(57)【要約】【課題】発熱部品の温度検出の過渡応答性に優れた電子回路装置を提供すること。【解決手段】電子回路装置１は、通電によって発熱する発熱部品２と、発熱部品２と熱的に接触したヒートシンク３と、発熱部品２の温度を検出する温度検出部品４１を実装してなるプリント配線板４と、発熱部品２をヒートシンク３との間に挟持するように固定する固定部材５とを有する。固定部材５は、熱伝導性を有すると共に、発熱部品２及び温度検出部品４１に対して熱的に接触している。【選択図】図１
2011216806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって発熱する発熱部品と、
該発熱部品と熱的に接触したヒートシンクと、
上記発熱部品の温度を検出する温度検出部品を実装してなるプリント配線板と、
上記発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟持するように固定する固定部材とを有し、
該固定部材は、熱伝導性を有すると共に、上記発熱部品及び上記温度検出部品に対して熱的に接触していることを特徴とする電子回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子回路装置において、上記固定部材は、上記プリント配線板に向かって突出した突出部を有し、該突出部において上記プリント配線板と熱的に接触していることを特徴とする電子回路装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子回路装置において、上記突出部は、上記ヒートシンクと上記発熱部品との積層方向から見たとき、上記発熱部品と重なる位置に形成されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電子回路装置において、上記固定部材と上記プリント配線板とは、上記突出部において互いに固定されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子回路装置において、上記固定部材と上記温度検出部品とは、上記プリント配線板に形成された導体パターンを介して熱的に接続されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子回路装置において、上記温度検出部品は、上記プリント配線板における上記固定部材と対向する側の面に搭載されていることを特徴とする電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクを有すると共に発熱部品の温度を検出する温度検出部品を備えた電子回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置は、その構成部品である半導体素子が大きな発熱を伴うため、これを冷却するために発熱部品である半導体素子をヒートシンクに固定すると共に、発熱部品の温度を検出するサーミスタ等の温度検出部品を備えている。
個々の発熱部品の温度を直接検出することは困難であるため、温度検出部品は、ヒートシンクの温度を検出することで発熱部品の温度を検出し、その検出結果に基づき発熱部品（半導体素子）への電流制御を行っている。
【０００３】
そして、温度検出部品の実装性や、温度検出回路や制御回路との配線の簡素化を考慮して、図６に示すごとく、温度検出回路や制御回路９４３を設けたプリント配線板９４に、温度検出部品９４１を実装し、プリント配線板９４をヒートシンク９３に固定した電子回路装置９が提案されている（特許文献１）。
これにより、ヒートシンク９３とプリント配線板９４とを介する発熱部品９２からの伝熱を利用して、発熱部品９２の温度を温度検出部品９４１にて検出している。
なお、図６に示す破線矢印Ｈは、発熱部品９２から温度検出素子９４１までの伝熱経路を表す。後述する図１、図３〜図５における破線矢印Ｈも同様に発熱部品２から温度検出素子４１までの伝熱経路を表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０４８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようにヒートシンク９３を通じた伝熱を利用して発熱部品９２の温度を検出する構成では、温度検出の過渡応答性が充分に得られにくいという問題がある。
すなわち、ヒートシンク９３は発熱部品９２の放熱を目的としたものであるため、通常、その熱容量は大きい。そのため、発熱部品９２が温度上昇しても、ヒートシンク９３はこれに遅れて緩やかに温度上昇する。つまり、発熱部品９２の急激な温度上昇に対してヒートシンク９３の温度上昇に遅れが生じる。
【０００６】
