JP2018032775A - 電子部品の放熱構造体及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱を必要とする電子部品の所望の放熱効果を確保しつつ、当該電子部品を含む全ての電子部品を効率よく配線基板にハンダ付けする。【解決手段】電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを持つ配線基板と、該電子部品のうち放熱を必要とする放熱電子部品と、該放熱電子部品と接触した状態で配線基板の前記表面側に配置され、放熱電子部品の放熱をするための放熱部材と、前記配線基板の前記裏面側に配置され前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板とを備えた放熱構造体を提供する。放熱部材と放熱板とが前記裏面側において接続されており、表面側にある電子部品の裏面側において効率よく放熱することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、放熱が必要な電子部品の放熱構造に関し、とりわけ、当該電子部品を含む、各種の電子部品を効率的に配線基板に取り付けることができる装置及びその組立方法に関する。

配線基板に取り付けられる電子部品には様々な用途、機能を持つ電子部品が含まれる。その中には動作中に高熱となる電子部品も含まれる。このような部品については、配線基板の系外に放熱する必要がある。このために従来から配線基板上において放熱板を取り付け、放熱が必要な電子部品からの熱を、放熱板を介して内部に熱がこもらないように外部に放熱することが知られている。
たとえば、下記に示す特許文献１には複数の放熱板を介して放熱する構成が開示されている。

特開２０１５−２２０３３８号公報

放熱を必要とする部品を配線基板に取り付ける場合、従来ではまず放熱が必要な電子部品を放熱板に仮付けするとともに、基板と当該電子部品との位置関係を確定する作業をまず行う。つぎに、仮付けした放熱板を一旦取り除き、所定のハンダ付け動作を行う。そして、その後再び放熱板が放熱の必要な電子部品と放熱可能に接触するように固定するといった作業が必要となっていた。
このように一旦、放熱を要する電子部品と放熱板とを仮付けする作業が必要となっていた理由は、当該電子部品との間でハンダ付けが必要となる配線基板との位置決めが容易でないという事情がある。
電子部品を配線基板に取り付ける場合、配線基板の電子部品が配置される側の面(表面)側から裏面側に貫通するスルーホールを設け、電子部品と配線基板との位置関係を確定して電子部品のリード線を表面側から裏面側に通し、裏面側でハンダ付け処理を行って電子部品を配線基板に取り付けることが必要になる。しかし、配線基板に取り付けられる電子部品の数が多くなると、配線基板上に設けられたスルーホールと呼ばれる貫通穴を介してそれぞれの電子部品のリード線を表面側から裏面側に貫通させるリード線の数が多くなりかつその位置関係を設定することが煩雑となるため、配線基板上でのスルーホールの位置設定が複雑になるという問題が生じる。
一方で、電子部品からのリード線は垂直一定に延びているというものではなく、電子部品のリード線の配置は精密に設定されているため、スルーホールとの位置関係を定めるのは簡単ではない。加えて、放熱を要する電子部品を配線基板にハンダ付けにより固定するに際しては、放熱の必要な電子部品の十分な放熱効果を達成するために放熱板との安定的かつ良好な接触状態を確保しなければならないという別の要件を充足しなければならない。
このために、従来の放熱板への放熱が必要な電子部品を含む電子部品の配線基板の構造では、放熱板と放熱を必要とする電子部品の配線基板への仮付けによって、当該放熱を必要とする電子部品と配線基板との位置関係を予め確認しておき、当該電子部品を含む全て電子部品の配線基板へのハンダ付けの工程が支障なく行えるようにすることが必要であった。
しかしながら、放熱を必要とする電子部品と放熱板との間の仮付け、場合によっては当該電子部品と配線基板または放熱板と配線基板との間の仮付けを必要とする分だけ工程が増えることになる。
そして、放熱を要する電子部品を配線基板にハンダ付け固定するに際しては、上記のように放熱板と当該電子部品とを仮付けして位置決めしたのち、一旦放熱板を取り除いて、ハンダ付けを行い、その後、再び放熱板を取り付けるという複雑な作業が必要となるため作業効率が著しく低下するという問題があった。
したがって、本件発明は、放熱を必要とする電子部品の所望の放熱効果を確保しつつ、当該電子部品を含む全ての電子部品を効率よく配線基板にハンダ付けできる手法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本件の放熱構造体は、電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを持つ配線基板と、
前記電子部品のうち放熱を必要とする放熱電子部品と、
該放熱電子部品と接触した状態で前記配線基板の前記表面側に配置され、前記放熱電子部品の放熱をするための放熱部材と、
前記配線基板の前記裏面側に配置され前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板と、を備え、
前記放熱部材と放熱板とが前記裏面側において接続されていることを特徴とする。
好ましい態様では、前記放熱部材と前記放熱板とは直接接続するものに限らず、放熱部材からの熱伝達が確保される形で間接的に接続することもできる。
別の好ましい態様では、前記放熱部材と配線基板を貫通して構成される。すなわち、放熱部材は配線基板の表面側から裏面側に延びる構成になっており、表面側で放熱電子部品から受け取った熱を裏面側に伝熱し、配線基板の裏面側に配置される放熱板に放熱する。 前記裏面側において前記電子部品の端子を、配線基板をディップすることによってハンダ付けすることができる。
従来では、放熱電子部品を裏面側に配置して放熱板への接続を容易にすることを念頭において構成されていた。
これに対して、本発明では、放熱電子部品を他の電子部品とともに表面側に配置するようにしたため、配線基板の裏面側をディップすることによって、ハンダ付けすることが可能になった。これにより、ハンダ付けの作業効率を飛躍的に向上させることができる。
本件発明の別の特徴によれば、
電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを持つ配線基板を用意し、
前記電子部品を前記配線基板上に配置し、
前記電子部品の端子を裏面側においてハンダ付けし、
前記電子部品のうち放熱が必要な放熱電子部品の放熱をするための放熱部材を、前記放熱電子部品と前記表面側で接触させ、
前記放熱部材を前記裏面側において該放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板と接続
する段階を含む電子部品の放熱構造体の組立方法が提供される。

