JP2009238923A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入実装型パワー素子をリードフォーミングすることなく挿入実装型パワー素子が実装されるプリント配線板のランドと放熱部材との間の沿面距離を確保することができる電子機器を提供する。
【解決手段】挿入実装型パワー素子２０は半導体チップを内蔵した本体部２１から直線状に延びるリード２２がプリント配線板１０のスルーホール１２に挿入されるとともにランド１３と半田付けされている。ヒートシンク３０はプリント配線板１０上においてプリント配線板１０を貫通するねじＳｃ１の螺入にてプリント配線板１０に固定され、挿入実装型パワー素子２０の本体部２１を貫通するねじの螺入にて挿入実装型パワー素子２０と熱的に結合されている。ヒートシンク３０のプリント配線板１０との少なくとも接触部３０ａであって、ランド１３と対向する部位に窪み３５が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は電子機器に係り、詳しくは、プリント配線板に挿入実装型パワー素子および放熱部材を搭載した電子機器に関するものである。

通常、パワートランジスタのチップをパッケージしたＴＯ３Ｐなどの挿入実装型パワー素子の冷却構造として、ヒートシンクを組付けている（例えば特許文献１等）。
ここで、電子機器においてプリント配線板に挿入実装型パワー素子を搭載する場合、挿入実装型パワー素子が実装されるプリント配線板のランドとヒートシンクとの絶縁距離が問題となる。このため、例えば図４に示すように、取り付ける素子（パッケージ）１０１において、本体部１０１ａから延びるリード１０１ｂに対しリードフォーミングを行ってリード１０１ｂを折り曲げて対処している。

詳しくは、実装前に挿入実装型パワー素子１０１のリード１０１ｂを折り曲げておく。そして、折り曲げたリード１０１ｂをプリント配線板１００のスルーホールに挿入して半田付けし、また、プリント配線板１００の上面にヒートシンク１０２をねじ止めするとともに挿入実装型パワー素子１０１を絶縁シート１０３を介してヒートシンク１０２にねじ止めする。これによって、ヒートシンク１０２とスルーホールの周囲に形成されたランド１００ａとの距離、即ち、絶縁距離（沿面距離）Ｌ１０を確保している。
特開昭６２−２８２４５１号公報

ところが、リード１０１ｂに対しリードフォーミングを行っているため、リードフォーミングを行う工程が追加となる。また、プリント配線板１００への取り付けをスムーズに行うため、高精度のリードフォーミング用の治具が必要となる。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、挿入実装型パワー素子をリードフォーミングすることなく挿入実装型パワー素子が実装されるプリント配線板のランドと放熱部材との間の沿面距離を確保することができる電子機器を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、スルーホールの周囲にランドが形成されたプリント配線板と、半導体チップを内蔵した本体部から直線状に延びるリードが前記プリント配線板のスルーホールに挿入されるとともに前記ランドと半田付けされた挿入実装型パワー素子と、前記プリント配線板上に固定され、前記挿入実装型パワー素子と熱的に結合された放熱部材と、を備えた電子機器において、前記放熱部材の前記プリント配線板との少なくとも接触部であって、前記ランドと対向する部位に窪みを形成したことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、放熱部材のプリント配線板との少なくとも接触部であって、ランドと対向する部位に窪みを形成したことにより、挿入実装型パワー素子が実装されるプリント配線板のランドと放熱部材との間におけるプリント配線板の表面に沿う最短距離である沿面距離を確保することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電子機器において前記放熱部材は、前記プリント配線板を貫通するねじの螺入にてプリント配線板に固定し、前記挿入実装型パワー素子の本体部を貫通するねじの螺入にて挿入実装型パワー素子と熱的に結合してもよい。

請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の電子機器において前記挿入実装型パワー素子の本体部と前記放熱部材との間に絶縁シートを介在させ、かつ当該絶縁シートを前記プリント配線板の近傍まで延設すると、窪みは小さくてよい。

本発明によれば、挿入実装型パワー素子をリードフォーミングすることなく挿入実装型パワー素子が実装されるプリント配線板のランドと放熱部材との間の沿面距離を確保することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態における電子機器１の斜視図である。図２は同じく本実施の形態における電子機器１の側面図である。図３は図２における要部拡大断面図である。

図１，２に示すように、電子機器１は、プリント配線板１０と、挿入実装型パワー素子（パッケージ）２０と、放熱部材としてのヒートシンク３０と、絶縁シート４０とを備えている。

