JP2013219169A

JP2013219169A - 電源モジュール

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Publication number: JP2013219169A
Application number: JP2012088342A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nagai; 淳長井; Masanori Tsubono; 正則坪野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN103369929B; EP2651203A3; US9553428B2; CN103369929A; US20130265723A1; EP2651203A2; JP5733260B2

Abstract

【課題】部品点数の低減を図ることができる電源モジュールを提供することである。
【解決手段】回路基板１４は、主面Ｓ１，Ｓ２及び側面Ｓ３〜Ｓ６を有し、主面Ｓ１上に電子部品５０，５２が実装されている。放熱プレート１２は、主面Ｓ１と対向している板状の本体部２０、及び、本体部２０に対して折り曲げられることによって側面Ｓ３，Ｓ５と対向し、かつ、主面Ｓ２に接触することによって本体部２０を回路基板１４に固定している複数の固定部２２を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源モジュールに関し、より特定的には、電子部品が実装された回路基板を備えた電源モジュールに関する。

従来の電源モジュールに関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の電子部品の収容ケースが知られている。図４は、特許文献１に記載の電子部品の収容ケース５００の断面構造図である。

収容ケース５００は、上ケース５０４及び下ケース５０６を備えており、プリント基板５０２を収容している。上ケース５０４は、プリント基板５０２の上側に設けられている。下ケース５０６は、プリント基板５０２の下側に設けられている。そして、上ケース５０４は、プリント基板５０２と下ケース５０６とを上下方向から挟んでいる。これにより、プリント基板５０２、上ケース５０４及び下ケース５０６が一体化されている。

ところで、特許文献１に記載の収容ケース５００は、上ケース５０４及び下ケース５０６の２つの部品が必要であり、部品点数が多くなるという問題を有している。

特開２００２−２７１０６４号公報

そこで、本発明の目的は、部品点数の低減を図ることができる電源モジュールを提供することである。

本発明の一形態に係る電源モジュールは、第１の主面、第２の主面及び側面を有し、該第１の主面上に電子部品が実装されている回路基板と、前記第１の主面と対向している板状の本体部、及び、該本体部に対して折り曲げられることによって前記側面と対向し、かつ、前記第２の主面に接触することによって該本体部を前記回路基板に固定している複数の固定部を有する放熱プレートと、を備えていること、を特徴とする。

本発明によれば、部品点数の低減を図ることができる。

一実施形態に係る電源モジュールの外観斜視図である。図１の電源モジュールの５面図である。図１の電源モジュールの分解図である。特許文献１に記載の電子部品の収容ケースの断面構造図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る電源モジュールについて説明する。

（電源モジュールの構成）
以下に、一実施形態に係る電源モジュールの構成について図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る電源モジュール１０の外観斜視図である。図２は、図１の電源モジュール１０の５面図である。図３は、図１の電源モジュール１０の分解図である。以下では、図１における上下方向を単に上下方向と呼ぶ。また、図１において上側から平面視したときに、電源モジュール１０の短辺が延在する方向を前後方向と定義し、電源モジュール１０の長辺が延在する方向を左右方向と定義する。

電源モジュール１０は、直流電源又は交流電源の電源回路であり、図１ないし図３に示すように、放熱プレート１２、回路基板１４及び放熱シート部材１６を備えている。

回路基板１４は、上側から平面視したときに長方形状をなす樹脂材料の多層回路基板であり、主面Ｓ１，Ｓ２及び側面Ｓ３〜Ｓ６を有している。主面Ｓ１は、上側に位置する面である。主面Ｓ２は、下側に位置する面である。側面Ｓ３は、前側に位置する面である。側面Ｓ４は、右側に位置する面である。側面Ｓ５は、後ろ側に位置する面である。側面Ｓ６は、左側に位置する面である。回路基板１４の主面Ｓ１，Ｓ２及び内部には、銅等の導体により形成された回路が設けられている。

