(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装型の半導体パワー素子（１２、１４、１６）を半田付けにより回路基板（１０）に実装してなる電気回路装置において、
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の発熱により前記半田が溶解したとき前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が自重で脱落するように前記回路基板（１０）が傾斜して配置されており、
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落をストッパ部材（３６、３８）で停止させ、その停止位置において前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が電気的にオープン状態となり、かつその後の前記半田の冷却によって前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記停止位置で保持されるようになっていることを特徴とする電気回路装置。
【請求項２】
回路基板（１０）と、
この回路基板（１０）に半田付けにより実装された表面実装型の半導体パワー素子（１２、１４、１６）と、
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の発熱によって前記半田が溶解したとき前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が自重で脱落するように前記回路基板（１０）を傾斜して保持する保持部材（３２）と、
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落を停止させるストッパ部材（３６、３８）とを備え、
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記ストッパ部材（３６、３８）により停止されている状態において前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が電気的にオープン状態となり、かつその後の前記半田の冷却によって前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記停止位置で保持されるようになっていることを特徴とする電気回路装置。
【請求項３】
前記保持部材（３２）と前記ストッパ部材（３６、３８）は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電気回路装置。
【請求項４】
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の裏面電極（１４２）と前記回路基板（１０）に形成された電極パッド（１０２）が半田付けされて前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記回路基板（１０）に実装されており、前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記ストッパ部材（３６、３８）により停止されている状態において前記半田の冷却により前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の裏面電極（１４２）が部分的に前記電極パッド（１０２）に固定されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電気回路装置。
【請求項５】
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）の前記裏面電極（１４２）以外の電極の端子（１４４、１４６）が、前記回路基板（１０）の傾斜方向において前記電極パッド（１０２）に対し前記ストッパ部材（３６、３８）と反対側に位置する電極パッド（１０４、１０６）に半田付けされていることを特徴とする請求項４に記載の電気回路装置。
【請求項６】
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記回路基板（１０）に複数実装され、それぞれの半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落を停止させるために前記ストッパ部材（３６、３８）が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電気回路装置。
【請求項７】
前記半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記回路基板（１０）に複数実装され、それぞれの半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落が１つのストッパ部材（３８）で停止されるようになっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電気回路装置。
【請求項８】
前記回路基板（１０）の傾斜方向において前記複数の半導体パワー素子（１２、１４、１６）よりも上側に、他の回路素子（１８、２０、２２、２４、２６）が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の電気回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型の半導体パワー素子を半田付けにより回路基板に実装してなる電気回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、表面実装型の半導体パワー素子、電解コンデンサ、抵抗などの複数の回路素子を、半田付けによって回路基板に表面実装した電気回路装置がある。
