JPWO2019180859A1 - 制御装置の製造方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

制御装置（１７）の製造方法は、板状のプリント回路基板（１８）に貫通された端子孔（３０）に少なくとも２つの半導体素子（２１）の各端子（２８）を差し込むステップと、プリント回路基板（１８）の半導体素子（２１）が取り付けられる特定位置に貫通され、連結ネジ（３６）の全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する大口孔に連結ネジ（３６）を挿通し、連結ネジ（３６）により半導体素子（２１）をヒートシンク（２３）に連結するステップと、端子孔（３０）に差し込まれた端子（２８）を半田付けするステップとを含む。

Description

本発明の実施形態は、制御装置の製造方法および制御装置に関する。

従来、電源回路またはインバータ装置などの制御装置では、搭載される半導体素子などの発熱素子から発生する熱をヒートシンクにより放熱している。このような制御装置では、銅箔などで配線パターンが形成されたプリント回路基板（以下、基板という。）に、発熱素子が半田付けされ、その後、ヒートシンクが取り付けられる。このため、発熱素子が基板に対して傾いて半田付けされると、発熱素子とヒートシンクとが密着せずに隙間ができてしまい、ヒートシンクへの熱伝導が悪くなり、発熱素子を円滑に冷却できなくなる。そこで、発熱素子をホルダに保持させてから基板に取り付けることで、発熱素子とヒートシンクとの密着させる技術が知られている。

特開２００５−１０６３０９号公報

発熱する複数の半導体素子が１枚の基板に取り付けられ、かつそれらの素子が１つのヒートシンクに固定される場合、先に基板に対して複数の半導体素子を半田付けで固定してしまうと、各半導体素子の上面の高さ位置が揃わず、半導体素子とヒートシンクとの間に隙間が生じてしまい、ヒートシンクによる放熱効率が低下してしまう。一方、先にヒートシンクに対して複数の半導体素子を固定してしまうと、ヒートシンクにより一体化された複数の半導体素子の多数の端子を、同時に基板の端子孔に差し込まなければならず、その差込作業に手間取り、制御装置の製造効率が悪くなる。

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、ヒートシンクによる放熱効率を維持しつつ、制御装置の製造効率を向上させることができる制御装置の製造方法および制御装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る制御装置の製造方法は、板状のプリント回路基板に貫通された端子孔に少なくとも２つの半導体素子の各端子を差し込むステップと、前記プリント回路基板の前記半導体素子が取り付けられる特定位置に貫通され、連結ネジの全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する大口孔に前記連結ネジを挿通し、前記連結ネジにより前記半導体素子をヒートシンクに連結するステップと、前記端子孔に差し込まれた前記端子を半田付けするステップと、を含む。

本発明の実施形態に係る制御装置の製造方法は、少なくとも１つの前記半導体素子が間に設けられる少なくとも２つの突起部により前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間隔を保つステップを含む。

本発明の実施形態に係る制御装置の製造方法は、少なくとも１つの前記突起部が設けられたスペーサ部材の係合部を前記大口孔に係合させるステップを含む。

本発明の実施形態に係る制御装置の製造方法は、前記プリント回路基板に貫通され、固定ネジが掛止される固定孔に前記固定ネジを挿通し、前記固定ネジにより前記ヒートシンクを前記プリント回路基板に固定させるステップを含む。

本発明の実施形態に係る制御装置は、少なくとも２つの半導体素子の各端子が差し込まれる端子孔が貫通された板状のプリント回路基板と、前記プリント回路基板の前記半導体素子が取り付けられる特定位置に貫通され、前記半導体素子をヒートシンクに連結させる連結ネジの全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する大口孔と、前記半導体素子が前記ヒートシンクに密着した状態で前記端子孔に差し込まれた前記端子を接続する半田と、を備える。

本発明の実施形態に係る制御装置は、前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間隔を保ち、少なくとも１つの前記半導体素子が間に設けられる少なくとも２つの突起部を備える。

本発明の実施形態に係る制御装置において、前記突起部が合成樹脂により形成される。

本発明の実施形態に係る制御装置は、少なくとも１つの前記突起部が設けられたスペーサ部材と、前記スペーサ部材に設けられ、前記大口孔に係合される係合部と、を備える。

本発明の実施形態に係る制御装置は、前記プリント回路基板に貫通され、前記ヒートシンクを前記プリント回路基板に固定させる固定ネジが掛止される固定孔を備える。

本発明の実施形態に係る制御装置において、複数の前記半導体素子が１００ｍｍ以上、３００ｍｍ未満の長さで一列に並んで前記プリント回路基板に取り付けられ、前記ヒートシンクが前記半導体素子の列に沿って延びる直線状を成す。

空気調和機の室外機の外観を示す斜視図。 室外機を示す分解斜視図。 電気部品箱を示す斜視図。 スペーサ部材が取り付けられる前のプリント回路基板を示す平面図。 スペーサ部材が取り付けられた後のプリント回路基板を示す平面図。 半導体素子を用いた制御装置を示すブロック図。 第１スペーサ部材を示す斜視図。 第１スペーサ部材を示す底面図。 第１スペーサ部材を示す側断面図。 第２スペーサ部材を示す斜視図。 第２スペーサ部材を示す底面図。 第２スペーサ部材を示す側面図。 メインヒートシンク、サブヒートシンク、半導体素子、スペーサ部材およびプリント回路基板を示す側断面図。 スペーサ部材が取り付けられた後のプリント回路基板を示す側断面図。 半導体素子が取り付けられた後のプリント回路基板を示す側断面図。 サブヒートシンクが取り付けられた後のプリント回路基板を示す側断面図。 メインヒートシンクが取り付けられた後のプリント回路基板を示す側断面図。 制御装置の製造方法を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、制御装置の製造方法の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の制御装置として、空気調和機の圧縮機を駆動するインバータ装置を含む室外制御器を例にとって説明する。図１の符号１は、空気調和機の室外機である。空気調和機は、室外に設置される室外機１と室内に設置される室内機（図示略）とで構成される。室外機１と室内機とは、冷媒を循環させる冷媒配管を介して接続されている。そして、室外機１と室内機との間で冷媒を循環させることで冷凍サイクルが構成される。

