JPH09102685A - 電子装置の放熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子素子の形式、搭載状態に関わらず確実に
放熱し得るものであり、かつ、組立工数及びコストの低
減を図れる電子装置の放熱構造を提供する。 【解決手段】 電流路を形成し、発熱性電子素子ＰＨと
電気的・熱的に結合される充電部導体パターンＣ１と、
充電部導体パターンＣ１に対してスリット状の間隔（絶
縁スリット部ＩＳ）を隔てて設けられ、充電部導体パタ
ーンＣ１から絶縁スリット部ＩＳ付近の基板２中に拡散
する電子素子に発生した熱を自らに導く導熱用導体パタ
ーンＣ２を基板２上に形成し、シールドケース１に基板
２を収納した際に導熱用導体パターンＣ２とシールドケ
ース１を半田付けし、半田ＳＯＬにより２つの要素を熱
的に架橋する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に発熱性の電
子素子を有する電子装置における、基板の導体パターン
を導熱手段として利用した放熱構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型化された電子装置の一例として、一
つの機能回路をコンパクトにまとめ上げ、その機能回路
をパッケージに収めて構成した複合電子部品が数多く存
在する。その中で、トランジスタ等の発熱性素子を内部
に有する場合には、その放熱対策が問題となる。この放
熱対策には、パッケージの外へ放熱するための放熱手段
が必要であり、場合によってはさらに、電子素子に発生
した熱を放熱手段に導く導熱手段が必要となる。従来の
複合電子部品では、パッケージ用のシールドケースに電
子素子に発生した熱を導き、シールドケースを放熱板と
して使用するものが多い。このようなシールドケースを
電子素子の放熱手段に利用した複合電子部品の例とし
て、以下のような放熱構造を有するものが存在する。

【０００３】放熱対策を必要とする素子によって様々な
放熱構造が採られるが、発熱性素子としてパワートラン
ジスタを想定すると、図７に示すような放熱構造がよく
用いられていた。図７において、基板２には各種の電子
素子ＰＥ及び発熱性の電子素子ＰＨ（パワートランジス
タ）が搭載されて機能回路が構成されている。パワート
ランジスタＰＨはその長いリードにより基板２の表面よ
り高い位置に持ち上げられ、さらにそのリードが折り曲
げられて本体が基板２と平行になっている。そして基板
２がシールドケース１に収納された時、パワートランジ
スタＰＨは、その本体の広い一面が天井板と接合するよ
うになされている。

【０００４】ここで、パワートランジスタＰＨからシー
ルドケース１へ熱の伝導が良好に行われるよう、パワー
トランジスタＰＨとシールドケース１との間に導熱性の
高い接着剤を塗布したり、ネジとナットによりパワート
ランジスタＰＨとシールドケース１を共締めして密着さ
せるという施策を行うことになる。このような図７に示
す放熱構造では、パワートランジスタＰＨに発生した熱
は、直接にシールドケース１に伝導し、そしてシールド
ケース１の外面より大気中へ放熱が行われることにな
る。なお、複合電子部品を母基板の回路パターンに接続
するために、基板２に設けられる端子ピンや、シールド
ケース１の開口部を塞ぐケース蓋については図示を省略
した。以下に説明する図についても同様とする。

【０００５】図７に示す放熱構造では、シールドケース
１とパワートランジスタＰＨを接続するためにパワート
ランジスタＰＨに長いリードが必要である。しかし近年
においては面接続タイプの素子が数多く出現しており、
面接続型のパワートランジスタには図７の放熱構造は不
向きである。そこで面接続型のパワートランジスタに対
しては図８に示すような放熱構造が提案されている。図
８において、基板２の表面には電流路を形成する導体パ
ターンＣ１が存在し、その上にパワートランジスタＰＨ
が搭載され、導体パターンＣ１とパワートランジスタＰ
Ｈのコレクタ（下面金属部）が電気的に接続されてい
る。基板２をシールドケース１に収納するのに際して
は、パワートランジスタＰＨとシールドケース１の天井
板との間にバネ性を有する導熱部品４を挟み込む。する
と導熱部品４は自身の有する復元力によってパワートラ
ンジスタＰＨ及びシールドケース１の天井板と密着する
ことになる。

