JP6609860B2 - 基板、電動圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

基板、電動圧縮機、及び空気調和機 Download PDF

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Description

本発明は、基板、電動圧縮機、及び空気調和機に関する。
車載用空気調和機は、例えば、車両内の限られた空間に各種構成機器を収容する必要性から、高い省スペース性が要求されている。このため、近年、省スペース性を高める目的で、車載用空気調和機を構成する圧縮機と、圧縮機を駆動するためのモータと、モータを制御するための回路基板と、が一体に構成された一体型電動圧縮機が提供されている。このような一体型電動圧縮機に用いられる回路基板では、スイッチング素子であるＩＧＢＴが実装されている。
このような回路基板では、ＩＧＢＴのような素子は半田付けによって基板本体に実装されている。例えば、特許文献１には、回路基板として、基板上のボンディングスティッチ部と複数のボンディングパッドとが、ボンディングワイヤーによって接続されたプリント配線板が開示されている。このプリント配線板には、半田ペースト等のソフトソルダーから浸み出した有機溶剤等の汚染物質が、ボンディングが施されるボンディングスティッチ部に流出しないようにソルダーレジストまたはシルクが設置されている。
特開２０００−５９０１６号公報
ところで、半田付けによって基板本体に対して素子を実装する場合、半田の流動性を向上させるためにフラックスが塗布される場合がある。このフラックスは、流動性が非常に高いため、フラックスを塗布するべき領域外へ流出してしまうおそれがある。
例えば、回路基板を圧縮機等の筐体に固定するネジを挿通するための固定孔の周囲に形成されたランドにフラックスが流出してしまうおそれがある。フラックスがこのランドまで流出してしまうことで、フラックスによって導通不良が引き起こされ、ネジによって回路基板と筐体とを固定しても、回路基板と筐体とを電気的に接続できなくなってしまうおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、フラックスによる導通不良を抑制することが可能な基板、電動圧縮機、及び空気調和機を提供することを目的とする。
また、本発明の第一の態様における基板は、基板本体と、前記基板本体の表面において半田流動性を促すフラックスが塗布されたフラックス塗布部と、前記フラックス塗布部と離間して前記基板本体の表面に配置され、導通可能とされた導通部と、前記基板本体の表面における前記フラックス塗布部と前記導通部との間に配置され、前記フラックス塗布部及び前記導通部よりも前記基板本体の表面からの高さが高く形成されたレジスト部と、前記レジスト部と前記導通部との間に配置され、シルク印刷によって設けられたシルク部と、を備える。
このような構成によれば、フラックスの移動がレジスト部によって阻害できるだけでなく、シルク部によっても阻害することができる。したがって、フラックス塗布部から導通部へのフラックスの流出を高い精度で抑制することができる。
また、本発明の他の態様における基板では、前記導通部は、筐体と前記基板本体とを固定するネジが挿通されるよう前記基板本体に形成された固定孔の周囲を囲むように配置されていてもよい。
このような構成によれば、導通部が固定孔の周囲を囲むように配置されていることで、ネジによって基板本体と筐体とを固定した場合に、ネジは導通部を介して導通される。フラックスによる導通部での導通不良を抑制していることで、ネジで固定した際の導通を安定して確保することができる。
また、本発明の他の態様における基板では、前記フラックス塗布部よりも前記基板本体の表面からの高さが高く形成された土台部を備え、前記シルク部は、前記土台部上に配置されていてもよい。
このような構成によれば、インクの層の厚みだけでなく、土台部の高さだけ基板本体の表面から突出した状態でシルク部を形成することができる。したがって、レジスト部を超えてシルク部に流出したフラックスが、シルク部を超えて導通部に流出することをより抑制できる。
また、本発明の他の態様における電動圧縮機は、上述した基板と、前記基板から供給される交流電力に基づいて動作するモータと、を備える。
また、本発明の他の態様における空気調和機は、上述した電動圧縮機を有し、車両に搭載されている。
本発明によれば、シルク部によってフラックスの流出を抑え、フラックスによる導通不良を抑制することができる。
本実施形態に係る電力変換用回路基板を説明する模式図である。 本実施形態に係る電力変換用回路基板の断面を説明する要部断面図である。 本実施形態の変形例に係る電力変換用回路基板の断面を説明する要部断面図である。
以下、本発明の実施形態における基板について図１及び図２に基づき、説明する。