図１に示すように、室外機１は、縦長の箱状を成す筐体２を備える。この筐体２には、側面と背面の一部に開口部３が形成されている。また、筐体２の正面側には、上下２つの吹出口４が開口され、これらの吹出口４に網目状のファンガード５が設けられている。

図２に示すように、筐体２の内部は、仕切板６により熱交換室７と機械室８とに分けられている。熱交換室７には、熱交換器９が設けられるとともに、上下２つの送風機１０が設けられている。この送風機１０は、それぞれが、筐体２の正面側の２つのファンガード５に対応する位置に設けられている。

送風機１０は、ファンモータ１１と、このファンモータ１１の回転軸に取り付けられたプロペラ型のファン１２から成る。ファンモータ１１を駆動させることで、ファン１２が回転される。そして、筐体２の開口部３から空気が流れ込み、この空気と熱交換器９の内部を流れる冷媒との間で熱交換が行われ、熱交換後の空気がファンガード５の取り付けられた吹出口４から吹き出されるようになっている。

機械室８には、ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機１３と、液冷媒を貯めるアキュムレータ１４と、冷媒配管の冷媒の流れを切り換える四方弁１５とが設けられている。さらに、機械室８には、電気部品箱１６が設けられている。この電気部品箱１６には、ファンモータ１１および圧縮機１３などの各種機器に電力を供給するとともに制御を行うためのインバータ装置を含む室外制御器である制御装置１７が収容されている。

図３に示すように、板金で形成された電気部品箱１６には、制御装置１７を構成するプリント回路基板１８（以下、基板１８という。）が収容されている。この基板１８には、コンデンサ１９などの各種部品が半田で取り付けられている。また、電気部品箱１６には、各種配線が接続される端子台２０などの部品も収容されている。

基板１８は、四角形状を成す板状の部材である。この基板１８には、実装される半導体素子２１（図１３参照）を冷却するためのメインヒートシンク２２が設けられる。このメインヒートシンク２２は、熱的に一体化されたサブヒートシンク２３（図１７参照）を介して半導体素子２１に接触する。なお、メインヒートシンク２２は、複数枚のフィン２４が設けられ、熱伝達率の高いアルミニウムなどの金属で形成された部材である。一方、サブヒートシンク２３は、メインヒートシンク２２と同様に熱伝達率の高いアルミニウムなどの金属で形成された平坦な板状部材である。

メインヒートシンク２２は、雨水の浸入を避けるために箱状を成すヒートシンクダクト２５により覆われている。ヒートシンクダクト２５には、２箇所に空気が流れる流通口２６が開口されている。ファン１２に回転によって形成され、このヒートシンクダクト２５の内部を流れる空気によってメインヒートシンク２２の放熱がなされ、この結果、サブヒートシンク２３および半導体素子２１も冷却される。放熱部品であるヒートシンクをメインヒートシンク２２とサブヒートシンク２３とに分割しているのは、メインヒートシンク２２が複数枚のフィン２４を持った大形の部品であることから、製造上での取り扱いが面倒なためである。

図４および図５は、基板１８を上面側（表面側）から見たときの図である。この上面側に各種部品が取り付けられ、下面側（裏面側）から半田付けが成される。

図５に示すように、基板１８には、コンデンサ１９およびインダクタ２７などの各種電気部品が取り付けられる。また、メインヒートシンク２２が基板１８の片側の一部の範囲を覆うように取り付けられる。

なお、詳細な図示を省略するが、電気部品箱１６には、基板１８を固定するための複数のフックが設けられる。これらのフックによって基板１８は、電気部品箱１６に固定される。

基板１８において、メインヒートシンク２２が設けられる範囲には、複数の半導体素子２１が取り付けられる。本実施形態では、発熱量の大きい６つの半導体素子２１が設けられている。これらの半導体素子２１は、電力制御用に最適化され、高電圧で大電流を扱うパワー半導体素子である。そのために、これらの半導体素子２１の発熱量が高くなっている。

なお、半導体素子２１は、１つ若しくは複数の半導体チップが絶縁樹脂のパッケージに封入されたブロック状の部品である。また、半導体素子２１から多数の端子２８が下方に突出されている（図１３参照）。基板１８には、多数のプリント配線２９（銅箔パターン）が設けられるとともに、半導体素子２１の多数の端子２８が差し込まれる多数の円形若しくは長円形の端子孔３０が貫通されている。

複数の半導体素子２１は、直線状に横一列に並んで基板１８に取り付けられる。本実施例では、半導体素子２１の長手方向と、これらの半導体素子２１が並ぶ方向とが同一方向となっている。なお、これら半導体素子２１が並んだときの長さＬは、１００ｍｍ以上、３００ｍｍ未満の範囲であれば良い。

