JP2003153552A

JP2003153552A - インバータ回路の配設構造と配設方法及び圧縮機

Info

Publication number: JP2003153552A
Application number: JP2001341985A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Uchiyama; 博之内山; Masanori Ogawa; 正則小川; Nobuyuki Nishii; 伸之西井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータ回路と圧縮機の接続に伴うコスト
上昇を削減し、インバータ回路を小型化し、装置内のレ
イアウトに依存せずに搭載できるようにする。【解決手段】モータ１５を内蔵した圧縮機１０のモー
タ１５を制御するインバータ回路の配設構造において、
インバータ回路を実装された回路基板３を収納した筐体
４を圧縮機１０の外殻１１に取付けて接続コストを低減
し、かつ回路基板３に実装した電力制御用半導体１の放
熱面を、筐体４に設けた放熱体７に熱的に接続し、筐体
４の放熱体７を圧縮機１０に導入される冷媒と熱的に接
続し、電力制御用半導体１から発生する熱を、放熱体
７、圧縮機１０の外殻１１を介して効果的に冷媒に熱伝
達させて、インバータ回路の小型化を図った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機器等に
用いられるモータを内蔵した圧縮機におけるモータ制御
用のインバータ回路の配設構造と配設方法、及び圧縮機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エアコンや冷蔵庫などの圧縮機を
利用した機器では、省エネルギーの観点から電力変換効
率の良いインバータ方式が多く用いられている。インバ
ータ回路では、電力制御用半導体によりスイッチングを
行って直流を高周波電力に変換している。このスイッチ
ングの周波数を切り換えることにより、圧縮機に内蔵さ
れたモータの回転数を必要とされる出力に応じて変更す
ることで省エネルギーを実現している。

【０００３】ここで、従来のインバータ回路の実装構造
について説明する。インバータ回路では、電力制御用半
導体としてＩＧＢＴと呼ばれるトランジスタが一般的に
使用されている。この電力制御用半導体ではスイッチン
グを繰り返すときに若干のロスが発生し、熱エネルギー
に変換されて半導体から発熱が起こる。そのため、半導
体の特性が失われないように、放熱板を取付けて一定の
温度以下に保つことが必要である。

【０００４】図８（ａ）にリード挿入タイプのトランジ
スタの一般的な実装構造を示す。ここで、半導体４１の
放熱面４１ａはパッケージの背面に設けられているた
め、放熱板４４を放熱面４１ａに接するように取付けら
れている。取付けに当たっては、放熱面４１ａと放熱板
４４の界面での熱伝達の悪化を防ぐために、一般的に界
面に熱伝導の良いシリコングリスを塗布したり、放熱板
４４をパッケージにねじ止めしている。リード挿入タイ
プのパッケージでは、プリント基板４３に対して垂直に
挿入されるため、放熱板４４はプリント基板４３に対し
て垂直に配置される。また、半導体４１のリード４２を
曲げることにより放熱面側を上にして放熱板４４をプリ
ント基板４３に対して平行に配置することもできる。

【０００５】また、図８（ｂ）に表面実装タイプのトラ
ンジスタの一般的な実装構造を示す。表面実装タイプの
半導体４５では放熱面４５ａが電極を兼ねており、他の
リード６０と同一面となるように構成されている。プリ
ント基板４３に対してはすべての電極が接合されるよう
に配置されるため、放熱面４５ａはプリント基板４３と
接することになる。ただし、一般的なプリント基板４３
にはガラスエポキシ樹脂や紙フェノール樹脂が使用され
ているが、これらの樹脂は熱伝導性が小さいため、半導
体４５から発生した熱を十分に放熱させることができな
い。

【０００６】そこで、表面実装タイプの半導体４５を用
いたインバータ回路ではアルミ板をベースに構成された
金属基板４６が一般的に使用されている。金属基板４６
ではアルミ板４７の表面に絶縁層４８が設けられ、この
絶縁層４８の上に配線パターン４９が形成されている。
さらに配線パターン４９はレジストにより必要な部分の
みが露出するように構成されている。

【０００７】この実装構造により半導体４５から発生し
た熱はアルミ板４７を介して反対側へ伝達されることに
なる。アルミ板自身は熱伝導率が大きいだけでなく、熱
容量も稼げるために、一般的な発熱については吸収する
ことができる。また、発熱量が大きくなるときには、金
属基板４６のアルミ面に放熱板を取付けることにより半
導体４５の温度上昇を抑えることができる。

【０００８】また、インバータ回路では、電力制御用半
導体の他に、これらの半導体を制御するための制御回路
部品、回路を駆動させるための電源回路が一般的に併設
されている。

【０００９】次に、従来の圧縮機の構成について、図９
を参照して説明する。エアコンや冷蔵庫で使用されてい
る冷凍サイクルでは、まず冷媒蒸気を圧縮機で圧縮して
高圧蒸気に変換する。次いで凝縮器で蒸発熱を放出さ
せ、液化させる。次いで、膨張弁で減圧されることで低
温となり、蒸発器において周囲から熱を吸収して蒸発
し、再び圧縮機に入れられるという工程を繰り返す。こ
こで、蒸発器において熱を吸収することにより冷風を発
生させている。

