JP2015126104A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体から発せられる熱を効率良く放熱すること。【解決手段】金属板２０を、放熱部材１２に対して３つの締結部材４１，４２，４３で締結し、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０における各電子部品１１が搭載される搭載部２６の少なくとも一部分を含むようにした。これによれば、各電子部品１１から発せられる熱によって、回路基板１０ａが放熱部材１２に対して反るように変形しようとしても、金属板２０における各締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１では、各締結部材４１，４２，４３の締結によって、放熱部材１２に対して反ってしまうことが抑制される。よって、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路として機能する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関する。

従来から、電子機器における発熱体の放熱構造として、例えば特許文献１のものが開示されている。図４に示すように、特許文献１では、発熱電子部品１０１（発熱体）が搭載されるプリント基板１０２（回路基板）が、アルミニウム等からなるケース１０３内に収納されている。プリント基板１０２の絶縁基板１０２ａには、銅箔等からなる放熱用パターン１０４が一体的に設けられている。発熱電子部品１０１は放熱用パターン１０４に固定されている。ケース１０３には筒状のボス部１０５が一体形成されている。さらに、ボス部１０５には、熱伝導効率の良いアルミニウム等からなる放熱ナット１０６がインサート成形されている。放熱ナット１０６は、ボス部１０５における絶縁基板１０２ａ側の端部よりも絶縁基板１０２ａ側へ突出する突出部１０６ａと、ケース１０３外に露出する露出部１０６ｂとを有する。そして、放熱用パターン１０４と突出部１０６ａとを接触させた状態で、ビス１０７（雄ねじ）を放熱ナット１０６に螺着させることにより、プリント基板１０２が放熱ナット１０６に支持される。これによれば、発熱電子部品１０１から発せられる熱は、放熱用パターン１０４から放熱ナット１０６を介してケース１０３外へ放熱される。

特開平９−３２１４６７号公報

しかしながら、絶縁基板１０２ａの線膨脹係数と放熱用パターン１０４の線膨張係数とが異なるため、発熱電子部品１０１から発せられる熱によって、プリント基板１０２が放熱ナット１０６に対して反るように変形する場合がある。プリント基板１０２が放熱ナット１０６に対して反るように変形すると、放熱用パターン１０４と突出部１０６ａとの接触面積が小さくなってしまい、発熱電子部品１０１から発せられる熱が、放熱用パターン１０４から放熱ナット１０６を介してケース１０３外へ放出され難くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、発熱体から発せられる熱を効率良く放熱することができる電子機器を提供することにある。

上記課題を解決する電子機器は、絶縁基板と、前記絶縁基板に接着されるとともに発熱体が搭載される金属板と、を有する回路基板を備え、前記金属板と熱的に結合される放熱部材を有する電子機器であって、前記金属板は、前記放熱部材に対して少なくとも３つの締結部材で締結されており、前記金属板における前記締結部材によって囲まれる領域は、前記金属板における前記発熱体が搭載された搭載部の少なくとも一部分を含んでいる。

例えば、金属板が放熱部材に対して１つの締結部材で締結されている場合、絶縁基板の線膨脹係数と金属板の線膨張係数とが異なるため、発熱体から発せられる熱によって、回路基板が放熱部材に対して反るように変形すると、金属板と放熱部材との間の熱伝達経路が、金属板と放熱部材とが締結部材により締結されている部位のみになってしまう虞がある。また、金属板が放熱部材に対して２つの締結部材で締結されている場合では、発熱体から発せられる熱によって、回路基板が放熱部材に対して反るように変形すると、金属板と放熱部材との間の熱伝達経路が、金属板と放熱部材とが各締結部材により締結されている部位、及び両部位同士を結ぶ線上のみになってしまう虞がある。このように、金属板と放熱部材との間の熱伝達経路が、金属板と放熱部材とが締結部材により締結されている部位のみになってしまったり、金属板と放熱部材とが各締結部材により締結されている部位、及び両部位同士を結ぶ線上のみになってしまったりすると、発熱体から発せられる熱を効率良く放熱することができない。

そこで、金属板を、放熱部材に対して少なくとも３つの締結部材で締結し、金属板における締結部材によって囲まれる領域が、金属板における発熱体が搭載される搭載部の少なくとも一部分を含むようにした。これによれば、発熱体から発せられる熱によって、回路基板が放熱部材に対して反るように変形しようとしても、金属板における締結部材によって囲まれる領域では、各締結部材の締結によって、放熱部材に対して反ってしまうことが抑制される。よって、金属板における締結部材によって囲まれる領域を、金属板と放熱部材との間の熱伝達経路として機能させることができる。そして、金属板における締結部材によって囲まれる領域が、金属板における発熱体が搭載される搭載部の少なくとも一部分を含んでいるため、発熱体から発せられる熱を、金属板における締結部材によって囲まれる領域を介して放熱部材に効率良く放熱することができる。

