JP5116834B2 - 電動機の駆動回路及び空気調和機の室外機 - Google Patents

Description

この発明は、コンバータおよびインバータを用いた電動機の駆動回路及びそれを用いた空気調和機の室外機に関する。

従来の半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとを有するインバータ回路は、導体パターンが形成され、半導体スイッチング素子が搭載された基板と、この基板が搭載され外郭を形成するケースと、平滑コンデンサが搭載され、導電性金属からなる配線パターンを成形樹脂でインサート成形され、平滑コンデンサを配線パターンに接続した成形基板と、ケースに設けられたタップを有する成形基板用端子とを備え、成形基板をネジで成形基板用端子のタップに固定することで成形基板をケースに取付けると共に、電気的に接続されることでインバータ回路が構成されるパワーモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、電力平滑用の電解コンデンサをプリント基板よりは高価なパワー配線用基板に実装・配線し、パワー素子間をネジで締め付けることで構成するインバータ回路が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許３６４９１３３号公報 特開昭６３−１１０９６０号公報 特開平０６−１２３４４９号公報 特開平０９−０８３１３１号公報 特開平０８−２３６９７０号公報 特開２００３−２６４３５４号公報 特開２００５−１６８１４９号公報 特開２００２−１１１２５０号公報 特開２００５−１３３９９６号公報 特表２００４−５２６３９５号公報 特開２００３−１０１２５８号公報

特許文献１に示される従来のインバータ回路では、スイッチング素子を搭載した基板を搭載する外郭ケースが必要である。この外郭ケースは、電極の作成と、電極をインサート成形する必要があり、それらの材料、さらにその金型、成型機、加工が必要であるといった課題があった。また、回路構成変更時は、金型の変更の必要があり、小ロットのモデルチェンジに対応不能といった課題もある。

基板は、放熱とパワー配線双方の機能を兼ね備えた、金属上に絶縁物を構成しその上に銅箔を貼り付けた金属基板を用い、半導体部品の放熱面を基板側に実装する方法であるが、基板自体の基材面積単価がプリント基板の１０〜２０倍もして、仮に基板面積をコンパクトにできてもプリント基板と比べそれに見合った価格低減とはならない。

配線機能に絞った基板に比べ著しく平米単価が高く、経済的でない。また、基板上に半導体を実装するためには、本来低圧・低電流で放熱の必要ない、スイッチング素子のゲート端子の配線についても高価格な金属基板上で行う必要があり、さらに不経済となっていた。また、エッチングにより銅箔配線を行うため、結局プリント基板と同じく、銅箔を厚くするとエッチング時間がかかる。またパワーＩＣ等の放熱部品の放熱面を銅箔・絶縁物を介しさらに金属板を介し放熱フィンへ放熱部品の放熱を行うので、部品に直接放熱フィンを取り付けるより構成が無駄があり、経済性が低い。

また、サイズの大きな平滑コンデンサを、インサート成形された基板に載せているが、インサート成形基板は金型、成型機が必要なため、低価格化のためには大量生産によりその費用を回収する必要がある。平滑コンデンサを実装するインサート成型基板の数を稼ぐためには、複数の容量帯の製品を同じ形状の基板で標準化する必要があるが、その場合最大容量機種の平滑コンデンサで標準化することが必要となるため、逆に数量の多い低容量機種において無駄な材料を使うことになる。平滑コンデンサは、リアクトルとともに、インバータ回路でもっとも大きな部品のひとつであるので、この無駄な材料は、プリント基板に実装する場合に比べ無視できない。

また、スイッチング素子が搭載された基板が搭載され外郭を形成するケースにおいて、電極と基板は平面接触し半田で接合される構造であるため熱収縮に対する、半田強度が弱い。

また、従来の回路は、プリント基板にパワーデバイスがそのまま実装され、パターン幅・パターン間距離が必要な高圧・高電流配線がプリント基板上で平面配線され、面積効率が悪かった。またそのため電気品箱自体も大型化していた。

また、配線インダクタンスも増大し、発生ノイズも大きかった。さらにパワーモジュール足部の温度上昇が大きく半田寿命に対する設計制約がある。

また、プリント基板や金属基板では銅箔配線を作製するのにエッチングを用いているため、銅箔厚さの厚いパワー配線用の配線を作製する場合エッチング時間がかかり、基板単価を押し上げていた。同一の基板に作製した場合、制御配線等の微細な配線も厚い銅箔となり無駄な材料を使用することになっていた。

また、特許文献２に示される従来のインバータ回路においては、パワー素子間をネジで締め付けることで構成していたので、ネジが余分に必要となって高価格となる。また、ネジ締めには加工時間がかかり、加工費も上昇し、空気調和機用のインバータ等の大量生産される回路の量産には向かない。またコネクタや金属端子等を半田付けにより取り付け、プリント基板と接合する方法も考えられるが、やはりコネクタ、リード線が別に必要になり、リード接合の加工時間が余分にかかる。さらに、ネジ締め・コネクタ接続は人的な作業によるため接合不良の発生率が高く、接合不良が発生した場合に、パワー部のバッドコネクションによる温度上昇と、発煙発火の危険性が高い。これを避けるためには、検査工程に時間をかける必要がある。

また、特許文献２に示される従来のインバータ回路においては、電力平滑用の電解コンデンサをプリント基板よりは高価なパワー配線用基板に実装・配線しているが、元々部品の面積が大きい割に配線が単純な電解コンデンサを、パワー配線用基板に実装することは、経済的でない。また電解コンデンサの容量は機種毎に大きく変化し、最大容量のものに対し基板を標準化した場合、販売数量が多く小容量の電解コンデンサを使用する機種では無駄が多い。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パワー配線を低インダクタンス化による低ノイズ・低損失を維持したまま、無駄な材料を使わず低価格・小ロットのモデルチェンジに柔軟に対応でき・自己発熱による半田部の応力が少なく半田信頼性が高く設計制約が少ない、電動機の駆動回路及びそれを用いた空気調和機の室外機を得ることを目的する。

この発明に係る電動機の駆動回路は、コンバータ回路及びインバータ回路を用いて電動機を駆動する電動機の駆動回路において、
制御回路用のプリント基板と、
プリント基板の部品面にスペーサ用のモールド樹脂で構成される突起により所定の距離をおいて実装され、金属板リードをモールド樹脂が一体にモールドされたリードフレームモールド基板と、
コンバータ回路及びインバータ回路を構成する電子部品を含む発熱部品を冷却する放熱フィンと、を備え、
リードフレームモールド基板には、コンバータ回路及びインバータ回路を構成する電子部品が電子部品の高さが他の発熱部品と高さが揃うように調整され、モールド樹脂と一体に構成される高さ調整用の突起を間にして実装されるとともに、インバータ回路のスナバコンデンサとシャント抵抗とが実装され、
プリント基板の部品面には、コンバータ回路の電解コンデンサが実装され、
電子部品のパワー端子は一旦リードフレームモールド基板に接続され、その後リードフレームモールド基板の金属板リードがプリント基板と結合され、電子部品の制御配線端子はプリント基板に接続されることを特徴とする。

この発明に係る電動機の駆動回路は、上記構成により、プリント基板を著しく小さくできる。また、パワー配線のインダクタンス低下による、低ノイズ化が可能である。さらに、半田切れ等に対する回路および機器の信頼性を高めることが可能である。

