(57)【要約】【課題】放熱性及び生産性を向上させることができる発熱素子の放熱構造及びそれを備えた空気調和機の室外機を提供することを目的とする。【解決手段】スイッチング素子１３（発熱素子）を実装面１２ｂに実装する基板１２と、基板１２の実装面１２ｂに対して反対側の反対面１２ｃを覆う金属カバー１６と、スイッチング素子１３の一方の面１３ａに接するヒートシンク１１と、基板１２に設けた貫通孔１２ａに挿通してスイッチング素子１３の他面１３ｂと金属カバー１６とに接する放熱シート１５ａからなる伝熱部１５とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子を実装面に実装する基板と、前記基板の実装面に対して反対側の面を覆う金属カバーと、前記発熱素子の一方の面に接するヒートシンクと、前記基板に設けた貫通孔に挿通して前記発熱素子の他面と前記金属カバーとに接する放熱シートからなる伝熱部とを備えたことを特徴とする発熱素子の放熱構造。
【請求項２】
前記伝熱部が複数の前記放熱シートを前記基板に垂直な方向に積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載の発熱素子の放熱構造。
【請求項３】
前記基板に平行な方向の前記伝熱部の断面積を、前記貫通孔内に対して前記基板と前記金属カバーとの間で大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発熱素子の放熱構造。
【請求項４】
前記金属カバーにより前記基板の前記実装面を覆ったことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発熱素子の放熱構造。
【請求項５】
前記発熱素子はスイッチング素子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の発熱素子の放熱構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の発熱素子の放熱構造と、送風機とを筐体内に備えたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に実装された発熱素子の放熱構造及びそれを備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に実装された発熱素子の放熱構造は特許文献１に開示されている。この放熱構造は基板と発熱素子と放熱ブロックとを備えている。発熱素子は基板の実装面に実装されている。放熱ブロックは実装面に対して反対側の面（反対面）に取り付けられている。基板には実装面から反対面へ貫通する貫通孔が設けられている。貫通孔には半田が充填されている。発熱素子及び放熱ブロックは貫通孔内の半田に接するように設けられている。
【０００３】
発熱素子に通電すると発熱素子から熱が発生する。発熱素子で発生した熱は貫通孔内の半田を介して放熱ブロックに伝導する。これにより、発熱素子の熱は放熱ブロックから放熱される。
【０００４】
特許文献２には、基板と発熱素子と金属ケースとを備えた放熱構造が開示されている。発熱素子は基板の実装面に実装され、金属ケースは実装面を覆っている。金属ケースは熱伝導性を有する導電性接着剤により発熱素子に接着されている。これにより、発熱素子の熱は熱伝導性を有する導電性接着剤を介して金属ケースに伝導する。これにより、発熱素子の熱は金属ケースから放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３２１７１号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２０１１−９５２２号公報（第４頁、第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発熱素子の放熱構造では、貫通孔内に充填された半田を硬化させることが必要となる。このため、硬化時間を要し、生産性が低下するという問題があった。また、貫通孔内に半田が十分に充填されず、空隙が形成される場合がある。このため、放熱性が低下するという問題があった。
【０００７】
特に、例えば空気調和機に使用される大型のスイッチング素子（発熱素子）を基板に実装した場合、貫通孔の開口を大きくしたり数を増やしたりする必要がある。そのため、貫通孔内に充填する半田の量が大幅に増加する。その結果、半田の硬化時間が一層長くなり、生産性の低下が著しくなる。また、貫通孔内への半田の充填が一層不十分になりやすくなり、放熱性の低下が著しくなる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発熱素子の放熱構造では、発熱素子と金属ケースとを接着する導電性接着剤の硬化時間を要する。そのため、生産性が低下する。
