JP2019009341A - Heat dissipating unit of heat generating element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板に接続された発熱素子の放熱ユニットに関する。 The present invention relates to a heat dissipating unit for a heating element connected to a circuit board.
例えば、ジャンクションボックス(電気接続箱)のように、発熱する素子を接続した基板を筐体に収容して取付対象に固定する際に、基板を金属製の取付用ブラケットに当接させて、基板を介して取付用ブラケットの当接面とは反対側の面から発熱素子の熱を放熱する構造が、従来から知られている(例えば、特許文献1)。 For example, when a board to which a heat generating element is connected, such as a junction box (electrical connection box), is housed in a housing and fixed to a mounting target, the board is brought into contact with a metal mounting bracket, A structure for radiating the heat of the heating element from the surface opposite to the abutting surface of the mounting bracket via a pin is conventionally known (for example, Patent Document 1).
上述した従来の提案に係る放熱構造では、発熱素子から取付用ブラケットへの放熱経路に基板が介在することから、基板がネックとなって放熱性が下がらないようにする工夫が必要となる。特に、例えば半導体パワーデバイス等の半導体素子を正常な動作の確保のために冷却する場合には、その必要性が顕著となる。 In the heat dissipation structure according to the above-described conventional proposal, since the substrate is interposed in the heat dissipation path from the heat generating element to the mounting bracket, it is necessary to devise measures to prevent the heat dissipation from being reduced due to the substrate becoming a neck. In particular, when a semiconductor element such as a semiconductor power device is cooled to ensure normal operation, the necessity becomes remarkable.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、発熱素子が接続された回路基板をブラケットにより取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, and the objective of this invention is to improve the thermal radiation efficiency at the time of attaching the circuit board to which the heat generating element was connected to the attachment object with the bracket.
上記目的を達成するため、本発明の第1の態様による発熱素子の放熱ユニットは、
通電により発熱する発熱素子が接続された回路基板と、
前記回路基板が取り付けられ、かつ、該回路基板の前記発熱素子の素子本体が直接固定された金属製のブラケットと、
を備える。
In order to achieve the above object, the heat dissipating unit of the heat generating element according to the first aspect of the present invention comprises:
A circuit board to which a heating element that generates heat when energized is connected;
A metal bracket to which the circuit board is attached and an element body of the heating element of the circuit board is directly fixed;
Is provided.
また、本発明の第2の態様による発熱素子の放熱ユニットの製造方法は、
本発明の第1の態様による発熱素子の放熱ユニットにおいて、
前記ブラケットは、前記回路基板と平行に配置された基部を有し、
前記発熱素子は端子を有し、
前記端子は、前記基部に対向する前記回路基板の対向面と半田付けにより接合されていて、
前記基部を介して前記対向面における前記端子の接合箇所を露出させる開口が前記基部に形成されている場合に、
通電により発熱する発熱素子の素子本体を金属製のブラケットの基部に固定する素子固定工程と、
前記基部に前記素子本体が固定された前記ブラケットに、前記発熱素子を接続する回路基板を取り付けて、前記回路基板の前記基部に形成された開口に臨む箇所に前記発熱素子の端子を挿通する基板取付工程と、
前記回路基板の前記箇所に挿通された前記端子に前記開口を通じて溶融半田を付着させるフロー半田付け工程と、
を含む製造方法で製造する、というものである。
Moreover, the manufacturing method of the heat dissipation unit of the heat generating element according to the second aspect of the present invention is as follows:
In the heat dissipation unit of the heat generating element according to the first aspect of the present invention,
