JP3565152B2

JP3565152B2 - 放熱部材

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Publication number: JP3565152B2
Application number: JP2000291627A
Authority: JP
Inventors: 泰樹武田
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002100715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、対象物からの熱を外部に放出するための放熱部材、たとえば対象物としての電子部品を保持し、この電子部品とともに基板に支持される放熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品の駆動時に発生する熱を外部に放出して当該電子部品が熱により破壊してしまうことを抑制すべく、回路基板に実装された電子部品に対して、放熱部材を装着することが行われている。かかる場合に使用される放熱部材としては、図１０ないし図１２に示したようなものがある。
【０００３】
これらの図に示した放熱部材６は、基部６０から複数（たとえば４つ）の放熱フィン６１〜６４が前方側に突出して形成されたものである。この放熱部材６では、中央に位置する２つの放熱フィン６２，６３の間に、外部リード７０が放熱部材６の下方に突出するようにして電子部品７が保持される。各外部リード７０は、回路基板８に設けられた貫通孔８０に挿通された状態でハンダなどにより固定され、これにより電子部品７が回路基板８に実装される。
【０００４】
放熱部材６の基部６０には、端部に位置する放熱フィン６１（６４）と、これに隣り合う放熱フィン６２（６３）との間の領域に前方側に開放するとともに上下方向に延びる円柱状の孔６５（６６）が設けられている。かかる孔６５，６６には、一部が下方側に突出するようにしてピン６７，６８が保持される。孔６５，６６に対するピン６７，６８の保持は、ピン６７，６８の一部を孔６５，６６に挿入した状態において、所定の治具ないしは工具を用いてピン６７，６８とともに孔６５，６６をカシメることにより行われる。放熱部材６に保持されたピン６７，６８は、電子部品７を回路基板８に実装する際に回路基板８の貫通孔８１，８２に挿通され、これをハンダなどを用いて固定することにより放熱部材６もまた回路基板８に実装される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上に説明した従来の放熱部材６には、次のような欠点があった。
【０００６】
放熱部材６を回路基板８に実装するためには、ピン６７，６８を放熱部材６に固定する必要があるため、作業効率的に不利であり、またピン６７，６８を固定するための専用の治具ないしは工具が必要となる。
【０００７】
また、電子部品７の外部リード７０や放熱部材６のピン６７，６８を回路基板８に固着するためには、上述した通り通常はハンダが使用されるのであるが、このハンダは、たとえば電子部品７や放熱部材６を載置した回路基板８をハンダ槽に通して塗布される。この際、ハンダの浮力などにより、放熱部材６が回路基板８から浮いてしまうことがある。
【０００８】
さらには、放熱部材６の下端が図１２に示したように回路基板８に接触し、あるいは放熱部材６の下端と回路基板８との距離が小さければ、次のような問題も生じ得る。第１に、回路基板８上には、そこに形成された配線などを保護すべく、電子部品７や放熱部材６が実装された後に絶縁樹脂がポッティングされることがあるが、このポッティング樹脂と放熱部材６との距離が小さければ、放熱部材６からの熱により経時的にポッティング樹脂が劣化してしまうことがある。第２に、放熱部材６は、放熱量を大きく確保すべく熱伝導性の高い金属などにより電子部品７よりも大型に形成されるため、放熱部材６の搭載部位に配線を設けたり、別の電子部品を搭載するのが困難であり、放熱部材６の搭載箇所がデッドスペースとなって回路基板８のスペース効率が悪化してしまうといった問題がある。