本発明によれば、配線基板上に配置された放熱が必要な電子部品の放熱を効率的に行うことができるとともに電子部品の配線基板への取り付けを効率的に行うことができる。

本発明の１つの実施形態にかかる放熱構造体を示す斜視図である。 放熱構造体を裏面側からみた斜視図である。 図１の放熱構造体の断面図である。 放熱構造体の組立手順を断面で示す説明図である。 放熱構造体の組立手順の１態様を断面で示す説明図である。 放熱構造体の組立手順の１態様を断面で示す説明図である。 放熱構造体の組立手順の１態様を断面で示す説明図である。 放熱構造体の組立手順を１態様を断面で示す説明図である。 放熱構造体の側面図である。 放熱構造体の平面図である。

図面を参照して、本発明に係る放熱構造体について説明する。本例に係る放熱構造体は、複数の電子部品を配置する配線基板１を有する。本例の図１及び図２において、電子部品２は放熱を必要としない電子部品を示し、電子部品３は放熱を必要とする放熱電子部品を示す
これらの電子部品２、３は、本例においては配線基板１の表面側１２に配置される。放熱の必要な放熱電子部品３は当該放熱電子部品３で発生した熱を吸収する放熱部材４に配線基板１の表面側１２において接続されている。放熱部材４は熱伝導率の高いアルミ等の金属材料で形成される。放熱部材４は本例においては、図３に示すように配線基板１の表面側１２から裏面側１３まで、配線基板１を貫通して延びている。
具体的には、放熱部材４は、放熱電子部品２と面接触可能な側面を有する。より具体的には、放熱部材４は、断面多角形状の角柱体であり、配線基板１の上面側１２に位置する上部と、配線基板１の下面側１３に位置する下部とを有し、当該上部は、放熱電子部品３の側面に対して面接触可能な複数の側面を有する。放熱部材４は、放熱部材４の断面形状と相似形状であって放熱部材４を挿通可能な大きさを有する貫通穴１４に挿通され、配線基板１の表面側１２から裏面側１３まで、配線基板１を貫通して延びている。
そして、本例では放熱部材４の裏面側の先端は、絶縁部材５を介して配線基板１と平行して延びる放熱板６に接続されている。放熱板６も熱伝導率の高い材料で構成される。具体的には、放熱部材４の裏面と矩形板状の放熱板６の表面とを対向させ、ビス８等の接続手段を用いて接続される。
本発明の放熱板６の熱容量は放熱部材４の熱容量よりも遙かに高く設定されており、高熱電導性の材料から作られていることにより、放熱電子部品２から発生する熱が放熱部材４を介して放熱板６に効率的に熱伝導されるようになっている。
また、放熱電子部品３は、さらに、弾力性のあるクランプ７によって接触面とは反対側から放熱部材の側面に押しつけられている。
次に、本例の電子部品の放熱構造体の組立方法について説明する。
図４の矢印Ａで示すように、まず、配線基板１に電子部品２、３を所定の位置に配置する。配線基板１にはそれぞれの電子部品２、３を配置するための位置は予め設計段階で決められており、これに対応した導電部分も既に埋め込まれている。それぞれの電子部品２、３の端子を含むリード線２１、３１に対応した貫通穴１４も所定の位置に設けられている。
次に、図４の矢印で示すように、電子部品２、３のリード線２１、３１を貫通穴１４を介して配線基板１に表面側１２から裏面側１３に貫通させる。
次に、図５に示すように、裏面側１３において前記電子部品２、３の端子を、前記配線基板１をディップすることによってハンダ付けする。
ディップするに際しては、放熱を必要としない電子部品２と放熱を必要とする電子部品３を一度にハンダ層にてハンダ付け処理を行う。
次に、図６に示すように、放熱電子部品３及びそれ以外の電子部品２が搭載された配線基板１を台座１１など介しビス８等により大型の放熱板６に固定する。
次に、図７に示すように、放熱電子部品３用の放熱部材4を大型の放熱板6へ配線基板１の貫通穴１４を貫通させてビス８で固定する。
この場合において、上記のように放熱部材４と放熱板６とは直接接続するものに限らず、放熱部材４からの熱伝達が確保される形で間接的に接続することもできる。例えば、図８に示すように、配線基板１、放熱が必要な放熱電子部品３及びそれ以外の電子部品２及び放熱電子部品３用の放熱部材４と、大型の放熱板６との間に絶縁が必要ならば、放熱電子部品３用の放熱部材４と大型の放熱板６の間に絶縁物5を介在させることが可能な構造となっている。なお、必要に応じてビス８と放熱部材４の間にも絶縁物５を介在させることが出来る。
次に、図９及び図１０に示すように、クランプ７で放熱電子部品３用の放熱部材４と放熱電子部品３を固定する。
この場合、放熱部材４は多角形で構成されており、その一つの面に放熱電子部品３が密着するようになっており、内部には開口４１が設けられている。
そして、本例では開口４１の内部には表面側１２から裏面側１３に延びる貫通穴４２が設けられておりこの貫通穴４２にビス８が、絶縁部材５を通って、放熱板６までねじ込まれ、図２に示す状態になるように配線基板１がさらに放熱板６と一体化される。
また、開口４１内の底部においてビス８の周りに位置するビス用絶縁材５を放熱部材４との間に挿入して、ビス８と放熱部材４との間の絶縁性も確保できる。
本例によれば、配線基板上に配置された放熱が必要な電子部品の放熱を効率的に行うことができるとともに電子部品の配線基板への取り付けを効率的に行うことができる。
とりわけハンダ付け処理に関していえば、先行文献１等に示される従来のハンダ付け処理は、配線基板の表面側に配置した電子部品と、裏面側に配置した放熱電子部品の両方に対して各々別個にハンダ付け処理を行う必要があったが、本例によれば、配線基板の表面側にのみ電子部品を配置したことにより、裏面側からのみハンダ付け処理を行えばよいため、ハンダ付けの作業効率を向上させることができる。具体的には、配線基板の裏面側をディップすることによって一括してハンダ付け処理を行うことができるので、ハンダ付けの作業効率を飛躍的に向上させることができる。
