(57)【要約】【課題】発熱素子にて発生した熱に起因する筐体内部の温度上昇を抑制し得る電子装置を提供する。【解決手段】発熱素子３０からの熱を筐体１１に放熱する放熱部４０は、発熱素子３０の上面３１に対して受熱面４１ａにて伝熱可能に対向し筐体１１の内面に対して放熱面４１ｂにて伝熱可能に対向する伝熱部材４１と、伝熱部材４１の受熱面４１ａおよび放熱面４１ｂを除く周面４１ｃを覆い当該伝熱部材４１よりも断熱性が高い断熱部材４２と、を備えるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子（３０）が実装される回路基板（２０）と、
前記回路基板が収容される筐体（１１）と、
前記発熱素子からの熱を前記筐体に放熱する放熱部（４０）と、
を備え、
前記放熱部は、
前記発熱素子の熱が伝わる伝熱面（３１，２２ａ，２１ａ）に対して一方の面（４１ａ）にて伝熱可能に対向し前記筐体の内面（１２ａ，１３ａ）に対して他方の面（４１ｂ）にて伝熱可能に対向する伝熱部材（４１，５１）と、
前記伝熱部材の前記一方の面および前記他方の面を除く周面（４１ｃ）を覆い、当該伝熱部材よりも断熱性が高い断熱部材（４２，５２）と、
を備えることを特徴とする電子装置（１０）。
【請求項２】
前記一方の面と前記伝熱面との間と前記他方の面と前記筐体の内面との間との少なくともいずれか一方には、熱伝導性のゲル部材（４３）が介在していることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記伝熱面は、前記発熱素子の上面（３１）であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記伝熱面は、前記発熱素子が実装される一方の基板面（２１）に対して反対側に位置する他方の基板面（２２）のうち当該発熱素子に対して反対側に位置する部位（２２ａ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項５】
前記伝熱面は、前記回路基板の基板面のうち前記発熱素子からの熱が伝わる部位（２１ａ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項６】
前記断熱部材の内周面には、前記伝熱部材との接触面積を小さくするための断熱部材側凹部（５２ａ）が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記伝熱部材の周面には、前記断熱部材との接触面積を小さくするための伝熱部材側凹部（５１ａ）が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項８】
前記伝熱部材は、熱膨張時において前記伝熱面と前記筐体の内面との間における高さが前記断熱部材の高さよりも高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子が回路基板に実装される電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板上にはんだ付けされたＱＦＮ（Quad For Non-Lead Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）などの発熱する電子部品（発熱素子）を好適に冷却するための技術として、例えば、下記特許文献１に開示される電子回路基板が知られている。この電子回路基板では、発熱素子の上部と放熱フィン部との間に熱拡散板材が設けられており、発熱素子にて生じた熱が熱拡散板材を介して放熱フィン部に伝わることで、発熱素子における放熱が促進されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１０６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のように発熱素子の上部に放熱フィン部等を設ける構成では、この発熱素子や放熱フィン部等が収容される筐体の内部に放熱されてしまうので、筐体内部の温度上昇の要因の一つとなる。また、発熱素子の上部に放熱グリスを塗布してその放熱グリスを筐体に接触させることで、発熱素子にて生じた熱を放熱グリスおよび筐体を介して電子装置の外部に放熱する放熱経路を構成することができる。
【０００５】
しかしながら、このような放熱構造では、発熱素子から放熱グリスに伝わった熱のうちの一部が筐体に伝わるものの、残りの熱が発熱素子および筐体のいずれにも接触していない放熱グリスの部分から筐体内に放熱されてしまい、筐体内部の温度上昇を十分に抑制できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発熱素子にて発生した熱に起因する筐体内部の温度上昇を抑制し得る電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の電子装置（１０）は、発熱素子（３０）が実装される回路基板（２０）と、前記回路基板が収容される筐体（１１）と、前記発熱素子からの熱を前記筐体に放熱する放熱部（４０）と、を備え、前記放熱部は、前記発熱素子の熱が伝わる伝熱面（３１，２２ａ，２１ａ）に対して一方の面（４１ａ）にて伝熱可能に対向し前記筐体の内面（１２ａ，１３ａ）に対して他方の面（４１ｂ）にて伝熱可能に対向する伝熱部材（４１，５１）と、前記伝熱部材の前記一方の面および前記他方の面を除く周面（４１ｃ）を覆い、当該伝熱部材よりも断熱性が高い断熱部材（４２，５２）と、を備えることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、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る。