JP7679798B2 - 吸熱構造体 - Google Patents

Description

本発明は、吸熱構造体に関する。

従来の吸熱構造体として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の吸熱構造体は、放熱用のヒートシンクに設けられている吸熱部材（突部）と、吸熱部材上に配置されている放熱シートと、を備えている。吸熱構造体では、放熱シート上に電子機器が配置されている。

特開２０１７－７９２６８号公報

上記放熱シートは、所定の形状、寸法に成形されている。そのため、放熱シートの製造にはコストが掛かる。そこで、コスト低減のために、放熱シートに代えて、ギャップフィラーを用いることができる。ギャップフィラーは、塗布時にペースト状であるため、形状のコントロールが難しい。そのため、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性を確保するための沿面距離を確保することが難しい。沿面距離を確保するために、ギャップフィラーが配置される吸熱部材の載置面を大きくし、ギャップフィラーを塗布する面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、吸熱部材の載置面を大きくすると投影面積が増えるため、吸熱構造体が大型化する。吸熱構造体が設けられる電子装置は小型化の傾向にあるため、吸熱構造体の大型化は好ましくない。

本発明の一側面は、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性を確保しつつ、大型化を回避することができる吸熱構造体を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る吸熱構造体は、電気絶縁性及び伝熱性を有する第一絶縁部材と、第一絶縁部材上に設けられる電子機器が発生する熱を第一絶縁部材を介して吸熱する突状の吸熱部材と、を備える吸熱構造体であって、吸熱部材は、第一絶縁部材及び電子機器が配置される載置面を有し、第一絶縁部材は、載置面と電子機器との間に塗布されることによって形成されており、載置面における第一絶縁部材よりも外縁側の部分と電子機器との間であって、少なくとも、電子機器と第一絶縁部材と吸熱部材とにより規定される電子機器と吸熱部材との沿面距離が最も短い部分に設けられると共に電気絶縁性を有する第二絶縁部材を備え、第二絶縁部材は、載置面に設けられる際に固体である。

本発明の一側面に係る吸熱構造体は、第二絶縁部材を備えている。第二絶縁部材は、載置面における第一絶縁部材よりも外縁側の部分と電子機器との間であって、少なくとも、電子機器と第一絶縁部材と吸熱部材とにより規定される電子機器と吸熱部材との沿面距離が最も短い部分に設けられる。これにより、吸熱構造体では、塗布されることによって形成される第一絶縁部材（例えば、ギャップフィラー）を用いた場合であっても、第二絶縁部材によって、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性を確保することができる。また、吸熱構造体では、第二絶縁部材によって電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性を確保することができるため、吸熱部材の載置面を大きくする必要がない。したがって、吸熱構造体の大型化を回避することができる。

一実施形態においては、第二絶縁部材は、第一絶縁部材を取り囲むように配置されていてもよい。この構成では、第二絶縁部材によって第一絶縁部材が全周にわたって囲まれるため、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性をより一層確保することができる。

一実施形態においては、第二絶縁部材は、載置面と第一絶縁部材との間に配置されると共に伝熱性を有する底部を有していてもよい。この構成では、電子機器と吸熱部材との間に第一絶縁部材及び第二絶縁部材の底部が配置されるため、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性をより一層確保することができる。

本発明の一側面によれば、電子機器と吸熱部材との間の電気絶縁性を確保しつつ、小型化を図ることができる。

図１は、第一実施形態に係る吸熱構造体の斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線における断面図である。 図３は、第二実施形態に係る吸熱構造体の断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。以下の説明では、図１において規定する第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２を用いる。

［第一実施形態］
図１に示される吸熱構造体１は、電子装置（例えば、インバータ、コンバータ等）に設けられている。吸熱構造体１は、電子部品Ｅにおいて発生した熱を冷却機構（図示省略）に放出する。電子部品Ｅは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。

図１及び図２に示されるように、吸熱構造体１は、吸熱部材３と、第一絶縁部材５と、伝熱部材７と、第二絶縁部材９と、を備えている。電子部品Ｅと伝熱部材７とは、電子機器１１を構成する。図１では、回路基板ＣＢ（図２参照）の図示を省略している。

吸熱部材３は、電子機器１１の熱を放出する部材である。図１及び図２に示される吸熱部材３は、例えば、放熱用のヒートシンク（筐体）の一部である。吸熱部材３は、ヒートシンクの一面から突出して設けられている突起部である。ヒートシンクには、吸熱部材３の他に、複数の他の部材が配置されている。吸熱部材３（ヒートシンク）の下部には、冷却機構が設けられている。冷却機構は、例えば、水冷式である。吸熱部材３の下部には、冷媒を通すための冷媒流路（図示省略）が設けられている。

