JP6898162B2 - 電子部品の固定構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品の固定構造に関する。
従来、ＤＣ−ＤＣコンバータなどのスイッチング電源装置にトランジスタなどの電子部品が用いられる。電子部品は動作中に高温に発熱する部材であるため放熱機能を有するヒートシンクに対して電子部品を固定金具で押圧固定を行っている。
例えば、特許文献１の固定金具は、基板を貫通するヒートシンクの凸部と電子部品を接触させた状態で、ヒートシンク、基板、電子部品を一対の固定金具で挟持する技術が開示されている。
国際公開第２００８／０９９５５４号
しかしながら、一般的な電子部品の固定構造であると、基板の外周端部から基板の内側に向けて固定金具を差し込むことで、電子部品とヒートシンクとの間に基板を挟んで、これらを互いに近づく方向に押圧することで挟持することとなる。そのため、電子部品を基板の外周端部側に配置する必要があり、基板に対する電子部品の配置の自由度が低くなっていた。また、特許文献１の例であると、電子部品とヒートシンクとが接触しているものの、電子部品を基板に対して積極的に押圧していないため、電子部品と基板の間で位置ずれが生じる可能性があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子部品の基板に対する配置の自由度を向上するとともに、電子部品を確実に基板に固定することができる電子部品の固定構造を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヒートシンクと、少なくとも１以上の電子部品を搭載した基板と、前記電子部品および前記基板を前記ヒートシンクに固定する固定金具と、前記固定金具を前記ヒートシンクに固定する締結部材と、を備え、前記ヒートシンクは、本体部と、前記本体部から前記基板側に突出し、且つ、前記固定金具が固定される固定部と、を有し、前記基板は、前記本体部に載置されるとともに、前記固定部が貫通する貫通孔を有し、前記固定金具は、前記固定部に当接し、前記締結部材により前記固定部に固定される基部と、前記基部の一端から延在し、且つ、前記基部に対して弾性変形し、前記電子部品を前記基板側へ押圧する押圧部と、を有し、前記固定部の前記基部側の面と前記基部の前記固定部側の面のうち、どちらか一方の面に凸部を形成し、他方の面に前記凸部と嵌合する凹部を形成し、前記凹部と前記凸部は少なくとも１組以上形成されることを特徴とする。
本発明にかかる電子部品の固定構造は、電子部品の基板への配置が限定されないため、電子部品の基板へのレイアウトの自由度を向上できるという効果を奏する。また、固定金具がヒートシンクに対して基板と電子部品を押圧することで、電子部品を基板に確実に固定することができるという効果を奏する。
図１は、電子部品ユニットの概略構成を表す斜視図である。 図２は、電子部品ユニットの分解斜視図である。 図３は、図１に示す電子部品ユニットのＡ−Ａの縦断面図である。 図４は、固定金具を下方向から見た斜視図である。
以下に、本発明にかかる電子部品の固定構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、本発明にかかる電子部品ユニットの概略構成を表す斜視図である。図２は、電子部品ユニットの分解斜視図である。図３は、図１に示すＡ−Ａの縦断面図である。図４は、固定金具を下方向から見た斜視図である。
以下の説明において、各図の矢印Ｘ方向は、延在方向であり、電子部品ユニットの奥行き方向である。各図の矢印Ｙ方向は、延在方向に直交する直交方向であり、電子部品ユニットの幅方向である。各図の矢印Ｚ方向は、延在方向及び直交方向に直交する鉛直方向であり、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とする。
