JP2018129351A - Fitting structure of heating member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱部材の放熱部材への取り付け構造に関する。 The present invention relates to a structure for attaching a heat generating member to a heat radiating member.
半導体等の発熱部材は、ヒートシンク等の放熱部材に取り付けて放熱する。ここで、放熱部材が十分な冷却能力を発揮するためには、発熱部材と放熱部材とを密接させる必要がある。しかし、発熱部材の放熱部材への取付面や、発熱部材が取り付けられる放熱部材の取付面は、平坦でない場合や表面粗さによる凹凸がある場合がある。 A heat generating member such as a semiconductor radiates heat by being attached to a heat radiating member such as a heat sink. Here, in order for the heat dissipating member to exhibit a sufficient cooling capacity, it is necessary to closely contact the heat generating member and the heat dissipating member. However, the mounting surface of the heat generating member to the heat radiating member and the mounting surface of the heat radiating member to which the heat generating member is mounted may not be flat or may have irregularities due to surface roughness.
例えば、この特許文献1では、発熱体であるLED(発光ダイオード)を実装した配線基板と放熱部材であるヒートシンクとの間に熱伝導性のある樹脂シートを介在させ、ねじで配線基板と樹脂シートとヒートシンクを一体的に締め付け固定している。これにより、樹脂シートは、ねじによる締め付けにより配線基板とヒートシンクとの間で圧縮され、配線基板のヒートシンクへの取付面や配線基板が取り付けられるヒートシンクの取付面の凹凸形状等に追従して変形する。 For example, in Patent Document 1, a resin sheet having thermal conductivity is interposed between a wiring board on which an LED (light emitting diode) as a heating element is mounted and a heat sink as a heat radiating member, and the wiring board and the resin sheet are screwed. And the heat sink are tightened and fixed together. Accordingly, the resin sheet is compressed between the wiring board and the heat sink by tightening with a screw, and deforms following the uneven shape of the mounting surface of the wiring board to the heat sink or the mounting surface of the heat sink to which the wiring board is attached. .
つまり、特許文献1では、樹脂シートを圧縮して変形させることで、配線基板とヒートシンクとの間を樹脂シートで隙間無く埋めることで、樹脂シートを介して配線基板とヒートシンクとを実質的に密接させている。 That is, in Patent Document 1, the resin sheet is compressed and deformed, and the space between the wiring board and the heat sink is filled with the resin sheet without a gap, so that the wiring board and the heat sink are substantially closely contacted via the resin sheet. I am letting.
しかしながら、樹脂シートを長時間に亙って過度に圧縮し続けると、徐々に塑性変形して弾性力を失うクリープ現象が発生する虞がある。そのため、特許文献1のような構成では、樹脂シートがクリープ現象により弾性力を失った際に、樹脂シートと配線基板との間や、樹脂シートとヒートシンクとの間に隙間が生じやすくなり、配線基板とヒートシンクとの間の熱伝導性が悪化する虞がある。 However, if the resin sheet continues to be compressed excessively for a long time, there is a possibility that a creep phenomenon occurs in which the resin sheet is gradually plastically deformed and loses its elastic force. Therefore, in the configuration as in Patent Document 1, when the resin sheet loses elastic force due to the creep phenomenon, a gap is easily generated between the resin sheet and the wiring board or between the resin sheet and the heat sink. There is a possibility that the thermal conductivity between the substrate and the heat sink may deteriorate.
本発明の発熱部材の取り付け構造は、発熱性のある発熱部材と、上記発熱部材が取り付けられる放熱部材と、上記発熱部材と上記放熱部材に挟み込まれる熱伝導シートと、上記発熱部材を上記放熱部材に固定するねじ部材と、上記ねじ部材が挿入される金属製のカラーと、を有し、上記カラーは、上記熱伝導シートの厚さよりも薄くなるよう設定され、上記ねじ部材が貫通する上記熱伝導シートの貫通穴の内周側に配置されることを特徴としている。 The heat generating member mounting structure of the present invention comprises a heat generating heat generating member, a heat radiating member to which the heat generating member is mounted, a heat conductive sheet sandwiched between the heat generating member and the heat radiating member, and the heat generating member as the heat radiating member. And a metal collar into which the screw member is inserted. The collar is set to be thinner than the thickness of the heat conductive sheet, and the heat penetrating through the screw member. The conductive sheet is arranged on the inner peripheral side of the through hole of the conductive sheet.
