JP4822855B2 - 電子装置の放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＨＳ基地局、携帯電話基地局、ＣＡＴＶ分配器等の基板から筐体へ熱伝導媒体を用いて放熱をする電子装置に好適な放熱構造に関する。

従来の熱伝導シートを用いた放熱方法としては、特開２００４−２５９９７７号公報（特許文献１）や特開平１０−３０８４８４号公報（特許文献２）のように、部品と筐体の間に熱伝導シートを挟み、部品に直接熱伝導シートを接触させて放熱する方法がある。筐体と基板の間に熱伝導シートを挟み込む方法では、熱伝導シートが圧縮されることによって基板にストレスがかかり、基板のそりが生じ易い。基板のそりが発生しないようにするためには、熱伝導シートを小さいサイズで使用するか、大きい熱伝導シートを用いる場合には、熱伝導シートを介して基板を筐体に固定するためのねじを多数設ける必要があった。

特開２００４−２５９９７７号公報 特開平１０−３０８４８４号公報

発熱量の大きなＬＳＩ等は、放熱フィンを用いて冷却することができる。しかしチップ部品のように、微小で高さ、大きさの違う電子部品を多数、広範囲に基板に実装する場合には、放熱フィンなどを用いることができない。実装密度が高まることにより、小発熱量チップ部品の単位面積あたりの熱総和は大きくなる。高発熱部品の周囲では、チップ部品の熱をスムーズに外部へ放熱することが重要である。放熱効率を上げるには基板と熱伝導シートと筐体の接触面積が大きく、熱伝導シートの厚みが薄い必要がある。

特許文献１のように部品から直接筐体へ放熱する構造では、基板の内壁を電子部品の高さに合わせて凹凸を設ける必要がある。部品の高さや部品の実装位置が変更になった場合には、筐体も電子部品の実装位置に合わせて再設計する必要があり、設計変更の制約、設計工数の増大につながるおそれがあった。また図７に示す特許文献２の放熱構造のように電子部品と筐体の間に熱伝導シートを挟み込むと、熱伝導シートから電子部品や部品の端子、はんだにストレスが加わることになり、電子装置の品質を維持することができないおそれがあった。

本発明は、電子部品で発生する熱を、筐体を介して放熱する電子装置の放熱構造において、内壁面に複数のボスが設けられた筐体と、筐体に対面する第１面と筐体に対面しない第２面とに電子部品が搭載されるための基板と、基板の第１面と筐体との間に挟み込まれる熱伝導シートとを有し、前記ボスが前記熱伝導シートの前記内壁面側の面に当接して前記熱伝導シートの前記内壁面側の面と前記内壁面との間に空間を形成し、ボスを介する筐体と第１面とによって熱伝導シートを圧縮するように構成され、熱伝導シートは第１面の電子部品が搭載される位置を除いて基板に接触する電子装置の放熱構造を特徴とする。
［発明の効果］

本発明によれば、熱伝導シートを基板と筐体の間に挟み込み、圧縮固定することにより熱伝導シートからの反力を低減でき、基板の強度を上げることなく、基板のそりを防ぐことができる。このため基板上に実装している電子部品はんだ部へのストレスを防ぐことが可能となり、電子装置の品質を向上することができる。また、広範囲な熱伝導シートを使用することができるため、熱伝導面積が広がり、放熱効率をあげることができる。また、ねじの固定箇所を減らすことが可能となり、軽量化が実現でき、電子部品の実装領域を多く得ることが可能となり、部品実装の高密度化、装置の小型化ができる。また、電子部品の高さ、実装位置に影響を受けずに、柔軟な筐体設計を行うことが容易となる。

以下、本発明の基本構成について説明する。図１は、実施例の放熱構造の断面図である。放熱構造は、電子部品１ａ〜１ｉを実装する基板２ａ，２ｂからの熱を筐体４へ伝える熱伝導シート３ａ，３ｂ、外部へ放熱する筐体４で構成されている。以下、いずれかの部品を指すときには、ａ，ｂ等の添記号を省略する。

