JP2012079834A - Heat radiation structure of heating component - Google Patents
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Description
本発明は、Hブリッジ回路等において発熱部品の放熱を簡易かつ適切に行い得るようにした発熱部品の放熱構造に関するものである。 The present invention relates to a heat-dissipating structure for a heat-generating component that can easily and appropriately dissipate heat from the heat-generating component in an H-bridge circuit or the like.
従来より、発熱部品をプリント配線板に実装する際は、プリント配線板とは別に放熱部材(フィン)を設けて、発熱部品の放熱部を放熱部材に取り付けることが一般に行われている。しかしながら、発熱部品は絶縁物を介してフィンに取り付ける必要があり、プリント配線板との間でリードフォーミング加工を施す必要もあるなど、手間やコストが掛かる。 Conventionally, when a heat generating component is mounted on a printed wiring board, a heat radiating member (fin) is provided separately from the printed wiring board, and a heat radiating portion of the heat generating component is generally attached to the heat radiating member. However, the heat generating component needs to be attached to the fin via an insulator, and it is necessary to perform a lead forming process with the printed wiring board.
そこで、実装コストを考えた場合、発熱部品をプリント配線板に面実装することが有効となり、この場合、面実装で発熱部の熱をどのように放熱するかを併せて解決する必要がある。 Therefore, considering the mounting cost, it is effective to surface mount the heat generating component on the printed wiring board. In this case, it is necessary to solve how to dissipate the heat of the heat generating portion by surface mounting.
このような問題に対して、例えば特許文献1に示すように配線パターンにフィンを実装する手法や、それ以外に、パターン幅を大きくして(或いは放熱専用のパターンを設けて)放熱部をパターンに直付けする手法、さらには発熱部品にフィンをマウントして直接放熱する手法などが有効な手段として考えられる。
In order to deal with such a problem, for example, as shown in
しかしながら、上記特許文献1の手法では、プリント配線板に別途にフィンを実装することになり、間に絶縁シート等も必要になるため、工数やコストが掛かり、実装面のスペースファクタの低下や、実装基板全体が嵩高くなり部品の大型化にもつながる。一方、パターン幅を大きくしたのでは(或いは放熱専用パターンを設けたのでは)基板が大きくなる不具合があり、ブスバー等を別途に設けることも避けたいところである。
However, in the method of the above-mentioned
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、特にスイッチング機能を有する発熱部品の実装用基板の特性に着目し、簡易な構造を通じて適切な放熱効果が得られるようにした発熱部品の放熱構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such problems, and particularly paying attention to the characteristics of the mounting substrate of the heat-generating component having a switching function, so that an appropriate heat dissipation effect can be obtained through a simple structure. It aims at providing the heat dissipation structure of a heat-emitting component.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明に係る発熱部品の放熱構造は、スイッチング機能を有する発熱部品が実装される配線板導体と、この配線板導体に重合状態で貼り合わされる絶縁層とを具備する積層基板に適用されるものであって、前記絶縁層を少なくとも積層基板の表層に露出させ、その露出部に放熱部材を直付けしたことを特徴とする。 That is, the heat dissipation structure for a heat generating component according to the present invention is applied to a multilayer substrate including a wiring board conductor on which a heat generating component having a switching function is mounted and an insulating layer bonded to the wiring board conductor in a polymerized state. According to another aspect of the present invention, the insulating layer is exposed to at least a surface layer of the multilayer substrate, and a heat radiating member is directly attached to the exposed portion.
そもそも、Hブリッジ等のスイッチング機能を有するものは、dv/dtやdi/dtが大きく、電気的なノイズを発生させ易いため、ノイズを外に出さないために基板は樹脂による絶縁層と配線板導体との積層構造が採用されるのが通例である。そして、この種の部品は、スイッチング損失による発熱の大きいものである。 In the first place, those having a switching function such as an H-bridge have large dv / dt and di / dt and are likely to generate electrical noise. A laminated structure with a conductor is usually adopted. This type of component generates a large amount of heat due to switching loss.
