JP4527462B2 - 電子部品 - Google Patents

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本発明は、筐体内あるいは樹脂モールド内に収められたIC、コンデンサ、抵抗等の素子を有する電子部品に関し、特に、熱対策が施された電子部品に関する。
近時、図10に示すように、パッケージ100に収容された単体の半導体チップ102を放熱させる構成として、パッケージ100上に熱伝導性のシート104を配置し、さらに、該シート104上にヒートシンク106を配置する例が知られている(例えば非特許文献1参照)。また、熱対策を施した電解コンデンサの例として、例えば特許文献1がある。
しかし、上述の構成は、単体の半導体チップ102や単体の電解コンデンサに対する熱対策であって、高周波、高出力用途での電子部品、例えば複数の発熱を伴う素子が接続されて構成された電子素子組立体にそのまま適用できないという問題がある。
つまり、高周波、高出力用途での電子部品に対する熱対策は、電子部品内部で発生する自己発熱を低減させることが必要であり、例えばコンデンサについてみれば、コンデンサそのもののE.S.R(等価直列抵抗)を最小とする材料や引出し電極構造の最適化等を行うと同時に、ヒートシンク(放熱体)や放熱ファンを併用する方法を採ることが必須となる。
特開2002−110479号公報 カタログ「高熱伝導性HTシート」(日東シンコー株式会社)、2002年12月発行
高周波、高出力用途での電子部品に対する熱対策として、図11に示す方法が提案されている。すなわち、複数のコンデンサ素子110a及び110bが接続されたコンデンサ素子組立体112が収容された筐体114の例えば上面に、銅(Cu)やアルミニウム(Al)等にて構成された放熱体116を設置するというものである。なお、筐体114の下面からは、コンデンサ素子組立体112の入力端子118の一部及び出力端子120の一部が導出されるようになっている。また、コンデンサ素子組立体112は、複数のコンデンサ素子110a及び110bが電極板122を介してシリーズに接続された構成となっている。なお、筐体114内には例えば樹脂材料124が充填される。
しかしながら、筐体114は、例えば樹脂材料やセラミック材料にて、下面開口の箱状に、すなわち、1つの上板126と4つの側板128a〜128d(但し、側板128c及び128dは図示せず)にて一体に形成されており、筐体114内にコンデンサ素子組立体112を収容した際、コンデンサ素子組立体112の電極板122が筐体114の上板126の下面に接触することになる。
そのため、放熱体116とコンデンサ素子組立体112との間には、樹脂材料あるいはセラミック材料にて構成された筐体114の上板126が介在することとなり、コンデンサ素子組立体112から放熱体116への熱伝導性が悪いという問題がある。
つまり、提案された電子部品は、せっかく放熱体116を設置しても、その放熱体116による放熱効果を最大限に発揮できていない構造となっている。
また、特許文献1に記載の技術は、電解コンデンサ全体と外装ケース間を液体(シリコーンオイル)で放熱する構成となっている。この場合、液体を封止するための気密構造を採用しなければならなず、取り扱いも不便であることから、量産性、製造コストの点で不利になるおそれがある。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成で、電子素子組立体からの熱を放熱体に効率よく伝達することができ、放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる電子部品を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品は、内部に収容空間を有する筐体と、前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第1の放熱体と、前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有することを特徴とする。
筐体内に収容されたコンデンサ素子組立体の少なくとも電極板と第1の放熱体とが直接接触していることから、コンデンサ素子組立体から発した熱が、電極板を介して第1の放熱体に伝達することになる。第1の放熱体と第2の放熱体も直接接触していることから、第1の放熱体に伝達した前記熱はそのまま第2の放熱体に伝達し、放熱されることになる。
この場合、第1の放熱体及び第2の放熱体を固体にて構成することができることから、液体と違って、気密構造を採用する必要がなく、しかも、取り扱いも容易となる。
このように、本発明においては、複数の発熱を伴う素子が接続されて構成されたコンデンサ素子組立体からの熱を、簡単な構成で、第2の放熱体に効率よく伝達することができ、第1及び第2の放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。
そして、前記発明において、前記筐体は上面に開口を有し、前記コンデンサ素子組立体は、前記電極板側が前記筐体の開口を臨むように、前記筐体の収容空間に収められ、前記第1の放熱体は、前記筐体の開口を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていてもよい。
また、本発明に係る電子部品は、樹脂モールド体と、前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第1の放熱体と、前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有することを特徴とする。
