JPH04225264A - パワートランジスタの冷却構造 - Google Patents
パワートランジスタの冷却構造Info
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- JPH04225264A JPH04225264A JP3064285A JP6428591A JPH04225264A JP H04225264 A JPH04225264 A JP H04225264A JP 3064285 A JP3064285 A JP 3064285A JP 6428591 A JP6428591 A JP 6428591A JP H04225264 A JPH04225264 A JP H04225264A
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発生された熱がコレクタ
リードを通って大部分放熱するプラスチックケース、を
有するパワートランジスタを冷却するための構造に関す
るものである。このコレクタリードは回路基板上でコレ
クタストリップと接続されている。 【０００２】 【従来の技術】現在使われているＲＦトランジスタは、
一般的に、密封容器、むしろ密封プラスチックカプセル
（ａ ｐｌａｓｔｉｃ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）
を有するトランジスタで、しばしば半導体ピース自身
がそれを囲む回路素子と接続できる。コレクタリード、
ベースリード、時にエミッタリードの端が鋳造プラスチ
ックカプセルの内側にある構造を有する。そのコレクタ
リードは他のリードに比べてかなり広い平らなストリッ
プであり、この上に半導体ピースが載る。密封カプセル
の内側に、トランジスタのチップからベースとエミッタ
のリードへ接続リードを有している。このコレクタリー
ドは２，３ｍｍの幅であり、上記の構造によりこのコレ
クタリードはトランジスタ内で生じた廃熱を周囲に放熱
させる主な手段として作用する。このトランジスタは、
上述のトランジスタを回路基板に接続できる。このよう
なトランジスタは低いパワーレベルの時に使用され、パ
ワー損失として、そのパワー損失が密封カプセル（ｅｎ
ｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ） 内で２〜３ワットのオーダ
ーであるローパワーレベルに関する限り上述のトランジ
スタは使用される。 【０００３】上述のトランジスタの冷却は、もちろん、
適切な方法でトランジスタのコレクタリードを冷却する
ことに基づいている。最高の効果は得られないが、最も
容易な方法は、回路基板上でコレクタストリップに対し
直接トランジスタのコレクタリードを溶着することであ
り、この場合、熱はコレクタから回路基板上のストリッ
プへ放熱され、さらに回路基板を通り接地された連続す
る金属薄膜に放熱され、次いでその連続金属薄膜から大
気へ放熱される。この方法は特に効果的ということはな
い。理由は回路基板自身の絶縁材料も放熱手段として働
き、そしてこの材料は主としてその電気的特性を考慮し
て選択されており、その放熱特性の注意を選択されてい
ない。もちろん回路基板物質として通常のガラスエポキ
シ材料ではなく、良い放熱特性を有すふさわしいセラミ
ック材料を使用することが可能である。しかし、それら
の材料は高価で、その材料が堅いため、構成部品の結合
に必要な各種の穴加工が難しい。 【０００４】他の知られている方法は、トランジスタの
ために特殊の実装シートを使用することがあり、たとえ
ばネジにより回路基板に固定されている。このシートは
大きい表面積を有し、中央にトランジスタが配置され特
別に設計された金属板とすることができる。この板の表
面上には電気的に絶縁性の高放熱性セラミックピースが
置かれている。このセラミックピース上にはコレクタリ
ード、ベースリードがシート材料に触れることなく、延
在して回路基板の導体ストリップ上に到達している。共
通エミッタ接続において、エミッタは直接シート板に接
続できる。熱はトランジスタのコレクタリードから、セ
ラミックピースを経て広い表面積を有するシート板へ放
熱され、そのシート板は直接及び回路基板を通りプレー
ト部分から接地された金属薄膜へ放熱する。しかし、こ
の公知の方法は複雑で、実際に実行することは難しい。 【０００５】さらに改良された冷却方法の一つは、フィ