吸熱部材３は、伝熱性を有する部材で形成されている。吸熱部材３は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス等で形成されている。吸熱部材３は、突状を呈している。本実施形態では、吸熱部材３は、四角錐台形状を呈している。吸熱部材３は、載置面３ａと、四つの側面３ｂと、を有している。載置面３ａは、長方形状を呈している。載置面３ａは、平坦面である。四つの側面３ｂのそれぞれは、台形状を呈している。

第一絶縁部材５は、電子機器１１と吸熱部材３との間の電気絶縁性を確保すると共に、電子機器１１の熱を吸熱部材３に伝達する。第一絶縁部材５は、電気絶縁性を有すると共に、伝熱性を有する部材で形成されている。第一絶縁部材５は、例えば、放熱ギャップフィラーである。本実施形態では、第一絶縁部材５は、例えば、硬化型の放熱シリコーンギャップフィラーである。

第一絶縁部材５は、吸熱部材３と伝熱部材７（電子機器１１）との間に配置されている。第一絶縁部材５は、吸熱部材３の載置面３ａ上に直接配置（載置）されている。第一絶縁部材５の一部（外縁部分）は、第二絶縁部材９上に配置されていてもよい。第一絶縁部材５は、吸熱部材３の載置面３ａに塗布されることによって形成されている。具体的には、第一絶縁部材５は、グリース状（ペースト状）の絶縁部材を載置面３ａに塗布し、硬化させることによって形成されている。

第一絶縁部材５は、吸熱部材３の載置面３ａの外縁よりも内側に配置されている。すなわち、吸熱部材３の載置面３ａは、第一絶縁部材５が配置されていない部分を有する。

図１及び図２に示されるように、伝熱部材７は、電子部品Ｅの熱を第一絶縁部材５に伝達する。伝熱部材７は、伝熱性を有する部材で形成されている。伝熱部材７は、例えば、銅で形成されている。

伝熱部材７は、第一絶縁部材５と電子部品Ｅとの間に配置されている。本実施形態では、図２に示されるように、伝熱部材７の断面は、凸状を呈している。伝熱部材７は、第一伝熱部７Ａと、第二伝熱部７Ｂと、を有している。第一伝熱部７Ａの幅（図２の左右方向の長さ）は、第二伝熱部７Ｂの幅よりも小さい。伝熱部材７では、第二伝熱部７Ｂが第一絶縁部材５と対向するように配置されている。第一伝熱部７Ａの表面７Ａａは、電子機器１１が載置される載置面を構成している。第二伝熱部７Ｂの表面７Ｂａは、回路基板ＣＢが載置される載置面を構成している。

本実施形態では、電子部品Ｅは、伝熱部材７（表面７Ａａ）上に二つ配置されている。電子部品Ｅは、第一方向Ｄ１において、所定の間隔をあけて配置されている。電子部品Ｅは、回路基板ＣＢに端子Ｔによって電気的に接続されている。ここで、図１に示される吸熱構造体１を電子部品Ｅ側から伝熱部材７に向かう方向から見た時に、第一方向Ｄ１に直交する方向を第二方向Ｄ２として以降説明を行う。

第二絶縁部材９は、電子機器１１（伝熱部材７）と吸熱部材３とを電気的に絶縁する部材である。第二絶縁部材９は、電気絶縁性を有する樹脂で形成されている。第二絶縁部材９は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂で形成されている。第二絶縁部材９は、一体成形品である。第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａにおける第一絶縁部材５よりも外縁側の部分と電子機器１１との間であって、少なくとも、電子機器１１と第一絶縁部材５と吸熱部材３とにより規定される電子機器１１と吸熱部材３との沿面距離Ｌが最も短い部分に設けられる。

本実施形態では、第二絶縁部材９は、枠状を呈している。第二絶縁部材９は、第一絶縁部材５の全周を囲うように、第一絶縁部材５の周囲に配置されている。図２に示されるように、第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａに載置されている。第二絶縁部材９は、載置面３ａの外縁に載置されている。第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａ及び側面３ｂに対向する部分を有している。第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａよりも第一方向Ｄ１又は第二方向Ｄ２において外側に突出している。すなわち、第二絶縁部材９は、載置面３ａの全周にわたって載置面３ａよりも外側に突出している。第二絶縁部材９は、例えば、吸熱部材３に嵌合している。

