JP6958438B2 - 電子部品用放熱装置 - Google Patents

Description

本開示は、電子部品で発生した熱を雰囲気に放散させる電子部品用放熱装置に関する。

従来、ＩＣチップ等の電子部品に、伝熱シート又は伝熱ゲル等の熱伝導物質を介して金属板等の熱拡散板の第１面を重ね、更にその熱拡散板における第２面に樹脂製の筐体を密着させることが提案されている。そのような構成を採用すれば、電子部品が発生した熱は熱伝導物質を介して熱拡散板の全面に拡散され、更に、その熱は、樹脂製の筐体を介して雰囲気に電磁波として放射されたり、空気の対流によって放散（すなわち放熱）されたりする。

このような構成を採用する場合、熱拡散板と樹脂製の筐体との密着性を確保することが、放熱性の向上のために重要となる。そこで、特許文献１に記載の構成では、樹脂製の筐体を内側に撓ませて成型しておき、樹脂の弾性を利用して当該撓んだ部分を熱拡散板に密着させている。

特許第５６９８８９４号公報

例えば特許文献１に記載のように、筐体の撓みを利用して筐体と熱拡散板とを密着させる構成の電子部品用放熱装置においては、筐体に熱拡散板が圧接された際に、筐体における熱拡散板との接触部分において外周方向へ広がろうとする力が生じる。当該力によって筐体が変形するため、このような構成の電子部品用放熱装置においては、筐体の変形（具体的には、筐体における熱拡散板が取り付けられる部分の変形）に起因して電子部品に対する熱拡散板の位置精度が低下する（換言すれば、電子部品と熱拡散板との隙間寸法の公差が大きくなる）という課題が見出された。従って、熱拡散板と電子部品との隙間を大きめに設計する必要が生じ、熱伝導物質を厚めに使用する必要が生じる。すると、熱伝導物質の厚みが増したことによって放熱性が低下する可能性がある。また、熱拡散板と電子部品との隙間を大きめに設計する必要があるため、筐体そのものの小型化も困難となる。

本開示の１つの局面は、熱拡散板の圧接により生じる力によって筐体が変形することに起因する電子部品に対する熱拡散板の位置精度の低下を抑制することが可能な電子部品用放熱装置を提供することにある。

本開示の一態様による電子部品用放熱装置は、熱拡散板（１５）と、筐体（７）と、接続部（３７）とを備える。熱拡散板は、電子部品（９）に熱伝導物質（１３）を介して第１面（１５Ａ）が重ねられるように構成され、熱を拡散させるように構成されている。筐体は、ケース（３）とケースに接続されるカバー（５）とを有し、電子部品、熱伝導物質及び熱拡散板を内部に収容する。接続部は、熱拡散板をケースに接続する。

ケースは、樹脂にて一体成型された樹脂部材であって、前記第１面の裏面としての前記熱拡散板の第２面（１５Ｂ）に少なくとも一部が面接触可能に構成された接触部（３１）と、前記接触部を周囲から隙間を開けて囲むように構成された外枠部（３３）と、前記外枠部と前記接触部との間に設けられ、前記接触部が前記第２面に圧接されたときに弾性変形するように構成された変形部（３５）と、を有している。

接続部は、前記変形部が弾性変形して前記接触部の少なくとも一部が前記第２面に面接触するように、前記熱拡散板を前記外枠部に接続するように構成されている。電子部品はカバーにより支持されている。
このような構成によれば、電子部品に熱伝導物質を介して第１面が重ねられた熱拡散板が、接続部によって樹脂部における外枠部に接続されると、前記第１面の裏面としての前記熱拡散板の第２面に、樹脂部における接触部の少なくとも一部が面接触する。このとき、接触部が第２面に圧接されたとしても、その場合、外枠部と接触部との間に設けられた変形部が弾性変形する。このため、変形部を介して接触部の周囲を囲む外枠部が、前記圧接によって生じる力によって変形するのが抑制される。従って、熱拡散板の圧接により生じる力によって筐体が変形することに起因する電子部品に対する熱拡散板の位置精度の低下を抑制することが可能となる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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ものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、本開示において「面接触」とは、接触部と第２面との接触部分に面積が存在する接触状態であればよく、接触部分（すなわち、接触面）の幅や形状は問わない。