メインヒートシンク２２の下面と半導体素子２１の上面との間には、サブヒートシンク２３が設けられている（図１７参照）。つまり、半導体素子２１の熱は、サブヒートシンク２３を介してメインヒートシンク２２に伝導される。このサブヒートシンク２３は、半導体素子２１の列に沿って延びる直線状を成す。

このようにすれば、半導体素子２１の長辺側の側面には、他の半導体素子２１が近接されず、かつ複数の半導体素子２１が密集されないので、半導体素子２１の放熱効率を向上させることができる。また、基板１８におけるメインヒートシンク２２が設けられる範囲に冷却用の風を当てるだけで良いので、メインヒートシンク２２による放熱効率を向上させることができる。

本実施形態では、１つのサブヒートシンク２３の下面に、複数の半導体素子２１のそれぞれの上面に設けられる放熱面が密着して接触している。さらに、このサブヒートシンク２３の上面に、１つのメインヒートシンク２２の上面が密着して接触している（図１７参照）。

図１３に示すように、メインヒートシンク２２には、結合ネジ３１が上面側から挿通される挿通孔３２が貫通されている。そして、サブヒートシンク２３には、メインヒートシンク２２の挿通孔３２に挿通された結合ネジ３１が螺合される結合螺合孔３３が貫通されている。本実施形態では、サブヒートシンク２３の上面に放熱グリスを塗った状態で、複数の結合ネジ３１により、メインヒートシンク２２とサブヒートシンク２３が結合される。

次に、制御装置１７の回路構成を図６に示すブロック図を参照して説明する。制御装置１７の回路には、発熱素子として、力率改善回路を構成するスイッチング素子ＩＧＢＴである第１半導体素子２１Ａと、圧縮機１３に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第２半導体素子２１Ｂと、一方のファンモータ１１に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第３半導体素子２１Ｃと、他方のファンモータ１１に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第４半導体素子２１Ｄと、交流電源３４に接続される全波整流回路である第５半導体素子２１Ｅと、同じく交流電源３４に接続される全波整流回路である第６半導体素子２１Ｆが設けられる。以下、第１半導体素子２１Ａないし第６半導体素子２１Ｆを総称して半導体素子２１と呼ぶ場合がある。

第１半導体素子２１Ａは、ＩＧＢＴの単一素子のみがパッケージに収納される。第２半導体素子２１Ｂないし第４半導体素子２１Ｄ（ＩＰＭ）は、インバータを構成する６つのＩＧＢＴなどのスイッチング素子と、これを駆動する回路が１つのパッケージに収納される。

第１半導体素子２１Ａは、正負の各１つの入力端子とＩＧＢＴをＯＮ／ＯＦＦ駆動する入力端子を備えた３端子素子である。一方、第２半導体素子２１Ｂないし第４半導体素子２１Ｄのそれぞれは、正負の入力端子と、内部の６つのスイッチング素子を個別にＯＮ／ＯＦＦ駆動する６つの入力端子と、三相出力を行う３つの出力端子と、内部の温度センサの出力端子と、少なくとも１２本以上の端子を備えている。

第５半導体素子２１Ｅと第６半導体素子２１Ｆのそれぞれは、内部にブリッジ状に接続された４つのダイオードを収納し、２つの交流入力端子と２つの直流出力端子の計４つの端子を備えている。

そして、端子数の少ない、第１半導体素子２１Ａ、第５半導体素子２１Ｅおよび第６半導体素子２１Ｆは、素子のパッケージの片側から端子２８が導出される。また、端子数の多い第２半導体素子２１Ｂないし第４半導体素子２１Ｄでは、素子のパッケージの両側端から端子２８が導出されている。

このように第１半導体素子２１Ａ〜第６半導体素子２１Ｆの各端子数を合計すると少なくとも５０本、場合によっては１００本近くになる。これらを一体化した後に、全ての素子の端子２８を、対応する基板１８上の端子孔３０に挿入するのは困難を極める。なお、これらの半導体素子２１の中で、最も発熱量の大きい素子は、圧縮機１３を駆動するための大電流をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）でスイッチングする第２半導体素子２１Ｂである。

また、第１半導体素子２１Ａと第２半導体素子２１Ｂと第３半導体素子２１Ｃと第４半導体素子２１Ｄとのそれぞれに接続され、各素子の動作を制御する制御部３５が設けられている。この制御部３５により各素子のスイッチングが制御されて、圧縮機１３および２つのファンモータ１１が可変速駆動される。なお、制御部３５は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなり、これらの回路および素子も基板１８に設けられている。

第５半導体素子２１Ｅおよび第６半導体素子２１Ｆは、インダクタ２７を介して交流電源３４に接続される。さらに、第６半導体素子２１Ｆで整流された直流がコンデンサ１９を介して、第２半導体素子２１Ｂと第３半導体素子２１Ｃと第４半導体素子２１Ｄに供給される。

また、第１半導体素子２１Ａは、交流電源３４の正弦波の半波の特定タイミングで１回若しくは複数回ＯＮ／ＯＦＦすることで、交流電源３４からの電流を正弦波に近づけて力率を向上させる力率改善回路（高力率回路）を構成する。この第１半導体素子２１Ａは、正の半波と負の半波の両方でＯＮ／ＯＦＦする必要があるため、第５半導体素子２１Ｅの全波整流回路によって交流電源３４からの入力を整流するようになっている。