その結果、ヒートシンク９３に固定されたプリント配線板９４に搭載された温度検出部品９４１によって検出される温度は、発熱部品９２の温度変化に充分に追従しにくく、発熱部品９２の正確な温度検出に遅れが生じることとなる。すなわち、温度検出の過渡応答性が充分に得られにくいということとなる。
このことは、電力変換装置９の熱設計においても、この温度検出の遅れを考慮して温度的なマージンをもって設計する必要が生じ、装置の小型化を困難にする一因ともなる。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、発熱部品の温度検出の過渡応答性に優れた電子回路装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、通電によって発熱する発熱部品と、
該発熱部品と熱的に接触したヒートシンクと、
上記発熱部品の温度を検出する温度検出部品を実装してなるプリント配線板と、
上記発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟持するように固定する固定部材とを有し、
該固定部材は、熱伝導性を有すると共に、上記発熱部品及び上記温度検出部品に対して熱的に接触していることを特徴とする電子回路装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
上記電子回路装置においては、上記発熱部品を固定する上記固定部材が、熱伝導性を有すると共に、上記発熱部品及び上記温度検出部品に対して熱的に接触している。それゆえ、発熱部品の熱は、固定部材を介して上記温度検出部品に伝熱することとなる。ここで、上記固定部材は、発熱部品を固定するための部材であるため、上記ヒートシンクのように熱容量を大きくする必要はなく、充分に熱容量を小さくすることができる。
【００１０】
そのため、発熱部品の温度上昇に対する、固定部材の温度上昇の遅れを抑制することができ、発熱部品の急激な温度上昇に対しても、温度検出部品による温度検出が遅れにくい。すなわち、温度検出の過渡応答性を向上させることができる。
これに伴い、電子回路装置の熱設計においても、温度検出の遅れを考慮した温度的なマージンを小さく見積もって設計することができ、装置の小型化を容易にすることができる。
【００１１】
以上のごとく、本発明によれば、発熱部品の温度検出の過渡応答性に優れた電子回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、電子回路装置の断面説明図であって、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当図。
【図２】実施例１における、電子回路装置の平面説明図。
【図３】実施例２における、電子回路装置の断面説明図。
【図４】実施例３における、電子回路装置の断面説明図。
【図５】実施例４における、電子回路装置の断面説明図。
【図６】背景技術における、電子回路装置の断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明において、上記電子回路装置は、例えばインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置とすることができる。また、上記発熱部品は、例えば、半導体素子等とすることができる。また、上記温度検出部品は、例えば、サーミスタ素子とすることができる。また、上記プリント配線板は、例えば、樹脂基板やセラミック基板に導体配線パターンが形成されたものであってもよいし、金属基板の表面に絶縁層を介して導体配線パターンが形成されたものであってもよく、もちろん、絶縁層を介して複数の導体層を設けた多層プリント配線板であってもよいし、導体層が単層のプリント配線板であってもよい。
【００１４】
また、上記固定部材と上記温度検出部品とは、互いに直接接触していてもよいし、例えば上記プリント配線板の一部等、熱伝導性を有する他部材を介して、熱的に接触していてもよい。上記発熱部品と上記ヒートシンクとの間の熱的接触、あるいは上記発熱部品と上記固定部材との間の熱的接触も、同様に、直接の接触であってもよいし、他部材を介する熱的接触であってもよい。
【００１５】
また、上記固定部材は、上記プリント配線板に向かって突出した突出部を有し、該突出部において上記プリント配線板と熱的に接触していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記固定部材は、上記突出部において確実に上記プリント配線板との熱的な接触を確保し、該プリント配線板を介した上記温度検出部品との熱的な接触を確保することができる。また、上記固定部材を上記温度検出部品に直接接触させる必要がないため、温度検出部品に物理的な負荷をかけるおそれもない。
【００１６】
