特許 7542183 電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】電子装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240823BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240823BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H05K7/20 B

H05K7/20 C

H05K1/02 F

H05K1/02 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021059188

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022155786

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100205682

【弁理士】

【氏名又は名称】高嶋 一彰

(72)【発明者】

【氏名】藤本 政男

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２０２３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１６６２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１６１０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－００５７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１２２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０５Ｋ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面に発熱部品が実装された回路基板と、
上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の第２面に接するヒートシンクを有する筐体と、
を備えた電子装置であって、
上記回路基板の上記発熱部品のパッケージと重なる位置に、上記ヒートシンクによって上記第２面側の端部が覆われる複数のスルーホールが形成され、
上記スルーホールに放熱グリスが充填されているとともに、
複数のスルーホールの中に、放熱グリスが充填されていない少なくとも１つの空気抜き孔を含む、
電子装置。

【請求項2】

上記スルーホールは上記発熱部品のパッケージと重なる位置にあり、
上記パッケージと上記回路基板の第１面との間に、上記スルーホール内の放熱グリスに連続した放熱グリス層が形成されている、
請求項１に記載の電子装置。

【請求項3】

上記ヒートシンクと上記回路基板の第２面との間に、上記スルーホール内の放熱グリスに連続した放熱グリス層が形成されている、
請求項１に記載の電子装置。

【請求項4】

上記スルーホールは上記発熱部品のパッケージと重なる位置にあり、
上記パッケージと上記回路基板の第１面との間、および、上記ヒートシンクと上記回路基板の第２面との間、にそれぞれ放熱グリス層が形成されており、
これら２つの放熱グリス層が上記スルーホール内の放熱グリスによって互いに連続している、
請求項１に記載の電子装置。

【請求項5】

上記スルーホールの内周面は金属メッキされている、
請求項１～４のいずれかに記載の電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、第１面に発熱部品が実装された回路基板と、この回路基板の第２面に接するヒートシンクを有する筐体と、を備えた電子装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回路基板に実装された発熱部品からの放熱を促進するために、例えば金属材料をブロック状に形成した熱容量の大きなヒートシンクを筐体側に設け、このヒートシンクに回路基板の熱を伝えるようにした構成の電子装置が知られている。

【0003】

この場合、回路基板の第１面に発熱部品が実装され、反対側の第２面にヒートシンクが接する構成では、回路基板の厚さ方向に沿った熱伝導を向上させることが１つの課題となる。

【0004】

このような回路基板の第１面と第２面との間での熱伝導を図るために、従来、特許文献１に記載のように基板自体を熱伝導率の高い金属基板とすることや、特許文献２に記載のように発熱部品の下にサーマルビアを形成すること、あるいは、特許文献３に記載のように発熱部品の下に銅インレイを形成すること、などが知られている。また、単に多数のスルーホールを発熱部品の下に形成する方法もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－３２４３３０号公報

【文献】特開２０１０－０７３９４３号公報

【文献】特開２０２０－００４８８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のような金属基板は一般に高価であり、かつ印刷配線パターンの多層化が制約を受けたりする問題がある。また特許文献２，３のようなサーマルビアや銅インレイの形成はやはりコストが嵩む不具合がある。さらに、単にスルーホールを形成したものでは、空気層の熱伝導率が低いことから十分な熱伝導の向上を達成できない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、第１面に発熱部品が実装された回路基板と、上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の第２面に接するヒートシンクを有する筐体と、を備えた電子装置であって、上記回路基板の上記発熱部品のパッケージと重なる位置に、上記ヒートシンクによって上記第２面側の端部が覆われる複数のスルーホールが形成され、上記スルーホールに放熱グリスが充填されているとともに、複数のスルーホールの中に、放熱グリスが充填されていない少なくとも１つの空気抜き孔を含む。

【発明の効果】

【0008】

このような構成では、スルーホール内に空気よりも熱伝導率が高い放熱グリスが充填されていることで、回路基板の第１面から第２面への熱伝導が向上し、発熱部品の熱をヒートシンクへ効率良く放熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】この発明に係る電子装置の要部の平面図。

【図2】図１のＡ－Ａ線に沿った断面図。

【図3】スルーホールを形成した回路基板の斜視図。

【図4】図１のＢ－Ｂ線に沿った断面の拡大図。

【図5】第２実施例を示す図２と同様の断面図。

【図6】スルーホールを形成した第２実施例の回路基板の斜視図。

【図7】空気抜き孔を有する第３実施例の要部の断面図。

【図8】発熱部品のパッケージの外側にスルーホールを形成した第４実施例の平面図。

【図9】図８のＣ－Ｃ線に沿った断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例である電子装置の要部の平面図である。この電子装置は、金属製の筐体２と、この筐体２の内部に収容される回路基板１と、を備えている。筐体２は、底壁を部分的に厚肉とすることで熱容量を大きくしたヒートシンク３を備えている。なお、筐体２の底壁全体が一様な厚さのヒートシンク３となっていてもよい。

