JPH08204370A - 発熱部品／配線基板の放熱器への実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安定、高精度、高効率な放熱を可能とする発熱
部品/配線基板の放熱器への実装構造を提供する。 【構成】第１の面１Ａ、第１の面１Ａの片側または両側
に第１の面１Ａよりも高く少なくとも一部が平坦な第２
の面１Ｂ及び第２の面１Ｂよりも高い第３の面１Ｃを有
する熱伝導性材料から成る放熱器１の第１の面１Ａと第
２の面１Ｂで形成される開口部１００に配線基板２を保
持し、第３の面１Ｃに一端が固定された押圧部材４の他
端により発熱部品３を第２の面１Ｂに係止載置してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放熱するために使用さ
れる放熱器への、パワートランジスタ等の発熱部品や、
それに接続された配線基板を取り付ける発熱部品／配線
基板の実装構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パワートランジスタ等の動作時に発熱す
る発熱部品を配線基板に実装する装置においては、発熱
部品からの発熱を効率的に放熱することが、当該装置の
安定動作のために望まれ、通常、発熱部品は、放熱器に
取り付け、実装される。

【０００３】従来のこの種の発熱部品の実装構造として
は、図６に示すように、熱伝導率の高いアルミ材料から
構成される放熱器１の部品取付面に、熱伝導性の絶縁シ
ート５を介して、配線基板２にそのリード部が半田付け
されている発熱部品３が取り付けられていた。この取り
付け構造としては、図７に示すように、 発熱部品３１をビス６１とナット（図示せず）を用
いて放熱器１の取付面に熱伝導性の絶縁シート５を介し
て固定する。図６では、発熱器３はビス６で固定されて
いる。 バネ材７１を用い、その一端側をビス６２で放熱器
１の取付面に固定し、他端側の弾性自由端で発熱部品３
２を当該取付面に絶縁シート５を介して固定する。 ビス６３を用いて一枚の押さえ板７２で発熱部品３
３，３４を押し付けて絶縁シート５，５を介して固定す
る。 等がある。

【０００４】さて、図６において、発熱部品３が接続さ
れ、抵抗、コンデンサ等の他の部品８が取り付けられた
配線基板２は、発熱部品３のリード線３１１を放熱器１
の部品取付面とは反対側に折り曲げ、これらのリード線
を配線基板２の半田面側の所定の取付穴に挿入して部品
面側で半田付けを行うことにより配線基板２に取付けら
れていた。このような実装構造を得るためには、まず、
通常の発熱部品以外の部品８を配線基板２の部品面に取
り付けて半田槽に流して半田付けを行なった後、別の工
程で発熱部品３を通常の部品８とは反対側の半田面に取
り付けるという順序の工程が採用されていた。したがっ
て、組立工程が複雑になるだけでなく、製品の信頼性を
も低下させるという問題点があった。

【０００５】他方、図６において配線基板２を、その部
品面と半田面とを裏返して取り付ける構造も考えられ
る。ところが、その場合には、放熱器１の部品取り付け
面と配線基板２の部品面との距離は通常数ミリメートル
以下であるため、この空間に部品８を実装することは困
難であり、また実装後は、部品８が配線基板２に隠れて
しまうため、メンテナンス等に困難が生ずる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示すような
放熱器１への部品の実装構造では、発熱部品３以外の部
品８を配線基板２に実装、半田付けした後、発熱部品３
を手作業による半田付けで配線基板２の半田面側から取
り付ける必要があるため、作業効率が悪いという問題点
があった。また、配線基板には必然的に両面配線を施す
必要があり、コスト高を招いていた。

【０００７】一方、図７に示すような発熱部品３１の放
熱器１への取り付け構造においては、のビス６１によ
る取り付け構造は、発熱部品３１を配線基板２に半田付
けした後にビス６１で固定しようとすると、位置合わせ
のため発熱部品３１を多少なりとも移動させる際、発熱
部品３１のリード線（図示せず）に無理な力（ストレ
ス）が加わりリード線の接続外れ等が発生し、部品の信
頼性に関して問題が生ずる恐れがある。

