JP5118086B2 - 半導体素子の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、放熱フィンへの半導体素子の取付構造に関する。

特許文献１または図１１に示すように、従来、半導体素子１は、合成樹脂製の素子本体３の下側に３本の直線状のリード端子５が同一ピッチＰで並設されており、プリント基板７への半導体素子３の取付けは、リード端子５のピッチＰに合わせてプリント基板７にスルーホール９を設け、該スルーホール９にリード端子５を差し込んで、プリント基板７の裏側からリード端子５を夫々半田付けしている。

ところで、電子機器の構造設計に於て、発熱部品の放熱が重要な課題となっており、従来では放熱対策として発熱部品を放熱フィンに取り付ける構造が広く採用されている。

そして、発熱部品としての半導体素子も、これを放熱フィンに取り付けることでその放熱が図られており、従来、半導体素子を放熱フィンに取り付ける場合、図１２に示すようにプリント基板７にネジ止めした放熱フィン１１の側面１１ａに素子本体３の背面３ａ側を当接させ乍ら、スルーホールにリード端子を差し込み、横方向から放熱フィン１１に半導体素子１をドライバーでネジ止めしている。

特開平８−４６１０６号公報 特開２００８−７８２１６号公報

しかし、小型，高密度を要求される電子機器の中で、プリント基板上の半導体素子の取付け／取り外しは周囲の電子部品（周辺機器）が邪魔になってドライバーが使用できず、このため、半導体素子の取付け／取り外しに当たり、放熱フィンをプリント基板から取り外さなくてはならず多大な労力と工数を要していた。

また、特許文献２には、図１３に示すように第１の放熱板１３と第２の放熱板１５をプリント基板１７上に対向実装した実装構造に於て、第１の放熱板１３にドライバー１９が挿入可能な作業用の切欠き２１や穴２３を設けて、第２の放熱板１５に半導体素子２５を取付け／取り外しする際に、第１の放熱板１３または第２の放熱板１５を取り外すことなく半導体素子２５の取付け／取り外し作業が行える放熱板の実装構造が開示されている。

しかし乍ら、この従来構造にあっては、第１の放熱板１３に切欠き２１や穴２３を設ける手間がかかり、また、切欠き２１や穴２３を設けた部位に半導体素子２５を取り付けることができない欠点があった。

本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、周囲の電子部品に影響されることなく放熱フィンへの半導体素子の取付け／取り外しが容易な半導体素子の取付構造を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る半導体素子の取付構造は、プリント基板に実装される放熱フィンの側面に取り付き、上方から締め付けネジが螺着され、半導体素子が上下方向に挿通可能な平面視略コ字状の支持金具と、当該支持金具に回り止めされ、前記締め付けネジが螺着する平面視矩形状の押さえ板とを有する支持部材と、放熱フィンの側面から離間して前記押さえ板と支持金具との間に配置され、前記締め付けネジが挿通する弾性押圧部材とを備え、前記弾性押圧部材と放熱フィンの側面との間に半導体素子を配置し、前記締め付けネジの上方からの締め付け操作で、前記弾性押圧部材を前記押さえ板と支持金具とで半導体素子に変形，押圧させて、半導体素子を放熱フィンの側面に押圧，保持することを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半導体素子の取付構造に於て、前記弾性押圧部材は円筒状に形成されて、放熱フィンの側面の幅方向に配置されていることを特徴とする。

更に請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体素子の取付構造に於て、前記弾性押圧部材は、半導体素子の素子本体の上下方向の中央に圧接することを特徴とし、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子の取付構造に於て、前記弾性押圧部材と半導体素子の素子本体との間に、素子本体に圧接するプレートを配置したことを特徴とする。

各請求項に係る発明によれば、プリント基板上に多くの電子部品が既に実装されていても、弾性押圧部材を組み込んだ支持部材を用いることで、上方からの押圧操作によって放熱フィンの側面への半導体素子の取付け／取り外しが容易に行え、この結果、半導体素子の取付け／取り外しに於ける従来の多大な労力と工数を軽減させることが可能となった。

また、請求項３に係る発明によれば、素子本体の上下方向の中央を弾性押圧部材が押圧するため、半導体素子と放熱フィンとの間に隙間が発生することがなく、半導体素子の良好な放熱が図れる利点を有する。

更に、請求項４に係る発明のように弾性押圧部材と半導体素子との間に、素子本体の表面を広く圧接するプレートを配置すれば、弾性押圧部材を介して素子本体の表面をより広い面積で押圧できるため、放熱フィンへの半導体素子の押圧，保持がより良好に図れる利点を有する。