図４に示すように、基板１８の特定位置には、半導体素子２１をサブヒートシンク２３に連結する連結ネジ３６（図１３参照）のネジ頭、若しくはネジ頭を掛止させるワッシャよりも大きい開口寸法を有する複数の大口孔３７が貫通されている。つまり、大口孔３７は、連結ネジ３６のネジ頭を含めた全ての部分、および、これに付随するワッシャの全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する。即ち、この部分では、基板１８と半導体素子２１は固定されることがない。

なお、本実施形態の特定位置とは、基板１８における半導体素子２１およびサブヒートシンク２３が設けられる位置である。本実施形態の基板１８には、円形状を成す第１種の大口孔３７Ａと、長円孔状を成す第２種の大口孔３７Ｂとが設けられている。

また、それぞれの半導体素子２１には、基板１８の大口孔３７に挿通された連結ネジ３６が下面側から挿通される連結孔３８が貫通されている（図１３参照）。連結孔３８の開口寸法は、連結ネジ３６のネジ頭、またはネジ頭を掛止させるワッシャよりも小さくなっている。なお、本実施形態の連結孔３８は、半導体素子２１によって、その中央部に貫通される円形の孔部のものと、半導体素子２１の縁辺が円弧状に切り欠かれた切欠部であるものがある。

例えば、図５に示すように、この図中の左側から順に、第１半導体素子２１Ａ、第５半導体素子２１Ｅ、第６半導体素子２１Ｆ、第２半導体素子２１Ｂ、第３半導体素子２１Ｃ、第４半導体素子２１Ｄが一列に並んでいる。これらのうち、円形の孔部となった連結孔３８を備える半導体素子２１は、第１半導体素子２１Ａ、第５半導体素子２１Ｅ、第６半導体素子２１Ｆである。また、切欠部である連結孔３８を備える半導体素子２１は、第３半導体素子２１、第４半導体素子２１Ｄである。

なお、連結孔３８は、半導体素子２１における特定位置に対応する位置に貫通されている。また、サブヒートシンク２３には、半導体素子２１の連結孔３８に挿通された連結ネジ３６が下面側から螺合される連結螺合孔３９が貫通されている（図１３参照）。

基板１８の特定位置には、サブヒートシンク２３を基板１８に固定する固定ネジ４０（図１３参照）のネジ頭、またはネジ頭を掛止させるワッシャより小さい開口寸法を有する固定孔４１が貫通されている。つまり、固定孔４１は、固定ネジ４０のネジ頭、または、これに付随するワッシャの一部を挿通させない開口寸法となっている。なお、ワッシャを用いる場合には、固定孔４１の開口寸法が、固定ネジ４０のネジ頭よりも大きくても良い。

また、固定孔４１は、基板１８の縁辺から離れたほぼ中央位置であって、第２半導体素子２１Ｂと第３半導体素子２１との間の位置に貫通されている。

図１３に示すように、サブヒートシンク２３には、基板１８の固定孔４１に挿通された固定ネジ４０が螺合される固定螺合孔４２が設けられている。なお、この固定螺合孔４２は、横長の直線状を成すサブヒートシンク２３の両端部から離れたほぼ中央位置に設けられている。

このようにすれば、基板１８のほぼ中央位置がサブヒートシンク２３のほぼ中央位置に固定ネジ４０を介して固定されることで、基板１８の反りを防止することができる。なお、基板１８の反り返りとは、基板１８の中央位置が下方に向かって膨出される変形状態を示すもので、後述する半田付け工程の途中で発生しやすい。この反りを防止することで、基板１８の下面から突出される半導体素子２１の端子２８の突出長を確保することができ、良好な半田付けを行うことができる。

図４に示すように、基板１８に貫通された大口孔３７および固定孔４１は、半導体素子２１が取り付けられる位置に直線状に横一列に並んで配置されている。なお、基板１８の特定位置には、その他の長孔４３が貫通されていても良い。

図５に示すように、基板１８の特定位置には、スペーサ部材４４，４５が取り付けられる。本実施形態では、半導体素子２１が並ぶ方向に沿って直線状に延びる第１スペーサ部材４４と、この第１スペーサ部材４４よりも短寸の第２スペーサ部材４５とが設けられる。これらのスペーサ部材４４，４５は、ポリアミドなどの合成樹脂で形成されている。

図７から図９に示すように、第１スペーサ部材４４の中央部には、上方に突出される第１突起部４６が設けられている。この第１突起部４６は、平面視で正方形状を成し、その上面が平坦面となっている。

第１突起部４６の上面がサブヒートシンク２３の下面に接触されるとともに、第１突起部４６の下端が基板１８の上面に接触される（図１７参照）。また、第１突起部４６には、固定ネジ４０が挿通される挿通孔４８が貫通されている。なお、第１突起部４６の上面には、上方に膨出する小型の凸部４９が設けられている。

第１スペーサ部材４４には、第１突起部４６から両側方に延びる板状を成す延設片５０が設けられている。これらの延設片５０の厚みは、第１突起部４６の厚み（突出長）よりも薄くなっている。

なお、延設片５０の上面が半導体素子２１の下面に接触されるとともに、延設片５０の下面が基板１８の上面に接触される（図１５参照）。基板１８に半田付けを行う前において、半導体素子２１の下面が延設片５０の上面に接触されることで、半導体素子２１の高さ位置が規定される。

それぞれの延設片５０には、基板１８の大口孔３７に係合される複数の係合部５１が設けられる。これらの係合部５１は、外径が円形状を成す第１種の大口孔３７Ａの内径と一致する円筒形状を成し、下方に突出されている。それぞれの係合部５１が、対応する大口孔３７に係合されることで、第１スペーサ部材４４が基板１８に取り付けられる。

