(57)【要約】【課題】  発熱体の発熱を筺体へ放熱する放熱構造において、発熱体周囲への熱伝導性樹脂の充填量を適切に制御し、かつ、熱伝導性樹脂を発熱体の近傍に適切に留めておくこと。【解決手段】  発熱体１０４と、内部空洞２００に当該発熱体を収容する筺体１００と、を備え、発熱体の一の面に対向する前記空洞の内面には、前記発熱体の前記一の面に対向する領域を囲むように連続する突起部２０４が形成され、当該突起部が囲む領域には熱伝導性の樹脂２０８が充填されており、前記発熱体は、当該発熱体の一部が前記充填された前記樹脂に浸漬されるように配されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、内部空洞に当該発熱体を収容する筺体と、を備え、
発熱体の一の面に対向する前記空洞の内面には、前記発熱体の前記一の面に対向する領域を囲むように連続する突起部が形成され、
当該突起部が囲む領域には熱伝導性の樹脂が充填されており、
前記発熱体は、当該発熱体の一部が前記充填された前記樹脂に浸漬されるように配されている、
発熱体の放熱構造。
【請求項２】
前記発熱体は平面視が多角形であり、
前記突起部は、円環状に形成されており、当該円環の内周の直径は、前記多角形の外接円の直径に、予め定めた所定の余裕を加えた直径に設定される、
請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
前記突起部により囲まれた前記空洞の内面には、前記突起部が囲む領域の中央部を中心として放射状に設けられた溝部が形成されており、
前記溝部は、前記射状形状の中心の部分が最も深く、当該中心の部分から遠ざかるにつれて浅く形成されている、
請求項２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記溝部は、その断面が当該溝部の底部を頂点とする三角形であり、前記中心から遠ざかるにつれて幅が狭くなるように形成されている、
請求項３に記載の放熱構造。
【請求項５】
前記溝部は、前記発熱体の前記一の面の領域を超えて、前記突起部の内周まで延在するよう形成されている、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項６】
前記溝部は、前記発熱体の頂点の数と等しい数の溝が前記中心から放射状に延在するように形成されており、
前記溝部は、前記放射状に延在する各溝が、前記発熱体の平面視形状である前記多角形の各頂点の位置と重なるように形成されている、
請求項５に記載の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路部品等の発熱体の放熱構造に関し、特に、筺体に収容された発熱体を筺体に効率的に放熱するための放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（IC、Integrated Circuit）、トランス、コンデンサ等の発熱体を筺体内部に有する電子装置では、筺体内部の温度の上昇を避けて電子回路の特性低下を防止すべく、これら発熱体から発する熱を筺体外部へ効率的に放熱することが求められる。
【０００３】
従来、電気回路部品の発熱を放熱する構造として、発熱体である回路部品が搭載された回路基板をケースに収容し、回路基板の裏面に対向するケースの底部に絶縁シートを配し、当該絶縁シートを熱加工して円錐状スタッドを環状に設け、当該スタッドが囲む環状領域の内部に熱伝導性樹脂を充填することで、当該環状領域内に配された発熱体を放熱することが知られている（特許文献１）。この構成では、スタッドの間隔は、熱伝導性樹脂が表面張力により環状領域内に留まるように設定され、当該環状領域内に配された発熱体の熱が、ケースを介して外部へ放熱される。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、スタッドが囲む領域内に熱伝導性樹脂が留まるように、当該熱伝導性樹脂が適切な粘度を保つ必要があり、当該樹脂の素材が限られると共に、機械振動や衝撃の影響も考慮してスタッド内に樹脂が留まるようにスタッドの配置間隔を設計することは、容易なことではない。さらに、経年変化によって熱伝導性樹脂の粘性が低下すれば、発熱部品の放熱を行うことができなくなり、電子回路に誤動作を生ずることとなり得る。
【０００５】
