JP2011086666A

JP2011086666A - 冷却装置および車載電子装置

Info

Publication number: JP2011086666A
Application number: JP2009236309A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Hara; 一成原; Daiki Matsuzawa; 大樹松沢
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】振動等の外力を受ける等して半導体素子とヒートシンクとの間からはみ出た熱伝導ゲルが、ヒートシンクに形成された凹部に収容されない場合、若しくは収容されたとしても収容しきれない場合がある。それらの場合は、はみ出た熱伝導ゲルが半導体素子周辺の電子部品等に付着する恐れがある。
【解決手段】はみ出した熱伝導ゲル２５は、ヒートシンク３０に形成された矩形状の環状堀３１の内部に進入してそこに留められる。はみ出した熱伝導ゲル２５が環状堀３１を収容しきった場合においても、環状壁３２にて熱伝導ゲル２５のはみ出しを防ぐため、環状堀３１及び環状壁３２を越えて熱伝導ゲル２５がはみ出る可能性は低い。従って、プリント配線基板１４等の電子部品上等に熱伝導ゲル２５が付着する可能性を低減させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される電子制御装置に関する。

近年、カーナビゲーション装置に代表される車載電子制御装置にあっては、データ容量は飛躍的に増大し、その車載電子制御装置に実装される半導体素子は小型高性能化されてきている。このため、半導体素子において、演算処理が実行されることによって素子内の回路の抵抗を電流が流れることにより発生する単位面積当たりの発熱量は増加する傾向にある。

半導体素子の冷却装置は、基本的には、半導体素子が発生する熱をヒートシンクに伝え、そのヒートシンクから熱を放出する構成となっている。それらの構成を有する冷却装置には、半導体素子とヒートシンクとの間の熱伝導性を高めるために、それらの間に熱伝導ゲルを介在させるものがある。ところが、その熱伝導ゲルが、例えば、塗布量が多かったり、振動等の外力を受けたり等して半導体素子とヒートシンクとの間からはみ出すことがあり、このはみ出た熱伝導ゲルが半導体素子周辺の電子部品等に付着したりする問題がある。この問題に対して、ヒートシンクにその熱伝導ゲルが接触する部位を取り巻くようにして凹部を形成した技術が、例えば、特許文献１に記載されている。

特開２００６−２６９６２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、振動等の外力を受ける等して半導体素子とヒートシンクとの間からはみ出た熱伝導ゲルが、ヒートシンクに形成された凹部に収容されない場合、若しくは収容されたとしても収容しきれない場合がある。それらの場合は、はみ出た熱伝導ゲルが半導体素子周辺の電子部品等に付着したり等する恐れがやはりある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝導ゲルが半導体素子とヒートシンクとの間からはみ出た場合においても、悪影響のない冷却装置および車載電子装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板上に実装されて演算処理中に熱を放出する半導体素子に、熱伝導ゲルを介してヒートシンクを接触させ、半導体素子の熱をヒートシンクに伝導してヒートシンクから放出するようにした冷却装置において、ヒートシンクに、熱伝導ゲルが接触する部位を取り巻くようにして凹部を形成し、その形成された凹部を取り巻くようにして、熱伝導ゲルが接触する部位よりも突出した凸部を形成したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、熱伝導ゲルが、半導体素子とヒートシンクとの間からはみ出した場合においても、凹部及び凸部により、熱伝導ゲルが凹部の内部に進入して留められる。また、熱伝導ゲルが凹部内に収容しきれなかった場合においても、凸部にて熱伝導ゲルのはみ出しを防ぐことができる。従って、基板等にはみ出した熱伝導ゲルが付着する可能性を低減させることができる。

また、請求項２に記載の冷却装置は、凸部は磁性材料により形成されることを特徴とする。これにより、半導体素子において演算処理時に回路内を流れる電流により発生する電磁波の外部放出を防ぐことが可能となり、他の電子機器等に電磁妨害を与える可能性を軽減させることができる。

そして、請求項３に記載の冷却装置は、凸部の表面に磁性材料を貼り付けたことを特徴とする。これにより、半導体素子において演算処理時に回路内を流れる電流により発生する電磁波の外部放出を防ぐことが可能となり、他の電子機器等に電磁妨害を与える可能性を軽減させることができる。

本発明の実施例に係るカーナビゲーション装置における制御装置を収納する筐体の概略断面図である。本発明の実施例に係る冷却装置の概略断面図である。本発明の実施例に係る集積回路、熱伝導ゲル及びヒートシンクの正面図（ａ）、及び、それらの概略断面図（ｂ）である。本実施例の変形例１に係るヒートシンクの正面図（ａ）、及び、その概略断面図（ｂ）である。本実施例の変形例１の効果を示した図である。本実施例の変形例２に係るヒートシンクの正面図（ａ）、及び、その概略断面図（ｂ）である。本実施例の変形例３に係るヒートシンクの正面図（ａ）、及び、その概略断面図（ｂ）である。本実施例の変形例４に係るヒートシンクの正面図（ａ）、及び、その概略断面図（ｂ）である。

