JP4657169B2

JP4657169B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP4657169B2
Application number: JP2006211103A
Authority: JP
Inventors: 大輔吉岡; 寛二高木; 英之佐野; 幸弘野呂; 雅明林
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: JP2008041762A

Description

本発明は、例えばパワートランジスタ、マイクロプロセッサ、チョークコイル、レーザダイオード、電動機等の電子部品を備えた電子機器に関し、特に電子部品が動作して発熱したときに高温になるのを抑制することに関するものである。

電子機器には、例えばパワートランジスタ、マイクロプロセッサ、チョークコイル、レーザダイオード、電動機等のような、動作することにより発熱して高温になる電子部品を備えたものがある。このような発熱性を有する電子部品が所定温度以上の高温になると、電子部品や電子機器が誤動作し、さらに電子機器の内蔵回路や周辺回路が破壊される等の害が発生する。このような害の発生を防止するため、従来から電子部品が高温になるのを抑制する対策が各種提案されている。

例えば、下記の特許文献１では、高熱伝導性材料で形成された中空容器の内部に融点が中空容器の融点または分解温度より低くて電子部品の作動上限温度以下である金属を封入して成る冷却素子を、電子部品の上面に取り付けることにより、電子部品からの発熱を上記封入金属の自己融解により吸熱して蓄熱し、電子部品が高温になるのを抑制している。

また、下記の特許文献２では、上面に回路パターンが形成され、電子部品が搭載されたＡｌ_２Ｏ_３
部材で成る絶縁板と、絶縁板の下面に密着されたアルミニュウム部材で成る基板とから構成される回路基板において、基板の全面に対して密閉された一様な空洞部内にパラフィン部材で成る蓄熱材を封入することにより、電子部品からの発熱を蓄熱材の自己融解により吸熱して蓄熱し、電子部品が高温になるのを抑制している。

また、下記の特許文献３では、アルミニュウムや銅等の金属シートと、パラフィンワックス等の熱軟化材を含有した粘着性を有する熱伝導性部材とを積層して成る放熱シートを、電子部品と熱放散部材との間に介在させて、金属シートを電子部品に接続し、熱伝導性部材を熱放散部材に接続することにより、電子部品からの発熱を熱伝導性部材の固体から液体への相変化により吸熱して熱放散部材へ伝え、電子部品が高温になるのを抑制している。

また、下記の特許文献４では、相変化する物質が微少にカプセル化されたスラリーを容器または柔軟な袋に封入して、該容器または袋を電子部品に接触させることにより、電子部品からの発熱をスラリーの固体から液体への相変化により吸熱して蓄熱し、電子部品が高温になるのを抑制している。

また、下記の特許文献５では、電子部品を回路基板の上面に搭載し、パラフィン等の固体冷却剤を内包した筐体を回路基板の下面に固定し、筐体の天井部の内面に固体冷却剤と広い面積で接触するようにフィンを設けることにより、電子部品からの発熱を固体冷却剤の融解により吸熱して蓄熱し、電子部品が高温になるのを抑制している。

さらに、下記の特許文献６では、パラフィン等の蓄熱材を、電子部品とヒートシンクとの間に挟み込むか、ヒートシンクに埋め込むか、ヒートシンクの円柱状のフィンに装着することにより、電子部品からの発熱を蓄熱材の融解により吸熱して蓄熱し、電子部品が高温になるのを抑制している。

特開２００４−１５２９０５号公報特許第２７９８６５６号公報特開２００２−３０５２７１号公報米国特許第５００７４７８号明細書実開平２−１５７８６号公報特開平８−１４８６１８号公報

上述したように、従来は金属やパラフィンやスラリー等の蓄熱体を電子部品に直接または間接的に取り付けることにより、電子部品からの発熱を蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になることを抑制していた。ところが、蓄熱体と電子部品との間に空気の入った隙間が介在すると、空気の熱伝導率は低いため、効率よく、電子部品からの発熱を蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制できなくなる。特に、特許文献１、２、４、５、６のように蓄熱体を容器内に封入する場合には、容器内に空気が入って、隙間が形成され易い。この場合、蓄熱体を加熱して液体状態にしてから容器内に静かに注ぐことにより、容器内から空気をほぼ除くことができる。しかし、そうしてもなお、容器内から空気が抜けきれずに残って、隙間が形成されることがある。また、液体状態の蓄熱体中には空気が含まれ、該空気を完全に除くことは非常に困難であるため、容器内で蓄熱体が固体と液体の相変化を繰り返すことにより、蓄熱体中の空気が表出して、隙間が形成されることがある。このように、容器内に空気の隙間が形成されると、空気が移動することにより、蓄熱体と電子部品との間に空気の隙間が広がって介在するようになる。特に、特許文献２、５のように容器の上面に電子部品を取り付ける場合には、容器内で蓄熱体が融解することにより、空気が容器内の上方に移動してたまり、蓄熱体と電子部品との間に空気の隙間が広がって介在し易くなる。