ンランド特許出願第ＦＩ−８９０７９１号、ノキタ−モ
ブラオ（ＮＯＫＩＴＡ−ＭＯｂｒａ Ｏｙ） により開
示されている。この開示された方法において、回路基板
のコレクタストリップ上に溶着されている厚い金属スト
リップが使われており、このストリップに溶着されてい
るこのコレクタリードは、端から端まで厚い金属ストリ
ップに接触できる。廃熱はその一部が金属ストリップよ
り大気へ直接放熱され、また一部が回路基板を通りその
反対側の接地された金属薄膜へ伝導されさらに大気へ放
熱される。放熱は、各種素子を接地表面へ固定すること
により増進させ、これにより冷却が促進される。この方
法は効果的でありその上、実行することが容易である。 【０００６】多くの実用的ＲＦ回路素子において、廃熱
の大部分が回路基板を通り部品面から接地面へ放熱され
、また、この接地面から直接大気へ放熱され、または付
加的素子によってその放熱は促進される。 【０００７】これは、特に装置の機械的構成が、ＲＦ回
路部品が部品面で、ＲＦタイトカバーにより全体をシー
ルドされ、連続する金属薄膜がもう一方の面がシールド
された場合である。この場合、ＲＦシールドカバーは、
大気への放熱を弱め、従って、主に放熱は回路基板を通
して行なわなければならない。このような場合、上記に
示した従来のシステムが使用される。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】低電力型トランジスタ
により発生された廃熱において、同じ構成の回路基板の
部品面で、できる限り大きい割合で、放熱されることを
必要とする機械装置がある。本発明においての構成は、
このような要求に対するシステムを提供する。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明における構成は、
回路基板上に高い熱伝導の絶縁体板が密着配置され、そ
の絶縁体板はトランジスタに隣接するコレクタストリッ
プの長さの一部に亘ってコレクタストリップの全体を覆
っており、その絶縁体板にはトランジスタ内で発生した
熱エネルギーが伝達される冷却板が固定されている。 【００１０】熱伝導絶縁体板の使用は、冷却板から低周
波パワートランジスタの絶縁と共通である。使用におい
ては、このトランジスタが金属冷却板へネジで固定され
、その板とトランジスタとの間に熱伝導絶縁体板がある
。使用される絶縁材料は、通常、マイカ板であるが、そ
の板はセラミック材料、例えば充填物としてアルミナ、
を混合したシリコンも使用される。これら全ての材料の
高周波特性は表１に示される。 表１．
εｘ ／ ｔａｎδ（１ＭＨｚ） εｘ
／ ｔａｎδ（３ＧＨｚ） アルミナ
８．８／０．０００３
８．８／０．００１ シリコンゴ
ム化合物 ３．２／０．００３
３．１／０．０１ ＦＲ−４基板
４．５／０．０２
ローズマイカ
５．４／０．００３ ５．４／０
．００３ 【００１１】表１によると、全ての材料の高
周波特性は良好である。従ってパワートランジスタのコ
レクタ・ストリップと冷却板との間の放熱のためにこれ
らの材料は本発明に従い使用されることができる。弾性
においては、シリコンを主成分とした材料がより有用と
考えられる。 【００１２】 【実施例】図１、図２において、４は密封プラスチック
カプセル型パワートランジスタを示し、その中の広いコ
レクタリードの媒介によりトランジスタの廃熱を放熱さ
せる。このトランジスタは、その接続リード５，６，１
０， １１を回路基板上でストリップに溶着により固定
されている。ベースリード５は、ストリップ７と接続さ
れ、コレクタリード６はストリップ３に接続されている
。エミッタリード１０， １１は図１に示さず、図２の
みに示している。無線周波数の適用について、回路基板
の裏面上に接地された金属薄膜２がある。本発明によれ
ば表面積と厚さをあらかじめ決められた高い熱伝導性の
絶縁体板８は、コレクタストリップ３の上に配置されて
おりこれにより放熱性を促進する。この板は、ある距離
に亘ってコレクタストリップを全て覆っている。絶縁体
板８の固定は、例えば接着により可能である。回路基板
１から離れて絶縁体板８の表面に適切な方法で冷却板９
が固定されており、その冷却板９の表面積と厚さは、公
知の熱伝導の公式から計算され得る。 【００１３】コレクタストリップ３と接地された冷却板
