JP2018093124A - 電子部品用放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品用放熱構造において、回路基板に設けられた電子部品に応力が作用することを回避するとともに、制御回路等の小型化を図る。【解決手段】放熱部材である支持盤１４のヒートシンク部３２の上端面からは連通溝３８が形成された第１大径円柱部３４が突出し、さらに、該第１小径円柱部３６の上端面からは、第１大径円柱部３４が突出する。第１小径円柱部３６は、回路基板１８に形成されたスルーホール５４に対し、クリアランス５８が生じた状態で挿入される。また、回路基板１８の下端面は、第１大径円柱部３４の上端面に支持される。このため、ヒートシンク部３２の上端面と回路基板１８の下端面との間に間隙６０が形成される。クリアランス５８及び間隙６０には、放熱グリス６２が充填される。【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板に設けられた電子部品の熱を放熱部材から発散する電子部品用放熱構造に関する。

回路基板に設けられた電子部品は、例えば、各種の電気機器を制御する制御回路を構成する。ここで、制御回路によって電気機器を制御する際には、電子部品に通電がなされる。これに伴い、電子部品が熱を帯びる。熱は、電子部品から回路基板に伝達され、さらに、回路基板に接触したヒートシンク等の放熱部材から大気等に発散される。

このような熱伝達の効率を向上させる構成が種々提案されている。例えば、特許文献１には、シャーシから大四角錐台を突出形成するとともに、大四角錐台から小四角錐台を突出形成する一方、プリント基板に透孔を形成し、前記透孔に前記小四角錐台を通し且つ前記大四角錐台でプリント基板を支持し、さらに、透孔を、放熱板を介して電子部品で覆う取付構造が開示されている。

また、特許文献２には、ヒートシンクに設けた突部を、回路基板に形成した貫通穴に通すとともに、該突部に電子部品を載置する放熱構造が記載されている。

実開昭６３−１２８７７６号公報 特許第５３８８５９８号公報

回路基板と放熱部材との間の熱伝達効率を向上させるべく、両者の間に放熱グリス等の熱伝導材を介在させることが多々ある。しかしながら、特許文献１記載の技術において透孔内を熱伝導材で充填した場合、その充填量が過剰であると、小四角錐台によって熱伝導材が透孔から押し出される。この押し出された熱伝導材で放熱板及び電子部品が押圧されるので、これら放熱板及び電子部品に応力が作用することになる。

これを回避するべく、熱伝導材の充填量を適量に調節すればよいとも考えられる。しかしながら、透孔内の容積はさほど大きくはなく、そのような調節は実際には困難である。

また、特許文献２記載の技術では、ヒートシンクの上端面に回路基板の下端面を当接させている。このため、回路基板において電子部品を設けることが可能であるのは上端面のみである。すなわち、電子部品を設ける場所に制約を受ける。このため、多数個の電子部品を設ける場合、回路基板を大形状とせざるを得ない。従って、制御回路等の小型化を図ることが容易ではない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、電子部品に応力が作用することを回避し得、しかも、回路基板の両端面に電子部品を設けることが可能であるために制御回路等の小型化を図り得る電子部品用放熱構造を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、回路基板に設けられた複数個の電子部品の熱を放熱部材から発散する電子部品用放熱構造であって、
前記放熱部材の、前記回路基板を臨む端面に第１突起部が突出形成されるとともに、前記第１突起部の、前記回路基板を臨む端面に、前記第１突起部に比して幅狭の第２突起部が突出形成され、
且つ前記回路基板に貫通孔が形成され、
前記第２突起部が、クリアランスが生じた状態で前記貫通孔に挿入され、且つ前記回路基板が前記第１突起部に当接することで該第１突起部に支持されるとともに、前記放熱部材の、前記回路基板を臨む端面と、前記回路基板の、前記放熱部材を臨む端面との間に間隙が形成され、
前記クリアランス及び前記間隙に熱伝導材が充填され、
前記電子部品が前記貫通孔を覆う位置に配設されるとともに、少なくとも前記第１突起部に、前記クリアランス及び前記間隙に連通する連通路が形成されていることを特徴とする。

