WO2012164756A1 - 放熱構造 - Google Patents

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WO2012164756A1
WO2012164756A1 PCT/JP2011/065576 JP2011065576W WO2012164756A1 WO 2012164756 A1 WO2012164756 A1 WO 2012164756A1 JP 2011065576 W JP2011065576 W JP 2011065576W WO 2012164756 A1 WO2012164756 A1 WO 2012164756A1
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substrate
heating element
heat
housing
fixed
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PCT/JP2011/065576
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寿夫 高橋
穴田 悟
徹 岩住
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トヨタ自動車株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation structure that transfers heat generated by a heating element to a heat dissipation member.
  • a heat dissipation structure in which a substrate on which a heating element such as a heat generating electronic component is mounted is attached to a heat dissipation member (heat sink) or a chassis (chassis).
  • a substrate on which a heating element such as a heat-generating electronic component is mounted is hermetically embedded in the casing, and the heating element is attached to the inner wall of the casing directly or via a heat dissipation member on the surface opposite to the board mounting side.
  • the heating element mounted on the substrate is brought into contact with the heat radiating member through the heat conductive elastic member, and the substrate, the heat radiating member, and the housing are fixed only at the four corners, The distance to each of the four corners increases. Therefore, due to the repulsive force of the heat conductive elastic member, the periphery of the heating element mounting portion of the substrate is likely to be displaced in a direction away from the heat dissipation member (warp is likely to occur), and the adhesion between the heat generation element and the heat dissipation member is improved. Deteriorating and heat dissipation efficiency decreases.
  • This invention is made in view of said point, and makes it a subject to provide the thermal radiation structure which can suppress the fall of thermal radiation efficiency.
  • One form of the heat dissipation structure includes a substrate on which a heating element is mounted on one surface, a heat dissipation member that contacts a surface opposite to the one surface side of the heating element via a heat conductive elastic member, and The substrate and the housing on which the heat dissipation member is mounted, and the substrate has two opposite sides constituting the outer edge of the heating element as viewed from the vertical direction of the one surface. When extending to the outer edge of the surface, it is necessary to be within the region sandwiched between the two extended sides and to be fixed to the casing on both sides of the heating element.
  • Another form of the heat dissipation structure includes a substrate on which a heating element is mounted on one surface, and a heat dissipation member that abuts the surface of the heating element opposite to the substrate via a heat conductive elastic member. And the substrate is sandwiched between the two extended sides when the two opposing sides constituting the outer edge of the heating element are extended to the outer edge of the one surface when viewed from the vertical direction of the one surface. It is necessary to be fixed to the heat radiating member on both sides of the heating element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a heat dissipation structure according to a first embodiment. It is sectional drawing which illustrates the thermal radiation structure which concerns on 1st Embodiment. In 1st Embodiment, it is a figure which shows the example of the suitable position which fixes a board
  • FIG. 6 is a diagram (part 1) illustrating another example of a suitable position for fixing a substrate to a housing in the first embodiment
  • FIG. 10 is a diagram (No. 2) showing another example of a suitable position for fixing the substrate to the housing in the first embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram (No.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the housing 20 shown in FIG.
  • the heat dissipation structure 10 generally includes a housing 20, a substrate 30, a heat dissipation member 40, and a heat conductive elastic member 50.
  • a substrate 30 on which a heating element 31 is mounted is fixed in the housing 20, and a heat dissipation member 40 is fixed on the housing 20.
  • the heating element 31 and the heat radiating member 40 are in contact with each other through the heat conductive elastic member 50.
  • each component of the heat dissipation structure 10 will be described in detail.
  • the housing 20 is a substantially box-shaped member for fixing the substrate 30, the heat dissipation member 40, and the like.
  • the housing 20 includes a top plate 21 and side plates 22 that are bent downward from the top plate 21 at a substantially right angle.
  • the housing 20 is made of, for example, a sheet metal including aluminum (Al).
  • the housing 20 may be formed of a steel plate.
  • the thickness of the housing 20 can be set to about 0.5 to 1 mm, for example. 1 and 2, no bottom plate is provided, but a bottom plate may be provided at the lower end of the side plate 22 or the like. Further, another substrate or the like may be provided on the side opposite to the top plate 21 of the substrate 30.
  • the top plate 21 of the housing 20 is provided with an opening 21a having a substantially rectangular planar shape.
  • the opening 21a is provided to expose the heating element 31 and the heat conductive elastic member 50 from the substrate 30 side to the heat radiating member 40 side.
  • the planar shape of the opening 21a is not limited to a substantially rectangular shape as long as the object can be achieved, and may be an arbitrary shape.
  • a pair of bent portions 23 that are bent downward at a substantially right angle downward from the top plate 21 are provided in the facing portions of the opening 21a (two sides facing the opening 21a in plan view).
  • the pair of bent portions 23 are portions for fixing the substrate 30 in the housing 20.
  • each of the bent portions 23 of the pair of bent portions 23 has a direction in which a line (imaginary line, the same applies hereinafter) connecting the bent portions 23 is orthogonal to the longitudinal direction of the housing 20 ( However, the present invention is not limited to this, as will be described later.
  • each bent portion 23 is formed to be narrower than the upper end side (top plate 21 side), and this portion is inserted into a through hole 30a provided in the substrate 30, and the back side (top plate) of the substrate 30 is formed.
  • the board 30 is fixed in the housing 20 (so-called clinch structure). That is, the substrate 30 is fixed in the housing 20 in a state of being suspended from the top plate 21 by a clinching structure.
  • Screw holes 21b (four locations) for fixing the heat dissipation member 40 on the top plate 21 of the housing 20 are provided at the four corners of the outer edge portion of the top plate 21 of the housing 20.
  • a pair of screw holes 21c (two locations) for fixing the heat radiating member 40 on the top plate 21 of the housing 20 are provided on both sides of the opening 21a in the vicinity of each bent portion 23 of the top plate 21. It has been.
  • each screw hole 21 c of the pair of screw holes 21 c substantially coincides with a direction (short direction) in which a line connecting each screw hole 21 c is orthogonal to the longitudinal direction of the housing 20.
  • the present invention is not limited to this.
  • the substrate 30 is a wiring substrate in which a heating element 31 is mounted on one surface (the surface on the heat radiating member 40 side).
  • any electronic component such as a resistor, a capacitor, or an inductor may be mounted on one surface of the substrate 30.
  • a through hole may be provided in the substrate 30 and an electronic component may be mounted on the other surface of the substrate 30 (the surface on the opposite side of the heat dissipation member 40).
  • an FR-4 substrate a copper-clad laminate in which a flame-retardant glass cloth base material is impregnated with an epoxy resin
  • various wiring substrates including a multilayer wiring substrate manufactured by a build-up method or an IVH multilayer wiring substrate that connects a specific wiring layer by IVH (Interstitial Via Hole) may be used.
  • the heating element 31 is, for example, an electronic component including a semiconductor element that generates a relatively large amount of heat during operation. More specifically, the heating element 31 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor). Electronic components including switching elements such as field-effect transistors.
  • a CPU Central Processing Unit
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor
  • a pair of through holes 30a penetrating the substrate 30 are provided on both sides of the substrate 30 where the heating element 31 is mounted.
  • each through hole 30 a of the pair of through holes 30 a is provided in a direction (short direction) orthogonal to the longitudinal direction of the housing 20.
  • the lower end side of each bent portion 23 is inserted into each through-hole 30a and is bent on the back side (the side opposite to the top plate 21) of the substrate 30 to fix the substrate 30 in the housing 20.
  • the interval between the two through holes 30a can be set to about 40 mm, for example.
  • the heat radiating member 40 is a member that absorbs heat from the heat generating element 31 generated when the heat generating element 31 is driven and radiates the heat to the outside.
  • the material of the heat radiating member 40 is preferably a material having excellent thermal diffusivity and high rigidity and good flatness.
  • a metal plate such as aluminum (Al) or copper (Cu) can be used.
  • the thickness of the heat radiating member 40 can be about 5 mm, for example.
