WO2016098258A1

WO2016098258A1 - ユニット取付装置および電子機器システム

Info

Publication number: WO2016098258A1
Application number: PCT/JP2014/083757
Authority: WO
Inventors: 尊史安藤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23
Also published as: TW201629682A; DE112014007187T5; JPWO2016098258A1; KR20170078840A; CN107114001A; US20170347479A1; TWI608334B; JP5992111B1

Abstract

　薄型でかつ電子部品への電磁波および熱対策の優れたユニット取付装置１００を得ることを目的とし、第１の方向に沿って同一断面形状を有する板状体１と、板状体１の一部に設けられた開口穴と、板状体１に装着され、マザーボードの第２主面との間に筐体空間３を形成するマザーボード４と、開口穴側から、マザーボード４の第２主面４Ｂに実装される電子部品であるパワー半導体装置７の背面に装着された熱伝導性の電磁波吸収シート５とを備える。マザーボード４は、電子機器ユニットを搭載するユニット搭載部を備えた第１主面４Ａと、第１主面４Ａに平行な第２主面４Ｂとを有し、板状体１に装着される。

Description

ユニット取付装置および電子機器システム

　本発明は、基板を筐体内部に収納する電子機器ユニットが複数装着可能なユニット取付装置および電子機器システムに関する。

　マザーボードと、マザーボードおよびマザーボードに装着される電子部品を保護する筐体とからなるユニット取付装置に対して、電子機器ユニットが取り付けられた電子機器システムが用いられている。このような電子機器システムのうち、シーケンサなどの産業用制御機器を用いたシステムでは、多数の電子機器ユニットを、マザーボードとなるベースユニットに装着することにより、電子機器システムを構成する。

　例えば特許文献１に記載されているように、携帯電話用送受信装置などの電子機器装置においては複数の送信ユニットと、電源回路ユニットと、電子回路モジュールとを側板に取付けて用いられている。このような電子機器システムにおいては、ユニット取付装置への電子機器ユニットの取付構造の安定性に加え、電子回路モジュールで構成される制御機器の放熱性が求められている。

特開平１１-２０４９７１号公報

　しかしながら、上記特許文献１の技術では、装置構成が複雑で大型であり、小型化しようとすると特に、放熱性が十分ではなく、電磁特性についても十分ではないという問題があった。

　また、マザーボードの表裏両面に多数の電子部品を搭載する構造の場合、電子部品の電磁特性および放熱対策に加え、マザーボード背面側に形成される筐体空間の薄型化が重要な課題となっている。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、薄型でかつノイズ特性および放熱特性に優れたユニット取付装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の方向に沿って同一断面形状を有する板状体と、板状体の一部に設けられた開口穴と、電子機器ユニットを搭載するユニット搭載部を備えた第１主面と、第１主面に平行な第２主面とを有し、板状体に装着され、第２主面と前記板状体との間に筐体空間を形成するマザーボードと、開口穴側から、マザーボードの第２主面に実装される電子部品の背面に装着された熱伝導性の電磁波吸収シートとを備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、薄型でかつノイズ特性および放熱特性に優れたユニット取付装置を得ることが可能となるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の背面側から見た斜視図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の蓋体を外した状態を背面側から見た斜視図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置を示す図であり、図１のＡ－Ａ断面図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の開口穴の周辺を示す要部拡大図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の要部拡大断面図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の蓋体取付工程を背面側から見た斜視図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の蓋体取付工程を示す図であり、図６のＡ－Ａ断面図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置の表面側から見た斜視図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置を壁面に装着した状態を示す断面図本発明の実施の形態１によるユニット取付装置に電子機器ユニットを装着した状態を示す斜視図本発明の実施の形態２によるユニット取付装置を壁面に装着した状態を示す断面図本発明の実施の形態３によるユニット取付装置を壁面に装着した状態を示す断面図

　以下に、本発明にかかるユニット取付装置および電子機器システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１によるユニット取付け装置の背面側から見た斜視図、図２は、同ユニット取付装置の蓋体を外した状態を背面側から見た斜視図、図３は、図１のＡ－Ａ断面図である。

