JP2009064866A - Electronic device with heat-dissipating structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱構造を有する電子装置に関し、特に、実装された発熱素子の近傍における絶縁基板に、絶縁基板と放熱部材との間に介在される熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部が設けられた電子装置に関するものである。 The present invention relates to an electronic device having a heat dissipation structure, and in particular, a heat conductive material escape portion for releasing a heat conductive material interposed between the insulating substrate and the heat dissipation member is provided on the insulating substrate in the vicinity of the mounted heating element. The present invention relates to an electronic device.
近年、絶縁基板に実装される半導体素子等の電子素子においては、その高集積化や高駆動電力化に伴って、発熱量が一層増加する傾向にあるため、絶縁基板を金属体等の放熱部材に接続して効果的に放熱せんとする放熱構造を備えたものが提案されてきた。 In recent years, in electronic elements such as semiconductor elements mounted on an insulating substrate, the amount of heat generation tends to increase with the increase in integration and driving power. There has been proposed one having a heat dissipation structure that effectively connects to a heat sink.
かかる構成においては、絶縁基板と放熱部材との間の接着性を向上するために、熱伝導材である熱伝導グリースが塗布される場合がある(特許文献1及び2参照)。
In such a configuration, in order to improve the adhesion between the insulating substrate and the heat radiating member, a thermal conductive grease that is a thermal conductive material may be applied (see
具体的には、特許文献1においては、半導体素子を実装してその筐体を載置する絶縁基板とその下方に配置された放熱板とは、互いの接合面が面接触した状態で半田によって接続され、放熱板とその下方に配置された冷却器とは、下凸形状の放熱板が冷却器に接触された状態で熱伝導材である熱伝導グリースを介して接続されている。
Specifically, in
また、特許文献2においては、半導体素子を実装する絶縁基板を覆ったハウジングを載置した放熱板とその下方に配置された放熱ケースとは、放熱板及び放熱ケースの少なくとも一方の全幅にわたって形成された溝を有する接合面同士が接触された状態で、溝に注入された熱伝導材である熱伝導グリースを介して接続されている。
しかしながら、特許文献1で提案される構成では、放熱板にである熱伝導材である熱伝導グリースを均一に塗布し、冷却器に固定する際に、放熱板と冷却器と間の側部に熱伝導グリースがはみ出る傾向があり、はみ出した熱伝導グリースを除去する後処理が必要になって、作業工程上は煩雑である。また、はみ出した熱伝導グリースを放置すると、熱伝導グリースに含まれるオイル分が、経年変化や温度変化によって分離した場合に、オイル分が垂れてしまい好ましくない。また、かかる事情は、特許文献2で提案される構成における放熱板と放熱ケースとの間においても同様である。
However, in the configuration proposed in
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、発熱素子を実装する絶縁基板と放熱部材とを熱伝導材を介して接続する電子装置において、放熱を効率よく実現できる放熱構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a heat dissipation structure capable of efficiently realizing heat dissipation in an electronic device in which an insulating substrate on which a heating element is mounted and a heat dissipation member are connected via a heat conductive material. With the goal.
以上の目的を達成すべく、本発明は、発熱素子と、前記発熱素子を実装面に実装する絶縁基板と、前記絶縁基板の前記実装面に対向する裏面に対して熱伝導材を介して接続された放熱部材と、を備えた電子装置において、前記発熱素子の近傍における前記絶縁基板に、前記熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部が設けられたことを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention connects a heating element, an insulating substrate on which the heating element is mounted on a mounting surface, and a back surface of the insulating substrate facing the mounting surface via a heat conductive material. In the electronic apparatus comprising the heat dissipation member, a heat conductive material escape portion for allowing the heat conductive material to escape is provided on the insulating substrate in the vicinity of the heat generating element.
また本発明は、かかる第1の特徴に加えて、前記熱伝導材逃し部は、前記発熱素子の近傍において、前記絶縁基板の前記実装面と前記裏面とを貫いて設けられたスルーホールであることを第2の特徴とする。 Further, according to the present invention, in addition to the first feature, the heat conducting material escape portion is a through hole provided through the mounting surface and the back surface of the insulating substrate in the vicinity of the heating element. This is the second feature.