【０００９】
本発明は、放熱性及び生産性を向上させることができる発熱素子の放熱構造及びそれを備えた空気調和機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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の発熱素子の放熱構造は、発熱素子を実装面に実装する基板と、前記基板の実装面に対して反対側の面を覆う金属カバーと、前記発熱素子の一方の面に接するヒートシンクと、前記基板に設けた貫通孔に挿通して前記発熱素子の他面と前記金属カバーとに接する放熱シートからなる伝熱部とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
この構成によると、発熱素子に通電すると発熱素子から熱が発生する。発熱素子の熱はヒートシンクに伝導するとともに、放熱シートからなる伝熱部を介して金属カバーに伝導する。これにより、発熱素子の熱はヒートシンク及び金属カバーから放熱される。
【００１２】
また本発明は、上記構成の発熱素子の放熱構造において、前記伝熱部が複数の前記放熱シートを前記基板に垂直な方向に積層して形成されるとより好ましい。
【００１３】
また本発明は、上記構成の発熱素子の放熱構造において、前記基板に平行な方向の前記伝熱部の断面積を、前記貫通孔内に対して前記基板と前記金属カバーとの間で大きくするとより好ましい。
【００１４】
また本発明は、上記構成の発熱素子の放熱構造において、前記金属カバーにより前記基板の前記実装面を覆うとより好ましい。
【００１５】
また本発明は、上記構成の発熱素子の放熱構造において、前記発熱素子はスイッチング素子であると好ましい。
【００１６】
また本発明の空気調和機は、上記構成の発熱素子の放熱構造と、送風機とを筐体内に備えたことを特徴としている。この構成によると、送風機から送出された気流によりヒートシンク及び金属カバーが冷却される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、基板に実装した発熱素子の一方の面にヒートシンクが接し、基板の貫通孔に挿通した放熱シートにより形成される伝熱部が発熱素子の他面と金属カバーとに接する。これにより、発熱素子の熱はヒートシンク及び金属カバーから放熱される。従って、放熱性を向上させることができる。また、貫通孔内に半田を充填しないので、半田の硬化時間が不要となる。従って、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の空気調和機の室外機を示す正面断面図
【図２】本発明の第１実施形態の空気調和機の電装組品の側面断面図
【図３】本発明の第１実施形態の空気調和機の電装組品の平面図
【図４】本発明の第２実施形態の空気調和機の電装組品の側面断面図
【図５】本発明の第２実施形態の空気調和機の電装組品の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の空気調和機の室外機の正面断面図を示している。室外機１は室外に配され、筐体４により外装が形成される。筐体４は底板５上に側板６ａ、６ｂ、前面板（不図示）及び背面板８を立設し、上面を天板７により被嵌して形成される。底板５、側板６ａ、６ｂ、前面板、背面板８及び天板７は鋼板等の金属により形成される。
【００２０】
筐体４の底板５上には、仕切壁９が立設されている。仕切壁９は機械室２０と送風機室３０とを区画する。仕切壁９の上端と天板７との間には後述の電装組品１０を配置するための空間が設けられる。機械室２０には冷凍サイクルを運転する圧縮機２が配置される。送風機室３０には送風機３及び熱交換器（不図示）が配置される。熱交換器は冷凍サイクルを構成し、外気と熱交換する。送風機３は熱交換器の前面側に配され、熱交換器に外気を供給する。
【００２１】
仕切壁９の上端には電装組品１０が設けられる。電装組品１０は仕切壁９の上端部に設けられた凹部（不図示）に嵌合されて機械室２０と送風機室３０とを跨ぐように設けられる。
【００２２】
