JP2005522036A - ヒートシンク及び電力電子コンポーネントから熱を除去する方法 - Google Patents

Abstract

ヒートシンク（２８）は回路板（２２）上のコンポーネント（３３）から熱を除去するために設ける。ヒートシンク（２８）は上面（１４）、底面（１６）及び側面（１８、２０）を備えたベース（１２）を有する。上面は回路板に接着するためにほぼ平坦である。両側面はそれぞれ段付き肩部（２６）を画定する切込みを備えている。ヒートシンクはまた、ベースの底面から延びる複数のフィン（２４）を有する。ヒートシンクの上面には、ヒートシンクを回路板（２２）に関して位置決めするための位置決め構造（５０）が設けられている。ヒートシンクを回路板に接着できるため、任意の電力電子コンポーネントに共通のヒートシンクを使用できる。

Description

本発明は、回路板の電子コンポーネントからの熱の除去に係り、さらに詳細には、電力電子コンポーネントから熱を除去するヒートシンクに係る。

回路板の電力電子コンポーネントから熱を除去するヒートシンクは、通常、冷却すべき特定のコンポーネント用として設計される。各ヒートシンクについて熱モデル及び熱総量を決定する必要があるため、かなりの開発時間がかかる。ヒートシンクの製造には、特にそれがフィン型であれば高価な工具が必要である。さらに、プリント回路板のレイアウトの急な変更は、従来のヒートシンクに使用する工具を変更するため、容易でなく、高コストである。これにより、特定のパッケージ例にとって固有の解決がなされることが多い。

従って、全ての電力電子デバイスに使用されるヒートシンクに対するニーズがある。

発明の概要

本発明の目的は、上述したようなニーズを満足させることである。本発明の原理によると、この目的は、基板上のコンポーネントから熱を除去するヒートシンクを提供することにより達成される。このヒートシンクは、上面、底面及び対向側面を有するベースを備えている。上面は基板に接着するためほぼ平坦である。ヒートシンクの上面には、ヒートシンクを基板に関して位置決めするための位置決め構造が設けられている。対向側面はそれぞれ段付き肩部を画定する切込みを有する。ヒートシンクはまた、ベースの底面から延びる複数のフィンを有する。ヒートシンクは押出しプロセスで製造するのが好ましい。ヒートシンクは回路板に接着可能であるため、任意の電力電子コンポーネントにつき共通のヒートシンクを用いることができる。

本発明の別の局面によると、基板上のコンポーネントから熱を除去する方法が提供される。この方法は、基板の上面上に熱発生コンポーネントを設ける。上面、底面及び対向側面を有するベースを備えたヒートシンクを用意する。この上面は基板を取り付けるためにほぼ平坦である。ヒートシンクはまた、ベースの底面から延びる複数のフィンを有する。ベースの底面またはヒートシンクの上面の少なくとも一部に熱接着剤を適用し、ヒートシンクの上面がコンポーネントから熱を除去するように基板の底面に固定する。

本発明のさらに別の局面によると、ヒートシンクを製造する方法は、材料を押出してある特定の長さのヒートシンク押出し品を形成するステップを含む。ヒートシンク押出し品は、上面、底面及び対向側面を有するベースを備えている。上面は回路板に取り付けるためにほぼ平坦である。ヒートシンク押出し品は、また、ベースの底面から延びる複数のフィンを有する。段付き肩部を形成するために機械加工により対向側面のそれぞれに切込みを設ける。押出し品を長さに沿う種々の位置で切断して、押出し品から複数のヒートシンクを提供する。

本発明の他の目的、特徴及び特性並びに作動方法、構造の関連要素の機能、部品の組み合わせ及び製造の経済性については、添付図面を参照して以下の詳細な説明及び頭書の特許請求の範囲を読めばより明らかになるであろう。

図１を参照して、本発明に従って提供されるヒートシンク押出し品を総括的に１０で示す。アルミニウムまたはマグネシウムのような材料を押出してある特定の長さのヒートシンク押出し品１０を形成する。ヒートシンク押出し品１０は、上面１４、底面１６及び対向側面１８、２０を備えたベース２０を有する。上面１４は、プリント回路板２２（図３）のような基板に取り付けるためにほぼ平坦である。ヒートシンク押出し品１０はまた、ベース１２の底面１６から延びる複数のフィン２４を有する。本明細書中の用語「フィン」は、ベース１２から周囲の空気に熱を伝達する任意の構造を意味する。機械加工によりベース１２の側面１８、２０に切込みを形成して段付き肩部２６を形成するが、これらの機能は以下に説明する。従って、押出しにより、ベース１２とフィン２４は一体的に形成される。

