JP4863811B2 - 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。封入金属は融解された後または粉末状態で、中空容器の側部の中央に設けられた充填口から中空容器内へ充填される。封入金属の上面（液面）は、充填口より高い位置にある。封入金属の充填後、充填口は封止される。封入金属は溶融によって体積膨張する場合があるため、中空容器の容量よりやや少なめに充填されて真空封止されるのが望ましいとされている。

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。なお、基板の空洞部内への蓄熱材の封入方法については言及されていない。

また、下記の特許文献３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、筐体の天井部の内側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。なお、筐体内への固体冷却剤の封入方法については言及されていない。

さらに、下記の特許文献４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。

特開２００４−１５２９０５号公報 特許第２７９８６５６号公報 実開平２−１５７８６号公報 特開２００２−３０５２７１号公報

上述したように従来は、金属やパラフィン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。また、特許文献１〜３のように蓄熱体を容器内に収納する場合には、蓄熱体を融解させてから、容器に設けられた充填口から容器内へ充填していた。この充填の際に、容器内に入っていた空気が蓄熱体と完全に置換されずに容器内に残ってしまい、該残った空気が容器内の上方にたまって隙間が形成されることがある。特に、特許文献１に開示されているように容器の側部の中央に充填口を設けると、融解させた蓄熱体を側方から充填口を通して容器内へ充填して、容器内を蓄熱体だけで満たすことは難しく、容器内の充填口以上の領域に、空気が残って、隙間が形成され易くなり、電子部品が高温になるのを抑制するのに必要な量の蓄熱体が容器内に入り難くなる。

上記のように容器内の上方に隙間が形成された場合に、特許文献２、３に開示されているように容器の上面に電子部品が取り付けられると、電子部品が動作して発熱したときに、該熱の伝達経路が、電子部品、容器の天井部、隙間内の空気、蓄熱体、容器の側部および底部といった順番になる。このように電子部品からの発熱が蓄熱体へと伝達される経路中に空気が介在すると、空気の熱伝導率は低いため、効率よく、該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。

一方、特許文献１に開示されているように真空チャンバ内で粉末状態の蓄熱体を容器の充填口から容器内へ充填して充填口を封止すると、容器内に空気が入らなくなるが、容器や蓄熱体等を真空チャンバ内に入れて、該チャンバ内を真空状態にするのに、手間と時間がかかる。また、特許文献１〜３に開示されているように容器内を蓄熱体で満たすと、蓄熱体が融解して体積膨張したときに、容器が破裂するおそれがある。

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、電子機器の製造過程でかかる手間と時間を軽減しつつ、確実に安定して効率よく、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、蓄熱体を収納した熱伝導性を有する容器とを備えた電子機器において、容器内に融解後の蓄熱体を所定量収納した状態での、蓄熱体の上面より高い容器の位置に、容器内へ蓄熱体を注入する注入口と、容器内の空気の排出口となる通気孔とが設けられ、蓄熱体の上面より低い容器の表面の位置に、電子部品が取り付けられている。

このようにすると、電子部品が高温になるのを抑制するのに必要な所定量の蓄熱体を、確実に容器内に注入口から注入して収納することができる。また、電子部品が動作して発熱したときに、該熱の伝達経路が、電子部品、容器の電子部品を取り付けた部分、蓄熱体、容器の電子部品を取り付けていない部分といった順番になるので、電子部品からの発熱が蓄熱体へと伝達される経路中に、空気が介在するのを確実に防止することができる。また、電子部品を蓄熱体の上面より低い容器の側部表面の位置や底部表面に取り付けることができるので、電子部品の取り付け位置の自由度を高くすることが可能となる。また、容器内を蓄熱体だけで満たさず、容器内に融解後の蓄熱体を所定量収納した状態で、容器内の上方に形成される隙間に空気が入っていても、電子部品からの発熱が蓄熱体へと伝達されるのに支障を来さないので、電子機器の製造過程で容器内に蓄熱体を注入する作業を、真空中で行う必要がなく、通常の大気中で容易に行うことができる。さらに、容器内の上方の隙間に敢えて空気を入れることで、蓄熱体が融解して体積膨張したときに、容器内の内圧が空気によって緩和されるので、容器が破裂するのを確実に防止することができる。よって、電子機器の製造過程でかかる手間と時間を軽減しつつ、確実に安定して効率よく、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することが可能となる。