【００１０】この冷凍サイクルを実現するために、圧縮
機５０の外殻５１は高圧容器にて構成されており、冷媒
蒸気を流入させる吸入口５２と高圧蒸気の吐出口５５が
設けられている。また、冷媒を圧縮する圧縮部５３を駆
動するためのモータ５４が内蔵されている。外殻５１に
は、モータ５４の駆動制御するための電極５６が設けら
れている。この圧縮機を運転したときに流入する冷媒の
温度は１０〜２０℃であり、圧縮された冷媒は８０〜９
０℃程度まで上昇している。

【００１１】この圧縮機５０を駆動するインバータ回路
は、電線（図示せず）を介して電極５６に電気的に接続
するように配置されている。さらに、圧縮機５０を駆動
するために印加される電流は２０Ａ程度の大電流である
ため、一般的に電流容量の大きな電線を用いて接続され
ている。また、圧縮機５０はルームエアコンにおいては
室外機に設置され、冷蔵庫では本体下部に設置されるの
で、温度や湿度環境が良くないため、インバータ回路を
含むプリント基板は圧縮機５０から離し、保護容器等の
環境対策がとれる場所に設置されている。

【００１２】また、従来の一般的な車載用エアコンの場
合は、エンジンの回転軸と圧縮機の回転軸がベルトで連
結されており、エンジンの回転を利用することにより圧
縮機を駆動する方式がとられている。このため、冷凍サ
イクルの循環において電気制御はなされていない。これ
は、エンジンの回転軸はエンジンが起動している限り必
ず回転しているために、圧縮機の駆動源が失われること
がないために採用されている方法であり、電気制御がな
い分、家庭用のエアコン等と比較しても占有空間も下げ
ることができる。

【００１３】しかしながら、モータとエンジンを併用す
るハイブリッド車では、停車中等でアイドリング状態と
なった場合にはエンジンを止めてしまうために、従来の
機械式のエアコンでは圧縮機の回転を維持することがで
きなくなってしまう。さらに、モータだけで駆動する電
気自動車では走行に必要なときのみ走行モータが回転す
るため、圧縮機の駆動に利用できる回転軸が存在しな
い。そこで、ハイブリッド車や電気自動車では家庭用の
エアコンに準じた電気制御のエアコンが必要となる。

【００１４】その際に、インバータ回路をエンジンルー
ム内に配置するにあたっては、周囲の温度変化が大き
く、湿度変化も大きいために、回路を保護する対策とし
てインバータ回路を専用のケースに収納する。この時、
防水や防塵を目的として強固な金属製のケースに収納さ
れることが一般的である。また、自動車のエンジンルー
ム内では、エンジンや走行モータの駆動の安定性を確保
することが最優先であるために、エアコンのインバータ
回路からノイズを発生させることは許されない。そこ
で、インバータ回路と圧縮機の電極とを接続する結線に
は専用のシールド線を使用する必要がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなインバータ回路の配設構造では、回路部分と圧縮
機本体が分離されており、電気的接続のためにワイヤが
必要となり、両者の配置場所によって必要となるワイヤ
の長さや引回し方法を検討しなければならず、かつその
ワイヤとしてノイズを拡散しない高価なシールド線を用
いる必要があり、ワイヤの材料費と接続のための工数が
必要となり、コストが高くなるだけでなく、組立が煩雑
になるという問題がある。

【００１６】また、上記のようなインバータ回路の実装
構造では、放熱板の配置によりインバータ回路の収納場
所が制約されるとともに占有体積が大きくなり、装置の
小型化が図り難いという問題がある。

【００１７】詳しく説明すると、リード挿入タイプの電
力制御用半導体に取付けられる放熱板はプリント基板に
対して垂直に配置されるために、プリント基板の面積に
加えて空間での占有体積が増えてしまう。インバータ回
路では一般的に１つの相を制御するのに一対のトランジ
スタを使用し、圧縮機で使用するモータは一般的に３相
モータであるため、トランジスタが６個必要となる。こ
の複数個のトランジスタにそれぞれ放熱板が必要なこと
から、リード挿入タイプの半導体を使用した回路では小
型化ができない。

【００１８】一方、表面実装タイプの半導体を使用する
場合には、上記のように金属基板を介して放熱すること
ができるが、金属基板は樹脂製の基板に比して材料費が
高い上に、一定の形状にするためには専用の金型が必要
となるために高価な基板となってしまう。このため、表
面実装タイプの半導体と金属基板の組み合わせによるイ
ンバータ回路の実装構造ではコスト高になるという問題
がある。

【００１９】さらに、金属基板は上記したように片面に
アルミ面が露出しているため、電子部品実装する面は片
側しかない。従って、インバータ回路と付随する制御回
路、電源回路を含めると、金属基板だけで構成すると占
有面積が大きくなり、放熱が必要な部分は電力制御用半
導体の直下だけであるにもかかわらず、回路全体が高価
な金属基板で構成しなければならなくなる。さらに、金
属基板にはスルーホールが設けられないため、リード挿
入部品は使用できない。このため、通常金属基板を使用
する場合には、発熱部分と制御回路、電源回路は別のプ
リント基板としているが、その場合複数の基板を接続す
るためのコネクタが必要であり、コネクタを接続する工
数も要することになる。

【００２０】また、金属基板の放熱面は外気と接触する
ように配置する必要があるため、基板の配置に制約を受
け、製造コストが高くなる上に小型化ができないという
問題もある。