　本実施の形態のユニット取付装置１００は、第１の方向に同一断面形状を有する板状体１と、板状体１の一部に設けられた開口穴２と、板状体１に装着され、板状体１の背面部１Ｃとの間に筐体空間３を形成するマザーボード４と、を備えたことを特徴とする。マザーボード４は、ユニット搭載部を備えた第１主面４Ａと、第１主面４Ａに平行な第２主面４Ｂとを有する。板状体１は、押し出し成型によって形成されたアルミニウム製の板である。なお、ユニット搭載部にはコネクタ２０が形成され、電子機器ユニット３００が挿抜自在となっているが、図８とともに後述する。ここで第１の方向とは長手方向である。

　板状体１は、背面部１Ｃと、背面部１Ｃの長手方向の２辺に配設された側面部１Ｓとを有し、側面部１Ｓにマザーボード４の２辺を装着するための断面コ字状の溝部８ａ，８ｂを有する。溝部８ａ，８ｂによって、板状体１の位置決めがなされる。そして、溝部８ａ，８ｂにマザーボード４の相対向する長辺をそれぞれ係合固定することで、板状体１とマザーボード４が固定され、板状体１とマザーボード４との間に筐体空間３が形成される。つまり、板状体１の背面部１Ｃの内側に位置する第１主面１Ａとマザーボード４との間に狭い筐体空間３が形成され、外側の第２主面１Ｂは、ユニット取付装置１００が取り付けられる壁面に当接する。

　開口穴２は、板状体１の背面部１Ｃに設けられ、この開口穴２を塞ぐようにステンレス製の蓋体６が装着されている。そして、マザーボード４の第２主面４Ｂである背面側には電子部品として、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を構成するパワー半導体装置７が、装着されている。ＰＬＣを構成するパワー半導体装置７は発熱性の高い電子部品である。パワー半導体装置７は樹脂封止型の制御用ＩＣ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：半導体集積回路）部品であり、熱伝導性の電磁波吸収シート５を介して蓋体６に当接する。

　蓋体６は、鉄板で構成され、図４に示すように、板状体１の背面部１Ｃに対して、着脱自在で、開口穴２を覆うように係合可能な係合機能を有している。

　蓋体６は、図５に要部拡大断面図を示すように、厚さ０．５～５ｍｍ程度の鉄板を打ち抜き加工することで形成され、第１突出片６１ａと第２突出片６１ｂとからなる断面コ字状の突出部６１を有する。一方、板状体１は、開口穴２の周縁の連続する２つの角部に段差部１１を有している。第１突出片６１ａと第２突出片６１ｂとの間に段差部１１を挟み込むことにより、蓋体６の突出部６１と段差部１１が嵌合可能であり、蓋体６が板状体１の開口穴２を塞いだ状態で嵌合されて固定される。第１突出片６１ａと第２突出片６１ｂとは開口穴２の周縁の連続する２つの角部に設けられた段差部１１によって、板状体１の長辺に沿った方向の位置決めが可能となる。図５は、蓋体６の突出部６１と開口穴２の周縁の段差部１１との嵌合前の状態を示す要部拡大断面図である。

　蓋体６の、板状体１の第１主面１Ａに対向する面に、熱伝導性の電磁波吸収シート５が固着されている。熱伝導性の電磁波吸収シート５は、例えば柔軟性および弾性を有する樹脂中に熱伝導性粉末を混合分散させた熱伝導性シートの表面に金属蒸着層を形成する方法によって得られる。あるいは柔軟性および弾性を有する樹脂中に扁平金属粉末を混合分散させた電磁波吸収シートと、熱伝導性シートとを熱圧着する方法によって得られる。パワー半導体装置７の樹脂パッケージはエポキシ樹脂で形成されているため、熱伝導性の電磁波吸収シート５は、押し付けただけで、粘着性により容易に固定される。また、この熱伝導性の電磁波吸収シート５は、力をかけると容易に剥離するため、取り扱いが良好である。

　柔軟性および弾性を有する樹脂としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン系樹脂、フッ素樹脂などの樹脂が用いられ、熱伝導性の高い樹脂を用いることで、より弾性率の高い熱伝導性の電磁波吸収シート５を得ることができる。

　熱伝導性粉末としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ粉末、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、結晶シリカ、非結晶シリカが適用可能である。

　次に、本実施の形態１のユニット取付装置の組み立て方法について説明する。図６および図７は、板状体１の開口穴２への蓋体６の取付工程を示す斜視図および断面図である。図８は、同ユニット取付装置をユニット取付装置の表面側から見た斜視図である。

