(57)【要約】【構成】抵抗素子を対象とするヒートスプレッダであり、このヒートスプレッダは抵抗素子の上面に設けられ、かつ抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分を有する。ヒートスプレッダは本体部分から突出延設し、熱伝導関係でヒートシンクに対応する一つかそれ以上の脚部分を有する。【選択図】図２
2014514776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに実装する抵抗素子を対象としたヒートスプレッダにおいて、
この抵抗素子の上面に設けられ、かつこの抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分、および
前記本体部分から突出延設し、かつ熱伝導的関係で前記ヒートシンクに対応する少なくとも一つの脚部分を有することを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
さらに前記本体部分と前記抵抗素子の前記上面との間に挟持された非導電性の熱伝導材料を有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
さらに前記抵抗素子の対向側部に設けられた２つの脚部分を有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記熱伝導材料が接着剤を含有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記本体部分が、前記抵抗素子の前記上面の露出領域の実質的にすべてをカバーする請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
ヒートシンク、
このヒートシンクに実装された抵抗素子、
前記抵抗素子および前記ヒートシンクに対応するヒートスプレッダであって、前記抵抗素子上に設けられ、かつ前記抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分を有するヒートスプレッダ、
前記ヒートシンクと前記抵抗素子の底面に設けられた熱伝導材料の第１層、および
前記抵抗素子の上面と前記ヒートスプレッダの前記本体部分との間に設けられた熱伝導材料の第２層を有することを特徴とする抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項７】
さらに前記抵抗素子の対向端部に接続された一対のリード線部分を有し、前記ヒートスプレッダがこれら一対のリード線部分間に設けられた請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項８】
前記抵抗素子の前記上面が、全体が前記ヒートスプレッダによってカバーされた露出領域を前記一対のリード線部分間にもつ請求項７に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項９】
前記ヒートスプレッダが、前記本体部分から突出延設し、かつ前記抵抗素子の少なくとも一方の側に設けられた少なくとも一つの脚部分を有し、この脚部分が熱伝導関係で前記ヒートシンクに対応する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１０】
前記脚部分が、前記ヒートスプレッダの前記本体部分と一体的に形成された請求項９に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１１】
前記熱伝導材料の第１層および第２層が、非導電性である請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１２】
前記熱伝導材料の第１層および第２層それぞれが、接着剤を含有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１３】
前記熱伝導材料の第１層および第２層それぞれが、球状アルミナ粒子または窒化ホウ素粒子を含有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１４】
前記ヒートスプレッダが、熱伝導材料から形成された請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１５】
前記抵抗素子が、実質的に矩形の本体部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１６】
前記抵抗素子が、実質的に円筒形の本体部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１７】
前記ヒートシンクが、前記抵抗素子の一部を受け取る一体的な着座部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１８】
抵抗素子の放熱方法において、
抵抗素子を用意するステップ、
熱伝導関係でヒートシンクにこの抵抗素子を実装するステップ、
本体部分およびこの本体部分から突出延設する少なくとも一つの脚部分を有するヒートスプレッダを用意するステップ、
前記抵抗素子の上面に、熱伝導性であるが非導電性の熱伝導材料を設けるステップ、