【００２１】また、電力制御用半導体から発生する熱は
放熱板を介して放熱し、半導体の温度上昇を抑制する必
要があるが、放熱板からの放熱を確実なものとするため
に、空冷の場合、風が放熱板に良く当たるように配置し
なければならず、強制的に風を当てるファンを配置する
ために、インバータ回路の配置に制約を受け、小型化が
できないという問題がある。

【００２２】さらに、車載用エアコンの場合には、エン
ジンルーム内の雰囲気温度が１００℃以上になることも
想定されるため、空冷では冷却することができず、水冷
により温度上昇を防ぐことになるが、冷却のための水配
管を設けなければならず、コスト高になるだけでなく、
レイアウトの自由度が失われ、また自動車のエンジンル
ームは走行用モータを中心にレイアウトされているた
め、アクセサリー類に相当するエアコンに割り当てられ
る空間は限られており、インバータ回路の占有体積が大
きい場合には搭載できないという問題がある。

【００２３】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、接続
に伴うコスト上昇を抑制できまたインバータ回路を小型
化できてレイアウトに制約されずに搭載できるインバー
タ回路の配設構造と配設方法、及び圧縮機を提供するこ
とを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ回路
の配設構造は、モータを内蔵した圧縮機のモータを制御
するインバータ回路の配設構造であって、インバータ回
路を実装された回路基板を収納した筐体を圧縮機の外殻
に取付けたものであり、インバータ回路が圧縮機と一体
化することで小型化を実現でき、また接続用ケーブルや
接続のための作業工数を低減でき、さらにノイズ防止の
ためにシールド線を用いる必要がないので、接続のため
のコストを削減でき、コスト低下を図ることができる。

【００２５】また、回路基板上に実装された電力制御用
半導体の放熱面を筐体に設けられた放熱体に熱的に接続
し、筐体の放熱体を圧縮機に導入される冷媒と熱的に接
続すると、インバータ回路の発熱部を筐体に設けた放熱
体を介して圧縮機の冷媒にて冷却することができるの
で、大きな放熱手段を多く配設する必要がなくなり、冷
却のための余分な部品やスペースが不要になり、インバ
ータ回路のコストを上げずに小型化を図ることができ、
レイアウトに制約されずに搭載することができる。

【００２６】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、回路基板に設けられたスルーホールを
介してインバータ回路に接続すると、回路基板と外部と
の接続のためのコネクタを配設することなく電気的に接
続でき、インバータ回路の小型化を図るとともにコスト
を削減できる。

【００２７】また、リードフレームは、回路基板と接続
する側とは反対側において、圧縮機に取付けられた電
極、外部電源、及び信号制御回路のコネクタと機械的に
結合すると、インバータ回路を圧縮機や電源や制御部と
接続するコネクタや配線を設けなくてもよく、インバー
タ回路のコストを削減することができる。

【００２８】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、電力制御用半導体が搭載された第１の
回路基板と、主として信号処理用の電子部品が搭載され
た第２の回路基板とを、それぞれスルーホールを介して
リードフレームと接続すると、インバータ回路の主とし
て発熱部である電力制御用半導体と制御回路、電源回路
を分離し、複数の回路基板に分割することで、冷却性能
を保持しつつインバータ回路を小型化できるとともに、
コネクタを配設することなく両者を電気的に接続でき、
インバータ回路の小型化とコスト低下を図ることができ
る。

【００２９】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、リードフレームの一部を所望の位置で
筐体表面に露出させて電極を形成し、電子部品を実装す
るとともに放熱体が配設される側の面に電力制御用半導
体を実装すると、リードフレームの一部を回路基板とし
て利用することから、大電流が印加される電力制御用半
導体周辺回路で回路パターンの幅を小さくすることがで
き、インバータ回路を小型化することができる。

【００３０】また、電力制御用半導体が、金属からなる
ヒートスプレッダ上に少なくとも１つのＩＣチップが上
向きに接続され、電気的接続用の電極が一面に集約配置
されるとともに、他面が放熱面となるように構成されて
いると、放熱面と電気接続面を半導体を介して分離する
ことができ、インバータ回路を小型化できる。

【００３１】また、リードフレームが銅又は黄銅からな
ると、インバータ回路及び筐体配線を容易に形成でき
る。

【００３２】また、筐体は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂
にて構成するのが好適で、所望の機能を持つものを容易
に形成することができる。

【００３３】また、本発明のインバータ回路の配設方法
は、モータを内蔵した圧縮機のモータを制御するインバ
ータ回路の配設方法であって、電力制御用半導体をその
放熱面が回路基板の表面と反対側に向くように搭載する
工程と、電力制御用半導体の放熱面が回路基板を収納す
る筐体に設けられた放熱体と熱的に接続されるように回
路基板を筐体内に配置する工程と、筐体をその放熱体が
圧縮機に導入される冷媒と熱的に接続されるように圧縮
機の外殻に取付ける工程とを有するものであり、インバ
ータ回路が圧縮機と一体化して小型化を実現でき、また
接続のためのコストを削減してコスト低下を図ることが
でき、またインバータ回路の発熱部を筐体に設けた放熱
体を介して圧縮機の冷媒にて冷却できて冷却のための余
分な部品やスペースが不要になり、インバータ回路のコ
ストを上げずに小型化を図ることができる上記インバー
タ回路の配設構造を合理的に構成することができる。

