JP2014053373A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの固定部から離れた位置にある発熱源の熱を効果的に放散する。
【解決手段】ＦＥＴ４１Ａを備えた回路が実装された基板２２と、基板２２の回路が実装される面と反対側の面に設けられた放熱性を有する絶縁用部材２６と、絶縁用部材２６を介して基板２２に圧迫固定され、基板２２から見て圧迫固定部とＦＥＴ４１Ａとの間に形成された溝部２７を備えたヒートシンク２１と、を含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路基板に関する。

ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の発熱が顕著な素子が実装された基板には、放熱用の部材として、例えばヒートシンクが設けられる場合がある。

ヒートシンクは、多くの場合、アルミニウム又は銅等の熱伝導性が良好な金属製であって、発熱源となる素子が取り付けられている基板の裏側に当接させて取り付けられる場合があり、かかる場合では基板を介して発熱源の熱を放散する。

特許文献１には、ファンモータと一体になったヒートシンクを基板にネジ止めする技術が開示されている。

特開平０９−１９１０１号公報

特許文献１に記載のヒートシンクでは、ヒートシンクを基板にネジ止めする場合、ネジで締結する部分以外の箇所において、基板とヒートシンクとの間に隙間が生じやすくなるという問題があった。

基板とヒートシンクとをネジ止めする場合には、ヒートシンクが基板と当接する部分に電気絶縁性、熱伝導性及び柔軟性を有する部材を挟むことが少なくない。柔軟性を有する部材によって、基板とヒートシンクとの間隙が埋められ、発熱源の熱が基板と部材とを介してヒートシンクから放散される。

しかしながら、高密度化した基板では、ヒートシンクをネジ止めする箇所が限定される。図５は、ネジ止めする箇所がヒートシンクの端部付近に偏在している一例を示す図である。この図に示されるように、ネジ止め箇所３０から離れた箇所では、部材を基板に押圧する力（締結力）が不足し、基板と部材との密着性又は部材とヒートシンクとの密着性が損なわれやすい。

ネジ止めされた箇所から離れた箇所に発熱源となる素子が実装されていて、発熱源の付近で、基板と部材との密着性又は部材とヒートシンクとの密着性が損なわれると、発熱源の熱が放散され難いという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ネジ止め箇所等のヒートシンクの固定部から離れた位置にある発熱源の熱を効果的に放散できる回路基板を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の回路基板は、発熱する素子を備えた回路が実装された基板と、前記基板の前記回路が実装される面と反対側の面に設けられた放熱性を有する絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記基板に圧迫固定され、当該基板側から見て当該圧迫固定部と前記素子との間に形成された欠損部を備えた放熱部材と、を含む。

この回路基板によれば、基板に圧迫固定される放熱部材の基板に固定される側において、基板側から見て当該圧迫固定部と前記素子との間に欠損部が設けられる。欠損部の端部には前述の圧迫固定により応力が集中するので、発熱源である素子の近傍において放熱部材を挟んで放熱部材が基板に圧迫され、固定部から離れた位置にある素子の熱を効果的に放散できる。

請求項２に記載の回路基板は、請求項１記載の回路基板において、前記欠損部は、所定の幅、所定の深さ及び所定の奥行きを有する溝部である。

この回路基板によれば、放熱部材の基板に固定される側に設けた溝部の端部には前述の圧迫固定により応力が集中するので、素子の近傍において放熱部材を挟んで放熱部材が基板に圧迫され、発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。

請求項３に記載の回路基板は、発熱する素子を備えた回路が実装された基板と、前記基板に圧迫固定される放熱部材と、前記基板に前記放熱部材が圧迫固定される場合に、前記基板と前記放熱部材との間に設けられ、当該基板側から見て当該圧迫固定部と前記素子との間に形成された欠損部を備えた放熱性を有する絶縁部材と、を含む。

この回路基板によれば、基板に放熱部材が圧迫固定される場合に、基板と放熱部材との間に設けられ、基板側から見て当該圧迫固定部と素子との間に欠損部を形成している。欠損部の端部には前述の圧迫固定により応力が集中するので、発熱源である素子の近傍において放熱部材が基板に圧迫され、固定部から離れた位置にある素子の熱を効果的に放散できる。

請求項４に記載の回路基板は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の回路基板において、前記回路は、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路である。

この回路基板によれば、上述のように発熱源である素子の熱を効果的に放散できるので、安定したモータの駆動の制御が可能となる。

本発明の実施の形態に係るモータユニットの構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る基板を用いたモータ駆動制御装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基板とヒートシンクとの結合を示す模式図である。 本発明の実施の携帯に係るヒートシンクの基板に取り付けられる面を示した概略図である。 ネジ止めする箇所がヒートシンクの端部付近に偏在している一例を示す図である。

