JP2007281403A - 冷却機能を有する電子回路装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品1,130から発生する熱を吸熱するための金属製の基板本体7,110と、基板本体7,110と一体にかつ同一素材で押出成形で形成され、前記熱を熱媒体により基板本体7,110の外部側へ移動させるため基板本体7,110内に形成された熱媒体流路である第1流路9,121と、基板本体7,110の一方の面に設けられ、電子部品1,130が実装配置される電子回路部6,112と、第1流路9,121と連通し、基板本体7,110と一体にかつ同一素材で基板本体7,110外に形成された熱媒体流路である第2流路122,222とからなっている。
【選択図】図9
Description
言い換えると、基板本体に冷却フィン、熱媒体流路等を一体に低コストで設けられるようにしたものはなく、開発が要望されていた。
本発明の目的は、基板本体、冷却フィン、熱媒体流路等を一体に形成し、構成の簡素化、低コスト化を図った冷却機能を有する電子回路装置とその製造方法を提供することにある。
本発明1の冷却機能を有する電子回路装置は、
電子部品から発生する熱を吸熱するための金属製の基板本体と、この基板本体と一体にかつ同一素材で押出成形で形成され、前記熱を熱媒体により前記基板本体の外部側へ移動させるため前記基板本体内に形成された熱媒体流路である第1流路と、前記基板本体の一方の面に設けられ、前記電子部品が実装配置される電子回路部と、前記第1流路と連通し、前記基板本体と一体にかつ同一素材で前記基板本体外に形成された熱媒体流路である第2流路とからなっている。
前記第2流路と連通する第3流路が形成されている冷却部が、前記基板本体と所定量離隔した位置に、前記基板本体と一体に設けられていることを特徴とする。
前記金属製の基板本体は、アルミニウム合金製の基板本体であることを特徴とする。
前記基板本体は、外気に前記熱を放出するための冷却フィンが一体に形成されているものであることを特徴とする。
前記第2流路は、押出成形された成形素材を基板用加工部材に、前記成型素材の一部を切除する機械加工を行うことにより形成されたものであることを特徴とする。
前記機械加工は、切断加工、せん断加工、切削加工から選択されるいずれかの加工であることを特徴とする。
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、前記熱媒体が循環可能な循環流路を形成可能なものであることを特徴とする。
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、両端が封止され、前記熱媒体が封入されているものであることを特徴とする。
前記第2流路に設けられた冷却体、または、前記基板本体と一体に設けられた前記冷却部には、前記熱媒体を冷却する熱交換装置が配置されていることを特徴とする。
前記熱交換装置は、ペルチェ効果により前記熱媒体を冷却するペルチェ素子であることを特徴とする。
電子部品を実装配置可能な部位が押出成形で形成された成形素材から所定の形状に機械加工され、電子部品から発生する熱を吸熱するための金属製の基板本体と、この基板本体の一方の面に設けられ、前記電子部品が実装配置される電子回路部と、前記金属製の基板本体に、一体に押出成形で形成された前記パイプ挿入用穴内に、挿入可能に設けられ、挿入後、前記パイプ挿入用穴の内周面に固着可能であるとともに、前記熱を移動させるための熱媒体が流通可能な金属製パイプとからなることを特徴とする。
前記金属製のパイプは、銅製または銅合金製のパイプであることを特徴とする。
前記基板本体と、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプとの固着は、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプを拡径させて行うものであることを特徴とする。
電子部品を実装配置可能な部位、および、前記電子部品から発生する熱を熱媒体を介して移動可能な部位が押出成形方向に延在している金属材料からなる成形素材を形成する工程と、前記成形素材の一部を切除し、電子回路部を介して前記電子部品が実装配置される基板本体、この基板本体内に形成された熱媒体流路である第1流路、及び、この第1流路と連通するとともに前記基板本体外に形成された熱媒体流路である第2流路が、一体にかつ同一素材で形成された基板用加工部材に機械加工する工程とからなることを特徴とする。
前記成形素材を前記基板用加工部材に機械加工する工程は、前記基板本体と所定量離隔した位置に設けられ、前記第2流路と連通する第3流路が一体に形成された冷却部を形成可能にした工程であることを特徴とする。
前記金属材料は、アルミニウム合金であることを特徴とする。
前記成形素材は、外気に前記熱を放出するための冷却フィンが一体に設けられているものであることを特徴とする。
