特許 7007131 回路基板装置における放熱構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-11

(45)【発行日】2022-01-24

(54)【発明の名称】回路基板装置における放熱構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20220117BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20220117BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20220117BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20220117BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220117BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220117BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 Z

H01L23/36 D

H01L25/04 C

H05K7/20 D

H02M7/48 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017153987

(22)【出願日】2017-08-09

(65)【公開番号】P2019033197

(43)【公開日】2019-02-28

【審査請求日】2020-07-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000253075

【氏名又は名称】澤藤電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002192

【氏名又は名称】特許業務法人落合特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 勝也

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１４２２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０７７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２３４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０９３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３－２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７－２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／００－２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１０－２５／１１

Ｈ０１Ｌ ２５／１６－２５／１８

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（１４）と、当該基板（１４）の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）と、前記基板（１４）の一面（１４ａ）に実装される少なくとも６個のスイッチング素子（１７）とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータユニット（１１）が、ヒートシンクを兼ねる金属製のケース（１３）に収容、固定される回路基板装置において、
前記ケース（１３）が、一方向（２０）に平行に延びる２辺を有する板状の平坦部（３８ａ）と、その平坦部（３８ａ）の前記２辺から同じ向きに折れ曲がって立上がった後に相互に離間する向きに折れ曲がる一対の段部（３８ｂ）とを有する底壁（３８）を備え、
前記基板（１４）が、前記一面（１４ａ）を前記ケース（１３）の前記平坦部（３８ａ）の内面に対向させて当該ケース（１３）に収容されて、前記スイッチング素子（１７）が電気絶縁性を有する放熱シート（３７）を介して前記平坦部（３８ａ）に当接され、
前記基板（１４）の、前記一方向（２０）と交差する方向での前記一面（１４ａ）の両端部に、該一方向（２０）に平行に延びるようにして各々プリントされた前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）が、電気絶縁性および高熱伝導性を有する接着剤（３６）を介して前記一対の段部（３８ｂ）にそれぞれ接着され、
前記基板（１４）の前記一面（１４ａ）から前記放熱シート（３７）を除いた状態での前記スイッチング素子（１７）の突出端面（１７ａ）までの前記プラスおよびマイナスの電源ライン（１５，１６）のパターン面からの距離（Ｌ）よりも、前記平坦部（３８ａ）からの前記段部（３８ｂ）の高さ（Ｈ）が小さく設定されることを特徴とする回路基板装置における放熱構造。

【請求項2】

前記段部（３８ｂ）は、前記平坦部（３８ａ）の前記２辺から直角に折れ曲がって立上がり、前記基板（１４）は前記段部（３８ｂ）により支持されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板装置における放熱構造。

【請求項3】

前記各スイッチング素子（１７）の間には空間が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板装置における放熱構造。

【請求項4】

前記基板（１４）の、前記一面（１４ａ）とは逆側の面（１４ｂ）における前記一方向（２０）と交差する方向での両端部に、前記基板（１４）に接続されるコネクタ（２６）が配置され、該コネクタ（２６）は前記基板（１４）の前記一面（１４ａ）には突出しないことを特徴とする請求項１～請求項３の何れかに記載の回路基板装置における放熱構造。

【請求項5】

前記基板（１４）の上面には、前記コネクタ（２６）に接続される第２の基板（２７）が、該コネクタ（２６）に支持されるようにして配置されることを特徴とする請求項４に記載の回路基板装置における放熱構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板と、当該基板の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ラインと、前記基板の一面に実装される少なくとも６個のスイッチング素子とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータユニットが、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定される回路基板装置に関し、特にその放熱構造の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング素子等の発熱素子が実装される基板を、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定するようにした回路基板装置が、たとえば特許文献１等で既に知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２１３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１で開示された回路基板装置では、基板に実装された発熱素子が絶縁放熱シートを介してケースに接触しており、発熱素子からの熱をケース側に放熱するようにしている。このような技術をインバータユニットを有する回路基板装置に応用すると、スイッチング素子およびケース間に放熱シートを介在させることでスイッチング素子からの熱をケース側に効果的に放熱させることが可能となるが、インバータユニットでは、プラスおよびマイナスの電源ラインには出力側の３相それぞれに流れる電流が平均化されて流れるので、プラスおよびマイナスの電源ラインからの熱を効率よく放熱することが必要である。