本実施形態にかかる電子部品ユニット１は、図１及び図２に示すように、例えば、自動車等の車両に搭載されるスイッチング電源装置を構成する。このスイッチング電源装置は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等であり、入力された直流の電力を、所定の電圧を有する直流電力に変換する機能を有する。なお、スイッチング電源装置を構成する電子部品ユニット１以外の構成要素については、それらの説明を省略する。
電子部品ユニット１は、ヒートシンク１０と、基板２０と、電子部品３０（図示例では４つ）と、固定金具４０（図示例では２つ）と、締結部材５０（図示例では２つ）と、放熱シート６０（図示例では２つ）とから構成される。
ヒートシンク１０は、基板２０と放熱シート６０が載置され、固定金具４０が固定される被固定部材である。ヒートシンク１０は、電子部品３０が発した熱の放熱を促進する放熱部材として機能する。ヒートシンク１０は、熱伝導性及び放熱性が高いアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料から構成される。ヒートシンク１０は、奥行き方向および幅方向を含む平面において、平板状に形成されている。ヒートシンク１０は、本体部１１と、本体部１１の上面（上方向の面）から基板２０側に突出した固定部１２と、ねじ穴１３と、凹部１４とを備える。
固定部１２は、後述する固定金具４０の基部４１が当接した状態で固定される。固定部１２は、図２に示すように、鉛直方向から見て四角形の四角柱で構成され、基板２０側に突出して形成される。本実施形態における固定部１２は、幅方向に隣り合うように、本体部１１に対して複数形成されている。固定部１２は、本体部１１の上面に基板２０および放熱シート６０が載置された状態で、基板２０の上面２０ａ（上方向の面）よりも固定部１２の上面１２ａ（上方向の面、基板２０側の面）が高くなるように形成される。固定部１２は、上面１２ａに、ねじ穴１３および一対の凹部１４が形成されている。ねじ穴１３は、固定金具４０を締結部材５０にて固定するための穴である。本実施形態におけるねじ穴１３は、鉛直方向から見て、上面１２ａの中央部に形成される。一対の凹部１４は、後述する固定金具４０の基部４１に形成された凸部４４と嵌合するものである。本実施形態における一対の凹部１４は、ねじ穴１３を挟んで対角に形成される。
基板２０は、複数の電子部品３０を電気的に接続するための板状部材である。基板２０は、図１に示すように、一辺の長さが固定金具４０よりも長く、且つ、ヒートシンク１０と同等以下の長さで平板状に形成される。基板２０は、上方向側に形成される上面２０ａに回路パターンが実装される。基板２０は、上面２０ａにおいて、複数の電子部品３０がはんだ付けにより回路パターンに対して電気的に接続される。基板２０の外表面のうち、少なくともヒートシンク１０と接触する部分は、絶縁処理が行われている。基板２０は、基板２０が本体部１１に載置された状態で、固定部１２が鉛直方向において貫通する貫通孔２１を有する。本実施形態における貫通穴２１は、各固定部１２に対応するものであり、幅方向に隣り合うように、基板２０に対して複数形成されている。貫通孔２１は、鉛直方向から見て四角形の四角柱で構成され、固定部１２が貫通できるように、鉛直方向から見て固定部１２よりも大きく形成される。貫通孔２１は、一辺の長さが固定部１２の対角線の長さよりも短くなるように形成される。貫通孔２１は、固定部１２の位置に対応して形成され、奥行き方向に沿って隣り合う電子部品３０の間に形成される。
複数の電子部品３０は、例えば、スイッチング電源装置等に用いられるスイッチング素子として機能する。各電子部品３０は、図１に示すように、基板２０の上面２０ａにおいて、貫通孔２１を挟んで奥行き方向に沿ってそれぞれ配置される。つまり、電子部品３０は、各貫通光２１に対してそれぞれ一組ずつ基板２０に搭載される。電子部品３０は、本体部３１と、端子部３２とを有する。本体部３１は、外周が絶縁材料により形成される。端子部３２は、はんだ付けにより、基板２０と電気的に接続される。