さらに、蓄熱体を注入口から容器内に注入するときに、容器内に入っていた空気が通気孔から排出されて、蓄熱体とスムーズに置換されるので、蓄熱体を容器内に注入し易くすることができる。また、注入口の径を容器内に蓄熱体を注入可能な程度に小さくして、容器に注入口を設け易くすることができる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、注入口の径は、通気孔の径より大きくなっている。

このようにすると、蓄熱体を注入口から容器内へよりスムーズに注入し易くすることができる。また、通気孔の径を容器内から空気を排出可能な程度に小さくして、容器に通気孔を設け易くすることができる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、容器は、直方体形（立方体形も含む）に形成され、容器の矩形の天井部の一方の角部に、注入口が設けられ、天井部の他方の角部に、通気孔が設けられている。

このようにすると、注入口から注入した蓄熱体を、容器内の隅々までスムーズ行き渡らせることができる。

また、本発明の一実施形態では、上記電子機器において、容器に注入口および通気孔を塞ぐように、気体を通して液体を通さないフィルタが取り付けられている。

このようにすると、電子機器が揺れたり傾いたりする等しても、容器内の蓄熱体が注入口および通気孔から漏出するのを確実に防止することができる。また、蓄熱体が固体と液体の相変化を繰り返しても、空気がフィルタを通って容器内に出入りするので、容器内の内圧を常に許容圧力より低く抑えて、容器が損傷するのを確実に防止することができる。

本発明によれば、電子機器の製造過程でかかる手間と時間を軽減しつつ、確実に安定して効率よく、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。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が高い金属材料で形成されている。容器２の外形および内部空間は、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が容器２内の容量より少なくて、電子部品４が高温になるのを抑制するのに必要な所定量収納されている。このため、容器２内の蓄熱体３の上方には、隙間５が形成されている。また、蓄熱体３の側面と下面は、容器２の内面に隙間無く接している。隙間５には、空気が入れられている。蓄熱体３の上面３ａより高い位置にある容器２の天井部２ａには、容器２内へ蓄熱体３を注入するための注入口２ｄと、容器２内の空気の排出口となる通気孔２ｆとが形成されている。注入口２ｄの径は、通気孔２ｆの径より大きくなっている。容器２内からの蓄熱体３の漏出を防止するため、注入口２ｄは栓６で塞がれる。また、通気孔２ｆは栓７で塞がれる。蓄熱体３の上面３ａより低い容器２の表面の位置には、電子部品４が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隙間無く取り付けられている。図１では、容器２の左側部２ｂの表面における蓄熱体３の上面３ａより低い位置と、底部２ｃの表面とに、電子部品４がそれぞれ取り付けられている例を示しているが、容器２の他の側部の表面における蓄熱体３の上面３ａより低い位置に電子部品４が取り付けられていてもよい（後述する他の実施形態でも同様）。容器２内の蓄熱体３の上面３ａの位置は、外観からは分からないが、容器２の外形寸法、内形寸法、および容量（容積）と、蓄熱体３の注入量（上記所定量の体積）とに基づいて演算することにより検出される。

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、注入口２ｄから容器２内へ所定量注入する。このとき、容器２内に入っていた一部の空気が、所定量の蓄熱体３と置換されて、通気孔２ｆから容器２外へ排出され、残りの空気が容器２内に留まる。そして、容器２内で蓄熱体３が自重により下方へ移動し、空気が上方に移動して、容器２内の上方に空気の入った隙間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、蓄熱体３の側面と下面が容器２の内面に隙間無く密着する。次に、注入口２ｄを塞ぐように容器２に栓６を取り付け、通気孔２ｆを塞ぐように容器２に栓７を取り付ける。そして、蓄熱体３の上面３ａより低い容器２の表面の位置に、電子部品４を隙間無く取り付ける。