実施形態の電子機器の構成を表す斜視図である。 前記電子機器の構成を表す分解斜視図である。 前記電子機器の構成を表す正面図である。 前記電子機器の構成を表す図３におけるIV−IV線断面図である。 前記電子機器における組立前のケースの構成を表す図３におけるIV−IV線に応じた断面図である。 前記電子機器の構成を表す図３におけるVI−VI線断面図である。 前記電子機器の変形部の構成を表す図５におけるVII部拡大図である。 前記ケースに金属板を取り付ける工程を表す模式図である。 前記工程の続きを表す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．実施形態］
［１−１．構成］
図１〜図３に示すように、実施形態の電子機器１は、ケース３とカバー５とを備えた略直方体状の筐体７の内部に、ＩＣチップ９を搭載したプリント配線基板１１を備えている。また、ＩＣチップ９とケース３との間には、放熱ゲル１３と熱拡散板１５とが順次設けられている。なお、以下の説明において、プリント配線基板１１におけるＩＣチップ９が搭載された面が向く方向を＋Ｚ方向とし、筐体７における当該＋Ｚ方向に直交する辺の方向を±Ｙ方向及び±Ｘ方向とした右手系直交座標を用いて、各部の位置関係を説明する場合がある。但し、この座標系は、電子機器１が使用される際の上下左右等の方向とは無関係である。例えば、電子機器１は、＋Ｚ方向を上に向けて使用されてもよく、＋Ｙ方向を上に向けて使用されてもよく、その他の姿勢で使用されてもよい。

ケース３は、接触部３１と、外枠部３３と、変形部３５と、突起３７とを、樹脂にて一体成型して構成されている。接触部３１は、図４に示すように熱拡散板１５がケース３の−Ｚ側に装着されたとき、熱拡散板１５における第２面１５Ｂに面接触可能に構成されている。第２面１５Ｂとは、熱拡散板１５において放熱ゲル１３に重ねられる第１面１５Ａの裏側の面である。また、接触部３１は、±Ｘ方向に平行な２辺と±Ｙ方向に平行な２辺とを有する正方形板状の中心部３１Ａと、中心部３１Ａの４辺にそれぞれ連接されて中心部３１Ａから離れるほど＋Ｚ側へ行くように傾斜した４つの平板状の斜面部３１Ｂとを備えている。すなわち、接触部３１は、中心部３１Ａを上底とした角錐台状に構成されている。

外枠部３３は、接触部３１を周囲から隙間を開けて囲み、かつ、プリント配線基板１１及び熱拡散板１５を＋Ｚ側から筐体７の一部として囲むように構成されている。より詳細には、外枠部３３は、図４に示すようにプリント配線基板１１を±Ｘ方向及び±Ｙ方向周囲まで覆っており、それよりも−Ｚ側の部分をカバー５が覆っている。なお、カバー５には、プリント配線基板１１を−Ｚ側から支持する台座５１が樹脂にて一体成型されている。また、外枠部３３は、接触部３１よりも厚肉に構成されている。

変形部３５は、外枠部３３と接触部３１との間に設けられ、接触部３１が第２面１５Ｂに圧接されたときに弾性変形するように構成されている。具体的には、変形部３５は、接触部３１と外枠部３３との間において熱拡散板１５と対向する側が凹となるように湾曲して構成されている。また、変形部３５は、外枠部３３よりも薄肉に構成されている。すなわち、接触部３１と外枠部３３とを最短距離で接続する線を含み、かつ、熱拡散板１５に垂直な（すなわち、Ｚ軸に平行な）断面で切断した変形部３５の断面形状は、図７〜図９に示すように、熱拡散板１５と対向する側が凹となるようにＵ字状に湾曲して構成されている。

突起３７は、外枠部３３における−Ｚ側の面に、変形部３５を囲むように複数（例えば６本）設けられている。突起３７は、ケース３の成型時には、図５に示すように円柱状に構成されているが、電子機器１の完成時には、図６に示すように、各突起３７に対応して熱拡散板１５に形成された貫通穴１５Ｃを貫通して、熱カシメされた状態とされる。なお、熱カシメとは貫通穴１５Ｃを貫通した突起３７の先端を熱変形させて、当該突起３７を貫通穴１５Ｃから抜けないようにすることをいう。この熱カシメにより、熱拡散板１５はケース３の−Ｚ側の面に取り付けられる。