【０００３】
この従来の電気回路装置において、回路基板は、垂直方向（重力方向）あるいは水平方向に配置される。このため、半導体パワー素子が、故障等で異常発熱したとき次のような問題が生じる。すなわち、回路基板が垂直方向に配置されるものにおいては、半導体パワー素子の異常発熱により半田が溶解すると半導体パワー素子が落下し、電気回路装置の筐体内に放置される。表面実装型の半導体パワー素子は、その裏面に面状の裏面電極が形成されているため、振動等の影響で半導体パワー素子が移動すると他の回路素子をショートさせるなどの問題を発生させる可能性がある。また、回路基板が水平方向に配置されるものにおいては、半導体パワー素子の異常発熱により半田が溶解したとき半導体パワー素子は落下しないものの、異常発熱が継続し、他の回路素子に悪影響を与えるなどの可能性がある。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みたもので、表面実装型の半導体パワー素子を半田付けによって回路基板に実装した電気回路装置において、半導体パワー素子の異常発熱により半田が溶解したとき半導体パワー素子を電気的にオープン状態にして発熱の継続を防止するとともに、他の回路素子をショートさせるなどの不具合を生じさせないようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、表面実装型の半導体パワー素子（１２、１４、１６）を半田付けにより回路基板（１０）に実装してなる電気回路装置において、
半導体パワー素子（１２、１４、１６）の発熱により前記半田が溶解したとき半導体パワー素子（１２、１４、１６）が自重で脱落するように回路基板（１０）が傾斜して配置されており、
半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落をストッパ部材（３６、３８）で停止させ、その停止位置において半導体パワー素子（１２、１４、１６）が電気的にオープン状態となり、かつその後の前記半田の冷却によって半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記停止位置で保持されるようになっていることを特徴としている。
【０００６】
このことにより、半導体パワー素子が異常発熱して半田が溶解したとき、半導体パワー素子を自重で脱落させてストッパ部材で停止させ、その停止位置において半導体パワー素子を電気的にオープンな状態としているから、半導体パワー素子の異常発熱の継続による他の回路素子への影響などを防止することができる。また、その後の半田の冷却によって半導体パワー素子をストッパ部材による停止位置で保持するようにしているから、半導体パワー素子が移動して他の回路素子をショートさせるなどの不具合を生じさせないようにすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明においては、回路基板（１０）と、
この回路基板（１０）に半田付けにより実装された表面実装型の半導体パワー素子（１２、１４、１６）と、
半導体パワー素子（１２、１４、１６）の発熱によって前記半田が溶解したとき半導体パワー素子（１２、１４、１６）が自重で脱落するように回路基板（１０）を傾斜して保持する保持部材（３２）と、
半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落を停止させるストッパ部材（３６、３８）とを備え、
半導体パワー素子（１２、１４、１６）がストッパ部材（３６、３８）により停止されている状態において半導体パワー素子（１２、１４、１６）が電気的にオープン状態となり、かつその後の前記半田の冷却によって半導体パワー素子（１２、１４、１６）が前記停止位置で保持されるようになっていることを特徴としている。
【０００８】
この発明においても、請求項１に記載の発明と同様、半導体パワー素子が異常発熱したときの他の回路素子への影響などを防止することができる。
【０００９】
この場合、上記した保持部材（３２）とストッパ部材（３６、３８）は、請求項３に記載の発明のように、一体的に形成したものとすることができる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明では、半導体パワー素子（１２、１４、１６）がストッパ部材（３６、３８）により停止されている状態において半田の冷却により半導体パワー素子（１２、１４、１６）の裏面電極（１４２）が部分的に電極パッド（１０２）に固定されるようになっていることを特徴としている。
【００１１】
このように、半導体パワー素子の裏面電極と電極パッドを、半田の冷却により再固定することによって、半導体パワー素子をストッパ部材による停止位置に確実に保持させることができる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明では、半導体パワー素子（１２、１４、１６）の裏面電極（１４２）以外の電極の端子（１４４、１４６）が、回路基板（１０）の傾斜方向において電極パッド（１０２）に対しストッパ部材（３６、３８）と反対側に位置する電極パッド（１０４、１０６）に半田付けされていることを特徴としている。
【００１３】
このことにより、半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落時に半導体パワー素子（１２、１４、１６）を確実にオープンな状態にすることができる。
【００１４】
また、複数の半導体パワー素子（１２、１４、１６）が回路基板（１０）に実装されている場合、請求項６に記載の発明のように、複数のストッパ部材（３６、３８）で複数の半導体パワー素子（１２、１４、１６）のそれぞれの脱落を停止させることの他、請求項７に記載の発明のように、１つのストッパ部材（３８）で複数の半導体パワー素子（１２、１４、１６）の脱落を停止させるようにすることができる。なお、後者の場合、請求項８に記載の発明のように、複数の半導体パワー素子（１２、１４、１６）よりも上側に他の回路素子（１８、２０、２２、２４、２６）を配置するようにするのが好ましい。