The bracket has a base disposed in parallel with the circuit board,
The heating element has a terminal;
The terminal is joined to the facing surface of the circuit board facing the base by soldering,
In the case where an opening that exposes the joint portion of the terminal on the facing surface through the base is formed in the base,
An element fixing step of fixing the element body of the heating element that generates heat by energization to the base of the metal bracket;
A circuit board for connecting the heat generating element to the bracket having the element body fixed to the base, and a terminal through which the terminal of the heat generating element is inserted at a position facing the opening formed in the base of the circuit board Installation process;
A flow soldering step of attaching molten solder through the opening to the terminal inserted through the portion of the circuit board;
Is manufactured by a manufacturing method including
本発明によれば、発熱素子が接続された回路基板をブラケットにより取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal radiation efficiency at the time of attaching the circuit board to which the heat generating element was connected to the attachment object by the bracket can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットについて、図1乃至図3を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the heat radiating unit of the heat generating element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1は本発明の第1実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットを示す断面図である。図1に示す本実施形態の放熱ユニットは、ブラケット1と、ブラケット1に取り付けられた回路基板3と、回路基板3に接続された回路素子5,7,9とを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heat dissipating unit of a heat generating element according to the first embodiment of the present invention. The heat dissipation unit of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a bracket 1, a
ブラケット1は、回路基板3を取付対象(図示せず)に取り付けるための金属製の金具であり、回路基板3が取り付けられる基部11と、基部11の基板取付面13の一端から立設されて不図示の取付対象に取り付けられる取付部15とを有している。
The bracket 1 is a metal fitting for attaching the
基部11の基板取付面13は、回路基板3を取付可能な大きさの矩形を呈しており、基板取付面13の四隅には取付用ボス17がそれぞれ立設されている(断面図である図1では、取付用ボス17を2つだけ図示している)。
The
基部11の四隅の取付用ボス17の内側の箇所には、基板取付面13から反対側の露出面19にかけて基部11を貫通する貫通孔21(請求項中の開口に相当)が形成されている。
Through holes 21 (corresponding to openings in the claims) penetrating the
回路基板3は、セラミックやエポキシ樹脂等の絶縁部材で矩形状に形成されている。回路基板3の四隅は、表面31から裏面33(請求項中の対向面に相当)に向けて挿通された取付用ねじ23によって、ブラケット1の基部11の取付用ボス17に取り付けられている。基部11に取り付けられた回路基板3の裏面33は、取付用ボス17の高さだけ基板取付面13から離間して基部11と平行に配置される。
The
回路素子5は、回路基板3の表面31に接続されており、回路素子7,9は、回路基板3の裏面33に接続されている。
The
このうち、回路基板3の裏面33に接続されている回路素子9(請求項中の発熱素子に相当)は、チップ91(請求項中の素子本体に相当)が通電により高熱を発するIGBTやMOSFET等のパワー半導体スイッチング素子である。
Among these, the circuit element 9 (corresponding to the heating element in the claims) connected to the
この回路素子9は、回路素子5,7よりも長尺の端子93を有している。この端子93の先端は、回路基板3の裏面33のうち、ブラケット1の基部11の貫通孔21を通じて基部11の露出面19側に露出する露出領域E(請求項中の対向面における開口により基部を介して露出される領域に相当)に開口する端子孔35(請求項中の接合箇所、回路基板の基部に形成された開口に臨む箇所に相当)に挿通されている。そして、回路素子9の端子93は、回路基板3の裏面33の導電パターン(図示せず)に半田付けSにより接合されている。
The
なお、回路基板3の裏面33の露出領域Eには、裏面33に接続された他の回路素子7は一切配置されていない。