前記抵抗素子の上に前記ヒートスプレッダを設けて、前記熱伝導材料を前記ヒートスプレッダの前記本体部分と前記抵抗素子の前記上面との間に挟持するステップ、および
前記ヒートスプレッダの前記少なくとも一つの脚部分を熱伝導関係で前記ヒートシンクに対応させるステップを有することを特徴とする放熱方法。
【請求項１９】
さらに前記ヒートスプレッダ、前記抵抗素子および前記ヒートシンクを一体成形するステップを有する請求項１８に記載の放熱方法。
【請求項２０】
前記熱伝導材料が接着剤を含有し、前記抵抗素子を前記ヒートシンクに実装する前記ステップが、前記ヒートシンクと前記抵抗素子の底面との間に前記熱伝導材料の層を設層するステップである請求項１８に記載の放熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は全体としては電子部品用ヒートスプレッダ（ｈｅａｔ  ｓｐｒｅａｄｅｒ）、より具体的にはヒートシンク（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ）に実装する抵抗素子を対象とするヒートスプレッダに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気部品の場合通常動作時に熱を発生するが、適正な動作を確保するためには連続的に放熱する必要がある。部品パラメータ値は一般に温度とともに変動するため、過剰な熱は電気システムに悪影響を与える傾向がある。特に高温では、部品はスペック通りには動作することがなく、故障の恐れがある。これは、特に数多くの電子システムおよび電子素子に利用されている抵抗素子についていえる。これらシステムおよび素子のサイズが小さくなると、これに応じて対応する電気部品の寸法も小さくする必要がある。電気システムおよびこれらの部品の物理的サイズがより小さくなってきているが、これらシステムに必要な電力および発生する熱については必ずしも大きさが小さくなっていない。従って、これら部品が発生する熱を注意深く管理して、システムにとって安全かつ高い信頼性の温度を維持する必要がある。
【０００３】
抵抗素子の場合多種多様な形状を取ることができる。これら形状のうち一部は、効率的な放熱性を欠いている。抵抗素子はヒートシンクに実装し、抵抗素子とヒートシンクとの間の熱接触点における伝導によって放熱しているが、放熱作用は必ずしも十分でない。動作時、代表的な抵抗器は抵抗素子の中心（例えば、電気リード線のヒートシンク作用から離れている）にホットスポットを発生する傾向がある。加熱された抵抗素子は抵抗率が変化しやすく、抵抗器がその寿命が来る前に、あるいは電流過負荷時にそのトレランスを失う。この問題は、非常に小さい部品を利用する高電流用途またはパルス化用途において特に顕著になる。また、一部の抵抗器形状はフォームファクターが、より大きな抵抗器に限定されている。抵抗器の大きさが小さくなると、十分な放熱性を確保することがますます困難になる。これら放熱性に関する問題は、インダクタ、キャパシタ、半導体ダイやマイクロプロセッサなどの他の小形形態の電気部品についてもいえる。
【０００４】
即ち、放熱性を改善した抵抗素子などの電気部品を提供することが望まれている。また、小さなフォームファクターに好適で、かつ既存のシステムに組み込むことが可能な放熱性が改善された手段を備えた電気部品を提供することも望まれている。さらに、経済的に製造でき、耐久性があり、かつ動作効率のよい、放熱性が改善された手段を備えた電気部品を提供することも望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳＰ７，８４３，３０９
【特許文献２】ＵＳＰ５，６０４，４７７
【発明の概要】
【０００６】
本願発明は、ヒートシンクに実装される抵抗素子を対象としたヒートスプレッダに関する。このヒートスプレッダは抵抗素子の上面に設けられ、かつ抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分を有する。また、一つかそれ以上の脚部分を本体部分に突出延設するとともに、これらを熱伝導関係でヒートシンクに対応させる。ヒートスプレッダはさらに本体部分と抵抗素子の上面との間に挟持した熱伝導材料（ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｔｅｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌ）を有し、この熱伝導材料を非導電性とする。この熱伝導材料は、接着剤を含有することができる。
【０００７】
また、本願発明は抵抗器とヒートスプレッダとを有する構造体（ａｓｓｅｍｂｌｙ）にも関する。本発明の構造体はヒートシンク、このヒートシンクに実装された抵抗素子、およびこの抵抗素子およびヒートシンクに対応するヒートスプレッダを有する。このヒートスプレッダは抵抗素子の上面に設けられ、かつ抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分を有する。本発明の構造体はさらに熱伝導材料の第１層をヒートシンクと抵抗素子の底面との間に設けるとともに、熱伝導材料の第２層を抵抗素子の上面とヒートスプレッダの本体部分との間に設ける。
【０００８】
