特許 7072076 制御装置および制御装置の保守方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-11

(45)【発行日】2022-05-19

(54)【発明の名称】制御装置および制御装置の保守方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20220512BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20220512BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20220512BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220512BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 E

H01L25/04 C

H05K7/20 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020547491

(86)(22)【出願日】2018-09-18

(86)【国際出願番号】 JP2018034415

(87)【国際公開番号】W WO2020059010

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藍 天

【審査官】黒田 久美子

(56)【参考文献】

【文献】実開平０４－０７９４４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－０８９７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２６８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１６２９９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０７６２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－００４８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３８３４１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４０

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
前記半導体素子が搭載される基板と、
前記半導体素子の上面に接触されるヒートシンクと、
前記ヒートシンクに形成された２つの雌ネジ部と、
前記半導体素子の下面と前記基板との間に設けられる固定部材と、
前記固定部材の前記雌ネジ部に対応する位置に形成されたネジ挿通孔と、
前記固定部材に形成され、前記半導体素子の被係合部に係合される係合部と、
前記ネジ挿通孔に挿通され、前記雌ネジ部に螺合されるネジと、
を備え、
２つの前記雌ネジ部は、特定距離を空けて前記ヒートシンクに設けられており、
前記半導体素子は、２つのネジ止め部を有し、
前記ネジ止め部同士の離間距離が前記特定距離よりも短くなっている、
制御装置。

【請求項2】

前記ネジ止め部は、前記半導体素子に形成されたネジ止め用の切欠部または穴であり、
前記被係合部が前記ネジ止め部であり、前記係合部が前記固定部材の上面から上方に突出される上面突起部である請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記被係合部が前記半導体素子の側面であり、前記係合部が前記固定部材の周縁から上方に突出される周縁壁部である請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記固定部材の上面から前記周縁壁部の上端までの寸法が、前記半導体素子の厚み寸法よりも小さい請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記固定部材が可撓性を有する材質で形成され、前記ネジが前記雌ネジ部に螺合されたときに、前記周縁壁部の上端が前記ヒートシンクの下面に接触される請求項３または請求項４に記載の制御装置。

【請求項6】

前記固定部材の下面から下方に突出される下面突起部を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項7】

前記固定部材の周縁から上方に突出され、前記半導体素子の前記被係合部に係合される周縁壁部と、
前記固定部材の下面から下方に突出される下面突起部と、
を備え、
少なくとも２つの前記固定部材が積み重ねられたときに、前記下面突起部が前記周縁壁部の内面側に接触される請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項8】

直流を交流に変換するインバータとしての前記半導体素子で変換された交流を前記基板の外部に導出する配線が接続されるコネクタと、
前記固定部材の前記コネクタに対応する位置に開口された開口部と、
を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項9】

前記基板を収容する電装箱と、
前記電装箱に形成され、前記ヒートシンクが取り付けられる取付部と、
を備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置。

【請求項10】

半導体素子の下面と基板との間に固定部材を設けるステップと、
前記固定部材に形成された係合部を前記半導体素子の被係合部に係合するステップと、
前記半導体素子を前記基板に搭載するステップと、
２つの雌ネジ部が形成されたヒートシンクに前記半導体素子の上面を接触させるステップと、
前記固定部材の前記雌ネジ部に対応する位置に形成されたネジ挿通孔にネジを挿通するステップと、
前記ネジを前記雌ネジ部に螺合するステップと、
を含み、
２つの前記雌ネジ部は、特定距離を空けて前記ヒートシンクに設けられており、
前記半導体素子は、２つのネジ止め部を有し、
前記ネジ止め部同士の離間距離が前記特定距離よりも短くなっている、
制御装置の保守方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、制御装置および制御装置の保守方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源回路またはインバータ装置などの制御装置では、基板に搭載される半導体素子から発生する熱をアルミ板等で成形されたヒートシンクにより放熱させている。このような制御装置では、基板のネジ用穴に通されたヒートシンク固定用ネジを、半導体素子の両端間に設けられた切り欠きまたはネジ穴を介してヒートシンクの取り付け穴に螺合させている。このヒートシンクの取り付け穴同士の離間寸法は、半導体素子の切り欠きまたはネジ穴同士の離間寸法に対応している。そして、半導体素子がヒートシンク固定用ネジによりヒートシンクに固定され、両者間で良好な熱伝達が行われるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／１６２９９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

