JP6021253B2

JP6021253B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6021253B2
Application number: JP2012251258A
Authority: JP
Inventors: 野口　昭一; 昭一野口; 規昭山田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: JP2014099550A

Description

本発明は、回路基板に発熱部品が実装される電子機器に関するものである。

車両電装装置等の電子機器には、チョークコイル等の発熱部品が回路基板上に実装されたものがある。この種の電子機器においては、回路基板上の発熱部品の熱を効率良く外部に逃がすための各種の工夫がなされている。

例えば、特許文献１に記載の電子機器では、主要な電子部品が下向きになるように回路基板が収容ケース内に固定されるとともに、収容ケースの内部に、発熱部品の配置領域とその他の部品の配置領域とを隔成する隔壁が設けられ、収容ケース内の発熱部品の配置領域に放熱樹脂（熱伝導性の高い樹脂）が充填されている。
この電子機器の場合、発熱部品の熱が放熱樹脂を介して収容ケースに速やかに伝達されるようになり、しかも、放熱樹脂の充填部が隔壁によって発熱部品の配置される領域のみに制限されることから、使用する放熱樹脂の量も充分に抑制できるようになる。

特開２００３−２４９７８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電子機器は、収容ケース内に隔壁を設けることによって使用する放熱樹脂の量を制限できるようになるものの、隔壁が収容ケースと一体に形成されるものであることから、回路基板上における発熱部品の配置が変更されると、収容ケースの仕様も変更しなければならない。このため、特許文献１に記載の電子機器においては、収容ケースの汎用性が低く、製造効率を高めるためにはさらなる改善が望まれている。

現在、この収容ケースの汎用性を高めるための対策として、収容ケース内に回路基板を設置した後に、発熱部品の先端側領域のみが埋没する程度の放熱樹脂を収容ケース内に充填することを検討している。

しかし、この場合、回路基板には発熱部品以外の電子部品も同様に下方に向かって突設されているため、発熱部品以外の電子部品の先端側領域も同時に放熱樹脂内に埋没してしまう。このため、電子機器の使用時に、収容ケース内の底部の放熱樹脂と回路基板の間に相対的な変位が生じると、電子部品と回路基板の接合部に大きな負荷が作用することが懸念される。
即ち、例えば、電子機器の使用時に収容ケース内の温度が上昇すると、放熱樹脂と回路基板の線膨張係数の相違によっての両者の離間距離が変動し、このとき電子部品の基端のはんだ接合部に剥離方向の応力が作用する可能性が考えられる。

そこで本発明は、収容ケースの汎用性の低下を招くことなく放熱樹脂の使用量を削減でき、かつ、電子部品と回路基板の接合部に不要な負荷が作用するのを未然に防止することのできる電子機器を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の電子機器は、発熱部品を含む複数の電子部品が取り付けられる回路基板と、前記回路基板を収容する収容ケースと、前記回路基板上の発熱部品の先端部領域が埋没し、かつ前記回路基板に対して非接触となるように前記収容ケース内に充填される放熱樹脂と、前記発熱部品以外の電子部品の少なくとも先端部領域の外面に装着されて、当該電子部品と前記放熱樹脂の直接接触を防止する保護部材と、を備え、前記保護部材の前記電子部品との接触部位には凹凸部が設けられ、前記保護部材は有底筒状の弾性部材から成る部品であり、前記凹凸部は、前記保護部材の筒部の内周面に軸方向に延びる複数の突条を周方向に配列して構成されていることを特徴とする。
これにより、製造時に発熱部品以外の電子部品の先端部領域に放熱樹脂が回り込んだ場合には、その放熱樹脂は、電子部品に装着された保護部材に接し、硬化後に保護部材と固定されるようになる。この結果、電子機器の使用時に、収容ケース内の温度変化等によって放熱樹脂と回路基板との間に相対的な変位が生じると、放熱樹脂に対する電子部品の変位が保護部材の弾性によって許容されるようになる。これにより、電子部品と回路基板の間に不要な負荷が作用しなくなる。

