JP6501925B2 - 放熱装置および放熱装置の組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発熱部品の熱を放出する放熱装置および放熱装置を組み立てる方法に関する。

例えば電源装置は、プリント配線基板に実装されたパワー半導体を備えている。パワー半導体は、発熱部品の一例であって、放熱部材の上に載置されている。放熱部材には、クリップのようなばね性を有する固定金具が取り付けられている。固定金具は、発熱部品を放熱部材に押し付けることで、発熱部品と放熱部材との間を熱的に接続している。

例えば、特許文献１は、プリント配線基板の長手方向に沿う第１の方向に沿って配列された複数の発熱部品を、固定金具を介して細長い放熱部材に押し付ける技術を開示している。具体的には、プリント配線基板の四つの縁部に夫々細長い放熱部材が取り付けられている。放熱部材の上には、前記第１の方向に沿って複数の発熱部品が直線状に配列されているとともに、一列に並んだ発熱部品を放熱部材に押し付ける固定金具が取り付けられている。

固定金具は、一端に固定部を有し、当該固定部が複数のボルトを介して放熱部材に固定されている。さらに、固定金具は、固定部から直角に折り曲げられた立ち上がり片と、立ち上がり片の上端から斜め横向きに折り曲げられた押圧片と、を有している。押圧片の先端部は、発熱部品の上面に弾性的に接している。これにより、発熱部品が固定金具の押圧片と放熱部材との間で挟み込まれ、発熱部材の熱が放熱部材に伝わるようになっている。

特開２０１２−２５６７５０号公報

特許文献１によると、固定金具は、押圧片の先端部が発熱部品の上面に接触している以外、発熱部品との拘り合いは無い。したがって、製品の製造時もしくは運搬時において、固定金具による押圧力を上回るような過大な外力がプリント配線基板又は放熱部品に作用した場合に、発熱部品が固定金具に対し変位することがあり得る。

具体的に述べると、発熱部品が固定金具の立ち上がり片に向けて変位した場合、最終的に発熱部品の側面が立ち上がり片に突き当たり、それ以上の発熱部品の変位が制限される。さらに、発熱部品が立ち上がり片と平行な方向に変位する場合は、当該発熱部品が隣り合う他の発熱部品もしくは他の発熱部品に対応する押圧片と干渉し合い、それ以上の発熱部品の変位が制限されることが多い。

しかしながら、発熱部品が固定金具の立ち上がり片から遠ざかる方向に変位した場合は、発熱部品の変位を制限する要素が存在しないために、最終的に発熱部品が固定金具から抜け出てしまうのを否めない。すなわち、発熱部品の変位を招くような過大な外力がプリント配線基板又は放熱部品に作用した場合、外力の作用方向によっては、発熱部品が固定金具の押圧片から離脱することがあり得る。

よって、発熱部品を放熱部材に押し付けることができなくなり、発熱部品の放熱性の低下を招く一つの要因となる。

本発明の目的は、発熱部品が固定具から抜け出るのを確実に防止でき、発熱部品と放熱部材との間の熱接続の信頼性が向上する放熱装置および放熱装置の組み立て方法を得ることにある。

実施形態によれば、放熱装置は、予め決められた方向に並べられた複数の発熱部品が電気的に接続される基板と、複数の前記発熱部品が熱的に接続される受熱面を有する放熱部材と、個々の前記発熱部品に対応するように前記放熱部材に取り付けられ、前記発熱部品を前記放熱部材の前記受熱面に個々に押し付ける複数の固定具と、を備えている。前記固定具は、前記発熱部品の配列方向と交差する方向に開放された形状を有するとともに、前記固定具の開放方向が互いに逆向きとなる姿勢で前記放熱部材に取り付けられたことを特徴としている。

さらに、実施形態に係る放熱装置の組み立て方法は、放熱部材の受熱面の上に、複数の発熱部品を予め決められた方向に配列し、前記発熱部品の配列方向と交差する方向に開放された形状を有する複数の固定具を準備し、当該固定具の開放方向が互いに逆向きとなるような姿勢で前記固定具を前記放熱部材に固定することにより、前記固定具を介して複数の前記発熱部品を個々に前記受熱面に押し付け、前記受熱面に押し付けられた前記発熱部品を基板に電気的に接続するようにしたことを特徴としている。