故障などの要因により基板を交換することがある。半導体素子は年を追って小型化される傾向があり、新型の半導体素子は切り欠きまたはネジ穴同士の離間寸法が小さくなる。そのため、半導体素子が更新される場合には、これに対応した取り付け穴間の寸法を持つヒートシンクに変更しなければならない。ところが、ヒートシンクは一般に電装箱などの構造部材に固定される部材であるため、その取外作業に手間がかかる。また、ヒートシンクを新造しなければならずコストが嵩む。そこで、ヒートシンクを交換せずに基板の交換が行えるようにしたいという要望がある。また、同じヒートシンクに異なる寸法の半導体素子を取り付けることができればヒートシンクの種類を削減することもできる。

【0005】

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、ヒートシンクを交換することなく異なる半導体素子を搭載した基板を取り付けることができる制御装置および制御装置の保守方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態に係る制御装置は、半導体素子と、前記半導体素子が搭載される基板と、前記半導体素子の上面に接触されるヒートシンクと、前記ヒートシンクに形成された２つの雌ネジ部と、前記半導体素子の下面と前記基板との間に設けられる固定部材と、前記固定部材の前記雌ネジ部に対応する位置に形成されたネジ挿通孔と、前記固定部材に形成され、前記半導体素子の被係合部に係合される係合部と、前記ネジ挿通孔に挿通され、前記雌ネジ部に螺合されるネジと、を備え、２つの前記雌ネジ部は、特定距離を空けて前記ヒートシンクに設けられており、前記半導体素子は、２つのネジ止め部を有し、前記ネジ止め部同士の離間距離が前記特定距離よりも短くなっている。

【0008】

本発明の実施形態に係る制御装置において、前記ネジ止め部は、前記半導体素子に形成されたネジ止め用の切欠部または穴であり、前記被係合部が前記ネジ止め部であり、前記係合部が前記固定部材の上面から上方に突出される上面突起部である。

【0009】

本発明の実施形態に係る制御装置において、前記被係合部が前記半導体素子の側面であり、前記係合部が前記固定部材の周縁から上方に突出される周縁壁部である。

【0010】

本発明の実施形態に係る制御装置において、前記固定部材の上面から前記周縁壁部の上端までの寸法が、前記半導体素子の厚み寸法よりも小さい。

【0011】

本発明の実施形態に係る制御装置において、前記固定部材が可撓性を有する材質で形成され、前記ネジが前記雌ネジ部に螺合されたときに、前記周縁壁部の上端が前記ヒートシンクの下面に接触される。

【0012】

本発明の実施形態に係る制御装置は、前記固定部材の下面から下方に突出される下面突起部を備える。

【0013】

本発明の実施形態に係る制御装置は、前記固定部材の周縁から上方に突出され、前記半導体素子の前記被係合部に係合される周縁壁部と、前記固定部材の下面から下方に突出される下面突起部と、を備え、少なくとも２つの前記固定部材が積み重ねられたときに、前記下面突起部が前記周縁壁部の内面側に接触される。

【0014】

本発明の実施形態に係る制御装置は、直流を交流に変換するインバータとしての前記半導体素子で変換された交流を前記基板の外部に導出する配線が接続されるコネクタと、前記固定部材の前記コネクタに対応する位置に開口された開口部と、を備える。

【0015】

本発明の実施形態に係る制御装置は、前記基板を収容する電装箱と、前記電装箱に形成され、前記ヒートシンクが取り付けられる取付部と、を備える。

【0016】

本発明の実施形態に係る制御装置の保守方法は、半導体素子の下面と基板との間に固定部材を設けるステップと、前記固定部材に形成された係合部を前記半導体素子の被係合部に係合するステップと、前記半導体素子を前記基板に搭載するステップと、２つの雌ネジ部が形成されたヒートシンクに前記半導体素子の上面を接触させるステップと、前記固定部材の前記雌ネジ部に対応する位置に形成されたネジ挿通孔にネジを挿通するステップと、
前記ネジを前記雌ネジ部に螺合するステップと、を含み、２つの前記雌ネジ部は、特定距離を空けて前記ヒートシンクに設けられており、前記半導体素子は、２つのネジ止め部を有し、前記ネジ止め部同士の離間距離が前記特定距離よりも短くなっている。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】空気調和機の室外機の外観を示す斜視図。

