(57)【要約】      （修正有）【課題】面発光素子等の表面に放熱部材を載置できないデバイスであっても、ファンや電子冷却器を使わないで、小型軽量で安価な放熱構造を提供する。【解決手段】デバイス４の裏面がプリント基板６の表面に対向し、デバイス４の表面が大気に接してプリント基板６に実装されたデバイス４の放熱構造であって、デバイス４を取り囲むように大気と連通する孔８が設けられた凸部１を有する上部放熱板２と、断面略Ｌ字形状または略コ字形状の下部放熱板３とを設け、凸部１と下部放熱板３とで前記プリント基板１を密着するように挟み込み、上部放熱板２と下部放熱板３を連結した。【選択図】  図２
2004200533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスの裏面がプリント基板の表面に対向し、前記デバイスの表面が大気に接して前記プリント基板に実装されたデバイスの放熱構造において、
前記デバイスを取り囲むように大気と連通する孔が設けられた凸部を有する上部放熱板と、
断面略Ｌ字形状または略コ字形状の下部放熱板とを設け、
前記凸部と前記下部放熱板とで前記プリント基板を密着するように挟み込み、
前記上部放熱板と前記下部放熱板を連結したことを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項２】
請求項に１記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板と前記プリント基板の間、および／または前記下部放熱板と前記プリント基板の間に、放熱シートを設けたことを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項３】
請求項１記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板が装置筐体の上面の一部または全部となり、
前記下部放熱板が前記装置筐体の下面および側面の一部または全部となることを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項４】
請求項１記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板が装置筐体の上面および側面の一部または全部となり、
前記下部放熱板が前記装置筐体の下面の一部または全部となることを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板および前記下部放熱板の材質は、銅または黒アルマイト処理されたアルミニウムであることを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、
前記プリント基板が前記凸部と密着する部分および／または前記プリント基板が前記下部放熱板と密着する部分において、前記プリント基板の表面および／または裏面に銅箔ベタパターンが設けられていることを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板および／または前記下部放熱板にヒートシンクが取り付けられていることを特徴とするデバイスの放熱構造。
【請求項８】
請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、
前記上部放熱板および／または前記下部放熱板に複数の凹部を設け、ヒートシンクの機能を持たせたことを特徴とするデバイスの放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の放熱構造、特に、デバイスの表面に直接ヒートシンクを取り付けて放熱するができない場合にデバイスが実装されているプリント基板から放熱させるデバイスの放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板に実装されるデバイスからの放熱は、主に以下の４つの方法が用いられている。
（１）デバイスの表面から直接熱を大気へ逃がす方法。
（２）デバイスの表面から熱の良導体である金属等へ熱伝導させ、熱を大気へ逃がす方法（例えば、特許文献１参照。）。
（３）デバイスが実装されたプリント基板へ熱伝導させ、プリント基板から直接熱を大気に逃がす方法。
（４）デバイス表面から輻射させて大気へ熱を逃がす方法。
【０００３】
しかし、上記の方法のそれぞれに対し、以下の問題がある。
上記（１）については、狭い装置筐体内の空間で、大気の流動性が悪い場合、放熱効果は期待できないという問題を有する。
また、上記（２）については、ヒートシンク等をデバイスの表面に貼り付ければ効果的に放熱を行うことができるが、デバイス表面が発光面等の場合、金属等により直接熱を逃がすためには、特殊なハウジングおよび金属ケースが必要であるという問題を有する（例えば、特許文献２参照。）。
また、上記（３）については、一般的にプリント基板の熱伝導率は低く、特に薄板、低層構成の場合は、熱の良導体としては期待できないという問題を有する。
さらに、上記（４）については、デバイス表面の輻射率に大きく影響され、光沢のある表面からは、輻射による熱移動は少ないという問題を有する。
【０００４】
そこで、前記した問題に対処するため、筐体空間を大きくする、ファン等の強制空冷を用いる、または基板下に電子冷却器を取り付けて放熱させる方法が一般的に用いられている（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１９６５９８号公報
【特許文献２】
特開平５−３３３０号公報
【特許文献３】
特開平５−９５０６２号公報
