JP2006135202A - 電子機器の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高放熱性を維持しつつ、構成部材を削減し、安価で小形、高密度な電子機器の放熱構造を提供する。
【解決手段】 金属ベース部１１と該金属ベース部１１上に設けた絶縁層１２で構成され、パワー半導体などの第１高発熱部品１５を実装した金属ベース基板１と、ＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品２１を実装した回路基板２とを備え、両者の高発熱部品の実装面側が対向するように、金属ベース基板１と回路基板２をコネクタ３を介して接続してなる電子機器の放熱構造において、回路基板２上の第２高発熱部品２１は、金属ベース基板１上の第１高発熱部品１５が実装されていない未実装領域１６に対向する位置に実装しており、金属ベース基板１は、該基板１の表面に設けられた絶縁層１２と、絶縁層１２における第２高発熱部品２１が対向配置される位置に第２高発熱部品２１の熱を金属ベース基板１へ伝熱させるための放熱シート４とを備えた。
【選択図】 図１

Description

パワー半導体などのパワー変換回路からなる高発熱の電子部品が実装された金属ベース基板と、ＣＰＵなど制御回路からなる高発熱の電子部品が実装された回路基板とを対向させて組み込んだ電子機器に関し、発熱量の大きな電子部品の放熱効率を高めるための電子機器の放熱構造に関する。

従来、電子機器はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）等の高出力、高集積の電子部品あるいは、電力変換を行うパワー半導体からなる電子部品を内蔵している。ＣＰＵは高速で情報の演算、制御を行い、パワー半導体は高出力の電力変換を行い、いずれにおいても相当の発熱を伴う。このような電子機器に内蔵される電子部品の放熱構造については、例えば図５のようになっている。
図５は従来の電子機器の放熱構造を示す側断面図である。
図において、１０１は基板、１０２は発熱素子、１０３は樹脂パッケージ、１０８、１１３はランド、１１０はフィン、１１１は放熱用貫通孔、１１４は放熱ブロック、１１６はケースである。
ガラス−エポキシ基板等の基板１０１には発熱素子１０２を内蔵した樹脂パッケージ１０３がランド１０８を介し、はんだを用いて実装されている。この樹脂パッケージ１０３の実装面１０３ａにはフィン１１０が形成されている。このフィン１１０の上面には発熱素子１０２の実装面（図５の例では、発熱素子２の底面）が直接的に当接接続されている。また、このフィン１１０の下面（基板側の面）は露出しており、ランド１０８に直接的に半田により接続されている。また、上記フィン１１０の一部は樹脂パッケージ１０３よりも外部に突出形成されている。
上記基板１０１には放熱用貫通孔（熱ビア）１１１が形成されている。この放熱用貫通孔１１１は、発熱素子１０２の搭載領域面（例えば、樹脂パッケージ１０３の直下のランド１０８が形成されている領域の基板面）からその直下の反対側の基板面に貫通するものであり、伝熱材料（例えば、熱伝導率が良い半田等の金属材料、図示せず）が充填されている。
また、上記発熱素子１０２の搭載領域面の反対側の基板面にはランド１１３を介して放熱ブロック１１４がはんだによって取り付けられている。この放熱ブロック１１４は熱伝導率に優れた材料、例えば金属やセラミックスによって構成されている。
この実施例では、フィン１１０と、ランド１０８と、放熱用貫通孔１１１の伝熱材料（図示せず）と、ランド１１３とによって、伝熱通路が構成されており、発熱素子１０２の熱はフィン１１０とランド１０８と放熱用貫通孔１１１の伝熱材料（図示せず）とランド１１３を順に通って放熱ブロック１１４に伝搬され、放熱シート１１７を介して間接的にケース１１６にて放熱を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３３２１７１号公報（第７頁、図１（ａ））

