TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021114491
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210805
出願番号2020005179
出願日20200116
発明の名称電子機器
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人 サトー国際特許事務所
主分類H01L 23/36 20060101AFI20210709BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電子部品からの輻射ノイズを適切に抑制すると共に、放熱性を適切に向上させる。
【解決手段】電子機器1は、プリント基板2と、プリント基板上に実装されている電子部品3と、金属材料から構成され、電子部品を覆うと共にプリント基板に接地するリッド6と、電子部品とリッドとの間に設けられている第1放熱部材14と、リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態でプリント基板に対して固定されるヒートシンク7と、リッドとヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材17とを備える。電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
プリント基板(2)と、
前記プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、
金属材料から構成され、前記電子部品を覆うと共に前記プリント基板に接地するリッド(6,32)と、
前記電子部品と前記リッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、
前記リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態で前記プリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、
前記リッドと前記ヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備え、
前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である電子機器(1,31,41)。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
第1プリント基板(52)と、
前記第1プリント基板上に実装されている第2プリント基板(53)と、
前記第2プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、
金属材料から構成され、前記電子部品を覆うと共に前記第2プリント基板に接地するリッド(6,32)と、
前記電子部品と前記リッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、
前記リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態で前記第1プリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、
前記リッドと前記ヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備え、
前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である電子機器(51)。
【請求項3】
第1プリント基板(62)と、
前記第1プリント基板上に実装されている第2プリント基板(63)と、
前記第2プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、
金属材料から構成され、前記電子部品を覆うと共に前記第1プリント基板に接地するリッド(64)と、
前記電子部品と前記リッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、
前記リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態で前記第1プリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、
前記リッドと前記ヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備え、
前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である電子機器(61)。
【請求項4】
前記電子部品の直上において前記第2放熱部材が省かれていることで、前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である請求項1から3の何れか一項に記載した電子機器。
【請求項5】
前記リッドの上面において前記電子部品の直上が下方に凹んでいることで、前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である請求項1から3の何れか一項に記載した電子機器。