また本発明は、かかる第2の特徴に加えて、前記発熱素子は、前記絶縁基板の前記実装面に接続して、前記実装面に平行である放熱板部を有し、前記放熱板部の一辺の長さをaとし、前記放熱板部の他辺の長さをbとし、かつ前記絶縁基板の厚さをtとしたときに、前記実装面に平行な発熱拡散領域を、その一辺の長さがa+2tであって、その他辺の長さをb+2tである四角形の範囲として定義した場合、前記スルーホールが、前記発熱拡散領域の外方近傍に配置されたことを第3の特徴とする。 In addition to the second feature of the present invention, the heat generating element includes a heat radiating plate portion connected to the mounting surface of the insulating substrate and parallel to the mounting surface. When the length of one side is a, the length of the other side of the heat radiating plate portion is b, and the thickness of the insulating substrate is t, a heat generation diffusion region parallel to the mounting surface is A third feature is that when the length is defined as a square range having a + 2t and the length of the other side being b + 2t, the through-hole is disposed in the vicinity of the outside of the heat generation diffusion region. .
また本発明は、かかる第1の特徴に加えて、前記熱伝導材逃し部は、前記発熱素子の近傍において、前記絶縁基板の前記裏面に設けられた溝であることを第4の特徴とする。 In addition to the first feature, the present invention has a fourth feature in that the heat conducting material escape portion is a groove provided on the back surface of the insulating substrate in the vicinity of the heating element. .
また本発明は、かかる第4の特徴に加えて、前記発熱素子は、前記絶縁基板の前記実装面に接続して、前記実装面に平行である放熱板部を有し、前記放熱板部の一辺の長さをaとし、前記放熱板部の他辺の長さをbとし、かつ前記絶縁基板の厚さをtとしたときに、前記実装面に平行な発熱拡散領域を、その一辺の長さがa+2tであって、その他辺の長さをb+2tである四角形の範囲として定義した場合、前記溝が、前記発熱拡散領域の内方近傍に配置されたことを第5の特徴とする。 In addition to the fourth feature of the present invention, the heat generating element includes a heat radiating plate portion connected to the mounting surface of the insulating substrate and parallel to the mounting surface. When the length of one side is a, the length of the other side of the heat radiating plate portion is b, and the thickness of the insulating substrate is t, a heat generation diffusion region parallel to the mounting surface is A fifth feature is that when the length is a + 2t and the length of the other side is defined as a quadrangular range of b + 2t, the groove is disposed in the vicinity of the inside of the heat diffusion region.
また本発明は、かかる第2から第5のいずれかの特徴に加えて、前記熱伝導材逃し部は、前記絶縁基板の前記実装面から前記裏面に向けて幅が拡大することを第6の特徴とする。 According to the sixth aspect of the present invention, in addition to any one of the second to fifth features, the heat conducting material escape portion has a width that increases from the mounting surface to the back surface of the insulating substrate. Features.
本発明の第1の特徴によれば、発熱素子の近傍における絶縁基板に、熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部を設けることにより、発熱素子を実装した絶縁基板と放熱部材との間での熱伝導材を介した密着性を向上でき、効率のよい放熱が可能である。ここに、絶縁基板と放熱部材との側面に熱伝導材が不要にはみ出ることを確実に防止できる。併せて、熱伝導材中に、不要なボイドが発生することを確実に防止できる。 According to the first feature of the present invention, the insulating substrate in the vicinity of the heat generating element is provided with a heat conductive material escape portion for allowing the heat conductive material to escape, so that the heat insulating element is mounted between the insulating substrate on which the heat generating element is mounted and the heat radiating member. Adhesion through the heat conducting material can be improved, and efficient heat dissipation is possible. Here, it is possible to surely prevent the heat conductive material from unnecessarily protruding from the side surfaces of the insulating substrate and the heat radiating member. In addition, unnecessary voids can be reliably prevented from occurring in the heat conducting material.
本発明の第2の特徴によれば、熱伝導材逃し部を、発熱素子の近傍において、絶縁基板の実装面と裏面とを貫いて設けられたスルーホールとすることにより、熱伝導材の量が多い場合に、余分な量の熱伝導材を、絶縁基板の表面に確実に溢れ出させることができ、効率のよい放熱を可能とすると共に、絶縁基板と放熱部材との側面に熱伝導材が不要にはみ出ることを確実に防止できる。更に、絶縁基板上に複数の発熱素子が実装される場合、隣接する発熱素子間には、スルーホールが存在することになり、隣接する発熱素子間の絶縁基板を介した不要な熱干渉を効果的に低減できる。 According to the second feature of the present invention, the heat conducting material escape portion is a through hole provided through the mounting surface and the back surface of the insulating substrate in the vicinity of the heat generating element, so that the amount of the heat conducting material is increased. When there is a large amount of heat conduction material, it is possible to reliably overflow an excessive amount of heat conduction material onto the surface of the insulating substrate, enabling efficient heat radiation, and heat conduction material on the side surfaces of the insulation substrate and the heat radiation member. Can be reliably prevented from protruding. Furthermore, when a plurality of heat generating elements are mounted on an insulating substrate, a through hole exists between adjacent heat generating elements, which is effective for unnecessary heat interference via the insulating substrate between adjacent heat generating elements. Can be reduced.