【特許文献４】
特開平７−２８７１３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、装置筐体の空間を大きくすると、筐体自体が大型、高重量になり、コストが高くなるという問題があった。また、ファン、電子冷却器等の強制冷却装置を用いた場合も、同様に、装置筐体の空間を大きくする必要があり、大型、高重量および高コストという問題があった。
【０００７】
また、デバイスの表面が発光面等の場合、該デバイスの放熱を行うためには、デバイスのほぼ全体を取り囲む特殊なハウジングおよび金属ケースを必要とするという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、かかる問題を解決するために、デバイスの表面を大気に接した状態で、該デバイスの放熱を小型、低重量および安価に行う放熱構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のデバイスの放熱構造は、デバイスの裏面がプリント基板の表面に対向し、前記デバイスの表面が大気に接して前記プリント基板に実装されたデバイスの放熱構造において、前記デバイスを取り囲むように大気と連通する孔が設けられた凸部を有する上部放熱板と、断面略Ｌ字形状または略コ字形状の下部放熱板とを設け、前記凸部と前記下部放熱板とで前記プリント基板を密着するように挟み込み、前記上部放熱板と前記下部放熱板を連結したものである。この構成により、表面に直接放熱構造を付することができないデバイス、例えば面発光素子であっても、軽量、小型、安価で、しかも効率的にデバイスの放熱をすることができる。
【００１０】
請求項２に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板と前記プリント基板の間、および／または前記下部放熱板と前記プリント基板の間に、放熱シートを設けたものである。この構成により、デバイスの熱を、プリント基板を介して上部放熱板および／または下部放熱板に効率的に伝えることができ、表面に直接放熱構造を付することができないデバイス、例えば面発光素子であっても、軽量、小型、安価で、しかも効率的にデバイスの放熱をすることができる。
【００１１】
請求項３に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板が装置筐体の上面の一部または全部となり、前記下部放熱板が前記装置筐体の下面および側面の一部または全部となるものである。この構成により、上部放熱板および下部放熱板がそのまま装置の筐体となることから、装置筐体のコストの低減、すなわち、デバイスを搭載した装置のコストを低減することができる。
【００１２】
請求項４に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板が装置筐体の上面および側面の一部または全部となり、前記下部放熱板が前記装置筐体の下面の一部または全部となるものである。この構成により、上部放熱板および下部放熱板がそのまま装置の筐体となることから、装置筐体のコストの低減、すなわち、デバイスを搭載した装置のコストを低減することができる。
【００１３】
請求項５に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板および前記下部放熱板の材質は、銅または黒アルマイト処理されたアルミニウムであるものである。この構成により、デバイスから伝わってきた熱を効率的に大気に逃がすことができる。また、金属等の基台の上に本放熱構造をもつ装置が載置された場合は、下部放熱板が銅または黒アルマイト処理されたアルミニウムからなることから、デバイスから伝わった熱を下部放熱板から前記基台に逃がすことができる。
【００１４】
請求項６に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記プリント基板が前記凸部と密着する部分および／または前記プリント基板が前記下部放熱板と密着する部分において、前記プリント基板の表面および／または裏面に銅箔ベタパターンが設けられているものである。この構成により、デバイスからプリント基板に伝わってきた熱を、上部放熱板および／または下部放熱板に伝え易くできる。
【００１５】
請求項７に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板および／または前記下部放熱板にヒートシンクが取り付けられているものである。この構成により、上部放熱板および／または下部放熱板の表面積が大きくなるため、上部放熱板および／または下部放熱板に溜まった熱を大気に放出し易くなる。
【００１６】
請求項８に記載のデバイスの放熱構造は、請求項１に記載のデバイスの放熱構造において、前記上部放熱板および／または前記下部放熱板に複数の凹部を設け、ヒートシンクの機能を持たせたものである。この構成により、上部放熱板および／または下部放熱板の表面積が大きくなるため、上部放熱板および／または下部放熱板に溜まった熱を大気に放出し易くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の放熱構造を示す斜視図であり、図２はその分解図である。図１および図２に示すように、凸部１を有する上部放熱板２と略Ｌ字形状の下部放熱板３の間に、デバイス４およびそのドライバ等の電子部品５を実装したプリント基板６を挟み込んで密着させ、前記上部放熱板２および前記下部放熱板３を２本のボルト７で固定させている。
前記上部放熱板２には、前記デバイス４の大きさよりも若干大きい孔８があけられており、前記デバイス４の表面４１が大気と連通されている。
