JP5259339B2

JP5259339B2 - 電子回路基板の収容装置

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Publication number: JP5259339B2
Application number: JP2008276080A
Authority: JP
Inventors: 浩大森
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP2010103446A

Description

この発明は電子回路基板の収容装置に関し、より具体的には電子部品が実装される電子回路基板と、電子回路基板が収容されるケースとを備える電子回路基板の収容装置に関する。

従来より、電子部品が実装される電子回路基板と、電子回路基板が収容されるケースとを備える電子回路基板の収容装置において、電子部品から発せられる熱をケースなどに伝達させて放熱性を向上させるようにした技術は種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の技術にあっては、基板とケースをネジを用いて締結固定することで密着させると共に、電子部品をネジの近傍に配置し、電子部品の熱を基板などを介してケース（ヒートシンク）に伝達させるように構成される。
特開平６−７７８７９号公報（段落００２２、図１，２など）

しかしながら、特許文献１記載の技術の如く、基板をネジを用いてケースに固定するように構成すると、ネジの締め付けトルクによって基板や電子部品などに応力が生じ、例えば基板と電子部品との半田付け部分にクラックが発生するなどのおそれがあった。また、前記した基板固定用のネジは一般的に、振動特性などを考慮して基板の端部に位置させられるため、電子部品も基板の端部付近に配置されることとなり、結果として基板における電子部品の配置（レイアウト）が制限されるという不都合もあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、電子回路基板や電子部品に作用する応力、レイアウトの制限などを生じさせることなく、放熱性を向上させるようにした電子回路基板の収容装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、電子部品が実装される電子回路基板と、前記電子回路基板が収容されるケースとを備える電子回路基板の収容装置において、前記ケースに突設される突起部と、前記電子回路基板において前記電子部品の付近に穿設される前記突起部の挿通孔と、前記突起部と前記挿通孔との間に形成される間隙に充填される熱伝導材とを備え、前記突起部は、前記ケースの底面から連続して形成される本体部と、前記本体部から連続して形成される圧入保持部と、前記圧入保持部から連続して形成されるテーパ形状の先端部とを備えるプレスフィットピンからなり、前記圧入保持部の中央部に開口部が形成されると共に、前記圧入保持部の側面に前記開口部に前記熱伝導材を注入するための注入孔が穿設されるように構成した。

請求項２に係る電子回路基板の収容装置にあっては、前記電子回路基板に形成される前記電子部品の本体部の載置用パッドと、前記挿通孔に形成されるスルーホールと、前記載置用パッドと前記スルーホールとを接続する導体パターンとを備えるように構成した。

請求項１に係る電子回路基板の収容装置にあっては、ケースに突設される突起部と、電子回路基板において電子部品の付近に穿設される突起部の挿通孔と、突起部と挿通孔との間に形成される間隙に充填される熱伝導材とを備えるように構成したので、電子部品から発せられる熱を電子回路基板、挿通孔、熱伝導材および突起部を介してケースに伝達させることができ、よって電子回路基板や電子部品に作用する応力、レイアウトの制限などを生じさせることなく、放熱性を向上させることができる。即ち、従来技術のように基板をケースにネジで固定して放熱性を向上させる構成ではないため、ネジの締め付けトルクによって基板や電子部品に応力が生じることはない。また、例えば電子部品のレイアウトを変更する場合であっても、突起部と挿通孔の位置を電子部品に応じて変更すれば足りるため、レイアウトの制限などを受けることなく、容易に対応することができる。さらに、ケースに突起部が突設される一方、その挿通孔が基板に穿設されるように構成したので、基板は挿通孔に突起部が挿通されることでケースに対して位置決めされる、即ち、突起部を基板のケースに対する位置決めとして機能させることも可能となる。