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、発熱素子からの熱を筐体に放熱する放熱部は、発熱素子の熱が伝わる伝熱面に対して一方の面にて伝熱可能に対向し筐体の内面に対して他方の面にて伝熱可能に対向する伝熱部材と、伝熱部材の一方の面および他方の面を除く周面を覆い当該伝熱部材よりも断熱性が高い断熱部材と、を備えるように構成されている。
【０００９】
これにより、発熱素子から伝熱部材に伝わった熱が筐体に伝わる際、伝熱部材が断熱部材により覆われているため、伝熱部材から筐体内への放熱が抑制される。したがって、発熱素子にて発生した熱に起因する筐体内部の温度上昇を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の発熱素子の近傍を拡大して示す拡大断面図である。
【図３】放熱部の組み付け工程を説明するための断面図である。
【図４】第２実施形態に係る電子装置の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
【図５】第３実施形態に係る電子装置の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
【図６】第４実施形態に係る電子装置の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
【図７】第４実施形態の変形例に係る電子装置の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
【図８】第５実施形態に係る電子装置の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る電子装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る電子装置１０は、例えば、車両に搭載されたエンジン等の車載機器を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit）として構成されている。この電子装置１０は、図１に示すように、下ケース１２および上ケース１３を有する筐体１１を備えており、この筐体１１内に回路基板２０等が収容されて構成されている。下ケース１２および上ケース１３は、アルミダイカストまたは鋼板のプレス加工等により形成されており、外面に形成されるフィン等を利用して筐体外部への放熱性が高められている。
【００１２】
回路基板２０は、例えば、エポキシ樹脂等からなる樹脂層と導電層とが交互に積層される両面実装型の多層基板であって、その一面２１や他面２２には、各種の電子部品やコネクタ等（図示略）が実装されている。本実施形態では、所定の動作時に発熱する電子部品として、発熱素子（例えば、パワートランジスタやＩＧＢＴなど）３０が一面２１の所定の位置に実装されている。
【００１３】
図２は、図１の発熱素子３０の近傍を拡大して示す拡大断面図である。
図２に示すように、発熱素子３０の方形状の上面３１と下ケース１２の底面１２ａとの間には、発熱素子３０からの熱を筐体１１に放熱するための放熱部４０が設けられている。この放熱部４０は、熱伝導性の高い材料からなる伝熱部材４１と、この伝熱部材４１を囲う断熱部材４２とを備えている。
【００１４】
本実施形態では、伝熱部材４１は、例えば、四角柱状の銅部材から形成されており、方形状の受熱面４１ａにて発熱素子３０の上面３１の全面に対して熱伝導性のゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されている。また、伝熱部材４１は、方形状の放熱面４１ｂにて下ケース１２の底面１２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されている。すなわち、発熱素子３０の上面３１は、伝熱面として機能し、伝熱部材４１は、発熱素子３０の上面３１に対して受熱面４１ａにて伝熱可能に対向し、筐体１１の内面に対して放熱面４１ｂにて伝熱可能に対向する。なお、受熱面４１ａおよび放熱面４１ｂは、「一方の面」および「他方の面」の一例に相当し得る。
【００１５】
断熱部材４２は、例えば、カーボン等を主成分とする繊維系断熱材や固体の中に気体の小泡を多量に持つ発泡系断熱材など、伝熱部材４１よりも熱伝導性が低い部材を用いて四角環状に構成されている。この断熱部材４２は、図２に示すように、伝熱部材４１のうち受熱面４１ａおよび放熱面４１ｂを除く周面４１ｃに対して嵌合することで、伝熱部材４１の周面４１ｃからの放熱を抑制するように機能する。
