(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属をベース材としてパワー半導体素子が実装されたプリント配線基板と、このプリント配線基板を囲み電動機に接続するコネクタを一体成形したケースと、前記金属ベースとこのケースとに囲まれた内部に注入された絶縁性樹脂材と、電源用及び前記パワー半導体素子スイッチング信号を供給する半田付け用リードを前記ケースと分離した状態でモールドするモールド樹脂とを備えたコネクタ一体形パワーモジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記リードの途中に曲げ形状を形成したコネクタ一体形パワーモジュール。
【請求項３】
請求項１において、前記モールド樹脂に設けられた基板位置決め用の固定爪と、前記モールド樹脂にインサート成形された半田接合用の金属片とを備えたコネクタ一体形パワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機等においてインバータ回路を使用して圧縮機モーターの駆動環境を制御するパワーモジュールに係わるもので、特にインバータ回路部を収納したパワーモジュールと圧縮機モーターとの接続、及びインバータ駆動制御回路のプリント配線基板との接続取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機等におけるパワーモジュールおよび制御基板、圧縮機モーターへの接続構成図を使って説明する。
【０００３】
図1はパワーモジュール10への入出力信号用端子が、全てはんだ付用リード31形状を成すものである。パワーモジュールは他の電子部品と同様に制御基板40上に実装後、自動はんだ付装置にて一括はんだ付により、モジュールと制御基板間の接続を容易にしている。
【０００４】
圧縮機モーターは一般的に３相ブラシレスモーターが使用されており、接続ケーブルはＵＶＷ各相分の３本必要となる。圧縮機モーターからの３本のケーブルは方向性付きの３極コネクタ51で集合し、一方パワーモジュール側から出力される３本のケーブルも、変換ケーブル60の３極ハウジング61で集合させ、パワーモジュールからの出力ラインと圧縮機モーターとの結線作業の簡略化と誤結線防止を図っている。
【０００５】
図２は圧縮機モーター出力を含む高電圧、大電流ラインの接続用として汎用的なファストン接続端子38を、小信号系の制御基板40側にはんだ付用リード31を一体的に形成したパワーモジュール10の接続構成図である。先の図１とは異なり圧縮機モーターへの出力は制御基板を中継せずファストン端子38とリセプタクル端子65の接続で直接変換ケーブル60に繋いでいる。パワーモジュールと圧縮機モーター間の配線を基板の外に出すことで、低電圧で動作する制御基板上の電子部品近傍には高電圧・高電流回路を通さないで済み、ノイズによる誤動作防止ができる。また基板の面積を占有する高圧用の幅広パターン、及び絶縁距離を考慮する必要が無く基板の小型化が可能になる。
【０００６】
図７は、コネクタをケース内に内蔵する半導体装置の公知例（特開平9−120852号）である。ポッティング材310を充填するパワー素子回路収納部308とコネクタ収納部309を仕切り、内蔵するコネクタ317は成形後のケースに後付し、コネクタ端子とパワー半導体素子回路との電気的接続にワイヤーボンディング320とするため、コネクタ構造部分は耐熱性を必要とせず市販品を利用できるなど、コネクタ形状の変更に対しては柔軟な対応可能と言った利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先に挙げた図1の例ではパワーモジュールからの電気的な配線接続は、パワーモジュールを他の電子部品と同様にプリント配線基板上に実装し、自動はんだ付装置による一括はんだ付のみで完了する。しかしながら、パワーモジュール本体を基板に固定する為の専用固定板70とネジ71が必要であり、電気的接続以外での部品及び取付作業が発生する。また圧縮機モーターへの出力端子も基板にはんだ付していることから、ユニットへの組込作業性や取外しサービス性を考慮すると、圧縮機モーターへの接続線は基板に直結できず、同一基板上にはんだ接続されたハウジング付変換ケーブル60が必要となるなど、本来の機能として必要の無い部品や作業が増えると言った問題が有る。
【０００８】
図２の例では、パワーモジュールから直接圧縮機モーターへの出力用にファストン接続端子を備えているので、圧縮機モーターからの接続ケーブルをリセプタクル端子形状に替えて直結も可能であるが、極数分に接続本数が増える事やファストン及びリセプタクル形状が共通であることからユニットへの組込・取外しの際に誤接続を招く可能性があり、やはりハウジング付き変換ケーブルが間に必要である。また、図１及び図２のはんだ付用のリード形状部分は、電流容量を考慮しても必要線径が直径1ｍｍに満たず強度も弱い。従ってパワーモジュール単品での取扱中に接触等により、リード間のピッチが変わり制御基板接続用の穴への挿入が困難になる事が予想される。
【０００９】
図７の例では、成形後のケースにコネクタを後付しコネクタ端子とパワー半導体素子回路との電気的接続はワイヤーボンディングとするため、パワーモジュールの組立工程が増加する欠点がある。
【００１０】
