JP2014216595A - 放熱構造及び放熱構造の組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て時の作業効率を良くするとともに、均等な放熱効果を実現する放熱構造及び放熱構造の組み立て方法を提供する。
【解決手段】回路基板上に隣接して実装された２個のパワートランジスタを一つの組とし、回路基板は、パワートランジスタの組の実装位置の両脇に貫通穴を有し、固定部材は、回路基板の貫通穴に対応する位置に突起部を有し、回路基板は、組を成す２個のパワートランジスタの実装位置の間に、ねじ用貫通穴を有し、固定部材の突起部は、回路基板の貫通穴に挿入され、ヒートシンクと固定部材とが回路基板のねじ用貫通穴を貫通するねじによって固定されることで、回路基板とヒートシンクとの間にパワートランジスタが押圧固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱構造及び放熱構造の組み立て方法に関し、特に回路基板に実装するパワートランジスタの放熱構造及び放熱構造の組み立て方法に関する。

例えば、放送設備用デジタルアンプには高出力が要求されるため、ドライブ回路から発生する熱を効率良く放熱する構造とすることが重要であり、通常ドライブ回路用パワートランジスタにはヒートシンクが密着実装される。ヒートシンクは、その表面積が大きいほど放熱効果が高くなるため、高い放熱効果を得るためにヒートシンク自体を大きくする必要がある。

従来の放熱構造の一例を図９に示す。図９の（ａ）は正面視、（ｂ）は側面視、（ｃ）は上面視である。回路基板４０に実装したパワートランジスタ４２にはヒートシンク固定用のねじ穴が設けられており、パワートランジスタ一つ一つを熱伝導性と弾性とを有するシート４４を介してヒートシンク４６にねじ４８で押圧固定する。この構成ではパワートランジスタを一つ一つねじ止めする必要があるため、作業効率が悪かった。また、高い放熱効果を得るためにヒートシンクを大きくする必要があるが、ヒートシンクは通常アルミニウム等の金属製で導電性があるため、ヒートシンク実装位置に相当する回路基板上に部品を配置することは困難であった。このため、回路基板上の部品実装に大きな制約を与えていた。

特許文献１では、トランジスタを回路基板上に寝かせて実装し、その上にヒートシンクを配置する構成を開示している。特許文献１記載の構成によれば、トランジスタの両脇に開けた穴にねじを通し、トランジスタを回路基板とヒートシンクで挟み込むことで、トランジスタ一つ一つをねじで固定する必要が無い。

特開平６−１４９５３号公報

しかし、特許文献１記載の構成では、ヒートシンクを固定するためにトランジスタ２つに対して３箇所のねじ止めが必要となるため作業効率が悪い。また、トランジスタを回路基板とヒートシンクとで挟み込むため、回路基板には湾曲する方向に力がかかり続る。従って、この部分に配線パターンが存在する場合、パターンの断線につながるおそれがある。また、パワートランジスタは通常立てて使用することを前提としてるため、厚み方向に高い精度が要求されない。従って、厚み方向のばらつきが大きい。このため、特許文献１の構成ではトランジスタの厚みのばらつきによってトランジスタをヒートシンクに押しつける力の大きさがばらつき、放熱効果が均一でなくなる可能性がある。

本発明は、組み立て時の作業効率を良くするとともに、均等な放熱効果を実現する、放熱構造及び放熱構造の組み立て方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、以下の放熱構造及び放熱構造の組み立て方法を提供する。
（１）回路基板（１０）上に放熱面が上になるように実装したパワートランジスタ（１２ａ〜１２ｆ）を、前記パワートランジスタの放熱面上に載せたヒートシンク（１８、２８）と、前記回路基板の前記パワートランジスタ実装面の裏側に配置した固定部材（１４、１４ｃ、１４ｄ）とで挟んで押圧固定するパワートランジスタの放熱構造において、前記回路基板上に隣接して実装された２個のパワートランジスタを一つの組とし、前記回路基板は、前記パワートランジスタの組の実装位置の両脇に貫通穴（１０４ａ〜１０４ｆ）を有し、前記固定部材は、前記回路基板の貫通穴に対応する位置に突起部（１４４ａ〜１４４ｆ）を有し、前記回路基板は、前記組を成す２個のパワートランジスタの実装位置の間に、ねじ用貫通穴（１８２、１８２ｃ、１８２ｄ）を有し、前記固定部材の前記突起部は、前記回路基板の貫通穴に挿入され、前記ヒートシンクと前記固定部材とが前記回路基板のねじ用貫通穴を貫通するねじ（１６、１６ｃ、１６ｄ）によって固定されることで、前記回路基板と前記ヒートシンクとの間に前記パワートランジスタが押圧固定されることを特徴とする放熱構造。