９との間の絶縁体板８を使用することは、そのストリッ
プ３のインピーダンスを減少することになる。これは予
め設計段階でコレクタストリップ３を適切に狭くするこ
とにより補償できる。この冷却板９が接地され、熱伝導
の絶縁体板８の誘電率εｘ が回路基板の誘電率とほぼ
同じであるとき、コレクタストリップ３は、寸法設計が
比較的容易な伝導ストリップラインを形成する。 【００１４】実際の例として、表１において材料の温度
抵抗は、例えば、０．２５ｍｍの厚さで２Ｋ ｃｍ２／
Ｗオーダーである。例えば材料の厚さを横切る許容温度
損失は１０Ｋで、伝導されるエネルギーは１Ｗの時、絶
縁体板８が必要とする表面積は、０．２ｃｍ２ である
。この絶縁体板８の厚さが１ｍｍ増加された場合、絶縁
体板８の必要な面積は各０．８〔ｃｍ２ 〕の増加にな
る。 【００１５】 【発明の効果】図に関する上記の記載は、いずれにおい
ても本発明を限定するものでなく、保護範囲精神内で大
きく変えることができる。使用される熱伝導材料は導電
率が十分高く、高周波特性が良く、熱伝導特性が良い適
切な材料とすることができる。この材料の熱伝導板８は
コレクタストリップ上部に配置でき、またこのトランジ
スタの密封プラスチックカプセル上の一部分にも配置で
き、この場合、密封カプセルを通して発生する熱エネル
ギーがより効果的に放出できる。また、この構成が要求
するならば、接地された薄膜２に固定された冷却板を付
加することを妨げるものではない。
リードを通って大部分放熱するプラスチックケース、を
有するパワートランジスタを冷却するための構造に関す
るものである。このコレクタリードは回路基板上でコレ
クタストリップと接続されている。 【０００２】 【従来の技術】現在使われているＲＦトランジスタは、
一般的に、密封容器、むしろ密封プラスチックカプセル
（ａ ｐｌａｓｔｉｃ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）
を有するトランジスタで、しばしば半導体ピース自身
がそれを囲む回路素子と接続できる。コレクタリード、
ベースリード、時にエミッタリードの端が鋳造プラスチ
ックカプセルの内側にある構造を有する。そのコレクタ
リードは他のリードに比べてかなり広い平らなストリッ
プであり、この上に半導体ピースが載る。密封カプセル
の内側に、トランジスタのチップからベースとエミッタ
のリードへ接続リードを有している。このコレクタリー
ドは２，３ｍｍの幅であり、上記の構造によりこのコレ
クタリードはトランジスタ内で生じた廃熱を周囲に放熱
させる主な手段として作用する。このトランジスタは、
上述のトランジスタを回路基板に接続できる。このよう
なトランジスタは低いパワーレベルの時に使用され、パ
ワー損失として、そのパワー損失が密封カプセル（ｅｎ
ｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ） 内で２〜３ワットのオーダ
ーであるローパワーレベルに関する限り上述のトランジ
スタは使用される。 【０００３】上述のトランジスタの冷却は、もちろん、
適切な方法でトランジスタのコレクタリードを冷却する
ことに基づいている。最高の効果は得られないが、最も
容易な方法は、回路基板上でコレクタストリップに対し
直接トランジスタのコレクタリードを溶着することであ
り、この場合、熱はコレクタから回路基板上のストリッ
プへ放熱され、さらに回路基板を通り接地された連続す
る金属薄膜に放熱され、次いでその連続金属薄膜から大
気へ放熱される。この方法は特に効果的ということはな
い。理由は回路基板自身の絶縁材料も放熱手段として働
き、そしてこの材料は主としてその電気的特性を考慮し
て選択されており、その放熱特性の注意を選択されてい
ない。もちろん回路基板物質として通常のガラスエポキ
シ材料ではなく、良い放熱特性を有すふさわしいセラミ
ック材料を使用することが可能である。しかし、それら
の材料は高価で、その材料が堅いため、構成部品の結合
に必要な各種の穴加工が難しい。 【０００４】他の知られている方法は、トランジスタの
ために特殊の実装シートを使用することがあり、たとえ
ばネジにより回路基板に固定されている。このシートは
大きい表面積を有し、中央にトランジスタが配置され特
別に設計された金属板とすることができる。この板の表
面上には電気的に絶縁性の高放熱性セラミックピースが