【図2】室外機を示す分解斜視図。

【図3】半導体素子を用いた制御装置を示すブロック図。

【図4】ヒートシンクと固定部材と基板を示す断面図。

【図5】図４のＶ－Ｖ断面図。

【図6】固定部材を示す平面図。

【図7】固定部材を示す底面図。

【図8】固定部材を示す斜視図。

【図9】固定部材を示す側面図。

【図10】ネジ止め前の半導体素子と固定部材を示す拡大断面図。

【図11】ネジ止め後の半導体素子と固定部材を示す拡大断面図。

【図12】固定部材を積み重ねた状態を示す断面図。

【図13】制御装置の保守方法を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しながら、制御装置および制御装置の保守方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図４、図５、図１０および図１１の紙面上側を制御装置の上側として説明する。

【0019】

本実施形態の制御装置として、空気調和機の圧縮機を駆動するインバータ装置を含む室外制御器を例にとって説明する。図１の符号１は、空気調和機の室外機である。空気調和機は、室外に設置される室外機１と室内に設置される室内機（図示略）とで構成される。室外機１と室内機とは、冷媒を循環させる冷媒配管を介して接続されている。そして、室外機１と室内機との間で冷媒を循環させることで冷凍サイクルが構成される。

【0020】

図１に示すように、室外機１は、縦長の箱状を成す筐体２を備える。この筐体２には、側面と背面の一部に開口部３が形成されている。また、筐体２の正面側には、上下２つの吹出口４が開口され、これらの吹出口４に網目状のファンガード５が設けられている。

【0021】

図２に示すように、筐体２の内部は、仕切板６により熱交換室７と機械室８とに分けられている。熱交換室７には、熱交換器９が設けられるとともに、この熱交換器９の前方に上下２つの送風機１０が設けられている。この送風機１０は、それぞれが、筐体２の正面側の２つのファンガード５に対応する位置に設けられている。

【0022】

送風機１０は、ファンモータ１１と、このファンモータ１１の回転軸に取り付けられたプロペラ型のファン１２から成る。ファンモータ１１を駆動させることで、ファン１２が回転される。そして、筐体２の開口部３から空気が流れ込み、この空気と熱交換器９の内部を流れる冷媒との間で熱交換が行われ、熱交換後の空気がファンガード５の取り付けられた吹出口４から吹き出されるようになっている。

【0023】

機械室８には、ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機１３と、液冷媒を貯めるアキュムレータ１４と、冷媒配管の冷媒の流れを切り換える四方弁１５とが設けられている。さらに、機械室８には、電装箱１６が設けられている。この電装箱１６には、ファンモータ１１および圧縮機１３などの各種機器に電力を供給するとともに制御を行うためのインバータ装置を含む室外制御器である制御装置１７が収容されている。なお、インバータ装置は、直流を交流に変換する装置である。

【0024】

図４および図５に示すように、電装箱１６の筐体２６の内部には、制御装置１７を構成するプリント回路基板１８（以下、基板１８という。）が収容されている。この基板１８には、電子部品である半導体素子２１が搭載されている。なお、基板１８には、複数の半導体素子２１、さらには様々な電気・電子部品が搭載されている。これらの部品によりファンモータ１１および圧縮機１３を制御する制御回路が構成されている。

【0025】

次に、制御装置１７の回路構成を図３に示すブロック図を参照して説明する。制御装置１７の回路には、発熱素子として、力率改善回路を構成するスイッチング素子ＩＧＢＴである第１半導体素子２１Ａと、圧縮機１３に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第２半導体素子２１Ｂと、一方のファンモータ１１に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第３半導体素子２１Ｃと、他方のファンモータ１１に接続される三相インバータ（ＩＰＭ）である第４半導体素子２１Ｄと、交流電源２２に接続される全波整流回路である第５半導体素子２１Ｅと、同じく交流電源２２に接続される全波整流回路である第６半導体素子２１Ｆが設けられる。以下、第１半導体素子２１Ａないし第６半導体素子２１Ｆを総称して半導体素子２１と呼ぶ場合がある。