また、突起部がテーパ形状の先端部を備えるプレスフィットピンからなるように構成したので、突起部を挿通孔に容易に挿通させることができると共に、例えば基板の縁部をネジなどでケースに固定する場合において、プレスフィットピンを挿通孔に挿通させて基板をケースに仮固定（仮止め）した後、前記ネジによる固定を行うことも可能、即ち、プレスフィットピンを用いて基板を仮固定することで、基板のケースに対する位置ズレを防止しつつネジによる固定を行うことも可能となる。

また、圧入保持部の側面に開口部に熱伝導材を注入するための注入孔が穿設されるように構成したので、熱伝導材の開口部への注入（充填）を容易にすることができる。

請求項２に係る電子回路基板の収容装置にあっては、電子回路基板に形成される電子部品の本体部の載置用パッドと、挿通孔に形成されるスルーホールと、載置用パッドとスルーホールとを接続する導体パターンとを備えるように構成、即ち、電子部品と挿通孔とを熱伝導性に優れる載置用パッド、導体パターンおよびスルーホールを介して接続するように構成したので、上記した効果に加え、電子部品の熱を載置用パッド、導体パターンおよびスルーホールを介してケースの突起部に効率良く伝達でき、よって放熱性をより一層向上させることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る電子回路基板の収容装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る電子回路基板の収容装置を全体的に示す分解斜視図である。また、図２は図１に示す電子回路基板の収容装置を組み立ててカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

図１および図２において、符号１０は電子回路基板の収容装置を示す。収容装置１０は、電子部品１２が実装される電子回路基板（以下単に「基板」という）１４と、基板１４が収容されるケース１６と、ケース１６に取り付けられるカバー２０（図１にのみ示す）とを備える。

基板１４は、樹脂材などから製作された絶縁基板に、導電性の導体パターンがプリントされた、いわゆるプリント基板からなる。基板１４に実装される電子部品１２は、図示の如く、複数種（２種）の電子部品１２ａ，１２ｂから構成される。

電子部品１２ａは、具体的には動作時に発熱する表面実装型の電子部品（発熱部品。例えばパワートランジスタ）である。一方、電子部品１２ｂは、図示しない外部機器や外部回路などに機械的および電気的に接続自在なコネクタである。尚、基板１４には、電子部品１２ａ，１２ｂに加え、コンデンサなど他の電子部品も実装されるが、図示の簡略化のため省略する。

図３は図２に示す電子部品１２ａ付近を拡大して示す拡大平面図であり、図４は図３のIV−IV線断面図である。

図３，４などに示す如く、電子部品１２ａは、略四角錘台を呈する本体部１２ａ１と、それに接続される複数本（具体的には２本）のクランク形状のリード端子１２ａ２とを備える。基板１４において電子部品１２ａの付近（正確には、電子部品１２ａの本体部１２ａ１の紙面において左右の縁部から所定距離だけ離間した位置）には、ケース１６の放熱ピン２２（突起部。後述）が挿通される挿通孔２４が複数個（具体的には２個）穿設される。挿通孔２４には、熱伝導性を有する導体パターンによって被覆されてスルーホール２４ａが形成される。

挿通孔２４（スルーホール２４ａ）の孔径は放熱ピン２２の直径に比して大きくなるように構成される。これにより、図４に良く示す如く、放熱ピン２２が挿通孔２４に挿通されるとき、挿通孔２４と放熱ピン２２との間には間隙２６が形成される。尚、この間隙２６には熱伝導材３０が充填されるが、それについては後述する。

基板１４には、電子部品１２ａの本体部１２ａ１が載置される載置用パッド３２と、リード端子１２ａ２が接続される接続用パッド３４と、載置用パッド３２から引き出され、載置用パッド３２と前記したスルーホール２４ａとを接続する導体パターン３６が形成される。

載置用パッド３２は、図３などに示すように、平面視において略矩形状を呈すると共に、電子部品１２ａの本体部１２ａ１の平面視における外形よりも大きく形成される。接続用パッド３４は、平面視略矩形状とされ、基板１４上において載置用パッド３２から離間した位置に、リード端子１２ａ２の本数と同じ個数（２個）形成される。従って、電子部品１２ａは、本体部１２ａ１が載置用パッド３２に載置されると共に、リード端子１２ａ２が接続用パッド３４に接触させられた状態で図示しない無鉛クリーム半田をリフロー（溶解）させることで、基板１４に接続（実装）される。

