JP3733783B2

JP3733783B2 - Module having heat dissipation structure of heating element

Info

Publication number: JP3733783B2
Application number: JP14030899A
Authority: JP
Inventors: 義寛松本; 清一高橋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: JP2000332171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に実装された発熱素子の放熱構造を有するモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３の（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、基板１上に実装される発熱素子２の放熱構造の一例が示されている。図３の（ａ）、（ｂ）に示す例では、発熱素子２（例えば、数Ｗの電力を要するパワー素子）は樹脂パッケージ３の内部に収容されて基板１上に実装されており、図３の（ａ）に示す例では、上記樹脂パッケージ３は放熱用兼導通接続用のベタパターン４に当接され、上記発熱素子２の熱はベタパターン４に伝搬されて放熱される。なお、図３の（ａ）に示す５はリードパターンを示している。
【０００３】
また、図３の（ｂ）に示す例では、樹脂パッケージ３の上面にヒートシンク６が接着剤７を用いて取り付けられており、発熱素子２の熱は樹脂パッケージ３と接着剤７を順に通ってヒートシンク６に伝搬されて放熱される。
【０００４】
上記基板１上には、通常、発熱素子２を含めた複数の回路構成部品が実装されると共に、それら部品間を導通接続するリードパターン等が形成されて回路が設けられており、このような基板１はケースの内部に収容されてモジュールを構成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３の（ａ）に示す例では、ベタパターン４が基板面上に広く形成されるために、基板１の部品実装密度が低くなってしまうという問題がある。そこで、実装密度を向上させるためにベタパターン４の表面積を狭くすると、ベタパターン４の放熱率が低下して発熱素子２の放熱性が悪化してしまうという問題が生じてしまう。
【０００６】
図３の（ｂ）に示す例では、上述したように、発熱素子２の熱を樹脂パッケージ３および接着剤７を通してヒートシンク６に伝熱させる構成であるが、樹脂パッケージ３や接着剤７は熱伝導性が悪いために発熱素子２の熱はヒートシンク６に伝熱され難く、このために、発熱素子２の熱が放熱され難く、発熱素子２の放熱性は満足できるものではないという問題がある。
【０００７】
また、ヒートシンク６は大型な部品であることから、発熱素子２を内蔵したモジュールは大型化なものとなってしまうという問題が生じる。さらに、ヒートシンク６は高価な部品であることから、上記モジュールの価格が上昇してしまうという問題もある。さらに、樹脂パッケージ３の上面に接着剤７を用いてヒートシンク６を取り付けるという工程をわざわざ設けなければならないので、製造工程が煩雑化してしまうという問題も生じる。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の部品実装密度の低下問題や、発熱素子を内蔵したモジュールの大型化問題や、モジュールの価格上昇問題や、製造工程の煩雑化問題を回避しつつ、満足のいく発熱素子の放熱性を得ることができる発熱素子の放熱構造を有するモジュールを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明の発熱素子の放熱構造を有するモジュールは、発熱素子が実装された基板には上記発熱素子の搭載領域面からその直下の反対側の基板面に貫通する放熱用貫通孔が形成され、上記発熱素子の搭載領域面の反対側の基板面上には放熱ブロックが設けられ、上記発熱素子の熱を上記放熱用貫通孔を通る経路で放熱ブロックに伝熱させる伝熱通路が形成されている発熱素子の放熱構造を有し、上記基板には上記発熱素子を含む回路構成部品が設けられ、上記回路構成部品と放熱ブロックと基板がケース内部に収容されて成るモジュールであって、放熱ブロックはケースの内面に直接的にあるいは絶縁部材を介して間接的に接触されており、発熱素子から放熱ブロックに伝搬された熱は放熱ブロックからケースに放熱される構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１０】