固定金具４０は、電子部品３０を基板２０及びヒートシンク１０に押圧固定するとともに、電子部品３０が発した熱をヒートシンク１０に伝える金具である。固定金具４０は、熱伝導性及び放熱性を有した金属材料から構成され、例えばステンレスなどの板材から打ち抜き、折り曲げ加工をされることにより製造される。固定金具４０は、図２及び図４に示すように、基部４１と、一対の押圧部４２と、貫通孔４３と、一対の凸部４４とを有する。
基部４１は、鉛直方向から見て基板２０の貫通孔２１よりも小さく形成される。基部４１は、下面（下方向の面、固定部１２側の面）が固定部１２の上面１２ａに当接し、締結部材５０によりヒートシンク１０に固定される。基部４１は、貫通孔４３と、一対の凸部４４とを有する。貫通孔４３は、基部４１を鉛直方向において貫通する孔であり、締結部材５０が貫通する孔である。貫通穴４２は、ねじ穴１３に対応するものであり、鉛直方向においてねじ穴１３にそれぞれ対向して形成される。一対の凸部４４は、固定部１２の上面１２ａと対向する基部４１の下面に形成される。本実施形態における一対の凸部４４は、基部４１の上面（上方向の面）から下方向に打ち出して形成される。各凸部４４は、固定部１２に対して基部４１が載置された状態で、固定部１２の各凹部１４とそれぞれ嵌合する。
一対の押圧部４２は、基板２０に対して奥行き方向に配列された一組の電子部品３０にそれぞれ対応して、基部４１の奥行き方向の両端部から電子部品３０に向かって延在し、平板状に形成される。押圧部４２は、基部４１に対して弾性変形を許容する湾曲部４２ａと、電子部品３０の本体部３１に当接する当接部４２ｂと、を有する。湾曲部４２ａは、基部４１と当接部４２ｂとを連結するものである。当接部４２ｂは、固定金具４０がヒートシンク１０に固定された状態で、本体部１２の上面に当接する。押圧部４２は、固定金具４０がヒートシンク１０に固定された状態で、電子部品３０を下方向に押圧し、基板２０及びヒートシンク１０に対して電子部品３０を押圧固定する。
締結部材５０は、固定金具４０及び基板２０をヒートシンク１０に固定するものである。締結部材５０は、例えば、ねじであり、各ねじ穴１３にそれぞれ対応して複数設けられる。締結部材５０は、固定金具４０の貫通孔４３を貫通して、ねじ穴１３に螺合することで、固定金具４０をヒートシンク１０に固定する。
一対の放熱シート６０は、基板２０及びヒートシンク１０の絶縁を行うものである。放熱シート６０は、熱伝導性が高い絶縁材料から構成される。放熱シート６０は、図２に示すように、鉛直方向において基板２０を挟んで複数の電子部品３０と対向するものである。本実施形態における放熱シート６０は、鉛直方向から見た場合に、幅方向に沿って配置された複数の電子部品３０を合わせた広さよりも広く形成される。一対の放熱シート６０は、固定部１２を挟んで奥行き方向に沿って配置される。放熱シート６０は、弾力性のあるシート状に形成される。放熱シート６０は、自身の粘着力、または図示しない貼着剤により、本体部１１の上面に貼付される。
電子部品ユニット１の組み付け手順について説明する。まず、電子部品３０は、基板２０の上面２０ａに対してはんだ付けにより電気的に接続される。ここで、電子部品３０は、基板２０と電気的に接続されることで、基板２０に機械的に保持される。
次に、一対の放熱シート６０は、ヒートシンク１０の本体部１１の上面に貼付される。次に、電子部品３０を保持した基板２０は、放熱シート６０が一体化されたヒートシンク１０に載置される。この時、ヒートシンク１０の各固定部１２は、基板２０の各貫通孔２１をそれぞれ貫通する。
次に、固定金具４０は、基部４１に形成された凸部４４とヒートシンク１０の固定部１２に形成された凹部１４とが嵌合するように、固定部１２に載置される。ここで、基部４１の下面および固定部１２の上面１２ａは、ねじ穴１３と貫通孔４３が上下方向において対向した状態で、互いに面接触する。また、固定金具４０は、凹部１４と凸部４４が嵌合することで、固定部１２に対する基部４１の位置決めがなされる。