さらに、本願発明は抵抗素子の放熱方法にも関する。本発明の方法は抵抗素子を用意するステップ、熱伝導関係でヒートシンクにこの抵抗素子を実装する（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）ステップ、および本体部分とこの本体部分から突出延設した少なくとも一つの脚部分を有するヒートスプレッダを用意する（ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ）ステップを有する。熱伝導性で非導電性の熱伝導材料を抵抗素子（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の上面（ｔｏｐ  ｓｕｒｆａｃｅ）に設ける。熱伝導材料がヒートスプレッダの本体部分と抵抗素子の上面との間に挟持されるように抵抗素子上にヒートスプレッダを設ける。ヒートスプレッダの一つかそれ以上の脚部分は熱伝導関係でヒートシンクに対応する。
【０００９】
記載を簡潔にするために、本発明の概略には、以下に詳しく説明する本発明のすべての態様を必ずしも記載してはいない。
【００１０】
上記の発明の概要、および発明の好適な実施態様に関する以下の詳しい説明については、添付図面を参照して以下の説明を読めば理解が進むはずである。例示を目的として、添付図面には本発明の好ましい実施態様を示すが、本発明はこれら図示の構成に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】パワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第１実施態様を示す上面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】抵抗素子を使用せずにパワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第２実施態様の上面図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】抵抗素子を使用した、パワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第２実施態様の上面図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】パワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第３実施態様を示す上面図である。
【図８】図７に示すヒートスプレッダおよびパワーパッケージを示す左側面図である。
【図９】図７の９−９線断面図である。
【図１０】抵抗素子を受け取る着座部分を有するヒートシンクを示す上面図である。
【図１１】図１０の１１−１１線断面図である。
【図１２】ヒートスプレッダの第３実施態様、および図１０に示すヒートシンクに実装した抵抗素子を示す上面図である。
【図１３】図１２に示すヒートスプレッダおよびパワーパッケージを示す左側面図である。
【図１４】図１２の１４−１４線断面図である。
【図１５】抵抗素子を使用せずにパワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第４実施態様を示す上面図である。
【図１６】図１５の１６−１６線断面図である。
【図１７】図１５の１７−１７線断面図である。
【図１８】抵抗素子を使用してパワーパッケージに実装したヒートスプレッダの第４実施態様を示す上面図である。
【図１９】図１８の１９−１９線断面図である。
【図２０】図１８の２０−２０線断面図である。
【図２１】ヒートスプレッダを使用しない抵抗素子の性能と、本発明のヒートスプレッダを使用した抵抗素子の性能とを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明では便宜上いくつかの用語を使用するが、これは制限を意図するものではない。用語“頂部（ｔｏｐ）”、“底部（ｂｏｔｔｏｍ）”、“上部（ｕｐｐｅｒ）”、“下部（ｌｏｗｅｒ）”、“内側（ｉｎｎｅｒ）”および“外側（ｏｕｔｅｒ）”は図面において参照すべき方向である。使用する用語には上記に具体的に指摘した用語、これら用語から派生した用語、および同様な意味をもつ用語が含まれるものとする。
【００１３】
図１および図２に、パワーパッケージ５０に実装した本願発明のヒートスプレッダ３０の一実施態様を示す。このパワーパッケージ５０は任意の表面実装電気部品、制限するわけではないが、例示すると抵抗器、インダクタ、キャパシタ、半導体ダイまたはマイクロプロセッサなどを含んで構成すればよい。Ｚａｎｄｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．を発明者とするＵＳＰ７，８４３，３０９にはパワー抵抗器の一例が開示されている。例えば、添付図面に示すパワーパッケージ５０の抵抗素子６０はヒートシンク７０に実装することができる。抵抗素子６０の電気的短絡を起こさずにヒートシンク７０によって抵抗素子６０から放熱できるように、好ましくは熱伝導的ではあるが非導電的な方法で任意の適当な手段によって抵抗素子６０をヒートシンク７０に実装することができる。
【００１４】
抵抗素子６０としては、制限するわけではないが例えば膜抵抗器、金属ストリップ抵抗器、あるいは巻き線形円筒抵抗器を使用することができる。抵抗素子６０の放熱作用を強化するために、抵抗素子６０およびヒートシンク７０に対応してヒートスプレッダ３０を設ける。
【００１５】
