JP4199915B2 - 電子モジュール及びその実装装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子モジュール及びその実装装置に係わり、特にモジュールケース表面から通風路中に放熱させる電子モジュール及びその実装装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子モジュール及びその実装装置としては、図4及び図5に示すもの(従来技術1)がある。
【0003】
図4及び図5に示す実装装置71は、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュール61と、この電子モジュール61を搭載する親基板63とを有し、この親基板63が狭い間隔で複数枚並列に配置されて通風路69が形成されている。電子モジュール61は、通風路69の入口側の面が直角面に形成されると共に、上面に多数のピンフィン62が碁盤目状に突出して形成されている。
【0004】
この実装装置71において、通風路69を流れる冷却風65は、電子モジュール61の入口側の直角面に衝突して、電子モジュール61の上面を流れる冷却風66、67と電子モジュール61の両側面を流れる冷却風68とに分流される。この電子モジュール61の上面を流れる冷却風66、67は、電子モジュール61から剥離して対向基板63に近づいた後に、電子モジュール61の上空を通過する高速冷却風67と電子モジュール61側に再付着してピンフィン62間を流れる低速冷却風とに分かれる。これらの冷却風66、67、68により電子モジュール61の表面から放熱されて電子モジュール61が冷却される。
【0005】
また、従来の半導体集積回路装置としては、特開平7−221228号公報(従来技術2)に示されているように、発熱量の大きな半導体チップ(半導体素子)を搭載する半導体集積回路装置において、設置される放熱フィンを小形化し、実装基板上の実装密度を高めることのできる半導体集積回路装置を提供するために、半導体チップからの熱を熱拡散板を介して外部に放す放熱フィンが設けられ、放熱フィンには突起状の放熱部であるピンフィンが設けられ、さらに、ピンフィンは、その水平方向の断面形状が四角形であり、四角形の角部を風向き方向に向けた状態で設けることにより、ピンフィンにおける垂直方向の放熱面が風向き方向に対して斜めに設置されているものである。
【0006】
更には、従来の半導体装置及びその実装構造体としては、特開平9−275172号公報(従来技術3)に示されているように、放熱性能を高め薄形化するために、流れ発生装置を備えた筐体内部に実装されている半導体装置における半導体ペレットの接続端子群を形成された側と反対側の主面に半球形状の乱流発生用突起が複数個突設され、流れ発生装置によって発生された流れが各乱流発生用突起に接触すると、各乱流発生用突起の周りにおいて乱流がそれぞれ発生し、半導体ペレットの発熱が流れに効率よく放出されるようにしたものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術1では、ピンフィンにより冷却効果を向上して内部の電子部品の信頼性の向上及び実装密度の増大を図ろうとしているが、電子モジュール61の通風路69の入口側の面が直角面に形成されているので、冷却風65の通風に大きな抵抗となり、通風量が減少して放熱量の低下を招くという問題があった。そして、従来技術1では、電子モジュール61の上面に高さ寸法の大きなピンフィン62を設けてその側面の放熱面積を拡大するようにしているので、電子モジュール61全体の高さ寸法が高くなって実装装置の薄形化が難しくなり、更には、ピンフィン62の通風抵抗が大きなものとなって、ピンフィン62間を流れる冷却風が低速となり、 ピンフィン62間を流れる通風量が小さくなることでピンフィン62での放熱量が十分に得られないと共に、電子モジュール61の上空を通過する高速冷却風67が層流となってピンフィン62の上面からあまり放熱量しないという問題があった。
【0008】
また、従来技術2では、ピンフィンの向きを風向き方向に対して斜めに設置されているので、ピンフィンの通風抵抗をその分だけ低減することができるが、従来技術1と同様な基本的な問題点を有しているものであった。
【0009】
更には、従来技術3では、層流で流入してくる気流に対して半球形状の突起で起きる乱流が極めて小さいものとなり、十分な放熱性能の向上を図ることが難しいという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、電子モジュールの入口側の通風抵抗の低減と共にその後流側の通風抵抗の低減を図りつつ、冷却風と電子モジュール表面との熱交換性能の向上を図ることにより、薄形で、電子部品の信頼性向上及び実装密度の増大が可能な電子モジュールを得ることにある。
