JP4377710B2 - 電子回路基板装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子回路基板の表面に固体化電子部品を設置した電子回路基板装置に関する。

従来、電子回路基板装置として、電子回路基板上に複数の半導体素子を固体化して構成される固体化電子部品，ダイオード，コンデンサ等の電気部品を配列設置して、特に発熱温度が高いか、発熱量が多い（以下、高発熱という。）固体化電子部品には放熱対策として種々の放熱手段（冷却手段）を採用している。また、このような電子回路基板装置を用いた電子機器として、上記電子回路基板装置の放熱性を一層向上させるために、電子機器側にて備えた冷却手段に適合させた電子回路基板装置および電子回路基板装置を用いた電子機器が実用化されている。

このような、電子回路基板装置を用いた電子機器として、特開平８−２７４４４０号公報（特許文献１参照）に開示されたものがある。

この特許文献１に開示される電子回路基板装置を用いた電子機器によれば、添付図面の図６に示すように、電子回路基板装置を強制空冷する方式の電子機器１が示されている。電子機器１は、ボックス状の電子機器本体２と、この本体２内に収納設置される複数の電子回路基板装置３と、この電子回路基板装置３の設置位置に近接して設けられる冷却装置４とより構成されている。電子機器本体２は、複数の電子回路基板装置３を収納設置する電子回路基板装置収納室５と、冷却装置４を収納する外気循環室６と、この外気循環室６に送り込まれる外気を強制循環させて電子回路基板装置３からの発熱を、外気循環室６の後方に設けられる多数の排気孔２ａから排気する構成にしている。

また、電子回路基板装置３は、電子回路基板３ａの表面（片面）に複数の固体化電子部品７ａ，コンデンサ７ｂおよびダイオード７ｃ等の電子・電気部品を装着している。

更に、冷却装置４には、外気を電子回路基板装置収納室５内へ強制循環させるために送風ファン４ａを備えている。また、複数の固体化電子部品７ａには、それぞれ放熱フィン８を設け、放熱性を向上させている。
特開平８−２７４４４０号公報（第３頁左欄第３３〜第４頁左欄３５行並びに図１〜３）

特許文献１によれば、電子回路基板装置３の固体化電子部品７ａは、この電子部品７ａの発熱を先ず放熱フィン８を介して自然放熱させる一方、強制循環する外気により電子部品７ａを間接的に冷却している。特に固体化電子部品７ａから発生する発熱を吸収することにより、この発熱による電子部品の故障や性能劣化を未然に防ぐことができるようになっている。

しかしながら、この種の電子回路基板装置３は、近年、電子部品の一層の高密度化に伴ない、電子回路基板３ａには、片面側のみならず裏面側にも電子部品を設置するタイプのものが実用化されている。

特許文献１に示される電子回路基板装置３は、固体化電子部品７ａを電子回路基板３ａの片面にのみ設置した構成のもので、高密度化を図った電子回路基板装置に対応したものではなかった。そのために高発熱する電子部品を充分に冷却するための冷却装置が備えられていない。従って、電子部品、とりわけ高密度電子回路部品が用いられる場合には、電子部品の自己発熱を吸収するに充分な冷却効果をもたらす電子回路基板装置が希求されている。

また同時に、電子回路基板装置３が、高密度化するに伴ない、より一層高温度に対する対策が求められ、この種電子部品にとってその寿命や性能面での悪影響が生じないようにすることが望まれている。従って、電子回路基板３ａに実装される電子部品群は全体として高密度実装される傾向にあり、このような電子部品群の使用環境、とりわけ高湿度環境に成らないようにすることが望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、電子部品を電子回路基板の片面あるいは両面に装着してより実装密度を向上させた電子回路基板装置に適用可能な冷却装置を備える一方で、電子回路基板装置の使用環境、とりわけ高湿度環境に対しても環境改善し得る電子回路基板装置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、本発明に係る電子回路基板装置は、基板と、上記基板の表面に実装される固体化電子部品と、一面が開口された箱形状のカバーであって、開口の端部が上記基板の表面に接するように上記固体化電子部品を覆う電子部品熱伝導カバーと、上記電子部品熱伝導カバーに熱伝導的に並設される放熱フィンとを具備し、上記放熱フィンのフィン基部には、冷却装置にて循環する冷媒を流通させる冷媒流通路を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品を電子回路基板の片面あるいは両面に装着してより実装密度を向上させる一方で、冷却作用をより向上させることにより、電子部品の故障や性能劣化を防止し得る電子回路基板装置を得ることができる。

