JP2004055907A

JP2004055907A - パワー素子の冷却装置

Info

Publication number: JP2004055907A
Application number: JP2002212801A
Authority: JP
Inventors: Norio Semura; 勢村　憲雄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】冷却フィンひいては冷却装置の全体を小形化する。
【解決手段】本発明のパワー素子の冷却装置１１は、熱伝導性が良い金属をダイカスト成形することにより形成された冷却フィン１２を備え、この冷却フィン１２に当接するようにパワー素子１８を設けると共に、プリント配線基板２９を取り付ける基板取付部材１３を冷却フィン１２に取り付け、そして、冷却フィン１２にカバー部材１４をパワー素子１８、プリント配線基板２９及び基板取付部材１３を覆うように取り付けたものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子から発生する熱を良好に放熱する機能を備えたパワー素子の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のパワー素子の冷却装置の一例として、実公平６−１７３０８号公報に記載された装置がある。この公報の装置においては、図９及び図１０に示すような形状のヒートシンク１を形成し、このヒートシンク１の底壁２の図１０中の下面にパワートランジスタ３を取り付けている。上記ヒートシンク１には、多数の放熱体４が一体に設けられていると共に、被取付部品に取り付けるためのフランジ部５が一体に設けられ、更に、プリント配線基板６を収容固定するケース７が一体に設けられている。上記プリント配線基板６には、パワートランジスタ３のリード３ａが半田付けされている。
【０００３】
上記公報の装置において、プリント配線基板６にパワートランジスタ３のリード３ａを半田付けする場合、図１０に示す構成を上下反対にした状態で半田付けを実行する。このとき、半田たれが発生すると、たれた半田がパワートランジスタ３のリード３ａとヒートシンク１の底壁２とに掛かり、両者の間が短絡してしまうことがあった。
【０００４】
この対策としては、パワートランジスタ３のリード３ａに絶縁チューブを被せるという対策が実行されてきた。この対策によれば、半田付け時に半田たれが発生しても、短絡を防止できる。しかし、上記対策の場合、リード３ａに絶縁チューブを被せるという作業が増えると共に、部品点数が多くなるので、やはり製造コストが高くなるという欠点があった。
【０００５】
このような半田たれの問題点を防止する装置として、本発明者は、特願２０００−１２８００８を出願している。この出願の装置では、被取付部品に取り付けるためのものであって樹脂で形成された取付部材を、冷却フィンに取り付けると共に、上記取付部材に、パワー素子の本体部を嵌合させる開口部を形成し、この開口部の縁部に、パワー素子のリードと冷却フィンとの間に位置するように平板部を形成した。この構成の場合、パワー素子のリードの半田付け時に半田たれが発生したとしても、たれた半田を上記平板部で受けることができるから、短絡を防止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記出願の装置では、冷却フィンとして、例えばアルミを押し出し加工することにより形成されたものを使用しているので、冷却フィンの形状にかなり制約がある。このため、冷却フィンの大きさがどうしても大きくなってしまうことから、装置全体を小形化することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却フィンひいては冷却装置の全体を小形化することができるパワー素子の冷却装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、冷却フィンとして、熱伝導性が良い金属をダイカスト成形することにより形成された冷却フィンを用いるように構成したので、冷却フィンの形状の自由度が高くなり、冷却フィンひいては冷却装置全体の大きさを小形化することができる。