JP2020167425A

JP2020167425A - 発熱電子部品の放熱装置、車載充電器、および車両

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Publication number: JP2020167425A
Application number: JP2020100805A
Authority: JP
Inventors: 篤志山島; Atsushi Yamashima
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: JP6982776B2

Abstract

【課題】箱型に一体成型され、一面のみに開口部が設けられた放熱機構を用いた場合に、大型化を抑制しつつ、発熱電子部品の放熱に対応できるようにすること。【解決手段】発熱電子部品の放熱構造１は、回路基板９と、通電によって自己発熱し、回路基板９と接続されるリード線６ａ、６ｂを有する電子部品５ａ、５ｂと、電子部品５ａ、５ｂの放熱面が接触し、電子部品５ａ、５ｂが配置されるアルミブロック３と、箱型に一体成型され、アルミブロック３が配置される底面Ｆ２と、底面Ｆ２に対向する開口面Ｆ１とを有し、アルミブロック３からの熱を放熱するヒートシンク２と、を有する。電子部品５ａ、５ｂは、底面Ｆ２に対する垂直方向Ｄ以外の方向からアルミブロック３に固定される。アルミブロック３および回路基板９は、垂直方向Ｄに沿って、底面Ｆ２からアルミブロック３、回路基板９の順に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱電子部品の放熱装置、車載充電器、および車両に関する。

従来、放熱部材で形成された略直方体の筐体内に基板や電子部品を格納し、電子部品から発生する熱を、筐体を介して放熱することが知られている。このような略直方体の筐体の構造の製造方法として、上面と側面が箱型に一体成型されるとともに下面が開口された筐体を上方から被せる方法と、下面（底面）と側面が箱型に一体成型されるとともに上面が開口された筐体に蓋部材（上面）を被せる方法の２通りが知られている。

上面と側面が箱型に一体成型されるとともに下面が開口された筐体を上方から被せる方法を用いる場合、下面に基板や電子部品を取り付ける際には側面が存在しないため、側方から電子部品をネジ留めすることが可能であるが、一方、筐体内に格納した電子部品を筐体外の電子部品と電気的に接続するための端子（コネクタ）の配置に制約が生じる。

一般的に、コネクタを側面に設ける場合には、下面と側面が箱型に一体成型されるとともに上面が開口された筐体に蓋部材（上面）を被せる方法を用いることが好ましい。

しかしながら、下面と側面が箱型に一体成型されるとともに上面が開口された筐体に蓋部材（上面）を被せる方法においては、下面と側面が箱型に一体成型されているため、側方から電子部品をネジ留めすることが不可能であり、開口された上面からネジ留めを行う必要がある。

開口された上面から電子部品を固定するためのネジ留めを行う方法として、発熱電子部品のリード線を折り曲げることで発熱電子部品の放熱面を底面に直接接触させて配置し、例えば、特許文献１に開示されている弾性部材が放熱面の反対側の面を押さえつけるように弾性部材を上方からネジ留めすることが考えられる。

特開２００２−２１７３４３号公報

しかしながら、上述した放熱機構の底面に発熱電子部品を配置する方法では、放熱効果を確保するために、放熱機構の底面において発熱電子部品の放熱面が接触する部分の面積および弾性部材が設置される部分の面積が必要となり、底面積の大型化、ひいては装置全体が大型化してしまうおそれがある。

本発明の目的は、箱型に一体成型され、一面のみに開口部が設けられた放熱機構を用いた場合に、大型化を抑制しつつ、発熱電子部品の放熱に対応できる発熱電子部品の放熱装置、車載充電器、および車両を提供することである。

本発明の一態様に係る発熱電子部品の放熱装置は、回路基板と、通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される。

