JP2020077820A - 放熱部材及び電気接続箱 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成にて半導体素子が発する熱を速やかに放熱できる放熱部材及び電気接続箱を提供する。【解決手段】半導体素子１３が実装された実装面を有する基板部３１から、前記実装面と対向する対向板部２２３を介して熱を取得して放熱する支持部材２０において、対向板部２２３にて、半導体素子１３に対応する位置に形成された窪み部２４を備え、窪み部２４は対向板部２２３の他部分より肉厚が厚い。【選択図】図７

Description

本発明は、基板の熱を放熱する放熱部材及び電気接続箱に関する。
従来、比較的大きな電流を導通させるための回路を構成する導電部材（バスバー等とも称される）が実装された基板が一般的に知られている。
一方、特許文献１には、筐体内に設けられた電気部品から発生した熱を筐体の外部に速やかに排出させ、筐体内に外気を取り込んで電気部品を冷却するため、斯かる筐体に孔を形成した電子装置が開示されている。
特開２０１８−０６３９８２号公報
上述したような回路構造体においては、大きな電流が半導体素子のような電子部品に流れることから、斯かる電子部品及び導電部材において大量の熱を発する。このように発生した熱は前記電子部品の誤動作の原因になるうえに、周囲の電子部品等が二次的熱的弊害を被る恐れもある。
特許文献１の電子装置においては、このような問題に対応するため、筐体に孔を形成しているものの、筐体に孔を形成したため、外部から筐体内に埃、水等が入り込む虞が生じる。特許文献１の電子装置においてはこれを防ぐためにフィルタを別途設けており、その結果、複雑な構成になるうえに、製造コストが高まるという問題がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にて半導体素子が発する熱を速やかに放熱できる放熱部材及び電気接続箱を提供することにある。
本開示の一態様に係る放熱部材は、半導体素子が実装された実装面を有する基板部から、前記実装面と対向する対向板部を介して熱を取得して放熱する放熱部材において、前記対向板部にて、前記半導体素子に対応する位置に形成された窪み部を備え、前記窪み部は前記対向板部の他部分より肉厚が厚い。
本開示の一態様に係る電気接続箱は、上述の放熱部材と、前記基板部を収容する収容部と、前記基板部と前記放熱部材の前記対向板部との間に介在する熱伝導材とを備える。
本開示の一態様によれば、簡単な構成にて半導体素子が発する熱を速やかに放熱できる
できる。
本実施形態に係る電気装置の斜視図である。 本実施形態に係る電気装置の概略的正面図である。 本実施形態に係る電気装置の概略的側面図である。 本実施形態に係る電気装置の概略的底面図である。 本実施形態に係る電気装置の分解図である。 本実施形態に係る電気装置の基板収容部の概略的底面図である。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線による縦断面図である。 本実施形態に係る電気装置において、窪み部とＦＥＴとの関係を示す部分的縦断面図である。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
（１）本開示の一態様に係る放熱部材は、半導体素子が実装された実装面を有する基板部から、前記実装面と対向する対向板部を介して熱を取得して放熱する放熱部材において、前記対向板部にて、前記半導体素子に対応する位置に形成された窪み部を備え、前記窪み部は前記対向板部の他部分より肉厚が厚い。
本態様にあっては、前記半導体素子に対応する位置に前記窪み部が形成されている。前記窪み部が前記半導体素子を覆い、前記対向板部の他部分より肉厚が厚い。
即ち、前記半導体素子に近い前記窪み部の肉厚が厚いので熱容量が大きく、前記半導体素子に熱が発生した場合、多量の熱を前記半導体素子から取得でき、放熱効果を高めることができる。
（２）本開示の一態様に係る放熱部材は、前記窪み部は、底部を除く壁部が前記対向板部の他部分より肉厚が厚い。
本態様にあっては、前記窪み部において底部を除く壁部の肉厚が厚い。従って、前記半導体素子から発せられる熱を多く取得して放熱効果を高めると共に、放熱部材の重量増加を抑制することができる。
（３）本開示の一態様に係る放熱部材は、前記窪み部は、底部を除く壁部のうち、前記窪み部の長寸方向に沿って延びる長壁部が前記対向板部の他部分より肉厚が厚い。