【0026】

第１半導体素子２１Ａは、ＩＧＢＴの単一素子のみがパッケージに収納される。第２半導体素子２１Ｂないし第４半導体素子２１Ｄ（ＩＰＭ）は、インバータを構成する６つのＩＧＢＴなどのスイッチング素子と、これを駆動する回路が１つのパッケージに収納される。

【0027】

なお、これらの半導体素子２１の中で、最も発熱量の大きい素子は、圧縮機１３を駆動するための大電流をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）でスイッチングする第２半導体素子２１Ｂである。

【0028】

また、第１半導体素子２１Ａと第２半導体素子２１Ｂと第３半導体素子２１Ｃと第４半導体素子２１Ｄとのそれぞれに接続され、各素子の動作を制御する制御部２３が設けられている。この制御部２３により各素子のスイッチングが制御されて、圧縮機１３および２つのファンモータ１１が可変速駆動される。なお、制御部２３は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなり、これらの回路および素子も基板１８に搭載されている。

【0029】

第５半導体素子２１Ｅおよび第６半導体素子２１Ｆは、インダクタ２０を介して交流電源２２に接続される。さらに、第６半導体素子２１Ｆで整流された直流がコンデンサ１９を介して、第２半導体素子２１Ｂと第３半導体素子２１Ｃと第４半導体素子２１Ｄに供給される。

【0030】

また、第１半導体素子２１Ａは、交流電源２２の正弦波の半波の特定タイミングで１回若しくは複数回ＯＮ／ＯＦＦすることで、交流電源２２からの電流を正弦波に近づけて力率を向上させる力率改善回路（高力率回路）を構成する。この第１半導体素子２１Ａは、正の半波と負の半波の両方でＯＮ／ＯＦＦする必要があるため、その入力側に設けられた第５半導体素子２１Ｅの全波整流回路によって交流電源２２からの入力を整流している。

【0031】

図４および図５に示すように、電装箱１６の筐体２６は、板金を用いて形成されている。この電装箱１６には、実装される半導体素子２１を冷却するためのヒートシンク２４が設けられる。ヒートシンク２４は、板金などの部材で形成される電装箱１６の筐体２６に形成された取付部２７に取り付けられている。

【0032】

取付部２７は、ヒートシンク２４を筐体２６の内部から外部へ突出させる開口部となっている。この取付部２７の縁部には、ヒートシンク２４を筐体２６に保持させるための保持片２８が設けられる。なお、取付部２７の長さおよび幅寸法は、ヒートシンク２４の長さおよび幅寸法と一致するように形成される。つまり、ヒートシンク２４と保持片２８との間には隙間が無ないように図示しないネジなどの締結部材で水密に固定され、外部から水滴が筐体２６の内部に浸入しないようになっている。

【0033】

各種電気、電子部品が半田付けされている基板１８は、筐体２６の所定の部分に固定されている。基板１８に搭載される半導体素子２１は、半導体チップを収容するパッケージ２９を備える。このパッケージ２９の側面から突出される複数の端子３０が基板１８に半田付けされる。なお、パッケージ２９の形状は、平面視で長方形の平板状を成す（図６参照）。パッケージ２９の４つの側面のうち長手方向の２つの側面に端子３０が設けられ、短手方向の２つの側面３１には、半導体素子２１をネジによってヒートシンク２４に固定するための切欠部３２が形成されている。

【0034】

本実施形態では、半導体素子２１の下面と基板１８の上面との間に固定部材５０が設けられる。半導体素子２１は、固定部材５０を介して、２本のネジ３３によりヒートシンク２４に取り付けられる。このため、前述の半導体素子２１に設けられたネジ止め用の切欠部３２は、ネジ止めには使用されない。それぞれのネジ３３には、ネジ頭を固定部材５０の下面に掛止させるためのワッシャ３４が設けられている。なお、固定部材５０は、合成樹脂などの可撓性を有する材質で形成された部材である。このようにすれば、固定部材５０の製造性を向上させることができる。