【0011】
本発明の別の目的は、電子モジュールの入口側の通風抵抗の低減と共にその後流側の通風抵抗の低減を図りつつ、冷却風と電子モジュール表面との熱交換性能の向上を図ることにより、薄形で、電子モジュールの信頼性向上及び実装密度の増大が可能な電子モジュールの実装装置を得ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第1の特徴は、狭い通風路内に隙間を有して配置され、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールにおいて、前記通風路の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように前記モジュールケースの隙間側の面を形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成したことにある。
【0013】
好ましくは、前記傾斜面部を45度より緩やかに傾斜させると共に、この傾斜面部に前記傾斜面凸部を複数列形成したことにある。
【0014】
本発明の第2の特徴は、狭い通風路内に隙間を有して配置され、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールにおいて、前記通風路の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように前記モジュールケースの隙間側の面を形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成し、前記水平面部に複数の旋回流発生用の水平面凸部を形成したことにある。
【0015】
好ましくは、前記水平面凸部の高さ寸法と幅寸法の比であるアスペクト比を1以下にしたことことにある。
【0016】
本発明の第3の特徴は、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールと、前記電子モジュールを搭載すると共に狭い間隔で複数枚並列に配置して通風路を形成する親基板とを有する電子モジュールの実装装置において、前記電子モジュールとこれに隣接する親基板との絶縁間隔を確保する隙間を有するように複数の前記親基板の間隔を設定し、前記電子モジュールの隙間側の面を、前記隙間の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成すると共に前記傾斜面部に複数の旋回流発生用の水平面凸部を形成したことにある。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図1から図3を用いて説明する。図1は本発明の一実施例の電子モジュールの実装装置の断面図、図2は図1の実装装置の斜視図、図3は図1の実装装置における電子モジュールを示す斜視図である。
【0018】
図1及び図2に示すように、実装装置51は、密閉したモジュールケース8内に複数の電子部品31を収納してなる電子モジュール1と、この電子モジュール1を複数搭載してなる親基板23と、この親基板23を着脱可能に収納してなるラック41とを有し、親基板23が狭い間隔で複数枚並列に配置されて通風路9が形成されている。なお、図1及び図2では、簡略化して電子モジュール1を一つで代表して図示してある。隣接する親基板23の間隔は、電子モジュール1の上面とこれに隣接する親基板23の裏面との絶縁間隔を確保するように隙間10を有している。この隙間10は、光モジュールのような場合には数ミリ程度が必要である。この実装装置51は、光通信装置を含む情報通信システム装置、パワーアンプ装置、電源装置、自動車用制御装置、その他の各種制御装置等に適用可能である。
【0019】
そして、図1及び図3に示すように、電子モジュール1は、半導体モジュール、光モジュール等であり、モジュールケース8、電子部品31、プリント回路基板32、及び熱伝導部材33を有している。モジュールケース8は、収納部8aとカバー8bとを組合せて構成され、電子部品31、プリント回路基板32、及び熱伝導部材33を収納部8a内に収納した後にカバー8bで蓋をして内部を密閉空間としている。収納部8aは、アルミなどの熱伝導の良好な熱伝導部材で構成され、通風路9の入口側が広くなる傾斜面部2とこの傾斜面部2から出口側に延びる水平面部3とを有するように隙間側の面を形成している。
