JP2011009522A

JP2011009522A - 電子ユニット

Info

Publication number: JP2011009522A
Application number: JP2009152326A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Anpo; 豊和安保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】発熱部品が高密度に実装された複数のＰＣＢを組み合わせた全体の形状を薄型に構成しつつ、効率的に放熱する電子ユニットを提供する。
【解決手段】電子ユニット１を構成する発熱部品１７が高密度実装された２枚のＰＣＢを、いずれも半田面を上にして上下に配置し、上側に配置された第１のＰＣＢ１１の半田面にはこの面を覆うように放熱板１４を設け、第１のＰＣＢからの発熱を放熱させる。また、下側に配置された第２のＰＣＢ１２にはサーマルビア１８を設け、発熱部品から部品面に伝導した熱を半田面側に伝導し、さらにこの半田面に放熱シート２１を介して密着させた熱拡散板２２に伝導して拡散・均熱化してから、２枚のＰＣＢ間に設けられた放熱スペーサ１５により熱拡散板から放熱板へ熱伝導する。合わせて部品表面からの発熱は、部品面を覆うように設けられた金属ケースに伝導して拡散・均熱化し、基板スペーサ１６から放熱板に伝導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＰＣＢを組み合わせた電子ユニットに係り、特に、各ＰＣＢに発熱部品を高密度実装した場合における放熱構造を考慮した電子ユニットに関する。

電子機器等の高機能化や小型化等に伴い、これら機器を構成する各電子ユニット等に対しても、例えば機能集積度を向上させるなど、それぞれに、より一層の高機能化や小型化が求められている。このため、電子ユニット自体が高発熱密度化するのに加え、配置場所によってはその形状が例えば薄型等に制約されたり、あるいは放熱面も特定の面のみに限定されるなど、電子ユニットに対する放熱環境も厳しくなってきており、それぞれに独自の放熱構造を備えて構成されることが多い。

発熱部品等が高密度に実装された複数のＰＣＢを含み、全体形状の平面化かつ薄型化を図りつつ、所望の放熱を行う放熱構造を有する電子ユニットの断面図の一例を図２に示す。この図２に例示した従来の電子ユニット２は、半田面側に放熱板１４を備え、部品面側には発熱部品１７ａ〜１７ｄ等が高密度に実装された、リジッド基板によるＰＣＢ１１と、同じく発熱部品１７ｅ〜１７ｉ等が実装されたリジッド基板によるＰＣＢ１２とが、部品面を向かい合わせるようにＰＣＢ１１を上側にして上下に並べて配置されるとともに、これら２枚のＰＣＢの間に放熱シート１３が挟み込まれるように配置されている。また、放熱板１４からは、ＰＣＢ１１の部品面側に貫通するように複数の放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃが設けられており、放熱シート１３は、これら放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃによりＰＣＢ１２上の発熱部品１７ｅ〜１７ｉに密着するように押さえこまれているとともに、基板スペーサ１６ａ及び１６ｂにより、２枚のＰＣＢ１１及び１２との間隔を所定の距離に維持固定し、この電子ユニット２全体を保持している。

上記のように構成された従来の電子ユニット２における放熱経路は、主に次のようになる。すなわち、図２において上側に配置されたＰＣＢ１１上に実装された発熱部品１７ａ〜１７ｄからの発熱は、主にこのＰＣＢ１１の半田面側に設けられた放熱板１４に伝導して拡散され、この放熱板１４から放熱される。一方、下側に配置されたＰＣＢ１２上に実装された発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの発熱は、上方向、すなわちこれら発熱部品の表面に密着している放熱シート１３に伝導するとともに、下方向、すなわちＰＣＢ１２を構成する基板側にも伝導していく。放熱シート１３に伝導した熱は、さらに放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃを経由して放熱板１４に伝導し、放熱板１４から放熱される。また、基板側からは、さらに基板スペーサ１６ａ〜１６ｂを経由した経路により放熱板１４から放熱される。図２中には、これら下側のＰＣＢ１２からの放熱経路を、矢線により示してある。

なお、複数のＰＣＢを組み合わせ、放熱経路を確保しつつ所望の形状に構成した事例が開示されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照。）。