【0035】

ヒートシンク２４の基部３５の下面は、ネジ３３によって固定された半導体素子２１の上面に密接に接触する。ヒートシンク２４には、筐体２６の外部側に突出した複数枚のフィン２５が設けられる。このヒートシンク２４は、熱伝達率の高いアルミニウムなどの金属で形成された部材である。半導体素子２１から発生する熱は、ヒートシンク２４により外部に放出され、半導体素子２１の温度上昇を防止する。なお、フィン２５の形状および寸法は、室外機１を構成する他の構成部材３６、例えば室外機１の背面側の筐体２に干渉しない突出寸法になっている。つまり、室外機１の構成に応じてフィン２５の形状および突出寸法が設定される。

【0036】

図５に示すようにヒートシンク２４には、特定距離Ｌ１を空けて設けられた２つの雌ネジ部３７が形成される。これらの雌ネジ部３７に前述のネジ３３が螺合される。また、雌ネジ部３７は、ヒートシンク２４の基部３５を上下方向に貫通している。なお、ヒートシンク２４の雌ネジ部３７が外部に貫通していることから、筐体２６内に雨水を入り込まないようにするためにネジ３３によって確実に封鎖しておく必要がある。

【0037】

２つの雌ネジ部３７は、１つの半導体素子２１ごと設けられる。つまり、複数の半導体素子２１が設けられる場合には、半導体素子２１の数の２倍の雌ネジ部３７がヒートシンク２４に形成される。

【0038】

基板１８には、ネジ３３のネジ頭およびワッシャ３４よりも大きい開口寸法を有する２つの大口孔３８が貫通されている。これらの大口孔３８は、ヒートシンク２４の雌ネジ部３７のそれぞれに対応する位置に設けられる。

【0039】

基板１８の上面には、半導体素子２１の他に、抵抗器などの微小な電子部品３９が設けられる。また、基板１８の下面には、インバータ装置としての半導体素子２１で変換された交流を出力するためのコネクタ４０が設けられる。このコネクタ４０は、半導体素子２１の取付位置に対応して設けられる。コネクタ４０には、半導体素子２１で変換された交流を基板１８の外部に導出するための配線４１の端子４２が接続される。なお、複数の半導体素子２１を基板１８上に搭載している場合、そのすべての半導体素子２１の位置にコネクタ４０が設けられる訳ではなく、コネクタ４０が設けられない半導体素子２１もある。

【0040】

図６から図９に示すように、固定部材５０は、平面視で四角形（長方形）の平板状を成す。固定部材５０には、特定距離Ｌ２を空けて設けられた少なくとも２つのネジ挿通孔５１が形成されている。なお、固定部材５０の２つのネジ挿通孔５１同士の間の特定距離Ｌ２は、ヒートシンク２４の２つの雌ネジ部３７同士の間の特定距離Ｌ１と同一距離となっている（図５参照）。つまり、ネジ挿通孔５１は、雌ネジ部３７に対応する位置に設けられる。ネジ３３は、固定部材５０の下面側からネジ挿通孔５１に挿通され、ヒートシンク２４の雌ネジ部３７に螺合される。

【0041】

半導体素子２１の切欠部３２は、半導体素子２１の短手方向の側面３１を半円形状に切り欠いた形状をしている。２つの切欠部３２同士の離間距離Ｌ３は、特定距離Ｌ１，Ｌ２よりも短い。切欠部３２の本来の用途は、切欠部３２にネジ３３を挿通してヒートシンク２４に半導体素子２１を固定することである。本来、ヒートシンク２４の雌ネジ部３７同士の特定距離Ｌ１は、切欠部３２同士の離間距離Ｌ３と一致している。

【0042】

しかしながら、半導体素子２１は年々小型化されるので、新型の半導体素子２１の切欠部３２同士の離間距離Ｌ３は、旧型の半導体素子２１の切欠部３２同士の離間距離Ｌ３よりも小さくなる。つまり、新型の半導体素子２１の切欠部３２同士の離間距離Ｌ３が、ヒートシンク２４の雌ネジ部３７同士の特定距離Ｌ１と一致しなくなる。そして、長年の使用により基板１８または旧型の半導体素子２１が故障し、室外機１の修理が必要となったときには、既に旧型の半導体素子２１の入手が困難になっている場合がある。その場合には、新型の半導体素子２１を用いて基板１８を新造することになる。

