発熱部品の放熱構造及びこの放熱構造を有している回路装置、並びに、前記放熱構造の製造方法
【課題】スイッチング素子で発生した熱をヒートシンクから逃がすために、両者間で熱伝導が行われる必要がある一方で、スイッチング素子とヒートシンクとの間で電気的に絶縁を行う必要のある回路装置であって、スイッチング素子で発生した熱を効率良くヒートシンクへ伝導させることができる回路装置を提供する。
【解決手段】通電によって発熱するスイッチング素子Ｓ１と、このスイッチング素子Ｓ１で発生した熱を放散させるためのヒートシンク１０と、両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材３０とを備えている。絶縁部材３０は、流動性を有する状態でスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に充填してから硬化させた充填材から成る。
【解決手段】通電によって発熱するスイッチング素子Ｓ１と、このスイッチング素子Ｓ１で発生した熱を放散させるためのヒートシンク１０と、両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材３０とを備えている。絶縁部材３０は、流動性を有する状態でスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に充填してから硬化させた充填材から成る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品で発生した熱をヒートシンクから逃がすために発熱部品とヒートシンクとの間で熱伝導が行われる必要がある一方で、発熱部品とヒートシンクとの間で電気的に絶縁を行う必要のある構造及びこの構造を有している回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、一般的に、スイッチング回路２、トランス３、整流回路４及び平滑回路５を備えている（図２参照）。このＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチング回路２に入力された直流電圧は、当該スイッチング回路２の機能により交流に変換され、交流電圧がトランス３の１次コイル３ａに入力される。そして、トランス３の２次コイル３ｂ側に生じた交流電圧は、整流回路４により整流され、平滑回路５により平滑され、所定の電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【０００３】
前記スイッチング回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を備えた回路構成からなり、駆動回路６から送信される指令信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が動作し、直流電源９０から入力された直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をトランス３へ入力させることができる。
【０００４】
このようなＤＣ／ＤＣコンバータを構成する各部品及び回路は、発生した熱を逃がすためにヒートシンク（放熱板）に取り付けられているが、その中でも、前記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、導通損失の他に、オン／オフの切り替えに伴うスイッチング損失が発生するため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４からの放熱対策が特に重要となる。
そこで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４で発生した熱を放散するためのヒートシンクは、熱伝導率が高いことが望ましいことから、例えばアルミ等の金属によって製造されている。
【０００５】
このように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４とヒートシンクとの間では、熱伝導が行われる必要があるが、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４とアルミ等から成るヒートシンクとの間では、電気的に絶縁させる必要がある。このために、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は樹脂製の絶縁シートを介してヒートシンクに取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９９２２０号公報（図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているように、スイッチング素子とヒートシンクとの間に、樹脂製の絶縁シートを介在させることで、両者間の電気的な絶縁が達成できる。しかし、スイッチング素子と絶縁シートとの間、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間で、相互が接触していない部分が存在していると、絶縁性能の観点では好ましいが、その部分で熱伝導が悪くなり、スイッチング素子で発生した熱が、効率良くヒートシンクへ伝わらないおそれがある。そこで、従来では、スイッチング素子と絶縁シートとの間、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間に、グリースを介在させている。
【０００８】
グリースを介在させることで、スイッチング素子と絶縁シートとの間の密着度、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間の密着度を向上させることができる。しかし、樹脂製の絶縁シートは金属に比べて熱伝導率が高くないことに加えて、一般的なグリースは熱伝導率が低いため、結果として、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導性能はさほど高いものではない。
【０００９】
なお、前記のようなＤＣ−ＤＣコンバータでは、高周波化につれてスイッチング素子等の発熱部品では発熱量がより多くなる。このため、ヒートシンクへの熱伝導性能が低いと、発熱部品での過熱が原因となり、高周波化に対応できないおそれがある。
また、通電によって発熱する部品としては、前記スイッチング素子以外にも様々存在しており、また、このような発熱部品を備えている回路装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ以外にも様々存在する。
【００１０】
そこで、本発明は、発熱部品で発生した熱をヒートシンクから逃がすために発熱部品とヒートシンクとの間で熱伝導が行われる必要がある一方で、発熱部品とヒートシンクとの間で電気的に絶縁を行う必要のある構造及びこの構造を有する回路装置であって、発熱部品で発生した熱を効率良くヒートシンクへ伝導させることができる構造及びこの構造を有する回路装置、並びに、この構造を得るための製造方法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】
（１）前記目的を達成するための本発明の発熱部品の放熱構造は、通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンクと、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に設けられ両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材とを備え、前記絶縁部材は、流動性を有する状態で前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間に設けられている絶縁部材は、流動性を有する状態から硬化した充填材から成るので、製造の際に、発熱部品とヒートシンクとの間にこの絶縁部材を入れた際には流動性を有することで、絶縁部材と発熱部品との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となる。このため、絶縁部材によって、発熱部品とヒートシンクとの間は電気的に絶縁されるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる。
そして、前記絶縁部材は、発熱部品とヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成るので、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。つまり、仮に、絶縁部材が流動性を有した状態のままであると、発熱部品とヒートシンクとが接近すると絶縁部材が逃げて両者が接触するおそれがあるが、本発明によればこれを防止することができる。
【００１３】
（２）また、前記発熱部品の放熱構造は、前記発熱部品の前記ヒートシンク側の面に取り付けられ当該面よりも外周輪郭形状が大きい導熱板を更に備え、前記絶縁部材は、前記導熱板と前記ヒートシンクとの間に設けられている構成とすることができる。
この場合、発熱部品で発生した熱を逃がす面積が導熱板によって増えるので、発熱部品の熱をより効率良く逃がすことができる。
【００１４】
（３）また、前記ヒートシンクは、前記発熱部品が前記絶縁部材を介して取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とを有しているのが好ましい。
この場合、ヒートシンクがたとえ大きくても、当該ヒートシンクが第１部材と第２部材とに分割されていて、ヒートシンク全体よりも小さくした第１部材に発熱部品を組み付けてから、当該第１部材と第２部材とを接合すればよい。
【００１５】
（４）また、本発明の回路装置は、通電によって発熱する発熱部品を備えた回路装置であって、前記発熱部品の放熱構造として前記放熱構造を有していることを特徴とする。
本発明によれば、前記放熱構造を有しているので、発熱部品とヒートシンクとの間は電気的に絶縁されるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる。そして、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【００１６】
