JP2014143256A

JP2014143256A - 放熱構造

Info

Publication number: JP2014143256A
Application number: JP2013009716A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yahara; 寛之矢原; Tatsuro Hirose; 達朗廣瀬; Takayuki Nakao; 貴行中尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: JP6214163B2

Abstract

【課題】回路基板などを放熱する放熱構造において、回路基板などからの騒音を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】放熱構造１は、回路基板１１と、保持部材３１と、ゴム製の第１熱伝導部材である熱伝導ゴム５１とを備えて構成されている。保持部材３１は、回路基板１１の少なくとも一部を内包する空間３２と、回路基板１１を両面から挟み込んで保持する第１保持部３３とを有する。熱伝導ゴム５１は、第１保持部３３と回路基板１１との間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板などを放熱する放熱構造に関するものであり、特に回路基板などからの騒音を抑制可能な放熱構造に関するものである。

固体光源を用いた照明器具や、映像表示装置、空調器のコンプレッサを駆動するインバータ電源などにおいては、比較的大きな電流を利用する電子機器が用いられる。また、人体に近い位置で使用される携帯電話や携帯端末などにおいては、高周波電流や比較的大きな電流を利用する有機ＥＬ（Electroluminescence）光源、無機ＥＬ光源、ＣＣＦ（Cold Cathode Fluorescent）光源等が用いられる。

以上のような電子機器等においては、大きな電流が用いられることに起因して、大きな熱が発生する。そこで、電子機器等を放熱するための構造が様々に提案されている。例えば、特許文献１には冷却ファンを用いて電子機器を放熱する放熱構造が記載されており、特許文献２にはヒートシンクやペルチェ素子を用いて電子機器を放熱する放熱構造が記載されている。

特開２０１１−１９７５９３号公報特開２００８−２１８８９１号公報

上述の電子機器等では、駆動電流に起因する磁界により、電子機器等の回路基板並びにそれに接続された電子部品（例えば素子及び配線など）に使われている磁性体材料に磁歪が発生する。そのため、駆動電流の変化に応じて電子機器等が振動し、その振動が周辺の空気に伝播することで騒音が発生する。特に、固体光源を利用した照明機器や映像表示装置は、家庭やオフィスで使われるため、上記騒音が問題となる。また、人体に近い位置で使用される携帯電やや携帯端末などでは、騒音が小さくても知覚されるため、上記騒音が問題となる。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、回路基板などを放熱する放熱構造において、回路基板などからの騒音を抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る放熱構造は、回路基板と、前記回路基板の少なくとも一部を内包する空間と、前記回路基板を両面から挟み込んで保持する第１保持部とを有する保持部材と、前記第１保持部と前記回路基板との間に配置されたゴム製の第１熱伝導部材とを備える。

本発明によれば、第１保持部と回路基板との間にゴム製の第１熱伝導部材を配置することにより、保持部材内の空間の気密性を高めることができる。したがって、回路基板などからの騒音を抑制することができる放熱構造を実現できる。

実施の形態１に係る放熱構造の構成を示す断面図である。実施の形態１に係る放熱構造の別の構成を示す断面図である。実施の形態１に係る放熱構造の別の構成を示す斜視図である。実施の形態２に係る放熱構造の構成を示す断面図である。実施の形態２に係る放熱構造の別の構成を示す断面図である。実施の形態３に係る放熱構造の構成を示す断面図である。実施の形態３に係る放熱構造の構成を示す上面図である。実施の形態３に係る放熱構造の別の構成を示す上面図である。実施の形態４に係る放熱構造の構成を示す断面図である。実施の形態５に係る放熱構造の構成を示す断面図である。実施の形態６に係る放熱構造の構成を示す断面図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る放熱構造の構成を示す断面図である。放熱構造１は、回路基板１１と、素子１２と、保持部材３１と、熱伝導ゴム５１（ゴム製の第１熱伝導部材）とを備えて構成されている。この放熱構造１によれば、回路基板１１及び素子１２を放熱可能になっている。

回路基板１１は、基板１１ａと、当該基板１１ａ上に設けられた配線層１１ｂとを含んで構成されている。この回路基板１１には、素子１２の電極１３が挿通される貫通穴が設けられている。なお、回路基板１１には、例えば、ＦＰＣ、ガラスエポキシ基板、及び、セラミックス基板等のプリント基板などが用いられる。

