JP2018148125A - 電子機器及び電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のどの位置に複数の発熱部品が配置されていたとしても、効果的に放熱することができると共に、簡単に組み立てや製造することが可能な電子機器及び電子機器の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る電子機器は、基板と、前記基板に搭載された第１の発熱部品及び第２の発熱部品と、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品にそれぞれ設けられ、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と熱的に接続される第１の放熱板及び第２の放熱板と、を備え、前記第１の放熱板及び第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と当接する第１の面及び第２の面と、この第１の面及び第２の面に対して略垂直に設けられた第３の面及び第４の面とを有し、前記第３の面及び第４の面は、前記基板からの高さが略同一の面を構成すると共に、前記第３の面及び第４の面には接着シートを介して１つの放熱器が搭載されている。【選択図】図７

Description

本発明は、電子機器内の発熱部品が発生する熱を効果的に放熱させることができると共に、簡単に組み立てることが可能な電子機器及び電子機器の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化による高密度実装化に伴い、電子機器を構成する基板に実装された半導体等の発熱部品の発熱量の増加や当該発熱部品の集中化が問題となっている。

この問題を解決するため、一般的には、ヒートシンクなどの放熱器を発熱部品に装着し、その熱をヒートシンクに形成された複数の放熱フィンから放熱させて冷却が行われている。例えば特許文献１では、１つのヒートシンクに複数の発熱部品が取り付けられて、発熱部品の熱を放熱させている電子機器が開示されている。

特開２００６−２１０５１６号公報

しかし、複数の発熱部品の基板上の配置によっては、上記放熱構造をとることができない場合がある。また、ヒートシンクに複数の発熱部品を取り付けたアセンブリを、フロー半田接続しようとすると、発熱部品のリード端子を基板の穴部へ挿入するための寸法精度が必要となるため、場合によってはリード端子が穴部に挿入されず基板に押圧され、意図しない方向へ折り曲げられてしまうことや、発熱部品がヒートシンクに取り付けられているため、フロー半田接続時に基板への半田上がりが不十分になる等、製造上の問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板のどの位置に複数の発熱部品が配置されていたとしても、効果的に放熱することができると共に、簡単に組み立てや製造することが可能な電子機器及び電子機器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器は、基板と、前記基板に搭載された第１の発熱部品及び第２の発熱部品と、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品にそれぞれ設けられ、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と熱的に接続される第１の放熱板及び第２の放熱板と、を備え、前記第１の放熱板及び第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と当接する第１の面及び第２の面と、この第１の面及び第２の面に対して略垂直に設けられた第３の面及び第４の面とを有し、前記第３の面及び第４の面は、前記基板からの高さが略同一の面を構成すると共に、前記第３の面及び第４の面には接着シートを介して１つの放熱器が搭載されている。

本発明によれば、基板に搭載された第１の発熱部品及び第２の発熱部品が第１の放熱板及び第２の放熱板の第１の面及び第２の面に熱的に接続され、この第１の面及び第２の面に対して略垂直に設けられた第３の面及び第４の面に接着シートを介して１つの放熱器が搭載されている。そのため、１つの放熱器で複数の発熱部品からの熱を放熱できるため、放熱面積を広く確保することができ、放熱性を良好にすることができる。

また、本発明に係る電子機器は、前記第１の発熱部品と前記第２の発熱部品は、前記基板の側辺に対して整列しない位置に、前記基板に搭載される。基板の側辺に対して整列しない位置に発熱部品が配置される場合でも、広い放熱面積を確保することができるので、効果的に放熱することができる。

また、本発明に係る電子機器の製造方法は、前記第１の発熱部品、前記第２の発熱部品、及び前記第１の放熱板、前記第２の放熱板を、前記基板に半田接続した後に、前記第３の面及び前記第４の面に前記接着シートを介して前記放熱器を取り付けることができる。これにより、発熱部品や放熱板を半田付けした後に放熱器を取り付けるので、発熱部品のリード端子を破損したり、半田上がりが不十分になることなく、簡単に組み立てや製造をすることができる。