  • the planar shape of the heat radiating member 40 can be substantially the same as the planar shape of the top plate 21 of the housing 20. At four corners of the outer edge portion of the heat radiating member 40, through holes 41b (four places) communicating with the screw holes 21b of the top plate 21 are provided. Further, the heat radiating member 40 is provided with a pair of through holes 41 c communicating with the pair of screw holes 21 c of the top plate 21.
  • the heat dissipation member 40 is fixed to the top plate 21 of the housing 20 by screws 61 inserted into the through holes 41b (four places) and screws 62 inserted into the through holes 41c (two places).
  • screws 61 inserted into the through holes 41b (four places) and screws 62 inserted into the through holes 41c (two places).
  • male screws are formed on the outer wall surfaces of the screws 61 and 62, and these male screws (not shown) are female screws (not shown) formed on the inner wall surfaces of the screw holes 21b and 21c.
  • the heat radiating member 40 is in close contact with and fixed to the top plate 21 of the housing 20.
  • the heat dissipation member 40 having high rigidity is fixed to the top plate 21 of the housing 20 at the positions of the screw holes 21c (2 locations) closer to the bent portion 23 than the screw holes 21b (4 locations), thereby warping the housing 20 Therefore, the distance between the substrate 30 attached to the housing 20 and the heat dissipation member 40 can be kept constant.
  • the positions of the screw holes 21c (two places) and the through holes 41c (two places) are preferably closer to the bent portion 23 because the effect of correcting the warp of the housing 20 is greater.
  • the heat dissipation effect can be further improved by making the surface of the heat radiating member 40 on the side not in contact with the heat conductive elastic member 50 into a corrugated shape instead of a flat surface.
  • the heat conductive elastic member 50 is disposed between one surface of the heating element 31 mounted on the substrate 30 (surface opposite to the substrate 30) and one surface of the heat radiating member 40 (surface on the top plate 21 side). It is the heat conductive member which has the arrange
  • the heat conductive elastic member 50 enables high heat conduction from the heat generating element 31 to the heat radiating member 40 while ensuring electrical insulation between the heat generating element 31 and the heat radiating member 40. Heat generated by the heating element 31 is conducted to the heat radiating member 40 via the heat conductive elastic member 50 and is radiated by the heat radiating member 40.
  • the planar shape of the heat conductive elastic member 50 can be made larger than the planar shape of the heating element 31.
  • a material of the heat conductive elastic member 50 for example, silicone or the like can be used. An inorganic powder may be added to silicone or the like.
  • the distance between one surface of the heating element 31 (surface opposite to the substrate 30) and one surface of the heat radiating member 40 (surface on the top plate 21 side) can be, for example, about several mm.
  • the thickness of the heat conductive elastic member 50 is 1 to 2 based on the distance between one surface of the heating element 31 (surface opposite to the substrate 30) and one surface of the heat radiating member 40 (surface on the top plate 21 side). It is preferable to make it thicker.
  • the heat conductive elastic member 50 It is preferable that the thickness is about 5.5 to 6 mm and the heat conductive elastic member 50 is attached in a state of being crushed by about 0.5 to 1 mm. This is because the heat conductive elastic member 50 is brought into close contact with both the heating element 31 and the heat radiating member 40.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a suitable position for fixing the substrate to the housing in the first embodiment.
  • the fixed region 90 has one of the short sides of the substrate 30 facing the short side that forms the outer edge of the heating element 31 when viewed from the direction perpendicular to the one surface of the substrate 30 (the surface on the heat dissipation member 40 side). This is a region sandwiched between two extended sides when extended to the outer edge of the surface.
  • the substrate 30 is fixed to the housing 20 within the fixing region 90 on both sides of the heating element 31, so that the displacement of the substrate 30 due to the reaction force of the heat conductive elastic member 50 ( (Warp) can be suppressed.
  • the fixing region 90 is not shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the position where the substrate 30 is fixed to the housing 20 (the bent portions 23 and the through holes 30a) is fixed. Position) is within the fixed region 90.
  • FIG. 4 to 6 are diagrams showing other examples of suitable positions for fixing the substrate to the housing in the first embodiment.
  • the line connecting the two through holes 30a is substantially parallel to the short side of the heating element 31, but the line connecting the two through holes 30a is oblique to the long side of the heating element 31 as shown in FIG. You may be allowed to cross
  • the fixed region 91 has one long side facing the one side of the substrate 30 as viewed from the direction perpendicular to the one surface of the substrate 30 (the surface on the heat dissipation member 40 side). This is a region sandwiched between two extended sides when extended to the outer edge of the surface.
  • the substrate 30 is fixed to the housing 20 in the fixing region 91 and on both sides of the heating element 31, so that the displacement of the substrate 30 due to the reaction force of the heat conductive elastic member 50 ( (Warp) can be suppressed.
  • the fixed region may be a region that is sandwiched between the two extended sides when the two opposing sides constituting the outer edge of the heating element 31 are extended to the outer edge of one surface of the substrate 30, and the short side Or the long side may be extended.
  • the position where the substrate 30 is fixed to the casing 20 (the position of the bent portion 23 and the through hole 30a) is a fixed region. It is preferable to provide it on the side not provided with the lead terminal in 90 or the fixed region 91. The reason for this is that the substrate 30 can be fixed at a position closer to the heating element 31 due to the absence of the lead terminal, so that the effect of suppressing displacement (warpage) of the substrate 30 due to the reaction force of the heat conductive elastic member 50 can be further enhanced. This is because it can.
  • the position where the substrate 30 is fixed to the housing 20 is a fixed region. It is preferable that the substrate 30 is fixed to the housing 20 within the 90 and on both sides of the heating element 31.
  • the position where the substrate 30 is fixed to the housing 20 is a fixed region. It is preferable that the substrate 30 is fixed to the housing 20 within the 91 and on both sides of the heating element 31.
  • the position where the substrate 30 is fixed to the housing 20 may be in the fixed area 90 or the fixed area 91.
  • the bent portion 23 is provided at the corresponding position.
  • the substrate 30 on which the heating element 31 is mounted on one surface and the surface of the heating element 31 opposite to the substrate 30 are in contact with each other via the heat conductive elastic member 50.
  • the substrate 30 is viewed from a direction perpendicular to one surface of the substrate 30 (surface on the heat dissipation member 40 side).
  • the heating element 31 mounted on the substrate 30 (if there is another mounting component close to the heating element 31) , Including other mounting components), and it is possible to prevent destruction of the heating element 31 (including other mounting components when there are other mounting components close to the heating element 31). can do.
  • the destruction of the heating element 31 includes, for example, destruction of solder or the like that joins the heating element 31 and the substrate 30.
  • the heat radiation member 40 is fixed to the housing 20 at the outer edge (the position of the through hole 41b), and the position (the position at which the substrate 30 is fixed to the housing 20 than the outer edge (the position of the through hole 41b)). It is further fixed to the housing 20 at a position (position of the through hole 41c) close to the bent portion 23 and the position of the through hole 30a.
  • the heat dissipation member 40 is exposed at the top of the heat dissipation structure 10, the heat dissipation effect can be further enhanced.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating the heat dissipation structure according to the second embodiment.
  • the substrate 30 on which the heat generating elements 31a, 31b, and 31c are mounted is fixed in the casing 20, and the heat dissipation member 40 is mounted on the casing 20. Is fixed.
  • the heating elements 31a, 31b, and 31c and the heat radiating member 40 are in contact with each other through thermal conductive elastic members 50a, 50b, and 50c, respectively.
  • each component of the heat dissipation structure 10A will be described in detail.
  • the top plate 21 of the housing 20 is provided with an opening 21h having a substantially rectangular planar shape.
  • the opening 21h is provided to expose the heating elements 31a, 31b, and 31c and the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c from the substrate 30 side to the heat radiating member 40 side.