また、本発明によれば、製造時に電子部品の先端部領域に保護部材を容易に装着することが可能になるとともに、電子部品の先端部領域の周囲を保護部材によって一様に覆うことが可能になる。したがって、製造準備の容易化を図ることができるとともに、電子部品の外面と放熱樹脂との間に保護部材を確実に介装させることができる。
また、本発明によれば、保護部材の電子部品との接触方向（接触面と直交する方向）での弾性変形が凹凸部によって容易になる。したがって、放熱樹脂に対する電子部品の変位が保護部材の凹凸部によってより柔軟に許容されるようになる。
さらに、本発明によれば、電子部品に対する保護部材の装着方向と、保護部材の内周面の突条の延出方向とが同方向となり、電子部品に保護部材を容易に装着することが可能になる。

また、前記電子機器において、前記保護部材が被着される電子部品の先端部と前記保護部材の間には空気層が確保されていることが好ましい。
これにより、保護部材を被着した電子部品と放熱樹脂の間に空気層が介在することになる。この結果、放熱樹脂が発熱部品等の熱を受けて加熱された場合であっても、その熱が発熱部品以外の電子部品側に伝達されるのを空気層によって阻止することが可能になる。

また、前記電子機器において、前記保護部材が被着される電子部品は、先端部に防爆弁を備えた電解コンデンサであっても良い。
この場合、電解コンデンサの内部圧力が上昇した場合にも、防爆弁が空気層のスペースにおいて作動し得るようになる。

本発明によれば、発熱部品以外の電子部品の少なくとも先端部領域の外面に装着されて、当該電子部品と放熱樹脂の直接接触を防止する保護部材が設けられるとともに、その保護部材が弾性部材によって形成されているため、収容ケース内の温度上昇等によって放熱樹脂と回路基板との間に相対的な変位が生じた場合にも、放熱樹脂に対する電子部品の変位を保護部材の弾性によって許容し、電子部品と回路基板の接合部に不要な負荷が作用するのを未然に防止することができる。
また、本発明は、発熱部品の配置領域とその他の電子部品の配置領域とを隔成する専用の隔壁を収容ケースに設けるのではなく、発熱部品の先端部領域が埋没する程度に収容ケース内に放熱樹脂が充填されるものであるため、回路基板上の発熱部品の配置の変更があってもその都度収容ケースの仕様を変更する必要がない。したがって、本発明によれば、収容ケースの汎用性の低下を招くことなく放熱樹脂の使用量を削減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電子機器の縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係る電気機器の一部の温度変化に伴う挙動を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る保護部材の斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る保護部材を電子部品に装着した状態での横断面図である。本発明の第３の実施形態に係る保護部材の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、図１，図２に示す第１の実施形態について説明する。
この実施形態に係る電子機器１は、例えば、家庭用電源から車両の高圧バッテリに電気を充電するための車載充電器等の車両電装装置である。この電子機器１は、一端が開口した金属製の収容ケース２の内側に回路基板３が固定設置され、収容ケース２の開口が不図示の蓋部材によって閉塞されるようになっている。回路基板３には、チョークコイル等の発熱部品４Ａと、コンデンサー等の低発熱性部品４Ｂ（発熱部品４Ａ以外の電子部品）とを含む複数の電子部品が実装されている。
なお、以下では、説明の便宜上、収容ケース２の開口する側を「上」と呼び、それと逆側（収容ケース２の底部側）を「下」と呼ぶものとする。

回路基板３は、実装する主要な電子部品が下方を向くようにして収容ケース２内に取り付けられる。この実施形態の場合、図中の発熱部品４Ａは、スルーホール実装によって回路基板３に接合され、低発熱性部品４Ｂは、表面実装によって回路基板３に接合されている。なお、図１，図２中の符号６は、回路基板３上における低発熱性部品４Ｂのはんだ接合部である。
収容ケース２には、その内部に回路基板３が取り付けられた後に、発熱部品４Ａの先端部領域が埋没する程度の量の放熱樹脂５（熱伝導性の高い樹脂）が充填される。発熱部品４Ａで発された高熱は、収容ケース２内に充填されたこの放熱樹脂５を主要伝熱経路として金属製の収容ケース２に逃がされる。