また、それぞれの係合部５１には、開口孔５３が貫通されている。これらの開口孔５３が貫通されていることで、係合部５１が開口孔５３に係合された状態であっても、連結ネジ３６を大口孔３７に挿通させることができる（図１５参照）。

また、所定の係合部５１の外周面には、凸条５５が設けられている。これらの凸条５５は、下方に向かって窄まる楔形状を成す。係合部５１が大口孔３７に係合されたときに、凸条５５が大口孔３７の内周に押し付けられることで、この係合部５１が抜け難くなる。なお、第１スペーサ部材４４の一方の延設片５０には、基板１８の長孔４３に対応する位置に、この長孔４３とほぼ同じ形状の孔５７が形成されている。

第１スペーサ部材４４には、４つの係合部５１が横一列に並んで配置される。これらの係合部５１が大口孔３７に係合されることで、第１スペーサ部材４４が基板１８の上面でずれないようになっている。

図１０から図１２に示すように、第２スペーサ部材４５の中央部は、上方に突出される第２突起部４７が設けられている。この第２突起部４７は、平面視でサブヒートシンク２３の幅方向に延びる長方形状を成す（図５参照）。そして、第２突起部４７の上面は、平坦面となっている。

第２突起部４７の上面がサブヒートシンク２３の下面に接触されるとともに、第２突起部４７の下端が基板１８の上面に接触される（図１７参照）。なお、第２突起部４７の上面には、上方に膨出する小型の凸部５８が設けられている。

第２スペーサ部材４５には、第２突起部４７の下端から両側方に延び、かつ平面視で長円形状を成す係合部５２が設けられている。この係合部５２の上端外周には、周方向に突出される縁片５９が設けられている。この縁片５９の厚みは、第２突起部４７の厚み（突出長）よりも薄くなっている。

なお、縁片５９の上面が半導体素子２１の下面に接触されるとともに、縁片５９の下面が基板１８の上面に接触される（図１７参照）。基板１８に半田付けを行う前において、半導体素子２１の下面が縁片５９の上面に接触されることで、半導体素子２１の高さ位置が規定される。

長円形状の係合部５２は、基板１８に貫通された長孔状を成す第２種の大口孔３７Ｂに係合される。この係合部５２は、下方に突出されている。また、係合部５２の外周形状は、大口孔３７の内周形状と一致している。この係合部５２が、大口孔３７に係合されることで、第２スペーサ部材４５が基板１８に取り付けられる。

また、係合部５２には、長孔状の開口孔５４が上下方向に貫通されている。これらの開口孔５４が貫通されていること、および係合部５２の厚みが薄いことから、係合部５２が第２種の大口孔３７Ｂに係合された状態であっても、連結ネジ３６を大口孔３７Ｂに挿通させることができる（図４および図１５参照）。この第２スペーサ部材４５では、１つの開口孔５４に２つの連結ネジ３６を挿通させることができる。

また、第２スペーサ部材４５には、第２突起部４７の外面から係合部５２の外面に向かって延びる凸条５６が設けられている。これらの凸条５６は、下方に向かって窄まる楔形状を成す。係合部５２が大口孔３７に係合されたときに、凸条５６が大口孔３７の内周に押し付けられることで、この係合部５２が抜け難くなる。

第２スペーサ部材４５では、長円形状の係合部５２が長孔状の大口孔３７に係合されることで、第２スペーサ部材４５が基板１８の上面でずれないようになっている。

図１７に示すように、本実施形態では、基板１８の上面とサブヒートシンク２３の下面との間に、第１突起部４６および第２突起部４７が設けられる。なお、第１突起部４６および第２突起部４７は、所定の寸法で離間して配置されている。この第１突起部４６および第２突起部４７の高さは、基板１８のサブヒートシンク２３の下面と基板１８の上面との間の隙間の距離が一定となるように設定され、かつその隙間寸法は、最も厚みのある半導体素子２１の厚みよりも僅かに大きくなるように設定されている。本実施形態では、これら第１突起部４６と第２突起部４７との間には、２つの半導体素子２１が設けられている。第１突起部４６および第２突起部４７が設けられることで、基板１８とサブヒートシンク２３との間隔が保たれる。

このようにすれば、基板１８に半田付けを行う前において、基板１８に取り付けられた後の半導体素子２１の上面の高さに影響を受けずに、基板１８とサブヒートシンク２３との間隔が一定となる。即ち、半導体素子２１は、素子の相違および個々の素子の寸法のバラつきによって高さ（厚み）寸法が異なる。しかしながら、第１突起部４６と第２突起部４７によって基板１８とサブヒートシンク２３間の隙間距離を一定に保つため、その間隔が傾くことはない。そのため、基板１８の下面から突出される半導体素子２１の端子２８の突出長のばらつきを低減させることができ、良好な半田付けを行うことができる。

図１３に示すように、基板１８の大口孔３７と、スペーサ部材４４，４５の開口孔５３，５４と、半導体素子２１の連結孔３８と、サブヒートシンク２３の連結螺合孔３９とが同軸に配置される。また、基板１８の固定孔４１と、第１スペーサ部材４４の挿通孔４８と、サブヒートシンク２３の固定螺合孔４２とが同軸に配置される。

