JP2006041014A

JP2006041014A - 電子部品

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Publication number: JP2006041014A
Application number: JP2004215584A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Naruo; 良明成尾; Yukihiro Tsuruta; 幸博鶴田
Original assignee: Soshin Electric Co Ltd
Current assignee: Soshin Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP4527462B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができるようにして、耐久性の向上、長寿命化を図る。
【解決手段】電子部品１０Ａは、内部に収容空間１２を有する筐体１４と、筐体１４の収容空間１２に収められた発熱を伴うコンデンサ素子組立体１６とを有する。コンデンサ素子組立体１６は、入力端子１８と、出力端子２２と、これら入力端子１８と出力端子２２間に接続され、かつ、筐体１４内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃとを有する。また、電子部品１０Ａは、コンデンサ素子組立体１６の第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃが接するように筐体１４に設置された第１の放熱体２８と、該第１の放熱体２８に接して設けられた第２の放熱体３０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体内あるいは樹脂モールド内に収められたＩＣ、コンデンサ、抵抗等の素子を有する電子部品に関し、特に、熱対策が施された電子部品に関する。

近時、図１０に示すように、パッケージ１００に収容された単体の半導体チップ１０２を放熱させる構成として、パッケージ１００上に熱伝導性のシート１０４を配置し、さらに、該シート１０４上にヒートシンク１０６を配置する例が知られている（例えば非特許文献１参照）。また、熱対策を施した電解コンデンサの例として、例えば特許文献１がある。

しかし、上述の構成は、単体の半導体チップ１０２や単体の電解コンデンサに対する熱対策であって、高周波、高出力用途での電子部品、例えば複数の発熱を伴う素子が接続されて構成された電子素子組立体にそのまま適用できないという問題がある。

つまり、高周波、高出力用途での電子部品に対する熱対策は、電子部品内部で発生する自己発熱を低減させることが必要であり、例えばコンデンサについてみれば、コンデンサそのもののＥ．Ｓ．Ｒ（等価直列抵抗）を最小とする材料や引出し電極構造の最適化等を行うと同時に、ヒートシンク（放熱体）や放熱ファンを併用する方法を採ることが必須となる。

特開２００２−１１０４７９号公報カタログ「高熱伝導性ＨＴシート」（日東シンコー株式会社）、２００２年１２月発行

高周波、高出力用途での電子部品に対する熱対策として、図１１に示す方法が提案されている。すなわち、複数のコンデンサ素子１１０ａ及び１１０ｂが接続されたコンデンサ素子組立体１１２が収容された筐体１１４の例えば上面に、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等にて構成された放熱体１１６を設置するというものである。なお、筐体１１４の下面からは、コンデンサ素子組立体１１２の入力端子１１８の一部及び出力端子１２０の一部が導出されるようになっている。また、コンデンサ素子組立体１１２は、複数のコンデンサ素子１１０ａ及び１１０ｂが電極板１２２を介してシリーズに接続された構成となっている。なお、筐体１１４内には例えば樹脂材料１２４が充填される。

しかしながら、筐体１１４は、例えば樹脂材料やセラミック材料にて、下面開口の箱状に、すなわち、１つの上板１２６と４つの側板１２８ａ〜１２８ｄ（但し、側板１２８ｃ及び１２８ｄは図示せず）にて一体に形成されており、筐体１１４内にコンデンサ素子組立体１１２を収容した際、コンデンサ素子組立体１１２の電極板１２２が筐体１１４の上板１２６の下面に接触することになる。

そのため、放熱体１１６とコンデンサ素子組立体１１２との間には、樹脂材料あるいはセラミック材料にて構成された筐体１１４の上板１２６が介在することとなり、コンデンサ素子組立体１１２から放熱体１１６への熱伝導性が悪いという問題がある。