基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ，ＰＣＢ）は、フラックスを用いて半田付けが必要な熱容量の大きな素子が実装されている。本実施形態の基板は、例えば、車両に搭載される空気調和機（カーエアコン）に利用される電動圧縮機に搭載される電力変換用回路基板１である。電力変換用回路基板１は、入力端子を通じて外部から供給された直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成する回路基板である。ここで、本実施形態に係る電力変換用回路基板１は、電力変換用回路基板１が出力する三相交流電力に基づいて動作する交流モータとともに、電動圧縮機に一体に搭載される。電動圧縮機（電力変換用回路基板１）は、車両に搭載されたバッテリー等から直流電力の入力を受け付ける。
本実施形態の電力変換用回路基板１は、図１に示すように、基板本体１０と、フラックス塗布部２０と、導通部３０と、レジスト部４０と、土台部６０と、シルク部５０とを有する。
基板本体１０は、直流を交流に変換する電力変換用回路（インバータ）を構成するための種々の回路素子が実装されるプリント基板である。基板本体１０は、平板状をなしている。ここで、図１における紙面左右方向を基板本体１０の長手方向Ｄ１とし、紙面上下方向を基板本体１０の短手方向Ｄ２とする。具体的には、基板本体１０は、円板状をなす本体部１０ａと、本体部１０ａから短手方向Ｄ２の一方（図１紙面左側）に矩形状をなして突出する突出部１０ｂとを有する。基板本体１０は、銅箔によってパターンが形成されている。これにより、基板本体１０は、高電圧が印加される高電圧回路や、低電圧が印加される低電圧回路がそれぞれ分かれて配置されている。
基板本体１０には、コンデンサやコイルやスイッチング素子等の各種素子を取り付けるためのスルーホール１１が形成されている。
スルーホール１１は、基板本体１０を貫通して形成されている。スルーホール１１は、素子が取り付けられる箇所に対応して、素子のリード部（不図示）が挿通可能な位置に複数形成されている。本実施形態のスルーホール１１は、楕円形状をなす貫通孔である。スルーホール１１は、その周囲を囲うように、基板本体１０の表面にリング状の導体パターンであるランドが形成されている。つまり、ランドは、スルーホール１１の縁に設けられている。ランドは、例えば、銅箔等の導通部材によって形成されている。スルーホール１１は、スイッチング素子が取り付けられる第一スルーホール１１ａと、コンデンサ等の他の素子が取り付けられる第二スルーホール１１ｂとを有する。
ここで、スイッチング素子は、低電圧回路からの駆動信号（ゲート入力）に基づいて、電流を流すＯＮ状態と、電流を遮断するＯＦＦ状態とに切り替わる素子である。スイッチング素子は、三相交流をなすＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各々に対応してそれぞれ２つずつ設けられる。本実施形態の基板本体１０には、長手方向Ｄ１に三つ並んだスイッチング素子が短手方向Ｄ２に離間して二列に並んで実装される。各スイッチング素子が規定されたタイミングでＯＮ及びＯＦＦを繰り返すことで、交流モータに三相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の交流電力が供給される。
スイッチング素子としては、本実施形態では、例えば、熱容量の大きな素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。スイッチング素子は、ピン状をなす複数のリード部が第一スルーホール１１ａに挿入された状態で半田付けされることで、基板本体１０に実装されている。リード部は、一つのスイッチング素子に対して三本ずつ設けられている。
なお、スイッチング素子は、ＩＧＢＴが代表的であるが、その他、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field effect transistor）等であってもよい。
本実施形態の第一スルーホール１１ａは、本体部１０ａの中央付近に形成されている。第一スルーホール１１ａは、スイッチング素子を取り付けられるように、短手方向Ｄ２に離間した二列にわたって長手方向Ｄ１に九箇所ずつ形成されている。
本実施形態の第二スルーホール１１ｂは、複数の第一スルーホール１１ａに対して離れた位置で本体部１０ａに形成されている。
基板本体１０には、図示しない電動圧縮機の筐体に固定される際にネジが挿通される固定孔１２が形成されている。固定孔１２は、円形状をなして基板本体１０を貫通している。固定孔１２は、基板本体１０の外周に沿うように互いに離間して複数設けられている。基板本体１０は、固定孔１２を介して電動圧縮機の筐体にネジ止めされる。
フラックス塗布部２０は、基板本体１０の表面における半田流動性を促すフラックスが塗布された領域である。本実施形態のフラックス塗布部２０は、スルーホール１１を囲むリング状のランド及びその周辺に設けられている。つまり、フラックス塗布部２０は、スルーホール１１を含むスルーホール１１の周囲の一定の領域である。フラックス塗布部２０は、フラックスが塗布されているものが、基板本体１０の表面とほとんど同じ高さとなっている。本実施形態のフラックス塗布部２０は、第一スルーホール１１ａに対して、複数をまとめて囲むように形成されている。フラックス塗布部２０は、第二スルーホール１１ｂを一つずつ囲むように形成されている。
