JP2004095697A

JP2004095697A - 放熱構造基板、基板素子の基板への取付方法及び冷凍空調装置

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Publication number: JP2004095697A
Application number: JP2002252255A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ueno; 植野　寿; Tatsuya Mochizuki; 望月　達哉; Kaoru Yamamoto; 山本　薫; Hiroshi Iwasaki; 岩崎　弘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP3684509B2

Abstract

【課題】冷却するためのヒートシンクを取付けた基板素子を実装した基板において、基板素子を基板にはんだ溶接の際、基板素子の安定支持を図るために、組立治具を使用して行っていた。そのため、組立治具の取付、取外しに時間がかかるとともに、組立精度も満足できなかった。
【解決手段】基板５の案内穴５ｂに挿入し、途中の保持部２ａで保持し、基板５に挿入されない側の端部の平面部２ｂを基板５の面と平行とするスペーサ２を使用し、このスペーサ２の平面部２ｂに基板素子１を載置し、はんだ溶接を行うことにより、組立治具なしに、基板素子１を基板５に傾きなしに精度よく固定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放熱構造基板、基板素子の基板への取付方法及び放熱構造基板を使用する冷凍空調装置に関し、特に発熱基板素子を実装する基板の放熱構造の改善及びこの基板を使用する冷凍空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は特開平１０−２０５８３０号公報に示された空気調和機の室外機におけるインバータ制御回路装置の電気品取り付け構造を示す分解斜視図である。
図において、１ｄは基板素子１であるパワーモジュ−ル、１ｅは同じく基板素子１であるダイオードスタック、４はヒートシンク、４ａはヒートシンク４のフラット面、４ｂはヒートシンク４の放熱フィン部、７はカバー部材、８は基板ホルダー、８ａは基板ホルダー８の開口部、９は電気品パネル、９ａは電気品パネル９の開口部、１０は基板である。
【０００３】
基板１０上にはんだ実装されたパワーモジュール１ｄやダイオードスタック１ｅなど、発熱し冷却を必要とする基板素子１は、固定ネジ（図示省略）により基板面と反対側の反対面をヒートシンク４のフラット面４ａに接合させ固定される。
部品実装された基板１０は、基板ホルダ８に取付けられ、この基板ホルダ８は電気品パネル９上に重ね合わせ式に装着され、上部の開口部をカバー部材７で閉じる。
このとき、ヒートシンク４の放熱フィン部４ｂは、基板ホルダ８、電気品パネル９に形成された開口部８ａ、９ａから電気品パネル９の外部へ露呈される。
【０００４】
電気品パネル９の開口部９ａから突出したヒートシンク４の放熱フィン部４ｂは直接屋外空気に曝され、パワーモジュール１ｄ、ダイオードスタック１ｅは冷却される。このとき塵埃や水の浸入を防ぐために、開口部９ａとヒートシンク４との隙間を小さくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放熱構造基板、即ち、ヒートシンク４が接合された基板素子１であるパワーモジュール１ｄ、ダイオードスタック１ｅを実装した基板１０は、以上のように構成されているので、より良い放熱効果を得るために、基板素子１とヒートシンク４は均一で密着した接合が必要で、またヒートシンク４と電気品パネル９の開口部９ａとの隙間を小さく保つために、ヒートシンク４は傾くこと無く水平に取り付けられることが重要である。したがって、放熱構造基板の組み立てにおいて、基板素子１の基板面と反対側の反対面の高さを一定に保つために、はんだ溶接の際、基板素子１の安定支持を図るための組立治具が必要であり、工数と時間の増加といった問題が生ずる。