(57)【要約】【課題】ネジ止め箇所等のヒートシンクの固定部から離れた位置にある発熱源の熱を効果的に放散できる回路基板を提供する。【解決手段】ヒートシンク２４は、放熱シート３０を介して基板２２に固定される側に基板２２の所定の位置である穴部３４Ａと対応したネジ穴部３４Ｂ、及び基板２２の穴部３４Ａとネジ穴部３４Ｂとを合わせ放熱シート３０を挟んで圧迫固定された場合に、放熱シート３０を２２に圧迫する突起部３６を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子が実装される回路基板との間に、シート状の絶縁部材を介して前記回路基板に固定されるヒートシンクであって、
前記回路基板に固定される面に、前記絶縁部材を介して前記回路基板に固定された際に、前記回路基板に対して前記絶縁部材を圧迫する湾曲面を備えた複数の突起部を形成したヒートシンク。
【請求項２】
前記複数の突起部の各々を、前記回路基板に実装される前記発熱素子に対応した位置に形成した請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
発熱量が多い素子に対応した位置に複数の突起部を形成した請求項１又は請求項２記載のヒートシンク。
【請求項４】
発熱素子が実装される回路基板であって、
前記発熱素子が実装された面と反対の面にシート状の絶縁部材を介して固定された際に、前記回路基板に対して前記絶縁部材を圧迫する湾曲面を備えた複数の突起部を形成したヒートシンクを備えた回路基板。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、前記複数の突起部の各々を、前記回路基板に実装される前記発熱素子に対応した位置に形成した請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
前記ヒートシンクは、発熱量が多い素子に対応した位置に複数の突起部を形成した請求項４又は請求項５記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク及び回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の発熱が顕著な素子が実装された基板には、放熱用の部材として、例えばヒートシンクが設けられる場合がある。
【０００３】
ヒートシンクは、多くの場合、アルミニウム又は銅等の熱伝導性が良好な金属製であって、発熱源となる素子が取り付けられている基板の裏側に当接させて取り付けられ、基板を介して発熱源の熱を放散する。
【０００４】
さらに基板とヒートシンクとの間の間隙に電気絶縁性、熱伝導性及び柔軟性を有する部材を充填することにより、基板の熱をヒートシンクへ放散しやすくすることも試みられている。例えば、特許文献１に記載の発熱体の放熱実装構造のように、増幅素子等の発熱体に伝熱用ペーストを介してヒートシンクを固定することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５８８１４号公報
【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、伝熱用ペーストは、基板又はヒートシンクに塗布する量以外に、使用期限が切れたことで廃棄される量、ヒートシンク等に過剰に塗布したことで払拭されて廃棄される量が少なからずあり、製品の製造コストが嵩む一因となっていた。製品の製造コストを抑制するためには、ヒートシンク又は基板の形状に応じて予め成形された放熱シートを用いることが試みられている。放熱シートとは、柔軟性と電気絶縁性と熱伝導性とを備え、例えば、ゴム又は樹脂等の固体でできたシート状の部材である。
【０００７】
しかしながら、高密度化した基板では、ヒートシンクをネジ止めする箇所が限定される。図６（Ａ）は、ネジ止めする箇所がヒートシンク１２４の端部付近に偏在している一例を示す図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って、基板１２２及びヒートシンク１２４を各々切断した断面を示す断面図である。図６（Ｂ）に示したように、基板１２２及びヒートシンク１２４は、電気絶縁性、熱伝導性及び柔軟性を有する放熱シート１２６を介して固定ボルト１３４で固定される。
【０００８】
図６に示した基板１２２とヒートシンク１２４との固定ではネジ止めする箇所がヒートシンク１２４の端部付近に偏在しているため、固定ボルト１３４から離れた箇所では、基板１２２がたわみやすい。
【０００９】
基板１２２とヒートシンク１２４との間には放熱シート１２６が介在しているが、基板１２２にたわみが生じると、放熱シートが基板及びヒートシンク１２４に十分に圧迫されず、基板１２２の熱がヒートシンク１２４へ十分に放散されないおそれがあった。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、ネジ止め箇所等のヒートシンクの固定部から離れた位置にある発熱源の熱を効果的に放散できるヒートシンク及び回路基板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】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のヒートシンクは、発熱素子が実装される回路基板との間に、シート状の絶縁部材を介して前記回路基板に固定されるヒートシンクであって、
