JP2018014461A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】間隔を設けて重ねて配置される基板同士を可撓性の端子で接続する場合に、高発熱部品から筐体に熱を逃がし易くすることが可能な電子回路装置を提供すること。【解決手段】第１の基板と、第１の基板と間隔を設けて重なるように配置される第２の基板と、第２の基板に設けられ、第１の基板と接続する可撓性の端子部と、第２の基板に搭載され、パワー半導体又はコイルを含む高発熱部品と、第１の基板及び第２の基板を収容し、第１の基板が固定される筐体と、高発熱部品と筐体の内面との間で、高発熱部品及び筐体に接触するように設けられる放熱材と、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、第１の基板と第２の基板との間隔を所定の距離以上に維持する支柱と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パワー半導体等の比較的発熱量が大きい部品を含む電子回路が実装される電子回路装置に関する。

リジッドな基板の端部に接続され、可撓性を有するフレキシブル基板を中心に構成される端子部を含む集積回路パッケージ構造が開示されている（特許文献１参照）。

かかる構成によれば、端子部（フレキシブル基板）を撓ませることで、間隔を設けて重ねて配置される基板同士を該端子部で接続することができる。

特開平６−３３８５８５号公報

基板に実装されるパワー半導体やコイル等の比較的発熱量が大きい部品（以下、「高発熱部品」と称する）を冷却するため、基板を収容する筐体と高発熱部品との間に放熱材を接触させて配置し、高発熱部品から筐体に熱を逃がす構造が採用される場合がある。この場合、高発熱部品及び筐体から放熱材にある程度の押圧力が作用するように、筐体内に基板を収容するため、放熱材は、高発熱部品及び筐体から作用する押圧力に応じて、押し潰されることで、熱抵抗が低下し、高発熱部品から筐体に熱を逃がし易くなる。

しかしながら、可撓性の端子部を利用して基板同士を接続する構成の場合、端子部の可撓性を有する部分が撓むため、高発熱部品及び筐体から放熱材に作用する押圧力が低下してしまう可能性がある。すると、高発熱部品及び筐体から作用する押圧力の低下に伴い、放熱材の熱抵抗が上昇するため、結果として、高発熱部品から筐体に熱が逃げにくくなり、装置が過熱状態に陥る可能性がある。

そこで、上記課題に鑑み、間隔を設けて重ねて配置される基板同士を可撓性の端子部で接続する場合に、高発熱部品から筐体に熱を逃がし易くすることが可能な電子回路装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
第１の基板と、
前記第１の基板と間隔を設けて重なるように配置される第２の基板と、
前記第２の基板に設けられ、前記第１の基板と接続する可撓性の端子部と、
前記第２の基板に搭載され、パワー半導体又はコイルを含む高発熱部品と、
前記第１の基板及び前記第２の基板を収容し、前記第１の基板が固定される筐体と、
前記高発熱部品と前記筐体の内面との間で、前記高発熱部品及び前記筐体に接触するように設けられる放熱材と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を所定の距離以上に維持する支柱と、を備える、
電子回路装置が提供される。

本発明の一実施形態によれば、可撓性の端子部が撓んだ場合であっても、支柱が第１の基板と第２の基板との間隔を所定の距離以上に維持するため、高発熱部品及び筐体から放熱材に作用する押圧力の低下が抑制される。そのため、高発熱部品から筐体に熱を逃がし易くすることができる。

本実施の形態によれば、間隔を設けて重ねて配置される基板同士を可撓性の端子で接続する場合に、高発熱部品から筐体に熱を逃がし易くすることが可能な電子回路装置を提供することができる。

電子回路装置の構成の一例を概略的に示す断面図である。 電子回路装置の作用を説明する図である。 比較例に係る電子回路装置の構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る電子回路装置１の構成について説明をする。

図１は、本実施形態に係る電子回路装置１の構成の一例を概略的に示す断面図である。

電子回路装置１は、所定の機能を実現するための電子回路が実装される電子回路基板（以下、単に「基板」と称する）１０，２０と、基板１０，２０を収容する筐体５０を含む。また、筐体５０は、基板１０，２０を下から覆う下部筐体５１と、基板１０，２０を上から覆う上部筐体５２を含み、下部筐体５１及び上部筐体５２が、例えば、嵌着されることにより、密閉された内部空間を形成することができる。筐体５０は、例えば、アルミダイカスト製であり、比較的高い熱伝導率を有する。電子回路装置１は、例えば、複数相ＤＣ−ＤＣコンバータであってよい。この場合、基板１０，２０には、並列接続される各相のＤＣ−ＤＣコンバータ回路が実装される。以下、電子回路装置１は、複数相ＤＣ−ＤＣコンバータである前提で説明を進める。

基板１０（第１の基板の一例）は、略平板形状を有し、硬く曲がりにくい性質を有する。基板１０は、例えば、リジッドなガラスエポキシ基板である。基板１０は、筐体５０（下部筐体５１）の内部の底面に立設される２つの支柱３０で、その端部の下面が支持されることにより、筐体５０に固定される。支柱３０は、例えば、アルミニウム製であり、略円柱形状を有する。

