JP2011054895A - 電子部品の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は電子部品の放熱構造に係り、発熱体たる電子部品をプリント基板に実装するに当たり、従来のブロック状の放熱フィンをなくすことでプリント基板上のパターンや部品の実装不可領域を削減し、併せて電子部品の放熱効果を高めた電子部品の放熱構造を提供することを目的とする。
【解決手段】 請求項１に係る電子部品の放熱構造は、バネ性を有する短冊状の金属板の下端をプリント基板に固定し、該金属板の上端側を、前記プリント基板を収納する筐体の天井面に圧接させると共に、前記金属板に、プリント基板に実装する電子部品を取り付けたことを特徴とする。そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記金属板の上端側は縦断面略く字状に折曲され、その先端側の一片が、筐体の天井面に面接触していることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品の放熱構造に関する。

特許文献１に開示されるように、従来、半導体素子は素子本体の下側に複数のリード端子が同一ピッチで並設されている。そして、プリント基板への半導体素子の取付けは、リード端子のピッチに合わせてプリント基板にスルーホールを設け、該スルーホールにリード端子を差し込んでプリント基板の裏側からリード端子を夫々半田付けしている。

ところで、電子機器の構造設計に於て、半導体素子等の発熱体たる電子部品の放熱が重要な課題となっており、従来ではプリント基板にブロック状の放熱フィンを実装し、これに電子部品を取り付ける構造が広く採用されている。

そして、発熱体としての半導体素子も、これを放熱フィンに取り付けることでその放熱対策が図られており、従来、筐体の内周にスポット溶接した支持金具を介してアルミニウム製の板材を筐体の内周に離間配置し、この板材に、図１２及び図１３の如く半導体素子１が取り付く放熱フィン３が実装されたプリント基板５を取り付け、筐体内の空間体積を利用して半導体素子１の放熱，冷却を図っている。

特開平８−４６１０６号公報

しかし、図１３の如くプリント基板５にブロック状の放熱フィン３を実装した従来構造にあっては、放熱フィン３を実装，配置したことでプリント基板５上にパターンや部品実装の不可領域が発生し、また、放熱フィン３の面積分、部品が実装できない欠点が指摘されていた。

更に、プリント基板５に放熱フィン３を実装する場合、取付ネジ７を用いて放熱フィン３をプリント基板５に固定するため、取付ネジ７の締付け工数が発生している。

そして、昨今の電子機器の小型化，高密度化に伴い、筐体内の空間体積を利用した放熱構造では対応が難しくなっているのが実情である。

本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、発熱体たる電子部品をプリント基板に実装するに当たり、従来のブロック状の放熱フィンをなくすことでプリント基板上のパターンや部品の実装不可領域を削減し、併せて電子部品の放熱効果を高めた電子部品の放熱構造を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る電子部品の放熱構造は、バネ性を有する短冊状の金属板の下端をプリント基板に固定し、該金属板の上端側を、前記プリント基板を収納する筐体の天井面に圧接させると共に、前記金属板に、プリント基板に実装する電子部品を取り付けたことを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記金属板の上端側は縦断面略く字状に折曲され、その先端側の一片が、筐体の天井面に面接触していることを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記一片の先端中央から、スリットが金属板の上下方向に亘って設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記金属板の電子部品取付面側に、伝熱性を有するシートが貼着されていることを特徴とし、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記シートは絶縁材で形成されていることを特徴とする。

更に、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記金属板は下端側が横断面略コ字状に形成されて、両側部に補強壁が設けられていることを特徴し、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造に於て、前記筐体の天井面は、複数枚の板材が重合して表面が面一に形成され、該板材の重合部に、前記金属板の上端側が挟着されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、従来に比し、はるかに多くの放熱容量が確保されて放熱効果が向上すると共に、パターンや部品実装の不可領域が著しく減少する利点を有する。

而も、筐体を被せるだけで、金属板の上端側が筐体の天井面に接触するため、作業性が良好である。

そして、請求項２に係る発明によれば、縦断面略く字状に屈曲された金属板の上端側全体が上下方向へ変形し乍ら寸法誤差や組付公差等を吸収し、また、請求項３に係る発明によれば、スリットが形成されて二股形状になった金属板の一片が筐体の天井面の傾きのズレを吸収するため、一片全体が常に筐体の天井面に面接触することとなって良好な放熱効果が得られる。