つまり、提案された電子部品は、せっかく放熱体１１６を設置しても、その放熱体１１６による放熱効果を最大限に発揮できていない構造となっている。

また、特許文献１に記載の技術は、電解コンデンサ全体と外装ケース間を液体（シリコーンオイル）で放熱する構成となっている。この場合、液体を封止するための気密構造を採用しなければならなず、取り扱いも不便であることから、量産性、製造コストの点で不利になるおそれがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成で、電子素子組立体からの熱を放熱体に効率よく伝達することができ、放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる電子部品を提供することを目的とする。

本発明に係る電子部品は、内部に収容空間を有する筐体と、前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴う電子素子組立体とを有する電子部品であって、前記電子素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数の電子素子と、これら複数の電子素子をシリーズに接続する少なくとも１つの電極板とを有し、前記電子素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第１の放熱体と、前記第１の放熱体に接して設けられた第２の放熱体とを有することを特徴とする。

筐体内に収容された電子素子組立体の少なくとも電極板と第１の放熱体とが直接接触していることから、電子素子組立体から発した熱が、電極板を介して第１の放熱体に伝達することになる。第１の放熱体と第２の放熱体も直接接触していることから、第１の放熱体に伝達した前記熱はそのまま第２の放熱体に伝達し、放熱されることになる。

この場合、第１の放熱体及び第２の放熱体を固体にて構成することができることから、液体と違って、気密構造を採用する必要がなく、しかも、取り扱いも容易となる。

このように、本発明においては、複数の発熱を伴う素子が接続されて構成された電子素子組立体からの熱を、簡単な構成で、第２の放熱体に効率よく伝達することができ、第１及び第２の放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。

そして、前記発明において、前記筐体は上面に開口を有し、前記電子素子組立体は、前記電極板側が前記筐体の開口を臨むように、前記筐体の収容空間に収められ、前記第１の放熱体は、前記筐体の開口を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていてもよい。

また、本発明に係る電子部品は、樹脂モールド体と、前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴う電子素子組立体とを有する電子部品であって、前記電子素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数の電子素子と、これら複数の電子素子をシリーズに接続する少なくとも１つの電極板とを有し、前記電子素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第１の放熱体と、前記第１の放熱体に接して設けられた第２の放熱体とを有することを特徴とする。

この場合も、樹脂モールド体内に埋め込まれた複数の発熱を伴う素子が接続されて構成された電子素子組立体と第１の放熱体とが電極板を介して接触し、第１の放熱体と第２の放熱体も直接接触していることから、電子素子組立体から発した熱は、第１の放熱体を介して第２の放熱体に伝達し、放熱されることになる。

そして、前記発明において、前記電子素子組立体は、少なくとも前記電極板側が前記樹脂モールド体の上面から露出するように、前記樹脂モールド体に埋め込まれ、前記第１の放熱体は、前記樹脂モールド体の上面を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていてもよい。

なお、第２の放熱体が金属等の導電性物質で構成される場合は、電子素子組立体と第２の放熱体との絶縁を図るためにも、第１の放熱体は絶縁体で構成されることが好ましい。

また、上述した２つの発明において、第１の放熱体は、柔軟性のあるシート体で構成されていることが好ましい。この場合、電極板の上面から側面にかけて柔軟性のあるシート体が満遍なく接触することになる。これにより、電子素子組立体から発した熱は、効率よく第１の放熱体を介して第２の放熱体に伝達することになる。

そして、前記第１の放熱体は、無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを用いることができる。

以上説明したように、本発明に係る電子部品によれば、簡単な構成で、電子素子組立体からの熱を放熱体に効率よく伝達することができ、放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。

以下、本発明に係る電子部品を例えばパワーエレクトロニクス用コンデンサに適用した実施の形態例を図１〜図９を参照しながら説明する。

第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａは、図１、図３及び図４に示すように、内部に収容空間１２を有する筐体１４と、該筐体１４の収容空間１２に収められたコンデンサ素子組立体１６とを有する。

