JP5556531B2 - Electronic module mounting structure - Google Patents
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Description
本発明は、発熱素子を放熱プレートに搭載してなる電子モジュールを、放熱体に取り付けてなる電子モジュールの取付構造に関する。 The present invention relates to an electronic module mounting structure in which an electronic module in which a heat generating element is mounted on a heat radiating plate is mounted on a heat radiating body.
従来より、この種の電子モジュールの取付構造としては、発熱素子と一面側に発熱素子が搭載された熱伝導性を有する放熱プレートとを備える電子モジュールを、一面が放熱プレートの他面と対向するように設けられた放熱体の当該一面側に取り付けてなり、放熱プレートからの熱を放熱体に伝えるようにしたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as an electronic module mounting structure of this type, an electronic module including a heat generating element and a heat-dissipating heat dissipation plate having a heat generating element mounted on one surface side is opposed to the other surface of the heat dissipating plate. There has been proposed one that is attached to the one surface side of the heat dissipating body so as to transmit heat from the heat dissipating plate to the heat dissipating body (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、近年、発熱素子の高パワー化などに伴い、さらなる放熱性の向上が望まれている。特に、発熱素子の発熱や環境温度の上昇などによる昇温時には、発生する熱量も大きくなるので、高い放熱性が要求される。 However, in recent years, further improvement in heat dissipation has been demanded as the power of heating elements is increased. In particular, when the temperature rises due to heat generation of the heating element or an increase in environmental temperature, the amount of heat generated increases, so high heat dissipation is required.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発熱素子を放熱プレートに搭載してなる電子モジュールを、放熱体に取り付けてなる電子モジュールの取付構造において、昇温時の放熱性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an electronic module mounting structure in which an electronic module in which a heat generating element is mounted on a heat radiating plate is mounted on a heat radiating body, heat dissipation at the time of temperature increase is improved. The purpose is to let you.
上記目的を達成するため、本発明者は、まず、電子モジュールから放熱体への放熱性向上のため、電子モジュールの放熱プレートと放熱体との互いの対向面を凹凸形状とし、互いの凹凸がかみ合って接触するようにすれば、当該両面が平坦な場合に比べて、接触面積が大きくなり、放熱性が向上すると考えた。請求項1に記載の発明は、このような考えに着目して創出されたものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor first sets the opposing surfaces of the heat dissipation plate and the heat dissipating member of the electronic module to have a concavo-convex shape in order to improve heat dissipation from the electronic module to the heat radiating member. It was considered that if the meshing contact was made, the contact area would be larger and the heat dissipation would be improved compared to the case where both surfaces were flat. The invention described in claim 1 was created by paying attention to such an idea.
すなわち、請求項1に記載の発明においては、放熱体(2)の一面(2c)は、放熱プレート(20)の他面(20b)に向かって突出する放熱体側凸部(2a)と当該放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)よりなる凹凸形状とされており、
放熱プレート(20)の他面(20b)は、放熱体(2)の一面(2c)に向かって突出する放熱プレート側凸部(21)と当該放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)よりなる凹凸形状をなすと共に、放熱体側凸部(2a)が放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)に入り込むことで、当該両凸部(2a、21)が噛み合った状態とされており、
放熱体(2)の一面(2c)のうち放熱体側凹部(2b)の底面と放熱プレート(20)の他面(20b)のうち放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との間には、放熱プレート(20)と放熱体(2)とを締結する受け部(5)が介在されており
受け部(5)の線膨張係数よりも放熱プレート(20)の線膨張係数および放熱体(2)の線膨張係数の方が大きくなっており、
前記放熱プレート(20)、前記受け部(5)を貫通して前記放熱体(2)の内部まで到達するネジ(3)を介して、前記放熱プレート(20)、前記受け部(5)、および前記放熱体(2)が締結され、前記受け部(5)に接触している前記放熱体(2)の一面(2c)の部分および前記放熱プレート(20)の他面(20b)の部分が、前記ネジ(3)の締結力により固定されており、
受け部(5)、放熱プレート(20)、および放熱体(2)が熱膨張したとき、放熱プレート側凸部(21)の先端面と前記放熱体側凹部(2b)の底面との距離(a1)、前記放熱体側凸部(2a)の先端面と前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との距離(a2)、および、前記放熱体側凸部(2a)と前記放熱プレート側凸部(21)との互いに対向する側面間の距離(a3)が縮小されるようになっていることを特徴とする。
That is, in the first aspect of the present invention, the one surface (2c) of the radiator (2) includes the radiator-side convex portion (2a) protruding toward the other surface (20b) of the radiator plate (20) and the heat dissipation. It is made into the uneven | corrugated shape which consists of the recessed part (2b) between body side convex parts (2a),
The other surface (20b) of the heat radiating plate (20) is a concave portion (21) between the heat radiating plate side convex portion (21) protruding toward the one surface (2c) of the heat radiating body ( 2 ) and the heat radiating plate side convex portion (21). 22) and the heat-radiating-side convex portion (2a) enters the concave portion (22) between the heat-radiating plate-side convex portions (21) so that the both convex portions (2a, 21) are engaged with each other. And
The bottom surface of the recess (22) between the bottom surface of the heat sink side concave portion (2b) of the one surface (2c) of the heat radiator (2) and the heat sink plate side convex portion (21) of the other surface (20b) of the heat sink plate (20). A receiving portion (5) for fastening the heat radiating plate (20) and the heat radiating body (2) is interposed between the radiating plate and the linear expansion coefficient of the radiating plate (20) than the linear expansion coefficient of the receiving portion (5). The coefficient and the coefficient of linear expansion of the radiator (2) are larger,
The heat radiating plate (20), the receiving portion (5), the screw (3) passing through the receiving portion (5) and reaching the inside of the heat radiating body (2), the heat radiating plate (20), the receiving portion (5), And the part of one surface (2c) of the said heat radiating body (2) which the said heat radiating body (2) is fastened and is contacting the said receiving part (5), and the part of the other surface (20b) of the said heat radiating plate (20) Is fixed by the fastening force of the screw (3),
When the receiving portion (5), the heat radiating plate (20), and the heat radiating body (2) are thermally expanded, the distance (a1) between the tip surface of the heat radiating plate side convex portion (21) and the bottom surface of the heat radiating body side concave portion (2b). ), The distance (a2) between the front end surface of the radiator-side convex portion (2a) and the bottom surface of the concave portion (22) between the radiator plate-side convex portion (21), and the radiator-side convex portion (2a) and the The distance (a3) between the side surfaces facing each other with the heat radiating plate side convex portion (21) is reduced.
