JP2005294699A - 放熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、熱伝導率の向上を図り、熱の伝達遅れによる半導体素子等の電子部品の破壊を防止する放熱システムを提供する。
【解決手段】 プリント配線基板２上に取付けられる電子部品である半導体素子３と、前記半導体素子３に重ね合わせて該半導体素子３の熱を伝導する熱伝導体たる熱伝導シート４と、前記熱伝導シート４に重ね合わせて該熱伝導シート４の熱を放熱する放熱体たる放熱板５とを備える放熱システムであって、前記半導体素子３と熱伝導シート４との間に補助放熱体たる補助放熱板７を設けたものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる放熱システムに関し、特に音響機器等の半導体素子を用いる音声信号増幅装置等に用いられる放熱システムに関する。

従来の電子機器等の半導体素子などの発熱体たる電子部品を冷却する場合、一般に冷却ファンを用いた強制冷却式や電子部品から熱を放熱させる放熱式などの冷却方式が採用されている。

強制冷却式は、例えば、冷却ファンにより直接電子部品に冷却風を送風したり、電子部品付近の空気を対流させることで電子部品を冷却するようになっている。
一方、放熱式は、例えば、電子部品またはその近傍に放熱フィンを装着して、電子部品の熱を放熱フィンに伝導させて電子部品を冷却するようになっている。

しかしながら、冷却ファンを用いる冷却方式においては、装置内部に冷却風の流路を形成する必要があり、さらに、冷却風を効率的に送風するために実装部品をある程度間隔をとって配置する必要があるため、装置の構成が大きくなるという問題があった。

また、放熱フィンを用いる冷却方式においては、例えば、電子機器内に設けられた複数のプリント配線基板の間に放熱フィンを配置して密閉構造の電子機器の放熱を行うようにしたものが提案されているが（特許文献１を参照。）、この方式によると、プリント配線基板上の電子部品と放熱フィンとが接触していないため、熱伝達が輻射および対流によるので放熱効率が低いという問題点があった。

そこで、上記問題点の対策として、電子機器の筐体内で電子部品に接触するように熱伝導性が高い放熱体を配置して電子部品から放熱するようにして、熱伝導性を高めるようにした方式が提案されている（特許文献２を参照。）。

また、その他の例として、図６に示すように、プリント配線基板２上に複数個が並設された発熱体たる半導体素子３と該半導体素子３に発生した熱を放熱するための放熱フィン１５の間に、熱伝導シート４を接触配置して熱伝導性を高めるようにした放熱システム１０が知られている。前記放熱フィン１５は、複数個の取付ねじ６によりプリント配線基板２に締着されている。
特開昭５６−３７７００号公報 特開平５−４８２８０号公報

しかしながら、上述したような冷却方式の場合、異常時や過大出力時等による半導体素子の瞬間的な温度上昇に対して放熱効果がついて来られず、半導体素子の温度上昇による破壊を引き起こしてしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みされたものであって、簡易な構成で、熱伝導率の向上を図り、熱の伝達遅れによる半導体素子等の電子部品の破壊を防止する放熱システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、放熱システムに係り、電子部品取付け用基板（例えばプリント配線基板）上に取付けられる電子部品（例えば半導体素子）と、前記電子部品に重ね合わせて該電子部品の熱を伝導する熱伝導体（例えばラバー製の熱伝導シート）と、前記熱伝導体に重ね合わせて該熱伝導体の熱を放熱する放熱体（例えば熱伝導性の高い銅やアルミなどの金属性の放熱フィン）とを備える電子機器の放熱システムにおいて、前記電子部品と熱伝導体との間に補助放熱体を設けたことを特徴とするものである。

また、前記補助放熱体は、電子部品の異常時又は過大出力の時等において生じる突発的な発熱を放熱するとともに、熱伝導体から放熱体への熱伝導量を超える熱量を許容する蓄熱機能を備えることが好ましい。