コンデンサ素子組立体１６は、図２に示すように、断面ほぼＬ字状の入力端子１８と、該入力端子１８に接続された３つのコンデンサ素子（第１〜第３のコンデンサ素子２０ａ〜２０ｃ）と、断面ほぼＬ字状の出力端子２２と、該出力端子２２に接続された３つのコンデンサ素子（第４〜第６のコンデンサ素子２０ｄ〜２０ｆ）と、第１のコンデンサ素子２０ａと第４のコンデンサ素子２０ｄとをシリーズに接続する第１の電極板２４ａと、第２のコンデンサ素子２０ｂと第５のコンデンサ素子２０ｅとをシリーズに接続する第２の電極板２４ｂと、第３のコンデンサ素子２０ｃと第６のコンデンサ素子２０ｆとをシリーズに接続する第３の電極板２４ｃとを有する。

例えば図１に示すように、筐体１４は、例えば樹脂材料あるいはセラミック材料にて角筒状に構成され、上面と下面にそれぞれ開口（上面開口及び下面開口）を有する。つまり、収容空間１２は、筐体１４の上下方向を貫通するように形成された形となっている。

コンデンサ素子組立体１６は、各コンデンサ素子２０ａ〜２０ｆの上端側、すなわち、第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃが筐体１４の上面開口を臨むように、筐体１４の収容空間１２に収められ、筐体１４の下面開口からは入力端子１８と出力端子２２が導出されるようになっている。筐体１４内の収容空間１２のうち、コンデンサ素子組立体１６を除く部分には、例えば樹脂材料２６が充填されている。

そして、この第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａは、コンデンサ素子組立体１６の少なくとも第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃが接するように筐体１４に設置された第１の放熱体２８と、該第１の放熱体２８に接して設けられた第２の放熱体３０とを有する。

第１の放熱体２８は、絶縁体で構成することが好ましい。また、第１の放熱体２８は、柔軟性のあるシート体で構成することが好ましい。この実施の形態では、第１の放熱体２８は、絶縁体で、且つ、柔軟性のあるシート体で構成された市販の例えば無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを用いた。外形寸法は、筐体１４の上面の外形寸法とほぼ同じである。厚みは０．１〜３ｍｍである。０．１ｍｍ未満だとコンデンサ素子組立体１６と第２の放熱体３０との間の絶縁性が確保できなくなるおそれがあり、３ｍｍを超えると放熱性が低下するおそれがあるからである。

この第１の放熱体２８は、筐体１４の上面開口を閉塞するように筐体１４に設置されている。このとき、第１の放熱体２８の下面にコンデンサ素子組立体１６の第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃが接触するように設置される。第１の放熱体２８の筐体１４への固定は、筐体１４の枠状の上端面１４ａと第１の放熱体２８の周縁部とを例えば接着剤にて固着すればよい。このようにすれば、コンデンサ素子組立体１６の第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃと第１の放熱体２８との間に接着剤が介在するということがなくなり、コンデンサ素子組立体１６からの熱が第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃを介して効率よく第１の放熱体２８に伝わることになる。

また、第１の放熱体２８が柔軟性を有するため、図５に示すように、コンデンサ素子組立体１６を構成する各コンデンサ素子２０ａ〜２０ｆの高さが異なっていたとしても、その高さの差を柔軟性のある第１の放熱体２８が吸収し、該第１の放熱体２８の上面はほぼ平坦な面となる。図５では、第１〜第３のコンデンサ素子２０ａ〜２０ｃのうち、第３のコンデンサ素子２０ｃの高さが第１及び第２のコンデンサ素子２０ａ及び２０ｂの高さよりも低い場合を示している。

一方、第２の放熱体３０は、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）の金属板で構成され、外形寸法は、第１の放熱体２８の外形寸法とほぼ同じである。厚みは０．５〜５ｍｍである。

この第２の放熱体３０は、第１の放熱体２８の上面上に載置固定される。第２の放熱体３０の第１の放熱体２８への固定は、第１の放熱体２８のタック性を利用した圧着もしくは熱伝導性の高い粘着材を介して接合すればよい。このようにすれば、第１の放熱体２８に伝わった熱が効率よく第２の放熱体３０に伝わり、外部空間に放熱されることになる。なお、この実施の形態では、上述したように、第１の放熱体２８として無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを使用したので、金属等の平面に押し当てると密着して固定されることになる。