【0005】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、プラスおよびマイナスの電源ラインからの放熱を効率よく行なって性能向上を果たし得るようにした回路基板装置における放熱構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、当該基板の一面にプリントされるプラスおよびマイナスの電源ラインと、前記基板の一面に実装される少なくとも６個のスイッチング素子とを有しつつ直流から３相交流に電力変換するインバータが、ヒートシンクを兼ねる金属製のケースに収容、固定される回路基板装置において、前記ケースが、一方向に平行に延びる２辺を有する板状の平坦部と、その平坦部の前記２辺から同じ向きに折れ曲がって立上がった後に相互に離間する向きに折れ曲がる一対の段部とを有する底壁を備え、前記基板が、前記一面を前記ケースの前記平坦部の内面に対向させて当該ケースに収容されて、前記スイッチング素子が電気絶縁性を有する放熱シートを介して前記平坦部に当接され、前記基板の、前記一方向と交差する方向での前記一面の両端部に、該一方向に平行に延びるようにして各々プリントされた前記プラスおよびマイナスの電源ラインが、電気絶縁性および高熱伝導性を有する接着剤を介して前記一対の段部にそれぞれ接着され、前記基板の前記一面から前記放熱シートを除いた状態での前記スイッチング素子の突出端面までの前記プラスおよびマイナスの電源ラインのパターン面からの距離よりも、前記平坦部からの前記段部の高さが小さく設定されことを第１の特徴とする。

【0007】

なお実施の形態の第１の基板１４は本発明の基板に対応する。

【0008】

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記段部は、前記平坦部の前記２辺から直角に折れ曲がって立上がり、前記基板は前記段部により支持されることを第２の特徴とする。

【0009】

また本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、前記各スイッチング素子の間には空間が形成されることを第３の特徴とする。

【0010】

また本発明は、第１～第３の特徴の構成のいずれかに加えて、前記基板の、前記一面とは逆側の面における前記一方向と交差する方向での両端部に、前記基板に接続されるコネクタが配置され、該コネクタは前記基板の前記一面には突出しないことを第４の特徴とする。

【0011】

さらに本発明は、第４の特徴の構成に加えて、前記基板の上面には、前記コネクタに接続される第２の基板が、該コネクタに支持されるようにして配置されることを第５の特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明の第１の特徴によれば、プラスおよびマイナスの電源ラインが、電気的絶縁性および熱伝導性を有する放熱部材である接着剤を介して前記ケースに当接されるので、インバータユニットにおいて出力側の３相それぞれに流れる電流が平均化されて流れるプラスおよびマイナスの電源ラインからの熱を効率よく放熱して冷却することができ、出力性能の向上を図ることが可能であり、同一出力のものと比較して回路基板装置の体格を小型化して軽量化を図ることができる。

【0013】

また、スイッチング素子が、電気絶縁性を有する放熱シートを介してケースに当接することで、スイッチング素子からのケースへの放熱も効率化し、より効率的な冷却が可能となる。