それによれば、互いに対向する放熱プレート(20)の他面(20b)と放熱体(2)の一面(2c)とを上記凹凸形状とし、放熱体側凸部(2a)が放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)に入り込むことで、当該両凸部(2a、21)が噛み合った状態とされているから、各凸部(2a、21)と相手側の凹部(2b、22)の底面との間だけでなく、互いの凸部(2a、21)における対向する側面間に放熱経路が形成されるから、放熱面積を大きく取れる。 According to this, the other surface (20b) of the heat radiating plate (20) and the one surface (2c) of the heat radiating body (2) facing each other have the above-mentioned concavo-convex shape, and the heat radiating side convex portion (2a) 21) Since the convex portions (2a, 21) are engaged with each other by entering the concave portion (22) between the convex portions (2), each convex portion (2a, 21) and the concave portion (2b, 22) on the other side. Since a heat radiation path is formed not only between the bottom surfaces of the two but also between the opposing side surfaces of the convex portions (2a, 21), the heat radiation area can be increased.
また、このように放熱プレート(20)および放熱体(2)の互いに対向する両面(20b、2c)に凹凸を設け、当該両凹凸をかみ合うようにしたとしても、放熱プレート(20)側の凹凸と放熱体(2)側の凹凸との間には少なからず隙間が生じる。この隙間はすなわち空気の層となり、放熱性を大きく阻害する。 Moreover, even if unevenness is provided on both opposing surfaces (20b, 2c) of the heat radiating plate (20) and the heat radiating body (2) in this way and the both concavo-convex shapes are engaged, the unevenness on the heat radiating plate (20) side is provided. There is a considerable gap between the projections and depressions on the side of the radiator (2). This gap becomes an air layer, which greatly impairs heat dissipation.
そこで、その点も考慮して、本発明では、受け部(5)の線膨張係数よりも放熱プレート(20)の線膨張係数、および、放熱体(2)の線膨張係数の方を大きくすることで、これら受け部(5)、放熱プレート(20)、および放熱体(2)が熱膨張したとき、放熱プレート側凸部(21)の先端面と放熱体側凹部(2b)の底面との距離、放熱体側凸部(2a)の先端面と放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との距離、および、放熱体側凸部(2a)と放熱プレート側凸部(21)との互いに対向する側面間の距離が縮小されるようにしている。 Therefore, in consideration of this point, in the present invention, the linear expansion coefficient of the heat radiating plate (20) and the linear expansion coefficient of the heat radiating body (2) are made larger than the linear expansion coefficient of the receiving portion (5). Thus, when the receiving portion (5), the heat radiating plate (20), and the heat radiating body (2) are thermally expanded, the front end surface of the heat radiating plate side convex portion (21) and the bottom surface of the heat radiating body side concave portion (2b) Distance, distance between the front end surface of the radiator-side convex portion (2a) and the bottom surface of the recess (22) between the radiator plate-side convex portion (21), and the radiator-side convex portion (2a) and the radiator plate-side convex portion (21 The distance between the side surfaces facing each other is reduced.
このように、本発明によれば、昇温時には当該各部が熱膨張して、放熱プレート(20)側の凹凸と放熱体(2)側の凹凸の間の隙間が小さくなる。よって、本発明によれば、昇温時に放熱性を大きく阻害する空気の層を縮小できるので、放熱性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, when the temperature rises, each part is thermally expanded, and the gap between the unevenness on the heat radiating plate (20) side and the unevenness on the heat radiator (2) side is reduced. Therefore, according to this invention, since the layer of the air which inhibits heat dissipation at the time of temperature rising can be shrunk | reduced, heat dissipation can be improved.
ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の電子モジュールの取付構造において、放熱体側凹部(2b)の底面と放熱体(2)の一面(2c)とは面一となっており、放熱プレート側凹部(22)の底面と放熱プレート(20)の他面(20b)とは面一となっており、受け部(5)は、放熱体側凹部(2b)と面一となった放熱体(2)の一面(2c)と放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)と面一となった放熱プレート(20)の他面(20b)との間に設けられているものにすれば、当該両面間に受け部(5)を設けることが容易となり、放熱体(2)と放熱プレート(20)の締結も容易となる。
Here, as in the invention according to
また、請求項3に記載の発明のでは、請求項1又は2に記載の電子モジュールの取付構造において、受け部(5)、放熱プレート(20)、および放熱体(2)が熱膨張した時には、前記各距離(a1、a2、a3)が0となって両凹凸形状全体が接触し合うことを特徴とする。このように、両凹凸形状全体が接触することで放熱性を阻害する空気の層を無くすことができる。従って、放熱性を格段に向上させることができる。
In the invention according to
また、上記各手段の場合、理想的には、熱膨張によって、放熱プレート側凸部(21)の先端面が放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)の底面に接触するタイミングと、放熱体側凸部(2a)の先端面が放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面に接触するタイミングとが同時であることが望ましい。 In the case of each of the above means, ideally, due to thermal expansion, the timing when the tip surface of the heat radiation plate side convex portion (21) contacts the bottom surface of the concave portion (2b) between the heat radiator side convex portions (2a), It is desirable that the tip of the radiator-side convex portion (2a) contacts the bottom surface of the concave portion (22) between the heat-radiating plate-side convex portions (21) at the same time.