【００１２】
前記回路基板に固定される面に、前記絶縁部材を介して前記回路基板に固定された際に、前記回路基板に対して前記絶縁部材を圧迫する湾曲面を備えた複数の突起部を形成している。
【００１３】
このヒートシンクによれば、シート状の絶縁部材を回路基板に圧迫する突起部を備えることにより、固定部から離れた位置にある発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【００１４】
請求項２に記載のヒートシンクは、請求項１に記載のヒートシンクにおいて、前記複数の突起部の各々を、前記回路基板に実装される前記発熱素子に対応した位置に形成している。
【００１５】
このヒートシンクによれば、発熱素子が実装されている位置に対応して突起部が設けられることにより、発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【００１６】
請求項３に記載のヒートシンクは、請求項１又は請求項２に記載のヒートシンクにおいて、発熱量が多い素子に対応した位置に複数の突起部を形成している。
【００１７】
このヒートシンクによれば、発熱量が多い素子に対応した位置に突起部が設けられることにより、発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【００１８】
前記課題を解決するために、請求項４に記載の回路基板は、発熱素子が実装される回路基板であって、前記発熱素子が実装された面と反対の面にシート状の絶縁部材を介して固定された際に、前記回路基板に対して前記絶縁部材を圧迫する湾曲面を備えた複数の突起部を形成したヒートシンクを備えている。
【００１９】
この回路基板によれば、基板に圧迫固定された場合に絶縁部材を回路基板に圧迫する突起部を有するヒートシンクを備えることにより、固定部から離れた位置にある発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【００２０】
請求項５に記載の回路基板は、請求項４記載の回路基板において、前記ヒートシンクは、前記複数の突起部の各々を、前記回路基板に実装される前記発熱素子に対応した位置に形成している。
【００２１】
この回路基板によれば、発熱素子が実装されている位置に対応してヒートシンクに突起部が設けられることにより、発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【００２２】
請求項６に記載の回路基板は、請求項４又は請求項５に記載の回路基板において、前記ヒートシンクは、前記回路基板の発熱量が多い素子に対応した位置に複数の突起部を形成している。
【００２３】
この回路基板によれば、ヒートシンクの発熱量が多い素子に対応した位置に突起部が設けられることにより、発熱源である素子の熱を効果的に放散できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。
【図２】（Ａ）は、基板においてステータが取り付けられる側のモータ駆動制御装置の平面図であり、（Ｂ）はモータ駆動制御装置の側面図であり、（Ｃ）は基板においてステータが取り付けられる側とは反対側の面を示したモータ駆動制御装置２０の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るヒートシンクの形状の一例を示した模式図であり、（Ａ）はヒートシンクの基板に取り付けられる側の平面図の一例であり、（Ｂ）は、（Ａ）のヒートシンクを矢印Ｃ方向から見た場合の斜視図の一例である。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施の形態における基板とヒートシンクとの結合の一態様を示した概略図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿って基板及びヒートシンクを各々切断した断面を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態で基板にゆがみ等が生じ、ヒートシンクに対して基板の平行度及び平面度が担保されていない場合の一例を示した概略図である。
【図６】（Ａ）は、ネジ止めする箇所がヒートシンクの端部付近に偏在している一例を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って、（Ｃ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って、基板１２２及びヒートシンク１２４を各々切断した断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る基板を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。
【００２６】
本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１６の外側にロータ１２が設けられた、アウターローター構造の多相モータに係るものである。ステータ１６はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。
【００２７】