本態様にあっては、前記窪み部において底部を除く壁部のうち、前記長壁部の肉厚が厚い。即ち、前記壁部のうち、最も割合の多い長壁部のみが厚い。従って、前記半導体素子から発せられる熱を多く、かつ効果的に取得して放熱効果を高めると共に、放熱部材自体の重量増加を更に抑制することができる。
（４）本開示の一態様に係る放熱部材は、前記長壁部の外側面と面一をなし、前記長壁部の端部から連設された放熱フィンを備える。
本態様にあっては、前記長壁部及び前記放熱フィンが一方向にて連設されている。従って、前記長壁部が取得した前記半導体素子からの熱が素早く、かつ最短距離にて前記放熱フィンに伝達される。
（５）本開示の一態様に係る電気接続箱は、上述した何れか一つに記載の放熱部材と、前記基板部を収容する収容部と、前記基板部と前記放熱部材の前記対向板部との間に介在する熱伝導材とを備える。
本態様にあっては、前記基板部と前記放熱部材の前記対向板部との間に前記熱伝導材が介在する。前記半導体素子が発する熱は前記基板部に熱伝導され、前記熱伝導材を介して素早く前記対向板部に伝導される。以降、斯かる熱は前記窪み部を介して前記放熱フィンから外気に放熱される。
[本発明の実施形態の詳細]
本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本開示の実施形態に係る放熱部材及び電気接続箱を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下においては、本実施形態に係る放熱部材を備えた電気装置（電気接続箱）を例に挙げて説明する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る電気装置１の斜視図である。電気装置１は、基板収容部１０と、基板収容部１０を支持する支持部材２０（放熱部材）とを備える。
電気装置１は、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間の電力供給経路に配される電気接続箱である。電気装置１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータなどの電子部品として用いられる。
本実施形態では、便宜上、図１に示す前後、左右、上下の各方向により、電気装置１の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を定義する。以下では、このように定義される前後、左右、上下の各方向を用いて、電気装置１の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る電気装置１の概略的正面図であり、図３は、本実施形態に係る電気装置１の概略的側面図であり、図４は、本実施形態に係る電気装置１の概略的底面図であり、図５は、本実施形態に係る電気装置１の分解図である。
基板収容部１０は、電力回路を構成する基板部３１、及び基板部３１に実装される電子部品を備える。斯かる電子部品は、電気装置１の用途に応じて適宜実装され、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチング素子、抵抗、コイル、コンデンサ等を含む。
支持部材２０は、上側の周縁部２１１にて基板収容部１０を支持する基部２１と、周縁部２１１とは反対側の下面２１２に設けられた放熱部２２とを備える。支持部材２０が備える基部２１及び放熱部２２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いたダイキャストにより一体的に成形される。
図６は、本実施形態に係る電気装置１の基板収容部１０の概略的底面図である。即ち、図６は基板収容部１０を下から見た図である。
基板収容部１０は電力回路３０を備える。電力回路３０は、バスバー１１１〜１１３を含む基板部３１と、基板部３１の下側の実装面３１１に実装された半導体スイッチング素子１３（半導体素子）とを少なくとも備える。
半導体スイッチング素子１３は、例えばＦＥＴ（より具体的には面実装タイプのパワーＭＯＳＦＥＴ）であり、バスバー１１１〜１１３の下面側に実装されている。バスバー１１１〜１１３の下面側には半導体スイッチング素子１３（以下、ＦＥＴ１３と称する）の他に、ツェナーダイオード等の電子部品が実装されてもよい。
ＦＥＴ１３は、例えば、素子本体の下面（実装面３１１と対向する面）にドレイン端子１３１を備えている。ドレイン端子１３１は素子本体の一側面側にはみ出ている。また、ＦＥＴ１３は前記一側面と対向する他側面にソース端子１３２及びゲート端子１３３を備える。
ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１はバスバー１１１に半田接続されている。以下、バスバー１１１をドレインバスバー１１１と称する。また、ＦＥＴ１３のソース端子１３２はバスバー１１２に半田接続されている。以下、バスバー１１２をソースバスバー１１２と称する。ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性板部材である。
一方、ＦＥＴ１３のゲート端子１３３は、バスバー１１３に半田接続されている。以下、バスバー１１３をゲートバスバー１１３と称する。ゲートバスバー１１３は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性部材である。
ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の夫々の間には絶縁性樹脂材の樹脂部１１４が介在しており、ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３は、樹脂部１１４と共に一体化されて基板部３１を構成している。
基板部３１は下側の実装面３１１に複数のＦＥＴ１３が実装されている。即ち、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の下側面と、ゲートバスバー１１３の一部とが面一をなして基板部３１の実装面３１１を構成している。複数のＦＥＴ１３は、基板部３１の長寸方向（左右方向）に沿って実装面３１１に一列に並設されている。
樹脂部１１４は、例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を用いたインサート成形により製造される。樹脂部１１４は、ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３と係合することによって、これらを一体化しており、これによって基板部３１が構成されている。また、樹脂部１１４はその一部がドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３夫々の間に配されることによって、バスバー同士を絶縁する。
支持部材２０において、基部２１は、適宜の厚みを有する矩形状の平板部材である。基部２１の周縁部２１１には基板収容部１０を固定するためのネジ孔が形成されている。例えば、基板収容部１０は、ネジ止めによって支持部材２０（基部２１）に固定される。
基部２１においては、周縁部２１１より内側であって、上下方向にて基板部３１の実装面３１１と対向する位置に対向板部２２３が形成されている。対向板部２２３は基板部３１の実装面３１１に倣う形状を有しており、実装面３１１と対向する上側面が扁平である。
対向板部２２３の内側には、窪み部２４が下方向に向けて凹設されている。窪み部２４は、上下方向において前記一列の複数のＦＥＴ１３と対応する位置に設けられている。即ち、対向板部２２３において、並設された複数のＦＥＴ１３の列に対応する範囲が凹設されて窪み部２４をなしている。これによって、対向板部２２３の下側面は、窪み部２４に相当する部分が下方向に突出している。
窪み部２４は基板部３１の長寸方向がその長寸方向となるようにして、上下方向視略矩形をなすように設けられている。窪み部２４は、底部２４３と、底部２４３を除く壁部２４１とを有する。壁部２４１は対向板部２２３と交差する方向に立ち上がっている。
基板収容部１０が支持部材２０に固定された状態において、全てのＦＥＴ１３は窪み部２４の内側に収容される。換言すれば、窪み部２４は全てのＦＥＴ１３を覆う（図７参照）。
対向板部２２３と基板部３１との間には第１熱伝導材１４が介在している。第１熱伝導材１４は、例えば、熱伝導性の優れたグリース、伝熱シート等である。第１熱伝導材１４は、対向板部２２３において、窪み部２４以外の他部分に配置され、対向板部２２３は第１熱伝導材１４を介して基板部３１の実装面３１１と接触している。即ち、第１熱伝導材１４は基板部３１においてＦＥＴ１３の実装面３１１と、対向板部２２３との両方に接している。ＦＥＴ１３から熱が発せられた場合、斯かる熱は基板部３１（実装面３１１）に熱伝導され、第１熱伝導材１４を介して対向板部２２３に伝達される。従って、第１熱伝導材１４はＦＥＴ１３が発する熱を容易、かつ素早く基部２１（対向板部２２３）に伝達できる。