【０００９】
また、電子部品７は、放熱フィン６２，６３の間に保持されるため、電子部品７の位置決めが困難である。たとえば、電子部品７の挟持を確実なものとするためには、挟持力を大きくすればよいが、そうすれば電子部品７の装着が困難となって位置決めも困難となる一方、挟持力を小さくすれば、電子部品７を一旦装着したとしても、その後に位置ずれが生じ得る。このようにして電子部品７の位置ずれが生じたならば、電子部品７の外部リード７０と、放熱部材６のピン６７，６８の双方を同時に回路基板８の貫通孔８１，８２に挿入するのが困難となり作業性がさらに悪化する。
【００１０】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、放熱部材の基板への装着ないしは電子部品への放熱部材の装着といった作業を容易ならしめるとともに、基板のスペース効率を改善し、またポッティング樹脂などの特性が長期間にわたって有効に発揮されるようにすることをその課題とする。
【００１１】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】
すなわち、本願発明の第１の側面によれば、基板に設けられた固定用の貫通孔に少なくともその一部が挿通される第１脚部が板状の本体の下端部に突設された第１の放熱部と、
上記基板に設けられた固定用の貫通孔に少なくともその一部が挿通される第２脚部が板状の本体の下端部に突設された第２の放熱部と、基部の両縁部から上方に一対の起立部が突出され、各起立部の先端が外向きに湾曲されてそれぞれ上記第１，第２の放熱部の上端に繋げられた第３の放熱部と、を備えた弾性部材からなる全体として略断面Ｍ字状の放熱部材であって、上記第１脚部および上記第２脚部のうちの少なくとも一方の先端部に、鋭角に折り曲げられたフック部が設けられ、上記第１の放熱部と上記第３の放熱部との間に、上記基板に支持される電子部品を当該第１，第３の放熱部の間に作用する弾性復元力により挟持する装着部が設けられていることを特徴とする、放熱部材が提供される。
【００１３】
上記構成の放熱部材では、第１および第２脚部に対してこれらの間の距離を狭める方向に力を作用させて各脚部を貫通孔に挿通した後、各脚部に作用する力を除去すれば、その弾性復元力により放熱部材が基板に対して固定される。このように、本願発明の放熱部材は、基板に対して固定する際に、従来のようにピンを固定する必要がないために作業性が著しく簡略化される。また、各脚部間の距離を拡縮させ、また各脚部を貫通孔に挿入するといった作業も極めて簡易であるため、本願発明の放熱部材は基板に対して簡易に支持させることができる。
【００１６】
また、脚部を貫通孔に挿通し、そのフック部を基板から突出した状態とすれば、フック部が貫通孔の周縁部に係止されることにより抜け止めされ、基板への放熱部材の固定状態を安定なものとすることができる。そうすれば、たとえばハンダ槽に放熱部材を固定した基板を通したとしても、放熱部材が基板から浮き上がってしまうこともない。
【００１７】
なお、フック部の折り曲げ角度は、９０度よりも小さければよいが、たとえば３０〜６０度程度に設定するのが好ましい。
【００１８】
本願発明の放熱部材は、上記第１放熱部と上記第３放熱部との間に上記基板に支持される電子部品が装着される。
【００１９】
好ましい実施の形態においては、上記第１放熱部および上記第３放熱部のうちの一方と、上記電子部品との間を係合する係合手段が設けられている。
【００２０】
この構成では、電子部品に放熱部材を装着する場合には、第１および第３放熱部の間に電子部品を介在させるとともに、係合手段により電子部品と第１または第３放熱部とを係合すればよい。これらの間が係合手段により係合されれば、電子部品の装着位置が一義的に定められ、また電子部品の装着状態が安定化される。このように、上記構成の放熱部材では、電子部品が正確に位置決めされ、かつ安定した装着状態を簡易に達成することができる。
【００２１】
