(57)【要約】  発熱電気部品１０の熱放散のための装置は、プリント回路基板２０に配設され、前記ＰＣＢの熱伝導層２３と熱接触している発熱電気部品１０を有する。前記熱伝導層２３に、半田付けによって、熱伝導取り付け素子４０が、取り付けられ、前記熱伝導取り付け素子４０は、前記ヒートシンク３０の凹部３１と係合するよう適合される接続部４３を持ち、それによって、前記プリント回路基板２０を前記ヒートシンク３０に取り付けることを可能にし、前記発熱電気部品１０から、前記熱伝導層２３及び前記取り付け素子４０を介して、前記ヒートシンク３０まで、熱経路が設けられる。熱伝導取り付け素子を利用することによって、従来技術の装置において必要とされる多層ＰＣＢではなく、単一の熱伝導層を具備するＰＣＢで、熱放散が達成され得る。前記ＰＣＢを前記ヒートシンクに取り付けるのにネジ及び／又は接着剤が用いられないので、前記ＰＣＢは、容易に取り除かれることができ、熱膨張係数の違いに起因する湾曲の問題が、解決される。
2011518436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱電気部品の熱放散のための装置であり、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに配設可能なプリント回路基板であって、前記ヒートシンクと反対の側に熱伝導層を具備する誘電体基板を有するプリント回路基板と、
前記プリント回路基板に配設される発熱電気部品であって、前記熱伝導層と熱接触している発熱電気部品とを有する装置であって、
前記ヒートシンクの凹部と係合するよう適合される接続部を持つ熱伝導取り付け素子が、半田付けによって、前記熱伝導層に取り付けられ、 
それによって、前記発熱電気部品から前記熱伝導層及び前記取り付け素子を介して前記ヒートシンクへ熱経路が設けられるように、前記プリント回路基板を前記ヒートシンクに取り付けることを可能にすることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記発熱電気部品が、ＬＥＤである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記凹部が、前記ヒートシンクの表面に出る溝であり、前記取り付け素子を前記溝の中及び／又は外に摺動させることを可能にする開口部が前記ヒートシンクに形成される請求項１又は２に記載の装置。 
【請求項４】
前記接続部が、前記凹部の内側の対向する２つの側部と接触させられるよう適合される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記接続部が、前記凹部と係合すると圧縮され、ばね作用によって所定の位置に保持されるよう適合される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記凹部が、前記接続部の対応する当接部と係合するよう適合される当接部を持つ請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。 
【請求項７】
前記プリント回路基板が、開口部を具備し、前記取り付け素子が、前記開口部を通って延在する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記取り付け素子が、銅で作成される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。 
【請求項９】
電気部品の組み立ての方法であって、 
熱伝導層を持つプリント回路基板に、発熱電気部品を、半田付けによって、取り付けるステップと、
前記熱伝導層に、熱伝導取り付け素子を、半田付けによって、取り付けるステップと、
前記プリント回路基板を、ヒートシンクに、前記取り付け素子の接続部を前記ヒートシンクの凹部と係合させることによって、取り付けるステップと、 