本発明の課題は、圧縮機モーター、制御基板等の外部装置とパワーモジュールとの手作業による接続配線数及び取付の為の部品数・工数を減らし、省スペース化が図れ且つ安価なコネクタ一体型プリント基板実装用パワーモジュールを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、金属をベース材としてパワー半導体素子が実装されたプリント配線基板と、このプリント配線基板を囲み電動機に接続するコネクタを一体成形したケースと、前記金属ベースとこのケースとに囲まれた内部に注入された絶縁性樹脂材と、電源用及び前記パワー半導体素子スイッチング信号を供給する半田付け用リードを前記ケースと分離した状態でモールドするモールド樹脂とを備えたコネクタ一体形パワーモジュールとすることで達成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実態の形態について図３〜６を用いて説明する。図３は発明品の外観図である。構成はパワー半導体素子を内蔵した回路収納部12、パワーモジュールへの電源およびパワー半導体のスイッチング信号を供給する外部プリント基板に接続するはんだ付用リード31と電動機負荷等への出力接続側を、リード線接続に対応した成形コネクタ形状34から成る。図４は内部断面を、図５は接続端子を一体成形したケースの外観図である。
【００１３】
回路収納部を構成する配線部材は、熱伝導性の良い金属をベース材としたプリント配線基板で、パワー半導体素子は、半導体チップとリードフレームの接合および樹脂封止パッケージ成形品で基板上の接合面に配置し、外部装置への接続端子は、リードフレームを立体成形し予め配線部材の接合面に接続端子の接合部を位置決めした状態でインサートモールド成形されたケースを同様にプリント配線基板上の接合面に配置する。各々は、はんだにより接合されている。
【００１４】
パワーモジュールの組立工程は金属ベース材としたプリント配線基板20上に、接続に必要な位置に適量のクリームはんだを印刷する。予めプリント基板回路接続側を表面実装用に、また外部装置への接続用にリードフレームを立体成形しインサートモールド成形されたケース30と、同じく表面実装用のリード付パワー半導体素子24や抵抗・コンデンサ部品を基板上に配置し、一括してリフローはんだ付を行う。
【００１５】
ケース及び外部装置への接続端子は、パワーモジュールから電動機等負荷への出力接続側を、リード線接続に対応したコネクタ又はハウジングの収納構造及び端子形状としている。
【００１６】
最後に金属ベースとケースに囲まれた内部に絶縁性の樹脂材11を注入し硬化させ完成する。またケースの外部プリント基板接続側は、実装はんだ付用のリード部分の一部を樹脂でモールドし回路収納部のケースとは分離したコネクタ形状31としており、リードの中間部分には曲げ形状33を形成する。すなわち、パワーモジュールへの電源およびパワー半導体のスイッチング信号を供給する外部プリント基板接続側は、実装はんだ付用リード部分の一部をケース本体とは分離した状態で樹脂モールドし、基板実装型のコネクタ形状を成す。この曲げ形状33の目的は、本発明品を外部プリント基板に実装する際、はんだ付接続後に、電動機等負荷へのコネクタ接続時、パワーモジュールを放熱フィン構造体に取付時、そして冷熱衝撃によるはんだ付部に加わる応力緩和が主である。更に、図６に示す如く、基板接続側のモールド部分の両サイドには本発明品を実装する基板への位置決め及び固定用の爪形状36と、電気的接続はなさず、はんだ接合強度確保のみを目的とした金属片37が爪形状36の内側にインサート成形されている。すなわち、外部プリント基板接続側で、実装はんだ付用のコネクタ形状を構成する樹脂モールド部分に基板位置決め固定用の爪形状か、または基板との密着性及びはんだ接合強度を増す目的で金属片が、少なくとも１ヶ所以上一体的に形成されている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明品により、圧縮機モーター、制御基板等の外部装置とパワーモジュールとの手作業による接続配線数及び取付の為の部品数・工数を減らし、省スペース化が図れ且つ安価なコネクタ一体型プリント基板実装用パワーモジュールが供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の基板実装用パワーモジュール接続例を示す図。
【図２】  従来のファストン端子を備えたパワーモジュール接続例を示す図。
【図３】  本発明の実施例でパワーモジュールの斜視図。
【図４】  図３のパワーモジュール断面および接続例を示す図。
【図５】  図３のケースのみの斜視図。
【図６】  図３の基板固定爪、およびはんだ付部の拡大図。
【図７】  従来のコネクタ内蔵パワーモジュールの実施例を示す図。
【符号の説明】
10…パワーモジュール、11…絶縁性樹脂、12…パワー素子収納部、20プリント基板、24…パワー半導体素子、30…ケース、31…基板実装リード、34…成形コネクタ、40…制御基板、50…圧縮機接続用ケーブル、60…変換ケーブル、70…パワーモジュール固定板。
【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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