JP4238799B2

JP4238799B2 - インバータ制御基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4238799B2
Application number: JP2004242611A
Authority: JP
Inventors: 英介中塚; 拓司天野; 勇治神谷; 信和栗林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: JP2006060139A

Description

本発明は、ダイオードブリッジとスイッチング素子とを備えるインバータ制御基板及びその製造方法に関するものである。

従来、この種のインバータ制御基板は、例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、制御基板１００と、スイッチング素子１１０と、ダイオードブリッジ１２０と、ヒートシンク１３０とを設け、スイッチング素子１１０およびダイオードブリッジ１２０の放熱部側がヒートシンク１３０に面接触されるとともに、スイッチング素子１１０およびダイオードブリッジ１２０のリード端子１１０ａ、１２０ａが制御基板１００に形成された基板穴１００ａにはんだ１５０付けで接合している。

そして、スイッチング素子１１０の過電流による部品破壊を防止するために、一般的に、スイッチング素子１１０内に流れる電流を検出するシャント抵抗１４０をスイッチング素子１１０の近傍に設けている。これにより、電流を検出するための導線が制御基板１００内に構成できることにより高精度の電流検出を行っている。なお、上記シャント抵抗１４０は、スイッチング素子１１０およびダイオードブリッジ１２０と同じように、制御基板１００の下方からリード端子１４０ａを基板穴１００ａに挿入してはんだ１５０付けにより接合している。

しかしながら、上記構成によれば、はんだ１５０付けを行なう実装作業するときに、スイッチング素子１１０およびダイオードブリッジ１２０のリード端子１１０ａ、１２０ａはヒートシンク１３０を介して支持されているが、シャント抵抗１４０は宙吊り状態であるためリード端子１４０ａの接合部にシャント抵抗１４０の自重が掛かったり、組み付けラインの振動により実装前、実装中にリード端子１４０ａが接合部から下方にずれてしまい接合部の接合不良が稀にある。

また、実装作業の検査治具として、接合部の接合不良を検出するための検査治具があるが、シャント抵抗１４０の場合は抵抗値が小さいために、パターン回路に高電圧、大電流を流すには大規模な検査用設備と、その設置面積が必要となって製造コストが高くなる問題がある。さらに、パターン回路に高電圧、大電流を流す検査を行なうと回路上に設けられた他の電子部品にストレスが掛かることでその電子部品の劣化を促進させる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、実装前および実装中にシャント抵抗のリード端子が容易に接合部より外れないように形成することで、接合不良の低減および検査用治具の小型化、低コストが図れるインバータ制御基板及びその製造方法を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）とを設け、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の放熱部側がヒートシンク（８）に面接触されるとともに、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の２素子を制御基板（９）にはんだ付け接合によって構成するインバータ制御基板において、
リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、スイッチング素子（１）内、またはダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）及び隙間部材（１０）が設けられ、
シャント抵抗（２０）は、本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面が対向するようにリード端子（２２）が形成され、かつ本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面との間に隙間部材（１０）が取り付けられ、リード端子（２２）が制御基板（９）に接合されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、隙間部材（１０）を有し、本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面との間に隙間部材（１０）が取り付けられ、リード端子（２２）が制御基板（９）に接合されていることにより、シャント抵抗（２０）の重心が制御基板（９）側に近づくことでリード端子（２２）が制御基板（９）から外れにくくなる。

また、本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面との間に隙間部材（１０）を設けることで、シャント抵抗（２０）が制御基板（９）から外れにくい。これにより、リード端子（２２）の接合不良が低減できるとともに大規模な検査用設備が不要となる。

請求項２に記載の発明では、制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）とを設け、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の放熱部側がヒートシンク（８）に面接触されるとともに、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の２素子を制御基板（９）にはんだ付け接合によって構成するインバータ制御基板において、
リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、スイッチング素子（１）内、またはダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）及び隙間部材（１０）が設けられ、
シャント抵抗（２０）は、本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面が対向するようにリード端子（２２）が形成され、かつ本体部（２１）の他端面とヒートシンク（８）の一端面との間に隙間部材（１０）が取り付けられ、リード端子（２２）が制御基板（９）に接合されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、本体部（２１）の他端面とヒートシンク（８）の一端面との間に隙間部材（１０）が取り付けられ、リード端子（２２）が制御基板（９）に接合されているためリード端子（２２）が制御基板（９）から外れることはない。これにより、リード端子（２２）の接合不良が低減できるとともに大規模な検査用設備が不要となる。

