(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023168151
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】電子機器
(51)【国際特許分類】
H05K 7/20 20060101AFI20231116BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20231116BHJP
【FI】
H05K7/20 A
H05K7/20 B
H01L23/36 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022079824
(22)【出願日】2022-05-13
(71)【出願人】
【識別番号】000237592
【氏名又は名称】株式会社デンソーテン
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】湯田 康弘
(72)【発明者】
【氏名】永富 勉
【テーマコード(参考)】
5E322
5F136
【Fターム(参考)】
5E322AA02
5E322AA03
5E322BA01
5E322BA05
5E322BB03
5E322EA10
5E322EA11
5F136BA30
5F136BC03
5F136CA09
(57)【要約】
【課題】ヒートシンクを大型化することなく放熱効率を向上させること。
【解決手段】実施形態に係る電子機器は、基板と、筐体と、ヒートシンクと、吸気口とを備える。上記基板は、発熱部品を実装する。上記筐体は、上記基板を収容する。上記ヒートシンクは、上記筐体の外板と上記発熱部品との間に介在する。上記吸気口は、上記筐体の外板に形成される。また、上記ヒートシンクは、当該ヒートシンクの少なくとも一部が、上記吸気口から吸気された気流に直接に触れるように設けられる。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発熱部品を実装した基板と、
前記基板を収容する筐体と、
前記筐体の外板と前記発熱部品との間に介在するヒートシンクと、
前記筐体の外板に形成された吸気口と
を備え、
前記ヒートシンクは、
当該ヒートシンクの少なくとも一部が、前記吸気口から吸気された気流に直接に触れるように設けられる、
電子機器。
【請求項2】
前記吸気口は、
前記基板に対向する位置に形成され、
前記ヒートシンクは、
前記吸気口から吸気された前記気流が前記基板に直接に触れないように配置される、
請求項1に記載の電子機器。
【請求項3】
前記ヒートシンクは、
当該ヒートシンクの端部が前記基板の端部を回り込んで覆うように形成される、
請求項2に記載の電子機器。
【請求項4】
前記ヒートシンクは、
断面視でL字状またはへの字状となる形状に形成される、
請求項3に記載の電子機器。
【請求項5】
前記ヒートシンクは、
当該ヒートシンクと前記筐体の外板との間に間隙が形成されるように設けられ、
前記吸気口は、
前記間隙と対向する位置に形成される、
請求項2に記載の電子機器。
【請求項6】
前記ヒートシンクは、
断面視でコの字状または波形状となる形状に形成される、
請求項5に記載の電子機器。
【請求項7】
前記ヒートシンクは、
当該ヒートシンクの端部と前記筐体の側端部との間の距離が予め決められた値以下となるように配置される、
請求項1に記載の電子機器。
【請求項8】
前記ヒートシンクは、
当該ヒートシンクの端部と前記筐体の側端部との間の距離が、前記気流の下流側へ行くほど狭まるように設けられる、
請求項1に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
開示の実施形態は、電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、パワーIC(Integrated Circuit)のような基板に実装された発熱部品を筐体の外板へ向けながら配置し、発熱部品と筐体との間に伝熱特性の高いヒートシンクを介在させることで筐体からの放熱を行う電子機器が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来技術には、ヒートシンクを大型化することなく放熱効率を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。
【0005】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートシンクを大型化することなく放熱効率を向上させることができる電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態の一態様に係る電子機器は、基板と、筐体と、ヒートシンクと、吸気口とを備える。前記基板は、発熱部品を実装する。前記筐体は、前記基板を収容する。前記ヒートシンクは、前記筐体の外板と前記発熱部品との間に介在する。前記吸気口は、前記筐体の外板に形成される。また、前記ヒートシンクは、当該ヒートシンクの少なくとも一部が、前記吸気口から吸気された気流に直接に触れるように設けられる。
