JP4811936B2 - 電子機器の製造方法、電子機器 - Google Patents

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と該電子機器の製造方法に関し、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、回路基板に搭載された電子部品の回路基板と反対側の一面に取り付けることにより、電子部品からの発熱を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、絶縁板の上面に電子部品を搭載し、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。

さらに、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柔軟な袋に封入して、該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。

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

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金属を介して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、電子部品と蓄熱体との間に空気の入った隙間が形成されると、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。

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。

本発明に係る電子機器の製造方法は、電子部品を搭載した金属基板と、蓄熱体を封入した伸縮性を有する袋と、袋を載せる一面および該一面から突出して該一面と対向するように金属基板を支える突起を有する台とを備えた電子機器の製造方法であって、台の一面に袋を載せ、突起に金属基板を載せて、金属基板で袋を一面に押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定する。袋内については、空気が入らないように蓄熱体を充填して、真空状態にするのが好ましい。

このようにすると、蓄熱体を封入した袋を、金属基板と台とで挟み込んで、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、金属基板に空気の入った隙間を少なくして密着させることができる。つまり、金属基板と袋とを介した電子部品と蓄熱体との密着度を高めることができる。このため、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金属基板と袋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、袋が伸縮性を有しているので、蓄熱体の固体と液体の相変化により体積が変化しても、該変化に追従して袋が伸縮して、袋の破裂、袋内からの蓄熱体の逸出、および袋内での気泡の発生を防止することができる。このため、安定して効率よく、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し続けることが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、台の突起を、金属基板の電子部品を搭載した領域より外側の領域を支える２つの平行な壁から構成し、袋を突起間に挿入し、金属基板を突起に載せて、金属基板で袋を台の一面と突起の側面とに押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定する。

このようにすると、袋と蓄熱体とが、金属基板で袋を押しつけたときに突起の壁面に対して垂直な方向へ拡がったり、電子機器が揺れたときや傾いたとき等に突起の壁面に対して垂直な方向へずれたりするのを、突起により確実に防止することができる。このため、金属基板の電子部品の搭載領域にわたって、袋を金属基板に確実かつ安定に密着させ続けることが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、台の突起を、金属基板の電子部品を搭載した領域より外側の領域を支える、側面が曲面状に形成された４本以上の柱から構成し、袋を突起間に挿入し、金属基板を突起に載せて、金属基板で袋を台の一面と突起の側面とに押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定する。

このようにすると、袋と蓄熱体とが、金属基板で袋を押しつけたときに突起の側面に対して垂直な方向へ拡がったり、電子機器が揺れたときや傾いたとき等に突起の側面に対して垂直な方向へずれたりするのを、突起により確実に防止することができる。また、突起の側面を曲面状に形成しているので、袋が突起に接触して破損するのを防止することができる。このため、金属基板の電子部品の搭載領域にわたって、袋を金属基板に確実かつ安定に密着させ続けることが可能となる。

また、本発明の一実施形態では、台の一面または金属基板の袋と接する箇所に凸部を設け、凸部が袋に食い込むように、台の一面に袋を載せ、突起に金属基板を載せる。

このようにすると、金属基板の電子部品の搭載領域にわたって金属基板に密着させた袋と蓄熱体とが、位置ずれするのを凸部により確実に防止して、金属基板と袋との密着状態を安定に維持することが可能となる。また、袋より上方に配置される台の一面または金属基板の袋の中央と接する箇所に凸部を設けることで、たとえ袋内に気泡が発生していても、凸部で袋の中央を下方にへこませて、袋内の気泡を金属基板の電子部品の搭載領域より外側の領域に追いやることができる。このため、金属基板と蓄熱体との間で空気の隙間が一層少なくなり、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。

また、本発明に係る電子機器は、電子部品を搭載した金属基板と、蓄熱体を封入した伸縮性を有する袋と、袋を載せる一面および該一面から突出して該一面と対向するように金属基板を支える複数の突起を有する台とを備え、金属基板は、電子部品を搭載した領域より外側の領域を台の突起に支えられて固定され、袋は、突起間に挿入されて、金属基板により台の一面と突起の側面とに押しつけられつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって金属基板と密着させられている。