請求項３に記載の発明では、シャント抵抗（２０）は、リード端子（２２）が本体部（２１）の水平方向に対して垂直方向に折り曲げて形成されていることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、制御基板（９）の加工は垂直方向のほうが最も生産性が良い。

請求項４に記載の発明では、隙間部材（１０）は、熱硬化性のポッティング材で形成していることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、ポッティング材であって
もシャント抵抗（２０）が制御基板（９）から外れにくい。

請求項５に記載の発明では、隙間部材（１０）は、取り外せるように、取り付けられていることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、必要なときに、隙間部材（１０）を、シャント抵抗（２０）から取り外せる。

請求項６に記載の発明では、制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）を備え、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の放熱部側をヒートシンク（８）に面接触させるとともに、スイッチング素子（１）およびダイオードブリッジ（２）の２素子を制御基板（９）にはんだ付け接合し、リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、スイッチング素子（１）内またはダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）を本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面が対向するように形成し、かつ本体部（２１）と制御基板（９）またはヒートシンク（８）の間に隙間部材（１０）を介した後に、リード端子（２２）を制御基板（９）に接合して実装することを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、製造時において、隙間部材（１０）を本体部（２１）と制御基板（９）またはヒートシンク（８）の間に介した後に、本体部（２１）の一端面と制御基板（９）の一端面が対向するようにリード端子（２２）が形成されることにより、シャント抵抗（２０）の重心が制御基板（９）側に確実に近づくことでリード端子（２２）が制御基板（９）から外れ難くなるので製造が容易になる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるインバータ制御基板を図１および図２に基づいて説明する。図１（ａ）はインバータ制御基板の全体構成を示す正面図、図１（ｂ）は、（ａ）に示すＡ矢視図である。また、図２は本実施形態のインバータ制御基板を給湯装置に用いられる循環ポンプの電動機６に適用したもので、そのインバータ制御基板の電気接続を示す回路図である。

本実施形態のインバータ制御基板は、１００Ｖの交流電源を直流に変換しパワートランジスタなどのスイッチング素子１で電動機６をインバータ方式で駆動させるものであって、スイッチング素子１内に流れる電流を検出するシャント抵抗２０を一体に構成している。

具体的には、図２に示すように、７は１００Ｖ用商用電源で２のダイオードブリッジに電源を供給している。３は倍電圧整流用コンデンサーで、４は平滑用コンデンサーである。４の平滑用コンデンサーで生成された直流電源は１のスイッチング素子に電流を供給し最終的に電動機６にその電流が供給される。５はスナバー用コンデンサーでスイッチング素子１の一方の端子とシャント抵抗２０の一方の端子とに接続される。そして、スイッチング素子１にはシャント抵抗２０が接続されている。

なお、ダイオードブリッジ２とスイッチング素子１は高電流が流れることから素子の放熱対策としてヒートシンク８に取り付けるのが一般的である。そのパワー素子の取り付け構造を図１（ｂ）により説明する。つまり、図１（ｂ）に示すように、８はヒートシンクであって、その放熱フィンの反対側の平面部にダイオードブリッジ２およびスイッチング素子１の放熱部側が面接触するように配設している。

そして、９はこれら電気部品１、２を一体構成する制御基板であって、ダイオードブリッジ２とスイッチング素子１との結線を制御基板９内のパターンで電気的に接続するために、ダイオードブリッジ２およびスイッチング素子１のそれぞれのリード端子１１、１２を制御基板９の基板穴に挿入してはんだ１３で電気的に接続している。

ここで、本発明の要部であるシャント抵抗２０について説明する。このシャント抵抗２０はスイッチング素子１内に流れる電流を検出する抵抗であって、スイッチング素子１に高電流が流れることで、内部に並列の抵抗線が収容された本体部２１と３本足のリード端子２２とから構成している。そして、スイッチング素子１の近傍に設けられている。

次に、シャント抵抗２０の制御基板９への取り付け方法について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、シャント抵抗２０のリード端子２２を略９０度折り曲げて本体部２１の一端面と制御基板９の一端面とが対向するように形成するとともに、本体部２１の一端面と制御基板９の一端面との間に、隙間部材である固定用シート１０を介して制御基板９に接合するようにしている。