更にまた、請求項４に係る発明によれば、伝熱シートを介して電子部品の熱を効率的に筐体に伝熱させることができ、請求項５に係る発明によれば、伝熱シートを絶縁材で形成することで、モールド品でない電子部品の放熱にも使用することができる利点を有する。

そして、請求項６に係る発明によれば、筐体を被せた際に補強壁が金属板の下端側の変形を防止するため、半導体素子等のリード端子等が損傷することがなく、請求項７に係る発明によれば、金属板の一片が、天井面の板材間に挟持されるため、筐体の天井面と金属板の一片との更なる密着が可能となって放熱性能が更に向上する利点を有する。

請求項１乃至請求項６の一実施形態に係る半導体素子の放熱構造に用いる金属板の正面図である。 金属板の側面図である。 金属板の斜視図である。 半導体素子が取り付く金属板の正面図である。 半導体素子が取り付く金属板の側面図である。 請求項１乃至請求項６の一実施形態に係る半導体素子の放熱構造の正面図である。 半導体素子の放熱構造の側面図である。 半導体素子の放熱構造の平面図である。 請求項１乃至請求項７の一実施形態に係る半導体素子の放熱構造の正面図である。 半導体素子の放熱構造の側面図である。 半導体素子の放熱構造の平面図である。 従来の半導体素子の放熱構造の正面図である。 従来の半導体素子の放熱構造の側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１乃至図３は請求項１乃至請求項６の一実施形態に係る半導体素子（電子部品）の放熱構造に用いる薄肉な一枚の金属板を示し、該金属板１１はバネ性を有する金属等を材料として短冊状に形成され、図４に及び図５示すように半導体素子１３を表面の取付面１５にネジ止めできる幅寸法を有している。

そして、図２及び図３に示すように金属板１１の略中央より上端側は、該金属板１１の前方へ突出するように縦断面略く字状に屈曲されて、上端側全体が上下方向へ変形自在な構造となっており、先端側の一片１７の先端中央から、１本のスリット１９が金属板１１の上下方向に亘って設けられている。

一方、図２及び図３に示すように金属板１１の略中央より下端側は横断面略コ字状に形成されて、金属板１１の左右の両側部に、前記取付面１５を挟むように補強壁２１が上下方向に亘って突設されている。そして、図２及び図６，図７に示すように左右の補強壁２１の下部に、プリント基板２３に設けた取付穴２５に挿入可能な先端側の挿入脚部２７と、該挿入脚部２７よりやや幅広に形成された基部側の支持脚部２９とからなる取付脚３１が対向して設けられており、挿入脚部２７と支持脚部２９との間に段差部３３が設けられている。

また、図１，図２及び図６に示すように金属板１１（取付面１５）の下端側の中央にも、プリント基板２３に設けた取付穴２５に挿入可能な先端側の挿入脚部３５と、該挿入脚部３５より幅広に形成された基部側の支持脚部３７とからなる取付脚３９が設けられており、挿入脚部３５と支持脚部３７との間にも段差部４１が設けられている。

そして、図６及び図７に示すように取付穴２５に挿入脚部２７，３５を挿入すると、前記段差部３３，４１がプリント基板２３の表面に当接して金属板１１がプリント基板２３上に支持脚部２９，３７を介して支持され、プリント基板２３の裏面側に突出する挿入脚部２７，３５が、夫々、プリント基板２３の裏面側で半田付けされて金属板１１がプリント基板２３上に固定されるようになっている。そして、前記補強壁２１とプリント基板２３との間に間隙が形成されて、プリント基板２３への取付けに当たり補強壁２１が支障を来すことがないように設定されている。

而して、このように取付脚３１，３９を介して金属板１１をプリント基板２３上に固定した状態で、図６乃至図８に示すように該プリント基板２３を収納する筐体４３を上方から被せると、縦断面略く字状に屈曲された金属板１１の上端側全体が上下方向へ変形して、先端側の一片１７全体が、常に筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触するようになっている。