  • the planar shape of the opening 21h is not limited to a substantially rectangular shape as long as the object can be achieved, and may be an arbitrary shape. Moreover, you may provide the three opening part which exposes the heat generating bodies 31a, 31b, and 31c and the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c from the board
  • a pair of bent portions 23 a, a pair of bent portions 23 b, and a pair of bent portions 23 a that are bent downward at a substantially right angle downward from the top plate 21 are formed in the opposing portions of the opening 21 h (two sides facing the opening 21 h in plan view).
  • a bent portion 23c is provided.
  • the pair of bent portions 23 a, the pair of bent portions 23 b, and the pair of bent portions 23 c are portions for fixing the substrate 30 in the housing 20.
  • the pair of bent portions 23 a is provided so that the line connecting the bent portions 23 a substantially coincides with a direction (short direction) perpendicular to the longitudinal direction of the housing 20. It is not limited to this. The same applies to the pair of bent portions 23b and 23c.
  • each bent portion 23a of the pair of bent portions 23a is formed narrower than the upper end portion side (the top plate 21 side), and this portion is inserted into a pair of through holes 30x provided in the substrate 30.
  • the substrate 30 is bent at the back side (the side opposite to the top plate 21) of the substrate 30 to fix the substrate 30 in the housing 20 (so-called clinch structure).
  • the lower end portion side of each bent portion 23b of the pair of bent portions 23b is formed narrower than the upper end portion side (top plate 21 side), and this portion is a pair of through holes 30y provided in the substrate 30.
  • each bent portion 23c of the pair of bent portions 23c is formed to be narrower than the upper end portion side (the top plate 21 side), and this portion is a pair of through holes 30z provided in the substrate 30.
  • the substrate 30 is fixed in the housing 20 in a state of being suspended from the top plate 21 by a clinching structure.
  • a pair of screw holes 21x (2 for fixing the heat radiation member 40 on the top plate 21 of the housing 20 is provided on both sides of the pair of bent portions 23a of the top plate 21 with the openings 21h in the vicinity of the respective bent portions 23a. ).
  • a pair of screw holes for fixing the heat radiating member 40 on the top plate 21 of the housing 20 is provided on both sides of the opening 21h in the vicinity of each of the bent portions 23b of the pair of bent portions 23b of the top plate 21. 21y (two places) is provided.
  • a pair of screw holes for fixing the heat radiating member 40 on the top plate 21 of the housing 20 is provided on both sides of the pair of bent portions 23c of the top plate 21 with the opening 21h in the vicinity of each bent portion 23c.
  • the pair of screw holes 21x are provided so that a line connecting the screw holes 21x substantially coincides with a direction (short direction) perpendicular to the longitudinal direction of the housing 20. It is not limited to this. The same applies to the pair of screw holes 21y and 21z.
  • the heating elements 31a, 31b, and 31c are the same electronic components as the heating element 31. However, the heating elements 31a, 31b, and 31c may have the same function or may have different functions. Further, the sizes of the heating elements 31a, 31b, and 31c may not be the same. In the heat dissipation structure 10A, three heating elements (heating elements 31a, 31b, and 31c) are mounted on the substrate 30, but the number of heating elements mounted on the substrate 30 is limited to three. It may be two or four or more.
  • a pair of through holes 30x penetrating the substrate 30 are provided on both sides of the substrate 30 on which the heating element 31a is mounted.
  • a pair of through holes 30y penetrating the substrate 30 are provided on both sides of the substrate 30 on which the heating element 31b mounting portion is sandwiched.
  • a pair of through holes 30z penetrating the substrate 30 are provided on both sides of the substrate 30 where the heating element 31c is mounted.
  • each through hole 30 x of the pair of through holes 30 x is provided in a direction (short direction) orthogonal to the longitudinal direction of the housing 20.
  • each bent portion 23a is inserted into each through hole 30x, and is bent on the back side of the substrate 30 (the side opposite to the top plate 21) to fix the substrate 30 in the housing 20.
  • the interval between the two through holes 30x can be set to, for example, about 40 mm. The same applies to the through holes 30y and 30z.
  • the heat dissipating member 40 includes a pair of through holes 41x communicating with the pair of screw holes 21x of the top plate 21, a pair of through holes 41y communicating with the pair of screw holes 21y of the top plate 21, and a pair of screws of the top plate 21.
  • a pair of through holes 41z communicating with the holes 21z are provided.
  • the heat radiating member 40 includes a screw 61 inserted into the through hole 41b (four places), a screw 62a inserted into the through hole 41x (two places), a screw 62b inserted into the through hole 41y (two places), and a through hole. It is fixed to the top plate 21 of the housing 20 by screws 62c inserted at 41z (two places).
  • screws 62c inserted at 41z (two places).
  • male screws are formed on the outer wall surfaces of the screw 61 and the screws 62a, 62b, and 62c, and these male screws (not shown) are respectively formed in the screw holes 21b, 21x, 21y, and 21z.
  • the heat radiating member 40 is closely attached and fixed to the top plate 21 of the housing 20 by screwing with a female screw (not shown) formed on the inner wall surface.
  • the heat radiating member 40 having high rigidity By fixing the heat radiating member 40 having high rigidity to the top plate 21 of the housing 20 at the positions of the screw holes 21x to 21z (two places each) closer to the bent portions 23a to 23c than the screw holes 21b (four places), Since the warp of the housing 20 can be corrected, the distance between the substrate 30 attached to the housing 20 and the heat dissipation member 40 can be kept constant.
  • the positions of the screw holes 21x to 21z (two places each) and the through holes 41x to 41z (two places each) are preferably closer to the bent portions 23a to 23c, respectively, because the effect of correcting the warp of the housing 20 is large. .
  • the heat dissipation effect can be further improved by making the surface of the heat radiating member 40 on the side not in contact with the heat conductive elastic member 50 into a corrugated shape instead of a flat surface.
  • the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are respectively provided on one surface of the heating elements 31a, 31b, and 31c (the surface opposite to the substrate 30 mounting side) mounted on the substrate 30 and one of the heat dissipation members 40.
  • This is a heat conductive member having elasticity arranged between the surface (the surface on the top plate 21 side).
  • the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c radiate heat from the heat generating elements 31a, 31b, and 31c while ensuring electrical insulation between the heat generating elements 31a, 31b, and 31c and the heat radiating member 40, respectively. High heat conduction to the member 40 is enabled.
  • the heat generated by the heating elements 31a, 31b, and 31c is conducted to the heat radiating member 40 through the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c, and is radiated by the heat radiating member 40.
  • the planar shapes of the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c can be made larger than the planar shapes of the heating elements 31a, 31b, and 31c, respectively.
  • a material of the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c for example, silicone or the like can be used.
  • An inorganic powder may be added to silicone or the like.
  • the distance between one surface (surface opposite to the substrate 30) of each of the heating elements 31a, 31b, and 31c and one surface (surface on the top plate 21 side) of the heat dissipation member 40 is, for example, about several millimeters. can do.
  • the thicknesses of the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are set so that one surface of each of the heating elements 31a, 31b, and 31c (the surface opposite to the substrate 30) and one surface of the heat radiating member 40 (the top plate). It is preferable that the thickness be about 10 to 20% thicker than the distance to the 21st surface).
  • the distance between one surface (surface opposite to the substrate 30) of each of the heating elements 31a, 31b, and 31c and one surface of the heat dissipation member 40 (surface on the top plate 21 side) is 5 mm
  • the thicknesses of the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are about 5.5 to 6 mm, respectively, and the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are attached in a state of being crushed by about 0.5 to 1 mm. preferable. This is because the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are in close contact with both the heat generating members 31a, 31b, and 31c and the heat radiating member 40, respectively.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a suitable position for fixing the substrate to the housing in the second embodiment.
  • the fixed region 90 a has an opposing short side that constitutes the outer edge of the heating element 31 a as viewed from the direction perpendicular to one surface of the substrate 30 (the surface on the heat radiating member 40 side). This is a region sandwiched between two extended sides when extended to the outer edge of the surface.
  • the fixed region 90b has an opposing short side constituting the outer edge of the heating element 31b as the outer edge of the one surface of the substrate 30 when viewed from the direction perpendicular to one surface of the substrate 30 (the surface on the heat dissipation member 40 side). This is a region sandwiched between the two extended sides when extended to.