【請求項6】
前記ヒートシンクの下面において前記電子部品の直上が上方に凹んでいることで、前記電子部品の直上に対する前記加圧力の作用が抑えられる構成である請求項1から3の何れか一項に記載した電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器に関する。
続きを表示(約 8,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、電子機器の多機能化及び高性能化に伴い、電子機器に搭載される電子部品の高性能化及び高速化が進んでおり、消費電力の増加も見込まれている。例えば特許文献1には、電子部品の放熱性を向上させるために、電子部品から発せられた熱を放熱部材を介してヒートシンクに伝達させる構成が開示されている。又、例えば特許文献2には、EMC(Electromagnetic Compatibility)対策と電子部品の放熱性の向上とを両立させるために、シールド部材を用いて電子部品の放熱用のリッドからプリント基板まで接続させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5983032号公報
特開2012−164852号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電子部品の放熱性を向上させる手段として、ファン、ヒートシンク、放熱部材があり、これらの手段を改善することが考えられる。ファンについては、冷却性能を向上させようとすると、モータの消費電力や駆動音の増大が懸念されるので、ファンを改善する手法は採用し難い。ヒートシンクについては、熱伝達性能を向上させようとすると、ヒートシンクの面積や放熱フィンの枚数等の設計要件により最適化せざるを得ないので、ヒートシンクを改善する手法では限界がある。放熱部材については、材料の高熱伝導化が検討されるが、高価であったりヒートシンクとの界面熱抵抗が大きかったりする等の問題が懸念され、放熱部材を改善する手法も採用し難い。
【0005】
このような事情から、ファン、ヒートシンク、放熱部材を個別の要素ではなく、全体で考え、電子部品から発せられた熱を如何にしてヒートシンクまで伝達させ、電子部品からヒートシンクまでの熱抵抗を如何にして低減させるかが課題となる。一般的に熱抵抗は電気抵抗と同様に材料の熱伝導率と厚さに比例し、面積に反比例する。そのため、熱抵抗を低減させるには、放熱部材の厚さを小さくするか又は面積を広げることが有効である。
【0006】
放熱部材の厚さについては、ヒートシンクに下方向への加圧力を作用させて放熱部材の厚さを小さくする手法があるが、その場合、電子部品のはんだバンプに応力が加わり、クラックが発生したり破断したりすることが懸念される。又、放熱部材の面積については、電子部品のサイズが決まっているので、広げられる面積に限界がある。そこで、電子部品に金属製のヒートスプレッダを取り付けることで、放熱面積を広げる手法が想定される。
【0007】
一方、EMC対策については、電子部品の高性能化及び高速化に伴って微細な配線が必要になってきており、プリント基板の表層にも配線を引き回さざるを得なくなってきている。そのため、電子部品だけをシールドするだけでなく、電子部品と周囲の微細配線も含めた領域をシールドする必要があり、電子部品と周囲の微細配線も含めた領域を覆うリッドをヒートスプレッダとして活用する構成が想定される。尚、シールドのためにはリッドは接地されている必要がある。
【0008】
リッドをヒートスプレッダとして活用する構成では、電子部品とリッドとの間に第1放熱部材が設けられ、リッドとヒートシンクとの間に第2放熱部材が設けられる構成となる。このような構成において熱抵抗の増大に起因するのは第1放熱部材及び第2放熱部材の厚さであり、それら第1放熱部材及び第2放熱部材の厚さを小さくすることで熱抵抗を低減させることができる。第1放熱部材及び第2放熱部材の厚さを小さくするには、この場合も、前述したようにヒートシンクに下方向への加圧力を作用させる手法がある。
【0009】
しかしながら、ヒートシンクに下方向への加圧力を作用させる手法では、前述したように電子部品のはんだバンプに応力が加わり、クラックが発生したり破断したりすることが懸念される。このような事情から、電子部品のはんだバンプに加わる応力を抑えつつ放熱部材の厚さを小さくし、放熱性を向上させる構成が望まれている。
【0010】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プリント基板上の電子部品を覆うようにリッドが設けられ、リッドの上方にヒートシンクが設けられる構成において、電子部品からの輻射ノイズを適切に抑制すると共に、放熱性を適切に向上させることができる電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項1に記載した発明によれば、電子機器(1,31,41)において、プリント基板(2)と、プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、金属材料から構成され、電子部品を覆うと共にプリント基板に接地するリッド(6,32)と、電子部品とリッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態でプリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、リッドとヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備える。電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成である。