本発明の一態様に係る車載充電器は、回路基板と、通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される

本発明の一態様に係る車両は、回路基板と、通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される。

本発明によれば、箱型に一体成型され、一面のみに開口部が設けられた放熱機構を用いた場合に、大型化を抑制しつつ、発熱電子部品の放熱に対応できる。

本発明の実施の形態に係る発熱電子部品の放熱構造の一例を示す斜視図本発明の実施の形態に係る発熱電子部品の放熱構造の一例を示す正面図本発明の実施の形態に係る発熱電子部品の放熱構造の一例を示す側面図本発明の実施の形態に係る発熱電子部品の放熱構造の一例を示す上面斜視図本発明の変形例１に係る発熱電子部品の放熱構造の構成例を示す上面斜視図本発明の変形例２に係る発熱電子部品の放熱構造の構成例を示す上面斜視図

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、図１〜４を用いて、本実施の形態に係る発熱電子部品の放熱構造１の構成例について説明する。図１は、発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す斜視図である。図２は、発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す正面図である。図３は、発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す側面図である。図４は、発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す上面斜視図である。なお、図１、図２では、ヒートシンク２の前面部分の図示を省略しており、図３では、ヒートシンク２の側面部分の図示を省略している。また、図４では、図１〜図３に示す回路基板９の図示を省略している。

発熱電子部品の放熱構造１は、例えば、車両に搭載される充電器やインバータ等に用いられる。発熱電子部品の放熱構造１は、ヒートシンク２、アルミブロック３、電子部品５ａ、５ｂ、回路基板９を備える。

ヒートシンク２（放熱機構の一例）は、箱型に一体成型され、一面のみに開口部が設けられている。Ｆ１は、開口面（第２の面の一例）であり、Ｆ２は、開口面Ｆ１に対向する底面（第１の面の一例）である。

ヒートシンク２の底面Ｆ２の四隅には、底面Ｆ２に対する垂直方向Ｄ（以下、単に「垂直方向」という）に沿って、支柱２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設けられている。支柱２ａ〜２ｄには、それぞれ、ネジ穴（図示略）が形成されており、後述する回路基板９がネジ留めされる。

アルミブロック３（伝熱体の一例）は、アルミで形成された略直方体の部材である。アルミブロック３は、その長手方向が垂直方向Ｄに沿うようにヒートシンク２の内部に配置されている。

アルミブロック３は、その下部に略直方体の締結部３ａを有している。この締結部３ａは、ネジ４ａ、４ｂ（固定部材の一例）により底面Ｆ２にネジ留めされる。これにより、アルミブロック３は、底面Ｆ２に接触して固定される。

電子部品５ａ、５ｂ（発熱電子部品の一例）は、通電によって自己発熱する電子部品であり、例えば、ディスクリート部品、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等である。電子部品５ａ、５ｂは、それぞれ、リード線６ａ、６ｂを有する。

電子部品５ａ、５ｂは、それぞれの放熱面がアルミブロック３の側面に接触するように、アルミブロック３に取り付けられる。例えば、電子部品５ａ、５ｂは、それぞれ、バネ７ａ、７ｂ（保持部材の一例）により、放熱面に対向する面から押さえ付けられ、アルミブロック３の側面に固着して保持される。バネ７ａ、７ｂは、それぞれ、ネジ８ａ、８ｂによりアルミブロック３の側面にネジ留めされる。

アルミブロック３に固着した電子部品５ａ、５ｂは、垂直方向Ｄに沿って直立した状態となる。また、アルミブロック３に固着した電子部品５ａ、５ｂは、ヒートシンク２に接触しない。

以上のようにアルミブロック３に固着した電子部品５ａ、５ｂから発生する熱は、アルミブロック３を介して、ヒートシンク２へ伝熱される。これにより、電子部品５ａ、５ｂの放熱が実現される。

なお、図１〜図４では、例として、アルミブロック３に固着する電子部品を２つとしたが、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、複数の電子部品は、アルミブロック３の一面のみならず複数の面に固着されてもよい。