本発明は、上述した問題を解決するものであって、その課題とするところは、効率よく、電子機器の電子部品からの発熱を蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制することにある。

本発明では、電子部品と、蓄熱体と、蓄熱体を封入した熱伝導性を有する容器とを備え、容器の一表面に電子部品の一表面が接し、容器の一表面の裏側にある一内面に複数の凸部が設けられた電子機器において、該容器の一内面は、電子部品の真裏にある真裏部分が真裏にない非真裏部分より容器の一表面から遠くなるように傾斜している。そして、容器の一表面が、重力方向に対して垂直な方向、または、重力方向の反対方向と重力方向に対して垂直な方向との間にある斜め方向を向いた状態で、容器における上方の非真裏部分と蓄熱体との間に、下方の非真裏部分と蓄熱体との間に形成される隙間よりも大きい隙間が形成され、該上方の隙間が真裏部分に達しないように、蓄熱体の量が設定されている。

このように、容器内の凸部の付け根である一内面を傾斜させることで、容器内に空気が存在していても、該空気が蓄熱体の融解等により移動して、容器の一内面の電子部品の真裏部分にたまらずに、非真裏部分にたまって隙間を形成するので、蓄熱体と電子部品との間に空気の隙間が広がって介在するのを防止することができる。また、電子部品と接する容器の一表面の裏側にある一内面を傾斜させかつ該一内面に複数の凸部を設けることで、容器の電子部品側の部分と蓄熱体との接触面積を広くすることができる。よって、電子部品が動作して発熱したときに、効率よく、電子部品からの発熱を容器を介して蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制することが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、凸部は板状に形成されている。

このようにすることで、容器内に空気が存在していても、該空気が凸部の周囲にたまり難くなり、凸部と蓄熱体との間に空気の隙間が介在するのを防止することができる。このため、より効率よく、電子部品からの発熱を容器の各凸部のほぼ表面全体より蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制することが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、凸部は柱状に形成されている。

このようにすることで、容器内で溶解した蓄熱体の流動性が高くなるので、融解した蓄熱体を容器内に注入するときに、容器内から空気を抜け易くすることができる。また、容器内に空気が存在していても、該空気が凸部の周囲にたまらなくなり、凸部と蓄熱体との間に空気の隙間が介在するのを防止することができる。このため、より一層効率よく、電子部品からの発熱を容器の各凸部の表面全体より蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制することが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、凸部が設けられた容器の一内面は、端から中央へ向かうに連れて容器の一表面から遠くなるように傾斜している。

このようにすることで、容器内に空気が存在していても、該空気が容器の一内面の端にある電子部品の非真裏部分にたまるように、確実に誘導することができる。このため、蓄熱体と電子部品との間に空気の隙間が広がって介在するのを確実に防止することが可能となる。

本発明によれば、蓄熱体と電子部品との間に空気の隙間が広がって介在するのを防止しつつ、容器の電子部品側の部分と蓄熱体との接触面積を広くすることができるので、電子部品が動作して発熱したときに、効率よく、電子部品からの発熱を蓄熱体に逃がして、電子部品が高温になるのを抑制することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る電子機器１の断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。電子機器１は、容器２、蓄熱体３、および電子部品４を備えている。容器２は、アルミニュウム等の熱伝導性と熱放散性を有する金属材料で形成されている。容器２の外形は、直方体形（立方体形も含む）になっている。蓄熱体３は、パラフィンワックス等のような、固体から液体への相変化時（融解時）に吸熱して蓄熱する材料から成る。蓄熱体３の具体例として、日本精蝋株式会社製の合成ワックスＦＴ１１５を使用することができる。この合成ワックスの融点は１１４℃である。電子部品４は、例えばパワートランジスタ、マイクロプロセッサ、チョークコイル、レーザダイオード、または電動機等のような、動作することにより発熱して高温になる発熱性を有する電子部品から成る。蓄熱体３の融点は、容器２の材料の融点または容器２の分解温度より低くて、電子部品４の作動上限温度以下になっている。