すなわち、本発明では、少なくとも第１突起部に連通路を形成するようにしている。このため、第２突起部が貫通孔に挿入された際、該貫通孔内に予め充填された熱伝導材のうちの余剰分が第２突起部によって押圧されると、余剰の熱伝導材が、連通路を流通して前記間隙、換言すれば、クリアランス及び貫通孔の外部に押し出される。

このようにして、貫通孔内に過剰の熱伝導材が残留することが回避される。従って、電子部品や回路基板が、過剰の熱伝導材から押圧されることや、これに起因して電子部品や回路基板に応力が作用することが回避される。その結果として、電子部品や回路基板に歪みが生じることを防止することができる。

連通路は、例えば、溝として形成することができる。放熱部材は、例えば、鋳造によって作製されるが、鋳造を行う際、孔等を形成するには中子等が必要となる。これに対し、溝を形成するには、溝を形成するための突部を金型に設ければよく、中子等を必要としない。このため、溝を形成する方が容易である。

第１突起部及び第２突起部は、放熱部材の一部位として該放熱部材と一体的に形成することが好ましい。このような放熱部材は、例えば、鋳造によって得ることができる。この場合、第１突起部及び第２突起部を設けるための後加工が不要であり、放熱部材ないし電子部品用放熱構造を効率よく得ることができる。

また、回路基板に位置決め用孔を形成するとともに、放熱部材に、位置決め用孔に挿入される位置決め用ボスを設けるとよい。これにより回路基板の位置ズレ防止や回り止めがなされる。従って、電子部品用放熱構造を構成することが容易となる。

電子部品用放熱構造は、例えば、３相インバータ用回路のスイッチング素子を冷却するためのものとして採用することができる。この場合、回路基板に６個の貫通孔を形成するとともに、電子部品として６個のスイッチング素子を設ける。そして、個々のスイッチング素子を、個々の貫通孔を覆う位置に配設すればよい。

上記したように、放熱部材の、回路基板を臨む端面と、回路基板の、放熱部材を臨む端面との間には間隙が形成される。この間隙には、回路基板に設けられた電子部品を配置することができる。すなわち、本発明においては、回路基板の、放熱部材を臨む側の端面と、その裏面との双方に電子回路を設けることが可能である。このため、多数個の電子部品を設けるような場合であっても回路基板の小形状化を図ることができる。従って、制御回路の小型化を図ることが容易である。

本発明によれば、放熱部材に突出形成された第１突起部に、回路基板に形成され、且つ該第１突起部に突出形成された第２突起部が進入する貫通孔と、放熱部材と回路基板との間に形成される間隙とを連通する連通路を形成するようにしている。このため、第２突起部が貫通孔に進入したとき、該貫通孔内に予め充填された熱伝導材のうちの余剰分が連通路を流通して前記間隙に押し出される。

このため、電子部品や回路基板が、貫通孔内に残留した過剰の熱伝導材から押圧を受けることが回避される。従って、電子部品や回路基板に応力が作用することが回避されるので、電子部品や回路基板に歪みが生じることを防止することができる。

本発明の実施の形態に係る電子部品用放熱構造を含むとともに、車載用ブロアを構成するモータユニットの要部概略平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１及び図２の電子部品用放熱構造の要部を模式的に示した要部概略斜視図である。 図３とは別形状の第１突起部及び第２突起部の要部斜視図である。

以下、本発明に係る電子部品用放熱構造につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以降において、「上」は図１の紙面手前側及び図２〜図４中の上方に対応し、「下」は図１の紙面奥側及び図２〜図４中の下方に対応するが、これは理解を容易にするための便宜的なものであり、実使用する際の方向を表すものではない。

図１は、本実施の形態に係る電子部品用放熱構造１０を含み、車載用ブロアを構成するモータユニット１２の要部概略平面図である。このモータユニット１２は、支持盤１４に支持されたブラシレスモータ１６と、略半円形状をなす回路基板１８に電子部品２０が設けられてなる制御回路２２とを有する。