ところが、従来技術は、電子部品の接合部の形状がパワー半導体に見られるようなフィンを有する形状に限られたものになり、それ以外の接合部形状では良好な伝熱が困難になる場合がある。たとえば、ＣＰＵなどの発熱部品に見られるような微小な複数のはんだボールによって回路基板と接合するＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｌｌｙ）のような接合部形状では伝熱する面積が少ないため回路基板への伝熱が困難となり、放熱用貫通孔も容易に設けることができないという問題があった。
また、回路基板には必ず放熱用貫通孔を設ける必要があり、高価なものになるという問題があった。
さらに放熱ブロックなど部品点数が増加し、製品の形状が大きくなるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高放熱性を維持しつつ、構成部材を削減し、安価で小形、高密度な電子機器の放熱構造を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１の発明は、金属ベース部と該金属ベース部上に設けた絶縁層で構成され、パワー半導体などのパワー変換回路からなる第１高発熱部品を実装した金属ベース基板と、ＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品を実装した回路基板とを備え、両者の高発熱部品の実装面側が対向するように、前記金属ベース基板と前記回路基板をコネクタを介して接続してなる電子機器の放熱構造において、前記第２高発熱部品は、前記金属ベース基板上の第１高発熱部品が実装されていない未実装領域の部分に対向するように、前記回路基板上に実装しており、前記金属ベース基板には、前記回路基板との対向面に絶縁層を設けてあり、前記絶縁層と前記第２高発熱部品の間に、前記第２高発熱部品の熱を前記金属ベース基板へ伝熱させるための放熱シートを設けたことを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の電子機器の放熱構造において、前記絶縁層と前記放熱シートの間に別体の金属板を取り付けたことを特徴としている。
また、請求項３の発明は、金属ベース部と該金属ベース部上に設けた絶縁層で構成され、パワー半導体などのパワー変換回路からなる第１高発熱部品を実装した金属ベース基板と、ＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品を実装した回路基板とを備え、両者の高発熱部品の実装面側が対向するように、前記金属ベース基板と前記回路基板をコネクタを介して接続してなる電子機器の放熱構造において、前記第２高発熱部品は、前記金属ベース基板上の第１高発熱部品が実装されていない未実装領域の部分に対向するように、前記回路基板上に実装しており、前記金属ベース基板は、前記第２高発熱部品と対向した位置に前記金属ベース部の表面を露出させた金属ベース露出部と、該金属ベース露出部に直接取付た放熱シートとを備えており、前記絶縁層は、前記放熱シートの取付け面を除いた前記金属ベース部の表面に設けたことを特徴としている。
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の電子機器の放熱構造において、前記金属ベース部は、前記放熱シートの取付け面における面位置が前記絶縁層の面位置より下方になるように、凹部を設けてあることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、金属ベース基板に実装された高発熱部品のみならず、回路基板に実装された高発熱部品の放熱も金属ベース基板にて行うため、放熱面を統一することできると共に、全体の冷却構造の簡素化により小形で安価にすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、回路基板上の発熱部品を金属板を介して金属ベース基板に密着させることができ、回路基板上の発熱部品の放熱を良好に行うことができる。
また、請求項３に記載の発明によると、回路基板に実装されているＣＰＵなどの制御回路からなる高発熱部品と金属ベース基板を密着させることができ、回路基板に実装されているＣＰＵなど制御回路の高発熱部品の放熱を良好に行うことができる。
また、請求項４に記載の発明によると、基板間距離を大きくする必要がなく、製品を小形にすることができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図である。
図において、１は金属ベース基板で、金属ベース部１１と該金属ベース部１１上に設けた絶縁層２で構成され、絶縁層２の上部に電極（図示せず）を有している。１３は金属ベース基板１の実装面で、１４は放熱面である。また１５は金属ベース基板１上に実装されたパワー半導体などのパワー変換回路からなる第１高発熱部品であり、１６は未実装領域である。また、２は回路基板であり、２１は回路基板に実装されたＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品、２２は第２高発熱部品２１に対して発熱の小さい低発熱部品である。それから、３は金属ベース基板１と回路基板２とを電気的に接続するコネクタで、各々の基板に実装されている。４は放熱シートである。