なお、ケース３を構成する樹脂としては、各種熱可塑性樹脂が使用可能であるが、例えばＰＢＴ（すなわち、polybutylene terephthalate）を使用することができる。ＰＢＴは硬めの樹脂であるが耐熱性がよい。電子機器１からの発熱で筐体７内部は高温に晒される可能性があるため、ＰＢＴが適切である場合がある。ケース３を構成する樹脂としては、その他の樹脂を使用することもできる。カバー５を構成する樹脂としても、ケース３と同様に種々の樹脂を使用することができる。また、これらの樹脂は、一般的にアルミ等の金属よりも放射率（すなわち、熱を電磁波として雰囲気に放射する性能）が高い。

また、放熱ゲル１３は、少なくともケース３を構成する樹脂又は空気のいずれよりも熱伝導性に優れ、柔軟性のある物質であれば種々の物質を使用することができる。例えば、放熱ゲル１３としては、熱伝導性のグリースを使用してもよく、シート状のシリコーンゴム等を使用してもよく、その他の柔軟性のある熱伝導物質を使用してもよい。

熱拡散板１５としては、アルミニウム製の板材を使用してもよく、鉄等、他の金属製の板材を使用してもよい。また、金属の代わりに、板面に沿った高い熱伝導性を有するグラファイトの板材を使用してもよい。

［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１Ａ）ＩＣチップ９に放熱ゲル１３を介して第１面１５Ａが重ねられた熱拡散板１５が、突起３７の熱カシメに接続されると、熱拡散板１５の第２面１５Ｂに、ケース３における接触部３１の少なくとも一部が面接触する。このとき、熱拡散板１５が図８に矢印Ａで示すように接触部３１に対して圧接され、接触部３１には、図９に矢印Ｂで示すように外周方向へ広がろうとする力が生じる。しかしながら、そのとき、外枠部３３と接触部３１との間に設けられた変形部３５が弾性変形して当該力を吸収する。このため、ＩＣチップ９及び熱拡散板１５を囲む筐体７の一部を構成するように構成された外枠部３３が、前記圧接によって生じる力によって変形するのが抑制される。従って、筐体７の寸法公差を小さくしつつ、当該筐体７を構成する樹脂（すなわち、接触部３１）を熱拡散板１５に密着させることが可能となる。

このため、熱拡散板１５とＩＣチップ９との隙間を小さめに設計することが可能となり、放熱ゲル１３も薄めに使用することが可能となるので、ＩＣチップ９に対する放熱性を向上させることができる。以下にその理由を述べる。熱拡散板１５とＩＣチップ９との隙間寸法をＡ、その交差を±Ｂとすると、熱拡散板１５とＩＣチップ９を接触しないようにするために、Ａ ≧ Ｂとする必要がある。例えば、Ａ＝Ｂとすると隙間は最小で０、最大で２Ｂとなる。隙間が広いほど放熱ゲルの厚みが増えて、熱抵抗も増えるため、隙間寸法が２Ｂのときが放熱性能が最も悪くなる。従って、公差Ｂが小さければ熱設計を成立させることが容易になる。このため、ＩＣチップ９と熱拡散板１５との隙間は、できるだけ小さく精度よく設計するのが好ましいが、本実施形態ではそのような設計が可能となる。

（１Ｂ）熱拡散板１５とＩＣチップ９との隙間を小さめに設計することが可能となることにより、筐体７を小型化することが可能となり、電子機器１の製造コストを一層低減することができる。

（１Ｃ）本実施形態では、ケース３及びカバー５を樹脂にて構成しているので、電子機器１を軽量化することができる。また、ケース３及びカバー５を樹脂にて構成しているので、ケース３とカバー５とをいわゆるスナップフィット構造を利用して接続することができる。スナップフィット構造とは、例えば第１の部品と第２の部品とを接続する場合に、第１の部品に形成した爪（すなわち、フック）を第２の部品に形成した切欠き等又は第２の部品の端縁に係合させることによって前記接続を行う周知の構造である。そのようなスナップフィット構造を利用した場合、ネジやビスを利用して接続する場合に比べて、電子機器１を一層軽量化することができる。