次に、締結部材５０は、固定金具４０の貫通孔４３を貫通して、固定部１２のねじ穴１３に螺合される。ここで、締結部材５０のねじ穴１３に対する螺合において、凹部１４及び凸部４４が嵌合していることで、固定金具４０は、締結部材５０を中心として回転しない。また、基板２０は、各固定部１２に貫通穴２１に貫通している締結部材５０を中心として回転しない。また、当接部４２ｂは、電子部品３０の本体部３１に面接触するとともに、図３に示すように、湾曲部４２ａは、電子部品３０を下方向に押圧する力に対する上方向に向かう反力を受けて、基部４１に対して上方向に弾性変形する。また、一対の押圧部４２は、それぞれ基部４１に対して略均等に弾性変形する。そして、固定金具４０の押圧部４２は、各電子部品３０の基板２０及びヒートシンク１０に対する押圧固定が完了する。
上記実施例における電子部品ユニット１によれば、基板２０を貫通する貫通孔２１に固定部１２に固定される固定金具４０が電子部品３０を基板２０に押圧固定するため、電子部品３０の基板２０に対する配置の自由度が向上する。つまり、基板２０に固定部１２が貫通する貫通孔２１を形成できれば、電子部品３０を基板２０の外周端部側に配置する必要がないため、電子部品３０の基板２０に対する配置の自由度が向上する。また、固定金具４０が電子部品３０をヒートシンク１０及び基板２０に向けて下方向に押圧するため、電子部品３０を基板２０及びヒートシンク１０に確実に固定できる。また、押圧部４２が電子部品３０と、基板２０と、放熱シート６０とをヒートシンク１０に対して押圧することで、これらがより密着するため、電子部品３０が発した熱をヒートシンク１０に伝えやすくなる。また、固定金具４０の基部４１とヒートシンク１０の固定部１２が当接することで、電子部品３０が発した熱をヒートシンク１０に伝えやすくなる。よって、電子部品３０が発した熱を効率的に放熱できる。
また、固定金具４０は、基部４１を挟んで少なくとも一組の押圧部４２が形成されるため、押圧部４２が一組の電子部品３０を下方向に押圧する力に対する上方向に向かう反力を受けても基部４１に対して均等に弾性変形する。よって、一組の押圧部４２が一組の電子部品３０を基板２０に対して均等な力で押圧することが可能となり、電子部品３０を基板２０に確実に押圧固定できる。
また、基部４１の下面と固定部１２の上面１２ａのそれぞれの面に凸部４４または凹部１４をお互い嵌合する位置に形成したことで、固定金具４０を固定部１２に載置するときに固定金具４０の固定部１２に対する位置決めが容易となる。つまり、凹部１４と凸部４４が嵌合する位置に載置すればよいので、組み付け作業性を向上することができる。また、締結部材５０を固定部１２に螺合するときに、凹部１４と凸部４４が嵌合していることで、固定金具４０が締結部材５０を中心として回転しないため、組み付け作業性を向上することができる。
また、固定部１２が基板２０に対して回転規制形状に形成されるため、作業員が基板２０をヒートシンク１０に載置する際に、基板２０が固定部１２を中心に回転しないため位置決めが容易となる。よって、組み付け作業性を向上することができる。また、固定金具４０を締結部材５０により固定部１２に固定した後も、基板２０が固定部１２を中心に回転しないため、電子部品３０を基板２０に確実に固定できる。
〔実施例の変形例〕
上記実施例にかかる電子部品ユニット１は、図示例に限定されるものではない。上記実施例では、複数の電子部品３０を基板２０に配置し、固定金具４０は一対の押圧部４２を有することを説明したが、これに限定されるものではない。固定部１２、電子部品３０、押圧部４２、締結部材５０、放熱シート６０は、それぞれ少なくとも１つ以上有していればよい。
また、上記実施例では、固定部１２が２つ形成されることを説明したが、固定部１２は少なくとも１つ以上形成されていればよい。固定部１２を１つだけ形成した場合でも、固定部１２は、固定部１２を中心として基板２０が回転することを規制可能な回転規制形状に形成されているため、本体部１１の上面に基板２０を載置しても基板２０が固定部１２を中心として回転しない。また、上記実施例では、固定部１２が鉛直方向から見て四角形の四角柱に構成されることを説明したが、鉛直方向から見て楕円形の円柱や、多角形の角柱としてもよく、基板２０が固定部１２を中心として回転することを規制できればよい。
