(57)【要約】【課題】スイッチング素子等の発熱モジュール部品をプリント基板上に実装する。【解決手段】プリント基板１上に発熱部品２を実装する装置において、該発熱部品２は、その底面を金属基板２３で構成し、前記発熱部品２の底面と対向する面に接続端子２５が設けられ、前記プリント基板１は、少なくとも前記発熱部品２が投影する面積よりも大きく、前記接続端子２５の貫通穴１４を有する配線用ランド４ａが設けられ、前記発熱部品２をプリント基板１に搭載したとき底面がプリント基板１と反対側になるように前記接続端子２５を貫通穴１４に挿入して半田付けするとともに、前記底面にはヒートシンク３を当接して発熱部品２を冷却する構成にした。【選択図】  図１
2007081253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上に発熱部品を実装する装置において、該発熱部品は、その底面を金属で構成し、前記発熱部品の底面と対向する面に接続端子が設けられ、前記プリント基板は、少なくとも前記発熱部品が投影する面積よりも大きく、前記接続端子の貫通穴を有する配線用ランドが設けられ、前記発熱部品をプリント基板に搭載したとき底面がプリント基板と反対側になるように前記接続端子を貫通穴に挿入して半田付けするとともに、前記底面にはヒートシンクを当接して発熱部品を冷却することを特徴とするプリント基板装置。
【請求項２】
前記発熱部品とプリント基板が当接する部分には、プリント基板に前記発熱部品が投影する面積よりも小さい穴を一つあるいは複数設けることを特徴とする請求項１記載のプリント基板装置。
【請求項３】
前記発熱部品の外郭を構成する壁面部分に一つあるいは複数の穴または切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプリント基板装置。
【請求項４】
プリント基板上には前記発熱部品と電気的に接続される部品が搭載されていることを特徴とする請求項１ないし３記載のプリント基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品であるモジュール部品をプリント基板に実装したプリント基板装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板は電子回路を搭載する製品に広く使われている。また、近年は、誘導加熱調理器やインバータモジュールなど、大電力スイッチング素子を内蔵する製品も増加し、電力損失を発生する部品の冷却性能を向上しつつ小型化が図られている。
【０００３】
従来、こうした大電力スイッチング素子を実装する構成の例として、図４や図５に示すものがあった。
【０００４】
図４に示す例では、たとえば、一般の家庭用調理器インバータに用いられる大電力スイッチング素子においてはＩＧＢＴなどのスッチング素子１０８が用いられ、ディスクリート部品としてヒートシンク１０２にねじ止めされてプリント基板１０３に半田付けされている。
【０００５】
また、図５のように複数のＩＧＢＴが一つのモジュールパッケージ１０４に収められたものもある。この場合は、モジュール１０４を冷却するヒートシンク１０７にモジュール１０４をねじ止めしたものが製品本体（図示せず）に取り付けられている。そして、タブ端子やねじ端子等の端子１０５にリード線１０６を接続し、リード線１０６の反対側を別基板で構成される回路部分１１０に接続している。
【０００６】
そして、いずれも冷却ファンで強制的に空冷されている場合が多い。
【０００７】
他の例では、複数の電子部品を実装したモジュールケースのプリント基板への実装・冷却方法を提案しているもの（特許文献１）や、ＣＰＵなどの回路モジュールをプリント基板に実装するとともに高効率で冷却する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１９６８３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来例においては少なくとも以下の課題が存在する。
【００１０】
図４の例では、一般的な大電力スイッチング素子はヒートシンクに接する素子背面が内部電極と同電位になっている代わりに熱抵抗を減少させる構造となっているので、ヒートシンク自体も内部電極と同電位となり、他の回路部分との絶縁が必要となり配線に必要な領域が増加して小型化を妨げてしまっていた。
【００１１】
図５の例では、上記の例とは異なりモジュールパッケージ自体が絶縁構造をとっていることが多く、絶縁にかかわる配慮は少なくなるが、モジュールパッケージと接続する他の回路部分へはリード線を使うことになり、配線のインダクタンスが増加することで寄生共振が発生したり、配線に誘導されるノイズの増大などで内部素子の故障が発生するおそれがある。
【００１２】
