JP2007115965A

JP2007115965A - 電子装置

Info

Publication number: JP2007115965A
Application number: JP2005307047A
Authority: JP
Inventors: Takashi Oyamada; 孝士小山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】電子部品の動作信頼性の低下を抑制し、且つ、放熱性能を向上した電子装置を提供する。
【解決手段】電子装置は、配線基板１１上に電子部品１２ａを搭載した電子モジュール１０と、電子モジュール１０を収容するハウジング２０とを備える。ハウジング２０の内壁との間で閉空間３２を形成すると共に、電子部品１２ａの上面に接触するシート部材３１を備え、閉空間３２の内部に冷媒３４が収容される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子装置に関し、更に詳細には、配線基板上に電子部品を搭載した電子モジュールと、電子モジュールを収容するハウジングとを備える電子装置に関する。

屋外に設置される電子装置は、電子モジュールを水滴やホコリから保護するために、一般にハウジングの内部に収容される。このような電子装置では、電子モジュール上に搭載された半導体パッケージ等の消費電力の大きな電子部品から放出される熱が、ハウジングの内部に滞留しないように、放熱を効率的に行う必要がある。

図４は、携帯電話基地局システムの屋外通信機として構成される電子装置の外観を示す斜視図である。電子装置２００では、ハウジング２０は、外壁に放熱用のフィン２３が形成されたハウジングボディ２１と、ハウジング裏蓋２２とから成り、内部に電子モジュールを収容した状態で、ネジ１４ａを用いて相互に固定されている。図５に、図４の電子装置を水平断面で切断して上方から見た縦断面を示す。電子モジュール１０は、配線基板１１と、配線基板１１の表面の中央部に搭載された電子部品１２ａから成る。電子部品１２ａの上面と、ハウジングボディ２１の内壁との間に、高い熱伝導性を有する熱伝導部材４１が介在している。電子部品１２ａはこの場合、半導体パッケージである。

電子部品１２ａで発生した熱は、熱伝導部材４１を介してハウジングボディ２１に伝わり、大きな表面積を有するフィン２３によって外気中へ放散される。熱伝導部材及び放熱用のフィンを備える電子装置については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３−８６９７６号公報（図１）

ところで、従来の電子装置２００では、一般に、熱伝導部材４１にシリコンラバーを用いていた。これは、シリコンラバーが高い熱伝導性を有すると共に、シリコンラバーの弾力によって、電子部品１２ａの上面及びハウジングボディ２１の内壁に対するその押下げ圧力を、適度な値に調節できるためである。

しかし、シリコンラバー４１は、長期の使用によって塑性変形を生じ、押下げ圧力が低下する問題があった。シリコンラバー４１の押下げ圧力が不足すると、電子部品１２ａの熱が、シリコンラバー４１及びハウジングボディ２１に効率的に伝わらなくなり、シリコンラバー４１を介した放熱性能が低下する。

シリコンラバー４１の押下げ圧力の低下を防止するために、その厚みを予め大きくすることも考えられる。しかし、シリコンラバー４１の厚みが大きいと、電子部品１２ａに対する押下げ圧力が過度に大きくなる。この場合、電子部品１２ａに加わる圧力によって、電子部品１２ａの内部で損傷が生じるおそれがあり、その動作信頼性が低下する問題が新たに生じる。

本発明は、上記に鑑み、配線基板上に電子部品を搭載した電子モジュールと、電子モジュールを収容するハウジングとを備える電子装置であって、電子部品の動作信頼性の低下を抑制し、且つ、放熱性能を向上した電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子装置は、配線基板上に電子部品を搭載した電子モジュールと、該電子モジュールを収容するハウジングとを備える電子装置において、
前記ハウジングの内壁との間で閉空間を形成すると共に、前記電子部品の頂部に接触する可撓性シート部材を備え、前記閉空間内に液体が収容されることを特徴とする。

本発明の電子装置によれば、可撓性シート部材が閉空間を囲む部材の一部として構成され、閉空間内に所定量の液体が収容される構成を採用することにより、可撓性シート部材及び内部の液体が外力に応じて変形することで、可撓性シート部材の電子部品に対する押下げ圧力を一定に保つ一方、その低下を抑制できる。従って、電子部品の動作信頼性の低下を抑制し、且つ、放熱性能を向上できる。