（５）また、本発明は、通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散するためのヒートシンクとの間に絶縁部材が設けられ、当該発熱部品と当該ヒートシンクとの間を電気的に絶縁させた発熱部品の放熱構造の製造方法であって、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、流動性を有する状態にある絶縁部材を前記隙間に入れ、当該隙間に入れた前記絶縁部材を硬化させることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間の隙間に、流動性を有する絶縁部材を入れることで、絶縁部材と発熱部品との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となる。このため、絶縁部材によって、発熱部品とヒートシンクとの間を電気的に絶縁させるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる放熱構造を得ることができる。
そして、絶縁部材を硬化させることにより得られた放熱構造は、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【００１８】
（６）また、前記製造方法において、金型内で、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、前記絶縁部材として流動性を有する状態にある樹脂を前記金型内の前記隙間に注入するのが好ましい。
この場合、樹脂モールド成型により絶縁部材を形成しつつ、当該絶縁部材を介して発熱部品をヒートシンクに組み付け、前記放熱構造を製造することができる。
【００１９】
（７）さらに、前記製造方法において、前記ヒートシンクは、前記発熱部品が取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とに分割されており、前記発熱部品と前記第１部材との間の隙間に、流動性を有する状態にある前記絶縁部材を入れ、当該絶縁部材を硬化させてから、前記第１部材を前記第２部材に接合するのが好ましい。
この場合、ヒートシンクがたとえ大きくても、当該ヒートシンクが第１部材と第２部材とに分割されていて、ヒートシンク全体よりも小さくした第１部材に発熱部品を組み付けてから、当該第１部材と第２部材とを接合すればよいので、前記絶縁部材を設ける作業では、大きいままであるヒートシンク全体を取り扱う必要がなくなり、製造が簡単となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間を電気的に絶縁することができる一方で、従来のようにグリースを使用しなくても、発熱部品と絶縁部材との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となり、発熱部品からヒートシンクへの熱伝導性能を高くすることができる。そして、絶縁部材を硬化させることにより、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を説明する説明図である。
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】スイッチング素子及びその周囲を示している断面斜視図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの製造方法を説明する説明図である。
【図５】（ａ）は、スイッチング素子及びその周囲を示している平面図であり、（ｂ）は側方断面図である。
【図６】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第２実施形態の説明図である。
【図７】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第３実施形態の説明図である。
【図８】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第４実施形態の説明図である。
【図９】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第５実施形態の説明図である。
【図１０】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第６実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明の回路装置を、ＤＣ／ＤＣコンバータとして説明する。
図１は、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を説明する説明図であり、図２は、その回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子Ｎ１，Ｎ２に直流電源９０が接続され、この直流電源９０から供給される直流電圧Ｖｉｎを、より低い直流電圧Ｖｏｕｔに変換し、出力端子Ｎ３，Ｎ４から出力することができる。
【００２３】
図２を参照しながら図１により説明すると、このＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子Ｎ１，Ｎ２と、１次側高圧線Ｌ１ａ（図２参照）と１次側低圧線Ｌ１ｂとの間に設けられたコンデンサ１及びスイッチング回路２と、スイッチング回路２に接続され電圧を変換するトランス３とを備えている。
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランス３の２次側に設けられ当該トランス３から出力された交流を整流する整流回路４と、整流された電流（電圧）を平滑する平滑回路５と、出力端子Ｎ３，Ｎ４とを備えている。
【００２４】
前記コンデンサ１は、直流電源９０から出力された直流電圧Ｖｉｎを平滑化する。
図例のスイッチング回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有している回路構成からなり、フルブリッジ型となっている。すなわち、図２において、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の一端同士が互いに接続されている。これら一端同士の接続部それぞれは、トランス３の１次コイル３ａと接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の他端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士の接続部それぞれは、入力端子Ｎ１，Ｎ２と接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータは更に駆動回路６を備えていて、この駆動回路６から送信される指令信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が動作し、直流電源９０から入力された直流電圧を交流電圧に変換することができる。
【００２５】
前記トランス３は、１次コイル３ａおよび２次コイル３ｂを有しており、スイッチング回路２から１次コイル３ａに入力された交流電圧を変圧し、交流電圧を出力する。
前記整流回路４は、一対の整流ダイオード４１，４２を有する全波整流型である。また、この整流回路４は、センタータップ型の全波整流方式となっていて、トランス３から出力された交流電圧の各半波を、それぞれ整流ダイオード４１，４２によって個別に整流して直流電圧を得る構成である。
前記平滑回路５は、インダクタ５０とコンデンサ５９とを有している。この平滑回路５では、整流回路４で整流された直流電圧を平滑化し、出力端子Ｎ３と出力端子Ｎ４との間に、所定の電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎ）を得ることができる。
【００２６】
このような構成を備えたＤＣ−ＤＣコンバータでは、前記スイッチング回路２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、他の部品及び回路（以下、これらをまとめて構成部品ともいう）は、通電によって発熱する発熱部品であることから、放熱対策が必要となる。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４等の構成部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンク１０（図１参照）を備えている。
【００２７】
ヒートシンク１０は、例えば熱伝導率が高く軽量であることが望ましいことから、アルミ製であり、さらに、本実施形態では、ヒートシンク１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するための基材となっている。すなわち、ヒートシンク１０上に、前記構成部品がすべて設置されている。構成部品が設置される側の面（設置面）を、ヒートシンク１０の上面として説明する。なお、ヒートシンク１０の上面には、樹脂製のカバー部材２７が取り付けられ、構成部品はカバー部材２７によって覆われる。なお、図１はカバー部材２７が取り外された状態を示している。
【００２８】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、導通損失の他、オン／オフの切り替えに伴うスイッチング損失が発生するため、特に放熱対策が重要となる。そこで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４（スイッチング回路２）における放熱のための構造（放熱構造）を、図３により説明する。
図３は、スイッチング素子及びその周囲を示している断面斜視図である。なお、本実施形態では、スイッチング回路２は４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有しているが、各素子及びその周囲部の構成はそれぞれ同じであるため、図３では、代表してスイッチング素子Ｓ１を示している。
【００２９】
ヒートシンク１０は、ヒートシンク本体となる平板状のベース部１１と、このベース部１１から突出しているフィン部１２とを有している。フィン部１２は、ベース部１１のうちの、前記構成部品が設置されている側とは反対側に突出していて、ヒートシンク１０は、当該フィン部１２によって反対側の面（下面）が凹凸形に形成されている。
ベース部１１の上面側には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を取り付ける部位として、一段高くなった台座部１１ｂが形成され、この台座部１１ｂはベース部１１と一体である（ベース部１１の一部である）。
【００３０】