実施の形態１を示す図で、空気調和機の室外機２００の透視図である。 実施の形態１を示す図で、圧縮機を駆動するインバータ回路の電気回路図である。 実施の形態１を示す図で、空気調和機の室外機２００の電気部品構成図である。 実施の形態１を示す図で、電気品箱９４の透視図である。 比較のために示す従来の電気品箱９０の透視図である。 実施の形態１を示す図で、金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置平面図である。 実施の形態１を示す図で、リード折り曲げ後のリードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１の平面図である。 実施の形態１を示す図で、電動機の駆動回路の製造工程を示す図である。 実施の形態２を示す図で、空気調和機の室外機２００の透視図である。 実施の形態３を示す図で、リードフレームモールド基板１００と実装部品とプリント基板の配置３面図である。 実施の形態４を示す図で、電気品箱９４の透視図である。 実施の形態５を示す図で、電気品箱９４の透視図である。 実施の形態６を示す図で、電気品箱９４の透視図である。 実施の形態７を示す図で、電気品箱９４の透視図である。 実施の形態８を示す図で、インバータ周辺の回路図である。 実施の形態９を示す図で、金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置平面図である。 実施の形態９を示す図で、リード折り曲げ後のリードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１の平面図である。

実施の形態１．
図１乃至図８は実施の形態１を示す図で、図１は空気調和機の室外機２００の透視図、図２は圧縮機を駆動する圧縮機用電動機の駆動回路３００の電気回路図、図３は空気調和機の室外機２００の電気部品構成図、図４は電気品箱９４の透視図、図５は比較のために示す従来の電気品箱９０の透視図、図６は金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置平面図、図７はリード折り曲げ後のリードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１の平面図、図８は電動機の駆動回路の製造工程を示す図である。

図１に示すように、空気調和機の室外機２００は、機械室２００ａに冷媒を圧縮する圧縮機８６が収納される。機械室２００ａの上に電気品箱９４が設けられ、その発熱部品を冷却する放熱フィン３５が送風機室２００ｂに置かれてプロペラファン９２で冷却される。また、電子部品の一つである交流側リアクトル３が機械室２００ａ内に取り付けられる。送風機室２００ｂは、機械室２００ａに隣接して設けられ、冷媒と空気とが熱交換を行う熱交換器８７と、熱交換器８７を冷却するプロペラファン９２が収納される。

図２により、空気調和機の室外機２００の機械室２００ａに搭載される圧縮機８６のモータを駆動する圧縮機用電動機の駆動回路３００（電動機の駆動回路の一例）について説明する。圧縮機用電動機の駆動回路３００は、インバータ回路３００ａと、コンバータ回路３００ｂとで構成される。圧縮機用電動機の駆動回路３００は、交流電源１にコンバータ回路３００ｂが接続され、コンバータ回路３００ｂの直流出力をインバータ回路３００ａで周波数が可変な交流に変換して圧縮機８６のブラシレス直流モータ１４を駆動する。

コンバータ回路３００ｂは、交流側リアクトル３、ダイオードブリッジ３８及びシャント抵抗７を介して母線に接続されるパワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、電解コンデンサ９で構成される。

インバータ回路３００ａは、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、パワーモジュール１１で構成される。

パワースイッチ素子４はコンバータ用の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）・電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等で構成される。パワースイッチ素子４がスイッチングすることで、力率改善・電源高調波除去・昇圧等を行い、ダイオードブリッジ２から出力される直流出力をパワーモジュール１１を用いてスイッチングし、ブラシレス直流モータ１４は回転磁界を発生させ回転を制御する。シャント抵抗３３は、パワーモジュール１１およびブラシレス直流モータ１４に流れる電流を電圧に変換し、その電圧をもとに、ブラシレス直流モータ１４及びインバータ回路３００ａの制御・保護等を行う。同様にシャント抵抗７はパワースイッチ素子４に流れる短絡電流を電圧に変換し、その電圧を用いて、パワースイッチ素子４及びダイオードブリッジ３８の制御・保護等を行う。

空気調和機の室外機２００に使用される電気・電子部品の全体構成を図示すると、図３のように、片面プリント基板３１（プリント基板の一例）に実装される制御回路の部品と、リードフレームモールド基板１００に実装されるパワー回路の部品、基板に実装されない部品に分けることがでる。

詳細は後述するが、本実施の形態の特徴部分であるリードフレームモールド基板１００に、図２に示した圧縮機８６のブラシレス直流モータ１４を駆動する駆動回路を構成するパワー回路の部品が実装される。即ち、リードフレームモールド基板１００に、パワーモジュール１１、シャント抵抗７、シャント抵抗３３、スナバコンデンサ３２、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４等が実装される。

片面プリント基板３１には制御回路の電子部品が実装される。但し、パワー回路の部品である、電解コンデンサ９は、発熱部品であるパワーモジュール１１から離して熱影響を受けないように、リードフレームモールド基板１００ではなく、片面プリント基板３１に実装される。従って、片面プリント基板３１では、電解コンデンサ９及びノイズフィルタ８２の配線だけが、高電圧・高電流用の配線となる。
また、電解コンデンサ９はプリント基板実装部品中最も背が高く、リードフレームモールド基板１００に実装しないことで、回路基板全体の高さを低くでき、基板容積を低減できるといった効果もある。

片面プリント基板３１には、ＣＰＵ１６、商用電源入力用の端子８０、アクチュエータ駆動回路８１、ノイズフィルタ８２、制御電源８３、ファンインバータ８４（高電圧・低電流）、通信回路８５等が実装される。これらの詳細な説明は、本題ではないので省略する。

基板に実装されない部品には、既に述べた交流側リアクトル３、圧縮機８６、プロペラファン９２を駆動するファンモータ９２ａがある。

片面プリント基板３１と、リードフレームモールド基板１００とが電気品箱９４内に収納される。その構成を、以下説明する。
図４に示すように、片面プリント基板３１の部品面３１ｂに、パワー回路の部品を実装したリードフレームモールド基板１００、電解コンデンサ９が実装される。図４では、リードフレームモールド基板１００に実装される部品の中、パワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３を示している。

また、片面プリント基板３１の半田面３１ａには、図３に示した電解コンデンサ９を除く制御回路の電子部品が実装される。図４では、その中のＣＰＵ１６を示している。

パワーモジュール１１には、電気品箱９４の外部に配置される放熱フィン３５が取り付けられる。放熱フィン３５には、図４には図示されていないが、パワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８が取り付けられる。

リードフレームモールド基板１００の金属板リード３７は、メッキを施した銅や黄銅が一般的に用いられる。金属板リード３７の形状加工の方法としては、打ち抜き、曲げ、ワイヤカット、レーザ加工、エッチング等を用いる。モールド樹脂３６は金属板リード３７を内包し、主に絶縁を目的として、ナイロン、不飽和ポリエステル、エポキシ等の樹脂に、ガラス等のフィラーを入れたものを用いる。金属板リード３７はモールド樹脂３６で、インサートモールド成型等を用い平面形状もしくは立体形状のリードフレームモールド基板１００を構成する。

インバータ用のパワーモジュール１１の高圧・高電流用のパワー端子３０の主なものは、鉛フリー半田等を用いた溶接で金属板リード３７に結合される。

また、高圧・高電流のパワー端子３０の一部はリードフレームモールド基板１００および片面プリント基板３１双方を貫通し、双方に半田付けにより接合される。また、パワー端子３０の一部はリードフレームモールド基板１００と電気的接合を持たず貫通し、片面プリント基板３１に半田付けにより接合される。

