JP4273650B2

JP4273650B2 - 電子部品冷却装置

Info

Publication number: JP4273650B2
Application number: JP2000296639A
Authority: JP
Inventors: 浩生山口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2002111262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートランジスタ等の発熱する電子部品を冷却する電子部品冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、上記冷却装置の一例を示すものであり、電子部品２０の上面に接合される放熱プレート３１、放熱プレート３１の上面に超音波接合（加圧振動させながら接合する周知の接合方法）されるコルゲートフィン３２、およびコルゲートフィン３２に送風するファン３３を、プリント基板１０に組み付けられた樹脂製の支持部材３４に支持させて構成されている。
【０００３】
そして、近年、電子部品２０の実装密度が大きくなるに伴い、図４（ａ）中の２点鎖線に示す位置に配置されていた電子部品２０の端子２０ｂを、放熱プレート３１の下面に対向する位置に配置せざるを得なくなってきた。よって、端子２０ｂと放熱プレート３１との距離が短くなるため、端子２０ｂを流れる電流が高電圧（例えば６００〜７００Ｖ）の場合には、端子２０ｂから放熱プレート３１に放電してしまうので、端子２０ｂと放熱プレート３１との間を絶縁する必要が生じてきた。
【０００４】
これに対し、本発明者は、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、放熱プレート３１のうち端子２０ｂと対向する部分に溝３１ａを形成して、端子２０ｂと放熱プレート３１との距離を長くすることを検討した。
【０００５】
ところが、この溝３１ａの幅Ｌ１（図４（ｃ）参照）を大きくして確実に絶縁しようとすると、その背反として、放熱プレート３１の超音波接合面のうち溝３１ａに対応する部分（図４（ａ）中の符号Ｐに示す部分）が、超音波接合時に超音波の振動エネルギーが放熱プレート３１につたわらないため、放熱プレート３１の溝３１ａに対応する部分Ｐとコルゲートフィン３２との接合不良の恐れが生じてしまうことが分かった。さらに、溝３１ａの幅Ｌ１を大きくすると、放熱プレート３１の熱伝導に関し、溝３１ａに対して電子部品２０側からその反対側への熱伝導性が低下してしまい、冷却装置の冷却能力が低下してしまうことが考えられる。
【０００６】
そこで、本発明者は、図４の斜線部分に示す絶縁材からなる絶縁シート４０を、放熱プレート３１の下側面のうち端子２０ｂと対向する部分に貼り付けて、溝３１ａの幅Ｌ１を小さくするようにしていた。なお、絶縁シート４０を電子部品２０との間に隙間ＣＬ（図４（ａ）参照）が生じないように確実に貼り付けることは困難であるため、溝３１ａを廃止して、絶縁シート４０のみで端子２０ｂと放熱プレート３１との間を絶縁することは困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記冷却装置では、絶縁シート４０を放熱プレート３１に貼り付けるので、単体の部品となる絶縁シート４０が部品点数の増加を招き、また、貼り付け作業が組付け工数の増加を招いていた。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、電子部品の端子と放熱プレートとの間を絶縁するにあたり、従来の絶縁シートを廃止して、部品点数の増加および組付け工数の増加を抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電子部品（２０）の基板（１０）と反対側の面に接合されて、電子部品（２０）からの熱を放熱する放熱プレート（３１）と、基板（１０）に組付けられて、放熱プレート（３１）を支持する支持部材（３４）とを備え、支持部材（３４）に、電子部品（２０）の端子（２０ｂ）と放熱プレート（３１）との間に配置された絶縁材からなる絶縁プレート（３４ｄ）を一体に成形することを特徴とする。
【００１０】