　まず、アルミニウムを主成分とする金属材料を押し出し成型によって板状体１を成型し、背面部１Ｃと、背面部１Ｃの２長辺に沿ってマザーボード４側に伸長して形成された２つの側面部１Ｓとを備えた、長尺の板状体１を形成する。続いて、成型された板状体１を、あらかじめ決められた長さにカットし、分割する。そして分割された各板状体１に、打ち抜き加工により、開口穴２および開口穴２の周縁に段差部１１を形成する。開口穴２の形成は押し出し成型時に間欠的に段差部１１形成用の金型を挿入するようにして同時形成としてもよい。

　マザーボード４としては、エポキシ樹脂基板の第１および第２主面４Ａ，４Ｂにそれぞれ回路パターンを形成したものを用いる。図８に示すように、回路パターンの形成されたマザーボード４の、第１主面４Ａの回路パターン上にコネクタ２０を実装する。一方裏面側である第２主面４Ｂに、パワー半導体装置７を実装する。

　次いで、板状体１の長手方向の２辺に配設された側面部１Ｓにそれぞれ設けられた断面コ字状の溝部８ａ，８ｂに、マザーボード４の２辺が係合するように、マザーボード４をスライド挿入し、固定する。板状体１は薄型の金属板であるため、弾性を有しており、スライド挿入されたマザーボード４を弾性的に固定することができる。

　続いて、図６および図７に示すように、板状体１の第２主面１Ｂ側である裏面側に、熱伝導性の電磁波吸収シート５の貼着された蓋体６を装着する。蓋体６周縁の連続する２つの角部に設けられた断面コ字状の突出部６１を構成する第１突出片６１ａと第２突出片６１ｂの間に、板状体１の開口穴２周縁の連続する２つの角部の段差部１１に係合させる。そして、開口穴２の２つの段差部１１の端縁を通る線分を軸として、蓋体６を板状体１側に回動させ、開口穴２の周縁の残る２つの角部に、蓋体６の固定片６２を沿わせるようにして、図３に示したように、ビス６３で蓋体６を板状体１に固定する。

　このようにして、図１に示したユニット取付装置１００が完成する。図８は、マザーボード４の第１主面４Ａ側からみた斜視図である。

　このようにして形成されたユニット取付装置１００は、図９に示すように、図示しない取付フックを用いて壁面２００に取り付けられる。そして、図１０に示すように、マザーボード４の第１主面４Ａに設けられたコネクタ２０に、電子機器ユニット３００がコネクタ接続され、電子機器システムが完成する。ユニット取付装置１００の板状体１の側面部１Ｓには、それぞれ第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂが設けられ、電子機器ユニット３００の２面を支持する。

　以上のようにして得られた電子機器システムにおいては、ユニット取付装置１００を薄型化でき、かつマザーボード４背面に設けられたパワー半導体装置７の熱を効率よく熱伝導性の電磁波吸収シート５を介して蓋体６に放熱することができる。そして、蓋体６から壁面２００に効率良く放熱される。つまり、パワー半導体装置７の熱を筐体空間３の内部に放熱させるのではなく、開口穴２に設けられた蓋体６を、ユニット取付装置１００外部の壁面２００に当接させて放熱する構造を構成している。従ってパワー半導体装置７の熱を筐体内部に熱放射によって放熱させるのではなく、熱伝導性の電磁波吸収シート５を介して効率よく外部の壁面２００に熱伝導により放熱することができる。従って薄型化を実現することが可能となり、かつ、熱伝導性の電磁波吸収シート５を圧着することで、より熱伝導性も電磁波抑制効果も向上する。

　また、筐体空間３を構成する板状体１は、金属材を用いて押出し成形を行った後、詳細形状を形成するという製造方法を用いて形成されるため、ユニット装着数が異なっても金型が流用可能であり、汎用性が高く、低コスト化が可能である。さらに、組み立てに際しては、マザーボード４を図３における上側の溝部８ａ、下側の溝部８ｂに合わせてスライド挿入した後、マザーボード４と板状体１とを固定する。その後、開口穴２及び段差部１１に合わせて熱伝導性の電磁波吸収シート５を貼り付けた蓋体６を取り付け、板状体１と蓋体６とを固定する。その際、第１突出片６１ａおよび第２突出片６１ｂにて位置決めを行うことで、マザーボード４と蓋体６とが接触することなく組立てることができ、薄い筐体空間を形成することが可能で、組み立て作業性が良好である。