【0020】
傾斜面部2は、通風方向に対して45度より緩やかに傾斜させると共に、複数の乱流発生用の傾斜面凸部4が複数列設けられている。この傾斜面凸部4は、後述する水平面部3に形成される水平面凸部5の形状及び配列と同一になるように、正方形状に形成されると共に、通風方向に対して斜めに交差するように碁盤目状に配列されている。なお、傾斜面凸部4の形状は、菱形状等に形成されていてもよい。
【0021】
水平面部3は、傾斜面部2の後流側に位置し、隙間側の面に複数の旋回流発生用の水平面凸部5が多数列設けられている。この水平面凸部5は、前述した傾斜面部2の傾斜面凸部4の形状及び配列と同一になるように、正方形状に形成されると共に、通風方向に対して斜めに交差するように碁盤目状に配列されている。なお、水平面凸部5の形状は、菱形状等に形成されていてもよい。そして、水平面凸部5は、その高さ寸法と幅寸法との比であるアスペクト比が1以下に設定され、従来より高さ寸法が低くなっている。このアスペクト比は、旋回流の発生を継続して維持する範囲内において、1/2以下にすることが薄形化の上でより望ましい。
【0022】
上述した傾斜面凸部4及び水平面凸部5は、切削加工、ダイカスト加工、射出成形、鍛造等により形成されるが、特に、形状及び配列が同一になるように、正方形状または菱形状に形成されると共に、通風方向に対して斜めに交差するように碁盤目状に配列されていることにより、その製作が著しく容易となっている。
【0023】
電子部品31は、半導体素子等で構成され、プリント回路基板32に複数搭載されて電子モジュール1内に収納されている。また、電子部品31は、シリコーン樹脂等の熱伝導部材33を介してモジュールケース8に熱的に接続されている。
【0024】
次に、係る電子モジュール1及び実装装置51の放熱動作について説明する。
【0025】
電子部品31が動作することにより発熱し、その熱は電子部品31から熱伝導部材33を介してモジュールケース8に伝熱され、モジュールケース8から冷却風25に放熱される(具体的には主として乱流6及び旋回流7に放熱される)。これにより、電子部品31の温度上昇が抑制されて信頼性が確保される。この場合、電子部品31の高速動作化及び高密度化や、実装装置51に搭載される電子モジュール1の高密度化が要望されており、これにより電子モジュール1の発熱量の大幅な増大や、実装装置51内で発生する発熱量全体の大幅な増大を招くが、本発明では次の通りこの増大する発熱量に対して冷却風25に効率よく放熱することができ、係る要望を実現することができる。
【0026】
図示しない送風装置により通風される冷却風25が親基板23間の通風路9に流入する。流入した冷却風25は、さらに電子モジュール1と親基板23との隙間10に流入するが、隙間10の入口側が広くなるように電子モジュール1に傾斜面部2が形成されているので、小さな通風抵抗で傾斜面部2の上方空間(隙間10)に流入する。従って、冷却風25の通風量を大きなものとすることができ、電子モジュール1からの放熱量を増大することができる。
【0027】
この傾斜面部2の上方隙間10に流入した冷却風は、従来では衝突によって失われていた運動エネルギーを傾斜面凸部4による乱流6として利用され、傾斜面により徐々に速度を上げて水平面部3の上方隙間10に流入する。傾斜面部2で乱流6が発生することにより、傾斜面部2の放熱性能が向上する。しかも、傾斜面部2に傾斜面凸部4が複数列設けられているので、乱流6が増大してより大きなものとなる。これにより、傾斜面部2の放熱性能がより一層向上すると共に、後述する水平面部3の上方隙間10に流入して発生する旋回流をより強いものとすることができる。
【0028】
傾斜面部2の上方隙間10で乱流6となった冷却風は、水平面部3の上方の更に狭い隙間10に流入して高速の旋回流7に変換される。この高速の旋回流7により、従来の単に層流となって流れていた高速流に比較して、傾斜面部2の上面からの放熱性能が大幅に向上する。この高速の旋回流7は、水平面凸部5の上方を主に流れるために、水平面凸部5の上面からの放熱性能が大幅に向上する。この場合、水平面凸部5のアスペクト比を1以下、より好ましくは1/2以下に設定してあるので、水平面凸部5における通風抵抗を従来よりも大幅に低減し、電子モジュール1の高さ寸法を小さくしつつ(電子モジュール1を薄くしつつ)、水平面凸部5の上面面積を確保して旋回流7による放熱性能の向上を図ることができる。
【0029】