さらに、前記補助放熱体は、複数の電子部品に同時に重ね合わせるように形成されることが好ましい。

さらに、また、前記放熱体は、補助放熱体を係止するための係止部を備え、前記補助放熱体は、前記放熱体の係止部に取付けられる取付部を備え、前記係止部と取付部とにより放熱体と補助放熱体とを位置決めするように構成されることが好ましい。

また、前記取付部は、前記係止部に対して補助放熱体が配設される複数の電子部品の高さ方向に移動可能に係止され、少なくとも前記電子部品の高さ方向の位置誤差を許容するように構成されることが好ましい

さらに、前記補助放熱体には取付孔が形成され、締結手段により放熱体と共に同時に電子部品取付け用基板上に締結固定されることが好ましい。

また、前記補助放熱体は、熱伝導機能と絶縁機能とを有することが好ましい。

本発明の放熱システムによれば、簡易な構成で、熱伝導率の向上を図り、熱の伝達遅れによる半導体素子等の電子部品の破壊を防止することができるという優れた効果を奏し得る。

詳しくは、本発明に係る放熱システムによれば、電子部品と熱伝導体との間に補助放熱体を設けたことで、電子部品、例えば半導体素子の異常時や過大出力時等による急速な温度上昇に対して、熱伝導率の高い補助放熱体により従来の熱伝導体から放熱体に伝わる熱量の遅れを補う放熱効果をもたらし、半導体素子等の電子部品の急激な温度上昇による破壊を防ぐことができる。

また、前記補助放熱体は、電子部品の熱を放熱するとともに、熱伝導体から放熱体への熱伝導量を超える熱量を許容する蓄熱機能を備えることで、電子部品の異常時又は過大出力の時等において生じる突発的な発熱による電子部品の破壊を防ぐことができる。

さらに、前記補助放熱体を複数の電子部品に同時に重ね合わせるように形成することで、部品構成を簡単にできる。しかも、隣接する電子部品の隙間を渡して補助放熱体を形成できるので、省スペースで且つ効率良く放熱部分を形成できる。

さらに、また、放熱体に係止部（例えば取付孔）を形成して、補助放熱体に該放熱体の一部（前記取付孔）に係止するための取付部を形成することで、放熱体と補助放熱体とを簡単に係止できるので、取付ける際の位置決めや取付作業を容易に行うことができる。

また、前記放熱体の取付孔を、補助放熱体の取付部よりも大きく形成して、少なくとも前記電子部品の高さ方向の位置誤差を許容するように構成することで、放熱体に対して補助放熱体が任意に移動可能に出来るので、半導体素子等の実装部品の高さにばらつきがあった場合でも、その高さのばらつきを吸収することができる。

さらに、前記補助放熱体に取付孔を形成し、締結手段により放熱体と共に同時に電子部品取付け用基板上に締結固定するようにすることで、該電子部品取付け用基板上に補助放熱体の取付部を別途設けることなく、省スペースで簡単に放熱体とともに取付けることができる。

また、前記補助放熱体を熱伝導性が高く且つ絶縁機能を有する部材で形成することで、電子部品が導電性部品である場合であっても電子部品と熱伝導体との間に絶縁部材を設けることなく直接配置することが可能となる。さらに、従来の放熱体と一体的に構成することも可能である。

以下、本発明を実施する最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図５は本発明を実施する形態の一例であって、図１は本発明の実施形態に係る放熱システムの構成を示す斜視図、図２は前記放熱システムの構成の詳細を示す図１のＡ−Ａ断面矢視図、図３は前記放熱システムの構成要素を示す説明図、図４は前記放熱システムの放熱板と補助放熱板とを組付ける工程を示す説明図、図５は前記放熱システムの放熱板とプリント配線基板とを組付ける工程を示す説明図である。

