(57)【要約】【課題】放熱基板から離間した位置に存在する各種部品や部材の熱を効率よく放熱し得る回路装置を提供すること。【解決手段】放熱基板１上の電気絶縁層２の上面には、複数の回路パターン３および回路パターン３とは隔離して配置された熱伝導性シート部材４が形成されていて、離間回路部材５は、回路パターン３と電気的に接続された電気接続部５１、回路パターン３から離間して配置された離間部５２、および電気接続部５１と離間部５２とを繋ぐ繋部５３とから構成されている。離間部５２と熱伝導性シート部材４との間には柱状あるいはブロック状の熱伝導部材６が設置されている。【選択図】図１
2009188192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱基板、上記放熱基板の片面に設けられた電気絶縁層、上記電気絶縁層上に形成された回路パターン、一部が上記回路パターンに接続され上記回路パターンから離間して配置されると共に電子部品が取り付けられる離間回路部材、上記電気絶縁層上に上記回路パターンとは隔離して配置された熱伝導性シート部材、上記熱伝導性シート部材と上記離間回路部材との間に配置された熱伝導部材、を備えたことを特徴とする回路装置。
【請求項２】
上記離間回路部材は、上記回路パターンに接続された回路パターン接続部、上記回路パターンから離間した離間部を含み、上記熱伝導部材は、上記離間部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
上記離間回路部材と上記熱伝導部材のいずれか一方または両方は、上記回路装置を収容する筐体にインサート成形されたことを特徴とする請求項1または請求項２に記載の回路装置。
【請求項４】
上記熱伝導性シート部材は、上記回路パターンの形成の際に上記電気絶縁層上に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか1項に記載の回路装置。
【請求項５】
上記電子部品は、熱伝導性の電気絶縁材を介して上記離間部または上記熱伝導部材と接続されていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか1項に記載の回路装置。
【請求項６】
上記離間回路部材と上記電子部品と上記熱伝導部材とは、樹脂モールドにて一体化されたことを特徴とする請求項1〜請求項５のいずれか1項に記載の回路装置。
【請求項７】
上記放熱基板の上記電気絶縁層側とは反対側に、大気中に露出する放熱フィンもしくは冷却装置が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか1項に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置に関し、詳しくは放熱基板から離間して設けられて電子部品を設置するための離間回路部材を具備する回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では、小型で効率良く大電流を流し得る回路装置の開発を課題として、太くて幅の広い配線材や効率の良い電子部品を用いたり、さらには基板から離間した位置に離間回路部を設け、そこに発熱性の電子部品を設置して上記課題の解決を目指している。しかし、その場合には回路装置の効果的は冷却構造の開発が課題となっている。
【０００３】
かかる課題の解決のために、例えば後記の特許文献１ではバスバーなどの配線部材にヒートシンクを設け、当該配線部材を冷却することにより配線部材に実装されている発熱性電子部品を冷却している。また配線部材の冷却方法として、例えば特許文献２ではプリント基板に設けた放熱領域を介して放熱ブロックと締付し、配線部材を冷却している。
【０００４】
放熱基板から離間した位置に設けられたバスバーや、そのバスバーに実装されている発熱性電子部品は、一般的に冷却が困難であって、このために発熱性電子部品とバスバーとの接合部に繰り返し加わる熱的ストレスが大きく、発熱性電子部品とバスバーとの接合部の疲労が進み易い問題がある。また、バスバーと放熱基板とを半田付けした際の接続部もバスバーの温度上昇によって熱的ストレスが加わり、上記と同様に接合部の長期安定性が未だ問題となっている。
【０００５】