【発明の効果】
【0007】
実施形態の一態様によれば、ヒートシンクを大型化することなく放熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】
図1は、比較例に係る車載機器の正面図である。
【
図3】
図3は、比較例に係る放熱構造の説明図である。
【
図4】
図4は、実施形態に係る放熱構造の説明図(その1)である。
【
図5】
図5は、実施形態に係る放熱構造の説明図(その2)である。
【
図6】
図6は、実施形態に係る放熱構造を用いた場合の熱流体シミュレーション結果を示す図である。
【
図7】
図7は、吸気口のみを用いた場合の熱流体シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電子機器の実施形態を詳細に説明する。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。
【0010】
また、以下では、実施形態に係る電子機器が、車両に搭載される車載機器100であるものとする。車載機器100は、たとえばパワーICが実装されたECU(Electronic Control Unit)である。
【0011】
また、以下に示す各図面には、説明を分かりやすくするために、XYZ3軸の直交座標系を図示している。かかる座標系は、以下に示す車載機器50,100のローカル座標系を示すものであって、鉛直方向等のグローバル座標系における一方向を特定するものではない。
【0012】
また、以下の説明で「平行」や「垂直」と述べた場合、厳密に平行な状態や垂直な状態のみを指すものではなく、たとえば幾何公差分を含んだ略平行な状態や略垂直な状態を広く含むものとする。
【0013】
まず、実施形態に係る車載機器100の説明に先立って、既存技術の課題について図を用いてより具体的に説明する。
図1は、比較例に係る車載機器50の正面図である。また、
図2は、
図1のA-A線断面図である。また、
図3は、比較例に係る放熱構造150の説明図である。
【0014】
図1および
図2に示すように、車載機器50は、筐体101と、基板103とを有する。筐体101は、アルミニウム等の金属の板金によって中空の箱型形状に成型され、基板103を収容する。
【0015】
基板103は、各種の電子部品を実装する。電子部品は、たとえばパワーIC等の発熱部品105を含む。車載機器50は、かかる発熱部品105から発せられる熱を筐体101から放熱することを目的として、
図2に示すように放熱構造150を備える。
【0016】
放熱構造150は、ヒートシンク107を有する。放熱構造150において、基板103は、基板103上の発熱部品105を筐体101の外板へ向けながら配置される。ヒートシンク107は、アルミニウム等の伝熱特性の高い素材から成型され、発熱部品105と筐体101との間に介在するように設けられる。
【0017】
また、車載機器50は、冷却ファン109を有する。冷却ファン109は、筐体101の内部の空気を外部に逃がすための装置である。
【0018】
ところで、放熱構造150において、
図3に示すように、発熱部品105の発する熱は、熱伝導によってヒートシンク107を伝わり、対流および放射によって筐体101の外板から放熱される。
【0019】
このような放熱構造150においては、冷却ファン109を考慮しても、放熱経路は
図3に示すように熱伝導が大半を占めるため、放熱効率を向上させようとした場合、単純にヒートシンク107の表面積を拡大することがまず考えられる。
【0020】
しかし、ヒートシンク107の表面積を拡大するということは、ヒートシンク107の大型化を招くということである。つまり、ヒートシンク107の表面積の拡大は、放熱効率を向上させることができるというメリットを有する一方、製品重量の増加や部品単価の増加を招いてしまうというデメリットも有する。
【0021】
そこで、実施形態に係る車載機器100は、発熱部品105を実装した基板103と、基板103を収容する筐体101と、筐体101の外板と発熱部品105との間に介在するヒートシンク107と、筐体101の外板に形成された吸気口111とを備えることとした。また、ヒートシンク107は、当該ヒートシンク107の少なくとも一部が、吸気口111から吸気された気流に直接に触れるように設けられることとした。
【0022】
図4は、実施形態に係る放熱構造300の説明図(その1)である。また、
図5は、実施形態に係る放熱構造300の説明図(その2)である。
【0023】
図4に示すように、実施形態に係る車載機器100は、放熱構造300を有する。放熱構造300は、比較例に係る放熱構造150を「筐体101の側端部101bの近傍に移動」させた位置に設けられる。側端部101bは、発熱部品105に対向するXZ平面に平行な筐体101の対向面101aに対し垂直に、かつ、XY平面に平行に設けられる筐体101の側壁である。「筐体101の側端部101bの近傍に移動」とは、ヒートシンク107の端部と側端部101bとの間の距離D(
図5参照)が予め決められた値(たとえば10mm)以下となるように近づけることを指す。
【0024】
