(57)【要約】【課題】配線基板の寸法および複雑化を抑制できる放熱構造体を提供する。【解決手段】放熱構造体ＨＳは、一方の主面２ａがメインヒートシンク４に粘着して配線基板３の放熱を行う板状のサブヒートシンク２と、サブヒートシンク２に固定されたスペーサ２２とを有し、サブヒートシンク２の他方の主面２ｂが配線基板３に対向し、スペーサ２２を介して配線基板３に取り付けられ、スペーサ２２にねじ孔２２ａが貫通して形成され、配線基板３に設けた挿通孔３２ａに挿通された第１ねじ体３２がスペーサ２２のねじ孔２２ａに螺合することによって、サブヒートシンク２が配線基板３に取り付けられ、スペーサ２２のねじ孔２２ａがサブヒートシンク２の一方の主面２ａに露出している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面がメインヒートシンクに粘着して配線基板の放熱を行う板状のサブヒートシンクと、前記サブヒートシンクに固定されたスペーサとを有し、前記サブヒートシンクの他方の主面が前記配線基板に対向し、前記スペーサを介して前記配線基板に取り付けられる放熱構造体であって、
前記スペーサにねじ孔が貫通して形成され、
前記配線基板に設けた挿通孔に挿通された第１ねじ体が前記スペーサの前記ねじ孔に螺合することによって、前記サブヒートシンクが前記配線基板に取り付けられ、
前記スペーサの前記ねじ孔が前記サブヒートシンクの前記一方の主面に露出している、
放熱構造体。
【請求項２】
請求項１において、
前記サブヒートシンクは、リード線が前記配線基板上の配線パターンにはんだ付けされて取り付けられた電子部品を取り付ける放熱性の留め具を備えている、
放熱構造体。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記サブヒートシンクを前記メインヒートシンクにねじ連結する第２ねじ体の頭部に対向する位置で前記配線基板に工具挿通孔が形成されており、前記工具挿通孔に挿通された工具の前記第２ねじ体へのアクセスが可能である、
放熱構造体。
【請求項４】
請求項１または２に記載の放熱構造体を前記メインヒートシンクから取り外す方法であって、
前記第１ねじ体を前記配線基板および前記スペーサから抜き出し、前記スペーサよりも長い取外し用ねじ体を前記配線基板の前記挿通孔から挿通して前記スペーサの前記ねじ孔にねじ込むことによって、前記取外し用ねじ体の先端部により前記メインヒートシンクに押圧力を加えて、粘着力に抗して前記サブヒートシンクを前記メインヒートシンクから離脱させる、
放熱構造体の取外し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクと、配線基板に該ヒートシンクを取り付けるスペーサとを含み、配線基板の放熱を行う放熱構造体および放熱構造体の取外し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配線基板上に存在する電子部品で生じた熱等を含む配線基板で生じた熱を放熱するために、例えばスペーサを介して、ヒートシンクを配線基板に取り付ける手法がとられてきている。この手法では、複数の配線基板が並置される場合には、各配線基板にスペーサを介してサブヒートシンクが取り付けられる一方で、各サブヒートシンクを、例えば放熱グリース等の伝熱物質を介在させて、共通の大きいメインヒートシンクに取り付けることで放熱面積を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の放熱構造では、分解の際に、スペーサを介してサブヒートシンクが取り付けられた配線基板をメインヒートシンクから離れる方向へ引っ張ることにより、サブヒートシンクがメインヒートシンクから離脱され、配線基板をサブヒートシンクとともに取り外すことができる。しかし、サブヒートシンクとメインヒートシンクとの間の放熱グリースは高い粘度を有するため、スペーサを介したサブヒートシンクの配線基板に対する取付け強度が低いとサブヒートシンクはメインヒートシンクから離れず配線基板から外れてしまい、配線基板や、配線基板とサブヒートシンクとの双方にまたがる電子部品を破損させてしまう可能性がある。そこで、前記取り付け強度を確保するために、スペーサの数を増加させる方法が採用される。しかし、スペーサの数が増加すると、配線基板上に増加分のスペーサを取り付けるためのスペースおよびその周囲の絶縁スペースが必要となり、配線基板の寸法が増大する。また、上記スペース確保のために例えば配線パターンを引き回さねばならなくなるなど、配線基板の構成が複雑化する。なお、特許文献１では、サブヒートシンクとメインヒートシンクとは使用されていないが、パワー素子にヒートシンクを取り付けた技術が開示されている。