上記カラーは、円錐台形状を呈し、該カラーの相対的に大径となる底面の外径が上記貫通穴の直径と同一径となるように設定してもよい。 The collar may have a truncated cone shape, and may be set so that the outer diameter of the bottom surface of the collar having a relatively large diameter is the same as the diameter of the through hole.
また、上記底面の外径及び上記貫通穴の直径の寸法公差は、上記カラーの底面の外径の寸法が少なくとも上記貫通穴の直径の寸法以上となるように設定してもよい。 The dimensional tolerance of the outer diameter of the bottom surface and the diameter of the through hole may be set so that the outer diameter size of the bottom surface of the collar is at least equal to or larger than the diameter of the through hole.
本発明によれば、カラーによって熱伝導シートの過度の締め付けが抑制され、熱伝導シートにクリープ現象が生じることを抑制することができる。そのため、クリープ現象により熱伝導シートと発熱部材との間や、熱伝導シートと放熱部材との間に隙間が生じてしまうことが抑制される。つまり、発熱部材と放熱部材との間の熱伝導性が経時的に悪化してしまうことを抑制することができる。 According to the present invention, excessive tightening of the heat conductive sheet is suppressed by the collar, and a creep phenomenon can be suppressed from occurring in the heat conductive sheet. Therefore, it is suppressed that a gap is generated between the heat conductive sheet and the heat generating member or between the heat conductive sheet and the heat radiating member due to the creep phenomenon. That is, it can suppress that the heat conductivity between a heat generating member and a heat radiating member deteriorates with time.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1〜図3を用いて、本発明の第1実施例における発熱部材(後述する半導体デバイス2)の取り付け構造について説明する。
A mounting structure for a heat generating member (a
図1は、本発明の第1実施例が適用された電力変換装置1の平面図である。図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。図3は、本発明の第1実施例が適用された電力変換装置1の要部を拡大して模式的に示した説明図である。 FIG. 1 is a plan view of a power converter 1 to which a first embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an enlarged main part of the power conversion device 1 to which the first embodiment of the present invention is applied.
電力変換装置1は、箱形状の半導体デバイス2が熱伝導シート4を介してヒートシンク3にねじ部材としてのねじ5で固定されたものである。
In the power conversion apparatus 1, a box-
電力変換装置1は、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータや、交流電力を直流電力に変換するコンバータ等である。 The power converter 1 is, for example, an inverter that converts DC power into AC power, a converter that converts AC power into DC power, or the like.