請求項１乃至請求項３の一実施形態に係る半導体素子の取付構造の側面図である。 半導体素子の取付構造の側面図である。 半導体素子の取付構造の平面図である。 半導体素子の取付構造の正面図である。 押さえ板の全体斜視図である。 パイプ材の全体斜視図である。 半導体素子の取付方法を示す取付構造の側面図である。 半導体素子の取付方法を示す取付構造の側面図である。 半導体素子の取付方法を示す取付構造の側面図である。 半導体素子の取り外し方法を示す取付構造の側面図である。 従来の半導体素子の取付方法の説明図である。 従来の半導体素子の取付構造の側面図である。 従来の他の半導体素子の取付構造の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１乃至図１０は、請求項１乃至請求項３の一実施形態に係る半導体素子の取付構造に係り、図１に於て、３１は図１１の半導体素子１と同様、素子本体３３の下側に３本のリード端子３５が同一ピッチで並設された半導体素子、３７はプリント基板３９上に固定ネジ４１で固定された放熱フィンを示し、放熱フィン３７の側面４３に支持部材４５が取り付き、半導体素子３１は該支持部材４５に支持されたパイプ材（弾性押圧部材）４７によって放熱フィン３７の側面４３に押圧，保持されている。

図２乃至図６は支持部材４５の詳細を示し、図中、４９は左右両端の取付フランジ５１を介して側面４３に固定ネジ５３で固着された平面視略コ字状の支持金具で、上部に天板５５が左右方向に形成され、該天板５５と支持金具４９の左右の側板６１，６３との間に、放熱フィン３７の側面４３に沿って半導体素子３１が配置できるようになっている。そして、天板５５の中央に形成された取付ネジ穴５７に、締め付けネジ５９が上方から螺着している。尚、図示しないが放熱フィン３７の側面４３には、前記固定ネジ５３の取付ネジ穴が設けられている。

また、図１，図２及び図４に示すように天板５５の下方の側板６１，６３間に、図５に示す平面視矩形状の押さえ板６５が配されており、該押さえ板６５は、両側板６１，６３間の幅寸法と略同一の長さに設定されている。そして、押さえ板６５の中央に、前記締め付けネジ５９が螺着する取付ネジ穴６７が設けられており、前記締め付けネジ５９を上方から締め付けると、押さえ板６５は左右の側板６１，６３で回り止めされて、空回りすることなく締め付けネジ５９に沿って上方へ移動するようになっている。

そして、押さえ板６５と天板５５（支持金具４９）との間に、前記締め付けネジ５９が径方向に挿通する図６の円筒状のパイプ材４７が配置されている。

パイプ材４７は、一例としてステンレスやリン青銅，耐熱ゴム等の弾性力を有する材料で形成され、図６に示すようにその中央に前記締め付けネジ５９が挿通するネジ挿通穴６９が径方向に設けられている。そして、図９に示すように押さえ板６５と天板５５との間に、前記締め付けネジ５９をネジ挿通穴６９に挿通させてパイプ材４７を配置した後、上方からドライバー７１で締め付けネジ５９を所定のトルクで締め付けると、図１に示すように締め付けネジ５９に沿って上方へ移動する押さえ板６５が、天板５５（支持金具４９）とでパイプ材４７を径方向へ押圧，変形させるようになっている。

そして、斯様に変形したパイプ材４７が、その長手方向に亘って素子本体３３の上下方向の中央を押圧して、半導体素子３１が放熱フィン３７の側面４３に押圧，保持されるようになっている。

また、図１の状態で、図１０の如く上方からドライバー７１で締め付けネジ５９を緩めると、押さえ板６５が締め付けネジ５９に沿って下方へ移動し、パイプ材４７が自らの復元力で元の形状に戻って素子本体３３の中央から離間するため、半導体素子３１に対する押圧，保持力が解除されて半導体素子３１の取り外しが可能となる。

本実施形態はこのように構成されており、次に前記支持部材４５を用いた半導体素子３１の取付け／取り外し方法を説明する。

先ず、固定ネジ４１を用いて放熱フィン３７をプリント基板３９に取り付けるに当たり、前記支持金具４９を放熱フィン３７の側面４３に固定ネジ５３で固定する。また、支持金具４９の取付ネジ穴５７に螺着した締め付けネジ５９を用いて、支持金具４９に予めパイプ材４７と押さえ板６５を組み付けておく。

尚、周囲に電子部品が実装されていない場合には、放熱フィン３７をプリント基板３９に固定した後、側面４３に支持金具４９を取り付けてもよい。

而して、斯様に放熱フィン３７をプリント基板３９に取り付けた後、図７の如く支持金具４９の天板５５と左右の側板６１，６３との間に半導体素子３１を挿入して、図８に示すように放熱フィン３７の側面４３に素子本体３３を当接させて素子本体３３の上下の位置を調整し乍ら、リード端子３５をプリント基板３９のスルーホール（図示せず）に挿入する。

