JP6265459B2 - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、リード端子を備えた電子部品の放熱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および特許文献２では、トランスのコアの上面に放熱シートを設け、金属製で逆凹形の取付部材の天井部または両取付腕部に屈曲部を設けている。そして、取付部材の天井部を放熱シートに接触させて、両取付腕部の先端にある取付部を、ヒートシンク上に設けられた取付台にねじ止めしている。

また、特許文献３では、基板上に半導体素子を搭載し、半導体素子の上面の周辺部と基板とをリードフレームにより接続している。そして、半導体素子の上面の中央部と、リードフレームの上面とに、放熱性接続部材などを介してヒートシンクを接触させている。

また、特許文献４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、側方や下方に向かって曲げられていて、他の電子部品に接続される。放熱用足部は、放熱器が装着されたベースプレートに、絶縁シートを介してねじ止めされる。

さらに、特許文献５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。２つ設けられている接続用端子は、同一側方に向かって曲げられていて、他の電子部品に接続される。トランスで発生した熱をケースへ逃がすため、取付け用端子をケース上にねじ止めしている。

特開２００９−２０６３０８号公報 特開２００９−２１２３５６号公報 特開２０１２−２５３１１８号公報 特開２００４−３０３８２３号公報 特開２００１−８５２４０号公報

たとえば、スイッチング電源装置の小型化が要求された場合、該装置で使用する複数の電子部品を高密度で実装することが試みられる。その際、トランス等の外形の大きな電子部品は配置するのが難しく、高密度実装の妨げとなる。また、電子部品を高密度で実装すると、電子部品で発生した熱がこもり易くなる。

本発明の課題は、電子部品で発生する熱を放熱させ易くするとともに、電子部品の配置を容易にすることができる電子部品の実装構造を提供することである。

本発明では、リード端子を有する電子部品と、接続端子を有する基板とを放熱体上に配置した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る。接続端子は、第１リード端子に対応して設けられた第１接続端子と、第２リード端子に対応して設けられた第２接続端子とから成る。第１リード端子の根元部は、放熱体の上面と同一高さに位置し、第１リード端子の中間部は、該第１リード端子の根元部から水平に延びた後、放熱体の上面と平行な平面内でＬ字形に曲げられて、放熱体の上面に伝熱性を有する絶縁シートを介して接触している。第１リード端子の先端部は、第１接続端子に固定されている。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１リード端子の中間部より長く、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、さらに、第１リード端子の中間部の外側において、前記平面内で第１リード端子と同一方向へＬ字形に曲げられて、放熱体の上面に絶縁シートを介して接触している。第２リード端子の先端部は、第２接続端子に固定されている。

このようにすると、各リード端子のＬ字形の中間部と、絶縁シートを介した放熱体との接触面積を大きくすることができる。このため、電子部品で発生する熱を、各リード端子から絶縁シートを介して放熱体に逃がして、放熱させ易くすることが可能となる。また、各リード端子と放熱体とを絶縁することもできる。また、電子部品のリード端子の占有スペースを小さくすることができ、電子部品の配置を容易にすることが可能となる。

また、本発明では、上記電子部品の実装構造において、放熱体が矩形状である場合、放熱体の隅部にリード端子のＬ字形の中間部を配置してもよい。

また、本発明では、上記電子部品の実装構造において、電子部品の本体の左右側面のいずれか一方から第１および第２リード端子が突出し、左右側面の他方から他のリード端子が突出していてもよい。

本発明によれば、電子部品で発生する熱を放熱させ易くするとともに、電子部品の配置を容易にすることが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。

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６に示すヒートシンク２は、金属製であり、スイッチング電源装置１００（図１）の下ケースを構成している。ヒートシンク２上には、図２および図３に示すように、トランス１と基板３が配置されている。

基板３は、ねじ１１によりヒートシンク２上に固定されている。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の上部に、図示しない上ケースを被せて、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の本体１ａ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。固定部材４ａ、４ｂ、４ｃは、金属製である。

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は、ヒートシンク２に設けられた凹部２ｋに嵌め込まれている。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９の中央にある軸芯部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および図７に示すように、トランス１の本体１ａの左側面１Ｌからは、入力用のリード端子Ｔａ、Ｔｂが左方向へ突出している。リード端子Ｔａは、一次コイル部１０の上端から延びていて、リード端子Ｔｂは、一次コイル部１０の下端から延びている。リード端子Ｔａ、Ｔｂは、導体から成る。

図４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４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。

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（図４）。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４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と基板３に形成された配線（図示省略）を介して、スイッチング回路５２（図１）に接続されている。

図４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。つまり、リード端子Ｔａ、Ｔｂの中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍは、絶縁シート８ｃを介して突出部２ｔに接触している。