導体パターン３６は、平面視において略矩形状を呈すると共に、複数個（２個）形成される。導体パターン３６の幅（載置用パッド３２からの引き出し方向（突出方向）と直交する方向の幅）は、載置用パッド３２の辺の長さよりも短く、かつスルーホール２４ａの外径よりも短くなるように構成される。

図１の説明に戻ると、基板１４の縁部および中央部の適宜位置には、基板１４をケース１６に取り付けるための取り付け孔４０が複数個（８個）穿設される。

ケース１６およびカバー２０は、熱伝導性を有する金属材、例えば亜鉛、アルミニウム、銅、鉄などの金属材のプレス加工や切削加工、もしくはダイカスティングによって形成される。ケース１６は略直方体を呈し、その上面が開口される。ケース１６の底面１６ａの端部および中央部であって、前記した基板１４の取り付け孔４０に対応する位置には、基板１４の縁部あるいは中央部を局部的に支える台座４２が複数個、具体的には８個形成される（図１において５個見えず）。台座４２には、基板１４を台座４２に固定するためのネジ（図示せず）が螺合されるべきネジ穴４４が設けられる。

また、ケース１６の底面１６ａにおいて、基板１４が台座４２に支えられた状態のとき、基板１４の挿通孔２４の下方に相当する位置には、挿通孔２４に挿通されるべき複数本（２本）の放熱ピン（突起部）２２が基板１４に向けて突設される。

放熱ピン２２は、略円柱形状を呈すると共に、図４に良く示す如く、先端に向けて縮径される、即ち、その先端部２２ａがテーパ形状とされる。また、放熱ピン２２の長さ（底面１６ａから先端部２２ａまでの長さ（図４において符号Ｌ１で示す））は、基板１４が台座４２に配置されたときの底面１６ａから基板１４の表面１４ａまでの長さ（図４において符号Ｌ２で示す）に比して大きくなるように構成される。

ケース１６の側面１６ｂの適宜位置には、基板１４の電子部品（コネクタ）１２ｂが位置させられるべき切り欠き部４６が形成される。また、ケース１６において開口端付近の四隅には、カバー２０をケース１６に固定するためのネジ（図示せず）が螺合されるべきネジ穴５０が設けられる。

カバー２０は一枚の平板状を呈し、その四隅に設けられたフランジ部には、カバー２０をケース１６に取り付けるための取り付け孔５２が穿設される。

次いで、上記の如く構成された電子回路基板の収容装置１０の組み立てについて説明する。先ず基板１４がケース１６に取り付けられる。具体的には、基板１４の裏面（電子部品１２が実装されない面）１４ｂをケース１６の台座４２に配置し、基板１４の端部あるいは中央部が台座４２に局部的に支えられるようにする。

このとき、基板１４は、挿通孔２４にケース１６の放熱ピン２２が挿通させられつつ配置される。これにより、基板１４はケース１６に対して位置決めされる、即ち、放熱ピン２２は基板１４のケース１６に対する位置決めとして機能する。

また、前述した如く、放熱ピン２２の長さＬ１は、ケース１６の底面１６ａから基板１４の表面１４ａまでの長さＬ２に比して大きくなるように形成されるため、基板１４が台座４２に配置されるとき、放熱ピン２２の先端部２２ａが基板１４の表面１４ａから僅かに（正確には、長さＬ１からＬ２を減算した値の分だけ）突出させられることとなる。

このように、基板１４が台座４２に配置される状態において、放熱ピン２２の先端部２２ａが基板１４の表面１４ａから突出させられるように構成したので、基板１４の厚さや放熱ピン２２の長さにおける成形誤差（寸法公差）がある場合であっても、それを吸収（許容）することができる。