スタッドを環状に配する代わりに、発熱体の実装領域を囲むように環状の突起部を設け、当該環状突起部が囲む領域に熱伝導性樹脂を充填することも考えられる。しかしながら、そのような構成では、環状領域に充填された熱伝導性樹脂に発熱体を浸漬させたときに当該樹脂が当該環状領域から溢れ出さないよう、当該浸漬させる発熱体の嵌まり込み量（浸漬の深さ）を厳しく管理する必要があり、製品ばらつきを考慮すると大量生産には不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２０１０−１７０８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の背景より、発熱体周囲への熱伝導性樹脂の充填量を適切に制御することができ、かつ、機械振動や衝撃、あるいは熱伝導性樹脂の経年的な粘性変化に対しても熱伝導性樹脂を発熱体の近傍に適切に留めておくことのできる、放熱構造の実現が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は、発熱体と、内部空洞に当該発熱体を収容する筺体と、を備え、発熱体の一の面に対向する前記空洞の内面には、前記発熱体の前記一の面に対向する領域を囲むように連続する突起部が形成され、当該突起部が囲む領域には熱伝導性の樹脂が充填されており、前記発熱体は、当該発熱体の一部が前記充填された前記樹脂に浸漬されるように配されている、発熱体の放熱構造である。
本発明の他の態様によると、前記発熱体は平面視が多角形であり、前記突起部は、円環状に形成されており、当該円環の内周の直径は、前記多角形の外接円の直径に、予め定めた所定の余裕を加えた直径に設定される。
本発明の他の態様によると、前記突起部により囲まれた前記空洞の内面には、前記突起部が囲む領域の中央部を中心として放射状に設けられた溝部が形成されており、
前記溝部は、前記射状形状の中心の部分が最も深く、当該中心の部分から遠ざかるにつれて浅く形成されている。
本発明の他の態様によると、前記溝部は、その断面が当該溝部の底部を頂点とする三角形であり、前記中心から遠ざかるにつれて幅が狭くなるように形成されている。
本発明の他の態様によると、前記溝部は、前記発熱体の前記一の面の領域を超えて、前記突起部の内周まで延在するよう形成されている。
本発明の他の態様によると、前記溝部は、前記発熱体の頂点の数と等しい数の溝が前記中心から放射状に延在するように形成されており、前記溝部は、前記放射状に延在する各溝が、前記発熱体の平面視形状である前記多角形の各頂点の位置と重なるように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る放熱構造が用いられた電子装置の、概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す電子装置のＡＡ断面矢視図である。
【図３】図１に示す電子装置のカバーの裏面の構成を示す斜視図である。
【図４】図１に示す電子装置のカバー裏面に設けられた突起部及び溝部と発熱体との位置関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放熱構造が用いられた電子装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は、本電子装置の上面図、図１（ｂ）はその正面図である。
本電子装置１０は、ケース１００ａとカバー１００ｂとにより構成された筺体１００を有する。カバー１００ｂは、ネジ１０２ａ〜ｄによりケース１００ａに固定されて、筺体１００内部に空洞を形成し、当該空洞には発熱体１０４を含む電子回路が収容されている。また、また、筺体１００の正面には、筺体１００内部の電子回路を外部装置に接続するためのコネクタ１０６が設けられている。
【００１１】
図２は、図１に示す電子装置１０のＡＡ断面矢視図である。
カバー１００ｂとケース１００ａとにより形成された空洞２００には、電子回路が構成された回路基板２０２が収容されており、回路基板２０２上には、発熱体１０４が搭載されている。本実施形態では、発熱体１０４は、例えば電気回路部品であり、より具体的には例えば半導体集積回路（ＩＣ）であって、平面視がほぼ正方形形状であるものとする。
【００１２】
発熱体１０４の一の面（本実施形態では、発熱体１０４の図示上面）に対向するカバー１００ｂの空洞２００側の内面（本実施形態では、カバー１００ｂの図示下面）には、発熱体１０４の上記一の面に対向する領域を囲むように、突起部２０４が環状に設けられている。また、当該環状に設けられた突起部２０４が囲む上記対向する領域には、溝部２０６が設けられている。また、カバー１００ｂの内面と発熱体１０４との間、及び溝部２０６には、熱伝導性のよい放熱用樹脂（例えば、粘性のあるグリス）が充填されている。
【００１３】
図３は、カバー１００ｂの裏面、すなわち空洞２００の側の面を示す斜視図である。なお、図３には、発熱体１０４とのカバー１００ｂとの位置関係を示すため、発熱体１０４を点線にて示している。
【００１４】
図示のように、カバー１００ｂの裏面には、発熱体１０４の一の面（図示では下面に相当する）に対向するカバー１００ｂの領域を囲うように、円環状の突起部２０４が設けられている。図示矢印は、カバー１００ｂがケース１００ａに取り付けられた状態（例えば図２の状態）において、発熱体１０４の一部が、突起部２０４が囲む領域内に入り込むように（より具体的には、当該領域内に充填された熱伝導性樹脂２０８に浸かるように）配されることを示している。