また、インバータ用のパワーモジュール１１の制御配線端子３９の主なものは、リードフレームモールド基板１００とは電気的結合を持たず、鉛フリー半田等を用いたフロー半田、部分半田、ロボット半田等の溶接で紙基材の片面プリント基板３１に結合される。但し、制御配線端子３９がリードフレームモールド基板１００上にかかる場合は、電気的結合を持たないように、リードフレームモールド基板１００上の制御配線端子３９の断面積より大きな穴を貫通し、片面プリント基板３１と電気的結合を持つ。

金属板リード３７、モールド樹脂３６で構成されるリードフレームモールド基板１００上に、突起１０１が設けられており、パワーモジュール１１等の高さを調整する。例えば、突起１０１は、放熱フィン３５が取り付けられるパワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８と高さを合わせることにより、放熱フィン３５の取り付けをしやすくする。

パワーモジュール１１等の電子部品を実装したリードフレームモールド基板１００は、片面プリント基板３１に実装されるが、リードフレームモールド基板１００の金属板リード３７の一部は折り曲げられ、片面プリント基板３１を貫通し、鉛フリー半田等を用いたフロー半田、部分半田、ロボット半田等の溶接で、半田１０３により片面プリント基板３１に結合される。

図５は比較のために示す従来の電気品箱９０の透視図であるが、従来の電気品箱９０では、両面プリント基板１３１に全ての電子部品が実装される。パワー回路の電子部品であるパワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、電解コンデンサ９等や制御回路の電子部品であるＣＰＵ１６等が両面プリント基板１３１に実装される。パワーモジュール１１は、図示しないパワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８と共に、電気品箱９０の外に設けられた放熱フィン３５に取り付けられる。パワーモジュール１１と両面プリント基板１３１との間に、パワーモジュール１１の高さを調整する樹脂スペーサ３４が挿入される。

図４のような構成としたことで、従来の図５のように全ての電子部品が両面プリント基板１３１に実装されるものとは異なり、パワー回路の電子部品のほとんどが片面プリント基板３１上のパターンと結合されないため、パターン幅が広く、パターン間距離を多く取る必要がある高圧、高電流配線を片面プリント基板３１に引き回す必要が少なくなる。パワー回路の電子部品の一つである電解コンデンサ９は、発熱部品であるパワーモジュール１１の熱の影響を受けて短寿命とならないように、パワーモジュール１１から離して片面プリント基板３１に実装する。但し、片面プリント基板３１上の高圧、高電流配線である金属板リード３７をできるだけ短くするために、電解コンデンサ９は、リードフレームモールド基板１００の近くに配置する。

配線量を増やすことはできるが、紙基材の片面プリント基板３１に比べ４倍以上高価な両面プリント基板１３１を用いることなく、小型での電気品箱９４を構成することができる。小型化することで電気品箱９４の外郭部品の材料も少なくて済む。

また、リードフレームモールド基板１００に突起１０１が形成されているので、図５に示す樹脂スペーサ３４が不要となる。樹脂スペーサ３４は通常、手挿入が行われるため、基板の組み立て費用も合わせて低減可能である。

また、発熱により熱収縮する度合いが最も大きな発熱部品であるパワーモジュール１１のパワー端子３０を、一旦リードフレームモールド基板１００上に結合しその後リードフレームモールド基板１００の金属板リード３７を片面プリント基板３１と結合するので、金属板リード３７の折り曲げ形状、リードフレームモールド基板１００の材料選定により各結合部の熱応力を、部品とプリント基板を直接結合する場合に比べ緩和することができる。

また、インバータ回路３００ａ及びコンバータ回路３００ｂの主な半導体部品の実装を、片面プリント基板３１上のその他の部品の実装と同時に可能で、また電気的結合も他の片面プリント基板３１の実装部品と同時に、片面プリント基板３１の半田付け時にでき、インバータ回路３００ａ及びコンバータ回路３００ｂのパワー端子３０のネジ締め・コネクタによる配線材料および配線作業が不要で、低価格で安全性が高い。

また、一部のパワー端子３０をリードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１との双方との電気的接合に用いるので、材料効率が良い。

図６により、金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置について、更に説明する。
図６において、メッキを施した銅や黄銅で構成される金属板リード３７は、モールド樹脂３６でモールドされてリードフレームモールド基板１００が形成される。金属板リード３７には、パワー回路の電子部品の中の、交流側リアクトル３及び電解コンデンサ９を除く、パワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４、シャント抵抗７が実装される。

パワーモジュール１１のパワー端子３０（図６に点線で囲んで示す）の一部は、金属板リード３７に接続されるが、残りのパワー端子３０と制御配線端子３９（図６に点線で囲んで示す）は、片面プリント基板３１に接続される。

また、パワースイッチ素子４もパワー端子３０と制御配線端子３９とを有するが、パワー端子３０は金属板リード３７に接続され、制御配線端子３９は、片面プリント基板３１に接続される。

図７に示すように、片面プリント基板３１に、パワー回路の電子部品の中の、交流側リアクトル３及び電解コンデンサ９を除く、パワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４、シャント抵抗７が実装され、金属板リード３７が折り曲げられたリードフレームモールド基板１００と、電解コンデンサ９とが実装される。
リードフレームモールド基板１００は、図７に示されるように、片面プリント基板３１の１／２以下の小さなサイズで、片面プリント基板３１と平行にその中心より長手方向端部よりに配置される。またリードフレームモールド基板１００の長手方向が、図７に示されるように、片面プリント基板３１の短手側に配置される。

金属板リード３７は折り曲げられ、片面プリント基板３１の部品面３１ｂから半田面３１ａに向け貫通している。また、電解コンデンサ９は、貫通した金属板リード３７の近い位置に配置される。片面プリント基板３１でのパワー配線を極力短くするためである。電解コンデンサ９は背が高いので、パワースイッチング素子４等の反対側に配置することで、片面プリント基板３１上のパワー配線を短くするとともに、図７には示していないがパワーデバイス上に配置される放熱フィン３５とはリードフレームモールド基板１００に対し逆位置となり、容積効率があがる。また電解コンデンサ９は寿命の温度依存性が高い。高価格の部品である電解コンデンサ９の同一温度の寿命をあげるのはコスト的には有効でない。このため、本実施の形態のような配置とし、発熱部品から遠ざけることで寿命をあげられる。また、電流検出用のシャント抵抗７、シャント抵抗３３を、リードフレームモールド基板１００に実装することで、その他の部品を搭載した片面プリント基板３１及び本回路を搭載した電気品箱９４の面積・容積を著しく小さくできる。さらに、パワー配線のインダクタンス低下による、低ノイズ化が可能である。さらに半田切れ等に対する回路および機器の信頼性を高めることが可能である。

また、リードフレームモールド基板１００を型成型で製作する場合の型形状の変更のみで、追加部品を用いることなく、放熱フィン３５と電解コンデンサ９間に隔壁（図示せず）を設けることができ、隔壁により熱絶縁することで電解コンデンサ９の周辺温度を下げることが容易にできる。電解コンデンサ９の周囲の温度を下げることにより、周囲温度による電解液のドライアップ等で、インバータ回路寿命のネックとなる電解コンデンサ９の、寿命を延ばし、電動機の駆動回路やそれを搭載した空気調和機の寿命を向上させることができる。

