物によって短絡する虞がある。ところが上記特許文献１に代表される従来技術のスペーサは、小動物によるリード端子間の短絡故障の防止を考慮した構造ではないため、スペーサの機能を有しながら小動物によるリード端子間の短絡故障を防止することで電気品（例えば空気調和機の室外機）の信頼性を向上させるというニーズに対応することができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気品の信頼性の向上を図ることができる半導体素子の保護構造および空気調和機の室外機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電気部品が収納される電気品箱内に設けられた半導体素子の保護構造であって、前記電気品箱は、前記半導体素子が実装された回路基板と、前記半導体素子に熱的に接続される放熱体と、前記半導体素子に設けられた複数のリード端子を取り囲むように前記回路基板と前記放熱体との間に設置され、前記半導体素子と前記回路基板との間に設置されるスペーサと一体的に形成された枠体と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、リード端子間への小動物の侵入経路を狭くするようにしたので、リード端子間の短絡故障の発生が抑制され、電気品の信頼性の向上を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１から６に係る半導体素子の保護構造を備えた室外機の構成図である。 図２は、図１に示される電気品箱の斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。 図４は、図３に示される第１の半導体素子などの正面図である。 図５は、図４の矢印Ａの方向から見た側面図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。 図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。 図８は、本発明の実施の形態４に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。 図９は、本発明の実施の形態５に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態６に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。

以下に、本発明に係る半導体素子の保護構造および空気調和機の室外機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により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から６に係る半導体素子の保護構造を備えた室外機１の構成図である。図２は、図１に示される電気品箱４の斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。図４は、図３に示される第１の半導体素子７などの正面図である。図５は、図４の矢印Ａの方向から見た側面図である。

図１には空気調和機を構成する室外機１が示され、室外機１には、例えば、冷媒を圧縮する圧縮機３と、熱交換器（図示せず）に外気を送り込むファン２と、圧縮機３およびファン２を駆動制御する回路を搭載した回路基板６（図２参照）などを収納する電気品箱４などが設置されている。

図２において電気品箱４は、主たる構成として、直方体状に構成された筐体１１と、筐体１１の内部に固定される回路基板６と、回路基板６の部品面６ａに実装されるリードタイプの第１の半導体素子７と、回路基板６の部品面６ａに実装された第２の半導体素子８と、第１の半導体素子７の反基板側面７ｂ（図３参照）が筐体１１の風路側に露出するように風路側面１１ａに形成された開口部１１ｂと、ファン２による送風が当たるように第１の半導体素子７の反基板側面７ｂに配置された放熱体５と、を有して構成されている。回路基板６は、筐体１１の風路側面１１ａに部品面６ａ（図３参照）が対向するように設けられている。

第１の半導体素子７（パワー半導体素子）は、例えばＩＧＢＴや帰還ダイオードなどで構成された電力変換部を成すものであり、反基板側面７ｂが開口部１１ｂから筐体１１の風路側に露出するように回路基板６の部品面６ａに設けられている。第１の半導体素子７の反基板側面７ｂは、例えば、筐体１１の風路側面１１ａと同一面上に配設されている（図３参照）。第２の半導体素子８は、例えば電力変換部をＰＷＭ駆動する駆動信号を生成するＰＷＭ信号生成回路や、交流電源に含まれるノイズを除去するためのノイズフィルタ回路を成すものであり、例えば反基板側面が筐体１１の風路側面１１ａと対向するように回路基板６の部品面６ａに設けられている。なお、第１の半導体素子７および第２の半導体素子８の場所は、図示例の位置に限定されるものではない。

図４および図５には第１の半導体素子７の保護部品９の詳細が示されている。なお図５では図３に示される放熱体５の図示を省略している。保護部品９は、第１の半導体素子７の高さ出しのため第１の半導体素子７と回路基板６との間に設置される２つのスペーサ９ａと、第１の半導体素子７の一端に設けられた複数のリード端子７ａ１と第１の半導体素子７の他端に設けられた複数のリード端子７ａ２との間に介在して各スペーサ９ａを連結する連結部９ｂと、第１の半導体素子７の両端に設けられた複数のリード端子７ａ１，７ａ２を取り囲むように各スペーサ９ａと一体的に形成された四角形状の枠体９ｃとで構成されている。この枠体９ｃは放熱体５と回路基板６との間に形成され、その高さＨ（図３参照）は枠体９ｃと放熱体５との間の隙間Ｇ１が隙間Ｇ２（開口部１１ｂの外縁部と放熱体５との間の隙間）よりも狭くなるように形成されている。

