JPH0677260U - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実装部品の基板上での高さを低減し、また良
好な放熱性を確保したままヒートシンクを低背化して、
パワーモジュールの小型化要求に応える。 【構成】 一面に回路パターンが形成された基板１の他
面に、複数の放熱フィン21，21…を備えたヒートシンク
２を接合し、基板１とヒートシンク２の所定位置に、こ
れらを厚み方向に貫通する挿嵌孔３，４を穿設する。基
板１の回路パターン上への実装部品の内、高背な部品で
あるトランス11及びチョーク12は、一部を挿嵌孔３，４
に挿嵌し、夫々の外部リードを各挿嵌孔３，４周縁の対
応する回路パターンに接続して、基板１上に一部が突出
した態様に実装し、基板１上の突出高さＬ₅ を低減す
る。また基板１とヒートシンク２とを一体構成して、大
なる熱抵抗を有する両者の接合部をなくし、基板１上の
実装部品の発熱が放熱フィン21，21…に直接的に伝わる
ようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、放熱用のヒートシンクを備えたパワーモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】

パワートランジスタチップ等のパワー素子を含む各種の電子部品を基板の一面 に形成された回路パターン上に実装してなるパワーモジュールにおいては、前記 パワー素子が動作中に発する熱を外部に放熱すべく、前記基板の他面側に放熱用 のヒートシンクを備えた構成が採用されることが多く、前記ヒートシンクとして は、高い放熱性を得るべく、複数の放熱フィンを有するフィン付ヒートシンクが 一般的に採用されている。

【０００３】 図５は従来のパワーモジュールの一般的な構成を示す側面図、図６は同じく平 面図である。図中１は、セラミックス製または金属製等の基板であり、該基板１ の一面（図５における上面）には、同面に形成された図示しない回路パターン上 に、パワー素子10、トランス11、チョーク12、及びその他の電子部品13，14，15 が実装されている。また前記基板１の他面（図５における下面）側には、前記各 実装部品10〜15、特に、パワー素子10が動作中に発する熱を放熱すべくヒートシ ンク２が、全面に亘っての接合されている。このヒートシンク２は、基板１との 接合のための平板状の基部20と、該基部20の他側に突設された複数の放熱フィン 21，21…とを備えたフィン付ヒートシンクであり、前記各部品10〜15の発熱は、 基板１からヒートシンク２の基部20に伝わり、大面積を有する放熱フィン21，21 …の表面から効率的に放熱されるようになしてある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

さて、以上の如き構成のパワーモジュールにおいては、これを使用する各種の 機器への組み込みを容易にすべく、外形寸法の小型化が要求されている。ところ が従来のパワーモジュールは、前述の如く、基板１の一側に実装部品10〜15が突 出し、また他側には、同側に接合されたヒートシンク２の放熱フィン21，21…が 突出した構成を有し、これらが全体としての高さ寸法Ｌ（図５参照）の削減を阻 害することから、小型化の要求に応え得ないという難点がある。

【０００５】 図５中に示す如く、基板１及びヒートシンク２の基部20の厚みが夫々Ｌ₁ 及び Ｌ₂ であり、基板１上の実装部品10〜15の内、最も高背な実装部品（図において はトランス11）の高さがＬ₃ であって、ヒートシンク２の放熱フィン21，21…の 高さがＬ₄ である場合、パワーモジュール全体の高さＬは、 Ｌ≒Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＋Ｌ₃ ＋Ｌ₄ …（１） となる。

【０００６】 これらの内、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 及びＬ₄ の低減は難しいことから、従来においては、 Ｌ₃ の低減、即ち、実装部品の低背化によりパワーモジュールの小型化要求に応 える試みがなされている。基板１上の実装部品10〜15の内、高背な部品は、トラ ンス11及びチョーク12等の磁性部品であり、これらの低背化は、例えば、実開平 4-111709号公報に開示された積層型インダクタ、又は実開平4-105512号公報に開 示されたプレーナ型インダクタの採用により実現できる。

【０００７】 ところが、前述の如き磁性部品の低背化は、これらの底面積の増大を伴って実 現されるものであり、積層型インダクタ又はプレーナ型インダクタの使用は、こ れらが実装される基板１の面積増加を招来し、平面的には、小型化に逆行する結 果となる。更に前者は、許容最大電力が数ワット程度であり、パワーモジュール への使用に適さないという難点を有し、また後者は、巻線に替えて用いる導体シ ートの積層に手作業を必要とし、製造コストの増加を招く難点を有している。