【０００８】また、とに示す取り付け構造では、
の構造のようなリード線へのストレス発生は無いものの
（発熱部品３２はバネ材７１の押圧力が効果的に働く範
囲であればタテ、ヨコとも多少の移動は可能であるた
め）、の取り付け構造ではバネ材７１のＡ部分がその
取付け面よりも浮き上がる方向の力を受けるため、発熱
部品３２に対する押圧力が減少し、その結果として、取
り付けの信頼性が低下するだけでなく、放熱効果も低減
するという問題点があった。

【０００９】更に、に示す取り付け構造では、通常の
ビス６３を使用する場合ビス６３をどの位置まで締め付
ければ良いかの判断がつかず、場合によっては押さえ板
７２がＶの字状に変形してしまい、所定の取付け圧力が
得られないという問題点があった。

【００１０】そこで、本発明の目的は、安定、高精度、
高効率な放熱を可能とする発熱部品/配線基板の放熱器
への実装構造を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、配線基板の同一面に
発熱部品とその他の部品を一括実装可能で、これらの部
品を同時半田付け可能な発熱部品/配線基板の放熱器へ
の実装構造を提供することにある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、発熱部品に対す
る押圧力の一定化が可能な、発熱部品/配線基板の放熱
器への実装構造を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため、放熱部品／配線基板の放熱器への実装構造は、第
１の面と該第１の面の片側または両側に該第１の面より
も高く少なくとも一部が平坦な高い第２の面を有する熱
伝導性材料から成る放熱器を備え、前記第２の面に発熱
部品が係止載置され、前記第２の面から離隔され、前記
第１の面と第２の面により構成される開口部に配線基板
が保持されて構成される。

【００１４】また、本発明の他の態様による発熱部品／
配線基板の放熱器への実装構造は、第１の面、該第１の
面の片側または両側に該第１の面よりも高く少なくとも
一部が平坦な第２の面及び該第２の面よりも高い第３の
面を有する熱伝導性材料から成る放熱器を備え、前記第
２の面に発熱部品が係止載置され、前記第２の面から離
隔され、前記第１の面と第２の面により構成される開口
部に配線基板が保持され、前記第３の面に一端が固定さ
れ、他端が前記発熱部品に当接して該発熱部品を押圧す
る押圧部材により前記発熱部品が係止載置されて構成さ
れる。

【００１５】ここで、前記発熱部材のリード線が前記配
線基板に接続されて前記配線基板が保持され、前記配線
基板の前記開口部の内壁部との対向する所定部に突起部
が形成されても良く、また、前記突起部は、前記配線基
板の長さ方向各側部の所定距離離れた位置に少なくとも
２つ形成されたり、前記突起部は、複数個を形成され、
その中の少なくとも１つは、前記開口部の内壁部に設け
られた溝内に入り込む長さとすることができる。

【００１６】また、前記押圧部材の少なくとも一部は、
弾性材料で構成され、前記押圧部材の前記発熱部品との
当接側にスリット状の切り込みを設けたり、前記開口部
の内壁部の前記第１の面の延長方向に溝が形成されてい
る構成とすることができ、前記第１の面に沿って前記溝
に入り込む部材が配設され、該部材の前記配線基板に対
向する面が絶縁性を有する構成とすることができる。

【００１７】更に、前記第１の面を構成する部材と、前
記第２の面を構成する部材は、分離可能な別個の部材と
したり、前記第１の面を構成する部材、前記第２の面を
構成する部材及び前記第３の面を構成する部材とは、分
離可能な別個の部材として、積層構成とすることもでき
る。

【００１８】

【作 用】本発明では、第１の面、該第１の面の片側ま
たは両側に該第１の面よりも高く少なくとも一部が平坦
な第２の面及び該第２の面よりも高い第３の面を有す
る、熱伝導性材料から成る放熱器の第１の面と第２の面
で形成される開口部に配線基板を保持し、第３の面に一
端が固定された押圧部材の他端により発熱部品を第２の
面に係止載置している。このようにして使用するとき、
配線基板上の同一面上に発熱部品と通常の部品を取り付
けることができ、ビス等を用いずにバネ材を用いて発熱
部品を押圧しているので、発熱部品の取り付けに際し
て、精度はあまり要求されず、発熱部品のリード線にも
不要なストレスが加わらない。また、配線基板に突起を
設けたことにより、放熱器のい開口部に配線基板を取り
付ける際の位置決めが容易になった。