  • the fixed region 90c has an opposing short side constituting the outer edge of the heating element 31c as the outer edge of the one surface of the substrate 30 when viewed from the direction perpendicular to one surface of the substrate 30 (the surface on the heat dissipation member 40 side). This is a region sandwiched between the two extended sides when extended to.
  • the substrate 30 is fixed to the housing 20 in the fixed region 90a and on both sides of the heating element 31a, and the substrate is in the fixing region 90b and on both sides of the heating element 31b.
  • 30 is fixed to the housing 20, and the heat conductive elastic members 50a, 50b, and 50c are fixed by fixing the substrate 30 to the housing 20 in the fixing region 90c and on both sides of the heating element 31c.
  • the displacement (warpage) of the substrate 30 due to the respective reaction forces can be suppressed.
  • the fixing regions 90a, 90b, and 90c are not shown in FIG. 7, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the positions at which the substrate 30 is fixed to the housing 20 (bending portions 23a to 23c and The positions of the through holes 30x to 30y) are in the fixed regions 90a, 90b, and 90c.
  • the positions for fixing the substrate 30 to the housing 20 are limited to the example of FIG. 8 as long as they are within the fixing regions 90a, 90b, and 90c. Instead, it may be modified as shown in FIGS.
  • the fixed region 91 a has long sides facing each other that constitute the outer edges of the heating elements 31 a, 31 b, and 31 c when viewed from the direction perpendicular to one surface of the substrate 30 (the surface on the heat dissipation member 40 side). This is a region sandwiched between two extended sides when extended to the outer edge of one surface of the substrate 30.
  • the heat conductive elastic members 50a and 50b are fixed. And the displacement (warp) of the board
  • the opposing long sides constituting the outer edge of each heating element are the outer edges of one surface of the substrate 30.
  • the area sandwiched between the two extended sides when extending to a fixed area is used as a fixing area for each heating element, and the substrate 30 may be fixed to the housing 20 in each fixing area.
  • the two sides extended when the opposing long sides constituting the outer edge of each heating element are extended to the outer edge of one surface of the substrate 30.
  • a region sandwiched between the heating elements may be used as a fixing region for each heating element, and the substrate 30 may be fixed to the housing 20 in each fixing region.
  • the fixed region is a region sandwiched between the two extended sides when two opposing sides constituting the outer edges of the heating elements 31a, 31b, and 31c are extended to the outer edge of one surface of the substrate 30.
  • the short side may be extended or the long side may be extended.
  • three openings that expose the heating elements 31 a, 31 b, and 31 c are provided instead of the opening 21 h, and one of the bent portions 23 a is provided between the adjacent openings of the housing 20.
  • One of the bent portions 23c needs to be provided. The same applies to FIG. 10 described later.
  • the number of through holes and bent portions may be reduced. That is, one of the through holes 30x is disposed between the heating element 31a and the heating element 31b, and one of the through holes 30z is disposed between the heating element 31b and the heating element 31c. Thereby, since one of the through holes 30x and one of the through holes 30z can also serve as the through holes 30y, the through holes 30y can be deleted, and the number of through holes can be reduced from six (see FIG. 9) to four. Accordingly, the number of bent portions can be reduced from six to four.
  • the substrate 30 is one of the substrates 30.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a heat dissipation structure according to the third embodiment.
  • the top plate 21 of the housing 20 is provided with an opening 21 k having a substantially rectangular planar shape.
  • the opening 21k is provided to expose the through hole 30a, the heating element 31, and the heat conductive elastic member 50 from the substrate 30 side to the heat radiating member 40 side.
  • the bent portion 23 is not provided in the opening 21k.
  • the planar shape of the opening 21k is not limited to a substantially rectangular shape as long as the object can be achieved, and may be an arbitrary shape.
  • the four corners of the outer edge portion of the heat radiating member 40 are fixed to the top plate 21 of the housing 20, as in the first embodiment.
  • the substrate 30 and the heat radiating member 40 are fixed via a spacer 24 (interval holding member).
  • the position where the spacer 24 is provided is in the fixed region 90 shown in the first embodiment.
  • the spacer 24 has a structure in which a columnar protrusion 24b is provided at one end of the columnar portion 24a and a hole 24c is provided at the other end.
  • the columnar portion 24a has a cylindrical shape with a larger diameter than the through holes 30a and 41c
  • the columnar protrusion 24b has a cylindrical shape with a smaller diameter than the through hole 30a, and both are formed concentrically.
  • a male screw (not shown) is formed on the outer wall surface of the columnar protrusion 24b
  • a female screw (not shown) is formed on the inner wall surface of the hole 24c.
  • the columnar protrusion 24b is inserted into the through hole 30a from one surface (surface on the heat radiating member 40 side) of the substrate 30, and the vicinity of the tip is on the other surface (surface opposite to the heat radiating member 40) side of the substrate 30.
  • the portion excluding the columnar protrusion 24 b at one end of the columnar portion 24 a is in contact with one surface of the substrate 30.
  • the vicinity of the tip of the columnar protrusion 24 b is screwed with the nut 25 on the other surface side of the substrate 30.
  • the other end of the columnar portion 24a is in contact with one surface (the surface on the top plate 21 side) of the heat radiating member 40, and the through hole 41c and the hole portion 24c communicate with each other.
  • a screw 62 is inserted into the through hole 41c, and the vicinity of the tip of the screw 62 reaches the hole 24c and is screwed into the hole 24c.
  • the height of the columnar part 24a can be set to, for example, about several mm.
  • the height of the columnar part 24a from one surface (surface opposite to the substrate 30) of the heating element 31 is, for example, 5 mm, and the thickness of the heat conductive elastic member 50 is about 10 to 20% thicker than that.
  • the thickness is about 6 mm, the heat generating member 31 and the heat radiating member 40 are in close contact with each other in a state where the heat conductive elastic member 50 is crushed by about 0.5 to 1 mm, and one surface of the heat generating member 31 (the surface opposite to the substrate 30). ) And one surface of the heat radiating member 40 (the surface on the top plate 21 side) is kept at 5 mm.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a heat dissipation structure according to a modification of the third embodiment.
  • the heat dissipation structure 10 ⁇ / b> C in the heat dissipation structure 10 ⁇ / b> C, the outer edge portion of the heat dissipation member 40 is bent downward at a substantially right angle to form a side plate.
  • the housing 20 can be deleted, and the structure can be simplified.
  • the heat dissipation member 40 may be integrated with the housing 20.
  • the housing 20 may be deleted by providing the heat dissipation member 40 with the function of the housing 20.
  • the third embodiment and its modifications have the same effects as those of the first embodiment, but further have the following effects. That is, since the substrate 30 and the heat radiating member 40 are fixed without using the housing 20, the possibility that the distance between the substrate 30 and the heat radiating member 40 is displaced due to the warp of the housing 20 can be completely eliminated. Further, the housing 20 can be deleted by providing the heat radiating member 40 with the function of the housing 20.
  • spacers are provided at the positions of the bent portions shown in the second embodiment so that the substrate and the heat radiating member are not interposed between the casings. Can be fixed.