ヒートスプレッダ３０は本体部分３４を有し、ヒートスプレッダ３０、抵抗素子６０およびヒートシンク７０との間の接続によって抵抗素子６０の短絡が起きないように、抵抗素子６０の上面６２に電気的に絶縁された状態で本体部分３４を設ける。また、ヒートスプレッダ３０には少なくとも一つの、図示例では２つの脚部分３８を本体部分３４から突出延設するとともに、熱伝導関係でヒートシンク７０に対応して設ける。この脚部分３８については、ヒートスプレッダ３０の本体部分３４と一体化するのが好ましい。例えば、ヒートスプレッダ３０は矩形の材料片を対向縁部で折り曲げ、一つかそれ以上の脚部分３８を形成することによって形成することができる。脚部分３８は、抵抗素子６０の両側に設けるとともに、ヒートスプレッダ３０からの熱がヒートシンク７０に伝達するように、任意の適当な手段によってヒートシンク７０に対応させればよい。限定するわけではないが、例示すると、脚部分３８は半田付け、溶接、ろう接、機械的ファスナーや熱伝導性接着剤によってヒートシンク７０に接続することができる。ヒートスプレッダ３０については、熱伝導性金属などの目的の伝熱特性をもつ任意の材料から構成することができる。ヒートスプレッダ３０は、例えば比較的コストが低く、熱伝導率が高く、ヒートシンク７０に半田付けすることが可能な銅で構成することが可能である。
【００１６】
ヒートスプレッダ３０が抵抗素子６０からの電気的絶縁を確保した状態で、パワーパッケージ５０にヒートスプレッダ３０の本体部分３４をより確実に固着するために、ヒートスプレッダ３０の本体部分３４と抵抗素子６０の上面６２との間に熱伝導材料８０を設けることができる。また、この熱伝導材料８０は抵抗素子６０の側部に設けて、抵抗素子６０とヒートスプレッダ３０の脚部分３８との間の間隙を埋めることも可能である。熱伝導材料８０としては、目的の熱伝導特性をもつ任意の適当な非導電性材料を使用することができる。熱伝導材料８０として接着剤を含有するものを使用するのが好ましく、ヒートスプレッダ３０の本体部分３４を抵抗素子６０に接着でき、抵抗素子６０、熱伝導材料８０およびヒートスプレッダ３０の間の接触面積を最大化し、放熱を効率化できるとともに、上記構造体の構造的一体性を強化できる。図２に示すように、この構造体の場合、熱伝導材料８０の第１層８２をヒートシンク７０と抵抗素子６０の底面６４との間に設層（ａｒｒａｎｇｅｄ  ｂｅｔｗｅｅｎ）するのが好ましい。熱伝導材料８０が接着剤を含有する場合、熱伝導材料８０のこの第１層８２を使用して、抵抗素子６０をヒートシンク７０に実装することができる。
【００１７】
熱伝導材料８０が抵抗素子６０をヒートシンク７０に実装する（ｕｓｅｄ  ｔｏ  ｍｏｕｎｔ）ために使用する唯一の要素である場合、この熱伝導材料８０は十分強力な接着剤を含有している必要があり、上記構造体のオーバーモールディング（ｏｖｅｒｍｏｌｄｉｎｇ）時に抵抗素子６０がヒートシンク７０から離脱することを防止できる。また、抵抗素子６０の上面６２とヒートスプレッダ３０の本体部分３４との間に熱伝導材料８０の第２層８４を設層することも可能であり、抵抗素子６０とヒートスプレッダ３０との間に熱伝導性であるが、非導電性の接続を確保することができる。
【００１８】
接着剤に加えて、熱伝導材料８０は高い熱伝導率を有するが、導電性が低い固体粒子を含有してもよい。制限するわけではないが、例示すると、熱伝導材料８０は球状のアルミナ粒子または窒化ホウ素粒子を含有するポリマーから構成することができる。球状アルミナ粒子や窒化ホウ素粒子は抵抗素子６０とヒートスプレッダ３０との間に電気絶縁作用および放熱作用を確保するだけでなく、抵抗素子６０とヒートスプレッダ３０との間のスペーサとしても作用する。目的の間隙は、熱伝導材料８０内の球状粒子の粒径を調節することによって確保することができる。熱伝導材料８０として利用することができる市販の接着剤の実例には、Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｌｉｑｕｉ−Ｂｏｎｄ（登録商標）ＳＡ２０００、および、ＣａｌｅｄｏｎＣＣＤ−１２０Ａ５０がある。
【００１９】
図１および図２に示すように、抵抗素子６０の上面６２の両端に露出領域を残して、一対の電気リード線部６６を接続することができる。公知の表面実装抵抗器パッケージでは、抵抗器の上面にあるこの露出領域に流れる空気流の対流によって抵抗器からの放熱が生じる。本発明のヒートスプレッダ３０の場合、放熱量が増加する。というのは、この状態では、抵抗素子６０の上面６２からの熱がヒートスプレッダ３０の本体部分３４に伝わり、脚部分３８にそってヒートシンク７０に伝わるからでる。ヒートスプレッダ３０による放熱を最大化するためには、図１に示すように、抵抗素子６０の上面６２における露出領域の実質的にすべてをヒートスプレッダ３０の本体部分３４がカバーするのが好ましい。
【００２０】
本発明のヒートスプレッダ３０を設けたパワーパッケージ５０の場合、抵抗素子６０の上面６２からの熱のほぼ８０〜９０％がヒートスプレッダ３０の脚部分３８を通って下のヒートシンク７０に放熱され、そして残りのほぼ１０％がヒートスプレッダ３０の本体部分３４に流れている空気流の対流によって放熱される。また、抵抗素子６０の上面６２の上にヒートスプレッダ３０を設けているため、機械的な作用効果も確保できる。というのは、ヒートシンク７０に実装された抵抗素子６０を備えたパワーパッケージ５０が以下に説明する組み立て時に成形加工を受けることが多いからであり、またヒートシンク７０への固着が十分でないこともある抵抗素子６０が成形加工時に離脱する恐れあるからである。ヒートスプレッダ３０が存在していると、成形加工時に抵抗素子６０を所定位置に保持するために役立つ。
