(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部が形成された放熱板と、プリント基板とを、前記凹部に対応する部分を欠除した絶縁シートを介して重ねた構造を有し、
前記放熱板は、前記凹部に塗布された熱伝導性の良好な樹脂を有し、
前記プリント基板に搭載した電子部品を前記放熱板の樹脂を塗布した凹部に押し込むことにより、前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間、および前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間に前記樹脂を充填した
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源において、
前記電子部品の端子と、前記凹部の壁面との間にも前記樹脂を充填した
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスイッチング電源において、
前記凹部を前記放熱板に複数個形成し、
各凹部は、各凹部に収容する電子部品または電子部品グループのプリント基板からの突出量に応じて深さを設定した
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載のスイッチング電源において、
前記凹部に対応するプリント基板の部分に貫通孔または切り欠きを設け、
前記電子部品を前記凹部に押し込む際に凹部から溢れる樹脂を前記貫通孔または切り欠きに逃がす構造を有する
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載のスイッチング電源において、
前記凹部を放熱板の表面から側面にわたって形成し、
前記樹脂を前記放熱板の側面に至る範囲に充填した
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項６】
請求項５に記載のスイッチング電源において、
前記放熱板の表面から側面にわたって形成した凹部に収容した電子部品の側面が、前記放熱板の側面に至るように、前記電子部品を前記プリント基板に実装した
ことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項７】
放熱板の表面に凹部を形成し、
該凹部に熱伝導性の良好なゲル状の樹脂を塗布し、
前記放熱板の上に、前記凹部に対面する箇所に電子部品を搭載したプリント基板を押し込み、かつ前記凹部に対応する部分を除去した熱伝導性の良好な絶縁シートを介在させて前記放熱板と前記プリント基板とを一体化することにより、前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間、および前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間の隙間を前記樹脂により充填する
ことを特徴とするスイッチング電源の製造方法。
【請求項８】
放熱板の表面から側面に至る凹部を形成し、
該凹部に熱伝導性の良好なゲル状の樹脂を塗布し、
前記放熱板の上に、前記凹部に対面する箇所に電子部品を搭載したプリント基板を押し込み、かつ前記凹部に対応する部分を除去した熱伝導性の良好な絶縁シートを介在させて前記放熱板と前記プリント基板とを一体化することにより、前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間、および前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間の隙間を前記樹脂により充填すると共に、前記樹脂の一部を前記放熱板の側面より溢出させ、
該放熱板の側面に溢出した樹脂を除去する
ことを特徴とするスイッチング電源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源とその製造方法に係り、特に電子部品の放熱性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はプリント基板３１を放熱板３２に重ねるタイプの放熱構造を有する従来のスイッチング電源の断面図である。このスイッチング電源は、放熱板３２のプリント基板３１との対向面に凹部３３を形成し、放熱板３２とプリント基板３１との凹部３３以外の部分を熱伝導性の良い絶縁シート３４を介して重ねると共に、該凹部３３の底面に熱伝導性の良好な絶縁シート３５を敷き、該絶縁シート３５にプリント基板３１に搭載した電子部品３６の底面を当てて放熱板３２にプリント基板３１を一体に結合する。３７はプリント基板３１に形成した配線パターンであり、該配線パターン３７のランドに電子部品３６の端子３８が半田付けされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来構成によると、電子部品３６の側面部と凹部３３の内面との間に幅Ｗの空隙３９が存在するため、電子部品３６の放熱の経路は、電子部品３６の底面−絶縁シート３５−放熱板３２の経路ａと、端子３８−配線パターン３７−絶縁シート３４−放熱板３２の経路ｂとに分かれる。そして電子部品３６の側面から放熱板３２への放熱性は空隙３９の存在によりほとんど期待できない。また、電子部品３６がＦＥＴのような半導体素子の場合、素子の温度は端子３８の部分が底面の部分より約２０〜２５℃程度高いが、端子３８の熱は、配線パターン３７を介してのみ放熱されるので、放熱が十分でないという問題点もある。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、放熱性能の優れた構造のスイッチング電源とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１のスイッチング電源は、表面に凹部が形成された放熱板と、プリント基板とを、前記凹部に対応する部分を欠除した絶縁シートを介して重ねた構造を有し、