本発明によれば、基板のどの位置に複数の発熱部品が配置されていたとしても、効果的に放熱することができると共に、簡単に組み立てや製造をすることが可能な電子機器及び電子機器の製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電子機器の部品レイアウト（ブロック図）を模式的に示した図である。 本発明の第１実施形態に係る電子機器の発熱部品（ブリッジダイオード）の放熱構造を模式的に示した図である。 本発明の第１実施形態に係る電子機器の発熱部品（スイッチ素子及びダイオード）の放熱構造を模式的に示した図である。 本発明の第１実施形態に係る電子機器の発熱部品の放熱構造（放熱器取付前）のレイアウトを模式的に示した図である。 図４の状態から接着シートで放熱器を取り付けたときの電子機器のレイアウトを模式的に示した図である（上面から見た図である）。 図５の電子機器の切断面Ａ−Ａを模式的に示した図である。 図６の分解斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明の対象は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明の実施の形態を各図を参照し、詳細に説明する。なお、図の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係る電子機器の部品レイアウトについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電子機器の部品レイアウトの一例である。

本実施形態では、電子機器として、電源装置を例示して説明する。電源装置は、図１に示されるように、基板１００と、基板１００に搭載される入力端子１１０と、ラインフィルタ１２０と、整流回路１３０と、ＰＦＣ（ＰＯＷＥＲ ＦＡＣＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ）回路１４０と、スイッチング回路１５０と、トランス１６０と、整流回路１７０と、平滑回路１８０と、出力端子１９０を有する。

電源装置の入力端子１１０に電圧が入力されると、ラインフィルタ１２０でノイズを軽減し、整流回路１３０にて電圧を整流し、ＰＦＣ回路１４０にて高調波を抑制し、スイッチング回路１５０のスイッチング制御によって、スイッチング回路１５０に接続された一次巻線を有するトランス１６０で電圧変換され、トランス１６０の二次巻線に接続された整流回路１７０と平滑回路１８０で整流平滑された所定の電圧が出力端子１９０から出力される。

図１を含め以下後述する各図には記載しないが、基板１００は、発熱部品のリード端子を基板に挿入するためのスルーホールや、基板に放熱板の端子等を挿入するための孔等が設けられ、発熱部品等が様々なレイアウトで実装される。

次に、図２を参照して本発明の第１実施形態に係る発熱部品の放熱構造について具体的に説明する。発熱部品の放熱構造は、基板１００と、この基板１００に搭載される発熱部品の一実施例であるブリッジダイオード１３１と、金属等の熱伝導性の良好な材料で構成された放熱板の一実施例である板金１３２と、後述する放熱器２００を含んで構成される。発熱部品の一実施例として整流回路１３０のブリッジダイオードを取り上げて説明するが、その他にもＰＦＣ回路１４０のＦＥＴ（ＦＩＥＬＤ ＥＦＦＥＣＴ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）等のスイッチ素子やダイオード素子等の整流素子、スイッチング回路１５０のメインスイッチ素子、トランス１６０、整流回路１７０のダイオード素子等の整流素子、等が挙げられる。
ブリッジダイオード１３１は、樹脂でモールドされた本体１３１ａと、本体１３１ａの前面から背面に貫通する取付穴１３１ｂと、ブリッジダイオード１３１を基板１００に挿入し、電気的に接続するためのリード端子１３１ｃを備えている。

板金１３２は、Ｌ字型で構成され、基板１００に対して略垂直に立設される第１の板部１３３と、この第１の板部１３３の上方端部から略垂直に延びる第２の板部１３４から構成される。また、第１の板部１３３の下方端部には、基板１００の孔に挿入されて固定される端子１３７が備えられている。第１の板部１３３は、ブリッジダイオード１３１の本体１３１ａと当接する第１の面１３３ａを有し、第２の板部１３４は、後述する放熱器が搭載される第３の面１３４ａを有する。第１の板部１３３には、板金１３２とブリッジダイオード１３１とを固定するための螺子穴１３５が備えられている。