以下に本発明の実施例について図面を用いて説明する。本実施例では、本発明の冷却装置をカーナビゲーション装置に適用したものとして説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されることなく、本発明の技術的範囲に存在する限り様々な形態を取り得る。

（実施例）
まず、図１を用いて、カーナビゲーション装置の制御装置を収納する筐体１０について説明する。図１は、筐体１０の概略断面図である。筐体１０は、例えば、鉄板からなる金属製の本体部１１と、この本体部１１に被せられた、例えば、アルミニウムからなる金属性の蓋部１２とからなり、蓋部１２には、外部との通気性を確保するためのスリット部１３が設けられている。

筐体１０内には、プリント配線基板１４が設けられており、プリント配線基板１４上には、カーナビゲーション装置の制御装置を構成するための集積回路１５、抵抗器、コンデンサー等、多数の電子部品が表面に固定され、その部品間を配線で接続することにより電子回路が構成されている。また、集積回路１５は発熱するため、図１に示すように、その周囲には冷却装置２０が設置されている。

続いて、図２を用いて、冷却装置２０について説明する。図２は、冷却装置２０の概略断面図である。冷却装置２０は、例えば、合成樹脂からなる外装部２１、外装部２１に取り付けられた小型モータ２２、小型モータ２２により回転される回転ファン２３、外装部２１に取付部２４を介して取り付けられるヒートシンク３０からなる。

外装部２１は、小型モータ２２及びヒートシンク３０を固定することができ、また、外部との通気性を確保するためのスリット部２６が設けられている。小型モータ２２は、回転駆動することにより回転ファン２３を回転させる。回転ファン２３が回転することにより、図２に示したように、スリット部２６を介して空気が破線の矢印の方向に流れるため、ヒートシンク３０を冷却させることができる。

図２に示すように、プリント配線基板１４に固定された集積回路１５と、冷却装置２０のヒートシンク３０とは、熱伝導ゲル２５を介して接触している。熱伝導ゲル２５は、集積回路１５で生じた熱を効率よくヒートシンク３０に伝導させるために両者間の隙間内にお互いと密に接している。この熱伝導ゲル２５は、予め集積回路１５の下面１５ａに塗布された状態から、ヒートシンク３０が固定された外装部２１が、筐体１０に取り付けられる際に、集積回路１５の下面１５ａと、ヒートシンク３０の上面３０ａとの間で圧せられることにより、両者間の隙間内で広がりながら両者に密に接するようになる。集積回路１５にて生じた熱は熱伝導ゲル２５を介してヒートシンク３０に伝導し、ヒートシンク３０に伝導された熱は、回転ファン２３により生じる空気流中に放出される。

次に、ヒートシンク３０の形状について説明する。図３（ａ）は、集積回路１５、熱伝導ゲル２５及びヒートシンク３０を、プリント配線基板１４側から見た場合の正面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ヒートシンク３０は、熱伝導ゲル２５が接触する部分を取り巻くようにして矩形状の環状堀３１が形成されている。また、その環状堀３１を取り巻くようにして、ヒートシンク３０から集積回路１５側に向かって集積回路１５の下面１５ａよりも突出するように、矩形状の環状壁３２が形成されている。

ところで、予め集積回路１５の下面１５ａに塗布された熱伝導ゲル２５の量が多すぎると、ヒートシンク３０が固定された外装部２１を、筐体１０に取り付ける際に、集積回路１５の下面１５ａと、ヒートシンク３０の上面３０ａとの間で圧せられた熱伝導ゲル２５が、集積回路１５とヒートシンク３０との間から外側にはみ出すことがある。しかしながら、本実施例においては、はみ出した熱伝導ゲル２５は、ヒートシンク３０に形成された矩形状の環状堀３１の内部に進入してそこに留められる。このとき、環状堀３１を取り巻くようにしてヒートシンク３０に形成された矩形状の環状壁３２により、熱伝導ゲル２５が環状堀３１の内部に進入することを促すことができる。また、はみ出した熱伝導ゲル２５が環状堀３１を収容しきった場合においても、環状壁３２にて熱伝導ゲル２５のはみ出しを防ぐため、環状堀３１及び環状壁３２を越えて熱伝導ゲル２５がはみ出る可能性は低い。従って、プリント配線基板１４等の電子部品上等に熱伝導ゲル２５が付着する可能性を低減させることができる。

（変形例１）
次に、本実施例における変形例１を、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、本変形例におけるヒートシンク４００を、ヒートシンク４００の上面４００ａ側から見た場合の正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面における断面図である。本変形例では、環状壁４０２を、磁性材料にて形成する。磁性材料には、酸化鉄を主成分とするフェライト等を利用する。ヒートシンク４００の上面４００ａに、磁性材料にて形成された矩形の環状壁４０２を張り付けることでヒートシンク４００を形成する。これにより、熱伝導ゲル２５のはみ出しを防ぎつつ、集積回路１５において演算処理時に回路内を流れる電流により発生する電磁波の外部放出を防ぐことが可能となり、他の電子機器等に電磁妨害を与える可能性を軽減させることができる。