ブラシレスモータ１６につき概略説明すると、該ブラシレスモータ１６は、複数個の電磁コイル２４を含むステータ２６と、該電磁コイル２４の外方を囲繞する永久磁石を含むロータ（いずれも図示せず）とを有する。電磁コイル２４は、Ｕ相用、Ｖ相用及びＷ相用の３相を含み、各相の電磁コイル２４に通電がなされると、該電磁コイル２４に交番磁界が発生する。この交番磁界と前記永久磁石の磁界との間で吸引・反発が連続的に起こることによりロータが回転し、これと一体的に、支持盤１４の軸受部２８に保持された回転軸３０と、該回転軸３０に取り付けられた図示しないファンとが回転する。その結果、空気流（風）が発生する。なお、軸受部２８と回転軸３０との間にはベアリング３１が介挿される。

支持盤１４の、回路基板１８が取り付けられる部位の裏面には、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である図２、要部を模式的に示した図３に示すように、放熱部であるヒートシンク部３２が設けられている。すなわち、支持盤１４は、ブラシレスモータ１６を支持する支持部材としての機能を営むとともに、放熱部材としての機能を営む。回路基板１８は、例えば、ネジ等によって支持盤１４に組み付けられる。

ヒートシンク部３２の、回路基板１８を臨む上端面には、第１大径円柱部３４（第１突起部）が突出形成されている。さらに、該第１大径円柱部３４の、回路基板１８を臨む上端面には、第１小径円柱部３６（第２突起部）が突出形成されている。すなわち、ヒートシンク部３２の上端面からは、第１突起部である第１大径円柱部３４と、第２突起部である第１小径円柱部３６とが段階的に突出している。第１小径円柱部３６は第１大径円柱部３４に比して小径（幅狭）であり、このため、第１大径円柱部３４の上端面は、段部として露呈する。

図３に示すように、第１大径円柱部３４及び第１小径円柱部３６には、これら第１大径円柱部３４及び第１小径円柱部３６の側壁の一部が切り欠かれることにより、ヒートシンク部３２の上端面から第１小径円柱部３６の上端面に至る連通溝３８（連通路）が形成される。連通溝３８については後述する。

ヒートシンク部３２の上端面には第２大径円柱部４０がさらに突出形成され、且つ該第２大径円柱部４０の上端面には、該第２大径円柱部４０に比して小径（幅狭）な第２小径円柱部４２が突出形成される。従って、第２大径円柱部４０の上端面もまた、段部として露呈している。第２大径円柱部４０は、第１大径円柱部３４とともに基板支持部として機能し、一方、第２小径円柱部４２は、回路基板１８を位置決めする位置決め用ボスとしての役割を果たす。なお、第２大径円柱部４０及び第２小径円柱部４２には、連通溝３８は形成されていない。

以上のように構成される支持盤１４は、例えば、アルミニウム合金の溶湯を用いる鋳造によって得られる。すなわち、支持盤１４は、軸受部２８やヒートシンク部３２、さらには、第１大径円柱部３４、第１小径円柱部３６、第２大径円柱部４０及び第２小径円柱部４２を一体的に有する単一部材からなる。換言すれば、軸受部２８、ヒートシンク部３２、第１大径円柱部３４、第１小径円柱部３６、第２大径円柱部４０及び第２小径円柱部４２は、放熱部材である支持盤１４の一部位である。

回路基板１８の下端面（支持盤１４を臨む端面）、及びその裏面である上端面には、導電経路である図示しない配線が印刷されるとともに、配線に対して電気的に接続される銅箔４４が設けられる。さらに、銅箔４４に対し、コンデンサや抵抗、スイッチング素子等の各種の電子部品２０の端子（図示せず）が、ハンダ等を介して位置決め固定されることで電気的に接続される。以下、スイッチング素子の参照符号を５０とし、他の電子部品２０と区別する。