半導体デバイス2は、発熱性を有する発熱部材であり、例えばIGBT素子(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やFET(電解効果トランジスタ)等の半導体スイッチング素子である。
The
半導体デバイス2は、図1〜図3に示すように、ねじ5が挿入されるねじ穴6が貫通形成されたねじ挿入部7を有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
半導体デバイス2は、図2、図3に示すように、ヒートシンク3に対向する底面8がヒートシンク3への取付面(ヒートシンク取付面)となっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ヒートシンク3は、複数の放熱フィン9を有する放熱部材であり、例えば、銅やアルミニウム等の金属材料からなっている。
The
ヒートシンク3は、図2、図3に示すように、半導体デバイス2の底面8と対向する上面10が半導体デバイス2を取り付ける半導体デバイス取付面となっている。放熱フィン9は、図2に示すように、上面10の反対側に突出形成されている。また、ヒートシンク3には、ねじ5が螺合するねじ固定穴11が形成されている。ねじ固定穴11の内周面には、ねじ5の雄ねじ部分と螺合する雌ねじが形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
熱伝導シート4は、例えば、熱伝導性及び弾性を有して圧縮可能な樹脂材料またはゴム材料からなるシート状あるいは薄板状の部材である。熱伝導シート4は、自然状態、換言すれば圧縮されていない初期状態における厚さが所定の厚さt1となるよう設定されている。熱伝導シート4は、図2、図3に示すように、半導体デバイス2とヒートシンク3に挟み込まれている。熱伝導シート4には、ねじ5が貫通する直径d1のシート貫通穴12が形成されている。熱伝導シート4は、半導体デバイス2の底面8の面積と略同じ大きさとなっている。
The heat
熱伝導シート4のシート貫通穴12の内周側には、図2、図3に示すように、円筒状のカラー13が配置されている。カラー13は、ねじ5が挿入されるものであって、例えば、鉄、ステンレス、真鍮、銅、アルミニウム等の金属材料からなっている。なお、カラー13は、上記以外の金属製とすることも可能である。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
カラー13は、熱伝導シート4よりも薄く、かつシート貫通穴12よりも小さくなるよう設定されている。カラー13は、厚さがt2、外径がd2となるよう設定されている。つまり、t1>t2、かつd1>d2、となるようにカラー13と熱伝導シート4及びシート貫通穴12との関係が設定されている。
The
図4及び図5は、上述した第1実施例における発熱部材(半導体デバイス2)の取り付け構造において、カラー13を省略した比較例を示している。図4は、図1のA−A線に沿った位置に相当する断面図である。図5は、図4の要部を拡大して模式的に示した説明図である。
4 and 5 show a comparative example in which the
例えば、図4、図5に示す比較例のような構成では、ねじ5の締め付けにより熱伝導シート4に過度の圧縮力が長時間作用すると、熱伝導シート4が徐々に塑性変形して弾性力を失うクリープ現象が発生する虞がある。
For example, in the configuration as in the comparative example shown in FIGS. 4 and 5, when an excessive compressive force acts on the heat
熱伝導シート4が弾性力を失うと、図4に示すように、半導体デバイス2とヒートシンク3との間に隙間が生じやすくなる。具体的には、半導体デバイス2の底面8と熱伝導シート4との間や、熱伝導シート4とヒートシンク3の上面10との間に隙間が生じやすくなる。図4の例では、半導体デバイス2の底面8と熱伝導シート4との間に隙間が生じている。このような隙間ができると、半導体デバイス2とヒートシンク3との間の熱伝導性が悪化し、半導体デバイス2の十分な冷却が行われず、過熱による半導体デバイスの故障要因になる虞がある。
When the heat
しかしながら、上述した第1実施例のように、シート貫通穴12の内周側にカラー13を配置することで、ねじ5により半導体デバイス2をヒートシンク3に取り付ける際に、熱伝導シート4の過度の圧縮が抑制される。つまり、ねじ5によりある程度締め付けられると、図2に示すように、カラー13によって半導体デバイス2がヒートシンク3に支持され、半導体デバイス2とヒートシンク3との隙間がカラー13の厚さt2以下とはならない。
However, when the
そのため、熱伝導シート4は、カラー13の厚さに応じて圧縮されるものの、カラー13の厚さt2を適正に設定すれば過度に圧縮されることはない。
Therefore, although the heat
つまり、カラー13の厚さt2と熱伝導シート4の厚さt1との比率を適正に設定すれば、熱伝導シート4が過度に圧縮されることなく、熱伝導シート4を半導体デバイス2の底面8及びヒートシンク3の上面10と密接させることができる。換言すれば、カラー13を用いることで、熱伝導シート4が徐々に塑性変形して弾性力を失うクリープ現象の発生を抑制できるとともに、熱伝導シート4で半導体デバイス2とヒートシンク3との間を長期間に亘って隙間無く埋めることが可能となる。