そこで本発明は、そのうちの絶縁層を基板表層に露出させ、これを絶縁シートとして代用してそこに放熱部材を直付けするようにしたものである。このようにすれば、別途に絶縁シートやブスバー等を用いずとも放熱部材を取り付けることができ、絶縁層は配線パターンに貼り合わされていて配線パターン全体に熱の汲み出し効果が及ぶために放熱効率が上がり、更に実装面のパターン幅やパターン数に変更をもたらさないため、実装に悪影響が及ぶことも有効に回避することができる。 Therefore, in the present invention, the insulating layer is exposed on the surface of the substrate, and this is used as an insulating sheet, and the heat radiating member is directly attached thereto. In this way, the heat radiating member can be attached without using a separate insulating sheet, bus bar, etc., and the insulating layer is bonded to the wiring pattern, and the heat pumping effect is exerted on the entire wiring pattern. Further, since the pattern width and the number of patterns on the mounting surface are not changed, it is possible to effectively avoid adverse effects on the mounting.
そして、複数の発熱部品が配線パターンに実装されていても、各発熱部品が共通の絶縁層によって互いに電気的に縁が切れている状態にすることによって、共通の放熱部材を前記絶縁層の複数個所に直付けすることができる。 Even if a plurality of heat-generating components are mounted on the wiring pattern, the common heat-dissipating member can be connected to the plurality of insulating layers by making the heat-generating components electrically disconnected from each other by the common insulating layer. Can be attached directly to the place.
本発明は、以上説明した構成であるから、以下の効果が奏される。 Since the present invention has the configuration described above, the following effects are produced.
すなわち、本発明の放熱構造によれば、発熱部品を有したHブリッジ等のスイッチング回路構成において、ブスバー等の特殊な配線部品を用いなくてもノイズ伝播無しに放熱効果を得ることが可能になる。また、発熱部品を実装した基板に放熱部材を直付けするため、発熱部品を別個の放熱部品に取り付けるためのリードフォーミング加工等が不要になって、実装工数の低減を図ることができ、取付自由度から部品選択の幅も広げることができる。さらに、基板に放熱部材を当てておくだけで放熱させるので、特殊な配線板や、ヒートシンクとなる筐体の準備が必ずしも必要でなくなる。さらにまた、絶縁層の露出した部位に放熱部品を直接取り付けるため、絶縁シートの必要性も無くしてコストダウンを図ることが可能になる。 That is, according to the heat dissipation structure of the present invention, it is possible to obtain a heat dissipation effect without noise propagation without using a special wiring component such as a bus bar in a switching circuit configuration such as an H bridge having a heat generating component. . In addition, since the heat dissipating member is directly attached to the substrate on which the heat generating components are mounted, lead forming processing for attaching the heat generating components to the separate heat dissipating components is unnecessary, reducing the mounting man-hours and mounting freedom. The range of component selection can be expanded from the degree. Furthermore, since heat is radiated simply by placing a heat radiating member on the substrate, it is not always necessary to prepare a special wiring board or a casing to be a heat sink. Furthermore, since the heat radiating component is directly attached to the exposed portion of the insulating layer, it is possible to reduce the cost without the need for an insulating sheet.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施形態は、図1に示すように、発熱部品であるFET1〜4を発熱部品として、当該FET1〜4を4つ使ってHブリッジ回路5を構成したモータ制御装置に本発明の放熱構造を適用したものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the heat-radiating structure of the present invention is applied to a motor control device in which an H-