（第１の実施形態）
本発明に係る電子回路基板装置の第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の電子回路基板装置１０の第１の実施形態を示す概要図である。

この電子回路基板装置１０は、その表面が図１（ａ）に示すように、電子回路基板１１の表面に設置される複数の第１の固体化電子部品１２ａおよび自己発熱温度が比較的高発熱である、例えば高密度固体化電子部品１２ｂと、高密度固体化電子部品１２ｂの上面に熱伝導的に接合して配置される凹凸状のフィン部１３ｂを有する放熱フィン１３と、複数の第１の固体化電子部品１２ａの全体を覆うように逆皿状の第１の電子部品熱伝導カバー１４とを備えている。

また、電子回路基板装置１０の裏面側には、図１（ａ）の電子回路基板１１のみを裏返して示す図１（ｂ）のように、複数設置される第２の固体化電子部品１２ｃと、この第２の固体化電子部品１２ｃの全体を覆うように逆皿状に設置される皿状の第２の電子部品熱伝導カバー１５とを備えている。

これらの第１の電子部品熱伝導カバー１４および第２の電子部品熱伝導カバー１５は、複数の第１の固体化電子部品１２ａおよび第２の固体化電子部品１２ｃの発熱を輻射熱により熱伝導的に受けることができると同時に、特に湿気に対してある程度の遮断作用が得られるようにしている。

また、第１の電子部品熱伝導カバー１４および第２の電子部品熱伝導カバー１５は、放熱フィン１３のフィン部１３ｂおよびフィン基部延出部１３ｃに熱伝導的に接合させている。

放熱フィン１３は、高密度固体化電子部品１２ｂ側と片側が熱伝導的に接合するフィン基部１３ａと、このフィン基部１３ａの他側から凹凸上に突出するフィン部１３ｂと、フィン基部１３ａから延出して形成されるフィン基部延出部１３ｃとから構成される。放熱フィン１３のフィン基部１３ａには、フロンあるいは水等の冷媒を流通させる冷媒流通路１３ｄが形成され、電子回路基板装置１０と別構成にて設けられる冷却装置１６の冷媒管１６ｂを通して強制循環される冷媒を流通させている。

電子回路基板１１には、中央部の適所に放熱フィン基部延出部通し穴１１ａが形成される。

放熱フィン１３のフィン基部延出部１３ｃは、電子回路基板１１の表面側の放熱フィン基部延出部通し穴１１ａ連通させて裏面側へ通され、第２の電子部品熱伝導カバー１５の一側端面１５ａに熱伝導的に接触させて安定に固定される。

次に、電子回路基板装置１０の作用について、図１および図２を参照して説明する。

電子回路基板１１の表面側に設置される第１の固体化電子部品１２ａ，高密度固体化電子部品１２ｂおよびその裏面側に設置される第２の固体化電子部品１２ｃは、通電されると電力消費に伴ない自己発熱作用が生じる。この自己発熱作用に伴ない固体化電子部品１２ａ〜１２ｃ内に、少なくとも高密度固体化電子部品１２ｂは比較的高発熱を生じる。

この複数の第１の固体化電子部品１２ａ，高密度固体化電子部品１２ｂおよび複数の第２の固体化電子部品１２ｃのそれぞれについて説明する。

複数の第１の固体化電子部品１２ａの自己発熱による発熱は、輻射熱として第１の電子部品熱伝導カバー１４側へ放熱され、この第１の電子部品熱伝導カバー１４の一側端面１４ａ側から、この一側端面１４ａ側と熱伝導的に接合するフィン部１３ｂの端面（フィン部側面）を介して放熱フィン１３側へ熱伝導される。