図８により、電動機の駆動回路の製造工程を説明する。Ｓ１０乃至Ｓ７０は、パワーモジュール１１の製造工程である。

Ｓ１０はパワーチップの製造を示しており、半導体プロセスを用いた、金属酸化膜半導体−電解効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）・絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）・ダイオード等のパワーデバイスシリコンチップ、プリドライブＩＣ等のシリコンチップの製造を示す。近年次世代のパワーデバイスとして、炭化珪素（ＳｉＣ）等のチップ開発が盛んであるが、もちろんこれらを用いても良い。

Ｓ２０はＳ１０で製作したパワーチップの（１）電気信号のＩＣパッケージの外部への取り出し、（２）チップ発熱の熱溜りと外部への放出を目的とした、金属（例えば、銅）製リードフレームの製造を示している。主に板金の打ち抜きと・メッキの工程からなる。

Ｓ３０はＳ１０で製造したパワーチップを、Ｓ２０で製造したリードフレームに半田を用いて接合するダイボンディング工程を示す。

Ｓ４０はＳｉチップの上面の電極と、リード間をアルミ・金等のワイヤを超音波融着を用い電気的結合を行うワイヤボンディング工程を示す。インバータＩＣにおいて、面積効率を上げリードフレーム材料および封し樹脂材料を最小化する、シリコンのチップ間を直接アルミ配線で結ぶ、ダイレクトボンディング法を用いる。この方式を用いた場合インバータＩＣを極小化することができる。

Ｓ５０はパワーチップの実装されたリードフレームと金属ヒートスプレッタ、絶縁性・放熱性の高いシリカフィラー入りエポキシ等の樹脂を用い、インサート成型するモールド工程である。ボンディングが終了したＩＣチップの、キズ・衝撃を抑えるためパッケージや封止材で密封する。通常空気調和機の電動機駆動用のインバータＩＣでは、安価で量産性に優れる、トランスファーモールド法を用いる。

Ｓ６０はＳ５０でインサート成型が完了したパワーモジュール１１の不要なリードを切断するリード切断工程である。

Ｓ７０はパワーモジュール１１のリードを基板実装に最適な形に折り曲げるリードフォーミングの工程である。

Ｓ８０はリードフォーミングが完了したパワーモジュール１１と、別工程で製作したパワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８に放熱フィン３５を取り付ける工程である。この工程では通常双方の密着性を上げ熱抵抗を低下・ばらつきを抑制するために、双方の間にフィルムをはさんだりグリスを塗布したりする。

Ｓ９０は、パワーモジュール１１やパワースイッチ素子４等と、片面プリント基板３１を接続するためのリードフレームモールド基板１００に用いる金属板リード３７の製造を示している。主に板金の打ち抜きと・メッキの工程からなる。

Ｓ１００はＳ９０で製造した金属板リード３７を、紙フェノール等のプリントよりは絶縁性・耐熱温度の高い樹脂を用い、インサート成型するモールド工程である。

Ｓ１１０はＳ１００でインサート成型が完了したリードフレームモールド基板１００の不要な金属板リード３７を切断するリード切断工程である。

Ｓ１２０はリードフレームモールド基板１００の金属板リード３７を片面プリント基板３１に実装する最適な形に折り曲げるリードフォーミングの工程である。

Ｓ１３０はエッチングにより４０μ程度の銅箔配線がエッチングにより成型され穴あけ加工を施された、紙フェノール基材等の片面プリント基板３１の部品面３１ｂ（Ｃ面）にディスクリート部品を自動送入機を用いて実装する、機械実装工程である。ディスクリート部品とは、或る程度の高さがあるリード付きの部品であり、部品面３１ｂに実装されリードが基板を貫通して半田面３１ａで半田付けされる部品である。例えば、抵抗、コンデンサ、ＩＣ、パターン間を接続するジャンパー線等である。

Ｓ１４０はＳ１３０でディスクリート部品が機械実装された紙フェノール基材等の片面プリント基板３１の半田面３１ａ（Ｓ面）に面実装部品を実装後固定するための接着剤を、自動機を用いて塗布する、接着剤塗布工程である。面実装部品は、背が低い部品で、例えばマイコン、ＩＣ、ダイオード、抵抗等である。

Ｓ１５０はＳ１４０で接着剤の塗布が完了した紙フェノール基材等の片面プリント基板３１の半田面３１ａに面実装部品を自動送入機を用いて実装する、機械実装工程である。

Ｓ１６０はＳ１５０で塗布した接着剤を硬化させ片面プリント基板３１の半田面３１ａに面実装部品を実装後固定する、接着剤硬化工程である。

Ｓ１７０はＳ１６０で接着剤硬化の完了した片面プリント基板３１上に、電解コンデンサ９、リード線等を、手で実装する手挿入工程である。

Ｓ１８０はＳ８０で放熱フィン３５の取り付けられたパワーモジュール１１、パワースイッチ素子４、シャント抵抗７、シャント抵抗３３、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、スナバコンデンサ３２を、Ｓ１２０でリードフレームの不要な部分を切断され、リードフォーミングされたリードフレームモールド基板１００に実装する実装工程である。

Ｓ１９０はＳ１８０で実装された電子部品と、リードフレームモールド基板１００の金属板リード３７の結合を行う、実装部品半田工程である。

Ｓ２００はＳ１７０での部品実装に続き、リードフレームモールド基板１００とその実装部品を、片面プリント基板３１に、手で実装する手挿入工程である。

Ｓ２１０は、全ての部品の実装が完了した片面プリント基板３１の半田面３１ａ（Ｓ面）を、噴流半田等を用い半田付けする、フロー半田工程である。

また、近年、パワーモジュール１１の材料低減による低コスト化と、実装面積削減を目的として、各端子間距離が狭くなり、プリント基板と高圧端子の結合部に流動性と絶縁性を併せ持つシリコン樹脂を結合後塗布することが一般化しているが、リードフレーム基板上でシリコンの塗布が必要の無い距離でリード配線設計を行い、プリント基板上でシリコン樹脂塗布の必要が無い。シリコン樹脂が電子部品のリードと線膨張係数がミスマッチのため、パワー部品ではプリント基板に結合された電子部品を持ち上げたり、引き戻したりし、半田結合部の金属疲労が発生し、回路の寿命を縮めたり、高電流配線部ではルーズコンタクト化による結合部の温度上昇が懸念される。またリードフレーム基板を型成型で製作する場合、型の形状の変更のみで、高圧配線間に新規の部品の追加を無くしてモールド樹脂を用い基板モールドと同時に隔壁を設けることができ、リードフレーム基板と電子部品高圧端子結合部の周辺にも、シリコン等の樹脂の、結合後の塗布を不要とできる。このことで、人的作業のため高コスト・低信頼性であるシリコン塗布を排除し、型を用いた自動化による前記の改善が可能である。前記のピン間の樹脂隔壁には、近年問題となっている、半導体部品のリードからひげ状に伸び、短絡不具合を発生する、ウイスカによる短絡不具合に対しても有効である。

