JP2015216143A - 発熱素子の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで容易に実現できる発熱素子の放熱構造を提供すること。【解決手段】導電性を有する金属製部材によって形成されているバスバーに電気的に接続される発熱素子の放熱構造において、前記バスバーは、電気抵抗の低い材質からなる第１の部材と、電気抵抗の高い材質からなる第２の部材とを隣接して配置することによって構成される、発熱素子の放熱構造が提供される。また、バスバーは、発熱素子が実装される表面の近傍に、凹凸に形成された溝部を有していてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱素子の放熱構造に関する。

従来から、発熱素子の冷却構造が種々提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２０１２−１７４４９６号公報 特開２０１３−２３５８５４号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示される冷却構造では、ヒートシンク、フィン、ファン等の放熱機構が別途必要となる。そのため、上記文献に開示される冷却構造では、部材コストが余分にかかることになる。

そこで、本開示は、低コストで容易に実現できる発熱素子の放熱構造の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、バスバーに電気的に接続される発熱素子の放熱構造において、 前記バスバーは、電気抵抗の低い材質からなる第１の部材と、電気抵抗の高い材質からなる第２の部材とを隣接して配置することによって構成される、発熱素子の放熱構造が得られる。

本開示によれば、低コストで容易に実現できる発熱素子の放熱構造を提供することができる。

本実施形態に係る発熱素子の放熱構造の構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る発熱素子の放熱構造の別の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明は省略する。

図１に、本実施形態に係る発熱素子の放熱構造の構成の一例を示す。図１（ａ）は発熱素子の放熱構造の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す発熱素子の放熱構造のＡ−Ａ線に沿った部分の概略断面図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、発熱素子２０の放熱構造は、端子部２１ａ、２１ｂを有する発熱素子２０と、一方の面１０ａに発熱素子２０が電気的に接続されるバスバー１０とを備える。

発熱素子２０は、端子部２１ａ、２１ｂが、例えば、はんだを介してバスバー１０の一方の面１０ａと電気的に接続されることにより、バスバー１０に直接実装される。発熱素子２０は、動作時の発熱量が比較的大きな半導体素子を含む電子部品である。発熱素子２０には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、コンデンサ、チップ抵抗器等の表面実装用に設計された電子部品を用いることができる。

バスバー１０とは、導電性を有する棒状の金属製部材をいう。バスバー１０は、例えば、プレス加工によって平板を線状に延伸させることによって形成される。バスバー１０は、図１（ａ）に示すように、２種類の部材１１ａ、１１ｂを、同一平面上に隣接して配置することによって構成される。２種類の部材のうち一方の部材は、電気抵抗の低い材質からなる第１の部材１１ａによって構成され、他方の部材は、電気抵抗の高い材質からなる第２の部材１１ｂによって構成される。本実施形態において、第１の部材１１ａと第２の部材１１ｂは、ほぼ等しい形状に形成されている。

第１の部材１１ａは、導電性が高く（電気抵抗が低く）、熱伝導性の高い黄銅、アルミニウム等の金属製部材を用い、第２の部材１１ｂは、導電性が低く（電気抵抗が高く）、熱伝導性の低いタフビッチ銅等の金属製部材を用いる。

第１の部材１１ａは、電気抵抗の低いため電流値が多くなり発熱量が大きくなる。そのため、第１の部材１１ａは、電流がある一定時間継続して流れると高温となる。これに対し、第２の部材１１ｂは、電気抵抗の高いため電流値が少なくなり発熱量が小さくなる。そのため、第２の部材１１ｂは、電流がある一定時間継続して流れても、第１の部材１１ａより低温となる。

したがって、電流がある一定時間継続して流れることによって、２種類の部材１１ａ、１１ｂ間に温度差が生じる。この温度差によって、高温から低温に向かって部材間で熱の移動が生じるとともに、周囲の空気にも流れが生じることになる（図１（ａ）の矢印Ｗ１参照）。具体的には、発熱素子２０が加熱されることによってバスバー１０に伝達された熱が、高温側から低温側に部材間を移動する。そのため、周囲の空気は、矢印Ｗ１の方向に移動し（空気対流が発生し）大気に放出される。本実施形態によれば、上述の構造を有するため、フィンやヒートシンク等の放熱部品を別途用意しなくても、発熱素子２０の放熱を効果的に行うことができる。