また、本例によれば、配線パターンの形成、電子部品の実装が片側のみにされている片面基板を用いることができるため、配線パターンの形成、電子部品の実装が両面にされている両面基板を用いる場合に比して、製造コスト及び工程を含めた製造効率を向上させることができる。
本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
例えば、本例の放熱部材は断面四角形状で構成されており、複数の側面のうち一の側面に対して一の放熱電子部品が面接触する構成であるが、これに限ることなく、放熱部材は、放熱電子部品と面接触可能な側面を少なくとも一つ有する断面形状で構成されればよく、また、回路設計の自由度を向上させる観点から、一の側面に対して複数の放熱電子部品が面接触する構成としてもよく、更には、断面多角形状とし、複数の側面を有する放熱部材の各側面に対して各々放熱電子部品が面接触する構成であってもよい。なお、複数の側面を有する放熱部材の場合、全ての側面に対して放熱電子部品が面接触する構成であっても、また、一部の側面に対して放熱電子部品が面接触する構成であってもよい。
また例えば、本例の放熱部材は配線基板の内部を表裏方向に貫通しているが、これに限ることなく、例えば、回路設計の自由度を向上させる観点から、放熱部材を配線基板の外側に配置することもできる。具体的には、放熱部材の側面を、配線基板の側面に対向させて設置することもできる。より具体的には、電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを有する配線基板と、前記電子部品のうち放熱を必要とする放熱電子部品と、前記放熱電子部品と接触した状態で前記配線基板の前記表面側に配置され、前記放熱電子部品の放熱をするための放熱部材と、前記配線基板の前記裏面側に配置され、前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板とを備え、前記放熱部材は、その側面を配線基板の側面に対向させて設置すると共に、前記放熱部材の側面を前記放熱板の側面に対向させて設置するか、又は、その側面を配線基板の側面に対向させて設置すると共に、その底面を前記放熱板の表面に対向させて設置する、放熱構造体とすることもできる。
また例えば、本例では、放熱部材と、放熱部材に対向する放熱電子部品とを密着させるためにクランプを用い、放熱部材に対向する側面を有する放熱電子部品の当該側面とは反対側の側面を放熱部材方向に弾性押圧して保持する構成としたが、これに限ることなく、放熱部材に対して放熱電子部品を面接触した状態に保持できる保持手段を備えればよい。例えば、弾力性を有する環状部材を用いて放熱電子部品を放熱部材に保持する構成であっても、また、クランク状の金具を介して放熱部材に螺子止めする構成であってもよい。
また例えば、本例では、一の放熱電子部品が放熱部材に面接触した状態を一のクランプによって保持しているが、これに限ることなく、例えば、製造効率を向上させる観点から、複数の放熱電子部品が放熱部材に面接触した状態を一の保持手段によって保持する構成としてもよい。
また例えば、本例では、一つの配線基板を用いる場合を示したが、これに限ることなく、複数の配線基板を用いても良い。例えば、回路設計の自由度を向上させる観点から、少なくとも２以上の配線基板を備える放熱構造体とすることもできる。具体的には、配線基板の多層化、即ち、電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを有する第一の配線基板と、前記第一の配線基板の表面側に配置され、電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを有する第二の配線基板と、前記電子部品のうち放熱を必要とする放熱電子部品と、前記放熱電子部品と接触した状態で前記第一の配線基板の表面側及び前記第二の配線基板の表面側に配置され、前記放熱電子部品の放熱をするための放熱部材と、前記第一の配線基板の裏面側に配置され前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板とを備え、前記放熱部材と前記放熱板とが前記第一の配線基板の裏面側において接続されている放熱構造体とすることもできる。この実施形態において、放熱部材が第一の配線基板及び第二の配線基板を貫通している放熱構造体とすることが好ましい。
また例えば、本例では、放熱部材の裏面と矩形板状の放熱板の表面とを対向させ、放熱部材の開口の内部に設けた貫通穴にビスがねじ込まれることにより、放熱部材と放熱板とを接続する構成としたが、これに限ることなく、放熱部材と放熱板とを接続できる接続手段を備える構成であればよい。例えば、シリコングリース等の粘性を有する放熱グリースを介して接続してもよく、また、放熱板の内部に設けた貫通穴にビスがねじ込まれることにより、放熱部材と放熱板とを接続する構成としてもよい。
また例えば、本例で示したハンダ付け処理方法は、各種の公知のハンダ付け処理を用いることができる。好ましくは、ハンダ液面を動かさない静止槽を用いる方法のほか、ハンダ液面に波を立てる噴流式（フロー方式）等を用いることができる。なお、本発明のディップは、ハンダ液面を動かさない静止槽を用いる方法や、ハンダ液面に波を立てる噴流式の方法等を含む意味である。