第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａに設けられる際に固体である。固体であるとは、流動性を有していないことを言う。すなわち、固体とは、不定形に形状が変化する性質を有しておらず、一定の形状を保持し得る状態を言う。本実施形態では、第二絶縁部材９は、吸熱部材３に取り付けられるときに、作業者によって保持され得る一定の硬度（強度）を有している。

続いて、吸熱構造体１を組み付ける（製造）する方法について説明する。最初に、吸熱部材３に第二絶縁部材９を取り付ける。続いて、吸熱部材３に第一絶縁部材５を形成する。具体的には、吸熱部材３の載置面３ａにペースト状のギャップフィラーを塗布して硬化させる。このとき、第一絶縁部材５の外縁の一部が第二絶縁部材９上に配置されてもよい。続いて、第一絶縁部材５上に、伝熱部材７を配置する。その後、回路基板ＣＢを配置し、伝熱部材７上に電子部品Ｅを設置する。なお、伝熱部材７と回路基板ＣＢと電子部品Ｅとは、予め一体化されていてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る吸熱構造体１は、第二絶縁部材９を備えている。第二絶縁部材９は、吸熱部材３の載置面３ａにおける第一絶縁部材５よりも外縁側の部分と電子機器１１との間であって、電子機器１１と第一絶縁部材５と吸熱部材３とにより規定される電子機器１１と吸熱部材３との沿面距離Ｌが最も短い部分に設けられる。これにより、吸熱構造体１では、塗布されることによって形成される第一絶縁部材５を用いた場合、形状のコントロールが難しいため、電子機器１１と吸熱部材３との間の沿面距離を確保することが難しいが、第二絶縁部材９によって、電子機器１１と吸熱部材３との間の電気絶縁性を確保することができる。また、吸熱構造体１では、第二絶縁部材９によって電子機器１１と吸熱部材３との間の電気絶縁性を確保することができるため、吸熱部材３の載置面３ａを大きくする必要がない。したがって、吸熱構造体１の大型化を回避することができる。

電子部品Ｅのような小型の電子部品やトランスやコンデンサ等の大型の電子部品が混在する電子装置を一つの冷却機構で冷却しようとすると、電子部品Ｅは、冷却機構から離れた位置に配置しないといけなくなる場合がある。この場合、電子部品Ｅの熱を効率的に吸熱するために、吸熱部材３が設けられる。これらの電子部品を有する電子装置の小型化を図るためには、吸熱部材３のサイズを小さくすることが求められる。吸熱部材３のサイズを小さくすると、吸熱部材３の載置面３ａのサイズも小さくなる。そうすると、放熱ギャップフィラーによって第一絶縁部材５を形成する場合において、電子機器１１と第一絶縁部材５と吸熱部材３とにより規定される電子機器１１と吸熱部材３との沿面距離Ｌを確保することが困難になる。

これに対して、本実施形態に係る吸熱構造体１では、第二絶縁部材９を備えているため、吸熱部材３の小型化によって載置面３ａのサイズが小さくなる場合であっても、電子機器１１と第一絶縁部材５と吸熱部材３とにより規定される電子機器１１と吸熱部材３との沿面距離Ｌを確保することができる。

本実施形態に係る吸熱構造体１では、第二絶縁部材９は、第一絶縁部材５を取り囲むように配置されている。この構成では、第二絶縁部材９によって第一絶縁部材５が全周にわたって囲まれるため、電子機器１１と吸熱部材３との間の電気絶縁性をより一層確保することができる。

本実施形態に係る吸熱構造体１では、第二絶縁部材９は、一体成形品であり、枠状を呈している。この構成では、第二絶縁部材９を吸熱部材３に対して容易に取り付けることができる。

［第二実施形態］
続いて、第二実施形態について説明する。図３は、第二実施形態に係る吸熱構造体の断面図である。図３に示されるように、吸熱構造体１Ａは、吸熱部材３と、第一絶縁部材５と、伝熱部材７と、第二絶縁部材１３と、を備えている。

第二絶縁部材１３は、電気絶縁性及び伝熱性を有している。第二絶縁部材１３は、例えば、セラミックによって形成されている。第二絶縁部材１３は、枠部１３Ａと、底部１３Ｂを有している。枠部１３Ａは、第一実施形態の第二絶縁部材９と同様の形状であり、第一絶縁部材５の全周を囲うように、第一絶縁部材５の周囲に配置されており、第一絶縁部材５と一体形成されている。底部１３Ｂは、矩形平板状であり、枠部１３Ａの内周面（言い換えると、枠部１３Ａにおける第一絶縁部材５側の面）に囲まれる領域内に設けられている。底部１３Ｂは、吸熱部材３の載置面３ａと第一絶縁部材５との間に配置される。すなわち、第一絶縁部材５は、第二絶縁部材１３の底部１３Ｂを介して、吸熱部材３の載置面３ａに載置されている。載置面３ａに載置されるとは、載置面３ａに直接（接触して）配置される場合、載置面３ａに他の部材を介して配置される場合を含み得る。