上記電子機器において、前記金属板は、前記絶縁基板の第１面に接着される接着部位と、前記絶縁基板に形成される貫通孔を通過して前記絶縁基板の第１面とは反対側の面である第２面よりも突出するとともに前記搭載部を有する突出部と、を有し、前記絶縁基板の第２面には配線パターンが接着されており、前記金属板は、前記絶縁基板を介することなく前記放熱部材に熱的に結合されていることが好ましい。これによれば、金属板と放熱部材との間に絶縁基板が介在されている場合に比べると、発熱体から発せられる熱を、金属板から放熱部材に効率良く放熱することができる。

上記電子機器において、前記金属板と前記放熱部材との間には伝熱部が介在されていることが好ましい。
これによれば、発熱体から発せられる熱における金属板から放熱部材への熱伝達を、伝熱部によって促進させることができるため、発熱体から発せられる熱をさらに効率良く放熱することができる。

上記電子機器において、前記伝熱部は放熱グリスであることが好ましい。
これによれば、例えば、金属板と放熱部材との間に、伝熱部として伝熱板を介在させる場合に比べると、金属板と放熱部材との間の隙間を埋め易くすることができ、発熱体から発せられる熱をさらに効率良く放熱することができる。

この発明によれば、発熱体から発せられる熱を効率良く放熱することができる。

実施形態における電子機器を示す上面図。 図１における２−２線断面図。 図１における３−３線断面図。 従来例における電子機器を示す縦断面図。

以下、電子機器を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、電子機器１０は、発熱体としての電子部品１１が複数（本実施形態では４つ）搭載される金属板２０と、金属板２０の一部の上面に積層される絶縁基板３０と、絶縁基板３０の上面に積層される配線パターン３１及び固定板３２とからなる回路基板１０ａを有する。さらに、電子機器１０は、金属板２０と熱的に結合された放熱部材１２を有する。放熱部材１２は、金属板２０とは異なる材料であるアルミニウムにより形成されるとともに、グランドに接続されている。

金属板２０は、放熱部材１２の上面に積層されている。金属板２０は、厚さ０．５ｍｍの平板状の銅板からなるとともに、所定の形状にパターニングされている。また、金属板２０は、その一部が折り曲げられている。具体的には、金属板２０は、第１折曲線Ｐ１にて上側（谷折り）に折り曲げられるとともに、第２折曲線Ｐ２にて下側（山折り）に折り曲げられ、さらに、第３折曲線Ｐ３にて下側（山折り）に折り曲げられるとともに、第４折曲線Ｐ４にて上側（谷折り）に折り曲げられている。

金属板２０は、第２折曲線Ｐ２と第３折曲線Ｐ３との間に形成される突出部２１と、第１折曲線Ｐ１から第２折曲線Ｐ２とは反対側に延びる第１外周部２２と、第１外周部２２と突出部２１とを繋ぐ第１屈曲部２３とを有する。さらに、金属板２０は、第４折曲線Ｐ４から第３折曲線Ｐ３とは反対側に延びる第２外周部２４と、第２外周部２４と突出部２１とを繋ぐ第２屈曲部２５とを有する。突出部２１、第１外周部２２及び第２外周部２４は互いに平行に延びている。

図１において破線で示すように、第１外周部２２には、突出部２１の両側に延在するとともに突出部２１よりも下方に位置する平面視Ｌ字状の一対の延在部２２ａ，２２ｂが形成されている。第２外周部２４には、突出部２１の両側に延在するとともに突出部２１よりも下方に位置する平面視Ｌ字状の一対の延在部２４ａ，２４ｂが形成されている。各延在部２２ａ，２４ａの先端部同士は対向配置されるとともに、各延在部２２ｂ，２４ｂの先端部同士は対向配置されている。

図２に示すように、第１外周部２２及び第２外周部２４の上面には平板状の絶縁基板３０が積層された状態で接着されている。よって、第１外周部２２及び第２外周部２４は、金属板２０における絶縁基板３０の下面（第１面）に接着される接着部位を形成している。絶縁基板３０の中央部には、金属板２０の突出部２１が通過可能な貫通孔３０ｈが形成されている。突出部２１の上面は、貫通孔３０ｈを通過して絶縁基板３０の上面（絶縁基板３０の第１面とは反対側の面である第２面）よりも突出している。