前記放熱板は、前記凹部に塗布された熱伝導性の良好な樹脂を有し、
前記プリント基板に搭載した電子部品を前記放熱板の樹脂を塗布した凹部に押し込むことにより、前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間、および前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間に前記樹脂を充填した
ことを特徴とする。
【０００６】
このように、プリント基板に搭載した前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間、および前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間に前記樹脂を介在させたので、電子部品の側面および下面から樹脂を介して放熱板に放熱され、放熱性が向上する。また、電子部品の側面と凹部の壁面との間には樹脂が充填されるので、これらの面間の距離を近接させることができ、電子部品の側面からの高い放熱性が確保できる。
【０００７】
請求項２のスイッチング電源は、前記電子部品の端子と、前記凹部の壁面との間にも前記樹脂を充填した
ことを特徴とする。
【０００７】
このように、電子部品の端子と凹部の壁面との間に放熱性のよい樹脂を充填すれば、高温である端子の熱が、プリント基板の配線パターンおよびプリント基板と放熱板との間の絶縁シートを介して放熱されるのみならず、樹脂を介して放熱されるので、効率よく放熱される。
【０００７】
請求項３のスイッチング電源は、
前記凹部は前記放熱板に複数個形成し、
各凹部は、各凹部に収容する電子部品または電子部品グループのプリント基板からの突出量に応じて深さを設定した
ことを特徴とする。
【０００８】
このように、電子部品または電子部品のグループのプリント基板からの突出量に応じて凹部の深さを設定することにより、それぞれの電子部品と放熱板の凹部の内面との間の樹脂層を薄く設定することができ、それぞれの電子部品について高い放熱性を得ることができる。
【０００９】
請求項４のスイッチング電源は、
前記凹部に対応するプリント基板の部分に貫通孔または切り欠きを設け、
前記電子部品を前記凹部に押し込む際に凹部から溢れる樹脂を前記貫通孔または切り欠きに逃がす構造を有する
ことを特徴とする。
【００１０】
このような貫通孔または切り欠きを設けることにより、プリント基板と凹部との間の気泡の発生が防止でき、放熱性を向上させることができる。
【００１１】
請求項５のスイッチング電源は、
前記凹部を放熱板の表面から側面にわたって形成し、
前記樹脂を前記放熱板の側面に至る範囲に充填した
ことを特徴とする。
【００１２】
このように、凹部を放熱板の表面から側面にわたって設けることにより、プリント基板と凹部との間の気泡の発生が防止でき、放熱性を向上させることができる。また、電子部品を収容するスペースが拡大され、電子部品の搭載の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の実装の高密度化が達成される。
【００１３】
請求項６のスイッチング電源は、請求項５において、
前記放熱板の表面から側面にわたって形成した凹部に収容した電子部品の側面が、前記放熱板の側面に至るように、前記電子部品を前記プリント基板に実装した
ことを特徴とする。
【００１４】
このように、電子部品の側面が放熱板の側面に至るように実装することにより、高密度実装が達成できると共に、強制空冷の際に冷却空気が電子部品に直接当たり、放熱効果が上がる。
【００１４】
請求項７のスイッチング電源の製造方法は、放熱板の表面に凹部を形成し、
該凹部に熱伝導性の良好なゲル状の樹脂を塗布し、
前記放熱板の上に、前記凹部に対面する箇所に電子部品を搭載したプリント基板を押し込み、かつ前記凹部に対応する部分を除去した熱伝導性の良好な絶縁シートを介在させて前記放熱板と前記プリント基板とを一体化することにより、前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間、および前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間の隙間を前記樹脂により充填する
ことを特徴とする。
【００１５】
このような製造方法を採用することにより、請求項１に記載した放熱性の良いスイッチング電源が得られる。
【００１５】
請求項８のスイッチング電源の製造方法は、放熱板の表面から側面に至る凹部を形成し、