スイッチング素子Ｓ１は、ヒートシンク１０側となる下面に導体板部（ドレイン端子）２１を有していることから、このスイッチング素子Ｓ１を、ヒートシンク１０との間で電気的に絶縁させる必要がある。このため、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０のベース部１１との間に絶縁部材３０が設けられている。
【００３１】
本実施形態の絶縁部材３０は樹脂製であるが、さらに、流動性を有する状態でスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に充填してから硬化させた樹脂製の充填材から成る。すなわち、絶縁部材３０は、絶縁性能を有する材料である他に、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に入れる際及び入れた状態では流動性を有するが、入れた後に硬化し、最終的には固化するものである。具体的には、絶縁部材３０として熱硬化性樹脂を採用している。これは、スイッチング素子Ｓ１は使用により温度が上昇するため、熱可塑性樹脂ではなく、熱硬化性樹脂を採用している。
また、絶縁部材３０の材質としてさらに好ましいものとして、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫ以上（１０Ｗ／ｍＫ以下）であるものが好ましく、さらに、０．５Ｗ／ｍＫ以上であるものが好ましい。
【００３２】
図４は、このような絶縁部材３０によってスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間が絶縁されているＤＣ／ＤＣコンバータの製造方法を説明する説明図である。
本実施形態では、金型２５を用いたトランスファ成形により製造が行われる。なお、金型２５内に充填して絶縁部材３０とするための充填材は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂とすることができる。
【００３３】
図４（ａ）に示しているように、金型２５には凹部２５ａが形成されていて、この凹部２５ａ内にスイッチング素子Ｓ１が設置されている。図３に示しているように、スイッチング素子Ｓ１には、上面側に開口している孔２２が形成されているため、この孔２２に、例えば金型２５に形成した突起２５ｂを嵌合させることで、スイッチング素子Ｓ１は金型２５の凹部２５ａに位置決めされる（図４（ａ）参照）。又は、金型２５に対するスイッチング素子Ｓ１の位置決めは、当該スイッチング素子Ｓ１から突出している端子２４を用いても良い。
【００３４】
そして、この金型２５とヒートシンク１０とを接近させ、凹部２５ａとヒートシンク１０の上面１３とにより囲まれたキャビティ７を形成する（図４（ｂ）参照）。
キャビティ７の高さ（深さ）Ｈは、スイッチング素子Ｓ１の高さｈよりも大きく設定されているため（Ｈ＞ｈ）、スイッチング素子Ｓ１の下面と、ヒートシンク１０の上面１３との間には、隙間ｇが形成される。
【００３５】
この隙間ｇは、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間の絶縁性能を確保することができる最小の距離に設定されている。すなわち、この距離（隙間ｇ）が過大であるとスイッチング素子Ｓ１からヒートシンク１０への熱伝導性能が低下するため、隙間ｇが所定の値となるように、スイッチング素子Ｓ１の高さｈを考慮して、キャビティ７の高さＨは設定される。
【００３６】
そして、図外のトランスファ成形機から、前記キャビティ７に絶縁部材３０とするための樹脂Ｒ（充填材）を注入する（図４（ｃ）参照）。
すなわち、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に前記隙間ｇを設けた状態とし、常温では流動性を有する状態にある熱硬化性の樹脂Ｒを、当該隙間ｇを含むキャビティ７に注入し、当該キャビティ７に充填した樹脂Ｒを所定の温度で加熱することで硬化させる。
【００３７】
この製造方法によれば、キャビティ７に注入した流動性を有する樹脂Ｒが、当該キャビティ７の各部すべてに回り込むことができるので、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との隙間ｇにも、当該樹脂Ｒが浸入し、両者間に隙間が残らないように当該樹脂Ｒをキャビティ７に充填することが可能となる。したがって、この樹脂Ｒをキャビティ７内で硬化させることで、硬化した樹脂Ｒとスイッチング素子Ｓ１との間、及び、当該硬化した樹脂Ｒとヒートシンク１０との間を密に接触させることが可能となる。
【００３８】
樹脂Ｒが硬化した後、金型２５とヒートシンク１０とを分離させると、図４（ｄ）に示しているように、硬化した樹脂Ｒが絶縁部材３０となって、ヒートシンク１０上に当該絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１が設けられた構造が得られる。
この製法によって得られた構造では、硬化した樹脂Ｒは、電気的に絶縁性能を有していることから、当該樹脂Ｒから成る絶縁部材３０によって、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間を電気的に絶縁させることができる。そして、この絶縁部材３０とスイッチング素子Ｓ１との間、及び、この絶縁部材３０とヒートシンク１０との間は密に接触しているので、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱については、絶縁部材３０を介してヒートシンク１０へ効率良く伝導させることができる。
【００３９】
しかも、前記隙間ｇが所定の値として小さく設定されていることで、絶縁部材３０のうちのスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間の部分３０ａ（図４（ｄ）参照）は、充分な絶縁性能を有しながらも、熱伝導性能を損なわない厚さｔとなっている。
また、樹脂Ｒが硬化することで絶縁部材３０を構成することにより、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に絶縁部材３０を確実に介在させた状態に維持できる。つまり、仮に、絶縁部材が流動性を有した状態のままであると、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０とが接近すると絶縁部材３０が逃げて（流れて）両者が接触するおそれがあるが、これを防止することができる。
【００４０】
さらに、前記製造方法では、金型２５内で、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に隙間ｇを設けた状態とし、絶縁部材３０として流動性を有する状態にある樹脂Ｒを前記金型２５内の隙間ｇに注入することから、樹脂モールド成型により絶縁部材３０を形成しつつ、この絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に一体として組み付けることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング回路２部分を簡単に製造することが可能となる。すなわち、樹脂モールド成型により絶縁部材３０を形成すると同時に、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に固定することもできる。すなわち、樹脂Ｒが硬化することにより、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に保持する（接着させる）機能を有している。
【００４１】
特に、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１の側面２３（図４（ｄ）及び図５参照）側にも樹脂Ｒが回り込んで、当該樹脂Ｒが硬化した側部回り込み部３０ｂが形成されているので、前記保持する機能を高めることができる。
さらに、側部回り込み部３０ｂは、スイッチング素子Ｓ１の全周を囲んでいるため、前記保持する機能をより高めることができる。特に図例では、この側部回り込み部３０ｂが、スイッチング素子Ｓ１の側面２３の全高さにわたって形成されているので、前記保持する機能をより一層高めることができる。
【００４２】
このように、樹脂Ｒが充填され固化していることから、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に強固に固定することができる。
なお、図５（ａ）の平面図及び（ｂ）の側面図に示しているように、スイッチング素子Ｓ１の端子２４は、一側面２３側にある樹脂Ｒ（側部回り込み部３０ｂ）を貫通した構成となる。端子２４のうちの側部回り込み部３０ｂを貫通している部分を貫通部２４ａとして示している。そして、図５（ｂ）に示しているように、端子２４の先端部が、回路基板６ａに半田６ｂによって接続されている。
【００４３】
図６は、他の実施形態の説明図であり、スイッチング素子Ｓ１及びその周囲を断面で示している。
本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１のヒートシンク１０側の面４０に導熱板４１が取り付けられている。導熱板４１は、スイッチング素子Ｓ１の前記面４０よりも外周輪郭形状が大きい部材であり、また、熱伝導率が絶縁部材３０よりも高い材質から成る。例えば、導熱板４１は、銅板等の金属板から成る。
なお、本実施形態は、導熱板４１を有している以外、前記実施形態と同じ構成であり、製造方法も同様である。
【００４４】
スイッチング素子Ｓ１の前記面４０は、前記実施形態と同様に導体板部（ドレイン端子）２１から構成されていて、前記のとおり樹脂モールド成型を行う前に、前記面４０と導熱板４１とは密に接着されている。
したがって、前記樹脂モールド成型によれば、絶縁部材３０は、導熱板４１とヒートシンク１０の上面１３との間に設けられた構成となる。
このような導熱板４１を備えていることで、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱を逃がす面積が増えるので、スイッチング素子Ｓ１の熱をより効率良く逃がすことができる。
なお、図６では、スイッチング素子毎に１枚の導熱板４１が取り付けられているが、図１０に示しているように、四つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が、共通する１枚の導熱板４１に取り付けられていてもよい。
【００４５】
図７は、さらに別の実施形態の説明図であり、スイッチング素子Ｓ１及びその周囲を断面で示している。