前記機械加工は、切断加工、せん断加工、切削加工のいずれかの加工であることを特徴とする。
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、前記熱媒体の循環流路が形成可能なものであることを特徴とする。
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、両端が封止され、前記熱媒体が封入されたものであることを特徴とする。
前記第2流路を形成した後、前記第2流路を形成する管体を所定の方向に曲げる塑性加工を行う工程を有していることを特徴とする。
前記第2流路に設けられた冷却体、または、前記基板本体と一体に設けられた前記冷却部には、前記熱媒体を冷却する熱交換装置が配置されていることを特徴とする。
前記熱交換装置は前記ペルチェ効果により前記熱媒体を冷却するペルチェ素子であることを特徴とする。
電子部品を実装配置可能な部位、および、前記電子部品から発生する熱を移動させる金属製のパイプを挿入するためのパイプ挿入用穴が押出成形方向に延在している金属材料からなる成形素材を形成する工程と、前記成形素材を所定の形状の基板本体に機械加工する工程と、前記パイプ挿入用穴に前記金属製のパイプを挿入する工程と、前記パイプ挿入用穴の内周面に前記金属製のパイプの外周面を固着する工程とからなることを特徴とする。
前記金属製のパイプは、銅製または銅合金製のパイプであることを特徴とする。
前記固着する工程は、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプを拡径させて固着する工程であることを特徴とする。
本発明の冷却機能を有する電子回路装置は、基板本体、冷却フィン、熱媒体流路が一体に設けられ、この基板本体に電子部品が直接実装されるため、電子部品を効率よく冷却することができる。また、電子回路装置は、構成が簡素で、コンパクトである。熱媒体流路は押出成形で一体に形成されたものであり、流路を製作するための部材を接合する作業などが不要で、接合部等から熱媒体の漏洩等が生じることがなく信頼性を向上を図ることができた。さらに、大量生産のし易い構成で、低コストの冷却機能を有する電子回路装置とすることができた。
〔実施の形態1〕
図1は、本発明の電子回路装置の実施の形態1を示す部分断面図である。電子部品1はいわゆるICチップであり、基板2上の片側の面(以下、表面と称す)に実装されている。電子部品の基板2は、後述する基板本体である冷却装置7に絶縁性の基体3が設けられたもので構成されている。絶縁性の基体3には絶縁体4の層が施されている。又、絶縁性の基体3には回路配線6が配置されており、基体3は絶縁体でもある。なお、電子部品はLED(発光ダイオード)、CPU(中央処理装置)、LSIなどであってもよい。
図9は本発明の冷却機能を有する電子回路装置の実施の形態2を示す側面図、図10は、電子回路装置の基板用加工部材を示す下面図(底面図)、図11は、電子回路装置の基板用加工部材を示す斜視図である。図12(a)は、押出成形で製造された成形素材を示す下面図(底面図)、図12(b)は側面図、図13は、成形素材を機械加工した基板用加工部材を示す下面図(底面図)である。図14は、図13をB−B線で切断した断面図で、第2流路を切断、せん断加工で形成した状態を示す図、図15は、図13をB−B線で切断した断面図で、第2流路をプレス機械で押圧成形した後の状態を示す図である。図16は、電子回路装置の基板用加工部材に冷却部を設けた形態を示す説明図である。なお、実施の形態2の説明では、実施の形態1と同一の部位には、同一の符号を付与し詳細な説明を省略している。実施の形態1は、熱媒体を循環するものであったが、実施の形態2は流路の両端を封止して熱媒体を封入しているものである。
例えば、冷却体140に熱交換装置であるペルチェ素子145の吸熱体を配置すると、基板板状部111、熱媒体流路120等を介して電子部品130の熱は冷却体140に熱移動する。その熱はペルチェ素子145の吸熱側の接合面から、ペルチェ素子145の放熱側の接合面に移動し、外気に放熱される。
図12(a),(b)に示すように、押出成形工程で、基板板状部、冷却フィン、流路体及び熱媒体流路を形成するための部位等が一体になり押出成形方向に延在した成形素材Aが成形される。
図13に示すように、機械加工工程で、成形素材Aから、所定の長さ分、切削加工、切断加工、せん断加工等の機械加工で切除し、基板本体110、第1管体126(第2流路122)、第2管体127(第4流路123)のみを残す。すなわち、第1管体126、第2管体127の部位は、第1管体126、第2管体127を除く基板板状部111、冷却フィン部115が図13に示すように切除されている。さらに具体的に述べると、基板用加工部材105は、図13の符号e、fで示したハッチング部が成形素材Aから切除されている。