なお、係合手段は、たとえば電子部品に設けられた凹部または凸部と、第１または第３放熱部に設けられた凸部または凹部により構成することができる。また、係合手段は、第１または第３放熱部のうちの一方に、他方の放熱部側に向けて延びるとともに電子部品の幅に対応した間隔で一対のガイド部を設け、これらのガイド部の間に電子部品を保持するように構成してもよい。
【００２２】
好ましい実施の形態においては、上記第１放熱部および上記第３放熱部のうちの一方には、上記電子部品を他方側に向けて押圧する板バネ部が設けられている。
【００２３】
この構成では、第１および第３放熱部の間に電子部品を介在させれば、板バネ部の付勢力により電子部品が固定されるため、電子部品への放熱部材の装着状態をより安定化させることができる。
【００２４】
好ましい実施の形態においては、上記第１放熱部と上記第３放熱部との間を繋ぐロック機構が設けられている。
【００２５】
この構成では、第１および第３放熱部の間に電子部品を介在させた状態で、これらの間をロック機構により繋げば、距離が一定に保たれた第１および第３放熱部の間に電子部品が固定されることとなるため、電子部品の装着状態をさらに安定化させることができる。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、上記第１脚部および上記第２脚部は、先端部側が上記貫通孔の幅よりも細幅とされているとともに、基端部側が上記貫通孔の幅よりも太幅とされている。
【００２７】
この構成では、各脚部を貫通孔に挿入すれば、細幅の部分のみが貫通孔に挿入され、細幅の部分と太幅の部分の間（段部）が貫通孔の周縁部に係止されることとなる。つまり、放熱部材を基板に固定した状態では、各放熱部の高さは、脚部の太幅の部分の長さにより規定されることとなる。このため、各脚部における太幅の部分の長さを適宜設定すれば、各放熱部が基板から適当な高さだけ浮いた状態とすることができる。この状態では、基板に塗布されたポッティング樹脂が放熱部と接触してしまうことを抑制することができ、これにより放熱部材からポッティング樹脂に伝達される熱量を低減してポッティング樹脂の経時的な劣化を抑制することができるようになる。また、放熱部が基板から浮いていれば、基板における放熱部の直下領域に配線を形成し、また放熱部材に保持される電子部品以外の電子部品を実装することができるため、基板のスペース効率を向上させることができるようになる。
【００３０】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。図１は本願発明に係る放熱部材を電子部品に装着し、これを基板に支持させた状態を示す断面図、図２および図３は放熱部材の正面側および背面側の全体斜視図、図４および図５は図２のＩＶ−ＩＶ線およびＶ−Ｖ線に沿う部分に相当する断面図、図６は図２および図３に示した放熱部材が装着される電子部品の全体斜視図である。
【００３２】
図１ないし図３に示したように、実施形態の放熱部材Ｘは、下端部（一端部）に２つの第１脚部１０が設けられた第１放熱部１と、下端部（一端部）に１つの第２脚部２０が設けられた第２放熱部２と、これらの放熱部１，２の上端部（他端部）どうしを繋ぐとともに、第１および第２放熱部１，２の下端部側に向けて突出する断面略Ｕ字状の第３放熱部３と、を有しており、全体として断面略Ｍ字状の形態とされている。
【００３３】
第１放熱部１には、図１および図２に良く表れているように板状の形態とされた本体１１の両側縁部におけるそれぞれの下端部から、上記した２つの第１脚部１０が下方に突出して設けられている。各脚部１０は、当該放熱部材Ｘを支持する基板５に設けられた第１貫通孔５０よりも先端部１０Ａ側が細幅とされ、基端部１０Ｂ側が第１貫通孔５０よりも太幅とされており、これらの部分の間に段部１０ｂが形成されている。各第１脚部１０の先端部１０Ａは、外方側に向けて９０度程度折り曲げられて係止部１０ａとされている。この係止部１０ａは、図１に良く表れているように第１脚部１０の先端部１０Ａが第１貫通孔５０に挿入された状態において、第１貫通孔５０の周縁部を係止するものである。
【００３４】