【０００６】このような図８に示す放熱構造では、パワ
ートランジスタＰＨに発生した熱は、導熱部品４を通っ
てシールドケース１に伝導し、シールドケース１の外面
より大気中へ放熱される。さらに、面接続型のパワート
ランジスタに適用し得る他の放熱構造としては、パワー
トランジスタが搭載される基板に熱伝導性の高い材質を
使用するというのも存在する（図示せず）。この場合に
は、パワートランジスタＰＨに発生した熱は導体パター
ンを介して基板へ伝わり、さらに基板からシールドケー
スへ導かれ、シールドケースより放熱が行われることに
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】先ず図７に示す放熱構
造では、パワートランジスタに長いリードが必要とな
る。これに加えて、パワートランジスタＰＨとシールド
ケース１の間に良好な熱伝導を得るためには、以下の点
についても考慮する必要がある。すなわち、パワートラ
ンジスタＰＨとシールドケース１の接触面が平行に接合
されるよう、パワートランジスタＰＨのリードの取付長
さや屈曲位置を正確に設定する必要が有り、またネジと
ナットにより共締めする場合には、さらにパワートラン
ジスタＰＨとシールドケース１に設けられているネジを
挿入するための貫通孔の位置を合わせなければならな
い。現実の機械加工においては、接合や屈曲加工につい
ては他の機械加工に比べて高い加工精度を得るのが困難
であるが、図７に示す放熱構造では接合や屈曲加工に高
い加工精度が要求され、さらにこれに加えて接着剤ある
いはネジ、ナットを必要とするため、コスト及び組立工
数の増加が避けられなかった。

【０００８】次に図８に示す放熱構造では、独立した部
品である導熱部品４の要求によりコスト及び組立工数が
増加することになる。また実際の製品製造においては、
バネ性を有する導熱部品４は、完成時においてこそシー
ルドケース１とパワートランジスタＰＨに自身の復元力
で密着するが、組み立て時にはその一方の端面をシール
ドケース１あるいはパワートランジスタＰＨに固定する
必要があり、通常はシールドケース１側に固定されるこ
とになる。ここで、面接続型の素子の場合には、素子を
基板上へのマウントする時や半田付けを行う時に位置ズ
レ等が発生することがある。これが極端な場合には、シ
ールドケース１に固定された導熱部品４とパワートラン
ジスタ１との間の接触が充分に得られなくなる恐れがあ
り、素子の位置ズレを考慮した余裕のある導熱部品４を
使用する必要がある。

【０００９】基板に熱伝導性の高い材質のものを使用す
る放熱構造では、組立工数が増加しない点で他の放熱構
造より格段にすぐれている。しかしその材質の特殊性に
より基板自体の単価が高く、それがために製品全体のコ
スト上昇を招いていた。従って本発明は、発熱性を有す
る電子素子の形式に関わらず使用可能であり、電子素子
の基板上への搭載状態（位置ズレ等）に関わらず確実に
導熱・放熱し得るものであり、かつ、組立工数の増加を
極力抑え、コスト低減を図れる電子装置の放熱構造を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に電子
素子を搭載して機能回路を構成し、該基板をシールドケ
ースあるいはそれに類する箱体に収納してなる電子装置
において、発熱性を有する電子素子の端子と電気的、熱
的に結合された電流路を形成する第１の導体パターン、
第１の導体パターンと同じ基板面に第１の導体パターン
にスリット状の間隔を隔てて設けられ、このスリット状
の間隔により第１の導体パターンと電気的には隔絶され
るが熱的には結合し、第１の導体パターンから基板中に
拡散する電子素子に発生した熱を自らに導く第２の導体
パターン、第１の導体パターンと対向する基板面に設け
られ、第１の導体パターンから基板中に拡散する電子素
子に発生した熱を自らに導く第３の導体パターンのう
ち、第１の導体パターンと、少なくとも第２あるいは第
３の導体パターンの一方を基板上に形成し、さらに、第
２あるいは第３の導体パターンを放熱用手段と熱的に結
合させる事を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】発熱性素子であるパワートランジ
スタＰＨの端子と電気的に接続される充電部導体パター
ンＣ１は、パワートランジスタＰＨと充分な熱的な結合
を得るために、その接触面積が大きくなるよう基板上に
形成する。第１の実施の形態では、この充電部導体パタ
ーンＣ１に細いスリット状の間隔（絶縁スリット部Ｉ
Ｓ）を隔てて基板の端部まで延びる導熱用導体パターン
Ｃ２を設け、この導熱用導体パターンＣ２を基板端部で
シールドケース１に半田付けをする。なお、絶縁スリッ
ト部ＩＳを隔てる充電部導体パターンＣ１と導熱用導体
パターンＣ２の対向部の縁は、その総延長が長いほど充
電部導体パターンＣ１から導熱用導体パターンＣ２への
導熱が充分に行われるようになるため、互いに咬合うよ
うな凹凸形状にしたり、充電部導体パターンＣ１を導熱
用導体パターンＣ２で包囲あるいは半包囲することが望
ましい。