特開２００６−２８６７５７号公報（第６ページ、図１）特開２００８−１４０９２４号公報（第１１ページ、図２）

上述したように、図２に例示した従来の電子ユニット２では、全体の形状を平面化かつ薄型化した上で、さらに多量の発熱に対して、放熱面としては主に片面（図２の上面）から十分な放熱が可能となるように構成されている。しかしながら、下側に配置されたＰＣＢ１２の発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの発熱は、放熱シート１３、及び放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃを経由して放熱されるが、放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃは、上側に配置されたＰＣＢ１１上の実装部品の空きスペースに貫通させて設けられるため、その位置は、下側に配置されたＰＣＢ１２上の高発熱部品の位置と的確に対応させることが困難であった。

また、発熱部品１７ｅ〜１７ｉの高さの差異により、放熱シート１３と放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃとの間や、放熱シート１３と発熱部品１７ｅ〜１７ｉとの間に隙間が生じて、熱的な接触が不十分となることがあった。このため、放熱効果が低減し、電子ユニット２が、厳しい熱的環境に置かれる場合があった。さらに、このような発熱部品１７ｅ〜１７ｉ等の高さに起因する不十分な接触状態が発生しないよう、例えば、個々の発熱部品に対応させて放熱スペーサ等の放熱経路を設けることはできるが、この場合には、機械的な構造が複雑化するとともに高密度実装も困難になり、高コスト化するという問題があった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、発熱部品が高密度に実装された複数のＰＣＢを組み合わせた全体の形状を薄型に構成しつつ、効率的に放熱する電子ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子ユニットは、部品面に発熱部品が高密度実装された第１のＰＣＢと、前記第１のＰＣＢの半田面を覆うように密着させて設けられるとともに、この第１のＰＣＢの部品面側に貫通させ突出させた熱伝導性のスペーサを有する放熱板と、部品面に発熱部品が高密度実装されるとともに、部品面の熱を半田面に伝達するサーマルビアが形成された第２のＰＣＢと、前記第２のＰＣＢの発熱部品の表面と導電性接着剤により熱的に接続され、この第２のＰＣＢの部品面側全体を覆うように設けられた金属ケースと、前記第２のＰＣＢの半田面側に放熱シートを挟んで密着して配置された熱拡散板と、前記第１のＰＣＢの部品面側と前記第２のＰＣＢの半田面側に配置された熱拡散板とを対向させ、前記第１のＰＣＢの部品面側に突出した前記放熱板のスペーサと前記熱拡散板とを熱的に接続させて全体を保持固定する基板スペーサとを有することを特徴とする。

本発明によれば、発熱部品が高密度に実装された複数のＰＣＢを組み合わせた全体の形状を薄型に維持したまま、各発熱部品からの発熱を効率的に放熱することのできる電子ユニットを得ることができる。

本発明に係る電子ユニットの一実施例を示す断面図。従来の電子ユニットの一例を示す断面図。

以下に、本発明に係る電子ユニットを実施するための形態について、図１を参照して説明する。なお、以下の説明においては、背景技術の欄において図２を参照して説明した従来の電子ユニットと同一の構成に相当する部分には、同一の符号を用いて説明する。

図１は、本発明に係る電子ユニット１の一実施例を示す断面図である。この事例では、本電子ユニットに含まれる２枚のＰＣＢが上下に配置された場合を示している。図１に例示したように、この電子ユニット１は、第１のＰＣＢ１１、その半田面側に密着させた放熱板１４、第２のＰＣＢ１２、その部品面側全体を覆う金属ケース１９、及び半田面側に放熱シート２１を挟んで密着させた熱拡散板２２、ならびに、これら２枚のＰＣＢを含む全体を保持固定する基板スペーサ１６ａ及び１６ｂから構成されている。

第1のＰＣＢ１１は、本実施例においてはリジッド基板で構成されているものとし、その部品面側には形状の異なる発熱部品１７ａ〜１７ｄが高密度実装されている。また、半田面側には、後述の放熱板１４が密着して設けられている。放熱板１４は、例えば銅系やアルミニウム系合金等に代表される熱伝導率の高い材料を用いて作られている。この放熱板１４の一方の面は、第１のＰＣＢの半田面を覆うように密着しているとともに、第１のＰＣＢ１１の半田面側から部品面側に貫通し突出した、熱伝導性を持った放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃを備えている。この放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃは、後述するが、熱拡散板２２と接触して熱拡散板２２から放熱板１４への熱伝導経路となる。また、反対側の面は、本電子ユニット１の上面をなしており、本実施例においては、平面上に形成されているものとしている。そして、第１のＰＣＢ１１、及び後述する第２のＰＣＢ１２からの発熱を放熱する。