また、放熱構造300は、1以上の吸気口111を有する。吸気口111は、対向面101aへ形成される貫通孔である。ヒートシンク107は、かかる吸気口111と基板103の間を遮るように配置される。また、ヒートシンク107は、当該ヒートシンク107の少なくとも一部が、吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように設けられる。
【0025】
ここで、「直接」触れるとは、吸気口111とヒートシンク107の間に空気の流れ(気流)を遮るものがなく、吸気口から吸い込まれた空気が直線的にヒートシンク107に当たることと定義される。
【0026】
図5に示すように、吸気口111は、たとえば側端部101bとヒートシンク107との間に1以上形成される。そして、
図5に示すように、ヒートシンク107は、吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように、たとえばYZ平面で切断した断面視で角部が面取り加工されたL字状となる形状に形成される。
【0027】
すなわち、吸気口111は、基板103に対向する位置に形成され、ヒートシンク107は、当該ヒートシンク107の端部が基板103の端部を回り込んで覆うように形成される。
【0028】
このような放熱構造300により、ヒートシンク107における主な放熱経路である「熱伝導」に加え、
図5に示す吸気口111から吸気された空気の流れ、すなわち筐体101内の「気流」によってヒートシンク107の放熱効率を向上させることが可能となる。なお、かかる「気流」の形成は、前述の冷却ファン109の駆動によって促進される。
【0029】
また、
図5に示すように、放熱構造300は、ヒートシンク107の端部107aと筐体101の側端部101bとの間の距離Dが予め決められた値以下となるように、比較例に係る放熱構造150よりも側端部101bに近づけて設けられている。これにより、放熱構造300は、「気流」の流速を上げることができ、「気流」の冷却効果を促進することができる。
【0030】
放熱構造300を用いた場合の効果は、その熱流体シミュレーション結果からも明らかである。
図6は、実施形態に係る放熱構造300を用いた場合の熱流体シミュレーション結果を示す図である。また、
図7は、吸気口111のみを用いた場合の熱流体シミュレーション結果を示す図である。
【0031】
なお、
図6および
図7は、熱流体シミュレーション結果、すなわち前述の「気流」を流線表示で表している。また、
図6および
図7は、流線が太いほど流速が高いことを示している。
【0032】
図6に示すように、実施形態に係る放熱構造300を用いた場合、吸気口111から吸気された空気によって筐体101内に「気流」が生じ、かかる「気流」によってヒートシンク107の放熱効率を向上させることが可能となることが分かる。
【0033】
また、
図6に示すように、実施形態に係る放熱構造300を用いた場合、上述したようにヒートシンク107の端部107aと筐体101の側端部101bとの間の「気流」の流速を上げることができ(図中のM1部参照)、「気流」の冷却効果を促進することができることが分かる。
【0034】
なお、
図7には、本実施形態との比較のために、放熱構造として吸気口111のみを設けた場合のシミュレーション結果を示している。
図7に示すように、吸気口111のみを設けた場合、吸気された空気が基板103に直接当たり(図中のM2部参照)、イオンマイグレーションの発生が懸念される。
【0035】
しかし、実施形態に係る放熱構造300を用いた場合、
図6に示したように、基板103と吸気口111との間にヒートシンク107が介在することにより、吸気された空気が基板103に直接当たることを避けることができる。したがって、放熱構造300を用いた場合、高湿環境下で懸念されるイオンマイグレーションによる基板103の配線パターンの短絡を防止することが可能となる。
【0036】
ところで、これまで説明した放熱構造300は、いくつかの変形例を挙げることができる。以下、かかる変形例について説明する。
図8は、第1の変形例を示す図である。また、
図9は、第2の変形例を示す図である。
【0037】
上述した放熱構造300は、ヒートシンク107が、たとえばYZ平面で切断した断面視で角部が面取り加工されたL字状となる形状に形成されることとしたが、ヒートシンク107は、角部が必ずしも面取り加工されなくともよい。また、ヒートシンク107は、必ずしもL字状でなくともよい。
【0038】
すなわち、
図8に示すように、第1の変形例に係る放熱構造300Aは、面取り加工なしのL字状に形成されたヒートシンク107Aを有する。かかる放熱構造300Aによっても、ヒートシンク107Aの端部107Aaが、吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように設けられていることで、「熱伝導」に加え、「気流」によってヒートシンク107の放熱効率を向上させることができる。
【0039】
また、放熱構造300Aは、ヒートシンク107Aの端部107Aaと筐体101の側端部101bとの間の距離D(