それによって、前記発熱電気部品から前記熱伝導層及び前記取り付け素子を介して前記ヒートシンクへ熱経路が設けられるように、前記プリント回路基板を前記ヒートシンクに取り付けるステップとを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱電気部品の熱放散のための装置であって、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに配設可能なプリント回路基板であって、前記ヒートシンクと反対の側に熱伝導層を具備する誘電体基板を有するプリント回路基板と、前記プリント回路基板に配設される発熱電気部品であって、前記熱伝導層と熱接触している発熱電気部品とを有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に発熱電気部品を配設する場合、何からのタイプのヒートシンクを用いて、生成される熱を放散させることが望ましい。発熱部品の一例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、白熱電球及び蛍光灯のような従来の照明と比べて効率的且つ長寿命などの理由で広範囲の照明アプリケーションに魅力的である。しかしながら、多くのアプリケーションで、ＬＥＤにより発生される熱は、ＬＥＤ装置において、効率の低下をもたらし、長期的な信頼性に影響を及ぼす。従って、適切な動作及び寿命の延長のためには、ＬＥＤの熱管理が重要である。 
【０００４】
ＬＥＤは、一般に、熱伝導性が低い透明な樹脂内に封入される。従って、発生される熱のほとんどは、ＬＥＤチップの背面を通して伝導される。それ故、ＬＥＤの優れたパフォーマンスを保ち、低い接合温度を維持するために、ＬＥＤ装置は、一般に、ヒートシンクを具備する。図１は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２にＬＥＤ１が取り付けられる一般的な従来技術の装置を図示している。ＰＣＢ２は、誘電体基板８の両側に積層される銅板３、４を有する。一般に、適切な回路を設けるために、上部銅板３（即ち、ＬＥＤに面する銅板）からエッチングされる電気回路配線がある。ＰＣＢ２の両側に配設される銅板３、４は、熱伝導層３、４としての役割も果たす。これらの熱伝導層３、４は、一連の熱バイア５によって接続される。ＬＥＤ１は、ＰＣＢ２に半田付けされ、ＬＥＤ１のＰＮ接合部は、ＰＣＢの電気回路配線に電気的に接続される。半田付けは、ＰＮ接合部と、上部銅板３の上部熱伝導層３との間の熱接触も供給する。プリント回路基板２は、一般に、ネジ７を用いてヒートシンク６に取り付けられる。装置には、ヒートシンク６と、ヒートシンクに面する熱伝導層４との間の熱接触を改善するために、熱ペーストも設けられ得る。この装置により、ＬＥＤ接合部で生成される熱は、プリント回路基板２の熱伝導層３、４を介してヒートシンク６に伝導され、次いで、周囲環境に伝導される。
【０００５】
しかしながら、上記の多層ＰＣＢは、低コストアプリケーションにおいて利用されるには高価すぎるかもしれない。更に、ＰＣＢがネジでヒートシンクに取り付けられるので、ＰＣＢとヒートシンクとの間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の違いが、ストレスをもたらし、プリント回路基板を湾曲させ、ＬＥＤを傾斜させるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記のことを鑑みて、上記の問題を解決する又は少なくとも減らすことにある。詳しくは、目的は、効率的な熱放散を可能にするコスト効率の高い装置を提供することである。 
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の或る態様によれば、発熱電気部品の熱放散のための装置であり、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに配設可能なプリント回路基板であって、前記ヒートシンクと反対の側に熱伝導層を具備する誘電体基板を有するプリント回路基板と、前記プリント回路基板に配設される発熱電気部品であって、前記熱伝導層と熱接触している発熱電気部品とを有する装置であって、前記ヒートシンクの凹部と係合するよう適合される接続部を持つ熱伝導取り付け素子が、半田付けによって、前記熱伝導層に取り付けられ、それによって、前記プリント回路基板を前記ヒートシンクに取り付けることを可能にし、前記発熱電気部品から、前記熱伝導層及び前記取り付け素子を介して、前記ヒートシンクへ、熱経路が設けられる装置が提供される。