このように、第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａにおいては、筐体１４内に収容されたコンデンサ素子組立体１６の第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃと第１の放熱体２８とが直接接触していることから、コンデンサ素子組立体１６から発した熱が、第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃを介して第１の放熱体２８に伝達することになる。第１の放熱体２８と第２の放熱体３０も直接接触していることから、第１の放熱体２８に伝達した前記熱はそのまま第２の放熱体３０に伝達し、放熱されることになる。この第１の実施の形態では、筐体１４の表面温度上昇を約１７％低減できた。

この場合、第１の放熱体２８及び第２の放熱体３０を固体にて構成するようにしているため、液体と違って、気密構造を採用する必要がなく、しかも、取り扱いも容易となる。

また、この実施の形態では、第１の放熱体２８を柔軟性のあるシート体で構成するようにしたので、第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃの上面から側面にかけて柔軟性のある第１の放熱体２８が満遍なく接触することになる。これにより、コンデンサ素子組立体１６から発した熱は、効率よく第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃを介して第１の放熱体２８に伝わり、第２の放熱体３０を通じて放熱されることになる。

つまり、第１の実施の形態においては、簡単な構成で、コンデンサ素子組立体１６からの熱を第２の放熱体３０に効率よく伝達することができ、第１の放熱体２８及び第２の放熱体３０による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。

ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、比較例と実施例について、筐体内に収容されたコンデンサ素子組立体に４０Ａｒｍｓの電流を流し、そのときの筐体の表面温度の上昇を測定したものである。なお、測定装置の周囲温度は３２℃であって、初期の筐体の表面温度は、比較例及び実施例共に３６℃であった。

比較例は、図１１に示すように、コンデンサ素子組立体１１２を筐体１１４内に収容した際に、電極板１２２が筐体１１４の上板１２６の下面に接触する構成を有する。実施例は、上述した第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａと同様の構成（図１参照）を有する。

また、比較例の筐体１１４及び実施例の筐体１４は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）で構成され、熱伝導率は０．２７Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例の充填樹脂１２４及び実施例の充填樹脂２６は、ウレタン樹脂（熱伝導率：０．２９Ｗ／ｍ・Ｋ）あるいはエポキシ樹脂（熱伝導率：０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）である。実施例の第１の放熱体２８は市販の無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートであって、熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋである。比較例の放熱体１１６並びに実施例の第２の放熱体３０は、Ａｌ（熱伝導率：２１０Ｗ／ｍ・Ｋ）あるいはＣｕ（熱伝導率：４３０Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

実験結果を図６に示す。この図６において、破線Ａが比較例の特性を示し、実線Ｂが実施例の特性を示す。測定開始から約１時間後の筐体１１４（又は１４）の表面温度は、比較例が８４℃（５２℃の温度上昇）、実施例が７２℃（４０℃の温度上昇）であった。比較例の温度上昇を１００としたとき、実施例は７７程度の上昇であり、比較例と比して２３％程度温度上昇を低減できていることがわかる。

次に、第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂについて図７〜図９を参照しながら説明する。

この第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂは、上述した第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、筐体１４の代わりに樹脂モールド体３２が使用され、該樹脂モールド体３２にコンデンサ素子組立体１６が埋め込まれている点で異なる。

すなわち、図７に示すように、コンデンサ素子組立体１６は、少なくとも第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃが樹脂モールド体３２から露出された状態で、該樹脂モールド体３２に埋め込まれている。第１の放熱体２８は、外形寸法が樹脂モールド体３２の上面の外形寸法とほぼ同じであり、樹脂モールド体３２から露出する第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃに接するように樹脂モールド体３２の上面上に設けられている。第２の放熱体３０は、その外形寸法が、第１の放熱体２８の外形寸法とほぼ同じであって、第１の放熱体２８上に該第１の放熱体２８に接して設けられている。なお、樹脂モールド体３２の下面からはコンデンサ素子組立体１６の入力端子１８及び出力端子２２が導出されるようになっている。また、樹脂モールド体３２の材質は、エポキシ樹脂（熱伝導率：０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）等を用いることができる。