該凹部に熱伝導性の良好なゲル状の樹脂を塗布し、
前記放熱板の上に、前記凹部に対面する箇所に電子部品を搭載したプリント基板を押し込み、かつ前記凹部に対応する部分を除去した熱伝導性の良好な絶縁シートを介在させて前記放熱板と前記プリント基板とを一体化することにより、前記電子部品の側面と前記凹部の壁面との間、および前記電子部品の下面と前記凹部の底面との間の隙間を前記樹脂により充填すると共に、前記樹脂の一部を前記放熱板の側面より溢出させ、
該放熱板の側面に溢出した樹脂を除去する
ことを特徴とする。
【００１６】
このように、ゲル状の樹脂に電子部品を押し込んで放熱板の側面の凹部の開口部から樹脂を溢出させて除去するようにすれば、凹部に樹脂を十分にいれた状態で電子部品を押し込むことができ、気泡の発生を防止し、樹脂における熱伝導性を確保することができる。また、電子部品を収容するスペースが拡大され、電子部品の搭載の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の実装の高密度化が達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるスイッチング電源の一実施の形態の全体構造を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は（Ａ）の右側面図である。該スイッチング電源は、放熱板１と、主として放熱を要するパワー系電子部品、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ、パワー系半導体部品、トランス、チョークコイル等の磁性部品が搭載されたプリント基板２と、該プリント基板２と前記放熱板１との間に介在させる絶縁シート３と、比較的放熱の必要性が低い主として制御系電子部品を搭載したプリント基板４と、これらを一体に結合するために放熱板１の４隅に貫通固定した固定用ロッド５と、各固定用ロッド５を圧入する孔６ａを有する一対のプラスチック製固定部材６と、一端を前記プリント基板２のランドに設けた孔に固定し、かつ前記固定部材６に貫挿した端子７と、一端を前記プリント基板４のランドに設けた孔に固定し、かつ前記固定部材６に貫通した端子８とからなる。
【００１８】
図１（Ｃ）において、９はプリント基板４の表裏面に搭載した電子部品、１０、１１はプリント基板２に搭載したチョークコイル、１２は同じくトランスである。
【００１９】
これらの構成部材１〜４は、放熱板１の上に絶縁シート３、プリント基板２、プリント基板４を重ね、固定部材６をこれらの重ねられた部材の両端に配置し、固定用ロッド５に固定部材６の孔６ａを押し嵌めすることにより、絶縁シート３およびプリント基板２、４を放熱板１と固定部材６との間で挟持して一体化する。この一体化された状態においては、端子７、８は図面において上側となる面上から突出し、下面となる放熱板１の４隅には、必要に応じてケース、シャーシ、フレーム等に固定するために前記固定用ロッドの端部より設けたねじ孔５ａが下面に露出する。なお、端子８には上下に間隔を有して外周に突出した２つの突部を有しており、上側の突部によって上側のプリント基板４が支持されることにより、プリント基板２、４間の間隔が保持される。放熱板１のプリント基板２との対向面には凹部１ａ、１ｂ、１ｃが設けてある。
【００２０】
図２はプリント基板２の下面に突出する電子部品の配置および配置用の切り欠きを示す底面図であり、１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれ前記放熱板１の凹部が対応する箇所を示す。図２において、２ａ、２ｂはそれぞれ前記チョークコイル１０の中央脚部、側脚部が挿入される孔および切り欠きである。また、１３、１４、１５はＭＯＳ−ＦＥＴ、１６はこれらを駆動するＩＣである。これらの電子部品は樹脂を充填した凹部１ａに嵌め込まれるものである。
【００２１】
また、２ｃ、２ｄは前記チョークコイル１１のコア挿入用の孔、１７、１８、１９はＭＯＳ−ＦＥＴであり、これらの電子部品は樹脂を充填した凹部１ｂに嵌め込まれるものである。２ｅ、２ｆはそれぞれ前記トランス１２の中央脚部、側脚部が挿入される貫通孔である。トランス１２は前記樹脂を充填した凹部１ｃに嵌め込まれる。
【００２２】
図３（Ａ）は前記凹部１ａ〜１ｃの深さを説明するもので、これらの凹部１ａ〜１ｃが、それぞれ前記ＭＯＳ−ＦＥＴ１３〜１５やＩＣ１６、チョークコイル１１、トランス１２の突出量に応じて設定される。すなわち、放熱板１に絶縁シート３を介して重ねたとき、これらの電子部品の下面と凹部１ａ〜１ｃの底面との間隔がほぼ一致するように、凹部１ａ〜１ｃの深さｈ１〜ｈ３が設定されている。また、凹部１ｂは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１３〜１５およびＩＣ１６と、チョークコイル１１とは突出量が異なるため、一連の凹部１ｂ内におけるこれらに対応する部分の深さを互いに異ならせている。
【００２３】
