JP7419661B2 - 基板モジュール - Google Patents

Description

本発明は、基板モジュールに関する。

従来から、基板に実装された半導体部品等の熱源を冷却する方法としてヒートシンクにより冷却させる方法が提案されている。例えば、特許文献１には、横型半導体チップの非電極面に当接させたヒートシンクを含むパワーモジュールが開示されている。このヒートシンクは、銅からなり、横型半導体チップよりも大きい長方形状に形成される。また、ヒートシンクは、横型半導体チップの非電極面と、熱伝導性接合部材を介して接合されており、熱的に接続されている。

特開２０１８－１２５４６０号公報

しかしながら、ヒートシンクを大きくした場合、実装部品や外部電波等からノイズを受信して、回路上の電路にノイズを伝搬させてしまうことが想定される。一方で、ヒートシンクを小さくすると熱源の冷却を十分に行えない場合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、放熱効果を向上させた基板モジュールを提供することを目的とする。

本発明の基板モジュールは、一方の面側に部品が実装された基板と、前記基板の前記一方の面側に、前記部品に対応し、熱接続される接続平坦部が形成された矩形状の本体部と、前記矩形状の本体部の長手方向の両端部側に設けられ前記基板と締結される第一被固定部と、前記矩形状の本体部の短手方向の端部側に設けられ前記基板に実装されて接地電路と導通する導通部材に電気接続される被接続部と、を含む放熱部材と、を備え、前記導通部材は、二股に形成された弾発性を有する接続部を含み、前記被接続部は、平板状に形成されて前記接続部によって挟持されることを特徴とする。

本発明によれば、放熱効果を向上させた基板モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態に係る基板モジュールの正面側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る基板モジュールの背面側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る図１の基板モジュールのＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 本発明の実施形態に係る図１の基板モジュールのＩＶ－ＩＶ断面図である。 本発明の実施形態に係る導通部材の変形例を示したＩＩＩ－ＩＩＩ断面位置に相当する導通部材周辺の拡大図であり、（ａ）は変形例１を示し、（ｂ）は変形例２を示す。

以下、本発明を実施するための形態について述べる。図１及び図２は、それぞれ本実施形態の基板モジュール１の正面側から見た斜視図及び背面側から見た斜視図である。基板モジュール１は、回路基板２と、回路基板２上に固定された放熱部材３とを備える。

回路基板２は、全体が長方形の平板状に形成される。回路基板２は、例えば両面実装基板として形成され、放熱部材３が配置される第一面２ａ側やその反対側である第二面２ｂ側に、回路の目的に応じた大小様々な電子部品等が実装されている。回路基板２は多層基板として形成してもよい。

本実施形態の回路基板２の第一面２ａ側には、主な熱源部品である電子部品２１が実装されている（図３及び図４の各断面図も参照）。電子部品２１は例えばＣＰＵやＤＳＰ等の処理部とすることができ、全体が略矩形平板状に形成される。電子部品２１は、例えば、電子部品２１の外周側から側方へ延設された複数のワイヤ端子により回路基板２の電路と電気的に接続される。また、回路基板２の第一面２ａ側には、電子部品２１よりも高く形成された略直方体状の電子部品２２や、導通部材２３が実装されている。

本実施形態の導通部材２３は、回路基板２に形成された電気回路内の接地電路、すなわち接地点（ＧＮＤ点）と短絡導通されたＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，電磁妨害）対策用のオンボードクリップである。導通部材２３は、図３等に示すように、金属等の導電性のある平板部材を屈曲させて形成することができる。導通部材２３は、回路基板２の第一面２ａと略面当接するように回路基板２に固定された板状の固定部２３１と、固定部２３１の両端側から弾発可能に二股に形成された板状の接続部２３２とを有する。この弾発性を有する両接続部２３２の先端側には、互いに内向き方向に屈曲して、回路基板２側へ延設された当接部２３２ａが形成される。当接部２３２ａの先端側は、接続部２３２の基端部側から僅かに離間している。当接部２３２ａは、一部が幅狭となるように対向面同士が突出して屈曲している。本実施形態の導通部材２３は、回路基板２の平面視において、電子部品２１を挟んだ回路基板２の両側端部側に複数配置される（図１及び図２参照）。回路基板２には、図示はしないがその他にも様々な電子部品、端子類及び締結部材等を実装配置させることができる。