【００１５】
すなわち、当該突起部２０４の内周は、平面視が矩形の発熱体１０４の、当該矩形の外接円の直径に所定の余裕を加えた直径となるように形成されている。これにより、図２に示すように、カバー１００ｂをケース１００ａに取り付けたときには、発熱体１０４の一部は、突起部２０４が囲む空間内に充填された熱伝導性樹脂２０８の中に入り込むことができる。
【００１６】
上記所定の余裕は、発熱体１０４の一部が円環状に形成された突起部２０４が囲む空間の中に入り込むことができ、かつ、発熱体１０４の一部が突起部２０４の内周に接触して応力を生じないこと、を条件としてできるだけ小さな値に設定される。
【００１７】
これにより、発熱体１０４は、当該発熱体１０４表面における温度分布に起因して応力が集中しやすい角部近傍が、より効果的に放熱されることとなり、当該角部近傍の温度傾斜を緩和して、当該角部近傍部分への応力集中を緩和することができる。例えば、発熱体１０４がＢＧＡ等の電極端子アレイを持つＩＣである場合には、上記構成により、当該端子アレイの角部の端子近傍におけるＩＣパッケージの温度傾斜を緩和することができるので、回路基板２０２と当該ＩＣパッケージとの線膨張係数差で生じ得る上記角部端子と回路基板２０２上の配線パッドとの間のハンダ接続部の破断を、効果的に防止することができる。
【００１８】
なお、環状に形成される突起部２０４の、内周の直径を決定する際に用いる前記所定の余裕は、例えば更に、製造時におけるカバー１００ｂと発熱体１０４との間の相対的な位置関係の変動量（製造ばらつき）も加算して設定されるものとすることができる。
【００１９】
上記環状の突起部２０４が囲む領域には、溝部２０６が形成されている（図３）。溝部２０６は、環状の突起部２０４が囲む領域のほぼ中央を中心（放射中心）とし突起部２０４の内周部に向かって放射状に延在する４つの部分で構成されている。溝部２０６の各部分は、その断面形状が、溝の底部を頂点とする三角形であり、放射中心から突起部２０４の内周へ向かって幅が徐々に狭くなるように形成され、且つ深さが浅くなるように形成されている。
【００２０】
これにより、突起部２０４に囲まれた領域の中央部において溝部２０６の深さが最も深くなり、当該中央部が、熱伝導性樹脂２０８を充填した際に、当該熱伝導性樹脂２０８のリザーバとして機能する。すなわち、電子装置１０の製造（組み立て）の際に、熱伝導性樹脂２０８を、溝部２０６を含む突起部２０４で囲まれた領域に充填し、ケース１００ａにカバー１００ｂを取り付けて、発熱体１０４の一部を上記領域に充填された熱伝導性樹脂２０８に入り込ませて浸漬させると（図２参照）、時間の経過と共に、当該充填された熱伝導性樹脂２０８は、例えば充填部分に混入した気泡が図２の図示上部（すなわち、溝部２０６の深さが最も深い中央部）へ集まる。このとき、熱伝導性樹脂２０８は、溝部２０６の壁面をつたい降りて、発熱体１０４の周囲にある熱伝導性樹脂２０８を補充する。
【００２１】
これにより、組み立て直後に発熱体１０４の周囲にある熱伝導性樹脂２０８の充填量が不足していた場合でも、時間の経過と共に、溝部２０６から発熱体１０４の周囲に熱伝導性樹脂２０８が補充されるので、発熱体１０４の一部を確実に熱伝導性樹脂２０８に浸けることができる。特に、本実施形態では、溝部２０６の形状を、突起部２０４が囲む領域の中央部を中心とする放射状に形成すると共に、各溝の断面（各溝の長さ方向に直交する面）を、当該溝の底を頂点とする三角形とし、上記中心から突起部２０４の内周へ向かって延在する各溝の幅及び深さを、当該中心から離れるにしたがって狭く且つ浅く形成している。このため、溝部２０６の最も深い部分に充填された熱伝導性樹脂２０８は、溝部２０６の壁面を伝わって、発熱体１０４の周囲へ向かって効果的に補充される。
【００２２】
なお、溝部２０６の最も深い部分から発熱体１０４周囲への熱伝導性樹脂２０８の補充は、例えば半導体集積回路である発熱体１０４を動作させて発熱させ、熱伝導性樹脂２０８の温度を上昇させて当該熱伝導性樹脂２０８の粘性を下げることで、より効果的に行うこともできる。
【００２３】
さらに、突起部２０４は、環状に途切れなく連続する形状として形成されているので、複数のスタッドを円環状に配置する従来の構成に比べて、衝撃や振動が印加されたり熱伝導性樹脂２０８の粘性が下がった場合でも、熱伝導性樹脂２０８は突起部２０４が囲む領域からは流れ出し難い。
【００２４】
図４は、カバー１００ｂ裏面に形成された突起部２０４の部分を示す部分詳細図（平面図）である。図４には、突起部２０４及び溝部２０６と発熱体１０４との関係を示すため、カバー１００ｂがケース１００ａに取り付けられた状態（例えば図２の状態）において、発熱体１０４が占めることとなる領域を点線で示している。
【００２５】