【００１９】
前記デバイス４は、例えばデバイスの表面４１から光を発光させる面発光素子等の発熱温度が高い素子である。このようなデバイス４の裏面がプリント基板と対向して実装され、なおかつ、デバイス４の表面４１に直接ヒートシンク等を取り付けて放熱することができない素子を放熱させるためには、プリント基板６を介して放熱させる方法を採らざるを得ない。
【００２０】
前記デバイス４により生じた熱は、一部は孔８により大気に放熱するが、その大半はプリント基板６に伝わる。図１の断面図である図４に示すように、前記デバイス４の熱が最も伝わりやすいのは、デバイス４の真下に位置している下部放熱板３である。この下部放熱板３を略Ｌ字形状にし、空気に接する側面３１を設けることにより、効率良く放熱することができる。なぜなら、側面３１に面した大気が下方から上方に向かって対流するためである。
また、前記下部放熱板３を上部放熱板２にボルト７等で連結することにより、下部放熱板３の熱を上部放熱板２に伝えて、大気と接する面積の大きい上部放熱板２から効率的に放熱させることができる。
【００２１】
プリント基板６とデバイス４および電子部品５のみにした状態で、デバイス４および電子部品５を連続して動作させた場合のデバイス４の温度は１０２度であったが、本実施形態に示した放熱構造では、デバイス４の温度は６４．７度となり、約３８度の温度低減効果があった。
尚、上部本熱板だけの場合のデバイス４の温度は７５度であり、下部放熱板だけの場合のデバイス４の温度は７４．７度であった。
【００２２】
本実施例では、図３に示すように、デバイス４を用いた装置、例えば発光装置の筐体の一部として、上部放熱板２および下部放熱板３を用いているため、発光装置の小型軽量化および低コスト化を行うことができる。
また、前記上部放熱板２および下部放熱板３の材料として熱伝導率の高いアルミニウムまたは銅を採用することができる。アルミニウムについては、黒アルマイト処理を施すことにより、放熱効果を一層高めることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るデバイスの放熱構造を示す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明し、第１実施形態と同一の事項については、説明を省略する。
【００２４】
図５に示すように、上部放熱板２とプリント基板６の間と、下部放熱板３とプリント基板６の間に放熱シート１３を設けた点が第１実施形態との相違点である。該放熱シートは、柔らかく、放熱板とプリント基板の密着を向上させるものであれば良く、例えば、低硬度のシリコーンゴムを採用することができる。この放熱シート１３を用いることにより、上部放熱板２、下部放熱板３とプリント基板６の密着が向上するため、第１実施形態に示した以上に放熱効果を高めることができる。
また、放熱シート１３の代わりに、シリコーンを主成分とした放熱接着剤を採用しても同様の効果を得ることができる。
本実施形態においては、上部放熱板２、プリント基板６および下部放熱板３を固定するために、図１に示したボルト７に加えて、上部放熱板２、プリント基板６および下部放熱板３を貫通する上下方向の穴を２個あけ、ボルト等でとも締めすることが適している。なぜなら、前記放熱シートまたは放熱接着剤は弾性体であるため、上下方向にボルト等で締めることにより、上部放熱板２、プリント基板６および下部放熱板３との密着度が向上するからである。
【００２５】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係るデバイスの放熱構造を示す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明し、第１実施形態と同一の事項については、説明を省略する。
【００２６】
図６に示すように、上部放熱板２に複数の凹部２１と、下部放熱板３の側面３１に複数の凹部３２を設けることにより、上部放熱板２および下部放熱板３の表面積が大きくなり、放熱板自体がヒートシンクの働きをするため、さらに放熱効果を高めることができる。
ここで、下部放熱板３については、図７に示したように、前記した空気の対流ができやすいように凹部を上下方向に設ける方が、左右方向に設けるよりも放熱効果を大きくすることができる。
【００２７】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るデバイスの放熱構造を示す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明し、第１実施形態と同一の事項については、説明を省略する。
【００２８】
図７に示すように、上部放熱板２に複数のヒートシンク１０を設けることにより、上部放熱板２表面積が実質的に大きくなり、放熱効果を大きくすることができる。
ヒートシンクは市販されているものを採用することができ、ヒートシンク１０の下面に前記した放熱シートまたは放熱接着剤を付けることにより上部放熱板２に固定する。
尚、図示を省略したが、下部放熱板３の側面３１にも同様にヒートシンクを貼り付けることにより、さらに放熱効果を向上させることができる。
【００２９】
（第５実施形態）
図８および図９は、第５実施形態に係るデバイスの放熱構造を示す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明し、第１実施形態と同一の事項については、説明を省略する。
【００３０】
図８は、第１実施形態におけるプリント基板６を下方から見た斜視図であり、プリント基板６に伝わった熱を下部放熱板３に伝えやすいように、プリント基板６の裏面に銅箔ベタパターン１１を設けたものである。
