CN111180400B

CN111180400B - 基板结构体

Info

Publication number: CN111180400B
Application number: CN201910998834.9A
Authority: CN
Inventors: 爱知纯也; 池田润
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2039-10-21
Also published as: DE102019130082B4; US20200154557A1; JP2020077819A; DE102019130082A1; JP7172471B2; CN111180400A

Abstract

本发明提供一种能够提高半导体元件产生的热量的散热性而高效地进行散热的基板结构体。基板结构体具备基板部(31)，上述基板部(31)具有半导体元件(13)的安装面(311)，基板结构体经由与安装面(311)相向的相向板部而取得热量来进行散热，上述基板结构体具备：多个半导体元件(13)，呈一列地安装于安装面(311)；及凹陷部，在上述相向板部上形成在与多个半导体元件(13)对应的位置。

Description

基板结构体

技术领域

本发明涉及一种具备基板的基板结构体。

背景技术

以往，一般已知安装有构成用于使比较大的电流导通的电路的导电部件(也称为汇流条等)的基板。

另一方面，专利文献1公开了一种电子装置，为了使从设于壳体内的电气部件产生的热量迅速地排出到壳体的外部并使外部空气进入壳体内而对电气部件进行冷却，在该壳体上形成有孔。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2018-063982号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述这样的电路结构体中，因为较大的电流在半导体元件这样的电子部件中流动，所以在该电子部件及导电部件中产生大量的热量。这样产生的热量不仅成为上述电子部件的错误动作的原因，而且周围的电子部件等还有可能遭受二次热伤害。

在专利文献1的电子装置中，为了应对这样的问题，在壳体上形成孔，但是，由于在壳体上形成有孔，尘土、水等有可能从外部进入壳体内。在专利文献1的电子装置中，为了对此进行防止，另外设置有过滤器，其结果是，存在不仅成为复杂的结构，而且制造成本升高这样的问题。

本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于，提供一种能够提高半导体元件产生的热量的散热性而高效地进行散热的基板结构体。

用于解决课题的方案

本公开的一个方式的基板结构体具备具有半导体元件的安装面的基板部，上述基板结构体经由与上述安装面相向的相向板部而取得热量来进行散热，上述基板结构体具备：多个半导体元件，呈一列地安装于上述安装面；及凹陷部，在上述相向板部上形成在与上述多个半导体元件对应的位置。

发明效果

根据本公开的一个方式，能够提高半导体元件产生的热量的散热性而高效地进行散热。

附图说明

图1是本实施方式的电气装置的立体图。

图2是本实施方式的电气装置的分解图。

图3是本实施方式的电气装置的基板收纳部的概略仰视图。

图4是本实施方式的电气装置的概略主视图。

图5是本实施方式的电气装置的概略侧视图。

图6是本实施方式的电气装置的概略仰视图。

图7是基于图6的VII-VII线的纵剖视图。

图8是在本实施方式的电气装置中表示凹陷部与FET之间的关系的局部纵剖视图。

具体实施方式

[本发明的实施方式的说明]

首先列举本公开的实施方式来进行说明。另外，也可以将以下记载的实施方式中的至少一部分任意地组合。

(1)本公开的一个方式的基板结构体具备具有半导体元件的安装面的基板部，上述基板结构体经由与上述安装面相向的相向板部而取得热量来进行散热，上述基板结构体具备：多个半导体元件，呈一列地安装于上述安装面；及凹陷部，在上述相向板部上形成在与上述多个半导体元件对应的位置。

在本方式中，多个半导体元件呈一列地安装，上述凹陷部也具有仿形于上述多个半导体元件的列的形状。因此，上述基板部的结构变得简单，在例如对上述凹陷部进行铸造的情况下，能够改善熔液流动。

(2)本公开的一个方式的基板结构体中，各半导体元件具有一侧面侧的第一端子及与上述一侧面相向的另一侧面侧的第二端子，在上述第一端子中流过的电流比上述第二端子中的电流大，上述基板结构体具备：第一导电板，与上述多个半导体元件的上述第一端子连接；及第二导电板，与上述多个半导体元件的上述第二端子连接，且比上述第一导电板小。