図１は、本実施の形態に係る基板を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。

本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターローター構造の多相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。

ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動制御装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。

ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。

ロータ１２にはシャフト１１が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１１には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１１と共に回転することにより、車載用エアコンにおける送風が可能となる。

ステータ１４は、上ケース１３を介して、モータ駆動制御装置２０に取り付けられる。モータ駆動制御装置２０は、素子が実装された基板２２と、基板上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２１とを備えている。

ロータ１２、ステータ１４及びモータ駆動制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０は、下ケース５０に取り付けられる。

続いて、図２を用いて、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る基板を用いたモータ駆動制御装置の一例を示す図である。

図２（Ａ）は、基板２２においてステータ１４が取り付けられる側のモータ駆動制御装置２０の平面図である。基板２２にはヒートシンク２１が取り付けられ、ヒートシンク２１には、放熱用のピン状の突起２１Ａが複数設けられている。

図２（Ａ）において、基板２２の中央付近には、ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に電力を供給する電力供給端子２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが設けられている。

また、図２（Ａ）のモータ駆動制御装置２０には、車載バッテリから電力が供給されると共に、車載用エアコンに係る制御の信号がＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御装置を介して入力される外部接続コネクタ２３が設けられている。

図２（Ｂ）はモータ駆動制御装置２０の側面図であり、図２（Ｃ）は基板２２においてステータ１４が取り付けられる側とは反対側の面を示したモータ駆動制御装置２０の平面図である。

図２（Ｃ）において、基板２２には、ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に供給する電力を制御するためのインバータ回路４０が実装されている。本実施の形態に係るモータ駆動制御装置２０のインバータ回路４０は、直流側の回路に大容量のコンデンサ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが並列に接続され、電圧源として動作する電圧形インバータである。

インバータ回路４０は、スイッチング素子として、ＦＥＴ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆを備えている。ＦＥＴ４１Ａ、４１ＤはＵ相に、ＦＥＴ４１Ｂ、４１ＥはＶ相に、ＦＥＴ４１Ｃ、４１ＦはＷ相に、各々供給する電力のスイッチングを行う。

基板２２上のインバータ回路４０にはノイズ除去用のコイル４３が設けられると共に、回路保護のための逆接防止ＦＥＴ４４及び大容量のコンデンサ４２Ｅが設けられている。また、基板２２には、インバータ回路４０を制御するためのマイコン３１が実装されている。

図２に示したモータ駆動制御装置２０において、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４４は、動作時の発熱が著しい。本実施の形態では、図２（Ｃ）において、動作時の発熱が著しい素子が実装されている箇所の裏側に固定ボルト２９によってヒートシンク２１が取り付けられている。また、基板２２の図２（Ａ）に示した側のヒートシンク２１で覆われた部分には、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ、ＦＥＴ４４等の端子又は該端子に接続される配線が露出している。

前述のようにヒートシンク２１は熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製であるから、基板２２とヒートシンク２１との間には電気絶縁性と熱伝導性とを有する絶縁用の部材を挟む必要がある。本実施の形態における絶縁用の部材は、柔軟性と電気絶縁性と熱伝導性とを備えたゴム又は樹脂でできた固体状の絶縁用の部材である。

図３は、基板２２とヒートシンク２１との結合を示す模式図である。ヒートシンク２１は、絶縁用部材２６を介在させて、基板２２に固定ボルト２９の締結によって固定されている。ヒートシンク２１が固定されている面と反対側の面にはＦＥＴ４１Ａ等の発熱する素子が実装されており、当該素子の熱は、基板２２と絶縁用部材２６とを介してヒートシンク２１に伝導しヒートシンク２１から放散される。また、ヒートシンク２１には溝部２７が設けられている。

ヒートシンク２１における固定ボルト２９の位置は、基板２２の端部付近及びヒートシンク２１の端部付近に偏在している。素子が高密度に実装された基板では、ヒートシンク２１を固定するための固定ボルト２９の取り付け位置を自由に設定することが難しく、図５に示したように、基板の端部付近に固定ボルト２９の取り付け位置が設定される場合がある。また、基板２２に固定されるヒートシンク２１においても固定ボルト２９の位置が端部付近に偏在する場合がある。

図３に示したように、ＦＥＴ４１Ａが実装されている付近を固定ボルトで締結しないと、ＦＥＴ４１Ａが実装されている位置付近でヒートシンク２１が基板２２から浮き上がりやすくなる。その結果、基板２２と絶縁用部材２６とヒートシンク２１との密着性に難が生じ、ＦＥＴ４１Ａの熱をヒートシンク２１へ伝導させ難くなる。

本実施の形態では、図３に示したように、ヒートシンク２１に溝部２７を設けている。溝部２７の位置は、基板２２の固定ボルトの取り付け位置とヒートシンク２１のネジ止め箇所３０とを合わせて絶縁用部材２６を挟んで圧迫固定した場合、基板２２側から見て固定ボルトの取り付け位置とＦＥＴ４１Ａ等の素子との間である。