【0014】

さらに、ケースの底壁が、一方向に平行に延びる２辺を有する板状の平坦部と、平坦部の前記２辺から同じ向きに折れ曲がって立上がった後に相互に離間する向きに折れ曲がる一対の段部とを有するように構成されており、スイッチング素子が電気絶縁性を有する放熱シートを介して前記平坦部に当接され、プラスおよびマイナスの電源ラインが接着剤を介して前記一対の段部にそれぞれ接着されるので、基板をケースに固定するためにねじ部材等を不要として部品点数を低減することができる。しかも平坦部からの段部の高さが、プラスおよびマイナスの電源ラインのパターン面と、基板の一面から放熱シートを除くスイッチング素子の突出端面との間の距離よりも小さいので、プラスおよびマイナスの電源ラインと、段部との間に接着剤を充填させる隙間を確実に形成し、ケースに振動や衝撃が加わってもプラスおよびマイナスの電源ラインとケースの段部との間で電気的な絶縁破壊が生じることを防止し、プラスおよびマイナスの電源ラインとケースとの間が電気的に導通することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】モータ駆動用ドライバの全体斜視図である。

【図2】モータ駆動用ドライバの分解斜視図である。

【図3】図２の３矢視図である。

【図4】図１の４－４線断面図である。

【図5】インバータユニット、電子制御ユニットおよび放熱シートを分離した状態での図４に対応した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について添付の図１～図５を参照しながら説明すると、先ず図１～図３において、この回路基板装置は、たとえばドローンの電動モータを駆動するモータ駆動用ドライバであり、直流から３相交流に電力変換するインバータユニット１１と、そのインバータユニット１１の作動を制御する制御ユニット１２とが、ヒートシンクを兼ねる金属製たとえばアルミニウム製のケース１３に収容、固定されて成る。

【0017】

ケース１３は、一方向２０に平行に延びる２辺を有する板状の平坦部３８ａと、その平坦部３８ａの前記２辺から同じ向きに直角に折れ曲がって立上がった後に相互に離間する向きに折れ曲がる一対の段部３８ｂとを有する底壁３８を備えて箱形に構成される。

【0018】

前記インバータユニット１１は、第１の基板１４と、当該第１の基板１４の一面１４ａにプリントされるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と、前記第１の基板１４の前記一面１４ａに実装される少なくとも６個のスイッチング素子１７たとえばＦＥＴと、前記第１の基板１４に装着される一対のコンデンサ１８とを備える。なお前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、図３において、分かりやすくするために誇張して描かれている。

【0019】

前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、相互に間隔をあけた位置で前記一方向２０に平行に延びるものであり、前記一方向２０と交差する方向での前記一面１４ａの両端部で前記第１の基板１４にプリントされる。また前記第１の基板１４の前記一面１４ａとは逆側の他面１４ｂにおいて前記一方向２０の一端部には、前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６に連なるようにしてプラスおよびマイナスの入力側導線２１，２２が接続され、前記第１の基板１４の前記他面１４ｂにおいて前記一方向２０の他端部には、３相交流を出力するための３本の出力側導線２３，２４，２５が接続される。

【0020】

前記スイッチング素子１７は、前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６間に配置されるようにして前記第１の基板１４の前記一面１４ａに、相互の間に空間を開けるようにして実装され、前記一対のコンデンサ１８は、プラスおよびマイナスの入力側導線２１，２２の第１の基板１４への接続部間に配置されるようにして前記第１の基板１４に装着される。

【0021】

一方、前記制御ユニット１２は、前記第１の基板１４の前記他面１４ｂに支持脚を兼ねる複数のコネクタ２６を介して支持される第２の基板２７の、前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａに、複数個のオペアンプ２８、１個のレギュレータ２９、複数個のコンデンサ３０およびマイコン３１等が実装される。なお、前記コネクタ２６は前記第１の基板１４の前記一面１４ａには突出しない。また第２の基板２７の前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａの前記一方向２０に沿う一端部には信号線がハンダ付けで接続されるようにした複数の接続部３２が配置され、第２の基板２７の前記第１の基板１４とは反対側に臨む面２７ａの前記一方向２０に沿う他端部には信号線が前記マイコン３１のプログラムを書き換えるためのプログラム書き換え装置を接続するためのカプラ３３が設けられる。