図１に示すように、絶縁基板３０の上面には、配線パターン３１が積層された状態で接着されている。配線パターン３１は厚さ０．５ｍｍの平板状の銅板からなるとともに、所定の形状にパターニングされている。配線パターン３１は、金属板２０の第１外周部２２から各延在部２２ａ，２４ａを介して第２外周部２４にかけて重なり合う位置に配置されており、各延在部２２ｂ，２４ｂとは重なり合っていない。絶縁基板３０は、金属板２０と配線パターン３１とを絶縁している。

さらに、絶縁基板３０の上面には、固定板３２が積層された状態で接着されている。固定板３２は厚さ０．５ｍｍの平板状の銅板からなるとともに、金属板２０の各延在部２２ｂ，２４ｂと重なり合う位置に配置されている。突出部２１の上面、配線パターン３１の上面、及び固定板３２の上面はそれぞれ同一平面上に位置している。配線パターン３１と固定板３２とは互いに離間しており、電気的に接続されていない。

金属板２０の第１外周部２２及び第２外周部２４の上面には、接着剤（図示せず）が塗布された状態で絶縁基板３０が積層される。さらに、絶縁基板３０の上面には接着剤（図示せず）が塗布された状態で配線パターン３１及び固定板３２が積層される。そして、配線パターン３１の上面、及び固定板３２の上面に亘って延びる平板状の押圧具（図示せず）によって、配線パターン３１及び固定板３２を積層方向に押し付ける。すると、金属板２０の第１外周部２２及び第２外周部２４と絶縁基板３０との間の接着、絶縁基板３０と配線パターン３１との間の接着、及び絶縁基板３０と固定板３２との間の接着が行われ、回路基板１０ａが形成される。

各電子部品１１は、突出部２１の上面における各延在部２２ｂ，２４ｂ寄りに搭載されている。よって、突出部２１は、各電子部品１１が搭載された搭載部２６を複数（本実施形態では４つ）有している。ここで、搭載部２６とは、突出部２１において、電子部品１１と接触しているとともに電子部品１１と熱的に結合している部位のことをいう。各電子部品１１にはリード１１ａが設けられている。各電子部品１１のリード１１ａは、配線パターン３１に電気的に接続されている。

金属板２０は、放熱部材１２に対して３つの締結部材４１，４２，４３で締結されている。本実施形態では、各締結部材４１，４２，４３はボルトである。締結部材４１は、突出部２１における各延在部２２ａ，２４ａ寄りに配置されるとともに、突出部２１を貫通して放熱部材１２にねじ込まれている。締結部材４２は、延在部２２ｂの角部に配置されるとともに、固定板３２、絶縁基板３０及び延在部２２ｂを貫通して放熱部材１２にねじ込まれている。締結部材４３は、延在部２４ｂの角部に配置されるとともに、固定板３２、絶縁基板３０及び延在部２４ｂを貫通して放熱部材１２にねじ込まれている。

金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１は、金属板２０における各電子部品１１が搭載される搭載部２６の少なくとも一部分を含んでいる。領域Ｚ１は、各締結部材４１，４２，４３をそれぞれ直線で結ぶとともに、各直線によって囲まれた平面視三角形状の領域である。

図２及び図３に示すように、金属板２０と放熱部材１２との間には伝熱部としての放熱グリス２７が介在されている。放熱グリス２７としては、例えばシリコングリスが用いられる。図３に示すように、放熱部材１２における突出部２１と重なり合う上面には座部１２ａが突設されている。さらに、放熱部材１２には座部１２ａを囲む環状溝１２ｂが形成されている。そして、金属板２０と放熱部材１２との間に放熱グリス２７が塗布されると、放熱グリス２７が環状溝１２ｂに流れ込む。これによれば、放熱グリス２７が環状溝１２ｂに流れ込む分、金属板２０と座部１２ａとの間に放熱グリス２７が流れ込んでしまうことが抑制されている。そして、締結部材４１の締結によって金属板２０と座部１２ａとが直接接触している。