本発明の好適な態様では、前記閉空間内に液体及び気体が収容されており、且つ、前記閉空間とハウジング外部とを連通する圧力逃がし弁が前記ハウジングに取り付けられている。閉空間内の圧力が設定値を上回った際に、圧力逃がし弁が開放されることによって、可撓性シート部材の電子部品に対する押下げ圧力が過度に大きくなることを防止できる。

本発明の好適な態様では、前記液体の沸点が、前記電子部品の許容温度以下である。液体が、電子部品の熱で加熱されて気化し、ハウジングの内壁で冷却されて再び液化することによって、閉空間内で循環し、可撓性シート部材とハウジングの内壁との間の熱交換を効率的に行うことが出来る。

本発明の好適な態様では、前記可撓性シート部材が金属薄板で形成される。金属薄板が高い熱伝導性を有するため、良好な放熱性能を得ることができる。また、本発明では、可撓性シート部材が、電子部品と配線基板との接続に用いられる端子及びはんだよりも大きな熱伝導率を有することが好ましく、電子部品で発生した熱を配線基板の側よりもハウジングの側へより効率的に逃がすことが出来る。

本発明の好適な態様では、前記可撓性シート部材と前記電子部品とが接触する接触部分では、前記可撓性シート部材は前記接触部分よりも外側に突出している。接触部分よりも外側に突出する可撓性シート部材の部分が大きく変形することによって、閉空間内の圧力変動を効果的に吸収できる。この場合、前記可撓性シート部材は、前記接触部分よりも外側に突出している部分では、別の電子部品に接触することも好ましい態様であり、別の電子部品の放熱を効率的に行うことが出来る。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電子装置の一部を展開して示す斜視図である。電子装置１００は、携帯電話基地局システムの屋外通信機として構成され、電子モジュール１０と、電子モジュール１０を収容するハウジング２０とを備える。電子モジュール１０は、配線基板１１と、配線基板１１上に搭載された複数の電子部品１２とを備える。配線基板１１の表面の中央部に搭載された電子部品１２ａは、平らな表面形状を有する半導体パッケージであり、リード線１３の先端で、配線基板１１に接続されている。

ハウジング２０は、図５を参照して説明したように、電子モジュール１０の表面側及び裏面側にそれぞれ配設される、ハウジングボディ２１及びハウジング裏蓋から構成される。ハウジングボディ２１は、アルミニウム合金等の高い熱伝導性を有する金属材料からなり、その外壁には、放熱用のフィン２３が形成されている。ハウジングボディ２１の外壁の中央部では、フィン２３が取り除かれて、切欠き２４が形成されている。

図２は、図１の電子装置の縦断面を示している。配線基板１１の裏面には、別の電子部品１２ｂが配設されている。ハウジングボディ２１の内壁には、電子部品１２ａの厚みよりも大きな高さを有する円柱状のスペーサ１５が配設され、配線基板１１は、ネジ１４ｂによってスペーサ１５に固定されている。

ハウジングボディ２１の内壁の中央部には凹部２５が形成され、凹部２５近傍のハウジングボディ２１の内壁には、ハーメチックシール等を用いてシート部材３１が接合されている。シート部材３１とハウジングボディ２１の内壁との間には、凹部２５を含む閉空間３２が形成されている。シート部材３１は、予め略ドーム状に加工され、且つ、高い可撓性を有する。シート部材３１は、また、高い熱伝導性を有することが好ましく、本実施形態では、表面に腐食防止用の加工が施された銅薄板で構成される。

ハウジングボディ２１を貫通して貫通孔２６が形成され、切欠き２４の位置で閉空間３２とハウジング２０外部とを連通している。貫通孔２６の内部には安全弁３３が配設されている。安全弁３３は、閉空間３２内の圧力が設定値を超えた場合に開放するエアバルブである。本実施形態では、安全弁３３の設定値は、例えば１．２気圧である。