It should be noted that no
また、回路素子9のチップ91は、回路素子9と一緒に回路基板3の裏面33に接続された他の回路素子7よりも、回路基板3から離間した箇所に配置されている。そして、チップ91は、ブラケット1の基部11の貫通孔21を通って基部11の露出面19側に突出した端子93のL字型の折曲部95を経た先に、露出面19に当接するように配置され、固定ねじ25によって基部11に固定されている。
Further, the
このように、本実施形態の放熱ユニットによれば、通電により発熱する回路素子9のチップ91を回路基板3の接続面である裏面33から離間させて、金属製のブラケット1の基部11の回路基板3が取り付けられた基板取付面13とは反対側の露出面19に固定する構成とした。
Thus, according to the heat dissipation unit of the present embodiment, the
このため、金属製のブラケット1の基部11を放熱部材として利用することができる。しかも、回路基板3が取り付けられる基部11の基板取付面13よりも反対側の露出面19の方が、周辺雰囲気への露出面積が大きく、かつ、雰囲気の対流が起こりやすい平坦な構造であることから、露出面19に回路素子9の発熱源であるチップ91を固定することで、チップ91の発熱をブラケット1の基部11から効率よく放熱させることができる。
For this reason, the
また、高電圧の電力が通電されるパワー半導体スイッチング素子である回路素子9の端子93と、金属製のブラケット1の基部11との間に、貫通孔21によって大きい絶縁距離を確保することができる。このため、貫通孔21の径を調整することで、回路素子9とブラケット1の基部11との間で放電等によるデッドショートが起きにくい構成を、容易に実現することができる。
In addition, a large insulation distance can be secured by the
さらに、回路素子9の端子93を半田付けSにより回路基板3の裏面33の導電パターンに接合する箇所(回路基板3の端子孔35の箇所)が、ブラケット1の基部11の貫通孔21を通じて基部11の露出面19側に露出する露出領域Eに配置されるので、端子93の半田付けSの作業を、例えばフロー炉(図示せず)内での、端子孔35に先端が挿入された端子93に対する溶融半田の付着により、インライン上で行うことができる。
Further, a location where the
このとき、フロー炉においては、ブラケット1の基部11の露出面19側から溶融半田の吹き付けを行う。その際に、基部11の貫通孔21がマスクとなって、溶融半田が、回路基板3の裏面33のうち、基部11の貫通孔21を通じて露出面19側に露出する露出領域Eの範囲内に限定して吹き付けられる。
At this time, in the flow furnace, the molten solder is sprayed from the exposed
一方、回路素子9と共に回路基板3の裏面33に接続された回路素子7(請求項中の回路基板に接続された発熱素子を除く回路素子に相当)は、裏面33の露出領域Eには一切配置されていない。
On the other hand, the
このため、フロー炉内で吹き付けにより溶融半田を、端子孔35に先端が挿入された端子93に付着させる際に、裏面33に接続された他の回路素子7に溶融半田が付着することはない。
For this reason, when the molten solder is attached to the
したがって、溶融半田の付着により回路素子7に不具合を生じさせるのを回避するために、フロー炉を用いたインラインでの半田付け作業を断念して手作業による半田付け作業を行う必要もない。
Therefore, it is not necessary to abandon the in-line soldering work using the flow furnace and perform the manual soldering work in order to avoid causing trouble in the
よって、本実施形態の放熱ユニットのような構成を採用することで、高い生産性を維持しつつ、回路素子9が接続された回路基板3をブラケット1により取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることができる。
Therefore, by adopting the configuration of the heat dissipation unit of the present embodiment, the heat dissipation efficiency when the
さらに、端子孔35に先端が挿入された端子93のフロー炉による半田付け作業を、回路素子5,7の半田付けを終えた回路基板3をブラケット1の基部11によって下から支持した状態で行うので、回路基板3をフロー炉に安定した状態で配置することができ、フロー炉における回路素子9の端子93の半田付け作業を精度良く行うことができる。
Further, the soldering operation of the terminal 93 whose tip is inserted into the
次に、本実施形態の放熱ユニットの製造方法について、図2及び図3を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of the thermal radiation unit of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3.
図2は放熱ユニットの製造手順を示すフローチャートである。図1に示す本実施形態の放熱ユニットは、図2に示す素子固定工程(ステップS1)、基板取付工程(ステップS3)及びフロー半田付け工程(ステップS5)を含んだ製造手順によって製造することができる。 FIG. 2 is a flowchart showing the manufacturing procedure of the heat dissipation unit. The heat dissipation unit of the present embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured by a manufacturing procedure including the element fixing step (step S1), the board mounting step (step S3) and the flow soldering step (step S5) shown in FIG. it can.