配線パターン３１を流れる電流（例えば１２０Ａ）は、放熱部材１２に電気的に接続される図示しない負荷に供給される。そして、放熱部材１２、座部１２ａ、金属板２０の突出部２１、電子部品１１、配線パターン３１、負荷を流れて放熱部材１２へ還流する電流の電流経路が確保されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、金属板２０が放熱部材１２に対して１つの締結部材で締結されている場合を考える。この場合、絶縁基板３０の線膨脹係数と金属板２０の線膨張係数とが異なるため、各電子部品１１から発せられる熱によって、回路基板１０ａが放熱部材１２に対して反るように変形すると、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路が、金属板２０と放熱部材１２とが締結部材により締結されている部位のみになってしまう虞がある。

また、金属板２０が放熱部材１２に対して２つの締結部材で締結されている場合を考える。この場合、各電子部品１１から発せられる熱によって、回路基板１０ａが放熱部材１２に対して反るように変形すると、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路が、金属板２０と放熱部材１２とが各締結部材により締結されている部位、及び両部位同士を結ぶ線上のみになってしまう虞がある。

このように、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路が、金属板２０と放熱部材１２とが締結部材により締結されている部位のみになったり、金属板２０と放熱部材１２とが各締結部材により締結されている部位、及び両部位同士を結ぶ線上のみになったりすると、各電子部品１１から発せられる熱を効率良く放熱することができない。

そこで、本実施形態では、金属板２０を、放熱部材１２に対して３つの締結部材４１，４２，４３で締結し、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０における各電子部品１１が搭載される搭載部２６の少なくとも一部分を含んでいる。これによれば、各電子部品１１から発せられる熱によって、回路基板１０ａが放熱部材１２に対して反るように変形しようとしても、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１では、各締結部材４１，４２，４３の締結によって、放熱部材１２側へ押し付けられており、放熱部材１２に対して反ってしまうことが抑制される。よって、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路として機能する。

そして、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０における各電子部品１１が搭載される搭載部２６の少なくとも一部分を含んでいる。さらに、各締結部材４１，４２，４３の締結によって、金属板２０の突出部２１における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１と、放熱部材１２における突出部２１と重なり合う上面とが、放熱グリス２７を介して面接触し易くなっている。このため、各電子部品１１から発せられる熱が、金属板２０の突出部２１における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１及び放熱グリス２７を介して放熱部材１２に効率良く放熱される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）金属板２０を、放熱部材１２に対して３つの締結部材４１，４２，４３で締結し、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０における各電子部品１１が搭載される搭載部２６の少なくとも一部分を含むようにした。これによれば、各電子部品１１から発せられる熱によって、回路基板１０ａが放熱部材１２に対して反るように変形しようとしても、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１では、各締結部材４１，４２，４３の締結によって、放熱部材１２に対して反ってしまうことが抑制される。そして、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１が、金属板２０と放熱部材１２との間の熱伝達経路となり、各電子部品１１から発せられる熱を、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１を介して放熱部材１２に効率良く放熱することができる。

（２）例えば、電子機器１０としては、絶縁基板３０の上面に、電子部品１１が搭載される金属板と、電子部品１１のリード１１ａが電気的に接続される配線パターンとがそれぞれ所定の形状にパターニングされた状態で固定されており、絶縁基板３０の下面に放熱部材１２が固定されている構成も考えられる。この構成であると、金属板と放熱部材１２との間に絶縁基板３０が介在しているため、電子部品１１から発せられる熱が放熱部材１２へ放熱され難い。しかし、本実施形態では、金属板２０は、絶縁基板３０を介することなく放熱部材１２に熱的に結合されているため、金属板２０と放熱部材１２との間に絶縁基板３０が介在されている場合に比べると、電子部品１１から発せられる熱を、金属板２０から放熱部材１２に効率良く放熱することができる。

（３）金属板２０と放熱部材１２との間に放熱グリス２７を介在させた。これによれば、各電子部品１１から発せられる熱における金属板２０から放熱部材１２への熱伝達を、放熱グリス２７によって促進させることができるため、各電子部品１１から発せられる熱をさらに効率良く放熱することができる。

（４）放熱グリス２７は、例えば、金属板２０と放熱部材１２との間に、伝熱部として伝熱板を介在させる場合に比べると、金属板２０と放熱部材１２との間の隙間を埋め易い。よって、各電子部品１１から発せられる熱をさらに効率良く放熱することができる。

（５）絶縁基板３０の上面に、固定板３２を積層した。これによれば、絶縁基板３０の上面に固定板３２を積層しない場合に比べると、回路基板１０ａの強度を確保することができる。