また、上記突出部は、上記ヒートシンクと上記発熱部品との積層方向から見たとき、上記発熱部品と重なる位置に形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、発熱部品と、プリント配線板に実装された温度検出部品との間の伝熱距離を短くすることができる。これにより、温度検出部品による発熱部品の温度検出の過渡応答性を一層高めることができる。
【００１７】
また、上記固定部材と上記プリント配線板とは、上記突出部において互いに固定されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記突出部における上記固定部材と上記プリント配線板との間の接触圧を得やすいため、接触部における熱抵抗を小さくすることができ、両者間の熱伝達を効率的に行うことができる。その結果、上記温度検出部品による発熱部品の温度検出の過渡応答性をより一層高めることができる。
【００１８】
また、上記固定部材と上記温度検出部品とは、上記プリント配線板に形成された導体パターンを介して熱的に接続されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記固定部材と上記温度検出部品との間の伝熱効率を容易に高めることができる。また、上記導体パターンは、上記プリント配線板に形成する他の導体配線パターンと共に形成することが可能であり、上記導体パターンを形成するためだけの工数を必要としないため、生産性の観点においても有利である。
【００１９】
また、上記温度検出部品は、上記プリント配線板における上記固定部材と対向する側の面に搭載されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記温度検出部品と上記固定部材との間の伝熱距離を短くして、上記温度検出部品による発熱部品の温度検出の過渡応答性をより一層高めることができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例に係る電子回路装置につき、図１、図２を用いて説明する。
本例の電子回路装置１は、通電によって発熱する発熱部品２と、発熱部品２と熱的に接触したヒートシンク３と、発熱部品２の温度を検出する温度検出部品４１を実装してなるプリント配線板４と、発熱部品２をヒートシンク３との間に挟持するように固定する固定部材５とを有する。
固定部材５は、熱伝導性を有すると共に、発熱部品２及び温度検出部品４１に対して熱的に接触している。
【００２１】
本例の電子回路装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置である。そして、発熱部品２は、被制御電流の通電、非通電を切り替えるスイッチング素子としての半導体素子である。また、温度検出部品４１は、温度によって電気的抵抗値が変化するサーミスタ素子である。また、プリント配線板４は、樹脂基板に導体配線パターンが形成されたものからなる。
【００２２】
ヒートシンク３は、電子回路装置１の筐体でもあり、その上面３１から複数のボス３２１、３２２が突出している。そして、図１に示すごとく、ヒートシンク３の上面３１に、複数の発熱部品２が搭載されている。発熱部品２とヒートシンク３の上面３１との間には、必要に応じて熱伝導性を有する絶縁部材や弾性部材を介在させる。
ヒートシンク３は、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなる。
【００２３】
また、固定部材５も、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属板であり、ヒートシンク３に設けられた一部のボス３２２に、ネジ３３２によって締結固定されている。そして、固定部材５は、発熱部品２におけるヒートシンク３と反対側の面に接触するとともに、発熱部品２をヒートシンク３へ向かって押圧している。これにより、発熱部品２は、ヒートシンク３と固定部材５との双方に圧接された状態となる。なお、発熱部品２と固定部材５との間にも、必要に応じて熱伝導性を有する絶縁部材や弾性部材を介在させる。
【００２４】
プリント配線板４は、ヒートシンク３に設けられた他の一部のボス３２１に、ネジ３３１によって締結固定されている。プリント配線板４は、ヒートシンク３の上面３１及び固定部材５と略平行に、固定部材５の上方（ヒートシンク３と反対側）に配置されている。
固定部材５は、プリント配線板４に向かって突出した突出部５１を有し、突出部５１においてプリント配線板４と熱的に接触している。
【００２５】
図２に示すごとく、突出部５１は、ヒートシンク３と発熱部品２との積層方向から見たとき、発熱部品２と重なる位置に形成されている。すなわち、突出部５１は、発熱部品２の直上となる位置に配置されている。