【００２１】
ヒートスプレッダ３０およびパワーパッケージ５０からなる構造体（ａｓｓｅｍｂｌｙ）の場合、適当なエポキシ成形化合物を使用してオーバーモールディングすることがある。当業者ならば、この構造体の具体的な必要条件および属性に応じて、各種の化合物および方法をこのオーバーモールディング加工に適用できることを理解できるはずである。制限するわけではないが、例示すると、保護コーティングをヒートスプレッダ３０およびパワーパッケージ５０に適用して、オーバーモールディング対象部分をカバーすることが可能である。この保護コーティングは、オーバーモールディングされた部分を上記構造体への成形加工物の接着を原因とする応力から緩衝保護する作用をもつ。この場合、ヒートスプレッダ３０およびパワーパッケージ５０からなる構造体を成形キャビティに装填し、次にエポキシ成形化合物を充填する。この成形キャビティについては、抵抗素子６０およびヒートスプレッダ３０を含まないヒートシンク７０の側部が成形キャビティに接触するため、この側部がオーバーモールディングされず、従ってオーバーモールディングされた構造体の背部において露出状態を保つように形成することができる。これが、ヒートシンク７０を、熱伝導を目的とする外部のヒートシンクまたはシャシに実装するさいの係合面になる。
【００２２】
別なオーバーモールディング方法もあり、この方法ではヒートスプレッダ３０およびヒートシンク７０の抵抗素子６０側を共形コーティング（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｃｏａｔｉｎｇ）で被覆し、ヒートシンク７０の残りの側を露出状態に維持し、ここに外部ヒートシンクまたはシャシを係合する。この加工方法はオーバーモールディングと比較した場合、製造コストは低くなるが、機械的強度が弱くなる。ヒートスプレッダ３０およびパワーパッケージ５０からなる構造体の成形後、デフレッシング（ｄｅｆｌｅｓｈｉｎｇ）作業を行えば、ヒートスプレッダ３０、抵抗素子６０およびヒートシンク７０の縁部から過剰な成形化合物を除去することができる。
【００２３】
図２１に示すように、本発明のヒートスプレッダ３０を使用すると、パワーパッケージ５０内の抵抗素子６０の放熱量を顕著に改善することができる。Ｒａｉｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．を発明者とするＵＳＰ５，６０４，４７７に記載されている上部実装ＷＳＬ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｔｒｉｐ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒ（ただし、ヒートスプレッダは組み込んでいない）、および図１および図２に示すように構成した、幅がほぼ０．１７インチ、そして厚さがほぼ０．０１インチの銅から形成したヒートスプレッダを備えた上部実装ＷＳＬ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｓｔｒｉｐ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒを使用して試験を行った。熱伝導材料としてＣａｌｅｄｏｎ  ＣＣＤ−１２０Ａ５０材を使用し、第１層を抵抗器とヒートシンクとの間に設層し、そして第２層を抵抗器とヒートスプレッダとの間に設層した。ヒートスプレッダを使用しない上部実装抵抗器の場合、供給電力の各レベルで本発明のヒートスプレッダ３０を使用した上部実装抵抗器の場合よりも温度上昇が大きかった。試験中、０ワットから２０ワットの電力を各抵抗器に供給した。ヒートスプレッダを使用しない上部実装抵抗器の平均温度上昇は１４．９℃/ワットであったが、本発明のヒートスプレッダ３０を使用した上部実装抵抗器の平均温度上昇はわずか１１．２５℃/ワットであった。本発明のヒートスプレッダ３０の場合、抵抗素子からの熱をヒートシンクに伝導することによって放熱量を大きくするために非常に有効であることが証明された。
【００２４】
抵抗素子６０をヒートシンク７０に実装した後に図１および図２に示すヒートスプレッダ３０をパワーパッケージ５０に接続される個別の部品として形成した場合、当業者ならば、ヒートスプレッダ３０をヒートシンク７０に取り付けてから、抵抗素子６０をヒートシンク７０に実装するか、あるいはこれと一体化できることを理解できるはずである。図３および図４に、ヒートシンク７０と一体化し、抵抗器ハウジングを形成するヒートスプレッダ３０を示す。この一体化ヒートスプレッダ３０はヒートシンク７０とは別体であり、後でヒートシンクと一体化することができる。あるいは、パンチ/成形法や機械加工によって一体的なヒートスプレッダ３０をヒートシンク７０に直接形成することも可能である。２つの脚部分を図示してあるが、当業者ならば、本発明の範囲から逸脱しなくとも脚数を加減できることを理解できるはずである。図３および図４に示す一体的なヒートスプレッダ３０は、本体部分３４およびヒートシンク７０に接触するように本体部分３４から突出延設した２つの脚部分を有する。一体的なヒートシンク７０/ヒートスプレッダ３０を有することには作用効果がある。例えば、組み立て作業によりパワーパッケージの構造的な一体性が強くなり、組み立て作業も捗る作用効果がある。