【００１２】第２の実施の形態では、充電部導体パター
ンＣ１と対向する基板表面に、充電部導体パターンＣ１
に対向する位置から基板の端部に向かって延びる導熱用
導体パターンＣ３を設け、この導熱用導体パターンＣ３
を基板端部でシールドケース１に半田付けする。他の実
施の形態では、前述の導熱用導体パターンＣ２あるいは
Ｃ３との間に熱的な結合を得るために、シールドケース
１あるいはケース蓋３に受熱板を設ける。

【００１３】

【実施例】組立工数の増加を極力抑え、コスト低減を図
ることのできる、本発明による放熱構造を適用した電子
装置（複合電子部品）の第１の実施例の概略を図１及び
図２に示した。なお、図１は電子装置全体の断面図、図
２は各導体パターン付近の平面図である。図１におい
て、基板２には充電部導体パターンＣ１、導熱用導体パ
ターンＣ２、その他の導体パターンが形成されており、
その上に各種電子素子ＰＥ及びパワートランジスタＰＨ
（発熱性素子）が搭載されて機能回路が構成されてい
る。

【００１４】ここでパワートランジスタＰＨは、その本
体の広い一面が充電部導体パターンＣ１に接合するよう
に搭載され、そのコレクタ端子（本体下部金属板）が充
電部導体パターンＣ１に半田付けされて電気的に接続さ
れる。充電部導体パターンＣ１はパワートランジスタＰ
Ｈと充分な熱的結合が得られるようパワートランジスタ
ＰＨの接合面と同等以上の広い面積を有しており、また
電流路を形成してその一部が他の電子素子へと延びてい
る。そしてこの充電部導体パターンＣ１に対してスリッ
ト状の間隔（絶縁スリット部ＩＳ）を隔てて、その一部
が基板端部まで延びる導熱用導体パターンＣ２が形成さ
れている。この基板２をシールドケース１に収納した際
には、シールドケース１の側壁に設けた基板受け１−ｂ
及び係止突起１−ａにより基板２の収納位置の固定・保
持を行う。そして基板端部においてシールドケース１の
側壁と導熱用導体パターンＣ２を半田付けし、半田ＳＯ
Ｌによりこの間を熱的に架橋する。

【００１５】このような構成とした場合、パワートラン
ジスタＰＨに発生した熱は、コレクタ端子が半田付けさ
れ、その一面が接合している充電部導体パターンＣ１に
まず伝わり、そこから基板２中に拡散していくことにな
る。そして導熱用導体パターンＣ２は、基板２の絶縁ス
リット部ＩＳ付近に拡散した熱を自らへ導き、さらにそ
の熱を半田ＳＯＬを通して半田ＳＯＬで架橋したシール
ドケース１に導熱する。これによりパワートランジスタ
ＰＨに発生した熱は、シールドケース１の外面より大気
中へ放熱される。

【００１６】一般にトランジスタのコレクタは、その機
能回路の構成上、常時グランド電位ではなく、所定の電
圧の交流電位を有している。そのためシールドケース１
と電気的に接続状態にある導熱用導体パターンＣ２と充
電部導体パターンＣ１を絶縁スリット部ＩＳにより電気
的に隔絶する必要がある。しかし充電部導体パターンＣ
１から導熱用導体パターンＣ２への導熱作用を考慮する
と、絶縁スリット部ＩＳの幅は極力小さい方が望まし
い。従って、絶縁スリット部ＩＳの幅は導熱作用と絶縁
機能とのバランスを考慮して決定されるが、実用的には
その幅は、最大で基板の厚みの２倍が限度と考える。