回路基板１４の主面Ｓ１上には、図１ないし図３に示すように、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂが実装されている。電子部品５２ａ，５２ｂの主面Ｓ１からの上下方向の高さｈ２は、図２及び図３に示すように、電子部品５０ａ，５０ｂの主面Ｓ１から上下方向の高さｈ１よりも低い。

回路基板１４の主面Ｓ２上には、図１ないし図３に示すように、電子部品５４ａ，５４ｂ，５６ａ〜５６ｃが実装されている。電子部品５６ａ〜５６ｃの主面Ｓ２からの上下方向の高さｈ４は、図２及び図３に示すように、電子部品５４ａ，５４ｂの主面Ｓ２から上下方向の高さｈ３よりも低い。

以上のような電子部品５０ａ，５４ａは、回路基板１４を挟んで上下方向に対向しており、例えば、フェライトコアを構成している。同様に、電子部品５０ｂ，５４ｂは、回路基板１４を挟んで上下方向に対向しており、例えば、フェライトコアを構成している。ここで、回路基板１４に形成されたコイルパターンをフェライトコアが貫通する構成である場合には、チョークコイルやトランスが形成される。また、電子部品５２ａ，５２ｂは半導体素子であり、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子である。電子部品５２ａ，５２ｂは、電子部品５０ａ，５０ｂ，５４ａ，５４ｂよりも発熱しやすい素子である。電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂ，５６ａ〜５６ｃ及び回路基板１４に設けられている回路は、電源回路を構成している。

また、回路基板１４には、主面Ｓ２から下側に向かって突出する外部接続用端子３０ａ〜３０ｊが設けられている。外部接続用端子３０ａ〜３０ｅは、図２に示すように、主面Ｓ２の右側の短辺に沿って前側から後ろ側へとこの順に一列に並んでいる。外部接続用端子３０ｆ〜３０ｊは、図２に示すように、主面Ｓ２の左側の短辺に沿って前側から後ろ側へとこの順に一列に並んでいる。

また、外部接続用端子３０ａ〜３０ｊの主面Ｓ２からの上下方向の高さは、高さＨ２である。また、外部接続用端子３０ａ〜３０ｊは段付きのピンであり、図２に示すように、ベース部６０及び先端部６２を有している。なお、図２では、図面が煩雑になることを防止するために、外部接続用端子３０ａのベース部６０及び先端部６２にのみ参照符号を付した。ベース部６０は、外部接続用端子３０ａ〜３０ｊの上側の部分であり、相対的に太い直径を有している。ベース部６０の主面Ｓ２からの上下方向の高さは、高さＨ３である。先端部６２は、外部接続用端子３０ａ〜３０ｊの下側の部分であり、相対的に細い直径を有している。先端部６２は、電源モジュール１０が他の回路基板や装置等に実装される際に、該他の回路基板や装置等に挿入される。ただし、ベース部６０は、他の回路基板や装置等には挿入されない。これにより、電源モジュール１０が他の回路基板や装置等に実装されると、回路基板１４は他の回路基板や装置等から高さＨ３の位置に保持される。

ところで、ベース部６０の主面Ｓ２からの上下方向の高さＨ３は、電子部品５４ａ，５４ｂの主面Ｓ２からの上下方向の高さｈ３よりも高い。これにより、電源モジュール１０が他の回路基板や装置等に実装された際に、電子部品５４ａ，５４ｂが他の回路基板や装置等に接触しなくなる。

放熱プレート１２は、一枚の金属板（アルミニウム板）により構成されており、本体部２０、固定部２２ａ〜２２ｄ及び折り曲げ部２６ａ〜２６ｄを有している。

本体部２０は、回路基板１４の上側に位置し、主面Ｓ１と対向している板状部材である。本体部２０は、上側から平面視したときに、回路基板１４と略同じサイズの長方形状をなしている。また、本体部２０には、図１ないし図３に示すように、下側に向かって（回路基板１４に向かって）窪んでいる凹部Ｇ１，Ｇ２が設けられている。凹部Ｇ１，Ｇ２は、上側（主面Ｓ１の法線方向）から平面視したときに、電子部品５２ａ，５２ｂと重なっている。凹部Ｇ１，Ｇ２の深さは、高さｈ１と高さｈ２との差程度であることが好ましい。