本実施の形態の電子機器１は、車載パワーステアリングシステム用のＤＣ−ＤＣ降圧型電源装置であって、電子機器１の入力側には高圧バッテリが接続されるとともに出力側にはパワーステアリング用コントローラが接続され、このコントローラによりパワーステアリング用モータが駆動されるようになっている。電子機器１を構成するプリント配線板１０、挿入実装型パワー素子２０、ヒートシンク３０および絶縁シート４０は図示しないケース内に収納されている。

ＤＣ−ＤＣ降圧型電源装置である電子機器１は車両を止めたとき等の限られた期間のみ駆動するものであり、挿入実装型パワー素子２０において発熱するのはその限られた期間のみである。この時に発生する熱はヒートシンク３０に蓄えられ、駆動停止時にケースに接する金属材料（鉄等）から放熱される。つまり、冷却方式としては強制冷却方式ではなく（ケース内で対流も期待できず）、挿入実装型パワー素子２０の駆動に伴い発する熱をヒートシンク３０に蓄えておき、挿入実装型パワー素子２０の駆動停止に伴いヒートシンク３０の熱がプリント配線板１０およびケースを介して逃がされる。

プリント配線板１０は、絶縁基板１１の表面に導電性の配線パターンが形成されている。また、プリント配線板１０は、スルーホール１２の周囲にランド１３が形成されている。詳しくは、プリント配線板１０における絶縁基板１１に貫通孔１２ａが形成され、この貫通孔１２ａの内面に銅メッキによる導体１２ｂが形成され、絶縁基板１１の上下面における貫通孔１２ａの開口部の周りにランド１３が形成されている。

挿入実装型パワー素子２０は、パワートランジスタ（具体的には、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等）やパワーダイオード等である。図１，２において挿入実装型パワー素子２０は、本体部２１とリード２２から構成されている。本体部２１には図示しない半導体チップが内蔵されている。詳しくは、半導体チップが３本のリードフレームのうちの１本のリードフレーム上に搭載され、３本のリードフレームと半導体チップとがボンディングワイヤ等を用いて電気的に接続され、さらに樹脂にてモールドされている。この３本のリードフレームにおける先端側がモールド樹脂から露出し、本体部２１から下方に延びるリード２２を構成している。この各リード２２は直線状に延びている。また、本体部２１の背面（図２の左面）はリードフレームがモールド樹脂にて覆われておらずリードフレームが露出している。

リード２２は図３に示すようにプリント配線板１０のスルーホール１２に挿入されるとともにランド１３と半田１４により接合されている（半田付けされている）。本実施形態では挿入実装型パワー素子２０は図１に示すように４個並べて配置されている。

図１，２において、放熱部材としてのヒートシンク３０はアルミよりなり、全体形状としては厚肉の長方形（ブロック状）をなしている。板状ではなく、直方体形状をなしていることにより、より多くの熱容量を確保することができる。即ち、放熱部材としてのヒートシンク３０はある発熱量を蓄えることができ（熱を吸収することができ）、これにより挿入実装型パワー素子２０を熱から保護することができる。

ヒートシンク３０はプリント配線板１０上に搭載されている。プリント配線板１０の下方から、プリント配線板１０を貫通するねじＳｃ１がヒートシンク３０に形成した雌ねじ部に螺入されている。これによりヒートシンク３０はプリント配線板１０に固定されている。

また、ヒートシンク３０の一側面において各挿入実装型パワー素子２０における本体部２１の背面（図２の左面）が絶縁シート４０を介して絶縁された状態で当接している。各挿入実装型パワー素子２０において本体部２１の正面側から、挿入実装型パワー素子２０の本体部２１を貫通するねじＳｃ２が、ヒートシンク３０に形成した雌ねじ部に螺入されている。これにより４つの挿入実装型パワー素子２０はヒートシンク３０と熱的に結合されており、挿入実装型パワー素子２０の駆動（通電）に伴い挿入実装型パワー素子２０が発熱し、その熱は挿入実装型パワー素子２０の本体部２１からヒートシンク３０に伝わりヒートシンク３０からケースを介して放熱される。

樹脂製の絶縁シート４０は長方形状をなし、４つの挿入実装型パワー素子２０の本体部２１とヒートシンク３０との間に介在されている。また、絶縁シート４０は挿入実装型パワー素子２０の本体部２１よりも下方に延び、プリント配線板１０の近傍まで延設されている。

図３において、ヒートシンク３０のプリント配線板１０との少なくとも接触部３０ａであって、挿入実装型パワー素子２０のリード２２が挿入されたスルーホール１２の周囲のランド１３と対向する部位に窪み３５が形成されている。詳しくは、図１，２に示すように直方体形状をなすヒートシンク３０における挿入実装型パワー素子２０の取付面３０ｂとヒートシンク３０の下面（接触部３０ａ）とでなす角部において窪み３５が形成されている。窪み３５は断面形状としては図２に示すように深さがＤ、幅がＷの方形状をなし、かつ、図１に示すごとくヒートシンク３０の全長にわたり形成されている。

