(57)【要約】【課題】電源回路におけるノイズ対策やサージ対策に使用されるビーズコアの放熱構造において、電源装置の小型化を阻害しないように、複数のビーズコアを効率よく冷却できるようにする。【解決手段】筒状に形成された複数のビーズコア５と、これら複数のビーズコア５が間に配置されるように厚さ方向に隙間を設けて対向配置される一対の導電性板材３，４と、棒状に形成されて各ビーズコア５に挿通されると共に、一方の導電性板材３から他方の導電性板材４まで延びて一対の導電性板材３，４を相互に連結して電気接続する複数の導電性ピン７とを備え、相互に対向する導電性板材３，４の対向面３ａ，４ａに沿う一方向の端部に、導電性板材３，４を回路基板に固定するための接続端子１１，１２が形成され、複数の導電性ピン７及び前記複数のビーズコア５を前記一方向に並べて配したビーズコアの放熱構造１を提供する。【選択図】図２
2010109236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と共に回路基板に搭載されるビーズコアの放熱構造であって、
筒状に形成された複数のビーズコアと、これら複数のビーズコアが間に配置されるように厚さ方向に隙間を設けて対向配置される一対の導電性板材と、棒状に形成されて各ビーズコアに挿通されると共に、一方の導電性板材から他方の導電性板材まで延びて前記一対の導電性板材を相互に連結して電気接続する複数の導電性ピンとを備え、
相互に対向する前記導電性板材の対向面に沿う一方向の端部に、前記回路基板に固定するための接続端子が形成され、
前記複数の導電性ピン及び前記複数のビーズコアが、前記一方向に並べて配されていることを特徴とするビーズコアの放熱構造。
【請求項２】
前記一方の導電性板材にその厚さ方向に重ねて固定され、前記一方の導電性板材と前記複数の導電性ピンとを個別に電気接続させるための配線基板を備え、
当該配線基板には、一方の導電性板材の接続端子から前記複数の導電性ピンを介して他方の導電性板材の接続端子に至る複数の電流経路の長さが互いに等しくなるように、電気配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のビーズコアの放熱構造。
【請求項３】
前記一対の導電性板材が、前記ビーズコアにおいて発生した熱を放熱するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のビーズコアの放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源回路におけるノイズ対策や半導体素子のサージ対策に使用されるビーズコアの放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング電源等の電源装置には、例えば特許文献1のように、電源回路を複数の半導体素子により構成し、各半導体素子のリードにフェライト、アモルファス等からなる筒状のビーズコアを取り付けたものがある。このビーズコアは、電源回路におけるノイズ対策や半導体素子のサージ対策として使用されている。また、ビーズコアは、前述のようにリードに取り付けられていることから半導体素子を搭載する回路基板の表面近傍に配されている。
また、特許文献１に記載されている電源装置には、半導体素子において発生した熱を効率よく放熱することを目的として、板状の放熱基体（ヒートシンク）が設けられており、複数の半導体素子はこの放熱基体の表面及び裏面に並ぶように固定されている。この放熱基体は、回路基板の表面に固定されている。
【０００３】
ところで、上記ビーズコアはサージの発生源である電流の急激な変化を効果的に抑制し、抑制した電流変化のエネルギーを熱に変換する特徴を有しているが、この変換した熱がビーズコアの熱容量を超えた場合には、冷却ファン等を用いてビーズコアを冷却する必要がある。そして、特許文献1では、放熱基体に切欠部を設ける等して、ヒートシンクと回路基板との間に隙間を形成し、この隙間に対向するように複数のビーズコアを配置することで、ビーズコアの放熱性向上を図っている。すなわち、冷却ファンを用いて上記隙間にエアを流すことで、各ビーズコアに均等にエアを当てることを図っている。