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、注入口２ｄから容器２内へ所定量注入する。このとき、容器２内に入っていた一部の空気が、所定量の蓄熱体３と置換されて、通気孔２ｆから容器２外へ排出され、残りの空気が容器２内に留まる。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し、空気が上方に移動して、容器２内の上方に空気の入った隙間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、注入口２ｄを栓６で塞ぎ、通気孔２ｆを栓７で塞ぎ、蓄熱体３の上面３ａより低い容器２の表面の位置に電子部品４を隙間無く取り付ける。

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の容器２に取り付けられている面全体から、容器２を介して蓄熱体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を取り付けいない部分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。

上述したようすると、容器２内に融解後の蓄熱体３を所定量収納した状態での、蓄熱体３の上面３ａより高い容器２の位置に注入口２ｄを設けているので、電子部品４が高温になるのを抑制するのに必要な所定量の蓄熱体３を、確実に容器２内に注入口２ｄから注入して収納することができる。特に、容器２の天井部２ａに注入口２ｄを設けることで、電子部品４が高温になるのを抑制するのに必要な所定量以上の蓄熱体３を、容器２内に注入口２ｄより確実かつ容易に注入して収納することができ、蓄熱体３による電子部品４の高温抑制効果をより高めることが可能となる。

また、容器２内に融解後の蓄熱体３を所定量収納した状態での、蓄熱体３の上面３ａより低い容器２の表面の位置に電子部品４を取り付けているので、電子部品４が動作して発熱したときに、該熱の伝達経路が、電子部品４、容器２の電子部品４を取り付けた部分、蓄熱体３、容器２の電子部品４を取り付けていない部分といった順番になり、電子部品４からの発熱が蓄熱体３へと伝達される経路中に、空気が介在するのを確実に防止することができる。また、電子部品４を蓄熱体３の上面３ａより低い容器２の各側部の表面の位置や底部２ｃの表面に取り付けることができるので、電子部品４の取り付け位置の自由度を高くすることが可能となる。

また、容器２内を蓄熱体３だけで満たさず、容器２内の上方に形成される隙間５に空気が入っていても、電子部品４からの発熱が蓄熱体３へと伝達されるのに支障を来さないので、電子機器１の製造過程で容器２内に蓄熱体を注入する作業を、真空中で行う必要がなく、通常の大気中で容易に行うことができる。さらに、容器２内の上方の隙間５に敢えて空気を入れることで、注入口２ｄおよび通気孔２ｆを栓６、７で塞いで、容器２内を封止しても、蓄熱体３が融解して体積膨張したときに、容器２内の内圧が空気によって緩和され、容器２が破裂するのを確実に防止することができる。また、蓄熱体３が融解して膨張したときに、注入口２ｄおよび通気孔２ｆからあふれ出さないように、容器２の大きさを決定することが好ましい。即ち、蓄熱体３が融解したときに、その上面３ａが注入口２ｄおよび通気孔２ｆに接しないように、容器２を大きく形成するのが好ましい。

よって、電子機器１の製造過程でかかる手間と時間を軽減しつつ、確実に安定して効率よく、電子部品４からの発熱を蓄熱体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。

図１の実施形態では、注入口２ｄと通気孔２ｆとを、天井部２ａの中央に離間させて設けた例を挙げたが、注入口２ｄと通気孔２ｆとを、図２に示す実施形態のように天井部２ａの内側面２ｇに接する位置に離間させて設けたり、図３に示す実施形態のように上方から見て矩形の天井部２ａの対角線上に並ばない角部の内側面２ｇに接する位置にそれぞれ設けたり、図４に示す実施形態のように天井部２ａの対角線上に並ぶ角部の内側面２ｇに接する位置にそれぞれ設けたりしてもよい。図３および図４は、電子機器１の平面図である。また、注入口２ｄと通気孔２ｆの少なくとも一方を、蓄熱体３の上面３ａより高い容器２の側部に設けたりしてもよい。

上記のように、容器２内に融解後の蓄熱体３を所定量収納した状態での、蓄熱体３の上面３ａより高い容器２の位置に、注入口２ｄと通気孔２ｆとを設けることで、蓄熱体３を注入口２ｄから容器２内に注入するときに、容器２内に入っていた空気が通気孔２ｆから排出されて、蓄熱体３とスムーズに置換されるので、蓄熱体３を容器２内に注入し易くすることができる。また、注入口２ｄの径を容器２内に蓄熱体３を注入可能な程度に小さくして、容器２に注入口２ｄを設け易くすることができる。