【０００８】
熱伝導取り付け素子を利用することによって、従来技術の装置において必要とされる（熱バイアで接続される熱伝導層を両側に持つ）多層ＰＣＢではなく、単一の熱伝導層を具備するＰＣＢで、熱放散が達成され得る。単層ＰＣＢは、一般に、多層ＰＣＢより低いコストと関連する。更に、前記ＰＣＢと前記ヒートシンクとの間に熱ペーストが必要とされない。前記ＰＣＢを前記ヒートシンクに取り付けるのにネジ及び／又は接着剤が用いられないので、前記ＰＣＢは、例えばＬＥＤの故障の場合に、容易に取り除かれ得る。更に、熱膨張係数の違いに起因する前記ＰＣＢの湾曲の問題が、解決される。更に、単層ＰＣＢの利用は、単層ＰＣＢは多層ＰＣＢより薄く（一般に、1.6mmではなく、約0.4mmに）なり得るので、有利であり得る。
【０００９】
本発明は、熱伝導取り付け素子を使用し、且つ前記取り付け素子と前記熱伝導層との間、及び前記取り付け素子と前記ヒートシンクとの間で適切に設計したインタフェースを使用することにより、単層ＰＣＢによって、前記発熱電気部品から前記ヒートシンクへの十分な熱放散が達成され得るという理解に基づいている。 
【００１０】
前記凹部は、前記ヒートシンクの表面に出る溝であってもよく、前記取り付け素子を前記溝の外に摺動させることを可能にする開口部が前記ヒートシンクに形成される。この装置によれば、前記ＰＣＢは、前記ＰＣＢを前記溝に対して平行に移動させることによって、前記ヒートシンクから取り除かれ（又は取り付けられ）得る。更に、前記設計は、押し出し成形され得るので製造に適しており、コスト効率が高い。前記設計は、一般に、前記溝の長手方向延在部により、前記取り付け素子と前記ヒートシンクとの間の大きな接触面も可能にし、それによって、効率的な熱放散も可能にする。
【００１１】
前記接続部は、前記凹部の内側の対向する２つの側部と接触させられるよう適合されてもよく、それによって、前記取り付け素子と前記ヒートシンクとの間の接触面は、最大化されることができ、効率的な熱放散を可能にする。
【００１２】
前記接続部は、係合すると圧縮されるよう適合されてもよく、それによって、前記接続部は、ばね作用により前記凹部と係合し得る。従って、前記ＰＣＢは、前記ＰＣＢを前記ヒートシンクの上に配置し、単に、前記取り付け素子を前記溝に押し込むことによって、前記ヒートシンクに取り付けられ得る。これは、前記接続部と前記凹部の摩擦係合も向上させ得る。 
【００１３】
前記凹部は、例えば前記接続部と前記凹部との間の摩擦係合の向上によって前記凹部が前記接続部を所定の位置に保持することを可能にする首部を有し得る。 
【００１４】
前記凹部は、前記接続部の対応する当接部と係合するよう適合される当接部を有してもよく、それによって、前記接続部の前記凹部への信頼性の高い取り付けを可能にする。  
【００１５】
前記プリント回路基板は、開口部を具備し得る。前記取り付け素子は、前記開口部を通って延在する。これは、単一の取り付け素子を用いた、ＰＣＢの前記ヒートシンクへの信頼性の高い取り付けを可能にする。  
【００１６】
実施例によれば、前記取り付け素子は、優れた熱伝導率を持つ銅で作成され、効率的な熱放散を可能にする。しかしながら、前記取り付け素子は、例えば炭素又はアルミニウム合金などの高い熱伝導率を持つ何らかの他の材料でも作成され得る。 
【００１７】
他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項及び図面から明らかになるであろう。
【００１８】
本発明の、上記の及び付加的な、目的、特徴及び利点は、以下の、添付の図面に関する本発明の好ましい実施例の、説明的な、非限定的な詳細な記載を通してよりよく理解されるであろう。添付の図面においては、同様な要素には同じ参照符号が用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術の装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例の斜視図である。