第２の発明の発熱素子の放熱構造を有するモジュールは、発熱素子が実装された基板には上記発熱素子の搭載領域面からその直下の反対側の基板面に貫通する放熱用貫通孔が形成され、上記発熱素子の搭載領域面の反対側の基板面上には放熱ブロックが設けられ、上記発熱素子の熱を放熱用貫通孔を通る経路で放熱ブロックに伝熱させる伝熱通路が形成されている発熱素子の放熱構造を有し、上記基板には上記発熱素子を含む回路構成部品が設けられ、上記回路構成部品と放熱ブロックと基板がケース内部に収容されて成るモジュールであって、放熱ブロックが形成されている基板面と、ケースとによって囲まれている空間部には高熱伝導性材料が充填されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１１】
第３の発明における発熱素子の放熱構造を有するモジュールは、上記第１の発明又は第２の発明の構成を備えたものにおいて、上記発熱素子は樹脂パッケージ内に収容された構成と成していることを特徴として構成されている。
【００１３】
上記構成の発明において、発熱素子の熱は放熱用貫通孔を通って効率良く放熱ブロックに伝搬することができ、発熱素子の放熱性の向上を図ることができる。
【００１４】
また、本発明では、従来のベタパターンのように、放熱用部材が発熱素子の搭載領域面以外の基板面に広く形成されることはなく、このことにより、発熱素子の放熱構造に起因した基板の部品実装密度低下問題が回避される。さらに、本発明の発熱素子の放熱構造はヒートシンク等の高価な部品を用いずに構成することができるので、価格上昇を抑制することができる。さらに、従来から行われている自動実装工程において、発熱素子や放熱ブロックを基板に自動実装することが可能であることから、製造工程の煩雑化を防止することができる。上記のように、従来の問題を解決しつつ、発熱素子の放熱性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１の（ａ）には第１の実施形態例において特徴的な発熱素子の放熱構造を有するモジュールの一例が模式的な断面図により表されており、図１の（ｂ）には上記図１の（ａ）に示すＡ方向から発熱素子の搭載領域を見た状態が模式的に表されている。
【００１７】
この第１の実施形態例では、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス−エポキシ基板等の基板１には発熱素子２を内蔵した樹脂パッケージ３がランド８を介し半田を用いて実装されている。この樹脂パッケージ３の実装面３ａにはフィン１０が形成されている。このフィン１０の上面には発熱素子２の実装面（図１の（ａ）の例では、発熱素子２の底面）が直接的に当接接続されている。また、このフィン１０の下面（基板側の面）は露出しており、ランド８に直接的に半田により接続されている。また、上記フィン１０の一部は樹脂パッケージ３よりも外部に突出形成されている。
【００１８】
上記基板１には放熱用貫通孔（熱ビア）１１が形成されている。この放熱用貫通孔１１は、発熱素子２の搭載領域面（例えば、樹脂パッケージ３の直下のランド８が形成されている領域の基板面）からその直下の反対側の基板面に貫通するものであり、伝熱材料１２（例えば、熱伝導率が良い半田等の金属材料）が充填されている。
【００１９】
また、上記発熱素子２の搭載領域面の反対側の基板面にはランド１３を介して放熱ブロック１４が半田によって取り付けられている。この放熱ブロック１４は熱伝導率に優れた材料、例えば金属やセラミックスによって構成されている。
【００２０】
この第１の実施形態例では、フィン１０と、ランド８と、放熱用貫通孔１１の伝熱材料１２と、ランド１３とによって、伝熱通路が構成されており、発熱素子２の熱はフィン１０とランド８と放熱用貫通孔１１の伝熱材料１２とランド１３を順に通って放熱ブロック１４に伝搬されて放熱される。
【００２１】
この第１の実施形態例において特徴的な発熱素子の放熱構造は上記のように構成されており、以下に、その放熱構造を有したモジュールの一例を示す。
【００２２】
図１の（ａ）に示すように、前記基板１には発熱素子２を含む複数の回路構成部品１５等が設けられて回路が形成されており、この基板１はケース１６の内部に収容されている。この第１の実施形態例に示すモジュールにおいて特徴的なことは、前記放熱ブロック１４が放熱シート１７を介して間接的にケース１６の内面に接触していることである。
【００２３】
この第１の実施形態例では、上記ケース１６は金属材料により構成されており、また、上記放熱シート１７は熱伝導率に優れ、かつ、硬度が低い絶縁材料（例えば、シリコン樹脂）によって構成された絶縁部材であり、モジュールの大型化を防止することが可能な薄さとなっている。なお、図１の（ａ）に示す１８は基板１を固定するための基板固定用爪を示している。
【００２４】
この第１の実施形態例に示すモジュールは上記のように構成されており、このモジュールでは、発熱素子２から放熱ブロック１４に伝搬された熱は放熱シート１７を介してケース１６に放熱され、該ケース１６の外表面からモジュールの外部に放熱されることとなる。