【0012】
プリント基板にリッドが接地する構成としたので、電子部品から放射された電磁波によりリッドにノイズ電流が誘起されたとしても、その誘起されたノイズ電流が接地部分に排出されることで、輻射ノイズを抑制することができる。ヒートシンクがプリント基板に対して固定される際に下方向への加圧力が作用するが、電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成としたので、電子部品のはんだバンプに加わる応力を抑えつつ放熱部材の厚さを小さくし、電子部品からヒートシンクまでの熱抵抗を低減させることができる。これにより、プリント基板上の電子部品を覆うようにリッドが設けられ、リッドの上方にヒートシンクが設けられる構成において、電子部品からの輻射ノイズを適切に抑制すると共に、放熱性を適切に向上させることができる。
【0013】
請求項2に記載した発明によれば、電子機器(51)において、第1プリント基板(52)と、第1プリント基板上に実装されている第2プリント基板(53)と、第2プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、金属材料から構成され、電子部品を覆うと共に第2プリント基板に接地するリッド(6,32)と、電子部品とリッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態で第1プリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、リッドとヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備える。電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成である。
【0014】
第2プリント基板にリッドが接地する構成としたので、電子部品から放射された電磁波によりリッドにノイズ電流が誘起されたとしても、その誘起されたノイズ電流が接地部分に排出されることで、輻射ノイズを抑制することができる。ヒートシンクが第1プリント基板に対して固定される際に下方向への加圧力が作用するが、電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成としたので、電子部品のはんだバンプに加わる応力を抑えつつ放熱部材の厚さを小さくし、電子部品からヒートシンクまでの熱抵抗を低減させることができる。これにより、第1プリント基板上に第2プリント基板が実装され、第2プリント基板上の電子部品を覆うようにリッドが設けられ、リッドの上方にヒートシンクが設けられる構成においても、電子部品からの輻射ノイズを適切に抑制すると共に、放熱性を適切に向上させることができる。
【0015】
請求項3に記載した発明によれば、電子機器(61)において、第1プリント基板(62)と、第1プリント基板上に実装されている第2プリント基板(63)と、第2プリント基板上に実装されている電子部品(3)と、金属材料から構成され、電子部品を覆うと共に第1プリント基板に接地するリッド(64)と、電子部品とリッドとの間に設けられている第1放熱部材(14)と、リッドの上方に設けられ、下方向への加圧力が作用する状態で第1プリント基板に対して固定されるヒートシンク(7,42)と、リッドとヒートシンクとの間に設けられている第2放熱部材(17,34,44)と、を備える。電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成である。
【0016】
第1プリント基板にリッドが接地する構成としたので、電子部品から放射された電磁波によりリッドにノイズ電流が誘起されたとしても、その誘起されたノイズ電流が接地部分に排出されることで、輻射ノイズを抑制することができる。ヒートシンクが第1プリント基板に対して固定される際に下方向への加圧力が作用するが、電子部品の直上に対する加圧力の作用が抑えられる構成としたので、電子部品のはんだバンプに加わる応力を抑えつつ放熱部材の厚さを小さくし、電子部品からヒートシンクまでの熱抵抗を低減させることができる。これにより、請求項2に記載した発明と同様に、第1プリント基板上に第2プリント基板が実装され、第2プリント基板上の電子部品を覆うようにリッドが設けられ、リッドの上方にヒートシンクが設けられる構成においても、電子部品からの輻射ノイズを適切に抑制すると共に、放熱性を適切に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
第1実施形態を示す縦断側面図
第2放熱部材の平面図
第2実施形態を示す縦断側面図
第3実施形態を示す縦断側面図
第4実施形態を示す縦断側面図
第5実施形態を示す縦断側面図
比較対象の縦断側面図
第6実施形態を示す縦断側面図
比較対象の縦断側面図