この銅箔ベタパターン１１は、プリント基板６が下部放熱板３と密着する部分の面積よりも大きい方が適している。プリント基板６の裏面に配線パターンが無ければ、プリント基板７の全面を銅箔ベタパターンにしても良い。
【００３１】
図９は、第１実施形態におけるプリント基板６を上方から見た斜視図であり、プリント基板６に伝わった熱を上部放熱板２に伝えやすいように、プリント基板６の表面に銅箔ベタパターン１２を設けたものである。
図９では、放熱効率を上げるためにデバイス４の周囲を全て囲んだロ字状の銅箔ベタパターンを例示したが、電子部品５との配線パターンを設けるため、コ字状の銅箔ベタパターンにしても良い。図９に示したロ字状の銅箔ベタパターンの場合は、プリント基板６を多層にし、中間にある層の配線パターンを用いてデバイス４と電子部品５を電気的に接続することになる。
【００３２】
図８および図９に示した銅箔ベタパターンを用いることにより、プリント基板６の熱の伝導を良くすることができる。また、プリント基板６の裏面全体に銅箔ベタパターンを設けた場合は、プリント基板自体も放熱機能を持たせることができるため、さらに放熱効率を向上させることができる。
また、銅箔ベタパターンの上にはレジストが無い方が放熱効果を高めることができる。
【００３３】
（第６実施形態）
図１０は、第６実施形態に係るデバイスの放熱構造を示す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明し、第１実施形態と同一の事項については、説明を省略する。
【００３４】
図１０は、第６実施形態における放熱構造を上方から見た斜視図であり、下部放熱板３が略コ字形状である点が第１実施形態との相違点である。プリント基板６の裏面全体を銅箔ベタパターンにし、プリント基板６の裏面全体に放熱シートを貼り付けて下部放熱板３に密着させることにより、さらに放熱効果を高めることができる。
【００３５】
前記した実施例１〜６に示したデバイス４の放熱構造は、実際には、外部からのノイズによる影響を無くすため、図３に示した金属等の導電性のあるカバー９で囲った装置として使われることになる。各実施例においては、説明を容易にするため、カバー９の説明を省略した。
尚、カバー９には、装置内部の空気を大気と連通させるための孔９１を少なくとも２つ設けることが好ましい。
【００３６】
前記した発明の実施の形態は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００３７】
例えば、図１１に示すように、上部放熱板２が装置筐体の上面および側面になっても良い。
また、例えば、図１２に示すように、上部放熱板２が凸部１を有する略Ｔ字形状であっても良い。該凸部１に、複数の孔８を設け、該孔８に複数のデバイス４を設けても良い。さらに、図示しないが、上部放熱板２の凸部１は複数であっても良い。
尚、実施例では、デバイスとして面発光素子を例示して説明したが、本発明はこれに限られることはなく、発熱する素子であれば適用可能であることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
デバイスの表面に直接放熱構造を取り付けることができないデバイスであっても、小型で安価に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図４】第１実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する断面図である。
【図５】第２実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する断面図である。
【図６】第３実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図７】第４実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図８】第５実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図９】第５実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図１０】第６実施形態に係るデバイスの放熱構造を説明する斜視図である。
【図１１】本発明に係る他の実施形態を説明する斜視図である。
【図１２】本発明に係る他の実施形態を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１  凸部
２  上部放熱板
３  下部放熱板
４  デバイス
５  電子部品
６  プリント基板
７  ボルト
８  孔
９  カバー
１０  ヒートシンク
１１  銅箔ベタパターン
１２  銅箔ベタパターン
１３  放熱シート
【図１】
2004200533.tif 000003
【図２】
2004200533.tif 000004
【図３】
2004200533.tif 000005
【図４】
2004200533.tif 000006
【図５】
2004200533.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004200533.tif 000009
【図８】
2004200533.tif 000010
【図９】
2004200533.tif 000011
【図１０】
2004200533.tif 000012
【図１１】
2004200533.tif 000013
【図１２】
2004200533.tif 000014