【０００５】
そこで、本発明は、配線基板の寸法の増大および複雑化を抑制することが可能な放熱構造体および放熱構造体の取外し方法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】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る放熱構造体は、一方の主面がメインヒートシンクに粘着して配線基板の放熱を行う板状のサブヒートシンクと、前記サブヒートシンクに固定されたスペーサとを有し、前記サブヒートシンクの他方の主面が前記配線基板に対向し、前記スペーサを介して前記配線基板に取り付けられる放熱構造体であって、前記スペーサにねじ孔が貫通して形成され、前記配線基板に設けた挿通孔に挿通された第１ねじ体が前記スペーサの前記ねじ孔に螺合することによって、前記サブヒートシンクが前記配線基板に取り付けられ、前記スペーサの前記ねじ孔が前記サブヒートシンクの前記一方の主面に露出している。
【０００７】
この構成によれば、スペーサのねじ孔がサブヒートシンクの一方の主面に露出しているので、例えば、スペーサよりも長い取外し用ねじ体を配線基板の挿通孔から挿通してスペーサのねじ孔にねじ込むことによって、取外し用ねじ体の先端部によりメインヒートシンクに押圧力を加えて、粘着力に抗してサブヒートシンクをメインヒートシンクから離脱させる。これにより、配線基板をメインヒートシンクから離れる方向へ引っ張ることによってサブヒートシンクをメインヒートシンクから離脱させる引っ張り作業が必要ないことから、引っ張りによってサブヒートシンクが配線基板から外れることがなくなる。したがって、サブヒートシンクの配線基板に対する取付け強度は問題とならないため、配線基板とサブヒートシンクとの間のスペーサの数を増大させる必要がない。よって、配線基板の寸法の増大を抑制することができ、配線基板の構成が複雑となることも回避できる。
【０００８】
本発明に係る放熱構造体の取外し方法は、放熱構造体を前記メインヒートシンクから取り外す方法であって、前記第１ねじ体を前記配線基板および前記スペーサから抜き出し、前記スペーサよりも長い取外し用ねじ体を前記配線基板の前記挿通孔から挿通して前記スペーサの前記ねじ孔にねじ込むことによって、前記取外し用ねじ体の先端部により前記メインヒートシンクに押圧力を加えて、粘着力に抗して前記サブヒートシンクを前記メインヒートシンクから離脱させる。
【０００９】
この放熱構造体の取外し方法によれば、取外し用ねじ体をスペーサのねじ孔にねじ込むことによって、サブヒートシンクをメインヒートシンクから容易に離脱させることができる。
【００１０】
前記サブヒートシンクは、リード線が前記配線基板上の配線パターンにはんだ付けされて取り付けられた前記電子部品を取り付ける放熱性の留め具を備えることが好ましい。この構成により、サブヒートシンクからメインヒートシンクに向けて電子部品で発生した熱が伝搬して放熱され、加えて留め具自体でも放熱されるため、電子部品の放熱効率が向上する。また、サブヒートシンクをメインヒートシンクから離脱させる際に、サブヒートシンクが配線基板から外れることがないため、配線基板とサブヒートシンクとの双方にまたがる電子部品を破損することがない。
【００１１】
前記サブヒートシンクを前記メインヒートシンクにねじ連結する第２ねじ体の頭部に対向する位置で前記配線基板に工具挿通孔が形成されており、前記工具挿通孔に挿通された工具の前記第２ねじ体へのアクセスが可能であることが好ましい。第２ねじ体により、サブヒートシンクがメインヒートシンクから外れることがなくなるので、サブヒートシンクからメインヒートシンクへ確実に放熱できる。ここで、工具を工具挿通孔に挿通して第２ねじ体の頭部に係合させ、第２ねじ体を操作してその締め付けおよび弛緩を行うことができるので、サブヒートシンクを配線基板に取り付けた状態で、サブヒートシンクをメインヒートシンクに対して連結および連結解除することができるので、操作性がよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、配線基板の寸法の増大および複雑化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る放熱構造体が取り付けられた配線基板の斜視図である。
【図２】図１のII-II方向から見た側面図である。
【図３】（Ａ）は、放熱構造体のサブヒートシンクの部分斜視図、（Ｂ）は、図１のIII-III方向から見た背面図、（Ｃ）は、嵌合孔周辺の要部の縦断面図である。
【図４】図１のIV-IV方向から見た側面図である。