押出し品１０を長さに沿う種々の場所（図１のラインＡ）で切断して、押出し品１０から図２の２８で総括的に示す複数のヒートシンク２８を形成する。かくして、一つの押出し品１０から多数のヒートシンク２８を作ることができる。ヒートシンクを機械加工または鋳造のような押出し以外の方法で製造できることがわかるであろう。

図３を参照して、回路板のような基板上に取り付けられたコンポーネントから熱を除去する方法は、回路板２２の上面３１上に取り付けられた熱発生コンポーネント３０を用意する。この基板は、セラミックまたは絶縁された金属材料であるのが好ましい。図示の実施例において、熱発生コンポーネント３０は、ＭＯＳＦＥＴのような電力電子コンポーネントである。このコンポーネント３０は、注封または相似被覆３２で覆われているのが好ましい。回路板２２のコンポーネント３０に隣接した所に設けられた熱ビア３４は、回路板２２の上面３１から底面３６へ貫通する。別の実施例において、ビア３４は回路板の貫通孔であり、これに熱伝導材料が充填される。かくして、ビア３４は、コンポーネント３０から回路板２２の底面３６へ伝達される熱の通路を提供する。熱接着剤３８をヒートシンク２８の上面の少なくとも一部に適用して、ヒートシンクの上面１４が回路板２２の底面３６のビア３４の近くで固定されるようにする。もちろん、ヒートシンクに接着剤を適用するかわりに、回路板の底面に接着剤を適用してもよい。熱ビアは必要条件ではないが、熱の伝達を助けるため好ましいことを理解されたい。

図示の実施例において、プラスチックまたはアルミニウム製であるのが好ましいカバー部材４０を用意するが、これは上面４２、底面４４及び貫通孔４５を有する。少なくとも上面４２はほぼ平坦である。カバー部材は、回路板２２の底面３６の如何なる電気コンポーネントにも接触せずに回路板２２の底面３６を覆い保護するように構成されている。本発明の最も広義の局面では、このカバー部材を設ける必要は必ずしもない。

シリコーンまたはＲＴＶのような密封材４６を、ヒートシンク２８のベース１２の各肩部２６の下方またはカバー部材４０の貫通孔４５の周りに配置する。その後、ヒートシンク２８のフィン２４を貫通孔４５に挿入して、密封材４６がカバー部材４０の上面４２と肩部２６との間に位置し、貫通孔４５が密封されるようにする。

図４を参照して、回路板２２に関するヒートシンク２８´の位置決めを支援するために、ベース１２の上面１４に位置決め構造を設ける。この位置決め構造は、ベースの上面１４から延びる、断面がほぼ矩形の少なくとも一対の位置決め手段５０を有する。ヒートシンクの押出し時、ベース１２の上面１４上にリブ５２を設けるのが好ましい。そうすると、図４に示すように、リブの中央部分を機械加工により除去して位置決め手段５０を画定することができる。この位置決め手段５０の断面形状は任意のものでよい。

図５に示すように、回路板２２はメッキした位置決めホール５４を備えることが可能であるが、それらのホールのサイズはそれぞれヒートシンク２８の関連位置決め手段５０を受け入れて回路板２２に関するヒートシンク２８のＸ−Ｙ位置を制御できるような値である。

かくして、本発明によると、ヒートシンクを電力電子デバイスに関する回路板にただ単に接着することにより全ての電力電子デバイスに共通のヒートシンクを使用できる。ヒートシンクは共通設計であるため、プリント回路板のレイアウトを急に変更することができる。ヒートシンク２８に関連して工具を変更するコストは存在しない。カバー部材４０の貫通孔４５の位置だけを変更の際に移動させればよい。

本発明の利点は、１）電子パッケージを短くできること、２）全ての設計につき寸法が共通のヒートシンクを用いるため既存のアプリケーションにおけるプリント回路板のレイアウトの変更または新しいアプリケーションにおける使用が容易であること、３）ヒートシンクを製造する工具変更コストがかからないこと、４）ヒートシンクを製造する高価な工具を必要とせず、フィン付きヒートシンクを使用できること、５）ヒートシンクは押出しされるため低コストですむこと、６）熱モデル及び熱総量が全ての設計につき共通であるため開発時間が最小限に抑えられること、７）表面領域の増加が必要であれば多数の、または長いフィンを形成されるように異なる態様で押出しすればよいことがあげられる。

以上、本発明の構造及び機能的原理だけでなく好ましい実施例を用いる方法を説明するために好ましい実施例について図示説明したが、これらはかかる原理から逸脱することなく変形及び設計変更が可能である。従って、本発明は、頭書の特許請求の範囲の思想内にある全ての変形例及び設計変更を包含するものである。