【特許文献１】特開２００５−８６１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回路基板の表面には半導体素子や放熱基体の他にも多数の部品が搭載されるため、回路基板の表面近くに配置されたビーズコアには、冷却ファンのエアが十分に届かない虞がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、複数のビーズコアを効率よく冷却することができるビーズコアの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】
この課題を解決するために、本発明のビーズコアの放熱構造は、半導体素子と共に回路基板に搭載されるものであって、筒状に形成された複数のビーズコアと、これら複数のビーズコアが間に配置されるように厚さ方向に隙間を設けて対向配置される一対の導電性板材と、棒状に形成されて各ビーズコアに挿通されると共に、一方の導電性板材から他方の導電性板材まで延びて前記一対の導電性板材を相互に連結して電気接続する複数の導電性ピンとを備え、相互に対向する前記導電性板材の対向面に沿う一方向の端部に、前記回路基板に固定するための接続端子が形成され、前記複数の導電性ピン及び前記複数のビーズコアが、前記一方向に並べて配されることを特徴としている。
【０００７】
このビーズコアの放熱構造によれば、接続端子を回路基板に固定することで、回路基板に形成される配線パターン等を介して半導体素子と電気接続することができる。これにより、一方の導電性板材からビーズコアに挿通された複数の導電性ピンを介して他方の導電性板材に電流を流すことができる。
そして、上記のように一対の導電性板材を回路基板に固定することで、一対の導電性板材はその一方向が回路基板の表面から上方に延びるように配置することができる。すなわち、この状態においては、複数のビーズコアが回路基板の表面から離れる方向に配列されることになり、結果として、複数のビーズコアを回路基板の表面から離して配置することができる。したがって、上述したビーズコアの放熱構造に隣接して多数の部品が搭載されていても、これらの部品に邪魔されること無く、冷却ファンからのエアを複数のビーズコアに十分に当てることができ、ビーズコアの放熱を効率よく行うことができる。
【０００８】
また、前述したビーズコアの放熱構造においては、前記一方の導電性板材にその厚さ方向に重ねて固定され、前記一方の導電性板材と前記複数の導電性ピンとを個別に電気接続させるための配線基板を備え、当該配線基板には、一方の導電性板材の接続端子から前記複数の導電性ピンを介して他方の導電性板材の接続端子に至る複数の電流経路の長さが互いに等しくなるように、電気配線パターンが形成されていることがより好ましい。
このように、複数の電流経路の長さを等しくすることで、複数の導電性ピンを流れる電流量も互いに等しくなるため、複数のビーズコアの発熱量に偏りが生じることを防止できる。
【０００９】
また、前述したビーズコアの放熱構造において、前記導電性板材が前記ビーズコアにおいて発生した熱を放熱するように構成されている場合には、複数のビーズコアにおいて発生した熱をさらに効率よく放熱することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ビーズコアの放熱構造に隣接して多数の部品が回路基板に搭載されていても、電源装置の小型化を阻害することなく、ビーズコアを効率よく冷却することができる。
【００１１】
また、従来では、ビーズコアが半導体素子のリードに直接取り付けられるため、同一リードに対するビーズコアの並列接続数は１つのみに限られるが、本発明では、ビーズコアが半導体素子のリードから離れた位置に配されるため、同一リードに対するビーズコアの並列接続数を増加させることができ、その結果、各ビーズコアの発熱量を低減することが可能となる。
【００１２】
そして、サージを効果的に抑制するためには、複数のビーズコアを直列に接続することも有効であるが、この場合にはビーズコアの発熱がさらに集中してしまうため、ビーズコアの冷却が不十分となる従来の構成では、ビーズコアを直列接続することが困難である。
これに対して、本発明の構成では、各ビーズコアを効率よく冷却できるため、さらに、複数のビーズコアを並列接続することにより各ビーズコアの発熱量を低減できるため、同一の導電性ピンに２つ以上のビーズコアを取り付けて直列接続することも容易に行うことが可能となる。したがって、本発明の構成によれば、ビーズコアを直列接続することでサージをさらに効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、この実施形態に係るビーズコアの放熱構造は、電源回路を構成する半導体素子２４と共に回路基板２５（図８，９参照）に搭載されるものである。