尚、図示しないが放熱フィン３７の側面４３に支持金具４９を固定する際に、予め天板５５と側板６１，６３との間に半導体素子３１を挿入，配置して、支持金具４９を側面４３に固定してもよい。

そして、図９に示すように上方からドライバー７１で締め付けネジ５９を所定のトルクで締め付ければ、図１に示すように押さえ板６５と天板５５とでパイプ材４７が上下方向から押圧されて径方向へ弾性的に変形し乍ら、該パイプ材４７がその長手方向に亘って素子本体３３の上下方向の中央を押圧するため、該パイプ材４７によって半導体素子３１が放熱フィン３７の側面４３に押圧，保持される。

この後、プリント基板３９の裏面側からリード端子３５を半田付けして、半導体素子３１の取付け作業が完了する。

一方、長期に亘る使用で半導体素子３１を交換する事態が生じた場合、周囲に電子部品が実装されていても、リード端子３５の半田を抜いた後、図１０に示すように上方からドライバー７１で締め付けネジ５９を緩めれば、押さえ板６５が締め付けネジ５９に沿って下方へ移動し、パイプ材４７が自らの復元力で元の形状に戻って素子本体３３から離間するため、半導体素子３１に対する押圧，保持力が解除されて半導体素子３１の取り外しが可能となる。

従って、半導体素子３１を放熱フィン３７の側面４３（プリント基板３９）から取り外して、新たな半導体素子を既述した手順で再度放熱フィン３７の側面４３に取り付ければよい。

このように本実施形態によれば、プリント基板３９上に多くの電子部品が既に実装されていても、前記パイプ材４７を組み込んだ支持部材４５を用いることで、上方からのドライバー７１の操作によって放熱フィン３７の側面４３への半導体素子３１の取付け／取り外しが容易に行え、この結果、半導体素子３１の取付け／取り外しに於ける従来の多大な労力と工数を軽減させることが可能となった。

また、本実施形態は、素子本体３３の上下方向の中央を、円筒状のパイプ材４７がその長手方向に亘って押圧するため、半導体素子３１と放熱フィン３７の側面４３との間に隙間が発生することがなく、半導体素子３１の良好な放熱が図れる利点を有する。

そして、図示しないが請求項４に係る発明の実施形態のようにパイプ材４７と半導体素子３１の素子本体３３との間に、素子本体３３の表面を広く圧接するプレートを配置すれば、前記実施形態に比し、パイプ材４７を介して素子本体３３の表面をより広い面積で押圧できるため、放熱フィン３７の側面４３への半導体素子３１の押圧，保持がより良好に図れる利点を有する。

尚、前記実施形態では、弾性押圧部材として中空な前記パイプ材４７を用いたが、その他、例えば耐熱ゴムを用いた中実な筒状の弾性押圧部材を用いることも可能である。

また、前記実施形態は１個の半導体素子３１の取付け／取り外しについて説明したが、長尺な放熱フィンの側面に複数個の支持部材４５を並べて取り付けることも可能で、取り付ける半導体素子３１の数に応じて側面４３に取り付ける支持部材４５の数を適宜選択すればよい。

３１ 半導体素子
３３ 素子本体
３５ リード端子
３７ 放熱フィン
３９ プリント基板
４３ 放熱フィンの側面
４５ 支持部材
４７ パイプ材（弾性押圧部材）
４９ 支持金具
５１ 取付フランジ
５５ 天板
５７，６７ 取付ネジ穴
５９ 締め付けネジ
６５ 押さえ板
６９ ネジ挿通穴
７１ ドライバー

Claims (4)

1. プリント基板に実装される放熱フィンの側面に取り付き、上方から締め付けネジが螺着され、半導体素子が上下方向に挿通可能な平面視略コ字状の支持金具と、当該支持金具に回り止めされ、前記締め付けネジが螺着する平面視矩形状の押さえ板とを有する支持部材と、
   放熱フィンの側面から離間して前記押さえ板と支持金具との間に配置され、前記締め付けネジが挿通する弾性押圧部材とを備え、
   前記弾性押圧部材と放熱フィンの側面との間に半導体素子を配置し、
   前記締め付けネジの上方からの締め付け操作で、前記弾性押圧部材を前記押さえ板と支持金具とで半導体素子に変形，押圧させて、半導体素子を放熱フィンの側面に押圧，保持することを特徴とする半導体素子の取付構造。
2. 前記弾性押圧部材は円筒状に形成されて、放熱フィンの側面の幅方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の取付構造。
3. 前記弾性押圧部材は、半導体素子の素子本体の上下方向の中央に圧接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の取付構造。
4. 前記弾性押圧部材と半導体素子の素子本体との間に、素子本体に圧接するプレートを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子の取付構造。

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