【００２５】
この第１の実施形態例によれば、発熱素子２の実装面に直接的に当接接続するフィン１０を設け、また、基板１には発熱素子２の搭載領域面からその直下の反対側の基板面に貫通する放熱用貫通孔１１を設け、該放熱用貫通孔１１には伝熱材料１２が充填されており、さらに、上記発熱素子２の搭載領域面の反対側の基板面には放熱ブロック１４が設けられており、発熱素子２の熱はフィン１０と放熱用貫通孔１１の伝熱材料１２を通る経路で放熱ブロック１４に伝搬される放熱構造であるので、従来例のベタパターン４のように、放熱用部材を発熱素子２の搭載領域面以外の基板面に広く設ける必要が無く、このことによって、基板１の部品実装密度を低下させてしまうという問題を防止することができる。
【００２６】
また、発熱素子２の搭載領域面の反対側の基板面と上記ケース１６との間には必ず空隙が設けられ、その空隙を利用して放熱ブロック１４が配置されることから、放熱ブロック１４を設けるための空間をわざわざ設ける必要が無く、モジュールの大型化を回避することができる。
【００２７】
さらに、発熱素子２から放熱ブロック１４に至る伝熱通路は何れの箇所も熱伝導率に優れた材料によって構成されていることから、発熱素子２から放熱ブロック１４に熱を効率良く伝搬することができ、しかも、この第１の実施形態例では、放熱ブロック１４をケース１６に接触させて放熱ブロック１４からケース１６に放熱させる構成としたので、発熱素子２の放熱性を向上させることができる。
【００２８】
さらに、この第１の実施形態例では、放熱ブロック１４はランド１３を介し半田によって基板１に設けられる構成であるので、発熱素子２を含む回路構成部品１５の実装工程と同一の工程で放熱ブロック１４を基板１に自動実装することが可能であり、このことにより、製造工程の煩雑化を防止することができる。
【００２９】
さらに、この第１の実施形態例では、上記したように、樹脂パッケージ３や放熱ブロック１４はランド８，１３を介して半田によって基板１に設けられる構成であるので、放熱用貫通孔１１に充填する伝熱材料１２が半田である場合には、放熱用貫通孔１１に伝熱材料１２を充填するための工程をわざわざ設ける必要が無く、製造工程の煩雑化を防止することができる。
【００３０】
それというのは、樹脂パッケージ３や放熱ブロック１４の実装工程では半田は溶解されるので、その溶解した半田は放熱用貫通孔１１の内部に毛細管現象によって入り込むこととなる。このことにから、樹脂パッケージ３や放熱ブロック１４の実装工程において、樹脂パッケージ３や放熱ブロック１４を半田を用いて基板１に実装すると同時に、放熱用貫通孔１１の内部に半田を充填させることができるので、前述したように、放熱用貫通孔１１の内部に伝熱材料１２を充填するための工程をわざわざ設ける必要が無く、製造工程の煩雑化を防止することができる。
【００３１】
さらに、放熱ブロック１４は簡単な形状であり、安価な部品である上に、上記のように、この第１の実施形態例に示す発熱素子２の放熱構造は、製造工程の煩雑化を防止することが可能であることから、価格上昇を抑制することができる。
【００３２】
さらに、この第１の実施形態例では、上記したように、発熱素子２の搭載領域面の反対側の基板面に放熱ブロック１４が設けられ、この放熱ブロック１４は放熱シート１７を介してモジュールにおけるケース１６の内面に間接的に接触することが可能であることから、そのように、放熱ブロック１４をケース１６の内面に接触させて放熱ブロック１４から放熱シート１７を介してケース１６に熱が伝搬される構成とすることによって、従来例のようなベタパターンやヒートシンクを用いて発熱素子２の熱を放熱させる構造とする場合よりも、発熱素子２の放熱性を格段に向上させることができる。
【００３３】
さらに、この第１の実施形態例では、放熱シート１７は熱伝導率が良いだけでなく、硬度が低いという条件をも満たす材料によって構成されているので、放熱ブロック１４から放熱シート１７を介してケース１６へ伝搬する熱伝導効率を格段に向上させることができる。
【００３４】
それというのは、次に示すような理由による。つまり、この第１の実施形態例のように、硬度が低い材料によって放熱シート１７を構成する場合には、放熱ブロック１４を放熱シート１７に押圧させることにより、放熱シート１７は放熱ブロック１４の接触面の形状に応じて変形することができ、このことによって、放熱ブロック１４と放熱シート１７を隙間無く密着させることができる。
【００３５】
