(57)【要約】【課題】発熱素子が接続された回路基板をブラケットにより取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させる。【解決手段】通電により発熱する回路素子９のチップ９１を回路基板３の接続面である裏面３３から離間させて、金属製のブラケット１の基部１１の回路基板３が取り付けられた基板取付面１３とは反対側の露出面１９に固定する。回路素子９の端子９３を半田付けＳにより回路基板３の裏面３３の導電パターンに接合する、回路基板３の端子孔３５の箇所を、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１を通じて基部１１の露出面１９側に露出する露出領域Ｅに配置し、基部１１の露出面１９側から溶融半田を吹き付ける。その際に、基部１１の貫通孔２１がマスクとなって、溶融半田が、回路基板３の裏面３３の他の回路素子７が接続されていない露出領域Ｅの範囲内に限定して吹き付けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱素子（９）が接続された回路基板（３）と、
前記回路基板（３）が取り付けられ、かつ、該回路基板（３）の前記発熱素子（９）の素子本体（９１）が直接固定された金属製のブラケット（１）と、
を備える発熱素子（９）の放熱ユニット。
【請求項２】
前記ブラケット（１）は、前記回路基板（３）と平行に配置された基部（１１）を有し、
前記発熱素子（９）は端子（９３）を有し、
前記端子（９３）は、前記基部（１１）に対向する前記回路基板（３）の対向面（３３）と半田付け（Ｓ）により接合されている請求項１記載の発熱素子（９）の放熱ユニット。
【請求項３】
前記基部（１１）を介して前記対向面（３３）における前記端子（９３）の接合箇所（３５）を露出させる開口（２１）が前記基部（１１）に形成されている請求項２記載の発熱素子（９）の放熱ユニット。
【請求項４】
前記回路基板（３）に接続された前記発熱素子（９）を除く回路素子（７）が、前記対向面（３３）における前記開口（２１）により前記基部（１１）を介して露出される領域（Ｅ）を除く領域に配置されている請求項３記載の発熱素子（９）の放熱ユニット。
【請求項５】
請求項３又は４に記載した発熱素子（９）の放熱ユニットの製造方法であって、
通電により発熱する発熱素子（９）の素子本体（９１）を金属製のブラケット（１）の基部（１１）に固定する素子固定工程（Ｓ１）と、
前記基部（１１）に前記素子本体（９１）が固定された前記ブラケット（１）に、前記発熱素子（９）を接続する回路基板（３）を取り付けて、前記回路基板（３）の前記基部（１１）に形成された開口（２１）に臨む箇所（３５）に前記発熱素子（９）の端子（９３）を挿通する基板取付工程（Ｓ３）と、
前記回路基板（３）の前記箇所（３５）に挿通された前記端子（９３）に前記開口（２１）を通じて溶融半田を付着させるフロー半田付け工程（Ｓ５）と、
を含む発熱素子（９）の放熱ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に接続された発熱素子の放熱ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ジャンクションボックス（電気接続箱）のように、発熱する素子を接続した基板を筐体に収容して取付対象に固定する際に、基板を金属製の取付用ブラケットに当接させて、基板を介して取付用ブラケットの当接面とは反対側の面から発熱素子の熱を放熱する構造が、従来から知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９１７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の提案に係る放熱構造では、発熱素子から取付用ブラケットへの放熱経路に基板が介在することから、基板がネックとなって放熱性が下がらないようにする工夫が必要となる。特に、例えば半導体パワーデバイス等の半導体素子を正常な動作の確保のために冷却する場合には、その必要性が顕著となる。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、発熱素子が接続された回路基板をブラケットにより取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による発熱素子の放熱ユニットは、
通電により発熱する発熱素子が接続された回路基板と、
前記回路基板が取り付けられ、かつ、該回路基板の前記発熱素子の素子本体が直接固定された金属製のブラケットと、