基部２１の下側には放熱部２２が設けられている。放熱部２２は、基部２１の下面２１２から下方に向けて突出した複数の放熱フィン２２１を備え、基板収容部１０（例えば、ＦＥＴ１３）から発せられる熱を取得して外気へ放熱する。即ち、第１熱伝導材１４を介して対向板部２２３（基板部３１）に伝達されたＦＥＴ１３の熱が放熱フィン２２１を介して空冷される。
各放熱フィン２２１は、左右方向、即ち、窪み部２４の長寸方向に沿って延びるように設けられている。また、複数の放熱フィン２２１は前後方向に間隔を隔てて並設されている。なお、窪み部２４の外側にも放熱フィン２２１が設けられている。
即ち、上述したように、窪み部２４が下方向に凹設されたことにより、対向板部２２３の下側面には突出部が形成されている。斯かる突出部において突出先の突出端面２４２、即ち、窪み部２４の底部２４３の外側面は扁平であり、突出端面２４２にも他の部分と同様に放熱フィン２２１が設けられている。
基部２１、対向板部２２３（窪み部２４）及び放熱フィン２２１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いたダイキャストにより一体成形される。
放熱部２２において、空気は、放熱フィン２２１同士の間を、放熱フィン２２１に沿って流れる。一方、放熱フィン２２１の延び方向（以下、長寸方向）と窪み部２４の壁部２４１とが交差するように壁部２４１が設けられた場合、放熱フィン２２１に沿って放熱フィン２２１の長寸方向に流れる空気を壁部２４１が遮ることになるので、放熱部２２において空気の流れが悪くなり放熱部２２の放熱性を低下させる。
これに対して、本実施形態に係る電気装置１は、窪み部２４が上下方向視矩形をなしているので、窪み部２４の長寸方向と放熱フィン２２１の長寸方向とが一致している。即ち、本実施形態に係る電気装置１では、壁部２４１のうち、窪み部２４の長寸方向に延びる長壁部２４１Ａと、各放熱フィン２２１の長寸方向とが一致するように複数の放熱フィン２２１が並設されており、窪み部２４の壁部２４１が放熱フィン２２１の長寸方向と交差することを抑制する。従って、長壁部２４１Ａと放熱フィン２２１との間を空気が流れ、放熱フィン２２１に沿って流れる空気の流れが壁部２４１によって邪魔されず、放熱部２２の放熱性の低下を事前に防止できる（図４の破線参照）。
図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線による縦断面図である。
上述したように、対向板部２２３には、全てのＦＥＴ１３を覆う窪み部２４が形成されており、窪み部２４の底部２４３の突出端面２４２には放熱フィン２２１，２２１ａが設けられている。また、対向板部２２３において、窪み部２４以外の他部分は、第１熱伝導材１４を介して基板部３１の実装面３１１と接触している。
本実施形態に係る電気装置１においては、窪み部２４における壁部２４１のうち、少なくとも、窪み部２４の長寸方向に沿って延びる２つ長壁部２４１Ａの肉厚Ｌが、対向板部２２３の前記他部分の肉厚ｈより厚く設けられている。また、窪み部２４の長壁部２４１Ａの肉厚Ｌは、底部２４３の肉厚Ｈよりも厚い。
このように、窪み部２４の長壁部２４１Ａの肉厚Ｌが厚いことから、長壁部２４１Ａの基部、即ち、長壁部２４１Ａの上側端部も厚い。従って、対向板部２２３において基板部３１と接触する前記他部分を介した長壁部２４１Ａへの熱伝達が容易になる。かつ、長壁部２４１Ａが厚いので熱容量が多くなり、多量の熱を取得できる。即ち、長壁部２４１Ａは多量の熱を速やかに基板部３１から取得して、放熱フィン２２１，２２１ａに伝達できる。
以上においては、２つの長壁部２４１Ａの肉厚Ｌが対向板部２２３の前記他部分の肉厚Ｈ，ｈより厚い場合を例に説明したが、本実施形態に係る電気装置１はこれに限るものでない。長壁部２４１Ａに加え、他の壁部２４１の肉厚も対向板部２２３の他部分より厚くなるように構成しても良い。
また、本実施形態に係る電気装置１はこれに限るものではなく、長壁部２４１Ａに加え、窪み部２４の底部２４３の肉厚Ｈも対向板部２２３の他部分の肉厚ｈより厚くなるように構成しても良い。
本実施形態に係る電気装置１においては、窪み部２４における壁部２４１のうち、２つ長壁部２４１Ａのみの肉厚Ｌが対向板部２２３の他部分の肉厚Ｈ，ｈより厚く設けられている。従って、多量の熱を速やかに基板部３１から取得して放熱フィン２２１，２２１ａに伝達できるという効果と共に、電気装置１の軽量化を図ることができる。