放熱部材３は、熱伝導性及び導電性を有する金属等により形成される。放熱部材３は、長矩形平板状に形成された本体部３１と、電子部品２１と熱接続される接続平坦部である凹部３２と、回路基板２に対して固定される第一被固定部３３と、導通部材２３に挟持されて電気的に接続される被接続部３４とを備える。本体部３１は、回路基板２と略平行となるように配置される。

凹部３２は、絞り加工等により本体部３１から略長矩形状に窪むように形成される。凹部３２の底板部３２１は、長矩形平板状に形成される（図４も参照）。底板部３２１と本体部３１とは略同じ厚みで形成される。また、凹部３２の長尺方向は本体部３１の長尺方向と略一致する向きに形成される。図３及び図４に示すように、電子部品２１と、凹部３２の下面との間には、熱伝導部材４が配置される。熱伝導部材４は、例えば、シリコーンゴム製品によって形成されているパテ状のサーコン（登録商標）等の可撓性及び熱伝導性を有する矩形平板状のシート部材を用いることができる。熱伝導部材４は凹部３２と電子部品２１との間に例えば２０％程度狭圧されて密接している。したがって、凹部３２は、熱伝導部材４を介して電子部品２１と熱接続される。電子部品２１で発生した熱は、熱伝導部材４及び凹部３２を介して本体部３１に伝導される。本体部３１に移動した熱は本体部３１に接する空気を介して放熱される。

凹部３２は、電子部品２１及び熱伝導部材４よりも、図３の長手方向及び図４の短手方向において幅広に形成される。また熱伝導部材４は、電子部品２１よりも、図３の長手方向及び図４の短手方向において幅広に形成される。

第一被固定部３３は、放熱部材３の平面視において、凹部３２を挟んだ本体部３１の長手方向の両側端部側の二箇所に設けられる。そのため、第一被固定部３３は、回路基板２に対し放熱部材３を安定して固定することができる。第一被固定部３３は、本体部３１から回路基板２側へ略直角に屈曲して延設された垂下部３３１と、垂下部３３１から回路基板２の第一面２ａと略平行となるように更に延設された当接部３３２とを有する。当接部３３２は凹部３２に対して遠方方向へ延設される。当接部３３２には、板厚方向に貫通した固定孔３３２ａ（第一の孔部）が形成される（図３参照）。この固定孔３３２ａは、回路基板２側に板厚方向に貫通するように形成された固定孔２ｃ（第二の孔部，第二被固定部）と対応するように配置される。したがって、放熱部材３及び回路基板２に設けられた固定孔３３２ａ，２ｃに螺子５を挿入して、放熱部材３は第一被固定部３３により回路基板２とともに図示しない装置の筐体等に共締め固定することができる。第一被固定部３３を本体部３１の長手方向に設けたことにより、放熱部材３は、回路基板２に対する搖動を防止して、回路基板２とともに安定して固定させることができる。

図１に示すように、本体部３１の短手方向の両側端部には、略矩形状の切欠部３１１（３１１ａ，３１１ｂ）が形成される。切欠部３１１の内縁からは、長矩形平板状の被接続部３４が下方に屈曲するように延設される。被接続部３４は、平面視において凹部３２を挟むように、本体部３１の短手方向の両側端部側の二箇所に配置される。なお、図１に示す放熱部材３では、二つの切欠部３１１ａ，３１１ｂが異なる切欠深さとなるように形成されている。切欠部３１１の切欠深さは被接続部３４と接続される導通部材２３の実装位置に応じて適宜設定することができる。

被接続部３４は、図３に示すように、接続部２３２によって両面側から挟持される。よって、放熱部材３は、回路基板２に対して挟持方向である短手方向に搖動しないように支持される。また、被接続部３４は、回路基板２の接地電路と接続された導通部材２３と電気接続される。そのため、被接続部３４が回路基板２上の電子部品や外部から受信したノイズを接地電路に逃がして、回路内へノイズが伝搬することを防ぐことができる。