保持部材３１は、回路基板１１の一部を内包する空間３２と、第１保持部３３と、第２保持部３４とを有しており、保持部材３１の上部には、素子１２の上部を露出する開口部３５が設けられている。ここでは、保持部材３１は、複数の部分保持部材３１ａ，３１ｂ，３１ｃのうち任意の上下に隣接する二つの部材をネジ等で接続固定することによって組立可能となっている。

第１保持部３３は、回路基板１１を両面から挟み込んで保持する部分であり、ここでは部分保持部材３１ｂ，３１ｃから構成されている。第２保持部３４は、開口部３５内において素子１２を挟み込んで保持する部分であり、ここでは部分保持部材３１ａ，３１ｂから構成されている。

素子１２は、回路基板１１のうち、空間３２に内包された一部に接続されている。ここでは、素子１２の電極１３が、回路基板１１の貫通穴に挿通された状態で、電極１３の先端部分と、配線層１１ｂとが半田１４によって電気的に接続されている。これにより、素子１２は、回路基板１１を介して、保持部材３１の外部と電気的及び熱的に接続することが可能となっている。

熱伝導ゴム５１は、第１保持部３３と回路基板１１との間に配置されている。熱伝導ゴム５１には、例えば、絶縁性を有するとともに、熱伝導が高く、かつ弾性変形可能なシリコーンゴム、または、金属フィラーを含有したウレタン系、アクリル系もしくはフッ素系のゴムなどが用いられる。ここでは、部分保持部材３１ｂ，３１ｃのネジ等による接続固定を強めに行うことによって、熱伝導ゴム５１は、第１保持部３３により回路基板１１と圧接され、その隙間を塞ぐように弾性変形している。すなわち、第１保持部３３が、熱伝導ゴム５１を回路基板１１に圧接することにより、保持部材３１内の空間３２の気密性が高められている。

以上のように構成された放熱構造１において、素子１２に通電して動作させると、素子１２または配線層１１ｂの周辺に磁界が発生し、素子１２または配線層１１ｂに用いられている磁性体材料に磁歪が発生する。この通電の電流が大きく、当該電流の駆動波形が一定ではない場合には、素子１２または配線層１１ｂの寸法が変化して振動する。そして、この振動が、素子１２または配線層１１ｂ周辺の部品及び空気に伝播することによって騒音（音波）が発生する。

これに対して、本実施の形態１に係る放熱構造１によれば、保持部材３１内の空間３２の気密性を高めるように、第１保持部３３と回路基板１１との間に熱伝導ゴム５１を配置している。そのため、保持部材３１内の空間３２から、保持部材３１の外部に騒音（音波）が漏出するのを抑制することができる（騒音漏出効果）。また、回路基板１１のうち熱伝導ゴム５１が挟み込まれた部分の振動が抑制されるので、当該部分が騒音源となることを回避することができる（振動抑制効果）。以上のような騒音漏出抑制効果及び振動抑制効果により、回路基板１１及び素子１２からの騒音を簡素な構成で抑制することができる。また、熱伝導ゴム５１により、回路基板１１と保持部材３１との間で熱伝導が可能となることから、回路基板１１ひいては素子１２の熱を、熱伝導ゴム５１を介して保持部材３１から放熱することができる。さらに、熱伝導ゴム５１として絶縁性を有する熱伝導ゴムを用いた場合には、回路基板１１と保持部材３１との間の電気的絶縁性を確保することも期待できる。

なお、本実施の形態１に係る放熱構造１は、図１に示す構成に限ったものではない。例えば、図２に示されるように、放熱構造１が熱伝導ゴム５１と同等の熱伝導ゴム５２（ゴム製の第２熱伝導部材）をさらに備えるように構成してもよい。ここで、この構成では、熱伝導ゴム５２は、第２保持部３４と素子１２との間に配置されており、かつ、第２保持部３４により素子１２と圧接されて、その隙間を塞ぐように弾性変形している。すなわち、第２保持部３４が、熱伝導ゴム５２を素子１２に圧接することにより、保持部材３１内の空間３２の気密性が高められるので、上記騒音を抑制する効果を高めることができる。