従来の、プリント基板や金属基板では銅箔配線を作製するのにエッチングを用いているため、銅箔厚さの厚いパワー配線用の配線を作製する場合エッチング時間がかかり、基板単価を押し上げていた。同一の基板に作製した場合、制御配線等の微細な配線も厚い銅箔となり無駄な材料を使用することになっていた。本発明ではパワー配線の一部をリードフレームモールド基板１００に配線したことで、片面プリント基板３１の小型化とともに、パワー配線ではなく、制御配線に最適な銅箔厚のものを使用できることから、片面プリント基板３１の生産性、制御回路全体を経済的に最適化可能である。

また、部品形状及び配線変更の周期の長いパワー部分のみをリードフレーム化し（リードフレームモールド基板１００に実装）、その他の電子部品を少ない投資で配線や実装部品の変更が可能な片面プリント基板３１に、手挿入部品化して、手実装することで機種変更にも柔軟に対応可能である。

トランスファーモールド等のＩＣ封止法では、樹脂材に絶縁性だけでなく放熱性も求められるため、樹脂材に高放熱性を有しかつ、チップのアルミ配線等の腐食を避けるため不純物の少ない超高純度シリカ・アルミナ等のフィラー材を用いるため、ＩＣ自体のコストを下げるには、チップからリードへの配線距離や絶縁距離を短くするなど冗長な部分をなくさざるを得ず、そのためＩＣ自身を低価格化するためには、プリント基板配線に不利なピンアサインとならざるを得ない。そのためプリント基板上の配線量を増やさざるを得ず、トータルでは非経済的かつ、プリント基板上の配線の交差・冗長化によるリードインダクタンスの増加を招き、発生ノイズの増加といった問題を有していた。本発明の実施の形態ような、製造工程としたことで、低価格のトランスファーモールドＩＣを用いながらも、プリント基板上の配線量を減らすことができ、経済的かつ低ノイズな回路を得ることができる。

また、トランスファーモールドＩＣでは、樹脂制約から高価で特殊な金型を使用せざるを得ず、ＩＣの回路構成に汎用性を持たせる必要があり、空気調和機用のインバータ回路３００ａ及びコンバータ回路３００ｂ双方の回路を同一パッケージ上のＩＣに実現した場合、汎用性が薄れ高価な金型の投資を回収するほどの数量の確保ができない。本発明の実施の形態は、トランスファーモールドを用いたインバータＩＣとともに、特にコンバータ回路３００ｂ用のダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４７等の空気調和機以外のスイッチング電源・テレビ・インバータ照明・電子レンジ・誘導過熱用インバータ・太陽光発電用電力変換機等の製品で汎用的に大量に使用されている電子部品を用いることができるので、全体として経済的な構成となる。

本発明の実施の形態は、インバータＩＣが極小化されたダイレクトボンディング法およびトランスファーモールド法を用いた経済的なインバータＩＣを用いたモータ駆動回路において、パワー配線をスペーサ機能つきリードフレームモールド基板上で実現し、尚かつ、片面プリント基板３１に挿入可能なサブアセンブリを構成し、半田付けで電気的結合可能とすることで、片面プリント基板３１上での冗長な配線を不要とし、ＩＣの極小化による、経済性・低インダクタンス化による低ノイズの効果を高めることが可能である。

また、リードフレームモールド基板１００はパワーデバイスの高圧・高電流端子の周辺部のみにあれば良く、面積を最小化できる。このためリードフレームモールド基板１００の製造コストの大半をしめる、金型や成型機サイズを小型化できる。また、リードフレームモールド基板１００のサイズが小さくて済むということは、一つの型で複数個取りした場合、取り数を高められ、基板の生産性を向上することにもつながる。

図８に示す製造工程としたことで、従来の回路の製造工程と比べ、片面プリント基板３１の部品面３１ｂ（Ｃ面）への面実装部品の実装及び半田工程が無くなり、工程自体の削減と、製造設備・治工具への投資の抑制が図れる。また、インバータ回路３００ａ及びコンバータ回路３００ｂの主な半導体部品の実装を、片面プリント基板３１上のその他の部品の実装と同時に可能で、また電気的結合も他の片面プリント基板３１実装部品と同時に、片面プリント基板３１の半田付け時にでき、インバータ回路３００ａ及びコンバータ回路３００ｂのパワー端子３０のネジ締め・コネクタによる配線材料および配線作業が不要で、低価格で安全性が高い。

また、従来の製造工程では、パワーモジュール１１、パワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８等の配線リードと放熱フィン取り付け面との熱抵抗が小さいため、放熱フィン３５を取り付けた状態でフロー半田を行うと、部品のリードは、低熱抵抗で非常に大きな熱容量の放熱フィン３５に熱結合するため、半田ののりが悪くなる。このため、パワーモジュール１１、パワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８等は、放熱フィン３５を取り付けた状態ではフロー半田を行うことができない。このため、フロー半田時、部品の浮き防止のための錘を乗せ、半田後取り去るといった無駄な工程が必要であった。

本実施の形態では、パワーモジュール１１、パワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８の配線リードはリードフレームモールド基板１００の金属板リード３７を介して、片面プリント基板３１に熱結合されるため、放熱フィン３５と片面プリント基板３１との結合点間の熱抵抗を大きくでき、放熱フィン３５を取り付けた状態で、フロー半田が可能である。このため、重量物である放熱フィン３５が、浮き防止の機能を兼ね、部品の浮き防止のための錘を乗せ、半田後取り去るといった無駄な工程が不要となる。

また、片面プリント基板３１への実装前に放熱フィン３５の取り付けが可能なため、周囲に衝撃等に弱い面実装コンデンサ等の部品が近傍にない状態で放熱フィン３５の取り付けとそのネジ締めができ、工作性の向上と、製造時の面実装コンデンサのクラックによる短絡等の部品破壊による信頼性の低下を防止できる。

さらに、片面プリント基板３１に放熱フィン３５への取り付けネジを締めるためのネジ穴を設ける必要がなく、片面プリント基板３１の有効面積が向上する。

また、空気調和機の室外機２００は、図１のような構成としたので、図５に示す両面プリント基板１３１を用いた従来の電気品箱９０に比べ、電気品箱９４の機械室２００ａからのはみ出しが少なくなり、熱交換器８７の有効面積拡大、プロペラファン９２の風路圧力損失が低下し、同一室外機容積での、製品効率の向上をはかることができる。

以上の説明では、空気調和機の室外機２００の圧縮機８６に使用される電動機の駆動回路について述べたが、太陽光発電システムの電力変換機、照明用電力変換機、誘導過熱式熱機器（炊飯器、ビルトインクッキングヒータ）等の高圧・高電流電力変換に半導体を用いる機器に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態２．
図９は実施の形態２を示す図で、空気調和機の室外機２００の透視図である。
実施の形態１では、プリント基板に片面プリント基板３１を用いたものについて述べたが、プリント基板に両面プリント基板（プリント基板の一例）を用いることも可能である。両面プリント基板の場合、プリント基板面積は片面プリント基板３１を用いる場合の約１／２とすることができる。

ＡＣ２ｋＷ入力の空気調和機において、片面プリント基板３１の場合通常１６０ｍｍ×２５０ｍｍ程度であるものを、両面プリント基板とすることで、１４１．５ｍｍ×１４１．５ｍｍの正方形とすることができる。これは図９に示す様に、電気品箱９４が空気調和機の室外機２００の、圧縮機８６の上部の見取り面積（機械室２００ａ内）内に収まり、圧縮機８６の上方に直接電気品箱９４を実装可能となる。これにより電気品箱９４の機械室２００ａからのはみ出しが少なくなり、熱交換器８７の有効面積拡大、プロペラファン９２の風路圧力損失が低下し、同一室外機容積での、製品効率の向上を図ることができる。