【図５】同実施形態に係る配線基板および放熱構造体の平面図である。
【図６】同実施形態に係る配線基板に取り付けられた放熱構造体のサブヒートシンクをメインヒートシンクから離脱させる様子を表す、図４に対応した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号は、同一または相当部分を示し、特段変更等の説明がない限り、適宜その説明を省略する。
【００１５】
図１に、本発明の一実施形態に係る放熱構造体ＨＳを備えた電気機器の一例である電源装置１を示す。放熱構造体ＨＳは、板状のサブヒートシンク２とスペーサ２２とを有し、配線基板３の下面に取り付けられている。サブヒートシンク２は、その下方の板状のメインヒートシンク４に取り付けられ、メインヒートシンク４に、サブヒートシンク２からの熱が伝導される。メインヒートシンク４は、平面寸法がサブヒートシンク２よりも大きく、メインヒートシンク４には、その長手方向Ｘに沿って、他の１つまたは複数の電源装置が並べて配置される。これにより、配線基板３および配線基板３上に配置された電子部品の熱がサブヒートシンク２およびメインヒートシンク４を介して周囲の雰囲気中に放熱される。ここで、放熱構造体ＨＳおよびサブヒートシンク２は、１つでもよい。
【００１６】
図２に示すように、配線基板３は、種々の電子回路部品３０を主にサブヒートシンク２と反対側の表面に有している。一方で、配線基板３は、ＦＥＴ（Field effect transistor）およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー素子である電子部品３３をサブヒートシンク２側の裏面に有している。なお、電子部品３３は、上記パワー素子以外の他の電子回路部品であってもよい。本実施形態では、一例として、２種類の電子部品３３Ａ、３３Ｂが各２個ずつ配線基板３の裏面に装着されている。電子部品３３Ａ、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｂは、配線基板３の長手方向Ｘ１に沿って並んで配列されている。本実施形態では、この長手方向Ｘ１は、メインヒートシンク４の長手方向Ｘに対して直交している。
【００１７】
本実施形態では、電子部品３３Ａ、３３Ｂは、ほぼ直方体形状の本体部３４Ａ、３４Ｂ（後述の図３参照）を有している。また、電子部品３３Ａは２本のリード線３５Ａを有し、電子部品３３Ｂは、３本のリード線３５Ｂを有し、それら各リード線３５Ａ、３５Ｂが配線基板３上の配線パターンにはんだ付けされて、電子部品３３Ａ、３３Ｂが配線基板３に取り付けられている。電子部品３３Ａ、３３Ｂの各リード線３５Ａ、３５Ｂは、途中でほぼ直角に折り曲げられ、電子部品３３Ａ、３３Ｂの本体部はその主面が配線基板３に対してほぼ平行となっている。
【００１８】
図１に示す配線基板３には、サブヒートシンク２と配線基板３との間に介在させるスペーサ２２をねじ止めするための挿通孔３２ａが設けられている。スペーサ２２が後述する方法でサブヒートシンク２に固定される一方、挿通孔３２ａに挿通された第１ねじ体３２をスペーサ２２のねじ孔２２ａ（後述の図３参照）に螺合させて締め付けることによって、サブヒートシンク２がスペーサ２２を介して配線基板３に取り付けられる。
【００１９】
図３（Ａ）に示すように、スペーサ２２は、例えば形状が円柱状であり、その軸方向に沿ってねじ孔２２ａが貫通して形成されている。なお、スペーサ２２の形状は、円柱状に限られず、角柱状、円錐台状、または角錐台状であっても良い。本実施形態では、スペーサ２２は１本であるが、複数本であっても良い。
【００２０】
サブヒートシンク２は、例えばアルミニウム製であり、下面となる一方の主面２ａが、例えばアルミニウム製であるメインヒートシンク４に対向している。より具体的には、例えばシリコングリース等である粘性を有する放熱グリース１１を介して、一方の主面２ａがメインヒートシンク４に粘着している。なお、放熱グリースは、サブヒートシンク２からメインヒートシンク４への放熱性向上のために使用され、シリコングリース以外にセラミックグリースやシルバーグリース等を使用できる。また、サブヒートシンク２は、上面となる他方の主面２ｂが配線基板３に対向し、かつ、図３（Ｂ）に示すスペーサ２２が固定されており、配線基板３に対して主面２ａ、２ｂがほぼ平行となるように、当該スペーサ２２を介して配線基板３に取り付けられる。スペーサ２２を介して、サブヒートシンク２からメインヒートシンク４に向けて配線基板３に発生した熱の一部が伝搬する。
【００２１】
