JP2009193990A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回路素子で発生する熱を回路基板上の配線パターンを介して適切な放熱性を有するヒートシンクに伝導して放熱できるＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を提供する。
【解決手段】ボード３５上に形成されたＤＣ−ＤＣコンバータ回路３に含まれ発熱源となる上段側整流ＦＥＴ３１及び下段側整流ＦＥＴ３２と、ボード３５上に配置された入力部配線パターン３５ａ、出力部パターン３５ｂ及びＧＮＤパターン３５ｃと、各配線パターンにはんだ付けによって固着されたヒートシンク３３ａ、３３ｂ３３ｃとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路内のＦＥＴ（Field Effect Transistor）が発する熱をＰＷＢ（Printed Wiring Board）のパターンに実装されたヒートシンクを介して周囲に放熱する構造に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化に伴いこれらの消費電力は増加し、各電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力電流値も増加している。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の高速動作に伴い、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の損失が高まっており、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路を構成するＦＥＴやコイル等の発熱が増加している。
電子機器装置の信頼性の一因となる温度管理はＬＳＩ等とともにＦＥＴ、コイル等においても重要な事項となっている。

このような状況の中で、高信頼性の一因となるＦＥＴ、コイル等の冷却構造を安価に効率よく提供する必要がある。

図３に、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプのＦＥＴの冷却構造を示す。上段側整流ＦＥＴ１１及び下段側整流ＦＥＴ１２はボード１５に実装されている。上段側整流ＦＥＴ１２と下段側整流ＦＥＴ１２とには、温度上昇を抑えるために接着剤１４によってヒートシンク１３が固着されている。

図４は、同じくＳＭＤタイプのＦＥＴの冷却構造を示す。上段側整流ＦＥＴ２１及び下段側整流ＦＥＴ２２は、ボード２５に実装されている。図３と同様に、ヒートパイプ付きヒートシンク２３が放熱シート２４を介して上段側整流ＦＥＴ２１及び下段側整流ＦＥＴ２２に接し、ボード２５に固定されている。

ヒートシンク１３の固着には、接着剤１４を使用するためパッケージ組立工程後に別工程としておこなう必要があり、固着後に取り外すことは困難であった。

ヒートパイプ付きヒートシンク２３は、ヒートシンク１３よりも高価であり、実装するためのスペースもより広く確保する必要がある。

ヒートシンク１３やヒートパイプ付きヒートシンク２３は、上段側整流ＦＥＴ１１及び下段側整流ＦＥＴ１２の表面に固着、又は上段側整流ＦＥＴ２１及び下段側整流ＦＥＴ２２の表面に接するため、これらのＦＥＴが発する熱はその樹脂モールド部を介してヒートシンク１３又はヒートパイプ付きヒートシンク２３に伝導・伝達される。

しかし一般にＦＥＴの樹脂モールドに用いられる樹脂は熱伝導率が低いため、ＦＥＴが発する熱を効率良くヒートシンク１３やヒートパイプ付きヒートシンク２３に伝導・伝達することはできない。

ＦＥＴの熱伝導に関連する技術として、特許文献１に開示される「混成集積回路装置」がある。特許文献１に開示される発明は、ヒートシンクと半導体素子とを一体に形成し、半導体素子で発生した熱を複数のヒートシンクを介して基板のパターン部に伝導するものである。
特開２００７−０９６０８３号公報

半導体装置は、半導体素子自体が同じであっても、内部に蓄積する熱は設置する場所によって異なる。このため、半導体素子に設けるヒートシンクは装置のレイアウトに応じて放熱性を変えることが好ましいが、特許文献１に開示される発明は、半導体素子とヒートシンクとが一体に形成されており、ヒートシンクのみを取り外すことはできない。
実際の製品において半導体素子の正常な動作を保証するためには、ヒートシンクの放熱性が不足することを避ける必要がある。このため、特許文献１に記載の発明では、半導体装置を過剰な放熱性を有するヒートシンクと組み合わせなければならなくなってしまう。これは、半導体装置の必要以上の大型化の原因となる。
また、特許文献１に記載の発明において、装置レイアウトに応じた放熱性を有するヒートシンクを半導体素子と組み合わせようとしても半導体装置の生産性が極めて低くなってしまうため、現実問題としてこれを実現することは難しい。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、回路素子で発生する熱を回路基板上の配線パターンを介して適切な放熱性を有するヒートシンクに伝導して放熱できるＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、回路基板上に形成されたＤＣ−ＤＣコンバータ回路に含まれ発熱源となる少なくとも一つの回路素子と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が形成された回路基板上に配置された配線パターンと、配線パターンにはんだ付けによって固着された少なくとも一つのヒートシンクとを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を提供するものである。

本発明によれば、回路素子で発生する熱を回路基板上の配線パターンを介して適切な放熱性を有するヒートシンクに伝導して放熱できるＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を提供できる。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を示す。上段側整流ＦＥＴ３１及び下段側整流ＦＥＴ３２はボード３５の同一面に実装されている。絶縁性接着剤３４によって予め固着されたヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、それぞれＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力部パターン３５ａ、出力部パターン３５ｂ、ＧＮＤパターン３５ｃにはんだにて固着されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が動作する場合、上段側整流ＦＥＴ３１と下段側整流ＦＥＴ３２とが交互にＯＮ−ＯＦＦし、その際に上段側整流ＦＥＴ３１と下段側整流ＦＥＴ３２とが発熱する。