第２のＰＣＢ１２も、第１のＰＣＢと同様にリジッド基板で構成されており、その部品面側には形状の異なる発熱部品１７ｅ〜１７ｉが高密度実装されている。基板には、これら発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの熱を半田面側に伝達するためのサーマルビア１８ａ〜１８ｊが形成されている。また、この部品面側は、金属ケース１９に覆われている。金属ケース１９は、例えば銅系やアルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料によって作られており、第２のＰＣＢ１２の部品面側全体を覆うように設けられている。この金属ケース１９の第２のＰＣＢ１２の部品面と対向する側は、各発熱部品１７ｅ〜１７ｉの表面と導電性接着剤２０により熱的に接続されている。また、その反対側は、本電子ユニット１の下面をなしており、本実施例においては、平面状に形成されているものとしている。そして、この金属ケース１９は、発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの発熱を自ケース全体に拡散するとともに放熱経路ともなる。なお、金属ケース１９の内側全体に導電性接着剤２０を充填するようにして、各発熱部品１７ｅ〜１７ｉの表面とこの金属ケース１９とを熱的に接続することもでき、図１では、このように構成した場合を例示している。

一方、第２のＰＣＢ１２の半田面側には、放熱シート２１を挟んで熱拡散板２２が密着して設けられている。この放熱シート２１及び熱拡散板２２は、第２のＰＣＢ１２の半田面側全体を覆うように設けられている。また、熱拡散板２２は、例えば銅系やアルミニウム合金等の熱伝導率の高い材料によって平板上に作られている。そして、第２のＰＣＢ１２の半田面側の熱を全体に拡散するとともに、放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃと熱的に接触し、第２のＰＣＢ１２から放熱板１４への熱伝導経路となる。

基板スペーサ１６ａ及び１６ｂは、第１のＰＣＢ１１の部品面側と第２のＰＣＢ１２の半田面側を向かい合わせ、その間に、第２のＰＣＢ１２の半田面に密着させた放熱シート２１及び熱拡散板２２を挟み込むようにして第１のＰＣＢ１１の部品面に突出した放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃと熱拡散板２２とを密着させ、これらの熱的な接続を維持しながら電子ユニットとして全体を薄型の形状に保持固定する。また、金属ケース１９ｍ、導電性接着剤２０、及び熱拡散板２２から放熱板１４への熱伝導経路としても機能する。

次に、上述のように構成された本実施例の電子ユニット１の作用について、図１を参照して説明する。電子ユニット１に通電され動作を開始すると、第１のＰＣＢ１１及び第２のＰＣＢ１２に実装された発熱部品１７ａ〜１７ｉが徐々に発熱する。図１において、上側に配置されている第１のＰＣＢ１１に実装された発熱部品１７ａ〜１７ｄからの発熱は、その半田面側に設けられた放熱板１４に伝達される。この放熱板１４は、第１のＰＣＢ１１の半田面側全体を覆うように密着して設けられており、第１のＰＣＢ１１の半田面側に伝達された熱を効率よく放熱する。

一方、下側に配置されている第２のＰＣＢ１２に実装された発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの熱は、各部品の取り付けパッドのある基板方向と部品表面とに向けて発せられる。この内、基板方向への熱は、基板に設けられたサーマルビア１８ａ〜１８ｊにより、第２のＰＣＢ１２の部品面側から半田面側に伝達され、さらに、放熱シート２１を挟んでこの半田面に密着させた熱拡散板２２に伝達されて、この熱拡散板２２全体に拡散される。熱拡散板２２には放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃが接触し、両者は熱的に接続されているので、熱拡散板２２に伝達された熱は、これら放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃを熱伝導経路として、さらに放熱板１４に伝達され、放熱板１４から放熱される。また、発熱部品１７ｅ〜１７ｉの表面からの発熱は、導電性接着剤２０により接着された金属ケース１９に伝導されて金属ケース全体に拡散されるとともに、基板スペーサ１６ａ〜１６ｂを熱伝導経路として上面の放熱板１４に伝達され、放熱板１４から放熱される。

一般に、ＰＣＢに実装された発熱部品から発せられる熱は、基板方向と部品表面方向とに移動するが、発熱量の半分以上は、基板方向に移動するとされており、基板方向に移動した熱に対して十分な放熱経路を確保する必要がある。本実施例においては、下側に配置された第２のＰＣＢ１２に対しては、上記したように、発熱部品１７ｅ〜１７ｉからの熱をサーマルビア１８ａ〜１８ｊにより半田面側に伝導し、熱拡散板２２により拡散・均熱化し、さらに放熱スペーサ１５ａ〜１５ｃを熱伝導経路として、本ユニット上面の放熱板１４へと導いており、十分な熱伝導経路が確保される。また、発熱部品１７ｅ〜１７ｉの部品表面からの発熱も、金属ケース１９により拡散・均熱化し、基板スペーサ１６ａ〜１６ｂを熱伝導経路として、同じく放熱板１４へと導いており、十分な熱伝導経路が確保されている。従って、第２のＰＣＢ１２からの発熱に対して効率の良い放熱を可能としている。

