JP2019075511A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の放熱を行いつつ、小型化する技術を提供する。【解決手段】電子装置１は、回路基板２０と、筐体１０とを備える。回路基板は、電子部品が実装される実装部２１と、スルーホール２５とを有する。筐体は、回路基板を収容し、スルーホールを挟んで一方に通気口１２と他方にファンFが取り付けられる。また、回路基板は、実装部とスルーホールとを接続する伝熱部材２３ａを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置に関する。

従来、例えば、車両の制御を行う回路基板を備えた電子装置がある。かかる電子装置では、回路基板で生じた熱を放熱するヒートシンクを備える（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２１０６１１号公報

しかしながら、従来技術では、ヒートシンクを備える分だけ、電子装置の小型化が困難であった。特に、電子装置が車両に搭載される場合、搭載スペースに限りがあるため、小型化が求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路基板の放熱を行いつつ、小型化することができる電子装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係る電子装置は、回路基板と、筐体とを備える。前記回路基板は、電子部品が実装される実装部と、スルーホールとを有する。前記筐体は、前記回路基板を収容し、前記スルーホールを挟んで一方に通気口と他方にファンが取り付けられる。また、前記回路基板は、前記実装部と前記スルーホールとを接続する伝熱部材を有する。

本発明によれば、回路基板の放熱を行いつつ、小型化することができる。

図１は、電子装置の概要を示す図である。 図２は、電子装置の断面模式図である。 図３は、スルーホールと貫通孔の相対的な位置関係を示す図である。 図４は、貫通孔の断面形状を示す図である。 図５は、変形例に係る電子装置を示す図（その１）である。 図６は、変形例に係る電子装置を示す図（その２）である。

以下、添付図面を参照して実施形態に係る電子装置について詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて実施形態に係る電子装置１の概要について説明する。図１は、電子装置１の概要を示す図である。なお、図１では、説明を簡単にするために、鉛直方向上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。また、図１は、電子装置１のＸ軸に沿った断面模式図を示す。

電子装置１は、例えば、車両のナビゲーション装置やオーディオを制御する制御装置である。しかしながら、これに限定されず、電子装置１は、その他の制御装置に適用することが可能である。

図１に示すように、電子装置１は、筐体１０と、回路基板２０と、ファンＦとを備える。筐体１０は、回路基板２０を収容し、上面にファンＦが取り付けられる取付部１１と、下面に通気口１２とを有する。

ファンＦは、筐体１０内部から筐体１０外部へ空気を排気する排気ファンであり、通気口１２を介して筐体１０内部へ空気を取り込み、かかる空気を筐体１０外部へ排気する。図１において、空気の流れを白抜き矢印で示している。なお、ファンＦは、排気ファンに限られず、筐体１０内部へ空気を吸気する吸気ファンであってもよい。

筐体１０は、例えば、導電性を有する金属製のケースであり、後述する回路基板２０のグランドとしても機能する。なお、筐体１０は、樹脂等のプラスチック部材で構成されることにしてもよい。

回路基板２０は、電子部品Ｅｃが実装される実装部２１と、レジスト２２と、第１伝熱部材２３ａと、第２伝熱部材２３ｂと、絶縁層２４と、スルーホール２５とを備える。なお、図１に示すように、本実施形態では、回路基板２０が、両面に電子部品Ｅｃが実装される両面基板である場合について説明するが、回路基板２０は、片面基板や多層基板であってもよい。

実装部２１は、実装パッドであり、かかる実装パッド上に、はんだ２１ｂを介して電子部品Ｅｃが実装される。電子部品Ｅｃは、例えば、集積回路、抵抗器、コンデンサ、トランジスタ等を含む。

レジスト２２は、回路基板２０の表面および不図示の配線パターンを保護するための保護膜であり、例えば、感光性樹脂や熱硬化性樹脂等の絶縁材料によって形成される。

第１伝熱部材２３ａは、例えば、銅めっきがスパッタ蒸着またはメッキ法により形成される。第１伝熱部材２３ａは、電子部品Ｅｃに対する信号配線や、グランド配線等のプリント配線であってもよいし、あるいは、プリント配線とは別に設けることにしてもよい。

第１伝熱部材２３ａは、スルーホール２５まで延伸するとともに、スルーホール２５を覆っている。つまり、スルーホール２５は、銅めっきで被膜されためっきスルーホールである。

第２伝熱部材２３ｂは、例えば、絶縁性を有する伝熱シートであり、セラミックやシリコンなどにより形成される。第１伝熱部材２３ａおよび第２伝熱部材２３ｂは、実装部２１とスルーホール２５とを熱的に接続する。

絶縁層２４は、例えば、絶縁性を有する樹脂である。上述のように、回路基板２０が、両面基板であるため、絶縁層２４の主面の両面には、第１伝熱部材２３ａ，第２伝熱部材２３ｂがそれぞれ配置される。なお、絶縁層２４自体も伝熱性が高い部材を用いることも可能であり、このようにすれば更に効率的に熱を伝えることが可能となる。