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Abstract

 本放熱構造は、一方の面に発熱体が実装された基板と、前記発熱体の前記一方の面側とは反対側の面に熱伝導性弾性部材を介して当接する放熱部材と、前記基板及び前記放熱部材が装着された筐体と、を有し、前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内であって、かつ、前記発熱体の両側で前記筐体に固定されている。

Description

放熱構造
 本発明は、発熱体の発する熱を放熱部材に伝熱する放熱構造に関する。
 従来から、発熱性電子部品等の発熱体を実装した基板を放熱部材(ヒートシンク)や筐体(シャーシ)に取り付けた放熱構造が提案されている。一例を示すと、発熱性電子部品等の発熱体を実装した基板を筐体内に密閉内蔵し、この発熱体を基板実装側と反対側の面を直接又は放熱部材を介して筐体の内壁に密着させたことを特徴とする放熱構造等である(例えば、特許文献1参照)。
 このような放熱構造において、発熱体を実装した基板を、どのように放熱部材や筐体に取り付けるかは、放熱効率を考慮すると極めて重要である。
特開2002-050889号公報
 しかしながら、例えば特許文献1に開示された放熱構造(電子部品内蔵型筐体)では、発熱体を実装した基板を、どのように放熱部材や筐体に取り付けるかは明示されていない。従って、発熱体を実装した基板と放熱部材や筐体との取り付け状態によっては、基板の発熱体実装部分の周辺が変位し(反りが発生し)、発熱体と放熱部材との密着性が悪化して放熱効率が低下する問題があった。
 例えば、基板に実装された発熱体を熱伝導性弾性部材を介して放熱部材と接触させ、基板及び放熱部材と筐体とを、それぞれの四隅のみで固定している場合には、発熱体からそれぞれの四隅までの距離が遠くなる。そのため、熱伝導性弾性部材の反発力により、基板の発熱体実装部分の周辺が放熱部材から離れる方向に変位し易くなり(反りが発生しやすくなり)、発熱体と放熱部材との密着性が悪化して放熱効率が低下する。
 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、放熱効率の低下を抑制可能な放熱構造を提供することを課題とする。
 本放熱構造の一形態は、一方の面に発熱体が実装された基板と、前記発熱体の前記一方の面側とは反対側の面に熱伝導性弾性部材を介して当接する放熱部材と、前記基板及び前記放熱部材が装着された筐体と、を有し、前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内であって、かつ、前記発熱体の両側で前記筐体に固定されていることを要件とする。
 本放熱構造の他の形態は、一方の面に発熱体が実装された基板と、前記発熱体の前記基板と反対側の面に熱伝導性弾性部材を介して当接する放熱部材と、を有し、前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内であって、かつ、前記発熱体の両側で前記放熱部材に固定されていることを要件とする。
 本発明によれば、放熱効率の低下を抑制可能な放熱構造を提供できる。
第1の実施の形態に係る放熱構造を例示する分解斜視図である。 第1の実施の形態に係る放熱構造を例示する断面図である。 第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の例を示す図である。 第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図(その1)である。 第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図(その2)である。 第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図(その3)である。 第2の実施の形態に係る放熱構造を例示する分解斜視図である。 第2の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の例を示す図である。 第2の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図(その1)である。 第2の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図(その2)である。 第3の実施の形態に係る放熱構造を例示する断面図である。 第3の実施の形態の変形例に係る放熱構造を例示する断面図である。
 以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
 〈第1の実施の形態〉
 図1は、第1の実施の形態に係る放熱構造を例示する分解斜視図である。図2は、第1の実施の形態に係る放熱構造を例示する断面図である。なお、図2は、図1に示す筐体20の長手方向に直交する方向の断面を示している。図1及び図2を参照するに、放熱構造10は、大略すると、筐体20と、基板30と、放熱部材40と、熱伝導性弾性部材50とを有する。放熱構造10において、筐体20内には発熱体31が実装された基板30が固定されており、筐体20上には放熱部材40が固定されている。発熱体31と放熱部材40とは、熱伝導性弾性部材50を介して接している。以下、放熱構造10の各構成要素について詳説する。
 筐体20は、基板30や放熱部材40等を固定するための略箱状の部材である。筐体20は、天板21と、天板21から下方に略直角に折り曲げられた側板22とを有する。筐体20は、例えば、アルミニウム(Al)等を含む板金により形成されている。筐体20を鋼板により形成してもよい。筐体20の厚さは、例えば、0.5~1mm程度とすることができる。なお、図1及び図2の例では、底板は設けていないが、側板22の下端部等に底板を設けても構わない。又、基板30の天板21と反対側に、他の基板等を設ける構造としても構わない。
 筐体20の天板21には、平面形状が略矩形状の開口部21aが設けられている。開口部21aは、発熱体31及び熱伝導性弾性部材50を基板30側から放熱部材40側に露出させるために設けられている。なお、開口部21aの平面形状は、係る目的を達成できれば、略矩形状には限定されず、任意の形状として構わない。
 開口部21aの対向する部分(平面視において開口部21aの対向する2辺)には、天板21から下方に略直角に折り曲げられた一対の折り曲げ部23が設けられている。一対の折り曲げ部23は、基板30を筐体20内に固定するための部分である。なお、図1及び図2の例では、一対の折り曲げ部23の各折り曲げ部23は、各折り曲げ部23を結ぶ線(仮想の線、以下同様)が筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)と略一致するように設けられているが、後述するように、これに限定されることはない。
 各折り曲げ部23の下端部側は、上端部側(天板21側)よりも細く形成されており、この部分が基板30に設けられた貫通孔30aに挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している(所謂クリンチ構造)。つまり、基板30は、クリンチ構造により、天板21に吊り下げられた状態で筐体20内に固定されている。
 筐体20の天板21の外縁部の四隅には、放熱部材40を筐体20の天板21上に固定するためのねじ孔21b(4カ所)が設けられている。又、天板21の各折り曲げ部23近傍の開口部21aを挟んだ両側には、放熱部材40を筐体20の天板21上に固定するための一対のねじ孔21c(2カ所)が設けられている。なお、図1及び図2の例では、一対のねじ孔21cの各ねじ孔21cは、各ねじ孔21cを結ぶ線が筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)と略一致するように設けられているが、これに限定されることはない。
 基板30は、一方の面(放熱部材40側の面)に発熱体31が実装された配線基板である。基板30の一方の面に、発熱体31以外に、抵抗、キャパシタ、インダクタ等の任意の電子部品を実装しても構わない。又、基板30にスルーホールを設け、基板30の他方の面(放熱部材40の反対側の面)に電子部品を実装しても構わない。基板30としては、例えば、FR-4基板(難燃性のガラス布基材にエポキシ樹脂を含浸させた銅張り積層板)等を用いることができる。基板30として、ビルドアップ工法により製造された多層配線基板やIVH(Interstitial Via Hole)で特定の配線層を接続するIVH多層配線基板等を含む様々な配線基板を用いても構わない。
 発熱体31は、例えば、動作時の発熱量が比較的大きな半導体素子を含む電子部品である。より具体的には、発熱体31は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor
Field-Effect Transistor)のようなスイッチング素子を含む電子部品等である。
 基板30の発熱体31実装部分を挟んだ両側には、基板30を貫通する一対の貫通孔30aが設けられている。本実施の形態では、一対の貫通孔30aの各貫通孔30aは、筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)に設けられている。前述のように、各貫通孔30aには、各折り曲げ部23の下端部側が挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している。2つの貫通孔30aの間隔は、例えば、40mm程度とすることができる。
 放熱部材40は、発熱体31の駆動時に生じる発熱体31からの熱を吸収し、外部に放熱する部材である。放熱部材40の材料としては、熱拡散性に優れており、かつ、剛性が高く平面度の良いものが好ましく、例えば、アルミニウム(Al)や銅(Cu)のような金属板を用いることができる。放熱部材40の厚さは、例えば、5mm程度とすることができる。放熱部材40の平面形状は、筐体20の天板21の平面形状と略同一とすることができる。放熱部材40の外縁部の四隅には、天板21のねじ孔21bに連通する貫通孔41b(4カ所)が設けられている。又、放熱部材40には、天板21の一対のねじ孔21cに連通する一対の貫通孔41cが設けられている。
 放熱部材40は、貫通孔41b(4カ所)に挿入されたねじ61、及び貫通孔41c(2カ所)に挿入されたねじ62により筐体20の天板21に固定されている。例えば、ねじ61及び62の外壁面には雄ねじ(図示せず)が形成されており、この雄ねじ(図示せず)が、ねじ孔21b及び21cの内壁面に形成された雌ねじ(図示せず)と螺合することで、放熱部材40は筐体20の天板21に密着及び固定されている。