ところで、低発熱性部品４Ｂの先端部領域の外面には、低発熱性部品４Ｂと放熱樹脂５の直接接触を防止する保護キャップ７（保護部材）が被着されている。この保護キャップ７は、ゴム等の弾性部材から成り、底部が略半球状に湾曲した有底円筒状に形成されている。この実施形態の場合、保護キャップ７は、円柱状の低発熱性部品４Ｂの外面に嵌合され、その状態で低発熱性部品４Ｂの先端面との間に空気層８が確保されるようになっている。

低発熱性部品４Ｂに保護キャップ７を被着した状態で回路基板３が収容ケース２に取り付けられ、その状態で収容ケース２内に放熱樹脂５が充填されると、放熱樹脂５が各低発熱性部品４Ｂの先端部領域において保護キャップ７の外面に回り込む。この状態で放熱樹脂５が硬化すると、保護キャップ７が放熱樹脂５と固定される。これにより、低発熱性部品４Ｂの先端部領域は、弾性を有する保護キャップ７を介して放熱樹脂５と接することになる。

この電子機器１は、以上のような内部構造であるため、実使用時に収容ケース２内の温度の変動や車両の振動等によって、図２（Ｂ）に示すように放熱樹脂５と回路基板３の間に相対的な変位が生じると、保護キャップ７が弾性的に変形し、それによって放熱樹脂５に対する低発熱性部品４Ｂの変位が許容されるようになる。なお、図２（Ａ），（Ｂ）は、低発熱性部品４Ｂが放熱樹脂５に対して軸方向に変位しようとした場合を示しているが、低発熱性部品４Ｂが放熱樹脂５に対して軸直交方向に変位しようとした場合にも、保護キャップ７の肉厚方向の弾性変形によって低発熱性部品４Ｂの変位が許容される。

したがって、この実施形態に係る電子機器１においては、温度変化や振動等によって放熱樹脂５と回路基板３の間に相対的な変位が生じても、保護キャップ７が放熱樹脂５に対する低発熱性部品４Ｂの変位を許容することにより、回路基板３上のはんだ接合部６に不要な負荷が作用するのを未然に防止することができる。
そして、この電子機器１は、発熱部品４Ａの先端部領域が埋没する程度に収容ケース２内に放熱樹脂５を充填することによって、放熱樹脂５の使用量の削減を図るものであるため、回路基板３上の発熱部品４Ａの配置の変更や回路基板３自体の変更があっても、収容ケース２の仕様をその都度大幅に変更する必要がない。したがって、この電子機器１においては、収容ケース２の汎用性の低下を招くことなく、放熱樹脂５の使用量の削減を図ることができる。

また、低発熱性部品４Ｂに装着する保護部材は必ずしも有底筒状の部材である必要はないが、この実施形態の保護キャップ７のように有底筒状の部品とした場合には、低発熱性部品４Ｂに保護部材を容易に装着することができるうえ、低発熱性部品４Ｂの先端部領域を一様に覆うことができる。したがって、この実施形態の場合、製造時の作業の効率化を図ることができるとともに、低発熱性部品４Ｂへの放熱樹脂５の付着をより確実に防止することができる。

また、この実施形態に係る電子機器１では、保護キャップ７と低発熱性部品４Ｂの間に空気層８が確保されているため、放熱樹脂５が発熱部品４Ａ等の熱を受けて加熱された場合にも、その熱が低発熱性部品４Ｂに伝達されるのを空気層８によって阻止することができる。したがって、この電子機器１においては、低発熱性部品４Ｂの昇温を防止し、安定した性能を長期に亙って維持することができる。

また、この実施形態に係る電子機器１は、保護キャップ７と低発熱性部品４Ｂの間に空気層８が確保されているため、低発熱部品４Ｂが、内圧の過剰上昇時に開く防爆弁を先端部に備えた電解コンデンサであった場合には、内圧上昇時に防爆弁を空気層８のスペースで確実に作動させることができる。