固定部２２ａ〜２２ｄは、本体部２０に対して折り曲げられることにより、側面Ｓ３，Ｓ５と対向し、かつ、主面Ｓ２に接触することによって本体部２０を回路基板１４上に固定している。より詳細には、固定部２２ａは、上下方向に延在する帯状部材であり、本体部２０の前側の長辺の左端において本体部２０に対して下側に折り曲げられている。そして、固定部２２ａは、回路基板１４の側面Ｓ３の左端近傍と対向していると共に、回路基板１４よりも下側まで延在している。更に、固定部２２ａが回路基板１４よりも下側にはみ出している部分には、後ろ側に突出する突起２４ａが設けられている。突起２４ａは、主面Ｓ２の前側の長辺の左端近傍に接触している。

固定部２２ｂは、上下方向に延在する帯状部材であり、本体部２０の前側の長辺の右端において本体部２０に対して下側に折り曲げられている。そして、固定部２２ｂは、回路基板１４の側面Ｓ３の右端近傍と対向していると共に、回路基板１４よりも下側まで延在している。更に、固定部２２ｂが回路基板１４よりも下側にはみ出している部分には、後ろ側に突出する突起２４ｂが設けられている。突起２４ｂは、主面Ｓ２の前側の長辺の右端近傍に接触している。

固定部２２ｃは、上下方向に延在する帯状部材であり、本体部２０の後ろの長辺の左端において本体部２０に対して下側に折り曲げられている。そして、固定部２２ｃは、回路基板１４の側面Ｓ５の左端近傍と対向していると共に、回路基板１４よりも下側まで延在している。これにより、固定部２２ａ，２２ｃは、前後方向において回路基板１４を挟んで対向している。更に、固定部２２ｃが回路基板１４よりも下側にはみ出している部分には、前側に突出する突起２４ｃが設けられている。突起２４ｃは、主面Ｓ２の後ろ側の長辺の左端近傍に接触している。

固定部２２ｄは、上下方向に延在する帯状部材であり、本体部２０の後ろ側の長辺の右端において本体部２０に対して下側に折り曲げられている。そして、固定部２２ｄは、回路基板１４の側面Ｓ５の右端近傍と対向していると共に、回路基板１４よりも下側まで延在している。これにより、固定部２２ｂ，２２ｄは、前後方向において回路基板１４を挟んで対向している。更に、固定部２２ｄが回路基板１４よりも下側にはみ出している部分には、前側に突出する突起２４ｄが設けられている。突起２４ｄは、主面Ｓ２の後ろ側の長辺の右端近傍に接触している。以上のように、固定部２２ａ〜２２ｄは、回路基板１４の四隅において放熱プレート１２を固定している。

ところで、固定部２２ａ〜２２ｄの主面Ｓ２からの上下方向の高さは、図２に示すように、高さＨ１である。高さＨ１は、高さＨ２よりも低い。これにより、先端部６２の下端が固定部２２ａ〜２２ｄの下端よりも下側に位置するようになり、先端部６２が他の回路基板や装置等に挿入されることが可能となる。また、高さＨ１は、高さＨ３よりも低いことがより好ましい。これにより、先端部６２の全体が他の回路基板や装置等に挿入された際に、固定部２２ａ〜２２ｄが他の回路基板や装置等に接触しなくなる。