容器２内には、融解後の蓄熱体３が封入されている。蓄熱体３は、容器２の内面に密着状態で接している。重力方向（図１〜図３で下方向）と反対方向を向いている容器２の一表面（上面）２ａには、電子部品４が取り付けられている。電子部品４の一表面（下面）４ａと容器２の一表面２ａとは、熱伝導性を有する粘着シートまたはグリース等を介して密着状態で接している。

容器２の一表面２ａの裏側にある一内面２ｂには、複数の凸部２ｃが蓄熱体３に対して突出するように設けられている。凸部２ｃは、図１〜図３に示すように板状に形成されている。図２および図３で、凸部２ｃの左右端部は、容器２の左右内面と連続している。凸部２ｃの付け根である容器２の一内面２ｂは、図２に示すように電子部品４の真裏にある部分２ｄが真裏にない部分２ｅより一表面２ａから遠くなるように傾斜している。より詳しくは、容器２の一内面２ｂは、端から中央へ向かうに連れて一表面２ａから遠くなるように、側方から見て円弧状に傾斜している。図４は、容器２の一内面２ｂと凸部２ｃの斜視図である。図４では、形状を分かり易くするため、容器２の一内面２ｂと凸部２ｃだけを切り出して上向きにして示している。図４に示すように、容器２の円弧状に傾斜した一内面２ｂ上には、複数の板状の凸部２ｃが所定の間隔で平行に立設されている。

図２に示すように、容器２の一内面２ｂの電子部品４の真裏部分２ｄの全体と、非真裏部分２ｅの大部分と、凸部２ｃの表面の大部分とには、蓄熱体３が密着状態で接している。容器２の一内面２ｂの左右端部の近傍箇所、即ち電子部品４の非真裏部分２ｅの反真裏部分２ｄ側の端部と、各凸部２ｃの左右端部の付け根とで囲まれる箇所には、空気の入った隙間５が形成されている。

電子機器１の製造方法としては、通常の大気中において、先ず、蓄熱体３を加熱して融解した状態（液体状態）で、容器２に設けた図示しない開口から容器２内へ注入する。このとき、容器２内に入っていた空気の大部分は蓄熱体３と置換されて容器２外へ排出されるが、一部は容器２内に残ることがある。容器２内に注入された蓄熱体３は自重により下方へ移動する。また、容器２内に残った空気は上方に移動して、上記一内面２ｂの左右端部の近傍箇所にたまり、該箇所に隙間５が形成される。次に、例えば自然冷却により、容器２内で蓄熱体３を固化させる（固体状態にする）。すると、隙間５に面していない蓄熱体３の表面と容器２の内面とが密着状態で接する。次に、容器２の上記開口を図示しない蓋等で塞いで、容器２内からの蓄熱体３の漏出を防止する。そして、容器２の一表面２ａの部分２ｄの真表（真上）部分に、電子部品４の一表面４ａを密着状態で接触させて、電子部品４を取り付ける。

また、電子機器１の他の製造方法としては、通常の大気中において、先ず、粉末状（固体状態）の蓄熱体３を、容器２に設けた図示しない開口から容器２内へ注入する。このとき、容器２内に入っていた空気の大部分は蓄熱体３と置換されて容器２外へ排出されるが、一部は容器２内に残る。次に、例えば容器２ごと蓄熱体３を加熱して融解させる（液体状態にする）。すると、容器２内で蓄熱体３が自重により下方へ移動する。また、容器２内に残った空気は上方に移動して、上記一内面２ｂの左右端部の近傍箇所にたまり、該箇所に隙間５が形成される。この後は、上記のように容器２内で蓄熱体３を固化させ、容器２の開口を蓋等で塞ぎ、容器２の一表面２ａの部分２ｄの真表部分に電子部品４を取り付ける。

さらに、他の製造方法として、容器２の内側の形状に合った型を使用して、予め固体の蓄熱体３を容器２の内側の形状に合った形に形成しておいてもよい。この場合、上記形状の固体の蓄熱体３を容器２に挿入した後、容器２に蓋をすることで、容器２に蓄熱体３を入れることができる。