【００３４】また、筐体を製造する工程として、金属板
をエッチング又はプレスにより加工して所望のパターン
のリードフレームを得る工程と、金型内にリードフレー
ムを配置し射出成形によりリードフレームを樹脂に埋設
する工程を有すると、製品コストを上げずに電気接続配
線が埋設された筐体を容易に製造でき、小型化したイン
バータ回路を容易に製造することができる。

【００３５】また、筐体内に露出したリードフレーム
を、回路基板に設けられたスルーホールに嵌合配置する
工程と、スルーホールとリードフレームを半田付けによ
り電気的に接続する工程とを有すると、筐体と回路基板
の接続を容易に行うことができ、小型化したインバータ
回路を容易に製造できる。

【００３６】また、本発明の圧縮機は、モータを内蔵し
かつそのモータを制御するインバータ回路を備えた圧縮
機であって、インバータ回路を実装された回路基板を収
納した筐体を圧縮機の外殻に取付けたものであり、イン
バータ回路が圧縮機と一体化することで小型化を実現で
き、また接続用ケーブルや接続のための作業工数を低減
でき、さらにノイズ防止のためにシールド線を用いる必
要がないので、接続のためのコストを削減でき、コスト
低下を図ることができる。

【００３７】また、電力制御用半導体をその放熱面を基
板表面とは反対側に向けて搭載した回路基板と、放熱体
を備えかつ放熱体と電力制御用半導体の放熱面が熱的に
接続されるように回路基板を収納配置した筐体とを備
え、筐体をその放熱体が圧縮機に導入される冷媒と熱的
に接続されるように圧縮機の外殻に取付けると、インバ
ータ回路の発熱部を筐体に設けた放熱体を介して圧縮機
の冷媒にて冷却することができるので、大きな放熱手段
を多く配設する必要がなくなり、冷却のための余分な部
品やスペースが不要になり、インバータ回路のコストを
上げずに小型化を図ることができ、レイアウトに制約さ
れずに搭載することができる。

【００３８】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、回路基板に設けられたスルーホールを
介してインバータ回路に接続すると、回路基板と外部と
の接続のためのコネクタを配設することなく電気的に接
続でき、インバータ回路の小型化を図るとともにコスト
を削減できる。

【００３９】また、リードフレームは、回路基板と接続
する側とは反対側において、圧縮機に取付けられた電
極、外部電源、及び信号制御回路のコネクタと機械的に
結合すると、インバータ回路を圧縮機や電源や制御部と
接続するコネクタや配線を設けなくてもよく、インバー
タ回路のコストを削減することができる。

【００４０】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、電力制御用半導体が搭載された第１の
回路基板と、主として信号処理用の電子部品が搭載され
た第２の回路基板とを、それぞれスルーホールを介して
リードフレームと接続すると、インバータ回路の主とし
て発熱部である電力制御用半導体と制御回路、電源回路
を分離し、複数の回路基板に分割することで、冷却性能
を保持しつつインバータ回路を小型化できるとともに、
コネクタを配設することなく両者を電気的に接続でき、
インバータ回路の小型化とコスト低下を図ることができ
る。

【００４１】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、リードフレームの一部を所望の位置で
筐体表面に露出させて電極を形成し、電子部品を実装す
るとともに放熱体が配設される側の面に電力制御用半導
体を実装すると、リードフレームの一部を回路基板とし
て利用することから、大電流が印加される電力制御用半
導体周辺回路で回路パターンの幅を小さくすることがで
き、インバータ回路を小型化することができる。

【００４２】また、電力制御用半導体は、金属からなる
ヒートスプレッダ上に少なくとも１つのＩＣチップが上
向きに接続され、電気的接続用の電極が一面に集約配置
されるとともに、他面が放熱面となるように構成されて
いると、放熱面と電気接続面を半導体を介して分離する
ことができ、インバータ回路を小型化できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
のインバータ回路の配設構造を家庭用のエアコンの室外
機に用いられる圧縮機に適用した第１の実施形態につい
て、図１、図２を参照して説明する。

【００４４】図１において、１はインバータ回路を構成
する電力制御用半導体であり、本実施形態では複数のＩ
Ｃチップを組み合わせて１つのパッケージとしたＩＰＭ
（Intelligent Power Module）を採用し、それを２個用
いている。２はインバータ回路を構成する他の電子部品
である。これらの電子部品はガラスエポキシ樹脂で形成
された回路基板３に実装されている。回路基板３は、厚
みが１．６ｍｍで、１３０×１００ｍｍの大きさの両面
配線とした。ＩＰＭ１は、放熱板が一面側に配置され、
接合用リードは全て他面側に配置されている。このＩＰ
Ｍ１がその放熱板を下向きにして回路基板３の下面に実
装され、電子部品２は回路基板３の上面及び下面には他
に電子部品２が実装されている。

【００４５】これらの電子部品の実装工程としては、回
路基板３の上面に配置される電子部品２をまずリフロー
半田付けによって接合し、下面に配置される電子部品２
をリフロー半田付けした後、下面からＩＰＭ１を挿入
し、リード部分に半田付けを行っている。この半田付け
は手作業で糸半田を供給し、半田ごてを当てることによ
って実施した。