【００１５】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態にかかる電気回路装置の正面構成を示し、図２に図１に示す電気回路装置を左側から見た側面構成を示す。この電気回路装置は、例えば、自動車のランプ、モータ等の負荷を駆動する駆動装置として構成されている。
【００１８】
図１において、回路基板１０の上面には、表面実装型の複数の回路素子が半田付けにより表面実装されている。具体的には、半導体パワー素子としてのＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６、ＩＣ１８、抵抗２０、電解コンデンサ２２、コンデンサ２４、２６などの回路素子が回路基板１０の上面に実装されている。
【００１９】
また、回路基板１０の上面には、これらの回路素子と電気的に接続される電極パッドおよび配線が形成されており、金属製のターミナル２８により外部と電気的に接続されるようになっている。なお、ターミナル２８は、回路基板１０に形成された貫通孔を貫通しターミナル接続部３０で半田付けされて、回路基板の上面に形成された配線に電気接続されている。また、回路基板１０には、後述する第１のストッパ部材３６を貫通させるための貫通孔が形成されている。
【００２０】
回路基板１０は、図１、図２に示すように、保持部材としてのベース３２により、傾斜して保持されている。図３に、ベース３２の具体的な構成を示す。図３において、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。ベース３２は、平面状の底部３４と、第１、第２のストッパ部材３６、３８と、底部３４の両側に設けられた側壁部４０とから構成され、樹脂により一体的に形成されたものとなっている。なお、底部３４には、ターミナル２８を貫通させるための貫通孔が形成されており、両側壁部４０には、図に示すように基板受け部４０ａと基板固定用爪４０ｂが形成されている。
【００２１】
そして、回路基板１０に固定されたターミナル２８を底部３４に形成された貫通孔に通し、また第１のストッパ部材３６を回路基板１０に設けられた貫通孔に通し、この後、回路基板１０の左右両側を基板受け部４０ａに押し付け、基板固定用爪４０ｂにより回路基板１０を保持することによって、回路基板１０がベース３２に固定される。この状態において、回路基板１０は、ベース３２に対し所定角度傾斜した状態で固定される。なお、この実施形態に示す電気回路装置は、ベース３２の底部３４が水平状態となるように、自動車内の適当な箇所に設置される。
【００２２】
上記したように回路基板１０を傾斜して配置することにより、ＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６のいずれかが異常発熱しそのＭＯＳＦＥＴを固定する半田が溶解したとき、そのＭＯＳＦＥＴを自重で脱落させることができる。このような傾斜を与える角度としては、３０°〜６０°が適切である。
【００２３】
そして、ＭＯＳＦＥＴが脱落したときＭＯＳＦＥＴを所定位置で停止させるために、第１、第２のストッパ部材３６、３８が設けられている。なお、第１のストッパ部材３６は、ＭＯＳＦＥＴ１２あるいは１６が回路基板１０から脱落したときにそれを停止させるために設けられ、第２のストッパ部材３８は、ＭＯＳＦＥＴ１４が回路基板１０から脱落したときにそれを停止させるために設けられている。そして、ＭＯＳＦＥＴがストッパ部材で停止している状態において、そのＭＯＳＦＥＴが電気的にオープン状態となり、異常発熱がなくなり、かつその後半田が自然冷却することによってＭＯＳＦＥＴがストッパ部材で停止している状態で保持される。以下、この点について、ＭＯＳＦＥＴ１４を例にとって説明する。
【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）に、ＭＯＳＦＥＴ１４が回路基板１０に実装されている部分の模式的な正面構成および側面構成を示す。
【００２５】
ＭＯＳＦＥＴ１４の裏面には、ヒートシンクを兼ねた面状のドレイン電極１４２が裏面電極として形成されており、このドレイン電極１４２が回路基板１０の上面に形成されたドレイン用電極パッド１０２と半田付けされている。また、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極端子１４６、ソース電極端子１４４は、ＭＯＳＦＥＴ１４の上側（すなわち回路基板１０の傾斜方向においてドレイン用電極パッド１０２に対し第２のストッパ部材３８と反対側）に位置するように形成されたゲート用電極１０６、ソース用電極１０４にそれぞれ半田付けされている。なお、図４（ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１４２と第２のストッパ部材３８との間隔Ｄ１は、ソース用電極１０４とソース電極端子１４４が重なっている長さ（ゲート用電極１０６とゲート電極端子１４６が重なっている長さも同様）Ｄ２よりも長くなっている。
【００２６】
このような構成において、ＭＯＳＦＥＴ１４が異常発熱してＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１４２、ゲート電極端子１４６、ソース電極端子１４４と回路基板１０の上面に形成されたドレイン用電極１０２、ゲート用電極１０６、ソース用電極１０４との間の半田がそれぞれ溶解すると、ＭＯＳＦＥＴ１４は自重で脱落し、上記した距離Ｄ１だけ移動して、第２のストッパ部材３８により停止される。このときの状態を図５に示す。ここで、図４に示したように、距離Ｄ１＞距離Ｄ２に設定されているため、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲート電極端子１４６、ソース電極端子１４４は、ドレイン用電極１０２とゲート用電極１０６の間、ドレイン用電極１０２とソース用電極１０４の間にそれぞれ位置し、ＭＯＳＦＥＴ１４は電気的に確実にオープンな状態になる。
