(57)【要約】  【課題】インバーター制御機器等に用いられるＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等の半導体素子を回路基板上に実装し、半導体素子の温度を検知して保護制御をする電子回路装置に関して、正確に半導体素子の温度を検知できる電子回路装置を提供する。  【解決手段】プリント基板を縦型サブ基板１０８とメイン基板１２６から構成し、縦型サブ基板１０８に半導体素子１０４と温度センサー１１６を実装するとともに、半導体素子１０４の発熱を放熱する放熱板１１８を縦型サブ基板１０８と温度センサー１１６および半導体素子１０４を囲うように配置し、放熱板１１８の内側に前記縦型サブ基板１０８と温度センサー１１６および半導体素子１０４を覆うようにポッティング材１２２を充填することで、半導体素子１０４と温度センサー１１６の温度差を少なくすることができ、正確に半導体素子１０４の温度を検知することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型サブ基板と、前記縦型サブ基板上に前記縦型サブ基板と平行に対面するように実装された半導体素子と、前記縦型サブ基板上に実装された温度センサーと、前記縦型サブ基板および前記半導体素子を囲うように成形された放熱板と、前記縦型サブ基板の端部に配置された基板端子と、前記放熱板の内側に前記縦型サブ基板と前記温度センサーおよび前記半導体素子を覆うように充填されたポッティング材とから成る電子回路装置。
【請求項２】
温度センサーは前記縦型サブ基板の前記半導体素子と同じ側に実装された請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項３】
ポッティング材は熱伝導性の高い材料とした請求項１または２に記載の電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバーター制御機器等に用いられるＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等の半導体素子を回路基板上に実装し、半導体素子の温度を検知して保護動作を行なう機能を持った電子回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷蔵庫等インバーター制御を使った機器が多く出ているが、これらのインバーター機器の電子回路装置においては、モータ等のインバーター駆動回路や、駆動回路の過電流に対する保護回路を１個のモジュールとして組み込んだＩＰＭ半導体素子が用いられるのが一般的である。
【０００３】
これらインバーター機器等の電子回路装置においては、駆動用の半導体素子の温度が高くなるとその温度を検知してキャリア周波数を低下させる等の保護制御を行なうのが一般的である。
【０００４】
半導体素子の温度検知の方法としては、温度センサーの取付けを自動挿入機で行い、取り付けの金具を不用と出来る方法として、半導体素子の実装用に成形したプリント配線パターンに連続する温度センサー取付け部をプリント配線パターンとして形成し、温度センサー取付け部に温度センサーの感熱部が密着するように温度センサーを実装する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以下、図面を参照しながら上記従来の電子回路装置を説明する。
【０００６】
図６は特許文献１に記載された従来の電子回路装置の斜視図、図７は同従来の電子回路装置の電気回路ブロック図である。
【０００７】
図６および図７において、電子回路装置１は、半導体素子２、プリント基板３、放熱板４、取付けネジ５、温度センサー６、運転制御装置７により構成されている。
【０００８】
半導体素子２は例えばモータを駆動する素子として用いられるが、大電流を扱うためその動作においては発熱を伴う。半導体素子２の温度が高温になると半導体素子２が熱破壊を起こして故障してしまうため半導体素子２の熱を放熱するため、半導体素子２は取付けネジ５により放熱板４が密着するように取り付けられているとともに、プリント基板３に実装されている。
【０００９】
半導体素子２のプリント基板３への実装および電気接続はプリント基板３に形成された複数の取付け穴３ａに半導体素子２の複数の半導体端子２ａを挿入し、取付け穴３ａの周囲に形成された複数のパターン３ｂと半導体端子２ａをはんだ付けすることによりなされている。
【００１０】
プリント基板３には例えば中央のパターン３ｂに連続して比較的広範囲のセンサー取付け部３ｃがパターンとして形成されており、このセンサー取付け部３ｃの上に接するように温度センサー６がプリント基板３に実装されている。
【００１１】
また、プリント基板３には半導体素子２の運転を指令するとともに温度センサー６の温度によって半導体素子２の保護動作を行なう運転制御装置７が実装されている。
【００１２】
電子回路装置１の外部には半導体素子２にて駆動する負荷である例えばモータ８が接続されている。
【００１３】
以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。
【００１４】
運転制御装置７からの指令により半導体素子２が動作しモータ８が運転されるが、半導体素子２はその動作により発熱し、その発熱は放熱板４により放熱されるため通常は必要以上に高温になることはない。しかし、例えば高温の雰囲気の環境で運転されたり、放熱板４での放熱が何かの要因により阻害された場合などの異常時は、半導体素子２の温度は高温になってしまう。
【００１５】
半導体素子２の温度が高温になると、その半導体端子２ａもそれに伴い温度上昇するため、半導体端子２ａに接続されたパターン３ｂおよびセンサー取付け部３ｃも通常時よりも温度上昇する。