図5参照)が予め決められた値以下となるように設けられることで、「気流」の流速を上げることができ、「気流」の冷却効果を促進することができる。
【0040】
また、
図9に示すように、第2の変形例に係る放熱構造300Bは、面取り加工なしのへの字状に形成されたヒートシンク107Bを有する。かかる放熱構造300Bによっても、ヒートシンク107Bの端部107Baが、吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように設けられていることで、「熱伝導」に加え、「気流」によってヒートシンク107の放熱効率を向上させることができる。
【0041】
また、放熱構造300Bや前述の放熱構造300は、ヒートシンク107B(107)の端部107Ba(107a)と筐体101の側端部101bとの間の距離D(
図5参照)が気流の下流側へ行くほど狭まるように設けられることで、「気流」の流速をより上げることができ、「気流」の冷却効果をより促進することができる。
【0042】
また、これまでは、ヒートシンク107と筐体101の対向面101aとが1つの面でのみ接触している例を挙げたが、ヒートシンク107と対向面101aとの間に間隙が形成されるように、対向面101aに対しヒートシンク107が設けられてもよい。
【0043】
図10は、第3の変形例を示す図である。また、
図11は、第4の変形例を示す図である。
図10に示すように、第3の変形例に係る放熱構造300Cは、YZ平面で切断した断面視でトンネル状、言い換えればコの字状に形成されたヒートシンク107Cを有する。
【0044】
かかるヒートシンク107Cを用いた場合、ヒートシンク107Cと筐体101との間には、間隙部107Caが形成される。間隙部107Caは、X軸の正負方向に延在するように設けられる。発熱部品105は、かかる間隙部107Caの上方(Y軸の正方向側)に配置される。また、吸気口111は、間隙部107Caと対向する位置に1以上設けられる。
【0045】
かかる放熱構造300Cを用いた場合、吸気口111から吸気された空気は、
図10に示すように、間隙部107Caの延在方向において流れる「気流」を形成する。なお、間隙部107Ca内の丸に×印または二重丸印は、かかる延在方向における「気流」を模式的に表すものである。
【0046】
かかる放熱構造300Cでは、ヒートシンク107Cが、間隙部107Caにおいて吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように設けられていることで、「熱伝導」に加え、「気流」によってヒートシンク107Cの放熱効率を向上させることができる。
【0047】
また、
図11に示すように、第4の変形例に係る放熱構造300Dは、YZ平面で切断した断面視で複数のトンネルを有する形状、言い換えれば波形状に形成されたヒートシンク107Dを有する。
【0048】
かかるヒートシンク107Dを用いた場合、ヒートシンク107Dと筐体101との間には、複数の間隙部107Daが形成される。間隙部107Daは、X軸の正負方向に延在するように設けられる。発熱部品105は、かかる複数の間隙部107Daの間に配置される。また、吸気口111は、複数の間隙部107Daと対向する位置にそれぞれ設けられる。
【0049】
また、吸気口111はさらに、
図4,5,8,9に示したのと同様に、側端部101bとヒートシンク107Dとの間に1以上形成される。そして、かかる吸気口111に対向するヒートシンク107Dの端部は、たとえば前述の距離Dが予め決められた値以下となるように設けられる。
【0050】
かかる放熱構造300Dによっても、ヒートシンク107Dが、複数の間隙部107Daおよび端部において吸気口111から吸気された空気に直接に触れるように設けられていることで、「熱伝導」に加え、「気流」によってヒートシンク107の放熱効率を向上させることができる。
【0051】
また、放熱構造300Dは、ヒートシンク107Dの端部と側端部101bとの間の前述の距離Dが予め決められた値以下となるように設けられることで、「気流」の流速を上げることができ、「気流」の冷却効果を促進することができる。
【0052】
また、放熱構造300Dにおいても、ヒートシンク107Dの端部と筐体101の側端部101bとの間の距離D(
図5参照)が気流の下流側へ行くほど狭まるように設けられることで、「気流」の流速をより上げることができ、「気流」の冷却効果をより促進することができる。
【0053】
上述してきたように、実施形態に係る車載機器100(「電子機器」の一例に相当)は、基板103と、筐体101と、ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dと、吸気口111とを備える。基板103は、発熱部品105を実装する。筐体101は、基板103を収容する。ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dは、筐体101の対向面101a(「外板」の一例に相当)と発熱部品105との間に介在する。吸気口111は、筐体101の対向面101aに形成される。また、ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dは、当該ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dの少なくとも一部が、吸気口111から吸気された気流に直接に触れるように設けられる。