そして、プリント配線基板を取り付けるための基板取付部材と、パワー素子、プリント配線基板及び基板取付部材を覆うカバー部材とを樹脂で形成したので、本発明者が既に出願したパワー素子の冷却装置と同様にして、半田たれに対する短絡防止対策を容易に施すことができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、カバー部材に、被取取付部品に取り付けるためのフランジ部を一体に形成すると共に、冷却フィンに、被取取付部品に取り付けるためのフランジ部を一体に形成し、そして、カバー部材のフランジ部と冷却フィンのフランジ部とを重ねた状態で、被取取付部品に、ねじにより共締めするように構成したので、カバー部材を冷却フィンに強固に取り付けることができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、冷却フィンにパワー素子及び基板取付部材を収容する収容凹部を設けたので、基板取付部材を冷却フィンに容易に取り付けることができる。
【００１１】
請求項４の発明によれば、冷却フィンに、パワー素子及び基板取付部材をねじ止めするためのねじ孔を設けると共に、このねじ孔を非貫通孔とするための凸部を設けたので、パワー素子及び基板取付部材用のねじ孔を非貫通孔とすることができ、シール性能を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図７を参照しながら説明する。本実施例は、例えば自動車用空気調和装置（エアコン）に組み込まれたブロワモータをスイッチングするパワートランジスタの冷却装置である。まず、図１は、本実施例のパワートランジスタの冷却装置の縦断面構造を示す図である。この図１に示すように、パワートランジスタの冷却装置１１は、アルミダイカスト製の冷却フィン１２と、この冷却フィン１２に取り付けられた樹脂製の基板取付部材１３と、冷却フィン１２に取り付けられた樹脂製のカバー部材１４とから構成されている。
【００１３】
上記冷却フィン１２は、図２（ａ）及び（ｂ）にも示すように、内部に収容凹部１５ａが形成されたほぼ矩形状のベース部１５と、このベース部１５の図１中の下面に一体に多数突設された凸状フィン部１６と、ベース部１５の図１中の上部開口縁部に鍔状をなすように一体に形成されたフランジ部１７とから構成されている。
【００１４】
この冷却フィン１２は、熱伝導性が良い金属、例えばアルミをダイカスト成形することにより形成されている。尚、アルミ以外の熱伝導性が良い金属を用いても良いことは勿論である。
【００１５】
上記冷却フィン１２の収容凹部１５ａの内部には、図１に示すように、パワートランジスタ（パワー素子）１８と前記基板取付部材１３とが収容されるように構成されている。収容凹部１５ａの底部には、図２（ａ）に示すように、右端部に基板取付部材１３を取り付けるためのねじ１９を螺挿するねじ孔１５ｂが形成され、左部にパワートランジスタ１８を取り付けるためのねじ２０を螺挿するねじ孔１５ｃが形成され、左端部の図２（ａ）中の上下部位に基板取付部材１３の位置決め用の凹部１５ｄ、１５ｄが形成されている。
【００１６】
そして、ベース部１５の図１中の下面には、上記ねじ孔１５ｂ、１５ｃを非貫通孔（即ち、貫通していない孔）とするために必要な肉厚を確保するための凸部２１、２２が突設されている。
【００１７】
また、冷却フィン１２のフランジ部１７の左右の部分には、図１及び図２（ａ）に示すように、外部の被取付部品に取り付けるための取付孔２３、２３が貫通するように形成されている。尚、上記外部の被取付部品は、例えば自動車の空気調和装置の送風ダクトなどである。そして、上記フランジ部１７の左右の部分の端面部には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記カバー部材１４に設けられた４個の係合爪２４（図６（ａ）及び（ｂ）参照）を係合させるための４個の係合凸部２５が形成されている
また、パワートランジスタ１８は、図１に示すように、本体部である矩形状のパッケージ部１８ａと、このパッケージ部１８ａの右端部から突設された３本のほぼＬ字状をなすリード１８ｂとから構成されている。このパワートランジスタ１８は、冷却フィン１２のベース部１５の収容凹部１５ａの内底面に当接させるようにして、ねじ１９により締め付け固定される構成となっている。
【００１８】
一方、基板取付部材１３は、樹脂である例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で形成されており、冷却フィン１２の収容凹部１５ａ内にほぼぴったりと収容可能な程度の大きさのほぼ矩形状の枠状部材である。この基板取付部材１３の中央部分には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記パワートランジスタ１８のパッケージ部１８ａを嵌合させるためのほぼ矩形状の開口部２６が形成されている。