また、特許文献１や特許文献２に示される他の例では、いずれも表面実装よる方法が提案されているもので、大電力素子に対応する大きなヒートシンクを実装する場合には、実装が困難になるとともに、重量物であるモジュールやヒートシンクのプリント基板への固定方法等は明確になっていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、従来単独で取り付けて使われるモジュール部品を基板に直接実装するようにしたものである。
【００１４】
このために、本発明の請求項１では、プリント基板上に発熱部品を実装する装置において、該発熱部品は、その底面を金属で構成し、前記発熱部品の底面と対向する面に接続端子が設けられ、前記プリント基板は、少なくとも前記発熱部品が投影する面積よりも大きく、前記接続端子の貫通穴を有する配線用ランドが設けられ、前記発熱部品をプリント基板に搭載したとき底面がプリント基板と反対側になるように前記接続端子を貫通穴に挿入して半田付けするとともに、前記底面にはヒートシンクを当接して発熱部品を冷却するものである。
【００１５】
また、請求項２では、前記発熱部品とプリント基板が当接する部分には、プリント基板に前記発熱部品が投影する面積よりも小さい穴を一つあるいは複数設けるものである。
【００１６】
また、請求項３では、前記発熱部品の外郭を構成する壁面部分に一つあるいは複数の穴または切り欠き部を設けるものである。
【００１７】
さらに、請求項４では、プリント基板上には前記発熱部品と電気的に接続される部品が搭載されているものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１によれば、発熱部品であるモジュールの端子と電気的に接続される他の部品との接続が最短ないしは短い距離で行われるため、配線のインダクタンスを減少させることができ、寄生共振が発生したり、ノイズによる内部素子の故障が発生するおそれをなくすことができる。
【００１９】
また同時に、プリント基板に実装することで配線領域が減少するので、回路部分を小型化することができる。
【００２０】
また、請求項２によれば、基板に穴を開けることにより空気の流入流出を促し、モジュールの内部素子の温度上昇を回避させることができる。
【００２１】
同様に、請求項３によれば、モジュールの壁面に設けた穴または切り欠きにより空気の流通が行われるので、モジュールの内部素子の温度上昇を回避させることができる。
【００２２】
さらに、請求項４によれば、基板上にはモジュール部品と電気的に接続される部品も近接して搭載されているので、冷却風によってモジュール部品に近接する電子部品も冷却することができ電子部品の寿命短縮を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を元に説明する。
【００２４】
図１から図３は本発明の一実施例を示し、図１はモジュールを基板へ実装した状態の構造図である。
【００２５】
図２はモジュールの構造説明図で、その斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【００２６】
図３はモジュールを基板に実装した部分を半田面から見た説明図である。
【００２７】
図において、１はプリント基板で、このプリント基板１の部品実装面１１には後記する発熱部品であるモジュール２が実装されており、その端子２５はプリント基板１の端子穴１４を通して半田面１２のランド４ａに達し、半田付けされている。
【００２８】
プリント基板１にはモジュール２へ電気的に接続する部品５（電解コンデンサ）や部品６（抵抗器）などの他の部品も搭載されており、モジュール２と部品５（電解コンデンサ）や部品６（抵抗器）などは、半田面１２の銅箔パターン４によって配線接続されている。
【００２９】
また、直接銅箔パターンによって接続できない部分についてはリード線によって接続している。
【００３０】
なお、本実施例では銅箔パターンで配線接続するために、モジュール２が投影された外形よりも大きなプリント基板１を用いている。
【００３１】
２は発熱部品であるモジュールで、このモジュール２の外郭はプラスティックモールド材２１で構成され、その内部にスイッチング素子２２等を実装する金属基板２３が設けられている。そして、この金属基板２３がモジュール２の底面を構成している。
【００３２】
金属基板２３の表面側２３ａには、絶縁被膜（図示せず）を塗布しその表面に銅箔により配線パターン（図示せず）が形成されており、配線パターンと金属基板２３は絶縁されている。この配線パターン面にスイッチング素子２２等が実装され配線パターンによって配線されている。このようにして、金属基板２３によってスイッチング素子２２の放熱を促すとともに、裏面側２３ｂは電気的に絶縁されている構造となっている。
【００３３】