特許文献１の発熱性電子部品の冷却構造では、発熱性電子部品から発生する熱をバスバーに設けたフィンにより筐体内に放熱している。そのため、筐体内に熱が隠り、発熱性電子部品が十分に冷却されないだけでなく、筐体内温度の上昇によって筐体内の他の電子部品の動作に悪影響を与える問題もある。特に、筐体内温度の上昇によって電子部品の半田付部が温度上昇するため、熱的ストレスが大きくなり、半田付部の信頼性にも影響するおそれがある。一方、特許文献２におけるバスバーの冷却構造では、大電流電子部品を放熱ブロックに接するように配置しているため、回路装置の面積が大きくなり小型化が難しい問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-135582号公報（２頁８〜９行、図２）
【特許文献２】特開2005-311262号公報（２頁１〜１２行、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術における上記の諸問題を考慮して、放熱基板から離間した位置に存在する各種部品や部材の熱を効率よく放熱し得る回路装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、放熱基板、上記放熱基板の片面に設けられた電気絶縁層、上記電気絶縁層上に形成された回路パターン、一部が上記回路パターンに接続され上記回路パターンから離間して配置されると共に電子部品が取り付けられる離間回路部材、上記電気絶縁層上に上記回路パターンとは隔離して配置された熱伝導性シート部材、上記熱伝導性シート部材と上記離間回路部材との間に配置された熱伝導部材、を備えた回路装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回路装置に限らず他の回路装置においても、放熱基板の片面に設けられた電気絶縁層は、回路パターンと放熱基板との電気的短絡を防止するために必要であるが、それは一般的に薄層体であって熱絶縁性が小さいので、当該電気絶縁層の上側で発生した熱は当該電気絶縁層を経由して放熱基板に伝達され、そこから放熱される。これに対して本発明においては、上記離間回路部材における熱は、上記熱伝導部材、上記熱伝導性シート部材、および上記電気絶縁層を順次経由して放熱基板に伝えられ、放熱基板から放熱される。その際、上記熱伝導部材と上記電気絶縁層との間の良好な熱的結合を達成する上で当該両者間での良好な機械的結合は必要となるが、上記熱伝導性シート部材の存在がそれに大きく貢献する。例えば熱伝導性シート部材と熱伝導部材とを半田付により簡単に、強固に、且つ良好な熱伝導を保持した状態で結合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下において、回路装置に含まれる各種部材において同一部材は同一符号を付して、図２以下では説明を省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。図１において、放熱基板１の上に電気絶縁層２が設けられており、電気絶縁層２の上面には複数の回路パターン３および回路パターン３とは隔離して配置された熱伝導性シート部材４が形成されている。離間回路部材５は、従来技術におけるバスバーに対応するものであって、回路パターン３と電気的に接続された電気接続部５１、回路パターン３から離間して配置された離間部５２、および電気接続部５１と離間部５２とを繋ぐ繋部５３とから構成されている。離間部５２と熱伝導性シート部材４との間には柱状あるいはブロック状の熱伝導部材６が設置されていて、離間部５２には発熱性電子部品７の端子７１が半田付けあるいは溶接などにより接続されている。また離間部５２と熱伝導部材６、および熱伝導部材６と熱伝導性シート部材４とは、共に熱伝達性を良好とするために半田付けされている。回路パターン３上には、通常は比較的小型の表面実装電子部品８が実装されている。
【００１２】