第7実施形態を示す縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、電子機器の幾つかの実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、先行する実施形態で説明した内容に対応する部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略することがある。
【0019】
(第1実施形態)
第1実施形態について図1から図2を参照して説明する。電子機器1は、例えば車両に搭載される車載用の電子機器であり、プリント基板2と、プリント基板2上に実装されている複数(本実施形態では3個)の電子部品3〜5と、リッド6と、ヒートシンク7とを備える。電子部品3〜5は、例えばボールグリッドアレイパッケージ型(BGA型)の半導体素子であり、半導体チップとパッケージ基板とがボンディングワイヤにより電気的に接続され、パッケージ基板の上面側に対する樹脂モールドにより全体として薄形矩形状のパッケージとして形成されている。
【0020】
電子部品3〜5において、パッケージ基板の実装面(図1では下面)には多数のはんだボールによりはんだバンプ8〜10が設けられている。はんだボールは、例えば錫、銀、銅等の合金を用いた無鉛はんだを適用することができる。本実施形態では、例えば電子部品3はSoC(System on Chip)であり、電子部品4は電源IC(Integrated Circuit)であり、電子部品5はメモリ素子である。電子部品3と電子部品4は、プリント基板2の表面で配線(図示略)により電気的に接続されている。電子部品3と電子部品5は、プリント基板2の表面で配線(図示略)により電気的に接続されている。又、電子部品3の発熱量は、他の電子部品4,5の発熱量よりも相対的に大きい。
【0021】
プリント基板2は、例えばガラス繊維を含有したエポキシ樹脂等の絶縁基材が多層に積層されている多層基板であり、その表面及び層間に導体パターンが形成されていると共に、層間にグランドパターンが形成されている。プリント基板2の表面には、上記した電子部品3〜5のはんだバンプ8〜10に対応し、電子部品3〜5がはんだ接合されるための導通用のランドが設けられていると共に、リッド6が接地されるための接地用のランドが設けられている。又、プリント基板2の表面には、導通用のランド及び接地用のランドを除く部分を覆うようにソルダーレジスト層が設けられている。ソルダーレジスト層は、プリント基板2の表面において導体パターンや絶縁基材を保護すると共に、導通用のランド及び接地用のランドを露出させる最外層として形成されている。導通用のランド及び接地用のランド上には、印刷用のマスクを用いてはんだペーストが印刷されることにより印刷体が設けられている。又、接地用のランドは、ビアを介してグランドパターンと導通している。
【0022】
電子部品3〜5をプリント基板2に実装する工程では、電子部品3〜5のはんだバンプ8〜10を導通用のランドに対して位置合わせして重ね、温度制御しながら加熱し、はんだ接合を行う。この加熱は、図示しないリフロー炉を通して行う。はんだペーストである印刷体とはんだバンプ8〜10とが溶融されて一体化され、その後に冷却され、はんだが固化してはんだ接合部が形成されることで、電子部品3〜5がプリント基板2に対してはんだバンプ8〜10を介して電気的及び物理的に接続される。
【0023】
リッド6は、電子部品3〜5を上方から覆うように設けられている。リッド6は、例えばアルミニウムや銅等の金属材料から構成され、天井面部11と側面部12とから形成される中空部13を有する凹形状である。電子部品3の上面3aとリッド6の天井面部11の下面11aとの間には第1放熱部材14が設けられている。第1放熱部材14は、例えばシート状に成形されている放熱ゲルである。第1放熱部材14が設けられていることで、電子部品3から発せられた熱の殆どは、第1放熱部材14に直接伝わり、第1放熱部材14からリッド6の天井面部11に伝わる。即ち、本実施形態では、電子部品3〜5の中で発熱量が最大である電子部品3とリッド6との間に第1放熱部材14が設けられている構成である。
【0024】
リッド6をプリント基板2に実装する工程では、リッド6の側面部11の下端部を接地用のランドに対して位置合わせして重ね、温度制御しながら加熱し、はんだ接合を行う。はんだが固化してはんだ接合部が形成されることで、リッド6がプリント基板2に対して物理的に接続されると共に接地される。リッド6がプリント基板2に実装された状態では、リッド6の天井面部11の面方向とプリント基板2の面方向とが略平行となる。
【0025】
ヒートシンク7は、リッド6の上方に設けられている。ヒートシンク7は、例えばアルミニウムや銅等の金属材料から構成され、ベースプレート15と、複数枚の放熱フィン16とを有する。ベースプレート15は、リッド6の天井面部11の面方向に広がる平板形状である。放熱フィン16は、それぞれ薄板形状の放熱板であり、ベースプレート15の上面15bから垂直方向に立設されて相互に略平行に配列されており、隣接する同士の間に通気路を区画形成している。
【0026】