シート部材３１が電子部品１２ａの上面の全てに当接した状態で、大気圧を上回る圧力に保持されるように、閉空間３２の内部には冷媒（液体）３４とエアとが封入されている。本実施形態では、冷媒３４は、低沸点冷媒であるパーフロロカーボン（沸点：３０℃）から成り、冷媒３４とエアとが略１：１の比率で封入されている。電子装置１００では、冷媒３４の沸点が電子部品１２ａの動作温度の範囲にあるため、その気化又は液化によって、閉空間３２内部の圧力が一定の範囲で変動する。しかし、冷媒３４とエアとの比率等の調節によって、閉空間３２内部の圧力変動の範囲を設定できる。

電子装置１００では、シート部材３１が閉空間３２を囲む部材の一部として構成され、閉空間３２内に所定量の冷媒３４が収容される構成によって、シート部材３１及び内部の冷媒３４を外力に応じて変形させることが出来る。従って、シート部材３１の電子部品１２ａに対する押下げ圧力を一定に保つ一方、その低下を抑制できる。

電子装置１００が晒される環境条件又は電子部品１２ａの使用条件等によって、閉空間３２内部の圧力が安全弁３３の設定値を上回った際には、閉空間３２内部の圧力が設定値に下がるまで安全弁３３が開放し、閉空間３２内部のガスを外部に排出する。これによって、閉空間３２内部の圧力が過度に上昇することを防止できる。

シート部材３１上に滞留する冷媒３４は、電子部品１２ａの熱で沸点以上の温度に加熱されると気化する。また、例えばハウジングボディ２１の内壁で沸点以下の温度に冷却されて再び液化し、シート部材３１上に滴下する。このように、冷媒３４が閉空間３２内部で循環することによって、シート部材３１とハウジングボディ２１の内壁との間の熱交換を効率的に行うことが出来る。

シート部材３１を構成する銅薄板が、リード線１３、及び、リード線１３と配線基板１１との接続に用いられるはんだよりも大きな熱伝導率を有することによって、電子部品１２ａで発生した熱を、配線基板１１側よりもハウジングボディ２１側へ効率的に逃がすことが出来る。

シート部材３１が電子部品１２ａの上面よりも横方向外側へ突出しているので、突出部分が大きく変形することによって、閉空間３２内部の圧力変動を効果的に吸収できる。

電子装置１００の組立てに際して、先ず、電子モジュール１１、ハウジングボディ２１、ハウジング裏蓋２２、及び、シート部材３１を形成する。ハウジングボディ２１の形成に際しては、フィン２３、切欠き２４、凹部２５、及び、貫通孔２６を形成する。シート部材３１に形成に際しては、略ドーム状に成形する。次いで、ハウジングボディ２１の内壁であって凹部２５の周辺に、シート部材３１を接合する。

引き続き、作業環境を冷媒３４の沸点より低い温度に設定し、貫通孔２６を介して、閉空間３２の内部に冷媒３４及びエアを注入する。次いで、貫通孔２６を塞ぐように安全弁３３を配設する。この状態で、シート部材３１は、同図中に点線で示すように、ドーム状に膨らむ。

ハウジングボディ２１にスペーサ１５を固定した後、ネジ１４ｂを用いて、スペーサ１５に対して電子モジュール１０を固定する。引き続き、ネジ１４ａを用いて、ハウジングボディ２１とハウジング裏蓋２３とをパッキンを介して固定することによって、電子装置１００を組み立てることが出来る。なお、冷媒３４及びエアの注入に際しては、シート部材３１が電子部品１２ａの上面の全てに当接した状態で、閉空間３２内部が大気圧を上回る圧力に保持されるように、注入する量を設定する。また、スペーサ１５は、ハウジングボディ２１と一体的に形成してもよい。

本実施形態の電子装置１００によれば、前述の構成によって、シート部材３１の電子部品１２ａに対する押下げ圧力が過度に大きくなることを防止し、且つ、その低下を抑制することが出来る。また、シート部材３１が電子部品１２ａの上面よりも横方向外側へ突出する構成によって、閉空間３２内部の圧力変動を効果的に吸収できる。更に、閉空間３２内部での冷媒３４の循環、及び、大きな熱伝導率を有するシート部材３１の採用によって、熱の伝達を効率的に行うことが出来る。これらによって、電子部品１２ａの動作信頼性の低下を抑制しつつ、且つ、放熱性能を向上できる。