【０００８】 また一方、従来のパワーモジュールにおいては、基板１とヒートシンク２の基 部20との接合面間の熱抵抗が大きく、基板１からヒートシンク２への熱伝導が良 好に行われないことから、放熱フィン21，21…における本来の放熱量が得られな いという問題がある。そこで、放熱グリス、放熱シート等の高い熱伝導率を有す る充てん物を前記接合面に介在せしめ、熱抵抗を低減する工夫がなされているが 十分な効果が得られず、放熱フィン21，21…の放熱面積を大きめに設定すること により所望の放熱量が確保されるようにしており、このことが放熱フィン21，21 …の高さ（＝Ｌ₄ ）の低減を困難とし、パワーモジュールの小型化を阻害する一 因となっている。

【０００９】 本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、実装部品の基板上での高さ を低減し、また良好な放熱性を確保して放熱フィンの低背化を図り、これらによ り従来に比して大幅に小型化されたパワーモジュールを提供することを目的とす る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るパワーモジュールは、基板の一面に形成された回路パターン上に パワー素子を含む電子部品を実装し、該電子部品の発熱を前記基板の他面側に備 えたヒートシンクを介して放熱するパワーモジュールにおいて、前記基板及び前 記ヒートシンクに穿設してあり、前記電子部品を挿嵌する挿嵌孔を具備すること を特徴とし、また、前記基板と前記ヒートシンクとが一体構成してあることを特 徴とし、更に、前記基板と前記ヒートシンクとが一体構成されると共に、前記電 子部品を挿嵌する挿嵌孔が穿設してあることを特徴とする。

【００１１】

【作用】

本考案においては、第１に、基板とヒートシンクとに孔を穿設し、この孔に高 背な部品を挿嵌した状態で実装して、これらの部品の基板上への突出高さを低減 し、パワーモジュールの小型化要求に応える。

【００１２】 また第２に、基板とヒートシンクとを一体構成することにより、大なる熱抵抗 を発生する両者の接合部をなくして、実装部品から放熱フィンへの熱伝導が良好 に行われるようになし、所望の放熱性を維持したまま放熱フィンの低背化を図っ て、パワーモジュールの小型化要求に応える。

【００１３】 更に第３には、基板とヒートシンクとを一体構成する一方、この一体化された 部品（一体基板）に高背な部品を挿嵌する挿嵌孔を形成し、実装部品の突出高さ の低減と、放熱フィンの低背化とを共に実現する。

【００１４】

【実施例】

以下本考案をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。図１は本考案に係る パワーモジュールの第１実施例を示す側面図、図２は同じく平面図である。図中 １は、セラミックス製または金属製等の基板であり、２は、高い熱伝導率を有す る材料からなる放熱用のヒートシンクである。

【００１５】 基板１は、図示しない回路パターンを、その一面（図１における上面）に形成 してなる平板状の部材であり、またヒートシンク２は、基板１と略同大をなす平 板状の基部20の一面に、相互間に適宜の間隔を隔てて複数の放熱フィン21，21… を突設してなる。基板１とヒートシンク２とは、前記基部20の平坦な他面を基板 １の下面に密着させ、放熱グリス、放熱シート等の高い熱伝導率を有する充てん 物を介して接合されており、これらには、前記接合により平面視にて整合する位 置に、両者を厚み方向に貫通する２つの挿嵌孔３，４が穿設してある。

【００１６】 さて、本考案に係るパワーモジュールは、前記基板１の回路パターン上に、パ ワー素子10、トランス11、チョーク12、及びその他の電子部品13，14，15を実装 して構成されるが、この実装態様に特徴を有しており、前記部品10〜15の内、比 較的低背な部品（パワー素子10、電子部品13，14，15）の実装は、従来と同様、 基板１上への直接的な載置により行われているのに対し、高背な部品（トランス 11、チョーク12）の実装は、これらの一部を前記挿嵌孔３，４に挿嵌し、夫々の 外部リードを各挿嵌孔３，４周縁の回路パターンに接続して行われており、実装 後のトランス11及びチョーク12は、図示の如く、基板１上に一部を突出させ、前 記外部リードにより支えられている。

【００１７】 而して、図５に示す従来のパワーモジュールと同様に、基板１の厚みをＬ₁ 、 ヒートシンク２の基部20の厚みをＬ₂ 、基板１上の実装部品10〜15の内、最も高 背なトランス11の高さをＬ₃ 、更にヒートシンク２の放熱フィン21，21…の高さ をＬ₄ とした場合、基板１上には前記トランス11の一部が突出しているのみであ ることから、パワーモジュール全体の高さＬは、トランス11の全体高さＬ₃ では なく、基板１上への突出高さＬ₅ を含む次式により示される。 Ｌ＝Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ＋Ｌ₅ ＋Ｌ₄ …（２） ここで、Ｌ₅ ＜Ｌ₃ であることから、本実施例に示すパワーモジュールにおい ては、従来に比して大幅な低背化が実現される。