　なお、開口穴の数および形状、蓋体との係合構造、熱伝導性の電磁波吸収シート、電子部品の数については、前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更可能である。

　また、板状体の構造についても、適宜変更可能である。本実施の形態では突出部６１は、板状体１の長辺に沿った第１の方向に連続する２つの角部に設けられているが、この位置あるいは数については特に限定されるものではなく、１個あるいは３個以上でもよい。

実施の形態２．
　図１１は、本発明の実施の形態２の電子機器システムの断面図である。

　本実施の形態の実施の形態１の電子機器システムとの相違点は、蓋体６が存在しない点である。蓋体６に代えて、熱伝導性の電磁波吸収シート５Ｓを、パワー半導体装置７と、ユニット取付装置１００を装着するための壁面２００の間に挟み込み、ユニット取付装置１００を装着するための壁面２００に電磁波吸収シート５Ｓを直接接触させた構成である。本実施の形態では、パワー半導体装置７が実施の形態１の場合よりも厚い場合を示す。この場合、パワー半導体装置７の高さによって電磁波吸収シート５Ｓの厚さを調整することによっても対応可能である。他は前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。

　かかる構成によっても、放熱性および電磁波吸収性は有効である。また、熱伝導性の電磁波吸収シート５Ｓは、特に接着剤を要することなく、パワー半導体装置７の樹脂パッケージに密着固定することができるため、組み立ても極めて良好である。

　さらにまた、装着されるパワー半導体装置７の高さに左右されることなく、電磁波吸収シート５Ｓを調整するだけで、効率よく実装可能であるため、汎用性も高い。

　熱伝導性の電磁波吸収シート５Ｓは、実施の形態１で用いた熱伝導性の電磁波吸収シート５と同様の組成を持つものであり、パワー半導体装置７に合わせて適宜カットすればよく、また２層構造、３層構造となるように重ねてもよい。

実施の形態３．
　図１２は、本発明の実施の形態３の電子機器システムの断面図である。

　本実施の形態においても、実施の形態１の電子機器システムとの相違点は、蓋体６が存在しない点である。蓋体６に代えて、熱伝導性の電磁波吸収カバー５Ｐで、開口穴２内に装着されたパワー半導体装置７を塞ぎ、ユニット取付装置１００を装着するための壁面２００に熱伝導性の電磁波吸収カバー５Ｐを直接接触させた構成である。本実施の形態では、パワー半導体装置７の高さが高く、板状体１の背面部１Ｃの開口穴２から突出している。パワー半導体装置７の高さが高いため、蓋体６の取付けが困難な場合に有効な構成である。他は前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。

　かかる構成によっても、放熱性および電磁波吸収性は有効である。また、組み立ても極めて良好である。

　さらにまた、装着されるパワー半導体装置７の高さに左右されることなく、板状体１の背面部１Ｃよりも突出していても、電磁波吸収カバー５Ｐは、弾性により、効率よく開口穴２を塞ぐように実装可能である。従ってこの構造は、汎用性が極めて高いものとなっている。

　熱伝導性の電磁波吸収カバー５Ｐは、実施の形態１で用いた熱伝導性の電磁波吸収シートと同様の組成を持つものであり、開口穴２を十分に覆うように大きくカットされる点が異なるのみである。あるいは開口穴２の周縁部に相当する領域は肉薄部となるようにしてもよい。

　以上のように、実施の形態１から３のユニット取付装置１００によれば、ユニット取付装置１００の筐体を構成する板状体１に押出し成型品を用いることで、電子機器ユニット３００の装着数が異なっても同じ金型を流用し、カットする長さだけを調整すればよく、初期費用を抑えることができる。

　また、実施の形態１から３のユニット取付装置は、マザーボード４に実装した電子部品の位置に合わせて板状体１に開口穴２を開け、パワー半導体装置７などの電子部品との間に熱伝導性の電磁波吸収シート５を設けることで、板状体１の外形寸法を変更することなく、サイズの異なる電子部品が適用可能である。従って、製造が容易でかつマザーボード４の板状体１へのスライド組立による組み立ても容易となる。このようにして極めて薄型でマザーボード４に実装した電子部品の熱を除去するとともに電磁波を遮断することができる。