保護部品９は、第１の半導体素子７を回路基板６に搭載する前に、回路基板６に形成された貫通孔６ｂにスペーサ９ａを挿入するようにして設置され、その後、回路基板６に形成されたスルーホール（図示せず）に各リード端子７ａ１，７ａ２が挿入されて半田付けされることにより、第１の半導体素子７と回路基板６との間に固定される。このことにより複数のリード端子７ａ１，７ａ２が枠体９ｃで取り囲まれ、隙間Ｇ２よりも狭い隙間Ｇ１が複数のリード端子７ａ１，７ａ２の周囲に形成される。また、スペーサ９ａを設けることにより、第１の半導体素子７と回路基板６との接触を避けて、第１の半導体素子７から回路基板６（または回路基板６から第１の半導体素子７）への熱的影響を少なくすると共に、第１の半導体素子７と対向する回路基板６上に銅箔などのパターンを配線することができる。

以下、動作を説明する。電気品箱４内の第２の半導体素子８が第１の半導体素子７を制御することによって、第１の半導体素子７のコンバータ部（図示せず）で商用電源が直流に変換され、第１の半導体素子７内のインバータ部（図示せず）でこの直流が所望周波数の交流に変換される。変換された交流電力は圧縮機３に内蔵された電動機（図示せず）へ供給される。圧縮機３が動作することによって室外機１の熱交換器（図示せず）には冷媒が循環し、熱交換器の周囲の空気と冷媒との間で熱交換が行われる。このとき、第１の半導体素子７および第２の半導体素子８ではファン２を駆動する電動機（図示せず）を適当な回転数により回転させる制御が行われ、ファン２の回転により負圧が発生して、熱交換器の外部側の空気が室外機１の送風室に取り込まれる。そして、このとき生じる風が熱交換器を通流することによって、熱交換器における熱交換が促される。一方、ファン２や圧縮機３の運転制御が行われることによって第１の半導体素子７の発熱量が増大するが、この熱は放熱体５を介して送風室内に放熱され、送風室を通流する風によってその放熱が促される。

一方、筐体１１の内部には、例えば図示例の隙間Ｇ２から小動物などが侵入する虞があり、第１の半導体素子７の複数のリード端子間（複数のリード端子７ａ１の間または複数のリード端子７ｂ１の間）に小動物などが付着し、リード端子間の短絡故障が発生する場合がある。このような対策として、本実施の形態に係る保護部品９は、放熱体５と回路基板６との間に形成され、かつ、第１の半導体素子７の各リード端子（７ａ１，７ａ２）を取り囲むようにスペーサ９ａと一体的に形成される枠体９ｃを備え、枠体９ｃの高さＨは、枠体９ｃと放熱体５との間の隙間Ｇ１が隙間Ｇ２よりも狭くなるように形成されている。この構成により、リード端子間への小動物などの侵入経路を断つことができ、リード端子間の短絡故障の発生を抑制することができる。

なお、筐体１１の内部に小動物などが侵入する箇所は図示例の隙間Ｇ２に限定されるものではなく、筐体１１に形成されたあらゆる開口部（例えば電気品箱４と圧縮機３との間の配線を行うための貫通穴など）も想定される。その場合、枠体９ｃの高さは、枠体９ｃと放熱体５との間の隙間Ｇ１がこのような貫通穴の大きさよりも小さくなるように設定される。

以上に説明したように、本発明の実施の形態１に係る半導体素子の保護構造は、半導体素子が実装された回路基板６と、半導体素子に熱的に接続される放熱体５と、半導体素子に設けられた複数のリード端子を取り囲むように回路基板６と放熱体５との間に設置され、半導体素子と回路基板６との間に設置されるスペーサ９ａと一体的に形成された枠体９ｃと、を備える。この構成によりリード端子間への小動物などの侵入経路が狭くなり、特にパワー半導体素子に適用することによってリード端子間の短絡故障の発生を抑制することができる。その結果、空気調和機の室外機の信頼性の向上を図ることができると共に長期使用が可能となる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。実施の形態１と異なる点は、枠体９ｃの代わりに枠体９ｃ−１が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

枠体９ｃ−１の回路基板側面９ｃ−１１には、パターン１０と対向する位置に反回路基板側へ凹状の窪み９ｃ−１２が形成されている。なお、図示例の窪み９ｃ−１２は一例として矩形に形成されているが、枠体９ｃ−１がパターン１０と接触しない形状であれば矩形以外の形状（湾曲凹状など）であってもよい。このような枠体９ｃ−１を用いることによって、リード端子間への小動物などの侵入経路を断つことができると共に、枠体９ｃ−１との接触によるパターン１０の摩耗が抑制され、パターン１０の断線による故障を防ぐことができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。実施の形態１と異なる点は、枠体９ｃの代わりに枠体９ｃ−２が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

枠体９ｃ−２には、第１の半導体素子７に空気が流れるように格子状のスリット９ｃ−２１が形成されている。このような枠体９ｃ−２を用いることによって、リード端子間への小動物などの侵入経路を断つことができると共に、実施の形態１の枠体９ｃ−１に比べて第１の半導体素子７の放熱性を高めることができる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。実施の形態１と異なる点は、枠体９ｃの代わりに枠体９ｃ−３が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