このようにすると、蓄熱体を封入した袋が、金属基板と台とで挟み込まれて、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、金属基板との間で空気の隙間が少なくなるように密着するので、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金属基板と袋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、袋と蓄熱体とが、金属基板で袋を押しつけたときに突起に対して垂直な方向へ拡がったり、電子機器が揺れたときに突起に対して垂直な方向へずれたりするのを、突起により防止することができ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に確実かつ安定に密着させ続けることが可能となる。さらに、蓄熱体の固体と液体の相変化により体積が変化しても、該変化に追従して袋が伸縮するので、袋の破裂、袋内からの蓄熱体の逸出、および袋内での気泡の発生を防止することができ、安定して効率よく、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し続けることが可能となる。

本発明によれば、蓄熱体を封入した袋を、金属基板と台とで挟み込んで、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、金属基板に空気の入った隙間が少なくなるように密着させ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金属基板と袋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。

図１および図２は、本発明の実施形態に係る電子機器１の縦断面図である。電子機器１の上側容器２と下側容器３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、３の内側には、金属基板４、電子部品５、袋６、および蓄熱体７が設けられている。金属基板４は、アルミニュウム等の熱伝導性を有する金属材料で形成されている。金属基板４の表面には、電気回路が形成されていている。また金属基板４の上面の中央には、電子部品５が表面実装等により搭載されている。電子部品５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。

袋６は、ラミネートフィルム等の伸縮性と気密性を有する材料で形成されている。袋６内には、蓄熱体７が封入されている。袋６の材料として、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）を使用することができる。蓄熱体７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７の融点は、容器２、３と金属基板４の各材料の融点または容器２、３の分解温度より低くて、電子部品５の作動上限温度以下である。蓄熱体７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。袋６内については、空気が入らないように蓄熱体７を充填して、真空状態にするのが好ましい。

下側容器３の内側には、袋６を載せる一面（内底面）３ｂと、該一面３ｂから上方へ垂直に突出して一面３ｂと対向するように金属基板４を支える突起３ａとが設けられている。突起３ａは、例えば図３に示すような２つの平行な壁から構成されている。図３の突起３ａの両端の側面は曲面状に形成されている。これ以外に、突起３ａを、例えば図４に示すような４本以上の円柱から構成してもよい。図４の突起３ａの側面は曲面状に形成されている。図３および図４は、電子機器１の横断面図であり、上側容器２と下側容器３の突起３ａ以外の部分の図示を省略している。突起３ａは、金属基板４の電子部品５を搭載した領域（図１および図２で金属基板４中にクロスハッチングで示す部分）４ａより外側の領域を下方から支える。つまり、下側容器３は、袋６と金属基板４とを載せる台である。

上記の電子機器１の各部２、３、４、６を組み立てるには、先ず、図１に示すように蓄熱体７を封入した袋６を、下側容器３の内側の突起３ａ間に挿入して、一面３ｂに載せる。このとき、蓄熱体７を完全固体状態にしておいてもよいし、有る程度加熱して軟化させた状態または液体状態にしておいてもよい。電子機器１がユーザに使用されるまでの間、蓄熱体７を加熱せずに完全固体状態のままにしておくことで、蓄熱体７の劣化を防止して、長寿命化を図ることができる。また、蓄熱体７を軟化状態または液体状態にすることで、袋６と蓄熱体７とに柔軟性を付与して、袋６の突起３ａ間への挿入および一面３ｂへの載置を容易に行うことができる。

次に、図２に示すように電子部品５を袋６と反対側へ向けつつ、金属基板４を突起３ａの上面に載せて、金属基板４で袋６を一面３ｂと突起３ａの側面に押しつけつつ、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって、袋６を金属基板４に密着させて、突起３ａと金属基板４とをねじ８で締め付けて固定する。これにより、突起３ａが図３に示すように２つの平行な壁から成る場合には、袋６と袋６内の蓄熱体７とが突起３ａで囲まれていない横方向（突起３ａと一面３ｂと金属基板４に対して平行な方向）へ拡がって、突起３ａに食い込む。また、突起３ａが図４に示すように４本以上の円柱から成る場合には、袋６と蓄熱体７とが突起３ａで囲まれていない横方向（突起３ａ同士の間の一面３ｂと金属基板４に対して平行な方向）へ拡がって、突起３ａに食い込む。このとき、袋６と蓄熱体７の横方向への過度な広がりが突起３ａによって抑制され、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって、袋６が金属基板４に確実に密着する。