【００４６】４はインバータ回路を収納する筐体であ
り、回路基板３を配置する高さ位置に支持段部４ａが設
けられている。また、筐体４にはリードフレーム５が埋
設されている。リードフレーム５は、０．６４ｍｍ角の
黄銅に錫メッキを施したものを使用し、その一端部５ａ
は筐体４内の支持段部４ａより１０ｍｍ程度露出させて
いる。この露出した一端部５ａを回路基板３の端部に設
けられたスルーホール３ａに挿入し、半田付けすること
により接続されている。リードフレーム５の他端部５ｂ
は筐体４の外部に露出させてコネクタ端子６が溶接さ
れ、このコネクタ端子６が圧縮機１０の外殻１１の外面
に露出させて配設された電極１７と接続される。また、
リードフレーム５の一部は、上側に向けて露出するよう
に配設され、インバータ回路に電源を供給する回路に接
続するように構成されている。

【００４７】また、筐体４のＩＰＭ１の放熱板が配置さ
れる部分には開口部が設けられてアルミから成るヒート
シンク７が配設されている。ヒートシンク７とＩＰＭ１
の界面にはシリコンゴムから成る放熱シート８が貼り付
けられ、ＩＰＭ１から発生する熱をヒートシンク７に効
率良く伝達するとともに、筐体４の配設時のＩＰＭ１の
放熱面の位置のばらつきを吸収するように構成されてい
る。また、筐体４の上面開口は、筐体４と同一の樹脂で
形成された蓋９にて閉鎖され、回路基板３が直接外気と
触れないように構成されている。

【００４８】筐体４は、リードフレーム５を金型内に配
置して射出成形を行うインサート成形によって形成され
ている。筐体４は、流動性が良く、複雑な形状の成形体
に対して容易に成形することができるとともに、強度も
比較的大きいＰＰＳなどの熱可塑性樹脂にて構成してい
る。

【００４９】筐体４には、図２に示すように、固定部４
ｂが設けられ、圧縮機１０の外殻１１にねじにより取付
けられている。圧縮機１０の低圧部分には冷媒の吸入口
１２が設けられ、吸入口１２から冷媒導入通路１３にて
圧縮機１０の外殻１１の一部に一旦導入した後圧縮部１
４に流入させるように構成されている。インバータ回路
を収納する筐体４のヒートシンク７は、圧縮機１０の外
殻１１における冷媒導入通路１３の配設部分に接するよ
うに配置されている。

【００５０】圧縮機１０は、モータ１５にて圧縮部１４
を駆動し、吸入口１２から導入された冷媒を圧縮部１４
で圧縮し、高圧の冷媒ガスを吐出口１６から吐出するよ
うに構成されている。また、モータ１５には外殻１１の
外面に配設された電極１７に筐体４に設けられたコネク
タ端子６を接続することによって電力が供給されるよう
に構成されている。

【００５１】以上の構成により、電力制御用半導体であ
るＩＰＭ１の放熱板を回路基板３内に新たに設ける必要
がなくなるとともに、回路基板３を収納した筐体４を圧
縮機１０の外殻１１に一体的に固定することにより、圧
縮機１０と外部とを接続する電線は、電源線とインバー
タ回路制御用の電線だけとなり、従来のインバータ回路
に比べて体積として２／３の小型化を実現することがで
きる。また、接続用の部材を削減することができ、コス
トダウンの効果が大きい。

【００５２】（第２の実施形態）次に、本発明のインバ
ータ回路の配設構造を車載用カーエアコンの圧縮機に適
用した第２の実施形態について、図３〜図５を参照して
説明する。なお、以下の実施形態の説明において、先行
する構成要素と同一の構成要素については同一参照符号
を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

【００５３】本実施形態においては、インバータ回路を
構成する回路基板が、電力制御用半導体２１の実装され
た第１の回路基板２２と、制御回路、電源回路が実装さ
れた第２の回路基板２３にて構成されている。第１の回
路基板２２は厚み１．６ｍｍで、１００×９０ｍｍの大
きさの両面ガラスエポキシ基板から成り、両端部分には
電気接続用のスルーホールが設けられている。第２の回
路基板２３は厚み１．６ｍｍで、１２０×１１０ｍｍの
大きさの両面ガラスエポキシ基板から成り、両端部分に
はスルーホールが設けられている。

【００５４】筐体４の回路基板２２、２３を収納する部
分には２段の支持段部４ｃ、４ｄが設けられている。筐
体４の一端側（図３の左側）には第１の実施形態と同様
にリードフレーム５が埋設されている。また、筐体４の
他端側（図３の左側）には、第１の回路基板２２と第２
の回路基板２３を電気的に接続できるようにコ字状に形
成したリードフレーム２４が埋設されている。このリー
ドフレーム２４の筐体４内に露出している両端部はそれ
ぞれ回路基板２２、２３の他端に形成されたスルーホー
ル内に挿入され、半田により接合されている。

【００５５】本実施形態において使用した電力制御用半
導体２１は、第１の回路基板２２の下面側に、電極面を
上にして実装されており、放熱面が下側にくるように配
置されている。また、図４に示すように、第１の回路基
板２２には６つの電力制御用半導体２１がその放熱面が
一平面上に位置するように整列させて実装されている。
電力制御用半導体２１の放熱面は、筐体４に配設された
ヒートシンク７にシリコンゴム製の放熱シート８を介し
て接触固定されている。