【００１９】

【実 施 例】以下、本発明の発熱部品/配線基板の放熱
器への実装構造の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

【００２０】図１（Ａ）と（Ｂ）は、本発明による放熱
部品／配線基板の放熱器への実装構造の第１の実施例を
示す要部の断面図と平面図である。図１（Ａ）の断面図
に示す如く、放熱器１は、段差面である第１の平坦面１
Ａと第２の平坦面１Ｂを有し、発熱部品３が第２の平坦
面１Ｂに良好な熱伝導性をもつ絶縁シート５を介して取
り付けられ、第１の平坦面１Ａと第２の平坦面で構成さ
れる開口部１００内に配線基板２が収納、保持されて取
り付けられる。放熱器１の両端部に位置し、第２の平坦
面１Ｂよりも高い第３の平坦面１Ｃ上には、図示の如
き、略”へ”形状のバネ材４の一端がビス６により固定
され、バネ材４の他端（自由端）の下方向の押圧力によ
り発熱部品３が押圧固定される。

【００２１】ここで、発熱部品３を取り付ける第２の平
坦面１Ｂには、発熱部品３を取り付けるための特段の加
工を必要としない。発熱部品３を取り付けるためのバネ
材４の一端部はビス６により、第２の平坦面１Ｂより高
い第３の平坦面１Ｃに取り付けられるので、ビス６の取
り付け用のタップ加工は第３の平坦面１Ｃに施され、第
２の平坦面１Ｂ上のバリ等の発生が防止される。その結
果、バリ等による絶縁シート５の損傷等を生ずることが
なく、また、シート５と平坦面１Ｂとの密着性も良好と
なる。

【００２２】配線基板２には、通常の部品８と発熱部品
３とが同一面（部品面）上に実装される。発熱部品３
は、その放熱面が放熱器１に向くようにリード線３１１
を折り曲げた状態で配線基板２の半田付け部７に実装／
半田付けされており、熱伝導性絶縁シート５を介して放
熱器１の第２の平坦面１Ｂ上に載置され、バネ材４によ
る押圧力によって、発熱部品３は第２の平坦面１Ｂに堅
固に固定される。こうして、配線基板２は、発熱部品３
のリード線３１１によって第１の平坦面１Ａと第２の平
坦面１Ｂで構成される開口部１００内に収納、保持され
る。このとき、第３の平坦面１Ｃは、発熱部品３より高
い位置にあるため、バネ材４の形状が従来例（図７のバ
ネ材７１）に比較してシンプルになり、図７の場合のよ
うに、ビス６２を締める際のバネ材７１のＡ部分の浮き
上がりはなくなり、発熱部品を効果的に固定することが
可能となる。

【００２３】また、発熱部品３は、バネ材４により、熱
伝導性の絶縁シート５を介して放熱器１の第２の平坦面
（取付面）１Ｂに固定されているため、発熱部品から発
生した熱は、従来と同様に、放熱器１の部品取付面とな
る第２の平坦面１Ｂから放熱されるだけでなく、バネ材
４をも通して放熱されるため、より効果的な放熱が可能
となり、実験によれば、従来と比較して発熱部品の表面
温度が数℃低下することが確認された。したがって、信
頼性の向上とともに装置の小型化を図ることができる。

【００２４】本実施例では、また、図１（Ｂ）に示すよ
うに、配線基板２の側面には突起９（本例では、左右に
各２個）が設けられている。発熱部品３のリード線３１
１は構造上配線基板２の端部に位置せざるを得ず、この
リード線３１１には、通常は、高圧電圧が印加されてい
るため、前記端部が放熱器１と近接ないし接触している
と、配線基板２の表面を通して放熱器１へリークや放電
が起こる恐れが生ずる。そこで、本実施例では、配線基
板２の端部のリード線３１１とは離れた位置に突起９を
設け、配線基板２と放熱器１との間にエアーギャップを
形成して、沿面距離を確保しているため、リークや放電
が防止できる。また、突起９が複数個あることにより配
線基板２の開口部１００への取り付け位置も規定される
ので、エアーギャップの幅も管理しやすくなり、この結
果、前述のリークや放電防止をより効果的に行なうこと
ができる。