 剛性が高い放熱部材40を、ねじ孔21b(4カ所)よりも折り曲げ部23に近いねじ孔21c(2カ所)の位置で筐体20の天板21に固定することにより、筐体20の反りを矯正できるため、筐体20に取り付けられている基板30と放熱部材40との距離を一定に保つことが可能となる。ねじ孔21c(2カ所)及び貫通孔41c(2カ所)の位置は折り曲げ部23に近い方が、筐体20の反りを矯正する効果が大きい点で好ましい。
 なお、放熱部材40の熱伝導性弾性部材50と接していない側の面を、平面ではなく波形等とすることにより、放熱効果をより向上できる。
 熱伝導性弾性部材50は、基板30に実装された発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との間に配置されている弾性を有する熱伝導性部材である。熱伝導性弾性部材50は、発熱体31と放熱部材40との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、発熱体31から放熱部材40への高い熱伝導を可能とする。発熱体31の発する熱は、熱伝導性弾性部材50を介して、放熱部材40へ伝導され、放熱部材40で放熱される。熱伝導性弾性部材50の平面形状は、発熱体31の平面形状よりも大きくすることができる。熱伝導性弾性部材50の材料としては、例えば、シリコーン等を用いることができる。シリコーン等に無機粉末を添加しても構わない。
 発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離は、例えば、数mm程度とすることができる。熱伝導性弾性部材50の厚さは、発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離より1~2割程度厚くすることが好ましい。例えば、発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離が5mmであれば、熱伝導性弾性部材50の厚さを5.5~6mm程度とし、熱伝導性弾性部材50を0.5~1mm程度潰した状態で取り付けることが好ましい。熱伝導性弾性部材50を発熱体31と放熱部材40の両方に密着させるためである。
 ここで、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)について説明する。発明者らの検討によれば、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31の外縁を構成する対向する2辺(短辺又は長辺)を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域(以降、固定領域とする)内であって、かつ、発熱体31の両側で基板30を筐体20に固定することにより、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)を抑制できることが見出された。以下、図3~図6を参照しながら、基板を筐体に固定する好適な位置の例を示す。
 図3は、第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の例を示す図である。図3の例では、固定領域90は、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31の外縁を構成する対向する短辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。図3に示すように、固定領域90内であって、かつ、発熱体31の両側で基板30を筐体20に固定することにより、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)を抑制できる。なお、図1や図2に固定領域90は図示されていないが、本実施の形態では、図3に示すように、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)を固定領域90内としている。
 図4~図6は、第1の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の他の例を示す図である。図3では、2つの貫通孔30aを結ぶ線が発熱体31の短辺と略平行であるが、図4に示すように、2つの貫通孔30aを結ぶ線が発熱体31の長辺と斜めに交差するようにしても構わない。
 図5の例では、固定領域91は、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31の外縁を構成する対向する長辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。図5に示すように、固定領域91内であって、かつ、発熱体31の両側で基板30を筐体20に固定することにより、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)を抑制できる。このように、固定領域は、発熱体31の外縁を構成する対向する2辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域であればよく、短辺を延長しても長辺を延長してもよい。
 又、図3~図5に示したように、2つの貫通孔30aを結ぶ線が発熱体31の略中心を通ること(2つの貫通孔30aが発熱体31の中心に対して略点対称であること)が好ましいが、図6に示すように、2つの貫通孔30aを結ぶ線が発熱体31の略中心を通らない場合でも一定の効果を奏する。なお、図5の例を図4や図6のように変形しても構わない。
 又、発熱体31が対向する2辺側のみにリード端子を備えたICである場合には、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)は、固定領域90内又は固定領域91内のリード端子を備えていない側に設けると好適である。この理由として、リード端子がない分、発熱体31により近い位置で基板30を固定できるので、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)を抑制する効果をより高めることができるためである。
 つまり、発熱体31が対向する短辺側のみにリード端子を備えたICである場合には、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)は、固定領域90内であって、かつ、発熱体31の両側で基板30を筐体20に固定すると好適である。又、発熱体31が対向する長辺側のみにリード端子を備えたICである場合には、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)は、固定領域91内であって、かつ、発熱体31の両側で基板30を筐体20に固定すると好適である。又、発熱体31が対向する短辺側及び長辺側(4方向全て)にリード端子を備えたICである場合には、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)は、固定領域90内又は固定領域91内の何れとしても構わない。なお、図4~図6の位置に貫通孔30aを設けた場合に、折り曲げ部23を対応する位置に設けることは言うまでもない。
 このように、第1の実施の形態では、一方の面に発熱体31が実装された基板30と、発熱体31の基板30と反対側の面に熱伝導性弾性部材50を介して当接する放熱部材40と、基板30及び放熱部材40が装着された筐体20とを有する放熱構造10において、基板30は、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31の外縁を構成する対向する2辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内(固定領域90又は91内)であって、かつ、発熱体31の両側で筐体20に固定されている。これにより、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)が抑制されるため、発熱体31と熱伝導性弾性部材50との密着度及び熱伝導性弾性部材50と放熱部材50との密着度を高度に維持することが可能となり、放熱効率の低下を抑制できる。
 又、熱伝導性弾性部材50の反力による基板30の変位(反り)が抑制されるため、基板30に実装された発熱体31(発熱体31に近接する他の実装部品がある場合には、他の実装部品も含む)にかかるストレスを低減することが可能となり、発熱体31(発熱体31に近接する他の実装部品がある場合には、他の実装部品も含む)の破壊を防止することができる。なお、発熱体31の破壊には、例えば、発熱体31と基板30とを接合するはんだ等の破壊も含む。
 又、放熱部材40は、外縁部(貫通孔41bの位置)で筐体20に固定されており、外縁部(貫通孔41bの位置)よりも基板30を筐体20に固定している位置(折り曲げ部23及び貫通孔30aの位置)に近い位置(貫通孔41cの位置)で更に筐体20に固定されている。これにより、筐体20の反りを矯正できるため、筐体20に取り付けられている基板30と放熱部材40との距離を一定に保つことが可能となる。
 又、放熱部材40が放熱構造10の最上部に露出する構造であるため、より放熱効果を高めることができる。
 〈第2の実施の形態〉
 第2の実施の形態では、基板に複数の発熱体が実装されている例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
 図7は、第2の実施の形態に係る放熱構造を例示する分解斜視図である。なお、各一対の折り曲げ部を含む断面は図2と同様であるため、断面図は省略し、図2を参照する。図2及び図7を参照するに、放熱構造10Aにおいて、筐体20内には発熱体31a、31b、及び31cが実装された基板30が固定されており、筐体20上には放熱部材40が固定されている。発熱体31a、31b、及び31cと放熱部材40とは、それぞれ熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cを介して接している。以下、放熱構造10Aの各構成要素について詳説する。
 筐体20の天板21には、平面形状が略矩形状の開口部21hが設けられている。開口部21hは、発熱体31a、31b、及び31c並びに熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cを基板30側から放熱部材40側に露出させるために設けられている。なお、開口部21hの平面形状は、係る目的を達成できれば、略矩形状には限定されず、任意の形状として構わない。又、発熱体31a、31b、及び31c並びに熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cを、それぞれ基板30側から放熱部材40側に露出させる3個の開口部を設けても構わない。