本体１１の下端部における各脚部１０に隣接した部位からは、図２および図４に良く表れているように第３放熱部３側に向けて水平に延びる鉤部１２が２つ設けられている。本体１１にはさらに、図２および図５に良く表れているように中央部の下端よりの部位に、下端側が自由端とされた板バネ部１３が設けられている。この板バネ部１３は、先端よりの部位において折り曲げられ、断面くの字状とされており、後に説明するように第１および第３放熱部１，３の間に挟持される電子部品４を第３放熱部３側に押圧するためのものである。
【００３５】
第２放熱部２には、図１および図３に良く表れているように板状の形態とされた本体２１の下端部の中央部から、上記した第２脚部２０が下方に突出して設けられている。第２脚部２０は、当該放熱部材Ｘが支持される基板５に設けられた第２貫通孔５１よりも先端部２０Ａ側が細幅とされ、基端部２０Ｂ側が第２貫通孔５１よりも太幅とされており、これらの部分の間に段部２０ｂが形成されている。第２脚部２０の先端部２０Ａは、鋭角に、たとえば３０〜６０度程度に外方側に向けて折り曲げられてフック部２０ａとされている。このフック部２０ａは、図１に良く表れているように第２脚部２０の先端部２０Ａが第２貫通孔５１に挿入された状態において、第２貫通孔５１の周縁部を係止するものである。
【００３６】
第３放熱部３は、図１および図５に良く表れているように基部３０の両縁部から上方に向けて一対の起立部３１，３２が突出した断面略Ｕ字状の形態を有している。基部３０には、図２および図４に良く表れているように２つの貫通孔３４が設けられている。これらの貫通孔３４は、第１放熱部１の鉤部１２の先端部１２ａが係止可能なように、当該先端部１２ａに対応する部位に設けられている。つまり、鉤部１２と貫通孔３４によりロック機構が構成されている。また、一方の起立部３１には、第１放熱部１の板バネ部１３に対向する部位に凸部３３が設けられている。
【００３７】
このような構成を有する放熱部材Ｘは、たとえば鋼板などの金属板にプレス加工および折り曲げ加工を施すことにより一体的に形成される。したがって、第１および第２放熱部１，２、ひいては第１および第２脚部１０，２０の間は弾性的に拡縮可能とされており、自然状態よりもそれらの間の距離を小さくした状態では、これらの間の距離を大きくする方向に弾性復元力が作用する。この弾性復元力の大小、すなわち放熱部材Ｘ自体のバネ性は、図２および図３に良く表れているように第１放熱部１と第３放熱部３との境界部分、および第２放熱部２と第３放熱部３との境界部分に適当な大きさおよび数のスリットＳを形成することにより調整される。そして、当該放熱部材Ｘは、第１および第３放熱部１，３の間に電子部品４を挟持することにより、電子部品４に対して装着され、電子部品４において発生した熱を外部に放出する。
【００３８】
上記放熱部材Ｘが装着される電子部品４としては、たとえば図６に示したように半導体チップなどの電子素子（図示略）が樹脂パッケージ４０内に封止され、この樹脂パッケージ４０から複数（本実施形態では３つ）の外部リード４１が突出して形成されたものが採用される。
【００３９】
樹脂パッケージ４０には、第３放熱部３に設けられた凸部３３と係合する凹部４２が設けられている。つまり、第３放熱部３の凸部３３と電子部品４の凹部４２とにより係合手段が構成されている。なお、係合手段としては、第３放熱部３に凹部を設けるとともに電子部品４に凸部を設けることにより構成してもよいし、また第１または第３放熱部１，３のうちの一方から、他方の放熱部に向けて延びるとともに電子部品４の幅に対応した間隔を隔てて一対のガイド部を設けて、これらのガイド部の間に電子部品を保持する構成の係合手段を採用してもよい。
【００４０】
外部リード４１は、基板５に設けられた第３貫通孔５２（図１参照）よりも先端部４１Ａ側が細幅とされ、基端部４１Ｂ側（樹脂パッケージ側）が第３貫通孔５２よりも太幅とされており、これらの部分の間に段部４３が形成されている。このような外部リード４１は、図面上には表れていないが樹脂パッケージ４０内の電子素子と導通している。
【００４１】
次に、図７ないし図９を参照して電子部品４に放熱部材Ｘを装着する作業および放熱部材Ｘを基板５に支持させる作業を説明する。
【００４２】