スイッチング素子５０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相に２個を１組として割り当てられる。このため、スイッチング素子５０は６個存在する。このことから諒解されるように、スイッチング素子５０は、３相インバータ用回路を構成する。

回路基板１８に対して上記のような電子部品２０ないしスイッチング素子５０が設けられることにより、制御回路２２が構成されている。この制御回路２２は、回転軸３０の回転速度を制御する等の制御を行う。なお、参照符号５２は、電子部品２０に通電を行うためのハーネスが連結されるカプラを示す。

回路基板１８には、比較的大径なスルーホール５４と、比較的小径な位置決め孔５６とが形成される。これらスルーホール５４及び位置決め孔５６は、回路基板１８の厚み方向に沿って延在する貫通孔である。回路基板１８の上端面側では、スルーホール５４は、銅箔４４を貫通している。換言すれば、スルーホール５４は、回路基板１８の下端面から銅箔４４の上端面にわたって連なっている。個々のスイッチング素子５０は、回路基板１８の上端面側で個々のスルーホール５４を覆う位置に配設される。

スルーホール５４には、第１小径円柱部３６が進入する。回路基板１８の厚み（スルーホール５４の高さ）は第１小径円柱部３６の高さに比して大きい。また、スルーホール５４の直径は、第１小径円柱部３６の、連通溝３８が形成されていない箇所の直径に比して大きい。このため、第１小径円柱部３６は、クリアランス５８が生じた状態でスルーホール５４に挿入される。第１小径円柱部３６の側壁に形成された連通溝３８により、クリアランス５８と、ヒートシンク部３２の上端面と回路基板１８の下端面との間との間隙６０（すなわち、スルーホール５４の外部）とが連通する。

一方、位置決め孔５６には第２小径円柱部４２が進入する。位置決め孔５６と第２小径円柱部４２の直径は略同等であり、従って、第２小径円柱部４２と、位置決め孔５６の内壁との間のクリアランスは極僅かである。

さらに、回路基板１８の下端面が第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の上端面に当接する。この当接により、回路基板１８が第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０に支持されるとともに、ヒートシンク部３２の上端面と回路基板１８の下端面との間に間隙６０が形成される。回路基板１８の下端面に設けられた電子部品２０や銅箔４４は、この間隙６０に配置される。

第１小径円柱部３６とスルーホール５４の内壁との間のクリアランス５８、及び、ヒートシンク部３２の上端面と回路基板１８の下端面との間の間隙６０には、熱伝導材としての放熱グリス６２が充填される。従って、放熱グリス６２は、スイッチング素子５０ないし電子部品２０や回路基板１８、第１小径円柱部３６ないしヒートシンク部３２に接触する。

本実施の形態に係る電子部品用放熱構造１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

軸受部２８、ヒートシンク部３２、第１大径円柱部３４、第１小径円柱部３６、第２大径円柱部４０及び第２小径円柱部４２を一体的に有する支持盤１４は、上記したように鋳造によって作製することができる。その後、必要であれば、第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の露呈した上端面に対して切削加工を施し、平滑化を行うとともに第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の突出高さを揃える。

電子部品用放熱構造１０において、その他の部位に厳密な寸法精度が必要となることはないので、第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の露呈した上端面以外の部位に切削加工を施す必要は特にない。従って、支持盤１４（放熱部材）を得るまでの工程数が少ない。このため、支持盤１４を得ること、ひいては電子部品用放熱構造１０を構成することが容易となり、工業的規模での生産が可能となる。

その一方で、スルーホール５４内や、回路基板１８の下端面の必要部位に放熱グリス６２を塗布する。図２及び図３では、放熱グリス６２を層状に示してこの状態を表している。

次に、スルーホール５４内に第１小径円柱部３６を挿入するとともに、位置決め孔５６内に第２小径円柱部４２を挿入する。回路基板１８の下端面が第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の各上端面に当接することで回路基板１８が支持盤１４に支持される。第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の上端面の突出高さが揃えられているので、回路基板１８が平坦となる。このため、スイッチング素子５０やその他の電子部品２０に応力が作用することを回避し得る。また、位置決め孔５６に対する第２小径円柱部４２の係合により、回路基板１８が位置決めされて位置ズレ防止や回り止めがなされる。