本実施形態では、ヒートシンク１０が分割構造となっている。すなわち、ヒートシンク１０は、スイッチング素子Ｓ１が絶縁部材３０を介して取り付けられる第１部材６１と、この第１部材６１と接合される第２部材６２とを有している。
【００４６】
具体的に説明すると、第２部材６２は、ヒートシンク本体を構成する前記ベース部１１の大部分から成り、この第２部材６２の上面の平坦部分６２ａに、スイッチング回路２（スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４）以外の前記構成部品が取り付けられる。そして、第２部材６２のうち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を取り付けるべき部分には、凹部６３が形成されている。凹部６３の内周輪郭形状及び深さは、第１部材６１の外周輪郭形状及び厚さと同じであり、この凹部６３に第１部材６１が嵌め込まれる。
第１部材６１は、スイッチング素子Ｓ１（又はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のすべて）を搭載するだけの大きさを有していて、図例では板形状である。第１部材６１と第２部材６２とは同じ材質（アルミ製）から成る。
【００４７】
そして、第１部材６１は、第２部材６２の凹部６３に嵌め込まれた状態で、ネジ等の止め部材６４によって第２部材６２に固定される。
この第１部材６１が凹部６３に嵌め込まれる際には、既に、第１部材６１には絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１が取り付けられている。このスイッチング素子Ｓ１の第１部材６１への取り付けは、前記モールド成型によって行われる。
【００４８】
すなわち、図４で示したヒートシンク１０全体の代わりに、本実施形態では第１部材６１のみが用いられる。具体的に説明すると、ヒートシンク１０は、スイッチング素子Ｓ１が取り付けられる第１部材６１と、凹部６３による嵌合及び止め部材６４によって前記第１部材６１と接合される第２部材６２とに予め分割されている。そして、スイッチング素子Ｓ１と第１部材６１との間に隙間ｇを設けた状態とし、この隙間ｇに、流動性を有する状態にある絶縁部材３０を入れ、この絶縁部材３０を硬化させてから、この第１部材６１を第２部材６２に接合する。
【００４９】
ここで、図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータでは、前記のとおり、ヒートシンク１０は、多くの構成部品を設置する基板を兼ねていることから、大きな構成となっている。そこで、本実施形態によれば、ヒートシンク１０が大きくても、小さな第１部材６１と、この第１部材６１よりも大きな第２部材６２とに分割されていることから、小さくした第１部材６１にスイッチング素子Ｓ１を組み付けてから、この第１部材６１を第２部材と接合すればよい。このため、図４に示したモールド成型を用いて絶縁部材３０を設ける作業において、大きいままであるヒートシンク１０全体を取り扱う必要がなくなり、製造が簡単となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、第２部材６２に凹部６３が形成された場合を説明したが、凹部６３を省略してもよく、この場合、第２部材６２の上面の平坦な部分に、第１部材６１が載った状態となって第２部材６２と接合されてもよい。
また、四つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が共通する一つの第１部材６１に取り付けられていてもよい。
【００５１】
以上のように、前記各実施形態によれば、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に設けられている絶縁部材３０は、流動性を有する状態から硬化した充填材からなるので、製造の際に、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間にこの絶縁部材３０を入れた際には流動性を有することで、両者間に隙間が残らないように絶縁部材３０を充填することが可能となる。
そして、この絶縁部材３０が硬化すると、当該絶縁部材３０とスイッチング素子Ｓ１との間、及び、当該絶縁部材３０とヒートシンク１０との間を密に接触させることが可能となる。特に、スイッチング素子Ｓ１の下面に凹凸部があっても、流動性を有する充填材は、その凹凸部に沿って浸入することができ、密着状態が得られる。
【００５２】
このため、絶縁部材３０との間の接触熱抵抗を小さくすることができ、硬化した絶縁部材３０によって、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間は電気的に絶縁されるが、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱についてはヒートシンク１０へ効率良く伝えることができる。
以上より、ＤＣ／ＤＣコンバータを高周波化することで、スイッチング素子Ｓ１での発熱量が増加しても、ヒートシンク１０を通じてこの熱を効率良く放散させることができる。すなわち、本発明によれば、熱対策が施されて高周波化に対応できるＤＣ／ＤＣコンバータを得ることができる。
【００５３】
なお、従来では、スイッチング素子とヒートシンクとの間に、樹脂製の絶縁シートと、密着度を高めるためにグリースを用いていた。樹脂製の絶縁シートは熱伝導率が高くないことに加えて、一般的なグリースも熱伝導率が低いため、結果として、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導性能はさほど高いものではなかった。また、グリースには、熱伝導率が高いものも存在しているが、このようなグリースは高価である。このため、このようなグリースを採用すると、ＤＣ／ＤＣコンバータがコストアップされてしまう。
しかし、本発明によれば、前記グリースを採用しなくてよいため、ＤＣ／ＤＣコンバータのコスト低減に貢献することができる。
【００５４】
前記各実施形態では、スイッチング素子Ｓ１の下面（ヒートシンク１０側の面４０）側と側面２３側とに、樹脂Ｒが設けられて絶縁部材３０を構成したが、図８に示しているように、スイッチング素子Ｓ１の上面４２側にも樹脂Ｒが回り込んで、固化した構成であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０により強固に固定することが可能となる。
【００５５】
また、前記各実施形態では、一つのスイッチング素子毎をヒートシンク１０又は第１部材６１に取り付ける場合を説明したが、図９に示しているように、各実施形態において、複数（図例では４つ）のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を一度にまとめて樹脂モールド成型することで、一体とする構成であってもよい。
【００５６】
今回開示した実施形態は、本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等な意味、及び、範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、前記実施形態では、通電によって発熱する発熱部品を、スイッチング素子として説明したが、発熱部材は、これ以外のパワー半導体等の他の部品であってもよい。
また、絶縁部材３０は、熱硬化性樹脂以外に熱可塑性樹脂等の樹脂であってもよく、絶縁性能を有していること、及び、流動性を有する状態から後に硬化することを条件として、紫外線等の特定の光で硬化する材料（樹脂）、複数の材料が混合されることにより硬化する材料（樹脂）、接着剤、等であってもよい。
【００５７】
さらに、前記実施形態は、回路装置としてＤＣ／ＤＣコンバータを説明したが、ＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。この場合、図２のスイッチング回路２が省略され、交流電圧が入力端子Ｎ１，Ｎ２（トランス３の１次側）に入力される構成となる。また、発熱部品及びヒートシンクを有する回路装置は、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ等の変換器以外の機器であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０：ヒートシンク、 ２５：金型、 ３０：絶縁部材、 ４０：ヒートシンク側の面、 ４１：導熱板、 ６１：第１部材、 ６２：第２部材、 Ｓ１〜Ｓ４：スイッチング素子（発熱部品）、 ｇ：隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品で発生した熱をヒートシンクから逃がすために発熱部品とヒートシンクとの間で熱伝導が行われる必要がある一方で、発熱部品とヒートシンクとの間で電気的に絶縁を行う必要のある構造及びこの構造を有している回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、一般的に、スイッチング回路２、トランス３、整流回路４及び平滑回路５を備えている（図２参照）。このＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチング回路２に入力された直流電圧は、当該スイッチング回路２の機能により交流に変換され、交流電圧がトランス３の１次コイル３ａに入力される。そして、トランス３の２次コイル３ｂ側に生じた交流電圧は、整流回路４により整流され、平滑回路５により平滑され、所定の電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【０００３】
前記スイッチング回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を備えた回路構成からなり、駆動回路６から送信される指令信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が動作し、直流電源９０から入力された直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をトランス３へ入力させることができる。
【０００４】
このようなＤＣ／ＤＣコンバータを構成する各部品及び回路は、発生した熱を逃がすためにヒートシンク（放熱板）に取り付けられているが、その中でも、前記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、導通損失の他に、オン／オフの切り替えに伴うスイッチング損失が発生するため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４からの放熱対策が特に重要となる。