【図３】本発明の別の実施例の断面図である。
【図４】本発明の別の実施例の断面図である。
【図５】本発明の別の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２０に発光ダイオード（ＬＥＤ）１０が取り付けられる装置を図示している。ＰＣＢ２０には、ヒートシンク３０の凹部３１と係合するよう適合される取り付け素子４０が設けられる。これは、ＰＣＢ２０をヒートシンク３０に取り付けることを可能にする。
【００２１】
ＬＥＤ１０は、一般に、ＬＥＤボディ１１及びレンズ１２を透明な樹脂内に有する。ＰＣＢ２０は、誘電体基板２２に積層される銅板２３を有する。一般に、適切な回路を設けるために銅板２３からエッチングされる電気回路配線があり、誘電体基板２２が、電気回路配線とヒートシンク３０との間の電気的絶縁を供給する。銅板２３は、ＰＣＢ２０の上に配設される（即ち、ヒートシンクと反対の）熱伝導層も形成する。ＰＣＢの、熱伝導層によって覆われる領域は、ＬＥＤと取り付け素子との間に効率的な熱接触が供給される限り、アプリケーションに応じて様々であり得る。ここでは、熱伝導層が銅板によって形成されているが、熱伝導層は、高い熱伝導率を持つ何らかの別の材料のものであってもよい。熱伝導層の一般的な厚さは、３５又は７０ミクロンである。 
【００２２】
ＬＥＤ１０は、半田付けによってＰＣＢ２０に取り付けられ、ＬＥＤ１０のＰＮ接合部は、ＰＣＢ２０の電気回路配線に電気的に接続される。更に、別個の半田ポイント１３が、ＰＮ接合部と、銅板の、熱伝導層２３を構成する部分との間の熱接触を供給する。 
【００２３】
ここでは、取り付け素子４０は、ＰＣＢ２０の開口部２４に配設される。これは、取り付け素子が、例えば、ＰＣＢ２０の中央付近に設置され得るので、単一の取り付け素子４０を用いて、ＰＣＢをヒートシンク３０に安定的に取り付けることを可能にする。単一の取り付け素子の利用は、静的過大寸法も防止し、それにより、さもなければ、ヒートシンク３０に取り付けられる場合にＰＣＢ２０において生じ得るストレスを減らす。 
【００２４】
取り付け素子４０は、一般に、銅、又は炭素若しくはアルミニウム合金などの高い熱伝導率を持つ何らかの他の材料で作成される。この実施例においては、取り付け素子４０は、熱伝導層２３に対して本質的に平行な取り付け面４１を具備し、熱伝導層２３と取り付け素子４０との間の効率的な熱伝達が達成され得る。熱伝達を更に向上させるため、取り付け素子４０は、半田ポイント４４によって図示されている半田付けを用いて、熱伝導層２３に取り付けられる。取り付け素子は、一般に、ＬＥＤと同時に、ＰＣＢに半田付けされる。これは、一般に、ＰＣＢ２０がヒートシンク３０に配設される前に行われる。
【００２５】
取り付け素子４０は、接続部４３を持ち、接続部４３は、ここでは、ＰＣＢ２０から垂直に延在する。図２に図示されている実施例においては、接続部は、断面図に図示されているように本質的にＵ字形である。Ｕ字形設計は、凹部３１の内側の対向する２つの側部との接触を可能にし、それによって、取り付け素子４０とヒートシンク３０との間の大きな接触面、及び優れた熱伝達を供給する。Ｕ字形設計は、一般に、固有の可撓性を与え、接続部４３に凹部３１の内側と接触するよう促し、それによって、熱伝達を向上させる。これは、接続部４３と凹部３１との間の摩擦係合も向上させ、取り付けると、ＰＣＢ２０をヒートシンク３０に保持する。
【００２６】
ヒートシンク３０は、一般に、アルミニウムなどの金属で作成される。ヒートシンク３０は、（ヒートシンクの上面とも呼ばれる）ＰＣＢに面する面において、ここでは溝３１の形態の、凹部３１を具備する。図２に図示されている実施例においては、溝３１は、ヒートシンク３０の上面の直線に沿って延在し、その延在部全体にわたって一様な断面を持つ。溝３１は、有利には、ヒートシンク３０の少なくとも１つの縁端部に到達し、故に、ヒートシンクに開口部が形成され、取り付け素子４０の接続部４３は、前記開口部を介して、溝３１の中及び／又は外へ摺動され得る。断面は、ここでは、取り付け素子４０のＵ字形接続部４３に合うよう本質的に矩形である。この実施例においては、溝３１は、ヒートシンク３０の中央に置かれる。 