次に、図３を参照して本発明の第１実施形態に係る発熱部品の放熱構造の変形例について具体的に説明する。図２との違いは、板金１３２のＬ字型の形状を板金１４３のようにＵ字型に変更した点、及び２つの発熱部品１４１、１４２を板金１４３に当接させた点である。

板金１４３は、Ｕ字型で構成され、基板１００に対して略垂直に立設される第１の板部１４４及び１４６と、この第１の板部１４４及び１４６の上方端部同士を連結するように、第１の板部１４４及び１４６から略垂直に延びる第２の板部１４５を含んで構成される。また、第１の板部１４４及び１４６の下方端部には、基板１００の孔に挿入されて固定される端子１４９、１４９が備えられている。第１の板部１４４及び１４６は、発熱部品の一実施例であるＦＥＴ１４１、ダイオード素子１４２の本体１４１ａ、１４２ａと当接する第２の面１４４ａ、１４６ａを有し、第２の板部１４５は、後述する放熱器が搭載される第４の面１４５ａを有する。
第１の板部１４４及び１４６には、板金１４３とＦＥＴ１４１、ダイオード素子１４２とを固定するための螺子穴１４７、１４７が備えられている。このように、発熱部品が近接して配置される場合は、板金１４３を用いて、複数の発熱部品を第１の面に取り付けることも可能である。本一実施例では、図３のようなＵ字型の板金を用いた構造を、ＰＦＣ回路１４０に組み込んだ場合の実施形態としている。

図２及び図３を参照して、発熱部品の放熱構造の組み立てについて説明する。まず、図２に基づいて説明する。
まず、ブリッジダイオード１３１を第１の面１３３ａに取り付ける。ブリッジダイオード１３１の本体１３１ａに備えられた取付穴１３１ｂと、板金１３２の第１の板部１３３に備えられた螺子穴１３５の位置合わせをし、螺子１３６によってこれらを螺合して固定する。そして、ブリッジダイオード１３１と板金１３２を組み合せた状態で、基板１００に設けられた複数のスルーホール及び孔にリード端子１３１ｃ及び端子１３７を挿入する。なお、ブリッジダイオード１３１と板金１３２は、クリップ等の固定金具や接着部材等で取り付けることもできる。

同様に図３の板金１４３においても、ＦＥＴ１４１、ダイオード素子１４２を第２の面１４４ａ、１４６ａに取り付ける。ＦＥＴ１４１、ダイオード素子１４２の本体１４１ａ、１４２ａに備えられた取付穴１４１ｂ、１４２ｂと、板金１４３の第１の板部１４４、１４６に備えられた螺子穴１４７、１４７の位置合わせをし、螺子１４８、１４８によってこれらを螺合して固定する。そして、ＦＥＴ１４１、ダイオード素子１４２と板金１４３を組み合せた状態で、基板１００に設けられた複数のスルーホール及び孔にリード端子１４１ｃ、１４２ｃ、及び端子１４９、１４９を挿入する。板金１４３は、第１の板部１４４、１４６の双方が基板１００に挿入され固定されるため、安定性があり、第２の板部１４５の第３の面１４５ａが基板１００に対してより水平になりやすい。

図４の部品レイアウト図について説明する。図４は、上記で説明した発熱部品と板金を組み合わせた各アセンブリを、基板１００に搭載した模式的なレイアウト図である（上面から見た図である）。図４の点線は、第１の板部の板厚に相当する第１の板部と第２の板部の境界を示したものである。点線で囲まれた四角形状は、各板金に取り付けられた発熱部品を示し、放熱器２００は板金に載置するヒートシンクである。

本実施形態では、整流回路１３０、ＰＦＣ回路１４０、スイッチング回路１５０、整流回路１７０にはそれぞれ、発熱部品１３１、１４１、１４２、１５１、１７１が備えられていると共に、Ｌ字板金やＵ字板金が備えられている。また、トランス１６０は、コイル巻線やコアが発熱する発熱部品である。