置かれている。このセラミックピース上にはコレクタリ
ード、ベースリードがシート材料に触れることなく、延
在して回路基板の導体ストリップ上に到達している。共
通エミッタ接続において、エミッタは直接シート板に接
続できる。熱はトランジスタのコレクタリードから、セ
ラミックピースを経て広い表面積を有するシート板へ放
熱され、そのシート板は直接及び回路基板を通りプレー
ト部分から接地された金属薄膜へ放熱する。しかし、こ
の公知の方法は複雑で、実際に実行することは難しい。 【０００５】さらに改良された冷却方法の一つは、フィ
ンランド特許出願第ＦＩ−８９０７９１号、ノキタ−モ
ブラオ（ＮＯＫＩＴＡ−ＭＯｂｒａ Ｏｙ） により開
示されている。この開示された方法において、回路基板
のコレクタストリップ上に溶着されている厚い金属スト
リップが使われており、このストリップに溶着されてい
るこのコレクタリードは、端から端まで厚い金属ストリ
ップに接触できる。廃熱はその一部が金属ストリップよ
り大気へ直接放熱され、また一部が回路基板を通りその
反対側の接地された金属薄膜へ伝導されさらに大気へ放
熱される。放熱は、各種素子を接地表面へ固定すること
により増進させ、これにより冷却が促進される。この方
法は効果的でありその上、実行することが容易である。 【０００６】多くの実用的ＲＦ回路素子において、廃熱
の大部分が回路基板を通り部品面から接地面へ放熱され
、また、この接地面から直接大気へ放熱され、または付
加的素子によってその放熱は促進される。 【０００７】これは、特に装置の機械的構成が、ＲＦ回
路部品が部品面で、ＲＦタイトカバーにより全体をシー
ルドされ、連続する金属薄膜がもう一方の面がシールド
された場合である。この場合、ＲＦシールドカバーは、
大気への放熱を弱め、従って、主に放熱は回路基板を通
して行なわなければならない。このような場合、上記に
示した従来のシステムが使用される。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】低電力型トランジスタ
により発生された廃熱において、同じ構成の回路基板の
部品面で、できる限り大きい割合で、放熱されることを
必要とする機械装置がある。本発明においての構成は、
このような要求に対するシステムを提供する。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明における構成は、
回路基板上に高い熱伝導の絶縁体板が密着配置され、そ
の絶縁体板はトランジスタに隣接するコレクタストリッ
プの長さの一部に亘ってコレクタストリップの全体を覆
っており、その絶縁体板にはトランジスタ内で発生した
熱エネルギーが伝達される冷却板が固定されている。 【００１０】熱伝導絶縁体板の使用は、冷却板から低周
波パワートランジスタの絶縁と共通である。使用におい
ては、このトランジスタが金属冷却板へネジで固定され
、その板とトランジスタとの間に熱伝導絶縁体板がある
。使用される絶縁材料は、通常、マイカ板であるが、そ
の板はセラミック材料、例えば充填物としてアルミナ、
を混合したシリコンも使用される。これら全ての材料の
高周波特性は表１に示される。 表１．
εｘ ／ ｔａｎδ（１ＭＨｚ） εｘ
／ ｔａｎδ（３ＧＨｚ） アルミナ
８．８／０．０００３
８．８／０．００１ シリコンゴ
ム化合物 ３．２／０．００３
３．１／０．０１ ＦＲ−４基板
４．５／０．０２
ローズマイカ
５．４／０．００３ ５．４／０
．００３ 【００１１】表１によると、全ての材料の高
周波特性は良好である。従ってパワートランジスタのコ
レクタ・ストリップと冷却板との間の放熱のためにこれ
らの材料は本発明に従い使用されることができる。弾性
においては、シリコンを主成分とした材料がより有用と
考えられる。 【００１２】 【実施例】図１、図２において、４は密封プラスチック
カプセル型パワートランジスタを示し、その中の広いコ
レクタリードの媒介によりトランジスタの廃熱を放熱さ
せる。このトランジスタは、その接続リード５，６，１
０， １１を回路基板上でストリップに溶着により固定
されている。ベースリード５は、ストリップ７と接続さ
れ、コレクタリード６はストリップ３に接続されている
。エミッタリード１０， １１は図１に示さず、図２の
みに示している。無線周波数の適用について、回路基板