【0011】

回路基板１は、好ましい一実施例では、多層のプリント配線基板からなる。例えば、片面もしくは両面に金属箔層を備えた例えばガラスエポキシからなる何層かの絶縁性基材をプリプレグ（接着剤層）を介して積層し、かつ加熱加圧して一体化することにより構成されている。なお、本発明において、回路基板１は、多層構造でなくてもよく、また、任意の材料から構成することができる。

【0012】

回路基板１は、主面として第１面１Ａと第２面１Ｂとを有する。第１面１Ａには、ＦＥＴ等の発熱部品５を含む複数の電子部品が表面実装されている。ヒートシンク３は、発熱部品５に対応した位置にあり、回路基板１の第２面１Ｂに接している。つまり、発熱部品５は、それぞれヒートシンク３の上方に位置している。ヒートシンク３と重ならない位置においては、一部の電子部品が回路基板１の第２面１Ｂに実装されていてもよい。なお、図では、回路基板１および筐体２の一部のみを切り取って示している。

【0013】

図示例では、発熱部品５は、合成樹脂製の平坦な矩形のパッケージ５ａを有し、このパッケージ５ａの一つの側面から複数の端子５ｂが導出されている。端子５ｂは、回路基板１に印刷形成されたランド（図示せず）に、例えばリフローはんだ付けの手法によってはんだ付けされている。

【0014】

図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面を示し、図３は、回路基板１の要部の斜視図を示している。これらの図に示すように、回路基板１のパッケージ５ａが重なる領域には、複数のスルーホール７が貫通形成されている。図示例では、矩形をなすパッケージ５ａに対応して、「３×６」の形で計１８個のスルーホール７が配列されている。スルーホール７の内周面には、銅等の金属メッキが施されている。これらのスルーホール７の一端は、パッケージ５ａにより覆われて閉塞されており、他端は、ヒートシンク３に覆われて同様に閉塞されている。

【0015】

図４は、図１のＢ－Ｂ線に沿った断面を拡大して示している。図示するように、スルーホール７の内周面は、前述した金属メッキ層８を具備している。そして、これらのスルーホール７の中には、放熱グリス９が充填されている。放熱グリスは、適宜な粘性を有する変性シリコーン等のグリスを基材として、熱伝導率の高い金属や金属酸化物等のフィラー（一般に粒子）を混入させたものであり、少なくとも空気よりも熱伝導率が高い物性を有している。

【0016】

放熱グリス９は、スルーホール７を予め形成した回路基板１上に発熱部品５をはんだ付けした後、回路基板１を筐体２のヒートシンク３に組み付ける前に、スルーホール７に充填される。具体的には、スルーホール７の第２面１Ｂ側の開口端７ｂから適宜な装置ないし治具を用いて放熱グリス９を充填する。例えば、スルーホール７が開口する第２面１ｂに放熱グリス９をある程度厚く塗布し、治具を用いて各スルーホール７に押し込むことで、スルーホール７内へ充填する。あるいは注入ガンを用いて各スルーホール７に直接に充填してもよい。そして、充填後にヒートシンク３上に回路基板１を組み付ける。

【0017】

好ましい一実施例においては、充填工程において、充填された放熱グリス９の一部がスルーホール７の第１面１Ａ側の開口端７ａからパッケージ５ａとの間の隙間に溢れ出るので、回路基板１の第１面１Ａとパッケージ５ａとの間に放熱グリス層９ａが形成される。この放熱グリス層９ａは、スルーホール７内の放熱グリス９と連続したものとなる。同様に、充填工程において回路基板１の第２面１Ｂに多少の放熱グリス９が残存するので、回路基板１の第２面１Ｂとヒートシンク３との間に放熱グリス層９ｂが形成される。この放熱グリス層９ｂは、やはりスルーホール７内の放熱グリス９と連続したものとなる。

【0018】

従って、好ましい一実施例においては、回路基板１の第１面１Ａとパッケージ５ａとの間にある放熱グリス層９ａと、回路基板１の第２面１Ｂとヒートシンク３との間にある放熱グリス層９ｂと、がスルーホール７内の放熱グリス９によって互いに連続している。