図１は、実施形態に係る放熱装置おいて、複数の発熱部品を夫々固定金具を介して放熱部材に熱的に接続した状態を示す斜視図である。 図２Ａは、実施形態において、サブヒートシンク、発熱部品および固定金具の相対的な位置関係を分解して示す斜視図である。 図２Ｂは、実施形態において、サブヒートシンクの上に固定金具を介して発熱部品を熱的に接続した状態を示す斜視図である。 図３Ａは、実施形態において、サブヒートシンクの上に固定金具を介して発熱部品を熱的に接続した状態を示す平面図である。 図３Ｂは、図３ＡのＦ３Ｂ−Ｆ３Ｂ線に沿う断面図である。 図３Ｃは、図３ＡのＦ３Ｃ−Ｆ３Ｃ線に沿う断面図である。 図４Ａは、比較例において、サブヒートシンクの上に固定金具を介して発熱部品を熱的に接続した状態を示す平面図である。 図４Ｂは、図４ＡのＦ４Ｂ−Ｆ４Ｂ線に沿う断面図である。 図４Ｃは、図４ＡのＦ４Ｃ−Ｆ４Ｃ線に沿う断面図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る放熱装置Ａの斜視図である。放熱装置Ａは、複数の発熱部品Ｐの放熱性を高めるための要素であって、放熱部材１および複数の固定金具３を主要な要素として備えている。

発熱部品Ｐの一例は、スイッチング素子であるトランジスタやＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴもしくは大電流を整流するダイオード等である。図２Ａおよび図３Ｂに示すように、本実施形態の発熱部品Ｐは、上面Ｐ１、下面Ｐ２、第１の側面Ｐ３および第２の側面Ｐ４を有する矩形状の要素であって、発熱部品Ｐ１の少なくとも上面Ｐ１および下面Ｐ２は、フラットな面となっている。第１の側面Ｐ３および第２の側面Ｐ４は、上面Ｐ１および下面Ｐ２に対し相反する側に位置するとともに、上面Ｐ１の縁と下面Ｐ２の縁との間を結ぶように起立している。

複数の接続端子ｄが発熱部品Ｐの第１の側面Ｐ３に配置されている。接続端子ｄは、第１の側面Ｐ３から横方向に突出された後、上向きに直角に折り曲げられている。接続端子ｄの上端は、基板の一例であるプリント配線基板４に半田付け等の手段で電気的に接続されている。

そのため、発熱部品Ｐは、プリント配線基板４の真下に位置されている。さらに、発熱部品Ｐは、プリント配線基板４に対し予め決められた方向に互いに間隔を存して一列に配列されている。

図３Ａに最もよく示されるように、一列に並んだ複数の発熱部品Ｐは、第１のグループＧ１および第２のグループＧ２に分けられている。第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐは、接続端子ｄを有する第１の側面Ｐ３が第１の方向Ｆ１を指向する姿勢で一列に並んでいる。第１の方向Ｆ１とは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄと直交する方向であり、本実施形態では、図３Ａに示すように、発熱部品Ｐの右側を向いている。

第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐは、接続端子ｄを有する第１の側面Ｐ３が第２の方向Ｆ２を指向する姿勢で一列に並んでいる。第２の方向Ｆ２とは、第１の方向Ｆ１と相反する方向であり、本実施形態では、図３Ａに示すように発熱部品Ｐの左側を向いている。

すなわち、第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐと、第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐとは、第１の側面Ｐ３が発熱部品Ｐの配列方向Ｄに対し互いに逆方向を指向するようにプリント配線基板４に実装されている。さらに、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐと第２のグループＧ２の発熱部品Ｐとは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄと直交する方向に互いにずれている。

放熱部材１は、全ての発熱部品Ｐが熱的に接続される要素であって、発熱部品Ｐの配列方向Ｄに沿って延びる細長い形状を有している。本実施形態によると、放熱部材１は、メインヒートシンク１ａとサブヒートシンク１ｂとで構成されている。

図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、メインヒートシンク１ａは、フラットな接合面５を有する板状の本体６と、本体６から接合面５の反対側に向けて突出された複数の放熱フィン７と、を備えている。サブヒートシンク１ｂは、本体６よりも遥かに薄い板状の要素であって、本体６の接合面５の上に重ね合わされている。サブヒートシンク１ｂは、本体６の反対側にフラットな受熱面８を有している。

図１に示すように、サブヒートシンク１ｂは、一対の取り付け孔９ａ，９ｂを有している。取り付け孔９ａ，９ｂは、サブヒートシンク１ｂの対角線上に位置する角部に開口されており、当該取り付け孔９ａ，９ｂに夫々図示しないボルトが挿入されている。ボルトは、取り付け孔９ａ，９ｂを貫通してメインヒートシンク１ａの本体６にねじ込まれている。このねじ込みにより、サブヒートシンク１ｂがメインヒートシンク１ａの本体６の接合面５に密着した状態でメインヒートシンク１ａに固定され、メインヒートシンク１ａとサブヒートシンク１ｂとが一体構造物として組み立てられる。