（２）回路基板上に、放熱面が上になるように実装したパワートランジスタを、前記パワートランジスタの放熱面上に載せたヒートシンクと、前記回路基板の前記パワートランジスタ実装面の裏側に配置した固定部材とで挟んで押圧固定するパワートランジスタ放熱構造の組み立て方法において、前記回路基板上に隣接して実装された２個のパワートランジスタを一つの組とし、前記固定部材に構成された突起部を、前記回路基板の、前記パワートランジスタの組の実装位置の両脇に設けられた貫通穴に挿入するステップと、前記ヒートシンクと前記固定部材を前記回路基板のねじ用貫通穴を貫通するねじによって固定することで、前記回路基板と前記ヒートシンクとの間に前記パワートランジスタを押圧固定するステップとを有することを特徴とする放熱構造の組み立て方法。

本発明によれば、組み立て時の作業効率を良くするとともに、均等な放熱効果を実現する放熱構造及び放熱構造の組み立て方法を提供することができる。

第１実施形態における放熱構造を説明するための図である。 第１実施形態における放熱構造を構成する各部品の位置関係を説明するための図である。 第１実施形態における放熱構造の組み立て手順を説明するためのフローチャートである。 トランジスタの厚み差がある場合の実装状態例である。 第１実施形態におけるトランジスタ実装方向の別の例である。 第２実施形態における放熱構造を説明するための図である。 第２実施形態における放熱構造を構成する各部品の位置関係を説明するための図である。 第２実施形態におけるトランジスタ実装方向の別の例である。 従来技術による放熱構造の例である。

以下、本発明に係る放熱構造の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本実施形態における放熱構造の組み立て後の状態を示し、図１（ａ）は正面視、（ｂ）は側面視、（ｃ）は上面視である。回路基板１０には、パワートランジスタ１２（１２ａ、１２ｂ）が放熱面を上にして寝かせて実装されている。固定部材１４は、回路基板１０の、パワートランジスタ１２（１２ａ、１２ｂ）が実装された面の裏側に配置され、ねじ１６によってヒートシンク１８と接続される。トランジスタ１２（１２ａ、１２ｂ）とヒートシンク１８との間には熱伝導性が良く、弾性のある熱伝導シート２０（２０ａ、２０ｂ）が挟持されている。

図２は各部品の位置関係を説明するための図である。回路基板１０は、トランジスタ１２ａ、１２ｂの実装位置の両脇に貫通穴１０４ａ、１０４ｂを有し、トランジスタ１２ａ、１２ｂの実装位置の間に貫通穴１０２を有する。固定部材１４は、回路基板１０の貫通穴１０４ａ、１０４ｂに対応する位置に突起部１４４ａ、１４４ｂを有し、回路基板１０の貫通穴１０２に対応する位置にねじ穴１４２を有する。ヒートシンク１８は、回路基板１０の貫通穴１０４ａに対応する位置に穴１８４を有し、回路基板１０の貫通穴１０２に対応する位置に貫通穴１８２を有する。

更に図３を使って、組み立て手順を説明する。ステップＳ１で、回路基板１０にトランジスタ１２ａ、１２ｂを実装して半田付けする。トランジスタ１２ａ、１２ｂは図１、図２に示す様に、端子が曲がった状態で放熱面を上にして回路基板１０に実装される。トランジスタ１２ａ、１２ｂの端子は実装後に曲げても良いし、実装前に曲げても良い。ステップＳ２で、トランジスタ１２ａ、１２ｂに熱伝導性シート２０ａ、２０ｂを載せる。熱伝導シート２０ａ、２０ｂは、トランジスタ１２ａ、１２ｂの放熱部を覆う大きさとなっている。熱伝導シート２０ａ、２０ｂは２枚に分かれている必要は無く、トランジスタ１２ａ、１２ｂを覆う大きさの一枚のシートとしても良い。

ステップＳ３で、回路基板１０のトランジスタ１２ａ、１２ｂ実装面の裏から、突起部１４４ａ、１４４ｂが回路基板１０の貫通穴１０４ａ、１０４ｂに挿入されるように固定部材１４を実装する。ステップＳ４で、固定部材１４の突起部１４４ａが、ヒートシンク１８の穴１８４に挿入されるように、ヒートシンク１８を熱伝導シート２０ａ、２０ｂの上に載せる。ステップＳ５で、ヒートシンク１８の貫通穴１８２にねじ１６を挿入し、回路基板１０の貫通穴１０２を通して、固定部材１４のねじ穴１４２に螺入し、組み立てが完了する。