そこで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４で発生した熱を放散するためのヒートシンクは、熱伝導率が高いことが望ましいことから、例えばアルミ等の金属によって製造されている。
【０００５】
このように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４とヒートシンクとの間では、熱伝導が行われる必要があるが、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４とアルミ等から成るヒートシンクとの間では、電気的に絶縁させる必要がある。このために、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は樹脂製の絶縁シートを介してヒートシンクに取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９９２２０号公報（図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているように、スイッチング素子とヒートシンクとの間に、樹脂製の絶縁シートを介在させることで、両者間の電気的な絶縁が達成できる。しかし、スイッチング素子と絶縁シートとの間、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間で、相互が接触していない部分が存在していると、絶縁性能の観点では好ましいが、その部分で熱伝導が悪くなり、スイッチング素子で発生した熱が、効率良くヒートシンクへ伝わらないおそれがある。そこで、従来では、スイッチング素子と絶縁シートとの間、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間に、グリースを介在させている。
【０００８】
グリースを介在させることで、スイッチング素子と絶縁シートとの間の密着度、及び、絶縁シートとヒートシンクとの間の密着度を向上させることができる。しかし、樹脂製の絶縁シートは金属に比べて熱伝導率が高くないことに加えて、一般的なグリースは熱伝導率が低いため、結果として、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導性能はさほど高いものではない。
【０００９】
なお、前記のようなＤＣ−ＤＣコンバータでは、高周波化につれてスイッチング素子等の発熱部品では発熱量がより多くなる。このため、ヒートシンクへの熱伝導性能が低いと、発熱部品での過熱が原因となり、高周波化に対応できないおそれがある。
また、通電によって発熱する部品としては、前記スイッチング素子以外にも様々存在しており、また、このような発熱部品を備えている回路装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ以外にも様々存在する。
【００１０】
そこで、本発明は、発熱部品で発生した熱をヒートシンクから逃がすために発熱部品とヒートシンクとの間で熱伝導が行われる必要がある一方で、発熱部品とヒートシンクとの間で電気的に絶縁を行う必要のある構造及びこの構造を有する回路装置であって、発熱部品で発生した熱を効率良くヒートシンクへ伝導させることができる構造及びこの構造を有する回路装置、並びに、この構造を得るための製造方法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】
（１）前記目的を達成するための本発明の発熱部品の放熱構造は、通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンクと、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に設けられ両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材とを備え、前記絶縁部材は、流動性を有する状態で前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間に設けられている絶縁部材は、流動性を有する状態から硬化した充填材から成るので、製造の際に、発熱部品とヒートシンクとの間にこの絶縁部材を入れた際には流動性を有することで、絶縁部材と発熱部品との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となる。このため、絶縁部材によって、発熱部品とヒートシンクとの間は電気的に絶縁されるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる。
そして、前記絶縁部材は、発熱部品とヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成るので、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。つまり、仮に、絶縁部材が流動性を有した状態のままであると、発熱部品とヒートシンクとが接近すると絶縁部材が逃げて両者が接触するおそれがあるが、本発明によればこれを防止することができる。
【００１３】
（２）また、前記発熱部品の放熱構造は、前記発熱部品の前記ヒートシンク側の面に取り付けられ当該面よりも外周輪郭形状が大きい導熱板を更に備え、前記絶縁部材は、前記導熱板と前記ヒートシンクとの間に設けられている構成とすることができる。
この場合、発熱部品で発生した熱を逃がす面積が導熱板によって増えるので、発熱部品の熱をより効率良く逃がすことができる。
【００１４】
（３）また、前記ヒートシンクは、前記発熱部品が前記絶縁部材を介して取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とを有しているのが好ましい。
この場合、ヒートシンクがたとえ大きくても、当該ヒートシンクが第１部材と第２部材とに分割されていて、ヒートシンク全体よりも小さくした第１部材に発熱部品を組み付けてから、当該第１部材と第２部材とを接合すればよい。
【００１５】
（４）また、本発明の回路装置は、通電によって発熱する発熱部品を備えた回路装置であって、前記発熱部品の放熱構造として前記放熱構造を有していることを特徴とする。
本発明によれば、前記放熱構造を有しているので、発熱部品とヒートシンクとの間は電気的に絶縁されるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる。そして、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【００１６】
（５）また、本発明は、通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散するためのヒートシンクとの間に絶縁部材が設けられ、当該発熱部品と当該ヒートシンクとの間を電気的に絶縁させた発熱部品の放熱構造の製造方法であって、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、流動性を有する状態にある絶縁部材を前記隙間に入れ、当該隙間に入れた前記絶縁部材を硬化させることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間の隙間に、流動性を有する絶縁部材を入れることで、絶縁部材と発熱部品との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となる。このため、絶縁部材によって、発熱部品とヒートシンクとの間を電気的に絶縁させるが、発熱部品で発生した熱についてはヒートシンクへ効率良く伝えることができる放熱構造を得ることができる。
そして、絶縁部材を硬化させることにより得られた放熱構造は、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【００１８】
（６）また、前記製造方法において、金型内で、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、前記絶縁部材として流動性を有する状態にある樹脂を前記金型内の前記隙間に注入するのが好ましい。
この場合、樹脂モールド成型により絶縁部材を形成しつつ、当該絶縁部材を介して発熱部品をヒートシンクに組み付け、前記放熱構造を製造することができる。
【００１９】
（７）さらに、前記製造方法において、前記ヒートシンクは、前記発熱部品が取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とに分割されており、前記発熱部品と前記第１部材との間の隙間に、流動性を有する状態にある前記絶縁部材を入れ、当該絶縁部材を硬化させてから、前記第１部材を前記第２部材に接合するのが好ましい。
この場合、ヒートシンクがたとえ大きくても、当該ヒートシンクが第１部材と第２部材とに分割されていて、ヒートシンク全体よりも小さくした第１部材に発熱部品を組み付けてから、当該第１部材と第２部材とを接合すればよいので、前記絶縁部材を設ける作業では、大きいままであるヒートシンク全体を取り扱う必要がなくなり、製造が簡単となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発熱部品とヒートシンクとの間を電気的に絶縁することができる一方で、従来のようにグリースを使用しなくても、発熱部品と絶縁部材との間、及び、絶縁部材とヒートシンクとの間を密に接触させることが可能となり、発熱部品からヒートシンクへの熱伝導性能を高くすることができる。そして、絶縁部材を硬化させることにより、発熱部品とヒートシンクとの間に絶縁部材を確実に介在させた状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を説明する説明図である。
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】スイッチング素子及びその周囲を示している断面斜視図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの製造方法を説明する説明図である。
【図５】（ａ）は、スイッチング素子及びその周囲を示している平面図であり、（ｂ）は側方断面図である。
【図６】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第２実施形態の説明図である。
【図７】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第３実施形態の説明図である。