メインヒートシンク１ａおよびサブヒートシンク１ｂは、例えば押出成形されたアルミニウム材により形成されている。サブヒートシンク１ｂは、単なる薄肉の平板であるため、例えば板状のアルミニウム材から削り出すようにしてもよい。

図１、図２Ｂおよび図３Ａは、放熱部材１の受熱面８の上に第１のグループＧ１の発熱部品Ｐおよび第２のグループＧ２の発熱部品Ｐを載置した状態を示している。実施形態によると、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐは、受熱面８の幅方向に沿う中央を通って受熱面８の長手方向に延びる図３Ａに示す基準線Ｏ１に対しやや右寄りにずれて配置されている。これに対し、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐは、前記基準線Ｏ１に対しやや左寄りにずれて配置されている。

図２Ａの分解図に示すように、サブヒートシンク１ｂは、複数の貫通孔１１および複数の係合孔１２を有している。貫通孔１１および係合孔１２は、受熱面８の上に載置された個々の発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４と隣り合うように受熱面８に開口されている。

図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、複数の固定金具３は、第１のグループＧ１に属する３個の発熱部品Ｐおよび第２のグループＧ２に属する２個の発熱部品Ｐを、個々に放熱部材１の受熱面８に固定する要素である。固定金具３は、互いに共通の構成を有するため、１つの固定金具３を代表して説明する。

図２Ａに示すように、固定金具３は、固定具の一例であって、例えば弾性を有する金属製の板材を折り曲げることで構成されている。固定金具３の素材としては、サブヒートシンク１ｂを構成するアルミニウム材よりも強度が高い板金材を用いている。

固定金具３は、放熱部材１の受熱面８に重ねられる第１の片部１４ａと、第１の片部１４ａの一端縁から発熱部品Ｐの厚さ方向に立ち上がるように延出された第２の片部１４ｂと、第２の片部１４ｂの先端縁から発熱部品Ｐを間に挟んで受熱面８と向かい合うように延出された第３の片部１４ｃと、を備えている。第３の片部１４ｃは、第２の片部１４ｂの先端縁から遠ざかるに従い受熱面８に向けて漸次傾斜されている。

第１の片部１４ａは、ねじ孔１５および係合片１６を有している。ねじ孔１５は、サブヒートシンク１ｂの貫通孔１１に合致する要素であって、第１の片部１４ａの中央部に形成されている。係合片１６は、例えば第１の片部１４ａの先端の角部を受熱面８に向けて切り起こすことにより形成されている。係合片１６の先端部は、サブヒートシンク１ｂの係合孔１２に挿入されるようになっている。

図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、各固定金具３は、ねじ１８を介してサブヒートシンク１ｂに固定されている。ねじ１８は、締結具の一例であって、サブヒートシンク１ｂの裏側から貫通孔１１を通じて固定金具３のねじ孔１５にねじ込まれている。このねじ込みにより、固定金具３の第１の片部１４ａが受熱面８に固定される。それとともに、固定金具３の第３の片部１４ｃが発熱部品Ｐの上面Ｐ１に弾性的に接触し、第３の片部１４ｃと受熱面８との間で発熱部品Ｐが弾性的に挟持される。

言い換えると、固定金具３の第３の片部１４ｃは、発熱部品Ｐの下面Ｐ２を受熱面８に押し付ける方向に発熱部品Ｐを付勢しており、これにより、発熱部品Ｐが受熱面８に熱的に接続された状態に保持される。

さらに、固定金具３の第１の片部１４ａを受熱面８に固定した状態では、第１の片部１４ａから切り起こされた係合片１６がサブヒートシンク１ｂの係合孔１２に受熱面８の側から挿入されている。この挿入により、受熱面８の上での固定金具３の回り止めがなされている。

図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、ねじ１８は、サブヒートシンク１ｂの裏側から貫通孔１１に挿入されているため、ねじ１８の頭部１８ａがメインヒートシンク１ａの接合面５に向けて突出されている。そのため、本実施形態では、メインヒートシンク１ａの接合面５にねじ１８の頭部１８ａが入り込む凹陥部１９が形成されている。

この結果、ねじ１８の頭部１８ａがメインヒートシンク１ａの接合面５と干渉することはなく、サブヒートシンク１ｂがメインヒートシンク１ａの接合面５に隙間なく密着する。

メインヒートシンク１ａおよびサブヒートシンク１ｂは、押出成形されたアルミニウム材により形成されている。この種のアルミニウム材は、熱伝導性に優れる反面、鉄よりも強度が弱いので、ねじ孔を設けてもねじで強固に固定することができない。