 開口部21hの対向する部分(平面視において開口部21hの対向する2辺)には、天板21から下方に略直角に折り曲げられた一対の折り曲げ部23a、一対の折り曲げ部23b、及び一対の折り曲げ部23cが設けられている。一対の折り曲げ部23a、一対の折り曲げ部23b、及び一対の折り曲げ部23cは、基板30を筐体20内に固定するための部分である。なお、図7の例では、一対の折り曲げ部23aは、各折り曲げ部23aを結ぶ線が筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)と略一致するように設けられているが、これに限定されることはない。一対の折り曲げ部23b及び23cについても同様である。
 一対の折り曲げ部23aの各折り曲げ部23aの下端部側は、上端部側(天板21側)よりも細く形成されており、この部分が基板30に設けられた一対の貫通孔30xに挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している(所謂クリンチ構造)。同様に、一対の折り曲げ部23bの各折り曲げ部23bの下端部側は、上端部側(天板21側)よりも細く形成されており、この部分が基板30に設けられた一対の貫通孔30yに挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している(所謂クリンチ構造)。同様に、一対の折り曲げ部23cの各折り曲げ部23cの下端部側は、上端部側(天板21側)よりも細く形成されており、この部分が基板30に設けられた一対の貫通孔30zに挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している(所謂クリンチ構造)。つまり、基板30は、クリンチ構造により、天板21に吊り下げられた状態で筐体20内に固定されている。
 天板21の一対の折り曲げ部23aの各折り曲げ部23a近傍の開口部21hを挟んだ両側には、放熱部材40を筐体20の天板21上に固定するための一対のねじ孔21x(2カ所)が設けられている。同様に、天板21の一対の折り曲げ部23bの各折り曲げ部23b近傍の開口部21hを挟んだ両側には、放熱部材40を筐体20の天板21上に固定するための一対のねじ孔21y(2カ所)が設けられている。同様に、天板21の一対の折り曲げ部23cの各折り曲げ部23c近傍の開口部21hを挟んだ両側には、放熱部材40を筐体20の天板21上に固定するための一対のねじ孔21z(2カ所)が設けられている。なお、図7の例では、一対のねじ孔21xは、各ねじ孔21xを結ぶ線が筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)と略一致するように設けられているが、これに限定されることはない。一対のねじ孔21y及び21zについても同様である。
 発熱体31a、31b、及び31cは、発熱体31と同様な電子部品等である。但し、発熱体31a、31b、及び31cは、同一機能を有するものであってもよく、それぞれ異なる機能を有するものであってもよい。又、発熱体31a、31b、及び31cの大きさは、同一でなくてもよい。なお、放熱構造10Aにおいて、基板30には3個の発熱体(発熱体31a、31b、及び31c)が実装されているが、基板30に実装される発熱体の個数は3個には限定されず、2個や4個以上であってもよい。
 基板30の発熱体31a実装部分を挟んだ両側には、基板30を貫通する一対の貫通孔30xが設けられている。同様に、基板30の発熱体31b実装部分を挟んだ両側には、基板30を貫通する一対の貫通孔30yが設けられている。同様に、基板30の発熱体31c実装部分を挟んだ両側には、基板30を貫通する一対の貫通孔30zが設けられている。本実施の形態では、一対の貫通孔30xの各貫通孔30xは、筐体20の長手方向に直交する方向(短手方向)に設けられている。前述のように、各貫通孔30xには、各折り曲げ部23aの下端部側が挿入され、基板30の裏側(天板21と反対側)で折り曲げられて基板30を筐体20内に固定している。2つの貫通孔30xの間隔は、例えば、40mm程度とすることができる。各貫通孔30y及び30zについても同様である。
 放熱部材40には、天板21の一対のねじ孔21xに連通する一対の貫通孔41x、天板21の一対のねじ孔21yに連通する一対の貫通孔41y、及び天板21の一対のねじ孔21zに連通する一対の貫通孔41zが設けられている。
 放熱部材40は、貫通孔41b(4カ所)に挿入されたねじ61、貫通孔41x(2カ所)に挿入されたねじ62a、貫通孔41y(2カ所)に挿入されたねじ62b、及び貫通孔41z(2カ所)に挿入されたねじ62cにより筐体20の天板21に固定されている。例えば、ねじ61、ねじ62a、62b、及び62cの外壁面には雄ねじ(図示せず)が形成されており、この雄ねじ(図示せず)が、それぞれねじ孔21b、21x、21y、及び21zの内壁面に形成された雌ねじ(図示せず)と螺合することで、放熱部材40は筐体20の天板21に密着及び固定されている。
 剛性が高い放熱部材40を、ねじ孔21b(4カ所)よりも折り曲げ部23a~23cに近いねじ孔21x~21z(各2カ所)の位置で筐体20の天板21に固定することにより、筐体20の反りを矯正できるため、筐体20に取り付けられている基板30と放熱部材40との距離を一定に保つことが可能となる。ねじ孔21x~21z(各2カ所)及び貫通孔41x~41z(各2カ所)の位置は、それぞれ折り曲げ部23a~23cに近い方が、筐体20の反りを矯正する効果が大きい点で好ましい。
 なお、放熱部材40の熱伝導性弾性部材50と接していない側の面を、平面ではなく波形等とすることにより、放熱効果をより向上できる。
 熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cは、それぞれ基板30に実装された発熱体31a、31b、及び31cの一方の面(基板30実装側と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との間に配置されている弾性を有する熱伝導性部材である。熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cは、それぞれ発熱体31a、31b、及び31cと放熱部材40との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、発熱体31a、31b、及び31cから放熱部材40への高い熱伝導を可能とする。発熱体31a、31b、及び31cの発する熱は、それぞれ熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cを介して、放熱部材40へ伝導され、放熱部材40で放熱される。熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cの平面形状は、それぞれ発熱体31a、31b、及び31cの平面形状よりも大きくすることができる。熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cの材料としては、例えば、シリコーン等を用いることができる。シリコーン等に無機粉末を添加しても構わない。
 発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離は、例えば、数mm程度とすることができる。熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cの厚さは、発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離より1~2割程度厚くすることが好ましい。例えば、発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離が5mmであれば、熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cの厚さをそれぞれ5.5~6mm程度とし、熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cをそれぞれ0.5~1mm程度潰した状態で取り付けることが好ましい。熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cをそれぞれ発熱体31a、31b、及び31cと放熱部材40の両方に密着させるためである。
 図8を参照しながら、基板30を筐体20に固定する好適な位置について説明する。図8は、第2の実施の形態において、基板を筐体に固定する好適な位置の例を示す図である。図8の例では、固定領域90aは、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31aの外縁を構成する対向する短辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。同様に、固定領域90bは、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31bの外縁を構成する対向する短辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。同様に、固定領域90cは、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31cの外縁を構成する対向する短辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。
 図8に示すように、固定領域90a内であって、かつ、発熱体31aの両側で基板30を筐体20に固定し、固定領域90b内であって、かつ、発熱体31bの両側で基板30を筐体20に固定し、更に、固定領域90c内であって、かつ、発熱体31cの両側で基板30を筐体20に固定することにより、熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cのそれぞれの反力による基板30の変位(反り)を抑制できる。
 なお、図7に固定領域90a、90b、及び90cは図示されていないが、本実施の形態では、図8に示すように、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23a~23c及び貫通孔30x~30yの位置)を固定領域90a、90b、及び90c内としている。なお、基板30を筐体20に固定する位置(折り曲げ部23a~23c及び貫通孔30x~30yの位置)は、固定領域90a、90b、及び90c内であれば、図8の例には限定されず、図4や図6のように変形してもよい。
 図9に示すような固定領域91a内で固定してもよい。図9において、固定領域91aは、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31a、31b、及び31cの外縁を構成するそれぞれの対向する長辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域である。図9に示すように、固定領域91a内であって、かつ、発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの両側で基板30を筐体20に固定することにより、熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cのそれぞれの反力による基板30の変位(反り)を抑制できる。