また、第1流路121と、第2流路122とを連結可能な構成とし、実施の形態1のように、熱媒体(例えば、冷媒)が循環可能な循環流路を形成できるようにしてもよい。言い換えると、第1管体126と第2管体127、第1管体126と基板本体110等を連結可能な構成にすればよい。このようにすることで、第1流路121、第2流路122を少なくとも含む熱媒体の循環流路を形成することができる。この連結部の構成は、例えば、管体、基板本体の接続部を相互に雌雄関係となるように構成したり、連結部材を介在させるとよい。この連結部材は、シーリング材として使用されるプライマーで接着させる方法、Oーリング等シール部材を設け連結する方法などで漏洩が発生しないように連結すればよい。また、漏洩が発生しなければ、接着剤による方法、溶接による方法、本出願人が提案している射出接合法などであってもよい。そして、この構成のものは、循環流路の過程において、熱交換装置で冷却できるようにすることが好ましい。
実施の形態2で説明を行った冷却機能を有する電子回路装置は、基板本体と冷却体が別体のものであった。実施の形態3の冷却機能を有する電子回路装置は、図17に示すように、実施の形態3の基板用加工部材205は、基板本体110と冷却部240とを一体に構成したものである。
実施の形態3の基板用加工部材205は、アルミニウム合金を押出成形された成形素材Aの一部が機械加工で切除されたものである。機械加工としては、鋸切断機、レーザー加工機、プラズマ加工機、ウォータジェット加工機、プレス機械などによる切断加工、シャーリング機、プレス機械等によるせん断加工、旋盤、マシニングセンタ等による切削加工などが利用できる。
図18(a),(b)に示すように、押出成形工程で、基板板状部、冷却フィン、流路体及び熱媒体流路を形成するための部位等が一体に成形された成形素材Aが成形される。
図19に示すように、成形素材Aから、中間部を所定の長さ分、切削加工、切断加工、せん断加工等の機械加工で切除し、基板本体110、第1管体226、冷却部240、第2管体127、第3管体128等を残し、他の部分を切除した基板用加工部材205を製造する。さらに具体的に述べると、実施の形態3の基板用加工部材205は、図19の符号g、h、iで示したハッチング部が成形素材Aから切除されているものである。
本実施の形態6について、説明を行う。
この実施の形態6の説明では、前述した実施の形態1から5と同一な部位には、同一の符号を付与し、詳細な説明を省略する。
図23は、本発明の冷却機能を有する電子回路装置の実施の形態6を斜視図として示す外観図である。図24は、押出成形で製造された成形素材を所定の長さの基板本体に切断した状態を示す下面図、図25は、基板本体に金属製のパイプを挿入した状態を示す断面図、図26は、基板本体と金属製のパイプとを固着させた状態を示す断面図である。
基板本体500と離れた位置には、冷却体570が設けられている。冷却体570には、ペルチェ素子や冷却ファン等である熱交換装置が設けられており、基板本体500側から銅製のパイプ550内の熱媒体を介して移動した熱を、外気に放出する。すなわち、電子部品1が発生する熱を、基板本体500側から冷却体570側に移動させ、冷却体570から外気に放出している。
銅製のパイプ550は、循環流路を形成しても、両端が封止されてもよい。
基板板状部508、冷却フィン515、パイプ挿入用穴510、流路体525などを形成するための部位等が一体に押し出し成形されて成形素材を作成する。成形素材を所定の長さに切断、または、所定の形状に加工等する機械加工を行い、基板本体500を製造する(図24参照)。
この基板本体500のパイプ挿入用穴510に銅製のパイプ550を挿入する(図25参照)。この銅製のパイプ550の外径寸法は、パイプ挿入用穴510の内径寸法より小さいので容易に挿入できる。もし、必要があれば冷却部材570の穴にも銅製のパイプ550を挿入する。
その後、基板本体500に、絶縁層部、電子回路部等を設け、電子回路装置が製造される。そして、電子回路装置に電気部品1が実装される。
さらに、前述した説明では、基板本体に、銅製のパイプを拡径させて固着しているが、他の固着方法であってもよい。例えば、基板本体のパイプ挿入用穴に銅製のパイプ(金属製のパイプ)をろう付け等で固着してもよく、基板本体のパイプ挿入用穴に銅製のパイプ(金属製のパイプ)を圧入させて固着してもよい。さらに、基板本体側を加熱するとともに、銅製のパイプ(金属製のパイプ)側を冷却しておいて、基板本体のパイプ挿入用穴に銅製のパイプ(金属製のパイプ)を挿入し、両方が常温に戻ったときの熱収縮、熱膨張を利用して嵌め合う固着方法にしてもよい。
2 … 基板
3 … 絶縁性の基体
4 … 絶縁体
5 … リード線
6 … 回路配線
7 … 冷却装置(基板本体)
8 … 冷却部材
9 … 流路
10 … 流路体
12 … パイプ材(管体)
13 … 吸熱体
101 … 電子回路装置
105,205,205a,205b,205c … 基板用加工部材
110,500 … 基板本体
111 … 基板板状部
112 … 電子回路部
113 … 絶縁層部
115 … 冷却フィン部