これにより、端子（２０ｂ）と放熱プレート（３１）との間に配置された絶縁プレート（３４ｄ）を、支持部材（３４）に一体成形するので、従来の絶縁シートを廃止して、部品点数の増加および組付け工数の増加を抑制することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、電子部品（２０）の基板（１０）と反対側の面に接合され、電子部品（２０）の端子（２０ｂ）と対向する部分に溝（３１ａ）を有する放熱プレート（３１）と、放熱プレート（３１）のうち電子部品（２０）と反対側の面に接合され、放熱プレート（３１）からの放熱を促進するフィン（３２）と、基板（１０）に組付けられて、放熱プレート（３１）およびフィン（３２）を支持する支持部材（３４）とを備え、支持部材（３４）には、端子（２０ｂ）と放熱プレート（３１）の溝（３１ａ）との間に配置された絶縁材からなる絶縁プレート（３４ｄ）が一体に成形されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、端子（２０ｂ）と放熱プレート（３１）の溝（３１ａ）との間に配置された絶縁プレート（３４ｄ）を、支持部材（３４）に一体成形するので、端子（２０ｂ）と放熱プレート（３１）との間の放電を防止するための溝（３１ａ）の幅を小さくするための手段として、従来の絶縁シート（４０）を放熱プレート（３１）に貼り付ける手段に比べて、部品点数の増加および組付け工数の増加を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、フィン（３２）が波状のコルゲートフィンである場合には、放熱プレート（３１）の溝（３１ａ）に対応する部分とコルゲートフィン（３２）との接合不良の恐れが生じてしまうため、溝（３１ａ）の幅を小さくすることがより一層要求される。従って、請求項２に記載の発明をフィン（３２）が波状のコルゲートフィンである場合に用いて好適である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、電子部品（２０）は放熱プレート（３１）にネジ止めされるようになっており、絶縁プレート（３４ｄ）は、電子部品（２０）の本体（２０ａ）の少なくとも一辺に沿って延びる端面（３４ｆ）を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、電子部品（２０）をネジ止めするときに電子部品（２０）がネジとともに回転してしまった場合に、絶縁プレート（３４ｄ）の端面（３４ｆ）が電子部品（２０）の本体（２０ａ）の一辺に当接するので、絶縁プレート（３４ｄ）を電子部品（２０）の回り止めとして機能するようにできる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明では、支持部材（３４）は、基板（１０）に対して略垂直に延び、その一端が基板（１０）に組み付けられる複数本の脚部（３４ａ）を有し、複数本の脚部（３４ａ）は絶縁プレート（３４ｄ）により連結され、絶縁プレート（３４ｄ）は開口部（３４ｅ）を有し、電子部品（２０）の本体（２０ａ）は開口部（３４ｅ）内に位置することを特徴とする。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、電磁式炊飯器その他の家電製品の制御回路基板に実装されるパワートランジスタを、本発明の発熱する電子部品としており、このパワートランジスタを冷却する電子部品冷却装置（以下、冷却装置と略す。）に本発明の冷却装置を適用したものである。図１は、基板１０に２つのパワートランジスタ２０を実装するとともに１つの冷却装置３０を組み付けた状態を示す正面図であり、図２は図１のＡ矢視図であり、図３は基板１０を省略した図１のＢ矢視図である。
【００１９】
基板１０は、少なくともパワートランジスタ２０と反対側の面（下側面）に図示しない電気回路がプリント形成されたプリント配線基板である。そして、パワートランジスタ２０の本体２０ａの一側面から基板１０に向かって延びる複数本のピン形状の端子２０ｂは、基板１０のスルーホールに挿入されて、基板１０の下側面に形成された電気回路に半田付けされている。なお、２つのパワートランジスタ２０は、図３に示すようにそれぞれの端子２０ｂが直線上に並ぶように並んで配置されている。
【００２０】
次に冷却装置３０について説明する。
【００２１】