 なお、発熱体31a、31b、及び31cが所定の配列方向に直線状に実装されていない場合には、各発熱体の外縁を構成するそれぞれの対向する長辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに延長した2辺に挟まれる領域を各発熱体の固定領域とし、それぞれの固定領域内で基板30を筐体20に固定すればよい。又、発熱体31a、31b、及び31cの外形が異なる場合にも、各発熱体の外縁を構成するそれぞれの対向する長辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに延長した2辺に挟まれる領域を各発熱体の固定領域とし、それぞれの固定領域内で基板30を筐体20に固定すればよい。
 このように、固定領域は、発熱体31a、31b、及び31cの外縁を構成する対向する2辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域であればよく、短辺を延長しても長辺を延長してもよい。但し、図9の場合には、開口部21hに代えて発熱体31a、31b、及び31cをそれぞれ露出する3個の開口部を設け、筐体20の隣接する開口部間に折り曲げ部23aの一方及び折り曲げ部23cの一方を設ける必要がある。後述の図10についても同様である。
 発熱体31a、31b、及び31cが所定の配列方向に直線状に近接して実装されている場合には、図10に示すように、隣接する発熱体間において1カ所ずつ基板30を筐体20に固定するようにし、貫通孔及び折り曲げ部の数を減らしてもよい。すなわち、貫通孔30xの一方を発熱体31aと発熱体31bとの間に配置し、貫通孔30zの一方を発熱体31bと発熱体31cとの間に配置する。これにより、貫通孔30xの一方及び貫通孔30zの一方が貫通孔30yを兼用できるため、貫通孔30yを削除可能となり、貫通孔の数を6個(図9参照)から4個に低減できる。又、これに伴い、折り曲げ部の数も6個から4個に低減できる。
 このように、第2の実施の形態では、一方の面に発熱体31a、31b、及び31cが実装された基板30と、発熱体31a、31b、及び31cの基板30と反対側の面にそれぞれ熱伝導性弾性部材50a、50b、及び50cを介して当接する放熱部材40と、基板30及び放熱部材40が装着された筐体20とを有する放熱構造10Aにおいて、基板30は、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)の垂直方向から視て、発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの外縁を構成する対向する2辺を基板30の一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内(固定領域90a、90b、90c、91a内)であって、かつ、発熱体31a、31b、及び31cのそれぞれの両側で筐体20に固定されている。これにより、第1の実施の形態と同様の効果を奏する。
 〈第3の実施の形態〉
 第3の実施の形態では、基板30と放熱部材40とを、筐体20を介さずに固定する例を示す。なお、第3の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
 図11は、第3の実施の形態に係る放熱構造を例示する断面図である。図11を参照するに、放熱構造10Bにおいて、筐体20の天板21には、平面形状が略矩形状の開口部21kが設けられている。開口部21kは、貫通孔30a、発熱体31、及び熱伝導性弾性部材50を基板30側から放熱部材40側に露出させるために設けられている。開口部21kには、折り曲げ部23は設けられていない。なお、開口部21kの平面形状は、係る目的を達成できれば、略矩形状には限定されず、任意の形状として構わない。図11では図示されていないが、第1の実施の形態と同様に、放熱部材40の外縁部の四隅は筐体20の天板21に固定さている。
 基板30と放熱部材40とは、スペーサ24(間隔保持部材)を介して固定されている。なお、スペーサ24を設ける位置は、第1の実施の形態で示した固定領域90内である。スペーサ24は、柱状部24aの一端に柱状突起部24bが設けられ、他端に穴部24cが設けられた構造である。例えば、柱状部24aは貫通孔30a及び41cよりも大径の円柱形状であり、柱状突起部24bは貫通孔30aよりも小径の円柱形状であり、両者は同心的に形成されている。柱状突起部24bの外壁面には例えば雄ねじ(図示せず)が形成されており、穴部24cの内壁面には例えば雌ねじ(図示せず)が形成されている。
 柱状突起部24bは、基板30の一方の面(放熱部材40側の面)側から貫通孔30aに挿入され、先端部近傍が基板30の他方の面(放熱部材40の反対側の面)側から突出し、柱状部24aの一端の柱状突起部24bを除く部分は、基板30の一方の面に接している。柱状突起部24bの先端部近傍は、基板30の他方の面側でナット25と螺合している。柱状部24aの他端は、放熱部材40の一方の面(天板21側の面)と接しており、貫通孔41cと穴部24cとは連通している。貫通孔41cにはねじ62が挿入され、ねじ62の先端部近傍は穴部24cに達し、穴部24cと螺合している。
 柱状部24aの高さは、例えば、数mm程度とすることができる。柱状部24aの発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)からの高さを例えば5mmとし、熱伝導性弾性部材50の厚さをそれより1~2割程度厚い5.5~6mm程度とすると、発熱体31と放熱部材40とは熱伝導性弾性部材50を0.5~1mm程度潰した状態で密着し、発熱体31の一方の面(基板30と反対側の面)と放熱部材40の一方の面(天板21側の面)との距離は5mmに保たれる。
 なお、第3の実施の形態に係る放熱構造10Bを図12の放熱構造10Cのように変形してもよい。図12は、第3の実施の形態の変形例に係る放熱構造を例示する断面図である。図12を参照するに、放熱構造10Cにおいて、放熱部材40の外縁部を下方に略直角に折り曲げ、側板としている。このようにすれば、筐体20を削除することが可能となり、構造を簡略化できる。このように、放熱部材40は、筐体20と一体化されてもよい。言い換えれば、放熱部材40に筐体20の機能を持たせることにより、筐体20を削除してもよい。
 このように、第3の実施の形態及びその変形例では、第1の実施の形態と同様の効果を奏するが、更に以下の効果を奏する。すなわち、基板30と放熱部材40とを筐体20を介さずに固定しているため、筐体20の反りにより基板30と放熱部材40との距離が変位する虞を完全に排除できる。又、放熱部材40に筐体20の機能を持たせることにより、筐体20を削除できる。
 なお、複数個の発熱体が基板に実装されている場合には、第2の実施の形態で示した各折り曲げ部の位置にスペーサを設けることにより、基板と放熱部材とを筐体を介さずに固定できる。
 以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
 例えば、第1の実施の形態では、基板30を筐体20に固定するための折り曲げ部23及び貫通孔30aを各2個ずつ設ける例を示したが、折り曲げ部23及び貫通孔30aの数を更に増やしても構わない。
 本国際出願は2011年6月1日に出願した日本国特許出願2011-123475号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2011-123475号の全内容を本国際出願に援用する。
 10、10A、10B 放熱構造
 20 筐体
 21 天板
 21a、21h、21k 開口部
 21b、21c、21x、21y、21z ねじ孔
 22 側板
 23、23a、23b、23c 折り曲げ部
 24 スペーサ
 24a 柱状部
 24b 柱状突起部
 24c 穴部
 25 ナット
 30 基板
 30a、30x、30y、30z、41b、41c、41x、41y、41z 貫通孔
 31、31a、31b、31c 発熱体
 40 放熱部材
 50、50a、50b、50c 熱伝導性弾性部材
 61、62、62a、62b、62c ねじ
 90、90a、90b、90c、91、91a 固定領域

Claims (7)

  1.  一方の面に発熱体が実装された基板と、
     前記発熱体の前記一方の面側とは反対側の面に熱伝導性弾性部材を介して当接する放熱部材と、
     前記基板及び前記放熱部材が装着された筐体と、を有し、
     前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内であって、かつ、前記発熱体の両側で前記筐体に固定されている放熱構造。
  2.  前記基板が前記筐体に固定されている位置は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の中心に対して点対称である請求項1記載の放熱構造。
  3.  前記基板には複数の発熱体が実装され、
     前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、各発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる各領域内であって、かつ、前記各発熱体の両側で前記筐体に固定されている請求項1記載の放熱構造。
  4.  前記複数の発熱体は所定の配列方向に直線状に実装され、
     前記延長した2辺は前記配列方向に平行な2辺であり、
     隣接する前記発熱体間において、1カ所ずつ前記基板が前記筐体に固定されている請求項3記載の放熱構造。
  5.  前記放熱部材は、外縁部で前記筐体に固定されており、
     前記放熱部材は、前記外縁部よりも前記発熱体が前記筐体に固定されている位置に近い位置で更に前記筐体に固定されている請求項1記載の放熱構造。
  6.  一方の面に発熱体が実装された基板と、
     前記発熱体の前記基板と反対側の面に熱伝導性弾性部材を介して当接する放熱部材と、を有し、
     前記基板は、前記一方の面の垂直方向から視て、前記発熱体の外縁を構成する対向する2辺を前記一方の面の外縁まで延長したときに、延長した2辺に挟まれる領域内であって、かつ、前記発熱体の両側で前記放熱部材に固定されている放熱構造。
  7.  更に筐体を有し
     前記放熱部材は、前記発熱体が前記放熱部材に固定されている位置よりも外縁側で前記筐体に固定されている請求項6記載の放熱構造。
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