以上のように基板モジュール１を構成すると、回路基板２と放熱部材３との間において電子部品等が実装される内部空間Ｓ１は、回路基板２と放熱部材３との外周側縁に沿って形成された第一被固定部３３や被接続部３４との開口部Ｓ２を介して、外部空間と接続されることとなる。したがって、第一被固定部３３や被接続部３４の大きさや数を増加させて開口部Ｓ２の開口面積を小さくすることにより、内部空間Ｓ１において第一面２ａ側に実装される電子部品や回路が外部ノイズを遮蔽し易くなりシールドとしての機能を向上させることができる。また、被接続部３４と導通部材２３との接続箇所を増やすことで、放熱部材３と回路内の接地電路との経路が増えてノイズの影響を低減できる。

例えば、第一被固定部３３及び被接続部３４をそれぞれ三箇所以上の複数設けてもよい。これにより、放熱部材３と回路基板２との接続をさらに安定させるとともに、内部空間Ｓ１に配置された電子部品や回路へのノイズの影響を低減することができる。このとき、被接続部及び導通部材２３は、放熱部材３の長手方向の側端部に配置してもよい。

また、放熱部材３には凹部３２を設けたため、電子部品２１と熱接続させる際に熱伝導部材４の厚みを薄くして、熱伝導部材４における熱伝導も効率良く行うことができる。熱伝導部材４を薄く形成することにより熱伝導部材４のコストも安くすることができる。

また、熱源部品である電子部品２１の外周部では、回路基板２と放熱部材３との間の内部空間Ｓ１を広くすることができるため、高さのある電子部品（例えば図４等に示す電子部品２２）を配置した場合であっても、放熱部材３が干渉することを防ぐことができる。また、ＥＭＩ対策として、放熱部材３は導通部材２３と電気接続させたため、回路基板２に形成した回路をノイズから保護することができる。したがって、放熱部材３の板面を広くすることも容易であり、熱源部品の放熱効果を向上させることができる。

次に、図５を参照して導通部材２３の変形例１及び変形例２について説明する。変形例１に係る図５（ａ）及び変形例２に係る図５（ｂ）は、それぞれ導通部材２３Ａ及び導通部材２３Ｂを適用させた場合における、図３のＩＩＩ－ＩＩＩ断面位置に相当する導通部材２３Ａ，２３Ｂ周辺の拡大図である。

図５（ａ）に示す導通部材２３Ａは、回路基板２の第一面２ａと略当接するように固定された固定部２３１と、固定部２３１の一端側から上方に延設された後、第一面２ａと略平行に屈曲して形成された板状の接続部２３２Ａとを有する。接続部２３２Ａは、片持ちの板バネ状に形成される。被接続部３４の先端は、接続部２３２Ａの上面と弾発力を受けながら接触して、導通部材２３Ａと電気的に接続することができる。

変形例１では、導通部材２３Ａの構成を簡易にすることができる。また、接続部２３２Ａは放熱部材３側へ弾発可能であるため、接続部２３２Ａと被接続部３４とを容易に接続させることができる。

図５（ｂ）に示す導通部材２３Ｂは、回路基板２の第一面２ａと略当接するように固定された固定部２３１と、固定部２３１の一端側から上方に延設された後、放熱部材３側へ突出するように屈曲形成された接続部２３２Ｂとを有する。接続部２３２Ｂは、接続部２３２Ｂの上端の屈曲部が放熱部材３と当接可能となるように、高く形成される。また、接続部２３２Ｂも、片持ちの板バネ状に形成することができる。

変形例２では、回路基板２から接続部２３２Ｂの上端までを高く形成したため、放熱部材３には本体部３１から垂下させるように延設させた被接続部を設けなくてもよい。すなわち、放熱部材３は導通部材２３Ｂとの被接続部３４Ｂを、本体部３１の一部として形成することができる。導通部材２３Ｂを用いることにより、放熱部材３の構成を簡易にすることができる。

なお、以上示した放熱部材３は回路基板２に対して第一面２ａ側及び第二面２ｂ側の両面に配置してもよい。第二面２ｂ側に配置した放熱部材３も、熱伝導部材４を介して第二面２ｂ側の熱源部品である電子部品等を放熱させることができる。このように、両面に形成された熱源部品をそれぞれ冷却することができる。