筐体４には基板２を固定するための支柱５が設けてあり、支柱５に基板２がねじ６で固定されている。熱伝導シート３は、アルミナを混入させたシリコンゴムなどが使用される。筐体４の内面には熱伝導シート３の熱伝達を行うための複数のボス７が設けてある。ボス７は、筐体４と一体に成形された円柱状の突起物である。筐体４の外面は筐体へ伝わった熱を外部へ放熱する。

以下、図１に示す放熱構造の組み立て方について説明する。筐体４のボス７に熱伝導シート３を載せる。基板２の実装は、基板の電子部品を搭載しない面が筐体４側対面に向くようにし、熱伝導シート３の上に基板２を載せ、支柱５を介してねじ６により固定する。ねじ６の締め付けにより基板２が熱伝導シート３を圧縮する。熱伝導シート３は、ボス７に食い込んだ状態で圧縮される。このとき基板２が基板自身の剛性により、そりが生じない力で熱伝導シート３を圧縮する必要がある。熱伝導シート３を圧縮する力は、圧縮する量と熱伝導シート３の素材、柔軟性、熱伝導シートの面積による。面でシートを圧縮するには大きな力が必要であり、圧縮力を大きくするためには、基板２を補強しなければならない。

圧縮された熱伝導シート３の基板面側は、基板に押されているため、圧縮された体積がボス７とボス７の間の空間に移動する。ボス７とボス７との空間への変形・流動のし易さは、熱伝導シート３の柔軟性とボス７の形状、ボス間寸法による。

図２は、ねじ止めする前の熱伝導シート３、支柱５およびボス７の寸法を示す。熱伝導シート３の厚みａとボス７の高さｃと支柱５の高さｂの寸法関係は、
ａ≧（ｂ−ｃ）
となる。ｆは熱伝導シート３が圧縮されるサイズを示す。熱伝導シート３は、基板２をねじ固定することによりｆだけ圧縮される。

図３は、筐体内側に設けたボスの配置を示す上面図である。７ａ〜７ｅは、各ボス７が占有する平面領域を示す。４つのボス７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの各中心を結ぶ正方形領域は、ボスの配置パターンにおいて単位となる領域を形成する。ボス径ｄとボス間寸法ｅの関係は、
ｅ＞ｄ
である必要があり、ボス７ｄとボス７ｅがつながらないように、ボスが占有しない領域を確保する。ボス配置上の単位領域において、ボスが占有する面積Ｓ１とボスが占有しない領域の面積Ｓ２の比率は３：７〜７：３の範囲がよい。

各ボス７により圧縮された熱伝導シート３は均一に周囲へ変形・流動する。ボス７を千鳥状に配置することにより圧縮している力を平均化することができる。最適なボス間距離を確保することにより、熱伝達面積を確保しつつ、基板のそりを防止することができる。

電子部品から発生した熱は、基板を通し、基板全体に拡散される。基板上の電子部品が搭載されない部分を使用し、大きい面積で熱伝導シートと接触することにより、筐体へ熱を伝える効率を上げることができる。しかし、基板と熱伝導シートを接触させる基板面は電子部品を搭載しない領域となるため、主として基板の片面を用いる実装となる。基板の筐体側実装面に電子部品の実装が必要な場合は、電子部品が筐体に接触しないように、図１の電子部品１ｉに高さ制限を設け、その箇所のみ熱伝導シートを貼り付けないことにより、筐体設計に影響することなく対応することができる。

図４、図５にボスの断面形状例を示す。図４は、ボス７ｇの基板方向の平面形状が円柱状となっている例である。図５は、ボス７ｆが半球状となっている例である。ボス７ｇのように形状が円柱状のものは、円柱先端に平面領域があるため、矢印に示すように基板への反力が大きくなる。ボス７ｆのように少なくともその先端形状を半球状にすることにより、熱伝導シート３を圧縮する力が矢印の方向に分散し、ボスとボスの空間への変形・流動をスムーズにする。また熱伝導面積をより多くすることにより放熱効率をあげることができる。