なお、図２に示される構成では、熱伝導ゴム５２は、第２保持部３４と、素子１２の鍔部の表面及び裏面のそれぞれとの間に配置されている。しかしこれに限ったものではなく、熱伝導ゴム５２は、第２保持部３４と、素子１２の鍔部の表面及び裏面のいずれか一方の面との間に配置されるものであってもよい。

同様に、図１に示す構成では、熱伝導ゴム５１は回路基板１１の表面及び裏面のいずれか一方の面との間に配置されていたが、図３に示す構成のように、熱伝導ゴム５１は回路基板１１の表面及び裏面のそれぞれとの間に配置されるものであってもよい。

また、図示しないが、放熱構造１が、熱伝導グリス（または熱伝導性接着剤）をさらに備えるように構成してもよい。すなわち、熱伝導ゴム５１が、第１保持部３３と、回路基板１１の表面及び裏面の一方の面との間に配置され、熱伝導グリス（または熱伝導性接着剤）が、第１保持部３３と、回路基板１１の他方の面との間に配置されるように構成してもよい。

このような構成によれば、上記騒音を抑制することができるとともに、比較的安価な材料を用いて熱抵抗を低減することができる。また、熱伝導グリス（または熱伝導性接着剤）は、熱伝導ゴム５１よりも厚さを薄くすることが可能であることから、放熱構造１の小型化の実現も期待できる。

なお、熱伝導グリス（または熱伝導性接着剤）を、図２に示される構成においても同様に適用してもよい。すなわち、熱伝導ゴム５２が、第２保持部３４と、素子１２の鍔部の表面及び裏面の一方の面との間に配置され、熱伝導グリス（または熱伝導性接着剤）が、第２保持部３４と、当該鍔部の他方の面との間に配置されるように構成してもよい。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る放熱構造の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態２に係る放熱構造において、実施の形態１で説明した構成要素と同一または類似するものについては同一または類似する符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

本実施の形態２では、図４に示されるように、複数の素子１２（素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の電極１３が、半田１４によってＦＰＣなどの回路基板１１に電気的に接続されている。すなわち、複数の素子１２を含む回路部品が回路基板１１に実装されることによって、電気回路が形成されている。

ここで、図４に示されるように、保持部材３１は、回路基板１１を挟んで保持するための第１保持部３３を複数有している。これら複数の第１保持部３３は、複数の素子１２及びそれらの周辺の空間３２をいくつかのグループ単位で隔離している。そして、熱伝導ゴム５１が、各第１保持部３３と回路基板１１との間に配置されており、かつ、各第１保持部３３により回路基板１１と圧接されて、その隙間を塞ぐように弾性変形している。なお、図４に示される構成では、熱伝導ゴム５１が、第１保持部３３と、回路基板１１の表面及び裏面のそれぞれとの間に配置されているが、これに限ったものではなく、熱伝導ゴム５１が、第１保持部３３と、回路基板１１の表面及び裏面のいずれか一方の面と間に配置される構成であってもよい。

このような本実施の形態２に係る放熱構造１によれば、回路基板１１及び複数の素子１２からの騒音を効果的に抑制することができる。特に、回路基板１１のうち騒音の振動（振幅）が大きい部分に対して、熱伝導ゴム５１を圧接するように構成すれば、上述した振動抑制効果を高めることができるので、上述した騒音抑制効果を高めることができる。

なお、本実施の形態２に係る放熱構造１は、以上に説明した構成に限ったものではない。例えば、図５に示されるように、複数の素子１２のうち発熱量が大きい素子１２（ここでは素子１２ａ）を、熱伝導ゴム、熱伝導グリス及び熱伝導性接着剤などの熱伝導部材５３を介して、保持部材３１の内壁に接触させる構成であってもよい。このような構成によれば、素子１２（ここでは素子１２ａ）を別経路で放熱することが可能となり、放熱性を高めることができる。

＜実施の形態３＞
図６は、本発明の実施の形態３に係る放熱構造の構成を示す断面図であり、図７は、当該構成を示す平面図である。なお、本実施の形態３に係る放熱構造において、実施の形態２で説明した構成要素と同一または類似するものについては同一または類似する符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