スルーホール２５は、回路基板２０を貫通して設けられ、例えば、回路基板２０の各層を導通させる。

ところで、電子部品Ｅｃは、動作時に発熱するため、適正に動作させるためには放熱を行う必要がある。例えば、従来技術では、ヒートシンクを用いて電子部品の放熱を行っていた。しかしながら、ヒートシンクを用いると、部品点数の増加により、コストの上昇や、電子装置の小型化が困難になる。

そこで、実施形態に係る電子装置１では、電子部品Ｅｃから放出される熱のおよそ９割がプリント配線に伝わることに着目し、電子装置１の小型化を図ることとした。

具体的には、実施形態に係る電子装置１では、スルーホール２５を挟んで一方にファンＦを設け、他方に通気口１２を有する。これにより、スルーホール２５に気流を強制的に通過させることが可能となる。

そして、電子部品Ｅｃの熱を第１伝熱部材２３ａおよび第２伝熱部材２３ｂを介してスルーホール２５へ集約し、スルーホール２５を上記の気流によって冷却する。

スルーホール２５が冷却されると、スルーホール２５と電子部品Ｅｃとの温度勾配により、再び電子部品Ｅｃから第１伝熱部材２３ａおよび第２伝熱部材２３ｂを介して熱がスルーホール２５へ導かれる。

つまり、実施形態に係る電子装置１は、スルーホール２５に電子部品Ｅｃの熱を集約し、スルーホール２５を局所的に冷却することで、電子部品Ｅｃを効率よく冷却することが可能となる。

この際に、実施形態に係る電子装置１は、従来技術のようにヒートシンクを必要としないため、部品点数の増加を要しない。また、実施形態に係る電子装置１では、ファンＦがスルーホール２５に対して局所的に気流を発生させればよいので、回路基板２０全体を冷却する場合に比べて小型なファンＦを用いることが可能となる。

これらのことより、実施形態に係る電子装置１は、回路基板２０の放熱を行いつつ、小型化することが可能となる。

次に、図２を用いて電子装置１が複数の回路基板２０を備える場合について説明する。図２は、電子装置１の断面模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の説明では、回路基板２０を簡略化し、取付部１１等を省略して示す。

図２に示すように、筐体１０は、柱部１５ａと、梁部１５ｂとを備える。柱部１５ａは、２つの回路基板２０を固定するとともに、筐体１０を内部から垂直方向に支える。

また、柱部１５ａは、電子部品Ｅｃと、スルーホール２５との空間を回路基板２０の主面と交差する向きに仕切る。言い換えれば、柱部１５ａは、通気口１２およびファンＦ間における気流の流路を限定する役割を担う。

仮に、柱部１５ａによって上記の流路が限定されていない場合、通気口１２を通過後に気流が筐体１０内部で滞留し、スルーホール２５を十分に冷却できないおそれがある。

つまり、柱部１５ａにより、気流の流路を限定することで、通気口１２を通過後の気流をスルーホール２５に効率よく集約することが可能となる。これにより、集約された気流によりスルーホール２５を効率よく冷却することができる。

梁部１５ｂは、回路基板２０の主面に沿う向きから柱部１５ａを支える面状の部材である。つまり、電子部品Ｅｃおよびスルーホール２５は、柱部１５ａと梁部１５ｂとによってそれぞれ区切られた空間に配置される。

また、梁部１５ｂは、柱部１５ａによって仕切られたスルーホール２５側の空間に貫通孔１６を有する。すなわち、通気口１２を通過した気流は、スルーホール２５および貫通孔１６を介してファンＦへ導かれる。

ここで、図３および図４を用いて貫通孔１６の詳細について説明する。図３は、スルーホール２５と貫通孔１６の相対的な位置関係を示す図である。

図３に示すように、貫通孔１６は、例えば、スルーホール２５の軸方向に沿って略直線上に配置される。好適には、図３に示すように、例えば、スルーホール２５の中心２５ａと、貫通孔１６の中心１６ａとがスルーホール２５の軸上（Ｚ軸上）に配置されることが好ましい。

これにより、貫通孔１６からスルーホール２５へ流速を損なうことなく、気流を導くことが可能となる。つまり、スルーホール２５を効率よく冷却することが可能となる。

なお、貫通孔１６は、必ずしも中心１６ａが中心２５ａと軸方向に一致する必要はなく、所定範囲Ｌ（例えば、半径５ｍｍ）内に中心１６ａが位置していればよい。また、貫通孔１６およびスルーホール２５がそれぞれ複数存在する場合、少なくとも一つの貫通孔１６が、中心２５ａに対して略直線上に配置されていればよい。

次に、図４を用いて貫通孔１６の形状について説明する。図４は、貫通孔１６の断面形状を示す図である。図４に示すように、貫通孔１６は、気流を通過する向きに先細りしたテーパ状に形成される。

本実施形態において、ファンＦが排気ファンであるため、貫通孔１６をＺ軸負方向側から正方向側へ気流が通過する。このため、貫通孔１６は、下面開口ｄ２から上面開口ｄ１に向けて先細りした形状である。