しかし、上記各手段においては、熱膨張時には、線膨張係数の大きい放熱体側凸部(2a)の方が、線膨張係数の小さい放熱プレート側凸部(21)よりも突出方向への膨張度合が大きい。 However, in each of the above means, at the time of thermal expansion, the radiator-side convex portion (2a) having a larger linear expansion coefficient has a higher degree of expansion in the protruding direction than the heat-radiating plate-side convex portion (21) having a smaller linear expansion coefficient. large.
そこで、この点を考慮して、請求項4では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造において、放熱プレート側凸部(21)の先端面と放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)の底面との距離(a1)が、放熱体側凸部(2a)の先端面と放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との距離(a2)よりも小さいことを特徴としている。
Therefore, in consideration of this point, in
それによれば、上記した放熱プレート側凸部(21)の先端面が放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)の底面に接触するタイミングと、放熱体側凸部(2a)の先端面が放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面に接触するタイミングとを極力同時にするという点で好ましい。 According to this, the timing at which the tip surface of the heat radiating plate side convex portion (21) contacts the bottom surface of the concave portion (2b) between the heat radiator side convex portions (2a) and the tip surface of the heat radiator side convex portion (2a) are This is preferable in that the timing of contacting the bottom surface of the concave portion (22) between the heat radiating plate side convex portions (21) is made as much as possible.
ここで、請求項5に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造において、発熱素子(10)は、放熱プレート(20)とは反対側にて、発熱素子(10)からの信号を外部に取り出すためのコネクタ(4)と電気的に接続されており、放熱プレート(20)は、発熱素子(10)を覆うコネクタ(4)の蓋として構成されたものであることを特徴とする。
Here, in the invention according to
それによれば、コネクタ(4)に接続された発熱素子(10)は、放熱プレート(20)によって蓋をされるから、コネクタ(4)からの発熱素子(10)の脱落を、放熱プレート(20)によって防止することができる。 According to this, since the heat generating element (10) connected to the connector (4) is covered with the heat radiating plate (20), the heat radiating element (10) is removed from the connector (4). ) Can be prevented.
また、請求項6に記載の発明のように、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造においては、発熱素子(10)は、ヒートシンク(11)の上に配線基板(12)、電子部品(13)を順次積層し、これら積層体をモールド樹脂(14)によって封止するとともに、ヒートシンク(11)の一部をモールド樹脂(14)より露出してなるものであり、モールド樹脂(14)より露出するヒートシンク(11)の部分を、放熱プレート(20)の一面と接触させているものにできる。 Further, in the electronic module mounting structure according to any one of claims 1 to 5, as in the invention according to claim 6, the heating element (10) is disposed on the wiring board on the heat sink (11). (12) The electronic components (13) are sequentially laminated, and the laminate is sealed with the mold resin (14), and a part of the heat sink (11) is exposed from the mold resin (14). The portion of the heat sink (11) exposed from the mold resin (14) can be in contact with one surface of the heat radiating plate (20).
また、請求項7に記載の発明では、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造において、放熱体側凸部(2a)は、その突出方向に沿った断面形状が突出先端側に向かって窄まる台形状とされており、放熱プレート側凸部(21)は、その突出方向に沿った断面形状が突出先端側に向かって窄まる台形状とされていることを特徴としている。 Moreover, in invention of Claim 7, in the attachment structure of the electronic module as described in any one of Claim 1 thru | or 6, the cross-sectional shape along the protrusion direction protrudes in the heat sink side convex part (2a). The trapezoidal shape is narrowed toward the tip side, and the heat radiating plate side convex portion (21) has a trapezoidal shape whose cross-sectional shape along the protruding direction is narrowed toward the protruding tip side. It is said.