電子機器１の製造後に、電子部品４が動作して発熱すると、該発熱が電子部品４の一表面４ａ全体から容器２の一表面２ａと一内面２ｂとで挟まれている部分（天井部）に伝わり、さらに容器２の一内面２ｂと凸部２ｃの表面から蓄熱体３に伝わって、蓄熱体３が融解して行く。この際、蓄熱体３が電子部品４からの発熱を吸熱して蓄熱するため、電子部品４が作動上限温度以上の高温になることが抑制される。また、蓄熱体３で蓄熱した熱が、容器２の電子部品４を取り付けていない部分（側部と底部）から外部へ放散されるため、蓄熱体３が全て融解されて、所定の温度以上の高温になることが抑制される。さらに、蓄熱体３が固体から液体への相変化を繰り返すことにより、蓄熱体３中に含まれていた空気が容器２内で表出した場合には、該空気が上方に移動して隙間５に入り、隙間５が拡大される。このとき、隙間５が電子部品４の真裏部分２ｄまで拡大されないように、一内面２ｂの形状（曲率や傾斜度）、凸部２ｃの形状（幅や間隔）、および蓄熱体３の量等が設定されている。このため、容器２の一内面２ｂの部分２ｄ全体と凸部２ｃの表面の大部分に対する蓄熱体３の接触状態は常に維持される。

以上のように、容器２内の凸部２ｃの付け根である一内面２ｂを傾斜させることで、容器２内に空気が存在していても、該空気が蓄熱体３の融解等により移動して、容器２の一内面２ｂの電子部品４の真裏部分２ｄにたまらずに、非真裏部分２ｅにたまって隙間５を形成するので、蓄熱体３と電子部品４との間に空気の隙間が広がって介在するのを防止することができる。

また、電子部品４と接する容器２の一表面２ａの裏側にある一内面２ｂを傾斜させ、かつ、該一内面２ｂに複数の凸部２ｃを設けることで、容器２の電子部品４側の部分と蓄熱体３との接触面積を広くすることができる。

また、容器２内の凸部２ｃを板状にすることで、容器２内に空気が存在していても、該空気が凸部２ｃの周囲にたまり難くなり、凸部２ｃと蓄熱体３との間に空気の隙間が介在するのを防止することができる。

また、容器２の一内面２ｂを端から中央へ向かうに連れて一表面２ａから遠くなるように傾斜させることで、容器２内に空気が存在していても、該空気が一内面２ｂの電子部品４の非真裏部分２ｅの端にたまるように、確実に誘導することができる。このため、蓄熱体３と電子部品４との間に空気の隙間が広がって介在するのを確実に防止することが可能となる。

さらに、電子部品４と接する容器２の一表面２ａを重力方向と反対方向へ向けることで、容器２内に空気が存在していても、容器２内で蓄熱体３が融解したときに、蓄熱体３が自重により下方へ移動し、空気が上方へ移動して容器２の一内面２ｂの電子部品４の非真裏部分２ｅにたまるように、確実に誘導することができる。このため、蓄熱体３と電子部品４との間および電子部品４の真裏にある凸部２ｃの周囲に空気の隙間が広がって介在するのを一層確実に防止することが可能となる。

よって、電子部品４が動作して発熱したときに、より効率よく、電子部品４からの発熱を容器２の各凸部２ｃのほぼ表面全体より蓄熱体３に逃がして、電子部品４が高温になるのを抑制することが可能となる。