さらに、発熱素子２０の放熱構造において、発熱素子２０が実装されるバスバー１０の一方の面１０ａの近傍に、凹凸状の溝部１０ｃを設ける構成としてもよい。溝部１０ｃは、発熱素子２０の放熱効果をより向上させるために設けられる。溝部１０ｃは、発熱素子２０が実装される一方の面１０ａの近傍に複数形成されている方が好ましい。このように、空気が移動する経路（凹凸の溝部１０ｃ）を複数設けることによって、溝部１０ｃに沿うように空気対流が発生させることができる。また、溝部１０ｃを形成することによってバスバー１０の表面積が大きくなるため、発熱素子２０の放熱効果をより向上させることができる。なお、溝部１０ｃは、発熱素子２０が実装される一方の面（上面）１０ａにのみ形成されていてもよいし、上面１０ａと他方の面（底面）１０ｂの両方の面に形成されていてもよい。溝部１０ｃは、例えば、プレス加工によって、発熱素子２０がバスバー１０に載置される方向（図１（ａ）のｘ方向）に直交する方向（図１（ａ）のｙ方向）に形成される。

本実施形態によれば、従来から必ず必要とされている導電性の金属製部材（バスバー）を放熱部品として用いるため、フィンやヒートシンク等の部品を別途用意して発熱素子２０を放熱する必要はない。そのため、部材コストを削減することができる。

すなわち、本実施形態は、電気抵抗の異なる２種類の材質からなる部材１１ａ、１１ｂを隣接して配置し、かつ、発熱素子２０が実装される一方の面１０ａの近傍に複数の溝部１０ｃを設けることによる、空気対流を生じさせる放熱構造を備える。そのため、フィンやヒートシンク等の放熱部品を別途用意しなくても空気対流が発生し、簡易な方法でより確実に放熱を行うことができる。

次に、発熱素子２０の放熱構造の別の例について説明する。図２は、本実施形態に係る発熱素子の放熱構造の別の構成例を示す図である。図２（ａ）は発熱素子の放熱構造の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す発熱素子の放熱構造のＢ−Ｂ線に沿った部分の概略断面図である。本例示は、発熱素子２０が、基板３０の一方の面３０ａに実装されている場合の発熱素子の放熱構造である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示す発熱素子２０の放熱構造は、基板３０と、基板３０に電気的に接続される端子部２１ａ、２１ｂを有する発熱素子２０とを備える。

基板３０は、一方の面３０ａに発熱素子２０が実装された配線基板である。発熱素子２０には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、コンデンサ、チップ抵抗器等の表面実装用に設計された電子部品を用いることができる。

本実施形態においては、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、電流を流すことによって動作する電子部品（発熱素子２０）を実装し、または配線（配線は、図２（ａ）、（ｂ）の領域３１に形成されている）を基板３０の一方の面３０ａのみに形成する。基板３０にある一定時間継続して電流を流すことによって、一方の面（上面）３０ａと他方の面（底面）３０ｂに温度差を生じさせる。この温度差によって、高温から低温に向かって基板３０内において熱の移動が生じるとともに、周囲の空気にも流れが生じることになる（図２（ｂ）の矢印Ｗ２参照）。具体的には、発熱素子２０が加熱されることによって基板３０に伝達された熱が、高温側から低温側に基板３０内を移動する。そのため、周囲の空気は、矢印Ｗ２の方向に移動し（空気対流が発生し）大気に放出される。

さらに、本実施形態において、基板３０には、発熱素子２０の周辺に貫通孔（スルーホール）３０ｈが形成されていてもよい。スルーホール３０ｈは、放熱の経路として機能する。発熱素子２０によって加熱された空気の移動経路として、基板３０にスルーホール３０ｈを形成することにより、発熱素子２０の放熱効果をより向上させることができる。スルーホール３０ｈは、発熱素子２０が実装される表面の周辺に複数形成されていることが好ましい。このように、空気が移動する経路（スルーホール３０ｈ）を複数設けることによって、スルーホール３０ｈに沿うように空気対流が発生するため、さらに効率よく発熱素子２０の放熱を行うことができる。