本実施形態に係る放熱システム１は、本発明をオーディオ機器の音声信号増幅装置（図示省略）に適用した一例であって、図１に示すように、プリント配線基板２上に取付けられる電子部品である半導体素子３と、前記半導体素子３に重ね合わせて該半導体素子３の熱を伝導する熱伝導体たる熱伝導シート４と、前記熱伝導シート４に重ね合わせて該熱伝導シート４の熱を放熱する放熱体たる放熱板５とを備える放熱システムであって、前記半導体素子３と熱伝導シート４との間に補助放熱体たる補助放熱板７を設けたものである。

前記半導体素子３は、図２〜図５に示すように、矩形状断面を有する箱形状で、プリント配線基板２上に所定の間隔を取って直線的に複数個が並設されている。本実施形態では、半導体素子３が３個並設された場合を例に挙げて説明する。

前記熱伝導シート４は、ラバー製で且つ前記半導体素子３の平面形状と略相似した矩形状を呈するシート体であって、補助放熱板７の放熱板５側であってプリント配線基板２上に設置された３箇所の半導体素子３と対向する位置に貼り付けられている。

前記放熱板５は、熱伝導性の高いアルミ金属で構成され、図１に示すように、平面視で半導体素子３の並び方向に沿って長い矩形状を呈し、図２に示すように、側面視で一端側がプリント配線基板２の半導体素子３に沿って略平行に延設されるとともに、該半導体素子３の端縁付近より立ち上がり、プリント配線基板２より離間して他端側に向かい該プリント配線基板２に対して略平行に延設されている。すなわち、前記放熱板５は横断面形状が略クランク状に形成されている。

詳しく説明すると、前記放熱板５は、図３に示すように、プリント配線基板２上の３箇所に配置された半導体素子３と略平行に対向する矩形状の熱伝達部５ａと、前記熱伝達部５ａを挟んでプリント配線基板２上面と略平行に取付けられる取付部５ｂと、前記熱伝達部５ａおよび取付部５ｂから連続して延設された放熱部５ｃとが形成されている。

前記熱伝達部５ａと取付部５ｂとは、半導体素子３の高さと熱伝導シート４の厚さの分だけ段違いに形成されている。本実施形態では、３箇所の熱伝達部５ａを挟んで取付部５ｂが４箇所設けられている。

前記取付部５ｂには、放熱板５をプリント配線基板２に取付けるための取付ねじ６用のねじ孔５ｂ１が形成されている。

前記取付部５ｂのうちの放熱板５の両側端に設けられた２箇所の取付部５ｂの一端部には、放熱板５をプリント配線基板２に位置決めするための突起部５ｂ２がプリント配線基板２側に突出形成されている。なお、プリント配線基板２には、前記ねじ孔５ｂ１に対応する位置に取付孔２ａ１が形成され、前記突起部５ｂ２に対応する位置に取付孔２ａ２が形成されている。

前記放熱部５ｃは、平面視で略矩形状を呈し、前記熱伝達部５ａおよび取付部５ｂの端部より略直角に立ち上がりプリント配線基板２から離間するとともに該プリント配線基板２に対して略平行に形成されている。

前記放熱部５ｃの取付部５ｂからの立ち上がり部５ｄには、補助放熱板７を放熱板５に位置決めするための位置決め孔５ｅが２箇所に形成されている。

前記位置決め孔５ｅは、図２に示すように、半導体素子３の高さ（厚さ）方向の寸法のばらつきと補助放熱板７の厚みを考慮して、後述する補助放熱板７の突起部７ａが図中の縦方向（上下方向）および横方向で取付位置に誤差が生じても許容できるように形成されている。

前記補助放熱板７は、図３、図４に示すように、プリント配線基板２の３箇所の半導体素子３の上面を覆うように、平面視で該半導体素子３の並設する方向に沿って長い矩形状に形成されている。また、前記補助放熱板７は、平面視の投影面積が該補助放熱板７に覆われる半導体素子３の投影面積よりも大きく形成されている。