まず、図７に示したようにロック機構１２，３４を解除状態としておき、第１放熱部１と第３放熱部３との間に電子部品４を挿入する。このとき、下方から外部リード４１が下方に突出するように、かつ樹脂パッケージ４０における凹部４２が形成された面が第３放熱部３側を向くような姿勢で電子部品４を挿入する。
【００４３】
このような電子部品４を挿入する過程では、樹脂パッケージ４０と板バネ部１３が接触するとともに、板バネ部１３が外方側に押される。このとき、ロック機構１２，３４が解除状態とされているから、第１放熱部１も多少は外方側に拡げられる。
【００４４】
この状態からさらに電子部品４を挿入すれば、図８に良く表れているように電子部品４の凹部４２と第３放熱部３の凸部３３とが係合する。そして、第１放熱部１の鉤部１２の先端部１２ａを第３放熱部３の貫通孔３４に係合させてロック機構１２，３４をロック状態とすることにより、電子部品４に対する放熱部材Ｘの装着が完了する。
【００４５】
鉤部１２の先端部１２ａを貫通孔３４に係合させる際には、第１放熱部１が板バネ部１３とともに第３放熱部３側に引き寄せられる。このため、ロック機構１２，３４のロック状態では、第１放熱部１と第３放熱部３との間に電子部品４が挟持される。そして、板バネ部１３は電子部品４の樹脂パッケージ４０に接触したままであるから、板バネ部１３により電子部品４は、第３放熱部３側に押し付けられる。このように、電子部品４は、ロック機構１２，３４により距離が一定に維持された第１および第３放熱部１，３の間に挟持され、しかも板バネ部１３により第３放熱部３側に押圧されているから、第１および第３放熱部１，３の間に挿入された状態が適切に維持される。そして、電子部品４の凹部４２と第３放熱部３の凸部３３とが係合しているから、電子部品４の位置決めも適切に行われる。
【００４６】
放熱部材Ｘが装着された電子部品４は、図９に示したように放熱部材Ｘとともに基板５に実装される。この実装作業は、電子部品４の外部リード４１、ならびに放熱部材Ｘの第１および第２脚部１０，２０を、それらと対応する第１から第３貫通孔５０〜５２に挿入することにより行われる。
【００４７】
ここで、第１および第２脚部１０，２０間の自然状態での距離は、基板５に実装した状態においてこれらの脚部１０，２０間に適切に弾性復元力を作用させるべく、第１および第２貫通孔５０，５１間の距離よりも大きく設定されている。このため、各貫通孔５０〜５２に対する外部リード４１および各脚部１０，２０の挿入は、第１および第２脚部１０，２０間の距離を狭めた状態で行われる。このとき、第２脚部２０の先端部２０Ａに鋭角に折り曲げられたフック部２０ａが設けられているから、図９から予想されるように第２脚部２０の第２貫通孔５１への挿入は容易に行える。また、外部リード４１および各脚部１０，２０には、段部４３，１０ｂ，２０ｂが設けられているから、これらの段部４３，１０ｂ，２０ｂにより外部リード４１および各脚部１０，２０の挿入深さが規定される。つまり、外部リード４１および各脚部１０，２０に先端部４１Ａ，１０Ａ，２０Ａのみが各貫通孔５０〜５２に挿通される。
【００４８】
そして、各脚部１０，２０に作用する力を解除すれば、第１および第２脚部１０，２０間の距離が拡がるが、この距離は自然状態での距離よりも小さいから、各脚部１０，２０の間には弾性復元力が作用する。この弾性復元力により、放熱部材Ｘが基板５に対して固定され、図１に示した状態とされる。このとき、第１脚部１０には係止部１０ａが設けられ、第２脚部２０にはフック部２０ａが設けられているから、これらの部分１０ａ，２０ａが貫通孔５０，５１の周縁部に係止され、放熱部材Ｘの抜け止めが図られる。
【００４９】
先にも触れたように、貫通孔５０〜５２に対する外部リード４１および各脚部１０，２０の挿入深さが規定されるが、その結果、第１および第２放熱部１，２の本体１１，２１、および第３放熱部３は、図１に良く表れているように外部リード４１および各脚部１０，２０の基端部４１Ｂ，１０Ｂ，２０Ｂの距離に対応する高さだけ基板５から浮き上がった状態とされる。このため、後において基板５にポッティング樹脂を塗布したとしても、このポッティング樹脂と放熱部材Ｘ（とくに第１および第２放熱部１，２の本体１１，２１、ならびに第３放熱部３）とが接触してしまうことが極力回避されて放熱部材Ｘからの熱によるポッティング樹脂の劣化が抑制される。また、第１および第２放熱部１，２の本体１１，２１、および第３放熱部３が基板５から浮き上がる結果、基板５におけるこれらの部位の下方領域に配線を形成し、あるいは他の電子部品を搭載することが可能となるため、基板５のスペース効率が改善される。
