JP2010129788A - 電源ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品から発生する熱を効率よく分散させることができるとともに、液体樹脂を充填するための設備を不要とし、また樹脂の充填及び硬化に費やす時間を削減することができる電源ユニット得ること。
【解決手段】電源ユニット１０は、負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品２と、電子部品２を実装するプリント基板１と、電子部品２及びプリント基板１を収納する金属筐体３と、熱伝導性に優れた材料で作製され粒状を成し金属筐体３内の空間に充填された粒状樹脂材料８とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は電源ユニット及びその製造方法に関し、詳しくは電源回路を構成する電子部品をプリント基板に実装して筐体内に収納し、その筐体内部に樹脂材料を充填してなる電源ユニットの樹脂材料の形態の改良に関するものである。

負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品をプリント基板に実装し、同プリント基板を筐体内に収納する電源ユニットにおいて、筐体内部に熱伝導性の良い樹脂材料を充填することにより、放熱作用を向上させる提案がされている。

また、上記従来の技術において、樹脂充填厚さを筐体内の水平位置間にて変化させることにより表面積を増加させて、さらに放熱作用を向上させると言った提案もされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１０２７７８号公報

しかしながら、上記従来の技術などにおいては、液体樹脂を筐体内に充填するための設備、つまり、樹脂を溶解してこの状態を保ち、液化した樹脂をノズルから噴出させて筐体内に流し込むための設備を必要とした。このような液体樹脂を充填するための設備は安価ではなく、また管理が難しいので改善が望まれていた。

また、上記従来の技術においては、液体樹脂を充填する時間、及び充填した液体樹脂を硬化する時間が必要となり、これらの時間は、製造過程において必要な時間のうち多くの割合を占め、コスト増大の原因にもなるので課題とされていた。さらに、この液体樹脂を充填する方法においては、充填量が変動してしまうので課題とされていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子部品から発生する熱を効率よく分散させることができるとともに、液体樹脂を充填するための設備を不要とし、また樹脂の充填及び硬化に費やす時間を削減することができる電源ユニット及びその製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電源ユニットは、負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品と、電子部品を実装するプリント基板と、電子部品及びプリント基板を収納する金属筐体と、前記金属筐体内の空間に充填された粒状を成す熱伝導性樹脂材料とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の電源ユニットの製造方法は、負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品と、電子部品を実装するプリント基板と、電子部品及びプリント基板を収納する金属筐体と、金属筐体内の空間に充填される熱伝導性樹脂材料と、を備えた電源ユニットの製造方法であり、プリント基板に電子部品を実装する工程と、金属筐体にプリント基板を収納するとともに、重量を計測することにより、適量の粒状樹脂材料を計り取り、当該粒状樹脂材料を金属筐体内の空間に充填する工程を含むことを特徴とする。

本発明の電源ユニットによれば、熱伝導性材料で作製され粒状を成す粒状樹脂材料が金属筐体内に充填されているので、電子部品から発生する熱を効率よく分散させることができる。また、予め粒状とされた粒状樹脂材料を金属筐体内に充填するので、液体樹脂を充填するための設備を不要とし、さらに樹脂の充填及び硬化に費やす時間を削減することができるという効果を奏する。

また、本発明の電源ユニットの製造方法によれば、上記電源ユニットに加えて以下の効果を奏する。すなわち、粒状樹脂材料は、重量を計測することにより、適量が計り取られるので、金属筐体に充填する適度な量を正確に且つ容易に得ることができ、製造工程を容易にするという効果を奏する。

以下に、本発明の実施の形態及び実施例にかかる電源ユニット及びその製造方法を図面に基づいて説明する。

〈実施の形態〉
図１は、本発明にかかる電源ユニットの実施の形態を示す横断面図である。電源ユニット１０は、プリント基板１上に実装された複数の電子部品２を有している。複数の電子部品２は、プリント基板１に形成された配線パターンにハンダなどにより接続されて、図示しない負荷に電源供給を行う電源回路を構成している。この電子部品２を搭載したプリント基板１が、箱状の金属筐体３内に収納されている。プリント基板１は、金属筐体３との間に所定の隙間が形成されるように、スペーサ５を介して金属筐体３の底面に固定されている。

プリント基板１及び電子部品２の表面には、防水のためにシリコン含有塗料或いはフッ素含有塗料などによりコンフォーマルコーティングが施され、コーティング層６が形成されている。また、金属筐体３の外面に複数のフィンを有するヒートシンク７が取り付けられている。そして、金属筐体３内に粒状樹脂材料８が充填されている。