これに対して、放熱シート１７が硬い場合には該放熱シート１７は変形し難いので、放熱ブロック１４を放熱シート１７に押圧させても、放熱ブロック１４と放熱シート１７の間に隙間が生じ易い。その隙間は熱が伝導し難いので、その隙間に起因して放熱ブロック１４から放熱シート１７への熱伝導効率が悪くなる虞があるが、この第１の実施形態例に示すように、放熱シート１７が柔らかく、放熱ブロック１４と放熱シート１７を隙間無く密着させることができる場合には、放熱ブロック１４と放熱シート１７の間に、上記隙間のような熱伝導を妨げるものが無いので、放熱ブロック１４から放熱シート１７への熱伝導効率は良く、このことにより、放熱ブロック１４から放熱シート１７を介してケース１６へ伝搬する熱伝導効率を格段に向上させることができる。
【００３６】
さらに、同一の基板１内に複数の発熱素子２が互いに間隔を介して設けられる場合があるが、それら全ての発熱素子２にそれぞれ上記したような放熱構造を設け、各放熱構造の放熱ブロック１４の高さを揃え、それら複数の放熱ブロック１４をケース１６の内面に接触させることにより、それら放熱ブロック１４は基板１の位置決め用部材として機能することとなり、基板１をケース１６の内部に傾くことなく、所定の形態でもって、配置収容させることができる。
【００３７】
以下に、第２の実施形態例を説明する。
【００３８】
この第２の実施形態例において特徴的なことは、図２に示す空間部２０には高熱伝導性材料２１が充填されていることである。それ以外の構成は前記第１の実施形態例と同様であり、この第２の実施形態例では、前記第１の実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３９】
この第２の実施形態例では、上記空間部２０は、図２に示されるように、放熱ブロック１４が形成されている基板面１ａと、ケース１６とによって、囲まれている空間部であり、上記高熱伝導性材料２１は熱伝導率に優れた絶縁体である高熱伝導性樹脂（例えば、シリコン系の樹脂）である。この高熱伝導性材料２１によって基板１はケース１６に接着固定されている。
【００４０】
この第２の実施形態例によれば、上記空間部２０に高熱伝導性材料２１が充填されているので、放熱ブロック１４の熱は直に放熱シート１７に伝搬されてケース１６に放熱されるだけでなく、上記高熱伝導性材料２１を介して放熱シート１７に伝搬されてケース１６に放熱させることができることとなり、つまり、放熱ブロック１４からケース１６への熱伝導通路の断面積が前記第１の実施形態例の構成に比べて増加した状態となり、放熱ブロック１４からケース１６への熱伝導効率を格段に向上させることができる。このことから、発熱素子２の放熱性をより良くすることができる。
【００４１】
また、この第２の実施形態例では、高熱伝導性材料２１が樹脂により構成され、その高熱伝導性材料２１を用いて基板１はケース１６に接着固定されているので、図１の（ａ）に示したような基板１を固定するための爪１８をケース１６に設ける必要が無くなり、ケース１６に基板固定用爪を設ける場合に比べて、ケース１６の形状を簡単にすることができてケース１６の価格を安価にすることが可能となる。
【００４２】
なお、この発明は上記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記各実施形態例に示したモジュールでは、放熱ブロック１４はケース１６の内面に接触させる構成であったが、上記放熱ブロック１４をケース１６の内面に接触させなくともよい。例えば、上記第２の実施形態例の如く、空間部２０が高熱伝導性材料２１によって充填されている場合には、放熱ブロック１４をケース１６の内面に接触させなくとも、上記高熱伝導性材料２１を介して放熱ブロック１４の熱がケース１６に伝搬され易いので、放熱ブロック１４をケース１６の内面に接触させた場合と同様に、放熱ブロック１４からケース１６に熱を放熱させることができる。
【００４３】
また、上記各実施形態例では、ケース１６は金属材料によって構成されていたが、ケース１６を金属以外の材料によって構成してもよい。さらに、上記各実施形態例では、放熱シート１７は絶縁材料によって構成されていたが、例えば、放熱ブロック１４がセラミックス等の絶縁材料によって構成されている場合等のように、基板１に形成された回路とケース１６とが導通接続するという心配が殆ど無い場合には、上記放熱シート１７を導電性材料によって構成してもよい。
【００４４】
さらに、上記各実施形態例では、放熱ブロック１４は放熱シート１７を介してケース１６に間接的に接触していたが、例えば、放熱ブロック１４とケース１６のうちの一方が絶縁材料によって構成されている場合のように、基板１に形成された回路とケース１６とが導通接続するという心配が殆ど無い場合には、放熱シート１７を省略し、放熱ブロック１４を直接的にケース１６に接触させてもよい。
【００４５】
さらに、上記放熱用貫通孔１１の数は、図１の（ｂ）に示す例では、５個であったが、この放熱用貫通孔１１は数に限定されるものではなく、適宜の数を設けることができるものである。さらに、図１の（ｂ）に示す例では、上記放熱用貫通孔１１は、孔断面形状が円形状であったが、放熱用貫通孔１１の孔断面形状は限定されるものではなく、例えば、スリット状や多角形状等の様々な形状を採り得る。