それによれば、昇温時、放熱体(2)と放熱プレート(20)の熱膨張係数差から反りが発生した場合にも、互いに断面台形状の凸部(2a、21)が噛み合う状態とされているから、当該互いの凸部が干渉することなく、効率的に放熱経路を確保しやすいものとできる。 According to this, even when warpage occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the radiator (2) and the radiator plate (20) at the time of temperature rise, the convex portions (2a, 21) having a trapezoidal cross section are engaged with each other. Therefore, it is possible to efficiently secure the heat radiation path without interference between the convex portions.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子モジュール1を放熱体2に取り付けてなる電子モジュール1の取付構造の概略断面構成を示す図である。本電子モジュール1は、たとえばオートマチックエンジンの車両に搭載される電子装置であり、その場合の放熱体2は、たとえば当該エンジンのバルブボディなどのブロック体となる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of an electronic module 1 mounting structure in which an electronic module 1 according to a first embodiment of the present invention is mounted on a
電子モジュール1は、駆動時に発熱する発熱素子10と、熱伝導性を有する金属等の材料よりなる板状の放熱プレート20とを備え、放熱プレート20の一面(図1中の上面)20a側に発熱素子10を搭載してなるものである。この発熱素子10としては、たとえばパワー素子などを有するICチップや、モールドICなどが挙げられる。
The electronic module 1 includes a
本実施形態では、発熱素子10はモールドICであり、ヒートシンク11の上に配線基板12、電子部品13を順次積層し、これらが積層されてなる積層体をモールド樹脂14によって封止するとともに、ヒートシンク11の一部をモールド樹脂14より露出してなるものである。
In the present embodiment, the
ここで、ヒートシンク11は、たとえばアルミニウム、銅、モリブデンなどの放熱性に優れた金属等の材料よりなる板材である。配線基板12は、たとえばセラミック基板などであり、ヒートシンク11上に搭載されて接着などにより固定されている。
Here, the
電子部品13は、パワートランジスタ素子などの発熱の大きい部品であり、さらに必要に応じて、抵抗やコンデンサなどの受動素子なども電子部品13に含まれる。これら電子部品13は、たとえばワイヤボンディングやフリップチップ、導電性接着剤、はんだなどにより、配線基板12に電気的に接続されている。
The
また、この発熱素子10は、一般的なモールドICと同じく、銅などの導電性材料よりなるリード15を備えており、リード15はそのインナーリードがモールド樹脂14に封止され、アウターリードがモールド樹脂14より突出している。
The
ここでは、モールド樹脂14内にてリード15と配線基板12とが、金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ16により電気的に接続されている。そして、配線基板12からの信号は上記アウターリードにてモールド樹脂14の外部に取りだされるようになっている。
Here, the
また、モールド樹脂14は、一般的なエポキシ樹脂などのモールド材料よりなり、たとえば、トランスファーモールド法などにより成型されるものである。そして、ヒートシンク11における配線基板12の搭載面とは反対側の面が、モールド樹脂14より露出しており、このモールド樹脂14より露出するヒートシンク11の面は、放熱プレート20の一面と接触している。
The
ここで、発熱素子10は、ブラケット17を介して放熱プレート20に固定されている。具体的には、ブラケット17は、リード15と同様に、モールド樹脂14により発熱素子10の一部として一体化されており、このブラケット17のモールド樹脂14より突出する部位を、ネジ3を介して放熱プレート20に締結している。
Here, the
また、図1に示されるように、発熱素子10は、放熱プレート20とは反対側にて、コネクタ4と電気的に接続されている。このコネクタ4は、発熱素子10からの信号を外部(たとえば車両のECUなどの外部回路)に取り出すための部材であり、ターミナル端子などを内蔵した樹脂成型品などとして構成されたものである。
Further, as shown in FIG. 1, the
ここで、発熱素子10のリード15におけるアウターリードが、コネクタ4の図示しないターミナル端子に対して、溶接やはんだ付けなどにより電気的に接続されている。これにより、電子モジュール1の発熱素子10は、コネクタ4と電気的に接続され、当該発熱素子10と外部とがコネクタ4を介して電気的に接続されている。
Here, the outer lead of the
また、本実施形態では、放熱プレート20は、発熱素子10を覆うようにコネクタ4に取り付けられる当該コネクタ4の蓋として構成されている。ここで、放熱プレート20とコネクタ4との固定については、ネジ締めや系合など周知の接合手段を採用することができる。
Moreover, in this embodiment, the
このように、本実施形態の電子モジュール1は、発熱素子10と、一面20a側に発熱素子10が搭載された放熱プレート20とを備えるものである。そして、本実施形態では、この電子モジュール1を、一面2cが放熱プレート20の他面(図1中の下面)20bと対向するように設けられた放熱体2の当該一面側に取り付けている。
As described above, the electronic module 1 of the present embodiment includes the
そして、発熱素子10で発生する熱を放熱プレート20から放熱体2に伝え、放熱するようにしている。具体的には、発熱素子10の電子部品13や配線基板12に発生する熱が、ヒートシンク11から放熱プレート20を介して放熱体2に放熱されるようになっている。
The heat generated in the
ここで、放熱体2は、上述したように、バルブボディなどのブロック体であるが、その放熱体2の一面2cは、図1に示されるように、放熱プレート20の他面20bに向かって突出する放熱体側凸部2aと当該放熱体側凸部2a間の放熱体側凸部2aに比べて凹んでいる凹部2bよりなる凹凸形状とされている。さらに言うならば、放熱体側凸部2a間の凹部2bの底面は、放熱体側凸部2aの根元の面に相当する。つまり、本実施形態における凹部2bの底面は、放熱体2の一面2cと面一に連続している。
Here, as described above, the
また、放熱体2の一面2cと放熱プレート20の他面20bとの間に、受け部5が介在されている。具体的に、受け部5は、放熱体2の一面2cのうち放熱体側の凹部2bの底面と放熱プレート20の他面20bのうち後述する放熱プレート側の凹部22の底面との間に介在しており、放熱プレート20を支持するものである。そして、この受け部5を介して、放熱プレート20と放熱体2とが締結されている。
Further, the receiving
具体的には、受け部5は円筒状のものであり、ネジ3は、上記ブラケット17、放熱プレート20、受け部5を貫通して放熱体2の内部まで到達するものである。ここで、受け部5の中空部および放熱体2の内部に、ネジ3とネジ結合される雌ネジを形成することにより、ネジ3を介して、これら各部が締結される。
