JP6789031B2 - 放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、放熱構造に関する。

電子基板に実装された電子部品は、電子部品の動作時に発熱することがある。そこで、電子部品の熱を放熱する放熱構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、電子基板の一方の面に電子部品を実装し、電子基板の他方の面に冷却器を当接させる放熱構造が示されている。この放熱構造では、電子部品の熱を、電子基板を介して冷却器に伝達させて、電子部品の熱を放熱させる。

上述のような電子部品の熱を放熱する放熱構造において、放熱効率の向上が求められている。そこで、例えば図３に示す電子機器１００のように、電子部品の熱を、冷却器といった放熱部に、電子基板を介することなく伝達させる放熱構造が考えられる。
なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、図中にＸＹＺ直交座標系を設けたが、これらは単に図中の向きを統一して説明するために設定したものであり、絶対的な座標を示すものではない。

電子機器１００は、電子部品１０、電子基板２０、ヒートシンク３０、半田部４０、放熱グリス５０、および固定部６０を備える。

電子部品１０は、電子基板２０の一方の面（Ｙマイナス方向側の面）に実装される。具体的には、電子部品１０は、電子基板２０の一方の面側に設けられ、電子部品１０には、図示しない複数の電極が電子基板２０側に設けられており、これら電極が、半田部４０により電子基板２０に固着される。

ヒートシンク３０は、電子基板２０の一方の面側に、電子部品１０との間に間隔を空けて設けられており、ヒートシンク３０と電子部品１０との間には、放熱グリス５０が設けられる。

固定部６０は、ヒートシンク３０に立設する脚部６１と、雄ねじ６２と、を備える。脚部６１の先端は、電子基板２０の一方の面に当接する。また、脚部６１の先端部分には、雌ねじが形成され、電子基板２０には、雄ねじ６２が挿通される貫通孔が形成される。脚部６１に形成された雌ねじと、電子基板２０の貫通孔に挿通された雄ねじ６２と、が螺着することで、電子基板２０とヒートシンク３０とが締結される。

以上の電子機器１００では、電子部品１０の熱は、電子基板２０を介してではなく、放熱グリス５０を介してヒートシンク３０に伝達される。

特開２０１５−６５４２７号公報

しかし、電子機器１００の各構成には、公差が存在する。
例えば図４に示すように、脚部６１には、長さ方向（Ｙ方向）に基準寸法Ａに対する公差（±α）が存在する。
また、図５に示すように、電子部品１０には、厚さ方向（Ｙ方向）に基準寸法Ｂに対する公差（±β）が存在し、半田部４０には、厚さ方向（Ｙ方向）に基準寸法Ｃに対する公差（±γ）が存在する。
また、図６に示すように、電子基板２０には、厚さ方向（Ｙ方向）に反り公差（±δ）が存在する。

放熱効率を向上させるには、放熱グリス５０の高さをできるだけ低く抑えることが好ましい。しかしながら、製造バラツキにより、脚部６１の仕上がり寸法がマイナス公差に振れて短くなり、一方で、半田部４０および電子部品１０の厚みがプラス公差に振れて長くなると、脚部６１に形成された雌ねじに電子基板２０の貫通孔に挿通された雄ねじ６２を螺着させた場合に、電子部品１０とヒートシンク３０とが接触してしまうおそれがある。
電子部品１０とヒートシンク３０とが接触してしまうと、電子部品１０や、電子部品１０の電極に外力が加わってしまい、これらが破損してしまうおそれがある。
また、電子部品１０の熱の放熱効率をさらに向上させるために、電子部品１０の上面（Ｙマイナス方向側の面）に放熱電極を設ける場合がある。この場合において、電子部品１０とヒートシンク３０とが接触してしまうと、電子部品１０とヒートシンク３０とが電気的に短絡してしまう。

このため、電子部品１０とヒートシンク３０との間に間隙が確実に形成されるように、上述のような公差を考慮しつつ電子機器１００を設計する必要がある。しかし、上述の間隙を確実に形成しようとすると、電子機器１００の設計時に、上述の間隙を大きめに設計することになる。その結果、放熱グリス５０が厚くなってしまい、電子部品１０の熱の放熱効率を十分には向上させることができないおそれがあった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、電子部品の熱の放熱効率を十分に向上させる放熱構造を提供する。

本発明の１またはそれ以上の実施形態は、電子基板の一方の面に実装された電子部品の熱を放熱する放熱構造であって、前記電子基板の一方の面側に、前記電子部品との間に間隔を空けて設けられた放熱部と、前記電子部品と前記放熱部との間に設けられた熱伝導部と、前記電子基板および前記放熱部の少なくともいずれかに対して、前記電子基板と前記放熱部との間隔を狭める方向に外力を印加する外力印加部と、を備えることを特徴とする。