粒状樹脂材料８は、熱伝導性に優れ弾力性に富むゲル状の球状粒である。粒状樹脂材料８は、電子部品２と金属筐体３との間に形成される隙間や、隣接する電子部品２間に形成される隙間に充填される。粒状樹脂材料８は、自らの重さと、充填される際に加えられる僅かな力により、相互間の隙間が無い状態に変形し密着して詰め込まれる。

このような構成の電源ユニットにおいては、熱伝導性に優れた材料、例えばシリコン樹脂で作製され、粒状を成す粒状樹脂材料８が金属筐体３内に充填されているので、図１中破線矢印で示すように、電子部品２から発生する熱が金属筐体３内に効率よく分散して金属筐体３の表面から良好に発散する。また、予め粒状とされた粒状樹脂材料８を金属筐体３内に充填するので、液体樹脂を充填するための設備を不要とし、さらに樹脂の充填及び硬化に費やす時間を削減することができる。

また、粒状樹脂材料８は、弾力性に富むゲル状であるので、相互間の隙間が微少となる程度（或いは、相互間の隙間が完全になくなる程度）に容易に変形する。このように、粒状樹脂材料８は、相互間の隙間が微少となる程度に変形し密着して充填されているので、熱伝達量が大きくなり、電子部品２から発生する熱をさらに効率よく分散させることができる。

さらにまた、金属筐体３の一面にヒートシンク７が設けられているので、粒状樹脂材料８との相乗作用により、電子部品２から発生する熱をさらに効率よく分散させることができる。また、金属筐体３は、密閉されており、電子部品２及びプリント基板１の表面に防水用のコーティング層６が形成されているので、粒状樹脂材料８との相乗作用により、防水性の高い電源ユニットとすることができる。

また、粒状樹脂材料８は、電子部品２搭載面だけでなくプリント基板１背面側にも充填しても良い。これにより、さらに放熱性が良好となる。

図２は、本発明にかかる電源ユニットの実施例の横断面図である。図３は、本発明にかかる電源ユニットの実施例の上面図である。本実施例の電源ユニット１００は、プリント基板１１と、発熱性のある電子部品としてプリント基板１１上に実装された複数のトランス１２を有している。プリント基板１１の端部に電解コンデンサ２２，２３及びコモンモードコイル２５が実装されている。複数のトランス１２、電解コンデンサ２２，２３及びコモンモードコイル２５は、プリント基板１１に形成された配線パターンにハンダなどにより接続されて、図示しない負荷に電源供給を行う電源回路を構成している。

このように電源回路を搭載したプリント基板１１が、偏平箱状の金属筐体１３内に収納されている。金属筐体１３は、アルミで作製された平板状のベースプレート１３Ａと、このベースプレート１３Ａを覆う、同じくアルミで作製された一面を開放した偏平直方体状のカバー１３Ｂとから構成されている。プリント基板１１は、トランス１２の頂面がカバー１３Ｂに密着するように、またベースプレート１３Ａとの間に所定の隙間が形成されるようにして、金属筐体１３内に固定されている。

プリント基板１１、トランス１２、電解コンデンサ２２，２３及びコモンモードコイル２５の表面には、防水のためにシリコン含有塗料或いはフッ素含有塗料などによりコンフォーマルコーティングが施されている。カバー１３Ｂの外面は、端部を除く中央部大面積の部分（トランス１２が配置された部分に対応する部分）において凹部とされており、この凹部に複数のフィンを有するヒートシンク１７が取り付けられている。電源ユニット１００（金属筐体１３）の側部に、入力コネクタ２７及び出力コネクタ２８が設けられている。そして、金属筐体１３内の空間に隙間なく粒状樹脂材料１８が充填されている。

粒状樹脂材料１８は、例えばシリコン系、エポキシ系、フェノール系の熱伝導性に優れた樹脂でなり、弾力性に富むゲル状とされ、直径約２ｍｍの球状を成している。また、この粒状樹脂材料１８は、熱伝導率が少なくとも１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である材料を選択することが本電源ユニットの放熱性を考慮すると好ましい。そして、粒状樹脂材料１８は、トランス１２、電解コンデンサ２２，２３及びコモンモードコイル２５間に形成される隙間、及びこれら電子部品と金属筐体１３との間に形成される隙間に充填される。ここで、粒状樹脂材料１８は、自らの重さと充填される際に加えられる僅かな力により、相互間の隙間が無い状態に変形し密着して詰め込まれる。