【００５０】
なお、放熱部材Ｘおよび電子部品４を基板５に固定した後には、たとえばこれをハンダ槽に通すことにより各脚部１０，２０および外部リード４１が基板５に対して固着される。このとき、係止部１０ａおよびフック部２０ａが貫通孔５０，５１の周縁部に係止されて基板５に対する放熱部材Ｘの固定状態が安定化されているから、ハンダ槽を通す際に放熱部材Ｘが基板５から浮き上がってしまうこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る放熱部材を電子部品に装着し、これを基板に支持させた状態を示す断面図である。
【図２】図１に示した放熱部材の正面側の全体斜視図である。
【図３】図１に示した放熱部材の背面側の全体斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う部分に相当する断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う部分に相当する断面図である。
【図６】図２および図３に示した放熱部材が装着される電子部品の全体斜視図である。
【図７】図２および図３に示した放熱部材に電子部品を装着する作業を説明するための図５に対応する断面図である。
【図８】図１に示した放熱部材に電子部品を装着する作業を説明するための図４に対応する断面図である。
【図９】電子部品に装着された放熱部材を基板に支持させる作業を説明するための図１に対応する断面図である。
【図１０】従来の放熱部材の全体斜視図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。
【図１２】図１０に示した放熱部材を基板に支持させた状態を説明するための正面図である。
【符号の説明】
Ｘ放熱部材
１第１放熱部
１０第１脚部
１２鉤部（ロック機構を構成する第１放熱部の）
１３板バネ部
２第２放熱部
２０第２脚部
２０ａフック部（第２脚部の）
３第３放熱部
３３凸部（係合手段を構成する第３放熱部の）
３４貫通孔（ロック機構を構成する第３放熱部の）
４電子部品
４２凹部（係合手段を構成する電子部品の）
５基板
５０第１貫通孔（基板の）
５１第２貫通孔（基板の）

Claims

基板に設けられた固定用の貫通孔に少なくともその一部が挿通される第１脚部が板状の本体の下端部に突設された第１の放熱部と、
上記基板に設けられた固定用の貫通孔に少なくともその一部が挿通される第２脚部が板状の本体の下端部に突設された第２の放熱部と、
基部の両縁部から上方に一対の起立部が突出され、各起立部の先端が外向きに湾曲されてそれぞれ上記第１，第２の放熱部の上端に繋げられた第３の放熱部と、を備えた弾性部材からなる全体として略断面Ｍ字状の放熱部材であって、
上記第１脚部および上記第２脚部のうちの少なくとも一方の先端部に、鋭角に折り曲げられたフック部が設けられ、
上記第１の放熱部と上記第３の放熱部との間に、上記基板に支持される電子部品を当該第１，第３の放熱部の間に作用する弾性復元力により挟持する装着部が設けられている
ことを特徴とする、放熱部材。
上記第１放熱部および上記第３放熱部のうちの一方と、上記電子部品との間を係合する係合手段が設けられている、請求項１に記載の放熱部材。
上記第１放熱部および上記第３放熱部のうちの一方には、上記電子部品を他方側に向けて押圧する板バネ部が設けられている、請求項１に記載の放熱部材。
上記第１放熱部と上記第３放熱部との間を繋ぐロック機構が設けられている、請求項１に記載の放熱部材。
上記第１脚部および上記第２脚部は、先端部側が上記貫通孔の幅よりも細幅とされているとともに、基端部側が上記貫通孔の幅よりも太幅とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載の放熱部材。