放熱基板１および熱伝導部材６は、伝熱性の良好は材料、例えば銅、アルミニウムなどの金属、あるいはセラミックスで形成されており、電気絶縁層２は、耐熱性の電気絶縁性材料、例えば硬化エポキシ樹脂、ガラス繊維入り硬化エポキシ樹脂、ガラス繊維入り珪素樹脂などで形成されている。離間回路部材５には、伝熱性と電気伝導性に加えて、発熱性の電子部品７を実装するので或る程度の機械的強度が要求されるので、それら三特性が良好は材料、例えば銅、アルミニウムなどの金属類、あるいはカーボン、グラファイトなどの非金属材料で形成されている。熱伝導性シート部材４は、伝熱性が良好であることが要求されるが、加えて熱伝導部材６との伝熱性を確保した上で簡単且つ確実に結合し得るように銅などの半田付け可能な材料で形成されていることが好ましい。回路パターン３上には、例えばＭＯＳＦＥＴ、電解チップコンデンサーなどの表面実装部品８が実装されており、離間部５２上には、例えばトランジスタやダイオードのような半導体素子、あるいはリアクトル、コンデンサなどの発熱性電子部品７が実装される。また放熱基板１の裏面には、必要に応じて図示しないヒートシンクが取り付けられる。
【００１３】
熱伝導部材６は、先ず熱伝導性シート部材４に半田付けして立設され、次いで熱伝導部材６の頂面上に離間回路部材５の離間部５２を置いてネジ止めや半田付けなどで固定される。この半田付けは、他の部材間の半田付け作業の際に行うと、実施の形態１の回路装置の組み立て作業の能率が向上する。
【００１４】
放熱基板１、電気絶縁層２、および熱伝導性シート部材４の各厚みは、実施の形態１の回路装置の大きさによって異なるが、一般的には放熱基板１は１〜５ｍｍ、電気絶縁層２および熱伝導性シート部材４は５０μｍ〜２００μｍである。電気絶縁層２の片面上には、図１に示すように通常、複数の回路パターン３と複数の熱伝導性シート部材４とが存在する。よって、熱伝導性シート部材４は回路パターン３を形成する際に同時に形成し得る利点がある。電気絶縁層２の形成材として例えばエポキシ樹脂を採用する場合、放熱基板１と所定厚みのエポキシ樹脂シートと回路パターンおよび熱伝導性シート部材になる金属層をプレスして固着させる。その片面に所望数の回路パターン３と所望数の熱伝導シート部材４とを通常のエッチング技術にてそれぞれ所定個所に形成し、島状に点在する回路パターンおよび放熱シート部材を製作する。
【００１５】
一般的に、発熱性電子部品７として形状の大きなものを搭載すると、放熱基板１の面積が著しく大きくなり、回路装置の大形化をきたす。この問題に対して、実施の形態１では発熱性電子部品７を放熱基板１の上方の空間に設けられた離間回路部材５上に搭載し、且つ離間回路部材５と電気絶縁層２との間の空間に比較的形状の小さい表面実装型電子部品８を搭載することによって放熱基板１の面積拡大を抑え、回路装置の全体を小型化することができる。また、表面実装型電子部品８、電気絶縁層２上の複数の比較的厚さが小さい回路パターン３、および発熱性電子部品７に流れる大きな電流経路の大部分を離間回路部材５にて構成することによって、放熱性能を高めると共に電気的損失を軽減することができるので、回路装置の高効率化を図ることができる。その際に離間回路部材５の電気接続部５１は、回路パターン３上の表面実装電子部品８の近くに、好ましくは隣接する位置で接続されることが好ましい。
【００１６】
上記のような構成とすることにより、離間回路部材５や発熱性電子部品７で発生する熱は、熱伝導部材６および熱伝導性シート部材４を経由して放熱基板１に伝えられ、そこから例えば回路装置の外部に放熱されるので、離間回路部材５および発熱性電子部品７の効率的な冷却が可能となる。また離間回路部材５と発熱性電子部品７との接合に半田を用いた場合、パワーサイクルによる両者間の熱的ストレスが分散され、当該接合部の信頼性が向上する。さらに、上記両者間の半田接合部においては、上記熱的ストレスのほかに振動による機械的ストレスも分散されるので、離間回路部材５と回路パターン３との接合部の信頼性も向上する。
【００１７】
また、実施の形態１の回路装置の放熱基板１に図示しないヒートシンクなどの冷却装置を取り付ける。表面実装部品や発熱性部品、放熱基板などからなる回路は、回廊装置外部から保護するために筐体内に収納される。冷却装置は、筐体外部に露出させることにより、前記特許文献１の冷却構造に比べ、発熱性部品が筐体内部の放熱性基板から離間した位置にあっても筐体内への熱の放散が抑えられ、筐体内の他の電子部品への熱的影響を軽減できる。さらに、熱伝導部材６には電流が流れないので、特許文献２の冷却構造と比べ、繋部と熱伝導部材とを分けることによって、各々の電流および熱の抵抗が小さくなる配置に設置することができる。従って、離間回路部材５の電流経路長を短くでき、電気損失も減らすことができる。熱伝導部材６として、図１に示すような太い角柱材あるいはブロック材を用いると、離間回路部材５が放熱基板１に強固に固定されるので、回路装置の耐震性が良好となって信頼性が向上する。