そして、図１に示すごとく、固定部材５とプリント配線板４とは、突出部５１において互いに固定されている。具体的には、ネジ３３３によって、突出部５１とプリント配線板４とが締結固定されている。
【００２６】
固定部材５と温度検出部品４１とは、プリント配線板４に形成された導体パターン４２を介して熱的に接続されている。導体パターン４２は、プリント配線板４の下面（ヒートシンク３側の面）に形成されている。そして、導体パターン４２に突出部５１が当接した状態で、プリント配線板４と固定部材５とが互いに固定されている。
導体パターン４２は、例えば銅、ニッケル、金、あるいはこれらの積層体によって構成することができる。
【００２７】
プリント配線板４には、半導体素子である発熱部品２のスイッチング等を制御する制御回路４３や、温度検出部品４１の抵抗変化を基に発熱部品２の温度の検出を行う温度検出回路（図示略）が形成されている。
導体パターン４２は、これらの回路の配線を構成する導体配線パターンと同様の材料にて、これらと共に、プリント配線板４の下面に形成される。
【００２８】
そして、導体パターン４２には、温度検出部品４１の一方の端子４１１が接続されている。これにより、導体パターン４２は、固定部材５の突出部５１と温度検出部品４１とを熱的に接続している。また、本例においては、温度検出部品４１の本体部４１０の表面を、導体パターン４２に密着させている。
【００２９】
また、温度検出部品４１は、プリント配線板４における固定部材５と対向する側の面（下面）に搭載されている。図１、図２に示すごとく、温度検出部品４１も、発熱部品２の直上となる位置に配置されている。すなわち、温度検出部品４１も、上記突出部５１と同様、ヒートシンク３と発熱部品２との積層方向から見たとき、発熱部品２と重なる位置に形成されている。
【００３０】
また、図１に示すごとく、温度検出部品４１の他方の端子４１２は、固定部材５の突出部５１と接触した導体パターン４２から独立した状態でプリント配線板４に形成された他の導体パターン４２０と接続されている。該導体パターン４２０は、上記温度検出回路に接続されている。
【００３１】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電子回路装置１においては、発熱部品２を固定する固定部材５が、熱伝導性を有すると共に、発熱部品２及び温度検出部品４１に対して熱的に接触している。それゆえ、発熱部品２の熱は、図１の破線矢印Ｈに示すごとく、固定部材５を介して温度検出部品４１に伝熱することとなる。ここで、固定部材５は、発熱部品２を固定するための部材であるため、ヒートシンク３のように熱容量を大きくする必要はなく、充分に熱容量を小さくすることができる。すなわち、固定部材５は、ヒートシンク３に比べて、図１に示すごとく厚みを充分に小さくすることができるし、図２に示すごとく主面の面積も充分に小さくすることができ、その体積を充分に小さくすることができる。
【００３２】
そのため、発熱部品２の温度上昇に対する、固定部材５の温度上昇の遅れを抑制することができ、発熱部品２の急激な温度上昇に対しても、温度検出部品４１による温度検出が遅れにくい。すなわち、温度検出の過渡応答性を向上させることができる。
これに伴い、電子回路装置１の熱設計においても、温度検出の遅れを考慮した温度的なマージンを小さく見積もって設計することができ、装置の小型化を容易にすることができる。
【００３３】
また、固定部材５は突出部５１を有し、突出部５１においてプリント配線板４と熱的に接触している。そのため、固定部材５は、突出部５１において確実にプリント配線板４との熱的な接触を確保し、該プリント配線板４を介した温度検出部品４１との熱的な接触を確保することができる。また、固定部材５を上記温度検出部品４１に直接接触させる必要がないため、温度検出部品４１に物理的な負荷をかけるおそれもない。
【００３４】
また、突出部５１は、ヒートシンク３と発熱部品２との積層方向から見たとき、発熱部品２と重なる位置に形成されている。そのため、発熱部品２と、プリント配線板４に実装された温度検出部品４１との間の伝熱距離を短くすることができる（図１の破線矢印Ｈ参照）。これにより、温度検出部品４１による発熱部品２の温度検出の過渡応答性を一層高めることができる。
【００３５】
また、固定部材５とプリント配線板４とは、突出部５１において互いに固定されている。これにより、突出部５１における固定部材５とプリント配線板との間の接触圧を得やすいため、接触部における熱抵抗を小さくすることができ、両者間の熱伝達を効率的に行うことができる。その結果、温度検出部品４１による発熱部品２の温度検出の過渡応答性をより一層高めることができる。
【００３６】