図１〜図３に示すように、ビーズコアの放熱構造１（以下、放熱ユニット１と呼ぶ）は、厚さ方向に隙間を設けて対向配置される一対の導電性板材３，４と、筒状に形成されて一対の導電性板材３，４の間に配置される複数のビーズコア５と、棒状に形成されて各ビーズコア５に挿通される複数の導電性ピン７と、一方の導電性板材３に固定される配線基板９とを備えている。
【００１４】
各導電性板材３，４は、例えば銅板等のように、導電性を有すると共に高い熱伝導性を有する板材であり、平面視略矩形状に形成されている。具体的に、各導電性板材３，４は、互いに対向する一対の導電性板材３，４の対向面３ａ，４ａに沿って一方向（以下、長手方向と呼ぶ）に延びる長方形状に形成されている。各導電性板材３，４の長手方向の一端部には、放熱ユニット１を回路基板に固定及び電気接続するための接続端子１１，１２が複数突出して形成されている。
また、一方の導電性板材３の長手方向の他端部には、一方の導電性板材３を後述する配線基板９に電気接続するための接続リード１３が複数突出して形成されており、これら複数の接続リード１３は、他方の導電性板材４から離間する方向に延在するように折り曲げられている。
さらに、一方の導電性板材３には、その厚さ方向に貫通して複数の導電性ピン７を個別に挿通させる複数の挿通孔１５が形成されている。これら複数の挿通孔１５は、導電性ピン７が一方の導電性板材３に接触しないように、導電性ピン７の径寸法よりも十分に大きく形成されている。
【００１５】
配線基板９は、一方の導電性板材３のうち対向面３ａとは反対側の面３ｂ（以下、裏面３ｂと呼ぶ）に重ねて固定されている。
また、配線基板９には、その厚さ方向に貫通して一方の導電性板材３の各挿通孔１５に連通する挿入孔１７が複数形成されている。なお、各挿入孔１７の径寸法は挿通孔１５よりも小さく形成されており、挿入孔１７の周縁は挿通孔１５の周縁よりも内側に位置している。なお、この挿入孔１７は、例えば導電性ピン７を挿入する際に嵌合する程度の大きさに形成されていてもよい。
さらに、配線基板９には、その厚さ方向に貫通して一方の導電性板材３の接続リード１３を挿入する接続孔１９が形成されている。なお、接続リード１３は、配線基板９が一方の導電性板材３に固定された状態において、一方の導電性板材３の裏面３ｂと同じ方向に面する配線基板９の裏面９ｂから突出すると共に、この配線基板９の裏面９ｂにおいて半田付けされている。なお、図２における符号２２は半田を示している。
【００１６】
複数のビーズコア５及び導電性ピン７は、一対の導電性板材３，４の対向面３ａ，４ａの面方向に配列されており、具体的には、導電性板材３，４の長手方向に複数並べて配されると共に、対向面３ａ，４ａに沿って長手方向に直交する導電性板材３，４の幅方向に複数並べて配されている。なお、図示例においては、複数のビーズコア５及び導電性ピン７が導電性板材３，４の長手方向及び幅方向に同じ数だけ配列されている。
各ビーズコア５は、電源回路におけるノイズ対策や半導体素子のサージ対策として使用されるものであり、例えばアモルファス等からなる。
【００１７】
各導電性ピン７の一端は、一方の導電性板材３の挿通孔１５に挿通されると共に配線基板９の挿入孔１７に挿入されている。そして、導電性ピン７の一端は、前述した接続リード１３と同様に、配線基板９の裏面９ｂから突出しており、この配線基板９の裏面９ｂにおいて配線基板９に半田付けされている。
ここで、前述したように、配線基板９の挿入孔１７の周縁は一方の導電性板材３の挿通孔１５の周縁よりも内側に位置しているため、挿通孔１５を介して挿入孔１７に挿入された導電性ピン７が一方の導電性板材３に接触することはなく、一方の導電性板材３と導電性ピン７とが直に電気接続されることはない。
一方、各導電性ピン７の他端は、他方の導電性板材４の対向面４ａに半田付けされており、これによって、各導電性ピン７と他方の導電性板材４とが直に電気接続される。
これにより、一対の導電性板材３，４は複数の導電性ピン７及び配線基板９を介して互いに連結され、また、複数のビーズコア５が一対の導電性板材３，４の間の所定位置に保持されることになる。
【００１８】
ところで、配線基板９には、図４〜７に示すように、接続リード１３と複数の導電性ピン７とを個別に電気接続する電気配線パターンが形成されている。すなわち、一対の導電性板材３，４は、導電性ピン７及び電気配線パターンを介して相互に電気接続されている。