　蓋体６に設けた複数の突出部６１により、蓋体６の組み付け時にマザーボード４に傷付きが生じるのを防ぐことができる。

　なお、板状体１へのマザーボード４の装着は、スライド挿入により行ったが、電子部品の高さが高くスライド挿入が困難な場合には、板状体１の側面部１Ｓが弾性を持つように形状加工しておくことで、側面部１Ｓを拡げてマザーボード４を挿入するようにすればよい。

　また、熱伝導性の電磁波吸収シートの厚さを調整することで、板状体１の汎用性は向上し、低コスト化をはかることができる。

　なお、前記実施の形態１から３では、プログラマブルロジックコントローラに限定されることなく、電源部と演算部とを備えた電子機器などに適用可能である。

　また、前記実施の形態１から３では、板状体１を押し出し成型によって形成したが、押し出し成型による形状加工に限定されることなく、プレス成型により、板状体１を折り曲げる加工によっても成型可能である。

　さらにまた、前記実施の形態１から３では、板状体１を、アルミニウムで構成したが、アルミニウムに限定されることなく、ＳＵＳ３０１と呼ばれる特殊ステンレス鋼などのステンレス鋼材などにも適用可能である。特殊ステンレス鋼は、鉄にクロムあるいはニッケルなどの物質を添加して錆びにくくした特殊鋼の一つであり、添加元素としてクロムをベースにしたもの、クロム-ニッケルをベースにしたものなども適用可能である。また、蓋体６についても、鉄板の他、板状体１と同様、ＳＵＳ３０１と呼ばれる特殊ステンレス鋼からなるステンレス板、アルミニウムなど、他の熱伝導性が良好で耐ノイズ性の高い導電性材料で構成してもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　板状体、１Ｓ　側面部、１Ｃ　背面部、１Ａ　第１主面、１Ｂ　第２主面、２　開口穴、３　筐体空間、４　マザーボード、４Ａ　第１主面、４Ｂ　第２主面、５，５Ｓ　電磁波吸収シート、５Ｐ　電磁波吸収カバー、６　蓋体、７　パワー半導体装置、８ａ，８ｂ　溝部、１１　段差部、２０　コネクタ、６１　突出部、６１ａ　第１突出片、６１ｂ　第２突出片、６２　固定片、６３　ビス、１００　ユニット取付装置、２００　壁面、３００　電子機器ユニット。

Claims

　第１の方向に沿って同一断面形状を有する板状体と、
　前記板状体の一部に設けられた開口穴と、
　電子機器ユニットを搭載するユニット搭載部を備えた第１主面と、前記第１主面に平行な第２主面とを有し、前記板状体に装着され、前記第２主面と前記板状体との間に筐体空間を形成するマザーボードと、
　前記開口穴側から、前記マザーボードの前記第２主面に実装される電子部品の背面に装着された熱伝導性の電磁波吸収シートと
　を備えたことを特徴とするユニット取付装置。
　前記開口穴を塞ぐように装着される蓋体を有し、
　前記電子部品が、前記熱伝導性の電磁波吸収シートを介して前記蓋体に当接されたことを特徴とする請求項１に記載のユニット取付装置。
　前記蓋体は、前記開口穴を覆って前記開口穴に係合することを特徴とする請求項２に記載のユニット取付装置。
　前記蓋体は、断面コ字状の突出部を端部に有するとともに、
　前記板状体は、前記開口穴の周縁に段差部を有し、
　前記突出部と前記段差部が嵌合することを特徴とする請求項３に記載のユニット取付装置。
　前記蓋体と、前記電子部品との間に、前記熱伝導性の電磁波吸収シートが弾性的に固着されたことを特徴とする請求項４に記載のユニット取付装置。
　前記板状体は、金属製の押し出し成型板であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のユニット取付装置。
　前記板状体は、背面部と、前記背面部の前記第１の方向に沿って対向する２辺から、前記マザーボード側に配設された側面部とを有し、
　前記側面部に前記マザーボードの２辺を装着するための溝部を有することを特徴とする請求項６に記載のユニット取付装置。
　前記マザーボードは、前記第１主面に、複数の電子機器ユニットを装着する装着部を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のユニット取付装置。
　請求項１から８のいずれか１項に記載のユニット取付装置と、
　前記マザーボードの前記第１主面に装着された電子機器ユニットとを備えたことを特徴とする電子機器システム。