本発明の１またはそれ以上の実施形態によれば、電子部品の熱の放熱効率を十分に向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電子機器の側面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子機器の側面図である。 従来例に係る電子機器の側面図である。 電子機器の各構成における公差を説明するための図である。 電子機器の各構成における公差を説明するための図である。 電子機器の各構成における公差を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。このため、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明による放熱構造を用いた電子機器１を示す側面図である。電子機器１は、図３に示した従来例に係る電子機器１００とは、外力印加部７０および絶縁部材８０を備える点で異なっており、他の部分については同様の形態をしている。このため、電子機器１００と同様の形態をしている部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

外力印加部７０は、電子基板２０に対して、電子基板２０と放熱部としてのヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加する。この外力印加部７０は、板状部材としての樹脂板７１と、弾性部材としてのばね７２と、締結部材としての雄ねじ６２と、を備える。

樹脂板７１は、樹脂で形成されており、電子基板２０の他方の面（Ｙプラス方向側の面）側に設けられる。この樹脂板７１は、板状の基部７１１と、基部７１１から電子基板２０側に突出する突出部７１２と、を備える。基部７１１の端部には、雄ねじ６２を挿通する貫通孔が形成されている。突出部７１２は、基部７１１のうち、電子部品１０と対向する領域に形成され、電子基板２０の他方の面のうち、電子部品１０が実装されている領域と対向する領域に当接する。

ばね７２は、雄ねじ６２により、樹脂板７１に向かって押し付けられて圧縮され、雄ねじ６２の圧縮力とばね７２の反発力が均衡状態をなして、その状態を保持する。このため、樹脂板７１は、ばね７２によりヒートシンク３０に向かって押圧され、樹脂板７１の突出部７１２によって、電子基板２０のうち電子部品１０を実装している領域が、電子基板２０の他方の面側からヒートシンク３０に向かって押圧される。

絶縁部材８０は、熱伝導部としての放熱グリス５０に含まれる。この絶縁部材８０は、絶縁性を有する材料であって、外力印加部７０により上述のように外力が印加されても電子部品１０とヒートシンク３０と間で形状を保持する強度を有する材料で構成され、本実施形態では球状のガラスビーズで構成される。

以上のように、電子機器１は、外力印加部７０により、電子基板２０に対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加する。
このため、脚部６１の長さ方向（Ｙ方向）における公差（図４参照）や、電子部品１０の厚さ方向（Ｙ方向）における公差（図５参照）や、半田部４０の厚さ方向（Ｙ方向）における公差（図５参照）や、電子基板２０の厚さ方向（Ｙ方向）における反り公差（図６参照）が存在していても、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭くすることができる。したがって、放熱グリス５０を薄くすることができ、電子部品１０の熱の放熱効率を十分に向上させることができる。

また、電子機器１は、樹脂板７１をばね７２によりヒートシンク３０に向かって押圧して、突出部７１２によって、電子基板２０のうち電子部品１０が実装されている領域を、電子基板２０の他方の面側からヒートシンク３０に向かって押圧する。
このため、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を、電子部品１０が実装されている領域において、特に狭くすることができる。これにより、放熱グリス５０の厚みを結果的に薄くすることができ、電子部品１０の熱の放熱効率を十分に向上させることができる。
また、電子基板２０の厚さ方向に電子基板２０が反っていても、この反りを矯正することができる。

また、電子機器１は、放熱グリス５０に絶縁部材８０を含む。このため、電子部品１０とヒートシンク３０との間には、絶縁部材８０が存在することになる。したがって、電子基板２０に対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加しても、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔は、絶縁部材８０により確保される。これにより、放熱グリス５０の厚みを薄くしつつ、電子部品１０の熱の放熱効率を十分に向上させ、かつ、電子部品１０とヒートシンク３０とが電気的に短絡してしまうのを防止することができる。

なお、本実施形態で用いた図１では、突出部７１２を、電子部品１０と同じ数（３つ）設けた例を示した。しかし、これに限らず、突出部７１２を、電子部品１０と比べて、多く設けてもよいし、少なく設けてもよい。

また、本実施形態では、突出部７１２は、電子基板２０の他方の面のうち、電子部品１０が実装されている領域と対向する領域に当接する。しかし、これに限らず、電子基板２０の他方の面のうち、電子基板２０の一方の面であって電子部品１０が実装されていない領域と対向する領域に当接してもよい。