放熱フィン１３側へ熱伝導した発熱成分は、一部がフィン部１３ａを介して外部へ自然放熱すると同時に、残りの発熱成分が冷媒流通路１３ｄを流通する冷媒（図示せず）と熱交換して、冷媒側へ吸収（熱交換）される。この発熱成分を吸収した冷媒が冷媒管１６ｂを通して冷却装置駆動部１６ａ側へ移送される。

また、高密度固体化電子部品１２ｂにて生ずる発熱は、第１の固体化電子部品１２ａ側からの発熱成分と合わせて放熱フィン１３のフィン基部１３ａへ伝導する。そして、この放熱フィン１３に熱伝導された発熱成分の一部がフィン部１３ｂを介して自然放熱すると同時に、フィン基部１３ａの冷媒流通路１３ｄを流通する冷媒に吸収され、冷媒管１６ｂを通して冷却装置駆動部１６ａ側へ移送される。

更にまた、電子回路基板１１の裏面側に設けられた複数の第２の固体化電子部品１２ｃ側からの発熱は、輻射熱として第２の電子部品熱伝導カバー１５側へ熱伝導し、第２の電子部品熱伝導カバー１５の一側端面１５ａ側から、この一側端面１５ａと熱伝導的に接合する放熱フィン１３のフィン基部延出部１３ｃの端面を介して放熱フィン１３側へ熱伝導する。従って、複数の第２の固体化電子部品１２ｃ側からの発熱は、放熱フィン１３側に伝熱され、放熱フィン１３のフィン部１３ｂから一部が自然放熱すると同時にフィン基部１３ａの冷媒流通路１３ｄを流通する冷媒に吸収され、冷媒管１６ｂを通して冷却装置駆動部１６ａ側へ移送される。

このように、電子回路基板１１に設置される複数の第１の固体化電子部品１２ａ，高密度固体化電子部品１２ｂおよび複数の第２の固体化電子部品１２ｃからの発熱は、第１の電子部品熱伝導カバー１４，第２の電子部品熱伝導カバー１５を介して、直接放熱フィン１３側に効率的に伝熱される一方、この伝熱された発熱成分が自然放熱、更には冷却作用を受ける。従って、高密度固体化電子部品１２ｂ等の電子部品は、自己発熱による発熱が効率的且つ強制的に冷却装置１６により取り除かれる結果、当該電子部品そのものの温度が異常高温度にまで達する前に必要なレベルの冷却がなされる。

また、第１の電子部品熱伝導カバー１４により全体をカバーされた第１の固体化電子部品１２ａ、第２の電子部品熱伝導カバー１５により全体をカバーされた第２の固体化電子部品１２ｃは、これらの第１の電子部品熱伝導カバー１４および第２の電子部品熱伝導カバー１５内の環境が高湿度でない状況に維持され、高湿度に弱い第１の固体化電子部品１２ａ，第２の固体化電子部品１２ｃにとって低湿度の好適する使用環境が得られる。

なお、第１の電子部品熱伝導カバー１４および第２の電子部品熱伝導カバー１５は、高発熱特性の高密度固体化電子部品１２ｂを対象に設置したが、高湿度対策等設計上の必要に応じて、その他の固体化電子部品に対しても適宜設けることができる。

また、電子回路基板１１の裏面側の第２の固体化電子部品１２ｃは、この第２の固体化電子部品１２ｃ側からの発熱を第２の電子部品熱伝導カバー１５を介して放熱フィン１３のフィン基部延出部１３ｃから外部へ放熱するようにしたが、このフィン基部延出部１３ｃを第２の固体化電子部品１２ｃ側に直接熱伝導的に接合するよう延長させて、このフィン基部延出部１３ｃを介して第２の固体化電子部品１２ｃを効率的に冷却させるようにすることもできる。

更に、冷却装置１６として、冷媒を循環させる方式のものを採用したが、ペルチェ素子を用いた電子冷却手段を採用してもよい。

なお、この電子冷却手段を採用する場合には、その構成上放熱部が電子回路基板１１の裏面側となるので、この放熱部近傍には放熱による悪影響を避けるために電子部品を設置しない構成とする。