を備える。
【０００７】
また、本発明の第２の態様による発熱素子の放熱ユニットの製造方法は、
本発明の第１の態様による発熱素子の放熱ユニットにおいて、
前記ブラケットは、前記回路基板と平行に配置された基部を有し、
前記発熱素子は端子を有し、
前記端子は、前記基部に対向する前記回路基板の対向面と半田付けにより接合されていて、
前記基部を介して前記対向面における前記端子の接合箇所を露出させる開口が前記基部に形成されている場合に、
通電により発熱する発熱素子の素子本体を金属製のブラケットの基部に固定する素子固定工程と、
前記基部に前記素子本体が固定された前記ブラケットに、前記発熱素子を接続する回路基板を取り付けて、前記回路基板の前記基部に形成された開口に臨む箇所に前記発熱素子の端子を挿通する基板取付工程と、
前記回路基板の前記箇所に挿通された前記端子に前記開口を通じて溶融半田を付着させるフロー半田付け工程と、
を含む製造方法で製造する、というものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発熱素子が接続された回路基板をブラケットにより取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットを示す断面図である。
【図２】図１の放熱ユニットの製造手順を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は図２の手順で図１の放熱ユニットを製造する際の各工程における放熱ユニットの状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットについて、図１乃至図３を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１実施形態に係る発熱素子の放熱ユニットを示す断面図である。図１に示す本実施形態の放熱ユニットは、ブラケット１と、ブラケット１に取り付けられた回路基板３と、回路基板３に接続された回路素子５，７，９とを備えている。
【００１２】
ブラケット１は、回路基板３を取付対象（図示せず）に取り付けるための金属製の金具であり、回路基板３が取り付けられる基部１１と、基部１１の基板取付面１３の一端から立設されて不図示の取付対象に取り付けられる取付部１５とを有している。
【００１３】
基部１１の基板取付面１３は、回路基板３を取付可能な大きさの矩形を呈しており、基板取付面１３の四隅には取付用ボス１７がそれぞれ立設されている（断面図である図１では、取付用ボス１７を２つだけ図示している）。
【００１４】
基部１１の四隅の取付用ボス１７の内側の箇所には、基板取付面１３から反対側の露出面１９にかけて基部１１を貫通する貫通孔２１（請求項中の開口に相当）が形成されている。
【００１５】
回路基板３は、セラミックやエポキシ樹脂等の絶縁部材で矩形状に形成されている。回路基板３の四隅は、表面３１から裏面３３（請求項中の対向面に相当）に向けて挿通された取付用ねじ２３によって、ブラケット１の基部１１の取付用ボス１７に取り付けられている。基部１１に取り付けられた回路基板３の裏面３３は、取付用ボス１７の高さだけ基板取付面１３から離間して基部１１と平行に配置される。
【００１６】
回路素子５は、回路基板３の表面３１に接続されており、回路素子７，９は、回路基板３の裏面３３に接続されている。
【００１７】
このうち、回路基板３の裏面３３に接続されている回路素子９（請求項中の発熱素子に相当）は、チップ９１（請求項中の素子本体に相当）が通電により高熱を発するＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体スイッチング素子である。
【００１８】
この回路素子９は、回路素子５，７よりも長尺の端子９３を有している。この端子９３の先端は、回路基板３の裏面３３のうち、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１を通じて基部１１の露出面１９側に露出する露出領域Ｅ（請求項中の対向面における開口により基部を介して露出される領域に相当）に開口する端子孔３５（請求項中の接合箇所、回路基板の基部に形成された開口に臨む箇所に相当）に挿通されている。そして、回路素子９の端子９３は、回路基板３の裏面３３の導電パターン（図示せず）に半田付けＳにより接合されている。
【００１９】
なお、回路基板３の裏面３３の露出領域Ｅには、裏面３３に接続された他の回路素子７は一切配置されていない。
【００２０】