【００５６】また、回路基板２２、２３は筐体４に対し
て複数箇所でねじ固定されており、圧縮機１０に振動が
加わったときに回路基板２２、２３が筐体４内で自由に
振動しないように構成されている。さらに、筐体４の回
路基板２２、２３が収納されている部分には、筐体４に
作用する振動を軽減するためにシリコンゲル２５が充填
されている。

【００５７】電力制御用半導体２１は、図５に示すよう
に、ＩＣチップ形態のトランジスタの１種であるＩＧＢ
Ｔ２７とダイオードの１種であるＦＲＤ２８にて構成さ
れている。これらＩＣチップ２７、２８はヒートスプレ
ッダ２６の上に電極面を上にして半田でダイボンドされ
ている。ヒートスプレッダ２６は、銅にニッケルメッキ
を施した構成であり、１０×１０ｍｍの大きさで、厚み
は２．０ｍｍである。また、コレクタ電極を構成する突
起２９が４箇所設けられている。突起２９は、直径０．
６ｍｍの円筒状で、高さは１．２ｍｍである。突起２９
はヒートスプレッダ２６を構成する銅板を打ち抜いて加
工した。ＩＣチップ２７、２８の電極にはアルミ製の直
径０．７ｍｍのボールを超音波接合し、ボール電極３０
を構成している。さらに、図示はしていないが、ヒート
スプレッダ２６上のＩＣチップ２７、２８自体が直接露
出しないようにＩＣチップ全体にエポキシ樹脂が封止さ
れている。

【００５８】以上の構成により、電力制御用半導体２１
の電極面を上側に、放熱面を下側に分離することがで
き、回路基板２２、２３の配線は放熱構造を考慮せずに
形成することができる。また、放熱面はヒートシンク７
による放熱構造のみで形成すればよいので、全体として
インバータ回路の薄型化・小型化を実現することができ
る。

【００５９】更に、インバータ回路を小型化し、圧縮機
１０に一体化することにより、エンジンルーム内のレイ
アウトの制約を守りながら容易に搭載することができ
る。また、筐体４内のシリコンゲル２５により振動が加
わったときにも異常なく動作することができる。さら
に、従来圧縮機１０とインバータ回路を接続していたシ
ールド線を削除することができ、コストアップを来すこ
となく構成できる。

【００６０】（第３の実施形態）次に、本発明のインバ
ータ回路の配設構造を電池電圧が４２Ｖ程度の電気自動
車用カーエアコンの圧縮機に適用した第３の実施形態に
ついて、図６、図７を参照して説明する。

【００６１】本実施形態においては、インバータ回路の
うち、電力制御用半導体２１を実装する回路パターンを
第１の回路基板２２に代えてリードフレーム３１により
構成し、筐体４の底面側の樹脂内に埋設している。リー
ドフレーム３１は圧縮機１０の外殻１１に配設された電
極１７や第２の回路基板２３と接続する部分では０．６
４×０．６４ｍｍであるが、パターンを形成する部分で
は、厚みが０．６４ｍｍで、パターン幅は２〜３ｍｍ程
度に銅板をプレス加工して構成されている。

【００６２】また、筐体４を形成する樹脂はエポキシ樹
脂などの熱硬化製樹脂を使用している。筐体４の形成に
あたっては、エポキシ樹脂のタブレットに熱を加えなが
らピストンで金型に注入するトランスファ成形を用い
た。エポキシ樹脂は一旦硬化した後の強度、耐環境性に
優れているので、本実施形態において採用した。

【００６３】電力制御用半導体２１は放熱面が下になる
ように筐体４の下面側に設けられた凹部３２内に配設さ
れている。図７に示すように、凹部３２にリードフレー
ム３１の一部を露出させて電力制御用半導体２１を実装
するための電極３３が設けられている。図７には、一部
の電力制御用半導体２１のみを実装した状態を示してい
る。凹部３２にはヒートシンク７をはめ込み、放熱シー
ト８を介して電力制御用半導体２１の放熱面と接してい
る。

【００６４】リードフレーム３１の電力制御用半導体２
１を実装した面とは反対側の面でもその一部が筐体４の
内側に露出されて電極が形成され、他の電子部品２が実
装されている。さらに、筐体４内に配設された第２の回
路基板２３に、制御回路、電源回路を含む回路が実装さ
れている。この回路基板２３の両端部は、筐体４に設け
られた支持段部４ａの上面から露出しているリードフレ
ーム３１とスルーホールを介して接続されている。

【００６５】さらに、筐体４内にはシリコンゲル３４が
充填されている。シリコンゲル３４は２液性の熱硬化タ
イプのものを使用し、回路基板２３を取付けた後、筐体
４内に注入し、真空脱泡機により内部に存在する気泡を
取り除いた後、５０℃に保持されたオーブンに２．５時
間投入し、ゲルを硬化させた。