図１４に示すように、それぞれのスペーサ部材４４，４５の係合部５１，５２が、基板１８の大口孔３７に係合されることで、連結ネジ３６を挿通させる大口孔３７をスペーサ部材４４，４５の取り付け部として兼用させることができる。また、突起部４６，４７を基板１８に取り付ける作業が行い易くなる。

また、突起部４６，４７を含むスペーサ部材４４，４５が合成樹脂で形成されていることで、スペーサ部材４４，４５と、半導体素子２１の端子２８または基板１８の通電部との間の絶縁距離を確保する必要がなくなるので、製造効率を向上させることができる。

次に、制御装置１７の製造方法について図１８のフローチャートを用いて説明する。なお、この説明において、図１３から図１７を適宜参照する。これらの図１３から図１７において、基板１８の断面は、図５の基板１８のＡ−Ａ断面線に対応している。

制御装置１７となる基板１８は、既に説明した通り、最終的には、少なくとも２つのスペーサ部材４４，４５と、６つの半導体素子２１と、サブヒートシンク２３と、メインヒートシンク２２とが実装され、一体化される（図１３参照）。本製造方法の開始前に基板１８には、大口孔３７および固定孔４１が予め形成されている。

図１８に示すように、まず、ステップＳ１１において、作業者は、第１スペーサ部材４４および第２スペーサ部材４５を基板１８に取り付ける（図１４の基板１８の状態を参照）。ここで、スペーサ部材４４，４５の係合部５１，５２を大口孔３７に係合させる。

次のステップＳ１２において、作業者は、基板１８の上面に６つの半導体素子２１を取り付ける（図１５参照）。具体的には、基板１８に貫通された複数の端子孔３０に対応する各半導体素子２１の各端子２８の全てを差し込む。これら半導体素子２１の取り付け時には、半導体素子２１がサブヒートシンク２３などの他の部材に連結されていないので、個々の半導体素子２１の端子２８を、基板１８の対応する端子孔３０に差し込む作業となる。この作業は容易に行うことができる。そのため、製造効率を向上させることができる。この取り付け状態では、半導体素子２１は、その端子２８が基板１８の端子孔３０に差し込まれているだけなので、上下方向に移動可能である。

次のステップＳ１３において、作業者は、それぞれの半導体素子２１の上面に放熱グリスを塗る。そして、サブヒートシンク２３を基板１８上の半導体素子２１の上方の特定位置に載置する。ここで、半導体素子２１の上面とサブヒートシンク２３の下面が対向する。さらに、第１スペーサ部材４４の第１突起部４６の上面と第２スペーサ部材４５の第２突起部４７の上面とが、それぞれサブヒートシンク２３の下面に接触される。これら２つの突起部４６，４７により基板１８とサブヒートシンク２３との間隔が保たれる。

次のステップＳ１４において、作業者は、仮止め用の治具を用いてサブヒートシンク２３と基板１８を固定する。なお、それぞれの半導体素子２１も、サブヒートシンク２３と基板１８との間に挟まれて仮止めされる。このときには、それぞれの半導体素子２１の上面の高さ位置が異なっていても良い。つまり、半導体素子２１の上面とサブヒートシンク２３の下面との間に隙間が生じていても良い。

そして、作業者は、仮止め用の治具でサブヒートシンク２３が仮止めされた状態で基板１８を引っ繰り返す。ここで、仮止め用の治具は、サブヒートシンク２３および基板１８を一体として引っ繰り返す際に半導体素子２１の端子２８が、基板１８の対応する端子孔３０から外れないように半導体素子２１と基板１８およびサブヒートシンク２３の相互の位置関係を制限する。

なお、図１５および図１６では、理解を助けるために、基板１８の下面を下方に向けた状態で図示をしているが、実際に連結ネジ３６および固定ネジ４０の締結作業を行う場合には、基板１８の下面を上に向けた状態にして行う。また、基板１８が引っ繰り返されたときに、半導体素子２１が重力に引かれて、その上面（放熱面）がサブヒートシンク２３の下面に接触する。この状態でも、基板１８の下面から突出される半導体素子２１の端子２８の突出長が確保される。

次のステップＳ１５において、作業者は、基板１８の下面側から大口孔３７に連結ネジ３６を挿通させる（図１５および図１６参照）。なお、基板１８が引っ繰り返されているので、ネジの挿通および締結を基板１８の上方から行うことができ、作業効率が向上する。それぞれの大口孔３７には、スペーサ部材４４，４５の係合部５１，５２が係合されているので、これら係合部５１，５２の開口孔５３，５４を介して連結ネジ３６が挿通される。大口孔３７および開口孔５３，５４の開口寸法は、連結ネジ３６のネジ頭、およびネジ頭を掛止させるワッシャよりも大きいので、連結ネジ３６の挿通を容易に行える。

次のステップＳ１６において、作業者は、基板１８の大口孔３７に挿通された連結ネジ３６を、半導体素子２１の連結孔３８に下面側から挿通させる。なお、連結孔３８の開口寸法は、連結ネジ３６のネジ頭、またはネジ頭を掛止させるワッシャよりも小さいので、連結ネジ３６のネジ頭またはワッシャは、半導体素子２１の下面に掛止される。

次のステップＳ１７において、作業者は、半導体素子２１の連結孔３８に挿通された連結ネジ３６をサブヒートシンク２３に設けられた連結螺合孔３９に螺合させる（図１６参照）。半導体素子２１の半田付けが行われる前なので、全ての半導体素子２１の上面をサブヒートシンク２３の下面に密着させることができる。そのため、半導体素子２１からサブヒートシンク２３への熱伝導率を向上させることができる。