また、本実施形態では、電子基板２０に対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加して、電子基板２０をヒートシンク３０に向かって押圧した。
しかし、これに限らず、例えばヒートシンク３０に対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加して、ヒートシンク３０を電子基板２０に向かって押圧してもよい。
また、例えば電子基板２０およびヒートシンク３０のうち少なくともいずれかに対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加して、電子基板２０をヒートシンク３０に向かって引きつけたり、ヒートシンク３０を電子基板２０に向かって引きつけたりしてもよい。この場合、例えば伸ばした状態のばねにより、樹脂板７１とヒートシンク３０とを接続すればよい。

また、本実施形態では、外力印加部７０にばね７２を設けたが、ばね７２は、弾性体であればよく、例えばゴムブッシュであってもよい。

また、本実施形態では、放熱グリス５０が絶縁部材８０を含んでいたが、これに限らず、ヒートシンク３０のＹプラス方向側の面や、電子部品１０の上面（Ｙマイナス方向側の面）を、アルマイト塗装などにより絶縁物で被覆してもよい。この場合、放熱グリス５０が絶縁部材８０を含んでいる必要はない。

また、本実施形態において、電子部品１０のパッケージは、例えばＳＯＰ、ＱＦＰ、ＢＧＡなどであってもよい。

また、本実施形態において、電子部品１０は、電子部品１０の上面（Ｙマイナス方向側の面）に、放熱電極を備えていてもよい。これにより、電子部品１０の熱の放熱効率をさらに向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図２を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。

図２は、本発明による放熱構造を用いた電子機器１Ａを示す側面図である。電子機器１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る電子機器１とは、外力印加部７０の代わりに外力印加部７０Ａを備える点で異なっており、他の部分については同様の形態をしている。このため、電子機器１と同様の形態をしている部分については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

外力印加部７０Ａは、電子基板２０に対して、電子基板２０とヒートシンク３０との間隔を狭める方向に外力を印加する。この外力印加部７０Ａは、いわゆる板ばねと締結部材としての雄ねじ６２から構成されており、電子基板２０の他方の面のうち、電子部品１０が実装されている領域と対向する領域に当接する。

外力印加部７０Ａの端部には、雄ねじ６２が貫通する貫通孔が形成される。脚部６１に形成された雌ねじと、外力印加部７０Ａの端部の貫通孔に挿通された雄ねじ６２と、を螺着することにより、板ばねが電子基板２０に向かって押し付けられる。このため、外力印加部７０Ａにより、電子基板２０のうち電子部品１０が実装されている領域が、電子基板２０の他方の面側からヒートシンク３０に向かって押圧される。

以上の電子機器１Ａは、電子機器１と同様の効果を奏することができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

１、１Ａ、１００ 電子機器
１０ 電子部品
２０ 電子基板
３０ ヒートシンク（放熱部）
４０ 半田部
５０ 放熱グリス（熱伝導部）
６０ 固定部
６１ 脚部
６２ 雄ねじ（締結部材）
７０、７０Ａ 外力印加部
７１ 樹脂板
７２ ばね（弾性部材）
７１１ 基部
７１２ 突出部
８０ 絶縁部材

Claims (5)

1. 電子基板の一方の面に実装された複数の電子部品の熱を放熱する放熱構造であって、
   前記電子基板の一方の面側に、前記複数の電子部品との間に間隔を空けて設けられた放熱部と、
   前記複数の電子部品と前記放熱部との間に設けられた熱伝導部と、
   前記電子基板および前記放熱部の少なくともいずれかに対して、前記電子基板と前記放熱部との間隔を狭める方向に外力を印加する外力印加部と、
   を備え、
   前記外力印加部は、
   板状の基部と、該基部から電子基板側に突出する複数の突出部とからなる板状部材を備え、
   前記複数の突出部により、前記電子基板のうち前記複数の電子部品が実装されているそれぞれの領域を、前記電子基板の他方の面側から前記放熱部に向かって押圧することを特徴とする放熱構造。
2. 前記外力印加部は、
   前記電子基板の他方の面側に、弾性部材と締結部材とを備え、前記弾性部材と締結部材とが、前記板状部材を介して前記電子基板を前記放熱部に向かって押圧することを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
3. 前記外力印加部は、
   前記電子基板の他方の面側に、板ばねと締結部材とを備え、前記板ばねと締結部材とが、前記電子基板を前記放熱部に向かって押圧することを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
4. 前記熱伝導部は、粒状の絶縁部材を含むグリスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の放熱構造。
5. 前記電子部品は、前記電子基板側に形成された電極を備え、
   前記電子基板の一方の面には、半田部が形成されており、
   前記電極は、前記半田部により、前記電子基板に固着されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱構造。