【００１９】
また、基板取付部材１３の図３（ａ）中の右端部には、ねじ１９を挿通させるための貫通孔２７が形成されている。この構成の場合、基板取付部材１３を収容凹部１５ａ内に収容した状態で、ねじ１９を貫通孔２７に挿通させて収容凹部１５ａのねじ孔１５ｂに螺挿して締め付けることにより、基板取付部材１３を冷却フィン１２にねじ止めする構成となっている。尚、基板取付部材１３の下面（図３（ｂ）中右側面）には、前記冷却フィン１２の位置決め凹部１５ｄ、１５ｄに嵌合する２個の位置決め凸部１３ａ、１３ｂが突設されている。
【００２０】
また、基板取付部材１３の上面における開口部２６の図３（ａ）中の右端部分には、パワートランジスタ１８のリード１８ｂを囲むようにリードガイド２８が上方へ向けて突設されている。このリードガイド２８には、図３及び図４にも示すように、３本のリード１８ｂを互いに仕切る仕切り壁部２８ａ、２８ａが突設されている。上記リードガイド２８の底部２８ｂは、前記開口部２６の縁部を構成する部材であると共に、リード１８ｂと前記冷却フィン１２の収容凹部１５ａの内底面部との間に位置する平板状の部材である。
【００２１】
上記構成の場合、パワートランジスタ１８のリード１８ｂをプリント配線基板２９（図１参照）に半田付けするときに、半田たれが発生した場合、そのたれた半田を上記底部２８ｂで受ける（即ち、受けて溜める）ことが可能な構成となっている。
【００２２】
また、基板取付部材１３の上面における開口部２６の周縁部には、４個の支持凸部３０が上方へ向けて突設されている。これら４個の支持凸部３０の上に、上記プリント配線基板２９が載置される構成となっている。更に、基板取付部材１３の上面における開口部２６の周縁部には、２個の支持凸部３０の間にそれぞれ位置するように、プリント配線基板２９を押える押え爪部３１、３１が対向するように上方へ向けて突設されている。
【００２３】
この構成の場合、２個の押え爪部３１、３１と４個の支持凸部３０の間に、プリント配線基板２９が挟持されて固定されるように構成されている。尚、プリント配線基板２９を上方から押え爪部３１、３１間に挿入するときには、押え爪部３１、３１が拡開変形することにより、上記挿入が可能になっている。
【００２４】
また、上記開口部２６の図３（ａ）中右下隅には、パワートランジスタ１８を回り止めするための回り止め凸部２６ａが形成されている。この場合、前記ねじ１９を締め付けることによりパワートランジスタ１８が回転されるときに、パワートランジスタ１８のパッケージ部１８ａの隅部が上記回り止め凸部２６ａに当たる。これによって、パワートランジスタ１８が回り止めされる構成となっている。
【００２５】
更に、基板取付部材１３の開口部２６の図３（ａ）中左端には、開口部２６よりも幅狭な開口部３２が連通するように形成されている。この開口部３２内に、温度ヒューズ３３の本体部３３ａが嵌合されるように構成されている（図１及び図７参照）。上記温度ヒューズ３３は、冷却フィン１２の収容凹部１５ａの内底面に当接するように配置されている。そして、温度ヒューズ３３の本体部３３ａの両端部からは、ほぼＬ字形のリード３３ｂ、３３ｂが突設されている。
【００２６】
これらリード３３ｂ、３３ｂは、前記プリント配線基板２９に半田付けされている。また、上記開口部３２の図３（ａ）中の上下の縁部には、リード３３ｂと冷却フィン１２の収容凹部１５ａの内底面との間に位置する平板部３２ａが設けられている。上記構成の場合、温度ヒューズ３３のリード３３ｂをプリント配線基板２９（図１参照）に半田付けするときに、半田たれが発生した場合に、そのたれた半田を上記平板部３２ａで受ける（即ち、受けて溜める）ことが可能な構成となっている。
【００２７】
一方、カバー部材１４は、樹脂である例えばＡＢＳで形成されており、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、外形形状が冷却フィン１２のフランジ部１７とほぼ同じ形状の平板部３４と、この平板部３４の中央部分を上方へ膨出させたほぼ箱形形状のカバー部３５とから構成されている。上記平板部３４の左右の端部には、図６（ａ）に示すように、外部の被取付部品に取り付けるための取付孔３６、３６が貫通するように形成されている。これら取付孔３６は、冷却フィン１２のフランジ部１７の取付孔２３と同じ大きさの孔であり、平板部３４を冷却フィン１２上に載置したときに、取付孔３６の位置と冷却フィン１２の取付孔２３の位置とが一致するように構成されている。