冷却装置３０は、パワートランジスタ２０の上側面に接合される放熱プレート３１と、放熱プレート３１のうちパワートランジスタ２０と反対側の面（上側面）に熱的に接合されるコルゲートフィン（以下、フィンと略す。）３２と、フィン３２のうち放熱プレート３１と反対側に配置されるボックスファン３３と、基板１０に組付けられて放熱プレート３１、フィン３２、ボックスファン３３を支持する支持部材３４とから構成されている。
【００２２】
放熱プレート３１は、アルミニウム等の非鉄系金属にて板状に形成されており、図３に示すように正方形の４隅を切り欠いた略十字形状に形成されている。そして、放熱プレート３１の下側面の略中央に２つのパワートランジスタ２０が図示しない熱伝導グリス（例えばシリコングリス）を介して接合されている。本実施形態は、１本ずつのネジ２１（例えばＭ３のネジ）によりパワートランジスタ２０を放熱プレート３１に固定して熱的に接合している。
【００２３】
ところで、パワートランジスタ２０は駆動時では６００〜７００Ｖの電圧が印加されるものであるため、端子２０ｂから放熱プレート３１に放電してしまうことを防止するために、放熱プレート３１の下側面のうちパワートランジスタ２０の端子２０ｂと対向する部分には、図１の紙面垂直方向に延びる溝３１ａが形成されている。この溝３１ａにより端子２０ｂと放熱プレート３１との距離を長くして放電を防止するようになっている。
【００２４】
また、パワートランジスタ２０の放熱プレート３１に対する組付位置のばらつき（組付公差）に関わらず、端子２０ｂのうちトランジスタ本体２０ａ近傍の部分の上方に、確実に溝３１ａが位置するようにしておく必要がある。そのために、溝３１ａの一方の側面（図３の符号３１ｂに示す面）は、端子２０ｂよりもトランジスタ本体２０ａ側（図３の右側）に位置している。そして、溝３１ａの他方の側面（図３の符号３１ｃに示す面）は、後述の絶縁プレート３４ｄの開口部３４ｅよりもトランジスタ本体２０ａと反対側（図３の左側）に位置している。
【００２５】
本実施形態では溝３１ａの幅Ｌ１を約５ｍｍに形成し、溝３１ａの幅方向の略中央がトランジスタ本体２０ａの側面のうち端子２０ｂが延びる面の直上に位置するようになっている。また、本実施形態では溝３１ａの深さＬ２を約１．５ｍｍに形成しており、この深さＬ２寸法は、端子２０ｂから放熱プレート３１に放電しない程度の距離を保つように設定されている。
【００２６】
フィン３２は、アルミニウム薄板材を波状にローラ成形して放熱プレート３１からの放熱を促進するコルゲートフィンであり、このフィン３２には、図２に示すように、空気流れを所定方向に転向させる周知のルーバ３２ａが多数個形成されている。そして、フィン３２は周知の超音波接合により放熱プレート３１に接合されている。すなわち、治具により固定された放熱プレート３１に、フィン３２を押し付けながら振動させて接合させている。
【００２７】
ボックスファン３３は、放熱プレート３１の板面に対して略直交する方向から放熱プレート３１に向けて冷却空気を吹き出す軸流型の送風手段であり、このボックスファン３３は、直方体状のボックス３３ａ内に、図示しない軸流ファン及びこの軸流ファンを駆動する小型電動モータを収納した周知のものである。
【００２８】
支持部材３４は、樹脂（例えばナイロン６）により成形されており、基板１０に対して略垂直に延びる円柱形状の４本の脚部３４ａを有している。これらの脚部３４ａは放熱プレート３１の４隅の切り欠き部分に位置しており、脚部３４ａの一端は基板１０に組み付けられている。本実施形態では、脚部３４ａの一端（下端）に形成されたネジ挿入穴ＮＡを基板１０の下側からネジＮにより固定して組み付けるようになっている。
【００２９】
そして、脚部３４ａの他端（上端）には上方に延びる円柱形状のファン用係止部３４ｂが形成されており、ファン用係止部３４ｂの先端には径方向外側に突出する爪３４ｃが形成され、この爪３４ｃは径方向内側に弾性変形可能になっている。ここで、ボックス３３ａの４隅には上下方向に貫通する挿通穴３３ｂが形成されており、爪３４ｃを弾性変形させながら挿通穴３３ｂを貫通するまで、ファン用係止部３４ｂを挿通穴３３ｂに挿入させている。これにより、ボックス３３ａを爪３４ｃの下面と脚部３４ａの上面との間に挟み込んでボックスファン３３を支持するようにしている。
【００３０】