次ぎに、電源ユニット１００の製造方法のうち、粒状樹脂材料１８の充填に関する手順に関して説明する。粒状樹脂材料１８は、例えば次のようにして金属筐体１３内に充填される。すなわち、まず、開放側を上に向けた状態のカバー１３Ｂに対して、所定量の粒状樹脂材料１８がカバー１３Ｂ内に充填される。次ぎに、電子部品を搭載したプリント基板１１が金属筐体１３内に収納され、所定箇所をネジ止めされて固定される。そして、さらに所定量の粒状樹脂材料１８がカバー１３Ｂ内に充填され、最後にベースプレート１３Ａが開放部を密閉するようにカバー１３Ｂに取り付けられる。ここで、プリント基板１１を挟んで２回に分けて充填された粒状樹脂材料１８は、それぞれ、重量が計測されることにより多量の材料から適量が計り取られたものである。なお、この充填方法は一例であり、この手順に限定されるものではない。

この実施例の電源ユニット１００によれば、トランス１２から発生した熱は、粒状樹脂材料１８を介して、偏平な金属筐体１３の上下大面積面に伝達され、ヒートシンク１７とベースプレート１３Ａとを介して効率よく分散される。そしてさらに、密閉された金属筐体１３と、電子部品及びプリント基板１１の表面に施された防水用コーティング層とを有しているので、特に屋外等の高温多湿の環境下で有効な放熱性、防水性、絶縁性に優れた密閉型薄型防水電源ユニットとすることができる。そして、上記実施の形態にて述べた効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

すなわち、粒状樹脂材料１８は、球状で直径が約２ｍｍであるので、複雑な形状となる電子部品間の僅かな隙間においても良好に充填され、加えてゲル状であるので、自らの重さと充填される際に加えられる僅かな力により、相互間の隙間が無い状態に変形し密着して詰め込まれ、熱分散性を向上させる。

また、粒状樹脂材料１８は、重量が計測されることにより多量の材料から適量が計り取られたものであるので、常に適切な量が充填されることとなり装置の信頼性が向上するとともに、充填作業が容易となり、作業性、生産性が向上する。

以上のように、本発明は、電源回路を構成する電子部品をプリント基板に実装して筐体内に収納し、その筐体内部に樹脂材料を充填してなる電源ユニットに適用されて有用なものであり、特に屋外等の高温多湿の環境下に設置され、搭載する電子部品が発熱性の高いものである場合に適している。

本発明にかかる電源ユニットの実施の形態を示す横断面図である。 本発明にかかる電源ユニットの実施例の横断面図である。 本発明にかかる電源ユニットの実施例の上面図である。

符号の説明

１，１１ プリント基板
２ 電子部品
３，１３ 金属筐体
５ スペーサ
６ コーティング層
７，１７ ヒートシンク
８，１８ 粒状樹脂材料
１０，１００ 電源ユニット
１２ トランス（電子部品）
１３Ａ ベースプレート
１３Ｂ カバー
２２，２３ 電解コンデンサ
２５ コモンモードコイル
２７ 入力コネクタ
２８ 出力コネクタ

Claims (7)

1. 負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品と、
   前記電子部品を実装するプリント基板と、
   前記電子部品及び前記プリント基板を収納する金属筐体と、
   前記金属筐体内の空間に充填された粒状を成す熱伝導性樹脂材料と、
   を備えたことを特徴とする電源ユニット。
2. 前記熱伝導性樹脂材料は、ゲル状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源ユニット。
3. 前記熱伝導性樹脂材料は、相互間の隙間が微少となる程度に変形し密着して充填されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源ユニット。
4. 前記熱伝導性樹脂材料は、熱伝導率が少なくとも１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源ユニット。
5. 前記金属筐体の一面にヒートシンクが設けられている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電源ユニット。
6. 前記金属筐体は、密閉されており、前記電子部品及び前記プリント基板の表面に防水用のコーティング層が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電源ユニット。
7. 負荷に電源供給を行う電源回路を構成する電子部品と、前記電子部品を実装するプリント基板と、前記電子部品及び前記プリント基板を収納する金属筐体と、前記金属筐体内の空間に充填される熱伝導性樹脂材料と、を備えた電源ユニットの製造方法であり、
   前記プリント基板に前記電子部品を実装する工程と、
   前記金属筐体に前記プリント基板を収納するとともに、重量を計測することにより、適量の前記熱伝導性樹脂材料を計り取り、当該熱伝導性樹脂材料を前記金属筐体内の空間に充填する工程を含む
   ことを特徴とする電源ユニットの製造方法。

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