【0043】

ここで、旧型の半導体素子２１に合うヒートシンク２４には、新型の半導体素子２１の切欠部３２に雌ネジ部３７の位置が合わず、取り付けできないという問題が生じる。なお、新型の半導体素子２１に合わせて基板１８を新造することは容易であるが、ヒートシンク２４の新造には手間がかかる。特に、ヒートシンク２４は、電装箱１６の筐体２６に固定され、この筐体２６は、室外機１の筐体２に固定されており、元のヒートシンク２４を取り外して、新たなヒートシンク２４を取り付ける場合には、室外機１の数多くの部品を分解、組み立てが必要で手間と時間のかかる作業となる。さらにヒートシンク２４と電装箱１６の筐体２６との間は水密にする必要があり、両者の接合面にコーキング等を施す場合には非常に面倒な作業が発生する。

【0044】

そこで、本実施形態では、固定部材５０を用いることで、旧型の半導体素子２１に合わせて製造されたヒートシンク２４に、小型の新型の半導体素子２１を取り付けるようにしている。このようにすれば、ヒートシンク２４を交換せずに新型の半導体素子２１が搭載された基板１８と交換することができる。なお、固定部材５０は、合成樹脂で形成されるので、新型の半導体素子２１のサイズの形状に合わせて容易に新造することができる。

【0045】

図６および図９に示すように、固定部材５０は、全体として枠形状で、その上面から上方に突出される２つの上面突起部５２を備える。これらの上面突起部５２は、平面視で一部に切り欠きを有する円柱形状を成す。それぞれの上面突起部５２は、半導体素子２１のパッケージ２９の切欠部３２に係合される。つまり、切欠部３２は、係合部としての上面突起部５２が係合される被係合部となっている。

【0046】

このようにすれば、固定部材５０の上面突起部５２が半導体素子２１の切欠部３２に係合されるので、半導体素子２１の位置決めをすることができる。半導体素子２１が横方向（図６の紙面左右方向）および縦方向（図６の紙面上下方向）にぐらつかないようになる。

【0047】

なお、上面突起部５２の円柱形状は、上方に行くに従って窄まる形状を成しても良い。このようにすれば、半導体素子２１を上方から固定部材５０に載置するときに、切欠部３２に上面突起部５２を係合させ易くなる。

【0048】

ネジ挿通孔５１にネジ３３が挿通されたときに、ネジ３３と半導体素子２１の切欠部３２との間に隙間が設けられる。つまり、ネジ３３と半導体素子２１の切欠部３２とが係合されないようになる。このようにすれば、ネジ３３（雌ネジ部３７）の位置に影響を受けずに、半導体素子２１の位置決めを行うことができる。

【0049】

固定部材５０は、周縁から上方に突出される２つの周縁壁部５３を備える。これらの周縁壁部５３は、半導体素子２１の端子３０が設けられていない２つの側面３１に対応して設けられる。それぞれの周縁壁部５３は、平面視でＵ字形状を成し、その端部が半導体素子２１のパッケージ２９の側面３１に係合される。つまり、本実施形態の半導体素子２１の側面３１は、係合部としての周縁壁部５３が係合される被係合部となっている。

【0050】

このようにすれば、固定部材５０の周縁壁部５３が半導体素子２１の側面３１に係合されるので、半導体素子２１の位置決めをすることができる。半導体素子２１が横方向（図６の紙面左右方向）にぐらつかないようになる。周縁壁部５３により半導体素子２１がぐらつかないように固定することができる。なお、周縁壁部５３の突出寸法は、上面突起部５２の突出寸法よりも大きくなっている。

【0051】

図７および図８に示すように、固定部材５０は、その下面から下方に突出される４つの下面突起部５４を備える。それぞれの下面突起部５４は、固定部材５０の下面の四隅に設けられる。これらの下面突起部５４は、基板１８の上面に接触する。このようにすれば、固定部材５０の下面と基板１８の上面との間に空間が設けられるので、基板１８に設けられた微小な電子部品３９に固定部材５０が干渉しないようになる（図５参照）。

【0052】

固定部材５０の下面には、ネジ３３のネジ頭およびワッシャ３４が掛止される２つの座金用面５５が設けられる。これらの座金用面５５は、固定部材５０の下面の他の部分よりも高い位置に設けられる。このようにすれば、ネジ３３のネジ頭が基板１８に設けられた微小な電子部品３９に干渉しないようになる。

