JP2014179403A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品で発生する熱を放熱体で放熱させつつ、電子部品と放熱体とを絶縁する。
【解決手段】トランス１をヒートシンク２上に配置し、トランス１の本体１ａの左側面から突出するリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍと接触するように、ヒートシンク２上に突出部２ｔを設ける。突出部２ｔとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍとの間には、伝熱性を有する絶縁シート８ｃを介在させる。突出部２ｔとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍとの接触面積より、該接触面に対して垂直な方向からの突出部２ｔの投影面積を大きくし、かつ前記接触面積より絶縁シート８ｃの面積を大きくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、リードを備えた電子部品の放熱と絶縁を考慮した実装構造に関する。

従来、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換するスイッチング電源装置がある。このスイッチング電源装置には、多数の電子部品が使用されている。その中でも、大電流が流れるトランスなどの磁気デバイスでは、大量の熱が発生するため、性能が劣化しないように、放熱対策が講じられている。

たとえば、特許文献１では、トランスの二次コイルの導電性端子と一体に、接続用端子と取付け用端子とを設け、取付け用端子の外側を合成樹脂製の絶縁性被膜で覆っている。接続用端子は、他の電子部品に接続される。ねじを取付け用端子の孔を通して、導電性のケースのねじ孔にねじ込むことで、トランスで発生する熱を取付け用端子からケースへ逃がしつつ、ケースと電子部品とトランスとを絶縁している。

また、特許文献２では、トランスの平板状コイルの環状部から端子部を突出させ、環状部の内側の孔部を挟んで端子部と対向する側から放熱用足部を突出させている。端子部は、他の電子部品に接続される。樹脂パッドをねじに装着してから、ねじを放熱用足部の孔と絶縁シートの孔を通して、固定部材のねじ孔にねじ込むことで、トランスで発生する熱を放熱用足部から固定部材へ逃がしつつ、固定部材とトランスとを絶縁している。

また、特許文献３では、パッケージの側面から突出するリード端子の先端部を、基板に設けた信号用パッドに接続している。また、リード端子の先端部以外の表面を誘電体層で覆い、さらに該誘電体層の表面を導電層で覆っている。導電層を基板に設けたグランド用パッドと接続し、グランド用パッドの下に、サーマルビアを設けて、放熱性を向上させている。

また、特許文献４では、コンタクトピンに、ハウジングから突出して、基板にはんだ付けされる端子部を設け、該端子部に複数の放熱フィンを設けている。

特開２００１−８５２４０号公報 特開２００４−３０３８２３号公報 特開平７−２４９７２４号公報 実開平７−２２４７６号公報

本発明の課題は、電子部品で発生する熱を放熱体で放熱させつつ、電子部品と放熱体とを絶縁できる電子部品の実装構造を提供することである。

本発明による電子部品の実装構造では、電子部品を放熱体上に配置し、電子部品の本体側面から突出するリード端子の中間部と接触するように、放熱体上に突出部を設け、突出部とリード端子の中間部との間に、伝熱性を有する絶縁シートを介在させ、突出部とリード端子の中間部との接触面積より、該接触面に対して垂直な方向からの突出部の投影面積を大きくし、かつ前記接触面積より絶縁シートの面積を大きくしている。

このようにすると、電子部品で発生する熱をリード端子の中間部から、絶縁シートを介して放熱体の突出部に逃がして、放熱体で放熱させることできる。特に、リード端子と突出部の接触面積より、該接触面に対する突出部の投影面積の方が大きいので、電子部品で発生する熱を放熱体で効率よく放熱させることできる。また、リード端子の中間部と突出部との間に、これらの接触面積より大きな面積を有する絶縁シートを介在させるとともに、リード端子の根元部と突出部との間に絶縁距離を確保して、電子部品と放熱体とを絶縁することができる。

また、本発明では、上記電子部品の実装構造において、電子部品の本体側を向いた突出部の側面を、下降するに連れて突出部の中心から離れるように傾斜させ、該傾斜部分を前記絶縁シートにより覆ってもよい。