また、回路素子９のチップ９１は、回路素子９と一緒に回路基板３の裏面３３に接続された他の回路素子７よりも、回路基板３から離間した箇所に配置されている。そして、チップ９１は、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１を通って基部１１の露出面１９側に突出した端子９３のＬ字型の折曲部９５を経た先に、露出面１９に当接するように配置され、固定ねじ２５によって基部１１に固定されている。
【００２１】
このように、本実施形態の放熱ユニットによれば、通電により発熱する回路素子９のチップ９１を回路基板３の接続面である裏面３３から離間させて、金属製のブラケット１の基部１１の回路基板３が取り付けられた基板取付面１３とは反対側の露出面１９に固定する構成とした。
【００２２】
このため、金属製のブラケット１の基部１１を放熱部材として利用することができる。しかも、回路基板３が取り付けられる基部１１の基板取付面１３よりも反対側の露出面１９の方が、周辺雰囲気への露出面積が大きく、かつ、雰囲気の対流が起こりやすい平坦な構造であることから、露出面１９に回路素子９の発熱源であるチップ９１を固定することで、チップ９１の発熱をブラケット１の基部１１から効率よく放熱させることができる。
【００２３】
また、高電圧の電力が通電されるパワー半導体スイッチング素子である回路素子９の端子９３と、金属製のブラケット１の基部１１との間に、貫通孔２１によって大きい絶縁距離を確保することができる。このため、貫通孔２１の径を調整することで、回路素子９とブラケット１の基部１１との間で放電等によるデッドショートが起きにくい構成を、容易に実現することができる。
【００２４】
さらに、回路素子９の端子９３を半田付けＳにより回路基板３の裏面３３の導電パターンに接合する箇所（回路基板３の端子孔３５の箇所）が、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１を通じて基部１１の露出面１９側に露出する露出領域Ｅに配置されるので、端子９３の半田付けＳの作業を、例えばフロー炉（図示せず）内での、端子孔３５に先端が挿入された端子９３に対する溶融半田の付着により、インライン上で行うことができる。
【００２５】
このとき、フロー炉においては、ブラケット１の基部１１の露出面１９側から溶融半田の吹き付けを行う。その際に、基部１１の貫通孔２１がマスクとなって、溶融半田が、回路基板３の裏面３３のうち、基部１１の貫通孔２１を通じて露出面１９側に露出する露出領域Ｅの範囲内に限定して吹き付けられる。
【００２６】
一方、回路素子９と共に回路基板３の裏面３３に接続された回路素子７（請求項中の回路基板に接続された発熱素子を除く回路素子に相当）は、裏面３３の露出領域Ｅには一切配置されていない。
【００２７】
このため、フロー炉内で吹き付けにより溶融半田を、端子孔３５に先端が挿入された端子９３に付着させる際に、裏面３３に接続された他の回路素子７に溶融半田が付着することはない。
【００２８】
したがって、溶融半田の付着により回路素子７に不具合を生じさせるのを回避するために、フロー炉を用いたインラインでの半田付け作業を断念して手作業による半田付け作業を行う必要もない。
【００２９】
よって、本実施形態の放熱ユニットのような構成を採用することで、高い生産性を維持しつつ、回路素子９が接続された回路基板３をブラケット１により取付対象に取り付ける際の放熱効率を向上させることができる。
【００３０】
さらに、端子孔３５に先端が挿入された端子９３のフロー炉による半田付け作業を、回路素子５，７の半田付けを終えた回路基板３をブラケット１の基部１１によって下から支持した状態で行うので、回路基板３をフロー炉に安定した状態で配置することができ、フロー炉における回路素子９の端子９３の半田付け作業を精度良く行うことができる。
【００３１】
次に、本実施形態の放熱ユニットの製造方法について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３２】
図２は放熱ユニットの製造手順を示すフローチャートである。図１に示す本実施形態の放熱ユニットは、図２に示す素子固定工程（ステップＳ１）、基板取付工程（ステップＳ３）及びフロー半田付け工程（ステップＳ５）を含んだ製造手順によって製造することができる。
【００３３】