また、組立治具を取り外す際にはんだ部へ不用意な力が加わってしまうといった不具合も発生する。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、取付治具なしに、基板素子及びヒートシンクを基板に対して傾くことなく固定でき、また、放熱フィン部を外部に出す場合にも筐体の開口部の隙間を小さくでき、さらに、基板とヒートシンクとは所定の絶縁距離を確保できる放熱構造基板及び基板素子の基板への取付方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る放熱構造基板は、案内穴と実装穴が開けられた基板と、案内穴に挿入され、途中の保持部で保持され、基板に挿入されない側の端部の平面部を基板の面と平行とするスペーサと、平行な二平面部の一方の平面部がスペーサの平面部に当接して載置され、側部の足部が基板の実装穴に挿入され、基板の配線と電気的に接続され、固定された基板素子と、基板素子の他方の平面部に載置され、伝熱可能に固定されるヒートシンクとを備えたものである。
【０００８】
また、請求項２に係る放熱構造基板は、請求項１の放熱構造基板において、基板に複数の案内穴を開け、複数の案内穴に、それぞれ、挿入された複数のスペーサがブリッジ部により接続され、一体のスペーサとしたものである。
【０００９】
また、請求項３に係る放熱構造基板は、請求項１又は請求項２の放熱構造基板において、スペーサは基板に挿入される部分が端部の平面部側にテーパ状に外形が大きくなるか、又は平面部側に外形の大きくなる複数の段差部を所定の間隔で有するものである。
【００１０】
また、請求項４に係る基板素子の基板への取付方法は、基板の案内穴へスペーサを挿入し、基板に挿入されない側の端部の平面部を基板の面と平行に、保持部で保持する工程と、基板素子の足部を基板の実装穴に挿入し、基板素子の平行な二平面部の一方をスペーサの平面部に当接して、基板素子をスペーサ上に載置する工程と、基板素子の足部と基板の配線をはんだ溶接する工程と、基板素子の二平面部の他方にヒートシンクの面を当接し、固定ネジによりヒートシンクを基板素子に固定する工程とを含むものである。
【００１１】
また、請求項５に係る冷凍空調装置は、請求項１から請求項３のいずれかの請求項の放熱構造基板又は請求項４の基板素子の基板への取付方法により取付けた放熱構造基板を使用するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図により説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の放熱構造基板を示す分解斜視図、図２は同じく放熱構造基板の断面図、図３は同じくスペーサの拡大斜視図、図４は同じくスペーサの断面図である。
【００１３】
図において、１はパワーモジュールやダイオードスタックのような発熱し、冷却を必要とする基板素子、１ａは基板素子１の足部、１ｂは基板素子１の平行な二平面部の一方の平面部であり、後述の基板５側に配置される基板面、１ｃは基板素子１の二平面部の他方の平面部であり、基板面１ｂと反対側の反対面、２はスペーサ、２ａは保持部である段差部、２ｂは平面部、２ｃはスペーサ２を縦に貫通する貫通穴、３は固定ネジ、４はヒートシンクであり、通常はアルミ鋳造製で、押出加工で製作される。４ａはヒートシンク４のフラット面、４ｂはヒートシンク４の放熱フィン部、５は基板、５ａは基板５の実装穴、５ｂは基板５の案内穴である。
【００１４】
基板素子１は、スペーサ２を介して、足部１ａが実装穴５ａに挿入され、基板５の配線にはんだ溶接され固定される。このとき、スペーサ２は、案内穴５ｂに挿入され、途中の保持部である段差部２ａが案内穴５ｂの端部に突き当たることにより、基板５に挿入されない側の端部の平面部２ｂが基板５の面と平行に保持され、この平面部２ｂに基板素子１の基板面１ｂが当接して載置される。即ち、基板素子１の平行な二平面の基板面１ｂと、反対側の反対面１ｃとは基板５の面と平行になる。
また、基板素子１の反対面１ｃにヒートシンク４のフラット面４ａが当接され、固定ネジ３が、スペーサ２の貫通穴２ｃから入れられ、基板素子１の穴を通り、ヒートシンク４のフラット面４ａに形成されたタップ穴（ねじを切ってある）に固定されることにより、ヒートシンク４は基板素子１に固定される。