尚、基板１４が台座４２に配置されるとき、電子部品（コネクタ）１２ｂは、その本体部１２ｂ１がケース１６の切り欠き部４６を介して外方へと突出させられる。

次いで、放熱ピン２２と挿通孔２４との間に形成される間隙２６に熱伝導材３０が充填される。熱伝導材３０は、具体的にはシリコーンオイルに熱伝導性を有する添加剤（フィラー。例えば金属粉など）、より詳しくは熱伝導率がシリコーンオイルのそれに比して高い添加剤が添加されてなる、放熱グリスである。この熱伝導材３０の熱伝導率は、例えば約１．１［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。

その後、図示しないネジが基板１４の取り付け孔４０とケース１６のネジ穴４４に挿通されることによって基板１４がケース１６に締結固定される（取り付けられる）。次いで、カバー２０がケース１６に取り付けられる。具体的には、図示しないネジがカバー２０の取り付け孔５２とケース１６のネジ穴５０に挿通されることで、カバー２０がケース１６にその開口を被覆するように取り付けられる。上記のようにして電子回路基板の収容装置１０が完成する。

このように、第１実施例に係る電子回路基板の収容装置１０にあっては、ケース１６に突設される放熱ピン２２と、基板１４において電子部品１２ａの付近に穿設される放熱ピン２２の挿通孔２４と、放熱ピン２２と挿通孔２４との間に形成される間隙２６に充填される熱伝導材３０とを備えるように構成したので、図４に一点鎖線で示す如く、電子部品１２ａから発せられる熱を基板１４、挿通孔２４、熱伝導材３０および放熱ピン２２を介してケース（放熱器）１６に伝達させることができ、よって基板１４や電子部品１２に作用する応力、レイアウトの制限などを生じさせることなく、放熱性を向上させることができる。

即ち、従来技術のように基板をケースにネジで固定して放熱性を向上させる構成ではないため、ネジの締め付けトルクによって基板や電子部品に応力が生じることはない。また、例えば電子部品１２ａのレイアウトを変更する場合であっても、放熱ピン２２と挿通孔２４の位置を電子部品１２ａに応じて変更すれば足りるため、レイアウトの制限などを受けることなく、容易に対応することができる。さらに、ケース１６に放熱ピン２２が突設される一方、その挿通孔２４が基板１４に穿設されるように構成したので、基板１４は挿通孔２４に放熱ピン２２が挿通されることでケース１６に対して位置決めされる、即ち、放熱ピン２２を基板１４のケースに対する位置決めとして機能させることも可能となる。

また、基板１４に形成される電子部品１２ａの本体部１２ａ１の載置用パッド３２と、挿通孔２４に形成されるスルーホール２４ａと、載置用パッド３２とスルーホール２４ａとを接続する導体パターン３６とを備えるように構成、即ち、電子部品１２ａと挿通孔２４とを熱伝導性に優れる載置用パッド３２、導体パターン３６およびスルーホール２４ａを介して接続するように構成したので、図４に一点鎖線で示すように、電子部品１２ａの熱を載置用パッド３４、導体パターン３６およびスルーホール２４ａを介してケース１６の放熱ピン２２に効率良く伝達でき、よって放熱性をより一層向上させることができる。

また、放熱ピン２２の先端部２２ａがテーパ形状であるように構成したので、放熱ピン２２を挿通孔２４に容易に挿通させることができる。

次いで、この発明の第２実施例に係る電子回路基板の収容装置１０について説明する。

図５は第２実施例に係る電子回路基板の収容装置１０の放熱ピン１２２付近を拡大して示す、図４と同様な拡大断面図である。尚、第１実施例と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、図５に示す如く、放熱ピン１２２がプレスフィットピン（圧入端子）からなるように構成した。具体的には、放熱ピン１２２は、ケース１６の底面１６ａから連続して形成される本体部１２２ａと、本体部１２２ａから連続して形成される圧入保持部１２２ｂと、圧入保持部１２２ｂから連続して形成される先端部１２２ｃとを備える。