【００１６】
温度センサー６はセンサー取付け部３ｃの上に接するように取付けられているため、センサー取付け部３ｃの温度上昇は温度センサー６の温度も上昇させることとなり、温度センサー６の温度が所定の温度以上になると、温度センサー６からの信号により運転制御装置７が半導体素子２の動作を停止させる等の保護動作を行なうようになっている。
【特許文献１】特開平１０−４８０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の構成では温度センサー６は半導体素子２の温度を直接検知しているのではないため、例えば電子回路装置１の周囲温度や空気対流によって半導体素子２と温度センサー６の温度の相関が変化し、半導体素子２の保護停止温度にバラツキが生じ、適切な温度で保護動作できないという課題を有していた。
【００１８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、正確に半導体素子２の温度を検知できる電子回路装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の電子回路装置は、プリント基板を縦型サブ基板とメイン基板から構成し、縦型サブ基板に半導体素子と温度センサーを実装するとともに、半導体素子の発熱を放熱する放熱板を縦型サブ基板と温度センサーおよび半導体素子を囲うように配置し、放熱板の内側に前記縦型サブ基板と温度センサーおよび半導体素子を覆うようにポッティング材を充填するとともに、メイン基板にメイン基板および放熱板を実装するようにしたもので、半導体素子の発熱を放熱する放熱板の内側に半導体素子と温度センサーを配置してポッティング材を充填することにより、半導体素子と温度センサーの温度差を少なくすることが出来るという作用を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電子回路装置は、半導体素子と温度センサーの温度差をなくせるので、正確に半導体素子の温度を検知でき、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
請求項１に記載の発明は、縦型サブ基板と、前記縦型サブ基板上に前記縦型サブ基板と平行に対面するように実装された半導体素子と、前記縦型サブ基板上に実装された温度センサーと、前記縦型サブ基板および前記半導体素子を囲うように成形された放熱板と、前記縦型サブ基板の端部に配置された基板端子と、前記放熱板の内側に前記縦型サブ基板と前記温度センサーおよび前記半導体素子を覆うように充填されたポッティング材とから電子回路装置を構成することにより、半導体素子と温度センサーの温度差を少なくすることが出来、正確に半導体素子の温度を検知でき、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、温度センサーは前記縦型サブ基板の前記半導体素子と同じ側に実装するようにしたもので、温度センサーと半導体素子の距離を近づけることができ、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに半導体素子と温度センサーの温度差を少なくすることが出来、より正確に半導体素子の温度を検知できるため、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の発明において、ポッティング材は熱伝導性の高い材料としたもので、半導体素子と放熱板と温度センサー相互の熱伝導が良くなり、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに半導体素子と温度センサーの温度差を少なくすることが出来、より正確に半導体素子の温度を検知できるため、信頼性の高い電子回路装置を提供することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電子回路装置の斜視図、図２は同実施の形態における電子回路装置の側断面図、図３は同実施の形態における電子回路装置の電気回路ブロック図、図４は同実施の形態における縦型サブ基板の斜視図、図５は同実施の形態における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図である。
【００２６】
図１、図２、図３、図４、図５において、電子回路装置１００は、ＳＩＰ（シングル・インライン・パッケージ）型のＩＰＭである半導体素子１０４、縦型サブ基板１０８、取付けネジ１１０、ナット１１４、温度センサー１１６、運転制御装置１１７、放熱板１１８、ポッティング材１２２、メイン基板１２６、基板端子１３０により構成されている。
【００２７】
以下、電子回路装置の詳細な構成について説明する。
【００２８】
半導体素子１０４は複数の素子端子１０４ｃを備え、縦型サブ基板１０８と半導体素子１０４とが平行対面するように、素子端子１０４ｃを縦型サブ基板１０８にはんだ付けされることにより実装されている。
【００２９】
半導体素子１０４は、取付けネジ１１０およびナット１１４により、金属板をＵ字型に折り曲げ成形された放熱板１１８に密着するように取付けられている。
【００３０】
縦型サブ基板１０８には半導体素子１０４と同じ実装面側に温度センサー１１６が実装されている他、半導体素子１０４の運転を指令するとともに温度センサー１１６の温度によって半導体素子１０４の保護動作を行なう運転制御装置１１７も実装されている。
【００３１】