また、本実施形態に係る電気装置１においては、窪み部２４外側の突出端面２４２に、長壁部２４１Ａと一体化された放熱フィン２２１ａが設けられている。より詳しくは、突出端面２４２であって、２つの長壁部２４１Ａの下方向に放熱フィン２２１ａが夫々設けられている。換言すれば、突出端面２４２の両端部であって、対向板部２２３と交差する方向にて２つの長壁部２４１Ａと整合する位置に放熱フィン２２１ａが夫々設けられている。放熱フィン２２１ａは、長壁部２４１Ａの下側端部から連設されている。
この際、放熱フィン２２１ａの一面２２２は、長壁部２４１Ａの外側面２４４と面一をなしている。
例えば、図７においては、２つの放熱フィン２２１ａのうち、図面視右側の放熱フィン２２１ａの図示右面２２２は、２つの長壁部２４１Ａのうち、図面視右側の長壁部２４１Ａの外側面２４４と面一をなしている。
このような構成を有することから、本実施形態に係る電気装置１においては、長壁部２４１Ａが基板部３１から取得した多量の熱が速やかに放熱フィン２２１ａに伝達される。
即ち、本実施形態に係る電気装置１においては、対向板部２２３と交差する方向に長壁部２４１Ａ及び放熱フィン２２１ａが直線上に連設されており、長壁部２４１Ａの外側面２４４と放熱フィン２２１ａの一面２２２が面一をなし、一体化されている。従って、長壁部２４１Ａの上側端部に伝導された熱は、最短距離にて放熱フィン２２１ａの先端まで伝導される。
以上においては、長壁部２４１Ａの肉厚Ｌが上下方向において一定である場合を例に説明したが、本実施形態に係る電気装置１はこれに限るものではない。長壁部２４１Ａの肉厚Ｌが上側端部から下側端部に向けて縮小するように構成しても良い。
この場合、基板部３１から長壁部２４１Ａへの熱伝達が容易になると共に、電気装置１の軽量化を図ることができる。
（実施形態２）
図８は、本実施形態に係る電気装置１において、窪み部２４とＦＥＴ１３との関係を示す部分的縦断面図である。
実施形態１と同様に、全てのＦＥＴ１３は窪み部２４によって覆われている。更に、本実施形態においては、各ＦＥＴ１３と窪み部２４の内側面との間に第２熱伝導材４０が介在している。第２熱伝導材４０は、例えば、熱伝導性の優れたグリース、伝熱シート等である。第２熱伝導材４０は、例えば、ＦＥＴ１３の下側面と、窪み部２４の内側面とに接し、ＦＥＴ１３から発せられる熱を窪み部２４に伝達する。
このように、本実施形態に係る電気装置１においては、ＦＥＴ１３が発熱した場合、斯かる熱が第２熱伝導材４０を介して素早く窪み部２４に伝導される。次いで、放熱フィン２２１、２２１ａは窪み部２４の壁部２４１及び底部２４３を介して熱を取得して空冷させる。従って、ＦＥＴ１３が発する熱をより効果的に放熱できる。
実施形態１と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 電気装置
１０ 基板収容部
１３ ＦＥＴ
１４ 第１熱伝導材
２０ 支持部材
２１ 基部
２２ 放熱部
２４ 窪み部
３０ 電力回路
３１ 基板部
４０ 第２熱伝導材
１１１〜１１３ バスバー
１３１ ドレイン端子
１３２ ソース端子
１３３ ゲート端子
２２１，２２１ａ 放熱フィン
２２２ 一面
２２３ 対向板部
２４１ 壁部
２４１Ａ 長壁部
２４２ 突出端面
２４３ 底部
２４４ 外側面
３１１ 実装面

Claims (5)

  1. 半導体素子が実装された実装面を有する基板部から、前記実装面と対向する対向板部を介して熱を取得して放熱する放熱部材において、
    前記対向板部にて、前記半導体素子に対応する位置に形成された窪み部を備え、
    前記窪み部は前記対向板部の他部分より肉厚が厚い放熱部材。
  2. 前記窪み部は、底部を除く壁部が前記対向板部の他部分より肉厚が厚い請求項１に記載の放熱部材。
  3. 前記窪み部は、底部を除く壁部のうち、前記窪み部の長寸方向に沿って延びる長壁部が前記対向板部の他部分より肉厚が厚い請求項１に記載の放熱部材。
  4. 前記長壁部の外側面と面一をなし、前記長壁部の端部から連設された放熱フィンを備える請求項３に記載の放熱部材。
  5. 請求項１から４の何れか一つに記載の放熱部材と、
    前記基板部を収容する収容部と、
    前記基板部と前記放熱部材の前記対向板部との間に介在する熱伝導材とを備える電気接続箱。




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