本発明の第3の特徴によれば、スルーホールが、発熱素子の発熱拡散領域の外方近傍に配置されることにより、発熱素子の裏面からの熱放射が有効に行なわれる範囲を確保しながらその外方にスルーホールを配置でき、隣接する発熱素子間の不要な熱干渉をより効果的に低減できる。 According to the third feature of the present invention, the through hole is disposed in the vicinity of the outside of the heat generating diffusion region of the heat generating element, thereby ensuring a range in which heat radiation from the back surface of the heat generating element is effectively performed. A through-hole can be disposed on the outer side, and unnecessary thermal interference between adjacent heating elements can be more effectively reduced.
本発明の第4の特徴によれば、熱伝導材逃し部を、発熱素子の近傍において、絶縁基板の裏面に設けられた溝とすることにより、絶縁基板と放熱部材との間に存在する熱伝導材の接触表面積を増加することができ、効率のよい放熱を可能とすると共に、絶縁基板と放熱部材との側面に熱伝導材が不要にはみ出ることを確実に防止できる。 According to the fourth feature of the present invention, the heat conducting material escape portion is a groove provided on the back surface of the insulating substrate in the vicinity of the heat generating element, so that heat existing between the insulating substrate and the heat dissipation member is present. The contact surface area of the conductive material can be increased, efficient heat dissipation can be achieved, and the heat conductive material can be reliably prevented from protruding to the side surfaces of the insulating substrate and the heat dissipation member.
本発明の第5の特徴によれば、溝が、発熱素子の発熱拡散領域の内方近傍に配置されることにより、発熱素子の裏面からの熱放射が有効に行なわれる範囲に、絶縁基板と放熱部材との間の接触面積を増加し得る溝を配置でき、効率のよい放熱を可能とする。 According to the fifth feature of the present invention, the groove is disposed in the vicinity of the inner side of the heat generating diffusion region of the heat generating element, so that the heat radiation from the back surface of the heat generating element is effectively performed. A groove that can increase the contact area with the heat dissipating member can be disposed, enabling efficient heat dissipation.
本発明の第6の特徴によれば、熱伝導材逃し部を、絶縁基板の実装面から裏面に向けて幅が拡大する形状にすることにより、絶縁基板と放熱部材との間に熱伝導材を塗布して押しつけたときに、絶縁基板と放熱部材との間で、熱伝導材を均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が増加することで熱伝導材の接触表面積を増加することができて、より放熱効果が増大し、一層確実に放熱性を向上できる。 According to the sixth feature of the present invention, the heat conducting material escape portion has a shape whose width increases from the mounting surface to the back surface of the insulating substrate, so that the heat conducting material is interposed between the insulating substrate and the heat dissipation member. When applying and pressing, the heat conductive material can be uniformly interposed between the insulating substrate and the heat radiating member, and the surface area of the heat conductive material is increased by increasing the surface area of the insulating substrate with respect to the heat radiating member. The heat dissipation effect can be further increased and the heat dissipation can be improved more reliably.
以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態における放熱構造を有する電子装置につき詳細に説明する。なお、図中、x軸、y軸及びz軸は、3軸直交座標系をなす。 Hereinafter, an electronic device having a heat dissipation structure in each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the figure, the x-axis, y-axis, and z-axis form a three-axis orthogonal coordinate system.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態における放熱構造を有する電子装置につき、図1〜7を参照して、詳細に説明する。
(First embodiment)
First, an electronic device having a heat dissipation structure according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、本実施形態における放熱構造を有する電子装置の概略斜視図である。また、図2は、図1をz軸の負方向に沿って見た、本実施形態における放熱構造を有する電子装置の概略上面図であり、図3は、図2のA−A線による拡大断面図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view of an electronic device having a heat dissipation structure in the present embodiment. 2 is a schematic top view of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment as viewed in FIG. 1 along the negative direction of the z-axis, and FIG. 3 is an enlarged view taken along line AA in FIG. It is sectional drawing.
