JP2017011027A - 回路基板の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板と放熱部材との間の絶縁性を確保しつつ、放熱性の低下を抑制することが可能な回路基板の放熱構造を提供する。【解決手段】回路基板４の実装面とは反対側の放熱面と放熱部材８の平面との間に、スペーサ６を選択的に配置する。それにより、回路基板４と放熱部材８との間にクリアランスを確保し、そのクリアランス内に、熱伝導部材７を配置する。スペーサ６は選択的に設けられるので、回路基板４の放熱面に配線が形成されていたり、リード端子３が飛び出していたりしても、それを避けて配置することができ、回路基板４と放熱部材８との絶縁性を確保することができる。回路基板４から放熱部材８への伝熱は、熱伝導部材７もしくはスペーサ６のいずれかを介して行われるので、放熱経路を短くでき、放熱性を向上することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、動作時に発熱する電子部品を実装してなる回路基板の放熱構造に関する。

従来、電子部品が実装された回路基板から筐体外部への放熱を促進するため、例えば特許文献１に示されるように、熱伝導性絶縁シートと金属スペーサとを積層して、回路基板と放熱フィンとの間に挿入していた。

特開２００１−１１９８３８号公報

特許文献１に開示される構成を採用することにより、回路基板と放熱フィンとの間の絶縁性を確保しつつ、回路基板から放熱フィンへと放熱させることができる。しかしながら、特許文献１では、熱伝導性絶縁シートと金属スペーサとを積層しているため、回路基板から放熱フィンまでの経路が長くなり、放熱性が低下するという問題がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、回路基板と放熱部材との間の絶縁性を確保しつつ、放熱性の低下を抑制することが可能な回路基板の放熱構造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、本発明による回路基板の放熱構造は、
動作時に発熱する電子部品（５）を実装してなる回路基板（４）と、
回路基板の電子部品が実装される実装面とは反対側の放熱面と対向する平面を有する金属製の放熱部材（８）と、
回路基板の放熱面と、放熱部材の平面との間に、選択的に配置される金属製のスペーサ（６）と、
スペーサにより形成される、回路基板の放熱面と放熱部材の平面との間のクリアランスに配置される熱伝導部材（７）と、を備える。

このように、本発明による回路基板の放熱構造は、回路基板（４）の実装面とは反対側の放熱面と放熱部材（８）の平面との間に、スペーサ（６）を選択的に配置する。それにより、基板と放熱部材との間にクリアランスを確保し、そのクリアランス内に、熱伝導性絶縁シートや放熱ゲルなどの熱伝導部材（７）を配置する。

スペーサは選択的に設けられるので、回路基板の実装面とは反対側の面に配線が形成されていたり、リード端子が飛び出していたりしても、それを避けて配置することができ、回路基板と放熱部材との絶縁性を確保することができる。回路基板から放熱部材への伝熱は、熱伝導部材もしくはスペーサのいずれかを介して行われるので、放熱経路を短くでき、従来技術に比較して放熱性を向上することができる。

上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

回路基板を含む電子装置全体の構成を示す一部断面図である。 回路基板の実装面の一部を示す図である。 リード端子と放熱部材の溝部とを拡大して示した一部断面図である。 変形例の構成を示す側面図である。 他の変形例の構成を示す一部断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施形態による回路基板の放熱構造を含む電子装置全体の構成を示している。この図１に示すように、電子装置１００は、主要な構成要素として、カバー１と、回路基板４と、放熱部材８とを有している。

カバー１は、例えば、金属材料もしくは樹脂材料からなり、一面が開放された箱状に形成されている。そのカバー１の開放面を閉塞するように、カバー１に放熱部材８が装着される。なお、カバー１と放熱部材８とは、例えば、図示しない螺子を用いて締結されることで、相互に固定される。カバー１が樹脂材料から形成される場合には、スナップフィットなどの手法を用いて、カバー１を放熱部材８に固定しても良い。

回路基板４は、カバー１と放熱部材８とによって形成される内部空間に収容される。この内部空間には、回路基板４を収納した状態で、エポキシ系樹脂などの封止材を充填しても良い。

回路基板４としては、例えば、エポキシ樹脂からなる基板を用いることができる。ただし、回路基板４として、これに限定されず、エポキシ樹脂以外の樹脂基板や、セラミック基板を用いても良い。