（第２の実施形態）
次に本発明の電子回路基板装置の第２の実施形態について、図３〜図５を参照して説明する。

図３は、本発明の電子回路基板装置２０の実施形態を示す概要図である。

この電子回路基板装置２０は、電子回路基板２１と、この電子回路基板２１の表面に設置される複数の固体化電子部品２２ａおよび電子部品の実装密度が比較的大きく、自己発熱量または自己発熱温度が相当に高い、例えば複数の高密度固体化電子部品２２ｂと、この高密度固体化電子部品２２ｂの上面から全体を覆うように逆皿状に設置される平面視Ｔ字状の電子部品熱伝導カバー２３とを備えている。

電子回路基板２１には、電子回路基板装置２０を図４に示すように、電子機器３０の電子機器本体３１に収納した際、図示しない電源側と接続するコネクタ２４が設けられる。また、電子回路基板２１の一側端面２１ａには、切欠部２１ｂを形成している。

電子部品熱伝導カバー２３には、このカバー２３を電子回路基板２１側に取り付けた際、その熱伝導端面２３ａが電子回路基板２１の切欠部２１ｂに納まり、且つ電子回路基板２１側の一側端面２１ａとほぼ面一に納まるように熱伝導端面２３ａが形成される。電子部品熱伝導カバー２３は、複数の高密度固体化電子部品２２ｂの発熱を輻射熱により受けることができると同時に、特に湿気に対してある程度の遮断作用が得られるようにしている。

この電子部品熱伝導カバー２３の熱伝導端面２３ａは、図４および図５に示すように、電子回路基板装置２０を電子機器３０の電子機器本体３１側へ収納した際、Ｔ字状の電子部品熱伝導カバー２３の熱伝導端面２３ａが、電子機器本体３１側に設けられる熱伝導型外気導入ダクト３４側の内壁面３４ｂと熱伝導的に面接触するように組み込まれる。

複数の電子回路基板装置２０が組み込まれる電子機器３０は、図４および図５に示すように、複数の電子回路基板装置２０を収納する電子回路基板装置収納室３３と、この収納室３３の一側において、図５にその断面が示されるように、外気ａ１を強制的に循環させる一方、電子回路基板装置２０側の発熱を吸収することができるように設けられる熱伝導型外気導入ダクト３４と、この外気導入ダクト３４からの外気ａ１を吸入し、熱伝導型外気導入ダクト３４内で電子回路基板装置２０側の放熱を吸収する外気ａ２を排出する排気装置３６とを備えている。すなわち、熱伝導型外気導入ダクト３４は、その内壁面３４ｂに、複数の電子回路基板装置２０側の電子部品熱伝導カバー２３の熱伝導端面２３ａが熱伝導的に接触するように設けられる。

また、熱伝導型外気導入ダクト３４には、図４に示すように外気導入口３４ａが設けられ、外気ａ１を導入して熱伝導型外気導入ダクト３４の内壁面３４ｂ側からの発熱を吸収（熱交換）し得るように設けられる。

更に、熱伝導型外気導入ダクト３４の内壁面３４ｂには、図５に示すように、内壁面３４ｂに熱伝導的に接合してこの内壁面３４ｂ側からの発熱を吸収（熱交換）し得るように冷却装置３２の冷媒管３２ｂが配置される。この冷媒管３２ｂには、冷却装置駆動部３２ａの駆動により水等の冷媒が供給されるようになっている。

排気装置３６は、電子回路基板装置収納室３３の後方側に、熱伝導型外気導入ダクト３４と連通して設置される。この排気装置３６は、熱伝導型外気導入ダクト３４内で熱交換した外気ａ２を排気するために設けられたもので、熱伝導型外気導入ダクト３４内で電子回路基板装置２０のＴ字状の電子部品熱伝導カバー２３側と熱交換した外気ａ２を強制的に外部へ排気するために設けられる排気ダクト３６ａ，この排気ダクト３６ａの上方から排気するために設けた排気口３６ｂおよびこの排気口３６ｂに設置した排気ファン３６ｃとから構成される。

なお、符号３７は、電子機器本体３１の前方側に装着した複数の機器操作摘み３７ａを備えた機器操作盤である。

次に、電子回路基板装置２０の作用について、図３〜図５を参照して説明する。

電子回路基板２１の表面に設置される固体化電子部品２２ａおよび高密度固体化電子部品２２ｂは、電子機器３０の始動により通電され、電力消費に伴ない自己発熱作用が生じる。この自己発熱作用に伴ない、複数の固体化電子部品２２ａおよび高密度固体化電子部品２２ｂの内、少なくとも高密度固体化電子部品２２ｂについては、比較的高発熱を生じる。