そして、半導体素子１３を取り付ける金属板１１の取付面１５全体に、絶縁材で形成された伝熱シート（一例として、カーボン製のグラファイトシート）４９が貼着されている。

その他、図１中、５１は左右の補強壁２１間の取付面１５の中央に設けられたネジ挿通穴で、該ネジ挿通穴に取付ネジ５３を挿通させて半導体素子１３がネジ止めされるようになっている。また、図６に示すようにプリント基板２３には、半導体素子１３の複数のリード端子５５に対応して複数のスルーホール５７が設けられている。

本実施形態に係る金属板１１はこのように構成されており、斯かる金属板１１を用いてプリント基板２３に実装する半導体素子１３の放熱を図るには、先ず、図４及び図５に示すように金属板１１表面の取付面１５に半導体素子１３を取付ネジ５３でネジ止めする。

次に、図６及び図７に示すように、プリント基板２３の取付穴２５に金属板１１の取付脚３１，３９の挿入脚部２７，３５を挿入し、前記段差部３３，４１をプリント基板２３の表面に当接させて金属板１１を支持脚部２９，３７を介して支持させると共に、半導体素子１３の複数のリード端子５５をスルーホール５７に挿通させる。

この後、プリント基板２３の裏面側に突出する挿入脚部２７，３５とリード端子５５を、夫々、プリント基板２３の裏面側から半田付けすることで、金属板１１を介して半導体素子１３がプリント基板２３上に実装される。

そして、図６乃至図８に示すように該プリント基板２３を収納する筐体４３を上方から被せると、縦断面略く字状に屈曲された金属板１１の上端側全体が上下方向へ変形し乍ら、寸法誤差や組付公差を吸収して先端側の一片１７全体が筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触する。

また、このとき、前記補強壁２１が金属板１１の下端側の変形を防止して半導体素子１３のリード端子５５の損傷を防止し、更に、一片１７の先端中央から１本のスリット１９を設けて一片１７を二股構造としているため、筐体４３の天井面４５の傾きのズレを吸収し乍ら、一片１７全体が天井面４５の裏面４７に常に面接触することとなる。

而して、斯様に金属板１１の先端側の一片１７全体が筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触することで、発熱体たる半導体素子１１の熱が、伝熱シート４９と金属板１１から、一片１７全体が面接触する天井面４５に伝熱されて天井面４５（筐体４３）から大気に放熱されることとなる。

このように本実施形態は、バネ性を有する一枚の薄肉な短冊状の金属板１１の下端の挿入脚部２７，３５をプリント基板２３に半田付けして固定すると共に、上端側を断面略く字状に形成して、筐体４３を上方から被せた際に、上端側全体が上下方向へ変形し乍ら、寸法誤差や組付公差を吸収して先端側の一片１７全体が筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触するように構成して、該金属板１１に半導体素子１３を固定したので、本実施形態によれば、図１２及び図１３の如く筐体内の空間体積を利用して半導体素子１の放熱，冷却を図る従来構造に比し、はるかに多くの放熱容量が確保されて放熱効果が向上する利点を有する。

而も、縦断面略く字状に屈曲された金属板１１の上端側全体が上下方向へ変形し乍ら寸法誤差や組付公差等を吸収し、また、既述したように二股形状の一片１７が筐体４３の天井面４５の傾きのズレを吸収するため、一片１７全体が常に筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触することとなって良好な放熱効果が得られる。

そして、図１２の如くプリント基板５にブロック状の放熱フィン３を実装してしまうと、プリント基板５上にパターンや部品実装の不可領域が発生していたが、本実施形態は金属板１１の下端の挿入脚部２７，３５をプリント基板２３に半田付けした構造上、従来に比しパターンや部品実装の不可領域が著しく減少すると共に、金属板１１をプリント基板２３に固定するネジ止め作業が不要となる。

また、筐体４３を被せるだけで、一片１７全体が常に筐体４３の天井面４５の裏面４７に面接触するため、作業性が良好であると共に、このとき、前記補強壁２１が金属板１１の下端側の変形を防止するため、半導体素子１３のリード端子５５が損傷することがない。

更に、半導体素子１３を取り付ける金属板１１の取付面１５全体に伝熱シート４９が貼着されているため、半導体素子１３の熱を効率的に筐体４３に伝熱させることができ、また、伝熱シート４９は絶縁材で形成されているため、モールド品でない半導体素子の放熱にも使用することができる利点を有する。