【００２８】
そして、上記カバー部材１４の平板部３４の左右の端面部には、図６に示すように、冷却フィン１２の４個の係合凸部２５と係合する４個の係合爪２４が形成されている。この構成の場合、平板部３４を冷却フィン１２上に載置すると共に、平板部３４の４個の係合爪２４を冷却フィン１２の４個の係合凸部２５に係合すると、平板部３４、即ち、カバー部材１４が冷却フィン１２に固着されるように構成されている。
【００２９】
また、カバー部材１４のカバー部３５は、パワートランジスタ１８、プリント配線基板２９及びその周辺部分を覆うように構成されている。上記カバー部３５の上部には、ほぼ角筒状のコネクタ部３７が一体に形成されている。そして、上記プリント配線基板２９には、図１に示すように、コネクタ用の端子３８が突設されており、これら端子３８は、上記コネクタ部３７の底壁部３７ａを貫通してコネクタ部３７内に配置されるように構成されている。上記コネクタ部３７と上記端子３８からコネクタが構成されている。
【００３０】
このような構成の本実施例によれば、冷却フィン１２として、熱伝導性が良いアルミダイカスト製のものを用いるように構成したので、押し出し成形品に比べて、冷却フィン１２の形状の自由度が高くなり、冷却フィン１２ひいては冷却装置１１全体の大きさを小形化することができる。そして、プリント配線基板２９を取り付けるための基板取付部材１３と、パワートランジスタ１８、プリント配線基板２９及び基板取付部材１３を覆うカバー部材１４とを樹脂で形成したので、半田付け時の半田たれに対する短絡防止対策を容易に施すことができる。
【００３１】
具体的には、基板取付部材１３に、パワートランジスタ１８のパッケージ部１８ａを嵌合させる開口部２６を形成すると共に、この開口部２６の縁部に、パワートランジスタ１８のリード１８ｂと冷却フィン１２の収容凹部１５ａの底面部との間に位置するように底部２６ｂを形成した。この構成によれば、パワートランジスタ１８のリード１８ｂの半田付け時に半田たれが発生しても、該たれた半田を底部２６ｂで受けることができるから、短絡を防止できる。この結果、絶縁チューブを不要にすることができる。
【００３２】
また、上記実施例においては、パワートランジスタ１８の近傍に配置されると共に冷却フィン１２に当接するように温度ヒューズ３３を設け、そして、基板取付部材１３に、温度ヒューズ３３の本体部３３ａを嵌合させる開口部３２を形成すると共に、この開口部３２の縁部に、温度ヒューズ３３のリード３３ｂと冷却フィン１２との間に位置するように平板部３４を形成した。この構成によれば、温度ヒューズ３３のリード３３ｂの半田付け時に半田たれが発生しても、該たれた半田を上記平板部３４で受けることができるから、短絡を防止できる。
【００３３】
また、上記実施例では、カバー部材１４に、被取取付部品に取り付けるための平板部（フランジ部）３４を一体に形成すると共に、冷却フィン１２に、被取取付部品に取り付けるためのフランジ部１７を一体に形成し、そして、カバー部材１４の平板部３４と冷却フィン１２のフランジ部１７とを重ねた状態で、被取取付部品に、ねじ（図示しない）により共締めするように構成したので、カバー部材１４を冷却フィン１２に強固に取り付けることができる。
【００３４】
更に、上記実施例においては、冷却フィン１２にパワートランジスタ１８及び基板取付部材１３を収容する収容凹部１５ａを設けたので、基板取付部材１３を冷却フィン１２に容易に取り付けることができる。更にまた、上記実施例では、冷却フィン１２に、パワートランジスタ１８及び基板取付部材１３をねじ止めするためのねじ孔１５ｂ、１５ｃを設けると共に、このねじ孔１５ｂ、１５ｃを非貫通孔とするための凸部２１、２２を設けたので、パワートランジスタ１８及び基板取付部材１３用のねじ孔１５ｂ、１５ｃを非貫通孔とすることができ、シール性能を向上できる。
【００３５】
一方、上記実施例においては、パワートランジスタ１８や温度ヒューズ３３などを半田付けするプリント配線基板２９を取り付ける取付部として、４個の支持凸部３０及び２個の押え爪部３１を、基板取付部材１３に一体に形成したので、プリント配線基板２９を基板取付部材１３に容易且つ確実に取り付けることができる。
【００３６】
尚、上記実施例では、基板取付部材１３を冷却フィン１２の収容凹部１５ａ内にねじ止めするように構成したが、これに限られるものではなく、例えばスナップフィットや熱かしめ等でも良く、または、収容凹部１５ａ内に基板取付部材１３をぴったりと収容するように構成すれば、基板取付部材１３をねじ等で固定しなくても良い。