また、上記実施例では、基部４１の凸部４４を基部４１の上面から下方向に向けて打ち出すことを説明したが、これに限定されない。例えば、基部４１の一部を切り起こすことで凸部４４を形成してもよい。
また、上記実施例では、固定金具４０の押圧部４２が湾曲部４２ａ及び当接部４２ｂを有することを説明したが、これに限定されない。押圧部４２は、基部４１に対して弾性変形を許容できる形状であればよく、湾曲部４２ａを有していなくてもよい。また、当接部４２ｂは、電子部品３０の頭部３１に全体が接触することを説明したが、これに限定されない。押圧部４２が電子部品３０を基板２０に対して押圧固定できればよく、当接部４２ｂの少なくとも一部が頭部３１と接触していればよい。
また、上記実施例では、ヒートシンク１０の固定部１２の上面１２ａが本体部１１に載置された放熱シート６０及び基板２０の上面２０ａよりも高くなるように固定部１２が突出して形成されることを説明したが、これに限定されない。固定部１２の上面１２ａが基板２０の上面２０ａと同一かそれ以下の高さに形成してもよい。
また、上記実施例では、ヒートシンク１０の本体部１１は平板状に形成されることを説明したが、本体部１１の下面（下方向の面）に放熱フィンを形成してもよい。本体部１１の下面を放熱フィンとすることで、より効率よく放熱が可能となる。
また、上記実施例では、固定部１２の上面１２ａに凹部１４、基部４１の下面に凸部４４を形成することを説明したが、凹部１４と凸部４４を形成する面は逆でもよい。つまり、固定部１２の上面１２ａに凸部、基部４１の下面に凹部を形成してもよい。また、固定部１２の上面１２ａと基部４１の下面に凹部と凸部を１つずつそれぞれの面に凹部と凸部が嵌合するように形成してもよい。この場合、固定金具４０の位置だけでなく、配置方向についても一義的に決めることができる。よって、電子部品ユニット１の組み付け作業性を向上することができる。また、上記実施例では、凹部１４と凸部４４を一対ずつ形成することを説明したが、それぞれ少なくとも１つ以上形成されればよく、一対に限定されない。
１ 電子部品ユニット
１０ ヒートシンク
１１ 本体部
１２ 固定部
１３ ねじ穴
１４ 凹部
２０ 基板
２１ 貫通孔
３０ 電子部品
４０ 固定金具
４１ 基部
４２ 押圧部
４３ 貫通孔
４４ 凸部
５０ 締結部材
６０ 放熱シート

Claims (3)

  1. ヒートシンクと、
    少なくとも１以上の電子部品を搭載した基板と、
    前記電子部品および前記基板を前記ヒートシンクに固定する固定金具と、
    前記固定金具を前記ヒートシンクに固定する締結部材と、を備え、
    前記ヒートシンクは、本体部と、前記本体部から前記基板側に突出し、且つ、前記固定金具が固定される固定部と、を有し、
    前記基板は、前記本体部に載置された状態で、前記固定部が貫通する貫通孔を有し、
    前記固定金具は、前記固定部に当接し、前記締結部材により前記固定部に固定される基部と、前記基部の一端から延在し、且つ、前記基部に対して弾性変形し、前記電子部品を前記基板側へ押圧する押圧部と、を有し、
    前記固定部の前記基部側の面と前記基部の前記固定部側の面のうち、どちらか一方の面に凸部を形成し、他方の面に前記凸部と嵌合する凹部を形成し、
    前記凹部と前記凸部は少なくとも１組以上形成されることを特徴とする電子部品の固定構造。
  2. 前記電子部品は、前記貫通孔を挟んで少なくとも一組が前記基板に対して搭載され、
    前記押圧部は、前記電子部品にそれぞれ対応して一組が前記基部に対して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の固定構造。
  3. 前記固定部は、前記貫通孔に貫通された状態で、前記基板が前記固定部に対して、回転することを規制する回転規制形状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の固定構造。
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