この場合も、樹脂モールド体内に埋め込まれた複数の発熱を伴う素子が接続されて構成されたコンデンサ素子組立体と第1の放熱体とが電極板を介して接触し、第1の放熱体と第2の放熱体も直接接触していることから、コンデンサ素子組立体から発した熱は、第1の放熱体を介して第2の放熱体に伝達し、放熱されることになる。
そして、前記発明において、前記コンデンサ素子組立体は、少なくとも前記電極板側が前記樹脂モールド体の上面から露出するように、前記樹脂モールド体に埋め込まれ、前記第1の放熱体は、前記樹脂モールド体の上面を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていてもよい。
なお、第2の放熱体が金属等の導電性物質で構成される場合は、コンデンサ素子組立体と第2の放熱体との絶縁を図るためにも、第1の放熱体は絶縁体で構成されることが好ましい。
そして、上述した2つの発明において、第1の放熱体は、柔軟性のあるシート体で構成されていることが好ましい。この場合、電極板の上面から側面にかけて柔軟性のあるシート体が満遍なく接触することになる。これにより、コンデンサ素子組立体から発した熱は、効率よく第1の放熱体を介して第2の放熱体に伝達することになる。
また、前記第1の放熱体は、無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを用いることができる。
以上説明したように、本発明に係る電子部品によれば、簡単な構成で、電子素子組立体からの熱を放熱体に効率よく伝達することができ、放熱体による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。
以下、本発明に係る電子部品を例えばパワーエレクトロニクス用コンデンサに適用した実施の形態例を図1〜図9を参照しながら説明する。
第1の実施の形態に係る電子部品10Aは、図1、図3及び図4に示すように、内部に収容空間12を有する筐体14と、該筐体14の収容空間12に収められたコンデンサ素子組立体16とを有する。
コンデンサ素子組立体16は、図2に示すように、断面ほぼL字状の入力端子18と、該入力端子18に接続された3つのコンデンサ素子(第1〜第3のコンデンサ素子20a〜20c)と、断面ほぼL字状の出力端子22と、該出力端子22に接続された3つのコンデンサ素子(第4〜第6のコンデンサ素子20d〜20f)と、第1のコンデンサ素子20aと第4のコンデンサ素子20dとをシリーズに接続する第1の電極板24aと、第2のコンデンサ素子20bと第5のコンデンサ素子20eとをシリーズに接続する第2の電極板24bと、第3のコンデンサ素子20cと第6のコンデンサ素子20fとをシリーズに接続する第3の電極板24cとを有する。
例えば図1に示すように、筐体14は、例えば樹脂材料あるいはセラミック材料にて角筒状に構成され、上面と下面にそれぞれ開口(上面開口及び下面開口)を有する。つまり、収容空間12は、筐体14の上下方向を貫通するように形成された形となっている。
コンデンサ素子組立体16は、各コンデンサ素子20a〜20fの上端側、すなわち、第1〜第3の電極板24a〜24cが筐体14の上面開口を臨むように、筐体14の収容空間12に収められ、筐体14の下面開口からは入力端子18と出力端子22が導出されるようになっている。筐体14内の収容空間12のうち、コンデンサ素子組立体16を除く部分には、例えば樹脂材料26が充填されている。
そして、この第1の実施の形態に係る電子部品10Aは、コンデンサ素子組立体16の少なくとも第1〜第3の電極板24a〜24cが接するように筐体14に設置された第1の放熱体28と、該第1の放熱体28に接して設けられた第2の放熱体30とを有する。
第1の放熱体28は、絶縁体で構成することが好ましい。また、第1の放熱体28は、柔軟性のあるシート体で構成することが好ましい。この実施の形態では、第1の放熱体28は、絶縁体で、且つ、柔軟性のあるシート体で構成された市販の例えば無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを用いた。外形寸法は、筐体14の上面の外形寸法とほぼ同じである。厚みは0.1〜3mmである。0.1mm未満だとコンデンサ素子組立体16と第2の放熱体30との間の絶縁性が確保できなくなるおそれがあり、3mmを超えると放熱性が低下するおそれがあるからである。
この第1の放熱体28は、筐体14の上面開口を閉塞するように筐体14に設置されている。このとき、第1の放熱体28の下面にコンデンサ素子組立体16の第1〜第3の電極板24a〜24cが接触するように設置される。第1の放熱体28の筐体14への固定は、筐体14の枠状の上端面14aと第1の放熱体28の周縁部とを例えば接着剤にて固着すればよい。このようにすれば、コンデンサ素子組立体16の第1〜第3の電極板24a〜24cと第1の放熱体28との間に接着剤が介在するということがなくなり、コンデンサ素子組立体16からの熱が第1〜第3の電極板24a〜24cを介して効率よく第1の放熱体28に伝わることになる。
また、第1の放熱体28が柔軟性を有するため、図5に示すように、コンデンサ素子組立体16を構成する各コンデンサ素子20a〜20fの高さが異なっていたとしても、その高さの差を柔軟性のある第1の放熱体28が吸収し、該第1の放熱体28の上面はほぼ平坦な面となる。図5では、第1〜第3のコンデンサ素子20a〜20cのうち、第3のコンデンサ素子20cの高さが第1及び第2のコンデンサ素子20a及び20bの高さよりも低い場合を示している。