図1に示すように、本実施形態における放熱構造を有する電子装置10は、アルミ等の金属製の放熱部材12上に、絶縁基板14が載置される。絶縁基板14は、アルミ等の金属層上に樹脂製の絶縁層が形成された2層構造を有する。ここに、詳細は後述するが、放熱部材12と絶縁基板14との間には、それらの密着性を向上させながら、絶縁基板14側から放熱部材12側へ向けて熱伝導をする熱伝導材が塗布されて介在する。なお、かかる熱伝導材としては、熱伝導グリースが使用できるが、これ以外にも、液状、ゲル状及び粒子状の熱伝導材が使用でき、また、熱伝導性を有する接着剤も使用できる。また、放熱部材12は、金属製のものに限らず、例えばグラファイト製のものを用いることもできる。
As shown in FIG. 1, in an
かかる絶縁基板14上には、トランジスタ等の電子素子である複数の発熱素子16が実装される。発熱素子16は、図示は省略するが、絶縁基板14に金属層を露出させるべく絶縁層に開けられた窓部に対応して、絶縁基板14の金属層に半田等により接着されている。発熱素子16を構成する電子素子が駆動されると、発熱素子16は発熱し、その熱は、絶縁基板14の金属層から熱伝導材に伝達され、更に放熱部材12に伝達される。
A plurality of
なお、絶縁基板14上には、発熱素子16に加えて、入力端子18、出力端子20及び中継端子22が、実装されている。例えば、発熱素子16が、スイッチング動作をするトランジスタである場合には、入力端子18は、トランジスタの動作を安定化する平滑コンデンサ等に接続されるP端子及びN端子の2端子を有し、出力端子20は、モータやコンプレッサ等の負荷に印加される3相交流用のU相端子、V相端子及びW相端子の3端子を有する。また、かかる場合、中継端子22は、トランジスタの動作を制御するコントローラ等に接続される複数本の端子を有する。
In addition to the
ここに、本実施形態においては、図2及び3に示すように、発熱素子16の近傍の絶縁基板14において、熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部である複数のスルーホール24が設けられている。また、発熱素子16は、放熱板部16aを有し、かかる放熱板部16aが、絶縁基板14の絶縁層に開けられた窓部に対応して、絶縁基板14の金属層に半田等により接着されるパッド部分である。なお、図2及び3では、入力端子18、出力端子20及び中継端子22は、図示を省略し、図3では、熱伝導材を符号26で示し、模式的に放熱部材12と絶縁基板14との間に示している。
Here, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the insulating
かかるスルーホール24は、絶縁基板14の発熱素子16が実装される面である実装面14aとそれに対向する裏面14bとの間を貫通し、中心軸Zについて対称な内壁面である壁面24aを有する。かかるスルーホール24では、熱伝導材逃し部の幅に相当する内径が一定である。また、スルーホール24は、絶縁基板14上に実装された複数の発熱素子16間にも配置される。なお、図3中では、便宜上、スルーホール24は1つのみ示す。
The through-
次に、このように発熱素子16を実装した絶縁基板14を、放熱部材12に固定する工程につき、詳細に説明する。
Next, the process of fixing the insulating
まず、図2及び3に示すように、発熱素子16を実装した絶縁基板14の裏面14b又は放熱部材12の上面に熱伝導材26を塗布し、ついで、この状態で絶縁基板14を、放熱部材12上に所定荷重で圧着する。その後、図示を省略するボルト等の締結部材で、絶縁基板14を放熱部材12に固定する。
First, as shown in FIGS. 2 and 3, a heat
ここに、熱伝導材26が絶縁基板14又は放熱部材12に塗布された状態で、絶縁基板14を放熱部材12上に圧着する際に、熱伝導材26は押されて、図3中で矢印26aで示すように、スルーホール24内に侵入し、z軸の正方向に向かって逃がされる。
Here, when the insulating
このように、かかる構成においては、余分な量の熱伝導材26を、スルーホール24に収容しつつ絶縁基板14の表面に確実に溢れ出させることができ、絶縁基板14と放熱部材12との密着性を向上させて効率のよい放熱を可能とすると共に、絶縁基板14と放熱部材12との側面に熱伝導材26が不要にはみ出ることを確実に防止できる。更に、絶縁基板14上で隣接する発熱素子16間には、スルーホール24が存在することになり、隣接する発熱素子16間の絶縁基板を介した不要な熱干渉を効果的に低減できる。
As described above, in this configuration, an excessive amount of the heat
次に、絶縁基板14上に実装された発熱素子16の近傍に、スルーホール24を配置するためのより詳細な構成につき、更に図4及び5を参照しつつ、詳細に説明する。
Next, a more detailed configuration for disposing the through
図4は、図2の本実施形態における放熱構造を有する電子装置の概略上面図を、更に部分的に拡大した拡大図であり、図5は、図4のB−B線による断面図である。なお、図4では、発熱素子16の部分は、図示を省略している。
4 is an enlarged view in which the schematic top view of the electronic device having the heat dissipation structure in this embodiment of FIG. 2 is further partially enlarged, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. . In FIG. 4, the
まず、発熱素子16が発する熱が、絶縁基板14を介して放熱部材12に向かって拡散する発熱拡散領域について検討する。
First, a heat diffusion region where heat generated by the