なお、本実施形態で、冷媒３４はパーフロロカーボンに限らず、電子部品１２ａの動作温度以上で且つ許容温度以下の温度範囲に沸点を有するものであればよい。また、安全弁３３の他に、閉空間３２内部に冷媒やエア等を注入可能な注入弁を配設してもよい。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電子装置の構成を示す断面図である。電子装置１０１では、配線基板１１の表面に、電子部品１２ａとは別に、電子部品１２ａとは高さが異なる複数の電子部品１２ｃ，１２ｄが配設されている。シート部材３５は、上記実施形態におけるシート部材３１よりも広い範囲に配設されると共に、個々の電子部品１２ａ，１２ｃ，１２ｄの高さに対応し、個々の電子部品１２ａ，１２ｃ，１２ｄの上面に接する形状に成形されている。本実施形態の電子装置１０１によれば、シート部材３５が電子部品１２ｃ，１２ｄの上面に更に接することによって、電子部品１２ｃ，１２ｄの放熱を効率的に行うことが出来る。

上記実施形態では、冷媒に低沸点冷媒を用いたが、電子部品１２ａの許容温度よりも低い沸点を有する冷媒が好ましい。下記に説明する上記第１実施形態の変形例に係る電子装置では、冷媒に純水を用いている。本変形例では、閉空間３２の内部には、純水及び少量のエアが封入されている。

本変形例では、閉空間３２内部の冷媒は、シート部材３１の近傍で電子部品１２ａの熱で加熱され、ハウジングボディ２１の内壁に向かって上昇する。また、ハウジングボディ２１の内壁で冷却され、再びシート部材３１に向かって下降する。このように、冷媒が閉空間３２内部で対流することによって、シート部材３１とハウジングボディ２１の内壁との間の熱交換を効率的に行うことが出来る。また、冷媒が第１実施形態における冷媒３４よりも高い沸点を有するので、冷媒の気化を抑制し、閉空間３２内部の圧力の変動を抑制できる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る電子装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した電子装置も、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る電子装置の一部を展開して示す斜視図である。図１の電子装置の縦断面を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る電子装置の構成を示す断面図である。従来の電子装置の構成を示す斜視図である。図４の電子装置を水平断面で切断して上方から見た縦断面を示す断面図である。

符号の説明

１０：電子モジュール
１１：配線基板
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：電子部品
１３：リード線
１４ａ，１４ｂ：ネジ
１５：スペーサ
２０：ハウジング
２１：ハウジングボディ
２２：ハウジング裏蓋
２３：フィン
２４：切欠き
２５：（ハウジングボディの）凹部
２６：貫通孔
３１，３５：シート部材
３２：閉空間
３３：安全弁
３４：冷媒
４１：シリコンラバー（熱伝導部材）
１００，１０１：電子装置

Claims

配線基板上に電子部品を搭載した電子モジュールと、該電子モジュールを収容するハウジングとを備える電子装置において、
前記ハウジングの内壁との間で閉空間を形成すると共に、前記電子部品の頂部に接触する可撓性シート部材を備え、前記閉空間内に液体が収容されることを特徴とする電子装置。
前記閉空間内に液体及び気体が収容されており、且つ、前記閉空間とハウジング外部とを連通する圧力逃がし弁が前記ハウジングに取り付けられている、請求項１に記載の電子装置。
前記液体の沸点が、前記電子部品の許容温度以下である、請求項２に記載の電子装置。
前記可撓性シート部材が金属薄板で形成される、請求項１〜３の何れか一に記載の電子装置。
前記可撓性シート部材と前記電子部品とが接触する接触部分では、前記可撓性シート部材は前記接触部分よりも外側に突出している、請求項１又は２に記載の電子装置。
前記可撓性シート部材は、前記接触部分よりも外側に突出している部分では、別の電子部品に接触している、請求項５に記載の電子装置。