本発明が従来技術と異なる点は、第２高発熱部品２１は、金属ベース基板１上の第１高発熱部品１５が実装されていない未実装領域１６の部分に対向するように、回路基板２上に実装しており、金属ベース基板１には、回路基板２との対向面に絶縁層１２を設けてあり、絶縁層１２と第２高発熱部品２１の間に、第２高発熱部品２１の熱を金属ベース基板１へ伝熱させるための放熱シート４を設けた点である。なお、金属ベース基板１は電子機器のケースも兼用するようになっている。

次に、電子装置の熱の移動を図１を用いて説明する。
図において、まず、金属ベース基板１上の第１高発熱部品１５は実装面１３の電極（不図示）にはんだ付けにより実装されており、この直下の絶縁層１２を通じて金属ベース基板１に伝熱し、放熱面１４により外部へと放熱を行う。また、回路基板２に実装された第２高発熱部品２１は金属ベース基板１の未実装領域１６に放熱シート４を挟み込んで取り付けられているため、回路基板２に実装された第２高発熱部品２１の熱は、放熱シート４を介して絶縁層１２、さらに金属ベース基板１に伝熱し、第１高発熱部品１５と同様に放熱面１４より外部へと放熱を行う。なお、金属ベース基板１上の絶縁層１２は断熱性を有するため、可能な限り薄いことが望ましく、金属ベース基板１の厚さ、材質は特に問わない。また、放熱シート４は第２高発熱部品２１と金属ベース基板１を密着させ、熱伝導性があるものであればよいが、金属ベース基板１に充電部がなければ、導電性を有してもよい。さらに回路基板２はどのような種類のプリント基板でも良い。

したがって、本発明の第１実施例は、上記の如く、金属ベース基板に実装された高発熱部品のみならず、回路基板に実装された第２高発熱部品の放熱も金属ベース基板にて行う構成にしたため、放熱面を統一することができ、全体の冷却構造の簡素化により小形で安価にすることができる。

図２は、本発明の第２実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図である。
図において、１７は未実装領域の部分を兼ねると共に、金属ベース基板１が露出する金属ベース露出部である。なお、第２実施例が第１実施例と同じ構成要素については、その説明を省略し、異なる点のみを説明する。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、第２高発熱部品２１が、金属ベース基板１上の第１高発熱部品１５が実装されていない金属ベース露出部１７の部分に対向するように、回路基板２上に実装しており、金属ベース基板１は、第２高発熱部品２１と対向した位置に金属ベース部１１の表面を露出させた金属ベース露出部１７と、該金属ベース露出部１７に直接取付た放熱シート４とを備えており、絶縁層１２は、放熱シート４の取付け面を除いた金属ベース部１１の表面にを設けた点である。なお、熱の移動については絶縁層を除いて第１実施例と同じなので、説明を省略する。

したがって、本発明の第２実施例は、上記の如く、金属ベース基板の未実装領域の部分において、断熱性を有し、かつ、伝熱の障害となっていた絶縁層を取り除き、金属ベース基板を露出させた構成にしたので、回路基板に実装されている第２高発熱部品と金属ベース基板を放熱シートを介して直接密着させることができ、回路基板に実装されている第２高発熱部品の放熱を良好に行うことができる。

図３は、本発明の第３実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図である。
図において、１８は未実装領域の部分を兼ねると共に、金属ベース基板に設けた凹部である。なお、第３実施例が第２実施例と同じ構成要素については、その説明を省略し、異なる点のみを説明する。
第３実施例が第２実施例と異なる点は、金属ベース部１１は、放熱シート４の取付け面における面位置が絶縁層１２の面位置より下方になるように、凹部１８を設けた点である。なお、熱の移動については絶縁層を除いて第１実施例と同じなので、説明を省略する。