【００１６】
断熱部材４２は、発熱素子３０の上面３１と下ケース１２の底面１２ａとの間における高さ（図２における上下方向の長さ）が伝熱部材４１の高さよりも高くなるように形成されている。このため、断熱部材４２は、伝熱部材４１だけでなく上下のゲル部材４３の周面側をも囲うように配置される。
【００１７】
図３は、放熱部４０の組み付け工程を説明するための断面図である。
このように構成される放熱部４０は、図３に示すように、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３により下ケース１２の底面１２ａに接合された状態で、発熱素子３０が実装された回路基板２０が下ケース１２の取付部１２ｂ等を利用して組み付けられることで、受熱面４１ａ側のゲル部材４３により発熱素子３０の上面３１に接合される。
【００１８】
なお、放熱部４０が発熱素子３０の上面３１に接合された回路基板２０を下ケース１２に組み付けることで、受熱面４１ａが発熱素子３０の上面３１に対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合され、放熱面４１ｂが下ケース１２の底面１２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されてもよい。
【００１９】
上述のように構成される電子装置１０では、発熱素子３０が所定の動作時に発熱すると、この発熱素子３０にて生じた熱が上面３１および受熱面４１ａ側のゲル部材４３を介して伝熱部材４１に伝わる。伝熱部材４１に伝わった熱は、断熱部材４２により周面４１ｃからの放熱が抑制された状態で、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３を介して下ケース１２の底面１２ａに伝わり、筐体１１の外部へ放熱される。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態に係る電子装置１０では、発熱素子３０からの熱を筐体１１に放熱する放熱部４０は、発熱素子３０の上面３１に対して受熱面４１ａにて伝熱可能に対向し筐体１１の内面に対して放熱面４１ｂにて伝熱可能に対向する伝熱部材４１と、伝熱部材４１の受熱面４１ａおよび放熱面４１ｂを除く周面４１ｃを覆い当該伝熱部材４１よりも断熱性が高い断熱部材４２と、を備えるように構成されている。
【００２１】
これにより、発熱素子３０から伝熱部材４１に伝わった熱が筐体１１に伝わる際、伝熱部材４１が断熱部材４２により覆われているため、伝熱部材４１から筐体１１内への放熱が抑制される。したがって、発熱素子３０にて発生した熱に起因する筐体１１内部の温度上昇を好適に抑制することができる。
【００２２】
特に、伝熱部材４１の受熱面４１ａと発熱素子３０の上面３１との間と伝熱部材４１の放熱面４１ｂと筐体１１の内面との間との双方に、熱伝導性のゲル部材４３が介在している。これにより、受熱面４１ａおよび発熱素子３０の上面３１間における密着性や放熱面４１ｂおよび筐体１１の内面間における密着性が向上するので、放熱部４０による放熱性を向上させることができる。
【００２３】
また、伝熱面として機能する発熱素子３０の上面３１が伝熱部材４１の受熱面４１ａに対して伝熱可能に対向しているので、発熱素子３０からの熱を伝熱部材４１に対して効率的に伝えることができ、放熱部４０による放熱性を向上させることができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電子装置について、図４を用いて説明する。なお、図４は、第２実施形態に係る電子装置１０の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
本第２実施形態では、放熱部４０が回路基板２０の他面２２に配置される点が主に上記第１実施形態と異なる。
【００２５】
筐体１１内のレイアウト等の制約のために、発熱素子３０に放熱部４０を直接接合できない場合がある。そこで、本実施形態では、図４に示すように、放熱部４０は、回路基板２０の他面２２のうち発熱素子３０に対して反対側の位置する部位（以下、裏面側放熱面２２ａともいう）に対して、受熱面４１ａにて伝熱可能に対向している。すなわち、発熱素子３０からの熱が伝わる伝熱面が裏面側放熱面２２ａであり、伝熱部材４１は、受熱面４１ａにて裏面側放熱面２２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合され、放熱面４１ｂにて上ケース１３の底面１３ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されている。
【００２６】
このように構成される放熱部４０は、下ケース１２に組み付けられた回路基板２０の裏面側放熱面２２ａに対して受熱面４１ａ側のゲル部材４３により接合された状態で、下ケース１２に対して上ケース１３が組み付けられることで、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３により上ケース１３の底面１３ａに接合される。