折り曲げ部２６ａ〜２６ｄは、本体部２０に対して固定部２２ａ〜２２ｄと同じ方向（すなわち、下側）に折り曲げられ、固定部２２ａ〜２２ｄの本体部２０からの上下方向の高さよりも低い高さを有している。より詳細には、折り曲げ部２６ａは、本体部２０の前側の長辺に沿って延在している。折り曲げ部２６ａの左右方向の両端はそれぞれ、固定部２２ａ，２２ｂに接続されている。また、折り曲げ部２６ａは、回路基板１４の側面Ｓ３とは対向していない。これにより、折り曲げ部２６ａと回路基板１４との間には隙間が存在している。

折り曲げ部２６ｂは、本体部２０の右側の短辺に沿って延在している。また、折り曲げ部２６ｂは、回路基板１４の側面Ｓ４とは対向していない。これにより、折り曲げ部２６ｂと回路基板１４との間には隙間が存在している。

折り曲げ部２６ｃは、本体部２０の後ろ側の長辺に沿って延在している。折り曲げ部２６ｃの左右方向の両端はそれぞれ、固定部２２ｃ，２２ｄに接続されている。また、折り曲げ部２６ｃは、回路基板１４の側面Ｓ５とは対向していない。これにより、折り曲げ部２６ｃと回路基板１４との間には隙間が存在している。

折り曲げ部２６ｄは、本体部２０の左側の短辺に沿って延在している。また、折り曲げ部２６ｄは、回路基板１４の側面Ｓ６とは対向していない。これにより、折り曲げ部２６ｄと回路基板１４との間には隙間が存在している。

以上のように構成された放熱プレート１２は、一枚の金属板に対して打ち抜き加工、折り曲げ加工及びプレス加工が施されることによって作製される。より詳細には、固定部２２ａ〜２２ｄ及び折り曲げ部２６ａ〜２６ｄは、折り曲げ加工により形成される。突起２４ａ〜２４ｄ及び凹部Ｇ１，Ｇ２は、プレス加工により形成される。

放熱シート部材１６は、図３に示すように、主面Ｓ１と本体部２０との間に設けられており、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ及び本体部２０に対して接触している。放熱シート部材１６は、放熱性に優れた材料によって作製されており、例えば、シリコーン化合物により作製されている。更に、放熱シート部材１６は、弾性を有していることが好ましい。

（効果）
以上のように構成された電源モジュール１０によれば、以下に説明するように、部品点数を低減することが可能である。より詳細には、放熱プレート１２は、本体部２０に対して下側に折り曲げられることによって側面Ｓ３，Ｓ５と対向し、かつ、主面Ｓ２に接触することによって放熱プレート１２を回路基板１４に固定している。よって、電源モジュール１０の放熱プレート１２は、１つの部品により構成されている。その結果、電源モジュール１０の部品点数は、特許文献１に記載の収容ケース５００の部品点数よりも少なくなる。

更に、電源モジュール１０では、放熱プレート１２は、放熱プレート１２の一部を構成している固定部２２ａ〜２２ｄによって回路基板１４に固定されている。よって、電源モジュール１０では、放熱プレート１２を回路基板１４に固定するためのねじや金具が不要である。よって、かかる観点からも、電源モジュール１０では、部品点数が低減される。

また、電源モジュール１０では、放熱プレート１２は、一枚の金属板に折り曲げ加工及びプレス加工が施されることによって作製されている。折り曲げ加工やプレス加工に用いられる金型は、鋳造加工に用いられる金型よりも安価である。よって、放熱プレート１２の製造コストは、鋳造で作製された放熱プレートの製造コストに比べて低減される。