この固体化電子部品２２ａおよび高密度固体化電子部品２２ｂのそれぞれについて説明する。

複数の固体化電子部品２２ａの自己発熱による発熱は、電子回路基板２１の表面側から自然放熱により冷却される。他方の複数の高密度固体化電子部品２２ｂの自己発熱による発熱は、輻射熱として電子部品熱伝導カバー２３側へ熱伝導し、この電子部品熱伝導カバー２３の熱伝導端面２３ａ側から、この熱伝導端面２３ａ側と熱伝導的に接触する電子機器本体３１側の熱伝導型外気導入ダクト３４の内壁面３４ｂ側へ熱伝導する。

内壁面３４ｂ側へ熱伝導した発熱成分は、熱伝導型外気導入ダクト３４内に循環する外気ａ１により吸収され、温度上昇して外気ａ２となる。この外気ａ２が排気装置３６の排気ファン３６ｃの排気作用を得て外部へ排出される。

一方、熱伝導型外気導入ダクト３４内の冷媒管３２ｂにより、内壁面３４ｂに熱伝導してきた高密度固体化電子部品２２ｂ側からの発熱成分が冷媒管３２ｂを介して熱交換される。高密度固体化電子部品２２ｂの自己発熱による発熱成分と熱交換して吸熱した冷媒は、冷媒管３２ｂを通して冷却装置駆動部側３２ａ側へ移送される。

このように、電子回路基板２１に設置される比較的発熱温度の高い高密度固体化電子部品２２ｂからの発熱は、電子部品熱伝導カバー２３，熱伝導型外気導入ダクト３４を介して、また強制空冷および冷媒管３２ｂによる強制冷却により効率的に吸収される。従って、高密度固体化電子部品１２ｂ等の比較的発熱温度の高い電子部品は、自己発熱による発熱が効率的且つ強制的に吸収される結果、電子部品そのものの発熱が高発熱に達する前に必要な温度レベルまで積極的に冷却される。

また、電子部品熱伝導カバー２３により全体をカバーされた高密度固体化電子部品２２ｂは、この電子部品熱伝導カバー２３内における湿度環境が比較的低いレベルに維持されるようになり、高湿度に弱いこの種の高密度固体化電子部品２２ｂにとって好都合となる。

なお、電子回路基板２１の表面に設けられる電子部品熱伝導カバー２３は、高密度固体化電子部品２２ｂにのみ設けるのではなく、湿度対策等を考慮して他の固体化電子部品２２ａ側にも必要に応じて適宜設けることができる。

また、電子機器３０によれば、高密度固体化電子部品２２ｂを熱伝導型外気導入ダクト３４を利用した強制空冷手段を用いると同時に、水等の冷媒を用いた冷却装置３２を用いた強制冷却手段を併用した構成を採用したが、必ずしも同時に用いる必要はなく、固体化電子部品２２ａおよび高密度固体化電子部品２２ｂの発熱条件や電子回路基板装置２０側の固体化電子部品２２ａ，２２ｂに対する
冷却能力等も考慮して使い分けて使用することができる。

更に、本発明の電子回路基板装置および電子回路基板装置を用いた電子装置の上記第１の実施形態および第２の実施形態における冷却装置１６および３２は、冷媒を循環させる方式のものを採用したが、ペルチェ素子を用いた電子冷却方式を採用してもよい。

なお、このペルチェ方式を採用する場合には、その構成上、放熱部を熱伝導型外気導入ダクト３４の外側壁面に設置することができるので、放熱性能が良好であり、また電子機器として比較的小型に製作することが可能である。

また、本発明の第１の実施形態に示される電子回路基板装置１０は、第２の実施形態に示される電子機器３０へ使用することも可能である。

すなわち、図１および図２に示す電子回路基板装置１０の、例えば放熱フィン１３のフィン基部１３ａの冷媒流通路１３ｄに接続する冷却装置１６の冷媒管１６ｂを除去する一方、放熱フィン１３のフィン基部１３ａの外端面を介して電子機器本体３１の熱伝導型外気導入ダクト３４側へ熱放出させる構成である。