発熱素子16は、その放熱板部16aが、絶縁基板14の絶縁層に開けられた窓部に対応して、絶縁基板14の金属層に接着されるパッド部分であるから、発熱素子16が発する熱は、かかる放熱板部16aから絶縁基板14に伝達される。ここに、発熱素子16が発する熱が、放熱板部16aから絶縁基板14に伝達される拡散範囲の境界は、x−y平面に対してz軸の負方向に45°である角度αで規定されると見積もれるから、絶縁基板14のz軸方向の厚さをtとすれば、熱が絶縁基板14の裏面14bに達したときにx方向及びy方向に拡がる長さは各々tとなる。また、矩形の放熱板部16aのx方向の長さをaとし、y方向の長さをbとすれば、熱が絶縁基板14の裏面14bに達したときに、x−y平面上で拡散する領域は、x方向の長さがa+2tであり、y方向の長さがb+2tである矩形領域となる。つまり、熱が絶縁基板14の裏面14bに達したときに、x−y平面上で拡散する矩形領域を発熱拡散領域28と定義すれば、それはx方向の長さがa+2tであり、y方向の長さがb+2tであるxーy平面に平行な矩形領域となる。
The
ここに、かかる発熱拡散領域28内では、発熱素子16の放熱板部16aから伝達される熱が拡散されて伝播されているのであるから、かかる発熱拡散領域28内にスルーホール24を配置しなければ、発熱拡散領域28内での熱の伝搬経路はそのまま確保でき、かつ発熱拡散領域28の外方近傍にスルーホール24を配置すれば、絶縁基板14の連続性がスルーホール24で妨げられ、発熱拡散領域28の外方周辺への、つまり典型的には隣接する発熱素子16への熱伝達を遮断することが可能となる。更にかかる場合に、発熱素子16の放熱板部16aから絶縁基板14への熱の拡散は、放熱板部16aのz軸方向の中心軸、つまり発熱拡散領域28のz軸方向の中心軸について対称的なのであるから、スルーホール24を発熱拡散領域28の4辺の各々の外方近傍に配置すれば、隣接する発熱素子16等への放熱を効果的に4方向で遮断することが可能となる。
Here, in the heat generating
従って、かかる構成では、発熱素子16の放熱板部16aからの熱の拡散状態を考慮して、スルーホール24を、発熱拡散領域28の外方近傍に配置したものである。また、発熱素子16の放熱板部16aの矩形形状をも考慮して、スルーホール24を、発熱拡散領域28の4辺の各々の外方近傍に配置したものである。なお、ここに、スルーホール24が発熱拡散領域28の外方近傍に位置されるとは、スルーホール24が、発熱拡散領域28の境界に接するか、その境界の外側の近傍に配置されることをいう。
Therefore, in this configuration, the through
このように、かかる構成によれば、スルーホール24が、発熱素子16の発熱拡散領域28の外方近傍に配置されることにより、発熱素子16の裏面からの熱放射が有効に行なわれる範囲を確保しながらその外方にスルーホール24を配置でき、隣接する発熱素子16間の不要な熱干渉を効果的に低減できる。
As described above, according to such a configuration, the through
次に、本実施形態における放熱構造を有する電子装置において、発熱素子16の発熱拡散領域28の外方近傍に配置されるスルーホールの変形例につき、更に図6及び7を参照して、詳細に説明する。
Next, in the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment, a modification of the through hole disposed near the outside of the heat generating
図6は、本実施形態における放熱構造を有する電子装置のスルーホールの変形例を示す部分断面図であり、図7は、本実施形態における放熱構造を有する電子装置のスルーホールの別の変形例を示す部分断面図である。なお、図6及び7では、図3で示す断面図に対応する位置関係で断面をとっているが、放熱部材12、発熱素子16及び熱伝導材26は、図示を省略している。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a modification of the through hole of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment, and FIG. 7 is another modification of the through hole of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment. FIG. 6 and 7, the cross section is taken in a positional relationship corresponding to the cross sectional view shown in FIG. 3, but the
図6に示すように、本変形例のスルーホール34は、前述したスルーホール24に対して、絶縁基板14の発熱素子16が実装される面である実装面14aとそれに対向する裏面14bとの間を貫通して、中心軸Zについて対称な壁面34aを有することは同様であるが、かかる壁面34aが、熱伝導材逃し部の幅に相当するスルーホール34の内径を実装面14aから裏面14bに向かうにつれて拡大させるように、z軸に対して傾斜していることが相違する。
As shown in FIG. 6, the through
このように、スルーホール34を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その内径が拡大する形状にすることにより、絶縁基板14と放熱部材12との間に熱伝導材26を塗布して押しつけたときに、余分な熱伝導材26の収容量が増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26を均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が増加することで熱伝導材の接触表面積を増加することができて、より放熱効果が増大し、一層確実に放熱性を向上できる。
In this way, the through
次に、図7に示すように、別の変形例のスルーホール44は、上述した変形例のスルーホール34に対して、絶縁基板14の実装面14aとそれに対向する裏面14bとの間を貫通して、中心軸Zについて対称な壁面44aを有し、実装面14aから裏面14bに向かうにつれて拡大する内径を有することは同様であるが、壁面44aが絶縁基板14の裏面14bに向かう途中で、スルーホール44の内径がより増大するように、z軸に対してより大きく傾斜する壁面44bに変化することが相違する。
Next, as shown in FIG. 7, the through