溝部２０６は、突起部２０４の内周まで延在し、当該内周まで延在する溝部２０６の末端まで熱伝導性樹脂２０８が充填されている。また、溝部２０６は、発熱体１０４の４つの頂点が、溝部２０６の４つの各溝部分とそれぞれ重なるように配置（又は形成）されている。これにより、上述したように温度傾斜に起因する応力集中が発生しやすい発熱体１０４の四隅部分は、溝部２０６に充填された熱伝導性樹脂２０８により確実且つ良好にカバー１００ｂと熱的に接触して、効果的に放熱される。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の電子装置１０では、ケース１００ａとカバー１００ｂとにより構成される筺体１００内部の空洞２００において、当該空洞２００に収容された例えば半導体集積回路である発熱体１０４の一の面に対向する上記空洞２００の内面、すなわちカバー１００ｂの内面に、発熱体１０４の上記一の面に対向する領域を囲むように連続する突起部２０４が形成され、当該突起部２０４が囲む領域には熱伝導性樹脂２０８が充填されており、発熱体１０４は、当該発熱体１０４の一部が上記充填された熱伝導性樹脂２０８に浸漬されるように配されている。このため、熱伝導性樹脂２０８の粘性が低下したり、振動や衝撃が加わった場合でも、熱伝導性樹脂２０８を発熱体１０４の周囲に保持することができる。
【００２７】
また、カバー１００ｂには、突起部２０４が囲む領域の中央部を中心として放射状に設けられた溝部２０６が形成されており、当該溝部２０６は、上記射状形状の中心の部分が最も深く、当該中心の部分から遠ざかるにつれて浅く形成されている。これにより、電子装置１０の組み立ての際には、上記領域の中央部が熱伝導性樹脂２０８のリザーバとして機能し、発熱体１０４の周囲に存在する熱伝導性樹脂２０８の量が不足している場合でも、当該周囲に熱伝導性樹脂２０８が効果的に補充される。
【００２８】
さらに、溝部２０６は、放射状に延在する各溝が、発熱体１０４の４つの頂点の位置と重なるように形成されているため、温度傾斜に起因する応力集中が発生しやすい発熱体１０４の四隅部分は、溝部２０６に充填された熱伝導性樹脂２０８により、確実且つ良好にカバー１００ｂと熱的に接触して効果的に放熱される。
【００２９】
なお、本実施形態では、突起部２０４は、発熱体１０４の一の面に対向するカバー１００ｂ状の領域を囲むように円環状に形成されるものとしたが、これに限らず、任意の形状で（例えば枠状に）当該領域を囲むように形成してもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、発熱体１０４が平面視正方形の半導体集積回路であるものとしたが、発熱体１０４の平面視形状は、これに限らず、三角形、長方形等の任意の多角形であるものとすることができる。この場合、突起部２０４の内周の直径は、上記多角形の外接円に所定の余裕を加算して設定するものとすることができる。また、この場合、平面視多角形の発熱体１０４の、当該多角形の少なくとも一つの頂点の位置が、上記放射状に形成された溝部２０６のいずれかの溝と重なるように構成されるものとすることができる。ただし、当該多角形の頂点の数と等しい数の溝が、突起部２０４が囲む領域の中央から放射状に延在するように構成し、各溝が当該多角形の各頂点の位置と重なるように構成すれば、当該発熱体１０４に発生する応力をより効果的に緩和することができる。
【００３１】
さらに、筺体１００は、必ずしもケース１００ａとカバー１００ｂとで構成される必要はなく、内部に空洞２００が形成される限りにおいて、３つ以上の複数の要素で構成される等、自由に構成されるものとすることができる。また、突起部２０４及び溝部２０６は、必ずしもカバー１００ｂの一の面に構成されるものとする必要はなく、発熱体１０４を筺体１００に収容した状態において、発熱体１０４の一の面に対向する空洞２００の内面に、当該発熱体１０４の当該一の面に対向する領域を囲むように連続する突起部２０４が形成される限りにおいて、筺体１００を構成する他の要素に設けることができる。また、筺体１００の素材は、発熱体１０４の放熱に適した熱伝導性を要するものであればよく、金属や樹脂等、任意の素材で構成されるものとすることができる。さらに、突起部２０４、溝部２０６の形成方法は、切削、ダイキャスト、板金加工等、筺体１００の素材に適した任意の方法を用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０・・・電子装置、１００・・・筺体、１００ａ・・・ケース、１００ｂ・・・カバー、１０２ａ〜ｄ・・・ネジ、１０４・・・発熱体、１０６・・・コネクタ、２００・・・空洞、２０２・・・回路基板、２０４・・・突起部、２０６・・・溝部、２０８・・・熱伝導性樹脂。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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