この熱は入力部パターン３５ａ、出力部パターン３５ｂ、ＧＮＤパターン３５ｃを介して、ヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃに伝導・伝達され、周囲に放熱される。

ヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、はんだによって配線パターンに固着されるため、他の部品と一緒にはんだ付けすることが可能となり、新たな作業工数は発生しない。また、ヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、はんだを溶融することで容易に取り外すことが可能である。

ヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、絶縁性接着剤３４によって予め互いに固着されているため、電圧の異なるパターンに固着しても異種電圧間接続とはならない。

上段側整流ＦＥＴ３１及び下段側整流ＦＥＴ３２の発する熱は、熱伝導率が低い樹脂モールド部を介さず、熱伝導率の高い（例えば、Ｃｕ製の）リードフレーム部を介してボード３５の入力部パターン３５ａ、出力部パターン３５ｂ、ＧＮＤパターン３５ｃを経てヒートシンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃへ伝導・伝達されるため、ＦＥＴの発する熱を効率よく周囲に放熱できる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図２に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を示す。上段側整流ＦＥＴ４１及び下段側整流ＦＥＴ４２は、ボード４５の表裏面にそれぞれ実装されている。

ヒートシンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、絶縁性接着剤４４によって予め固着されている。ヒートシンク４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、それぞれＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力部パターン４５ａ、出力部パターン４５ｂ、４５ｃ、ＧＮＤパターン４５ｄにはんだによって固着されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が動作する場合、上段側整流ＦＥＴ４１と下段側整流ＦＥＴ４２とが交互にＯＮ−ＯＦＦし、その際に上段側整流ＦＥＴ４１及び下段側整流ＦＥＴ４２が発熱する。

この熱は、入力部パターン４５ａ、出力部パターン４５ｂ、４５ｃ、ＧＮＤパターン４５ｄを介してヒートシンク４３ａ〜４３ｄに伝導・伝達され、周囲に放熱される。

第１の実施形態と同様に、ヒートシンク４３ａ〜４３ｄは、はんだによって配線パターンに固着されるため、他の部品と一緒にはんだ付けすることが可能となり、新たな作業工数は発生しない。また、ヒートシンク４３ａ〜４３ｄは、はんだを溶融することで容易に取り外すことが可能である。

ヒートシンク４３ａ〜４３ｄは、絶縁性接着剤４４によって予め互いに固着されているため、電圧の異なるパターンに固着しても異種電圧間接続とはならない。

上段側整流ＦＥＴ４１及び下段側整流ＦＥＴ４２の発する熱は、熱伝導率が低い樹脂モールド部を介さず、熱伝導率の高い（例えば、Ｃｕ製の）リードフレーム部を介してボード４５の入力部パターン４５ａ、出力部パターン４５ｂ、４５ｃ、ＧＮＤパターン４５ｄを経てヒートシンク４３ａ〜４３ｄへ伝導・伝達されるため、ＦＥＴの発する熱を効率よく周囲に放熱できる。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記実施形態においては、複数のヒートシンクが絶縁性接着剤で接合された構成を例としたが、ヒートシンク同士の接合部分を絶縁性樹脂で封止することにより機械的に固定するようにしても良い。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施した第１の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造を示す図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のＳＭＤタイプのＦＥＴの冷却構造を示す図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のＳＭＤタイプのＦＥＴの冷却構造を示す図である。

符号の説明

１１、２１、３１、４１ 上段側整流ＦＥＴ
１２、２２、３２、４２ 下段側整流ＦＥＴ
１３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ ヒートシンク
１４ 接着剤
１５、２５、３５、４５ ボード
２３ ヒートパイプ付きヒートシンク
２４ 絶縁性放熱シート
３４、４４ 絶縁性接着剤
３５ａ、４５ａ 入力部パターン
３５ｂ、４５ｂ、４５ｃ 出力部パターン
３５ｃ、４５ｄ ＧＮＤパターン

Claims (7)

1. 回路基板上に形成されたＤＣ−ＤＣコンバータ回路に含まれ発熱源となる少なくとも一つの回路素子と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が形成された回路基板上に配置された配線パターンと、
   前記配線パターンにはんだ付けによって固着された少なくとも一つのヒートシンクとを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
2. 電圧が異なる前記配線パターンに固着された２以上の前記ヒートシンクが絶縁性接着剤によって接合されたことを特徴とする請求項１記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
3. 電圧が異なる前記配線パターンに固着された２以上の前記ヒートシンクが絶縁性樹脂によって機械的に固定されていることを特徴とする請求項１のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
4. 複数の回路素子が前記回路基板の一方の面のみに配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
5. 複数の回路素子が前記回路基板の両面に少なくとも一つずつ配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
6. 前記回路素子がＦＥＴであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。
7. 前記回路素子がコイルであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の冷却構造。

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