この電気配線パターンの長さは、接続リード１３から導電性ピン７までの距離に応じて相互に異なっている。すなわち、接続リード１３から導電性ピン７までの距離が長くなる程、これらを接続する電気配線パターンの長さも長くなる。したがって、一方の導電性板材３の接続端子１１から接続リード１３を介して導電性ピン７に至るまでの第１電流経路Ｃ１は、一方の導電性板材３の一端部（接続端子１１）から導電性ピン７までの距離が短いほど、長くなるように設定されている。
【００１９】
一方、他方の導電性板材４には導電性ピン７が直接半田付けされているため、導電性ピン７から他方の導電性板材４の接続端子１２に至るまでの第２電流経路Ｃ２は、導電性ピン７から他方の導電性板材４の一端部（接続端子１２）までの距離が短いほど、短くなるように設定されている。
したがって、同一の導電性ピン７に接続される第１電流経路Ｃ１及び第２電流経路Ｃ２を足し合わせた電流経路は、導電性ピン７が配される位置に係わらず、全て等しくなる。すなわち、配線基板９に形成された複数の電気配線パターンによって、一方の導電性板材３の接続端子１１から複数の導電性ピン７を介して他方の導電性板材４の接続端子１２に至る複数の電流経路の長さが互いに等しくなっている。
【００２０】
ところで、図１〜３に示すように、複数の導電性ピン７は、他方の導電性板材４及び配線基板９を相互に固定する役割を果たしているが、前述したように、放熱ユニット１における電流経路も構成している。このため、この放熱ユニット１においては、他方の導電性板材４及び配線基板９を相互に固定する補強用ピン２１を別途設けることで、機械的な信頼性向上を図っている。
具体的に説明すると、他方の導電性板材４の長手方向の寸法は、一方の導電性板材３よりも長く形成されており、他方の導電性板材４の他端部が一方の導電性板材３の他端部よりも導電性板材３，４の長手方向に突出している。また、配線基板９も一方の導電性板材３の他端部から導電性板材３，４の長手方向に突出している。そして、他方の導電性板材４の他端部と配線基板９の突出部分とが補強用ピン２１によって相互に固定されている。
【００２１】
以上のように、本実施形態の放熱ユニット１によれば、例えば図８，９に示すように、半導体素子２４と共に放熱ユニット１を回路基板２５の表面２５ａに搭載することで、回路基板２５に形成される配線パターン等を介して半導体素子２４と電気接続することができる。これによって、一方の導電性板材３からビーズコア５に挿通された複数の導電性ピン７を介して他方の導電性板材４に電流を流すことができる。
また、このように一対の導電性板材３，４を回路基板２５に搭載することで、一対の導電性板材３，４はその長手方向が回路基板２５の表面２５ａから上方に延びるように配置することができる。すなわち、この状態においては、複数のビーズコア５が回路基板２５の表面２５ａから離れる方向に並べて配列されることになり、結果として、複数のビーズコア５を回路基板２５の表面２５ａから離して配置することができる。したがって、放熱ユニット１に隣接して多数の部品が回路基板２５の表面２５ａに搭載されていても、これらの部品に邪魔されること無く、冷却ファンからのエアを複数のビーズコア５に十分に当てることができ、ビーズコア５の放熱を効率よく行うことができる。
【００２２】
さらに、本実施形態の導電性板材３，４は、銅板等のように高い熱伝導性を有しているため、すなわち、ビーズコア５において発生した熱を放熱するように構成されているため、ビーズコア５の熱をさらに効率よく放熱することができる。
以上のことから、この放熱ユニット１が半導体素子２４及び回路基板２５と共に電源回路を構成し、この電源回路によって電源装置を構成した場合には、電源装置の小型化を阻害することなく、複数のビーズコア５を効率よく冷却することができる。
【００２３】
また、配線基板９に形成された電気配線パターンによって、一方の導電性板材３の接続端子１１から複数の導電性ピン７を介して他方の導電性板材４の接続端子１２に至る複数の電流経路の長さが互いに等しくなっているため、各導電性ピン７を流れる電流量が互いに等しくなり、結果として、複数のビーズコア５の発熱量に偏りが生じることを防止できる。
さらに、従来では、ビーズコア５が半導体素子２４のリードに直接取り付けられるため、同一リードに対するビーズコア５の並列接続数は１つのみに限られるが、本実施形態の放熱ユニット１によれば、ビーズコア５が半導体素子２４のリードから離れた位置に配されるため、同一リードに対するビーズコア５の並列接続数を増加させることが可能となり、その結果、各ビーズコアの発熱量を低減することが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態の放熱ユニット１によれば、前述したように、複数のビーズコア５を効率よく冷却できると共に、複数のビーズコア５の並列接続によって各ビーズコアの発熱量を低減できるため、同一の導電性ピン７に２つ以上のビーズコア５を取り付けて直列接続することも容易に行うことが可能となる。そして、このビーズコア５の直列接続によりサージをさらに効果的に抑制することができる。