【００２７】
なお、放熱部４０が底面１３ａに接合された上ケース１３を回路基板２０が組み付けられた下ケース１２に組み付けることで、受熱面４１ａが回路基板２０の裏面側放熱面２２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合され、放熱面４１ｂが上ケース１３の底面１３ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されてもよい。
【００２８】
上述のように構成される電子装置１０では、発熱素子３０が所定の動作時に発熱すると、この発熱素子３０にて生じた熱が一面２１側から裏面側放熱面２２ａに伝わり、この裏面側放熱面２２ａに伝わった熱が受熱面４１ａ側のゲル部材４３を介して伝熱部材４１に伝わる。伝熱部材４１に伝わった熱は、断熱部材４２により周面４１ｃからの放熱が抑制された状態で、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３を介して上ケース１３の底面１３ａに伝わり、筐体１１の外部へ放熱される。
【００２９】
このようにしても、発熱素子３０から裏面側放熱面２２ａを介して伝熱部材４１に伝わった熱が筐体１１に伝わる際、伝熱部材４１が断熱部材４２により覆われているため、伝熱部材４１から筐体１１内への放熱が抑制される。したがって、発熱素子３０にて発生した熱に起因する筐体１１内部の温度上昇を好適に抑制することができる。
【００３０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電子装置について、図５を用いて説明する。なお、図５は、第３実施形態に係る電子装置１０の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
本第３実施形態では、回路基板２０の基板面のうち発熱素子３０からの熱が伝わる部位に放熱部４０が配置される点が主に上記第１実施形態と異なる。
【００３１】
筐体１１内のレイアウト等の制約のために、発熱素子３０に放熱部４０を直接接合できない場合がある。そこで、本実施形態では、図５に示すように、放熱部４０は、回路基板２０の一面２１のうち発熱素子３０からの熱が伝わりやすい近傍部位（以下、近傍放熱面２１ａともいう）に対して、受熱面４１ａにて伝熱可能に対向している。すなわち、発熱素子３０からの熱が伝わる伝熱面が近傍放熱面２１ａであり、伝熱部材４１は、受熱面４１ａにて近傍放熱面２１ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合され、放熱面４１ｂにて下ケース１２の底面１２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されている。
【００３２】
このように構成される放熱部４０は、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３により下ケース１２の底面１２ａに接合された状態で、発熱素子３０が実装された回路基板２０が下ケース１２の取付部１２ｂ等を利用して組み付けられることで、受熱面４１ａ側のゲル部材４３により回路基板２０の近傍放熱面２１ａに接合される。
【００３３】
なお、放熱部４０が近傍放熱面２１ａに接合された回路基板２０を下ケース１２に組み付けることで、受熱面４１ａが回路基板２０の近傍放熱面２１ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合され、放熱面４１ｂが下ケース１２の底面１２ａに対してゲル部材４３を介して伝熱可能に接合されてもよい。
【００３４】
上述のように構成される電子装置１０では、発熱素子３０が所定の動作時に発熱すると、この発熱素子３０にて生じた熱が回路基板２０の近傍放熱面２１ａに伝わり、この近傍放熱面２１ａに伝わった熱が受熱面４１ａ側のゲル部材４３を介して伝熱部材４１に伝わる。伝熱部材４１に伝わった熱は、断熱部材４２により周面４１ｃからの放熱が抑制された状態で、放熱面４１ｂ側のゲル部材４３を介して下ケース１２の底面１２ａに伝わり、筐体１１の外部へ放熱される。
【００３５】
このようにしても、発熱素子３０から近傍放熱面２１ａを介して伝熱部材４１に伝わった熱が筐体１１に伝わる際、伝熱部材４１が断熱部材４２により覆われているため、伝熱部材４１から筐体１１内への放熱が抑制される。したがって、発熱素子３０にて発生した熱に起因する筐体１１内部の温度上昇を好適に抑制することができる。
【００３６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る電子装置について、図６を用いて説明する。なお、図６は、第４実施形態に係る電子装置１０の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
本第４実施形態では、上述した放熱部４０に代えて放熱部４０ａを採用する点が主に上記第１実施形態と異なる。