That is, if the ratio between the thickness t2 of the
従って、半導体デバイス2からヒートシンク3への熱伝導が経時的に悪化してしまうことを抑制することができる。
Accordingly, it is possible to suppress deterioration of heat conduction from the
また、半導体デバイス2の底面8やヒートシンク3の上面10の平坦度や表面粗さ等に依存することなく、半導体デバイス2からヒートシンク3に効率良く放熱することができる。
In addition, heat can be efficiently radiated from the
熱伝導シート4は、クリープ現象が抑制できれば、弾性力を失う経年劣化を抑制でき、半導体デバイス2及びヒートシンク3に対する密接状態を長期間保つことができる。
If the creep phenomenon can be suppressed, the heat
なお、熱伝導シート4にクリープ現象が発生することがなく、かつ熱伝導シート4を半導体デバイス2の底面8及びヒートシンク3の上面10に密接させるためには、例えば、熱伝導シート4の圧縮率を、80%を中央値とし70%〜90%の範囲とするのがよい。
In order to prevent creep phenomenon from occurring in the heat
第1実施例においては、熱伝導シート4の圧縮率が80%となるように、熱伝導シート4の厚さt1とカラー13の厚さt2の比が1:0.8となるよう設定している。
In the first embodiment, the ratio of the thickness t1 of the heat
次に、図6及び図7を用いて、本発明の第2実施例について説明する。なお、上述した第1実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図6は、図1のA−A線に沿った位置に相当する本発明の第2実施例が適用された電力変換装置21の断面図である。図7は、本発明の第2実施例が適用された電力変換装置21の要部を拡大して模式的に示した説明図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
第2実施例における発熱部材(半導体デバイス2)の取り付け構造は、上述した第1実施例と略同一構成となっているが、カラー22の形状及びカラー22の外径とシート貫通穴12の直径との寸法関係が異なっている。
The mounting structure of the heat generating member (semiconductor device 2) in the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment described above, but the shape of the
第2実施例におけるカラー22は、図6、図7に示すように、円錐台形状を呈し、熱伝導シート4のシート貫通穴12の内周側に配置されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
カラー22は、ねじ5が挿入されるものであって、上述したカラー13と同様に、例えば、鉄、ステンレス、真鍮、銅、アルミニウム等の金属材料からなっている。なお、カラー22は、上記以外の金属製とすることも可能である。
The
カラー22は、底面となる下底23がヒートシンク3側に位置している。
The
カラー22は、下底23の外径d3がシート貫通穴12の直径d1と等しくなるよう設定されている。換言すると、カラー22は、半導体デバイス2側の上底24よりも大径となる下底23の外径d3がシート貫通穴12の直径d1と同径となるよう設定されている。
The
また、カラー22は熱伝導シート4よりも薄くなるよう設定されている。すなわち、カラー22は、その厚さをt3とすれば、t1>t3となるよう設定されている。
The
つまり、第2実施例においては、t1>t3、かつd1=d3、となるようにカラー22と熱伝導シート4及びシート貫通穴12との関係が設定されている。
That is, in the second embodiment, the relationship between the
また、第2実施例においても、熱伝導シート4の圧縮率が80%となるように、熱伝導シート4の厚さt1とカラー22の厚さt3の比が1:0.8となるよう設定している。
Also in the second embodiment, the ratio of the thickness t1 of the heat
この第2実施例においては、熱伝導シート4が半導体デバイス2とヒートシンク3との間に挟み込まれ、ねじ5の締め付けにより圧縮されると、図6に示すように、カラー22の外周面がシート貫通穴12の内周面に密接する。
In this second embodiment, when the heat
このような第2実施例においても、上述した第1実施例と同様の作用効果を奏することができる。 Also in the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be achieved.