在本方式中，在上述第一端子中流过比上述第二端子大的电流，与上述第二端子连接的上述第二导电板比与上述第一端子连接的上述第一导电板小。因此，流过比上述第二导电板大的电流的上述第一导电板的尺寸较大，能够提高散热性。

(3)本公开的一个方式的基板结构体具备散热片，上述散热片与上述凹陷部的壁部相向配置。

在本方式中，上述凹陷部的壁部与上述散热片相向配置，因此能够事先防止沿着上述散热片的气流被上述凹陷部的壁部阻挡。

(4)本公开的一个方式的基板结构体中，上述散热片沿着上述凹陷部的长度方向延伸。

在本方式中，上述散热片与上述凹陷部的沿着长度方向延伸的壁部相向配置，能够尽可能抑制沿着上述散热片的气流被上述凹陷部的壁部阻挡。

(5)本公开的一个方式的基板结构体具备夹设在各半导体元件与上述凹陷部之间的导热件。

在本方式中，在各半导体元件与上述凹陷部之间夹设有上述导热件，在上述半导体元件产生了热量的情况下，上述导热件将该热量迅速地传导到上述凹陷部，并经由上述散热片而向外部空气散热。

[本发明的实施方式的详细内容]

对于本发明，基于示出其实施方式的附图来具体地进行说明。以下参照附图来对本公开的实施方式的基板结构体进行说明。另外，本发明不限定于这些示例，而由权利要求书示出，意在包括与权利要求书相等的意思及范围内的全部变更。

以下，举出具备本实施方式的基板结构体的电气装置为例来进行说明。

(实施方式1)

图1是本实施方式的电气装置1的立体图。电气装置1具备基板收纳部10及对基板收纳部10进行支撑的支撑部件20。

电气装置1(基板结构体)配置在车辆所具备的蓄电池等电源与由车灯、雨刷器等车载电装件或电动机等构成的负载之间的电力供给路径上。电气装置1作为例如DC-DC转换器、变换器等电子部件使用。

在本实施方式中，为了便于说明，通过图1所示的前后、左右、上下各方向来定义电气装置1的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”。以下，使用这样定义的前后、左右、上下的各方向来对电气装置1的结构进行说明。

图2是本实施方式的电气装置1的分解图，图3是本实施方式的电气装置1的基板收纳部10的概略仰视图。即，图3是从下方观察基板收纳部10的图。

基板收纳部10具备构成电力电路的基板部31及安装于基板部31的电子部件。该电子部件根据电气装置1的用途而适当安装，包括FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)等开关元件、电阻、线圈、电容器等。

支撑部件20具备在上侧的周缘部211支撑基板收纳部10的基部21及设置在与周缘部211相反一侧的下表面212的散热部22。支撑部件20所具备的基部21及散热部22可以由例如使用了铝、铝合金等金属材料的压铸件一体地成型。

基板收纳部10具备电力电路30。电力电路30至少具备包含汇流条111～113的基板部31及安装于基板部31的下侧的安装面311的半导体开关元件13(半导体元件)。

半导体开关元件13是例如FET(具体地说，表面安装型的电力MOSFET)，且安装于汇流条111～113的下表面侧。在汇流条111～113的下表面侧除了半导体开关元件13(以下，称为FET13)以外，还可以安装稳压二极管等电子部件。

FET13例如在元件主体的下表面(与安装面311相对的面)具备漏极端子131(第一端子)。漏极端子131在元件主体的一侧面侧伸出。另外，FET13在与上述一侧面相对的另一侧面具备源极端子132(第二端子)及栅极端子133。

FET13的漏极端子131钎焊连接于汇流条111。以下，将汇流条111称为漏极汇流条111(第一导电板)。另外，FET13的源极端子132钎焊连接于汇流条112。以下，将汇流条112称为源极汇流条112(第二导电板)。漏极汇流条111及源极汇流条112为由铜或铜合金等金属材料形成的导电性板部件。

另一方面，FET13的栅极端子133钎焊连接于汇流条113。以下，将汇流条113称为栅极汇流条113。栅极汇流条113为由铜或铜合金等金属材料形成的导电性部件。

在漏极汇流条111、源极汇流条112及栅极汇流条113各自之间夹设有作为绝缘性树脂件的树脂部114，漏极汇流条111、源极汇流条112及栅极汇流条113与树脂部114一起被一体化而构成基板部31。