図２、図３は電装組品１０の側面断面図及び平面図を示している。なお、図２ではネジ１９の図示を省略し、図３では金属カバー１６及び箱体４１の図示を省略している。電装組品１０は基板１２、スイッチング素子１３（発熱素子）、ヒートシンク１１、放熱シート１５ａからなる伝熱部１５、及びこれらを収納する直方体状の電装ボックス４０から成る。電装ボックス４０は箱体４１と金属カバー１６とを備える。箱体４１は金属により形成され、上面が開口している。金属カバー１６は箱体４１に接して箱体４１の上面を覆っている。電装組品１０はヒートシンク１１、伝熱部１５、及び金属カバー１６によってスイッチング素子１３の発熱を放熱する放熱構造を構成する。なお、箱体４１は樹脂成形品により形成してもよい。また、電装ボックス４０の形状に特に限定はなく、立方体等でもよい。
【００２３】
基板１２の実装面１２ｂにはコンデンサ（不図示）やスイッチング素子１３が実装されている。コンデンサは機械室２０（図１参照）側に配置され、スイッチング素子１３は送風機室３０（図１参照）側に配置される。
【００２４】
スイッチング素子１３は例えばパワートランジスタモジュール等により形成される。スイッチング素子１３からは複数の端子リード１８が延出される。端子リード１８は基板１２に設けた貫通穴（不図示）を介して実装面１２ｂに対して反対側の反対面１２ｃに引き出される。そして、端子リード１８の一端は反対面１２ｃ上の配線パターン（不図示）に半田１７で固定される。なお、基板１２については特に限定はなく、例えばガラスエポキシ基板上に銅箔などの導電体で回路配線を構成したプリント回路基板などを用いることができる。
【００２５】
スイッチング素子１３の一方の面１３ａには熱伝導性の良いグリス１４が塗布される。グリス１４は厚さ１００μｍ〜２００μｍで均一に塗布される。スイッチング素子１３はグリス１４を介してヒートシンク１１に接している。グリス１４によりスイッチング素子１３からヒートシンク１１への熱伝導性を向上させることができる。なお、グリス１４に特に限定はなく、例えばシリコングリスを用いることができる。
【００２６】
ヒートシンク１１は２つのネジ１９によってスイッチング素子１３に固定される。なお、バネ等によりヒートシンク１１をスイッチング素子１３に取り付けてもよい。また、ヒートシンク１１は本体部１１ｂから箱体４１の外部に向けて突出する複数のフィン１１ａを有している。これにより、表面積が増大して放熱性が向上する。ヒートシンク１１は熱伝導率の高い金属により形成され、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等により形成される。
【００２７】
ヒートシンク１１の本体部１１ｂは平面視矩形の板状に形成される。また、本体部１１ｂの基板１２に平行な方向の断面積は、スイッチング素子１３の基板１２に平行な方向の断面積よりも大きくなっている。これにより、放熱性を向上させることができる。なお、本体部１１ｂの形状に特に限定はなく、例えば円形状や正方形状などでもよい。
【００２８】
金属カバー１６は基板１２の実装面１２ｂに対して反対側の反対面１２ｃを覆う。これにより、半田１７が保護され、ショートを防止することができる。金属カバー１６は熱伝導率の高い金属により形成され、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金等により形成される。
【００２９】
また、箱体４１により基板１２の実装面１２ｂを覆っている。箱体４１の底面には開口部１６ａが設けられる。開口部１６ａを介してヒートシンク１１はスイッチング素子１３に取り付けられる。このとき、ヒートシンク１１は箱体４１の外側に配される。
【００３０】
基板１２にはスイッチング素子１３に面した貫通孔１２ａが設けられる。貫通孔１２ａは実装面１２ｂから反対面１２ｃへ貫通している。貫通孔１２ａには複数の放熱シート１５ａが挿通されている。複数の放熱シート１５ａはスイッチング素子１３の他面１３ｂから金属カバー１６に至るまで基板１２に垂直な方向に積層されている。
【００３１】
複数の放熱シート１５ａを積層することにより伝熱部１５が構成される。これにより、伝熱部１５はスイッチング素子１３の他面１３ｂと金属カバー１６とに接する。なお、スイッチング素子１３の他面１３ｂと金属カバー１６とに接する１枚の放熱シート１５ａにより伝熱部１５を構成してもよい。この場合、１枚の放熱シート１５ａの厚みがスイッチング素子１３の他面１３ｂと金属カバー１６との間の距離と同じであってもよい。
【００３２】
放熱シート１５ａの一方の面には粘着剤（不図示）が配され、フィルム材（不図示）で覆われている。フィルム材を剥がし、放熱シート１５ａをスイッチング素子１３の他面１３ｂに貼り付ける。順次、放熱シート１５ａを貼り付けることにより積層する。なお、放熱シート１５ａの両面に粘着剤を配してもよい。