の裏面上に接地された金属薄膜２がある。本発明によれ
ば表面積と厚さをあらかじめ決められた高い熱伝導性の
絶縁体板８は、コレクタストリップ３の上に配置されて
おりこれにより放熱性を促進する。この板は、ある距離
に亘ってコレクタストリップを全て覆っている。絶縁体
板８の固定は、例えば接着により可能である。回路基板
１から離れて絶縁体板８の表面に適切な方法で冷却板９
が固定されており、その冷却板９の表面積と厚さは、公
知の熱伝導の公式から計算され得る。 【００１３】コレクタストリップ３と接地された冷却板
９との間の絶縁体板８を使用することは、そのストリッ
プ３のインピーダンスを減少することになる。これは予
め設計段階でコレクタストリップ３を適切に狭くするこ
とにより補償できる。この冷却板９が接地され、熱伝導
の絶縁体板８の誘電率εｘ が回路基板の誘電率とほぼ
同じであるとき、コレクタストリップ３は、寸法設計が
比較的容易な伝導ストリップラインを形成する。 【００１４】実際の例として、表１において材料の温度
抵抗は、例えば、０．２５ｍｍの厚さで２Ｋ ｃｍ２／
Ｗオーダーである。例えば材料の厚さを横切る許容温度
損失は１０Ｋで、伝導されるエネルギーは１Ｗの時、絶
縁体板８が必要とする表面積は、０．２ｃｍ２ である
。この絶縁体板８の厚さが１ｍｍ増加された場合、絶縁
体板８の必要な面積は各０．８〔ｃｍ２ 〕の増加にな
る。 【００１５】 【発明の効果】図に関する上記の記載は、いずれにおい
ても本発明を限定するものでなく、保護範囲精神内で大
きく変えることができる。使用される熱伝導材料は導電
率が十分高く、高周波特性が良く、熱伝導特性が良い適
切な材料とすることができる。この材料の熱伝導板８は
コレクタストリップ上部に配置でき、またこのトランジ
スタの密封プラスチックカプセル上の一部分にも配置で
き、この場合、密封カプセルを通して発生する熱エネル
ギーがより効果的に放出できる。また、この構成が要求
するならば、接地された薄膜２に固定された冷却板を付
加することを妨げるものではない。
【図１】本発明による構造を使用する密封プラスチック
カプセルを有する１つのＲＦトランジスタの本発明に係
る改善冷却構造の側面図を示す。
カプセルを有する１つのＲＦトランジスタの本発明に係
る改善冷却構造の側面図を示す。
【図２】冷却板のない場合の図１の構造の上面図である
。
。
１…回路基板
２…金属薄膜
３…コレクタストリップ
４…パワートランジスタ
５…ベースリード
６…コレクタリード
７…ベースストリップ
８…絶縁体板
９…冷却板
１０， １１…エミッタリード
Claims (6)
- 【請求項１】 密封容器を有するパワートランジスタ
の冷却構造であって、該密封容器の中で発生された廃熱
は主にコレクタリード（６）を経て放熱され、該密封容
器内において、前記トランジスタが回路基板（１）に接
続されているときに、該回路基板のコレクタリード（６
）が回路基板（１）上のコレクタストリップ（３）に接
続されている構成において、前記回路基板上に、高い熱
伝導の絶縁体板（８）が密着配置され、該絶縁体板は前
記トランジスタ（４）に隣接するコレクタストリップの
長さの一部に亘って、該コレクタストリップの全体を覆
っており、その絶縁体板（８）にはトランジスタ内で発
生した熱エネルギーが伝導される冷却板（９）が固定さ
れていることを特徴とするパワートランジスタの冷却構
造。 - 【請求項２】 前記絶縁体板（８）はトランジスタ（
４）をも部分的に又は全体的に覆うことを特徴とする請
求項１に記載のパワートランジスタの冷却構造。 - 【請求項３】 前記絶縁体板（８）の材料はマイカで
あることを特徴とする請求項１に記載のパワートランジ
スタの冷却構造。 - 【請求項４】 前記絶縁体板（８）の材料はセラミッ
ク材料例えば充填剤としてアルミナを有するシリコンで
あることを特徴とする請求項１に記載のパワートランジ
スタの冷却構造。 - 【請求項５】 前記冷却板（９）は、分離された金属
板又は装置の金属フレームが該冷却板として作用するこ
とを特徴とするパワートランジスタの冷却構造。 - 【請求項６】 前記密封容器はプラスチック材料より
形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造
。
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