また、本発明では、上記電子部品の実装構造において、電子部品の本体と反対側を向いた突出部の側面を、下降するに連れて突出部の中心から離れるように傾斜させてもよい。

さらに、本発明では、上記電子部品の実装構造において、電子部品は、コイル部を有する磁気デバイスから成り、リード端子は、コイル部の下端から延びた第１リード端子と、コイル部の上端から延びた第２リード端子とから成り、第１リード端子の根元部は、突出部の上端部と同一高さに位置し、第１リード端子の中間部は、第１リード端子の根元部から水平に延びて、突出部の上端部に絶縁シートを介して接触し、第２リード端子の根元部は、第１リード端子の根元部より上方に位置し、第２リード端子の中間部は、第２リード端子の根元部から下方へ向かって曲げられた後側方へ延びて、突出部の上端部に絶縁シートを介して接触していてもよい。

本発明によれば、電子部品で発生する熱を放熱体で放熱させつつ、電子部品と放熱体とを絶縁できる電子部品の実装構造を提供することが可能となる。

スイッチング電源装置の構成図である。 本発明の実施形態によるトランスの実装構造を示した図である。 図２のトランスの実装構造の斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図４のＢ部拡大図である。 図２のヒートシンクの斜視図である。 図２のトランスの斜視図である。 図２のトランスのリード端子とヒートシンクの突出部との接触面への投影状態を示した図である。 他の実施形態によるヒートシンクの突出部を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１は、スイッチング電源装置１００の構成図である。スイッチング電源装置１００は、電気自動車（またはハイブリッドカー）用の直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換する。以下で詳述する。

スイッチング電源装置１００の入力端子Ｔ１、Ｔ２には、高電圧バッテリ５０が接続されている。高電圧バッテリ５０の電圧は、たとえばＤＣ２２０Ｖ〜ＤＣ４００Ｖである。入力端子Ｔ１、Ｔ２へ入力される高電圧バッテリ５０の直流電圧Ｖｉは、フィルタ回路５１でノイズが除去された後、スイッチング回路５２へ与えられる。

スイッチング回路５２は、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を有する公知の回路からなる。スイッチング回路５２では、ＰＷＭ駆動部５８からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号に基づいて、ＦＥＴをオンオフさせて、直流電圧に対してスイッチング動作を行う。これにより、直流電圧が高周波のパルス電圧に変換される。

そのパルス電圧は、トランス１を介して、整流回路５４へ与えられる。整流回路５４は、一対のダイオードＤ１、Ｄ２によりパルス電圧を整流する。整流回路５４で整流された電圧は、平滑回路５５へ入力される。平滑回路５５は、チョークコイルＬおよびコンデンサＣのフィルタ作用により整流電圧を平滑し、低電圧の直流電圧として出力端子Ｔ３、Ｔ４へ出力する。この直流電圧により、出力端子Ｔ３、Ｔ４に接続された低圧バッテリ６０が、たとえばＤＣ１２Ｖに充電される。低圧バッテリ６０の直流電圧は、図示しない各種の車載電装品へ供給される。

また、平滑回路５５の出力電圧Ｖｏは、出力電圧検出回路５９により検出された後、ＰＷＭ駆動部５８へ出力される。ＰＷＭ駆動部５８は、出力電圧Ｖｏに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、該デューティ比に応じたＰＷＭ信号を生成して、スイッチング回路５２のＦＥＴのゲートへ出力する。これにより、出力電圧を一定に保つためのフィードバック制御が行なわれる。

制御部５７は、ＰＷＭ駆動部５８の動作を制御する。フィルタ回路５１の出力側には、電源５６が接続されている。電源５６は、高電圧バッテリ５０の電圧を降圧し、制御部５７に電源電圧（たとえばＤＣ１２Ｖ）を供給する。

上記のスイッチング電源装置１００において、トランス１の一次側には、２つの入力用のリード端子Ｔａ、Ｔｂが設けられ、二次側には、２つの出力用のリード端子Ｔｄ、Ｔｅと１つの中間のリード端子Ｔｃが設けられている。