これらの発熱部品は、基板１００の長手方向、又は短手方向に沿って揃って配置されておらず、ランダムに配置されている。また、第２の板部の第３の面及び第４の面を構成する長手方向、又は短手方向も一定の方向に揃って配置されていない。つまり、各発熱部品は、基板１００の長手方向、又は短手方向の側辺に対して整列しない位置に基板１００に搭載されている。
ただし、基板１００に搭載された板金１３２の第２の板部１３４の第３の面１３４ａ、板金１４３の第２の板部１４５の第４の面１４５ａの基板１００からの高さは略同一である。なお、スイッチング回路１５０と整流回路１７０の発熱部品の放熱構造であるＬ字型の板金１５２、１７２の上面（第３の面または第４の面）の基板１００からの高さも板金１３２の第３の面１３４ａ、板金１４３の第４の面１４５ａと略同一である。これら第３の面と第４の面は、板金を構成し、基板１００からの高さが略同一な面を構成していれば、第３の面とも第４の面とも称される。同様に、板金１５２、１７２の基板１００に対して略垂直に立設される第１の面、第２の面も、板金を構成し、発熱部品と当接する面を構成していれば、第１の面とも第２の面とも称される。

発熱部品の端子や、板金の端子等、基板１００に半田フローにて接続する端子を挿入し、入力端子１１０から出力端子１９０までの電源装置を構成する各部品を搭載した後に、半田フロー漕にてフロー半田接続を行う。

図５の部品レイアウト図について説明する。図５は、フロー半田接続後、基板１００に搭載された各発熱部品を放熱させるための板金に放熱器２００を取り付けた図である。本実施形態では、整流回路１３０、ＰＦＣ回路１４０、スイッチング回路１５０、トランス１６０、整流回路１７０に発熱部品を含んでいる。これらの発熱部品を含む各部品を覆うように、接着シート２１０を介して放熱器２００を載置する。接着シート２１０は、放熱器２００の下面（第３の面または第４の面と近接する面）に予め接着させた１枚のシートで構成してもよいし、第３の面や第４の面に個々に接着させた複数のシートから構成してもよい。本実施例では、トランス１６０は、このトランス１６０の放熱用に新たに設けたＬ字型の板金の第１面とトランス１６０のコイル巻線との間に熱的に接続されるように熱伝導性絶縁樹脂を設け、このＬ字型の板金の第３面に、接着シート２１０を介して放熱器２００を載置してトランス１６０を放熱させる構造をとることもできる。このとき、トランス１６０の１次２次間の絶縁距離が短くならないようにＬ字板金を設置する。

図６は、図５の電子機器の切断面Ａ−Ａを模式的に示した図である。また、図７は図６の分解斜視図である。

切断面Ａ−Ａは、整流回路１３０を構成する各部品と、整流回路１７０を構成する各部品に跨って切断した断面図である。ブリッジダイオード１３１の本体１３１ａは、その平面（取付穴１３１ｂが備えられている面）が基板１００の短辺と略平行になるように配置されている。一方、整流回路１７０の発熱部品１７１は、ブリッジダイオード１３１の本体１３１ａの平面に対して略直角に配置されている。同様に、ブリッジダイオード１３１と当接する第１の放熱板の第１の面１３３ａもブリッジダイオード１３１の本体１３１ａの平面と略並行に配置されている。一方、発熱部品１７１と当接する第２の放熱板の第２の面１７１ａは、発熱部品１７１の本体平面と略並行に配置されている。つまり、ブリッジダイオード１３１と発熱部品１７１は、基板１００の側辺に沿って整列しない位置に、基板１００上に搭載されている。

上記のように、発熱部品が基板１００上に整列して配置されていない場合であっても、放熱板の第３の面１３４ａと、第４の面１７２ａの基板１００からの高さｈは略同一の高さに設定される。第３の面１３４ａと第４の面１７２ａによって、同一平面が構成され、ここに１つの放熱器２００を接着シート２１０を介して載置することができる。
このように、基板のどの位置に、どの方向に複数の発熱部品が配置されていたとしても、効果的に放熱できると共に、簡単に組み立てや製造をすることが可能な電子機器を提供することができる。