【００１８】
なお図１では、１つの離間回路部材５につき１つの熱伝導部材６を設ける例を示したが、１つの離間回路部材５につき複数の熱伝導部材６を設けてもよい。熱伝導部材６として図１に示すような太い角柱材などを採用することによって、それの熱抵抗を小さくすることができて放熱性能が向上する。
【００１９】
実施の形態１において、一つの離間回路部材５に複数の発熱性電子部品７を搭載することによって、離間回路部材の設置個数を削減することができる。ことができる。この場合には、複数の発熱性電子部品７の各々に近接するように複数の熱伝導部材６を設置すれば、複数の発熱性電子部品７からの各放熱を効率よく放熱基板１に伝達することができる。また、複数の熱伝導部材６を分散して設置することにより放熱基板１の全面積を有効利用できる。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。図２において、発熱性電子部品７ａ、７ｂは、それぞれの図２上での左面から延在する端子７１ａの各端が離間回路部材５ａの離間部５２ａに溶接もしくは半田付けにより接続されている。また、発熱性電子部品７ａ、７ｂの各下面は、例えばシリコーングリースなどの良熱伝導性の絶縁材９を介して離間回路部材５ａの離間部５２ａと接触するように置かれ、発熱性電子部品７ａの右面から延在する端子７１の一端が発熱性電子部品４ｂの右面に溶接、もしくは半田付けにより接続され、発熱性電子部品７ｂの右面から延在する端子７１ｂの一端は離間回路部材５ｂの離間部５２ｂに溶接もしくは半田付けにより接続されている。
【００２１】
実施の形態２によれば、発熱性電子部品７ａ、７ｂから発生する熱は、各端子７１からのみならず、良熱伝導性の絶縁材９を介して発熱性電子部品７ａ、７ｂの底からも、離間回路部材５を経て熱伝導部材６へと伝えられるので、発熱性電子部品７ａ、７ｂを一層効率的に冷却できる。また実施の形態２では、離間回路部材５ａ、互いに異なる種類の発熱性電子部品７ａと７ｂ、および離間回路部材５ｂとが直列に接続された回路構成となっており、また発熱性電子部品７ａ、７ｂ同士の接続は、端子７１ａと７１ｂとで接続されているため、片側の電気端子７１からのみの離間回路部材５への放熱量が大きくなるが、良熱伝導性の絶縁材９で放熱あるいは熱伝導部材６へ伝熱することができるため、端子７１の接続部の熱的ストレスを低減することができる。また、端子同士７１ａ、７１ｂ同士を直接接続できれば、回路配線を短くすることが可能となって、電子部品の実装可能面積も増加して小形化できるばかりでなく、配線損失も少なくなって回路装置の効率が向上する。上記のシリコーングリースに代えて、放熱性の高い接着剤、例えば樹脂にフィラーを混合したシリコン系接着剤やエポキシ系接着剤を用いることで発熱性電子部品７を強固に支持することができるので回路装置の耐振性が向上する。
【００２２】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。図３と前記図１との対比から分かるように、実施の形態３では、言うなれば実施の形態１における離間回路部材５と熱伝導部材６とが一体に形成されたものが使用されていることにおいて実施の形態１と異なり、その他の構成は本質的に同じである。即ち、実施の形態３における離間回路部材５は、上記熱伝導部材６に対応する伝導部５４を有し、伝導部５４の下端部は熱伝導性シート部材４と半田付けされている。また伝導部５４は、打ち抜きや曲げ加工などによる離間回路部材５の製造の際に同時に形成される。なお、熱伝導部５４の熱伝導性シート部材４と接続される個所は、図示するようにＬ字型に折り曲げられていて、その折り曲げ部の下面が熱伝導性シート部材４と半田付される。
【００２３】
熱伝導部５４は、実施の形態１で説明されたようなブロック状でなく、離間回路部材５の離間部５２や繋部５３などと同じ板状体からなるが、それらが一体的に形成されているので、ネジ締結部がなくてネジ締結による接触熱抵抗がなくなることによる熱抵抗の低減効果が大きく、離間回路部材５や発熱性電子部品７をより効率良く冷却できる。また、部品点数を減らすことができるので、コストや生産性にも優れている。なお熱伝導部５４を構成する板状体の厚みは、離間部５２や繋部５３を構成する板状体の厚みと同異であってよく、要は効果的な伝熱機能を達成する寸法とされる。