基板１０に実装される電子回路には、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のパワー半導体やコイル等の比較的発熱量が大きい高発熱部品１５が含まれる。高発熱部品１５は、基板１０の下面に搭載される。

高発熱部品１５と筐体５０（下部筐体５１）の内部の底面との間には、高発熱部品１５及び下部筐体５１と接触するように放熱材１６が配設される。放熱材１６は、例えば、アクリル系或いはシリコン系の部材を用いる放熱シートである。放熱材１６は、高発熱部品１５及び筐体５０（下部筐体５１）から作用する押圧力に応じて潰されることにより、熱抵抗が低下する。そのため、熱変形（熱膨張及び熱収縮）等を考慮し、支柱３０の長さを適宜設定することにより、高発熱部品１５及び筐体５０（下部筐体５１）から放熱材１６に適切な押圧力が作用し、高発熱部品１５から筐体５０に熱を逃がすことができる。

基板２０（第２の基板の一例）は、基板１０と同様、略平板形状を有し、固く曲がりにく性質を有する。基板２０は、例えば、リジッドなガラスエポキシ基板である。基板２０は、基板１０の上面に立設される２つの支柱４０で、その端部の下面が支持されることにより、基板１０に固定される。これにより、基板２０は、基板１０と間隔を設けて重なるように配設される。支柱４０は、支柱３０と同様、例えば、アルミニウム製であり、略円柱形状を有する。

また、基板２０は、その両端部に可撓性を有する２つの端子部２１が設けられる。複数相ＤＣ−ＤＣコンバータの各相のＤＣ−ＤＣコンバータ回路のように、基板１０，２０に実装される電子回路が並列接続される場合、基板１０，２０を２箇所で電気的に接続する必要があるからである。２つの端子部２１は、それぞれ、一端部が基板２０の端部に接続され、可撓性を有するフレキシブル基板２２と、フレキシブル基板２２の他端部に接続される端子２３を含む。フレキシブル基板２２を撓ませることにより、基板２０と、基板２０の下に配設される基板１０との間を電気的に接続することができる。具体的には、基板２０の端部に接続されるフレキシブル基板２２を撓ませながら、フレキシブル基板２２の他端部に設けられる端子２３を基板１０のスルーホールに挿入し、はんだ付け等することにより、基板２０と基板１０とを電気的に接続することができる。

基板２０に実装される電子回路には、基板１０の場合と同様、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のパワー半導体やコイル等の比較的発熱量が大きい高発熱部品２５が含まれる。高発熱部品２５は、基板２０の上面に搭載される。

高発熱部品２５と筐体５０（上部筐体５２）の内部の上面との間には、高発熱部品２５及び上部筐体５２と接触するように放熱材２６が配設される。放熱材２６は、放熱材１６と同様、例えば、アクリル系或いはシリコン系の部材を用いる放熱シートである。放熱材２６は、高発熱部品２５及び筐体５０（上部筐体５２）から作用する押圧力に応じて潰されることにより、熱抵抗が低下する。そのため、熱変形（熱膨張及び熱収縮）等を考慮し、支柱４０の長さを適宜設定することにより、高発熱部品２５及び筐体５０（上部筐体５２）から放熱材２６に適切な押圧力が作用し、高発熱部品２５から筐体５０に熱を逃がすことができる。

次に、図２、図３を参照して、本実施形態に係る電子回路装置１の作用について説明する。

まず、図２は、本実施形態に係る電子回路装置１の作用、即ち、支柱４０を設けることによる作用を説明する図である。具体的には、図２（ａ）は、電子回路装置１から支柱４０を取り除いた場合における組み付け時の力の作用を示す図であり、図２（ｂ）は、電子回路装置１における組み付け時の力の作用を示す図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基板２０と端子部２１で接続された基板１０を下部筐体５１に固定した状態で、上部筐体５２を下部筐体５１に組み付ける際、筐体５０（上部筐体５２）から放熱材２６に作用する押圧力が基板２０に負荷される。

ここで、図２（ａ）に示すように、支柱４０を設けない場合、基板２０に負荷される下向きの力により端子部２１のフレキシブル基板２２が更に撓んでしまう可能性がある。すると、高発熱部品２５を搭載する基板２０が下方に移動して、高発熱部品２５及び筐体５０（上部筐体５２）から放熱材２６に作用する押圧力が低下するため、放熱材２６の熱抵抗が上昇し、結果として、高発熱部品２５から筐体５０に熱が逃げにくくなり、電子回路装置１が過熱状態に陥る可能性がある。

これに対して、図２（ｂ）に示すように、支柱４０を設ける場合、基板２０に負荷される下向きの力を支柱４０が受けることができるため、基板２０の下方への移動が抑制される。即ち、支柱４０は、その熱変形（熱膨張及び熱収縮）を考慮しても、基板１０と基板２０との間隔を所定の距離（具体的には、放熱材２６の熱抵抗を比較的低い所定基準にするために必要な最低限の距離）以上の範囲に維持することができる。そのため、高発熱部品２５及び筐体５０（上部筐体５２）から放熱材２６に作用する押圧力が適切に維持され、高発熱部品２５から筐体５０に熱が逃げ易くすることができる。