次のステップＳ１８において、作業者は、基板１８の固定孔４１に下面側から固定ネジ４０を挿通させる。なお、固定孔４１の開口寸法は、固定ネジ４０のネジ頭、またはネジ頭を掛止させるワッシャよりも小さいので、固定ネジ４０のネジ頭またはワッシャは、基板１８の下面に掛止される。また、固定ネジ４０の先端部は、第１スペーサ部材４４の第１突起部４６に貫通された挿通孔４８に挿通される（図１６参照）。なお、固定孔４１に固定ネジ４０用のワッシャを設ける場合において、固定孔４１の開口寸法は、固定ネジ４０のネジ頭よりも大きくても良い。

次のステップＳ１９において、作業者は、基板１８の固定孔４１および第１突起部４６の挿通孔４８に挿通された固定ネジ４０を、サブヒートシンク２３に設けられた固定螺合孔４２に螺合させる（図１６参照）。この固定ネジ４０によりサブヒートシンク２３が基板１８に固定される。その後、基板１８を引っ繰り返し、基板１８の下面を下に向けた状態に戻す。そして、サブヒートシンク２３の仮止め用の治具を取り外す。

なお、引っ繰り返した後において、連結ネジ３６による、半導体素子２１のサブヒートシンク２３への連結開始時（前述のステップＳ１５参照）に、半導体素子２１の端子２８が、基板１８の対応する端子孔３０から外れない場合には、引っ繰り返した直後に仮止め用の治具を取り外しても良い。

次のステップＳ２０において、作業者は、基板１８の下面において、連結ネジ３６および固定ネジ４０が配置される範囲にマスキングテープ６０を貼る。そして、基板１８の下面を半田槽６１に接触させて半田付けを行う（図１６参照）。そして、半田６２が基板１８の下面に付着され、半導体素子２１の端子２８が基板１８の端子孔３０と半田付けされ、端子孔３０に繋がる基板１８のプリント配線２９に接続される（図１７参照）。なお、半田付け後にマスキングテープ６０が剥がされる。

ステップＳ１３からステップＳ２０は、ステップＳ１２で実施された、基板１８の端子孔３０に半導体素子２１の端子２８が差し込まれた状態を維持したままで実施される。この結果、サブヒートシンク２３への半導体素子２１の固定以後に、半導体素子２１の端子２８を基板１８の端子孔３０に挿入するという困難な作業をなくすことができる。

次のステップＳ２１において、作業者は、サブヒートシンク２３の上面に放熱グリスを塗る。そして、メインヒートシンク２２の下面を、サブヒートシンク２３の上面に接触させる。さらに、メインヒートシンク２２の挿通孔３２に結合ネジ３１を挿通させて、これらの結合ネジ３１をサブヒートシンク２３の結合螺合孔３３に螺合させる（図１６および図１７参照）。

本実施形態では、全ての半導体素子２１の上面をサブヒートシンク２３の下面に接触させることができるので、全ての半導体素子２１から均等に熱をサブヒートシンク２３に伝導させることができる。そのため、放熱効率を向上させることができる。また、本実施形態の制御装置では、基板１８に大口孔３７を設けることで、半田付け前に、半導体素子２１の端子２８を基板１８の対応する端子孔３０に挿入した状態で基板１８上に搭載した半導体素子２１を、この大口孔３７を挿通した連結ネジ３６にてサブヒートシンク２３に固定することができる。そして、その後に半田付けを行うことができるので、製造性が向上する。

なお、本実施形態では、製造時のハンドリングを良くするために大型の放熱用の複数のフィン２４を有するメインヒートシンク２２と、小形の半導体素子２１に直接固定されるサブヒートシンク２３とを別部材としているが、その他の態様であっても良い。例えば、複数のフィンを有する一体のヒートシンクを半導体素子２１に直に固定するものであっても良い。

なお、本実施形態では、１つのサブヒートシンク２３が基板１８に取り付けられているが、２つ以上のサブヒートシンク２３が基板１８に取り付けられても良い。そして、１つのサブヒートシンク２３の下面に、少なくとも２つの半導体素子２１の上面が接触されていれば良い。

なお、本実施形態の板状の基板１８とは、フレキシブルに撓ることがない基板を示している。また、半導体素子２１を実装する基板に、フレキシブルに撓るフィルム状のプリント回路基板を用いても良い。

なお、本実施形態では、第１突起部４６が設けられた第１スペーサ部材４４と、第２突起部４７が設けられた第２スペーサ部材４５とが別部材となっているが、第１突起部４６と第２突起部４７とを一体的に有する１つのスペーサ部材を用いても良い。

なお、本実施形態では、２つの突起部４６，４７が基板１８とサブヒートシンク２３との間隔を保っているが、３つ以上の突起部により基板１８とサブヒートシンク２３との間隔を保っても良い。

なお、本実施形態では、１本の固定ネジ４０で基板１８とサブヒートシンク２３とを繋いでいるが、２本以上の固定ネジ４０で基板１８とサブヒートシンク２３とを繋いでも良い。