本発明の原理に従って提供されるヒートシンク押出し品の斜視図である。 図１の押出し品を切断したヒートシンクを対向側面に肩部を形成した後の状態で示す斜視図である。 回路板とカバー部材との間に取り付けた本発明による図２のヒートシンクの断面図である。 上面に位置決め構造を有する本発明のヒートシンクの第２の実施例を示す斜視図である。 回路板の貫通孔に挿入した図４のヒートシンクの位置決め構造の１つを示す平面図である。

Claims (20)

1. 基板上のコンポーネントから熱を除去するヒートシンクであって、
   上面、底面及び対向側面を有し、上面が基板に接着するためにほぼ平坦であり、対向する各側面に段付き肩部を画定する切込みがあるベースと、
   ベースの底面から延びる複数のフィンとより成るヒートシンク。
2. ベースとフィンは一体的に形成されている請求項１のヒートシンク。
3. ベースとフィンは押出し品である請求項２のヒートシンク。
4. ベースとフィンはアルミニウム及びマグネシウムのうちの１つより成る請求項２のヒートシンク。
5. ベースの上面にヒートシンクを基板に対して位置決めするための位置決め構造をさらに備えた請求項１のヒートシンク。
6. 位置決め構造は、ベースの上面から延びる断面がほぼ矩形の複数の部材を含む請求項５のヒートシンク。
7. 基板上のコンポーネントから熱を除去するヒートシンクであって、
   上面、底面及び対向側面を有し、上面が基板に接着するためにほぼ平坦であり、上面にヒートシンクを基板に対して位置決めするための位置決め構造が設けられているベースと、
   ベースの底面から延びる複数のフィンとより成るヒートシンク。
8. 位置決め構造は、ベースの上面から延びる断面がほぼ矩形の複数の部材を含む請求項７のヒートシンク。
9. 基板上に取り付けられたコンポーネントから熱を除去する方法であって、
   基板の上面に熱発生コンポーネントを設け、
   上面、底面及び対向側面を有し、上面が基板に接着するためにほぼ平坦であり、ベースの底面から延びる複数のフィンを備えたヒートシンクを用意し、
   基板の底面またはヒートシンクの上面の少なくとも一部に熱接着剤を適用して、コンポーネントから熱が除去されるようにヒートシンクの上面を基板の底面に固定するステップより成る熱除去方法。
10. ヒートシンクの対向側面はそれぞれ段付き肩部を画定する切込みを有し、
    上面、底面及び貫通孔を有し、少なくとも上面がほぼ平坦なカバー部材を用意し、
    カバー部材の上面と肩部との間に密封剤を適用してフィンを貫通孔に挿入することにより貫通孔を密封するステップをさらに含む請求項９の方法。
11. コンポーネントは電力電子コンポーネントである請求項９の方法。
12. 電力電子コンポーネントはＭＯＳＦＥＴである請求項１１の方法。
13. カバー部材は、プラスチック及びアルミニウムの１つより成り、基板の底面上の電子コンポーネントのいかなる部分とも接触することなく基板の底面を保護するように構成されている請求項１０の方法。
14. 密封剤はシリコーンである請求項９の方法。
15. ヒートシンクはアルミニウム及びマグネシウムのうちの１つより成る請求項９の方法。
16. ベースの上面は位置決め構造を有し、基板は位置決めホールを有し、固定ステップは位置決め構造を位置決めホール内に配置するステップを含む請求項９の方法。
17. 接着剤はベースの上面の一部に適用される請求項９の方法。
18. ヒートシンクを製造する方法であって、
    材料を押出してある長さのヒートシンク押出し品を形成し、このヒートシンク押出し品は上面、底面及び対向側面を有するベースを有し、上面は回路板に取り付けるためにほぼ平坦であり、ヒートシンク押出し品はまたベースの底面から延びる複数のフィンを有し、
    対向する側面の各々に段付き肩部を画定する切込みを機械加工により形成し、
    押出し品を種々の場所である特定の長さに切断して押出し品から複数のヒートシンクを提供するステップより成るヒートシンクの製造方法。
19. 押出し品はさらに、切断ステップの後ベースの上面からある特定の長さだけ延びる少なくとも１つのリブを備え、リブの中央部分を除去して位置決め構造を形成するステップを含む請求項１８の方法。
20. 位置決め構造は少なくとも一対の位置決め手段を有し、各位置決め手段は断面形状がほぼ矩形である請求項１９の方法。

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