また、電源モジュール１０では、高い放熱効果を得ることができる。より詳細には、本体部２０には、回路基板１４に向かって窪む凹部Ｇ１，Ｇ２が設けられている。凹部Ｇ１，Ｇ２は、上側から平面視したときに、相対的に低い高さｈ２を有する電子部品５２ａ，５２ｂと重なっている。これにより、本体部２０と電子部品５２ａ，５２ｂとの間隔が大きくなることが抑制されている。その結果、電子部品５２ａ，５２ｂが発生した熱が放熱シート部材１６を介して本体部２０に効率よく伝達されるようになる。更に、凹部Ｇ１，Ｇ２が本体部２０に設けられることによって、本体部２０と電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂとの間隔が均一に近づく。これにより、電子部品５０ａ，５０ｂから本体部２０に加わる力の大きさと電子部品５２ａ，５２ｂから本体部２０に加わる力の大きさとが近づくようになる。その結果、本体部２０の一部に応力が集中することが抑制される。

また、固定部２２ａ〜２２ｄの主面Ｓ２からの上下方向の高さＨ１は、高さＨ２よりも低い。これにより、先端部６２の下端が固定部２２ａ〜２２ｄの下端よりも下側に位置するようになり、先端部６２が他の回路基板や装置等に挿入されることが可能となる。更に、高さＨ１は、ベース部６０の主面Ｓ２からの上下方向の高さＨ３よりも低い。これにより、先端部６２の全体が他の回路基板や装置等に挿入された際に、固定部２２ａ〜２２ｄが他の回路基板や装置等に接触しなくなる。

また、放熱プレート１２は、本体部２０に対して固定部２２ａ〜２２ｄと同じ方向に折り曲げられている折り曲げ部２６ａ〜２６ｄを有している。これにより、本体部２０の断面２次モーメントが大きくなるので、本体部２０の強度が向上する。更に、折り曲げ部２６ａ，２６ｃの左右方向の両端はそれぞれ、固定部２２ａ〜２２ｄに接続されている。これにより、固定部２２ａ〜２２ｄが破損することが抑制される。

また、放熱シート部材１６は、図３に示すように、主面Ｓ１と本体部２０との間に設けられていることによって、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ及び本体部２０に対して接触している。これにより、放熱シート部材１６は、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂが発生した熱を放熱プレート１２へと伝達するようになる。その結果、電源モジュール１０の放熱性が向上する。

また、放熱シート部材１６は、弾性を有している。これにより、放熱シート部材１６が本体部２０を上側に押すと共に回路基板１４を下側に押すようになる。よって、突起２４ａ〜２４ｄが回路基板１４に対して強く押し付けられるようになる。その結果、回路基板１４が放熱プレート１２に対して上下方向にがたつくことが抑制される。更に、弾性を有する放熱シート部材１６が設けられることによって、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂが本体部２０に直接に接触しなくなる。よって、電子部品５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂから本体部２０に加わる力は、放熱シート部材１６によって本体部２０の全体に分散されるようになる。その結果、本体部２０の一部に応力が集中することが抑制される。

また、放熱プレート１２は、一枚の金属板に折り曲げ加工及びプレス加工が施されることにより作製されている。そのため、放熱プレート１２には、加工が容易な薄い金属板が用いられる。その結果、電源モジュール１０では、鋳造により作製された放熱プレートが用いられた電源モジュールよりも、軽量化及び低背化が図られる。

（その他の実施形態）
本発明に係る電源モジュールは、前記実施形態に係る電源モジュール１０に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。

電源モジュール１０では、固定部２２ａ〜２２ｄにプレス加工によって突起２４ａ〜２４ｄが形成されている。そして、突起２４ａ〜２４ｄが回路基板１４の主面Ｓ２に接触することによって、放熱プレート１２が回路基板１４に固定されている。しかしながら、放熱プレート１２の回路基板１４に対する固定方法はこれに限らない。例えば、固定部２２ａ，２２ｂの下端が後ろ側に折り曲げられることにより主面Ｓ２に接触し、固定部２２ｃ，２２ｄの下端が前側に折り曲げられることにより主面Ｓ２に接触していてもよい。固定部２２ａ〜２２ｄが折り曲げられる場合には、固定部２２ａ〜２２ｄが折り曲げられる部分の長さが短い場合には、固定部２２ａ〜２２ｄを折り曲げることができない。よって、固定部２２ａ〜２２ｄが折り曲げられる部分の長さを十分に確保する必要がある。したがって、固定部２２ａ〜２２ｄと主面Ｓ２との接触面積が大きくなり、放熱プレート１２が回路基板１４に対してより強固に固定されるようになる。