そして、図２に示すように下側容器３の縁に上側容器２の縁を合わせて、接着剤または溶接等により連結して、容器２、３を組み立てる。その後、電子部品５が動作して発熱すると、該発熱が金属基板４と袋６とを介して蓄熱体７に伝わって、蓄熱体７が融解（固体から液体への相変化）して行く。この際、蓄熱体７が電子部品５からの発熱を吸熱して蓄熱するため、電子部品５が作動上限温度以上の高温になることが抑制される。

以上のようにすると、蓄熱体７を封入した袋６を、金属基板４と下側容器３の一面３ｂとで挟み込んで、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって、金属基板４に空気の入った隙間を少なくして密着させることができる。つまり、金属基板４と袋６とを介した電子部品５と蓄熱体７との密着度を高めることができる。このため、電子部品５が動作して発熱したときに、効率よく、電子部品５からの発熱を金属基板４と袋６とを介して蓄熱体７に逃がして、電子部品５が作動上限温度以上の高温になるのを抑制することが可能となる。

また、下側容器３の突起３ａを、図３に示したように２つの平行な壁から構成することで、袋６と蓄熱体７とが、金属基板４で袋６を一面３ｂに押しつけたときに突起３ａの壁面に対して垂直な方向へ拡がったり、電子機器１が揺れたときや傾いたとき等に突起３ａの壁面に対して垂直な方向へずれたりするのを、該突起３ａにより確実に防止することができる。なお、金属基板４と下側容器３の一面３ｂとで袋６および蓄熱体７を所定の圧力で挟み込むだけでも、袋６および蓄熱体７の金属基板４および一面３ｂと平行な横方向への位置ずれをある程度防止することができる。また、図３に示したように突起３ａの両端の側面を曲面状にすることで、袋６が該突起３ａの両端に接触して破損するのを防止することができる。また、突起３ａを、図４に示したように４本以上の円柱から構成することで、袋６と蓄熱体７とが、金属基板４で袋６を一面３ｂに押しつけたときに突起３ａの側面に対して垂直な方向へ拡がったり、電子機器１が揺れたときや傾いたとき等に突起３ａの側面に対して垂直な方向へずれたりするのを、該突起３ａにより確実に防止することができる。また、図４に示したように突起３ａの側面を曲面状にすることで、袋６が該突起３ａの側面に接触して破損するのを防止することができる。このため、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって、袋６を金属基板４に確実かつ安定に密着させ続けることが可能となる。

また、袋６が伸縮性を有しているので、蓄熱体７の固体と液体の相変化により体積が変化しても、該変化に追従して袋６が伸縮して、袋６の破裂、袋６内からの蓄熱体７の逸出、および袋６内での気泡の発生を防止することができる。このため、安定して効率よく、電子部品５からの発熱を蓄熱体７に逃がして、電子部品５が作動上限温度以上の高温になるのを抑制し続けることが可能となる。

さらに、容器２、３が熱伝導性と熱放散性とを有しているので、電子部品５からの発熱を蓄熱体７で蓄熱した後、容器２、３から外部へ放散して、蓄熱体７が全て融解するのを防止することができる。このため、蓄熱体７および電子部品５が高温になるのを抑制し続けることが可能となる。

図５および図６は、本発明の他の実施形態に係る電子機器１の縦断面図である。図５中および図６中では、便宜上、図１〜図４と同一部分および対応する部分には同一符号を付している。図５の電子機器１では、下側容器３の内側の一面３ｂの袋６の中央と接する箇所に、凸部３ｃが設けられている。また、図６の電子機器１では、金属基板４の電子部品５と反対側の袋６の中央と接する箇所に、凸部４ｃが設けられている。これらの電子機器１の各部２、３、４、６を組み立てるには、凸部３ｃ、４ｃが袋６に食い込むように、一面３ｂに袋６を載せて、突起３ａの上面に金属基板４を載せる。そして、前述したように金属基板４で袋６を一面３ｂと突起３ａの側面に押しつけつつ、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって、袋６を金属基板４に密着させて、突起３ａと金属基板４とをねじ８で固定し、容器２、３を連結して組み立てる。