このように、スルーホール44を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その内径が段階的に拡大する形状にすることにより、余分な熱伝導材26の収容量がより増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26をより均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が更に増加することで熱伝導材の接触表面積を一層増加することができて、より放熱効果が増大し、更に確実に放熱性を向上できる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態における放熱構造を有する電子装置につき、図8〜15を参照して、詳細に説明する。なお、本実施形態においては、第1の実施形態と同様な構成要素には同じ符号を用い、その詳細な説明は適宜省略する。
In this way, the through
(Second Embodiment)
Next, an electronic device having a heat dissipation structure according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
図8は、図1をz軸の負方向に沿って見た、本実施形態における放熱構造を有する電子装置の概略上面図であり、図9は、図8のC−C線による拡大断面図である。 8 is a schematic top view of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment as viewed in FIG. 1 along the negative direction of the z-axis, and FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view taken along the line CC in FIG. It is.
本実施形態においては、図8及び9に示すように、第1の実施形態で説明した構成に対し、第1の実施形態のスルーホール24、34、44に代えて、y軸方向に直線的に延在する溝54が、絶縁基板14に設けられていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the configuration described in the first embodiment is linear in the y-axis direction instead of the through
より詳しくは、発熱素子16の近傍の絶縁基板14においては、熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部である複数の溝54が設けられている。かかる溝54は、絶縁基板14の発熱素子16が実装される面である実装面14aに対向する裏面14bに凹部として形成され、中心軸Zについて各々対称に配されて、x軸方向及びy軸方向で各々対向する2対の側壁面54a並びに上方を閉じる上壁面54bを有する。つまり、溝54では、側壁面54aが、x−z平面又はy−z平面に平行な垂直面であって、熱伝導材逃し部の幅であるところの対向した側壁面54a間の距離が一定である。なお、図9中では、便宜上、溝54は1つのみ示す。
More specifically, the insulating
次に、このように発熱素子16を実装した絶縁基板14を、放熱部材12に固定する工程につき、詳細に説明する。
Next, the process of fixing the insulating
図8及び9に示すように、発熱素子16を実装した絶縁基板14の裏面14b又は放熱部材12の上面に熱伝導材26を塗布し、ついで、この状態で絶縁基板14を、放熱部材12上に所定荷重で圧着し、その後、図示を省略するボルト等の締結部材で、絶縁基板14を放熱部材12に固定することは、第1の実施形態と同様である。
As shown in FIGS. 8 and 9, a heat
ここに、熱伝導材26が絶縁基板14又は放熱部材12に塗布された状態で、絶縁基板14を放熱部材12上に圧着する際に、熱伝導材26は押されて、図9中で矢印26aで示すように、溝54内に侵入し、z軸の正方向に向かって逃がされる。
Here, when the insulating
このように、かかる構成においては、余分な量の熱伝導材26を溝54に収容しつつ、絶縁基板14と放熱部材12との間に存在する熱伝導材26の接触表面積を増加することができ、効率のよい放熱を可能とすると共に、絶縁基板14と放熱部材12との側面に熱伝導材26が不要にはみ出ることを確実に防止できる。
As described above, in such a configuration, it is possible to increase the contact surface area of the heat
次に、絶縁基板14上に実装された発熱素子16の近傍に、溝54を配置するためのより詳細な構成につき、更に図10及び11を参照しつつ、詳細に説明する。
Next, a more detailed configuration for disposing the
図10は、図8の本実施形態における放熱構造を有する電子装置の概略上面図を、更に部分的に拡大した拡大図であり、図11は、図10のD−D線による断面図である。なお、図10では、発熱素子16の部分は、図示を省略している。
FIG. 10 is an enlarged view in which the schematic top view of the electronic device having the heat dissipation structure in this embodiment of FIG. 8 is further partially enlarged, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. . In FIG. 10, the
まず、本実施形態においても、発熱素子16が発する熱が、絶縁基板14を介して放熱部材12に向かって拡散する発熱拡散領域28は、絶縁基板14のz軸方向の厚さをtとし、発熱素子16の矩形の放熱板部16aのx方向の長さをaとし、y方向の長さをbとすれば、x方向の長さがa+2tであり、y方向の長さがb+2tであるxーy平面に平行な矩形領域として定義できる。
First, also in the present embodiment, the heat