固定部材１４の突起部１４４ａをヒートシンク１８の穴１８４に挿入することにより、ヒートシンク１８は、貫通穴１８２と穴１８４の２箇所で位置決めされるため、回路基板１０上の位置が固定される。本実施形態では固定部材１４の２つの突起部１４４ａ、１４４ｂの内、1つの突起部１４４ａを長くしておき、ヒートシンク１８の穴に挿入する構成としたが、固定部材１４の２つの突起部１４４ａ、１４４ｂとも長くしておき、ヒートシンク１８に対応する穴を２箇所空けて、両方の突起部１４４ａ、１４４ｂをヒートシンク１８の２箇所の穴に挿入する構成としても良い。固定部材１４の２つの突起部１４４ａ、１４４ｂともヒートシンク１８の穴に挿入することで、ねじ１６を挿入する前段階でヒートシンク１８の回路基板上１０の位置を位置決めできるため、更に作業効率を上げることができる。

通常パワートランジスタは回路基板に立てて実装することを前提としているため、厚みがばらついている可能性がある。パワートランジスタ１２ａと１２ｂの厚みが異なる場合の状態を図４で説明する。図４は実装状態の側面視であり、図１（ｂ）の図に対し、パワートランジスタ１２ａの厚みがパワートランジスタ１２ｂの厚みに対して極端に厚い場合を示している。本実施形態では、ヒートシンク１８をトランジスタ１２ａ、１２ｂの実装位置の間を通す１本のねじ１６だけで固定する構造となっているため、トランジスタ１２ａ、１２ｂの厚み差があった場合でも、シーソー構造となり、パワートランジスタ１２ａ、１２ｂは略均等な力でヒートシンク１８に押し付けられる。パワートランジスタ１２ａ、１２ｂを略均等な力でヒートシンク１８に押し付けることで、パワートランジスタ１２ａ、１２ｂの放熱効果を均一にすることができる。

本実施形態の構成によれば、固定部材１４の突起部１４４ａ、１４４ｂで各部品の位置決めをして、最後に１本のねじ１６で固定する構造であるため、作業効率が良い。また、トランジスタは任意の方向に実装可能であるため、回路基板設計の自由度が大きい。更に、ヒートシンク１８は回路基板１０とトランジスタ１２の厚み分だけ離れて実装されるため、ヒートシンク１８実装位置の下にも部品実装が可能であり、回路基板１０の実装密度を上げることができる。

本実施形態では固定部材１４にねじ穴を設けて、ヒートシンク側からねじ止めする構成としたが、ヒートシンクにねじ穴を設けて固定部材側からねじ止めする構成としても良い。また、本実施形態では、トランジスタ１２ａ、１２ｂが回路基板１０上で同じ方向に実装されている例で説明したが、異なる方向で実装されていても良い。例えば図５に示す様に、トランジスタ１２ａと１２ｂが全く逆の方向に実装されていても良く、トランジスタ１２ａ、１２ｂの実装方向は任意の方向が可能である。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態におけるヒートシンク１８以外の部品、ねじ、トランジスタ、熱伝導シート２組に対し、一つのヒートシンク２８を実装する構成になっている。以降、第１実施形態と同じまたは同様の機能を有する部分については同じ記号を付し、説明を省略する場合がある。

図６は本実施形態における放熱構造の組み立て後の状態を示し、図６（ａ）は正面視、（ｂ）は側面視、（ｃ）は上面視である。回路基板１０には、パワートランジスタ１２（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ）が放熱面を上にして寝かせて実装されている。固定部材１４ｃは、回路基板１０の、パワートランジスタ１２ｃ、１２ｄが実装された面の裏側に配置され、ねじ１６ｃによってヒートシンク２８に固定される。固定部材１４ｄは、回路基板１０の、パワートランジスタ１２ｅ、１２ｆが実装された面の裏側に配置され、ねじ１６ｄによってヒートシンク２８に固定される。トランジスタ１２（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ）とヒートシンク２８の間には熱伝導性が良く、弾性のある熱伝導シート２０（２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ）が挟持されている。

図７は各部品の位置関係を説明するための図である。回路基板１０は、トランジスタ１２ｃ、１２ｄの実装位置の両脇に貫通穴１０４ｃ、１０４ｄを有し、トランジスタ１２ｃ、１２ｄの実装位置の間に貫通穴１０２ｃを有する。同様に回路基板１０は、トランジスタ１２ｅ、１２ｆの実装位置の両脇に貫通穴１０４ｅ、１０４ｆを有し、トランジスタ１２ｅ、１２ｆの実装位置の間に貫通穴１０２ｄを有する。固定部材１４ｃは、回路基板１０の貫通穴１０４ｃ、１０４ｄに対応する位置に突起部１４４ｃ、１４４ｄを有し、回路基板１０の貫通穴１０２ｃに対応する位置にねじ穴１４２ｃを有する。固定部材１４ｄは、回路基板１０の貫通穴１０４ｅ、１０４ｆに対応する位置に突起部１４４ｅ、１４４ｆを有し、回路基板１０の貫通穴１０２ｄに対応する位置にねじ穴１４２ｄを有する。ヒートシンク２８は、回路基板１０の貫通穴１０２ｃ、１０２ｄに対応する位置に貫通穴１８２ｃ、１８２ｄを有する。