Specifically, the receiving
また、本実施形態では、放熱プレート20の他面20bのうち放熱体2の一面2cにおける凹凸形状部分に対向する部位には、放熱体2の凹凸形状に対応した凹凸が形成されている。すなわち、この放熱プレート20の凹凸は、放熱体2の一面2cに向かって突出する放熱プレート側凸部21と当該放熱プレート側凸部21間の放熱プレート側凸部21に比べて凹んでいる凹部22よりなる凹凸形状をなす。さらに言うならば、放熱プレート側凸部21間の凹部22の底面は、放熱プレート側凸部21の根元の面に相当する。
Moreover, in this embodiment, the unevenness | corrugation corresponding to the uneven | corrugated shape of the
つまり、本実施形態における凹部22の底面は、放熱プレート20の他面と面一に連続している。そして、上記受け部5は、凹部2bと面一となった放熱体2の一面2cと凹部22と面一となった放熱プレート20の他面20bとの間に設けられている。これにより、当該両面間に受け部5を設けることが容易となり、放熱体2と放熱プレート20の締結が容易となる。
That is, the bottom surface of the
そして、放熱体2の放熱体側凸部2aが、放熱プレート20における放熱プレート側凸部21間の凹部22に入り込んでおり、それにより、これら放熱体側凸部2aと放熱プレート側凸部21とが噛み合った状態とされている。
And the heat sink side
ここで、図2は、これら放熱体2の一面2cおよび放熱プレート20の他面20bにおける各凹凸を示す図であり、(a)は放熱体2の一面2cの概略平面図、(b)は放熱プレート20の他面20bの概略平面図である。なお、これら図2では、受け部5も示しており、さらに、図2(b)では、当該両凸部2a、21がかみ合った状態における放熱体側凸部2aを破線にて示してある。
Here, FIG. 2 is a diagram showing the irregularities on the one
図2に示されるように、本実施形態では、放熱体2の一面2cおよび放熱プレート20の他面20bにおいて、それぞれ直方体形状の凸部2a、21が設けられている。さらに言うならば、放熱体2の一面2cにおいて、複数個の直方体形状の放熱体側凸部2aが、その長手方向をそろえた状態で当該長手方向と直交する方向に配列されている。そして、各放熱体側凸部2a間が凹部2b(以下、放熱体側凹部2bという)とされている。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment,
一方、放熱プレート20の他面20bにおいて、複数個の直方体形状の放熱プレート側凸部21が、その長手方向をそろえた状態で当該長手方向と直交する方向に配列されている。そして、各放熱プレート側凸部21間が凹部22(以下、放熱プレート側凹部22という)とされている。
On the other hand, on the
そして、図2(b)に示されるように、この放熱プレート側凹部22に放熱体側凸部2aがはまり込むことで、放熱体側凸部2aと放熱プレート側凸部21とがかみ合った状態となる。なお、これら両凸部2a、21がかみ合うように、放熱体2および放熱プレート20に凹凸が形成されていればよく、図2に示されるような凹凸形状に限定されるものではないことはもちろんである。たとえば、不定形の島状に凹凸が形成されてもよい。
Then, as shown in FIG. 2B, the radiator-side
このように、本実施形態では、互いに対向する放熱プレート20の他面20bと放熱体2の一面2cとを上記凹凸形状とし、放熱体側凸部2aが放熱プレート側凹部22に入り込むことで、当該両凸部2a、21が噛み合った状態とされている。
As described above, in this embodiment, the
そのため、本実施形態では、各凸部2a、21と相手側の凹部2b、22の底面との間だけでなく、互いの凸部2a、21における対向する側面間に放熱経路が形成される。それゆえ、本実施形態では、放熱プレート20の他面20bと放熱体2の一面2cを平坦面とする場合に比べて、放熱面積を大きく取れ、放熱性向上に好ましい構成とされている。
Therefore, in this embodiment, a heat radiation path is formed not only between the respective
このように、本実施形態では、受け部5を介して締結されている放熱プレート20および放熱体2は、電子モジュール1で発生する熱を放熱する放熱部材2、20として構成されているが、電子モジュール1の電気信号が流れるものではない。
As described above, in the present embodiment, the
ここで、本実施形態のような構成とした場合、放熱プレート20および放熱体2の両凹凸をかみ合うようにしたとしても、放熱プレート20側の凹凸と放熱体2側の凹凸の間には少なからず隙間が生じる。そして、この隙間はすなわち空気の層であり、放熱性を大きく阻害する。
Here, in the case of the configuration as in the present embodiment, even if both the unevenness of the
そこで、本実施形態では、これら放熱部材2、20および受け部5については、発生する熱量が大きくなり高い放熱性が必要とされる昇温時にて、放熱プレート20と放熱体2との間の放熱経路を適切に確保するべく、各部2、5、20の線膨張係数の関係を規定している。この関係について、図3も参照して、より詳細に述べる。図3は、放熱プレート20および放熱体2の両凹凸のかみ合い部分を拡大して示す概略断面図である。
Therefore, in the present embodiment, the
すなわち、本実施形態においては、受け部5の線膨張係数よりも放熱プレート20の線膨張係数の方が大きく、且つ、放熱プレート20の線膨張係数よりも放熱体2の線膨張係数の方が大きくなっている。つまり、線膨張係数については、受け部<放熱プレート<放熱体、という大小関係が規定されている。
That is, in this embodiment, the linear expansion coefficient of the
このような大小関係が成立するものであれば、上記各部2、5、20の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、本実施形態では、受け部5を炭素鋼であるSPCCにより構成し、放熱プレート20を銅により構成し、放熱体2をアルミニウムにより構成している。
As long as such a magnitude relationship is established, the material of each of the
そして、このような線膨張係数の関係によれば、昇温時すなわち上記各部2、5、20の熱膨張時には、当該三者2、5、20の膨張度合については、受け部5が最小、放熱プレート20が中位、放熱体2が最大となる。たとえば、放熱体2をAl(線膨脹係数α=23)、放熱プレート20をCu(α=17)、受け部5をSPCC(α=11)とすることができる。
And according to the relationship of such a linear expansion coefficient, at the time of temperature rising, that is, at the time of thermal expansion of each of the
