JP2006156465A

JP2006156465A - 放熱部材および該放熱部材を有する屋外用通信機器

Info

Publication number: JP2006156465A
Application number: JP2004340696A
Authority: JP
Inventors: Takashi Oyamada; 孝士小山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】
放熱を要する電子部品を効果的に放熱することができ、前記電気部品あるいはこの電気部品を実装したプリント基板の動作確認を特別な検査治工具を用いることなく単体で行うことができ、しかも、装置を軽量でコンパクトなものとすることができる電子機器の放熱部材を提供する。
【解決手段】
回路基板１６側に電子部品１４が発した熱を放散する第１放熱部材２０を取り付け、一方、筐体１８側に第１放熱部材２０と嵌合されて熱的に結合するとともに電子部品１４が発生した熱を放散する第２放熱部材６０を設けている。凸部２５ａ〜２５ｃを収容するための凹部６４ａ〜６４ｃを凸部６３ｄ〜６３ｆの内部に形成し、この凹部６４ａ〜６４ｃに凸部２５ａ〜２５ｃを嵌合することにより第１放熱部材２０と第２放熱部材６０とを熱結合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱を要する電子部品と、この電子部品を収容する筐体とを含む機器に適用される放熱部材に関する。

携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、防災無線および無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の基地局装置を含む屋外用通信機器が広く知られている。これらの屋外用通信機器は、通常、鉄塔や電信柱等の高所に設置される。この場合、高所への運搬は、クレーンや昇降台付の高所作業車等を使う場合もあれば、作業者自身が機器を直接手に持って高所まで持ち運ぶ場合もある。いずれにせよ、機器が小型で軽量であればある程、設置作業が容易になることには違いはない。従って、前述した屋外用通信機器は、高所における作業者の負担を軽減するために、小型で軽量なものが求められている。

また、これらの屋外用通信機器は、他の電子機器と同様に、塵埃や水滴から防護するために、あるいは、取り扱いの便を図るために、電子部品を実装したプリント基板等を筐体内に収容するようにしている。そして、そのプリント基板には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やパワートランジスタ等の動作中に大量の熱を発生する電子部品が搭載されており、損傷や誤動作といった熱に起因する不具合を回避するために、これらが発生する熱を筐体外に放散するための放熱構造が必要である。

このように、放熱を要する電子部品を含み、それらを実装したプリント基板をコンパクトな筐体内に収容しなければならない屋外用通信機器は、従来、図４に示すような放熱部材を採用していた。この放熱部材は、筐体１の外面にフィン等を備えた放熱部２を形成するとともに、筐体１の内壁面の放熱部２に対応する位置に、熱結合部材３を介して電子部品４の放熱面５を結合するようにしている。この場合、プリント基板６は、取付部材７により筐体１に着脱可能に取り付けられている。電子部品４から発生した熱は、熱結合部材３および放熱部２を介して筐体１の外部に放散される。この従来の放熱部材の特徴は、プリント基板６単体では放熱部材を設けずに、筐体１側に設けられた放熱部２を利用して放熱している点にある。すなわち、余計な放熱部材を排除することで、筐体１の小型化（薄型化）を達成している。

ところで、複数のユニット（電源ユニット、プリント基板、筐体等）で構成される屋外用通信機器を含む電子機器は、その製造過程において、先ずユニット毎の単体検査（外観検査や動作テスト）を行った後、良品のユニットあるいは修理済みのユニットだけを使って最終組立を行うのが一般的である。これは、後戻り工程を極力少なくし、生産効率を向上させるためであり、プリント基板も例外ではない。

ところが、この従来技術の場合、前述したとおり、筐体１の小型化を追求する理由からプリント基板６側には放熱部材が搭載されていない。従って、プリント基板６の単体動作テストを行う場合、電子部品４の熱による故障や誤動作を回避するため、ファンユニット等の冷却用治工具を別途準備する必要があり、製造工数や製造コスト増大の要因となっていた。