具体的には、固定用シート１０を、例えば、放熱用シリコンゴム材からなるゴムシートで形成し、本体部２１の一端面に予め接着しておいて、リード端子２２を制御基板９の基板穴に下方から挿入した後に、はんだ１３を接合部に盛り付けて電気的に接続している。これにより、リード端子２２をはんだ１３で接合する実装前、実装中のときに、シャント抵抗２０が宙吊り状態となるが、リード端子２２の折り曲げと固定用シート１０により、リード端子２２が接合部から外れにくくなっているため実装作業における接合不良の低減が図れる。

さらに、固定用シート１０と制御基板９との間を接着するように、シャント抵抗２０を制御基板９に挿入する前に、固定用シート１０もしくは制御基板９側に接着剤を塗布して、リード端子２２を基板穴に挿入するようにすれば、シャント抵抗２０が確実に制御基板９に固定されるためリード端子２２が接合部から外れることはない。

なお、本実施形態では、固定用シート１０を本体部２１の片面に放熱用シリコンゴム材を用いて制御基板９側に放熱するように構成したが、これに限らず、固定用シート１０を放熱用シリコンゴム材以外の材料のゴムシートで形成し、実装後に固定用シート１０が制御基板９、シャント抵抗２０から取り外せるように形成しても良い。

また、本実施形態では、スイッチング素子１を１００Ｖの商用電源を用いて構成したが、これに限らず、２００Ｖの商用電源を用いて構成しても良い。ただし、この場合には倍電圧整流用コンデンサー３を用いなくても良い。

以上の第１実施形態によるインバータ制御基板によれば、シャント抵抗２０をその本体部２１の一端面と制御基板９の一端面が対向するようにリード端子２２を略９０度に折り曲げることにより、シャント抵抗２０の重心が制御基板９側に近づくことでリード端子２２が制御基板９の基板穴から外れにくくなる。

さらに、本体部２１の一端面と制御基板９の一端面との間に固定用シート１０を設けることで、シャント抵抗２０が制御基板９側―に固定されることでシャント抵抗２０が制御基板９から外れにくい。これにより、リード端子２２の接合不良が低減できるとともに、抵抗値が小さいシャント抵抗２０に対する接合不良の検査用設備は大規模となるが、これを不要もしくは小型化することができる。

また、固定用シート１０を放熱用シリコンゴム材のように熱伝導性が良好な材料で形成することにより、シャント抵抗２０で発生する熱を制御基板９側に放熱しやすい。また、固定シート１０を制御基板９にシャント抵抗２０を接合後、取り外せるように構成したことにより、実装前、実装中に適用されれば良いので実装後はなくても良い。しかも制御基板９と所望する空間が確実に形成できる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、制御基板９とシャント抵抗２０の本体部２１との間に、放熱用シリコンゴム材からなる固定シート１０を配設させたが、これに限らず、具体的に、図３に示すように、ヒートシンク８の平面部を延長させ、本体部２１の他端面とヒートシンク８の一端面との間に固定シート１０を介した後に、リード端子２２が制御基板９にはんだ付け接合されるように構成しても良い。

これによれば、シャント抵抗２０が固定シート１０を介してヒートシンク８に支持されるためリード端子２２が接合部から外れることはない。従って、リード端子２２の接合不良が低減できるとともに大規模な検査用設備が不要となる。なお、本発明では、シャント抵抗２０で発生する熱が固定シート１０を介してヒートシンク８で放熱させることができる。

（第３実施形態）
以上の第１、第２実施形態では、隙間部材として放熱用シリコンゴム材からなる固定シート１０を用いたが、この固定シート１０の他に、シリコンなどの熱硬化性の充填材（ポッティング材）を用いても良い。具体的には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、制御基板９とシャント抵抗２０との間、もしくはシャント抵抗２０とヒートシンク８との間のいずれかに、ポッティング材１０を充填させてリード端子２２を制御基板９に挿入した後に、リード端子２２を制御基板９に接合させる。これにより、シャント抵抗２０が制御基板９から外れにくい。

（第４実施形態）
本実施形態では、固定シート１０、ポッティング材１０の他に、樹脂材からなるスペーサを用いたものである。具体的には、図５に示すように、リード端子２２を制御基板９に挿入する前に、シャント抵抗２０の本体部２１にスペーサ１０を接着させておいて、リード端子２２を制御基板９に挿入するときに、シャント抵抗２０がスペーサ１０を介して制御基板９に固定している。これによれば、シャント抵抗２０が制御基板９から外れることはない。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、リード端子２２の折り曲げ角度を略９０度に形成したが、これに限らず、図６（ａ）に示すように、制御基板９に交差するに形成しても良い。ただし、リード端子２２の折り曲げ角度が、例えば、４５〜９０度のときと、９０度、つまり制御基板９に対して垂直方向のときとでは、制御基板９に形成する基板穴の加工性、リード端子２２の制御基板９への組み付け性が９０度の方が優れる。