同時に、回路基板１８の下端面と、ヒートシンク部３２の上端面との間に間隙６０が形成される。このように、ヒートシンク部３２の上端面に複数個の第１大径円柱部３４を突出形成し、さらに、必要に応じて第２大径円柱部４０を突出形成するようにしてこれら第１大径円柱部３４及び第２大径円柱部４０の上端面で回路基板１８を支持するようにしたことにより、回路基板１８の下端面がヒートシンク部３２の上端面から離間した状態を維持することができる。

回路基板１８の下端面に予め設けられていた電子部品２０や銅箔４４は、この離間によって形成される間隙６０に配置される。すなわち、本実施の形態によれば、回路基板１８の下端面及び上端面の双方を、電子部品２０や銅箔４４を設ける部位として有効に用いることができる。従って、回路基板１８に多数個の電子部品２０を設けるような場合であっても実装密度を高めることができるので、制御回路２２を小型化して回路基板１８の小形状化を図ることが容易となる。

ここで、第１小径円柱部３６が挿入されるスルーホール５４内には、上記したように放熱グリス６２が予め塗布されている。この状態で第１小径円柱部３６が進入すると、この分、放熱グリス６２が押圧を受ける。

本実施の形態では、第１小径円柱部３６と第１大径円柱部３４に、第１小径円柱部３６とスルーホール５４の内壁との間のクリアランス５８と、回路基板１８の下端面とヒートシンク部３２の上端面との間の間隙６０とを連通する連通溝３８が形成されている。このため、スルーホール５４内に塗布されていた放熱グリス６２の一部が、スルーホール５４から、回路基板１８の下端面とヒートシンク部３２の上端面との間の間隙６０に押し出される。従って、スルーホール５４内に適切な量の放熱グリス６２が残留する。

このため、スルーホール５４内に過剰の放熱グリス６２が残留することが回避される。すなわち、放熱グリス６２が銅箔４４の上端面に向かって押し出されることが防止される。従って、スイッチング素子５０が放熱グリス６２から押圧されることや、これに起因してスイッチング素子５０に応力が作用することを回避することができる。これにより、回路基板１８やスイッチング素子５０に歪み等が発生することを防止することができる。

以上のように構成される電子部品用放熱構造１０を含むモータユニット１２がケーシング内に収容されるとともに、ケーシング外に露呈した回転軸３０にファンが取り付けられて車載用ブロアが構成される。なお、ファンは、支持盤１４を間に挟んで回路基板１８と反対側に取り付けられる。

車載用ブロアが自動車車体に搭載された際、該自動車車体側に設けられたハーネスがカプラ５２に電気的に接続される。そして、Ｕ相用、Ｖ相用及びＷ相用の各電磁コイル２４に通電がなされることに伴い、ロータ、回転軸３０及びファンが一体的に回転して空気流（風）が発生する。空気流の一部は、ケーシング内に進入してヒートシンク部３２に接触する。

通電に伴って、スイッチング素子５０やその他の電子部品２０、さらには回路基板１８が熱を帯びる。この熱は、放熱グリス６２を介して支持盤１４に伝達され、該支持盤１４のヒートシンク部３２に到達する。ヒートシンク部３２が鋳肌であるために放熱が良好になされる。しかも、上記したようにヒートシンク部３２に空気流が接触するので、ヒートシンク部３２が速やかに冷却される。すなわち、ヒートシンク部３２を介しての電子部品２０及び回路基板１８の熱の放散が効率よく進行する。

