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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