また、図６（ｂ）に示すように、リード端子２２を制御基板９に挿入した後、リード端子２２の先端を折り曲げた後に接合するように構成してリード端子２２が外れないようにしても良い。

なお、以上の実施形態では、シャント抵抗２０をスイッチング素子１側に設けてスイッチング素子１内を流れる電流を検出するように構成したが、ダイオードブリッジ２側に設けてダイオードブリッジ２内を流れる電流を検出するように構成しても良い。また、本発明を給湯装置に用いられる循環ポンプの電動機６に適用させたが、これに限定するものではなく他の装置の電動機に適用しても良い。

本発明の第１実施形態における（ａ）はインバータ制御基板の全体構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。本発明の第１実施形態におけるインバータ制御基板の電気接続を示す回路図である。本発明の第２実施形態におけるインバータ制御基板の全体構成を示す正面図である。（ａ）および（ｂ）は本発明の第３実施形態におけるインバータ制御基板の全体構成を示す正面図である。本発明の第４実施形態におけるシャント抵抗２０の取り付け方法を示す説明図である。（ａ）および（ｂ）は他の実施形態におけるリード端子２２の形状を示す形態図である。従来技術における（ａ）はインバータ制御基板の全体構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。

符号の説明

１…スイッチング素子
２…ダイオードブリッジ
８…ヒートシンク
９…制御基板
１０…固定シート、ポッティング材（隙間部材）
２０…シャント抵抗
２１…本体部
２２…リード端子

Claims

制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）とを設け、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の放熱部側が前記ヒートシンク（８）に面接触されるとともに、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の２素子を前記制御基板（９）にはんだ付け接合によって構成するインバータ制御基板において、
リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、前記スイッチング素子（１）内、または前記ダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）及び隙間部材（１０）が設けられ、
前記シャント抵抗（２０）は、前記本体部（２１）の一端面と前記制御基板（９）の一端面が対向するように前記リード端子（２２）が形成され、かつ前記本体部（２１）の一端面と前記制御基板（９）の一端面との間に前記隙間部材（１０）が取り付けられ、前記リード端子（２２）が前記制御基板（９）に接合されていることを特徴とするインバータ制御基板。
制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）とを設け、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の放熱部側が前記ヒートシンク（８）に面接触されるとともに、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の２素子を前記制御基板（９）にはんだ付け接合によって構成するインバータ制御基板において、
リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、前記スイッチング素子（１）内、または前記ダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）及び隙間部材（１０）が設けられ、
前記シャント抵抗（２０）は、前記本体部（２１）の一端面と前記制御基板（９）の一端面が対向するように前記リード端子（２２）が形成され、かつ前記本体部（２１）の他端面と前記ヒートシンク（８）の一端面との間に前記隙間部材（１０）が取り付けられ、前記リード端子（２２）が前記制御基板（９）に接合されていることを特徴とするインバータ制御基板。
前記シャント抵抗（２０）は、前記リード端子（２２）が前記本体部（２１）の水平方向に対して垂直方向に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ制御基板。
前記隙間部材（１０）は、熱硬化性のポッティング材で形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御基板。
前記隙間部材（１０）は、取り外せるように、取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインバータ制御基板。
制御基板（９）と、スイッチング素子（１）と、ダイオードブリッジ（２）と、ヒートシンク（８）を備え、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の放熱部側を前記ヒートシンク（８）に面接触させるとともに、前記スイッチング素子（１）および前記ダイオードブリッジ（２）の２素子を前記制御基板（９）にはんだ付け接合し、
リード端子（２２）と本体部（２１）とからなり、前記スイッチング素子（１）内または前記ダイオードブリッジ（２）内に流れる電流を検出するシャント抵抗（２０）を前記本体部（２１）の一端面と前記制御基板（９）の一端面が対向するように形成し、かつ前記本体部（２１）と前記制御基板（９）または前記ヒートシンク（８）の間に隙間部材（１０）を介した後に、前記リード端子（２２）を前記制御基板（９）に接合して実装することを特徴とするインバータ制御基板の製造方法。