但し、基板素子１の穴をタップ穴とし、固定ネジ３を、ヒートシンク４のフラット面４ａの穴から入れ、基板素子１のタップ穴に固定することにより、ヒートシンク４を基板素子１に固定するようにしてもよい。この場合は、スペーサ２の貫通穴２ｃは不要である。
【００１５】
基板素子１の基板５への実装は、次の手順で行う。
１）基板５の案内穴５ｂへ、スペーサ２の小径部を挿入し、保持部である段差部２ａで保持する。
２）基板素子１の足部１ａを基板５の実装穴５ａに挿入し、基板素子１の基板面１ｂをスペーサ２の平面部２ｂに当接して、基板素子１をスペーサ２上に載置する。
３）基板素子１の足部１ａと基板５の配線をはんだ溶接し、基板素子１を基板５に固定する。
４）基板素子１の反対面１ｃにヒートシンク４のフラット面４ａを当接し、固定ネジ３によりヒートシンク４を基板素子１に固定する。
【００１６】
上記のように、本実施の形態の放熱構造基板においては、スペーサ２上に基板素子１を載置し、基板素子１の足部１ａを基板５の実装穴５ａに挿入し、実装穴５ａ部で足部１ａを基板５にはんだ溶接し、即ち、はんだ固定部を形成し、基板素子１を基板５に固定することにより、基板素子１が基板５に対して傾くことなく固定される。
更に、基板素子１の平面部２ｂにヒートシンク４をフラット面４ａを介して載置し、固定ネジ３によりヒートシンク４を基板素子１に固定することにより、ヒートシンク４も基板５に対して傾くことなく固定できる。
上記の構造であるので、ヒートシンク４に外部から力が働くと、上記のはんだ固定部で支えることになる。
【００１７】
本実施の形態では、スペーサ２を保持部２ａにより、端部の平面部２ｂを基板５の面に平行に保持し、この平面部２ｂに基板素子１の基板面１ｂを載置した状態で、基板５の実装穴５ａに挿入した足部１ａを固定するので、固定の際、基板素子は傾くことがなく固定できる。即ち、基板素子１は、その二平面部１ｂ、１ｃが基板５の面に平行に固定される。
また、基板５の面に平行な基板素子１の平面部２ｂにヒートシンク４のフラット面４ａを載置し、固定するので、ヒートシンク４のフラット面４ａも基板５の面と平行となり、基板１とヒートシンク４とは所定の絶縁距離を確保できる（図２のＡを所定の距離とできる）。
そこで、基板素子１及びヒートインク４を基板５に対して、傾くことなく固定できるので、他部品への干渉を避けることができ、また、放熱フィン部４ｂを外部に出す場合でも筐体の開口部の隙間を小さくできる。
【００１８】
さらに、組立治具を必要としないので、組立治具の取り付け、取り外し作業による基板素子１の傾きや高さ寸法のばらつきを解消し、組立精度を向上させることができる。また、組立治具の取り外し時に、基板素子１に不用意な力が加わる心配もなく、品質が向上する。さらに作業工程中、スペーサ２は基板５の案内穴５ｂにセットするだけでよいので、冶具を使用する場合に比べて工数と時間を削減することが可能である。
【００１９】
本実施の形態のスペーサ２は、図３に示すものの他に、図４に示すようなものとしてもよい。
図４はスペーサ２の断面図であり、これらは、それぞれ同径の貫通穴２ｃを有し、途中に保持部である段差部２ａを持つ。
（ａ）、（ｃ）は、平面部２ｂを拡大し、基板素子１を安定して載置できる。
（ｂ）は、径小部と径大部だけの構成で、径小部から径大部への段差部２ａを保持部とするもので、製作が容易である。
段差部２ａから平面部２ｂまでの距離Ｂ（保持高さ）の大きさは、挿入し、段差部２ａで保持したとき、Ｂと基板素子１の厚さとの和が所定の絶縁距離Ａ（図２）を確保できるように定める。また、段差部２ａから挿入端部までの距離Ｃの大きさは基板５に挿入したとき、基板５の下端面とほぼ一致するような寸法に定める。
貫通穴２ｃの径Ｄは、固定ネジ３をねじを入れるとき支障がない大きさとする。
【００２０】
また、スペーサ２は、円筒形状（平断面が円形）のものに限らず、平断面が角形、例えば、矩形のものでのよい。要するに基板５に挿入し、保持部２ａで保持され、平面部２ｂを基板５の面と平行にできるものであればよい。
【００２１】