本実施形態によると、ねじ１８は、サブヒートシンク１ｂの貫通孔１１を貫通してサブヒートシンク１ｂよりも強度が高い固定金具３のねじ孔１５にねじ込まれている。そのため、ねじ１８の締付力は固定金具３が荷担し、サブヒートシンク１ｂに締付力が作用することはない。よって、固定金具３をサブヒートシンク１ｂの受熱面８の上に強固に固定することができる。

図３Ｂに示すように、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐを固定金具３で受熱面８の上に固定した状態では、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に接している。発熱部品Ｐの接続端子ｄの側の端部は、固定金具３の第３の片部１４ｃの先端から第２の片部１４ｂの反対側に向けて突出されている。

このため、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３は、発熱部品Ｐの配列方向Ｄと直交する前記第１の方向Ｆ１に沿うように開放されている。言い換えると、当該固定金具３は、第３の片部１４ｃの向きに沿うように第２の片部１４ｂから遠ざかる方向に開放された形状を有している。

図３Ｃに示すように、第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐを固定金具３で受熱面８の上に固定した状態では、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に接している。発熱部品Ｐの接続端子ｄの側の端部は、固定金具３の第３の片部１４ｃの先端から第２の片部１４ｂの反対側に向けて突出されている。

このため、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３は、発熱部品Ｐの配列方向Ｄと直交する前記第２の方向Ｆ２に沿うように開放されている。言い換えると、当該固定金具３は、第３の片部１４ｃの向きに沿うように第２の片部１４ｂから遠ざかる方向に開放された形状を有している。

したがって、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３と、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３とでは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄに対する開放方向が互いに逆向きとなっている。

図１、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐは、放熱性を有する１枚の絶縁シート２０ａで包まれている。同様に、第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐは、放熱性を有する１枚の絶縁シート２０ｂで包まれている。

絶縁シート２０ａ，２０ｂは、発熱部品Ｐの下面Ｐ２とサブヒートシンク１ｂの受熱面８との間、発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４と固定金具３の第２の片部１４ｂとの間、および発熱部品Ｐの上面Ｐ１と固定金具３の第３の片部１４ｃとの間に介在されている。

このため、発熱部品Ｐは、絶縁シート２０ａ，２０ｂを介してサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続されている。それとともに、固定金具３の第３の片部１４ｃは、絶縁シート２０ａ，２０ｂを介して発熱部品Ｐに接している。

次に、放熱装置Ａの組立方法について説明する。当該組立方法は、放熱部材１に対する発熱部品Ｐの固定方法と言い換えることができる。

最初に、サブヒートシンク１ｂの受熱面８の上に絶縁シート２０ａ，２０ｂを敷く。この後、絶縁シート２０ａの上に第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐを互いに間隔を存して一列に並べる。三個の発熱部品Ｐは、受熱面８の基準線Ｏ１に対しやや右寄りにずれた位置で、接続端子ｄを有する第１の側面Ｐ３が第１の方向Ｆ１を指向するように受熱面８の上に載置する。接続端子ｄは、サブヒートシンク１ｂの側縁から放熱部材１の側方に張り出した位置で、放熱部材１の上方に向けて突出される。

さらに、絶縁シート２０ｂの上に第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐを互いに間隔を存して一列に並べる。二個の発熱部品Ｐは、受熱面８の基準線Ｏ１に対しやや左寄りにずれた位置で、接続端子ｄを有する第１の側面Ｐ３が第２の方向Ｆ２を指向するように受熱面８の上に載置する。接続端子ｄは、サブヒートシンク１ｂの側縁から放熱部材１の側方に張り出した位置で、放熱部材１の上方に向けて突出される。

この後、絶縁シート２０ａを上向きに折り返すことで、第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐを絶縁シート２０ａで包み込む。同様に、絶縁シート２０ｂを上向きに折り返すことで、第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐを絶縁シート２０ｂで包み込む。

引き続き、個々の発熱部品Ｐに対応するように固定金具３の第１の片部１４ａをサブヒートシンク１ｂの受熱面８の上に載置し、第１の片部１４ａのねじ孔１５をサブヒートシンク１ｂの貫通孔１１に合致させる。さらに、第１の片部１４ａの係合片１６をサブヒートシンク１ｂの係合孔１２に挿入する。

この状態で、サブヒートシンク１ｂの裏側から貫通孔１１にねじ１８を挿入し、ねじ１８の先端部を第１の片部１４ａのねじ孔１５にねじ込む。これにより、固定金具３がサブヒートシンク１ｂの受熱面８に固定される。