トランス１は、本発明の「電子部品」および「磁気デバイス」の一例である。
以下、トランス１の実装構造を、図２〜図７を参照しながら詳述する。

図２は、トランス１の実装構造を示した図であり、該構造を上方から見ている。図３は、トランス１の実装構造の斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、図４のＢ部拡大図である。図６は、ヒートシンク２の斜視図である。図７は、トランス１の斜視図である。

図２〜図４に示すように、トランス１は、基板３とともに、金属製のヒートシンク２上に配置されている。基板３は、図２および図３に示すように、ヒートシンク２にねじ１１により固定されている。基板３とヒートシンク２との間には、伝熱性を有する絶縁シート８ｄ（図４に図示）が介在している。基板３には、図１に示したスイッチング電源装置１００の各部が実装されている（トランス１と端子Ｔ１〜Ｔ３以外は図示省略）。

ヒートシンク２は、スイッチング電源装置１００の下ケースとして兼用されている。ヒートシンク２の上部に、図示しない上ケースを被せて、これらケース同士をねじなどで固定することで、スイッチング電源装置１００の各部が収納される。

ヒートシンク２の下部には、図３〜図５に示すように、複数のフィン２ｆが設けられている。ヒートシンク２は、スイッチング電源装置１００の各部で発生する熱を放熱させる。ヒートシンク２は、本発明の「放熱体」の一例である。

図２および図３に示すように、トランス１は、固定部材４ａ、４ｂ、４ｃによりヒートシンク２上に固定されている（図３では、固定部材４ｃは表れていない）。

図４に示すように、トランス１のコア９は、Ｅ字形の上コア９ａと下コア９ｂの、２個１対で構成されている。コア９は、フェライトまたはアモルファス金属などの磁性体から成る。下コア９ｂとヒートシンク２との間には、伝熱性を有する絶縁シート８ａが介在している。

コア２の中央にある円柱状の軸芯部９ｍの周囲に巻回されるように、トランス１の一次コイル部１０と二次コイル部２０が設けられている。

図２〜図４に示すように、トランス１の本体１ａの右側面からは、二次コイル部２０の両端から延びた出力用のリード端子Ｔｄ、Ｔｅと、二次コイル部２０の中間から延びたリード端子Ｔｃが突出している。リード端子Ｔｃ〜Ｔｅは、導体から成る。

図２および図３に示すように、リード端子Ｔｃの先端部Ｔｃｆは、ねじ５ｃによりヒートシンク２に固定されている。ヒートシンク２は、電気自動車のボディアースに接続される。このため、リード端子Ｔｃは、ヒートシンク２を介してボディアースに接続される。

リード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍは、ヒートシンク２の内角に沿って、基板３と平行に９０°曲げられている。リード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍとヒートシンク２との間には、伝熱性を有する絶縁シート８ｂが介在している。

リード端子Ｔｄ、Ｔｅの先端部Ｔｄｆ、Ｔｅｆは、上方へ向かって折り曲げられて、ねじ５ｄ、５ｅにより基板３に設けられた接続端子６ｄ、６ｅに固定されている。リード端子Ｔｄ、Ｔｅは、接続端子６ｄ、６ｅを介して、基板３上にある整流回路５４のダイオードＤ１、Ｄ２（図１）に接続されている。

図２〜図４に示すように、トランス１の本体１ａの左側面からは、一次コイル部１０の上端から延びた入力用のリード端子Ｔａと、一次コイル部１０の下端から延びた入力用のリード端子Ｔｂが突出している。リード端子Ｔａ、Ｔｂは、導体から成る。リード端子Ｔｂは、本発明の「第１リード端子」の一例であり、リード端子Ｔａは、本発明の「第２リード端子」の一例である。

図３〜図５および図７に示すように、リード端子Ｔｂの根元部Ｔｂｒから中間部Ｔｂｍまでは水平に延びている。リード端子Ｔｂの先端部Ｔｂｆは、上方へ向かって折り曲げられて、図２〜図５に示すように、ねじ５ｂにより基板３に設けられた接続端子６ｂに固定されている。