【００６６】以上の構成において、インバータ回路に供
給される電圧が小さくなると、印加される電流は反比例
して大きくなり、本実施形態では電池電圧が４２Ｖ程度
と小さいために、５０〜８０Ａの電流が常時印加される
ことになる。通常のプリント基板から成る回路基板で
は、パターン形成している銅箔の厚みが精々３５μｍ程
度なので、大きな電流を流すためにはパターン幅を大き
くとらなければならない。それに対して、本実施形態の
インバータ回路では大電流が印加される電力制御用半導
体２１周辺において、配線パターンをリードフレーム３
１で構成しているため、０．６４ｍｍの厚みがあり、パ
ターン幅を小さくすることができる。さらに、リードフ
レーム３１が筐体４を形成している樹脂に埋設されてい
るため、絶縁距離を短縮することができ、高圧部分での
配線距離を短縮することができる。従って、インバータ
回路を小型化することができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、以上のようにインバー
タ回路を実装された回路基板を収納した筐体を圧縮機の
外殻に取付けたので、インバータ回路が圧縮機と一体化
することで小型化を実現でき、また接続用ケーブルや接
続のための作業工数を低減でき、さらにノイズ防止のた
めにシールド線を用いる必要がないので、接続のための
コストを削減でき、コスト低下を図ることができる。

【００６８】また、回路基板上に実装された電力制御用
半導体の放熱面を筐体に設けられた放熱体に熱的に接続
し、筐体の放熱体を圧縮機に導入される冷媒と熱的に接
続することにより、インバータ回路の発熱部を筐体に設
けた放熱体を介して圧縮機の冷媒にて冷却することがで
きるので、大きな放熱手段を多く配設する必要がなくな
り、冷却のための余分な部品やスペースが不要になり、
インバータ回路のコストを上げずに小型化を図ることが
でき、レイアウトに制約されずに搭載することができ
る。

【００６９】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、回路基板に設けられたスルーホールを
介してインバータ回路に接続することにより、回路基板
と外部との接続のためのコネクタを配設することなく電
気的に接続でき、インバータ回路の小型化を図るととも
にコストを削減できる。

【００７０】また、リードフレームを、回路基板と接続
する側とは反対側において、圧縮機に取付けられた電
極、外部電源、及び信号制御回路のコネクタと機械的に
結合することにより、インバータ回路を圧縮機や電源や
制御部と接続するコネクタや配線を設けなくてもよく、
インバータ回路のコストを削減することができる。

【００７１】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、電力制御用半導体が搭載された第１の
回路基板と、主として信号処理用の電子部品が搭載され
た第２の回路基板とを、それぞれスルーホールを介して
リードフレームと接続することにより、インバータ回路
の主として発熱部である電力制御用半導体と制御回路、
電源回路を分離し、複数の回路基板に分割することで、
冷却性能を保持しつつインバータ回路を小型化できると
ともに、コネクタを配設することなく両者を電気的に接
続でき、インバータ回路の小型化とコスト低下を図るこ
とができる。

【００７２】また、筐体に金属からなる複数のリードフ
レームを埋設し、リードフレームの一部を所望の位置で
筐体表面に露出させて電極を形成し、電子部品を実装す
るとともに放熱体が配設される側の面に電力制御用半導
体を実装することにより、リードフレームの一部を回路
基板として利用することから、大電流が印加される電力
制御用半導体周辺回路で回路パターンの幅を小さくする
ことができ、インバータ回路を小型化することができ
る。

【００７３】また、電力制御用半導体を、金属からなる
ヒートスプレッダ上に少なくとも１つのＩＣチップが上
向きに接続され、電気的接続用の電極が一面に集約配置
されるとともに、他面が放熱面となるように構成するこ
とにより、放熱面と電気接続面を半導体を介して分離す
ることができ、インバータ回路を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ回路の配設構造の第１の実
施形態の概略構成を示す縦断面図である。

【図２】同実施形態における筐体とその内部構造を示す
一部破断斜視図である。

【図３】本発明のインバータ回路の配設構造の第２の実
施形態の概略構成を示す縦断面図である。

【図４】同実施形態における電力制御用半導体を実装し
たプリント基板を下側から見た斜視図である。

【図５】同実施形態における電力制御用半導体の構造を
示す斜視図である。

【図６】本発明のインバータ回路の配設構造の第３の実
施形態の概略構成を示す縦断面図である。

【図７】同実施形態における筐体を下側から見た斜視図
である。

【図８】従来例のインバータ回路の構成を示し、（ａ）
はリード挿入タイプの電力制御用半導体を用いたプリン
ト基板の断面図、（ｂ）は表面実装タイプの電力制御用
半導体を用いたプリント基板の断面図である。

