WO2017056861A1 - 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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服部 誠
洋行 上谷
樋口 博人
貴之 鷹繁
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Definitions

  • Patent Document 1 discloses a printed wiring board in which a bonding stitch portion on a substrate and a plurality of bonding pads are connected by bonding wires as a circuit board.
  • the printed wiring board is provided with a solder resist or silk so that contaminants such as an organic solvent leached out from a soft solder such as a solder paste do not flow out to a bonding stitch portion where bonding is performed.
  • a flux may be applied to improve solder fluidity. Since this flux has very high fluidity, it may flow out of the area where the flux is to be applied.
  • the substrate according to the first aspect of the present invention includes a substrate main body, a flux application portion coated with a flux that promotes solder fluidity on the surface of the substrate main body, and spaced from the flux application portion on the surface of the substrate main body.
  • the movement of the flux can be inhibited not only by the resist portion but also by the silk portion. Therefore, the flux outflow from the flux application part to the conduction part can be suppressed with high accuracy.
  • the conductive portion is a fixing hole formed in the substrate main body so that a screw for fixing the housing and the substrate main body is inserted therethrough. You may arrange
  • the conducting portion is arranged so as to surround the periphery of the fixing hole, the screw is conducted through the conducting portion when the substrate body and the housing are fixed by the screw. .
  • the conducting portion is arranged so as to surround the periphery of the fixing hole, the screw is conducted through the conducting portion when the substrate body and the housing are fixed by the screw. .
  • the switching element is typically an IGBT, but may be a bipolar transistor, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effector), or the like.
  • the flux application part 20 is an area where a flux that promotes solder fluidity on the surface of the substrate body 10 is applied.
  • the flux application unit 20 of the present embodiment is provided on a ring-shaped land surrounding the through hole 11 and its periphery. That is, the flux application part 20 is a certain area around the through hole 11 including the through hole 11.
  • the part to which the flux is applied has almost the same height as the surface of the substrate body 10.
  • the flux application part 20 of the present embodiment is formed so as to surround a plurality of the first through holes 11a.
  • the flux application part 20 is formed so as to surround the second through holes 11b one by one.
  • the base portion 60 is disposed between the resist portion and the conductive portion 30 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the base portion 60 is formed to have a height higher from the surface of the substrate body 10 than the flux application portion 20 and the conduction portion 30.
  • the base portion 60 of the present embodiment is formed so that the height from the surface of the substrate body 10 is higher than the flux application portion 20 and the conduction portion 30.
  • the base portion 60 is formed to have a lower height from the surface of the substrate body 10 than the resist portion 40.
  • the base part 60 may be made of the same material as the resist part 40.
  • the power conversion circuit board 1 is formed with an IGBT silk portion 70 provided by silk printing, similarly to the silk portion 50.
  • the IGBT silk part 70 is formed at a position spaced in the short direction D2 with respect to the first through hole 11a.
  • the IGBT silk part 70 extends in a straight line shape in the longitudinal direction D1 so as to be arranged in parallel with the plurality of first through holes 11a.
  • the flux is prevented from flowing out to the conduction portion 30 by the silk portion 50 that is higher from the surface of the substrate body 10 by the thickness of the ink layer. it can. Therefore, the flux outflow from the flux application part 20 to the conduction part 30 can be suppressed with high accuracy. Thereby, the movement of the flux is inhibited by the land with resist and the silk part 50, and the conduction failure due to the flux in the conduction part 30 can be suppressed.
  • the silk part 50 is formed on the base part 60 by silk printing. For this reason, not only the thickness of the ink layer but also the height of the base portion 60 can project the surface of the substrate body 10. Therefore, it is possible to further suppress the flux that has flowed out to the silk part 50 beyond the resist part 40 and flows out to the conduction part 30 beyond the silk part 50.
  • the height from the surface of the substrate body 10 to the surface of the silk part 50 is set to the same level as the height from the surface of the substrate body 10 to the surface of the land with resist. Therefore, it can further suppress that the flux which flowed over the resist part 40 and flowed into the silk part 50 flows into the conduction
  • the silk part 50 is formed side by side with the resist part 40 as shown in FIG. 2, but is not limited to such an arrangement. That is, the silk part 50 only needs to be disposed between the resist part and the conductive part 30. Therefore, as shown in the modification of the present invention in FIG. 3, the silk part 50 may be arranged at a distance from the resist part 40 so that a gap is formed between the silk part 50 and the resist part 40. Alternatively, the silk part 50 may be formed by directly performing silk printing on the substrate body 10 without providing the base part 60. At this time, it is preferable to form the silk part 50 in a state of protruding from the surface of the substrate body 10 to the same height as the resist part 40 depending on the thickness of the ink layer.
  • the circuit board 1 for power conversion may be configured such that the silk part 50 is arranged alone. That is, the power conversion circuit board 1 does not necessarily have to be provided with the resist portion 40, the base portion 60, and the like. At this time, the circuit board 1 for power conversion arranges the silk part 50 so as to protect a region that is an application prohibited area for a coating agent such as flux.

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Abstract

基板は、基板本体(10)と、基板本体(10)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(20)と、フラックス塗布部(20)と離間して基板本体(10)の表面に配置され、導通可能とされた導通部(30)と、基板本体(10)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、シルク印刷によって設けられたシルク部(50)と、を備える。

Description

基板、電動圧縮機、及び空気調和機
本発明は、基板、電動圧縮機、及び空気調和機に関する。
 本願は、2015年10月1日に出願された特願2015-195983号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 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可能性がある。
 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可能性がある。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る。その結果、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可能性がある。
 本発明は、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。
 上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
 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、シルク印刷によって設けられたシルク部と、を備える。
 本発明の第二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表面に配置され、導通可能とされた導通部と、前記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。
 本発明の第三の態様における基板では、第一または第二の態様において、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。
 本発明の第四の態様における基板では、第一から第三の態様の何れか一つにおいて、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。
 本発明の第五の態様における電動圧縮機は、第一から第四の何れか一つの態様の基板と、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。
 本発明の第六の態様における空気調和機は、第五の態様の電動圧縮機を有し、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とする。図1における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形成されている。土台部60は、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。
 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。
 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。そのために、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。
 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。そのため、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。
 シルク部50が土台部60上にシルク印刷されて形成されている。そのため、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、及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い。基板は、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。
 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い。素子は、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。
 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。
 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。
 上記基板によれば、ラックスによる導通不良を抑制することができる。
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 (6)

  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、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.  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、を備える基板。
  3.  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または請求項2に記載の基板。
  4.  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から請求項3の何れか一項に記載の基板。
  5.  請求項1から請求項4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。
  6.  請求項5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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