接着シート２１０は、両面に接着性を有し、非常に強力な接着性を備えている。板金１３２の第３の面１３４ａ、板金１４３の第４の面１４５ａ、板金１５２の第３の面、板金１７２の第４の面１７２ａのそれぞれに接着シート２１０の一方の面を貼り合わせ、その後放熱器２００を接着シート２１０の他方の面に載せて接着させることによって、板金１３２の第３の面１３４ａ、板金１４３の第４の面１４５ａ、板金１５２の第３の面、板金１７２の第４の面１７２ａと放熱器２００を接着固定することができる。

以上のように、本発明は、基板１００と、基板１００に搭載された第１の発熱部品１３１及び第２の発熱部品１７１と、第１の発熱部品１３１及び第２の発熱部品１７１にそれぞれ設けられ、第１の発熱部品１３１及び第２の発熱部品１７１と熱的に接続される第１の放熱板１３２及び第２の放熱板１７２と、を備え、第１の放熱板１３２及び第２の放熱板１７２は、第１の発熱部品１３１及び第２の発熱部品１７１と当接する第１の面１３３ａ及び第２の面１７１ａと、この第１の面１３３ａ及び第２の面１７１ａに対して略垂直に設けられた第３の面１３４ａ及び第４の面１７２ａとを有し、第３の面１３４ａ及び第４の面１７２ａは、基板１００からの高さｈが略同一の面を構成すると共に、第３の面１３４ａ及び第４の面１７２ａには接着シート２１０を介して１つの放熱器２００が搭載されている電子機器である。

これにより、各部品を基板に挿入したあとに放熱器を取り付けることにより、基板の側辺に対して整列しない位置等、基板のどの位置に複数の発熱部品や放熱するための板金が配置されていたとしても、効果的に放熱することができると共に、簡単に組み立てや製造をすることが可能な電子機器及び電子機器の製造方法を提供することができる。

以上、本発明を実施の電子機器及び電子機器の製造方法の好適な一実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、発熱部品として、ブリッジダイオード、ＦＥＴ、ダイオードを例示したが、本発明はこれに限らず、ＩＧＢＴ（ＩＮＳＵＬＡＴＥＤ ＧＡＴＥ ＢＩＰＯＬＡＲ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）や、ＧａＮＦＥＴ（ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＦＩＥＬＤ ＥＦＦＥＣＴ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ）等でもかまわない。

また、放熱板の構造は、Ｌ字板金、Ｕ字板金を例示して説明したが、これに限らず、例えばＴ型やＥ型などの板金を用いてもよい。

また、放熱器はヒートシンクを例示して説明したが、これに限らず、例えば電子機器のシャーシ等、放熱板の第３の面及び第４の面に接着シートを介して搭載され、放熱器の機能を満たしていれば、どのようなものでもかまわない。

接着シートは接着性だけでなく、十分な絶縁性を備えていることが好ましい。

接着部材は、例示して説明した接着シートだけでなく、接着剤を用いてもかまわない。

１００…スイッチング電源装置、１１０…入力端子、１２０…ラインフィルタ、１３０…整流回路、１４０…ＰＦＣ回路、１５０…スイッチング回路、１６０…トランス、１７０…整流回路、１８０…平滑回路、１９０…出力端子、２００…放熱器、２１０…接着シート

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板に搭載された第１の発熱部品及び第２の発熱部品と、
   前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品にそれぞれ設けられ、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と熱的に接続される第１の放熱板及び第２の放熱板と、を備え、
   前記第１の放熱板及び第２の放熱板は、前記第１の発熱部品及び第２の発熱部品と当接する第１の面及び第２の面と、この第１の面及び第２の面に対して略垂直に設けられた第３の面及び第４の面とを有し、
   前記第３の面及び第４の面は、前記基板からの高さが略同一の面を構成すると共に、前記第３の面及び第４の面には接着シートを介して１つの放熱器が搭載されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記第１の発熱部品と前記第２の発熱部品は、前記基板の側辺に対して整列しない位置に、前記基板に搭載されることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記第１の発熱部品、前記第２の発熱部品、及び前記第１の放熱板、前記第２の放熱板を、前記基板に半田接続した後に、前記第３の面及び前記第４の面に前記接着シートを介して前記放熱器を取り付けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子機器の製造方法。
   

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