基板３０は、発熱素子２０の動作時に生じる発熱素子２０からの熱を吸収し、外部に放熱する機能を有する。基板３０の材質としては、熱拡散性に優れており、かつ、剛性が高く平面度の良いものが好ましい。

以上のように、本実施形態によれば、従来から必ず必要とされている基板３０を放熱部品として用いるため、フィンやヒートシンク等の部品を別途用意して発熱素子２０を放熱する必要はない。そのため、部材コストを削減することができる。

すなわち、本実施形態は、基板３０の一方の面３０ａのみに配線を形成等し、かつ発熱素子２０が実装される表面の周辺にスルーホール３０ｈを有することによる、空気対流を発生させる放熱構造を備える。そのため、フィンやヒートシンク等の部品を別途用意しなくても空気対流が発生し、より確実に放熱を行うことができる。

これによって、フィンやヒートシンク等の放熱部品が不要となるとともに、発熱素子２０とフィンやヒートシンク等の放熱部品の接続工程も不要となるため、低コストに、発熱素子２０の放熱構造を提供することができる。

通常、空冷方式によって発熱素子を冷却する場合、発熱素子２０の周囲に所定の隙間があれば、その隙間から空気の出入りが行われるため、設計の容易化を図れるという利点がある。ところが、発熱素子２０によって空気が加熱されると、バスバー１０や基板３０等の導電性の部材に熱がこもることになるため、これを防ぐために、熱せられた空気を移動させるフィンやヒートシンク等の放熱部品が必要となってしまう。

以上に説明したように、本実施形態に係る発熱素子２０の接続構造は、端子部２１ａ、２１ｂを有する発熱素子２０と、一方の面に発熱素子２０が電気的に接続されるバスバーとを備え、バスバー１０は、配線部材として２種類の部材１１ａ、１１ｂを、同一平面上に隣接して配置することによって構成されている。そして、２種類の部材のうち一方の部材は、電気抵抗の低い材質からなる第１の部材１１ａによって構成され、他方の部材は、電気抵抗の高い材質からなる第２の部材１１ｂによって構成される。本実施形態によれば、従来から必ず必要とされているバスバー１０に上記放熱構造を設けているため、低コストで実現できる発熱素子２０の放熱構造を提供することができる。

また、バスバー１０は、発熱素子２０が実装される表面の近傍に、凹凸に形成された溝部１０ｃを有していてもよい。これによって、より発熱素子２０の放熱効果をより向上させることができる。

なお、基板３０の一方の面３０ａに発熱素子２０が実装されている場合において、配線を基板３０の一方の面３０ａ（図２（ａ）、（ｂ）の配線が形成される領域３１参照）のみに形成するとともに、発熱素子２０の周辺にスルーホール３０ｈを形成することによっても、上記バスバー１０に発熱素子２０が実装されている場合の放熱構造と、同様の作用効果を奏する。

以上、発熱素子２０の接続構造を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

本実施形態においては、バスバー１０の一方の面（上面）１０ａにのみに発熱素子２０が実装される場合の放熱構造について例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されない。上面１０ａと他方の面（底面）１０ｂの両方の面に発熱素子が実装されている場合でも、本発明を実現できる。ただし、両方の面に発熱素子を実装する場合は配線が複雑になるため、片方の面にのみ発熱素子が実装される構成とする方が好ましい。

また、本実施形態においては、バスバー１０が、２種類の部材１１ａ、１１ｂを、同一平面上に隣接して配置することによって構成される場合を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されない。２種類の部材１１ａ、１１ｂを、上下に隣接して配置する場合でも、本発明を実現できる。この場合は、溝部１０ｃに代えて発熱素子２０の周辺にスルーホールを形成することによって、空気が移動する経路を形成するのが好ましい。

１０ バスバー
１０ｃ 溝部
１１ａ 第１の部材
１１ｂ 第２の部材
２０ 発熱素子
３０ 基板
３０ａ 一方の面（上面）
３０ｂ 他方の面（底面）
３０ｈ 貫通孔（スルーホール）
３１ 配線が形成される領域

Claims (1)

1. バスバーに電気的に接続される発熱素子の放熱構造において、
   前記バスバーは、電気抵抗の低い材質からなる第１の部材と、電気抵抗の高い材質からなる第２の部材とを隣接して配置することによって構成される、発熱素子の放熱構造。

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