本実施形態では固定部材１４ｃ、１４ｄにねじ穴１４２ｃ、１４２ｄを設けて、ヒートシンク２８側からねじ止めする構成としたが、ヒートシンク２８にねじ穴を設けて固定部材１４側からねじ止めする構成としても良い。本実施形態ではヒートシンク２８は、２つの貫通穴１８２ｃ、１８２ｄに挿入するねじ１６ｃ、１６ｄで回路基板上の位置が固定される。実施形態１と同様に固定部材１４ｃ、１４ｄの突起部１４４ｃ〜１４４ｆに対応するヒートシンクの位置に穴を空け、突起部１４４ｃ〜１４４ｆを長くしてヒートシンクの穴に挿入する構成としても良い。この場合、ヒートシンク２８をねじ１６ｃ、１６ｄで止める前段階でヒートシンク２８の回路基板１０上の位置を固定することができるため、更に作業効率を上げることができる。

本実施形態では、実施形態１と同様の効果を有し、更に、４つのトランジスタに対し１つのヒートシンクを実装する構成であるため、実施形態１に対して、より組み立てが容易になる。また、２本のねじで固定するため、４つのトランジスタに厚みのばらつきがあっても、シーソー構造により、厚み差を吸収して各トランジスタをヒートシンク２８に略均等な力で押し付けることにより、放熱効果を均一にすることができる。

本実施形態においても回路基板１０上の各トランジスタの実装方向は同じ方向である必要は無く、例えば図８（ａ）〜（ｄ）に示すような方向に実装可能であり、回路基板の設計自由度が高い。

１０ 回路基板、 １２（１２ａ〜１２ｆ） パワートランジスタ、
１４、１４ｃ、１４ｄ 固定部材、 １６、１６ｃ、１６ｄ ねじ、
１８、２８ ヒートシンク、 ２０（２０ａ〜２０ｆ） 熱伝導シート、
１０２、１０２ｃ、１０２ｄ 回路基板１０の貫通穴、
１０４ａ〜１０４ｆ 回路基板１０の貫通穴、
１４２、１４２ｃ、１４２ｄ 固定部材１４のねじ穴、
１４４ａ〜１４４ｆ 固定部材１４の突起部、
１８２、１８２ｃ、１８２ｄ ヒートシンクの貫通穴、
１８４ ヒートシンクの穴

Claims (5)

1. 回路基板上に放熱面が上になるように実装したパワートランジスタを、前記パワートランジスタの放熱面上に載せたヒートシンクと、前記回路基板の前記パワートランジスタ実装面の裏側に配置した固定部材とで挟んで押圧固定するパワートランジスタの放熱構造において、
   前記回路基板上に隣接して実装された２個のパワートランジスタを一つの組とし、
   前記回路基板は、前記パワートランジスタの組の実装位置の両脇に貫通穴を有し、
   前記固定部材は、前記回路基板の貫通穴に対応する位置に突起部を有し、
   前記回路基板は、前記組を成す２個のパワートランジスタの実装位置の間に、ねじ用貫通穴を有し、
   前記固定部材の前記突起部は、前記回路基板の貫通穴に挿入され、
   前記ヒートシンクと前記固定部材とが前記回路基板のねじ用貫通穴を貫通するねじによって固定されることで、前記回路基板と前記ヒートシンクとの間に前記パワートランジスタが押圧固定されることを特徴とする放熱構造。
2. 前記パワートランジスタ１組に対し、１個のヒートシンクが実装される
   ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
3. 前記パワートランジスタ２組に対し、１個のヒートシンクが実装される
   ことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
4. 前記ヒートシンクには前記回路基板の貫通穴の少なくとも１つに対応する位置に穴を有し、
   前記固定部材の突起部の少なくとも１つは前記ヒートシンクの穴に挿入されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造。
5. 回路基板上に、放熱面が上になるように実装したパワートランジスタを、前記パワートランジスタの放熱面上に載せたヒートシンクと、前記回路基板の前記パワートランジスタ実装面の裏側に配置した固定部材とで挟んで押圧固定するパワートランジスタ放熱構造の組み立て方法において、
   前記回路基板上に隣接して実装された２個のパワートランジスタを一つの組とし、
   前記固定部材に構成された突起部を、前記回路基板の、前記パワートランジスタの組の実装位置の両脇に設けられた貫通穴に挿入するステップと、
   前記ヒートシンクと前記固定部材を前記回路基板のねじ用貫通穴を貫通するねじによって固定することで、前記回路基板と前記ヒートシンクとの間に前記パワートランジスタを押圧固定するステップとを有することを特徴とする放熱構造の組み立て方法。