固定金具３がサブヒートシンク１ｂの受熱面８に固定されると、固定金具３の第３の片部１４ｃが絶縁シート２０ａ，２０ｂを介して発熱部品Ｐの上面Ｐ１に弾性的に接触する。この結果、発熱部品Ｐの下面Ｐ２がサブヒートシンク１ｂの受熱面８に向けて押圧される。よって、発熱部品Ｐが絶縁シート２０ａ，２０ｂを介してサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続される。

さらに、固定金具３の第２の片部１４ｂが絶縁シート２０ａ，２０ｂを介して発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に接触する。したがって、発熱部品Ｐは、受熱面８に熱的に接続されると同時に、接続端子ｄと相反する側から固定金具３によって受け止められる。

サブヒートシンク１ｂに対する発熱部品８の固定が完了したら、発熱部品Ｐの接続端子ｄをプリント配線基板４のスルーホールに差し込み、半田付け等の手段でプリント配線基板４に対し機械的および電気的に接続する。この後、サブヒートシンク１ｂをメインヒートシンク１ａの接合面５の上に重ね合わせる。引き続いて、サブヒートシンク１ｂの取り付け孔９ａ，９ｂに図示しないボルトを挿入し、当該ボルトをメインヒートシンク１ａの本体６にねじ込む。

これにより、メインヒートシンク１ａとサブヒートシンク１ｂとが一体構造物として組み立てられ、放熱装置Ａの組み立て作業が完了する。

本実施形態に係る放熱装置Ａによると、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１のグループＧ１に属する三個の発熱部品Ｐは、受熱面８の基準線Ｏ１に対しやや右寄りにずれた位置で受熱面８に熱的に接続され、発熱部品Ｐの左端に位置された第２の側面Ｐ４が固定金具３の第２の片部１４ｂに突き当たっている。このため、発熱部品Ｐの上面Ｐ１の中央部から第１の側面Ｐ３に至る領域では、発熱部品Ｐと固定金具３との拘り合いは無い。

これに対し、図３Ａおよび図３Ｃに示すように、第２のグループＧ２に属する二個の発熱部品Ｐは、受熱面８の基準線Ｏ１に対しやや左寄りにずれた位置で受熱面８に熱的に接続され、発熱部品Ｐの右端に位置された第２の側面Ｐ４が固定金具３の第２の片部１４ｂに突き当たっている。このため、発熱部品Ｐの上面Ｐ１の中央部から第１の側面Ｐ３に至る領域では、発熱部品Ｐと固定金具３との拘り合いは無い。

放熱部材１およびプリント配線基板４は、発熱部品Ｐから見て互いに独立した構造物となっている。このため、例えば放熱装置Ａの組み立て時あるいは運搬時に、放熱部材１およびプリント配線基板４が個別に移動して、発熱部品Ｐに対する位置がずれることがあり得る。

例えば放熱部材１あるいはプリント配線基板４が発熱部品Ｐの配列方向Ｄに移動して、発熱部品Ｐが同方向に相対的に変位した場合を考える。この際、隣り合う発熱部品Ｐの間隔は僅かであるため、発熱部品Ｐが変位すると、当該発熱部品Ｐは、隣り合う発熱部品Ｐに対応する固定金具３に突き当たる。したがって、隣り合う固定金具３の存在により、それ以上の発熱部品Ｐの変位が制限される。

問題となるのは、図３Ａに示された第１の方向Ｆ１および第２の方向Ｆ２への発熱部品Ｐの変位である。具体的に述べると、発熱部品Ｐを受熱面８に押し付ける固定金具３の押圧力が弱い状態において、放熱部材１に対して図３Ｂに実線の矢印で示す第２の方向Ｆ２に過大な外力が加わることがあり得る。すると、発熱部品Ｐを受熱面８に押し付ける固定金具３の第３の片部１４ｃが、発熱部品Ｐの上面Ｐ１に沿って発熱部品Ｐの左側に変位しようとする。この結果、固定金具３は、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐから離脱する方向に変位しようとする。

これに対し、第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐに関しては、図３Ｃに示すように、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に押し付けられる。この結果、固定金具３が発熱部品Ｐから離脱することはない。

本実施形態では、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐと、第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐとは、個々に固定金具３を介して共通のサブヒートシンク１ｂに固定されている。それとともに、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３と、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３とでは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄに対する開放方向が互いに逆向きとなっている。

このため、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３が放熱部材１と一緒に発熱部品Ｐの左側に変位しようとしても、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の存在により、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の変位が制限される。よって、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出ることはなく、全ての発熱部品Ｐがサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続された状態に維持される。