これにより、図３に示すごとく高電圧が印加されるランド１３とヒートシンク３０との沿面距離Ｌ１、即ち、導電性を有するヒートシンク３０と、挿入実装型パワー素子２０のリード２２が挿入されたスルーホール１２の周囲のランド１３との間における絶縁材料としてのプリント配線板１０の表面に沿う最短距離である沿面距離Ｌ１を確保することができる。また、窪み３５の深さＤおよび幅Ｗ（図２参照）は最小限に抑えてヒートシンク３０の熱容量を確保している。

以上のように、ヒートシンク３０に窪み３５を形成することより、リード２２が挿入されたスルーホール１２の周囲のランド１３とヒートシンク３０の沿面距離Ｌ１を確保することができる。図４の場合においては、沿面距離を確保するために挿入実装型パワー素子１０１のリード１０１ｂに対してリードフォーミングが必要であり、これに起因してプリント配線板１００との組付け精度の悪化を招いていた。これに対し本実施の形態においては、挿入実装型パワー素子２０のリード２２に対しリードフォーミングが不要となり、工程を削減できるとともにそのための治具も不要となる。また、リードフォーミングを実施しないことから納入形状のままの実装が可能となり、そのため、プリント配線板１０との組付け精度を向上させることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）放熱部材としてのヒートシンク３０のプリント配線板１０との少なくとも接触部３０ａであって、ランド１３と対向する部位に窪み３５を形成した。これにより、挿入実装型パワー素子２０をリードフォーミングすることなく、挿入実装型パワー素子２０が実装されるプリント配線板１０のランド１３とヒートシンク３０との間の沿面距離Ｌ１を確保することができる。

（２）挿入実装型パワー素子２０の本体部２１とヒートシンク３０との間に絶縁シート４０を介在させ、かつ絶縁シート４０をプリント配線板１０の近傍まで延設したので、ヒートシンク３０に形成する窪み３５を小さく、即ち、図２の幅Ｗを狭くすることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・挿入実装型パワー素子２０の本体部２１の背面側がモールド樹脂にて覆われている場合には絶縁シート４０を不要とすることができる。この場合、空間を介した絶縁距離を確保する観点から窪みを広範囲にわたり形成する必要がある（図２の幅Ｗの寸法を大きくする必要がある）。そこで、挿入実装型パワー素子２０の本体部２１とヒートシンク３０との間に絶縁シート４０を介在させ絶縁シート４０をプリント配線板１０の近傍まで延設することにより窪み３５の幅Ｗの寸法を小さくすることができる。

・１つのヒートシンク３０に４つの挿入実装型パワー素子２０を設置する場合について述べたが、１つのヒートシンク３０に挿入実装型パワー素子２０を１つだけ設置しても、２つだけ、あるいは３つだけ、あるいは５つ以上設置する場合に適用してもよい。

・電子機器１はＤＣ−ＤＣ降圧型電源装置であったが、これに限定されるものではなく挿入実装型パワー素子をプリント配線板に実装した電子機器に適用することができる。

本実施の形態における電子機器の斜視図。 本実施の形態における電子機器の側面図。 図２における要部拡大断面図。 従来技術を説明するための電子機器の側面図。

符号の説明

１０…プリント配線板、１２…スルーホール、１３…ランド、２０…挿入実装型パワー素子、２１…本体部、２２…リード、３０…ヒートシンク、３０ａ…接触部、３５…窪み、４０…絶縁シート、Ｓｃ１…ねじ、Ｓｃ２…ねじ。

Claims (3)

1. スルーホールの周囲にランドが形成されたプリント配線板と、
   半導体チップを内蔵した本体部から直線状に延びるリードが前記プリント配線板のスルーホールに挿入されるとともに前記ランドと半田付けされた挿入実装型パワー素子と、
   前記プリント配線板上に固定され、前記挿入実装型パワー素子と熱的に結合された放熱部材と、
   を備えた電子機器において、
   前記放熱部材の前記プリント配線板との少なくとも接触部であって、前記ランドと対向する部位に窪みを形成したことを特徴とする電子機器。
2. 前記放熱部材は、前記プリント配線板を貫通するねじの螺入にてプリント配線板に固定され、前記挿入実装型パワー素子の本体部を貫通するねじの螺入にて挿入実装型パワー素子と熱的に結合されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記挿入実装型パワー素子の本体部と前記放熱部材との間に絶縁シートを介在させ、かつ当該絶縁シートを前記プリント配線板の近傍まで延設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。

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