一方、第2の放熱体30は、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)の金属板で構成され、外形寸法は、第1の放熱体28の外形寸法とほぼ同じである。厚みは0.5〜5mmである。
この第2の放熱体30は、第1の放熱体28の上面上に載置固定される。第2の放熱体30の第1の放熱体28への固定は、第1の放熱体28のタック性を利用した圧着もしくは熱伝導性の高い粘着材を介して接合すればよい。このようにすれば、第1の放熱体28に伝わった熱が効率よく第2の放熱体30に伝わり、外部空間に放熱されることになる。なお、この実施の形態では、上述したように、第1の放熱体28として無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートを使用したので、金属等の平面に押し当てると密着して固定されることになる。
このように、第1の実施の形態に係る電子部品10Aにおいては、筐体14内に収容されたコンデンサ素子組立体16の第1〜第3の電極板24a〜24cと第1の放熱体28とが直接接触していることから、コンデンサ素子組立体16から発した熱が、第1〜第3の電極板24a〜24cを介して第1の放熱体28に伝達することになる。第1の放熱体28と第2の放熱体30も直接接触していることから、第1の放熱体28に伝達した前記熱はそのまま第2の放熱体30に伝達し、放熱されることになる。この第1の実施の形態では、筐体14の表面温度上昇を約17%低減できた。
この場合、第1の放熱体28及び第2の放熱体30を固体にて構成するようにしているため、液体と違って、気密構造を採用する必要がなく、しかも、取り扱いも容易となる。
また、この実施の形態では、第1の放熱体28を柔軟性のあるシート体で構成するようにしたので、第1〜第3の電極板24a〜24cの上面から側面にかけて柔軟性のある第1の放熱体28が満遍なく接触することになる。これにより、コンデンサ素子組立体16から発した熱は、効率よく第1〜第3の電極板24a〜24cを介して第1の放熱体28に伝わり、第2の放熱体30を通じて放熱されることになる。
つまり、第1の実施の形態においては、簡単な構成で、コンデンサ素子組立体16からの熱を第2の放熱体30に効率よく伝達することができ、第1の放熱体28及び第2の放熱体30による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。
ここで、1つの実験例を示す。この実験例は、比較例と実施例について、筐体内に収容されたコンデンサ素子組立体に40Armsの電流を流し、そのときの筐体の表面温度の上昇を測定したものである。なお、測定装置の周囲温度は32℃であって、初期の筐体の表面温度は、比較例及び実施例共に36℃であった。
比較例は、図11に示すように、コンデンサ素子組立体112を筐体114内に収容した際に、電極板122が筐体114の上板126の下面に接触する構成を有する。実施例は、上述した第1の実施の形態に係る電子部品10Aと同様の構成(図1参照)を有する。
また、比較例の筐体114及び実施例の筐体14は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)で構成され、熱伝導率は0.27W/m・Kである。比較例の充填樹脂124及び実施例の充填樹脂26は、ウレタン樹脂(熱伝導率:0.29W/m・K)あるいはエポキシ樹脂(熱伝導率:0.2W/m・K)である。実施例の第1の放熱体28は市販の無機フィラー入りポリマーシートあるいはセラミックシートであって、熱伝導率は3W/m・Kである。比較例の放熱体116並びに実施例の第2の放熱体30は、Al(熱伝導率:210W/m・K)あるいはCu(熱伝導率:430W/m・K)である。
実験結果を図6に示す。この図6において、破線Aが比較例の特性を示し、実線Bが実施例の特性を示す。測定開始から約1時間後の筐体114(又は14)の表面温度は、比較例が84℃(52℃の温度上昇)、実施例が72℃(40℃の温度上昇)であった。比較例の温度上昇を100としたとき、実施例は77程度の上昇であり、比較例と比して23%程度温度上昇を低減できていることがわかる。
次に、第2の実施の形態に係る電子部品10Bについて図7〜図9を参照しながら説明する。
この第2の実施の形態に係る電子部品10Bは、上述した第1の実施の形態に係る電子部品10Aとほぼ同様の構成を有するが、筐体14の代わりに樹脂モールド体32が使用され、該樹脂モールド体32にコンデンサ素子組立体16が埋め込まれている点で異なる。
すなわち、図7に示すように、コンデンサ素子組立体16は、少なくとも第1〜第3の電極板24a〜24cが樹脂モールド体32から露出された状態で、該樹脂モールド体32に埋め込まれている。第1の放熱体28は、外形寸法が樹脂モールド体32の上面の外形寸法とほぼ同じであり、樹脂モールド体32から露出する第1〜第3の電極板24a〜24cに接するように樹脂モールド体32の上面上に設けられている。第2の放熱体30は、その外形寸法が、第1の放熱体28の外形寸法とほぼ同じであって、第1の放熱体28上に該第1の放熱体28に接して設けられている。なお、樹脂モールド体32の下面からはコンデンサ素子組立体16の入力端子18及び出力端子22が導出されるようになっている。また、樹脂モールド体32の材質は、エポキシ樹脂(熱伝導率:0.2W/m・K)等を用いることができる。