【図９】従来の圧縮機の概略構成を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１電力制御用半導体（ＩＰＭ）２電子部品３回路基板４筐体５リードフレーム７放熱体（ヒートシンク）１０圧縮機１１外殻１３冷媒導入通路１５モータ２１電力制御用半導体２２第１の回路基板２３第２の回路基板２４リードフレーム２６ヒートスプレッダ２７ＩＣチップ２８ＩＣチップ２９突起３０ボール電極３１リードフレーム３３電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西井伸之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AC03 BE09 CF02 5H007 AA06 BB06 CA01 CB02 CB04 HA03 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータを内蔵した圧縮機のモータを制御
するインバータ回路の配設構造であって、インバータ回
路を実装された回路基板を収納した筐体を圧縮機の外殻
に取付けたことを特徴とするインバータ回路の配設構
造。
【請求項２】回路基板上に実装された電力制御用半導
体の放熱面を筐体に設けられた放熱体に熱的に接続し、
筐体の放熱体を圧縮機に導入される冷媒と熱的に接続し
たことを特徴とする請求項１記載のインバータ回路の配
設構造。
【請求項３】筐体に金属からなる複数のリードフレー
ムを埋設し、回路基板に設けられたスルーホールを介し
てインバータ回路に接続したことを特徴とする請求項１
又は２記載のインバータ回路の配設構造。
【請求項４】リードフレームは、回路基板と接続する
側とは反対側において、圧縮機に取付けられた電極、外
部電源、及び信号制御回路のコネクタと機械的に結合し
たことを特徴とする請求項３記載のインバータ回路の配
設構造。
【請求項５】筐体に金属からなる複数のリードフレー
ムを埋設し、電力制御用半導体が搭載された第１の回路
基板と、主として信号処理用の電子部品が搭載された第
２の回路基板とを、それぞれスルーホールを介してリー
ドフレームと接続したことを特徴とする請求項１〜４の
何れかに記載のインバータ回路の配設構造。
【請求項６】筐体に金属からなる複数のリードフレー
ムを埋設し、リードフレームの一部を所望の位置で筐体
表面に露出させて電極を形成し、電子部品を実装すると
ともに放熱体が配設される側の面に電力制御用半導体を
実装したことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載
のインバータ回路の配設構造。
【請求項７】電力制御用半導体は、金属からなるヒー
トスプレッダ上に少なくとも１つのＩＣチップが上向き
に接続され、電気的接続用の電極が一面に集約配置され
るとともに、他面が放熱面となるように構成されている
ことを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載のインバ
ータ回路の配設構造。
【請求項８】リードフレームは銅又は黄銅からなるこ
とを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載のインバー
タ回路の配設構造。
【請求項９】筐体は熱可塑性樹脂から成ることを特徴
とする請求項１〜８の何れかに記載のインバータ回路の
配設構造。
【請求項１０】筐体は熱硬化性樹脂から成ることを特
徴とする請求項１〜８の何れかに記載のインバータ回路
の配設構造。
【請求項１１】モータを内蔵した圧縮機のモータを制
御するインバータ回路の配設方法であって、電力制御用
半導体をその放熱面が回路基板の表面と反対側に向くよ
うに搭載する工程と、電力制御用半導体の放熱面が回路
基板を収納する筐体に設けられた放熱体と熱的に接続さ
れるように回路基板を筐体内に配置する工程と、筐体を
その放熱体が圧縮機に導入される冷媒と熱的に接続され
るように圧縮機の外殻に取付ける工程とを有することを
特徴とするインバータ回路の配設方法。
【請求項１２】筐体を製造する工程として、金属板を
エッチング又はプレスにより加工して所望のパターンの
リードフレームを得る工程と、金型内にリードフレーム
を配置し射出成形によりリードフレームを樹脂に埋設す
る工程を有することを特徴とする請求項１１記載のイン
バータ回路の配設方法。
【請求項１３】筐体内に露出したリードフレームを、
回路基板に設けられたスルーホールに嵌合配置する工程
と、スルーホールとリードフレームを半田付けにより電
気的に接続する工程とを有することを特徴とする請求項
１１又は１２記載のインバータ回路の配設方法。
【請求項１４】モータを内蔵しかつそのモータを制御
するインバータ回路を備えた圧縮機であって、インバー
タ回路を実装された回路基板を収納した筐体を圧縮機の
外殻に取付けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項１５】電力制御用半導体をその放熱面を基板
表面とは反対側に向けて搭載した回路基板と、放熱体を
備えかつ放熱体と電力制御用半導体の放熱面が熱的に接
続されるように回路基板を収納配置した筐体とを備え、
筐体をその放熱体が圧縮機に導入される冷媒と熱的に接
続されるように圧縮機の外殻に取付けたことを特徴とす
る請求項１４記載の圧縮機。
【請求項１６】筐体に金属からなる複数のリードフレ
ームを埋設し、回路基板に設けられたスルーホールを介
してインバータ回路に接続したことを特徴とする請求項
１５記載の圧縮機。
【請求項１７】リードフレームは、回路基板と接続す
る側とは反対側において、圧縮機に取付けられた電極、
外部電源、及び信号制御回路のコネクタと機械的に結合
したことを特徴とする請求項１６記載の圧縮機。
【請求項１８】筐体に金属からなる複数のリードフレ
ームを埋設し、電力制御用半導体が搭載された第１の回
路基板と、主として信号処理用の電子部品が搭載された
第２の回路基板とを、それぞれスルーホールを介してリ
ードフレームと接続したことを特徴とする請求項１５〜
１７の何れかに記載の圧縮機。
【請求項１９】筐体に金属からなる複数のリードフレ
ームを埋設し、リードフレームの一部を所望の位置で筐
体表面に露出させて電極を形成し、電子部品を実装する
とともに放熱体が配設される側の面に電力制御用半導体
を実装したことを特徴とする請求項１５〜１７の何れか
に記載の圧縮機。
【請求項２０】電力制御用半導体は、金属からなるヒ
ートスプレッダ上に少なくとも１つのＩＣチップが上向
きに接続され、電気的接続用の電極が一面に集約配置さ
れるとともに、他面が放熱面となるように構成されてい
ることを特徴とする請求項１５〜１９の何れかに記載の
圧縮機。