ここに、かかる発熱拡散領域28内では、発熱素子16の放熱板部16aから伝達される熱が拡散されて伝播されているのであるから、かかる発熱拡散領域28内に溝54を配置すれば、発熱拡散領域28内での熱の伝搬経路に対応して、確実に溝54を配置できることになる。そして、かかる溝54には、余分な量の熱伝導材26が収容されるから、発熱拡散領域28内での熱の伝搬経路に対して、絶縁基板14と放熱部材12との間に存在する熱伝導材26の接触表面積が増加された領域を、確実に対応させることができて、発熱素子16から放熱部材12に向けて、より確実に放熱を行い得ることになる。
Here, since heat transmitted from the heat radiating
従って、かかる構成においては、発熱素子16の放熱板部16aからの熱の拡散状態を考慮して、溝54を、絶縁基板14の裏面において、発熱拡散領域28の内方近傍に配置したものである。なお、ここに、溝54が発熱拡散領域28の内方近傍に配置されるとは、溝54が、発熱拡散領域28の境界に接するか、その境界の内側の近傍に配置されることをいう。また、ここでは、溝54を、y軸方向に直線的に延在する形状を有するものとして説明したが、もちろん限定的なものではなく、x軸方向に直線的に延在する形状を有するものであってもよく、また、直線状ではなく、曲線状、ジグザク状、交差状等に変化しつつ延在するものであってもよい。また、溝54の本数も、限定的なものではなく、発熱拡散領域28の大きさや溝加工の内容等を考慮して、適宜の本数を設定可能である。
Therefore, in such a configuration, the
このように、かかる構成において、溝54が、発熱素子16の発熱拡散領域28の内方近傍に配置されることにより、発熱拡散領域28内での熱の伝搬経路に対して、絶縁基板14と放熱部材12との間に存在する熱伝導材26の接触表面積が増加された領域を、確実に対応させることができ、発熱素子16から放熱部材12に向けて、より確実に放熱を行うことができる。
As described above, in this configuration, the
次に、本実施形態における放熱構造を有する電子装置において、発熱素子16の発熱拡散領域28の内方近傍に配置される溝の変形例につき、更に図12〜15を参照して、詳細に説明する。
Next, in the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment, a modified example of the groove disposed in the vicinity of the
図12は、本実施形態における放熱構造を有する電子装置の溝の変形例を示す部分断面図であり、図13〜15は、本実施形態における放熱構造を有する電子装置の溝の別の変形例を各々示す部分断面図である。なお、図12〜15では、図3で示す断面図に対応する位置関係で断面をとっているが、放熱部材12、発熱素子16及び熱伝導材26は、図示を省略している。
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a modification of the groove of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment, and FIGS. 13 to 15 show another modification of the groove of the electronic device having the heat dissipation structure in the present embodiment. FIG. 12 to 15, the cross section is taken in a positional relationship corresponding to the cross sectional view shown in FIG. 3, but the
図12に示すように、本変形例の溝64は、前述した溝54に対して、絶縁基板14の発熱素子16が実装される面である実装面14aに対向する裏面14bに設けられた凹部であって、y軸方向に直線的に延在することは同様であるが、x軸方向で互いに対向しつつy軸方向に延在するその1対の側壁面64aを、熱伝導材逃し部の幅に相当する側壁面64a間の距離を実装面14aから裏面14bに向かうにつれて拡大させるように、y−z平面に平行な面Pに対して各々傾斜していることが相違する。
As shown in FIG. 12, the
このように、溝64を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面64a間の距離が拡大する形状にすることにより、絶縁基板14と放熱部材12との間に熱伝導材26を塗布して押しつけたときに、余分な熱伝導材26の収容量が増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26を均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が増加することで熱伝導材の接触表面積を増加することができて、より放熱効果が増大し、一層確実に放熱性を向上できる。
In this way, the
次に、図13に示すように、別の変形例の溝74は、上述した変形例の溝64に対して、絶縁基板14の裏面14bに設けられた凹部であって、y軸方向に直線的に延在し、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面74a間の距離が拡大するすることは同様であるが、側壁面74aが絶縁基板14の裏面14bに向かう途中で、側壁面間の距離がより増大するように、y−z平面に平行な面Pに対してより大きく傾斜する側壁面74bに変化することが相違する。
Next, as shown in FIG. 13, the
このように、溝74を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面74a、74b間の距離が段階的に拡大する形状にすることにより、余分な熱伝導材26の収容量がより増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26をより均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が更に増加することで熱伝導材の接触表面積を一層増加することができて、より放熱効果が増大し、更に確実に放熱性を向上できる。
Thus, the