尚、本実施形態では、支柱４０は、基板１０，２０の双方に固定されるが、基板１０，２０との間隔を上述の所定の距離以上に維持することが可能であれば、何れか一方のみに固定される態様であってもよい。例えば、支柱４０は、基板１０に固定されると共に、基板２０の下面との間に隙間があってもよい。かかる場合も、支柱４０の長さを適宜設定することで、基板２０の下方への移動を抑制し、本実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る電子回路装置１では、支柱４０は、２つ設けられるが、３つ以上設けてもよいし、高発熱部品２５の真裏に配置することが可能な場合、１つであってもよい。かかる場合も、基板２０の下方への移動を抑制し、本実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

また、本実施形態に係る電子回路装置１は、基板１０，２０が２つの端子部２１で接続されるが、基板１０，２０が１つの端子部２１で接続される態様の場合であっても、支柱４０を設けることによる本実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

続いて、図３は、比較例に係る電子回路装置１ｃの構成の一例を示す図である。

尚、図中、本実施形態に係る電子回路装置１と同様の構成には、同一の符号を付している。

図３に示すように、比較例に係る電子回路装置１ｃでは、基板１０，２０を上下に重ねて配置すると共に、基板１０，２０を電気的に接続するため、硬く変形しにくい２つのピンヘッダ６０ｃを用いる。

ピンヘッダ６０ｃは、金属製の端子６２ｃと、端子６２ｃの中間部を覆う樹脂製の基部６１ｃを含む。また、ピンヘッダ６０ｃは、端子６２ｃに設けられ、高温時及び低温時に発生する応力によるはんだ付け部分の寿命低下を抑制する応力緩和部６３ｃを含む。２つのピンヘッダ６０ｃのそれぞれの端子６２ｃは、一端部が基板１０のスルーホールに挿入され、はんだ付け等で接合されると共に、他端部が基板２０のスルーホールに挿入され、はんだ付け等で接合されることにより、基板１０，２０が電気的に接続される。

このよう、比較例に係る電子回路装置１ｃでは、基板１０，２０を電気的に接続するために、接続部品である２つのピンヘッダ６０ｃを用いる必要がある。また、比較例に係る電子回路装置１ｃでは、２つのピンヘッダ６０ｃに対して、それぞれ、２回の接合作業、即ち、合計４回の接合作業が必要である。また、比較例に係る電子回路装置１ｃでは、硬く変形しにくいピンヘッダ６０ｃを用いるため、端子６２ｃに応力緩和部６３ｃを設ける必要があり、電子回路装置１ｃの上下方向の寸法が大型化する可能性がある。

これに対して、本実施形態に係る電子回路装置１では、上述の如く、基板２０の端部に一体として取り付けられる端子部２１が設けられる構成である。そのため、別途、接続部品を用いる必要がないため、部品費を削減することができると共に、２つの端子部２１に対して、それぞれ、１回の接合作業、即ち、合計２回の接合作業で、基板１０，２０を電気的に接続でき、加工費を削減することができる。また、本実施形態に係る電子回路装置１では、上述の如く、端子部２１が可撓性を有する。そのため、端子部２１（フレキシブル基板２２）が撓むことで、高温時及び低温時に発生するはんだ付け部分の応力を抑制することができ、応力を緩和する機構を別途設ける必要がないため、電子回路装置１の大型化を抑制することができる。

また、本実施形態のように、基板１０，２０を２箇所で電気的に接続する場合、各部品の製造誤差等に起因する２箇所の接合部分の相対的な位置ずれ（例えば、基板１０のスルーホールの相対的な位置のずれ）を吸収可能な構造を採用する必要がある。一例として、フローティングコネクタ等を用いることができるが、構造が複雑であるため、非常に高価である。

これに対して、本実施形態に係る電子回路装置１では、上述の如く、端子部２１が可撓性を有するため、２箇所の接合部分（基板１０の２箇所のスルーホール）に相対的な位置ずれが生じても、端子部２１（フレキシブル基板２２）を適宜撓ませて対応することができる。即ち、特別な構造や部品を採用することなく、２箇所の接合部分の相対的な位置ずれを吸収することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 電子回路装置
１０ 電子回路基板（第１の基板）
１５ 高発熱部品
１６ 放熱材
２０ 電子回路基板（第２の基板）
２１ 端子部
２２ フレキシブル基板
２３ 端子
２５ 高発熱部品
２６ 放熱材
３０ 支柱
４０ 支柱
５０ 筐体
５１ 下部筐体
５２ 上部筐体

Claims (1)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板と間隔を設けて重なるように配置される第２の基板と、
   前記第２の基板に設けられ、前記第１の基板と接続する可撓性の端子部と、
   前記第２の基板に搭載され、パワー半導体又はコイルを含む高発熱部品と、
   前記第１の基板及び前記第２の基板を収容し、前記第１の基板が固定される筐体と、
   前記高発熱部品と前記筐体の内面との間で、前記高発熱部品及び前記筐体に接触するように設けられる放熱材と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を所定の距離以上に維持する支柱と、を備える、
   電子回路装置。

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