一方、プリント配線基板４に図３Ｂに実線の矢印で示す第２の方向Ｆ２に過大な外力が加わった場合、プリント配線基板４は、全ての発熱部品Ｐの接続端子ｄに接続されているので、発熱部品Ｐもプリント配線基板４に追従して第２の方向Ｆ２に変位しようとする。

この際、図３Ｃに示すように、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３では、開放方向が第２の方向Ｆ２と一致しているので、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出る方向に変位しようとする。

これに対し、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３は、第２の方向Ｆ２と相反する第１の方向Ｆ１に開放されている。このため、発熱部品Ｐがプリント配線基板４に追従して第２の方向Ｆ２に変位しようとすると、発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４が固定金具３の第２の片部１４ｂに押し付けられる。この結果、発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出ることはない。

よって、第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出る方向に変位しようとしても、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の存在により、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐの変位が制限される。よって、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出ることはなく、全ての発熱部品Ｐがサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続された状態に維持される。

さらに、発熱部品Ｐを受熱面８に押し付ける固定金具３の押圧力が弱い状態において、放熱部材１に対して図３Ｂおよび図３Ｃに鎖線の矢印で示す第１の方向Ｆ１に過大な外力が加わることがあり得る。すると、発熱部品Ｐを受熱面８に押し付ける固定金具３の第３の片部１４ｃが、発熱部品Ｐの上面Ｐ１に沿って発熱部品Ｐの右側に変位しようとする。

この結果、図３Ｃに示すように、第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐに対応する固定金具３は、発熱部品Ｐから離脱する方向に変位しようとする。これに対し、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐに関しては、図３Ｂに示すように、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に押し付けられる。この結果、固定金具３が発熱部品Ｐから離脱することはない。

したがって、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３が発熱部品Ｐの右側に変位しようとしても、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の存在により、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の変位が制限される。よって、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出ることはなく、全ての発熱部品Ｐがサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続された状態に維持される。

加えて、プリント配線基板４に図３Ｂに鎖線の矢印で示す第１の方向Ｆ１に過大な外力が加わった場合、発熱部品Ｐもプリント配線基板４に追従して第１の方向Ｆ１に変位しようとする。この際、図３Ｂに示すように、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３では、開放方向が第１の方向Ｆ１と一致しているので、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出る方向に変位しようとする。

これに対し、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３は、第１の方向Ｆ１と相反する第２の方向Ｆ２に開放されている。このため、発熱部品Ｐがプリント配線基板４に追従して第１の方向Ｆ１に変位しようとすると、発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４が固定金具３の第２の片部１４ｂに押し付けられる。この結果、固定金具３が発熱部品Ｐから離脱することはない。

したがって、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐが固定金具３の右側に変位しようとしても、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３の存在により、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐの変位が制限される。よって、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出ることはなく、全ての発熱部品Ｐがサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続された状態に維持される。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３と、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３とでは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄに対する開放方向が互いに逆向きとなっている。

このため、全ての発熱部品Ｐの接続端子ｄが電気的に接続されたプリント配線基板４もしくは放熱部材１に第１の方向Ｆ１又は第２の方向Ｆ２に沿う過大な外力が作用したとしても、全ての発熱部品Ｐをサブヒートシンク１ｂの受熱面８に熱的に接続した状態に維持することができる。

よって、発熱部品Ｐと放熱部材１との間の熱接続の信頼性が向上し、発熱部品Ｐの放熱性を良好に維持することができる。

さらに、本実施形態では、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐおよび第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐは、夫々放熱性を有する絶縁シート２０ａ，２０ｂで包囲された状態で固定金具３と放熱部材１の受熱面８との間に介在されている。このため、放熱部材１に対する発熱部品Ｐの絶縁性を確保しつつ、発熱部品Ｐの放熱性能を高めることができ、信頼性が向上する。

図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、前記実施形態に対する比較例を開示している。比較例は、発熱部品Ｐに対する固定金具３の向きに関する事項が実施形態と相違しており、放熱装置Ａの基本的な構成は、前記実施形態と同様である。そのため、比較例の各構成要素には、前記実施形態と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図４Ａに示すように、比較例では、例えば五個の発熱部品Ｐが放熱部材１の受熱面８の上に互いに間隔を存して一列に配列されている。全ての発熱部品Ｐは、接続端子ｄを有する第１の側面Ｐ３を同一の方向に向けた姿勢でサブヒートシンク１ｂの受熱面８の上に載置されている。

それとともに、全ての発熱部品Ｐは、受熱面８の幅方向に沿う中央を通って受熱面８の長手方向に延びる基準線Ｏ１に対しやや左寄りにずれている。第１の側面Ｐ３から突出された接続端子ｄは、サブヒートシンク１ｂの側縁から放熱部材１の側方に張り出した位置で放熱部材１の上方に導かれるとともに、プリント配線基板４に半田付けされている。