Hブリッジ回路5は、周知のように、モータ等の負荷Wの両端にFET1〜4を全体がH状をなすように配列した構造、換言すれば、電源Eに接続される並列回路の各々の分岐路L1、L2に一対のFET1,2、FET3,4をそれぞれ直列に配置して、各々の分岐路L1、L2におけるハイサイドFET1,3のソースSとローサイドFET2,4のドレインDとの間に負荷Wを接続した構造をなし、ゲートGに流れる電流を制御して負荷Wに対するスイッチング動作を行うものである。
As is well known, the
このようなHブリッジ回路5を積層基板に作り込む際の具体例としては、ハイサイドFET1,3のドレインDとローサイドFET2,4のソースSは各々電位が安定しているので、図2に示すように積層基板6の表層に配線パターンを形成する配線用導体61を設けてこれに所要箇所を接続し、ハイサイドFET1,3のソースSとローサイドFET2,4のドレインDは例えば0Vから12Vの間でスイッチング動作を行うなど電位や電流が激しく変動するので、積層基板6の内層に配線パターンを形成する配線用導体62、63等を設けてこれに所要箇所を接続することが好ましい。各配線用導体61、62、63間は、間に絶縁層64、65を介在させた状態で相互に貼り合わせ、さらにdv/dt、di/dtに起因したノイズの放出を防ぐために、もう一方の表層である裏面側にも絶縁層66を貼り合わせてノイズを遮断する構造を採用している。FET1〜4は表面側の表層に取り付けられて、所要箇所は配線用導体61に面実装によって電気的に接続され、他の所要箇所は内層の配線用導体62、63にスルーホール等を介して電気的に接続される。
As a specific example of forming such an H-
そして本実施形態は、かかるハイサイドFET1,3のソースSとローサイドFET2,4のドレインDとの接続部分を始めとして発熱の大きい部位を中心にFET1〜4およびその他の発熱部品からの熱を放熱するために、積層基板6の裏面側に露出する絶縁層66に、放熱部材である熱伝導率の高い金属やセラミック等の素材からなる放熱板7を直付けして、図2に矢印で示すように絶縁層越しに配線用導体の熱を放熱するようにしている。勿論、裏面側の表層に絶縁層が露出しておらず図3に示すように何らかの配線用導体60で覆われている場合には、その配線用導体60の一部を切り欠く等してその一部(配線禁止部分)に絶縁層66が直接露出した領域を確保して、その露出部に放熱板7を直付けするようにしてもよい。
In the present embodiment, heat from the
本実施形態では、発熱部品である図1及び図2のFET1〜4が積層基板6の表面側に4つ実装されるが、絶縁層64、65、66は各FET1〜4に対して共通のノイズ遮断層として働くべく積層基板6の平面方向ほぼ全領域に亘って存在していることから、放熱部材7を取り付ける箇所となる露出部を平面方向のどの部位に設定しても、各FET1〜4に対する放熱効果につながる。放熱板7が平板であれば全体を均等に貼り付け(べた貼り)してもよいが、図4に示すように放熱板7を構成する平板部71の複数個所に厚肉な立ち上がり部72を設け、その立ち上がり部72を積層基板6の裏面を構成する絶縁層66の対応部位に突き当てて、ネジ8によって積層基盤6を放熱板7に止着してもよい。
In this embodiment, four
何れにせよ、上記のようにすることで、内層に設けられた発熱の大きい配線板導体62、63に生じる熱は絶縁層65、66の樹脂越しに放熱板7に汲み出されて、配線板導体62、63により構成される配線パターン全体の熱が放熱されることになる。
In any case, the heat generated in the
表層側の配線板導体61は自ら空中に放熱し得るが、ハイサイドFET1,3のドレインDとローサイドFET2,4のソースSは各々電位が安定しており、ネジ8の貫通孔8aを配線用導体62、63に対して電気的に絶縁しておけば、表面側の表層に配置された配線用導体64により構成される配線パターンのパターン幅を大きくするいわゆるべたパターンにして、ネジ8を介して裏面側の放熱板7に熱的に接続する構造を採用してもよい。
The surface layer side
この実施形態においては、図5に示すように放熱板7に積層基板6を取り付けた後、板金製の蓋9によって積層基板6を発熱部品等とともに封止し、放熱板7をそのまま車への取付部品として用いるものであり、積層基板6に設けたねじ挿通孔6xや放熱板7に設けたねじ孔7xを利用したねじ止め箇所は、積層基板6の振動による脱落防止の役割を兼ねる。放熱板7は車のシャーシ等に熱的に接続されることから、ヒートシンクに熱を汲み出す上でも有効となる。勿論、積層基板6と放熱板7とは凹凸係合等で取り付けても構わない。さらに、車のシャーシ等から放熱板7を熱的に切り離した状態で取り付けても、放熱板7の放熱面からの熱の輻射や伝導によって自ら放熱効果を完結する構造も採用可能である。シャーシが他のバッテリ等との共通グランドである場合にも、FET1〜4からのスイッチングノイズは絶縁層66等を介してカットされるため、バッテリ等への悪影響も低減ないし排除することが可能である。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, after the laminated substrate 6 is attached to the