【図８】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第４実施形態の説明図である。
【図９】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第５実施形態の説明図である。
【図１０】スイッチング素子及びその周囲を断面で示している第６実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、本発明の回路装置を、ＤＣ／ＤＣコンバータとして説明する。
図１は、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を説明する説明図であり、図２は、その回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子Ｎ１，Ｎ２に直流電源９０が接続され、この直流電源９０から供給される直流電圧Ｖｉｎを、より低い直流電圧Ｖｏｕｔに変換し、出力端子Ｎ３，Ｎ４から出力することができる。
【００２３】
図２を参照しながら図１により説明すると、このＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子Ｎ１，Ｎ２と、１次側高圧線Ｌ１ａ（図２参照）と１次側低圧線Ｌ１ｂとの間に設けられたコンデンサ１及びスイッチング回路２と、スイッチング回路２に接続され電圧を変換するトランス３とを備えている。
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランス３の２次側に設けられ当該トランス３から出力された交流を整流する整流回路４と、整流された電流（電圧）を平滑する平滑回路５と、出力端子Ｎ３，Ｎ４とを備えている。
【００２４】
前記コンデンサ１は、直流電源９０から出力された直流電圧Ｖｉｎを平滑化する。
図例のスイッチング回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有している回路構成からなり、フルブリッジ型となっている。すなわち、図２において、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の一端同士が互いに接続されている。これら一端同士の接続部それぞれは、トランス３の１次コイル３ａと接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の他端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士の接続部それぞれは、入力端子Ｎ１，Ｎ２と接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータは更に駆動回路６を備えていて、この駆動回路６から送信される指令信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が動作し、直流電源９０から入力された直流電圧を交流電圧に変換することができる。
【００２５】
前記トランス３は、１次コイル３ａおよび２次コイル３ｂを有しており、スイッチング回路２から１次コイル３ａに入力された交流電圧を変圧し、交流電圧を出力する。
前記整流回路４は、一対の整流ダイオード４１，４２を有する全波整流型である。また、この整流回路４は、センタータップ型の全波整流方式となっていて、トランス３から出力された交流電圧の各半波を、それぞれ整流ダイオード４１，４２によって個別に整流して直流電圧を得る構成である。
前記平滑回路５は、インダクタ５０とコンデンサ５９とを有している。この平滑回路５では、整流回路４で整流された直流電圧を平滑化し、出力端子Ｎ３と出力端子Ｎ４との間に、所定の電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎ）を得ることができる。
【００２６】
このような構成を備えたＤＣ−ＤＣコンバータでは、前記スイッチング回路２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４、他の部品及び回路（以下、これらをまとめて構成部品ともいう）は、通電によって発熱する発熱部品であることから、放熱対策が必要となる。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４等の構成部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンク１０（図１参照）を備えている。
【００２７】
ヒートシンク１０は、例えば熱伝導率が高く軽量であることが望ましいことから、アルミ製であり、さらに、本実施形態では、ヒートシンク１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するための基材となっている。すなわち、ヒートシンク１０上に、前記構成部品がすべて設置されている。構成部品が設置される側の面（設置面）を、ヒートシンク１０の上面として説明する。なお、ヒートシンク１０の上面には、樹脂製のカバー部材２７が取り付けられ、構成部品はカバー部材２７によって覆われる。なお、図１はカバー部材２７が取り外された状態を示している。
【００２８】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、導通損失の他、オン／オフの切り替えに伴うスイッチング損失が発生するため、特に放熱対策が重要となる。そこで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４（スイッチング回路２）における放熱のための構造（放熱構造）を、図３により説明する。
図３は、スイッチング素子及びその周囲を示している断面斜視図である。なお、本実施形態では、スイッチング回路２は４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有しているが、各素子及びその周囲部の構成はそれぞれ同じであるため、図３では、代表してスイッチング素子Ｓ１を示している。
【００２９】
ヒートシンク１０は、ヒートシンク本体となる平板状のベース部１１と、このベース部１１から突出しているフィン部１２とを有している。フィン部１２は、ベース部１１のうちの、前記構成部品が設置されている側とは反対側に突出していて、ヒートシンク１０は、当該フィン部１２によって反対側の面（下面）が凹凸形に形成されている。
ベース部１１の上面側には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を取り付ける部位として、一段高くなった台座部１１ｂが形成され、この台座部１１ｂはベース部１１と一体である（ベース部１１の一部である）。
【００３０】
スイッチング素子Ｓ１は、ヒートシンク１０側となる下面に導体板部（ドレイン端子）２１を有していることから、このスイッチング素子Ｓ１を、ヒートシンク１０との間で電気的に絶縁させる必要がある。このため、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０のベース部１１との間に絶縁部材３０が設けられている。
【００３１】
本実施形態の絶縁部材３０は樹脂製であるが、さらに、流動性を有する状態でスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に充填してから硬化させた樹脂製の充填材から成る。すなわち、絶縁部材３０は、絶縁性能を有する材料である他に、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に入れる際及び入れた状態では流動性を有するが、入れた後に硬化し、最終的には固化するものである。具体的には、絶縁部材３０として熱硬化性樹脂を採用している。これは、スイッチング素子Ｓ１は使用により温度が上昇するため、熱可塑性樹脂ではなく、熱硬化性樹脂を採用している。
また、絶縁部材３０の材質としてさらに好ましいものとして、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫ以上（１０Ｗ／ｍＫ以下）であるものが好ましく、さらに、０．５Ｗ／ｍＫ以上であるものが好ましい。
【００３２】
図４は、このような絶縁部材３０によってスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間が絶縁されているＤＣ／ＤＣコンバータの製造方法を説明する説明図である。
本実施形態では、金型２５を用いたトランスファ成形により製造が行われる。なお、金型２５内に充填して絶縁部材３０とするための充填材は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂とすることができる。
【００３３】
図４（ａ）に示しているように、金型２５には凹部２５ａが形成されていて、この凹部２５ａ内にスイッチング素子Ｓ１が設置されている。図３に示しているように、スイッチング素子Ｓ１には、上面側に開口している孔２２が形成されているため、この孔２２に、例えば金型２５に形成した突起２５ｂを嵌合させることで、スイッチング素子Ｓ１は金型２５の凹部２５ａに位置決めされる（図４（ａ）参照）。又は、金型２５に対するスイッチング素子Ｓ１の位置決めは、当該スイッチング素子Ｓ１から突出している端子２４を用いても良い。
【００３４】
そして、この金型２５とヒートシンク１０とを接近させ、凹部２５ａとヒートシンク１０の上面１３とにより囲まれたキャビティ７を形成する（図４（ｂ）参照）。
キャビティ７の高さ（深さ）Ｈは、スイッチング素子Ｓ１の高さｈよりも大きく設定されているため（Ｈ＞ｈ）、スイッチング素子Ｓ１の下面と、ヒートシンク１０の上面１３との間には、隙間ｇが形成される。
【００３５】
この隙間ｇは、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間の絶縁性能を確保することができる最小の距離に設定されている。すなわち、この距離（隙間ｇ）が過大であるとスイッチング素子Ｓ１からヒートシンク１０への熱伝導性能が低下するため、隙間ｇが所定の値となるように、スイッチング素子Ｓ１の高さｈを考慮して、キャビティ７の高さＨは設定される。
【００３６】
そして、図外のトランスファ成形機から、前記キャビティ７に絶縁部材３０とするための樹脂Ｒ（充填材）を注入する（図４（ｃ）参照）。
すなわち、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に前記隙間ｇを設けた状態とし、常温では流動性を有する状態にある熱硬化性の樹脂Ｒを、当該隙間ｇを含むキャビティ７に注入し、当該キャビティ７に充填した樹脂Ｒを所定の温度で加熱することで硬化させる。