【００１７】充電部導体パターンＣ１から導熱用導体パ
ターンＣ２への導熱作用を高めるには、絶縁スリット部
ＩＳの幅を小さくすることの他に、充電部導体パターン
Ｃ１と導熱用導体パターンＣ２の対向するそれぞれの縁
の長さを大きくすることでも達成できる。図２において
充電部導体パターンＣ１と導熱用導体パターンＣ２は、
その対向するそれぞれの縁が波形状に、かつその波形状
の縁が互いに咬合うように形成されている。このような
形状とすることにより、対向するそれぞれの縁の総延長
が長くなり、充電部導体パターンＣ１と導熱用導体パタ
ーンＣ２の面積が小さくとも導熱作用を向上させること
ができるようになる。なお、図２では充電部導体パター
ンＣ１と導熱用導体パターンＣ２の対向するそれぞれの
縁を波形状としているが、不定形状や鍵状、ステップ状
あるいは階段状など、様々な応用例が考えられる。電子
素子の発熱量が少なく、目的とする導熱効果が充分に得
られる場合には、対向するそれぞれの縁を直線状として
も構わない。

【００１８】図３には、本発明による放熱構造を適用し
た電子装置の第２の実施例を示した。図３は図２と同様
に各導体パターン付近の平面図を示しているが、図３に
おいては、充電部導体パターンＣ１はコの字形に形成さ
れた導熱用導体パターンＣ２によって半包囲されてお
り、基板２上の配線スペースに余裕が有る場合には導熱
作用を高める手段として非常に有効である。すなわちこ
の様な構造とすれば、対向するそれぞれの縁の総延長が
長くなるのと同時に、充電部導体パターンＣ１から基板
２へ拡散する熱を効率的に導熱用導体パターンＣ２へ導
くことができるようになる。なお、図３では導熱用導体
パターンＣ２をコの字形として充電部導体パターンＣ１
を半包囲しているが、これに限定されるものでなく、例
えば完全に包囲する形状としても良いし、また複数の導
熱用導体パターンを充電部導体パターンの周囲に配置す
るようにしても良い。

【００１９】図４には本発明による放熱構造を適用した
電子装置の第３の実施例（断面）を示した。図４におい
て、基板２の一方の面にパワートランジスタＰＨが搭載
された充電部導体パターンＣ１が形成されており、他方
の面にほぼ充電部導体パターンＣ１に対向する位置まで
基板２の端部から延びる導熱用導体パターンＣ３が形成
されている。そしてこの基板２をシールドケース１内に
収納した際に、基板２の端部においてシールドケース１
と導熱用導体パターンＣ３を半田付けし、その間を熱的
に架橋している。

【００２０】このような構成とした場合、パワートラン
ジスタＰＨに発生した熱は充電部導体パターンＣ１に先
ず伝わり、充電部導体パターンＣ１から基板２中に拡散
していく。充電部導体パターンＣ１とは対向する基板面
に形成された導熱用導体パターンＣ３は、基板中に拡散
した熱を自らへ導き、さらにその熱を半田ＳＯＬを通し
てシールドケース１に導熱する。これによりパワートラ
ンジスタＰＨに発生した熱は、シールドケース１の外面
から大気中へ放熱される。なお、基板２上の配線スペー
スが許す限りにおいて、導熱用導体パターンＣ３は充電
部導体パターンＣ１に対向する位置全体まで広く形成し
た方が効率的な導熱作用を行わせることができる。また
図１の導熱用導体パターンＣ２と図４の導熱用導体パタ
ーンＣ３を併用すれば、一層の導熱作用の向上が期待で
きる。

【００２１】図１から図４までの本発明の実施例の例示
においては、導熱用導体パターンＣ２あるいはＣ３とシ
ールドケース１との間を架橋し、熱的に結合する手段と
して、半田を使用した場合について説明を行った。この
半田を使用するのが最も工数及びコストが少なくて済む
手段ではあるが、図５、図６に示すような構造によって
導熱用導体パターンＣ２あるいはＣ３とシールドケース
１とを熱的に結合することも考えられる。