リッド6の天井面部11の上面11bとベースプレート15の下面15aとの間には第2放熱部材17が設けられている。第2放熱部材17は、第1放熱部材15と同様に、例えばシート状に成形されている放熱ゲルである。第2放熱部材17が設けられていることで、電子部品3から第1放熱部材14を介してリッド6に伝わった熱の殆どは、第2放熱部材17に直接伝わり、第2放熱部材17からベースプレート15に伝わる。そして、ベースプレート15に伝わった熱の殆どは、放熱フィン16に伝わり、放熱フィン16から拡散される。
【0027】
ヒートシンク7は、締結部材18によりプリント基板2に対して固定されている。締結部材18は、ボルト19、スプリング20及びナット21等を含み、例えばヒートシンク4におけるベースプレート15の四隅に配置されている。ベースプレート15の四隅には、ボルト19を挿通させる貫通孔22が設けられている。又、プリント基板2の四隅にも、ベースプレート15の貫通孔22と対応し、ボルト19を挿通させる貫通孔23が設けられている。プリント基板2の裏面側にはボルスタープレート24が配置されている。ボルト19の一端側(図1では下端側)は、打ち込みネジ等の固定具25を介してボルスタープレート24に連結されている。ボルト19の他端側(図1では上端側)は、ナット21及びスプリング20が装着されており、ナット21が締め付けられることでスプリング20が圧縮される。この場合、スプリング20の復元力によりヒートシンク7がプリント基板2側に押し付けられる。即ち、ヒートシンク7がプリント基板2に対して締結部材18により締結され、ヒートシンク7にプリント基板2側への加圧力が作用する状態で、ヒートシンク7がプリント基板2に対して固定されている。尚、ヒートシンク7からプリント基板2に向かう方向(図1中矢印Aにて示す方向)を下方向と称する。
【0028】
第2放熱部材17は、図2に示すように、中空を有する形状に成形されており、中空部26と、中空部26の周囲であってリッド6の天井面部11の上面11bに接すると共にヒートシンク7のベースプレート15の下面15aに接する接触部27とを有する。リッド6とヒートシンク7との間に第2放熱部材17が設けられている状態では、中空部26が電子部品3の直上に配置され、接触部27が電子部品3の直上から外れて配置される。即ち、第2放熱部材17は、リッド6の天井面部11の上面11bに部分的に接すると共に、ヒートシンク7のベースプレート15の下面15aに部分的に接している。電子部品3の直上から外れた部位には第2放熱部材17が存在するが、電子部品3の直上には第2放熱部材17が省略されている。
【0029】
上記した構成では、ヒートシンク7がプリント基板2に対して固定される際には、締結部材18により締結されることで、ヒートシンク7に下方向への加圧力が作用する。ヒートシンク7に下方向への加圧力が作用することで、第2放熱部材17が押し付けられ、第2放熱部材17の厚さがある程度まで小さくなる。又、ヒートシンク7に作用する下方向への加圧力が第2放熱部材17を介してリッド6に伝達され、リッド6に下方向への加圧力が作用する。リッド6に下方向への加圧力が作用することで、第1放熱部材14が押し付けられ、第1放熱部材14の厚さがある程度まで小さくなる。
【0030】
この場合、ヒートシンク7とリッド6との間では電子部品3の直上で第2放熱部材17が省略されているので、ヒートシンク7に作用する下方向への加圧力の殆どが第2放熱部材17を介してリッド6の天井面部11の上面11bにおいて電子部品3の直上から外れた部位に作用する。そのため、電子部品3の直上に作用するヒートシンク7からの下方向への加圧力が低減されるので、リッド6から第1放熱部材14を介して電子部品3に伝達される加圧力が低減され、電子部品3のはんだバンプ8に加わる応力が低減される。その結果、はんだバンプ8に加わる応力に起因するクラックの発生や破断が未然に回避される。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社デンソー
計器
株式会社デンソー
構造体
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
冷凍機
株式会社デンソー
ロータ
株式会社デンソー
ロータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
燃焼器
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
スラブ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソーエアクール
空調装置
株式会社デンソー
覚醒装置
株式会社デンソー
表示装置
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソーテン
表示装置
株式会社デンソー
車載機器
株式会社デンソー
中継装置
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソー
回転電機
株式会社デンソー
測距装置
株式会社デンソー
測距装置
株式会社デンソー
測定装置
株式会社デンソー
電気機器
株式会社デンソー
回転電機
株式会社デンソー
電子装置
株式会社デンソー
熱交換器
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソー
表示装置
続きを見る