【００２７】
この場合、電気回路的には、図６（ａ）に示す異常発熱前の状態から図６（ｂ）に示す状態に変化し、ＭＯＳＦＥＴ１４のゲートとＭＯＳＦＥＴ駆動回路４２との間が電気的にオープンになるとともに、ＭＯＳＦＥＴ１４のドレインと負荷４４との間も電気的にオープンになる。このため、バッテリ４６からＭＯＳＦＥＴ１４への通電がカットされ、ＭＯＳＦＥＴ１４の異常発熱が停止する。
【００２８】
また、図５に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１４が第２のストッパ部材３８により停止されている状態において、ＭＯＳＦＥＴ１４のドレイン電極１４２はドレイン用電極１０２と部分的に重なった位置にあるため、ＭＯＳＦＥＴ１４の異常発熱が停止し、半田が冷却すると、ドレイン電極１４２が部分的にドレイン用電極１０２に固定される。このようにＭＯＳＦＥＴ１４を第２のストッパ部材３８による停止位置で固定しておくことにより、脱落したＭＯＳＦＥＴ１４を、回路基板１０を収納する図示しない筐体内で移動させないようにすることができ、他の回路素子をショートさせるなどの問題を発生させないようにすることができる。
【００２９】
以上、ＭＯＳＦＥＴ１４を例にとって異常発熱時の動作を説明したが、他のＭＯＳＦＥＴ１２、１６においても同様に、その異常発熱による脱落、ストッパ部材での停止、およびその後の半田の冷却による停止位置での固定といった動作を行う。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１２、１６は、第１のストッパ部材３６の位置で停止される。
（他の実施形態）
上記した実施形態では、図１に示すように、脱落させるＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６と同じ高さあるいは下側に、抵抗２０、電界コンデンサ２２、コンデンサ２４、２６、ＩＣ１８などが存在し、ＭＯＳＦＥＴ１２、１６が第１のストッパ部材３６で停止するようになっている。しかし、第１のストッパ部材３６が図１のような形状をしていると、ＭＯＳＦＥＴ１２、１６が横にずれて脱落する可能性がある。これを防止するためには、ＭＯＳＦＥＴ１２、１６のそれぞれの両サイドに壁（突出部）を設けて、ＭＯＳＦＥＴ１２、１６が横にずれて脱落しないようにすればよい。あるいは、図７に示すように、脱落させるＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６の全てをストッパ部材３８の最も近くに配置して、第１のストッパ部材３６をなくし、抵抗２０、電界コンデンサ２２、コンデンサ２４、２６、ＩＣ１８などをＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６よりも上側に配置するようにすればよい。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６以外の回路素子の全てがＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６の上側にある必要はなく、脱落したＭＯＳＦＥＴによって影響を受けない回路素子であればＭＯＳＦＥＴ１２、１４、１６と同じ高さにあってもよい。
【００３０】
なお、回路基板１０の上面に配置される回路素子は、図１、図７に示すものに限らず、電気回路装置を構成するに必要な種々の回路素子となることはもちろんである。
【００３１】
また、上記した実施形態では、第１、第２のストッパ部材３６、３８を、回路基板１０を保持するベース３２に一体的に形成するものを示したが、回路基板１０の上面にベース３２とは別に設けるようにしてもよい。
【００３２】
また、半導体パワー素子として、ＭＯＳＦＥＴを示したが、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどの半導体パワー素子の場合にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電気回路装置の正面構成を示す図である。
【図２】図１に示す電気回路装置を左側から見た側面構成を示す図である。
【図３】ベース３２の具体的な構成を示す図である。
【図４】ＭＯＳＦＥＴ１４が回路基板１０に実装されている状態を示す図である。
【図５】ＭＯＳＦＥＴ１４の異常発熱により半田が溶解してＭＯＳＦＥＴ１４が脱落した状態を示す図である。
【図６】ＭＯＳＦＥＴ１４が脱落したときにＭＯＳＦＥＴ１４が電気的にオープンになることを説明するための電気回路図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる電気回路装置の正面構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…回路基板、１２、１４、１６…ＭＯＳＦＥＴ、１８…ＩＣ、
２０…抵抗、２２…電解コンデンサ、２４、２６…コンデンサ、
２８…ターミナル、３０…ターミナル接続部、３２…ベース、３４…底部、
３６、３８…ストッパ部材、４０…側壁部、４０ａ…基板受け部、
４０ｂ…基板固定用爪、４２…ＭＯＳＦＥＴ駆動回路、４４…負荷、
４６…バッテリ、１０２…ドレイン用電極、１０４…ソース用電極、
１０６…ゲート用電極、１４２…ドレイン電極、１４４…ソース電極端子、
１４６…ゲート電極端子。
【図１】
0003555550.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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