以上説明したように、本実施形態に係る吸熱構造体１Ａでは、第二絶縁部材１３は、吸熱部材３の載置面３ａと第一絶縁部材５との間に配置される底部１３Ｂを有している。この構成では、電子機器１１と吸熱部材３との間に第一絶縁部材５及び第二絶縁部材１３の底部１３Ｂが配置されるため、電子機器１１と吸熱部材３との間の電気絶縁性をより一層確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

上記実施形態では、電子機器１１がＭＯＳＦＥＴである形態を一例に説明した。しかし、電子機器１１は、作動によって熱を発生する他の機器であってもよい。電子機器１１は、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であってもよい。

上記実施形態では、吸熱構造体１において電子部品Ｅが二つ設置されている形態を一例に説明した。しかし、電子部品Ｅは一つであってもよいし、３個以上配置されていてもよい。また、吸熱部材３上に複数の伝熱部材７が配置され、複数の伝熱部材７のそれぞれに一又は複数の電子部品Ｅが配置されていてもよい。

上記実施形態では、吸熱部材３がヒートシンクの一部である形態を一例に説明した。しかし、吸熱部材３が単独で設けられる形態であってもよい。この構成では、吸熱部材３の下部に冷却機構が設けられればよい。

上記実施形態では、吸熱部材３が四角錐台形状を呈する形態を一例に説明した。しかし、吸熱部材３の形状はこれに限定されず、円錐台形状、角錐台形状、円柱状、角柱状等であってもよい。

上記実施形態では、第二絶縁部材９，１３が枠状を呈しており、第二絶縁部材９，１３が第一絶縁部材５を取り囲むように第一絶縁部材５の周囲に配置される形態を一例に説明した。しかし、第二絶縁部材９，１３の形状は限定されない。第二絶縁部材９，１３は、少なくとも、電子機器１１（伝熱部材７）と第一絶縁部材５と吸熱部材３とにより規定される電子機器１１と吸熱部材３との沿面距離が最も短い部分に設けられればよい。

上記実施形態では、図２及び図３に示されるように、第二絶縁部材９，１３が吸熱部材３の載置面３ａ及び側面３ｂと対向して配置される部分を有する形態を一例に説明した。しかし、第二絶縁部材９は、少なくとも、載置面３ａ上に配置される部分を有していればよい。すなわち、第二絶縁部材９，１３は、吸熱部材３の側面３ｂと対向する部分を有していなくてもよい。

上記実施形態では、伝熱部材７の断面形状が凸状である形態を一例に説明した。しかし、伝熱部材７の形状はこれに限定されない。伝熱部材７の断面形状は、長方形状等であってもよい。

上記実施形態では、第一絶縁部材５が硬化型の放熱シリコーンギャップフィラーである形態を一例に説明した。しかし、第一絶縁部材５は、非硬化型であってもよい。また、第一絶縁部材５は、放熱シリコーンギャップフィラーに限定されず、他の部材であってもよい。

１…吸熱構造体、３…吸熱部材、３ａ…載置面、５…第一絶縁部材、９，１３…第二絶縁部材、１１…電子機器、１３Ｂ…底部。

Claims (3)

1. 電気絶縁性及び伝熱性を有する第一絶縁部材と、前記第一絶縁部材上に設けられる電子機器が発生する熱を前記第一絶縁部材を介して吸熱する突状の吸熱部材と、を備える吸熱構造体であって、
   前記吸熱部材は、前記第一絶縁部材及び前記電子機器が配置される載置面を有し、
   前記第一絶縁部材は、前記載置面と前記電子機器との間に塗布されることによって形成されており、
   前記載置面における前記第一絶縁部材よりも外縁側の部分と前記電子機器との間であって、少なくとも、前記電子機器と前記第一絶縁部材と前記吸熱部材とにより規定される前記電子機器と前記吸熱部材との沿面距離が最も短い部分に設けられると共に電気絶縁性を有する第二絶縁部材を備え、
   前記第二絶縁部材は、前記載置面に設けられる際に固体である、吸熱構造体。
2. 前記第二絶縁部材は、前記第一絶縁部材を取り囲むように配置されている、請求項１に記載の吸熱構造体。
3. 前記第二絶縁部材は、前記載置面と前記第一絶縁部材との間に配置されると共に伝熱性を有する底部を有している、請求項１又は２に記載の吸熱構造体。
   

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