このうち、ステップS1の素子固定工程では、図3(a)の断面図に示すように、回路素子9の折曲部95からL字型に折り曲げた端子93の先端側を、ブラケット1の基部11の貫通孔21に露出面19側から挿入し、回路素子9のチップ91を露出面19に当接させて、貫通孔21に挿入した端子93を貫通孔21の中心に位置させる。そして、固定ねじ25によってチップ91を基部11に固定する。
Among these, in the element fixing step of step S1, as shown in the sectional view of FIG. 3A, the distal end side of the terminal 93 bent from the
次に、ステップS3の基板取付工程では、図3(b)の断面図に示すように、回路素子5,7を表面31及び裏面33に接続して半田付けを済ませた回路基板3の端子孔35に、回路素子9の端子93を裏面33側から挿入させつつ、回路基板3の裏面33の四隅をブラケット1の基部11の四隅の取付用ボス17にそれぞれ載置して、取付ねじ23により回路基板3の四隅を取付用ボス17に取り付ける。
Next, in the board mounting step of step S3, as shown in the sectional view of FIG. 3B, the terminal holes of the
この状態で、回路基板3の裏面33のうち、ブラケット1の基部11の貫通孔21を通じて基部11の露出面19側に露出する露出領域Eには、端子孔35が存在するのみで、裏面33に接続された回路素子7は、露出領域Eに一切配置されていない。
In this state, of the
続いて、ステップS5のフロー半田付け工程では、図3(c)の断面図に示すように、基板取付工程後のブラケット1を不図示のフロー炉に投入し、基部11の貫通孔21が通過するタイミングに合わせて露出面19側から溶融半田を吹き付けさせる。
Subsequently, in the flow soldering process of step S5, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3C, the bracket 1 after the board mounting process is put into a flow furnace (not shown), and the through
このとき、吹き付けた溶融半田が仮に基部11の貫通孔21を外れても、貫通孔21の周縁の露出面19に溶融半田が付着するだけで、回路基板3の裏面33の露出領域Eを外れた周辺の領域に接続された回路素子7に溶融半田が付着することはない。
At this time, even if the sprayed molten solder is removed from the through
そして、裏面33の露出領域Eに吹き付けられた溶融半田は、端子孔35に先端が挿入された回路素子9の端子93に付着し、冷却により固化する。これにより、裏面33の不図示の導電パターンに端子93が接合されて、図1に示す放熱ユニットが完成する。
The molten solder sprayed onto the exposed region E of the
なお、上述した実施形態では、通電により発熱する回路素子9のチップ91をブラケット1の基部11の露出面19に固定したが、図4の断面図に示す第2実施形態の放熱ユニットのように、回路素子9のチップ91をブラケット1の基部11の基板取付面13に固定してもよい。
In the above-described embodiment, the
その場合は、チップ91と回路基板3の裏面33との間隔を確保するために、基部11の取付用ボス17の高さを増やす。これにより、放熱ユニットとしての大きさは第1実施形態よりも増えるが、回路素子9のチップ91を回路基板3や回路基板3に接続された他の回路素子5,7と共に、基部11の基板取付面13側に配置して、電気的なストレスや物理的な外力等から回路素子9のチップ91を保護しやすい構造とすることができる。
In that case, the height of the mounting
一方、第1実施形態の放熱ユニットでは、チップ91をブラケット1の基部11の露出面19に固定することで、基部11の肉厚分だけ回路基板3を基部11に近付けて配置することができ、放熱ユニットとしての大きさをコンパクト化することができる。
On the other hand, in the heat dissipation unit of the first embodiment, by fixing the
なお、第1及び第2実施形態の放熱ユニットにおいて、ブラケット1の基部11の基板取付面13側には、必要に応じて、四隅の取付用ボス17やこれに取り付けられた回路基板3、及び、回路基板3の表面31や裏面33に接続された回路素子5,7を覆うカバー(図示せず)を取り付けることができる。
In the heat radiating units of the first and second embodiments, on the
また、本発明は、ブラケットに取り付けられた回路基板に通電により発熱する発熱素子が接続されている場合の放熱ユニットに広く適用可能である。 Further, the present invention can be widely applied to a heat radiating unit in the case where a heating element that generates heat by energization is connected to a circuit board attached to a bracket.