このようにして、３相インバータ用回路のスイッチング素子５０を一括して冷却することができる。すなわち、スイッチング素子５０を効率よく冷却することが容易であり、このために回路基板１８の熱膨張を抑制することができる。従って、いわゆる熱歪みが抑制されるので、制御回路２２が十分な耐久性を示す。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、連通溝３８は第１小径円柱部３６に形成する必要は特になく、クリアランス５８と間隙６０とを連通し得る位置であれば、図４に示すように、第１大径円柱部３４のみに連通溝７０を形成することも可能である。また、連通路は連通溝３８、７０に限定されるものではなく、例えば、連通孔であってもよい。

さらに、２個の突起部の形状は円柱（第１小径円柱部３６、第１大径円柱部３４）に限定されるものではなく、円錐台形状のものや四角錐台形状等、その他の形状を採用することもできる。位置決め用ボスについても同様である。なお、位置決め用ボスは必要に応じて設ければよく、省略することもできる。

さらにまた、スイッチング素子５０以外の電子部品２０に対して上記の電子部品用放熱構造１０を適用するようにしてもよい。例えば、制御回路２２には、スイッチング素子５０を駆動して回転軸３０の回転速度を制御する図示しない演算素子（プロセッサ）が搭載されているが、この演算素子を効率よく冷却することもできる。ここで、電子部品２０は、回路基板１８の上端面に設けられる、いわゆるチップ部品であってもよいし、端子がスルーホール５４内に挿通される、いわゆるリード付電子部品であってもよい。いずれの場合においても、回路基板１８の下端面及び上端面の双方を、スイッチング素子５０をはじめとする電子部品２０を設ける部位として有効に用いることができるので、回路基板１８の小形状化を図ることができる。

１０…電子部品用放熱構造 １４…支持盤
１６…ブラシレスモータ １８…回路基板
２０…電子部品 ２２…制御回路
３２…ヒートシンク部 ３４…第１大径円柱部
３６…第１小径円柱部 ３８、７０…連通溝
４０…第２大径円柱部 ４２…第２小径円柱部
４４…銅箔 ５０…スイッチング素子
５４…スルーホール ５６…位置決め孔
５８…クリアランス ６０…間隙
６２…放熱グリス

Claims (6)

1. 回路基板に設けられた複数個の電子部品の熱を放熱部材から発散する電子部品用放熱構造であって、
   前記放熱部材の、前記回路基板を臨む端面に第１突起部が突出形成されるとともに、前記第１突起部の、前記回路基板を臨む端面に、前記第１突起部に比して幅狭の第２突起部が突出形成され、
   且つ前記回路基板に貫通孔が形成され、
   前記第２突起部が、クリアランスが生じた状態で前記貫通孔に挿入され、且つ前記回路基板が前記第１突起部に当接することで該第１突起部に支持されるとともに、前記放熱部材の、前記回路基板を臨む端面と、前記回路基板の、前記放熱部材を臨む端面との間に間隙が形成され、
   前記クリアランス及び前記間隙に熱伝導材が充填され、
   前記電子部品が前記貫通孔を覆う位置に配設されるとともに、少なくとも前記第１突起部に、前記クリアランス及び前記間隙に連通する連通路が形成されていることを特徴とする電子部品用放熱構造。
2. 請求項１記載の放熱構造において、前記連通路が溝であることを特徴とする電子部品用放熱構造。
3. 請求項１又は２記載の放熱構造において、前記第１突起部及び前記第２突起部が、前記放熱部材の一部位として該放熱部材と一体的に形成されていることを特徴とする電子部品用放熱構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱構造において、前記回路基板に位置決め用孔が形成されるとともに、前記放熱部材に、前記位置決め用孔に挿入される位置決め用ボスが設けられていることを特徴とする電子部品用放熱構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱構造において、前記回路基板に６個の前記貫通孔が形成されるとともに、前記電子部品として３相インバータ用回路の６個のスイッチング素子が設けられ、個々の前記スイッチング素子が個々の前記貫通孔を覆う位置に配設されていることを特徴とする電子部品用放熱構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱構造において、前記間隙に前記電子部品が配置されていることを特徴とする電子部品用放熱構造。

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