次に、図14に示すように、更に別の変形例の溝84は、上述した変形例の溝64に対して、絶縁基板14の裏面14bに設けられた凹部であって、y軸方向に直線的に延在し、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面84a間の距離が拡大するすることは同様であるが、側壁面84a同士が絶縁基板14の実装面14a側で接することが相違する。なお、側壁面84a同士が絶縁基板14の実装面14a側で接する頂部は、R形状を有していてもよい。
Next, as shown in FIG. 14, the
このように、溝84を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面84a間の距離が拡大する形状にすることにより、余分な熱伝導材26の収容量が増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26を均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が増加することで熱伝導材の接触表面積を増加することができて、より放熱効果が増大し、一層に放熱性を向上できることに加え、側壁面84a同士が絶縁基板14の実装面14a側で接する構成のものであるため、溝84を形成する工程が簡素化され得る。
As described above, the
次に、図15に示すように、更に別の変形例の溝94は、上述した変形例の溝84に対して、絶縁基板14の裏面14bに設けられた凹部であって、y軸方向に直線的に延在し、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面94a間の距離が拡大するすることは同様であるが、側壁面94aが絶縁基板14の裏面14bに向かう途中で、側壁面間の距離がより増大するように、y−z平面に平行な面Pに対してより大きく傾斜する側壁面94bに変化することが相違する。
Next, as shown in FIG. 15, the
このように、溝94を、絶縁基板14の実装面14aから裏面14bに向けて、その側壁面94a、94b間の距離が段階的に拡大する形状にすることにより、余分な熱伝導材26の収容量がより増加され得て、絶縁基板14と放熱部材12との間で、熱伝導材26をより均一に介在させることができると共に、放熱部材に対する絶縁基板の表面積が更に増加することで熱伝導材の接触表面積を一層増加することができて、より放熱効果が増大し、更に確実に放熱性を向上できる。
In this way, the
なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。 In the present invention, the type, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiments, and the constituent elements thereof are appropriately replaced with those having the same operational effects, and the gist of the invention is not deviated. Of course, it can be appropriately changed within the range.
以上のように、本発明においては、発熱素子を実装する絶縁基板と放熱部材とを熱伝導材を介して接続する電子装置において、放熱を効率よく実現できる放熱構造を提供できるものであり、その汎用普遍的な性格から発熱素子を有する電子装置に広範に適用され得るものと期待される。 As described above, in the present invention, in an electronic device in which an insulating substrate on which a heating element is mounted and a heat radiating member are connected via a heat conductive material, a heat radiating structure capable of efficiently realizing heat radiation can be provided. It is expected that it can be widely applied to an electronic device having a heating element because of its general purpose universal character.
10……電子装置
12……放熱部材
14……絶縁基板
14a…実装面
14b…裏面
16……発熱素子
16a…放熱板部
18……入力端子
20……出力端子
22……中継端子
24……スルーホール
24a…壁面
26……熱伝導材
28……発熱拡散領域
34……スルーホール
34a…壁面
44……スルーホール
44a…壁面
44b…壁面
54……溝
54a…側壁面
54b…上壁面
64……溝
64a…側壁面
74……溝
74a…側壁面
74b…側壁面
84……溝
84a…側壁面
94……溝
94a…側壁面
94b…側壁面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発熱素子の近傍における前記絶縁基板に、前記熱伝導材を逃す熱伝導材逃し部が設けられたことを特徴とする電子装置。 In an electronic device comprising: a heat generating element; an insulating substrate on which the heat generating element is mounted on a mounting surface; and a heat radiating member connected to a back surface of the insulating substrate facing the mounting surface via a heat conductive material. ,
An electronic device, wherein a heat conduction material escape portion for allowing the heat conduction material to escape is provided on the insulating substrate in the vicinity of the heat generating element.
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