【００４６】
さらに、上記各実施形態例では、発熱素子２は樹脂パッケージ３内に収容されていたが、本発明は、発熱素子２が露出した状態で基板１に実装される場合にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、発熱素子が実装される基板には上記発熱素子の搭載領域面からその直下の反対側の基板面に貫通する放熱用貫通孔が形成され、また、発熱素子の搭載領域面の反対側の基板面には放熱ブロックが設けられており、発熱素子の熱は上記放熱用貫通孔を通る経路で上記放熱ブロックに伝搬されて放熱される構成であるので、従来例に示したベタパターンのように、放熱用の部材を発熱素子が実装される基板面上に広く形成する必要が無く、発熱素子の放熱構造によって基板の部品実装密度が低下してしまうという問題を防止することができる。
【００４８】
また、この発明の発熱素子の放熱構造は、前記ヒートシンクのような高価な部品を用いることなく、構成することができることから、発熱素子を内蔵したモジュールの価格上昇を抑制することができる。
【００４９】
さらに、上記放熱ブロックは発熱素子の搭載領域面の反対側の基板面上に形成されており、発熱素子を内蔵したモジュールでは、その放熱ブロックの形成基板面とケースとの間に必ず間隔が設けられることから、放熱ブロックを形成するための空間をわざわざ設ける必要が無く、発熱素子の放熱構造を有するモジュールの大型化を防止することができる。
【００５２】
本発明において特徴的な発熱素子の放熱構造を有するモジュールにおいて、放熱ブロックをモジュールのケースに接触させ、発熱素子から放熱ブロックの伝搬された熱を上記ケースに放熱する構成のものにあっては、放熱ブロックから、表面積が格段に広いケースに発熱素子の熱が伝熱されることから、発熱素子の放熱性をより一層向上させることができる。
【００５３】
放熱ブロックが形成されている基板面とケースとによって囲まれている空間部に、高熱伝導性材料が充填されているモジュールにあっては、放熱ブロックからケースに熱をより効率良く伝搬することができることとなり、発熱素子の放熱性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態例において特徴的な発熱素子の放熱構造を有したモジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】第２の実施形態例において特徴的な発熱素子の放熱構造を有したモジュールを模式的に示す断面図である。
【図３】従来の発熱素子の放熱構造例を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
２発熱素子
３樹脂パッケージ
１０フィン
１１放熱用貫通孔
１２伝熱材料
１４放熱ブロック
１５回路構成部品
１６ケース
１７放熱シート
２０空間部
２１高熱伝導性材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a module having a thermostructural release of the heating element mounted on the substrate.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 3A and 3B each show an example of a heat dissipation structure of the heat generating element 2 mounted on the substrate 1. In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the heating element 2 (for example, a power element that requires several watts of power) is housed inside the resin package 3 and mounted on the substrate 1. In the example shown in FIG. 3A, the resin package 3 is brought into contact with the solid pattern 4 for heat radiation and conduction connection, and the heat of the heat generating element 2 is propagated to the solid pattern 4 and radiated. Note that reference numeral 5 in FIG. 3A indicates a lead pattern.