【0053】

図６に示すように、固定部材５０の中央部には、平面視で四角形（長方形）を成す開口部５６が開口されている。この開口部５６は、コネクタ４０に対応する位置に設けられる。このようにすれば、高電圧が加わるコネクタ４０に固定部材５０が干渉しないようにできる。また、一般汎用樹脂材を用いて固定部材５０を形成できる。すなわち、高電圧部分と距離を離すことができるので、高耐トラッキング材を使用しないで済み、固定部材５０を低コストで製造することができる。

【0054】

図１０に示すように、固定部材５０をネジ３３でヒートシンク２４に止める前において、固定部材５０の上面から周縁壁部５３の上端までの突出寸法Ｔ１が、半導体素子２１の厚み寸法Ｔ２よりも小さくなっている。つまり、周縁壁部５３の突出寸法Ｔ１と半導体素子２１の厚み寸法Ｔ２との間に差分Ｄ（マイナス誤差）を設けて固定部材５０が形成される。このようにすれば、半導体素子２１の上面をヒートシンク２４の下面に密着させることができる。

【0055】

図１１に示すように、固定部材５０をネジ３３でヒートシンク２４に止めた後において、周縁壁部５３の上端がヒートシンク２４の下面に接触する。つまり、ネジ３３がヒートシンク２４の雌ネジ部３７に螺合されたときに、その締め付け力により、固定部材５０に反りが発生し、周縁壁部５３の上端がヒートシンク２４の下面に接触する。なお、ネジ３３が締め付けられても、周縁壁部５３の上端がヒートシンク２４の下面に接触されるので、固定部材５０に加わる負荷を抑えることができる。

【0056】

図１２に示すように、固定部材５０が部品として搬送される場合には、複数個の固定部材５０が積み重ねられた状態で梱包される。ここで、固定部材５０は、上下に複数の固定部材５０が積み重ねられたときに、その下面突起部５４が、下段の周縁壁部５３の内面側に当接する位置に設けられている。このようにすれば、搬送中に、固定部材５０同士が横方向（図１２の紙面左右方向）に互いにぐらつかないようになる。

【0057】

図５に示すように、本実施形態では、固定部材５０のネジ挿通孔５１がヒートシンク２４の雌ネジ部３７に対応するので、新型の半導体素子２１の形状に関わらず、この半導体素子２１をヒートシンク２４に固定させることができる。

【0058】

また、ヒートシンク２４の複数箇所に形成された雌ネジ部３７は、ネジ３３が螺着されることで閉塞される。そのため、これらの雌ネジ部３７から水滴が筐体２６の内部に浸入しないようになっている。さらに、取り付けられる半導体素子２１に応じた数のみの雌ネジ部３７がヒートシンク２４に形成される。そのため、全ての雌ネジ部３７がネジ３３により閉塞されるようになる。

【0059】

また、ヒートシンク２４を新造する場合には、フィン２５の形状および寸法を他の構成部材３６に干渉しないようにしなければならず、その製作に手間がかかる。本実施形態では、ヒートシンク２４を電装箱１６の取付部２７に取り付けたままの状態で、基板１８の交換を行うことができるので、ヒートシンク２４を新造しなくても済む。つまり、古いヒートシンク２４を流用することができる。

【0060】

また、固定部材５０は、基板１８に固定されないので、固定部材５０の寸法管理を厳密に行う必要がない。そのため、固定部材５０の製造性を向上させることができる。

【0061】

次に、制御装置１７の保守方法について図１３のフローチャート（手順図）を用いて説明する。なお、図４から１１を適宜参照する。なお、図１３中のステップＳ１１～Ｓ１３が基板１８の製造方法で、Ｓ１４以降が制御装置１７の交換方法となっており、これらを合わせて制御装置１７の保守方法として説明する。

【0062】

まず、ステップＳ１１において、製造者は、保守用の新しい基板１８を製造するときに、固定部材５０を新しい基板１８に仮固定として取り付ける。例えば、新しい基板１８の下方側から所定の治具のピンを大口孔３８に挿入し、この治具のピンを固定部材５０のネジ挿通孔５１に挿通させる。このようにすれば、治具のピンにより固定部材５０が位置決めされる。