モジュール２の上部には配線用の端子２５が配され、それぞれ金属基板２３内の回路と接続されている。
【００３４】
この端子２５はプラスティックモールド材２１で固定されているとともに、バネ状の端子２５ａによって外力等を緩衝させ、金属基板２３内の前記配線パターンに接続されている。
【００３５】
３はヒートシンクでモジュール２の底面である金属基板２３に取り付けてモジュール２を冷却するものである。
【００３６】
このように構成されたモジュール２をプリント基板１に実装するときは、モジュール２は放熱用の金属基板２３を上面に向け、その上にヒートシンク３をねじ止めしている。
【００３７】
モジュール２のねじ穴２４は、金属基板２３の背面２３ｂとヒートシンク３等の冷却構造部品を当接して固定するためのものであり、金属基板２３の背面２３ｂとヒートシンク３の間にはシリコングリス等を塗布して熱抵抗を減少させ冷却効率を向上させるようにしている。
【００３８】
また、図１の手前または奥に冷却ファン（図示せず）を配し、強制冷却が行われるようにしている。
【００３９】
前述したようにモジュール２がプリント基板１に実装されるとその端子２５は端子穴１４を通して銅箔パターン４に達し、プリント基板１の半田面１２では、モジュール端子２５のランド４ａから同一基板の他の部品のランドへと銅箔パターン４ｂで接続している。また、銅箔パターン４ｂによって接続できない部分についてはリード線を用いて近接する他の回路素子に接続している。
【００４０】
このように構成された本実施例によれば、スイッチング素子２２等を含むモジュール２の端子２５と他の部品との接続が最短ないしは短い距離で行われるため、配線のインダクタンスを減少させることが可能となる。
【００４１】
さらに、モジュール２自体の絶縁構造によって、ヒートシンク３は非充電部となるので、他の部品を密接に配置したり、配線の絶縁構造を簡略化することができるため、低コスト化および小型化を図ることができる。
【００４２】
ここで、モジュール２の端子部分にはプラスティックモールド材２１があり、モジュール２の外郭壁面となっているが、モジュール２をプリント基板１に実装した場合、この壁面とプリント基板１で囲まれた空間ができることになる。
【００４３】
この空間にはスイッチング素子２２等の発熱部品があり冷却する空気の流通部が無い場合には、この空間の空気の移動が無くなり素子の損失による熱が空間の温度を上昇させ、内部素子の温度破壊を引き起こすことになる。
【００４４】
したがって、プリント基板１にモジュール２が投影する外形部分内に穴７を開けることにより空気の流入流出を促し、温度上昇を回避させることができる。
【００４５】
この穴は、モジュール２のモールド材２１がヒートシンクを含めた重量を保持する部分を兼ねていることから、モジュールの投影部分よりも小さなものがよく、一つでも複数であってもかまわない。
また、モジュール２の壁面に穴または切り欠き部２１ａを設けても、同様に温度上昇を回避させることができる。
【００４６】
さらに、冷却ファン（図示せず）を用いることで、冷却風によって前記の穴７または切り欠き部２１ａを通して内部の空気も循環されるので、さらに効果は高くなる。
【００４７】
また、同一のプリント基板１にモジュール２と電気的に接続する他の部品を搭載しているので、モジュール２やヒートシンク３を冷却する場合、冷却風でモジュール２に近接する他の電子部品も冷却することができる。したがって、温度上昇による他の電子部品の寿命短縮を防ぐことができる。
【００４８】
さらに、他の部品も同一のプリント基板１に実装することで銅箔パターン４で配線接続できて配線領域が減少するので、回路部分の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例のモジュールを基板へ実装した状態の構造図である。
【図２】同モジュールの構造説明図で、その斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図３】同モジュールを基板に実装した部分を半田面から見た説明図である。
【図４】従来の素子実装例である。
【図５】従来のモジュール実装例である。
【符号の説明】
【００５０】
１    プリント基板
２    モジュール
３    ヒートシンク
４    銅箔パターン
５    部品
６    部品
７    穴
１１    実装面
１２    半田面
１４    端子穴
２１    モールド材
２１ａ  切り欠き部
２２    素子
２３    金属基板
２５    端子
【図１】
2007081253.tif 000003
【図２】
2007081253.tif 000004
【図３】
2007081253.tif 000005
【図４】
2007081253.tif 000006
【図５】
2007081253.tif 000007