本発明は、以上述べた実施形態以外にも種々の形態を採用することができる。例えば、以上の実施形態では、容器２の一内面２ｂを円弧状に傾斜させて、該一内面２ｂに板状の凸部２ｃを複数設けた例を挙げたが、本発明はこれのみに限るものではない。これ以外に、例えば図５に示すように一内面２ｂをほぼ半球状に傾斜させて、該一内面２ｂに角柱状の凸部２ｃを複数設けたり、図６に示すように一内面２ｂをＶ字状に傾斜させて、該一内面２ｂに円柱状の凸部２ｃを複数設けたり、図７に示すように一内面２ｂを四角錐状に傾斜させて、該一内面２ｂに円柱状の凸部２ｃを複数設けたりする等してもよい。図５〜図７中では、便宜上図１〜図４と同一または対応する部分には同一符号を付している。このようにしても、蓄熱体３と電子部品４との間に空気の隙間が広がって介在するのを防止しつつ、容器２の電子部品４側の部分と蓄熱体３との接触面積を広くすることができるので、効率よく、電子部品４からの発熱を容器２を介して蓄熱体３に逃がして、電子部品４が高温になるのを抑制することが可能となる。特に、図６および図７に示すように凸部２ｃを円柱状にすることで、容器２内で溶解した蓄熱体３の流動性が高くなるので、融解した蓄熱体３を容器２内に注入するときに、容器２内から空気を抜け易くすることができる。また、容器２内に存在する空気が凸部２ｃの周囲にたまらなくなって、凸部２ｃと蓄熱体３との間に空気の隙間が介在するのを確実に防止することができ、より一層効率よく、電子部品４からの発熱を各凸部２ｃの表面全体より蓄熱体３に逃がして、電子部品４が高温になるのを抑制することが可能となる。

また、以上の実施形態では、電子部品４と接する容器２の一表面２ａが重力方向と反対方向を向いた例を挙げたが、本発明はこれのみに限るものではない。これ以外に、例えば電子部品４と接する容器２の一表面２ａが、図８および図９に示すように重力方向（図８および図９で下方向）に対して垂直な方向（側方）を向いていたり、重力方向の反対方向と重力方向に対して垂直な方向との間にある斜め方向を向いていたりしてもよい。図９は、図８のＣ−Ｃ断面図である。図８および図９中では、便宜上図１〜図４と同一または対応する部分には同一符号を付している。上記の場合において、容器２の一表面２ａの裏側の一内面２ｂに板状の凸部２ｃを複数設けたときは、各凸部２ｃを、図８および図９に示すように重力方向に対して垂直でかつ面２ａ、２ｂが向いていない方向（図８および図９で画面に対して垂直な方向）へ所定の間隔で並ぶように設ければよい。このようにすることで、容器２内に空気が存在していても、蓄熱体３が融解したときに、空気が移動して一内面２ｂの電子部品４の非真裏部分２ｅにたまり、該部分２ｅに空気の隙間５が形成されるように、確実に誘導することができる。特に、空気が上方へ移動し易くなるので、図８に示すように上方にある電子部品４の非真裏部分２ｅに多くの空気がたまって、大きな隙間５が形成されるように、確実に誘導することができる。このため、蓄熱体３と電子部品４との間に空気の隙間が広がって介在するのを一層確実に防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電子機器の断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施形態に係る電子機器の要部の斜視図である。本発明の他の実施形態に係る電子機器の要部の斜視図である。本発明の他の実施形態に係る電子機器の要部の斜視図である。本発明の他の実施形態に係る電子機器の要部の斜視図である。本発明の他の実施形態に係る電子機器の断面図である。図８のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１電子機器
２容器
２ａ一表面
２ｂ一内面
２ｃ凸部
２ｄ電子部品の真裏部分
２ｅ電子部品の非真裏部分
３蓄熱体
４電子部品

Claims

電子部品と、蓄熱体と、蓄熱体を封入した熱伝導性を有する容器とを備え、前記容器の一表面に前記電子部品の一表面が接し、前記容器の前記一表面の裏側にある一内面に複数の凸部が設けられた電子機器において、
前記容器の前記一内面は、前記電子部品の真裏にある真裏部分が真裏にない非真裏部分より前記容器の一表面から遠くなるように傾斜し、
前記容器の一表面が、重力方向に対して垂直な方向、または、重力方向の反対方向と重力方向に対して垂直な方向との間にある斜め方向を向いた状態で、前記容器における上方の非真裏部分と蓄熱体との間に、下方の非真裏部分と蓄熱体との間に形成される隙間よりも大きい隙間が形成され、
前記上方の隙間が前記真裏部分に達しないように、前記蓄熱体の量が設定されていることを特徴とする電子機器。
請求項１に記載の電子機器において、
前記凸部は、板状に形成されていることを特徴とする電子機器。
請求項１に記載の電子機器において、
前記凸部は、柱状に形成されていることを特徴とする電子機器。
請求項１に記載の電子機器において、
前記容器の前記一内面は、端から中央へ向かうに連れて前記容器の一表面から遠くなるように傾斜していることを特徴とする電子機器。