ただし、固定部２２ａ〜２２ｄが折り曲げられた場合、固定部２２ａ〜２２ｄと主面Ｓ２との接触面積が大きくなるので、主面Ｓ２上に電子部品を実装することができる面積が小さくなる。よって、より多くの電子部品を実装するためには、突起２４ａ〜２４ｄが用いられる方が好ましい。

また、回路基板１４及び本体部２０は、上側から平面視したときに、長方形状をなすとしているが、長方形状以外の形状であってもよい。

また、固定部２２ａ〜２２ｄが回路基板１４の主面Ｓ２に接触している位置は、主面Ｓ２の四隅に限らない。固定部２２ａ〜２２ｄによって放熱プレート１２を回路基板１４に固定できれば、主面Ｓ２の四隅以外において接触していてもよい。固定部２２ａ〜２２ｄによって放熱プレート１２を回路基板１４に固定するためには、２つの固定部２２がそれぞれ互いに対向する２つの側面に対向するように設けられていればよい。これにより、回路基板１４は、固定部２２によって挟まれるようになる。

本発明は、電源モジュールに有用であり、特に、部品点数の低減を図ることができる点において優れている。

Ｇ１，Ｇ２凹部
Ｓ１，Ｓ２主面
Ｓ３〜Ｓ６側面
１０電源モジュール
１２放熱プレート
１４回路基板
１６放熱シート部材
２０本体部
２２ａ〜２２ｄ固定部
２４ａ〜２４ｄ突起
２６ａ〜２６ｄ折り曲げ部
３０ａ〜３０ｊ外部接続用端子
５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂ，５６ａ〜５６ｃ電子部品
６０ベース部
６２先端部

Claims

第１の主面、第２の主面及び側面を有し、該第１の主面上に電子部品が実装されている回路基板と、
前記第１の主面と対向している板状の本体部、及び、該本体部に対して折り曲げられることによって前記側面と対向し、かつ、前記第２の主面に接触することによって該本体部を前記回路基板に固定している複数の固定部を有する放熱プレートと、
を備えていること、
を特徴とする電源モジュール。
前記放熱プレートは、１枚の金属板により構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の電源モジュール。
前記固定部には、前記第２の主面に接触する突起が設けられていること、
を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の電源モジュール。
前記本体部には、前記回路基板に向かって窪む凹部が設けられていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源モジュール。
前記電子部品は、第１の電子部品及び第２の電子部品により構成されており、
前記第２の電子部品の前記第１の主面からの高さは、前記第１の電子部品の該第１の主面の高さよりも低く、
前記凹部は、前記第１の主面の法線方向から平面視したときに、前記第２の電子部品と重なっていること、
を特徴とする請求項４に記載の電源モジュール。
前記第２の電子部品は、半導体素子であること、
を特徴とする請求項５に記載の電源モジュール。
前記放熱プレートは、折り曲げ加工及びプレス加工によって作製されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電源モジュール。
前記回路基板には、前記第２の主面から突出している外部接続用端子が設けられており、
前記外部接続用端子の前記第２の主面からの高さは、前記固定部の該第２の主面からの高さよりも高いこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電源モジュール。
前記放熱プレートは、前記本体部に対して前記固定部と同じ方向に折り曲げられ、かつ、該固定部の該本体部からの高さよりも低い高さを有する折り曲げ部を有していること、
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電源モジュール。
前記第１の主面と前記本体部との間に設けられているシート部材を、
更に備えていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電源モジュール。
前記シート部材は、弾性を有していること、
を特徴とする請求項１０に記載の電源モジュール。