本実施の形態３では、放熱構造１が、配線１５と、熱伝導ゴム５１と同等の熱伝導ゴム５４（ゴム製の第３熱伝導部材）とをさらに備えるように構成されている。

配線１５は、二つの空間３２に内包された回路基板１１に接続されている。ここでは、複数の配線１５が、コネクタ１６を介して回路基板１１と電気的及び熱的に接続されている。なお、配線１５には、例えば、一般的な銅線または同軸ケーブルが用いられる。

保持部材３１には、配線１５を空間３２から外部に引き出すための第１開口部３６が設けられている。そして、熱伝導ゴム５４が、第１開口部３６を塞ぐように、第１開口部３６において保持部材３１と配線１５との間に配置されている。また、図７に示されるように、熱伝導ゴム５４は、保持部材３１により配線１５と圧接されて、その隙間を塞ぐように弾性変形している。なお、図７に示す例では、一組の熱伝導ゴム５４（熱伝導ゴム５４ａ，５４ｂ）が、一の配線１５をその断面において挟むように構成されている。

以上のような本実施の形態３に係る放熱構造１によれば、実施の形態１と同様に騒音を抑制することができる。また、熱伝導ゴム５４及び配線１５により、回路基板１１と保持部材３１との間で熱伝導が可能となることから、回路基板１１ひいては素子１２の熱を、熱伝導ゴム５４及び配線１５を介して保持部材３１から放熱することができる。

なお、本実施の形態３に係る放熱構造１は、図７に示す構成に限ったものではない。例えば、図８に示されるように、一組の熱伝導ゴム５４（熱伝導ゴム５４ａ，５４ｂ）が、複数の配線１５をそれらの断面において一括して挟むように構成されるものであってもよい。

＜実施の形態４＞
図９は、本発明の実施の形態４に係る放熱構造の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態４に係る放熱構造において、実施の形態２で説明した構成要素と同一または類似するものについては同一または類似する符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

本実施の形態４では、図９に示されるように、保持部材３１の第１保持部３３は、保持部材３１の両端側（ここでは左端側及び右端側）のそれぞれにおいて、回路基板１１を保持している。そして、上述の熱伝導ゴム５１の代わりに、液体状態から固体状態に硬化可能な熱伝導部材（ここでは液体状態から固体状態に時間推移とともに不可逆的に硬化可能な硬化性熱伝導部材５５）を備えている。なお、液体状態から固体状態に硬化可能な熱伝導部材としては、例えば金属フィラーを含有したシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂などを適用することができる。

ここで、上述の熱伝導ゴム５１は弾性変形するので、保持部材３１の開口部の形状に完全に一致させる必要はない。しかしながら、その弾性変形にも限度があることから、ある程度、開口部の形状に合わせて熱伝導ゴム５１を設計する必要がある。これに対して、本実施の形態４に係る放熱構造１によれば、硬化性熱伝導部材５５を保持部材３１の開口部に設ける際に、液体状態にある硬化性熱伝導部材５５を当該開口部の形状に合わせて変形させた後、当該硬化性熱伝導部材５５を硬化させることができる。したがって、熱伝導ゴム５１のような設計を行わなくて済む。また、熱伝導ゴム５１を用いた構成と同様に、騒音漏出抑制効果を得ることができるので、上述した騒音を抑制することができる。

なお、以上の説明では、硬化性熱伝導部材５５を、第１保持部３３と回路基板１１との間に配置する構成について説明したが、これに限ったものではなく、例えば、硬化性熱伝導部材５５を、保持部材３１内の空間３２全体に充填するものであってもよい。

＜実施の形態５＞
図１０は、本発明の実施の形態５に係る放熱構造の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態５に係る放熱構造において、実施の形態２で説明した構成要素と同一または類似するものについては同一または類似する符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

本実施の形態５では、放熱構造１が、熱伝導ゴム５１と同等の熱伝導ゴム５６（ゴム製の第４熱伝導部材）をさらに備えるように構成されている。また、配管１７ａ内に冷媒を循環させることによって外部の発熱部品等を冷却することが可能な冷却用のポンプ１７が、保持部材３１の空間３２に内包されている。なお、このポンプ１７は、配線１８及び半田１９を介して回路基板１１と電気的に接続されており、ポンプ１７の冷却動作は、回路基板１１の電気回路により制御されている。