【００２５】
図５および図６に示すように、抵抗素子６０は既にヒートスプレッダ３０を有するヒートシンク７０に実装することが可能である。熱伝導的であるが、非導電的な方法で抵抗素子６０のヒートシンク７０およびヒートスプレッダ３０への対応を確保するためには、（図１および図２を参照して説明したような）熱伝導材料８０をヒートシンク７０とヒートスプレッダ３０との間の間隙に設ける。図６に示すように、熱伝導材料８０の第１層８２がヒートシンク７０と抵抗素子６０の底面６４との間に設層され、かつ熱伝導材料８０の第２層８４が抵抗素子６０の上面６２とヒートスプレッダ３０の本体部分３４との間に設層されるように熱伝導材料８０を構成するのが好ましい。制限するわけではないが、例示すると、ヒートシンク７０とヒートスプレッダ３０との間の間隙の所定位置に抵抗素子６０を保持してから、次に熱伝導材料８０を射出してこの間隙を充填するとともに、抵抗素子６０を取り囲む。熱伝導材料８０としては、抵抗素子６０をヒートシンク７０およびヒートスプレッダ３０に固着する接着剤を含有するものが好ましい。抵抗素子６０の実装後、一対の電気リード線部分６６を抵抗素子６０の上面６２に接続することができる。一体的なヒートスプレッダ３０を使用する場合、次に行うオーバーモールディング加工時に抵抗素子６０がヒートシンク７０から引きちぎられる（ｔｏｒｎ  ｆｒｏｍ）恐れは非常に小さい。とういのは、この一体的なヒートスプレッダ３０が抵抗素子６０の安定したハウジングになるからである。
【００２６】
既に説明したように、当業者ならば、抵抗素子６０が異なる形状、異なる寸法、異なる構成をもつことができることを理解できるはずである。図１〜２および図５〜６に示す抵抗素子６０は実質的に平坦な矩形の本体部分を有するが、図７〜９、図１２〜１４および図１８〜２０に示す抵抗素子は実質的に円筒形の本体部分を有する。図７〜９に示す円筒形抵抗素子９０の場合、例えば軸方向リード線抵抗器であり、ヒートスプレッダ１００を抵抗素子９０の上に設けた状態でヒートシンク７０に実装する。矩形の抵抗素子６０に関して既に説明したように、円筒形の抵抗素子９０の場合も抵抗素子９０の短絡を避けるために、熱伝導的であるが、非導電的な方法でヒートシンク７０に実装するのが好ましい。
【００２７】
図８および図９に示すように、接着剤を含有する熱伝導材料８０を使用して、抵抗素子９０をヒートシンク７０に実装することができる。同じ熱伝導材料８０を使用して、抵抗素子９０とヒートスプレッダ１００との間に伝熱性の構造的接続を行うことも可能である。図１〜２および図５〜６を参照して既に説明したヒートスプレッダ３０の場合と同様に、このヒートスプレッダ１００も２つの脚部分１０８の間に突出延設する中心本体部分１０４を有する。ヒートスプレッダ１００の本体部分１０４および脚部分１０８が、熱伝導材料８０を介して抵抗素子９０に対応するが、この熱伝導材料８０については、抵抗素子９０の外面全体の周囲に設層するのが好ましく、抵抗素子９０からの熱がヒートスプレッダ１００に伝わり、また脚部分１０８を通ってヒートシンク７０に伝わる。ヒートスプレッダ１００の脚部分１０８は半田付けなどの任意の適当な手段によってヒートシンク７０に接続することができる。ヒートスプレッダ１００を抵抗素子９０の上に設けた後、一対の電気リード線部分９６を抵抗素子９０の対向軸方向端部９８に接続することができる。あるいは、一対の電気リード線部分９６を抵抗素子９０の対向軸方向端部９８に接続してから、ヒートスプレッダ１００を抵抗素子９０の上に設けてもよく、あるいは図１５〜１７を参照して以下説明するように、抵抗素子９０を一体化ヒートスプレッダ/ヒートシンク構造体に挿入してもよい。
【００２８】
抵抗素子９０の実装を簡略化し、かつ安定化するために、ヒートシンク７０には、抵抗素子９０の一部を受け取る形状の着座部分（ｓｅａｔ）７２を設けることができる。図１０および図１１に示すように、この着座部分７２はヒートシンク７０と一体的に形成することができ、そして着座部分７２の湾曲サドル部分７４が抵抗素子９０の形状に対応しているため、抵抗素子９０を容易にヒートシンク７０に実装することができ、望ましくない動きをなくすことができる。当業者ならば、着座部分７２については各種の抵抗器形状およびサイズに対処できるように形状を設定でき、図１０および図１１に示す具体的な構成に限定されないことを理解できるはずである。
【００２９】
図１２〜１４に、着座部分７２をもつヒートシンク７０に抵抗素子９０を実装し、この抵抗素子９０上にヒートスプレッダ１００を設けた場合を示す。既に説明したように、抵抗素子９０は、接着剤を含有する熱伝導材料８０を使用して、熱伝導的であるが非導電的な方法で着座部分７２に接続することができる。熱伝導材料８０を着座部分の湾曲サドル部分７４に供給してから、抵抗素子９０を着座部分７２に設ける。サドル部分７４が湾曲形状をしているため、抵抗素子９０がヒートシンク７０上で転動することはなく、ヒートスプレッダ１００を抵抗素子９０およびヒートシンク７０に対応させることができる。図１４に示すように、着座部分７２については、ヒートスプレッダ１００の２つの脚部分１０８が着座部分７２の両側に接触するようにサイズを設定する。このようにサイズを設定すると、ヒートスプレッダ１００からヒートシンク７０への熱伝達が改善する。