120 … 熱媒体流路
121 … 第1流路(基板本体内の熱媒体流路)
122,222 … 第2流路(基板本体外の熱媒体流路)
224 … 第3流路
125 … 流路体
126,226 … 第1管体
127 … 第2管体
128 … 第3管体
140,570 … 冷却体
145 … 熱交換装置(ペルチェ素子)
240,340 … 冷却部
510 … パイプ挿入用穴
550 … 金属製のパイプ
A … 成形素材
Claims (26)
- 電子部品から発生する熱を吸熱するための金属製の基板本体と、
この基板本体と一体にかつ同一素材で押出成形で形成され、前記熱を熱媒体により前記基板本体の外部側へ移動させるため前記基板本体内に形成された熱媒体流路である第1流路と、
前記基板本体の一方の面に設けられ、前記電子部品が実装配置される電子回路部と、
前記第1流路と連通し、前記基板本体と一体にかつ同一素材で前記基板本体外に形成された熱媒体流路である第2流路と
からなる冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記第2流路と連通する第3流路が形成されている冷却部が、前記基板本体と所定量離隔した位置に、前記基板本体と一体に設けられている
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1または2に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記金属製の基板本体は、アルミニウム合金製の基板本体である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項3に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記基板本体は、外気に前記熱を放出するための冷却フィンが一体に形成されているものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1または2に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記第2流路は、押出成形された成形素材を基板用加工部材に、前記成型素材の一部を切除する機械加工を行うことにより形成されたものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項5に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記機械加工は、切断加工、せん断加工、切削加工から選択されるいずれかの加工である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1または2に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、前記熱媒体が循環可能な循環流路を形成可能なものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1または2に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、両端が封止され、前記熱媒体が封入されているものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項1または2に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記第2流路に設けられた冷却体、または、前記基板本体と一体に設けられた前記冷却部には、前記熱媒体を冷却する熱交換装置が配置されている
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項9に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記熱交換装置は、ペルチェ効果により前記熱媒体を冷却するペルチェ素子である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 電子部品を実装配置可能な部位が押出成形で形成された成形素材から所定の形状に機械加工され、電子部品から発生する熱を吸熱するための金属製の基板本体と、
この基板本体の一方の面に設けられ、前記電子部品が実装配置される電子回路部と、
前記金属製の基板本体に、一体に押出成形で形成された前記パイプ挿入用穴内に、挿入可能に設けられ、挿入後、前記パイプ挿入用穴の内周面と固着可能であるとともに、前記熱を移動させるための熱媒体が流通可能な金属製のパイプとからなる
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項11に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記金属製のパイプは、銅製または銅合金製のパイプである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置。 - 請求項11または12に記載の冷却機能を有する電子回路装置において、