サブヒートシンク２には、図３（Ｃ）に示すように貫通した嵌合孔２３が設けられており、この嵌合孔２３に、スペーサ２２の配線基板３と反対側の基端部が圧入状態で嵌合されている。前記基端部の外周にはローレット２２ｂが形成されており、圧入時にローレット２２ｂが嵌合孔２３の内周面に咬み込むことにより、スペーサ２２をサブヒートシンク２に対し相対回転しないで、かつサブヒートシンク２に対してスペーサ２２の軸方向に抜けないように固定している。この固定状態で、スペーサ２２のねじ孔２２ａがサブヒートシンク２の一方の主面２ａに露出している。より詳しくは、第１ねじ体３２の長さがスペーサ２２の長さより短く、第１ねじ体３２の先端部３２ｂがスペーサ２２のねじ孔２２ａ内部に留まっているので、ねじ孔２２ａは開口状態である。
【００２２】
サブヒートシンク２は、前記放熱グリース１１による粘着に加えて、図１に示すように第２ねじ体２１によってメインヒートシンク４に連結されている。これにより、サブヒートシンク２とメインヒートシンク４との結合が強固となるので、確実にサブヒートシンク２からメインヒートシンク４へ放熱できる。第２ねじ体２１によるねじ連結構造は一般的なものであり、図５に示すサブヒートシンク２に設けたねじ挿通孔２１ａに、第２ねじ体２１（図２）を挿通し、メインヒートシンク４に設けたねじ孔にねじ込む。配線基板３には、サブヒートシンク２をメインヒートシンク４にねじ連結する第２ねじ体２１（図２）の頭部に対向する位置に、工具挿通孔３１が形成されている。工具挿通孔３１により、第２ねじ体２１へのアクセスが可能となり、工具挿通孔３１に第２ねじ体２１を操作するためのドライバ等の工具を挿通して、第２ねじ体２１の頭部に係合させることで、第２ねじ体２１を回転操作できる。よって、サブヒートシンク２を配線基板３に取り付けた状態で、サブヒートシンク２をメインヒートシンク４に対して連結および連結解除することができるので、操作性がよい。
【００２３】
さらに、サブヒートシンク２は、図３（Ａ）に示す配線基板３に取り付けられた電子部品３３（３３Ａ、３３Ｂ）を取り付ける留め具２４（２４Ａ、２４Ｂ）を有している。留め具２４は、例えばステンレス製であり、高い放熱性および熱伝導性を有している。留め具２４は、ステンレス以外に、鉄、アルミ、銅などの熱伝導率が高い材料が用いられてもよい。また各留め具２４は、図３（Ａ）に示すように、例えば長手方向の断面がクランク形状をしており、サブヒートシンク２にねじ体２４１によってねじ止めされる。留め具２４Ａにより、電子部品３３Ａの本体部３４Ａがサブヒートシンク２に対して押圧されて固定され、留め具２４Ｂにより、電子部品３３Ｂの本体部３４Ｂがサブヒートシンク２に対して押圧されて固定される。
【００２４】
留め具２４による電子部品３３の本体部３４のサブヒートシンク２への押圧により、電子部品３３から発生した熱がサブヒートシンク２からメインヒートシンク４へと伝搬して放熱されるのに加えて、留め具２４自体でも放熱されるため、電子部品３３の放熱効率が向上する。ここで、配線基板３にはんだ付けされた電子部品３３を留め具２４によりサブヒートシンク２に固定しても、後で述べる様にサブヒートシンク２が配線基板３から外れることがないため、サブヒートシンク２をメインヒートシンク４から離脱させる際に、配線基板３とサブヒートシンク２との双方にまたがる電子部品３３を破損することがない。
【００２５】
留め具２４（２４Ａ、２４Ｂ）と電子部品３３（３３Ａ、３３Ｂ）の本体部３４（３４Ａ、３４Ｂ）との間には、例えばシリコン製の第１絶縁シート２５（２５Ａ、２５Ｂ）が巻きつけられていても良い。第１絶縁シート２５により、電子部品３３と金属製留め具２４との間、および電子部品３３とサブヒートシンク２との間が電気絶縁される。さらに、第１絶縁シート２５は熱伝導性を有しているので、電子部品３３で発生した熱の留め具２４およびサブヒートシンク２への熱伝搬が妨げられない。
【００２６】
図４に示すように、サブヒートシンク２と配線基板３との間には、ポリカーボネートのような樹脂製の第２絶縁シート２６が介在していてもよい。第２絶縁シート２６は、図３（Ｂ）等では実線で示されているが、図３（Ａ）では、見易さの面から、破線で表されている。配線基板３のサブヒートシンク２側の裏面には、配線基板３の配線パターンにはんだ付けされた電子回路部品３０のリード線等が突出しているため、第２絶縁シート２６により、電子部品３３と配線基板３との間、すなわち電子部品３３と配線基板３に含まれる電子回路部品３０のリード線等との間を電気絶縁できるので、好適である。第２絶縁シート２６は、サブヒートシンク２と配線基板３との間に存在しているので、第２絶縁シート２６には、図３（Ａ）に破線の楕円で示すスペーサ２２を挿通させるための貫通孔２６ａが設けられている。
【００２７】