回路基板４は、電子部品５が実装される実装面、及びその実装面と反対側の、放熱部材８と対向する放熱面を有する。回路基板４の実装面及び放熱面には、配線パターンや配線パターン間を接続するビアホール等が形成されている。さらに、回路基板４の実装面には、電子部品５として、マイコン、パワートランジスタ、抵抗、コンデンサ等が実装される。そして、回路基板４上において、実装された電子部品５と配線パターンとにより電子回路が構成される。

回路基板４上に構成される電子回路に対して、電力を供給するための電力線や、外部回路との間で信号のやり取りを行う信号線を接続するために、コネクタ２が回路基板４の端部に設けられている。コネクタ２からは複数のリード端子３が伸びており、回路基板４に形成されたスルーホールに挿通されている。リード端子３の端部は、図１、３に示すように、回路基板４の放熱面から放熱部材８側へ突出している。また、リード端子３は、図３に示すように、スルーホール内で、回路基板４に形成された配線パターンとはんだ１１によって接続されている。このため、コネクタ２に、電源や外部回路に接続されたコネクタを嵌合することで、回路基板４上の電子回路への電力供給、及び外部回路との間で信号を送受信することが可能となる。

放熱部材８は、アルミニウムなどの良伝熱性の金属からなり、押し出し成形によって形成されたものである。このため、放熱部材８をダイカスト成形する場合に比較して、安価に製造することができる。図１、３に示すように、放熱部材８の、外部に露出する露出面には、押し出し方向に沿って、複数の放熱フィン９が形成されている。これにより、放熱部材８の露出面の表面積を増やすことができ、放熱部材８による放熱効果を高めることができる。また、放熱部材８の、回路基板４と対向する平面には、リード端子３と接触することなく、リード端子３を受容するための溝部１０が、押し出し方向に沿って形成されている。この溝部１０により、回路基板４の放熱面と放熱部材８との間隔を過度に大きくせずとも、リード端子３と放熱部材８との絶縁性を確保することができる。

電子部品５には、上述したように、パワートランジスタやマイコンなど、動作時に相対的に発熱の度合が大きい電子部品５が含まれている。この発熱の度合が大きい電子部品５からの熱を、効率良く放熱部材８に伝えて外部に放出するために、回路基板４と放熱部材８との間には、スペーサ６と、熱伝導部材７とが設けられている。

スペーサ６は、アルミニウムや銅などの金属材料からなる。このスペーサ６は、図２に示すように、回路基板４の放熱面と、放熱部材８の平面との間に、選択的に配置される。図２には、発熱の度合が大きい電子部品５を取り囲むように、４個のスペーサ６が配置された例が示されている。しかしながら、スペーサ６の数は４個に限られず、例えば、電子部品５の両側に、長方形状の２個のスペーサ６を、それらの長手方向が平行となるように配置しても良い。また、例えば、∪字状に形成した１つのスペーサ６を用いても良い。さらに、スペーサ６の数は３個であっても良いし、５個以上であっても良い。

このように、スペーサ６の数及び位置は、スペーサ６が、回路基板４の放熱面に形成される配線パターン及び放熱面から吐出するリード端子３と干渉しないよう、適宜、設定されれば良い。ただし、スペーサ６は、回路基板４の配線パターンのグランド線や、信号や電力の伝送に使用されないダミー線に接触することは許容される。

熱伝導部材７は、例えば、熱伝導性絶縁シートや絶縁性の放熱ゲルなどからなる。熱伝導性絶縁シートは、樹脂材（例えばシリコーン樹脂）、ゴム材（例えばシリコーンゴム）、無機材（例えばマイカ）等のいずれかを用いることができる。熱伝導性向上のために、例えばセラミックスフィラーなどを混合しても良い。また、放熱ゲルとしては、例えば、シリコーンをベースとし、酸化亜鉛などの金属酸化物を添加して熱伝導性を向上したものを用いることができる。

上述したスペーサ６により、回路基板４の放熱面と放熱部材８の平面との間に、スペーサ６の厚さに相当するクリアランスが確保される。熱伝導部材７は、そのクリアランスに配置される。具体的には、図１、２に示すように、熱伝導部材７は、回路基板４と放熱部材８との間のクリアランス内において、電子部品５の直下の領域に加え、その電子部品５の周囲まで延在するように配置される。この際、放熱部材８は、回路基板４及び放熱部材８に密着するように設置される。このため、電子部品５が発生した熱を、熱伝導部材７を介して、効率的に放熱部材８に伝導することができる。なお、電子部品５が発生した熱の一部は、スペーサ６を介して放熱部材８へ伝導される。