このプリント基板６単体動作テストを行う際の不都合を解消する技術として、特許文献１に開示された従来技術を挙げることができる。この従来技術は、放熱基板１５に半導体素子１７を実装して構成される半導体素子体１２と、この半導体素子体１２と別体で構成される外部放熱体１３とを、各結合面に各々形成された凹凸形状の嵌合部同士を嵌合するようにした放熱構造に関する技術である。この場合、半導体素子体１２は、外部放熱体１３の有無にかかわらず単体で半導体素子１７からの熱を放射することが可能となる。すなわち、特許文献１に示す従来技術によれば、図４に示す従来の放熱構造が有する問題（プリント基板の単体動作テスト時に専用の冷却用治工具を別途用意しなければならない問題）を解決することができる。

実開平６−７２２４７号公報（［００１１］〜［００１４］、図１）

ところで、ＣＰＵ等の動作中に大量の熱を発生する電子部品を特許文献１に示すような放熱基板１５で放熱させるためには、フィンと同様の機能を果たす凹凸嵌合部をある程度長いものにする必要がある。これは、フィンの表面積を十分に確保して放熱効果を向上させるためである。

しかしながら、特許文献１の技術において、放熱基板１５における凹凸嵌合部の長さを単純に長くすると、放熱基板１５や外部放熱体１３が全体的に肉厚になるとともに、重量も増してしまう懸念があり、小型・軽量化が要求される電子機器、例えば、前述したような屋外用通信機器に適用することができなくなってしまう。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、放熱を要する電子部品を効果的に放熱することができ、前記電気部品あるいはこの電気部品を実装したプリント基板の動作確認を特別な検査治工具を用いることなく単体で行うことができ、しかも、装置を軽量でコンパクトなものとすることができる電子機器の放熱部材を提供することを目的とする。

本発明の放熱部材は、電子部品と熱的に結合し、この電子部品が発した熱を放散する第１フィンを有する第１放熱部材と、
前記電子部品を収容する筐体の所定位置に設けられ、前記電子部品が発した熱を放散する第２フィンと、前記第１フィンを収容するために前記第２フィンの内部に形成される第１フィン収容部とからなる第２放熱部材と、
を備え、前記電子部品を前記筐体内に収容する際、前記第１フィンが前記第１フィン収容部に嵌合することを特徴とする。

この場合、前記第１フィンおよび前記第１フィン収容部をテーパ状に形成してもよい。

前記第１放熱部材を構成する前記第１フィンの内部を中空に形成し、この中空内部に冷媒を充填する構成を採用してもよい。

さらに、前記第２放熱部材は、さらに肉厚に形成される第３フィンを有してもよい。

本発明の屋外用通信機器は、電子部品と熱的に結合し、この電子部品が発した熱を放散する第１フィンを有する第１放熱部材と、
前記電子部品を収容する筐体の所定位置に設けられ、前記電子部品が発した熱を放散する第２フィンと、前記第１フィンを収容するために前記第２フィンの内部に形成される第１フィン収容部とからなる第２放熱部材と、
を備え、前記電子部品を前記筐体内に収容する際、前記第１フィンが前記第１フィン収容部に嵌合する放熱部材を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明は、電子部品側に、この電子部品が発した熱を放散する第１放熱部材を取り付け、一方、筐体側に、前記第１放熱部材と嵌合して熱的に結合するとともに前記電子部品が発した熱を放散する第２放熱部材を設けている。従って、電子部品、あるいはこの電子部品を実装した回路基板の単体動作テストを行う際に、第１放熱部材が自力で放熱するため、ファンユニット等の専用冷却用治工具を別途準備する必要がなく、製造工数や製造コストを低減させることができる。

さらに、本発明は、第１フィンを収容するための第１フィン収容部を第２フィンの内部に形成したので、第１放熱部材と第２放熱部材とを嵌め合う際、第１フィンと第２フィンとが重なり合う形で嵌合されるので、嵌め合い方向にかさばることがなくコンパクトになり、結果として電子機器を小型で軽量なものとすることができる。