図５は、筐体１０内の集積回路１５から電磁波が放出された場合に、筐体１０外において電界強度［ｄＢμＶ／ｍ］の測定実験を行った際の結果を示した図である。電界強度［ｄＢμＶ／ｍ］は大きければ大きいほど、集積回路１５から発生した電磁波がノイズとして伝播していることを示す。具体的には、０．３［ＧＨｚ］から２．３［ＧＨｚ］の帯域の周波数を持つ電磁波を集積回路１５から放出させ、測定地点にて、０．３［ＧＨｚ］から２．３［ＧＨｚ］までを１０個の帯域に分け、各帯域において電界強度を測定した。筐体１０の大きさは、１７８ｍｍ（横）×１００ｍｍ（高さ）×１４５ｍｍ（奥行き）であり、電界強度の測定地点は、筐体１０の各面から各１．０ｍ離れた６地点とした。そして、電界強度の値は各６地点で観測された６つの値の二乗平均平方根を取った値である。図５に示したように、何も対策しなかった場合よりも、本変形例１のように、ヒートシンク４００の上面４００ａに、磁性材料にて形成された矩形の環状壁４０２を張り付けた場合の方が、電界強度［ｄＢμＶ／ｍ］は０．３［ＧＨｚ］から２．３［ＧＨｚ］までの全帯域において、小さな値となっていることが分かる。したがって、本変形例においては、筐体１０外部への電磁波ノイズの伝播を抑制する効果がある。

（変形例２）
次に、本実施例における変形例２を、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、本変形例におけるヒートシンク６００を、ヒートシンク６００の上面６００ａ側から見た場合の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。本変形例では、環状壁６０２を、磁性材料にて形成する。磁性材料には、酸化鉄を主成分とするフェライト等を利用する。本変形例においては、図６（ｂ）に示すように、環状堀６０１は、環状壁６０２を埋め込められるように広く形成され、環状堀６０１の底面６０１ａに、磁性材料にて形成された矩形の環状壁６０２を張り付けることでヒートシンク６００を形成する。なお、このとき、図６（ｂ）に示すように、環状堀６０１の外周面６０１ｂに環状壁６０２が接触するようにし、また、環状堀６０１の内周面６０１ｃと環状壁６０２との間には隙間が生じるようにし、環状壁６０２の高さはヒートシンク６００の上面６００ａよりも高くなるように形成する。これにより、熱伝導ゲル２５のはみ出しを防ぎつつ、集積回路１５において演算処理時に回路内を流れる電流により発生する電磁波の外部放出を防ぐことが可能となり、他の電子機器等に電磁妨害を与える可能性を軽減させることができる。

（変形例３）
次に、本実施例における変形例３を、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、本変形例におけるヒートシンク３０を、ヒートシンク３０の上面３０ａ側から見た場合の正面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ断面における断面図である。本変形例では、図７（ｂ）に示すように、環状壁３２の周囲に磁性材料７００が貼り付けられている。磁性材料には、酸化鉄を主成分とするフェライト等を利用する。これにより、熱伝導ゲル２５のはみ出しを防ぎつつ、集積回路１５において演算処理時に回路内を流れる電流により発生する電磁波の外部放出を防ぐことが可能となり、他の電子機器等に電磁妨害を与える可能性を軽減させることができる。

（変形例４）
次に、本実施例における変形例４を、図８を参照して説明する。図８（ａ）は、本変形例におけるヒートシンク８００を、ヒートシンク８００の上面８００ａ側から見た場合の正面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における断面図である。本変形例では、図８（ｂ）に示すように、環状壁８０２の内周面３２ｃにおいて、内周側に向けて設けられた凸部８０３を形成する。凸部８０３は、ヒートシンク８００の上面８００ａと間に間隔を有するように形成される。これにより、はみ出した熱伝導ゲル２５を環状堀８０１に収容しやすくすることができる。

１０冷却装置
１５集積回路
２０冷却装置
２５熱伝導ゲル
３０ヒートシンク
３１環状堀
３２環状壁

Claims

基板上に実装されて演算処理中に熱を放出する半導体素子に、熱伝導ゲルを介してヒートシンクを接触させ、前記半導体素子の熱を前記ヒートシンクに伝導して前記ヒートシンクから放出するようにした冷却装置において、
前記ヒートシンクに、前記熱伝導ゲルが接触する部位を取り巻くようにして凹部を形成し、該形成された凹部を取り巻くようにして、前記熱伝導ゲルが接触する部位よりも突出した凸部を形成したことを特徴とする冷却装置。
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記凸部は磁性材料により形成されることを特徴とする冷却装置。
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記凸部の表面に磁性材料を貼り付けたことを特徴とする冷却装置。