【0054】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dを大型化することなく放熱効率を向上させることができる。
【0055】
また、ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dは、吸気口111と基板103の間を遮るように配置される。
【0056】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、吸気口111から吸気された空気が基板103に直接当たることを避けることができる。これにより、高湿環境下で懸念されるイオンマイグレーションによる基板103の配線パターンの短絡を防止することが可能となる。
【0057】
また、吸気口111は、基板103に対向する位置に形成され、ヒートシンク107,107A,107B,107Dは、当該ヒートシンク107,107A,107B,107Dの端部が基板103の端部を回り込んで覆うように形成される。
【0058】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、吸気口111から吸気された空気が基板103に直接当たることを避けることができる。また、筐体101の内部に、吸気口111から吸気された空気による気流を生じさせやすくすることができる。
【0059】
また、ヒートシンク107,107A,107Bは、断面視でL字状またはへの字状となる形状に形成される。
【0060】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、筐体101の内部に生じる気流の流速を上げ、かかる気流による冷却効果を促進するのに資することができる。
【0061】
また、ヒートシンク107C,107Dは、当該ヒートシンク107C,107Dと筐体101の対向面101aとの間に間隙部107Ca,107Da(「間隙」の一例に相当)が形成されるように設けられる。また、吸気口111は、間隙部107Ca,107Daと対向する位置に形成される。
【0062】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、間隙部107Ca,107Daに生じる気流により、冷却効果を促進することができる。
【0063】
また、ヒートシンク107C,107Dは、断面視でコの字状または波形状となる形状に形成される。
【0064】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、コの字状または波形状が形成する間隙部107Ca,107Daに生じる気流により、冷却効果を促進することができる。
【0065】
また、ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dは、当該ヒートシンク107,107A,107B,107C,107Dの端部と筐体101の側端部101bとの間の距離Dが予め決められた値以下となるように配置される。
【0066】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、筐体101の内部に生じる気流の流速を上げ、かかる気流による冷却効果を促進することができる。
【0067】
また、ヒートシンク107,107B,107Dは、当該ヒートシンク107,107B,107Dの端部と筐体101の側端部101bとの間の距離Dが、上記気流の下流側へ行くほど狭まるように設けられる。
【0068】
したがって、実施形態に係る車載機器100によれば、筐体101の内部に生じる気流の流速をより上げ、かかる気流による冷却効果をより促進することができる。
【0069】
なお、上述した実施形態では、車載機器100が冷却ファン109を備えることとしたが、冷却ファン109は必ずしも設けられている必要はない。
【0070】
また、実施形態に係る電子機器は、上述した実施形態で主たる例とした車載機器100に限られない。実施形態に係る電子機器は、車両に搭載されない機器、たとえばPC(Personal Computer)などであってもよい。
【0071】
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。
【符号の説明】
【0072】
100 車載機器
101 筐体
101a 対向面
101b 側端部
103 基板
105 発熱部品
107 ヒートシンク
107a 端部
107A ヒートシンク
107Aa 端部
107B ヒートシンク
107Ba 端部
107C ヒートシンク
107Ca 間隙部
107D ヒートシンク
107Da 間隙部
109 冷却ファン
111 吸気口
300 放熱構造
300A 放熱構造
300B 放熱構造
300C 放熱構造
300D 放熱構造
D 距離