ステータ１６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動制御装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。
【００２８】
ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１６で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。
【００２９】
ロータ１２にはシャフト１４が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１４には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１４と共に回転することにより、車載用エアコンにおける送風が可能となる。
【００３０】
ステータ１６は、上ケース１８を介して、モータ駆動制御装置２０に取り付けられる。モータ駆動制御装置２０は、素子が実装された基板２２と、基板上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２４とを備えている。
【００３１】
ロータ１２、ステータ１６及びモータ駆動制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０は、下ケース５０に取り付けられる。
【００３２】
続いて、図２を用いて、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る基板を用いたモータ駆動制御装置の一例を示す図である。
【００３３】
図２（Ａ）は、基板２２においてステータ１６が取り付けられる側のモータ駆動制御装置２０の平面図である。基板２２にはヒートシンク２４が取り付けられ、ヒートシンク２４には、放熱用のピン状の放熱用突起２４Ａが複数設けられている。
【００３４】
図２（Ａ）において、基板２２の中央付近には、ステータ１６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に電力を供給する電力供給端子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設けられている。
【００３５】
また、図２（Ａ）のモータ駆動制御装置２０には、車載バッテリから電力が供給されると共に、車載用エアコンに係る制御の信号がＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御装置を介して入力される外部接続コネクタ２８が設けられている。
【００３６】
図２（Ｂ）はモータ駆動制御装置２０の側面図であり、図２（Ｃ）は基板２２においてステータ１６が取り付けられる側とは反対側の面を示したモータ駆動制御装置２０の平面図である。
【００３７】
図２（Ｃ）において、基板２２には、ステータ１６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に供給する電力を制御するためのインバータ回路４０が実装されている。本実施の形態に係るモータ駆動制御装置２０のインバータ回路４０は、直流側の回路に大容量のコンデンサ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄが並列に接続され、電圧源として動作する電圧形インバータである。
【００３８】
インバータ回路４０は、スイッチング素子として、ＦＥＴ４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆを備えている。ＦＥＴ４２Ａ，４２ＤはＵ相に、ＦＥＴ４２Ｂ、４２ＥはＶ相に、ＦＥＴ４２Ｃ、４２ＦはＷ相に、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【００３９】
基板２２上のインバータ回路４０にはノイズ除去用のコイル４６が設けられると共に、回路保護のための逆接防止ＦＥＴ４８及び大容量のコンデンサ４４Ｅが設けられている。また、基板２２には、インバータ回路４０を制御するためのマイコン３２が実装されている。
【００４０】
図２に示したモータ駆動制御装置２０において、ＦＥＴ４２Ａ〜４２Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４８は、動作時の発熱が著しい。本実施の形態では、図２（Ｃ）において、動作時の発熱が著しい素子が実装されている箇所の裏側に固定ボルト３４によってヒートシンク２４が取り付けられている。また、基板２２の図２（Ａ）に示した側のヒートシンク２４で覆われた部分には、ＦＥＴ４２Ａ〜４２Ｆ、逆接防止ＦＥＴ４８等の端子又は該端子に接続される配線が露出している。
【００４１】
前述のようにヒートシンク２４は熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製であるから、基板２２とヒートシンク２４との間には電気絶縁性と熱伝導性とを有する放熱シートを挟む必要がある。本実施の形態における放熱シートは、柔軟性と電気絶縁性と熱伝導性とを備えたゴム又は樹脂でできた固体状の放熱シートである。
【００４２】