また、圧縮機８６に直接電気品箱９４の実装が可能となることで、両面プリント基板上に面実装の２軸の加速度センサを実装すれば、直接圧縮機８６の振動を電動機の駆動回路で検出可能となる。直接検出が可能となることで、どのような空気調和機の室外機２００にこの圧縮機８６と電気品箱９４を一体化したものを実装しても、直接圧縮機８６の振動の抑制が可能であるため、組み合わせ毎の、防振系の設計および調整が不要となる。

また、これまで、圧縮機８６に電動機の駆動回路を直接実装する試みがなされてきたが、電気品箱９４が圧縮機８６の上面に配置できる大きさではなかったため、感度良く振動が検知できる位置に電気品箱９４を実装することはできなかったが、本発明の電動機の駆動回路を用いることで、電気品箱９４の面積を小型化でき、圧縮機８６上面に取り付け可能とできる。また、通常圧縮機８６は底面を固定されるので、振動の検知感度の高い圧縮機上面の位置に電気品箱９４を実装し、２軸の加速度センサで直接圧縮機８６の上面の振動を検知して、振動抑制制御をかけられるので、低振動な空気調和機が得られる。また低振動化が可能となることで、これまで圧縮機８６の振動による、電気品箱９４中の回路の半田部や、電気品箱９４と外部電源等の接続用のリード線へのストレスを低減し、圧縮機８６に電気品箱９４を実装しながらも、信頼性の高い、空気調和機を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態３を示す図で、リードフレームモールド基板１００と実装部品と片面プリント基板３１との配置を示す３面図である。

リードフレームモールド基板１００に、突起１０１を設け、放熱フィン３５が取り付けられるパワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８と高さを合わせることにより、放熱フィン３５の取り付けをしやすくすることは、既にのべたが、さらに詳細に説明する。図１０に示すように、リードフレームモールド基板１００に、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４、ダイオードブリッジ２、パワーモジュール１１が、長手方向にこの順に直線的に実装される。これらの素子は、それぞれ、パッケージの厚みが違うため、放熱フィン３５面にパッケージの上面の高さをそろえると、パッケージの下面はリードフレームモールド基板１００内にモールドされる金属板リード３７に対しまちまちの高さとなる。そのためリードフレームモールド基板１００上に突起１０１を設け、それを受ける必要がある。

本実施の形態では、各部品の背面高さをそろえるためのスペーサ用の突起１０１を、リードフレームモールド基板１００の部品面の長手方向に、端から端に繋げた構造となっている。ダイオードブリッジ３８に突起１０１ａが、パワースイッチ素子４に突起１０１ｂが、ダイオードブリッジ２に突起１０１ｃが、パワーモジュール１１に突起１０１ｄが対応する。

このように構成したので、リードフレームモールド基板１００の長手方向に樹脂のリブをつけた格好となる。この構造とした場合、各突起がリードフレームモールド基板１００のそりが懸念される長手方向の補強と、スペーサを兼ねることができる。少ない樹脂で、双方の機能を満足することができ、リードフレームモールド基板１００自体の価格を抑え、そりに強い基板を作成することができる。

さらに、図１０に示すように、片面プリント基板３１とリードフレームモールド基板１００間に、突起１０２ａをリードフレームモールド基板１００の短手方向に、端から端に入れることで、スペーサの機能と、そりに対する補強の機能を、同一の樹脂で兼ねることができ、材料費をおさえつつ、そりに強い基板を作ることができる。

また、突起１０２ａの上に、さらに突起１０２ｂを設け（これを突起１０２とする）、片面プリント基板３１にあけた穴と嵌合させることで、リードフレームモールド基板１００を片面プリント基板３１に実装する際に、位置決めを行うことができる。また、最初に突起１０２ｂと片面プリント基板３１を嵌合させることで、部品リードの片面プリント基板３１への挿入性も上げることができ、工作時の実装時間が短く、部品リードの挿入ミスを減らし信頼性を高めることができる。

本実施の形態では、実装部品の突起１０１をリードフレームモールド基板１００の長手方向に、片面プリント基板３１の突起１０２をリードフレームモールド基板１００の短手方向にとったが、逆にしても同様の効果を得られることはいうまでもない。

さらに、突起１０１及び突起１０２を設けることで、そりに対する補強ができる。そのため突起１０１及び突起１０２以外の部分を薄くすることができ、金属板リード３７を含むリードフレームおよび樹脂材料を低減することができる。

また、ダイオードブリッジ３８を、リードフレームモールド基板１００の長手方向端部に配置したことで、片面プリント基板３１上の高圧の反交流側リアクトル３側の交流電源配線６０を端部に配置することができる（図１７参照）。片面プリント基板３１上で、パターン間距離を多くとる必要がある高圧の反交流側リアクトル３側の交流電源配線６０が片面プリント基板３１中央部にある場合、両側の配線に対し絶縁距離をとる必要があるが、端部に持ってゆくことで、片側の配線のみに絶縁距離をとれば良く、絶縁距離を確保するために必要な片面プリント基板３１の面積を削減し、有効に基板を使うことができる。

実施の形態４．
図１１は実施の形態４を示す図で、電気品箱９４の透視図である。実施の形態１では、パワーモジュール１１等のパワーデバイスおよびリードフレームモールド基板１００を、片面プリント基板３１と平行に実装した。本実施の形態では、片面プリント基板３１に対しリードフレームモールド基板１００およびパワーデバイスを垂直に実装する。この配置の場合、片面プリント基板３１上のパワーデバイスの見取り面積は減少し、片面プリント基板３１の面積を、実施の形態１に比べさらに低減できる。

実施の形態５．
図１２は実施の形態５を示す図で、電気品箱９４の透視図である。実施の形態１では、パワーモジュール１１等のパワーデバイスおよびリードフレームモールド基板１００を、片面プリント基板３１と平行に実装したが、本実施の形態では、片面プリント基板３１に対しパワーデバイスのみを垂直に実装する。この配置の場合も、片面プリント基板３１上のパワーデバイスの見取り面積は減少し、片面プリント基板３１の面積が、実施の形態１に比べさらに低減できる。

また、本実施の形態では、パワーモジュール１１の制御配線端子３９およびパワー端子３０双方がストレートとなるため、パワーモジュール１１の製造工程中、図８のリードフォーミングの工程（Ｓ１２０）が不要となり、デバイスの加工費を低減できるといった効果もある。

実施の形態６．
図１３は実施の形態６を示す図で、電気品箱９４の透視図である。実施の形態１〜５では、パワーデバイスの実装基板にリードフレームモールド基板１００を用いたが、両面プリント基板１４０に、基板間接合用のリード端子４１と樹脂スペーサ３４を実装したものを用いても、片面プリント基板３１の配線面積削減の効果が得られることは言うまでもない。尚、両面プリント基板１４０を用いたが、多層プリント基板を用いてもよい。

実施の形態７．
図１４は実施の形態７を示す図で、電気品箱９４の透視図である。本実施の形態では、リードフレームモールド基板１００上にパワーモジュール１１とブラシレス直流モータ１４との結線を行うためのコネクタ４２を基板成型時に同時に作成する。これにより片面プリント基板３１上に実装されていたブラシレス直流モータ１４との接続用コネクタが不要となる。