回路基板９は、パターンが形成されたり、所定の半導体素子（図示略）が実装されたりするプリント基板である。回路基板９は、上述した支柱２ａ〜２ｄに載置される。そして、回路基板９は、ネジ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより柱２ａ〜２ｄにネジ留めされる。これにより、回路基板９は、支柱２ａ〜２ｄに固定される。

また、回路基板９は、例えば半田付けにより、電子部品５ａのリード線６ａおよび電子部品５ｂのリード線６ｂと接続する。

アルミブロック３および回路基板９は、垂直方向Ｄに沿って、底面Ｆ２からアルミブロック３、回路基板９の順に配置される。

また、アルミブロック３と回路基板９は、ボンド１１ａ、１１ｂ（接着部材の一例）により互いに接着して固定される。これにより、回路基板９における固定点が多くなり、リード線６ａ、６ｂの折れを防止できる。特に支柱２ａ〜２ｄが高く、振動が多く生じる場合に効果を奏する。

また、ボンド１１ａ、１１ｂは、絶縁性または放熱性の少なくとも一方を有することが好ましい。ボンド１１ａ、１１ｂが絶縁性を有する場合、回路基板９においてボンド１１ａ、１１ｂに対応する箇所に、パターンを形成したり、半導体素子を実装したりできる。また、ボンド１１ａ、１１ｂが放熱性を有する場合、回路基板９で発生した熱を、ボンド１１ａ、１１ｂを介してアルミブロック３へ伝熱できる。

なお、図１〜図４では、図示を省略しているが、回路基板９の上方に、開口面Ｆ１を閉塞するカバーが設けられてもよい。

以上説明したように、本実施の形態の発熱電子部品の放熱構造１は、ヒートシンク２に接触して配置されたアルミブロック３に対して電子部品５ａ、５ｂの放熱面を接触させて配置するため、電子部品５ａ、５ｂの放熱面をヒートシンク２の底面Ｆ２に接触させて配置する場合に比べて、大型化を抑制しつつ、電子部品の放熱に対応することができる。

以上、発熱電子部品の放熱構造１の構成例について説明した。

次に、発熱電子部品の放熱構造１の製造方法について、図１〜図４を用いて説明する。

まず、バネ７ａ、７ｂおよびネジ８ａ、８ｂを用いて、電子部品５ａ、５ｂをアルミブロック３に固定して接着させる。このとき、電子部品５ａ、５ｂの放熱面をアルミブロック３に接触させる。なお、電子部品５ａ、５ｂが、絶縁が必要なタイプの場合であれば、電子部品５ａ、５ｂの放熱面とアルミブロック３の間に放熱絶縁シート（図示略）を設けることが好ましい。

次に、電子部品５ａ、５ｂが固着したアルミブロック３を、ヒートシンク２の開口面Ｆ１からヒートシンク２の内部に収容し、アルミブロック３を底面Ｆ２に配置する。そして、ネジ４ａ、４ｂを用いて締結部３ａを底面Ｆ２にネジ留めする。

次に、回路基板９を、ヒートシンク２の開口面からヒートシンク２の内部に収容し、支柱２ａ〜２ｄに配置する。このとき、リード線６ａ、６ｂを回路基板９に対して半田付けする。そして、ネジ１０ａ〜１０ｄを用いて回路基板９を支柱２ａ〜２ｄにネジ留めする。

以上の製造方法により、図１〜図４に示した発熱電子部品の放熱構造１が製造される。

なお、回路基板９のネジ留めの後で、回路基板９の上方に、開口面Ｆ１を閉塞するカバー（図示略）を設けてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

（変形例１）
本変形例に係る発熱電子部品の放熱構造１について、図５を用いて説明する。図５は、本変形例に係る発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す上面斜視図である。なお、図５において、図１〜図４と同じ構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。また、図５では、図１〜図３に示した回路基板９の図示を省略している。