枠体９ｃ−３には、第１の半導体素子７に空気が流れるように網目状のスリット９ｃ−３１が形成されている。このような枠体９ｃ−３を用いることによって、リード端子間への小動物などの侵入経路を断つことができると共に、実施の形態３と同様に第１の半導体素子７の放熱性を高めることができる。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。実施の形態１と異なる点は、放熱体５の代わりに放熱体５−１が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

放熱体５−１は、第１の半導体素子７との対向部５−１ａが、リード端子７ａ，７ｂ１を取り囲むように凹状に形成されている。このような放熱体５−１を用いることによって、放熱体５−１と枠体９ｃとの間の隙間Ｇ１が実施の形態１よりも狭くなり、より小さな小動物のリード端子間への侵入を抑制することができる。

実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６に係る半導体素子の保護構造を表す側面図である。実施の形態１と異なる点は、枠体９ｃの代わりに枠体９ｃ−４が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

枠体９ｃ−４は、その高が放熱体５と回路基板６との間の隙間に相当する幅に形成されている。このような枠体９ｃ−４を用いることによって、実施の形態５と同様に放熱体５と枠体９ｃ−４との間の隙間Ｇ１が狭くなり、より小さな小動物のリード端子間への侵入を抑制することができる。

なお、実施の形態１から６では、放熱体５が設けられた第１の半導体素子７に保護部品９を設けた構成例を説明したが、保護部品９は放熱体５が配置されない半導体素子（例えば第２の半導体素子８）に設けてもよい。具体的には、保護部品９は、第２の半導体素子８と回路基板６との間に設置される２つのスペーサ９ａと、第２の半導体素子８の両端に設けられた複数のリード端子の間に介在して各スペーサ９ａを連結する連結部９ｂと、第２の半導体素子８の両端に設けられた複数のリード端子７ａ１，７ａ２を取り囲むように回路基板６と筐体１１の内面との間に設置され、各スペーサ９ａと一体的に形成された枠体９ｃとで構成される。そして、枠体９ｃの高さＨは、筐体１１の内面と枠体９ｃとの間の隙間Ｇ１が電気品箱（筐体１１）の開口部よりも狭くなるように形成されている。このように構成することで、実施の形態１と同様に、第２の半導体素子８のリード端子間への小動物などの侵入経路を断つことができる。

なお、本発明の実施の形態は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、半導体素子の保護構造および空気調和機の室外機に適用可能であり、特に、小動物などの影響による短絡故障を防止して電気品の信頼性の向上を図ることができる発明として有用である。

１ 室外機、２ ファン、３ 圧縮機、４ 電気品箱、５，５−１ 放熱体、５−１ａ 対向部、６ 回路基板、６ａ 部品面、６ｂ 貫通孔、７ 第１の半導体素子、７ａ１，７ａ２ リード端子、７ｂ 反基板側面、８ 第２の半導体素子、９ 保護部品、９ａ スペーサ、９ｂ 連結部、９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，９ｃ−３，９ｃ−４ 枠体、９ｃ−１１ 回路基板側面、９ｃ−１２ 窪み、９ｃ−２１，９ｃ−３１ スリット、１０ パターン、１１ 筐体、１１ａ 風路側面、１１ｂ 開口部、１１ｃ 外縁部。

Claims (10)

1. 電気部品が収納される電気品箱内に設けられた半導体素子の保護構造であって、
   前記電気品箱は、
   前記半導体素子が実装された回路基板と、
   前記半導体素子に熱的に接続される放熱体と、
   前記半導体素子に設けられた複数のリード端子を取り囲むように前記回路基板と前記放熱体との間に設置され、前記半導体素子と前記回路基板との間に設置されるスペーサと一体的に形成された枠体と、
   を備えたことを特徴とする半導体素子の保護構造。
2. 電気部品が収納される電気品箱内に設けられた半導体素子の保護構造であって、
   前記電気品箱は、
   前記半導体素子が実装された回路基板と、
   前記半導体素子に設けられた複数のリード端子を取り囲むように前記回路基板と前記電気品箱の筐体内面との間に設置され、前記半導体素子と前記回路基板との間に設置されるスペーサと一体的に形成された枠体と、
   を備えたことを特徴とする半導体素子の保護構造。
3. 前記枠体の回路基板側面には、前記回路基板上のパターンと対向する位置に反回路基板側へ凹状の窪みが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の保護構造。
4. 前記枠体には、格子状のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の保護構造。
5. 前記枠体には、網目状のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の保護構造。
6. 前記放熱体は、前記半導体素子との対向部が、前記リード端子を取り囲むように凹状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の保護構造。
7. 前記枠体は、その高さが前記放熱体と前記回路基板との間の隙間に相当する幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の保護構造。
8. 前記枠体の高さは、前記放熱体と前記枠体との間の隙間が前記電気品箱の開口部よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の保護構造。
9. 前記枠体の高さは、前記電気品箱の筐体内面と前記枠体との間の隙間が前記電気品箱の開口部よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の保護構造。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の半導体素子の保護構造を備えたことを特徴とする空気調和機の室外機。
    
    

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