全ての発熱部品Ｐは、個々に固定金具３を介して受熱面８に固定されている。発熱部品Ｐを固定金具３で受熱面８の上に押え込んだ状態では、全ての固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に接している。発熱部品Ｐの接続端子ｄの側の端部は、固定金具３の第３の片部１４ｃの先端から第２の片部１４ｂの反対側に向けて突出されている。このため、全ての固定金具３は、第３の片部１４ｃの向きに沿うように第２の片部１４ｂから遠ざかる方向に開放された形状を有している。

比較例においては、例えば特許文献１に開示されているように、複数の発熱部品Ｐを共通した一つの固定金具で受熱面８に固定するようにしてもよい。

比較例によると、放熱部材１およびプリント配線基板４は、互いに独立した構造物であるため、例えば放熱装置Ａの組み立て時あるいは運搬時に、放熱部材１およびプリント配線基板４が相対的に移動することがあり得る。

具体的に述べると、発熱部品Ｐを受熱面８に押し付ける固定金具３の押圧力が弱い状態において、放熱部材１に対して図４Ｂに実線の矢印で示す方向に過大な外力が加わることがある。この場合は、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４に突き当たるので、全ての発熱部品Ｐに対する固定金具３の変位が制限される。

これに対し、プリント配線基板４に図４Ｂに実線の矢印で示す方向に過大な外力が加わった場合、プリント配線基板４は全ての発熱部品Ｐの接続端子ｄに接続されているので、発熱部品Ｐがプリント配線基板４に追従して同方向に変位しようとする。すると、固定金具３は、発熱部品Ｐが変位する方向に開放されているので、発熱部品Ｐが固定金具３から抜け出てしまうのを否めない。

さらに、プリント配線基板４に対し図４Ｂおよび図４Ｃに鎖線の矢印で示す方向に過大な外力が加わった場合、発熱部品Ｐがプリント配線基板４に追従して同方向に変位しようとする。すると、発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４が固定金具３の第２の片部１４ｂに突き当たり、発熱部品Ｐの変位が制限される。このため、発熱部品Ｐが固定金具３から離脱することはない。

しかしながら、放熱部材１に対し図４Ｂおよび図４Ｃに鎖線の矢印で示す方向に過大な外力が加わった場合は、固定金具３の第２の片部１４ｂが発熱部品Ｐの第２の側面Ｐ４から遠ざかる方向に固定金具３が放熱部材１と一緒に変位する。このため、固定金具３の第３の片部１４ｃの先端が発熱部材Ｐの上面Ｐ１に沿って移動し、そのまま固定金具３が発熱部品Ｐから抜け出てしまう。

このように複数の発熱部品Ｐを受熱面８の上に個々に押さえ付ける全ての固定金具３が第２の片部１４ｂから遠ざかる方向に開放するような姿勢で受熱面８の上に固定されていると、放熱部材１又はプリント配線基板４に加わる外力の方向によっては、発熱部品Ｐが固定金具３から容易に抜け出てしまい、受熱面８から脱落する。

これに対し本実施形態では、既に述べたように、第１のグループＧ１の発熱部品Ｐに対応する固定金具３と、第２のグループＧ２の発熱部品Ｐに対応する固定金具３とでは、発熱部品Ｐの配列方向Ｄに対する開放方向が互いに逆向きとなっている。

このため、プリント配線基板４もしくは放熱部材１に過大な外力が作用したとしても、必ず第１のグループＧ１又は第２のグループＧ２の発熱部品Ｐが固定金具３の第２の片部１４ｂに突き当たる。したがって、固定金具３に対する全ての発熱部品Ｐの抜け出しが規制され、放熱部材１からの発熱部品Ｐの脱落を防止できる。

前記実施形態では、第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐと第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐとは、放熱部材１に対する向きが１８０°反転しているが、発熱部品Ｐの向きはこれに限定されるものではない。すなわち、放熱部材に対する第１のグループＧ１に属する発熱部品Ｐと第２のグループＧ２に属する発熱部品Ｐとに向きは、相反する方向となる角度の範囲内であれば何等支承はない。

さらに、発熱部品Ｐを受熱面８に押さえ込む固定具は、板金製の固定金具に特定されるものではない。例えば、エンジニアリングプラスチックのように強固なねじ孔を形成でき、かつ発熱部品Ｐを受熱面８に向けてしっかりと押圧できる金属以外の材料で固定具を形成してもよい。