本変形例では、図５に示すように、ヒートシンク２において、アルミブロック３０および電子部品３２を備える点が図１〜図４と異なる。

アルミブロック３０は、その下部に略直方体の締結部３０ａを有している。なお、図５では、支柱２ａと支柱２ｂとの間にある締結部３０ａのみを図示しているが、これと同様に支柱２ｄと支柱２ｃの間にも締結部３０ａが存在する。

締結部３０ａは、ネジ３１により底面Ｆ２にネジ留めされる。これにより、アルミブロック３０は、底面Ｆ２に接触して固定される。

また、アルミブロック３０は、略直方体状の空間が設けられた収容部３０ｂを有する。この収容部３０ｂの空間には、電子部品３２（例えば、リアクトル部品。高背部品の一例）が収容される。電子部品３２の底面は、ヒートシンク２の底面Ｆ２に接触して固定される。なお、図示は省略しているが、電子部品３２と収容部３０ｂとの間には、ポッティング材が充填されている。

電子部品３２は、底面Ｆ２と回路基板９（図１〜図３参照）の間において、電子部品３２の長手方向が垂直方向Ｄ（図１〜図３参照）に沿うように直立して配置される。また、電子部品３２の垂直方向Ｄの長さ（電子部品３２の長手方向の長さ）は、電子部品５ａ、５ｂの垂直方向Ｄの長さ（電子部品５ａ、５ｂの長手方向の長さ）よりも長い。

このように、電子部品３２を底面Ｆ２に配置することにより、回路基板９と底面Ｆ２との間に空間が設けられ、その空間にアルミブロック３を配置できる。よって、発熱電子部品の放熱構造１がその高さ方向（垂直方向Ｄ）に大型化することはない。

本変形例によれば、実施の形態１で述べた効果に加え、ヒートシンク２の底面Ｆ２に配置された電子部品３２の固定（振動対策）も行うことができる。また、ポッティング材が放熱性のポッティング材である場合には、電子部品３２の固定（振動対策）と放熱も行うことができる。

（変形例２）
本変形例に係る発熱電子部品の放熱構造１について、図６を用いて説明する。図６は、本変形例に係る発熱電子部品の放熱構造１の一例を示す上面斜視図である。なお、図６において、図１〜図４と同じ構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。また、図６では、図１〜図３に示した回路基板９の図示を省略している。

本変形例では、図６に示すように、ヒートシンク２において、電子部品３３、３４を備える点が図１〜図４と異なる。

電子部品３３、３４（例えば、リアクトル部品。高背部品の一例）は、それぞれ、ヒートシンク２の底面Ｆ２に接触して固定される。

電子部品３３、３４は、底面Ｆ２と回路基板９（図１〜図３参照）の間において、電子部品３３、３４の長手方向が垂直方向Ｄ（図１〜図３参照）に沿うように直立して配置される。また、電子部品３３、３４の垂直方向Ｄの長さ（電子部品３３、３４の長手方向の長さ）は、電子部品５ａ、５ｂの垂直方向Ｄの長さ（電子部品５ａ、５ｂの長手方向の長さ）よりも長い。

このように、電子部品３３、３４を底面Ｆ２に配置することにより、回路基板９と底面Ｆ２との間に空間が設けられ、その空間にアルミブロック３を配置できる。よって、発熱電子部品の放熱構造１がその高さ方向（垂直方向Ｄ）に大型化することはない。

本変形例では、実施の形態１で述べた効果に加え、ヒートシンク２の底面Ｆ２に配置された電子部品３３、３４の放熱も行うことができる。

（変形例３）
実施の形態では、ヒートシンク２を用いて空冷を行う場合を例に挙げて説明したが、空冷の代わりに、水冷を適用してもよい。

（変形例４）
実施の形態では、アルミブロック３の底面Ｆ２への締結、バネ７ａ、７ｂのアルミブロック３への締結、回路基板９の支柱２ａ〜２ｄへの締結にネジを用いる場合を例に挙げて説明したが、ネジの代わりに、ボンドを用いてもよい。また、実施の形態では、電子部品５ａ、５ｂのアルミブロック３への固着にバネを用いる場合を例に挙げて説明したが、バネの代わりに、ネジを用いてもよい。