図３〜図５および図７に示すように、リード端子Ｔａの根元部Ｔａｒは、リード端子Ｔｂの根元部Ｔｂｒより上方に位置している。リード端子Ｔａの中間部Ｔａｍは、根元部Ｔａｒから下方へ向かって折り曲げられた後、左側方へ延びている。リード端子Ｔａの先端部Ｔａｆは、上方へ向かって折り曲げられて、図２〜図５に示すように、ねじ５ａにより基板３に設けられた接続端子６ａに固定されている。

リード端子Ｔａ、Ｔｂは、接続端子６ａ、６ｂを介して、基板３上にあるスイッチング回路５２（図１）に接続されている。

図４および図５に示すように、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍと接触するように、ヒートシンク２上には突出部２ｔが設けられている（図６も参照）。突出部２ｔは、ヒートシンク２と一体に形成された導体である。突出部２ｔとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍとの間には、伝熱性を有する絶縁シート８ｃが介在している。

突出部２ｔの上端部２ｕは、平坦になっている。上端部２ｕとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍと根元部Ｔｂｒとは、同一高さに位置している。つまり、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍは、突出部２ｔの上端部２ｕに絶縁シート８ｃを介して接触している。

絶縁シート８ｃは、構成材料によっては、脆性を有する場合がある。この場合、絶縁シート８ｃを突出部２ｔの形状に合わせて撓ませると、絶縁シート８ｃが割れてしまう。このため、突出部２ｔ全体ではなく、上端部２ｕの付近を覆うように、絶縁シート８ｃは設けられている。

トランス１の本体１ａ側を向いた突出部２ｔの右側面２ｒは、下降するに連れて突出部２ｔの中心Ｑから離れるように傾斜している。トランス１の本体１ａと反対側を向いた突出部２ｔの左側面２Ｌは、下降するに連れて突出部２ｔの中心Ｑから離れるように傾斜している。つまり、リード端子Ｔａ、Ｔｂの突出方向（図４および図５で左方向）と平行な突出部２ｔの幅は、上端部２ｕで最も狭く、下降するに連れて広くなっている。図５に示すように、絶縁シート８ｃは、突出部２ｔの上端部２ｕを全部覆い、かつ、左右側面２Ｌ、２ｒの傾斜部分の殆どを覆っている。

図８は、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍと突出部２ｔとの接触面に対して垂直な方向（図４、図５で上下方向）からの投影状態を示した図である。図８に示すように、突出部２ｔの投影面積Ｓｔ（幅の広いハッチング部分）は、突出部２ｔとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍとの接触面積Ｓａ、Ｓｂ（幅の狭いハッチング部分）より大きくなっている。また、突出部２ｔとリード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍとの接触面積Ｓａ、Ｓｂより、絶縁シート８ｃの面積の方が大きくなっている（図２および図５参照）。

上記実施形態によると、トランス１の一次コイル部１０で発生する熱を、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍから、絶縁シート８ｃを介してヒートシンク２の突出部２ｔに逃がして、突出部２ｔやヒートシンク２全体で放熱させることができる。

特に、リード端子Ｔａ、Ｔｂと突出部２ｔの接触面積Ｓａ、Ｓｂより、該接触面に対する突出部２ｔの投影面積Ｓｔの方が大きいので、トランス１で発生する熱をヒートシンク２で効率よく放熱させることできる。また、リード端子Ｔａ、Ｔｂの表面からも、トランス１の熱を放熱させることができる。

また、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍと突出部２ｔとの間に、これらの接触面積Ｓａ、Ｓｂより大きな面積を有する絶縁シート８ｃを介在させるとともに、リード端子Ｔａ、Ｔｂの根元部Ｔａｒ、Ｔｂｒと突出部２ｔの右側面２ｒとの間に絶縁距離を確保している。このため、絶縁シート８ｃで突出部２ｔ全体を覆えなくても、トランス１とヒートシンク２とを絶縁することができる。

特に、トランス１側を向いた突出部２ｔの右側面２ｒを、下降するに連れて突出部２ｔの中心Ｑから離れるように傾斜させているので、リード端子Ｔａ、Ｔｂと突出部２ｔとの間の絶縁距離を大きくすることができる。しかも、その右側面２ｒの傾斜部分を絶縁シート８ｃで覆っている。このため、トランス１に大電流が流れても、トランス１とヒートシンク２との絶縁をより確実にすることができる。