【００２７】
取り付け素子４０とヒートシンク３０との間の熱伝達は、例えば溝３１の方向により長い延在部を持つ取り付け素子４０を設けることによって、それらの間の接触面を大きくすることにより高められ得る。 
【００２８】
上記の装置によれば、ＰＣＢ２０は、ＰＣＢ２０をヒートシンク３０の上に配設し、単に、取り付け素子４０を溝３１内へ押し込むことによって、ヒートシンク３０に取り付けられ得る。 
【００２９】
取り付け素子４０の接続部４３は、そのＵ字形設計により、溝３１内へ差し込まれるにつれて、幾らか圧縮されるであろう。従って、Ｕ字形接続部４３の固有の可撓性が、接続部４３にヒートシンク３０と接触するよう促し、優れた熱接触を供給し、接続部４３が溝３１と摩擦係合するので、ＰＣＢ２０をヒートシンク３０に保持する。凹部３１は、図２に図示されている実施例によって例示されているように、係合を確実にするよう、接続部４３の対応する当接部４２と係合するよう適合される当接部３４も持っていてもよく、それにより、「スナップフィット」を供給する。ＰＣＢ２０は、ＰＣＢを溝に対して平行に移動させ、それにより、接続部４３を溝３１の外へ摺動させることによって、ヒートシンクから取り除かれ得る。 
【００３０】
ＰＣＢがそれ自身をヒートシンク３０から過度に持ち上げるのを防止するために、ヒートシンク３０には、縁端部に沿って突出部３５も設けられ得る。これらの突出部は、一般に、ヒートシンク３０の、溝３１と平行である側部に配設される。  
【００３１】
動作中、ＬＥＤ１０のＰＮ接合部で生成される熱は、半田ポイントを介して熱伝導層２３に伝導され、更に、取り付け素子４０を介してヒートシンク３０に伝達され、周囲環境に伝達される。一般的なＬＥＤ温度は、ここでは、約１３０℃であり、ヒートシンクは、一般に、８０℃までの温度を持ち得る。
【００３２】
別の実施例によれば、ＰＣＢ２０をヒートシンク３０に取り付けるのに多数の取り付け装置４０が用いられ得る。このような実施例は図３に図示されている。ここでは、ＰＣＢ２０は、ＰＣＢ２０の両側に配設される２つの取り付け素子４０によってヒートシンク３０に取り付けられる。この実施例は、取り付け素子及び凹部の当接部３４、４２の別の設計例も図示している。 
【００３３】
更に別の実施例によれば、溝は、首部を具備してもよく、又はヒートシンクの上面に向かって先細になっていてもよい。従って、接続部はそこに差し込まれるので、Ｕ字形接続部は、圧縮され、ばね力が取り付け素子にヒートシンクと接触するよう促し、溝と摩擦係合する。
【００３４】
上記では、本発明を、主に、少数の実施例に関して説明した。しかしながら、当業者には容易に理解されるであろうように、上記で開示されている実施例以外の実施も、添付の請求項によって規定されているような本発明の範囲内で同様に可能である。
【００３５】
例えば、ここでは、Ｕ字形接続部を備える取り付け素子が記載されているが、接続部は、様々な形状をとり得る。例えば、接続部は、いかり状の断面又は中空矩形断面を持ち得る。接続部は、図４及び５において例示されているように中実であってもよい。図５は、溝の方向に延在する長手方向隆起を設けることによって、取り付け素子と凹部との間の接触面がどのように拡大され得るかも図示している。これは、熱伝達の向上を可能にし、例えば、限られた面に多数のＬＥＤが取り付けられる場合に、有利であり得る。長手方向隆起は、更に、取り付け素子４０の接続部４３を溝に固定し得る。 
【００３６】
上記の実施例は、単一の発熱電気部品に関して記載されているが、本発明が、ＰＣＢに配設される複数の発熱電気部品にも同様に適用可能であることは分かるであろう。
【００３７】
更に、本発明は、ＬＥＤの冷却に限定されず、例えばＭＯＳ−ＦＥＴなどの他の発熱電気部品の熱放散にも同様に用いられ得る。
【図１】
2011518436.tif 000003
【図２】
2011518436.tif 000004
【図３】
2011518436.tif 000005
【図４】
2011518436.tif 000006
【図５】
2011518436.tif 000007
【国際調査報告】
2011518436.tif 000008
2011518436.tif 000009