【００３０】
図３および図４を参照して既に説明したように、円筒形の抵抗素子９０を対象にして構成したヒートスプレッダの場合もヒートシンク７０に取り付けてから、抵抗素子９０をヒートシンク７０に実装してもよく、あるいはヒートシンク７０と一体化してもよい。図１５〜１７に示すように、ヒートシンク７０の場合、着座部分７２とヒートスプレッダ１１０を一体的に形成することができる。ヒートスプレッダ１１０については、抵抗素子９０および熱伝導材料８０を受け取るサイズに設定した円筒形スリーブとして形成することができる。着座部分７２の湾曲サドル部分７４にヒートスプレッダ１１０を設け、その軸方向範囲を着座部分７２よりも小さくするのが好ましく、図１８および図１９に示すように、着座部分７２によって抵抗素子９０のエンドキャップ９２を支持することも可能になる。ヒートスプレッダ１１０は任意の適当な方法によって着座部分７２に接続することができ、また着座部分７２およびヒートシンク７０と一体化すると一体的なユニットを形成できる。あるいは、ヒートスプレッダ１１０および着座部分７２をヒートシンク７０とは別な構造体としてもよく、この構造体を後でヒートシンク７０と一体化してもよい。ヒートスプレッダ１１０および着座部分７２については、パンチ/成形法、スタンピングや機械加工によってもヒートシンク７０に直接形成できる。
【００３１】
図１８〜２０に示すように、円筒形の抵抗素子９０は、一体的な着座部分７２/ヒートスプレッダ１１０を有するヒートシンク７０に実装することができる。抵抗素子９０をヒートスプレッダ１１０に挿入し、所定位置に保持し、そして熱伝導材料８０を射出し、これをヒートスプレッダ１１０と抵抗素子９０との間の間隙に充填する。図２０に示すように、抵抗素子９０の外面全体を熱伝導材料８０で取り囲むのが好ましく、このように構成すると、抵抗素子９０からの熱がヒートスプレッダ１１０に効率よく伝わり、そして着座部分７２を経由してヒートシンク７０に効率よく伝わる。
【００３２】
図１８および図１９について説明すると、抵抗素子９０の２つのエンドキャップ９２を本体部分９４の対向する軸方向端部に設け、これらを電気リード線部分９６に接続する。各エンドキャップ９２の直径は抵抗素子９０の本体部分９４より大きく設定することができる。ヒートシンク７０の着座部分７２が軸方向範囲においてヒートスプレッダ１１０より大きい場合、ヒートスプレッダ１１０に隣接する着座部分７２の湾曲サドル部分７４に熱伝導材料８０を追加配置することができ、従ってエンドキャップ９２を着座部分７２によって支持できるとともに、熱伝導的な方法で着座部分７２に接続できる。この構成では、ヒートスプレッダ１１０に熱接触していないが、ヒートシンク７０の着座部分７２に対応しかつ熱接触しているエンドキャップ９２によって抵抗素子９０からの放熱作用がさらに強化される。
【００３３】
本発明は、抵抗素子の放熱方法にも関する。この放熱方法は抵抗素子６０、９０を用意するステップ、熱伝導関係でヒートシンク７０に抵抗素子６０、９０を実装するステップ、および本体部分３４、１０４および本体部分３４、１０４から突出延設する少なくとも一つの脚部分３８、１０８を有するヒートスプレッダ３０、１００を用意するステップを有する。また、図２、図９および図１４に示すように、抵抗素子６０、９０の上面に、熱伝導性であるが、非導電性の熱伝導材料８０を設けるステップも有する。抵抗素子６０、９０の上にヒートスプレッダ３０、１００を設けて、熱伝導材料８０をヒートスプレッダ３０、１００の本体部分３４、１０４と抵抗素子６０、９０の上面との間に挟持する。
【００３４】
この熱伝導材料８０の場合、ヒートスプレッダ３０、１００を抵抗素子６０、９０に接着する接着剤を適宜含有していてもよい。さらに、熱伝導材料８０を使用して抵抗素子６０、９０をヒートシンク７０に実装してもよい。ヒートスプレッダ３０、１００の２つの脚部部分３８、１０８は任意の適当な手段によって熱伝導関係でヒートシンク７０に接続することができる。この放熱方法はさらに場合に応じて選択使用する、ヒートスプレッダ３０、１００、抵抗素子６０、９０およびヒートシンク７０を一体に成形するステップを有する。あるいは、図３〜６および図１５〜２０に示すように、ヒートスプレッダ３０、１００をヒートシンク７０に接続し、一つの一体化ユニットに成形してから、抵抗素子６０、９０を実装することも可能である。
【００３５】
以上本発明のヒートスプレッダを詳しく説明してきたが、当業者ならば、詳細に説明したいくつかの例を含む多くの物理的変形例が、本発明の技術思想および原理から逸脱しなくとも可能であることを理解できるはずである。また、好適な実施態様のごく一部を含む数多くの実施態様も可能であり、いずれも本発明の技術思想および原理を変更するものではない。従って、本発明の実施態様および適宜選択する構成は、いずれも例示的なものであり、制限的なものではない。
【符号の説明】
【００３６】
３０：ヒートスプレッダ
３４：本体部分
３８：脚部分
５０：パワーパッケージ
６０，９０：抵抗素子
６２：上面
６４：底面
６６：電気リード線部
７０：ヒートシンク
８０：熱伝導材料
８２：第１層
８４：第２層
９６：電気リード線部分