ここで、受け部5に接触している放熱体2の一面2cの部分および放熱プレート20の他面20bの部分は、上記締結力により固定されているので、実質的に膨張による変形は無視される。そのため、当該熱膨張時には、放熱体2と放熱プレート20との間の放熱経路については、放熱体側凸部2aおよび放熱プレート側凸部21の膨張度合が支配的となる。
Here, since the part of the one
そして、本実施形態では、上記線膨張係数の関係より、各凸部2a、21の突出方向およびそれと直交する方向において、放熱体側凸部2aの膨張度合が、放熱プレート側凸部21の膨張度合よりも大きくなっている。
And in this embodiment, the expansion degree of the heat sink side
そうすると、当該熱膨張時には、放熱プレート側凸部21の先端面と放熱体側凹部2bの底面との距離a1、放熱体側凸部2aの先端面と放熱プレート側凹部22の底面との距離a2、および、放熱体側凸部2aと放熱プレート側凸部21との互いに対向する側面間の距離a3が縮小されることになる。なお、これら各距離a1、a2、a3は、図3に示されている。
Then, at the time of the thermal expansion, a distance a1 between the tip surface of the radiator plate-side
このように、本実施形態の電子モジュールの取付構造によれば、電子モジュール1の放熱プレート20と放熱体2との間の放熱面積を、上記凹凸のかみ合い構成によって大きくできるとともに、昇温時には、上記各部2、5、20の線膨張係数の関係によって、当該凹凸間の隙間を小さくできる。よって、本実施形態によれば、昇温時の放熱性を向上させることができる。
As described above, according to the electronic module mounting structure of the present embodiment, the heat dissipation area between the
また、図3を参照して述べるならば、本実施形態においては、理想的には、昇温時の上記各部2、5、20の熱膨張によって、放熱プレート側凸部21の先端面が放熱体側凹部2bの底面に接触するタイミングと、放熱体側凸部2aの先端面が放熱プレート側凹部22の底面に接触するタイミングとが同時であることが望ましい。
In addition, as will be described with reference to FIG. 3, in the present embodiment, ideally, the tip surface of the heat radiating plate-side
つまり、当該熱膨張によって、図3に示される放熱プレート側凸部21の先端面と放熱体側凹部2bの底面との距離a1と、放熱体側凸部2aの先端面と放熱プレート側凹部22の底面との距離a2とが、同時に0となることが理想である。
That is, due to the thermal expansion, the distance a1 between the front end surface of the heat radiation plate side
しかし、本実施形態においては、熱膨張時には、線膨張係数の大きい放熱体側凸部2aの方が、線膨張係数の小さい放熱プレート側凸部21よりも突出方向への膨張度合が大きい。
However, in this embodiment, at the time of thermal expansion, the radiator-side
そのため、たとえば、当該両距離a1、a2が同じの場合、熱膨張時において、線膨張係数の大きい放熱体側凸部2aの先端の方が、線膨張係数の小さい放熱プレート側凸部21よりも、相手側の凹部の底面に早く接触してしまう。つまり、その時点では、放熱プレート側凸部21と放熱体側凹部2bの底面とは隙間が残っている状態である。その後、さらに昇温して両者が熱膨張すると、接触した放熱体側凸部2aの先端は、放熱体2と放熱プレート20とを離間するように放熱プレート側凹部22の底面に押し付けられる。そのような状態で、放熱プレート側凸部21の先端が放熱体側凹部2bの底面に接触するまで昇温し続けると受け部へ過大な負荷が生じてしまい好ましくない。
Therefore, for example, when the distances a1 and a2 are the same, at the time of thermal expansion, the tip of the radiator-side
そこで、本実施形態では、好ましい形態として、放熱プレート側凸部21の先端面と放熱体側凹部2bの底面との距離a1を、放熱体側凸部2aの先端面と放熱プレート側凹部22の底面との距離a2よりも小さいものとすることが望ましい。それによれば、熱膨張時において、上記した両凸部2a、21が相手側凹部2b、22に接触するタイミングを極力同時にすることができる。この場合、放熱性を阻害する空気層が両先端面および底面間に存在しないから、昇温時における放熱性の格段な向上が可能となる。
Therefore, in the present embodiment, as a preferable form, the distance a1 between the front end surface of the heat radiating plate side
また、本実施形態では、熱膨張時には、上記距離a1間における放熱プレート側凸部21の先端面と放熱体側凹部2bの底面との接触、および、上記距離a2間における放熱体側凸部2aの先端面と放熱プレート側凹部22の底面との接触よりも、上記距離a3間における放熱プレート側凸部21の側面と放熱体側凸部2aの側面との接触が、早く実現することが好ましい。
Moreover, in this embodiment, at the time of thermal expansion, the contact between the distal end surface of the heat radiation plate side
熱膨張時には、上記各距離a1〜a3間にて各対向面がすべて同時に接触するのが理想的ではある。ここで、たとえば、上記距離a1間における各対向面の接触、および、上記距離a2間における各対向面の接触の方が、上記距離a3間における上記側面同士の接触よりも早い場合、上記距離a3間における上記側面同士を接触させようとして、さらに、上記距離a1および上記距離a2間において、上記説明したように、各凸部が相手側部材を押し上げるように膨張し、当該相手側部材にダメージを与える恐れがある。 At the time of thermal expansion, it is ideal that all the facing surfaces are simultaneously in contact between the distances a1 to a3. Here, for example, when the contact between the opposing surfaces during the distance a1 and the contact between the opposing surfaces during the distance a2 are earlier than the contact between the side surfaces during the distance a3, the distance a3 Further, as described above, each convex portion expands so as to push up the mating member and damages the mating member between the distance a1 and the distance a2. There is a risk of giving.