このようにすることで、貫通孔１６を通過する気流は、下面開口ｄ２から上面開口ｄ１に向かって流路が徐々に限定される。これにより、貫通孔１６を通過する際に、気流の流速を加速させることが可能となる。

したがって、スルーホール２５を通過する気流の単位時間当たりの流量が増えるので、スルーホール２５を効率よく冷却することが可能となる。なお、この際に、スルーホール２５を貫通孔１６と同様にテーパ状に形成することにしてもよい。

このように、梁部１５ｂに貫通孔１６を設けることで、スルーホール２５を通過する気流の単位時間当たりの量を制御することが可能となる。

上述したように、実施形態に係る電子装置１は、回路基板２０と、筐体１０とを備える。回路基板２０は、電子部品Ｅｃが実装される実装部２１と、スルーホール２５とを有する。筐体１０は、回路基板２０を収容し、スルーホール２５を挟んで一方に通気口１２と他方にファンＦが取り付けられる。また、回路基板２０は、実装部２１とスルーホール２５を接続する伝熱部材（第１伝熱部材２３ａ、第２伝熱部材２３ｂ）を有する。したがって、実施形態に係る電子装置１によれば、回路基板２０の放熱を行いつつ、小型化することが可能となる。

次に、図５および図６を用いて変形例に係る電子装置１Ａ、１Ｂについて説明する。図５および図６は、それぞれ変形例に係る電子装置１Ａ、１Ｂを示す図である。

まず、図５を用いて第１の変形例に係る電子装置１Ａについて説明する。図５に示すように、電子装置１Ａは、図２に示した電子装置１が２つのファンＦを備えていたのに対して１つのファンＦを備える。

図５に示すファンＦは、２つの流路を通過した気流を集約して筐体１０外部に放出する。上述したように、電子装置１（電子装置１Ａ）では、スルーホール２５を局所的に冷却すればよく、各流路が柱部１５ａによって限定されるため、ファンＦが１つであっても十分にスルーホール２５を冷却することが可能となる。また、電子装置１Ａでは、電子装置１に比べてファンＦの数を省略した分だけ、コストの削減および小型化が可能となる。

次に、図６を用いて第２の変形例に係る電子装置１Ｂについて説明する。図６に示す電子装置１Ｂは、筐体１０内部へ筐体１０外部から空気を吸気する吸気ファンＦｂを備える点で上述の電子装置１、１Ａと異なる。

図６に示すように、電子装置１Ｂでは、吸気ファンＦｂからファンＦまでの気流の経路がひとつなぎに形成される。すなわち、電子装置１Ｂでは、吸気ファンＦｂとファンＦとによって、吸気ファンＦｂから筐体１０内部へ空気を取り込み、かかる空気をファンＦから排気する。

つまり、電子装置１Ｂでは、吸気ファンＦｂおよびファンＦの双方によって、スルーホール２５に気流を通過させる。これにより、かかる気流が吸気ファンＦｂおよびファンＦの双方によって加速されるため、スルーホール２５を効率よく冷却することが可能である。なお、同図に示すように、吸気ファンＦｂは、通気口１２としても機能する。

ところで、上述した実施形態では、通気口１２が筐体１０の上面または下面に形成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、通気口１２を筐体１０の側面に形成するなど、スルーホール２５を挟んでファンＦの他方に配置されていれば、位置は問わない。

また、上述した実施形態では、スルーホール２５が、回路基板２０の導通用のスルーホールである場合について説明したが、スルーホール２５を冷却用に設けることにしてもよい。かかる場合に、スルーホール２５の径を導通用のスルーホールの径よりも大きくすることにしてもよい。これにより、スルーホール２５によって冷却する面積が増えるため、より効率よく冷却することが可能となる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ 電子装置
１０ 筐体
１１ 取付部
１２ 通気口
１５ａ 柱部
１５ｂ 梁部
１６ 貫通孔
２０ 回路基板
２１ 実装部
２３ａ 第１伝熱部材
２３ｂ 第２伝熱部材
２５ スルーホール

Claims (5)

1. 電子部品が実装される実装部と、スルーホールとを有する回路基板と、
   前記回路基板を収容し、前記スルーホールを挟んで一方に通気口と他方にファンが取り付けられる筐体と
   を備え、
   前記回路基板は、
   前記実装部と前記スルーホールとを接続する伝熱部材を有すること
   を特徴とする電子装置。
2. 前記筐体は、
   前記実装部と、前記スルーホールとの空間を前記回路基板の主面と交差する向きに仕切る柱部
   をさらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記筐体は、
   前記回路基板の主面に沿う向きから前記柱部を支える面状の梁部
   をさらに備え、
   前記梁部は、
   前記柱部によって仕切られた前記スルーホール側の空間に貫通孔を有すること
   を特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記貫通孔は、
   前記ファンが排気ファンである場合に、前記ファンに向かって先細りしたテーパ状であること
   を特徴とする請求項３に記載の電子装置。
5. 前記貫通孔は、
   前記スルーホールの軸方向に沿って略直線上に配置されること
   を特徴とする請求項３または４に記載の電子装置。

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