漏极汇流条111比源极汇流条112及栅极汇流条113大，且呈矩形的板状。即，漏极汇流条111在基板部31中露出面积最大，占据前侧的大部分。另外，多个FET13通过各自的漏极端子131钎焊于漏极汇流条111的一个长边部而固定于漏极汇流条111。

源极汇流条112比漏极汇流条111小，且呈大致梯形的板状，在基板部31中露出面积比漏极汇流条111小。源极汇流条112以长底边与漏极汇流条111的上述一个长边部相向的方式配置。

在漏极汇流条111及源极汇流条112之间夹设有树脂部114。即，漏极汇流条111及源极汇流条112隔着树脂部114而相向。树脂部114通过例如使用了酚醛树脂、玻璃环氧树脂等绝缘性树脂材料的嵌件成型来制造。树脂部114通过与漏极汇流条111、源极汇流条112及栅极汇流条113卡合而使它们一体化，由此构成基板部31。

源极汇流条112的与在漏极汇流条111中固定有多个FET13的一个长边部相向的长底边部呈梳状地凹凸。即，在源极汇流条112中，在上述长底边部形成有多个凹部115、115、…115。各凹部115形成在与多个FET13各自的栅极端子133对应的位置。在源极汇流条112中，多个FET13各自的源极端子132钎焊于除了凹部115以外的上述长底边部。

如以上那样，多个FET13以跨漏极汇流条111(上述一个长边部)及源极汇流条112(上述长底边部)的方式呈直线状地配置。

在各凹部115的内侧与凹部115的边缘隔开间隔地配置有栅极汇流条113的一端部。另外，在各凹部115的边缘与栅极汇流条113的上述一端部之间夹设有树脂部114。即，栅极汇流条113的上述一端部由树脂部114包围，由此，栅极汇流条113及源极汇流条112被绝缘。

在各栅极汇流条113上连接有多个FET13各自的栅极端子133。例如，栅极汇流条113呈大致L字状地弯曲(未图示)。

基板部31在沿上下方向观察时为大致矩形，且在下侧的安装面311安装有多个FET13。即，源极汇流条112及栅极汇流条113的下侧面呈与栅极汇流条113的一部分齐平而构成基板部31的安装面311。多个FET13沿着基板部31的长度方向(左右方向)在安装面311上呈一列地并列设置。

在FET13中，在漏极端子131及源极端子132中流动的电流较大，但在漏极端子131中流动的电流最大。因此，在漏极汇流条111中产生的热量大于在源极汇流条112中产生的热量。由此，在基板部31中，需要使漏极汇流条111的大小(露出面积)的比例大于源极汇流条112的大小(露出面积)的比例来提高散热性。

但是，在多个FET13不是一列而呈例如L字状等地配置的情况下，在基板部31中难以调整漏极汇流条111的大小的比例和源极汇流条112的大小的比例。

与此相对，在本实施方式的电气装置1中，如以上那样，多个FET13以跨漏极汇流条111的(上述一个长边部)及源极汇流条112(上述长底边部)的方式沿着基板部31的长度方向(左右方向)在安装面311上呈一列地配置。因此，仅将多个FET13的列的位置在与该列交叉的方向上进行设计变更，就能够容易地调整基板部31中的漏极汇流条111及源极汇流条112的大小(露出面积)的比例。

图4是本实施方式的电气装置1的概略主视图，图5是本实施方式涉及的电气装置1的概略侧视图，图6是本实施方式的电气装置1的概略仰视图。

支撑部件20的基部21为具有适当的厚度的矩形状的平板部件。在基部21的周缘部211形成有用于固定基板收纳部10的螺纹孔。例如，基板收纳部10通过螺纹紧固而固定于支撑部件20(基部21)。

在基部21中，在比周缘部211靠内侧的、上下方向上的与基板部31的安装面311相向的位置形成有相向板部223。相向板部223具有仿形于基板部31的安装面311的形状，且与安装面311相向的上侧面是扁平的。

在相向板部223的内侧向下方向凹设有凹陷部24。凹陷部24设置于在上下方向上与上述一列的多个FET13对应的位置。即，在相向板部223中，与并列设置的上述多个FET13的列对应的范围凹设而形成凹陷部24。由此，相向板部223的下侧面的与凹陷部24相当的部分向下方向突出。