実施の形態８．
図１５は実施の形態８を示す図で、インバータ周辺の回路図である。本図は図２の回路図を、回路基板の線路インピーダンスを含め詳細に記述したものである。図１５で、電解コンデンサ９、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、パワーモジュール１１は、図２と同じものである。パワーモジュール１１は、６個のスイッチ素子１１ａとダイオード１１ｂから構成される。さらに、インダクタンス５０ａ〜５０ｅが配線線路の成分として図１５に示すように存在する。

通常の片面プリント基板３１一枚のみで、図１５の回路を構成した場合、２ＫＷ入力のインバータでは、インダクタンス５０ｂ、インダクタンス５０ｄ、インダクタンス５０ｅの線路長は、１００ｍｍ程度となる。それに対し実施の形態１〜７では、パワー配線専用の別基板（リードフレームモールド基板１００）を用い、その上にシャント抵抗３３とスナバコンデンサ３２を実装するので、前記配線長を１０ｍｍ程度にできる。従来の回路と比べると、本発明の実施の形態では、線路長は１／１０となり、線路のインダクタンス５０ａ〜５０ｅも１／１０となる。

ダイオード１１ｂに順バイアス中に蓄積された電荷が、スイッチ素子１１ａがＯＮした時に、シャント抵抗３３、インダクタンス５０ｂ、インダクタンス５０ｄ、インダクタンス５０ｅを流れ、スナバコンデンサ３２に吸収される。このとき線路のインダクタンス５０ｂ、インダクタンス５０ｄ、インダクタンス５０ｅとスナバコンデンサ３２との間で共振が発生する。この共振の発生時間は、インダクタンス５０ｂ、インダクタンス５０ｄ、インダクタンス５０ｅに依存し、インダクタンスが小さいほどその発生時間は短い。

近年、シャント抵抗３３に流れる電流を直接またはフィルタリングと増幅を行い、Ａ／Ｄ変換機に入力しサンプリングし、マイコンもしくはモータ相電流推定回路に入力し、モータの相電流を推定する駆動方式が実用化された。その場合、この共振の発生タイミングで、シャント電流をサンプリングした場合、実際モータに流れていない電流が加算された状態で、電流サンプリングを行うこととなり、正確な制御ができない。またこの共振時間を避けてサンプリングしようとした場合、スイッチ時間が共振時間より短い場合、理論的に電流サンプリングが不能となる。よって短いスイッチ時間の時にはモータ電流が見えないことになり、制御ができない。この共振時間の大小は、制御上非常に重要な要素となる。実施の形態１〜７では従来の１枚のプリント基板で配線していた場合と比べ、配線インダクタンスを１／１０にできるので、共振の発生時間もワンオーダ減らすことができ、シャント抵抗３３の電流をサンプリングしてブラシレス直流モータ１４を制御する場合、検出不能時間を飛躍的に短くでき、それによる電流検出制約を著しく低減できる。また共振のエネルギーは理論的には線路インダクタンスと電流の二乗との積となるので、共振による発生ノイズのエネルギーも１／１０となる。

さらに、実施の形態１〜７では、これまで述べてきたように電解コンデンサ９をパワーデバイスの５０ｍｍ程度の近傍に配置する構造とすることができる。従来のプリント基板では電解コンデンサ９を発熱部品や放熱フィン３５から遠くに配置するためジャンパー線を用い、約５００ｍｍの線路長になる場合もあった。これらの線路長が短くなることで、インダクタンス５０ａ、 インダクタンス５０ｃの線路インダクタンスも１／１０となり、線路インダクタンスとコンデンサの共振により発生する、ノイズのエネルギーも１／１０に低減することができる。また近傍配置により、プリント基板上の無駄な配線や、リード線が不要となり、材料効率もよい。

このように、パワーデバイス周辺のわずかな配線を、制御基板（片面プリント基板３１）と別基板（リードフレームモールド基板１００）で行うことで、著しく材料効率があがり、さらに駆動に重要なモータ電流の検出精度向上と、発生ノイズも低減できる。

実施の形態９．
図１６、図１７は実施の形態９を示す図で、図１６は金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置平面図、図１７はリード折り曲げ後のリードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１の平面図である。

図１６により、金属板リード３７折り曲げ前のリードフレームモールド基板１００と実装部品の配置について、更に説明する。

図１６において、メッキを施した銅や黄銅で構成される金属板リード３７は、モールド樹脂３６でモールドされてリードフレームモールド基板１００が形成される。金属板リード３７には、パワー回路の電子部品の中の、交流側リアクトル３及び電解コンデンサ９を除く、パワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４、シャント抵抗７が実装される。

パワーモジュール１１のパワー端子３０（図１６に点線で囲んで示す）の一部は、金属板リード３７に接続されるが、残りのパワー端子３０と制御配線端子３９（図１６に点線で囲んで示す）は、片面プリント基板３１に接続される。

また、パワースイッチ素子４もパワー端子と制御配線端子とを有するが、パワー端子は金属板リード３７に接続され、制御配線端子は片面プリント基板３１に接続される。

金属板リード３７は、同一電位のパターン毎に二本付与される。金属板リード３７は配線パターンと同一板金から、型で打ち抜くことで作製される。また放電加工もしくはレーザー加工機等の自動機で切り取ることで作製しても良い。またエッチング加工等により作製してもよい。これらの方法で金属リードを作製する場合、同一母材から不要部分を除いて作製するので、金属リードの本数や、形状により、母材の使用量は変わらない。

図１７に示すように、片面プリント基板３１に、パワー回路の電子部品の中の、交流側リアクトル３及び電解コンデンサ９を除く、パワーモジュール１１、スナバコンデンサ３２、シャント抵抗３３、ダイオードブリッジ２、ダイオードブリッジ３８、パワースイッチ素子４、シャント抵抗７が実装され、金属板リード３７が折り曲げられたリードフレームモールド基板１００と、電解コンデンサ９とが実装される。

リードフレームモールド基板１００は、図１７に示されるように片面プリント基板３１の１／２以下の小さなサイズで、片面プリント基板３１と平行にその中心より長手方向端部よりに配置される。またリードフレームモールド基板１００の長手方向が、図１７に示されるように、片面プリント基板３１の短手方向に配置される。

複数の金属板リード３７は折り曲げられ、片面プリント基板３１の部品面３１ｂから半田面３１ａに向け貫通している。また、電解コンデンサ９は、貫通した金属板リード３７の近い位置に配置される。片面プリント基板３１でのパワー配線を極力短くするためである。電解コンデンサ９は背が高いので、パワースイッチング素子４等の反対側に配置することで、片面プリント基板３１上のパワー配線を短くするとともに、図１７には示していないがパワーデバイス上に配置される放熱フィン３５とはリードフレームモールド基板１００に対し逆位置となり、容積効率が上がる。また電解コンデンサ９は寿命の温度依存性が高い。高価格の部品である電解コンデンサ９の同一温度の寿命を上げるのはコスト的には有効でない。このため、本実施の形態のような配置とし、発熱部品から遠ざけることで寿命を上げられる。また、電流検出用のシャント抵抗７、シャント抵抗３３を、リードフレームモールド基板１００に実装することで、その他の部品を搭載した片面プリント基板３１及び本回路を搭載した電気品箱９４の面積・容積を著しく小さくできる。さらに、パワー配線のインダクタンス低下による、低ノイズ化が可能である。さらに半田切れ等に対する回路および機器の信頼性を高めることが可能である。