また、固定部材５と温度検出部品４１とは、プリント配線板４に形成された導体パターン４２を介して熱的に接続されている。そのため、固定部材５と温度検出部品４１との間の伝熱効率を容易に高めることができる。また、導体パターン４２は、プリント配線板４に形成する他の導体配線パターンと共に形成することが可能であり、導体パターン４２を形成するためだけの工数を必要としないため、生産性の観点においても有利である。
【００３７】
また、温度検出部品４１は、プリント配線板４における固定部材５と対向する側の面に搭載されている。そのため、温度検出部品４１と固定部材５との間の伝熱距離を短くして、温度検出部品４１による発熱部品２の温度検出の過渡応答性をより一層高めることができる。
また、温度検出部品４１の本体部４１０の表面を導体パターン４２に密着させることにより、温度検出の過渡応答性をより一層高めることができる。
【００３８】
以上のごとく、本例によれば、発熱部品の温度検出の過渡応答性に優れた電子回路装置を提供することができる。
【００３９】
（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、固定部材５の突出部５１をヒートシンク３のボス３２１の直上に配置すると共に、ボス３２１において固定部材５とプリント配線板４とをヒートシンク３に固定した例である。
この場合、固定部材５は、突出部５１において上下方向に貫通した貫通孔を形成してなる。ネジ３３１を、プリント配線板４に形成された貫通孔と固定部材５に形成された貫通孔とに挿通させると共に、ヒートシンク３のボス３２１に形成された雌ネジに螺合することにより、プリント配線板４と固定部材５とを、突出部５１において互いに接触しつつヒートシンク３に固定している。
その他は、実施例１と同様である。
【００４０】
本例の場合には、固定部材５とプリント配線板４との固定を、プリント配線板４とヒートシンク３との固定に用いる固定手段（ネジ３３１やプリント配線板４にネジ３３１を挿通する貫通孔）によって行うことができる。そのため、部品点数の低減（実施例１におけるネジ３３３の削減）や、製造工数の低減を実現することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４１】
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、固定部材５の突出部５１をプリント配線板４に貫通させた例である。
すなわち、突出部５１を、プリント配線板４に設けた貫通孔４４に挿通してプリント配線板４を貫通させる。そして、プリント配線板４の上面（固定部材５と反対側の面）から、突出部５１をプリント配線板４にはんだ付けすることによって固定する。
【００４２】
なお、上記貫通孔４４の上下面及び内壁に導体膜が形成され、該導体膜が、プリント配線板４の下面に形成された導体パターン４２と接続されている。これにより、導体膜及び導体パターン４２を介して、固定部材５の突出部５１が温度検出部品４１と熱的に接続される。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、固定部材５を温度検出部品４１に接触させた例である。
すなわち、固定部材５と温度検出部品４１とを、プリント配線板４を介することなく接触させている。ここで、固定部材５と温度検出部品４１との間に熱伝導性を有する絶縁部材や弾性部材を介在させてもよい。
また、本例においては、固定部材５に、プリント配線板４に接触させる突出部５１（図１〜図４参照）を設けていない。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合には、固定部材５を直接温度検出部品４１に接触させることができるため、発熱部品２と温度検出部品４１との間の伝熱距離を大きく短縮することができる（図５の破線矢印Ｈ参照）。その結果、発熱部品２の温度検出の過渡応答性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
上記実施例１〜４においては、温度検出部品４１をプリント配線板４の下面（ヒートシンク３側）に配置した例を示したが、少なくとも実施例１〜３の構成においては、温度検出部品４１を上面に配置することもできる。
また、本発明は、電力変換装置に限らず、発熱部品を備えた種々の電子回路装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  電子回路装置
２  発熱部品
３  ヒートシンク
４  プリント配線板
４１  温度検出部品
５  固定部材
【図１】
2011216806.tif 000003
【図２】
2011216806.tif 000004
【図３】
2011216806.tif 000005
【図４】
2011216806.tif 000006
【図５】
2011216806.tif 000007
【図６】
2011216806.tif 000008