凹陷部24设为使基板部31的长度方向成为其长度方向，且在沿上下方向观察时呈大致矩形。凹陷部24具有底部243及除了底部243以外的壁部241。壁部241在与相向板部223交叉的方向上立起。

在基板收纳部10固定于支撑部件20的状态下，全部FET13收纳在凹陷部24的内侧。即，在基板收纳部10固定于支撑部件20的状态下，在图3中由虚线划定出的区域相当于凹陷部24，凹陷部24覆盖全部FET13(参照图7)。

在相向板部223与基板部31之间夹设有第一导热件14。第一导热件14例如为导热性优异的脂膏、导热片材等。第一导热件14在相向板部223中配置在除了凹陷部24以外的其他部分，相向板部223经由第一导热件14而与基板部31的安装面311接触。即，第一导热件14与基板部31中的安装面311和相向板部223这两方接触。在从FET13产生热量的情况下，该热量被热传递到基板部31(安装面311)，并经由第一导热件14而向相向板部223传递。因此，能够将FET13产生的热量容易且迅速地传递到相向板部223。

在基部21的下侧设有散热部22。散热部22具备从基部21的下表面212向下方突出的多个散热片221，取得从基板收纳部10(例如，FET13)产生的热量并向外部空气散热。即，经由第一导热件14而传递到相向板部223(基板部31)的FET13的热量经由散热片221来进行风冷。

各散热片221以沿着左右方向即凹陷部24的长度方向延伸的方式设置。另外，多个散热片221在前后方向上隔开间隔地并列设置。另外，在凹陷部24的外侧也设有散热片221。

即，如上所述，通过凹陷部24向下方向凹设，在相向板部223的下侧面形成有突出部。在该突出部中，作为突出前端的突出端面242即凹陷部24的底部243的外侧面是扁平的，在突出端面242也与其他部分相同地设有散热片221a及散热片221b。

基部21、相向板部223(凹陷部24)及散热片221由例如使用了铝、铝合金等金属材料的压铸件一体成型。

另一方面，在多个FET13以呈例如L字状地弯曲的形状配置的情况下，凹陷部24也需要与其对应地沿上下方向观察时具有预定的弯曲的方式设置。但是，在这样弯曲的形状的情况下，在凹陷部24进行铸造时熔液流动变差，有可能导致不合格率的上升。

与此相对，在本实施方式的电气装置1中，多个FET13为一列，凹陷部24也与其对应地形成为在沿上下方向观察时为矩形。因此，能够解决上述这样的铸造时的熔液流动变差的问题。

在散热部22中，空气在散热片221彼此之间沿着散热片221流动。另一方面，在以散热片221的延伸方向(以下，长度方向)与凹陷部24的壁部241交叉的方式设置壁部241的情况下，壁部241阻挡沿着散热片221在散热片221的长度方向上流动的空气，因此在散热部22中空气的流动变差而使散热部22的散热性下降。

另一方面，在多个FET13以具有如L字状这样的弯曲的方式配置的情况下，凹陷部24也以在沿上下方向观察时具有预定的弯曲的方式设置，因此，凹陷部24的壁部241与散热片221的长度方向交叉的情况增多。

与此相对，本实施方式的电气装置1的多个FET13为一列，凹陷部24也与此对应地在沿上下方向观察时呈大致矩形，因此凹陷部24的长度方向与散热片221的长度方向一致。即，在本实施方式的电气装置1中，以壁部241中的沿着凹陷部24的长度方向延伸的长壁部241A与各散热片221的长度方向一致的方式并列设置有多个散热片221，抑制凹陷部24的壁部241与散热片221的长度方向的交叉。因此，凹陷部24的长壁部241A与散热片221相向，空气在长壁部241A与散热片221之间流动。因此，沿着散热片221流动的气流不会被壁部241阻碍，能够事先防止散热部22的散热性的下降(参照图6中的虚线)。

图7是基于图6中的VII-VII线的纵剖视图。

如上所述，在相向板部223上形成有覆盖全部FET13的凹陷部24，在凹陷部24的底部243侧的突出端面242沿着凹陷部24的长度方向设有散热片221a及散热片221b。另外，在相向板部223中，除了凹陷部24以外的其他部分经由第一导热件14而与基板部31的安装面311接触。