図６に示すように、基板と筐体の間に熱伝導シートを挟み込み、熱を基板と熱伝導シートを介して筐体に熱伝導する方法をとるとすれば、熱伝導シートの熱抵抗を小さくするために、基板と筐体によって熱伝導シートを圧縮する必要がある。しかし、基板と筐体の接触面積を大きくとるこの実装方法は、基板と筐体の間に熱伝導シートを挟み、圧縮することにより、基板が熱伝導シートを圧縮した反力として、矢印の方向に力が働き、そり１０が発生する。基板にそり１０が発生すると、電子部品の半田はがれなどにより、品質を維持することができないおそれがある。この問題を解決する従来技術では、熱伝導シートの面積を小さくする必要がある。また、熱伝導シートの面積を大きくした場合には、ねじ固定の箇所を多くする必要があり、基板への電子部品実装領域が小さくなり、小型、高密度実装への障害となるおそれがあった。

本発明は、図１に示すように、基板２上に比較的小さい電子部品１が多く搭載される場合に適している。しかしこのような場合に限られるものではない。

また本発明によれば、電子部品が搭載されない基板面領域が熱伝導シートの圧縮に利用されるため、電子部品の基板上の配置が変更になっても筐体の設計変更をする必要がなく、筐体設計への制限がなくなるという効果もある。

実施例の放熱構造の断面図である。 ボスと支柱の寸法を示す図である。 ボスの配置を示す上面図である。 ボスの形状を円柱状に形成する例を示す図である。 ボスの先端形状を半球状に形成する例を示す図である。 他の放熱構造の例を示す断面図である。 従来の放熱構造を示す断面図である。

符号の説明

１：電子部品、２：基板、３：熱伝導シート、４：筐体、５：支柱、６：ねじ、７：ボス。

Claims (9)

1. 電子部品で発生する熱を、筐体を介して放熱する電子装置の放熱構造において、内壁面に複数のボスが設けられた筐体と、前記筐体に対面する第１面と前記筐体に対面しない第２面とに電子部品が搭載されるための基板と、前記基板の前記第１面と前記筐体との間に挟み込まれる熱伝導シートとを有し、前記ボスが前記熱伝導シートの前記内壁面側の面に当接して前記熱伝導シートの前記内壁面側の面と前記内壁面との間に空間を形成し、前記ボスを介する前記筐体と前記第１面とによって前記熱伝導シートを圧縮するように構成され、前記熱伝導シートは前記第１面の前記電子部品が搭載される位置を除いて前記基板に接触することを特徴とする電子装置の放熱構造。
2. 前記ボスの先端形状が半球状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の電子装置の放熱構造。
3. 前記ボスの形状が円柱状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の電子装置の放熱構造。
4. 前記第１面に搭載される前記電子部品の高さは、前記電子部品が前記筐体に接触しない高さであることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
5. 前記筐体は前記内壁面に前記基板を固定するための支柱をさらに有し、前記第１面に搭載される前記電子部品の高さは前記支柱より低いことを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
6. 電子部品で発生する熱を、筐体を介して放熱する電子装置において、内壁面に複数のボスが設けられた筐体と、前記筐体に対面する第１面と前記筐体に対面しない第２面とに電子部品が搭載されるための基板と、前記基板の前記第１面と前記筐体との間に挟み込まれ、前記ボスを介する前記筐体と前記第１面とによって圧縮される熱伝導シートとを有し、前記ボスが前記熱伝導シートの前記内壁面側の面に当接して前記熱伝導シートの前記内壁面側の面と前記内壁面との間に空間を形成し、前記熱伝導シートは前記第１面の前記電子部品が搭載される位置を除いて前記基板に接触することを特徴とする電子装置。
7. 前記ボスの先端形状が半球状に形成されたものであることを特徴とする請求項４記載の電子装置。
8. 前記第１面に搭載される前記電子部品の高さは、前記電子部品が前記筐体に接触しない高さであることを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
9. 前記筐体は前記内壁面に前記基板を固定するための支柱をさらに有し、前記第１面に搭載される前記電子部品の高さは前記支柱より低いことを特徴とする請求項６に記載の電子装置。

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