本実施形態では、熱伝導部材７に接着性を持たせることにより、この熱伝導部材７により、回路基板４と放熱部材８とを相互に固定している。なお、スペーサ６は、接着材を用いて、回路基板４と放熱部材８との少なくとも一方に接着される。

次に、本実施形態による回路基板４の放熱構造により得られる作用効果について説明する。

上述したように、本実施形態では、回路基板４の実装面とは反対側の放熱面と放熱部材８の平面との間に、スペーサ６を選択的に配置している。それにより、回路基板４と放熱部材８との間にクリアランスが形成され、そのクリアランス内に熱伝導部材７が配置される。

スペーサ６は、図２に示すように、回路基板４の放熱面の全面ではなく、その一部の領域に選択的に設けられるので、回路基板４の実装面とは反対側の面に配線が形成されていたり、リード端子３が飛び出していたりしても、それを避けて配置することができる。そのため、金属製のスペーサ６を、回路基板４の放熱面に接するように設けても、回路基板４と放熱部材８との絶縁性を確保することができる。

また、本実施形態では、スペーサ６と熱伝導部材７とを積層しておらず、回路基板４と放熱部材８との間には、領域に応じて、熱伝導部材７のみ、もしくは、スペーサ６のみが介在する。このため、回路基板４の電子部品５から放熱部材８への伝熱は、熱伝導部材７もしくはスペーサ６のいずれかを介して行われる。従って、本実施形態による回路基板４の放熱構造によれば、放熱経路を短くでき、従来技術に比較して放熱性を向上することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々、変形して実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、スペーサ６を、回路基板４と放熱部材８との少なくとも一方へ、接着剤により固定する例について説明した。しかしながら、スペーサ６は、図４に示すように、回路基板４の放熱面に形成されたグランド線又はダミー線にはんだ１２によって固定しても良い。このように、はんだ付けにより、スペーサ６を回路基板４の放熱面の所定位置に固定しておくことで、スペーサ６を所望の位置に配置することが容易になる。

また、上述した実施形態では、回路基板４と放熱部材８とを接着性を有する熱伝導部材７により相互に固定した。しかしながら、回路基板４と放熱部材８との固定は、他の手法で行っても良い。例えば、図５に示すように、螺子１３を用いて、回路基板４と放熱部材８とを固定しても良い。このように回路基板４と放熱部材８とを螺子１３で固定する場合、螺子１３は、図５に示すように、スペーサ６を貫通する位置に設けられることが好ましい。これにより、螺子１３により固定する箇所のクリープ変形が生じ難くなり、螺子固定の信頼性を向上することができる。

２ コネクタ
３ リード端子
４ 回路基板
５ 電子部品
６ スペーサ
７ 熱伝導部材
８ 放熱部材

Claims (5)

1. 動作時に発熱する電子部品（５）を実装してなる回路基板（４）と、
   前記回路基板の前記電子部品が実装される実装面とは反対側の放熱面と対向する平面を有する金属製の放熱部材（８）と、
   前記回路基板の放熱面と、前記放熱部材の平面との間に、選択的に配置される金属製のスペーサ（６）と、
   前記スペーサにより形成される、前記回路基板の放熱面と前記放熱部材の平面との間のクリアランスに配置される熱伝導部材（７）と、を備える回路基板の放熱構造。
2. 前記スペーサは、前記回路基板の放熱面にはんだにより固定された状態で、前記回路基板と前記放熱部材との間に配置される請求項１に記載の回路基板の放熱構造。
3. 前記回路基板を前記放熱部材に固定するためのねじ（１３）を有し、
   前記ねじは、前記スペーサを貫通しつつ、前記回路基板を前記放熱部材にねじ止めする位置に設けられる請求項１に記載の回路基板の放熱構造。
4. 前記回路基板には、前記放熱面から前記放熱部材に向かって突出するリード端子（３）が設けられており、
   前記放熱部材には、前記リード端子と接触しないように、前記リード端子を受容する凹部（１０）が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路基板の放熱構造。
5. 前記放熱部材は、押出成形により製造されたものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路基板の放熱構造。

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