なお、本実施形態では、半導体素子２１をサブヒートシンク２３に固定した後（ステップＳ１７の後）に、基板１８とサブヒートシンク２３とを固定ネジ４０で締結固定しているが、他の実施態様であっても良い。例えば、半導体素子２１をサブヒートシンク２３に固定する前（ステップＳ１５の前）に、基板１８とサブヒートシンク２３とを固定ネジ４０で締結固定しても良い。この場合は、基板１８に貫通された端子孔３０に各半導体素子２１の各端子２８が差し込まれただけで、半導体素子２１自体は上下方向に移動可能な状態であるが、この段階で基板１８とサブヒートシンク２３とを固定ネジ４０で締結すれば、半導体素子２１の上下方向の移動可能な状態をある程度規制できる。

なお、この方式を用いると厚みのある半導体素子２１は、その端子２８が、基板１８の端子孔３０から抜け、半導体素子２１が基板１８から外れることはないが、厚みの薄い半導体素子２１は、その端子２８が、基板１８の端子孔３０から抜けてしまう可能性もあるため、仮止めの治具は必要である。

さらに、サブヒートシンク２３の下面を上側に向けて置いておき、その上から半導体素子２１の端子２８が、基板１８の端子孔３０に挿入された状態で、かつ半導体素子２１の上面が下になった状態で、上からサブヒートシンク２３の下面に被せるように置くことができる治具を使用すれば、前述の仮止めの治具は不要となる。この場合は、サブヒートシンク２３の下面の上に半導体素子２１と基板１８を載置することになる。

なお、本実施形態では、角棒の直線状を成すサブヒートシンク２３が用いられているが、平面視で正方形状または長方形状を成すサブヒートシンク２３であっても良い。

以上説明した実施形態によれば、大口孔に挿通された連結ネジを特定位置に対応する位置に貫通された半導体素子の連結孔に下面から挿通させることにより、ヒートシンクによる放熱効率を維持しつつ、制御装置の製造効率を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…室外機、２…筐体、３…開口部、４…吹出口、５…ファンガード、６…仕切板、７…熱交換室、８…機械室、９…熱交換器、１０…送風機、１１…ファンモータ、１２…ファン、１３…圧縮機、１４…アキュムレータ、１５…四方弁、１６…電気部品箱、１７…制御装置、１８…基板（プリント回路基板）、１９…コンデンサ、２０…端子ユニット、２１（２１Ａ〜２１Ｆ）…半導体素子、２２…メインヒートシンク、２３…サブヒートシンク、２４…フィン、２５…ヒートシンクダクト、２６…流通口、２７…インダクタ、２８…端子、２９…プリント配線、３０…端子孔、３１…結合ネジ、３２…挿通孔、３３…結合螺合孔、３４…交流電源、３５…制御部、３６…連結ネジ、３７（３７Ａ，３７Ｂ）…大口孔、３８…連結孔、３９…連結螺合孔、４０…固定ネジ、４１…固定孔、４２…固定螺合孔、４３…長孔、４４…第１スペーサ部材、４５…第２スペーサ部材、４６…第１突起部、４７…第２突起部、４８…挿通孔、４９…凸部、５０…延設片、５１，５２…係合部、５３，５４…開口孔、５５，５６…凸条、５７…孔、５８…凸部、５９…縁片、６０…マスキングテープ、６１…半田槽、６２…半田。

Claims (10)

1. 板状のプリント回路基板に貫通された端子孔に少なくとも２つの半導体素子の各端子を差し込むステップと、
   前記プリント回路基板の前記半導体素子が取り付けられる特定位置に貫通され、連結ネジの全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する大口孔に前記連結ネジを挿通し、前記連結ネジにより前記半導体素子をヒートシンクに連結するステップと、
   前記端子孔に差し込まれた前記端子を半田付けするステップと、
   を含む制御装置の製造方法。
2. 少なくとも１つの前記半導体素子が間に設けられる少なくとも２つの突起部により前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間隔を保つステップを含む請求項１に記載の制御装置の製造方法。
3. 少なくとも１つの前記突起部が設けられたスペーサ部材の係合部を前記大口孔に係合させるステップを含む請求項２に記載の制御装置の製造方法。
4. 前記プリント回路基板に貫通され、固定ネジが掛止される固定孔に前記固定ネジを挿通し、前記固定ネジにより前記ヒートシンクを前記プリント回路基板に固定させるステップを含む請求項１に記載の制御装置の製造方法。
5. 少なくとも２つの半導体素子の各端子が差し込まれる端子孔が貫通された板状のプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板の前記半導体素子が取り付けられる特定位置に貫通され、前記半導体素子をヒートシンクに連結させる連結ネジの全ての部分を挿通可能な開口寸法を有する大口孔と、
   前記半導体素子が前記ヒートシンクに密着した状態で前記端子孔に差し込まれた前記端子を接続する半田と、
   を備える制御装置。
6. 前記プリント回路基板と前記ヒートシンクとの間隔を保ち、少なくとも１つの前記半導体素子が間に設けられる少なくとも２つの突起部を備える請求項５に記載の制御装置。
7. 前記突起部が合成樹脂により形成される請求項６に記載の制御装置。
8. 少なくとも１つの前記突起部が設けられたスペーサ部材と、
   前記スペーサ部材に設けられ、前記大口孔に係合される係合部と、
   を備える請求項６に記載の制御装置。
9. 前記プリント回路基板に貫通され、前記ヒートシンクを前記プリント回路基板に固定させる固定ネジが掛止される固定孔を備える請求項５に記載の制御装置。
10. 複数の前記半導体素子が１００ｍｍ以上、３００ｍｍ未満の長さで一列に並んで前記プリント回路基板に取り付けられ、前記ヒートシンクが前記半導体素子の列に沿って延びる直線状を成す請求項５に記載の制御装置。

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