本体部１２２ａは側面視略矩形状を呈すると共に、圧入保持部１２２ｂは側面視略楕円形状を呈するように形成される。また、圧入保持部１２２ｂの中央部には、側面視略楕円形状の開口部１２２ｂ１が形成される。これにより、圧入保持部１２２ｂに紙面左右方向から外力が作用すると、開口部１２２ｂ１は変形、即ち、圧入保持部１２２ｂは弾性変形させられる。具体的には、圧入保持部１２２ｂは、その幅方向（紙面において左右方向）の外形寸法が減少するように変形させられる。尚、圧入保持部１２２ｂの幅方向の外形寸法は、挿通孔２４（スルーホール２４ａ）の孔径よりも若干大きくなるように設定される。

圧入保持部１２２ｂの側面には、開口部１２２ｂ１に熱伝導材３０を注入するため（換言すれば、開口部１２２ｂ１における熱伝導材３０の充填を容易にするため）の注入孔１２２ｂ２が穿設される。また、先端部１２２ｃは、先端に向けて縮径される、即ち、テーパ形状とされる。

次いで、上記の如く構成された放熱ピン１２２の挿通孔２４への挿通について説明する。基板１４が台座４２に配置されてケース１６に取り付けられる際、基板１４の挿通孔２４には、放熱ピン１２２の先端部１２２ｃが挿通させられ、その後圧入保持部１２２ｂが挿通させられる。前述したように、圧入保持部１２２ｂの幅方向の外形寸法は挿通孔２４の孔径よりも大きくなるように形成されるため、圧入保持部１２２ｂは、挿通孔２４内に挿通させられるとき、紙面左右方向に弾性変形させられつつ圧入（挿入）される。

その後、放熱ピン１２２の圧入保持部１２２ｂは挿通孔２４の適宜位置（中央付近）まで圧入されて保持され、それによって基板１４はケース１６に仮固定（仮止め）された状態となる。この状態で、熱伝導材３０が、放熱ピン１２２と挿通孔２４との間に形成される間隙２６に充填されると共に、注入孔１２２ｂ２から注入されて開口部１２２ｂ１に充填される。そして、図示しないネジが基板１４の取り付け孔４０とケース１６のネジ穴４４に挿通されることによって基板１４がケース１６に締結固定される（取り付けられる）。

このように、第２実施例に係る電子回路基板の収容装置１０にあっては、放熱ピン１２２がケース１６の底面１６ａから連続して形成される本体部１２２ａと、本体部１２２ａから連続して形成される圧入保持部１２２ｂと、圧入保持部から連続して形成されるテーパ形状の先端部１２２ｃとを備えるプレスフィットピン（圧入端子）からなるように構成したので、基板１４の縁部をネジなどでケース１６に固定する場合において、プレスフィットピンを挿通孔２４に挿通させて基板１４をケース１６に仮固定（仮止め）した後、前記ネジによる固定を行うことも可能、即ち、プレスフィットピンを用いて基板１４を仮固定することで、基板１４のケース１６に対する位置ズレを防止しつつネジによる固定を行うことも可能となる。

また、図５に一点鎖線で示す如く、放熱ピン１２２がプレスフィットピンからなる場合であっても、第１実施例と同様、電子部品１２ａの熱を基板１４、挿通孔２４、熱伝導材３０および放熱ピン１２２などを介してケース１６に伝達させることができ、よって放熱性を向上させることができる。

また、放熱ピン１２２の圧入保持部１２２ｂの中央部に開口部１２２ｂ１が形成されると共に、その側面に開口部１２２ｂ１に熱伝導材３０を注入するための注入孔１２２ｂ２を備えるように構成したので、熱伝導材３０の開口部１２２ｂ１への注入（充填）を容易にすることができる。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