加えて、本電子ユニット１の外側の面となる放熱板１４の上面側、及び金属ケース１９の下面側は、いずれも凹凸のない平板上に形成されている。特に金属ケース１９は、第２のＰＣＢ１２の部品面全体を覆うように設けられており、熱伝導経路として機能させつつ、各発熱部品の基板面からの高さの違い等、それぞれの部品の形状の差異を簡素な機械的構造により吸収するとともに、金属ケース１９装着後の第２のＰＣＢ１２全体の高さも、例えば図２に例示した従来例と大差のないものとしている。また、第２のＰＣＢ１２の半田面に放熱シート２１及び熱拡散板２２を設けているが、これらも薄板状に構成されたものである。従って、基板スペーサ１６ａ〜１６ｂにより全体を保持固定した電子ユニットとしても、従来と同様に平面状かつ薄型の形状を維持している。

以上説明したように、本実施例においては、電子ユニットを構成する発熱部品が高密度実装された２枚のＰＣＢを、いずれも半田面を上にして上下に配置し、上側に配置された第１のＰＣＢの半田面にはこの面を覆うように放熱板を設け、第１のＰＣＢからの発熱を放熱させている。また、下側に配置された第２のＰＣＢにはサーマルビアを設け、発熱部品から部品面に伝導した熱を半田面側に伝導し、さらにこの半田面に放熱シートを介して密着させた熱拡散板に伝導して拡散・均熱化し、２枚のＰＣＢ間に設けられた放熱スペーサにより熱拡散板から放熱板への熱伝導経路を確保して放熱を促進している。合わせて部品表面からの発熱は、部品面を覆うように設けられた金属ケースに伝導して拡散・均熱化し、基板スペーサを熱伝導経路として放熱板に伝導している。従って、上側に配置された第１のＰＣＢの放熱はもちろんのこと、下側に配置された第２のＰＣＢに対しても、簡易な機械構造によりその両面から十分な放熱経路を確保することができ、電子ユニット全体として効率の良い放熱を可能にしている。また、このような効率の良い放熱構造を、従来と同様に外側を平面とした薄型の形状のまま実現している。従って、発熱部品が高密度に実装された複数のＰＣＢを組み合わせた全体の形状を薄型に維持したまま、各発熱部品からの発熱を効率的に放熱することのできる電子ユニットを得ることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１、２電子ユニット
１１第１のＰＣＢ
１２第２のＰＣＢ
１３、２１放熱シート
１４放熱板
１５ａ〜１５ｃ放熱スペーサ
１６ａ〜１６ｂ基板スペーサ
１７ａ〜１７ｉ発熱部品
１８ａ〜１８ｊサーマルビア
１９金属ケース
２０導電性接着剤
２２熱拡散板

Claims

部品面に発熱部品が高密度実装された第１のＰＣＢと、
前記第１のＰＣＢの半田面を覆うように密着させて設けられるとともに、この第１のＰＣＢの部品面側に貫通させ突出させた熱伝導性のスペーサを有する放熱板と、
部品面に発熱部品が高密度実装されるとともに、部品面の熱を半田面に伝達するサーマルビアが形成された第２のＰＣＢと、
前記第２のＰＣＢの発熱部品の表面と導電性接着剤により熱的に接続され、この第２のＰＣＢの部品面側全体を覆うように設けられた金属ケースと、
前記第２のＰＣＢの半田面側に放熱シートを挟んで密着して配置された熱拡散板と、
前記第１のＰＣＢの部品面側と前記第２のＰＣＢの半田面側に配置された熱拡散板とを対向させ、前記第１のＰＣＢの部品面側に突出した前記放熱板のスペーサと前記熱拡散板とを熱的に接続させて全体を保持固定する基板スペーサとを有することを特徴とする電子ユニット。
前記放熱板の、前記第１のＰＣＢの半田面に密着させた面と対向する面を、平面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の電子ユニット。
前記金属ケースの、前記第２のＰＣＢの部品面側の面と対向する面を、平面に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子ユニット。
前記第１のＰＣＢ及び第２のＰＣＢは、リジッド基板により構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子ユニット。