導通部３０は、導通可能な部材によって形成されている。導通部３０は、固定孔１２を囲むようにリング状をなしている。つまり、本実施形態の導通部３０は、接地配線に接続された接地用のランドとして、固定孔１２の縁に設けられている。導通部３０は、例えば、銅箔等の導通部材によって形成されている。固定孔１２にネジが挿通されて基板本体１０が固定されることで、当該固定孔１２の縁に設けられた導通部３０とネジの頭部とが接触し、電力変換用回路基板１が導通される。
レジスト部４０は、基板本体１０の表面の一部を覆っている。レジスト部４０は、内部の銅箔によって回路パターンが形成された領域を保護する絶縁層である。本実施形態のレジスト部４０は、図２に示すように、基本本体の表面におけるフラックス塗布部２０と導通部３０との間に配置されている。レジスト部４０は、フラックス塗布部２０や導通部３０よりも、基板本体１０の表面からの高さが高く形成されている。つまり、レジスト部４０は、基板本体１０の表面にレジストが施されることで、レジストの層の厚み分だけ、基板本体１０の表面から突出している。
土台部６０は、図１に示すように、レジスト部と導通部３０との間に配置されている。土台部６０は、図２に示すように、フラックス塗布部２０や導通部３０よりも基板本体１０の表面からの高さが高く形成されている。本実施形態の土台部６０は、フラックス塗布部２０や導通部３０よりも基板本体１０の表面からの高さが高く、レジスト部４０よりも基板本体１０の表面からの高さが低く形成されている。土台部６０は、レジスト部４０と同様の材料で構成されていてもよい。
シルク部５０は、図１に示すように、レジスト部と導通部３０との間に配置されている。シルク部５０は、基板本体１０にシルク印刷されることで設けられている。したがって、シルク部５０は、インクによって形成された層の厚みだけ厚く形成されている。シルク部５０は、図２に示すように、フラックス塗布部２０や導通部３０よりも基板本体１０の表面からの高さが高く形成されている。本実施形態のシルク部５０は、土台部６０上にシルク印刷されることで形成されている。これにより、本実施形態のシルク部５０は、基板本体１０の表面からシルク部５０の表面までの高さが、基板本体１０の表面からレジスト付きランドの表面までの高さと同程度の位置とされている。
また、本実施形態のシルク部５０は、導通部３０を囲むように、導通部３０の外周に隣接して設けられている。フラックス塗布部２０に近い位置に配置されているシルク部５０の一部は、導通部３０だけでなく、レジスト部４０とも隣接している。
また、電力変換用回路基板１には、シルク部５０と同様にシルク印刷によって設けられたＩＧＢＴシルク部７０が形成されている。ＩＧＢＴシルク部７０は、第一スルーホール１１ａに対して短手方向Ｄ２に離間した位置に形成されている。ＩＧＢＴシルク部７０は、複数の第一スルーホール１１ａと平行に配置されるように、長手方向Ｄ１の直線状をなして延びている。
上記のような基板の製造方法及び基板の製造装置によれば、フラックス塗布部２０と導通部３０との間に、レジスト部４０及びシルク部５０が設けられている。そのため、フラックス塗布部２０に塗布されたフラックスの移動をレジスト部４０によって阻害することができるだけでなく、シルク部５０によっても阻害することができる。具体的には、レジスト部４０がフラックス塗布部２０よりも高く形成されている。これにより、レジスト部４０を乗り越えなければ、フラックス塗布部２０からシルク部５０にフラックスが流出することがないために、シルク部５０へのフラックスの流出を抑制できる。加えて、レジスト部４０と導通部３０との間にシルク部５０が設けられている。そのため、仮にレジスト部４０を越えてフラックスが流出しても、インクの層の厚みの分だけ基板本体１０の表面から高くなっているシルク部５０によって、導通部３０までフラックスの流出することを抑制できる。したがって、フラックス塗布部２０から導通部３０へのフラックスの流出を高い精度で抑制することができる。これにより、レジスト付きランド部とシルク部５０とによってフラックスの移動を阻害して、導通部３０におけるフラックスによる導通不良を抑制することができる。
また、導通部３０が固定孔１２の周囲を囲むように配置されていることで、ネジによって基板本体１０と筐体とを固定した場合に、ネジは導通部３０を介して導通される。フラックスによる導通部３０での導通不良を抑制していることで、ネジで固定した際の電力変換用回路基板１の導通を安定して確保することができる。
また、シルク部５０が土台部６０上にシルク印刷されて形成されることで、インクの層の厚みだけでなく、土台部６０の高さだけ基板本体１０の表面から突出した状態とすることができる。したがって、レジスト部４０を超えてシルク部５０に流出したフラックスが、シルク部５０を超えて導通部３０に流出することをより抑制できる。