また、リードフレームモールド基板１００を型成型で製作する場合の型形状の変更のみで、追加部品を用いることなく、放熱フィン３５と電解コンデンサ９間に隔壁（図示せず）を設けることができ、隔壁により熱絶縁することで電解コンデンサ９の周辺温度を下げることが容易にできる。電解コンデンサ９の周囲の温度を下げることにより、周囲温度による電解液のドライアップ等で、インバータ回路の寿命のネックとなる電解コンデンサ９の寿命を延ばし、圧縮機用電動機の駆動回路３００やそれを搭載した空気調和機の寿命を向上させることができる。

リードフレームモールド基板１００と片面プリント基板３１間の端子数を、母材の使用量を変えないで、複数化できることから、重量部品である放熱フィン３５を含むパワー素子の重量に起因する、端子一本当たりが受ける荷重を母材の使用量を変えずに、低減することができる。これにより片面プリント基板３１と金属板リード３７間の半田にかかる応力を低減することができ、半田部の長期信頼性を確保することができる。また本来荷重部の半田強度を増すために、片面基板では金属の鳩目を、基板にカシメで事前に取り付ける必要があったが、端子の複数化で荷重分散を行い、端子当たりの応力を低減することで、鳩目とその取付が不要となり経済性を向上することができる。リードフレームモールド基板１００を複数面のプリント基板とした場合も、母材の増加はあるものの、同様に端子を複数化することで鳩目とその取り付けが不要となる効果が得られることは自明である。

尚、実施の形態３乃至実施の形態９のいずれかを適用した電動機の駆動回路を空気調和機の室外機２００に搭載すれば、信頼性の高い空気調和機の室外機２００を得ることができる。

１ 交流電源、２ ダイオードブリッジ、３ 交流側リアクトル、４ パワースイッチ素子、７ シャント抵抗、９ 電解コンデンサ、１１ パワーモジュール、１１ａ スイッチ素子、１１ｂ ダイオード、１４ ブラシレス直流モータ、１６ ＣＰＵ、３０ パワー端子、３１ 片面プリント基板、３１ａ 半田面、３１ｂ 部品面、３２ スナバコンデンサ、３３ シャント抵抗、３４ 樹脂スペーサ、３５ 放熱フィン、３７ 金属板リード、３８ ダイオードブリッジ、３９ 制御配線端子、５０ａ インダクタンス、５０ｂ インダクタンス、５０ｃ インダクタンス、５０ｄ インダクタンス、５０ｄ インダクタンス、５０ｅ インダクタンス、６０ 反交流側リアクトル３側の交流電源配線、８０ 端子、８１ アクチュエータ駆動回路、８２ ノイズフィルタ、８３ 制御電源、８４ ファンインバータ、８５ 通信回路、８６ 圧縮機、８７ 熱交換器、９０ 電気品箱、９２ プロペラファン、９２ａ ファンモータ、９４ 電気品箱、１００ リードフレームモールド基板、１０１ 突起、１０１ａ 突起、１０１ｂ 突起、１０１ｃ 突起、１０１ｄ 突起、１０２ 突起、１０２ａ 突起、１０２ｂ 突起、１０３ 半田、１３１ 両面プリント基板、２００ 空気調和機の室外機、２００ａ 機械室、２００ｂ 送風機室、３００ 圧縮機用電動機の駆動回路、３００ａ インバータ回路、３００ｂ コンバータ回路。

Claims (19)

1. コンバータ回路及びインバータ回路を用いて電動機を駆動する電動機の駆動回路において、
   制御回路用のプリント基板と、
   前記プリント基板の部品面にスペーサ用のモールド樹脂で構成される突起により所定の距離をおいて実装され、金属板リードを前記モールド樹脂が一体にモールドされたリードフレームモールド基板と、
   前記コンバータ回路及び前記インバータ回路を構成する電子部品を含む発熱部品を冷却する放熱フィンと、を備え、
   前記リードフレームモールド基板には、前記コンバータ回路及び前記インバータ回路を構成する前記電子部品が該電子部品の高さが他の前記発熱部品と高さが揃うように調整され、前記モールド樹脂と一体に構成される高さ調整用の突起を間にして実装されるとともに、前記インバータ回路のスナバコンデンサとシャント抵抗とが実装され、
   前記プリント基板の前記部品面には、前記コンバータ回路の電解コンデンサが実装され、
   前記電子部品のパワー端子は一旦前記リードフレームモールド基板に接続され、その後前記リードフレームモールド基板の前記金属板リードが前記プリント基板と結合され、前記電子部品の制御配線端子は前記プリント基板に接続されることを特徴とする電動機の駆動回路。
2. 前記スペーサ用のモールド樹脂で構成される突起の上にさらに別の突起を設け、この別の突起を前記プリント基板にあけた穴と嵌合させることを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
3. 前記金属板リードを折り曲げて、前記リードフレームモールド基板と前記プリント基板との接続を行うことを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
4. 前記パワー端子と前記リードフレームモールド基板との接続及び前記制御配線端子と前記プリント基板との接続は、半田付けによりなされることを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
5. 前記プリント基板を、片面プリント基板で構成したことを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
6. 前記片面プリント基板を、紙基材で構成したことを特徴とする請求項５記載の電動機の駆動回路。
7. 前記プリント基板を両面プリント基板で構成したことを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
8. 機械室に冷媒を圧縮する圧縮機を有する空気調和機の室外機において、
   請求項７記載の電動機の駆動回路を搭載した電気品箱を、前記圧縮機の上面に取り付けることを特徴とする空気調和機の室外機。
9. 前記電動機の駆動回路は加速度センサを有することを特徴とする請求項８記載の空気調和機の室外機。
10. 前記電子部品はダイオードブリッジを有し、前記リードフレームモールド基板の長手方向の端部に前記ダイオードブリッジを配置することを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
11. 交流電源に接続される反交流側リアクタ側の交流電源配線を有し、前記プリント基板の端部付近で、前記ダイオードブリッジが配置された前記リードフレームモールド基板の長手方向の端部近傍に、前記反交流側リアクタ側の交流電源配線を形成することを特徴とする請求項１０記載の電動機の駆動回路。
12. 前記リードフレームモールド基板を、前記プリント基板に垂直に実装したことを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
13. 前記プリント基板に対し、前記電子部品のパワーデバイスを垂直に実装することを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
14. 前記パワーデバイスはパワーモジュールを有し、前記パワーモジュールの制御配線端子およびパワー端子を直線状に配置することを特徴とする請求項１３記載の電動機の駆動回路。
15. 前記リードフレームモールド基板作製時に、前記電動機との接続を行うコネクタを前記リードフレームモールド基板上に同時に作製することを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
16. 前記リードフレームモールド基板は、前記プリント基板の１／２以下の大きさであることを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
17. 前記シャント抵抗に流れる電流をサンプリングして前記電動機を駆動することを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
18. 前記コンバータ回路は電解コンデンサを有し、前記コンバータ回路及び前記インバータ回路を構成する電子部品が実装された前記リードフレームモールド基板の近傍に前記電解コンデンサが実装されることを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動回路。
19. 請求項１記載の電動機の駆動回路を搭載したことを特徴とする空気調和機の室外機。

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