なお、同一の導電性ピン７に２つ以上のビーズコア５を取り付ける場合には、一対の導電性板材３，４の間隔及び導電性ピン７の長さを適宜調整すればよい。
【００２５】
以上、本発明の実施形態である放熱ユニット１について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、他方の導電性板材４の他端部と配線基板９の突出部分とは補強用ピン２１によって相互に固定されるとしたが、他方の導電性板材４と配線基板９との固定強度が導電性ピン７によって十分に保持され、他方の導電性板材４と配線基板９との電気接続が保たれていれば、特に補強用ピン２１を設けなくてもよい。
さらに、一対の導電性板材３，４の間に配された複数のビーズコア５及び導電性ピン７は、上記実施形態のように配列されることに限らず、少なくとも導電性板材３，４の長手方向に沿って複数並べて配列されていればよい。
【００２６】
また、各導電性板材３，４の平面視形状は、略矩形状であるとしたが、少なくとも複数のビーズコア５及び導電性ピン７を導電性板材３，４の長手方向に沿って複数並べることができる形状となっていればよく、様々な形状に形成されていてよい。
さらに、各導電性板材３，４には、複数の接続端子１１，１２が形成されるとしたが、例えば１つだけ形成されていてもよい。
【００２７】
また、配線基板９は、一方の導電性板材３の裏面３ｂに重ねて固定されるとしたが、例えば一方の導電性板材３の対向面３ａに重ねて固定されてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、各導電性ピン７を配線基板９に固定すると共に、一方の導電性板材３の接続リード１３を配線基板９に固定することで、一方の導電性板材３の接続端子１１から複数の導電性ピン７を介して他方の導電性板材４の接続端子１２に至る複数の電流経路の長さを互いに等しく形成することは可能である。
さらに、放熱ユニット１は、複数の導電性ピン７に流れる電流量が等しくなるように配線基板９を設けているが、例えば配線基板９を設けなくてもよい。この場合には、例えば一対の導電性板材３，４に導電性ピン７の両端を直接半田付けすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態であるビーズコアの放熱構造を示す概略斜視図である。
【図２】図１のビーズコアの放熱構造を示す概略断面図である。
【図３】図１のビーズコアの放熱構造において、配線基板、一方の導電性板材を導電性ピンから離間させた状態を示す分解斜視図である。
【図４】図１のビーズコアの放熱構造における電流経路を示す説明図である。
【図５】図１のビーズコアの放熱構造における電流経路を示す説明図である。
【図６】図１のビーズコアの放熱構造における電流経路を示す説明図である。
【図７】図１のビーズコアの放熱構造における電流経路を示す説明図である。
【図８】図１のビーズコアの放熱構造を回路基板に搭載した状態を示す概略斜視図である。
【図９】図１のビーズコアの放熱構造を半導体素子と共に回路基板に搭載した状態を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  放熱ユニット（ビーズコアの放熱構造）
３  一方の導電性板材
３ａ  対向面
４  他方の導電性板材
４ａ  対向面
５  ビーズコア
７  導電性ピン
９  配線基板
１１，１２  接続端子
２４  半導体素子
２５  回路基板
Ｃ１  第１電流経路
Ｃ２  第２電流経路
【図１】
2010109236.tif 000003
【図２】
2010109236.tif 000004
【図３】
2010109236.tif 000005
【図４】
2010109236.tif 000006
【図５】
2010109236.tif 000007
【図６】
2010109236.tif 000008
【図７】
2010109236.tif 000009
【図８】
2010109236.tif 000010
【図９】
2010109236.tif 000011