その点、上記距離a3間における上記側面同士の接触の方を、上記距離a1およびa2間における各対向面の接触よりも早くすることで、そのような問題を回避できる。更に、熱膨張時に上記各距離a1〜a3間にて各対向面がすべて同時に接触すれば、両凹凸間で放熱性を阻害する空気の層が存在しなくなるから、昇温時における多量の放熱要求に大きく貢献することができる。なお、このことについては、放熱プレート20側、放熱体2側の各凹凸の突出高さ、それぞれの凸部および凹部の幅、各距離a1〜a3、さらには各線膨張係数を適宜設定することにより可能である。
In that respect, such a problem can be avoided by making the contact between the side surfaces between the distances a3 faster than the contact between the opposing surfaces between the distances a1 and a2. Furthermore, if all the facing surfaces are in contact with each other at the same time between the distances a1 to a3 during thermal expansion, there will be no air layer that impedes heat dissipation between both irregularities. Can contribute greatly. In addition, about this, by appropriately setting the protrusion height of each unevenness on the
また、上記図1に示される本実施形態の取付構造については、コネクタ4に発熱素子10を取り付けるとともに、コネクタ4および発熱素子10に放熱プレート20を取り付けた後、この状態で、放熱プレート20と放熱体2とを締結することで、組み付けが完成するものである。
Further, in the mounting structure of the present embodiment shown in FIG. 1, the
ここで、上述したように、本実施形態では、放熱プレート20はコネクタ4の蓋として構成されている。この場合、上記組み付け時において、コネクタ4に、発熱素子10を取り付け、さらに放熱プレート20を取り付けることによって、発熱素子10は、コネクタ4内の空間にて放熱プレート20に遮蔽される。
Here, as described above, in the present embodiment, the
そのため、その後、放熱プレート20を放熱体2に取り付けるときに、コネクタ4から発熱素子10が脱落するのを放熱プレート20によって防止できるから、当該取り付けにおける取り扱い性の向上などが期待される。
Therefore, when the
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係る電子モジュールの取付構造の要部を示す概略断面図であり、(a)は反りの発生前、(b)は反りの発生後の状態を示している。本実施形態は、放熱体2の一面と放熱プレート20の他面との間の両面の凹凸形状を変形したところが、上記第1実施形態との相違点であり、この相違点を中心の述べることとする。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the mounting structure for an electronic module according to the second embodiment of the present invention, where (a) shows a state before warpage and (b) shows a state after warpage. ing. The present embodiment is different from the first embodiment in that the uneven shape on both sides between one surface of the
図4に示されるように、本実施形態では、放熱体側凸部2aは、その突出方向に沿った断面形状が突出先端側に向かって窄まる台形状とされており、一方、放熱プレート側凸部21は、その突出方向に沿った断面形状が突出先端側に向かって窄まる台形状とされている。これら両凸部2a、21は、互いに噛み合うように対応した断面台形状をなしている。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the radiator-side
それによれば、昇温時、図4(b)に示されるように、放熱体2と放熱プレート20の熱膨張係数差から、反りが発生した場合にも、互いの凸部2a、21におけるテーパ状の側面、すなわち台形の側面によって、互いの凸部2a、21が干渉しにくくなり、結果、効率的に放熱経路を確保しやすくなることが期待される。
According to this, when the temperature rises, as shown in FIG. 4B, even when warpage occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係る電子モジュールの取付構造の要部を示す概略断面図である。この図5は、放熱体2の一面および放熱プレート20の他面における各凹凸を示す図であり、(a)は放熱体2の一面の概略平面図、(b)は放熱プレート20の他面の概略平面図である。なお、図5では、受け部5も示しており、さらに、図5(b)では、当該両凸部2a、21がかみ合った状態における放熱体側凸部2aを破線にて示してある。
(Third embodiment)
FIG. 5: is a schematic sectional drawing which shows the principal part of the attachment structure of the electronic module which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 5A and 5B are diagrams showing irregularities on one surface of the
放熱体2の一面および放熱プレート20の他面における各凹凸は、上記図2に限定されるものではなく、たとえば、各凸部2a、21を千鳥状に配置された柱状のものとし、その間の凸部2a、21よりも凹んだ部位を凹部2b、22とするようにしたものであってもよい。さらには、これら図2、図5以外にも種々の凹凸形状が可能であることはいうまでもない。
The irregularities on one surface of the
(他の実施形態)
なお、受け部5を介した放熱プレート20と放熱体2との締結方法としては、上記ネジ3を用いた方法に限定するものではなく、種々の周知の締結手段が可能である。
(Other embodiments)
In addition, as a fastening method of the
また、上記実施形態では、電子モジュール1の放熱プレート20は、発熱素子10を覆うコネクタ4の蓋として構成されたものであったが、当該放熱プレート20は、コネクタ4の蓋に限定されるものではないことはもちろんである。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、発熱素子10としては、駆動時に発熱し、放熱を要するものであれば、上記モールドICに限定されるものではなく、ベアチップや、あるいは、半導体素子以外の電子部品などであってもよい。
Further, the
1 電子モジュール
2 放熱体
2a 放熱体側凸部
2b 放熱体側凹部
4 コネクタ
5 受け部
10 発熱素子
11 ヒートシンク
12 配線基板
13 電子部品
14 モールド樹脂
20 放熱プレート
21 放熱プレート側凸部
22 放熱プレート側凹部
a2 放熱体側凸部の先端面と放熱プレート側凹部の底面との距離
a3 放熱体側凸部と放熱プレート側凸部との互いに対向する側面間の距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記放熱体(2)の一面(2c)は、前記放熱プレート(20)の他面(20b)に向かって突出する放熱体側凸部(2a)と当該放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)よりなる凹凸形状とされており、
前記放熱プレート(20)の他面(20b)は、前記放熱体(2)の一面(2c)に向かって突出する放熱プレート側凸部(21)と当該放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)よりなる凹凸形状をなすと共に、前記放熱体側凸部(2a)が前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)に入り込むことで、当該両凸部(2a、21)が噛み合った状態とされており、
前記放熱体(2)の一面(2c)のうち前記放熱体側凹部(2b)の底面と前記放熱プレート(20)の他面(20b)のうち前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との間には、前記放熱プレート(20)と前記放熱体(2)とを締結する受け部(5)が介在されており、
前記受け部(5)の線膨張係数よりも前記放熱プレート(20)の線膨張係数および前記放熱体(2)の線膨張係数の方が大きくなっており、
前記放熱プレート(20)、前記受け部(5)を貫通して前記放熱体(2)の内部まで到達するネジ(3)を介して、前記放熱プレート(20)、前記受け部(5)、および前記放熱体(2)が締結され、前記受け部(5)に接触している前記放熱体(2)の一面(2c)の部分および前記放熱プレート(20)の他面(20b)の部分が、前記ネジ(3)の締結力により固定されており、
前記受け部(5)、前記放熱プレート(20)、および前記放熱体(2)が熱膨張したとき、前記放熱プレート側凸部(21)の先端面と前記放熱体側凹部(2b)の底面との距離(a1)、前記放熱体側凸部(2a)の先端面と前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との距離(a2)、および、前記放熱体側凸部(2a)と前記放熱プレート側凸部(21)との互いに対向する側面間の距離(a3)が縮小されるようになっていることを特徴とする電子モジュールの取付構造。 An electronic module (1) comprising a heat generating element (10) and a heat-dissipating heat dissipation plate (20) having the heat generating element (10) mounted on one surface (20a) side, the one surface (2c) It is attached to the one surface ( 2c ) side of the radiator (2) provided to face the other surface (20b) of the radiator plate (20), and heat from the radiator plate (20) is transferred to the radiator (20). 2) In the electronic module mounting structure that is communicated to
One surface (2c) of the heat radiating body (2) has a heat sink side convex portion (2a) protruding toward the other surface (20b) of the heat radiating plate (20) and a concave portion between the heat radiator side convex portion (2a) ( 2b) is an uneven shape,