前記補助放熱板７の長手方向に沿う一側端には、放熱板５に形成された位置決め孔５ｅと対応する位置に突起部７ａが２箇所に形成されている。

前記突起部７ａは、補助放熱板７の板面に沿ってＬ字状に突出形成され、前記補助放熱板７を放熱板５に取付ける際に、図２に示すように、放熱板５の位置決め孔５ｅに突起部７ａを挿入した状態でＬ字状の一部７ａ１を折り曲げて、該補助放熱板７を放熱板５に位置決め支持するようにされている。

また、前記補助放熱板７は、放熱板５の取付部５ｂに形成されたねじ孔５ｂ１と対応する位置に取付孔７ｂが形成されている。なお、本実施形態においては、前記取付孔７ｂは、放熱板５に形成された４箇所の取付部５ｂのうちの内側の２箇所の取付部５ｂに対応して２箇所に形成されている。

次に、本実施形態に係る放熱システム１の組付けについて図面を参照して説明する。
まず、図３、図４に示すように、補助放熱板７の半導体素子３と対向する面の反対側の面に熱伝導シート４を貼り付ける。

そして、図４、図５に示すように、熱伝導シート４が一体的に設けられた補助放熱板７を放熱板５に仮止め状態に取付ける。

補助放熱板７の放熱板５への取付けは、補助放熱板７に形成された突起部７ａを放熱板５に形成された位置決め孔５ｅに挿入し、その位置決め孔５ｅの裏側に突出した突起部７ａの一部７ａ１を折り曲げて、該突起部７ａを位置決め孔５ｅに固定する。

この時、位置決め孔５ｅは、図２に示すように、半導体素子３の高さ（厚さ）方向の寸法のばらつきと補助放熱板７の厚みを考慮して大きく形成されているので、半導体素子３の高さのばらつきにより補助放熱板７の突起部７ａが図中の縦方向（上下方向）および横方向（水平方向）で取付位置に誤差が生じても許容できる。
こうして、補助放熱板７は放熱板５に位置決め固定される。

そして、図１、図５に示すように、補助放熱板７が一体的に取付けられた放熱板５を取付ねじ６によりプリント配線基板２に締着固定する。

放熱板５のプリント配線基板２への取付けは、まず、放熱板５の突起部５ｂ２をプリント配線基板２の取付孔２ａ２に嵌め込んで、該放熱板５をプリント配線基板２上に位置決めする。

そして、放熱板５の両側端の２箇所の取付部５ｂを取付ねじ６によりプリント配線基板２に締着固定し、内側の２箇所の取付部５ｂを補助放熱板７とともに取付ねじ６によりプリント配線基板２に共締め固定する。
こうして放熱板５はプリント配線基板２に固定される。

この時、半導体素子３の上面には補助放熱板７が当接配置され、前記補助放熱板７に貼付けられた熱伝導シート４の上面には放熱板５の熱伝達部５ａが密着配置されている。
すなわち、半導体素子３で発生した熱は、まず補助放熱板７に伝達されて蓄熱されるとともに放熱され、熱伝導シート４を介して放熱板５に伝達されて放熱される。

ここで、従来の放熱システムと本発明に係る放熱システムとの放熱効果を実装確認によるデータに基づき説明する。
以下に、従来の放熱システムと本発明に係る放熱システムによる確認データを示す。

（ＩＣより規定過大出力を取り出した時の、過熱保護回路の作動状況）

上記データより明らかなように、（１）、（２）の従来例を比較すると、過熱保護回路が作動するまでの時間は、ラバー（熱伝導シート）の厚さが１．０ｍｍの時が２４秒、厚さが０．３ｍｍの時が６７秒であり、熱伝導率の低いラバーを１．０ｍｍから０．３ｍｍに薄くしても過熱保護回路が作動するまでの時間の改善度は低い。

一方、（３）の本発明の実施例によれば、ラバーの厚さが従来例と同じ１．０ｍｍであっても補助放熱板（１．０ｍｍ）を設けることで、過熱保護回路が作動するまでの時間は４分６秒となり、（１）、（２）の従来例と比較して大幅に長くなり放熱効果が格段に改善できた。