上記のようにすると、金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａにわたって金属基板４に密着させた袋６と蓄熱体７とが、一面３ｂおよび金属基板４と平行な横方向へ位置ずれするのを、凸部３ｃ、４ｃにより確実に防止して、金属基板４と袋６との密着状態を安定に維持することが可能となる。また、袋６内に蓄熱体７を充填するときに、袋６内に空気が混入したり、袋６内で蓄熱体７が固体と液体の相変化を繰り返したときに、蓄熱体７中に含まれる空気が表出したりして、袋６内に気泡が発生してしまうことがある。然るに、図６に示したように袋６より上方に配置される金属基板４の袋６の中央と接する箇所に凸部４ｃを設けることで、袋６内に気泡９が発生していても、凸部４ｃで袋６の中央を下方にへこませて、袋６内の気泡９を金属基板４の電子部品５の搭載領域４ａより外側の領域に追いやることができる。このため、金属基板４と蓄熱体７との間で空気の隙間が一層少なくなり、効率よく、電子部品５からの発熱を蓄熱体７に逃がして、電子部品５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、下側容器３を袋６と金属基板４を支える台として兼用した例を挙げたが、本発明はこれのみに限るものではなく、これ以外に、例えば袋６と金属基板４を支える台を、容器３と別体で設けるようにしてもよい。この場合、台を熱伝導性と熱放散性を有する金属材料等で形成するのが好ましい。

また、図４に示した実施形態では、円柱状の４本の突起３ａで袋６を囲んで、金属基板４を支えた例を挙げたが、本発明はこれのみに限るものではなく、これ以外に、例えば断面が楕円形や長円形や半円形等の柱状の２本以上の突起で袋６を囲んで、金属基板４を支えるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る電子機器の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の縦断面図である。

符号の説明

１ 電子機器
３ 下側容器（台）
３ａ 突起
３ｂ 一面
３ｃ 凸部
４ 金属基板
４ａ 金属基板の電子部品を搭載した領域
４ｃ 凸部
５ 電子部品
６ 袋
７ 蓄熱体

Claims (5)

1. 電子部品を搭載した金属基板と、
   蓄熱体を封入した伸縮性を有する袋と、
   前記袋を載せる一面および該一面から突出して該一面と対向するように前記金属基板を支える突起を有する台と、を備えた電子機器の製造方法であって、
   前記台の前記一面に前記袋を載せ、前記突起に前記金属基板を載せて、金属基板で袋を前記一面に押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定することを特徴とする電子機器の製造方法。
2. 請求項１に記載の電子機器の製造方法において、
   前記突起を、前記金属基板の電子部品を搭載した領域より外側の領域を支える２つの平行な壁から構成し、
   前記袋を前記突起間に挿入し、前記金属基板を突起に載せて、金属基板で袋を前記台の前記一面と突起の側面とに押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定することを特徴とする電子機器の製造方法。
3. 請求項１に記載の電子機器の製造方法において、
   前記突起を、前記金属基板の電子部品を搭載した領域より外側の領域を支える、側面が曲面状に形成された４本以上の柱から構成し、
   前記袋を前記突起間に挿入し、前記金属基板を突起に載せて、金属基板で袋を前記台の前記一面と突起の側面とに押しつけつつ、金属基板の電子部品を搭載した領域にわたって、袋を金属基板に密着させて、突起と金属基板を固定することを特徴とする電子機器の製造方法。
4. 請求項１に記載の電子機器の製造方法において、
   前記台の前記一面または前記金属基板の前記袋と接する箇所に凸部を設け、
   前記凸部が前記袋に食い込むように、前記台の前記一面に袋を載せ、前記突起に前記金属基板を載せることを特徴とする電子機器の製造方法。
5. 電子部品を搭載した金属基板と、
   蓄熱体を封入した伸縮性を有する袋と、
   前記袋を載せる前記一面および該一面から突出して該一面と対向するように前記金属基板を支える複数の突起を有する台と、を備え、
   前記金属基板は、電子部品を搭載した領域より外側の領域を前記台の前記突起に支えられて固定され、
   前記袋は、前記突起間に挿入されて、前記金属基板により前記台の前記一面と前記突起の側面とに押しつけられつつ、金属基板の前記電子部品を搭載した領域にわたって金属基板と密着させられていることを特徴とする電子機器。
   

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