尚、前記実施形態では、金属板１１に半導体素子１３をネジ止めした後、金属板１１をプリント基板２３に半田付けしたが、金属板１１をプリント基板２３に半田付けした後、金属板１１に半導体素子１３をネジ止めしてもよい。

図９乃至図１１は、前記金属板１１を用いた請求項１乃至請求項７の一実施形態に係る半導体素子の放熱構造を示し、本実施形態は、金属板１１の一片１７を筐体の天井面にネジ止めすることで、筐体との更なる密着性を確保すると共に、天井面の表面に取付ネジのネジ頭が突出することを回避したもので、図中、５９は筐体６１の天井面で、図１０及び図１１に示すように天井面５９は３枚の平面視矩形状の板材６３，６５，６７からなり、図１１に示すように中央の板材６５は金属板１１の一片１７と略同一幅ｍを以って形成されている。

そして、金属板１１の背面側に位置する板材６３の一端側（板材６５側）は断面Ｌ字状に折曲されて、その折曲部６９に板材６５が板材６３と面一に重合して２本の皿ネジ７１で折曲部６９に取付可能となっている。皿ネジ７１を用いたのは、天井面５９の表面にネジ頭が突出することを回避したためである。

一方、金属板１１の正面側に位置する板材６７は、折曲部６９にネジ止めされた板材６５と面一に接するように形成されており、折曲部６９は板材６５の幅寸法ｍよりも短寸とされて、図１０に示すように折曲部６９と板材６７との間に形成された開口部７３に、断面略く字状に形成された金属板１１の上端側が挿通可能となっている。

そして、プリント基板２３に金属板１１を取り付けた後、天井面５９から板材６５を取り外した筐体６１を金属板１１の上方から被せ乍ら、開口部７３に金属板１１の上端側を挿通させて、板材６５で一片１７を折曲部６９に押圧して２本の皿ネジ７１で板材６５を折曲部６９にネジ止めすると、図９乃至図１１に示すように板材６５と板材６３の折曲部６９との間に一片１７が挟持されて、金属板１１の一片１７と筐体６１の天井面５９との更なる密着が図られるようになっている。そして、図１０に示すように板材６５と金属板１１の一片１７には、夫々、皿ネジ７１のネジ挿通穴７５，７７が形成され、折曲部６９にはこれらと一致する取付ネジ穴７９が設けられている。

尚、その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。。

而して、本実施形態によれば、金属板１１の一片１７が、天井面５９の板材６５と板材６３の折曲部６９との間に挟持されて皿ネジ７１でネジ止めされるため、図１の実施形態に比し、筐体６１の天井面５９と金属板１１の一片１７との更なる密着が可能となって、放熱性能が更に向上する利点を有する。

１１ 金属板
１３ 半導体素子
１５ 取付面
１７ 一片
１９ スリット
２１ 補強壁
２３ プリント基板
２５ 取付穴
２７，３５ 挿入脚部
２９，３７ 支持脚部
３１，３９ 取付脚
３３，４１ 段差部
４３，６１ 筐体
４５，５９ 天井面
４９ 伝熱シート
５５ リード端子
５７ スルーホール
５９ 天井面
６３，６５，６７ 板材
６９ 折曲部
７１ 皿ネジ
７３ 開口部

Claims (7)

1. バネ性を有する短冊状の金属板の下端をプリント基板に固定し、該金属板の上端側を、前記プリント基板を収納する筐体の天井面に圧接させると共に、前記金属板に、プリント基板に実装する電子部品を取り付けたことを特徴とする電子部品の放熱構造。
2. 前記金属板の上端側は縦断面略く字状に折曲され、その先端側の一片が、筐体の天井面に面接触していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の放熱構造。
3. 前記一片の先端中央から、スリットが金属板の上下方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の放熱構造。
4. 前記金属板の電子部品取付面側に、伝熱性を有するシートが貼着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
5. 前記シートは、絶縁材で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の放熱構造。
6. 前記金属板は下端側が横断面略コ字状に形成されて、両側部に補強壁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
7. 前記筐体の天井面は、複数枚の板材が重合して表面が面一に形成され、該板材の重合部に、前記金属板の上端側が挟着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
   

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