（変形例５）
また、アルミブロック３と回路基板９は、ボンド１１ａ、１１ｂ（接着部材の一例）により互いに接着して固定される場合を例に挙げて説明したが、グリスやギャップフィラー（放熱部材の一例）等の接着性を有しない放熱性部材をアルミブロック３と回路基板９の間に設けてもよい。これにより、回路基板９で発生した熱を、グリスやギャップフィラー等を介してアルミブロック３へ伝熱できる。また、グリスやギャップフィラーが絶縁性を有する場合、回路基板９においてグリスやギャップフィラーに対応する箇所に、パターンを形成したり、半導体素子を実装したりできる。

本発明は、発熱電子部品の放熱装置、車載充電器、および車両に有用である。

１発熱電子部品の放熱構造
２ヒートシンク
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ支柱
３、３０アルミブロック
３ａ、３０ａ締結部
４ａ、４ｂ、８ａ、８ｂ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、３１ネジ
５ａ、５ｂ電子部品
６ａ、６ｂリード線
７ａ、７ｂバネ
９回路基板
３０ｂ収容部
３２、３３、３４電子部品

Claims

回路基板と、
通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、
前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、
第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、
前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、
前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、
前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される、
発熱電子部品の放熱装置。
前記リアクトル部品と前記伝熱体とは、放熱性を有するポッティング材により熱的に接続されている、
請求項1に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記発熱電子部品は、
前記発熱電子部品の長手方向が前記第１の方向に平行となる状態、かつ、前記放熱部品に接触しない状態で、前記伝熱体に固定される、
請求項１に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記伝熱体は、
接着部材により前記回路基板に接着して固定される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記接着部材は、
絶縁性または放熱性の少なくとも一方を有する、
請求項４に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記伝熱体と前記回路基板の間に放熱部材が配置される、
請求項１または２に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記伝熱体と前記回路基板の間に絶縁性および放熱性を有する部材が配置され、
前記回路基板において、前記絶縁性および放熱性を有する部材に対応する箇所に、パターンが形成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記絶縁性および放熱性を有する部材は、接着性も有する、
請求項７に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記リアクトル部品は、高背部品であり、
前記高背部品の前記第１の方向の長さは、前記発熱電子部品の前記第１の方向の長さよりも長い、
請求項１または２に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記リアクトル部品は、前記放熱部品と、放熱性を有するポッティング材により熱的に接続されている、
請求項１または２に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記伝熱体は、前記リアクトル部品を収容する空間が設けられた収容部により前記リアクトル部品を保持する、
請求項１または２に記載の発熱電子部品の放熱装置。
前記リアクトル部品は、前記収容部を介して前記放熱部品と熱的に接続される、
請求項１１に記載の発熱電子部品の放熱装置。
回路基板と、
通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、
前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、
第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、
前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、
前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、
前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される、
車載充電器。
前記リアクトル部品と前記伝熱体とは、放熱性を有するポッティング材により熱的に接続されている、
請求項１３に記載の車載充電器。
回路基板と、
通電によって自己発熱し、前記回路基板と接続されるリード線を有する発熱電子部品と、
前記発熱電子部品の放熱面が熱的に接続され、前記発熱電子部品が配置される伝熱体と、
第１の面を有し、前記第１の面を介して前記伝熱体と熱的に接続する放熱部品と、を有し、
前記伝熱体および前記回路基板は、前記第１の面に対して垂直な第１の方向に沿って、前記第１の面から前記伝熱体、前記回路基板の順に配置されており、
前記伝熱体は、リアクトル部品を保持し、
前記リアクトル部品は、前記放熱部品と熱的に接続される、
車両。
前記リアクトル部品と前記伝熱体とは、放熱性を有するポッティング材により熱的に接続されている、
請求項１５に記載の車両。