さらに、スペーサ２は、スペーサ２の基板５の案内穴５ａに挿入する側を先端側から平面部２ｂ側へ外径が斬増するようにテーパをつける、又は先端側から当て面２ｂ側へ外径が大きくなる複数の段差部２ａを設けるようにしてもよい。
この場合、基板５の案内穴５ｂの大きさを変えれば、スペーサ２の基板５からの保持高さＢを変えることができ、基板素子１の素子厚さの相違するものを複数実装するとき、基板素子１の高さを一定に揃えることができ、１個のヒートシンク４がこれら複数の基板素子１と接触するようにでき、１個のヒートシンク４で複数の基板素子１の冷却ができる。
【００２２】
本実施の形態によれば、スペーサ２は基板５に挿入される部分が端部の平面部２ｂ側にテーパ状に外形が大きくなるか、又は平面部２ｂ側に外形の大きくなる複数の段差部を所定の間隔で有するので、基板５の案内穴５ｂの大きさを変えれば、スペーサ２の基板５からの保持高さを変えることができ、基板５に基板素子１の素子厚さの相違するものを複数実装するときでも、基板素子１の高さを一定に揃えることができ、１個のヒートシンク４がこれら複数の基板素子１と接触するようにでき、１個のヒートシンク４で複数の基板素子１の冷却ができる。
【００２３】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図５は本発明の実施の形態２の放熱構造基板を示す分解斜視図、図６は同じく放熱構造基板の断面図である。
これらの図において、２ｄはブリッジ部であり、スペーサ２の基板５に挿入しない部分に形成され、同一のスペーサ２同士を結合し、一体化（一体形状）するもので、スペーサ２の機能としては実施の形態１と同様の機能を果たし、さらにヒートシンク４が取付けられる基板素子１が複数ある場合に対応するものである。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２４】
複数の基板素子１の高さを同時に、一定に規制することができることにより、これらの基板素子１へのヒートシンク４の取付が均一で、水平が保持された状態での固定が可能になる。即ち、基板５の面とヒートシンク４のフラット面４ａ間の距離Ａを所定の絶縁距離とすることができる。
【００２５】
さらに、ヒートシンク４に接合する基板素子１が複数ある場合、スペーサ２を一体形状とすることにより、複数のスペーサ２を一つづつ案内穴５ｂにセットする必要がなく、１度で済ませることが可能で、個々の基板素子の高さ、水平を同時に確保でき、ヒートシンクへの均一な接合が可能である。
【００２６】
本実施の形態では、放熱構造基板のスペーサ２を、基板５に複数の案内穴を５ｂを開け、この複数の案内穴５ｂに、それぞれ、挿入された複数のスペーサ２がブリッジ部２ｄにより接続され、一体のスペーサ２としたので、複数の基板素子１の高さを同時に、一定に規制することができ、基板素子１へのヒートシンク４の取付、固定が均一で、水平が保持された状態で可能となる。
【００２７】
本実施の形態に記載の放熱構造基板又は基板素子の基板への取付方法により取付けた放熱構造基板を空調装置、冷凍装置等の冷凍空調装置の発熱し冷却を必要とする基板素子１を実装する基板５に使用することにより、実施の形態に記載の前記効果を有する基板５を備えた冷凍空調装置が得られ、冷凍空調装置の品質特性が向上する。
【００２８】
本実施の形態から把握できる請求項以外の発明をその効果とともに、以下に記載する。
【００２９】
請求項１又は請求項２に記載の放熱構造基板において、スペーサ２には、その保持部２ａに対して両側の端部を貫通する貫通穴２ｃが形成され、スペーサ２が基板５に対して、その平面部２ｂが傾くことなく保持され、スペーサ２の平面部２ｂに基板素子１が載置され、基板素子１の平面部１ｃにヒートシンク４が載置されるとき、貫通穴２ｃから入れられた固定ネジ３が基板素子１の穴を通り、ヒートシンク４のタッピン穴に固定されるので、基板素子１及びヒートシンク４は、基板５に対して傾くことなく配置され、ヒートシンク４は基板素子１に固定される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の放熱構造基板及び基板素子の基板への取付方法によると、スペーサを保持部により、端部の平面部を基板の面に平行に保持し、この平面部に基板素子の基板面を載置した状態で、基板の実装穴に挿入した足部を固定するので、固定の際、基板素子は傾くことがなく固定できる。即ち、基板素子１は、その二平面部が基板の面に平行に固定される。