【００２５】図２（Ａ）と（Ｂ）には、本発明の第１の
実施例中の配線基板２の製造過程を説明するためのもの
である。発熱部品３、他の発熱部品３Ａ、及びその他の
部品８が実装された状態の配線基板２の要部断面図と平
面図が示されている。本実施例では、配線基板２は、２
００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃの３つの部分に分かれてお
り、各部分は容易に部品実装後に切り離すことのできる
連結部分１０で接続されている。部分２００Ｂには、必
要な部品が実装されて配線がなされ、部分２００Ａと２
００Ｃには放熱器１に取り付ける発熱部品３及び３Ａが
放熱器１に取り付けたと同様に、そのリード線３１１を
折り曲げた状態で部分２００Ａと２００Ｃに伏対した状
態で置かれている。

【００２６】従来の実装構造では、発熱部品３及び３Ａ
は、部分２００Ｂにその他の部品８を実装した後で手半
田をする必要があったが、本実施例では発熱部品３及び
３Ａ、も他の部品８と同時に一括半田付けできる。一括
半田付けを行なった後に、部分２００Ａと２００Ｃを折
って切り離し、これを図１（Ａ）に示すように取り付け
れば良い。

【００２７】以上説明した実施例によれば、 配線基板２を放熱器１に取り付けるに際し、発熱部
品３は放熱器１に取り付けるのと同じ位置関係で配線基
板２上に半田付けされており、発熱部品３と放熱器１と
の接する面は予め正しく位置出しができているので、発
熱部品３と放熱器１との馴染みが良好になる。 配線基板２の側部に突起を設けているので、放熱器
１との沿面距離を確保できる。 図６に示す従来技術では配線基板として部品面パタ
ーンと半田面パターンの両方を有する両面基板の使用が
必須であったが、本実施例では半田面パターンのみから
なる片面基板でよく、コスト的に有利である。

【００２８】図１（Ｂ）に示したバネ材４には、スリッ
ト状の切込み等が形成されており、組立加工の簡素化が
図れるだけでなく、装置の信頼性が向上する。つまり、
発熱部品３及び３Ａに加わる力を均一にして放熱効果を
向上させる。また、隣合う２つの発熱部品３及び３Ａを
１枚のバネ材で押圧するような構造にすれば、取り付け
ビスの数を少なくすることができる。更に、３個以上の
の発熱部品を一枚のバネ材で押さえることもできること
は当然である。

【００２９】尚、本実施例では、放熱器の面Ａは平坦で
あるとしたが、この面Ａは配線基板の半田面とに必要な
間隔がとれれば平坦でなくとも良い。

【００３０】また、図１（Ａ）に示すように、第１の平
坦面Ａの「両側」に該第１の平坦面よりも高い第２の平
坦面Ｂを有しているが、これは第１の平坦面Ａの「片
側」だけに該第２の平坦面よりも高い平坦面Ｂを有する
ものでも構わない。この場合、配線基板の放熱部品の取
り付けられていない側は、スタット等を用いて第１の平
坦面Ａに固定する。

【００３１】更に、上記実施例では、第１の平坦面Ａ、
第２の平坦面Ｂ、第３の平坦面Ｃの３つの平坦面を必要
としたが、図７に示す従来方式の発熱部品取り付け方法
を使用する限りにおいては、第３の平坦面Ｃが無くとも
発熱部品と通常の部品を配線基板の同一面右Ｒ上に実装
できるため、この実装方法に伴うメリットを享受でき
る。

【００３２】更にまた、上記実施例では、配線基板２に
放熱部品３のリード線３１１を接続するため、半田付け
を用いているが、この接続方法は半田付けに限定される
ものではなく、圧着端子やラッピング等を用いても良
い。