前記基板本体と、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプとの固着は、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプを拡径させて行うものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 電子部品を実装配置可能な部位、および、前記電子部品から発生する熱を熱媒体を介して移動可能な部位が押出成形方向に延在している金属材料からなる成形素材を形成する工程と、
前記成形素材の一部を切除し、電子回路部を介して前記電子部品が実装配置される基板本体、この基板本体内に形成された熱媒体流路である第1流路、及び、この第1流路と連通するとともに前記基板本体外に形成された熱媒体流路である第2流路が、一体にかつ同一素材で形成された基板用加工部材に機械加工する工程とからなる
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記成形素材を前記基板用加工部材に機械加工する工程は、
前記基板本体と所定量離隔した位置に設けられ、前記第2流路と連通する第3流路が一体に形成された冷却部を形成可能にした工程である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記金属材料は、アルミニウム合金である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項16に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記成形素材は、外気に前記熱を放出するための冷却フィンが一体に設けられているものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記機械加工は、切断加工、せん断加工、切削加工から選択されるいずれかの加工である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、前記熱媒体の循環流路が形成可能なものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記第1流路と前記第2流路を少なくとも含んで構成される熱媒体流路は、両端が封止され、前記熱媒体が封入されたものである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記第2流路を形成した後、前記第2流路を形成する管体を所定の方向に曲げる塑性加工を行う工程を有している
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項14または15に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記第2流路に設けられた冷却体、または、前記基板本体と一体に設けられた前記冷却部には、前記熱媒体を冷却する熱交換装置が配置されている
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項22に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記熱交換装置は前記ペルチェ効果により前記熱媒体を冷却するペルチェ素子である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 電子部品を実装配置可能な部位、および、前記電子部品から発生する熱を移動させる金属製のパイプを挿入するためのパイプ挿入用穴が押出成形方向に延在している金属材料からなる成形素材を形成する工程と、
前記成形素材を所定の形状の基板本体に機械加工する工程と、
前記パイプ挿入用穴に前記金属製のパイプを挿入する工程と、
前記パイプ挿入用穴の内周面に前記金属製のパイプの外周面を固着させる工程とからなる
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項24に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記金属製のパイプは、銅製または銅合金製のパイプである
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。 - 請求項24または25に記載の冷却機能を有する電子回路装置の製造方法において、
前記固着させる工程は、前記金属製のパイプ、前記銅製または銅合金製のパイプを拡径させて固着する工程である
ことを特徴とする冷却機能を有する電子回路装置の製造方法。
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