また、支持部材３４には４本の脚部３４ａを連結する板状の絶縁プレート３４ｄが一体に成形されている。すなわち、絶縁プレート３４は支持部材３４の４本の脚部３４ａの外周を４隅とした略正方形であり、基板１０と略平行に形成されている。そして、絶縁プレート３４ｄは端子２０ｂと放熱プレート３１の溝３１ａとの間に位置するようになっている。
【００３１】
また、図３に示すように、絶縁プレート３４ｄのうち２つのパワートランジスタ２０の本体２０ａに対応する部分には、それぞれのトランジスタ本体２０ａの外形よりもわずかに大きい形状の開口部３４ｅが形成されており、トランジスタ本体２０ａは絶縁プレート３４ｄの開口部３４ｅ内に位置するようになっている。従って、トランジスタ本体２０ａの外周と絶縁プレート３４ｄの開口部３４ｅ内周との間には微少隙間ＣＬを有している。
【００３２】
この微少隙間ＣＬの大きさは、パワートランジスタ２０の放熱プレート３１に対する組付位置のばらつき（組付公差）や、絶縁プレート３４ｄの樹脂成形による寸法公差等を吸収できるように設定されており、本実施形態ではこの微少隙間ＣＬを約０．５ｍｍに設定している。
【００３３】
また、絶縁プレート３４ｄの板厚Ｌ３は、端子２０ｂと放熱プレート３１との間を確実に絶縁するのに必要な大きさに設定されている。また、絶縁プレート３４ｄに後述するトランジスタ２０回り止め機能を発揮させるのに必要な強度になるように設定されている。これらの点を鑑み、絶縁プレート３４ｄの板厚Ｌ３は５ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００３４】
また、絶縁プレート３４ｄの上側面のうち隣り合う２本の脚部３４ａの間に位置する部分の４箇所（図３参照）には、上方に延びる円柱形状の放熱プレート用係止部３４ｇが形成されており、放熱プレート用係止部３４ｇの先端には径方向外側に突出する爪３４ｈが形成され、この爪３４ｈは径方向内側に弾性変形可能になっている。ここで、放熱プレート３１のうち放熱プレート用係止部３４ｇに対応する位置には上下方向に貫通する挿通穴３１ｄが形成されており、爪３４ｈを弾性変形させながら挿通穴３１ｄを貫通するまで、放熱プレート用係止部３４ｇを挿通穴３１ｄに挿入させている。これにより、放熱プレート３１を爪３４ｈの下面と絶縁プレート３４ｄの上面との間に挟み込んで放熱プレート３１を支持するようにしている。
【００３５】
次に、冷却装置３０の組立手順について述べる。
【００３６】
はじめに、コルゲートフィン３２と放熱プレート３１とを超音波接合により接合する。その後、支持部材３４の放熱プレート用係止部３４ｇおよび爪３４ｈにより放熱プレート３１を支持部材３４に組み付ける。その後、支持部材３４のファン用係止部３４ｂおよび爪３４ｃによりボックスファン３３を支持部材３４に組み付ける。その後、ネジ２１によりパワートランジスタ２０を放熱プレート３１に組み付ける。その後、ネジＮにより支持部材３４を基板１０に組み付ける。その後、パワートランジスタ２０の端子２０ｂを基板１０に形成された電気回路に半田付けする。
【００３７】
次に、以上の構成による本実施形態の特徴を述べる。
【００３８】
上述のように、端子２０ｂと放熱プレート３１の溝３１ａとの間に配置された絶縁プレート３４ｄを、支持部材３４の脚部３４ａに一体成形するので、端子２０ｂと放熱プレート３１との間の放電を防止するための溝３１ａの幅を小さくするための手段として、従来の絶縁シート４０を放熱プレート３１に貼り付ける手段に比べて、部品点数の増加および組付け工数の増加を抑制することができる。
【００３９】
また、トランジスタ本体２０ａは、絶縁プレート３４ｄの開口部３４ｅ内に微少隙間ＣＬを介して配置されているので、パワートランジスタ２０をネジ止めする作業の際、パワートランジスタ２０がネジＮとともに回転してしまった場合であっても、絶縁プレート３４ｄの開口部３４ｄ端面３４ｆがトランジスタ本体２０ａに当接するので、絶縁プレート３４ｄをトランジスタ２０の回り止めとして機能させることができる。
【００４０】
（他の実施形態）
また、上述の実施形態では、絶縁プレート３４は支持部材３４の４本の脚部３４ａを連結するように形成されているが、本発明はこれに限られることなく、絶縁プレート３４が端子２０ｂと放熱プレート３１との間に配置されていればよく、例えば、図３の左側の２本の脚部３４ａのみを連結するようにしてもよい。この場合、絶縁プレート３４ｄに、トランジスタ本体２０ａの側面のうち端子２０ｂが延びる面に沿って延びる端面３４ｆ（図１の符号３４ｆ参照）が形成されるようにすれば、パワートランジスタ２０の回り止めの機能をも絶縁プレート３４ｄに兼ねさせることができ、好適である。