また、この第2実施例において、カラー22の下底23の外径d3及びシート貫通穴12の直径d1の寸法公差は、外径d3の寸法が少なくとも直径d1の寸法以上となるように設定されている。詳述すると、シート貫通穴12の直径d1の寸法公差は、例えば、上の寸法許容差が0mm、下の寸法許容差が−0.1mmとなっている。また、カラー22の下底23の外径d3の寸法公差は、例えば、上の寸法許容差が+0.1mm、下の寸法許容差が0mmとなっている。換言すると、カラー22は、下底23の外径d3の最大許容寸法が、シート貫通穴12の直径d1の最大許容寸法よりも大きくなり、下底23の外径d3の最小許容寸法がシート貫通穴12の直径d1の最小許容寸法よりも大きくなるよう設定されている。
Further, in this second embodiment, the dimensional tolerances of the outer diameter d3 of the lower bottom 23 of the
そのため、カラー22は、熱伝導シート4のシート貫通穴12に確実に密接し、摩擦力によりシート貫通穴12より脱落しにくくなっている。
For this reason, the
従って、このような第2実施例では、例えば、半導体デバイス2とヒートシンク3との取り付け面が鉛直方向に沿っているような場合であっても、半導体デバイス2の交換などの取り外しの際にカラー22が脱落してしまうことを抑制できる。換言すれば、ねじ5の軸方向が鉛直方向に対して直交しているような場合であっても、半導体デバイス2の交換などの取り外しの際にカラー22が脱落してしまうことを抑制できる。
Therefore, in the second embodiment, for example, even when the mounting surface of the
なお、上述した各実施例においては、熱伝導シート4の厚さt1とカラー13、22の厚さt2、t3の比を1:0.8に設定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱伝導シート4にクリープ現象が発生しない範囲内で適宜変更可能である。
In each of the above-described embodiments, the ratio of the thickness t1 of the heat
また、金属製のカラーの形状は、上述した第1、第2実施例の円筒及び円錐台に限定されるものではなく、例えば角形や角錐台とすることも可能である。 Further, the shape of the metal collar is not limited to the cylinder and the truncated cone of the first and second embodiments described above, and may be a square or a truncated pyramid, for example.
また、上述した第1実施例において、カラー13の外径を熱伝導シート4のシート貫通穴12の内径と等しくなるよう形成することも可能である。この場合、カラー13は、熱伝導シート4のシート貫通穴12に密接し、摩擦力によりシート貫通穴12より脱落しにくくなる。
In the first embodiment described above, the outer diameter of the
上述した各実施例においては、ねじ5により半導体デバイス2がヒートシンク3に固定されているが、ボルトにより半導体デバイス2をヒートシンク3に固定するようにしてもよい。つまり、ねじ部材としてボルトを用いることも可能である。
In each of the above-described embodiments, the
1…電力変換装置
2…半導体デバイス
3…ヒートシンク
4…熱伝導シート
5…ねじ
6…ねじ穴
7…ねじ挿入部
8…底面
9…放熱フィン
10…上面
11…ねじ固定穴
12…シート貫通穴
13…カラー
21…電力変換装置
22…カラー
23…下底
24…上底
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
上記発熱部材が取り付けられる放熱部材と、
上記発熱部材と上記放熱部材に挟み込まれる熱伝導シートと、
上記発熱部材を上記放熱部材に固定するねじ部材と、
上記ねじ部材が挿入される金属製のカラーと、を有し、
上記カラーは、上記熱伝導シートの厚さよりも薄くなるよう設定され、上記ねじ部材が貫通する上記熱伝導シートの貫通穴の内周側に配置されることを特徴とする発熱部材の取り付け構造。 A heat-generating member having a heat-generating property;
A heat dissipating member to which the heat generating member is attached;
A heat conductive sheet sandwiched between the heat generating member and the heat radiating member;
A screw member for fixing the heat generating member to the heat radiating member;
A metal collar into which the screw member is inserted,
The heating member mounting structure, wherein the collar is set to be thinner than the thickness of the heat conductive sheet, and is arranged on an inner peripheral side of a through hole of the heat conductive sheet through which the screw member passes.
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CN113748751A (en) * | 2019-05-07 | 2021-12-03 | 株式会社自动网络技术研究所 | Circuit structure |
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- 2017-02-07 JP JP2017019981A patent/JP2018129351A/en active Pending
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