図２〜図４および図７に示すように、トランス１の本体１ａの右側面１ｒからは、リード端子Ｔｃ〜Ｔｅが右方向へ突出している。リード端子Ｔｃは、二次コイル部２０の中間から延びている。出力用の一方のリード端子Ｔｄは、二次コイル部２０の上端から延びていて、他方のリード端子Ｔｅは、二次コイル部２０の下端から延びている。リード端子Ｔｃ〜Ｔｅは、導体から成る。リード端子Ｔｅは、本発明の「第１リード端子」の一例であり、リード端子Ｔｄは、本発明の「第２リード端子」の一例である。

図３および図５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上に設けられた凸部２ｓに固定されている。凸部２ｓは、ヒートシンク２と一体に形成された導体である。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。

図３に示すように、リード端子Ｔｅの根元部Ｔｅｒは、ヒートシンク２の上面２ｕとほぼ同じ高さに位置している。リード端子Ｔｅの中間部Ｔｅｍは、根元部Ｔｅｒから水平に延びた後、ヒートシンク２の上面２ｕと平行な平面内でＬ字形に曲げられている（図７も参照）。そして、リード端子Ｔｅの中間部Ｔｅｍは、ヒートシンク２の上面２ｕに絶縁シート８ｂを介して接触している。絶縁シート８ｂは、伝熱性を有している。

リード端子Ｔｅの先端部Ｔｅｆは、中間部Ｔｅｍから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５ｅにより基板３に設けられた接続端子６ｅに固定されている。接続端子６ｅは、本発明の「第１接続端子」の一例である。

リード端子Ｔｄの根元部Ｔｄｒは、リード端子Ｔｅの根元部Ｔｅｒより上方に位置している。リード端子Ｔｄの中間部Ｔｄｍは、根元部Ｔｄｒから下方へ向かって曲げられた後、右方向へ延びている（図７も参照）。さらに、リード端子Ｔｄの中間部Ｔｄｍは、リード端子Ｔｅの中間部Ｔｅｍに対して外側で同一方向に向けてＬ字形に曲げられて、図３〜図５に示すように、ヒートシンク２の上面２ｕに絶縁シート８ｂを介して接触している。

リード端子Ｔｄの先端部Ｔｄｆは、中間部Ｔｄｍから上方へ向かって折り曲げられて、ねじ５ｄにより基板３に設けられた接続端子６ｄに固定されている。接続端子６ｄは、本発明の「第２接続端子」の一例である。

リード端子Ｔｄ、Ｔｅは、それぞれに対応して設けられた接続端子６ｄ、６ｅと基板３に形成された配線（図示省略）を介して、整流回路５４のダイオードＤ１、Ｄ２（図１）にそれぞれ接続されている。

図２、図３、および図６に示すように、ヒートシンク２は、上方から見て、矩形状に形成されている。ヒートシンク２に設けられた４つの隅部２ａ〜２ｄのうち、図２で右下にある１つの隅部２ｄに、トランス１のリード端子Ｔｄ、ＴｅのＬ字形の中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍと、リード端子Ｔｃの先端部Ｔｃｆが配置されている。トランス１の本体１ａとリード端子Ｔａ、Ｔｂは、ヒートシンク２の隅部２ａ〜２ｄ以外の部分に配置されている。

トランス１の本体１ａのコイル部１０、２０に電流が流れると、該コイル部１０、２０が発熱する。この熱が、たとえばコア９に伝わると、熱がコア９から固定部材４ａ〜４ｃや絶縁シート８ａを伝って、ヒートシンク２で放熱される。

本体１ａのコイル部１０、２０で発生した熱は、導体であるリード端子Ｔａ〜Ｔｅに伝わり易い。一次コイル部１０からリード端子Ｔａ、Ｔｂに伝わった熱は、各端子の中間部Ｔａｍ、Ｔｂｍから絶縁シート８ｃを伝って、ヒートシンク２で放熱される。二次コイル部２０からリード端子Ｔｃに伝わった熱は、該端子の先端部Ｔｃｆから絶縁シート８ｂを伝って、ヒートシンク２で放熱される。また、二次コイル部２０からリード端子Ｔｄ、Ｔｅに伝わった熱は、各端子のＬ字形の中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍから絶縁シート８ｂを伝って、ヒートシンク２で放熱される。

上記実施形態によると、トランス１のリード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍは、ヒートシンク２の上面２ｕと平行な平面内でＬ字形に曲げられている。このため、リード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍと、絶縁シート８ｂを介したヒートシンク２の上面２ｕとの接触面積を大きくすることができる。よって、トランス１で発生した熱を、リード端子Ｔｄ、Ｔｅから絶縁シート８ｂを介してヒートシンク２に逃がして、放熱させ易くすることが可能となる。

また、リード端子Ｔｄ、Ｔｅとヒートシンク２とを、絶縁シート８ｂにより絶縁することもできる。また、トランス１のリード端子Ｔｄ、Ｔｅの占有スペースを小さくすることができ、ヒートシンク２上でのトランス１の配置を容易にすることが可能となる。