以上、各実施形態で説明した放熱部材３及び基板モジュール１では、矩形状に形成された本体部３１と、本体部３１に対して窪んで回路基板２に実装された熱源部品と熱接続される凹部３２と、本体部の長手方向の両側端部側に設けられ、回路基板２に固定される第一被固定部３３と、本体部３１の短手方向の側端部側に設けられ、回路基板２に実装されて接地電路と接続された導通部材２３に電気接続される被接続部３４と、を備える構成とした。これにより、回路基板２上の必要な領域に放熱対策を施すとともに、放熱対策の必要がない領域には空間を広く確保して様々な部品を干渉することなく実装することができる。即ち、基板の実装面には、高さの異なる様々な電子部品が複数実装されることがある。しかし、本体部３１に凹部３２が形成されているので、本体部３１が様々な電子部品と干渉するのを防ぐことができる。また、被接続部３４と導通部材２３とを電気接続させたため回路基板２へのノイズの影響も低減できる。このように、放熱部材３を大きく形成するとともに内部空間Ｓ１を広くして、熱源部品の放熱を効果的に行うことができる。

なお、回路基板２の一方の面側に、電子部品２１と熱接続される凹部３２（接続平坦部）が形成された矩形状の本体部３１を有しているとしたが、この構成に限らない。例えば、矩形状の本体部３１の電子部品２１と対応した位置に、凸部が形成されていても良い。或いは、矩形状の本体部３１の電子部品２１と対応した位置に、別の板状部材が貼り付けられた構成であっても良い。このように、接続平坦部によって、平面部である本体部３１の剛性が高くなる構成であれば、本体部３１が熱伝導部材４と確実に接触できるため、凹部３２に限らない。

また、回路基板２は第一被固定部３３と対応する位置に第二被固定部を有し、放熱部材３は第一被固定部３３及び第二被固定部によって回路基板２とともに筐体に対して共締めされる構成とした。これにより、放熱部材３を簡易な構成で回路基板２とともに固定することができる。なお、放熱部材３と、装置の筐体等とは共締めの際に適宜の螺子５等を介して電気的に接続させることができ、放熱部材３が受信等したノイズを接地させる構成とすることができる。螺子５は放熱部材３を介して回路基板２の接地電路と導通されるため、該接地電路と装置の筐体等を共通電位とすることができる。

なお、被接続部３４が形成される位置は、電子部品２１と対応する位置であると尚良い。このような構成にすることで、電子部品２１を遮蔽し易くなりシールドとしての機能を向上させることができる。

また、導通部材２３は二股に形成された弾発可能な接続部２３２を有し、被接続部３４は平板状に形成されて接続部２３２によって挟持される放熱部材３は、回路基板２に対して容易に着脱可能であり、回路基板２の短手方向に安定して固定させることができる。

また、本体部３１は平板状に形成され、第一被固定部３３は本体部３１から延設された垂下部３３１と垂下部３３１から更に延設されて締結孔が形成された当接部３３２とを有する放熱部材３は、第一被固定部３３を回路基板２に対して安定して当接させて固定させることができる。

また、第一被固定部３３は平面視において凹部３２を挟んだ両側端部側に複数配置され、被接続部３４は平面視において凹部３２を挟んだ両端側に複数配置される構成とした。そのため、放熱部材３は短手方向の一端側及び他端側の両側縁において導通部材２３と接続させることができ、放熱部材３を回路基板２に対して安定して支持させることができる。

なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 一方の面側に部品が実装された基板と、
前記基板の前記一方の面側に、前記部品に対応し、熱接続される接続平坦部が形成された矩形状の本体部と、前記矩形状の本体部の長手方向の両端部側に設けられ前記基板と締結される第一被固定部と、前記矩形状の本体部の短手方向の端部側に設けられ前記基板に実装されて接地電路と導通する導通部材に電気接続される被接続部と、を含む放熱部材と、
を備えることを特徴とする基板モジュール。
［２］ 前記放熱部材の前記第一被固定部は、孔部が形成され、
前記基板は、前記第一被固定部の前記孔部と対応する位置に孔部が形成され、
前記第一被固定部の前記孔部及び前記基板の前記孔部に螺子を挿入して、前記放熱部材は前記第一被固定部によって前記基板とともに筐体に対して共締め固定されることを特徴とする前記［１］に記載の基板モジュール。
［３］ 前記導通部材は、二股に形成された弾発性を有する接続部を含み、
前記被接続部は、平板状に形成されて前記接続部によって挟持される、
ことを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の基板モジュール。
［４］ 前記本体部は、平板状に形成され、
前記第一被固定部は、前記本体部から延設された垂下部と、前記垂下部から更に延設されて締結孔が形成された当接部とを有する、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［３］の何れかに記載の基板モジュール。
［５］ 前記放熱部材の前記本体部に形成された前記接続平坦部と、前記部品と、の間に熱伝導部材が設けられ、
前記熱伝導部材は狭圧されて密接していることを特徴とする前記［１］乃至前記［４］の何れかに記載の基板モジュール。
［６］ 前記接続平坦部は、凹部または凸部であることを特徴とする前記［１］乃至前記［５］の何れかに記載の基板モジュール。
［７］ 前記第一被固定部は、平面視において前記接続平坦部を挟んだ両側端部側に複数配置され、
前記被接続部は、平面視において前記接続平坦部を挟んだ両側端部側に複数配置される、
ことを特徴とする前記［１］乃至前記［６］の何れかに記載の基板モジュール。

１ 基板モジュール ２ 回路基板
２ａ 第一面 ２ｂ 第二面
２ｃ 固定孔 ３ 放熱部材
４ 熱伝導部材 ５ 螺子
２１ 電子部品 ２２ 電子部品
２３ 導通部材 ２３Ａ 導通部材
２３Ｂ 導通部材 ３１ 本体部
３２ 凹部（接続平坦部） ３３ 第一被固定部
３４ 被接続部 ３４Ｂ 被接続部
２３１ 固定部 ２３２ 接続部
２３２Ａ 接続部 ２３２Ｂ 接続部
２３２ａ 当接部 ３１１ 切欠部
３１１ａ 切欠部 ３１１ｂ 切欠部
３２１ 底板部 ３３１ 垂下部
３３２ 当接部 ３３２ａ 固定孔
Ｓ１ 内部空間 Ｓ２ 間隙

Claims (6)

1. 一方の面側に部品が実装された基板と、
   前記基板の前記一方の面側に、前記部品に対応し、熱接続される接続平坦部が形成された矩形状の本体部と、前記矩形状の本体部の長手方向の両端部側に設けられ前記基板と締結される第一被固定部と、前記矩形状の本体部の短手方向の端部側に設けられ前記基板に実装されて接地電路と導通する導通部材に電気接続される被接続部と、を含む放熱部材と、
   を備え、
   前記導通部材は、二股に形成された弾発性を有する接続部を含み、
   前記被接続部は、平板状に形成されて前記接続部によって挟持されることを特徴とする基板モジュール。
2. 前記放熱部材の前記第一被固定部は、孔部が形成され、
   前記基板は、前記第一被固定部の前記孔部と対応する位置に孔部が形成され、
   前記第一被固定部の前記孔部及び前記基板の前記孔部に螺子を挿入して、前記放熱部材は前記第一被固定部によって前記基板とともに筐体に対して共締め固定されることを特徴とする請求項１に記載の基板モジュール。
3. 前記本体部は、平板状に形成され、
   前記第一被固定部は、前記本体部から延設された垂下部と、前記垂下部から更に延設されて締結孔が形成された当接部とを有する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板モジュール。
4. 前記放熱部材の前記本体部に形成された前記接続平坦部と、前記部品と、の間に熱伝導部材が設けられ、
   前記熱伝導部材は狭圧されて密接していることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の基板モジュール。
5. 前記接続平坦部は、凹部または凸部であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の基板モジュール。
6. 前記第一被固定部は、平面視において前記接続平坦部を挟んだ両側端部側に複数配置され、
   前記被接続部は、平面視において前記接続平坦部を挟んだ両側端部側に複数配置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の基板モジュール。

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