（６）絶縁基板３０の上面に固定板３２を積層することで、回路基板１０ａにおける金属板２０の各延在部２２ｂ，２４ｂと重なり合う部位の積層方向の厚みと、回路基板１０ａにおける金属板２０の各延在部２２ａ，２４ａと重なり合う部位の積層方向の厚みとを同じにすることができる。よって、例えば、金属板２０の第１外周部２２及び第２外周部２４と絶縁基板３０との間の接着を、配線パターン３１の上面、及び固定板３２の上面に亘って延びる平板状の押圧具のみを用いて、配線パターン３１及び固定板３２を積層方向に押圧具を押し付けるだけで行うことができ、回路基板１０ａの製造を簡素化させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、金属板２０は、放熱部材１２に対して少なくとも３つの締結部材４１，４２，４３で締結されていればよく、例えば、締結部材を４つ以上用いて金属板２０を放熱部材１２に対して締結してもよい。

○ 実施形態において、３つの締結部材４１，４２，４３が、突出部２１を貫通して放熱部材１２にねじ込まれていてもよい。例えば、締結部材４１は、突出部２１における各延在部２２ａ，２４ａ寄りに配置されるとともに、締結部材４２は、突出部２１における延在部２２ｂ寄りの側縁側に配置されており、締結部材４３は、突出部２１における延在部２４ｂ寄りの側縁側に配置されていてもよい。これによれば、各締結部材４１，４２，４３の締結によって、突出部２１と、放熱部材１２における突出部２１と重なり合う上面とが放熱グリス２７を介して面接触し易くなり、各電子部品１１から発せられる熱を、金属板２０における締結部材４１，４２，４３によって囲まれる領域Ｚ１を介して放熱部材１２に効率良く放熱することができる。

○ 実施形態において、絶縁基板３０の上面に、固定板３２が積層されていなくてもよい。
○ 実施形態において、金属板２０と放熱部材１２との間に、伝熱部としての伝熱板を介在させてもよい。

○ 実施形態において、金属板２０と放熱部材１２との間に放熱グリス２７を介在させなくてもよく、金属板２０と放熱部材１２とが直接接触していてもよい。
○ 実施形態において、電子機器１０は、絶縁基板３０の上面に、電子部品１１が搭載される金属板と、電子部品１１のリード１１ａが電気的に接続される配線パターンとがそれぞれ所定の形状にパターニングされた状態で固定されており、絶縁基板３０の下面に放熱部材１２が固定されている構成であってもよい。

○ 実施形態において、金属板２０、配線パターン３１及び固定板３２の厚みや材質等は特に限定されるものではない。例えば、金属板２０、配線パターン３１及び固定板３２が、アルミニウム等の導電性金属材料により形成されていてもよい。

○ 実施形態において、伝熱部として、例えば、主成分に液体金属やセラミック等を用いた放熱グリスを用いてもよい。
○ 実施形態において、放熱部材１２は、アルミニウム以外の導電性材料により形成されていてもよい。

○ 実施形態において、締結部材４１，４２，４３として、ボルト以外のものを用いてもよい。要は、締結部材４１，４２，４３は、金属板２０と放熱部材１２とを締結できるものであればよい。

○ 実施形態において、電子部品１１の数は特に限定されるものではない。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記金属板は、前記放熱部材に対して３つの締結部材で締結されている。

Ｚ１…領域、１０…電子機器、１０ａ…回路基板、１１…発熱体としての電子部品、１２…放熱部材、２０…金属板、２１…突出部、２６…搭載部、２７…伝熱部としての放熱グリス、３０…絶縁基板、３０ｈ…貫通孔、３１…配線パターン、４１，４２，４３…締結部材。

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板に接着されるとともに発熱体が搭載される金属板と、を有する回路基板を備え、
   前記金属板と熱的に結合される放熱部材を有する電子機器であって、
   前記金属板は、前記放熱部材に対して少なくとも３つの締結部材で締結されており、
   前記金属板における前記締結部材によって囲まれる領域は、前記金属板における前記発熱体が搭載された搭載部の少なくとも一部分を含んでいることを特徴とする電子機器。
2. 前記金属板は、前記絶縁基板の第１面に接着される接着部位と、前記絶縁基板に形成される貫通孔を通過して前記絶縁基板の第１面とは反対側の面である第２面よりも突出するとともに前記搭載部を有する突出部と、を有し、
   前記絶縁基板の第２面には配線パターンが接着されており、
   前記金属板は、前記絶縁基板を介することなく前記放熱部材に熱的に結合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。
3. 前記金属板と前記放熱部材との間には伝熱部が介在されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記伝熱部は放熱グリスであることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。