【００４１】
また、上述の実施形態では、放熱プレート３１に熱的に接合されるフィン３２としてコルゲートフィンを用いているが、コルゲートフィンに限られることなく、例えば、押出成形される櫛歯状のフィン（ヒートシンク）を用いてもよい。また、放熱プレート３１とフィン３２とは熱的に接合されていればよく、放熱プレート３１とヒートシンク３２とを一体に成型するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の実施形態では、放熱プレート３１を矩形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円などその他の形状であってもよい。
【００４３】
また、本発明の電子部品冷却装置はパワートランジスタを冷却するものに限定されるものではなく、ＩＣその他の発熱する電子部品を冷却するものであってもよい。
【００４４】
また、上述の実施形態では家電製品の制御回路基板に実装されるパワートランジスタに本発明を適用しているが、家電製品に限られることなく、車両に搭載される電気機器その他のあらゆる電気機器の基板に実装されるパワートランジスタに本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却装置を示す正面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】（ａ）は従来の冷却装置を示す正面図であり、（ｂ）はＣ矢視図であり、（ｃ）はＤ矢視図である。
【符号の説明】
１０…プリント配線基板、２０…パワートランジスタ、２０ｂ…端子、
３１…放熱プレート、３１ａ…溝、３２…コルゲートフィン、
３４…支持部材、３４ａ…脚部、３４ｄ…絶縁プレート、３４ｅ…開口部。

Claims

電気回路が形成された基板（１０）に実装されて発熱する電子部品（２０）を、冷却する電子部品冷却装置であって、
前記電子部品（２０）の前記基板（１０）と反対側の面に接合されて、前記電子部品（２０）からの熱を放熱する放熱プレート（３１）と、
前記基板（１０）に組付けられて、前記放熱プレート（３１）を支持する支持部材（３４）とを備え、
前記支持部材（３４）には、前記電子部品（２０）の端子（２０ｂ）と前記放熱プレート（３１）との間に配置された絶縁材からなる絶縁プレート（３４ｄ）が一体に成形されていることを特徴とする電子部品冷却装置。
電気回路が形成された基板（１０）に実装されて発熱する電子部品（２０）を、冷却する電子部品冷却装置であって、
前記電子部品（２０）の前記基板（１０）と反対側の面に接合され、前記電子部品（２０）の端子（２０ｂ）と対向する部分に溝（３１ａ）を有する放熱プレート（３１）と、
前記放熱プレート（３１）のうち前記電子部品（２０）と反対側の面に熱的に接合され、前記放熱プレート（３１）からの放熱を促進するフィン（３２）と、
前記基板（１０）に組付けられて、前記放熱プレート（３１）および前記フィン（３２）を支持する支持部材（３４）とを備え、
前記支持部材（３４）には、前記端子（２０ｂ）と前記放熱プレート（３１）の溝（３１ａ）との間に配置された絶縁材からなる絶縁プレート（３４ｄ）が一体に成形されていることを特徴とする電子部品冷却装置。
前記フィン（３２）は波状のコルゲートフィンであることを特徴とする請求項２に記載の電子部品冷却装置。
前記電子部品（２０）は前記放熱プレート（３１）にネジ止めされるようになっており、
前記絶縁プレート（３４ｄ）は、前記電子部品（２０）の本体（２０ａ）の少なくとも一辺に沿って延びる端面（３４ｆ）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子部品冷却装置。
前記支持部材（３４）は、前記基板（１０）に対して略垂直に延び、その一端が前記基板（１０）に組み付けられる複数本の脚部（３４ａ）を有し、
前記複数本の脚部（３４ａ）は前記絶縁プレート（３４ｄ）により連結され、
前記絶縁プレート（３４ｄ）は開口部（３４ｅ）を有し、
前記電子部品（２０）の本体（２０ａ）は前記開口部（３４ｅ）内に位置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子部品冷却装置。