以上、本実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することを意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々の省略、置換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｐ…発熱部品、１…放熱部材、３…固定具（固定金具）、４…基板（プリント配線基板）、８…受熱面。

Claims (12)

1. 予め決められた方向に並べられた複数の発熱部品が電気的に接続される基板と、
   複数の前記発熱部品が熱的に接続される受熱面を有する放熱部材と、
   個々の前記発熱部品に対応するように前記放熱部材に取り付けられ、前記発熱部品を前記放熱部材の前記受熱面に個々に押し付ける複数の固定具と、を具備し、
   前記固定具は、前記発熱部品の配列方向と交差する方向に開放された形状を有するとともに、前記固定具の開放方向が互いに逆向きとなる姿勢で前記放熱部材に取り付けられた放熱装置。
2. 前記各固定具は、前記放熱部材に固定される第１の片部と、前記第１の片部の一端縁から前記発熱部品の厚さ方向に延出された第２の片部と、前記第２の片部の先端縁から前記発熱部品を間に挟んで前記受熱面と向かい合うように延出され、前記発熱部品に接することで当該発熱部品を前記受熱面に向けて押圧する第３の片部と、を含み、
   前記固定具の開放方向は、前記第２の片部の前記先端縁に対する前記第３の片部の向きに沿うように前記第２の片部から遠ざかる方向である請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記各固定具は、ばね性を有し、前記固定具の前記第３の片部が前記発熱部品に弾性的に接する請求項２に記載の放熱装置。
4. 前記発熱部品は、前記基板に電気的に接続される接続端子が配置された第１の側面と、前記第１の側面の反対側に位置された第２の側面と、を有し、
   複数の前記発熱部品は、前記第１の側面が前記発熱部品の配列方向と交差する第１の方向を指向する第１のグループと、前記第１の側面が前記第１のグループの前記発熱部品の前記第１の側面と相反する第２の方向を指向する第２のグループと、に分けられた請求項２又は請求項３に記載の放熱装置。
5. 前記第１のグループの前記発熱部品に対応する前記固定具は、前記第１の方向に開放され、前記第２のグループの前記発熱部品に対応する前記固定具は、前記第２の方向に開放された請求項４に記載の放熱装置。
6. 前記固定具の前記第２の片部が前記発熱部品の前記第２の側面に接する請求項４に記載の放熱装置。
7. 前記放熱部材は、放熱フィンを有するメインヒートシンクと、前記メインヒートシンクに重ねられるとともに前記受熱面を有する板状のサブヒートシンクと、を有し、
   前記固定具は、前記サブヒートシンクを前記メインヒートシンクの側から貫通するとともに前記固定具の前記第１の片部にねじ込まれた締結具を介して前記放熱部材に固定された請求項２に記載の放熱装置。
8. 前記メインヒートシンクは、前記サブヒートシンクが重なり合う接合面を有し、当該接合面に前記締結具の頭部が入り込む凹陥部が設けられた請求項７に記載の放熱装置。
9. 前記発熱部品を包む放熱性を有する絶縁シートをさらに備え、当該絶縁シートは、前記発熱部品と前記放熱部材との間、および前記発熱部品と前記固定具との間に介在された請求項１に記載の放熱装置。
10. 放熱部材の受熱面の上に、複数の発熱部品を予め決められた方向に配列し、
    前記発熱部品の配列方向と交差する方向に開放された形状を有する複数の固定具を準備し、当該固定具の開放方向が互いに逆向きとなるような姿勢で前記固定具を前記放熱部材に固定することにより、前記固定具を介して複数の前記発熱部品を個々に前記受熱面に押し付け、
    前記受熱面に押し付けられた前記発熱部品を基板に電気的に接続するようにした放熱装置の組み立て方法。
11. 前記発熱部品を放熱性を有する絶縁シートで包んだ後に、前記固定具を介して前記発熱部品を前記放熱部材の前記受熱面の上に固定するようにした請求項１０に記載の放熱装置の組み立て方法。
12. 前記発熱部品を予め決められた方向に配列するに際して、複数の前記発熱部品を第１のグループおよび第２のグループに分け、第１のグループでは、前記基板に接続される接続端子を有する前記発熱部品の側面が前記発熱部品の配列方向と交差する第１の方向を指向するような姿勢で前記発熱部品を前記放熱部材の前記受熱面の上に載置し、第２のグループでは、前記基板に接続される接続端子を有する前記発熱部品の側面が前記第１のグループの前記発熱部品の前記側面と相反する第２の方向を指向するような姿勢で前記発熱部品を前記放熱部材の前記受熱面の上に載置するようにした請求項１０に記載の放熱装置の組み立て方法。

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