【0019】

このような実施例の構成によれば、発熱部品５の熱がスルーホール７内の放熱グリス９を介してヒートシンク３に効果的に放熱される。しかも、第１面１Ａ側の放熱グリス層９ａがパッケージ５ａの表面に微細な凹凸に阻害されずに密着し、同様に、第２面１Ｂ側の放熱グリス層９ｂがヒートシンク３の表面に微細な凹凸に阻害されずに密着し、これら２つの放熱グリス層９ａ，９ｂの間でスルーホール７内の放熱グリス９による熱伝導がなされるので、発熱部品５とヒートシンク３との間で高い熱伝導が得られる。

【0020】

なお、一般に、回路基板とヒートシンクとの境界面に放熱グリスを介在させることは多くなされているが、発熱部品のパッケージと回路基板との境界面に放熱グリスを介在させることは困難である。つまり、一般に、発熱部品等の電子部品をリフローはんだ付け等の手法で回路基板に取り付けた後に、外側から放熱グリスの塗布がなされるので、電子部品のパッケージで覆われてしまう領域（換言すればパッケージと回路基板との間）に放熱グリスを塗布することはできない。これに対し、上記実施例の構成では、スルーホール７を通して放熱グリス９を充填することで、発熱部品５のパッケージ５ａと回路基板１との間に放熱グリス９の層９ａを形成することが可能である。この放熱グリス層９ａにより、パッケージ５ａ表面の熱が放熱グリス９に確実に伝達される。

【0021】

また上記実施例の構成では、スルーホール７内に放熱グリス９を充填するだけであるので、金属材料を充填したり圧入したりするサーマルビアや銅インレイの形成に比較して、その加工が容易である。

【0022】

ここで、理想的には１８個のスルーホール７の全てにおいて一方の開口端７ａから他方の開口端７ｂに至る全体が放熱グリス９で埋められていることが望ましいが、本発明においては、スルーホール７の長さの一部分のみが放熱グリス９で埋められている場合でも熱伝導の向上作用が得られる。従って、本発明において「充填」とは、スルーホール７内が放熱グリス９で１００％満たされている状態に限定されない。同様に、放熱グリス層９ａ，９ｂは、それぞれ、パッケージ５ａと回路基板１の第１面１Ａとの境界面および回路基板１の第２面１Ｂとヒートシンク３との境界面の一部分にのみ形成されている場合を含む。

【0023】

なお、スルーホール７の内周面は、前述したように金属メッキ層８を具備しており、この金属メッキ層８も第１面１Ａから第２面１Ｂへの熱伝導に寄与するが、本発明においては、この金属メッキ層８は必須の要素ではない。金属メッキ層８を具備する場合、スルーホール７内の放熱グリス９によって金属メッキ層８が覆われるため、金属メッキ層８が露出している場合に比較して、その酸化が抑制される。

【0024】

放熱グリス９としては、充填後も軟質な流動状態を保つ材料であってもよく、充填後に硬化する特性のものであってもよい。軟質な流動状態を保つ材料の場合、経時的にスルーホール７から流れ出てしまわない程度の粘性を有することが望ましい。

【0025】

また、放熱グリス９は上述したように熱伝導率の高い金属や金属酸化物等のフィラー（一般に粒子）を含んでいるが、フィラーの寸法（粒径）がスルーホール７の寸法よりも小さなものとなるようにフィラーを選択することで、スルーホール７への充填を確実なものとすることができる。逆に言えば、フィラーの寸法とスルーホール７の寸法とを互いに適当なものとすることで、充填工程の容易さと熱伝導向上とを得ることができる。

【0026】

図５および図６は、スルーホール７の大きさおよび個数を変更した第２実施例を示している。この第２実施例においては、第１実施例に比較してスルーホール７の径が大きく設定されており、パッケージ５ａに覆われる領域に３個のスルーホール７が一列に並んで形成されている。各スルーホール７には、第１実施例と同じく放熱グリス９が充填されており、パッケージ５ａと回路基板１の第１面１Ａとの間の放熱グリス層９ａと回路基板１の第２面１Ｂとヒートシンク３との間の放熱グリス層９ｂとがスルーホール７内の放熱グリス９によって互いに接続されている。

【0027】

このように、放熱グリス９が充填されるスルーホール７の寸法や個数は任意である。またスルーホール７の形状も図示するような真円形に限らず、楕円形、長円形、矩形、など任意の形状とすることができる。