この第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂにおいても、樹脂モールド体３２内に埋め込まれたコンデンサ素子組立体１６の第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃと第１の放熱体２８とが直接接触していることから、コンデンサ素子組立体１６から発した熱が、第１〜第３の電極板２４ａ〜２４ｃを介して第１の放熱体２８に伝達し、第２の放熱体３０を介して放熱されることになる。この場合、樹脂モールド体３２の表面温度上昇を約１７％低減できた。

このように、第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂにおいても、簡単な構成で、コンデンサ素子組立体１６からの熱を第２の放熱体３０に効率よく伝達することができ、第１及び第２の放熱体２８及び３０による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。

上述の例では、６つのコンデンサ素子２０ａ〜２０ｆが接続されたコンデンサ素子組立体１６を用いた場合を示したが、２つ以上のコンデンサ素子が接続されたコンデンサ素子組立体や複数の抵抗素子が接続された抵抗素子組立体等を用いてもよい。また、コンデンサ素子と抵抗素子等が組み合わされた複合素子組立体を用いてもよい。

なお、本発明に係る電子部品は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る電子部品を一部省略して示す斜視図である。コンデンサ素子組立体を示す斜視図である。第１の実施の形態に係る電子部品を、第１及び第４のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。第１の実施の形態に係る電子部品を、第１、第２及び第３のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。コンデンサ素子の高さが異なる場合の状態を示す断面図である。実験結果を示す特性図である。第２の実施の形態に係る電子部品を一部省略して示す斜視図である。第２の実施の形態に係る電子部品を、第１及び第４のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。第２の実施の形態に係る電子部品を、第１、第２及び第３のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。従来例に係る電子部品を示す説明図である。提案例に係る電子部品を示す縦断面図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ…電子部品１２…収容空間
１４…筐体１６…コンデンサ素子組立体
１８…入力端子２０ａ〜２０ｆ…コンデンサ素子
２２…出力端子２４ａ〜２４ｃ…電極板
２８…第１の放熱体３０…第２の放熱体
３２…樹脂モールド体

Claims

内部に収容空間を有する筐体と、
前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴う電子素子組立体とを有する電子部品であって、
前記電子素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数の電子素子と、これら複数の電子素子をシリーズに接続する少なくとも１つの電極板とを有し、
前記電子素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第１の放熱体と、
前記第１の放熱体に接して設けられた第２の放熱体とを有することを特徴とする電子部品。
請求項１記載の電子部品において、
前記筐体は上面に開口を有し、
前記電子素子組立体は、前記電極板側が前記筐体の開口を臨むように、前記筐体の収容空間に収められ、
前記第１の放熱体は、前記筐体の開口を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていることを特徴とする電子部品。
樹脂モールド体と、
前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴う電子素子組立体とを有する電子部品であって、
前記電子素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数の電子素子と、これら複数の電子素子をシリーズに接続する少なくとも１つの電極板とを有し、
前記電子素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第１の放熱体と、
前記第１の放熱体に接して設けられた第２の放熱体とを有することを特徴とする電子部品。
請求項３記載の電子部品において、
前記電子素子組立体は、少なくとも前記電極板側が前記樹脂モールド体の上面から露出するように、前記樹脂モールド体に埋め込まれ、
前記第１の放熱体は、前記樹脂モールド体の上面を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていることを特徴とする電子部品。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記第１の放熱体は、絶縁体で構成されていることを特徴とする電子部品。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記第１の放熱体は、柔軟性のあるシート体で構成されていることを特徴とする電子部品。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記第１の放熱体は、無機フィラー入りポリマーシートであることを特徴とする電子部品。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記第１の放熱体は、セラミックシートであることを特徴とする電子部品。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子部品において、
前記第２の放熱体は、金属製の板で構成されていることを特徴とする電子部品。