このうち、ステップＳ１の素子固定工程では、図３（ａ）の断面図に示すように、回路素子９の折曲部９５からＬ字型に折り曲げた端子９３の先端側を、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１に露出面１９側から挿入し、回路素子９のチップ９１を露出面１９に当接させて、貫通孔２１に挿入した端子９３を貫通孔２１の中心に位置させる。そして、固定ねじ２５によってチップ９１を基部１１に固定する。
【００３４】
次に、ステップＳ３の基板取付工程では、図３（ｂ）の断面図に示すように、回路素子５，７を表面３１及び裏面３３に接続して半田付けを済ませた回路基板３の端子孔３５に、回路素子９の端子９３を裏面３３側から挿入させつつ、回路基板３の裏面３３の四隅をブラケット１の基部１１の四隅の取付用ボス１７にそれぞれ載置して、取付ねじ２３により回路基板３の四隅を取付用ボス１７に取り付ける。
【００３５】
この状態で、回路基板３の裏面３３のうち、ブラケット１の基部１１の貫通孔２１を通じて基部１１の露出面１９側に露出する露出領域Ｅには、端子孔３５が存在するのみで、裏面３３に接続された回路素子７は、露出領域Ｅに一切配置されていない。
【００３６】
続いて、ステップＳ５のフロー半田付け工程では、図３（ｃ）の断面図に示すように、基板取付工程後のブラケット１を不図示のフロー炉に投入し、基部１１の貫通孔２１が通過するタイミングに合わせて露出面１９側から溶融半田を吹き付けさせる。
【００３７】
このとき、吹き付けた溶融半田が仮に基部１１の貫通孔２１を外れても、貫通孔２１の周縁の露出面１９に溶融半田が付着するだけで、回路基板３の裏面３３の露出領域Ｅを外れた周辺の領域に接続された回路素子７に溶融半田が付着することはない。
【００３８】
そして、裏面３３の露出領域Ｅに吹き付けられた溶融半田は、端子孔３５に先端が挿入された回路素子９の端子９３に付着し、冷却により固化する。これにより、裏面３３の不図示の導電パターンに端子９３が接合されて、図１に示す放熱ユニットが完成する。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、通電により発熱する回路素子９のチップ９１をブラケット１の基部１１の露出面１９に固定したが、図４の断面図に示す第２実施形態の放熱ユニットのように、回路素子９のチップ９１をブラケット１の基部１１の基板取付面１３に固定してもよい。
【００４０】
その場合は、チップ９１と回路基板３の裏面３３との間隔を確保するために、基部１１の取付用ボス１７の高さを増やす。これにより、放熱ユニットとしての大きさは第１実施形態よりも増えるが、回路素子９のチップ９１を回路基板３や回路基板３に接続された他の回路素子５，７と共に、基部１１の基板取付面１３側に配置して、電気的なストレスや物理的な外力等から回路素子９のチップ９１を保護しやすい構造とすることができる。
【００４１】
一方、第１実施形態の放熱ユニットでは、チップ９１をブラケット１の基部１１の露出面１９に固定することで、基部１１の肉厚分だけ回路基板３を基部１１に近付けて配置することができ、放熱ユニットとしての大きさをコンパクト化することができる。
【００４２】
なお、第１及び第２実施形態の放熱ユニットにおいて、ブラケット１の基部１１の基板取付面１３側には、必要に応じて、四隅の取付用ボス１７やこれに取り付けられた回路基板３、及び、回路基板３の表面３１や裏面３３に接続された回路素子５，７を覆うカバー（図示せず）を取り付けることができる。
【００４３】
また、本発明は、ブラケットに取り付けられた回路基板に通電により発熱する発熱素子が接続されている場合の放熱ユニットに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ブラケットに取り付けられた回路基板の通電により発熱する発熱素子の放熱ユニットにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  ブラケット
３  回路基板
５  回路素子
７  回路素子（回路基板に接続された発熱素子を除く回路素子）
９  回路素子（発熱素子）
１１  基部
１３  基板取付面
１５  取付部
１７  取付用ボス
１９  露出面
２１  貫通孔（開口）
３１  表面
３３  裏面（対向面）
３５  端子孔（接合箇所、回路基板の基部に形成された開口に臨む箇所）
９１  チップ（素子本体）
９３  端子
９５  折曲部
Ｅ  露出領域（対向面における開口により基部を介して露出される領域）
Ｓ  半田付け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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