【0022】

図４を併せて参照して、前記第１の基板１４における前記一面１４ａの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６は、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材である接着剤３６を介して前記ケース１３に当接され、また前記スイッチング素子１７は、電気絶縁性を有する放熱シート３７を介して前記ケース１３に当接される。

【0023】

具体的には、前記第１の基板１４が、前記一面１４ａを前記ケース１３の前記平坦部３８ａの内面に対向させて当該ケース１３に収容されて、前記スイッチング素子１７が電気絶縁性を有する前記放熱シート３７を介して前記平坦部３８ａに当接され、前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が前記接着剤３６を介して前記一対の段部３８ｂにそれぞれ接着される。

【0024】

図５を併せて参照して、前記第１の基板１４の前記一面１４ａから前記放熱シート３７を除いた状態での前記スイッチング素子１７の突出端面１７ａまでの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６のパターン面からの距離Ｌよりも、前記平坦部３８ａからの前記段部３８ｂの高さＨが小さく設定される。

【0025】

次にこの実施の形態の作用について説明すると、インバータユニット１１における第１の基板１４が、その一面１４ａをケース１３の内面に対向させて当該ケース１３に収容され、相互に間隔をあけた位置で前記一方向２０に平行に延びるようにして前記第１の基板１４の前記一面１４ａにプリントされる前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が、電気絶縁性および高熱伝導性を有する放熱部材である接着剤３６を介して前記ケース１３に当接されるので、インバータユニット１１において出力側の３相の出力側導線２３～２５それぞれに流れる電流が平均化されて流れるプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６からの熱を効率よく放熱して冷却することができ、出力性能の向上を図ることが可能であり、同一出力のものと比較してモータ駆動用ドライバの体格を小型化して軽量化を図ることができる。

【0026】

またスイッチング素子１７が、電気絶縁性を有する放熱シート３７を介して前記ケース１３に当接されるので、スイッチング素子１７からのケース１３への放熱も効率化し、より効率的な冷却が可能となる。

【0027】

また前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が、前記第１の基板１４の前記一面１４ａの前記両端部に、前記一方向２０に平行に延びるようにして各々プリントされ、前記ケース１３のうち前記第１の基板１４の前記一面１４ａに対向する底壁３８が、前記一方向２０に平行に延びる２辺を有するとともに前記放熱シート３７を介して前記スイッチング素子１７に当接する板状の平坦部３８ａと、その平坦部３８ａの前記２辺から同じ向きに折れ曲がって立上がった後に相互に離間する向きに折れ曲がる一対の段部３８ｂとを有するように構成され、接着剤３６を介して前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６が前記一対の段部３８ｂにそれぞれ接着されるので、第１の基板１４をケース１３に固定するためにねじ部材等を不要として部品点数を低減することができる。

【0028】

さらに前記第１の基板１４の前記一面１４ａから前記放熱シート３７を除いた状態での前記スイッチング素子１７の突出端面１７ａまでの前記プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６のパターン面からの距離Ｌよりも、前記平坦部３８ａからの前記段部３８ｂの高さＨが小さく設定されるので、プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と、前記段部３８ｂとの間に接着剤３６を充填させる隙間を確実に形成し、ケース１３に振動や衝撃が加わってもプラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６と前記ケース１３の前記段部３８ｂとの間で電気的な絶縁破壊が生じることを防止し、プラスおよびマイナスの電源ライン１５，１６とケース１３との間が電気的に導通することを防止することができる。

【0029】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0030】

１１・・・インバータユニット
１３・・・ケース
１４・・・基板
１４ａ・・・基板の一面
１５・・・プラスの電源ライン
１６・・・マイナスの電源ライン
１７・・・スイッチング素子
２０・・・一方向
３６・・・放熱部材である接着剤
３７・・・放熱シート
３８・・・底壁
３８ａ・・・平坦部
３８ｂ・・・段部
Ｈ・・・高さ
Ｌ・・・距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】