本発明の最良の実施の形態について図面を参照して以下詳細に説明する。

図１は本実施の形態の放熱部材１０を含む電子機器１２の断面図であり、図２は図１に示す電子機器１２の分解斜視図である。図１および図２から諒解されるように、電子機器１２は、電子部品１４が実装された回路基板１６を筐体１８内に収容して基本的に構成される。

電子部品１４は、例えば、ＣＰＵやパワートランジスタのように、動作中に大量の熱を発生し、その熱による損傷や誤動作を防ぐために放熱が必要な電子部品であり、回路基板１６上の所定位置に少なくとも１つ以上が半田等により実装されている。従って、回路基板１６には、この電子部品１４を放熱するために本実施の形態の放熱部材１０を構成する第１放熱部材２０が取り付けられる。

第１放熱部材２０は、略板状のベース２２を基本的に有し、ベース２２の上面略中央部には、上方に指向して第１フィン２４が設けられる。第１フィン２４は、断面略三角形状の凸部２５ａ〜２５ｃをベース２２の上面に直線且つ等間隔に複数本設けて構成される。この場合、凸部２５ａ〜２５ｃの形状および寸法は、電子部品１４の実動作を可能とするように設定されている。一方、ベース２２の下面には電子部品１４の放熱面２６と熱結合するための部品結合面２８が形成される。部品結合面２８と放熱面２６との間には、両者間での熱伝導を活発化させるために熱伝導シート３０が挿入される。ベース２２の両端部には、下方を指向して一対の脚部３２ａ、３２ｂが形成される。脚部３２ａ、３２ｂの各先端部には、第１放熱部材２０を回路基板１６に固定するための固定用突起３４が回路基板１６側に形成された固定用孔部３６の形状に対応して設けられる。

第１放熱部材２０は、以上説明した構成で電子部品１４を充分に放熱することができるが、さらに以下のように構成すれば、より一層好適である。第１放熱部材２０全体、すなわち、ベース２２、第１フィン２４および脚部３２ａ、３２ｂを熱伝導性の高い材料で形成すると、放熱効果を向上させることができて好適である。また、熱伝導シート３０を熱伝導性の高い材料で形成すれば、より一層熱伝導性を高めることができる。さらに、熱伝導シート３０が弾性を有していれば、電子部品１４、第１放熱部材２０の寸法や取り付けに誤差が生じた場合であっても、その誤差を吸収して両者を良好に結合させることができる。さらに、この熱伝導シート３０の両面に良好な熱伝導性を有する粘性材料を塗布するようにしてもよく、それによって熱伝導性を更に向上させることができる。

筐体１８は、第１放熱部材２０が取り付けられた回路基板１６を保持する上カバー５２と、この上カバー５２とねじ５４を介して固定される下カバー５６とを備える。上カバー５２の外表面側略中央部には、本実施の形態の放熱部材１０を構成する第２放熱部材６０が形成される。

第２放熱部材６０は、第２フィン６２を備える。第２フィン６２は、第１フィン２４と略同形状の断面略三角形状の凸部６３ａ〜６３ｉを上カバー５２の外表面側に直線且つ等間隔に複数本設けて構成される。

上カバー５２外表面側両端部に設けられた凸部６３ａ〜６３ｃ（第３フィン）および凸部６３ｇ〜６３ｉ（第３フィン）は肉厚に形成され、上カバー５２外表面側中央部の凸部２５ａ〜２５ｃに対応した位置に設けられた凸部６３ｄ〜６３ｆはその内部が中空に形成されている。凸部６３ｄ〜６３ｆの各々の内部には、上カバー５２の内表面側に開口した凹部６４ａ〜６４ｃ（第１フィン収容部）が形成される。凹部６４ａ〜６４ｃの形状は、凸部２５ａ〜２５ｃの形状に対応しており、回路基板１６を筐体１８内に収容する際、この凹部６４ａ〜６４ｃに凸部２５ａ〜２５ｃを嵌め込むことにより第１放熱部材２０と第２放熱部材６０とが熱的に結合する。その際、凸部２５ａ〜２５ｃと凹部６３ａ〜６３ｃとの嵌合部には、熱伝導性をより高めるための熱伝導性の高いシリコングリースやゲル状の材料が介在されている。なお、凹部６４ａ〜６４ｃは、上カバー５２ダイカスト成形時の抜きテーパで成形され、その傾斜角度は、凸部２５ａ〜２５ｃのテーパ角度に合わせられている。また、第２放熱部材６０を含む筐体１８は、高い熱伝導率を有する材料で製作されており、その材料としては、例えばアルミ合金などを挙げることができる。