特に本実施形態では、基板本体１０の表面からシルク部５０の表面までの高さが、基板本体１０の表面からレジスト付きランドの表面までの高さと同程度の位置とされている。これにより、レジスト部４０を超えてシルク部５０に流出したフラックスが、シルク部５０を超えて導通部３０に流出することをより一層抑制できる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
なお、本実施形態で製造される基板を電力変換用回路基板１としたが、これに限定されるものでなく、フラックスを用いて熱容量の大きな素子が半田付けで実装される基板であればよい。
また、熱容量の大きな素子として、ＩＧＢＴを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、コンデンサやコイル等の半田付けによって実装される熱容量の大きな素子であればよい。
また、シルク部５０は、図２に示すように、レジスト部４０と並んで形成されているがこのような配置に限定されるものではない。つまり、シルク部５０は、レジスト部と導通部３０との間に配置されていればよい。したがって、図３の本願発明の変形例に示すように、シルク部５０は、レジスト部４０との間に隙間が形成されるように、レジスト部４０と間隔を空けて配置されていてもよい。また、土台部６０を設けずに、基板本体１０に対して直接シルク印刷を施すことで、シルク部５０を形成してもよい。この際、インクの層の厚みによって、レジスト部４０と同程度の高さまで基板本体１０の表面から突出した状態でシルク部５０を形成することが好ましい。
また、電力変換用回路基板１は、シルク部５０が単独にて配置される構成としてもよい。つまり、電力変換用回路基板１は、必ずしもレジスト部４０や土台部６０などを配置する必要はない。この際、電力変換用回路基板１は、フラックスなどの塗布剤に対する塗布禁止エリアとなる領域を保護するようシルク部５０を配置する。
１…電力変換用回路基板 １０…基板本体 １０ａ…本体部 １０ｂ…突出部 １１…スルーホール １１ａ…第一スルーホール １１ｂ…第二スルーホール １２…固定孔 ２０…フラックス塗布部 ３０…導通部 ４０…レジスト部 ５０…シルク部 ６０…土台部 ７０…ＩＧＢＴシルク部 Ｄ１…長手方向 Ｄ２…短手方向

Claims (7)

  1. 基板本体と、
    前記基板本体の表面において半田流動性を促すフラックスが塗布されたフラックス塗布部と、
    前記フラックス塗布部と離間して前記基板本体の表面に配置され、導通可能とされた導通部と、
    前記基板本体の表面における前記フラックス塗布部と前記導通部との間に配置され、前記フラックス塗布部及び前記導通部よりも前記基板本体の表面からの高さが高く形成されたレジスト部と、
    前記レジスト部と前記導通部との間に配置され、シルク印刷によって設けられたシルク部と、を備える基板。
  2. 前記導通部は、筐体と前記基板本体とを固定するネジが挿通されるよう前記基板本体に形成された固定孔の周囲を囲むように配置されている請求項１に記載の基板。
  3. 前記フラックス塗布部よりも前記基板本体からの高さが高く形成された土台部を備え、
    前記シルク部は、前記土台部上に配置されている請求項１又は請求項２に記載の基板。
  4. 基板本体と、
    前記基板本体の表面において半田流動性を促すフラックスが塗布されたフラックス塗布部と、
    前記フラックス塗布部と離間して前記基板本体の表面に配置され、導通可能とされた導通部と、
    前記基板本体の表面における前記フラックス塗布部と前記導通部との間に配置され、シルク印刷によって設けられたシルク部と、
    前記フラックス塗布部よりも前記基板本体からの高さが高く形成された土台部と、を備え、
    前記シルク部は、前記土台部上に配置されている基板。
  5. 基板本体と、
    前記基板本体の表面において半田流動性を促すフラックスが塗布されたフラックス塗布部と、
    前記フラックス塗布部と離間して前記基板本体の表面に配置され、導通可能とされた導通部と、
    前記基板本体の表面における前記フラックス塗布部と前記導通部との間に配置され、前記フラックス塗布部よりも前記基板本体の表面からの高さが高く形成されたレジスト部と、
    前記レジスト部と前記導通部との間に配置され、シルク印刷によって設けられたシルク部と、
    前記フラックス塗布部よりも前記基板本体からの高さが高く形成された土台部と、を備え、
    前記シルク部は、前記土台部上に配置されている基板。
  6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の基板と、
    前記基板から供給される交流電力に基づいて動作するモータと、
    を備える電動圧縮機。
  7. 請求項６に記載の電動圧縮機を有し、
    車両に搭載されている空気調和機。
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