また、水平面部3に複数列の水平面凸部5が通風方向に設けられているので、傾斜面部2の上面の凹凸によるエンボス効果によって傾斜面部2の表面から受ける摩擦を低減することにより、水平面部3の上方の隙間10の旋回流7が後流側まで継続して発生する。これにより、水平面部3における放熱性能が一段と向上できる。
【0030】
そして、電子モジュール1の後端から流出した冷却風25は、拡大した通風路9により低速の層流となって後列の電子モジュール1に流入し、後列の電子モジュール1においても前列の電子モジュール1と同様の放熱動作が行われる。
【0031】
実装装置51として、送風装置の配置及び親基板23の配置関係の自由度を確保する必要がある場合には、電子モジュール1の全周にわたって傾斜面部2及び傾斜面凸部4を同様に設けることにより、上述した本発明の効果を奏することができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、電子モジュールの入口側の通風抵抗の低減と共にその後流側の通風抵抗の低減を図りつつ、冷却風と電子モジュール表面との熱交換性能の向上を図ることにより、薄形で、電子部品の信頼性向上及び実装密度の増大が可能な電子モジュールを得ることができる。
【0033】
本発明によれば、電子モジュールの入口側の通風抵抗の低減と共にその後流側の通風抵抗の低減を図りつつ、冷却風と電子モジュール表面との熱交換性能の向上を図ることにより、薄形で、電子モジュールの信頼性向上及び実装密度の増大が可能な電子モジュールの実装装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の電子モジュールの実装装置の断面図である。
【図2】図1の実装装置の斜視図である。
【図3】図1の実装装置における電子モジュールを示す斜視図である。
【図4】従来の電子モジュールの実装装置の断面図である。
【図5】図4の電子モジュールの実装状態の斜視図である。
【符号の説明】
1…電子モジュール、2…傾斜面部、3…水平面部、4…傾斜面凸部、5…水平面凸部、6…乱流、7…旋回流、8…モジュールケース、9…通風路、10…隙間、23…親基板、25…冷却風、31…電子部品、32…プリント回路基板、33…熱伝導部材、41…ラック、51…実装装置。
Claims (5)
- 狭い通風路内に隙間を有して配置され、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールにおいて、
前記通風路の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように前記モジュールケースの隙間側の面を形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成したことを特徴とする電子モジュール。 - 請求項1に記載の電子モジュールにおいて、
前記傾斜面部を45度より緩やかに傾斜させると共に、この傾斜面部に前記傾斜面凸部を複数列形成したことを特徴とする電子モジュール。 - 狭い通風路内に隙間を有して配置され、密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールにおいて、
前記通風路の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように前記モジュールケースの隙間側の面を形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成し、前記水平面部に複数の旋回流発生用の水平面凸部を形成したことを特徴とする電子モジュール。 - 請求項3に記載の電子モジュールにおいて、
前記水平面凸部の高さ寸法と幅寸法の比であるアスペクト比を1以下にしたことを特徴とする電子モジュール。 - 密閉したモジュールケース内に複数の電子部品を収納してなる電子モジュールと、前記電子モジュールを搭載すると共に狭い間隔で複数枚並列に配置して通風路を形成する親基板とを有する電子モジュールの実装装置において、
前記電子モジュールとこれに隣接する親基板との絶縁間隔を確保する隙間を有するように複数の前記親基板の間隔を設定し、前記電子モジュールの隙間側の面を、前記隙間の入口側が広くなる傾斜面部とこの傾斜面部から出口側に延びる水平面部とを有するように形成し、前記傾斜面部に複数の乱流発生用の傾斜面凸部を形成すると共に前記傾斜面部に複数の旋回流発生用の水平面凸部を形成したことを特徴とする電子モジュールの実装装置。
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