以上のように構成したので、本実施形態に係る放熱システム１によれば、半導体素子３と熱伝導シート４の間に補助放熱板７を介在させることで、半導体素子３に急激な温度変化が生じた場合、その熱を一旦補助放熱板７で飽和させ、熱伝導シート４のラバーの特性による熱伝導の遅れを補助して、半導体素子３の温度上昇による破壊を防止することのできる。

また、本実施形態によれば、放熱板５に位置決め孔５ｅを設け、補助放熱板７に突起部７ａを設けたことで、この位置決め孔５ｅに突起部７ａを挿入して該突起部７ａの一部７ａ１を曲げることにより仮の位置決め固定が可能とり、放熱板５のプリント配線基板２への取付が容易にできる。

さらに、本実施形態によれば、熱伝達体としてラバー製の熱伝導シート４を採用したので、シートが弾性変形することで半導体素子３の高さのばらつきを吸収するとともに、当接面の密着性を高めて高効率な熱伝達が可能となる。

なお、本実施形態では、半導体素子３に補助放熱板７を直接当接しているが、前記半導体素子３の表面が非導電性の部材で構成されているものであればよい。表面や部品自体が導電性を有する部材で構成されている電子部品の場合は、補助放熱板を熱伝導性が高く且つ絶縁機能を有する部材で形成することにより本実施形態と同様な効果が得られる。

また、本実施形態では、複数の半導体素子３を１つの補助放熱板７により放熱するように構成しているが、本発明は、補助放熱体の構成に限定されるものではなく、例えば、発熱源となるそれぞれの電子部品について各々別体の補助放熱体を設けるものであっても良い。

尚、本発明の放熱システムは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る放熱システムの構成を示す斜視図である。 前記放熱システムの構成の詳細を示す図１のＡ−Ａ断面矢視図である。 前記放熱システムの構成要素を示す説明図である。 前記放熱システムの放熱板と補助放熱板とを組付ける工程を示す説明図である。 前記放熱システムの放熱板とプリント配線基板とを組付ける工程を示す説明図である。 従来の放熱システムの構成の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 放熱システム
２ プリント配線基板
３ 半導体素子
４ 熱伝導シート
５ 放熱板
５ａ 熱伝達部
５ｂ 取付部
５ｃ 放熱部
７ 補助放熱板

Claims (7)

1. 電子部品取付け用基板上に取付けられる電子部品と、前記電子部品に重ね合わせて該電子部品の熱を伝導する熱伝導体と、前記熱伝導体に重ね合わせて該熱伝導体の熱を放熱する放熱体とを備える電子機器の放熱システムにおいて、
   前記電子部品と熱伝導体との間に補助放熱体を設けたことを特徴とする放熱システム。
2. 前記補助放熱体は、電子部品の熱を放熱するとともに、熱伝導体から放熱体への熱伝導量を超える熱量を許容する蓄熱機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱システム。
3. 前記補助放熱体は、複数の電子部品に同時に重ね合わせるように形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の放熱システム。
4. 前記放熱体は、補助放熱体を係止するための係止部を備え、
   前記補助放熱体は、前記放熱体の係止部に取付けられる取付部を備え、
   前記係止部と取付部とにより放熱体と補助放熱体とを位置決めするように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の放熱システム。
5. 前記取付部は、前記係止部に対して補助放熱体が配設される複数の電子部品の高さ方向に移動可能に係止され、少なくとも前記電子部品の高さ方向の位置誤差を許容するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の放熱システム。
6. 前記補助放熱体は、放熱体に取付けるための取付孔を備え、
   締結手段により前記放熱体と共に同時に電子部品取付け用基板上に締結固定されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の放熱システム。
7. 前記補助放熱体は、熱伝導機能と絶縁機能とを有することを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の放熱システム。
   
   

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