１ 配線基板
２、３ 電子部品
４ 放熱部材
５ 絶縁部材
６ 放熱板
７ クランプ
８ ビス
９ ハンダ液
１０ ハンダ槽
１１ 台座
１２ 表面側
１３ 裏面側
１４ 貫通穴

Claims (5)

1. 電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを持つ配線基板と、
   前記電子部品のうち放熱を必要とする放熱電子部品と、
   前記放熱電子部品と接触した状態で前記配線基板の前記表面側に配置され、前記放熱電子部品の放熱をするための放熱部材と、
   前記配線基板の前記裏面側に配置され前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板と、を備え、
   前記放熱部材と前記放熱板とが前記裏面側において接続されていることを特徴とする電子部品の放熱構造体。
2. 前記放熱部材と前記放熱板とが間接的に接続されている請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記放熱部材が配線基板を貫通している、請求項１または２のいずれかに記載の放熱構造体。
4. 前記裏面側において前記電子部品の端子を、前記配線基板をディップすることによってハンダ付けする請求項１ないし３のいずれかに記載の放熱構造体。
5. 電子部品を配置するための表面側とその反対側の裏面側とを持つ配線基板を用意し、
   前記電子部品を前記配線基板上に配置し、
   前記電子部品の端子を裏面側においてハンダ付し、
   前記電子部品のうち放熱が必要な放熱電子部品の放熱をするための放熱部材を、前記放熱電子部品と前記表面側で接触させ、
   前記放熱部材を前記裏面側において前記放熱部材からの熱を外部に放熱するための放熱板と接続し、
   前記放熱部材の前記裏面側の端部を前記放熱板に接続する段階と、を備えた電子部品の放熱構造体の組立方法。

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