また、注入口２ｄの径を通気孔２ｆの径より大きくすることで、蓄熱体３を注入口２ｄから容器２内へよりスムーズに注入し易くすることができる。また、通気孔２ｆの径を容器２内から空気を排出可能な程度に小さくして、容器２に通気孔２ｆを設け易くすることができる。

さらに、容器２の矩形の天井部２ａの異なる角部に、注入口２ｄと通気孔２ｆとをそれぞれ設けることで、注入口２ｄから注入した蓄熱体３を、容器２内の隅々までスムーズに行き渡らせることができる。

以上の実施形態では、容器２内への蓄熱体３の注入後に、注入口２ｄおよび通気孔２ｆを栓６、７で塞いだ例を挙げたが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、例えば図５に示す実施形態のように、気体を通して液体を通さないフィルタ８で注入口２ｄを塞ぎ、気体を通して液体を通さないフィルタ９で通気孔２ｆを塞いでもよい。フィルタ８、９は、注入口２ｄおよび通気孔２ｆを塞ぐように容器２の表面に取り付けられている。フィルタ８、９の具体例として、燒結金属フィルターを使用することができる。燒結金属フィルターにおいて、フッ素樹脂の被膜が金属粉の周囲を全断面にわたって覆っている。この被膜はフィルターの空気孔の大きさに与える影響が少ないため、濾過性能をほとんど低下させない。また、表面張力の差により、ほとんどの液体をはじくことができる。このようにすると、電子機器１が揺れたり傾いたりする等しても、容器２内の蓄熱体３が注入口２ｄや通気孔２ｆから漏出するのを、フィルタ８、９により確実に防止することができる。また、蓄熱体３が固体と液体の相変化を繰り返しても、空気がフィルタ８、９を通って容器２内に出入りするので、容器２内の内圧を常に許容圧力より低く抑えて、容器２が損傷するのを確実に防止することができる。

また、以上の実施形態では、容器２を立方体に近い直方体形に形成した例を挙げたが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、容器２を薄型の直方体形に形成してもよい。また、容器２の天井部２ａに設けた注入口２ｄから容器２内に、電子部品４が高温になるのを抑制するのに必要な所定量以上の蓄熱体３を注入して、容器２内のほとんどを蓄熱体３で満たすようにしてもよい。この場合、注入口２ｄをフィルタ８で塞ぐことで、容器２内の蓄熱体３の注入口２ｄからの漏出と、蓄熱体３の体積膨張による容器２の損傷とを確実に防止することができる。また、天井部２ａの注入口２ｄから容器２内に、電子部品４が高温になるのを抑制するのに必要な所定量の蓄熱体３を確実に注入することができるので、容器２の容積と形状を、上記所定量の蓄熱体３を収納可能な程度の大きさにすることにより、容器２を小型化し、コストを削減することができる。

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に注入口２ｄや通気孔２ｆを１つだけ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く、容器に注入口や通気孔を複数設け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断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の断面図である。

１ 電子機器
２ 容器
２ａ 天井部
２ｂ 側部
２ｃ 底部
２ｄ 注入口
２ｆ 通気孔
３ 蓄熱体
４ 電子部品
８、９ フィルタ

Claims (4)

1. 電子部品と、蓄熱体と、蓄熱体を収納した熱伝導性を有する容器とを備えた電子機器において、
   前記容器内に融解後の蓄熱体を所定量収納した状態での、前記蓄熱体の上面より高い前記容器の位置に、前記容器内へ蓄熱体を注入する注入口と、前記容器内の空気の排出口となる通気孔とが設けられ、前記蓄熱体の上面より低い前記容器の表面の位置に、電子部品が取り付けられていることを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記注入口の径は、前記通気孔の径より大きくなっていることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記容器は、直方体形に形成され、
   前記容器の矩形の天井部の一方の角部に、前記注入口が設けられ、前記天井部の他方の角部に、前記通気孔が設けられていることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記容器に前記注入口および前記通気孔を塞ぐように、気体を通して液体を通さないフィルタが取り付けられていることを特徴とする電子機器。

Images