放熱板１１８は縦型サブ基板１０８および半導体素子１０４を囲うようになっており、放熱板１１８はＵ字型の底面部に位置決め部である位置決め穴１１８ａが設けられているとともに、縦型サブ基板１０８には端面に突起部１０８ａが設けられており、突起部１０８ａを位置決め穴１１８ａに嵌合させることにより、縦型サブ基板１０８を放熱板１１８に組み付ける際に位置決めができるようになっている。
【００３２】
この時半導体素子１０４は、素子端子１０４ｃが縦型サブ基板１０８の突起部１０８ａ側、すなわちＵ字型の放熱板１１８の底部側にくるように縦型サブ基板１０８に取付けられている。
【００３３】
また、放熱板１１８は側端部に基板支持部１１８ｂを形成しており、対になった基板支持部１１８ｂを内側に折り曲げ加工することにより縦型サブ基板１０８を挟持している。
【００３４】
放熱板１１８の内側には、熱伝導率が良くなるように無機質フィラーを混合したウレタン樹脂のポッティング材１２２が、半導体素子１０４と温度センサー１１６および素子端子１０４ｃと縦型サブ基板１０８との接続部を隙間なく覆うように充填されている。
【００３５】
縦型サブ基板１０８および放熱板１１８はメイン基板１２６上に実装されているが、縦型サブ基板１０８の突起部１０８ａが形成されている端面の反対側の端面、すなわちメイン基板１２６側の端面には複数の基板端子１３０が取付けられており、この基板端子１３０により縦型サブ基板１０８とメイン基板１２６が電気接続されている。電子回路装置１００の外部には半導体素子１０４にて駆動するモータ８が接続されている。
【００３６】
以上のように構成された電子回路装置について、以下その動作を説明する。
【００３７】
半導体素子１０４はその動作により発熱するが、その発熱は放熱板１１８により放熱されるため通常は必要以上に高温になることはないが、高温の雰囲気の環境で運転されたり、放熱板１１８での放熱が何かの要因により阻害された場合などには、半導体素子１０４の温度が動作温度範囲以上に上昇してしまう場合がある。
【００３８】
運転制御装置１１７は温度センサー１１６が所定の温度（例えば、半導体素子１０４の動作温度範囲の上限温度）以上になると半導体素子１０４の動作を停止させるようになっている。
【００３９】
温度センサー１１６は半導体素子１０４の近傍にあるとともに半導体素子１０４と熱伝導している放熱板１１８に囲まれ、且つ温度センサー１１６と半導体素子１０４および放熱板１１８の間の空間には熱伝導性の良いポッティング材１２２が充填されているため、温度センサー１１６の温度はいかなる使用環境にあっても半導体素子１０４とほぼ同じ温度になっており、半導体素子１０４の温度が異常に上昇した場合においても、その温度上昇を正確に検知することが出来る。
【００４０】
したがって電子回路装置１００が高温の雰囲気の環境で運転された場合や、放熱板１１８での放熱が何かの要因により阻害された場合など、半導体素子１０４の温度が異常に上昇した場合、温度センサー１１６にて半導体素子１０４の温度を正確に検知し、適切な温度で半導体素子１０４の動作を停止させる等の保護動作を行なうため、温度上昇によって半導体素子１０４が破壊に至ることを防止することができるという効果を得ることができる。
【００４１】
また、ポッティング材１２２に無機質フィラーを混合したウレタン樹脂を用いることにより、ポッティング材１２２の熱伝導率が良くなり（例えば、無機質フィラーを混合することにより、ポッティング材１２２の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・℃から０．８Ｗ／ｍ・℃程になる）、半導体素子１０４と温度センサー１１６の温度差がより少なくなり、より正確に半導体素子１０４の温度を検知できるという効果を得ることができる。
【００４２】
また、その他の効果として、半導体素子１０４の発熱をより熱拡散させることができるので、放熱板１１８を小型化することができるとともに、半導体素子１０４の信頼性を高めることができるという効果を得ることができる。
【００４３】
また、その他の効果として、ポッティング材１２２にて半導体素子１０４の素子端子１０４ｃと縦型サブ基板１０８の電気接続部を覆い、外部から塵埃などが侵入しない構造としているため、端子間距離が比較的短く法規上の絶縁距離を確保できない半導体素子であっても使用することができるという効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる電子回路装置は、正確に半導体素子の温度を検知することができ、適切な温度保護動作が可能となり、電子回路装置の信頼性を向上することが出来るものであるから、インバーター制御機器だけではなく、半導体素子を用いた他の電子回路装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における電子回路装置の斜視図
【図２】同実施の形態における電子回路装置の側断面図
【図３】同実施の形態における電子回路装置の電気回路ブロック図
【図４】同実施の形態における縦型サブ基板の斜視図
【図５】同実施の形態における放熱板の折り曲げ加工前の斜視図
【図６】従来の電子回路装置の斜視図
【図７】従来の電子回路装置の電気回路ブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０４  半導体素子
１０８  縦型サブ基板
１１６  温度センサー
１１８  放熱板
１２２  ポッティング材
１３０  基板端子
【図１】
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【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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