[0003]
In the example shown in FIG. 3B, the heat sink 6 is attached to the upper surface of the resin package 3 using an adhesive 7, and the heat of the heating element 2 passes through the resin package 3 and the adhesive 7 in order. Propagated to the heat sink 6 to dissipate heat.
[0004]
On the substrate 1, a plurality of circuit components including the heating element 2 are usually mounted, and a circuit is provided by forming a lead pattern or the like for electrically connecting the components. The substrate 1 is accommodated in the case to constitute a module.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the example shown in FIG. 3A, the solid pattern 4 is widely formed on the substrate surface, so that there is a problem that the component mounting density of the substrate 1 is lowered. Therefore, if the surface area of the solid pattern 4 is reduced in order to improve the mounting density, the heat dissipation rate of the solid pattern 4 is lowered, and the heat dissipation performance of the heat generating element 2 is deteriorated.
[0006]
In the example shown in FIG. 3B, as described above, the heat of the heating element 2 is transferred to the heat sink 6 through the resin package 3 and the adhesive 7, but the resin package 3 and the adhesive 7 are heated. Due to the poor conductivity, the heat of the heat generating element 2 is not easily transferred to the heat sink 6. For this reason, the heat of the heat generating element 2 is hardly dissipated, and the heat dissipation of the heat generating element 2 is not satisfactory. .
[0007]
Further, since the heat sink 6 is a large component, there arises a problem that a module including the heat generating element 2 becomes large. Furthermore, since the heat sink 6 is an expensive component, there is a problem that the price of the module increases. Furthermore, since the process of attaching the heat sink 6 to the upper surface of the resin package 3 using the adhesive 7 must be provided, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. Its purpose is to reduce the component mounting density of the board, to increase the size of the module with a built-in heating element, to increase the price of the module, and to manufacture. while avoiding the complicated problem of process is to provide a module having a thermostructural release of the heating elements heat dissipation can be obtained of the heating element satisfactory.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, in the module having the heat dissipation structure for the heat generating element of the first invention, the substrate on which the heat generating element is mounted has a heat dissipation through hole penetrating from the mounting area surface of the heat generating element to the opposite substrate surface immediately below it. is formed, the upper SL on the opposite side of the substrate surface of the mounting region surface of the heating element the heat sink block is provided, heat transfer to heat is transferred to the heat sink block through a path passing over Kiho heat through hole heat of the heating element A module having a heat dissipation structure for a heat generating element in which a heat passage is formed , wherein the circuit board including the heat generating element is provided on the substrate, and the circuit component, the heat dissipation block, and the substrate are housed inside the case. a is, configuration heat sink block is indirect contact via a directly or insulating member to the inner surface of the case, the heat propagated to the heat sink block from the heating element is radiated to the case from the heat sink block Has been is a means to solve the problem.
[0010]
In the module having the heat dissipation structure for the heat generating element according to the second aspect of the invention, the substrate on which the heat generating element is mounted is provided with a heat dissipation through hole penetrating from the mounting area surface of the heat generating element to the opposite substrate surface immediately below it. A heat dissipation block is provided on the surface of the substrate opposite to the mounting area surface of the heat generating element, and a heat transfer path is formed to transfer heat of the heat generating element to the heat dissipation block through a heat dissipation through hole. A heat dissipation element having a heat dissipation structure, wherein the circuit board is provided with circuit components including the heat generation element, and the circuit component, the heat dissipation block, and the substrate are housed inside a case. The space surrounded by the substrate surface on which the substrate is formed and the case is filled with a high thermal conductivity material as means for solving the above problem .