如上述那样，在从FET13产生热量的情况下，该热量被热传递到基板部31，并经由第一导热件14而向相向板部223传递。传递到相向板部223的FET13的热量的一部分经由散热片221来进行风冷。另外，传递到相向板部223的上述热量的其他部分经由凹陷部24的壁部241及底部243而传递到散热片221a、散热片221b，并通过散热片221a、散热片221b来进行风冷。

另外，在本实施方式的电气装置1中，在凹陷部24外侧的突出端面242设有与长壁部241A一体化的散热片221a。更详细地说，散热片221a在与相向板部223交叉的方向上从长壁部241A的下侧端部连续设置。此时，散热片221a的一面成为与长壁部241A的外侧面齐平面。

例如，在图7中，两个散热片221a中的图示右侧的散热片221a成为与两个长壁部241A中的图示右侧的长壁部241A的外侧面齐平面，图示左侧的散热片221a成为与图示左侧的长壁部241A的外侧面齐平面。

因为具有这样的结构，所以在本实施方式的电气装置1中，长壁部241A从基板部31取得的热量被迅速地传递到散热片221a。

即，在本实施方式的电气装置1中，沿着与相向板部223交叉的方向在直线上连续设置长壁部241A及散热片221a，散热片221a的一面成为与长壁部241A的外侧面齐平面而一体化。因此，传导到长壁部241A的上侧端部的热量以最短距离传导到散热片221a的前端。

(实施方式2)

图8是在本实施方式的电气装置1中示出凹陷部24与FET13之间的关系的局部纵剖视图。

与实施方式1相同地，全部FET13由凹陷部24覆盖。此外，在本实施方式中，在各FET13与凹陷部24的内侧面之间夹设有第二导热件40。第二导热件40是例如导热性优异的脂膏、导热片材等。第二导热件40例如与FET13的下侧面和凹陷部24的内侧面接触，将从FET13产生的热量传递到凹陷部24。

这样，在本实施方式的电气装置1中，在FET13发热的情况下，该热量经由第二导热件40而迅速地传导到凹陷部24。接着，散热片221a及221b从凹陷部24取得热量并使其风冷。因此，能够更有效地对FET13产生的热量进行散热。

对于与实施方式1相同的部分，标注相同的附图标记而省略详细的说明。

应该认为，本次公开的实施方式在全部的点上均为示例而不是限制性的。本发明的范围不由上述意思示出，而由权利要求书示出，意在包括与权利要求书相等的意思及范围内的全部变更。

附图标记说明

1 电气装置

10 基板收纳部

13 FET

14 第一导热件

20 支撑部件

21 基部

22 散热部

24 凹陷部

30 电力电路

31 基板部

40 第二导热件

111～113 汇流条

131 漏极端子

132 源极端子

133 栅极端子

221、221a 散热片

223 相向板部

241 壁部

241A 长壁部

242 突出端面

243 底部

311 安装面

Claims

1.一种基板结构体，具备具有半导体元件的安装面的基板部，所述基板结构体经由与所述安装面相向的相向板部而取得热量来进行散热，所述基板结构体具备：

多个半导体元件，安装于所述安装面并呈一列地并列设置；及

凹陷部，在所述相向板部上形成在与所述多个半导体元件对应的位置，并沿所述多个半导体元件的并列设置的方向延伸而收容全部所述多个半导体元件，

各半导体元件具有一侧面侧的第一端子及与所述一侧面相向的另一侧面侧的第二端子，在所述第一端子中流过的电流比所述第二端子中的电流大，

所述基板结构体具备：

第一导电板，与所述多个半导体元件的所述第一端子连接；及

第二导电板，与所述多个半导体元件的所述第二端子连接，且比所述第一导电板小。

2.根据权利要求1所述的基板结构体，其中，

所述基板结构体具备散热片，所述散热片与所述凹陷部的壁部相向配置。

3.根据权利要求2所述的基板结构体，其中，

所述散热片沿着所述凹陷部的长度方向延伸。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的基板结构体，其中，

所述基板结构体具备夹设在各半导体元件与所述凹陷部之间的导热件。