【0063】

次のステップＳ１２において、製造者は、固定部材５０の上面に新型の半導体素子２１を載置する。ここで、固定部材５０の係合部としての上面突起部５２を半導体素子２１の被係合部としての切欠部３２に係合する。さらに、固定部材５０の係合部としての周縁壁部５３を半導体素子２１の被係合部としての側面３１に係合する。

【0064】

次のステップＳ１３において、製造者は、半導体素子２１を新しい基板１８に搭載する。つまり、半導体素子２１の端子３０を基板１８に半田付けする。この半田付けの後に、所定の治具を新しい基板１８から取り外す。

【0065】

次のステップＳ１４において、作業者は、室外機１のメンテナンス作業を開始する。ここで、作業者は、電装箱１６から古い基板１８を取り外す。古い基板１８には、固定部材５０が設けられておらず、半導体素子２１は、切欠部３２を介してヒートシンク２４に直接ネジ止めされている。そこで、まず、半導体素子２１を固定しているネジ３３を取り外す。その後、古い基板１８を取り外す。なお、ヒートシンク２４は電装箱１６に取り付けられた状態のまま維持される。

【0066】

次のステップＳ１５において、作業者は、保守用の新しい基板１８を電装箱１６の内部に収容する。つまり、新しい基板１８を電装箱１６に取り付ける。

【0067】

次のステップＳ１６において、作業者は、新しい基板１８を電装箱１６に取り付けることで、ヒートシンク２４の下面に半導体素子２１の上面を接触させる。

【0068】

次のステップＳ１７において、作業者は、新しい基板１８の下方側から大口孔３８を介してネジ３３を挿入する。そして、ネジ３３を固定部材５０のネジ挿通孔５１に挿通する。

【0069】

次のステップＳ１８において、作業者は、ネジ挿通孔５１に挿通されたネジ３３をヒートシンク２４の雌ネジ部３７に螺合する。そして、室外機１のメンテナンス作業を終了する。

【0070】

なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

【0071】

なお、本実施形態では、ヒートシンク２４に２つの雌ネジ部３７が形成され、固定部材５０に２つのネジ挿通孔５１が形成されているが、その他の態様であっても良い。例えば、ヒートシンク２４に２つの雌ネジ部３７がある場合に、固定部材５０に形成されるネジ挿通孔５１が１つであっても良い。そして、固定部材５０の１つのネジ挿通孔５１にネジ３３を挿通して半導体素子２１の一端を固定し、半導体素子２１の他端の切欠部３２にネジ３３を挿通してこの他端を固定しても良い。つまり、固定部材５０には、少なくとも１つのネジ挿通孔５１が半導体素子２１の切欠部３２から離れて設けられていれば良い。

【0072】

また、半導体素子２１によっては、側面３１の切欠部３２の代わりに長手方向の両端部にネジ止め用の穴を設けている場合もある。この場合は、ネジ止め用の穴を被係合部として用いればよい。なお、半導体素子２１の両端部のネジ止め用の穴を被係合部として用いる場合は、これらの穴はネジ止めに使用されない。

【0073】

以上説明した実施形態によれば、半導体素子の下面と基板との間に設けられる固定部材を備えることにより、ヒートシンクを交換することなく異なる半導体素子を搭載した基板を取り付けることができる。さらに、本実施形態によれば、補修部品に限らず、製造段階において、同じヒートシンクに異なる寸法の半導体素子を搭載した基板を併用することも可能となる。

【0074】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0075】

１…室外機、２…筐体、３…開口部、１６…電装箱、１７…制御装置、１８…基板（プリント回路基板）、２１（２１Ａ～２１Ｆ）…半導体素子、２３…制御部、２４…ヒートシンク、２５…フィン、２６…電装箱の筐体、２７…取付部、２８…保持片、２９…パッケージ、３０…端子、３１…側面（被係合部）、３２…切欠部（被係合部）、３３…ネジ、３７…雌ネジ部、４０…コネクタ、５０…固定部材、５１…ネジ挿通孔、５２…上面突起部、５３…周縁壁部、５４…下面突起部、５５…座金用面、５６…開口部、Ｄ…差分、Ｌ１，Ｌ２…特定距離、Ｌ３…離間距離、Ｔ１…突出寸法、Ｔ２…厚み寸法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】