以上の如く、この発明の第１および第２実施例にあっては、電子部品１２ａが実装される電子回路基板（基板）１４と、前記電子回路基板が収容されるケース１６とを備える電子回路基板の収容装置１０において、前記ケースに突設される突起部（放熱ピン）２２，１２２と、前記電子回路基板において前記電子部品の付近に穿設される前記突起部の挿通孔２４と、前記突起部と前記挿通孔との間に形成される間隙２６に充填される熱伝導材３０とを備えるように構成した。

また、前記電子回路基板１４に形成される前記電子部品１２ａの本体部１２ａ１の載置用パッド３２と、前記挿通孔２４に形成されるスルーホール２４ａと、前記載置用パッド３２と前記スルーホール２４ａとを接続する導体パターン３６とを備えるように構成した。

また、前記突起部（放熱ピン）２２，１２２の先端部２２ａ，１２２ｃがテーパ形状であるように構成した。

また、第２実施例にあっては、前記突起部（放熱ピン）１２２がケース１６の底面１６ａから連続して形成される本体部１２２ａと、本体部１２２ａから連続して形成される圧入保持部１２２ｂと、圧入保持部から連続して形成されるテーパ形状の先端部１２２ｃとを備えるプレスフィットピンからなるように構成した。

尚、上記において、ケース１６に放熱ピン２２，１２２が２本突設されるように構成したが、それに限られるものではなく、例えば１本あるいは３本以上であっても良く、その本数は電子部品１２ａの発熱量などに応じて適宜設定される。

また、導体パターン３６が基板１４の表面１４ａに形成されるように構成したが、要は載置用パッド３２とスルーホール２４ａとを接続するような構成であれば足りるため、例えば導体パターン３６は基板１４の内層に形成される内層パターンであっても良い。

また、基板１４やケース１６、熱伝導材３０の材質などを具体的に示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

また、上記で「上面」「底面」「側面」「下方」などの表現を使用したが、それらは図面上の上下方向と左右方向に基づく表現であり、電子回路基板の収容装置１０の実空間内における取り付け方向（向き）を規定するものではない。

この発明の第１実施例に係る電子回路基板の収容装置を全体的に示す分解斜視図である。図１に示す電子回路基板の収容装置を組み立ててカバーを取り外した状態を示す斜視図である。図２に示す電子回路基板の収容装置の電子部品付近を拡大して示す拡大平面図である。図３のIV−IV線断面図である。この発明の第２実施例に係る電子回路基板の収容装置の放熱ピン付近を拡大して示す、図４と同様な拡大断面図である。

符号の説明

１０収容装置、１２ａ電子部品、１２ａ１本体部、１４基板（電子回路基板）、１６ケース、２２，１２２放熱ピン（突起部）、２２ａ，１２２ｃ先端部、２４挿通孔、２４ａスルーホール、２６間隙、３０熱伝導材、３２載置用パッド、３６導体パターン

Claims

電子部品が実装される電子回路基板と、前記電子回路基板が収容されるケースとを備える電子回路基板の収容装置において、前記ケースに突設される突起部と、前記電子回路基板において前記電子部品の付近に穿設される前記突起部の挿通孔と、前記突起部と前記挿通孔との間に形成される間隙に充填される熱伝導材とを備え、前記突起部は、前記ケースの底面から連続して形成される本体部と、前記本体部から連続して形成される圧入保持部と、前記圧入保持部から連続して形成されるテーパ形状の先端部とを備えるプレスフィットピンからなり、前記圧入保持部の中央部に開口部が形成されると共に、前記圧入保持部の側面に前記開口部に前記熱伝導材を注入するための注入孔が穿設されることを特徴とする電子回路基板の収容装置。
前記電子回路基板に形成される前記電子部品の本体部の載置用パッドと、前記挿通孔に形成されるスルーホールと、前記載置用パッドと前記スルーホールとを接続する導体パターンとを備えることを特徴とする請求項１記載の電子回路基板の収容装置。