【００２４】
また、離間回路部材５の電気接続部５１と熱伝導部５４とが共に板状である場合、図３に示すように、両者の広幅面同士の向きが互い直交するように形成すれば、離間回路部材５の各方向に対する剛性が向上し、耐振性が向上する。さらに、離間回路部材５が複数の電気接続部５１および複数の熱伝導部５４を含む場合、複数の電気接続部５１内および複数の熱伝導部５４の内で、広幅面同士の向きが互い直交するように形成すれば上記と同様の効果が得られる。
【００２５】
実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。図４において、複数の離間回路部材５のそれぞれは、筐体１０にインサート成型され、且つ電気絶縁層２上にある回路パターン３に半田付され、離間回路部材５と熱伝導部材６とがねじ止めなどにより接合されている。また、発熱性電子部品７は溶接または半田づけにより離間回路部材５に接合されている。
【００２６】
実施の形態４においては、離間回路部材５として前記実施の形態３で採用された離間回路部材５と熱伝導部材６とが一体に形成されたものが、筐体１０にインサート成型されてもよい。複数の離間回路部材５を筐体１０にインサート成型することにより、離間回路部材５を振動や温度変化に対して一層強固に筐体１０に固定することができ、回路装置の信頼性を一層高めることができる。また、比較的高重量のリアクトルなどを離間回路部材５に実装しても高い信頼性が得られ、実装性も改善される。
【００２７】
実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５における回路装置の一部断面図を含む側面図である。実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態３とは、発熱性電子部品７と離間回路部材５と熱伝導部材６とが予め接続し組み立てられた状態で一括して樹脂にてモールドして樹脂モールドユニット１１とされていることにおいて異なり、その他の構成は同じである。樹脂モールドユニット１１は、電気絶縁層２上にある回路パターン３や熱伝導性シート部材４に半田付け実装される。なお、実施の形態３のように離間回路部材５と熱伝導部材６とが一体に成型されているようなものを、樹脂モールドしてもよい。
【００２８】
樹脂モールドすることにより、樹脂モールドユニット１１内の発熱性電子部品７や離間回路部材５から発生する熱は、樹脂モールドユニット１１内で分散し、熱伝導部材６を通じて放熱基板１から放熱されるため、筐体に内蔵される場合、筐体内に熱が放散され難くなるので、筐体内の他の電子部品や装置への熱的影響を一層軽減することができる。さらに、発熱性電子部品７の耐振動信頼性の向上や、ユニットにすることにより放熱基板１に一括して実装性できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、各種の回路装置の分野で利用される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態２における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態３における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態４における回路装置の一部断面図を含む斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態５における回路装置の一部断面図を含む側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：放熱基板、２：電気絶縁層、３：回路パターン、４：熱伝導性シート部材、
５：離間回路部材、５１：電気接続部、５２：離間部、５３：繋部、５４：熱伝導部、
６：熱伝導部材、７：発熱性電子部品、７１：端子、８：表面実装電子部品、
９：絶縁材、１０：筐体、１１：樹脂モールドユニット。
【図１】
2009188192.tif 000003
【図２】
2009188192.tif 000004
【図３】
2009188192.tif 000005
【図４】
2009188192.tif 000006
【図５】
2009188192.tif 000007