この場合、凹部６４ａ〜６４ｃは、図１および図２から諒解されるように、凸部６３ｄ〜６３ｆの内部のほぼ全域を占めて形成される。すなわち、嵌合時においては、第１フィン２４と第２フィン６２とが重なり合うが如く嵌合されるので、厚み方向（図１において矢印Ｙで示す方向）においてかさばることがなく筐体１８を薄くすることが可能となる。これによって筐体１８を軽量化することもできる。

第１放熱部材２０が取り付けられた回路基板１６は、長尺なねじ７０によって上カバー５２に固定される。結果として、テーパ部同士が自然と食い込むこととなり、十分な接触面積を確保して良好な熱的結合が実現される。

さらに、テーパ状をなしていることにより製造上のメリットもある。すなわち、嵌合時には、凹部６４ａ〜６４ｃの大径の開口部に、凸部２５ａ〜２５ｃの小径の先端部を挿入すればよいから、開口部と挿入する側の先端部とがほぼ同径となる嵌合作業、例えば、円柱状の凸部をその抜き形状の凹部に挿入する嵌合作業に比して、嵌合作業を容易なものとすることができる。

本実施の形態の放熱部材１０を含む電子機器１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、検査工程を含むその製造手順について以下説明する。

先ず、電子部品１４が半田等により回路基板１６に実装される。次いで、電子部品１４に第１放熱部材２０が取り付けられる。具体的に説明すると、電子部品１４の放熱面２６に熱伝導シート３０を配置した後、第１放熱部材２０の部品結合面２８を熱伝導シート３０上に密着させるとともに固定用突起３４を固定用孔部３６に挿入し、第１放熱部材２０を回路基板１６に固定する。

ここで（筐体１８に組み込む以前の段階で）、電子部品１４を含む回路基板１６には単体の動作テストが実施される。この単体動作テストは、実動作と同様の、あるいはそれに近いレベルの試験であり、テスト中に大量の熱が発生する。しかしながら、電子部品１４には第１放熱部材２０が取り付けられているので、テスト中に発生した熱は、この第１放熱部材２０によって放散される。従って、単体動作テストを行う際に、ファンユニット等の専用冷却用治工具を別途準備する必要がなく、製造工数や製造コストを低減させることができる。

上記単体動作テストが終了し良品の確認がとれた回路基板１６は、筐体１８内に収容される。第１放熱部材２０の凸部２５ａ〜２５ｃを第２放熱部材６０の凹部６４ａ〜６４ｃに挿入した後、ねじ７０を徐々に締め込み凸部２５ａ〜２５ｃと凹部６４ａ〜６４ｃとを密着嵌合させ、電子機器１２を完成させる。

以上の手順を経て製造された電子機器１２は、電子部品１４を放熱するための第１放熱部材２０および第２放熱部材６０同士をテーパ状に形成された結合部でもって結合したので、両者は十分な接触面積を確保して良好に熱的結合される。従って、電子部品１４から発生した熱は、第１放熱部材２０から第２放熱部材６０へと確実に伝達され、筐体１８でカバーリングされた状態であっても電子部品１４の熱を外部に確実に放散させることができる。

また、凹部６４ａ〜６４ｃは、凸部６３ｄ〜６３ｆの内部のほぼ全域を占めて形成されているから、嵌合時においては、第１フィン２４と第２フィン６２とが重なり合う形で嵌合される。従って、厚み方向においてかさばることがなく、筐体１８、すなわち電子機器１２自体を薄く、小型で軽量なものとすることができる。