つづいて、図３，図４に示す第２の実施形態について説明する。
この実施形態の電子機器は基本的な構成は第１の実施形態とほぼ同様であるが、低発熱性部品４Ｂの先端部領域に被着する保護キャップ１０７の構造が第１の実施形態のものと異なっている。
第２の実施形態の保護キャップ１０７は、ゴム等の弾性部材によって有底円筒状に形成されるとともに、その円筒部の内周面に、軸方向に延びる複数の突条１１（凹凸部）が周方向に亙って設けられている。保護キャップ１０７は、低発熱性部品４Ｂの先端部領域に被着されたときに、複数の突条１１の先端部が低発熱性部品４Ｂの外周面に当接する。

この実施形態の電子機器においては、保護キャップ１０７が複数の突条１１で低発熱性部品４Ｂの外周面に当接するため、保護キャップ１０７の内周側領域での軸直角方向（接触面と直交する方向）の剛性を充分に低くすることができる。したがって、この実施形態の場合、放熱樹脂に対する低発熱性部品４Ｂの変位、特に、軸直角方向の変位をより柔軟に許容することができる。

また、この実施形態の場合、保護キャップ１０７の内周面に複数の突条１１が軸方向に沿って形成されているため、保護キャップ１０７を低発熱性部品４Ｂの外周面に容易に装着できるという利点もある。

図５は、第３の実施形態の電子機器で用いられる保護キャップ２０７を示す図である。
この第３の実施形態の電子機器は、第１の実施形態とは保護キャップ２０７の構造のみが異なっている。
この実施形態の保護キャップ２０７は、ゴム等の弾性部材によって開口１２側に向かってテーパ状に拡径する有底円筒状に形成されている。

この実施形態の場合、保護キャップ２０７が開口１２側に向かってテーパ状に拡径するため、図５に示すように、外径の異なる低発熱性部品４Ｂ−１，４Ｂ−２に対して同一サイズの保護キャップ２０７を適用することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、図３，図４に示した第２の実施形態は、保護部材（保護キャップ１０７）上の電子部品（低発熱性部品４Ｂ）との接触部位に設ける凹凸部として、軸方向に延びる複数の突条１１を周方向に配列したものであるが、凹凸部は、保護部材上に相互に独立した複数の突起を設けるようにしても良い。また、凹凸部を設ける部位も電子部品の外周面に対向する部位に限らず、他の部位、例えば電子部品の先端面に対向する部位であっても良い。この場合も、保護部材上の電子部品との接触面と直交する方向の弾性変形を容易にでき、保護部材上の電子部品の先端面に対向する部位に凹凸を設けた場合であれば、電子部品の軸方向に沿う方向の弾性変形容易にできる。
また、本発明に係る電子機器は車両電装装置に限るものでなく、車両に搭載しない電子機器であっても良い。

１電子機器
２収容ケース
３回路基板
４Ａ発熱部品（電子部品）
４Ｂ低発熱性部品（電子部品）
５放熱樹脂
７，１０７，２０７保護キャップ（保護部材）
８…空気層
１１突条（凹凸部）

Claims

発熱部品を含む複数の電子部品が取り付けられる回路基板と、
前記回路基板を収容する収容ケースと、
前記回路基板上の発熱部品の先端部領域が埋没し、かつ前記回路基板に対して非接触となるように前記収容ケース内に充填される放熱樹脂と、
前記発熱部品以外の電子部品の少なくとも先端部領域の外面に装着されて、当該電子部品と前記放熱樹脂の直接接触を防止する保護部材と、を備え、
前記保護部材の前記電子部品との接触部位には凹凸部が設けられ、
前記保護部材は有底筒状の弾性部材から成る部品であり、前記凹凸部は、前記保護部材の筒部の内周面に軸方向に延びる複数の突条を周方向に配列して構成されていることを特徴とする電子機器。
前記保護部材が被着される電子部品の先端部と前記保護部材の間には空気層が確保されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記保護部材が被着される電子部品は、先端部に防爆弁を備えた電解コンデンサであることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。