また、トランス１の本体１ａの左右側面１Ｌ、１ｒから突出するリード端子Ｔａ〜Ｔｅのうち、右側面１ｒから突出する出力用のリード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍを同一方向にＬ字形に曲げている。このため、リード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍをヒートシンク２の隅部２ｄに容易に配置することができる。また、トランス１の本体１ａやリード端子Ｔａ、Ｔｂを、ヒートシンク２の隅部２ａ〜２ｄ以外の場所に容易に配置することができる。

また、トランス１をヒートシンク２の隅部２ｄの近傍に配置しているので、ヒートシンク２の残りの広いスペースに、基板３を配置することができる。そして、各リード端子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｄ、Ｔｅの接続相手である他の電子部品（図１のスイッチング回路５２や整流回路５４のダイオードＤ１、Ｄ２）を、基板３上に自由に配置することができる。

また、トランス１の本体１ａをヒートシンク２の隅部２ａ〜２ｄ以外の場所に配置することで、本体１ａで発生した熱を、リード端子Ｔａ〜Ｔｅから絶縁シート８ｂ、８ｃを介してヒートシンク２に広く発散させて、むらなく放熱させることができる。

また、ヒートシンク２の隅部２ａ〜２ｄには電子部品を配置し難いが、ヒートシンク２の隅部２ｄにトランス１のリード端子Ｔｄ、Ｔｅの中間部Ｔｄｍ、Ｔｅｍを配置することで、該隅部２ｄを放熱経路として有効利用することができる。

また、トランス１の本体１ａの低い位置から突出するリード端子Ｔｅの中間部Ｔｅｍを、本体１ａの高い位置から突出するリード端子Ｔｄの中間部Ｔｄｍより内側にして、同一方向でＬ字形に曲げている。このため、これらリード端子Ｔｄ、Ｔｅの占有スペースをより小さくして、ヒートシンク２上での配置を容易にすることができる。

また、短い方のリード端子Ｔｅでは、本体１ａから突出した直後に絶縁シート８ｂを介してヒートシンク２に接触させているので、本体１ａで発生する熱をすみやかに放熱させることができる。また、長い方のリード端子Ｔｄでは、中間部Ｔｄｍの長さも長く、絶縁シート８ｂを介したヒートシンク２との接触面積が大きいので、トランス１の本体１ａで発生した熱をヒートシンク２に伝えて、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、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い。これ以外に、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。

また、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、出力用のリード端子Ｔｄ、Ｔｅに本発明を適用した例を挙げたが、他のリード端子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ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
１Ｌ 左側面
１ｒ 右側面
２ ヒートシンク
２ｄ 隅部
２ｕ 上面
３ 基板
６ｄ、６ｅ 接続端子
８ｂ 絶縁シート
２０ 二次コイル部
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｄ、Ｔｅ リード端子
Ｔｄｆ、Ｔｅｆ 先端部
Ｔｄｍ、Ｔｅｍ 中間部
Ｔｄｒ、Ｔｅｒ 根元部

Claims (4)

1. リード端子を有する電子部品と、接続端子を有する基板とを放熱体上に配置した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、
   前記接続端子は、前記第１リード端子に対応して設けられた第１接続端子と、前記第２リード端子に対応して設けられた第２接続端子と、から成り、
   前記第１リード端子の根元部は、前記放熱体の上面と同一高さに位置し、
   前記第１リード端子の中間部は、該第１リード端子の根元部から水平に延びた後、前記放熱体の上面と平行な平面内でＬ字形に曲げられて、前記放熱体の上面に伝熱性を有する絶縁シートを介して接触し、
   前記第１リード端子の先端部は、前記第１接続端子に固定されており、
   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、前記第１リード端子の中間部より長く、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、さらに、前記第１リード端子の中間部の外側において、前記平面内で前記第１リード端子と同一方向へＬ字形に曲げられて、前記放熱体の上面に前記絶縁シートを介して接触しており、
   前記第２リード端子の先端部は、前記第２接続端子に固定されている、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、
   前記第１リード端子は、前記第２リード端子より短く、前記電子部品の本体から突出した直後に前記絶縁シートを介して前記放熱体に接触しており、
   前記第２リード端子は、前記第１リード端子より長く、前記絶縁シートを介して前記放熱体に接触している面積が、前記第１リード端子が前記絶縁シートを介して前記放熱体に接触している面積より大きい、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、
   前記放熱体が矩形状であり、
   前記放熱体の隅部に前記第１および第２リード端子のＬ字形の中間部を配置した、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、
   前記電子部品の本体の左右側面のいずれか一方から前記第１および第２リード端子が突出し、
   前記左右側面の他方から他のリード端子が突出している、ことを特徴とする電子部品の実装構造。

Images