ところで、以上説明した第１放熱部材２０は、図３に示す第１放熱部材１００とすることもできる。なお、図３に示す第１放熱部材１００における図１および図２に示す第１放熱部材２０と同様の構成要素には同様の参照符号を付しその説明は省略する。

変形例である第１放熱部材１００は、図３に示すように、凸部２５ａ〜２５ｃの内部を中空にするとともに、その中空内部に連通する冷媒充填口１０２および冷媒排出口１０４を設けている。そして、この中空内部に気体や液体の冷媒１０６を充填させるとともに、それを循環させるようにしている。このように構成することにより、電子部品１４から発生した熱をより効果的に放散させることができる。この第１放熱部材１００の製造方法としては、ベースと一端部が開放された中空フィンとを一体的に成形し、この開放部を別カバーで塞ぐ方法や、あるいは、薄板金属の絞り加工で中空フィン部を作製し、それをベースに接合する方法等を挙げることができる。なお、金属絞りの場合は、原料となる薄板を極力薄くすると熱伝導性が高くなる。

すなわち、以上説明した放熱部材１０は、放熱を要する電子部品１４を含み、それらを実装した回路基板１６をコンパクトな筐体１８に収容する必要があり、しかも、その製造時に回路基板１６の単体動作テストが行われる装置に好適である。そのような装置としては、例えば、携帯電話、ＰＨＳ、防災無線および無線ＬＡＮ等の基地局装置を含む屋外用通信機器を挙げることができる。

その理由について説明する。これらの屋外用通信機器は、通常、鉄塔や電信柱等の高所に設置される。従って、高所における作業者の負担を軽減するために、小型で軽量なものが求められている。また、屋外用通信機器は、パワートランジスタやＣＰＵ等の放熱を有する電子部品１４を数多く搭載し、しかも電子部品１４を塵埃や水滴から守るために、回路基板１６を筐体１８でカバーリングしなければならない。また、屋外用通信機器は、その製造時に後戻り工程を無くして製造コストを低減させる必要があり、筐体１８に組み込む前に、回路基板１６の単体動作テストが実施される公算が極めて高い。

本実施の形態の放熱部材を含む電子機器の断面図である。図１に示す電子機器の分解斜視図である。図１に示す第１放熱部材の変形例を示す断面図である。従来の放熱部材を搭載した電子機器、例えば、屋外用通信機器の断面図である。

符号の説明

１０放熱部材
１２電子機器
１４電子部品
１６回路基板
１８筐体
２０、１００第１放熱部材
２２ベース
２４第１フィン
２５ａ〜２５ｃ凸部
５２上カバー
６０第２放熱部材
６２第２フィン
６３ａ〜６３ｉ凸部
６４ａ〜６４ｃ凹部
１０６冷媒

Claims

電子部品と熱的に結合し、この電子部品が発した熱を放散する第１フィンを有する第１放熱部材と、
前記電子部品を収容する筐体の所定位置に設けられ、前記電子部品が発した熱を放散する第２フィンと、前記第１フィンを収容するために前記第２フィンの内部に形成される第１フィン収容部とからなる第２放熱部材と、
を備え、前記電子部品を前記筐体内に収容する際、前記第１フィンが前記第１フィン収容部に嵌合することを特徴とする放熱部材。
前記第１フィンおよび前記第１フィン収容部をテーパ状に形成したことを特徴とする請求項１記載の放熱部材。
前記第１放熱部材を構成する前記第１フィンの内部を中空に形成し、この中空内部に冷媒を充填することを特徴とする請求項１または請求項２記載の放熱部材。
前記第２放熱部材は、さらに肉厚に形成される第３フィンを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱部材。
電子部品と熱的に結合し、この電子部品が発した熱を放散する第１フィンを有する第１放熱部材と、
前記電子部品を収容する筐体の所定位置に設けられ、前記電子部品が発した熱を放散する第２フィンと、前記第１フィンを収容するために前記第２フィンの内部に形成される第１フィン収容部とからなる第２放熱部材と、
を備え、前記電子部品を前記筐体内に収容する際、前記第１フィンが前記第１フィン収容部に嵌合する放熱部材を有することを特徴とする屋外用通信機器。