保持部材３１には、ポンプ１７の配管１７ａを空間３２から外部に引き出すための第２開口部３７が設けられている。そして、熱伝導ゴム５６が、第２開口部３７を塞ぐように、第２開口部３７において保持部材３１と配管１７ａとの間に配置されている。

以上のような本実施の形態５に係る放熱構造１によれば、回路基板１１だけでなく、ポンプ１７についても、騒音漏出抑制効果及び振動抑制効果を得ることができる。したがって、素子１２、配線層１１ｂ及びポンプ１７などからの騒音を抑制することができる。また、配管１７ａに流れる冷媒の温度を下げることにより、放熱構造１全体をポンプ１７によって冷却することも期待できる。

＜実施の形態６＞
図１１は、本発明の実施の形態６に係る放熱構造の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態６に係る放熱構造において、実施の形態２で説明した構成要素と同一または類似するものについては同一または類似する符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

本実施の形態６では、放熱構造１が透明部材２０をさらに備えるように構成されている。また、光学素子２１ａが取り付けられ、当該光学素子２１ａを回転可能なモータ２１が、保持部材３１の空間３２に内包されている。なお、このモータ２１は、配線２２及び半田２３を介して回路基板１１と電気的に接続されており、モータ２１の回転動作は、回路基板１１の電気回路により制御されている。

保持部材３１には、外部の光を光学素子２１ａに入射させるための第３開口部３８が設けられている。そして、透明部材２０が、第３開口部３８を塞ぐように構成されている。これにより、外部からの光は、透明部材２０を透過して、光学素子２１ａに入射可能となっている。

以上のような本実施の形態６に係る放熱構造１によれば、実施の形態１で説明したように、熱伝導ゴム５１により回路基板１１ついて騒音漏出抑制効果及び振動抑制効果を得ることができる。一方、モータ２１は、保持部材３１の空間３２に内包されており、当該空間３２は、熱伝導ゴム５１により気密性が高められていることから、当該空間３２から外部にモータ２１の騒音（音波）が漏出するのを抑制することができる。すなわち、モータ２１についても騒音漏出抑制効果を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１放熱構造、１１回路基板、１２素子、１５配線、１７ポンプ、１７ａ配管、２１モータ、２１ａ光学素子、３１保持部材、３２空間、３３第１保持部、３４第２保持部、３６第１開口部、３７第２開口部、５１，５２，５４，５６熱伝導ゴム、５５硬化性熱伝導部材。

Claims

回路基板と、
前記回路基板の少なくとも一部を内包する空間と、前記回路基板を両面から挟み込んで保持する第１保持部とを有する保持部材と、
前記第１保持部と前記回路基板との間に配置されたゴム製の第１熱伝導部材と
を備える、放熱構造。
請求項１に記載の放熱構造であって、
前記回路基板の前記少なくとも一部に接続された素子をさらに備え、
前記保持部材は、前記素子を挟み込んで保持する第２保持部をさらに有し、
前記第２保持部と前記素子との間に配置されたゴム製の第２熱伝導部材をさらに備える、放熱構造。
請求項１または請求項２に記載の放熱構造であって、
前記第１熱伝導部材は、前記第１保持部と、前記回路基板の表面及び裏面の一方の面との間に配置され、
前記第１保持部と、前記回路基板の他方の面との間に配置された、熱伝導グリスまたは熱伝導性接着剤をさらに備える、放熱構造。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の放熱構造であって、
前記回路基板の前記少なくとも一部に接続された配線をさらに備え、
前記保持部材には、前記配線を前記空間から外部に引き出すための第１開口部が設けられ、
前記第１開口部において前記保持部材と前記配線との間に配置されたゴム製の第３熱伝導部材をさらに備える、放熱構造。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放熱構造であって、
前記保持部材の前記空間は冷却用のポンプを内包し、
前記保持部材には、前記ポンプの配管を前記空間から外部に引き出すための第２開口部が設けられ、
前記第２開口部において前記保持部材と前記配管との間に配置されたゴム製の第４熱伝導部材をさらに備える、放熱構造。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放熱構造であって、
前記保持部材の前記空間は、取り付けられた光学素子を回転可能なモータを内包する、放熱構造。
請求項１に記載の放熱構造であって、
前記第１熱伝導部材の代わりに、液体状態から固体状態に硬化可能な熱伝導部材を備える、放熱構造。