図３（Ｂ）は前記ＭＯＳ−ＦＥＴ１７を凹部１ｂに嵌め込んだ状態を示す断面図であり、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７は、凹部１ｂに熱伝導性の良い例えばシリコンコンパウンド（シリコンジェル）等でなるゲル状の樹脂２０を塗布し、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７をこの樹脂２０を塗布した凹部１ｂに押し込むことにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７の側面と凹部１ｂの壁面およびＭＯＳ−ＦＥＴ１７の下面と凹部１ｂの底面との間隙が樹脂２０によって充填された状態としてセットされる。他の電子部品も同様である。この場合、放熱板１とプリント基板２との間には、凹部１ａ〜１ｃを除いた部分には、熱伝導性の良いシリコン系樹脂でなるシートまたは両面粘着シートからなる絶縁シート３を介在させる。
【００２４】
このように凹部１ｂに樹脂２０を充填した構造によれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７の底面１７ａから樹脂を介して矢印ａに示すように放熱板１に放熱されるのみならず、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７の側面１７ｂからも樹脂２０を介して矢印ｃに示すように凹部１ｂの壁面を経て放熱板１に放熱されるので、放熱性が向上する。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７の側面１７ｂと凹部の壁面との間には樹脂が充填されるので、これらの面間の距離Ｗを近接させることができ、側面からの高い放熱性が確保できる。
【００２５】
さらに本例のように、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７が半導体素子の場合、高温である端子２１の熱が、矢印ｂで示すように、プリント基板の配線パターン２２およびプリント基板２と放熱板１との間の絶縁シート３を介して放熱されるのみならず、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７と凹部１ｂの壁面との間の樹脂を介して矢印ｄで示すように放熱されるので、効率よく放熱される。
【００２６】
図３（Ｃ）は前記チョークコイル１０の実装構造を図２のＥ−Ｅ線方向に見た断面図である。本発明において、プリント基板２、４には内部に導体を設けない絶縁体基板または絶縁被覆の金属基板を用いることができるが、本実施の形態においては、プリント基板２は樹脂または樹脂とセラミック粉末混合の複合基板を用い、内部に積層構造により導体を設けた多層基板でなり、チョークコイル１０を構成するコイル導体２３はプリント基板２内に積層構造によって設けられた例を示す。２４、２５はチョークコイル１０を構成するコアである。一方のコア２４は、Ｒ型コア（Ｅ型コアの変形であり、周囲の側脚部２５ｂが弧状に形成されたもの）であり、中央脚部２４ａが前記貫通孔２ａに貫通し、側脚部２４ｂが前記切り欠き２ｂに貫通し、上面の板状コア２５に接着される。
【００２７】
図３（Ｃ）に示すように、凹部１ａにチョークコイル１０のコア２４が押し込まれた場合、樹脂２０の一部である余剰樹脂２０ａは切り欠き２ｂにより生じた隙間に充填されるので、気泡の発生が防止され、凹部１ａにおける熱伝導性すなわち放熱性が確保される。また、このような余剰樹脂の逃げ場を設けておくことにより、電子部品の放熱板側への突出量のばらつきや凹部の寸法のばらつきを吸収することができ、製造上の高い寸法精度や樹脂の塗布量の高い精度が要求されなくなり、製造が容易となる。
【００２８】
なお、この場合、切り欠き２ｂが貫通孔である場合にも余剰樹脂２０の逃げ場として確保することができる。また、切り欠きや貫通孔がコアなどを挿入しないものとして、すなわち樹脂の逃げ場専用に設けてもよい。
【００２９】
図４（Ａ）は前記チョークコイル１０の実装構造を図２のＦ−Ｆ線方向に見た断面図である。この図に示すように、前記凹部１ａは放熱板１の表面から側面にわたって形成し、チョークコイル１０のコア２４の側面が、前記放熱板１の側面に至るように実装したものである。
【００３０】
図４（Ｂ）、（Ｃ）は図４（Ａ）のプリント基板２のチョークコイル１０を放熱板１に組み合わせる際の工程を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、前記凹部１ａに熱伝導性の良好なゲル状の樹脂２０を塗布する。この場合の樹脂２０の量は、チョークコイル２０を凹部１ａに押し込むことによって樹脂２０が凹部１ａから若干溢れる程度の量とする。
【００３１】
その後、前記放熱板１の上に、前記凹部１ａの樹脂２０内にプリント基板１に搭載したチョークコイル１０を押し込み、かつ前記凹部１ａ〜１ｃに対応する部分を除去した熱伝導性の良好な絶縁シート３を介在させて重ねて一体化することにより、前記チョークコイル１０の周囲（３方の側面と下面）と前記凹部１ａの内面（３方の壁面と底面）との間の隙間を前記樹脂２０により充填する。
【００３２】
このような工程によって図４（Ｃ）に示すように、前記樹脂２０の一部２０ｂを前記放熱板１の側面より溢出させ、その後、該側面に溢出した余剰樹脂２０ｂをふき取り等によって除去する。なお、このようにして側面に露出した部分には、不図示のテープを貼り付ける。