【００３３】図３（Ａ）と（Ｂ）には、本発明の発熱部
品/配線基板の放熱器への実装構造の他の実施例を示す
要部の断面図と平面図が示されている。上述実施例で
は、一体構造であった第１の平坦面１Ａ、第２の平坦面
１Ｂ、第３の平坦面１Ｃを、本実施例では、個別の部材
１１、１２を組み合せて取り付け積層構造としたもので
あり、この両部材をビス１４を用いて固定している。図
３（Ａ）において、放熱器１１、１２以外は図１（Ａ）
と同様な構成である。

【００３４】本実施例では、放熱器の部品取付け面の形
状を段差状とすることなく、標準的に流通しているフラ
ットな部品取付面を有する放熱器を使用できるという利
点がある。従って、部材１１と１２との間に発生する多
少の熱抵抗を許容できる用途であれば、上述実施例のよ
うな段差構造の放熱器を使用せずとも同様なメリットを
享受できる。

【００３５】尚、本実施例では放熱器１を部材１１、１
２の２つに分割しているが、部材１２にあるバネ材４を
取り付ける第３の平坦面（取付面）１Ｃを構成する部分
をさらに分割することも可能である。更に、放熱に関す
る要求に多少の余裕がある場合には、第３の平坦面１Ｃ
を構成する部材は、金属又は他の熱伝導体以外の材料で
も良いことは勿論である。また、放熱器１１と放熱器１
２との接触面に熱伝導コンパウンド等を塗布することに
より熱抵抗を下げることもできる。

【００３６】図４は、本発明の発熱部品/配線基板の放
熱器への実装構造の更に他の実施例を示す配線基板２の
要部平面図であり、配線基板２の側部に形成した突起の
うち少なくとも１つの突起を、図１に示す実施例よりも
長い長突起２１とし、放熱器１の段差部の該突起との対
向位置に凹み２０を設けて、そこに長突起２１を嵌合す
ることにより放熱器１と配線基板２との位置合わせを正
確且つ容易に行なえるようにしている。また、凹み２０
を図４の紙面に関し垂直方向に有限な深さに構成するこ
とにより、配線基板２を放熱器１に対して安定に支持す
ることが可能になる。

【００３７】図５は、本発明の発熱部品/配線基板の放
熱器への実装構造の他の実施例の配線基板の要部断面図
であり、開口部１００の内壁部の放熱器１の第１の平坦
面１Ａに沿う溝１５を形成し、この溝に第１の平坦面１
Ａに沿って両端が挿入される絶縁板１３が配設される。
これにより、配線基板２の半田面から飛び出しているリ
ード線が振動等によって第１の平坦面１Ａと接触するよ
うな事故が回避できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の発熱部品
/配線基板の放熱器への実装構造によれば、配線基板の
実装に際して通常の部品と発熱部品を同一面に実装して
同時に半田付けできるため作業効率が改善される。ま
た、発熱部品から発生した熱は従来通り放熱器の部品取
付面から放散されるだけでなくバネ材をも通して放熱さ
れるため、放熱効果が改善され、信頼性の向上や装置の
小型化を図ることができる。更に、発熱部品や配線基板
の取り付け時の細かな位置決めが不要となり、取り外し
や取付けも容易となり作業効率が向上する。また更に、
配線基板と放熱器との間にエアーギャップが形成され沿
面距離が確保されるため、配線基板と放熱器間のリーク
や放電を防止でき、放熱器の溝に配線基板を取り付ける
際、配線基板の取付位置を規定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発熱部品/配線基板の放熱器への
実装構造の一実施例を示す要部断面図と平面図である。

【図２】本発明による発熱部品/配線基板の放熱器への
実装構造の上記実施例中の配線基板の製造過程を説明す
るための部品実装時の配線基板を示す要部の断面図と平
面図である。