（１Ｄ）接触部３１は、熱拡散板１５の第２面１５Ｂに接触する側が凸になるように屈曲して構成され、かつ、外枠部３３よりも薄肉に構成されている。このため、突起３７を熱カシメすることによって熱拡散板１５が外枠部３３に接続された状態では、接触部３１は弾性変形して少なくとも一部（例えば、中心部３１Ａにおける熱拡散板１５側の全面）が第２面１５Ｂに面接触する。また、中心部３１Ａが熱拡散板１５に圧接され、中心部３１Ａと熱拡散板１５との間に空気層が残るのも抑制される。このため、熱拡散板１５からケース３への熱移動を円滑化して、ＩＣチップ９に対する放熱性を一層向上させることができる。また、接触部３１が第２面１５Ｂに面接触する際、接触部３１が第２面１５Ｂに傾いて当接したとしても、前記弾性変形によって接触部３１は第２面１５Ｂに平行に配置され、かつ、外枠部３３の変形も抑制することができる。

（１Ｅ）変形部３５は、外枠部３３よりも薄肉に構成されることにより、外枠部３３よりも容易に弾性変形するように構成されている。すなわち、本実施形態では、変形部３５を構成する樹脂を薄肉化することによって、その部分の剛性を低下させている。このため、変形部を構成する樹脂に穴を開けるなどしてその部分の剛性を低下させる場合に比べて、ケース３の防水性等が低下するのを抑制しつつ、変形部３５の変形を容易にして外枠部３３の変形を抑制することができる。

（１Ｆ）また、変形部３５は、接触部３１と外枠部３３との間において熱拡散板１５と対向する側が凹となるように湾曲して構成されている。このため、図９に矢印Ｂで示すように外周方向へ広がろうとする力が接触部３１に加わっても、変形部３５が一層容易に変形して当該力を吸収する。このため、外枠部３３が変形するのを一層良好に抑制することができる。

（１Ｇ）熱拡散板１５は、外枠部３３に形成された複数の突起３７と対向する位置にそれぞれ貫通穴１５Ｃを有し、前記複数の突起３７を貫通穴１５Ｃにそれぞれ貫通させた状態で熱カシメすることにより、熱拡散板１５とケース３とが接続されている。このため、ＩＣチップ９に対する放熱性を確保しつつ、電子機器１を良好に小型化することができる。

例えば、インサート成形によってケース３と熱拡散板１５とを接続する場合に比べて、成形時の収縮又は熱応力によって発生する応力が材料の許容値を超える懸念が低減される。また、スナップフィット構造又はネジを利用してケース３と熱拡散板１５とを接続する場合に比べて、ケース３及び熱拡散板１５の周辺に設けなければならない構成を容易に小型化することができる。更に、両面テープ又は接着剤等を利用してケース３と熱拡散板１５とを接続する場合に比べて、ケース３と熱拡散板１５との間に、空気等の、熱伝導性の低い物質の層が形成されてＩＣチップ９に対する放熱性が低下する事態の発生を抑制することができる。また、両面テープを利用してケース３と熱拡散板１５とを接続する場合に比べて、ケース３と熱拡散板１５とを一層良好に密着させて電子機器１を小型化することができる。

（１Ｈ）本実施形態では、接触部３１の中心部３１Ａが熱拡散板１５の第２面１５Ｂに圧接され、かつ、熱拡散板１５の第１面１５Ａ側から熱カシメがなされたことにより、熱拡散板１５の±Ｚ方向及び±Ｙ方向及び±Ｘ方向のがたつきが抑制される。このため、振動等によって異音が発生するのも抑制される。例えば、電子機器１を自動車用に利用した場合には、車両の振動によって熱拡散板１５の位置がずれること、及び、車両の振動によって熱拡散板１５が異音を発生することを、抑制することができる。

［１−３．特許請求の範囲の要素との対応］
なお、前記実施形態において、ＩＣチップ９が電子部品に対応する。放熱ゲル１３が熱伝導物質に対応する。ケース３が樹脂部に対応する。熱カシメされた突起３７が接続部に対応する。

［２．他の実施形態］
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２Ａ）前記実施形態では、接触部３１は、中心部３１Ａで熱拡散板１５に面接触するように、熱拡散板１５の第２面１５Ｂに接触する側が凸になるように屈曲して構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、接触部は、前記第２面に接触する側が凸になるように湾曲して構成されてもよい。また、本開示において「面接触」とは、接触部と第２面との接触部分に面積が存在する接触状態であればよく、接触部分（すなわち、接触面）の幅や形状は問わない。