本発明は、ブラケットに取り付けられた回路基板の通電により発熱する発熱素子の放熱ユニットにおいて利用することができる。 The present invention can be used in a heat radiating unit of a heat generating element that generates heat by energization of a circuit board attached to a bracket.
1 ブラケット
3 回路基板
5 回路素子
7 回路素子(回路基板に接続された発熱素子を除く回路素子)
9 回路素子(発熱素子)
11 基部
13 基板取付面
15 取付部
17 取付用ボス
19 露出面
21 貫通孔(開口)
31 表面
33 裏面(対向面)
35 端子孔(接合箇所、回路基板の基部に形成された開口に臨む箇所)
91 チップ(素子本体)
93 端子
95 折曲部
E 露出領域(対向面における開口により基部を介して露出される領域)
S 半田付け
1
9 Circuit elements (heating elements)
DESCRIPTION OF
31
35 Terminal hole (joint location, location facing the opening formed in the base of the circuit board)
91 chip (element body)
93
S soldering
Claims (5)
前記回路基板(3)が取り付けられ、かつ、該回路基板(3)の前記発熱素子(9)の素子本体(91)が直接固定された金属製のブラケット(1)と、
を備える発熱素子(9)の放熱ユニット。 A circuit board (3) to which a heating element (9) that generates heat when energized is connected;
A metal bracket (1) to which the circuit board (3) is attached and the element body (91) of the heating element (9) of the circuit board (3) is directly fixed;
A heat dissipating unit for the heat generating element (9).
前記発熱素子(9)は端子(93)を有し、
前記端子(93)は、前記基部(11)に対向する前記回路基板(3)の対向面(33)と半田付け(S)により接合されている請求項1記載の発熱素子(9)の放熱ユニット。 The bracket (1) has a base (11) arranged in parallel with the circuit board (3),
The heating element (9) has a terminal (93),
The heat dissipation of the heating element (9) according to claim 1, wherein the terminal (93) is joined to the facing surface (33) of the circuit board (3) facing the base portion (11) by soldering (S). unit.
通電により発熱する発熱素子(9)の素子本体(91)を金属製のブラケット(1)の基部(11)に固定する素子固定工程(S1)と、
前記基部(11)に前記素子本体(91)が固定された前記ブラケット(1)に、前記発熱素子(9)を接続する回路基板(3)を取り付けて、前記回路基板(3)の前記基部(11)に形成された開口(21)に臨む箇所(35)に前記発熱素子(9)の端子(93)を挿通する基板取付工程(S3)と、
前記回路基板(3)の前記箇所(35)に挿通された前記端子(93)に前記開口(21)を通じて溶融半田を付着させるフロー半田付け工程(S5)と、
を含む発熱素子(9)の放熱ユニットの製造方法。 A method for manufacturing a heat dissipation unit of a heating element (9) according to claim 3 or 4,
An element fixing step (S1) for fixing the element body (91) of the heating element (9) that generates heat by energization to the base (11) of the metal bracket (1);
A circuit board (3) for connecting the heating element (9) is attached to the bracket (1) having the element body (91) fixed to the base (11), and the base of the circuit board (3) is attached. A board mounting step (S3) for inserting the terminal (93) of the heating element (9) into the location (35) facing the opening (21) formed in (11);
A flow soldering step (S5) in which molten solder is attached to the terminal (93) inserted through the portion (35) of the circuit board (3) through the opening (21);
A method for manufacturing a heat radiating unit of a heating element (9) including:
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JP7450526B2 (en) | 2020-12-17 | 2024-03-15 | 日立建機株式会社 | work vehicle |
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