The other surface (20b) of the heat radiating plate (20) is between the heat radiating plate side convex portion (21) projecting toward the one surface (2c) of the heat radiating body ( 2 ) and the heat radiating plate side convex portion (21). While forming the uneven | corrugated shape which consists of a recessed part (22), the said heat sink side convex part (2a) enters into the recessed part (22) between the said heat sink plate side convex part (21), and the said both convex part (2a, 21) Are in a state of being engaged,
Of the one surface (2c) of the radiator (2), a recess (between the bottom surface of the radiator side recess (2b) and the other surface (20b) of the radiator plate (20 ) between the convex portions (21) of the radiator plate (20). 22), a receiving portion (5) for fastening the heat radiating plate (20) and the heat radiating body (2) is interposed between the bottom surface of the heat radiating plate (20),
The linear expansion coefficient of the heat radiating plate (20) and the linear expansion coefficient of the heat radiating body (2) are larger than the linear expansion coefficient of the receiving part (5),
The heat radiating plate (20), the receiving portion (5), the screw (3) passing through the receiving portion (5) and reaching the inside of the heat radiating body (2), the heat radiating plate (20), the receiving portion (5), And the part of one surface (2c) of the said heat radiating body (2) which the said heat radiating body (2) is fastened and is contacting the said receiving part (5), and the part of the other surface (20b) of the said heat radiating plate (20) Is fixed by the fastening force of the screw (3),
When the receiving portion (5), the heat radiating plate (20), and the heat radiating body (2) are thermally expanded, a tip surface of the heat radiating plate side convex portion (21) and a bottom surface of the heat radiating body side concave portion (2b) Distance (a1), the distance (a2) between the tip surface of the radiator-side convex portion (2a) and the bottom surface of the recess (22) between the radiator plate-side convex portion (21), and the radiator-side convex portion ( 2a) and the heat radiation plate side convex portion (21), the distance (a3) between the side surfaces facing each other is reduced.
前記放熱プレート側凹部(22)の底面と前記放熱プレート(20)の他面(20b)とは面一となっており、
前記受け部(5)は、前記放熱体側凹部(2b)と面一となった前記放熱体(2)の一面(2c)と前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)と面一となった前記放熱プレート(20)の他面(20b)との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子モジュールの取付構造。 The bottom surface of the heat sink side recess (2b) and one surface (2c) of the heat radiator (2) are flush with each other.
The bottom surface of the heat radiation plate side recess (22) and the other surface (20b) of the heat radiation plate (20) are flush with each other.
The receiving portion (5) has a recess (22) and a surface between the one surface (2c) of the radiator (2) and the radiator plate-side convex portion (21) which are flush with the radiator-side concave portion (2b). 2. The electronic module mounting structure according to claim 1, wherein the electronic module mounting structure is provided between the heat dissipation plate and the other surface (20 b).
前記放熱プレート側凸部(21)の先端面と前記放熱体側凸部(2a)間の凹部(2b)の底面との距離(a1)が、前記放熱体側凸部(2a)の先端面と前記放熱プレート側凸部(21)間の凹部(22)の底面との距離(a2)よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造。 And it is increased in linear expansion coefficient before Symbol radiating plate (20) the radiator than the linear expansion coefficient of the (2),
The distance (a1) between the front end surface of the heat radiating plate side convex portion (21) and the bottom surface of the concave portion (2b) between the heat radiating body side convex portion (2a) is equal to the front end surface of the heat radiating body side convex portion (2a). The electronic module mounting structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the mounting structure is smaller than a distance (a2) between a bottom surface of the concave portion (22) between the heat radiation plate side convex portions (21).
前記放熱プレート(20)は、前記発熱素子(10)を覆う前記コネクタ(4)の蓋として構成されたものであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造。 Before SL heating element (10), said the heat radiating plate (20) on the opposite side, are electrically connected to a connector (4) for taking out a signal from the heating element (10) to the outside,
5. The electronic module according to claim 1, wherein the heat radiating plate is configured as a cover of the connector covering the heat generating element. Mounting structure.
前記モールド樹脂(14)より露出する前記ヒートシンク(11)の部分を、前記放熱プレート(20)の一面(20a)と接触させていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造。 Before SL heating element (10), the wiring board on the heat sink (11) (12), are sequentially laminated electronic component (13), as well as sealed by these laminate molding resin (14), the heat sink ( 11) is partly exposed from the mold resin (14),
The part of the heat sink (11) exposed from the mold resin (14) is in contact with one surface (20a) of the heat radiating plate (20). The electronic module mounting structure described.
前記放熱プレート側凸部(21)は、その突出方向に沿った断面形状が突出先端側に向かって窄まる台形状とされていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の電子モジュールの取付構造。 Before SL radiator side protrusion (2a), the cross-sectional shape along its projecting direction is a narrowed trapezoidal shape toward the protruding tip end side,
The heat dissipation plate side convex portion (21) has a trapezoidal shape in which a cross-sectional shape along the protruding direction is narrowed toward the protruding tip side. The electronic module mounting structure described.
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