図５に矩形の破線で示すように、４つの電子部品３３Ａ、３３Ｂがサブヒートシンク２の長手方向Ｘ１に沿って並んで留め具２４Ａ、２４Ｂにより留められたサブヒートシンク２は、配線基板３の下側に位置する。
【００２８】
次に、放熱構造体を前記メインヒートシンクから取り外す方法について説明する。まず、図１に示す工具挿通孔３１から工具を挿入して第２ねじ体２１を取外し、サブヒートシンク２とメインヒートシンク４とのねじ連結を解除する。続いて、第１ねじ体３２を緩めて配線基板３およびスペーサ２２から抜き取る。次に、スペーサ２２および第１ねじ体３２よりも長い取外し用ねじ体４０を配線基板３の挿通孔３２ａから挿通して、スペーサ２２のねじ孔２２ａにねじ込む。
【００２９】
次に、図６に示すように、取外し用ねじ体４０をスペーサ２２のねじ孔２２ａにねじ込むことで、取外し用ねじ体４０の先端部４０ａをスペーサ２２およびサブヒートシンク２から突出させる。これにより、突出した先端部４０ａがメインヒートシンク４に押圧力を加えることで、メインヒートシンクに放熱グリース１１を介して粘着するサブヒートシンク２の粘着力に抗して、サブヒートシンク２がメインヒートシンク４から離脱される。
【００３０】
以上の構成の放熱構造体ＨＳおよび放熱構造体ＨＳの取外し方法によれば、スペーサ２２のねじ孔２２ａがサブヒートシンク２の一方の主面２ａに露出しているので、例えば、スペーサ２２よりも長い取外し用ねじ体４０を図１に示す配線基板３の挿通孔３２ａから挿通して、図６のスペーサ２２のねじ孔２２ａにねじ込むことによって、取外し用ねじ体４０の先端部４０ａによりメインヒートシンク４に押圧力を加えて、粘着力に抗してサブヒートシンク２をメインヒートシンク４から離脱させる。これにより、配線基板３をメインヒートシンク４から離れる方向へ引っ張ることによってサブヒートシンク２をメインヒートシンク４から離脱させる引っ張り作業が必要ないことから、配線基板３の引っ張りによってサブヒートシンク２が配線基板３から外れることがなくなる。したがって、サブヒートシンク２の配線基板３に対する取付け強度は問題とならないため、配線基板３とサブヒートシンク２との間のスペーサ２２の数を増大させて前記取付け強度を向上させる必要がなくなる。このようにスペーサ２２の数が少なくて済むので、配線基板３の寸法の増大を抑制することができ、配線基板３の構成が複雑化することも回避できる。
【００３１】
なお、ねじ孔がサブヒートシンクの前記一方の主面に露出しているスペーサと当該ねじ孔に挿入する前記取外し用ねじ体とを使用せずに、サブヒートシンク上にサブヒートシンクをメインヒートシンクから取り外すための取外し用ねじ体専用のねじ孔を別途設けてもよい。
【００３２】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。例えば、スペーサ２２の数は、１つで十分であるが、通常４つ使用する場合において２つまたは３つとしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
２                            サブヒートシンク
２ａ                          一方の主面
２ｂ                          他方の主面
２１                          第２ねじ体
２２                          スペーサ
２２ａ                        ねじ孔
２４、２４Ａ、２４Ｂ          放熱性留め具
３                            配線基板
３１                          工具挿通孔
３２                          第１ねじ体
３２ａ                        挿通孔
３３、３３Ａ、３３Ｂ          電子部品
３５、３５Ａ、３５Ｂ          リード線
４                            メインヒートシンク
４０                          取外し用ねじ体
４０ａ                        先端部
ＨＳ                          放熱構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015220338.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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