【００３７】
この製造方法によれば、キャビティ７に注入した流動性を有する樹脂Ｒが、当該キャビティ７の各部すべてに回り込むことができるので、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との隙間ｇにも、当該樹脂Ｒが浸入し、両者間に隙間が残らないように当該樹脂Ｒをキャビティ７に充填することが可能となる。したがって、この樹脂Ｒをキャビティ７内で硬化させることで、硬化した樹脂Ｒとスイッチング素子Ｓ１との間、及び、当該硬化した樹脂Ｒとヒートシンク１０との間を密に接触させることが可能となる。
【００３８】
樹脂Ｒが硬化した後、金型２５とヒートシンク１０とを分離させると、図４（ｄ）に示しているように、硬化した樹脂Ｒが絶縁部材３０となって、ヒートシンク１０上に当該絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１が設けられた構造が得られる。
この製法によって得られた構造では、硬化した樹脂Ｒは、電気的に絶縁性能を有していることから、当該樹脂Ｒから成る絶縁部材３０によって、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間を電気的に絶縁させることができる。そして、この絶縁部材３０とスイッチング素子Ｓ１との間、及び、この絶縁部材３０とヒートシンク１０との間は密に接触しているので、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱については、絶縁部材３０を介してヒートシンク１０へ効率良く伝導させることができる。
【００３９】
しかも、前記隙間ｇが所定の値として小さく設定されていることで、絶縁部材３０のうちのスイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間の部分３０ａ（図４（ｄ）参照）は、充分な絶縁性能を有しながらも、熱伝導性能を損なわない厚さｔとなっている。
また、樹脂Ｒが硬化することで絶縁部材３０を構成することにより、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に絶縁部材３０を確実に介在させた状態に維持できる。つまり、仮に、絶縁部材が流動性を有した状態のままであると、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０とが接近すると絶縁部材３０が逃げて（流れて）両者が接触するおそれがあるが、これを防止することができる。
【００４０】
さらに、前記製造方法では、金型２５内で、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に隙間ｇを設けた状態とし、絶縁部材３０として流動性を有する状態にある樹脂Ｒを前記金型２５内の隙間ｇに注入することから、樹脂モールド成型により絶縁部材３０を形成しつつ、この絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に一体として組み付けることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング回路２部分を簡単に製造することが可能となる。すなわち、樹脂モールド成型により絶縁部材３０を形成すると同時に、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に固定することもできる。すなわち、樹脂Ｒが硬化することにより、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に保持する（接着させる）機能を有している。
【００４１】
特に、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１の側面２３（図４（ｄ）及び図５参照）側にも樹脂Ｒが回り込んで、当該樹脂Ｒが硬化した側部回り込み部３０ｂが形成されているので、前記保持する機能を高めることができる。
さらに、側部回り込み部３０ｂは、スイッチング素子Ｓ１の全周を囲んでいるため、前記保持する機能をより高めることができる。特に図例では、この側部回り込み部３０ｂが、スイッチング素子Ｓ１の側面２３の全高さにわたって形成されているので、前記保持する機能をより一層高めることができる。
【００４２】
このように、樹脂Ｒが充填され固化していることから、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０に強固に固定することができる。
なお、図５（ａ）の平面図及び（ｂ）の側面図に示しているように、スイッチング素子Ｓ１の端子２４は、一側面２３側にある樹脂Ｒ（側部回り込み部３０ｂ）を貫通した構成となる。端子２４のうちの側部回り込み部３０ｂを貫通している部分を貫通部２４ａとして示している。そして、図５（ｂ）に示しているように、端子２４の先端部が、回路基板６ａに半田６ｂによって接続されている。
【００４３】
図６は、他の実施形態の説明図であり、スイッチング素子Ｓ１及びその周囲を断面で示している。
本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１のヒートシンク１０側の面４０に導熱板４１が取り付けられている。導熱板４１は、スイッチング素子Ｓ１の前記面４０よりも外周輪郭形状が大きい部材であり、また、熱伝導率が絶縁部材３０よりも高い材質から成る。例えば、導熱板４１は、銅板等の金属板から成る。
なお、本実施形態は、導熱板４１を有している以外、前記実施形態と同じ構成であり、製造方法も同様である。
【００４４】
スイッチング素子Ｓ１の前記面４０は、前記実施形態と同様に導体板部（ドレイン端子）２１から構成されていて、前記のとおり樹脂モールド成型を行う前に、前記面４０と導熱板４１とは密に接着されている。
したがって、前記樹脂モールド成型によれば、絶縁部材３０は、導熱板４１とヒートシンク１０の上面１３との間に設けられた構成となる。
このような導熱板４１を備えていることで、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱を逃がす面積が増えるので、スイッチング素子Ｓ１の熱をより効率良く逃がすことができる。
なお、図６では、スイッチング素子毎に１枚の導熱板４１が取り付けられているが、図１０に示しているように、四つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が、共通する１枚の導熱板４１に取り付けられていてもよい。
【００４５】
図７は、さらに別の実施形態の説明図であり、スイッチング素子Ｓ１及びその周囲を断面で示している。
本実施形態では、ヒートシンク１０が分割構造となっている。すなわち、ヒートシンク１０は、スイッチング素子Ｓ１が絶縁部材３０を介して取り付けられる第１部材６１と、この第１部材６１と接合される第２部材６２とを有している。
【００４６】
具体的に説明すると、第２部材６２は、ヒートシンク本体を構成する前記ベース部１１の大部分から成り、この第２部材６２の上面の平坦部分６２ａに、スイッチング回路２（スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４）以外の前記構成部品が取り付けられる。そして、第２部材６２のうち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を取り付けるべき部分には、凹部６３が形成されている。凹部６３の内周輪郭形状及び深さは、第１部材６１の外周輪郭形状及び厚さと同じであり、この凹部６３に第１部材６１が嵌め込まれる。
第１部材６１は、スイッチング素子Ｓ１（又はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のすべて）を搭載するだけの大きさを有していて、図例では板形状である。第１部材６１と第２部材６２とは同じ材質（アルミ製）から成る。
【００４７】
そして、第１部材６１は、第２部材６２の凹部６３に嵌め込まれた状態で、ネジ等の止め部材６４によって第２部材６２に固定される。
この第１部材６１が凹部６３に嵌め込まれる際には、既に、第１部材６１には絶縁部材３０を介してスイッチング素子Ｓ１が取り付けられている。このスイッチング素子Ｓ１の第１部材６１への取り付けは、前記モールド成型によって行われる。
【００４８】
すなわち、図４で示したヒートシンク１０全体の代わりに、本実施形態では第１部材６１のみが用いられる。具体的に説明すると、ヒートシンク１０は、スイッチング素子Ｓ１が取り付けられる第１部材６１と、凹部６３による嵌合及び止め部材６４によって前記第１部材６１と接合される第２部材６２とに予め分割されている。そして、スイッチング素子Ｓ１と第１部材６１との間に隙間ｇを設けた状態とし、この隙間ｇに、流動性を有する状態にある絶縁部材３０を入れ、この絶縁部材３０を硬化させてから、この第１部材６１を第２部材６２に接合する。
【００４９】
ここで、図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータでは、前記のとおり、ヒートシンク１０は、多くの構成部品を設置する基板を兼ねていることから、大きな構成となっている。そこで、本実施形態によれば、ヒートシンク１０が大きくても、小さな第１部材６１と、この第１部材６１よりも大きな第２部材６２とに分割されていることから、小さくした第１部材６１にスイッチング素子Ｓ１を組み付けてから、この第１部材６１を第２部材と接合すればよい。このため、図４に示したモールド成型を用いて絶縁部材３０を設ける作業において、大きいままであるヒートシンク１０全体を取り扱う必要がなくなり、製造が簡単となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、第２部材６２に凹部６３が形成された場合を説明したが、凹部６３を省略してもよく、この場合、第２部材６２の上面の平坦な部分に、第１部材６１が載った状態となって第２部材６２と接合されてもよい。
また、四つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が共通する一つの第１部材６１に取り付けられていてもよい。
【００５１】