【００３３】
放熱シート１５ａは絶縁性及び熱伝導性を有する。これにより、スイッチング素子１３で発生した熱は伝導部１５を介して金属カバー１６に容易に伝導できる。また、放熱シート１５ａは例えばシリコン樹脂により形成される。なお、放熱シート１５ａをアクリル系樹脂により形成してもよい。
【００３４】
上記構成の空気調和機の室外機１において、圧縮機２により冷凍サイクルが運転されると、熱交換器が冷凍サイクルの低温側または高温側となる。送風機３の駆動によって室外機１の背面板８及び側板６ａに設けた開口部（不図示）を介して外気が取り込まれ、熱交換器に向けて外気が供給される。これにより、熱交換器が外気と熱交換する。熱交換器を通過した外気は室外機１の前面板に設けた開口部（不図示）から排気される。
【００３５】
このとき、スイッチング素子１３から熱が発生する。スイッチング素子１３で発生した熱はヒートシンク１１に伝導するとともに、伝熱部１５を介して金属カバー１６に伝導する。これにより、スイッチング素子１３の熱はヒートシンク１１及び金属カバー１６から放熱される。また、送風機３から送出された気流によってヒートシンク１１及び金属カバー１６が冷却される。これにより、スイッチング素子１３の温度を確実に低下させることができる。
【００３６】
本実施形態によると、スイッチング素子１３（発熱素子）を実装面１２ｂに実装する基板１２と、基板１２の実装面１２ｂに対して反対側の反対面１２ｃを覆う金属カバー１６と、スイッチング素子１３の一方の面１３ａに接するヒートシンク１１と、基板１２に設けた貫通孔１２ａに挿通してスイッチング素子１３の他面１３ｂと金属カバー１６とに接する放熱シート１５ａからなる伝熱部１５とを備えている。これにより、スイッチング素子１３の熱はヒートシンク１１に伝導するとともに放熱シート１５ａからなる伝熱部１５を介して金属カバー１６にも伝導し、ヒートシンク１１及び金属カバー１６から放熱される。従って、放熱性を向上させることができる。
【００３７】
また、貫通孔１２ａに半田等の金属材料を充填して硬化させる必要がない。そのため、硬化時間が不要になり、電装組品１０の生産性を向上させることができる。また、貫通孔内に半田を充填する際に生じやすい空隙が形成されないので、放熱性を向上させることができる。
【００３８】
また、伝熱部１５が複数の放熱シート１５ａを基板１２に垂直な方向に積層して形成されているので、伝熱部１５の厚さ（基板１２に垂直な方向の厚さ）を簡単に調節できる。
【００３９】
また、金属カバー１６が金属製の箱体４１に接するため、スイッチング素子１３で発生した熱は金属カバー１６を介して箱体４１へ伝導することができる。従って、箱体４１によって基板１２の実装面１２ｂも覆うことにより、反対面１２ｃのみを覆う場合と比較して放熱面積を増やすことができ、放熱性をより向上させることができる。
【００４０】
また、空気調和機の室外機１は上記のスイッチング素子１３の放熱構造と、送風機３とを筐体４内に備えているので、送風機３から送出された気流によりスイッチング素子１３の温度を迅速かつ確実に低下させることができる。従って、スイッチング素子１３の寿命を長くすることができ、空気調和機の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
空気調和機のパワーアップに伴って電流が増大する場合や省エネルギー運転時にスイッチング周波数が増大する場合には、スイッチング素子１３の発熱が大きくなる。また、室外機１の小型化に伴ってヒートシンク１１の大きさが制限される場合がある。本実施形態によれば、スイッチング素子１３の熱をヒートシンク１１のみならず金属カバー１６からも放熱できるので、これらの場合でも放熱性を確実に向上させることができる。
【００４２】
また、貫通孔１２ａに半田等の金属を充填すると、基板パターン及び部品リード部の異極間で絶縁距離を十分に確保できない。このため、電装組品１０の誤作動を招くおそれがある。本実施形態によると、貫通孔１２ａ内に配されるのは絶縁性の放熱シート１５ａであるため、基板パターン及び部品リード部の異極間で絶縁距離を十分に確保することができる。そのため、絶縁距離が短いことに起因する電装組品１０の誤作動のおそれを防止することもできる。
【００４３】