さらに、突出部２ｔの右側面２ｒだけでなく、反対側の左側面２Ｌも、下降するに連れて突出部２ｔの中心Ｑから離れるように傾斜させているので、突出部２ｔの表面積を大きくして、トランス１で発生する熱を放熱させ易くすることができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、図５に示したように、断面が５つの辺を有する形状をした突出部２ｔをヒートシンク２上に設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、図９（ａ）に示すような、左右の側面２ｒ’、２Ｌ’が曲面であるドーム状の突出部２ｔ’や、図９（ｂ）に示すような、断面が台形状の突出部２ｔ”を、ヒートシンク２上に設けてもよい。

また、以上の実施形態では、放熱体として、ヒートシンク２を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、これ以外の、空冷式や水冷式の放熱器、冷媒を用いた放熱器、または放熱性を有する金属体などのような、他の放熱体を用いてもよい。

さらに、以上の実施形態では、車両用のスイッチング電源装置１００のトランス１における、入力用のリード端子Ｔａ、Ｔｂに本発明を適用した例を挙げたが、出力用のリード端子Ｔｃ〜Ｔｅに対しても、本発明を適用することは可能である。また、スイッチング電源装置１００の平滑回路５５のチョークコイルＬ（図１）に対しても、本発明を適用することは可能である。さらに、車両以外の、たとえば電子機器用のスイッチング電源装置で使用される磁気デバイスや、その他の電子部品にも本発明を適用することは可能である。

１ トランス
１ａ 本体
２ ヒートシンク
２Ｌ、２Ｌ’ 左側面
２ｒ、２ｒ’ 右側面
２ｔ、２ｔ’、２ｔ” 突出部
２ｕ 上端部
８ｃ 絶縁シート
１０ 一次コイル部
Ｑ 突出部の中心
Ｓａ、Ｓｂ 突出部とリード端子の中間部との接触面積
Ｓｔ 突出部の投影面積
Ｔａ、Ｔｂ リード端子
Ｔａｒ、Ｔｂｒ 根元部
Ｔａｍ、Ｔｂｍ 中間部

Claims (4)

1. 電子部品を放熱体上に配置し、
   前記電子部品の本体側面から突出するリード端子の中間部と接触するように、前記放熱体上に突出部を設け、
   前記突出部と前記リード端子の中間部との間に、伝熱性を有する絶縁シートを介在させ、
   前記突出部と前記リード端子の中間部との接触面積より、該接触面に対して垂直な方向からの前記突出部の投影面積を大きくし、かつ前記接触面積より前記絶縁シートの面積を大きくした、ことを特徴とする電子部品の実装構造。
2. 請求項１に記載の電子部品の実装構造において、
   前記電子部品の本体側を向いた前記突出部の側面を、下降するに連れて前記突出部の中心から離れるように傾斜させ、該傾斜部分を前記絶縁シートにより覆った、ことを特徴とする電子部品の実装構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子部品の実装構造において、
   前記電子部品の本体と反対側を向いた前記突出部の側面を、下降するに連れて前記突出部の中心から離れるように傾斜させた、ことを特徴とする電子部品の実装構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品の実装構造において、
   前記電子部品は、コイル部を有する磁気デバイスから成り、
   前記リード端子は、前記コイル部の下端から延びた第１リード端子と、前記コイル部の上端から延びた第２リード端子と、から成り、
   前記第１リード端子の根元部は、前記突出部の上端部と同一高さに位置し、
   前記第１リード端子の中間部は、当該第１リード端子の根元部から水平に延びて、前記突出部の上端部に前記絶縁シートを介して接触し、
   前記第２リード端子の根元部は、前記第１リード端子の根元部より上方に位置し、
   前記第２リード端子の中間部は、当該第２リード端子の根元部から下方へ向かって曲げられた後側方へ延びて、前記突出部の上端部に前記絶縁シートを介して接触している、ことを特徴とする電子部品の実装構造。

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