【００３３】
このような工程により、凹部１ａに樹脂２０を十分に塗布した状態でチョークコイル１０等の電子部品を押し込むことができ、これによって気泡の発生を防止し、樹脂における熱伝導性を確保することができる。また、チョークコイル１０等の電子部品を収容するスペースが拡大され、電子部品の搭載の自由度が上がり、プリント基板２への電子部品の実装の高密度化が達成される。
【００３４】
また、チョークコイル１０等の電子部品の側面が放熱板１の側面に至るように実装することにより、高密度実装が達成できると共に、強制空冷の際に冷却空気が電子部品に直接当たり、放熱効果が上がる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１によれば、放熱板に設けた凹部の壁面、底面とその中に入れる電子部品の側面、下面との間の隙間に熱伝導性の良い樹脂を充填したので、電子部品の底面から樹脂を介して放熱板に放熱されるのみならず、電子部品の側面からも樹脂を介して放熱板に放熱されるので、放熱性が向上する。
【００３６】
また、電子部品の側面、下面と凹部の壁面、底面との間には樹脂が充填されて絶縁されるので、これらの面間の距離を近接させることができ、側面からの高い放熱性が確保できる。
【００３８】
請求項２によれば、前記電子部品の端子と、前記凹部の壁面との間にも前記樹脂を充填したので、端子の熱が、プリント基板の配線パターンおよびプリント基板と放熱板との間の絶縁シートを介して放熱されるのみならず、樹脂を介して放熱されるので、効率よく放熱される。
【００３８】
請求項３によれば、電子部品または電子部品のグループのプリント基板からの突出量に応じて凹部の深さを設定したので、それぞれの電子部品の側面、下面と放熱板の凹部の壁面、底面の間の樹脂層を薄く設定することができ、それぞれの電子部品について高い放熱性を得ることができる。
【００３９】
請求項４によれば、放熱板に凹部から溢れる余剰樹脂を逃がす貫通孔または切り欠きを設けたので、プリント基板と凹部との間の気泡の発生が防止でき、放熱性を向上させることができる。
【００４０】
請求項５によれば、凹部を放熱板の表面から側面にわたって設けたので、余剰樹脂を放熱板の側面側に逃がすことができ、プリント基板と凹部との間の気泡の発生が防止でき、放熱性を向上させることができる。また、電子部品を収容するスペースが拡大され、電子部品の搭載の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の実装の高密度化が達成される。
【００４１】
請求項６によれば、凹部を放熱板の側面にわたって設けたものにおいて、電子部品の側面が放熱板の側面に至るように実装したので、高密度実装が達成できると共に、強制空冷の際に冷却空気が電子部品に直接当たり、放熱効果が上がる。
【００４２】
請求項７によれば、請求項１に記載した放熱性の良いスイッチング電源が得られる。
【００４２】
請求項８によれば、ゲル状の樹脂に電子部品を押し込んで放熱板の側面の凹部の開口部から樹脂を溢出させて除去するため、凹部に樹脂を十分に塗布した状態で電子部品を押し込むことができ、気泡の発生を防止し、樹脂における熱伝導性を確保することができる。また、電子部品を収容するスペースが拡大され、電子部品の搭載の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の実装の高密度化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明によるスイッチング電源の一実施の形態を示す平面図、（Ｂ）はその底面図、（Ｃ）はその正面図、（Ｄ）は（Ａ）の右側面図である。
【図２】本実施の形態のスイッチング電源における放熱板に対面するプリント基板の底面図である。
【図３】（Ａ）は本実施の形態の放熱板の凹部の深さを説明する正面図、（Ｂ）は本実施の形態におけるＭＯＳ−ＦＥＴの実装構造を示す断面図、（Ｃ）は図２のＥ−Ｅ線に沿うチョークコイルの実装構造を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は図２のＦ−Ｆ線に沿うチョークコイルの実装構造を示す断面図、（Ｂ）、（Ｃ）は（Ａ）のチョークコイルを凹部に組み合わせてスイッチング電源を構成する工程を説明する図である。
【図５】従来の形態のスイッチング電源を示す断面図である。
【符号の説明】
１：放熱板、１ａ〜１ｃ：凹部、２、４：プリント基板、２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ：貫通孔、２ｂ：切り欠き、３：絶縁シート、５：固定用ロッド、５ａ；ねじ孔、６：固定部材、６ａ：貫通孔、７、８：端子、９：電子部品、１０、１１：チョークコイル、１２：トランス、１３、１４、１５：ＭＯＳ−ＦＥＴ、１６：ＩＣ、１７〜１９：ＭＯＳ−ＦＥＴ、２０：樹脂、２０ａ、２０ｂ：余剰樹脂、２１：端子、２２：配線パターン、２３：コイル導体、２４、２５：コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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