【００１８】 図３は本考案に係るパワーモジュールの第２実施例を示す側面図、図４は同じ く平面図である。この実施例においては、第１実施例における基板１とヒートシ ンク２とを一体化してなる一体基板５が用いられている。この一体基板５は、一 側の平坦面に回路パターンが形成され、また他側に相互間に適宜の間隔を隔てて 複数の放熱フィン51，51…を突設してなる部材である。

【００１９】 一体基板５には、図４に示す如く、前記一面の回路パターン上の所定位置を他 側にまで貫通する２つの挿嵌孔３，４が穿設してあり、第１実施例の場合と同様 に、比較的低背な部品であるパワー素子10及び電子部品13，14，15は、一体基板 ５の回路形成面上に直接的な載置により実装されており、高背な部品であるトラ ンス11及びチョーク12は、これらの一部を前記挿嵌孔３，４に挿嵌し、夫々の外 部リードを各挿嵌孔３，４周縁の対応する回路パターンに接続して、基板１上に 一部を突出させ、前記外部リードにより支えて実装されている。

【００２０】 この実施例に示すパワーモジュールにおいては、各実装部品10〜15が動作中に 発する熱は、これらが直接的に接触する一体基板５に伝わり、他側に突設された 放熱フィン51，51…に直接的に伝導される結果、該放熱フィン51，51…の表面か ら有効に放熱され、高い放熱性が確保される。従って、所望の放熱性を維持した まま放熱フィン51，51…の高さを低減できるようになり、高背な部品11，12の前 述した実装との相乗効果により、パワーモジュール全体の大幅な低背化を実現で きる。

【００２１】 なお、基板１及びヒートシンク２、又は一体基板５への挿嵌孔３，４の穿設は 、基板１又は一体基板５上への実装により無為なデッドスペースを発生させる虞 れがある高背な部品の挿嵌を目的とするものであるから、挿嵌孔３，４の穿設数 は、前記実施例中に示す２つに限らず、実装部品中の高背な部品の数に応じて適 宜に設定すればよい。また挿嵌孔３，４の深さは、挿嵌対象となる実装部品の高 さに応じて決定すればよく、前記実施例中に示す如く、基板１及びヒートシンク ２、又は一体基板５を貫通することは必須の要件ではない。

【００２２】

【考案の効果】

以上詳述した如く本考案に係るパワーモジュールにおいては、基板とヒートシ ンクとに穿設された挿嵌孔に高背な部品を挿嵌した状態で実装したから、これら の部品の基板上への突出高さが低減される。

【００２３】 また、基板とヒートシンクとを一体構成して大なる熱抵抗を発生する両者の接 合部をなくし、実装部品から放熱フィンへの直接的な熱伝導が行われるようにし たから、良好な放熱性を維持したまま放熱フィンの高さが低減でき、従来に比し て大幅な小型化が達成される等、本考案は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るパワーモジュールの第１実施例を
示す側面図である。

【図２】本考案に係るパワーモジュールの第１実施例を
示す平面図である。

【図３】本考案に係るパワーモジュールの第２実施例を
示す側面図である。

【図４】本考案に係るパワーモジュールの第２実施例を
示す平面図である。

【図５】従来のパワーモジュールの側面図である。

【図６】従来のパワーモジュールの平面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ヒートシンク ３ 挿嵌孔 ４ 挿嵌孔 ５ 一体基板 10 パワー素子 11 トランス 20 基部 21 放熱フィン 51 放熱フィン

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の一面に形成された回路パターン上
   にパワー素子を含む電子部品を実装し、該電子部品の発
   熱を前記基板の他面側に備えたヒートシンクを介して放
   熱するパワーモジュールにおいて、前記基板及び前記ヒ
   ートシンクに穿設してあり、前記電子部品を挿嵌する挿
   嵌孔を具備することを特徴とするパワーモジュール。
2. 【請求項２】 基板の一面に形成された回路パターン上
   にパワー素子を含む電子部品を実装し、該電子部品の発
   熱を前記基板の他面側に備えたヒートシンクを介して放
   熱するパワーモジュールにおいて、前記基板と前記ヒー
   トシンクとが一体構成してあることを特徴とするパワー
   モジュール。
3. 【請求項３】 基板の一面に形成された回路パターン上
   にパワー素子を含む電子部品を実装し、該電子部品の発
   熱を前記基板の他面側に備えたヒートシンクを介して放
   熱するパワーモジュールにおいて、前記基板と前記ヒー
   トシンクとが一体構成され、前記電子部品を挿嵌する挿
   嵌孔が穿設してあることを特徴とするパワーモジュー
   ル。