このような構成（図示せず）を採用することにより、電子回路基板１１の固体化電子部品１２ａ〜１２ｃからの発熱が電子部品熱伝導カバー１４，１５および放熱フィン１３を介して強制的に外部へ放出される。

すなわち、電子回路基板１１の固体化電子部品１２ａ〜１２ｃは、高発熱による故障や性能劣化を未然に防止することができると共に、低湿度の環境下での使用が可能なり、故障や性能劣化を未然に防止することができる。

本発明にかかる電子回路基板装置の第１の実施形態の概要図で、（ａ）は、電子部品熱伝導カバーの一部を切欠して示す表面側の概略斜視図、（ｂ）は、電子部品熱伝導カバーの一部を切欠して示す裏面側の概略斜視図。 図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明にかかる電子回路基板装置の第２の実施形態を示し、電子部品熱伝導カバーの一部を切欠して示す表面側の概略斜視図。 図３の電子回路基板装置を電子機器本体に組み込んだ状態の概略斜視図。 図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 従来の電子回路基板装置を応用した電子機器において、電子回路基板装置および冷却装置を電子機器本体側から引き抜いた状態を示す斜視図。

符号の説明

１０ 電子回路基板装置
１１ 電子回路基板
１１ａ 放熱フィン基部延出部通し穴
１２ａ 第１の固体化電子部品
１２ｂ 高密度固体化電子部品
１２ｃ 第２の固体化電子部品
１３ 放熱フィン
１３ａ フィン基部
１３ｂ フィン部
１３ｃ フィン基部延出部
１３ｄ 冷媒流通路
１４ 第１の電子部品熱伝導カバー
１５ 第２の電子部品熱伝導カバー
１６ 冷却装置
１６ａ 冷却装置駆動部
１６ｂ 冷媒管
２０ 電子回路基板装置
２１ 電子回路基板
２１ａ 一側端面
２１ｂ 切欠部
２２ａ 固体化電子部品
２２ｂ 高密度固体化電子部品
２３ 電子部品熱伝導カバー
２３ａ 熱伝導端面
２４ コネクタ
３０ 電子機器
３１ 電子機器本体
３２ 冷却装置
３２ａ 冷却装置駆動部
３２ｂ 冷媒管
３３ 電子回路基板収納室
３４ 熱伝導型外気導入ダクト
３４ａ 外気導入口
３４ｂ 内壁面
３６ 排気装置
３６ａ 排気ダクト
３６ｂ 排気口
３６ｃ 排気ファン
３７ 機器操作盤
ａ１，ａ２ 外気

Claims (3)

1. 基板と、
   上記基板の表面に実装される固体化電子部品と、
   一面が開口された箱形状のカバーであって、開口の端部が上記基板の表面に接するように上記固体化電子部品を覆う電子部品熱伝導カバーと、
   上記電子部品熱伝導カバーに熱伝導的に並設される放熱フィンとを具備し、
   上記放熱フィンのフィン基部には、冷却装置にて循環する冷媒を流通させる冷媒流通路を備えたことを特徴とする電子回路基板装置。
2. 基板と、
   上記基板の表面に実装される第１の固体化電子部品と、
   一面が開口された箱形状のカバーであって、開口の端部が上記基板の表面に接するように上記第１の固体化電子部品を覆う電子部品熱伝導カバーと、
   上記電子部品熱伝導カバーに熱伝導的に並設される放熱フィンと、
   上記基板の裏面に実装される第２の固体化電子部品と、
   一面が開口された箱形状のカバーであって、開口の端部が上記基板の裏面に接するように上記第２の固体化電子部品を覆う基板裏面電子部品熱伝導カバーと、
   上記基板裏面電子部品熱伝導カバーに熱伝導的に並設され、上記放熱フィンのフィン基部から延出するフィン基部延出部とを備えたことを特徴とする電子回路基板装置。
3. 上記放熱フィンのフィン基部には、冷却装置から冷媒を循環させる冷媒流通路を備えたことを特徴とする請求項２記載の電子回路基板装置。

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