以上のように、前記各実施形態によれば、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間に設けられている絶縁部材３０は、流動性を有する状態から硬化した充填材からなるので、製造の際に、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間にこの絶縁部材３０を入れた際には流動性を有することで、両者間に隙間が残らないように絶縁部材３０を充填することが可能となる。
そして、この絶縁部材３０が硬化すると、当該絶縁部材３０とスイッチング素子Ｓ１との間、及び、当該絶縁部材３０とヒートシンク１０との間を密に接触させることが可能となる。特に、スイッチング素子Ｓ１の下面に凹凸部があっても、流動性を有する充填材は、その凹凸部に沿って浸入することができ、密着状態が得られる。
【００５２】
このため、絶縁部材３０との間の接触熱抵抗を小さくすることができ、硬化した絶縁部材３０によって、スイッチング素子Ｓ１とヒートシンク１０との間は電気的に絶縁されるが、スイッチング素子Ｓ１で発生した熱についてはヒートシンク１０へ効率良く伝えることができる。
以上より、ＤＣ／ＤＣコンバータを高周波化することで、スイッチング素子Ｓ１での発熱量が増加しても、ヒートシンク１０を通じてこの熱を効率良く放散させることができる。すなわち、本発明によれば、熱対策が施されて高周波化に対応できるＤＣ／ＤＣコンバータを得ることができる。
【００５３】
なお、従来では、スイッチング素子とヒートシンクとの間に、樹脂製の絶縁シートと、密着度を高めるためにグリースを用いていた。樹脂製の絶縁シートは熱伝導率が高くないことに加えて、一般的なグリースも熱伝導率が低いため、結果として、スイッチング素子からヒートシンクへの熱伝導性能はさほど高いものではなかった。また、グリースには、熱伝導率が高いものも存在しているが、このようなグリースは高価である。このため、このようなグリースを採用すると、ＤＣ／ＤＣコンバータがコストアップされてしまう。
しかし、本発明によれば、前記グリースを採用しなくてよいため、ＤＣ／ＤＣコンバータのコスト低減に貢献することができる。
【００５４】
前記各実施形態では、スイッチング素子Ｓ１の下面（ヒートシンク１０側の面４０）側と側面２３側とに、樹脂Ｒが設けられて絶縁部材３０を構成したが、図８に示しているように、スイッチング素子Ｓ１の上面４２側にも樹脂Ｒが回り込んで、固化した構成であってもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ１をヒートシンク１０により強固に固定することが可能となる。
【００５５】
また、前記各実施形態では、一つのスイッチング素子毎をヒートシンク１０又は第１部材６１に取り付ける場合を説明したが、図９に示しているように、各実施形態において、複数（図例では４つ）のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を一度にまとめて樹脂モールド成型することで、一体とする構成であってもよい。
【００５６】
今回開示した実施形態は、本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等な意味、及び、範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、前記実施形態では、通電によって発熱する発熱部品を、スイッチング素子として説明したが、発熱部材は、これ以外のパワー半導体等の他の部品であってもよい。
また、絶縁部材３０は、熱硬化性樹脂以外に熱可塑性樹脂等の樹脂であってもよく、絶縁性能を有していること、及び、流動性を有する状態から後に硬化することを条件として、紫外線等の特定の光で硬化する材料（樹脂）、複数の材料が混合されることにより硬化する材料（樹脂）、接着剤、等であってもよい。
【００５７】
さらに、前記実施形態は、回路装置としてＤＣ／ＤＣコンバータを説明したが、ＡＣ／ＤＣコンバータであってもよい。この場合、図２のスイッチング回路２が省略され、交流電圧が入力端子Ｎ１，Ｎ２（トランス３の１次側）に入力される構成となる。また、発熱部品及びヒートシンクを有する回路装置は、このようなＤＣ／ＤＣコンバータ等の変換器以外の機器であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０：ヒートシンク、 ２５：金型、 ３０：絶縁部材、 ４０：ヒートシンク側の面、 ４１：導熱板、 ６１：第１部材、 ６２：第２部材、 Ｓ１〜Ｓ４：スイッチング素子（発熱部品）、 ｇ：隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンクと、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に設けられ両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材は、流動性を有する状態で前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成ることを特徴とする発熱部品の放熱構造。
【請求項２】
前記発熱部品の前記ヒートシンク側の面に取り付けられ当該面よりも外周輪郭形状が大きい導熱板を更に備え、
前記絶縁部材は、前記導熱板と前記ヒートシンクとの間に設けられている請求項１に記載の発熱部品の放熱構造。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、前記発熱部品が前記絶縁部材を介して取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とを有している請求項１又は２に記載の発熱部品の放熱構造。
【請求項４】
通電によって発熱する発熱部品を備えた回路装置であって、
前記発熱部品の放熱構造として請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱構造を有していることを特徴とする回路装置。
【請求項５】
通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散するためのヒートシンクとの間に絶縁部材が設けられ、当該発熱部品と当該ヒートシンクとの間を電気的に絶縁させた発熱部品の放熱構造の製造方法であって、
前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、流動性を有する状態にある絶縁部材を前記隙間に入れ、当該隙間に入れた前記絶縁部材を硬化させることを特徴とする発熱部品の放熱構造の製造方法。
【請求項６】
金型内で、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、前記絶縁部材として流動性を有する状態にある樹脂を前記金型内の前記隙間に注入する請求項５に記載の発熱部品の放熱構造の製造方法。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、前記発熱部品が取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とに分割されており、
前記発熱部品と前記第１部材との間の隙間に、流動性を有する状態にある前記絶縁部材を入れ、当該絶縁部材を硬化させてから、前記第１部材を前記第２部材に接合する請求項５又は６に記載の発熱部品の放熱構造の製造方法。
【請求項１】
通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散させるためのヒートシンクと、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に設けられ両者間を電気的に絶縁させる絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材は、流動性を有する状態で前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に充填してから硬化させた充填材から成ることを特徴とする発熱部品の放熱構造。
【請求項２】
前記発熱部品の前記ヒートシンク側の面に取り付けられ当該面よりも外周輪郭形状が大きい導熱板を更に備え、
前記絶縁部材は、前記導熱板と前記ヒートシンクとの間に設けられている請求項１に記載の発熱部品の放熱構造。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、前記発熱部品が前記絶縁部材を介して取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とを有している請求項１又は２に記載の発熱部品の放熱構造。
【請求項４】
通電によって発熱する発熱部品を備えた回路装置であって、
前記発熱部品の放熱構造として請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱構造を有していることを特徴とする回路装置。
【請求項５】
通電によって発熱する発熱部品と、前記発熱部品で発生した熱を放散するためのヒートシンクとの間に絶縁部材が設けられ、当該発熱部品と当該ヒートシンクとの間を電気的に絶縁させた発熱部品の放熱構造の製造方法であって、
前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、流動性を有する状態にある絶縁部材を前記隙間に入れ、当該隙間に入れた前記絶縁部材を硬化させることを特徴とする発熱部品の放熱構造の製造方法。
【請求項６】
金型内で、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間に隙間を設けた状態とし、前記絶縁部材として流動性を有する状態にある樹脂を前記金型内の前記隙間に注入する請求項５に記載の発熱部品の放熱構造の製造方法。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、前記発熱部品が取り付けられる第１部材と、前記第１部材と接合される第２部材とに分割されており、
前記発熱部品と前記第１部材との間の隙間に、流動性を有する状態にある前記絶縁部材を入れ、当該絶縁部材を硬化させてから、前記第１部材を前記第２部材に接合する請求項５又は６に記載の発熱部品の放熱構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１００８７４（Ｐ２０１１−１００８７４Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５５０６０（Ｐ２００９−２５５０６０）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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