図３は、本実施の形態に係るヒートシンク２４の形状の一例を示した模式図であり、（Ａ）はヒートシンク２４の基板２２に取り付けられる側の平面図の一例であり、（Ｂ）は、（Ａ）のヒートシンク２４を矢印Ｃ方向から見た場合の斜視図の一例である。図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、本実施の形態に係るヒートシンク２４の基板に取り付けられる側には、複数の突起部３６が設けられている。
【００４３】
図３において、各々の突起部３６は、一例として、ヒートシンク２４の基板２２に取り付けられる側の平面部３８から略球面状、又は楕円放物面等の非球面である二次曲面で構成された湾曲部を備えている。突起部３６の各々は、図３（Ａ），（Ｂ）に示した球面又は非球面状等の曲面に限らず、円柱状、角柱状等であってもよい。また、平面部３８に対する突起部３６の頂部の突出は、ヒートシンク２４と基板２２との間に介在する放熱シート３０を、突起部３６の各々の頂部により基板２２側に圧迫して、突起部３６の各々の頂部と放熱シートと基板２２とが、互いに密着できる程度である。本実施の形態では、一例として、突起部３６の各々の頂部は、平面部３８に対して略０．３〜１ｍｍ程度突出するようになっている。
【００４４】
図４（Ａ）は、本実施の形態における基板２２とヒートシンク２４との結合の一態様を示した概略図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿って基板２２及びヒートシンク２４を各々切断した断面を示す断面図である。
【００４５】
図４（Ａ）に示したように、基板２２及びヒートシンク２４は、基板の所定の位置に設けられた穴部３４Ａと対応したネジ穴部３４Ｂとを合わせ、放熱シート３０を挟んで２本の固定ボルト３４で固定されている。図４（Ａ），（Ｂ）に示した例では、固定ボルト３４でネジ止めする箇所がヒートシンク２４の端部付近に偏在しているが、図４（Ｂ）に示したように、放熱シート３０は、ヒートシンク２４の突起部３６の各々の頂部によって基板２２側に圧迫されている。その結果、突起部３６の各々の頂部と放熱シートと基板２２とが、互いに密着し、基板２２の熱が放熱シート３０を介してヒートシンク２４に放散される。
【００４６】
図４（Ｂ）で突起部３６は、発熱が顕著なスイッチング素子であるＦＥＴ４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４８が基板２２に実装された位置に対応して複数形成されている。発熱が顕著な素子が実装されている基板２２の位置に対応して突起部３６を各々設けることにより、素子の熱をヒートシンク２４側に効率よく放散させることが可能となる。
【００４７】
図５は、本実施の形態で基板２２にゆがみ等が生じ、ヒートシンク２４に対して基板２２の平行度及び平面度が担保されていない場合の一例を示した概略図である。図５に示した場合では、基板２２が上に凸状に湾曲しているが、突起部３６の各々が放熱シート３０を基板２２側に圧迫することにより、基板２２とヒートシンク２４とが放熱シート３０を介して接続されている。特に、放熱シート３０及び基板２２の突起部３６に対応した箇所は局部的に強く圧迫され、かつ突起部３６の各々は発熱が顕著なスイッチング素子であるＦＥＴ４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４８が基板２２に実装された位置に対応している。その結果、発熱が顕著な素子の熱を、放熱シート３０を介してヒートシンク２４へ効果的に放散させることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒートシンク２４の基板に固定される面に複数の突起部３６を設けている。その結果、基板２２の固定ボルト３４の取り付け位置とヒートシンク２４のネジ止め箇所とを合わせて放熱シート３０を挟んで圧迫固定した場合に、突起部３６の各々の頂部が放熱シート３０を介して基板２２に押し付けられるので、発熱源である基板２２の素子の熱を効果的にヒートシンク２４に放散できる。
【００４９】
なお、放熱シート３０を挟んで基板２２とヒートシンク２４とを圧迫固定する手段には、固定ボルト３４以外にもリベット等のファスナーを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…モータユニット、１２…ロータ、１４…シャフト、１６…ステータ、１８…上ケース、２０…モータ駆動制御装置、２２…基板、２４…ヒートシンク、２４Ａ…放熱用突起、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…電力供給端子、２８…外部接続コネクタ、３０…放熱シート、３２…マイコン、３４…固定ボルト、３６…突起部、３８…平面部、４０…インバータ回路、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ…ＦＥＴ、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ…コンデンサ、４６…コイル、４８…逆接防止ＦＥＴ、５０…下ケース、１２２…基板、１２４…ヒートシンク、１２６…放熱シート、１３４…固定ボルト
【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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