【図３】本発明による発熱部品/配線基板の放熱器への
実装構造の他の実施例を示す要部の断面図と平面図であ
る。

【図４】本発明による発熱部品/配線基板の放熱器への
実装構造の更に他の実施例を示す要部の平面図である。

【図５】本発明による発熱部品/配線基板の放熱器への
実装構造の更に他の実施例を示す要部の断面図である。

【図６】従来の発熱部品/配線基板の放熱器への実装構
造を示す要部の断面図である。

【図７】従来の発熱部品/配線基板の放熱器への実装構
造における放熱部品の固定方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，１２ 放熱器 ２ 配線基板 ３，３Ａ，３１〜３４ 発熱部品 ４，４Ａ，７１ バネ材 ５ 熱伝導性絶縁シート ６，１４，６１，６２，６３ ビス ７ 半田付け部 ８ 部品 ９ 突起 １０ 連結部分 １３ 絶縁板 １５ 溝 ２０ 凹み ２１ 長突起 ７２ 押え板 １００ 開口部 ３１１ リード線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の面と該第１の面の片側または両側に
   該第１の面よりも高く少なくとも一部が平坦な高い第２
   の面を有する熱伝導性材料から成る放熱器を備え、 前記第２の面に発熱部品が係止載置され、前記第２の面
   から離隔され、前記第１の面と第２の面により構成され
   る開口部に配線基板が保持されて成ることを特徴とする
   発熱部品／配線基板の放熱器への実装構造。
2. 【請求項２】第１の面、該第１の面の片側または両側に
   該第１の面よりも高く少なくとも一部が平坦な第２の面
   及び該第２の面よりも高い第３の面を有する熱伝導性材
   料から成る放熱器を備え、 前記第２の面に発熱部品が係止載置され、前記第２の面
   から離隔され、前記第１の面と第２の面により構成され
   る開口部に配線基板が保持され、前記第３の面に一端が
   固定され、他端が前記発熱部品に当接して該発熱部品を
   押圧する押圧部材により前記発熱部品が係止載置されて
   成ることを特徴とする発熱部品／配線基板の放熱器への
   実装構造。
3. 【請求項３】前記発熱部材のリード線が前記配線基板に
   接続されて前記配線基板が保持される請求項１または２
   に記載の発熱部品／配線基板の放熱器への実装構造。
4. 【請求項４】前記配線基板の前記開口部の内壁部との対
   向する所定部に突起部が形成されて成る請求項１または
   ２に記載の発熱部品／配線基板の放熱器への実装構造。
5. 【請求項５】前記突起部は、前記配線基板の長さ方向各
   側部の所定距離離れた位置に少なくとも２つ形成されて
   成る請求項５に記載の発熱部品／配線基板の放熱器への
   実装構造。
6. 【請求項６】前記突起部は、複数個を形成され、その中
   の少なくとも１つは、前記開口部の内壁部に設けられた
   溝内に入り込む長さである請求項５に記載の発熱部品／
   配線基板の放熱器への実装構造。
7. 【請求項７】前記押圧部材の少なくとも一部は、弾性材
   料で構成される請求項２に記載の発熱部品／配線基板の
   放熱器への実装構造。
8. 【請求項８】前記押圧部材の前記発熱部品との当接側に
   スリット状の切り込みを有する請求項２に記載の発熱部
   品／配線基板の放熱器への実装構造。
9. 【請求項９】前記開口部の内壁部の前記第１の面の延長
   方向に溝が形成されている請求項１または２に記載の発
   熱部品／配線基板の放熱器への実装構造。
10. 【請求項１０】前記第１の面に沿って前記溝に入り込む
    部材が配設され、該部材の前記配線基板に対向する面が
    絶縁性を有する請求項９に記載の発熱部品／配線基板の
    放熱器への実装構造。
11. 【請求項１１】前記第１の面を構成する部材と、前記第
    ２の面を構成する部材は、分離可能な別個の部材であ
    り、積層されて成る請求項１または２に記載の発熱部品
    ／配線基板の放熱器への実装構造。
12. 【請求項１２】前記第１の面を構成する部材、前記第２
    の面を構成する部材及び前記第３の面を構成する部材と
    は、分離可能な別個の部材であり、積層されて成る請求
    項２に記載の発熱部品／配線基板の放熱器への実装構
    造。