したがって、本発明の第３実施例は、上記の如く、金属ベース基板の未実装領域の部分において、絶縁層がなく、さらに露出した金属ベース部に凹部を設ける構成にしたので、基板間距離を大きくする必要がなく、製品を小形にすることができる。

図４は、本発明の第４実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図である。なお、第４実施例が第１実施例と同じ構成要素については、その説明を省略し、異なる点のみを説明する。
図において、１９は未実装領域の部分を兼ねると共に、別体に取り付けられた金属板である。
第４実施例が第１実施例と異なる点は、絶縁層１２と放熱シート４の間に別体の金属板１９を取り付けた点である。なお、金属板の取り付けは金属ベース基板と密着できればどのような取り付けでも良いが、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：表面実装技術）による実装であれば他の実装部品と同様に取り付けることができる。

したがって、本発明の第４実施例は、上記の如く、金属ベース基板の部品未実装領域において、別体の金属板を取り付ける構成にしたので、金属ベース基板１と回路基板２の基板間距離を小さくすることができず、回路基板２に実装されている発熱部品２１の上部が金属ベース基板１の実装面に届かない場合であっても、回路基板上の高発熱部品を放熱シート、金属板を介して金属ベース基板との密着性を向上させることができ、回路基板上の高発熱部品の放熱を良好に行うことができる。

高放熱性を維持しつつ、高密度実装や高密度配線を可能とすることができるので、他の発熱部品が実装された基板にも適用できる。

本発明の第１実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図 本発明の第２実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図 本発明の第３実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図 本発明の第４実施例を示す電子機器の放熱構造の側断面図 従来の電子機器の放熱構造を示す側断面図

符号の説明

１ 金属ベース基板
２ 回路基板（多層基板）
３ コネクタ
４ 放熱シート
１１ 金属ベース部
１２ 絶縁層
１３ 実装面
１４ 放熱面
１５ 第１高発熱部品
１６ 未実装領域
１７ 金属ベース露出部
１８ 凹部
１９ 金属板
２１ 第２高発熱部品
２２ 低発熱部品

Claims (4)

1. 金属ベース部と該金属ベース部上に設けた絶縁層で構成され、パワー半導体などのパワー変換回路からなる第１高発熱部品を実装した金属ベース基板と、ＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品を実装した回路基板とを備え、両者の高発熱部品の実装面側が対向するように、前記金属ベース基板と前記回路基板をコネクタを介して接続してなる電子機器の放熱構造において、
   前記第２高発熱部品は、前記金属ベース基板上の第１高発熱部品が実装されていない未実装領域の部分に対向するように、前記回路基板上に実装しており、
   前記絶縁層と前記第２高発熱部品の間に、前記第２高発熱部品の熱を前記金属ベース基板へ伝熱させるための放熱シートを設けたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
2. 前記絶縁層と前記放熱シートの間に別体の金属板を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の電子機器の放熱構造。
3. 金属ベース部と該金属ベース部上に設けた絶縁層で構成され、パワー半導体などのパワー変換回路からなる第１高発熱部品を実装した金属ベース基板と、ＣＰＵなど制御回路からなる第２高発熱部品を実装した回路基板とを備え、両者の高発熱部品の実装面側が対向するように、前記金属ベース基板と前記回路基板をコネクタを介して接続してなる電子機器の放熱構造において、
   前記第２高発熱部品は、前記金属ベース基板上の第１高発熱部品が実装されていない未実装領域の部分に対向するように、前記回路基板上に実装しており、
   前記金属ベース基板は、前記第２高発熱部品と対向した位置に前記金属ベース部の表面を露出させた金属ベース露出部と、該金属ベース露出部に直接取付た放熱シートとを備えており,
   前記絶縁層は、前記放熱シートの取付け面を除いた前記金属ベース部の表面に設けたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
4. 前記金属ベース部は、前記放熱シートの取付け面における面位置が前記絶縁層の面位置より下方になるように、凹部を設けたことを特徴とする請求項３記載の電子機器の放熱構造。

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