また、基板の面に平行な基板素子の平面部にヒートシンクのフラット面を載置し、固定するので、基板素子及びヒートインクを基板に対して、傾くことなく固定できる。
また、これらは組立治具なしに行うことができる。
そこで、本発明の放熱構造基板及び基板素子の基板への取付方法によると、組立治具を必要とせずに、他部品への干渉を避けることができ、また、放熱フィン部を外部に出す場合でも筐体の開口部の隙間を小さくでき、さらに、基板とヒートシンクとは所定の絶縁距離を確保できる。
また、はんだ溶接により、基板素子を基板に固定し、ヒートシンクを基板素子に固定する場合も、基板素子及びヒートインクを基板に対して、傾くことなく固定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の放熱構造基板を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の放熱構造基板の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１のスペーサの拡大斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１のスペーサの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の放熱構造基板を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２の放熱構造基板の断面図である。
【図７】従来のインバータ制御回路装置の電気品取り付け構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１　基板素子、１ａ　足部、１ｂ、１ｃ　平面部、１ｆ　側部、２　スペーサ、２ａ　保持部（段差部）、２ｂ　平面部、２ｄ　ブリッジ部、３　固定ネジ、４　ヒートシンク、５　基板、５ａ　実装穴、５ｂ　案内穴。

Claims

案内穴と実装穴が開けられた基板と、
前記案内穴に挿入され、途中の保持部で保持され、前記基板に挿入されない側の端部の平面部を前記基板の面と平行とするスペーサと、
平行な二平面部の一方の平面部が前記スペーサの前記平面部に当接して載置され、側部の足部が前記基板の前記実装穴に挿入され、前記基板の配線と電気的に接続され、固定された基板素子と、
前記基板素子の他方の平面部に載置され、伝熱可能に固定されるヒートシンクとを備えたことを特徴とする放熱構造基板。
前記基板に複数の案内穴を開け、前記複数の案内穴に、それぞれ、挿入された複数のスペーサがブリッジ部により接続され、一体のスペーサとしたことを特徴とする請求項１記載の放熱構造基板。
前記スペーサは前記基板に挿入される部分が前記端部の平面部側にテーパ状に外形が大きくなるか、又は前記平面部側に外形の大きくなる複数の段差部を所定の間隔で有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱構造基板。
基板の案内穴へスペーサを挿入し、前記基板に挿入されない側の端部の平面部を前記基板の面と平行に、保持部で保持する工程と、
基板素子の足部を基板の実装穴に挿入し、前記基板素子の平行な二平面部の一方を前記スペーサの前記平面部に当接して、前記基板素子を前記スペーサ上に載置する工程と、
前記基板素子の前記足部と前記基板の配線をはんだ溶接する工程と、
前記基板素子の前記二平面部の他方にヒートシンクの面を当接し、固定ネジにより前記ヒートシンクを前記基板素子に固定する工程とを含むことを特徴とする基板素子の基板への取付方法。
請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の放熱構造基板又は請求項４に記載の基板素子の基板への取付方法により取付けた放熱構造基板を使用することを特徴とする冷凍空調装置。