【0028】

図７は、この発明の第３実施例を示している。この第３実施例においては、パッケージ５ａと重なる領域に複数個のスルーホール７が形成されているが、その中の１つが、放熱グリス９が充填されていない空気抜き孔７Ａとなっている。この空気抜き孔７Ａ以外の他のスルーホール７は、前述した第１実施例と同じく、放熱グリス９が充填されており、パッケージ５ａと回路基板１の第１面１Ａとの間の放熱グリス層９ａと回路基板１の第２面１Ｂとヒートシンク３との間の放熱グリス層９ｂとがスルーホール７内の放熱グリス９によって互いに接続されている。空気抜き孔７Ａは、スルーホール７内に放熱グリス９を充填する充填工程において、パッケージ５ａと回路基板１との間の隙間から第２面１Ｂ側へ空気を逃がす経路として機能する。例えばパッケージ５ａの周囲部分がはんだによって回路基板１の第１面１Ａに接合されているような場合、あるいは、はんだがなくてもパッケージ５ａの周囲部分が回路基板１の第１面１Ａに隙間なく密接しているような場合、には、パッケージ５ａの底面と回路基板１との間が閉空間となるので、スルーホール７への放熱グリス９の充填が円滑にいかない恐れがある。このような場合に、空気抜き孔７Ａが存在すると、放熱グリス９の充填に伴ってパッケージ５ａの底面と回路基板１との間の空気が空気抜き孔７Ａを通して排出されるので、放熱グリス９の充填が容易かつ円滑となる。

【0029】

なお、図示例の空気抜き孔７Ａは、その内周面に金属メッキ層８を具備していないが、他のスルーホール７と同じく金属メッキ層８の形成を行ってもよい。

【0030】

次に、図８および図９は、この発明の第４実施例を示している。この第４実施例においては、発熱部品５のパッケージ５ａと重なる領域ではなく、パッケージ５ａの近傍に複数のスルーホール７が形成されている。具体的には、端子５ｂが並ぶ辺以外のパッケージ５ａの３辺に沿って、複数個のスルーホール７がそれぞれ一列に並んで配置されている。各スルーホール７は、パッケージ５ａの外周縁に隣接して位置している。これらのスルーホール７は、第１実施例と同様に、内周面に金属メッキ層８を具備しており、その中にそれぞれ放熱グリス９が充填されている。スルーホール７の第２面１Ｂ側の開口端７ｂは、ヒートシンク３によって覆われている。

【0031】

このような第４実施例においても、発熱部品５の熱が隣接する複数のスルーホール７の放熱グリス９を介して第２面１Ｂ側のヒートシンク３に効果的に伝達される。なお、この実施例では、第１面１Ａ側からも放熱グリス９の充填が可能となり、スルーホール７内への充填が確実かつ容易となる。

【0032】

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の発熱部品を備えた電子装置に広く適用することができる。なお、放熱グリスが充填されていない空気抜き孔を具備していない第１，第２，第４実施例は、厳密には参考例である。

【0033】

以上のように、この発明の電子装置は、第１面に発熱部品が実装された回路基板と、上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の第２面に接するヒートシンクを有する筐体と、を備えた電子装置であって、上記回路基板の上記発熱部品が重なる位置ないし上記発熱部品近傍に、上記ヒートシンクによって上記第２面側の端部が覆われる複数のスルーホールが形成され、上記スルーホールに放熱グリスが充填されている。

【0034】

この発明の好ましい一つの態様では、上記スルーホールは上記発熱部品のパッケージと重なる位置にあり、上記パッケージと上記回路基板の第１面との間に、上記スルーホール内の放熱グリスに連続した放熱グリス層が形成されている。

【0035】

この発明の好ましい他の一つの態様では、上記ヒートシンクと上記回路基板の第２面との間に、上記スルーホール内の放熱グリスに連続した放熱グリス層が形成されている。

【0036】

さらに好ましい一つの態様では、上記スルーホールは上記発熱部品のパッケージと重なる位置にあり、上記パッケージと上記回路基板の第１面との間、および、上記ヒートシンクと上記回路基板の第２面との間、にそれぞれ放熱グリス層が形成されており、これら２つの放熱グリス層が上記スルーホール内の放熱グリスによって互いに連続している。

【0037】

この発明の一つの態様では、上記スルーホールの内周面は金属メッキされている。

【0038】

また、この発明の他の一つの態様では、上記スルーホールは上記発熱部品のパッケージと重なる位置にあり、複数のスルーホールの中に、放熱グリスが充填されていない少なくとも１つの空気抜き孔を含む。

【符号の説明】

【0039】

１…回路基板、１Ａ…第１面、１Ｂ…第２面、２…筐体、３…ヒートシンク、５…発熱部品、５ａ…パッケージ、７…スルーホール、７Ａ…空気抜き孔、８…金属メッキ層、９…放熱グリス、９ａ，９ｂ…放熱グリス層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】