【００３７】
図８は、本発明の第２の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。この第２の実施例では、冷却フィン３９に収容凹部を設けないように構成すると共に、カバー部材４０のカバー部４１の深さ寸法を大きくしてカバー部４１内にパワートランジスタ１８、プリント配線基板２９及び基板取付部材１３を収容するように構成した。
【００３８】
そして、上述した以外の構成は、第１の実施例と同じ構成となっている。従って、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２の実施例では、冷却フィン３９の突出高さ（凸状フィン部１６の突出位置）を小さくすることができ、冷却フィン３９に当たる冷却風の通風抵抗を小さくすることができる。
【００３９】
尚、上記各実施例の冷却フィン１２、３９の凸状フィン部１６の形状は、任意の形状に変更することができる。このように構成した場合も、冷却フィン１２のベース部１５やフランジ部１７の形状を上記各実施例と同じ形状に構成しておけば、基板取付部材１３やカバー部材１４を共用することが可能である。そして、このように構成すると、種々の機種に対応させることが容易となる。
【００４０】
更に、上記各実施例では、冷却フィン１２をアルミのダイカスト成形により製造したが、これに限られるものではなく、他の熱伝導性の良い金属や合金等を用いてダイカスト成形により製造するように構成しても良い。更にまた、上記実施例では、本発明をパワトランジスタ１８の冷却装置１１に適用したが、これに限られるものではなく、例えばパワーＭＯＳＦＥＴや他のパワー素子の冷却装置に適用するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すパワートランジスタの冷却装置の縦断側面図
【図２】（ａ）は冷却フィンの上面図、（ｂ）は冷却フィンの側面図
【図３】（ａ）は基板取付部材の上面図、（ｂ）は基板取付部材の側面図
【図４】図３（ａ）中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図
【図５】図３（ａ）中Ｖ−Ｖ線に沿う断面図
【図６】（ａ）はカバー部材の上面図、（ｂ）はカバー部材の側面図
【図７】温度ヒューズ周辺の縦断面図
【図８】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図９】従来構成を示すパワートランジスタの冷却装置の斜視図
【図１０】パワートランジスタの冷却装置の縦断側面図
【符号の説明】
１１はパワートランジスタの冷却装置、１２は冷却フィン、１３は基板取付部材、１４はカバー部材、１５はベース部、１５ａは収容凹部、１５ｂ、１５ｃはねじ孔、１６は凸状フィン部、１７はフランジ部、１８はパワートランジスタ（パワー素子）、１９、２０はねじ、２１、２２は凸部、２９はプリント配線基板、３３は温度ヒューズ、３４は平板部（フランジ部）、３５はカバー部、３６は取付孔、３７はコネクタ部、３９は冷却フィン、４０はカバー部材、４１はカバー部を示す。

Claims

熱伝導性が良い金属をダイカスト成形することにより形成された冷却フィンと、
この冷却フィンに当接するように設けられたパワー素子と、
前記冷却フィンに取り付けられ、プリント配線基板を取り付けるためのものであって樹脂で形成された基板取付部材と、
前記冷却フィンに取り付けられ、前記パワー素子、前記プリント配線基板及び前記基板取付部材を覆うものであって樹脂で形成されたカバー部材とを備えて成るパワー素子の冷却装置。
前記カバー部材に、被取取付部品に取り付けるためのフランジ部が一体に形成されていると共に、
前記冷却フィンに、前記被取取付部品に取り付けるためのフランジ部が一体に形成され、
前記カバー部材のフランジ部と前記冷却フィンのフランジ部とを重ねた状態で、前記被取取付部品に、ねじにより共締めするように構成したことを特徴とする請求項１記載のパワー素子の冷却装置。
前記冷却フィンに、前記パワー素子及び前記基板取付部材を収容する収容凹部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のパワー素子の冷却装置。
前記冷却フィンに、前記パワー素子及び前記基板取付部材をねじ止めするためのねじ孔を設けると共に、このねじ孔を非貫通孔とするための凸部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパワー素子の冷却装置。