（２Ｂ）前記実施形態では、変形部３５を断面Ｕ字状に形成したが、これに限定されるものではない。変形部の断面形状はＶ字状、Ｗ字状、或いは蛇腹状であってもよく、単に薄肉に形成しただけであってもよい。また、接触部の周囲に沿って部分的に穴を形成し、残った部分（すなわち、穴によって剛性が低下した部分）によって変形部を構成してもよい。変形部の形状は、接触部の変位が外枠部に及ぶのを抑制する断面形状であれば、更にその他の形状に構成されてもよい。その場合も、外枠部が変形するのを一層良好に抑制することができる。

（２Ｃ）前記実施形態では、接続部の構成として、突起３７を熱カシメした構成を利用したが、これに限定されるものではない。スナップフィット、接着剤、両面テープ等、種々の構成を利用して接続部とすることができる。

（２Ｄ）前記実施形態では、接触部３１及び変形部３５を外枠部３３よりも薄肉に構成したが、これに限定されるものではない。例えば、接触部３１は外枠部３３と同程度の厚さに構成して変形部３５を薄肉に構成してもよく、接触部３１及び変形部３５を共に外枠部３３と同程度の厚さに構成してもよい。

（２Ｅ）前記実施形態では、接触部３１の外形（すなわち、±Ｚ方向から見た変形部３５の形状）を正方形としたが、これに限定されるものではない。接触部の外形は長方形であってもよく、円形であってもよく、その他の形状であってもよい。

（２Ｆ）前記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、前記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、前記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の前記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…電子機器 ３…ケース ５…カバー
７…筐体 ９…ＩＣチップ １１…プリント配線基板
１３…放熱ゲル １５…熱拡散板 １５Ａ…第１面
１５Ｂ…第２面 １５Ｃ…貫通穴 ３１…接触部
３１Ａ…中心部 ３１Ｂ…斜面部 ３３…外枠部
３５…変形部 ３７…突起

Claims (6)

1. 電子部品（９）に熱伝導物質（１３）を介して第１面（１５Ａ）が重ねられるように構成され、熱を拡散させるように構成された熱拡散板（１５）と、
   ケース（３）と前記ケースに接続されるカバー（５）とを有し、前記電子部品、前記熱伝導物質及び前記熱拡散板を内部に収容する筐体（７）と、
   前記熱拡散板を前記ケースに接続する接続部（３７）と、
   を備え、
   前記ケースは、樹脂にて一体成型された樹脂部材であって、前記第１面の裏面としての前記熱拡散板の第２面（１５Ｂ）に少なくとも一部が面接触可能に構成された接触部（３１）と、前記接触部を周囲から隙間を開けて囲むように構成された外枠部（３３）と、前記外枠部と前記接触部との間に設けられ、前記接触部が前記第２面に圧接されたときに弾性変形するように構成された変形部（３５）と、を有しており、
   前記接続部は、前記変形部が弾性変形して前記接触部の少なくとも一部が前記第２面に面接触するように、前記熱拡散板を前記外枠部に接続するように構成されており、
   前記電子部品は前記カバーにより支持されている、
   電子部品用放熱装置。
2. 請求項１に記載の電子部品用放熱装置であって、
   前記接触部は、前記第２面に接触する側が凸になるように湾曲又は屈曲して構成され、前記外枠部よりも薄肉に構成されることにより、前記接続部によって前記熱拡散板が前記外枠部に接続された状態では、前記接触部は弾性変形して少なくとも一部が前記第２面に面接触するように構成された電子部品用放熱装置。
3. 請求項１又は２に記載の電子部品用放熱装置であって、
   前記変形部は、前記外枠部よりも薄肉に構成された電子部品用放熱装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用放熱装置であって、
   前記変形部は、前記接触部と前記外枠部との間において前記熱拡散板と対向する側が凹となるように湾曲して構成された電子部品用放熱装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用放熱装置であって、
   前記変形部は、前記接触部の変位が前記外枠部に及ぶのを抑制する断面形状に構成された電子部品用放熱装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子部品用放熱装置であって、
   前記熱拡散板は、前記接続部によって前記熱拡散板が前記外枠部に接続されるときに前記外枠部と対向する位置に複数の貫通穴（１５Ｃ）を有し、
   前記接続部は、前記外枠部と一体に成形された複数の突起であり、前記貫通穴にそれぞれ貫通させた状態で熱カシメされている電子部品用放熱装置。

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