次に第２実施形態について説明する。図４、図５は本実施形態のスイッチング素子１３（発熱素子）の放熱構造の側面断面図及び平面図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図３に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は伝熱部１５の構成が第１実施形態と異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００４４】
基板１２の反対面１２ｃと金属カバー１６との間に積層される放熱シート１５ａの面積は、貫通孔１２ａ内に積層される放熱シート１５ａの面積よりも大きくなっている。すなわち、基板１２に平行な方向の伝熱部１５の断面積は、貫通孔１２ａ内に対して基板１２と金属カバー１６との間で大きくなっている。
【００４５】
これにより、貫通孔１２を大きく開口することなく、スイッチング素子１３の放熱速度を上昇させることができる。従って、基板１２の強度を保持しつつ放熱性を向上させることができる。
【００４６】
なお、反対面１２ｃと金属カバー１６とに接する１枚の放熱シートを設けるとともに、この放熱シートとスイッチング素子１３とに接する１枚の放熱シートを設けて伝熱部１５を構成してもよい。
【００４７】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、基板１２に平行な方向の伝熱部１５の断面積を、貫通孔１２ａ内に対して基板１２と金属カバー１６との間で大きくしている。これにより、貫通孔１２を大きく開口することなく、スイッチング素子１３の放熱速度を上昇させることができる。従って、基板１２の強度を保持しつつ放熱性を一層向上させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００４９】
例えば、第１、第２実施形態において、スイッチング素子１３を発熱素子の例として説明したが、これに限定されない。発熱素子は比較的大きな熱量を発生する電子部品であればよく、例えば電流測定用に回路に挿入されるシャント抵抗器であってもよい。
【００５０】
また、空気調和機の室外機１を例として説明したが、発熱素子の放熱構造を空気調和機以外の電気機器に設けてもよい。
【００５１】
また、金属カバー１６により反対面１２ｃを覆えば放熱性を向上させることができるので、箱体４１で実装面１２ｂを覆わなくともよい。ただし、放熱面積を増やすことができ、放熱性をより向上させることができるので、箱体４１により基板１２の実装面１２ｂを覆うほうが望ましい。
【００５２】
また、電装ボックス４０の箱体４１を樹脂成形品により形成した場合、金属カバー１６により箱体４１の上面のほかに箱体４１の４つの側面を覆ってもよい。または、金属カバー１６により箱体４１の上面のほかに箱体４１の底面と３つの側面とを覆ってもよい。これにより、放熱面積が増えるため、放熱性を向上させることができる。なお、箱体４１に用いる樹脂としては例えばポリスチレン樹脂を用いることができる。
【００５３】
また、貫通孔１２ａを複数設けてもよい。これにより、放熱性を一層向上させることができる。基板１２の強度を保持するとともに放熱シート１５ａの貼り付けの手間を省くことができることから貫通孔１２ａは１つであるほうが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、基板上に実装された発熱素子の放熱構造及びそれを備えた空気調和機に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１    室外機
２    圧縮機
３    送風機
４    筐体
５    底板
６ａ、６ｂ    側板
７    天板
８    背面板
９    仕切壁
１０    電装組品
１１    ヒートシンク
１１ａ    フィン
１２    基板
１２ａ    貫通孔
１２ｂ    実装面
１２ｃ    反対面
１３    スイッチング素子（発熱素子）
１３ａ    一方の面
１３ｂ    他面
１４    グリス
１５    伝熱部
１５ａ    放熱シート
１６    金属カバー
１７    半田
１８    端子リード
１９    ネジ
２０    機械室
３０    送風機室
４０    電装ボックス
４１    箱体
【図１】
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【図２】
2013153065.tif 000004
【図３】
2013153065.tif 000005
【図４】
2013153065.tif 000006
【図５】
2013153065.tif 000007