【００２２】図５は、本発明による放熱構造を適用した
電子装置の第４の実施例（断面）であり、シールドケー
ス１には、その側壁の一部を長く切り出し、側壁に沿っ
て折り曲げた後その途中で天井板と平行に折り曲げて形
成した、基板受けを兼用する舌状の受熱板１−ｃを設け
た構造となっている。基板２をシールドケース１に収納
した時、舌状受熱板１−ｃと基板２上の導熱用導体パタ
ーンＣ２が接合するようになすことで、導熱用導体パタ
ーンＣ２からシールドケース１への導熱が行われる。

【００２３】また、図６は本発明による放熱構造を適用
した電子装置の第５の実施例（断面）であり、シールド
ケース１の開口部に嵌合されるケース蓋３には、その側
壁の一部の上端部を、底板に平行に折り曲げて形成した
受熱板３−ａを設けた構造となっている。基板２をシー
ルドケース１に収納し、シールドケース１の開口部にケ
ース蓋３を嵌合させた時、受熱板３−ａと基板２上の導
熱用導体パターンＣ３が接合するようになすことで、導
熱用導体パターンＣ３及びスルーホールＴＨを介して接
合している導熱用導体パターンＣ２から、ケース蓋３、
シールドケース１への導熱が行われる。

【００２４】なお、図５、図６に示した舌状受熱板１−
ｃ及び受熱板３−ａは、それぞれ図示した形状、構造の
導熱用導体パターンＣ２及びＣ３を有した基板２以外の
基板についても適用できることは言うまでもない。これ
までに説明した本発明による放熱構造の実施例では、適
用する電子装置として複合電子部品を取り上げている
が、これに限らず放熱対策を必要とする他の電子装置に
も適用し得るものである。また、発熱性を有する電子素
子としてはパワートランジスタを想定したが、他の電子
素子、例えばＩＣ、他の半導体素子、抵抗性素子等にも
用い得るものであり、実施例に限定されるものでは無
い。

【００２５】

【発明の効果】本発明よる放熱構造は、電子素子と電気
的、熱的に接続された充電部導体パターンに伝わり、さ
らにその充電部導体パターンから基板中に拡散した熱を
導熱用導体パターンに導き、導熱用導体パターンから放
熱手段に熱を伝導することにより放熱を行うようにした
ものである。これにより発熱性を有する電子素子の形状
に依らずに、例えば面接続型の素子でも放熱することが
可能となり、また、電子素子の搭載状態（位置ズレ等）
に関係無く、確実な放熱が可能となる。

【００２６】また導熱用導体パターンは基板の回路パタ
ーンの作製時に同時に形成されるため、製品製造におけ
る工数及びコストの増加が無く、導熱用導体パターンと
シールドケースを熱的に結合する手段についても、特に
半田を使用すれば組立工数やコストの増加をほとんど生
じない。そのため、非常に安価に電子装置の放熱を行え
るようになる。さらに付随的には、発熱性電子素子と放
熱手段との間に導熱不良を引き起こす要因（位置ズレ
等）が無くなるため、組み立て作業が容易となり、また
不良率が低減され、実質的にコスト低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による放熱構造を適用した電子装置の
第１の実施例の、概略の全体断面図である。

【図２】 図１に示す第１の実施例の各導体パターン付
近の平面図である。

【図３】 本発明による放熱構造を適用した電子装置の
第２の実施例の、各導体パターン付近の平面図である。

【図４】 本発明による放熱構造を適用した電子装置の
第３の実施例の、概略の全体断面図である。

【図５】 本発明による放熱構造を適用した電子装置の
第４の実施例の、基板端部付近の断面図である。

【図６】 本発明による放熱構造を適用した電子装置の
第５の実施例の、基板端部付近の断面図である。

【図７】 従来の放熱構造を有する電子装置の概略の断
面図である。

【図８】 従来の放熱構造を有する別の電子装置の概略
の断面図である。

【符号の説明】

１ シールドケース １−ａ 係止突起 １−ｂ 基板受け １−ｃ 舌状受熱板 ２ 基板 ３ ケース蓋 ３−ａ 受熱板 ４ 導熱部品 ＰＥ 電子素子 ＰＨ 発熱性電子素子（パワートランジスタ） Ｃ１ 充電部導体パターン（第１の導体パター
ン） Ｃ２ 導熱用導体パターン（第２の導体パター
ン） Ｃ３ 導熱用導体パターン（第３の導体パター
ン） ＴＨ スルーホール ＩＳ 絶縁スリット部 ＳＯＬ 半田