以上のように本実施形態は、スイッチング機能を備えた発熱部品であるFET1〜4を用いたHブリッジ回路5が組み込まれる積層基板6の構造、すなわち、ノイズを外に出さないための絶縁層66等を有する積層構造に着目して、その絶縁層66を表層に露出させ、これを絶縁シートとして代用してそこに放熱部材である放熱板7を直付けするようにしたので、別途に絶縁シート等を用いずとも放熱部材を取り付けることができ、絶縁層66は配線パターンを形成する配線用導体62、63等に貼り合わされて配線パターン全体に亘って熱の汲み出し効果が期待できるため放熱効率が上がり、更に実装面のパターン幅やパターン数に変更をもたらしたりブスバーを新たに取り付けるといったことも不要であるために積層基板6に改変を加えることなく、FET1〜4等の発熱部品から発生する熱の放熱を有効に行って、所定のスイッチング機能を確保、維持することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the structure of the multilayer substrate 6 in which the
しかも、発熱部品である4つのFET1〜4に対して、絶縁層66等は共通であり、その絶縁層66の複数個所ないし全体を箇所表層に露出させて、それらの露出部に共通の放熱板7の対応個所を直付けすることができるので、放熱板7の取り付け自由度が高く、放熱効率等を考慮した設計の最適化も図ることが可能になる。
In addition, the insulating
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific structure of each part is not limited only to embodiment mentioned above.
例えば、実装面に余裕があれば、図6に示すように、積層基板6の表面側に近い位置にある絶縁層64を表面側に露出させて放熱部材107を直付けしてもよいし、同図のように裏面側にも放熱部材7を併用して積層基板6に対する放熱効果を相乗的に高めるようにしてもよい。
For example, if there is a margin on the mounting surface, as shown in FIG. 6, the insulating
また、本発明は基本的には積層基板を構成しない絶縁シート等の絶縁層を新たに設けることを不要にするものであるが、このような絶縁層を別途に貼り付けて更に放熱効果を高めることを妨げるものではない。 In addition, the present invention basically eliminates the need to newly provide an insulating layer such as an insulating sheet that does not constitute a laminated substrate. However, such an insulating layer is separately attached to further enhance the heat dissipation effect. It does not prevent it.
さらに、配線板と放熱部品の密着度を高めるために、間にシリコングリス等を塗布しても構わない。 Further, silicon grease or the like may be applied between the wiring board and the heat dissipating component in order to increase the degree of adhesion.
さらにまた、一層の放熱効果が要求される場合には、ローサイドFETのドレイン側配線をブスバー化し、表層を絶縁処理し、それを放熱要金属部品に取り付けて放熱させること等も妨げない。 Furthermore, when a further heat radiation effect is required, the drain side wiring of the low-side FET is converted into a bus bar, the surface layer is insulated, and it is not hindered by attaching it to a heat radiating metal part to radiate heat.
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other configurations can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
1〜4…発熱部品(FET)
6…積層基板
7、107…放熱部材(放熱板)
64、65、66…絶縁層
1-4 ... Heat generation parts (FET)
6 ...
64, 65, 66 ... insulating layer
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JP2010222081A JP2012079834A (en) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | Heat radiation structure of heating component |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9445489B2 (en) | 2013-12-26 | 2016-09-13 | Denso Corporation | Electronic control unit and electric power steering apparatus having the same |
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2010
- 2010-09-30 JP JP2010222081A patent/JP2012079834A/en active Pending
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