【００３７】
図６に示すように、放熱部４０ａは、伝熱部材４１および断熱部材５２を備えている。断熱部材５２は、上述した断熱部材４２と同じ材料から構成されており、その内周面に伝熱部材４１との接触面積を小さくするための凹部５２ａが形成されている。なお、凹部５２ａは、「断熱部材側凹部」の一例に相当し得る。
【００３８】
このように形成される断熱部材５２を伝熱部材４１の周面４１ｃに対して嵌合することで、凹部５２ａの部位では断熱部材５２と伝熱部材４１とが接触しないので、伝熱部材４１から断熱部材５２への放熱が確実に抑制される。これにより、断熱部材５２を介した筐体１１内への放熱が確実に抑制されるので、発熱素子３０にて発生した熱に起因する筐体１１内部の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００３９】
図７は、第４実施形態の変形例に係る電子装置１０の概略構成の要部を示す拡大断面図である。
本実施形態の変形例として、例えば、図７に示す放熱部４０ｂの伝熱部材５１のように、その周面４１ｃに断熱部材４２との接触面積を小さくするための凹部５１ａが形成されてもよい。このようにしても、凹部５１ａの部位では伝熱部材５１と断熱部材４２とが接触しないので、伝熱部材５１から断熱部材４２への放熱が確実に抑制される。これにより、断熱部材４２を介した筐体１１内への放熱が確実に抑制されるので、発熱素子３０にて発生した熱に起因する筐体１１内部の温度上昇を確実に抑制することができる。なお、凹部５１ａは、「伝熱部材側凹部」の一例に相当し得る。
【００４０】
また、伝熱部材５１および断熱部材５２の双方を用いて放熱部を構成することで、伝熱部材５１と断熱部材５２との接触面積をさらに減らして伝熱部材５１から断熱部材５２への放熱を抑制してもよい。
【００４１】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る電子装置について、図８を用いて説明する。なお、図８は、第５実施形態に係る電子装置１０の概略構成の要部を示す拡大断面図であり、熱膨張状態を示している。
本第５実施形態では、上述した放熱部４０に代えて放熱部４０ｃを採用する点が主に上記第１実施形態と異なる。
【００４２】
本実施形態では、放熱部４０ｃは、図８に示すように、伝熱部材４１が、熱膨張時において上記伝熱面と筐体１１の内面（下ケース１２の底面１２ａ）との間における高さが断熱部材４２の高さよりも高くなるように形成されている。これにより、伝熱部材４１および断熱部材４２の双方が熱膨張する場合であっても伝熱部材４１の高さが断熱部材４２よりも高くなり、断熱部材４２の熱膨張に起因する伝熱部材４１の上記伝熱面や筐体１１の内面への接触不良をなくすことができる。
【００４３】
［他の実施形態］
なお、本発明は上記各実施形態および変形例に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）伝熱部材４１は、四角柱状の銅部材により形成されることに限らず、アルミニウム等の他の熱伝導性の高い部材から所定の形状にて形成されてもよい。また、伝熱部材４１は、四角柱状の銅部材のように固体として構成されることに限らず、熱伝導性のゲル部材で構成されてもよい。この場合には、このゲル部材の伝熱面側の面が受熱面４１ａとして機能し、ゲル部材の筐体１１側の面が放熱面４１ｂとして機能し、上述したゲル部材４３が不要となる。
【００４４】
（２）伝熱部材４１として上記伝熱面等との密着性が高い部材が採用される場合には、伝熱部材４１の受熱面４１ａと発熱素子３０の上面３１との間に介在する熱伝導性のゲル部材４３を廃止して受熱面４１ａと上面３１とを直接接触させてもよいし、伝熱部材４１の放熱面４１ｂと筐体１１の内面との間に介在する熱伝導性のゲル部材４３を廃止して放熱面４１ｂと筐体１１の内面とを直接接触させてもよい。
【００４５】
（３）発熱素子３０の上面３１に接合される放熱部４０（図２参照）に加えて、さらに、裏面側放熱面２２ａに接合される放熱部４０（図４参照）を追加してもよい。また、発熱素子３０の上面３１に接合される放熱部４０に加えて、さらに、近傍放熱面２１ａに接合される放熱部４０（図５参照）を追加してもよい。また、裏面側放熱面２２ａに接合される放熱部４０に加えて、さらに、近傍放熱面２１ａに接合される放熱部４０を追加してもよい。このように複数の放熱部４０を用いることで、発熱素子３０の放熱性をさらに高めることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…電子装置
１１…筐体
２０…回路基板
３０…発熱素子
４０…放熱部
４１，５１…伝熱部材
４１ａ…伝熱部材（一方の面）
４１ｂ…伝熱部材（他方の面）
４１ｃ…周面
４２，５２…断熱部材
４３…ゲル部材
【図１】
2016143769.tif 000003
【図２】
2016143769.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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