この第2の実施の形態に係る電子部品10Bにおいても、樹脂モールド体32内に埋め込まれたコンデンサ素子組立体16の第1〜第3の電極板24a〜24cと第1の放熱体28とが直接接触していることから、コンデンサ素子組立体16から発した熱が、第1〜第3の電極板24a〜24cを介して第1の放熱体28に伝達し、第2の放熱体30を介して放熱されることになる。この場合、樹脂モールド体32の表面温度上昇を約17%低減できた。
このように、第2の実施の形態に係る電子部品10Bにおいても、簡単な構成で、コンデンサ素子組立体16からの熱を第2の放熱体30に効率よく伝達することができ、第1及び第2の放熱体28及び30による放熱効果を最大限に発揮させることができ、耐久性の向上、長寿命化を図ることができる。
上述の例では、6つのコンデンサ素子20a〜20fが接続されたコンデンサ素子組立体16を用いた場合を示したが、2つ以上のコンデンサ素子が接続されたコンデンサ素子組立体や複数の抵抗素子が接続された抵抗素子組立体等を用いてもよい。また、コンデンサ素子と抵抗素子等が組み合わされた複合素子組立体を用いてもよい。
なお、本発明に係る電子部品は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
第1の実施の形態に係る電子部品を一部省略して示す斜視図である。 コンデンサ素子組立体を示す斜視図である。 第1の実施の形態に係る電子部品を、第1及び第4のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。 第1の実施の形態に係る電子部品を、第1、第2及び第3のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。 コンデンサ素子の高さが異なる場合の状態を示す断面図である。 実験結果を示す特性図である。 第2の実施の形態に係る電子部品を一部省略して示す斜視図である。 第2の実施の形態に係る電子部品を、第1及び第4のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。 第2の実施の形態に係る電子部品を、第1、第2及び第3のコンデンサ素子に沿って切断して示す縦断面図である。 従来例に係る電子部品を示す説明図である。 提案例に係る電子部品を示す縦断面図である。
符号の説明
10A、10B…電子部品 12…収容空間
14…筐体 16…コンデンサ素子組立体
18…入力端子 20a〜20f…コンデンサ素子
22…出力端子 24a〜24c…電極板
28…第1の放熱体 30…第2の放熱体
32…樹脂モールド体

Claims (8)

  1. 内部に収容空間を有する筐体と、
    前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、柔軟性のあるシート体で構成されていることを特徴とする電子部品。
  2. 内部に収容空間を有する筐体と、
    前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、無機フィラー入りポリマーシートであることを特徴とする電子部品。
  3. 内部に収容空間を有する筐体と、
    前記筐体の収容空間に収められた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記筐体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、セラミックシートであることを特徴とする電子部品。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子部品において、
    前記筐体は上面に開口を有し、
    前記コンデンサ素子組立体は、前記電極板側が前記筐体の開口を臨むように、前記筐体の収容空間に収められ、
    前記第1の放熱体は、前記筐体の開口を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていることを特徴とする電子部品。
  5. 樹脂モールド体と、
    前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、柔軟性のあるシート体で構成されていることを特徴とする電子部品。
  6. 樹脂モールド体と、
    前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、無機フィラー入りポリマーシートであることを特徴とする電子部品。
  7. 樹脂モールド体と、
    前記樹脂モールド体の内部に、一部が露出して埋め込まれた発熱を伴うコンデンサ素子組立体とを有する電子部品であって、
    前記コンデンサ素子組立体は、一部が前記筐体から露出された入力端子及び出力端子と、これら入力端子と出力端子間に接続され、かつ、前記筐体内に収容された複数のコンデンサ素子と、これら複数のコンデンサ素子をシリーズに接続する少なくとも1つの電極板とを有し、
    前記コンデンサ素子組立体の少なくとも前記電極板が接するように前記樹脂モールド体に設置された第1の放熱体と、
    前記第1の放熱体に接して設けられた第2の放熱体とを有し、
    前記第1の放熱体は、セラミックシートであることを特徴とする電子部品。
  8. 請求項5〜7のいずれか1項に記載の電子部品において、
    前記コンデンサ素子組立体は、少なくとも前記電極板側が前記樹脂モールド体の上面から露出するように、前記樹脂モールド体に埋め込まれ、
    前記第1の放熱体は、前記樹脂モールド体の上面を閉塞するように、かつ、少なくとも前記電極板が接触するように設置されていることを特徴とする電子部品。
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