９８：対向軸方向端部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月14日(2014.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに実装する抵抗素子を対象としたヒートスプレッダにおいて、
この抵抗素子の上面に設けられ、かつこの抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分、および
前記本体部分から突出延設し、かつ熱伝導的関係で前記ヒートシンクに対応する少なくとも一つの脚部分を有し、
前記少なくとも一つの脚部分が、前記本体部分と一体的に形成されていることを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
さらに前記本体部分と前記抵抗素子の前記上面との間に挟持された非導電性の熱伝導材料を有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
さらに前記抵抗素子の対向側部に設けられた２つの脚部分を有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記熱伝導材料が接着剤を含有する請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記本体部分が、前記抵抗素子の前記上面の露出領域の実質的にすべてをカバーする請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
ヒートシンク、
このヒートシンクに実装された抵抗素子、
前記抵抗素子および前記ヒートシンクに対応するヒートスプレッダであって、前記抵抗素子上に設けられ、かつ前記抵抗素子から電気的に絶縁された本体部分を有するヒートスプレッダ、
前記本体部分から突出延設し、かつ前記抵抗素子の少なくとも一方の側に設けられた少なくとも一つの脚部分を有し、この脚部分が熱伝導関係で前記ヒートシンクに対応し、前記脚部分が前記本体部分と一体的に形成され、
前記ヒートシンクと前記抵抗素子の底面に設けられた熱伝導材料の第１層、および
前記抵抗素子の上面と前記ヒートスプレッダの前記本体部分との間に設けられた熱伝導材料の第２層を有することを特徴とする抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項７】
さらに前記抵抗素子の対向端部に接続された一対のリード線部分を有し、前記ヒートスプレッダがこれら一対のリード線部分間に設けられた請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項８】
前記抵抗素子の前記上面が、全体が前記ヒートスプレッダによってカバーされた露出領域を前記一対のリード線部分間にもつ請求項７に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項９】
前記熱伝導材料の第１層および第２層が、非導電性である請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１０】
前記熱伝導材料の第１層および第２層それぞれが、接着剤を含有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１１】
前記熱伝導材料の第１層および第２層それぞれが、球状アルミナ粒子または窒化ホウ素粒子を含有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１２】
前記ヒートスプレッダが、熱伝導材料から形成された請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１３】
前記抵抗素子が、ほぼ矩形の本体部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１４】
前記抵抗素子が、ほぼ円筒形の本体部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１５】
前記ヒートシンクが、前記抵抗素子の一部を受け取る一体的な着座部分を有する請求項６に記載の抵抗器/ヒートスプレッダ構造体。
【請求項１６】
抵抗素子の放熱方法において、
抵抗素子を用意するステップ、
熱伝導関係でヒートシンクにこの抵抗素子を実装するステップ、
本体部分およびこの本体部分から突出延設する少なくとも一つの脚部分を有するヒートスプレッダを用意し、前記脚部分が前記ヒートスプレッダの前記本体部分と一体的に形成されるステップ、
前記抵抗素子の上面に、熱伝導性であるが非導電性の熱伝導材料を設けるステップ、
前記抵抗素子の上に前記ヒートスプレッダを設けて、前記熱伝導材料を前記ヒートスプレッダの前記本体部分と前記抵抗素子の前記上面との間に挟持するステップ、および
前記ヒートスプレッダの前記少なくとも一つの脚部分を熱伝導関係で前記ヒートシンクに対応させるステップを有することを特徴とする放熱方法。
【請求項１７】
さらに前記ヒートスプレッダ、前記抵抗素子および前記ヒートシンクを一体成形するステップを有する請求項１６に記載の放熱方法。
【請求項１８】
前記熱伝導材料が接着剤を含有し、前記抵抗素子を前記ヒートシンクに実装する前記ステップが、前記ヒートシンクと前記抵抗素子の底面との間に前記熱伝導材料の層を設層するステップである請求項１６に記載の放熱方法。
【国際調査報告】
2014514776.tif 000024