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に電子素子を搭載して機能回路を
   構成し、該基板をシールドケースあるいはそれに類する
   箱体に収納してなる電子装置において、 基板上に、発熱性を有する電子素子の端子と電気的、熱
   的に結合された電流路を形成する第１の導体パターン及
   び、該第１の導体パターンと同じ基板面に該第１の導体
   パターンにスリット状の間隔を隔てて設けられ、このス
   リット状の間隔により該第１の導体パターンと電気的に
   は隔絶されるが熱的には結合し、該第１の導体パターン
   から基板中に拡散する前記電子素子に発生した熱を自ら
   に導く第２の導体パターンを形成し、 さらに該第２の導体パターンと放熱用手段を熱的に結合
   してなる電子装置の放熱構造。
2. 【請求項２】 前記第１の導体パターンと前記第２の導
   体パターンの対向するそれぞれの縁を、互いに咬合うよ
   うな凹凸状としたことを特徴とする、請求項１に記載し
   た電子装置の放熱構造。
3. 【請求項３】 前記第１の導体パターンを包囲あるいは
   半包囲するように前記第２の導体パターンを形成したこ
   とを特徴とする、請求項１あるいは請求項２に記載した
   電子装置の放熱構造。
4. 【請求項４】 前記第１の導体パターンと前記第２の導
   体パターンが設けられた面とは対向する基板面に、基板
   端部付近に設けられた導体パターンあるいはスルーホー
   ルによって該第２の導体パターンと電気的、熱的に結合
   した第３の導体パターンを形成したことを特徴とする、
   請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載した電
   子装置の放熱構造。
5. 【請求項５】 基板上に電子素子を搭載して機能回路を
   構成し、該基板をシールドケースあるいはそれに類する
   箱体に収納してなる電子装置において、 基板上に、発熱性を有する電子素子の端子と電気的、熱
   的に結合された電流路を形成する第１の導体パターン及
   び、該第１の導体パターンと対向する基板面に設けら
   れ、該第１の導体パターンから基板中に拡散する前記電
   子素子に発生した熱を自らに導く第３の導体パターンを
   形成し、 さらに該第３の導体パターンと放熱用手段を熱的に結合
   してなる電子装置の放熱構造。
6. 【請求項６】 シールドケースを前記放熱用手段として
   用いることを特徴とする、請求項１から請求項５のいず
   れかに記載した電子装置の放熱構造。
7. 【請求項７】 前記第２の導体パターンあるいは前記第
   ３の導体パターンと前記放熱用手段を半田付けすること
   により、該第２の導体パターンあるいは該第３の導体パ
   ターンと該放熱用手段を熱的に結合することを特徴とす
   る、請求項１から請求項６のいずれかに記載した電子装
   置の放熱構造。
8. 【請求項８】 前記シールドケースに収納した基板と平
   行となるように、該シールドケースに一体に形成した舌
   状の受熱板を設け、該受熱板と前記第２の導体パターン
   あるいは前記第３の導体パターンを接合することによ
   り、該シールドケースと該第２の導体パターンあるいは
   該第３の導体パターンを熱的に結合することを特徴とす
   る、請求項６に記載した電子装置の放熱構造。
9. 【請求項９】 前記シールドケースの開口部に嵌合され
   るケース蓋に、該シールドケースに収納した基板と平行
   となるようにその側壁に一体に形成した受熱板を設け、
   該受熱板と前記第２の導体パターンあるいは前記第３の
   導体パターンを接合することにより、該シールドケース
   と該第２の導体パターンあるいは該第３の導体パターン
   を熱的に結合することを特徴とする、請求項６に記載し
   た電子装置の放熱構造。