固定ボルト２９による締結により、ヒートシンク２１の内部には基板２２方向への応力３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄが生じるが、溝部２７により、溝部２７の端部２７Ａ付近には応力３２Ｂが、溝部２７の端部２７Ｂ付近には応力３２Ｃが各々集中する。

本実施の形態では、端部２７Ｂ付近に、溝部２７を設けない場合の応力よりも大きな応力３２Ｂがかかるので、ＦＥＴ４１Ａが実装された位置付近でのヒートシンク２１の基板からの浮き上がりを抑止できる。

図４は、本実施の携帯に係るヒートシンク２１の基板２２に取り付けられる面を示した概略図である。基板２２に取り付けられる面の外周から、所定の幅Ｗ、所定の深さＤ、所定の奥行きＬを有する溝部２７が形成されている。所定の幅Ｗ、所定の深さＤ、所定の奥行きＬは、固定ボルト２９の締結時に、端部２７Ｂに応力が集中すると共に、ヒートシンク２１が固定ボルト２９の締結によって生じた応力によって過度に歪みが生じないように設定される。

一例として、コンピュータを用いた有限要素法による解析によって応力の集中及びヒートシンクの歪みを計算し、かかる計算の結果に基づいて所定の幅Ｗ、所定の深さＤ、所定の奥行きＬの数値を算出する。さらには算出した数値に基づいてヒートシンク２１を試作し、試作したヒートシンク２１を用いた実験の結果から所定の幅Ｗ、所定の深さＤ、所定の奥行きＬの具体的な数値を決定する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基板の固定ボルトの取り付け位置とヒートシンクのネジ止め箇所とを合わせて絶縁用部材２６を挟んで圧迫固定した場合に発熱源に最も近くなる領域とネジ止め箇所３０との間に溝部を設けている。固定ボルトを締結すると、溝部の端部付近に固定ボルトの締結による応力が集中する。特に、発熱源に近い方の溝部の端部付近に応力が集中することにより、発熱源近傍において、ヒートシンクが絶縁用部材を介して基板に圧迫され、発熱源の熱を効果的にヒートシンクに放散できる。

なお、絶縁用部材２６を挟んで基板２２とヒートシンク２１とを圧迫固定する手段には、ボルト以外にもリベット等のファスナーを用いてもよい。

本実施の形態では、ヒートシンクの基板に固定される面に溝部を設けたが、溝部位外にも、凹部、穴部又は切り欠き部等の欠損部であってもよい。凹部又は穴部は、ヒートシンクの基板に固定される面において、略方形等の多角形、略楕円形等の形状を示すものでよく、凹部又は穴部の形状及びその大きさは、基板の構成に基づいて決定する。

また、本実施の形態では、ヒートシンクの溝部に代えて、絶縁用部材２６に所定の幅及び所定の奥行きを有する欠損部を設けるようにしてもよい。

１０・・・モータユニット、１１・・・シャフト、１２・・・ロータ、１３・・・上ケース、１４・・・ステータ、２０・・・モータ駆動制御装置、２１・・・ヒートシンク、２１Ａ・・・突起、２２・・・基板、２３・・・外部接続コネクタ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ・・・電力供給端子、２５・・・グラウンド電位領域、２６・・・絶縁用部材、２７・・・溝部、２７Ａ、２７Ｂ・・・端部、２９・・・固定ボルト、３０・・・ネジ止め箇所、３１・・・マイコン、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ・・・応力、４０・・・インバータ回路、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ・・・ＦＥＴ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ・・・コンデンサ、４３・・・コイル、４４・・・逆接防止ＦＥＴ、５０・・・下ケース、Ｗ・・・幅、Ｄ・・・深さ、Ｌ・・・奥行き

Claims (4)

1. 発熱する素子を備えた回路が実装された基板と、
   前記基板の前記回路が実装される面と反対側の面に設けられた放熱性を有する絶縁部材と、
   前記絶縁部材を介して前記基板に圧迫固定され、当該基板側から見て当該圧迫固定部と前記素子との間に形成された欠損部を備えた放熱部材と、
   を含む回路基板。
2. 前記欠損部は、所定の幅、所定の深さ及び所定の奥行きを有する溝部である請求項１記載の回路基板。
3. 発熱する素子を備えた回路が実装された基板と、
   前記基板に圧迫固定される放熱部材と、
   前記基板に前記放熱部材が圧迫固定される場合に、前記基板と前記放熱部材との間に設けられ、当該基板側から見て当該圧迫固定部と前記素子との間に形成された欠損部を備えた放熱性を有する絶縁部材と、
   を含む回路基板。
4. 前記回路は、モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路である請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の回路基板。

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