[0011]
Module having a heat radiation structure of the heat generating element of the third invention, in that a structure of the first invention or the second invention, the heating elements that are form a structure which is housed in a resin package It is configured as a feature.
[0013]
In the invention of the above configuration, the heat of the heating element can be propagated to efficiency may heat sink block through a heat through-hole discharge, it is possible to improve the heat dissipation of the heating element.
[0014]
Further, in the present invention, unlike the conventional solid pattern, the heat radiating member is not widely formed on the substrate surface other than the surface where the heat generating element is mounted, and thus the substrate resulting from the heat radiating structure of the heat generating element. The problem of reduced component mounting density is avoided. Furthermore, since the heat dissipation structure of the heat generating element of the present invention can be configured without using expensive parts such as a heat sink, an increase in price can be suppressed. Furthermore, since the heat generating element and the heat dissipation block can be automatically mounted on the substrate in the conventional automatic mounting process, the manufacturing process can be prevented from becoming complicated. As described above, it is possible to improve the heat dissipation of the heat generating element while solving the conventional problems.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of a module having a heat-dissipating structure of a heat generating element characteristic in the first embodiment, and FIG. The state which looked at the mounting area | region of the heat generating element from A direction shown to (a) of 1 is typically represented.
[0017]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a resin package 3 having a heating element 2 built in a substrate 1 such as a glass-epoxy substrate is soldered via a land 8. Has been implemented using. Fins 10 are formed on the mounting surface 3 a of the resin package 3. A mounting surface of the heat generating element 2 (in the example of FIG. 1A, the bottom surface of the heat generating element 2) is directly in contact with and connected to the upper surface of the fin 10. Further, the lower surface (surface on the substrate side) of the fin 10 is exposed and is directly connected to the land 8 by solder. Further, a part of the fin 10 is formed to protrude outward from the resin package 3.
[0018]
A heat radiating through hole (thermal via) 11 is formed in the substrate 1. This heat radiating through hole 11 penetrates from the mounting region surface of the heat generating element 2 (for example, the substrate surface of the region where the land 8 directly below the resin package 3 is formed) to the opposite substrate surface directly below that. Yes, it is filled with a heat transfer material 12 (for example, a metal material such as solder having good thermal conductivity).
[0019]
A heat dissipation block 14 is attached to the substrate surface opposite to the mounting area surface of the heat generating element 2 via a land 13 by solder. The heat dissipation block 14 is made of a material having excellent thermal conductivity, such as metal or ceramics.
[0020]
In the first embodiment, a heat transfer path is constituted by the fin 10, the land 8, the heat transfer material 12 of the heat radiating through hole 11, and the land 13, and the heat of the heating element 2 is the fin. 10, the land 8, the heat transfer material 12 of the heat radiating through hole 11, and the land 13 are sequentially transmitted to the heat radiating block 14 to be radiated.
[0021]
The characteristic heat dissipation structure of the heat generating element in the first embodiment is configured as described above, and an example of a module having the heat dissipation structure will be shown below.
[0022]
As shown in FIG. 1A, the substrate 1 is provided with a plurality of circuit components 15 including a heating element 2 to form a circuit. The substrate 1 is accommodated in a case 16. ing. What is characteristic in the module shown in the first embodiment is that the heat dissipation block 14 is indirectly in contact with the inner surface of the case 16 via the heat dissipation sheet 17.
[0023]
In the first embodiment, the case 16 is made of a metal material, and the heat radiating sheet 17 is made of an insulating material (for example, silicon resin) having excellent thermal conductivity and low hardness. The insulating member is thin enough to prevent an increase in the size of the module. Reference numeral 18 shown in FIG. 1A denotes a substrate fixing claw for fixing the substrate 1.
[0024]
The module shown in the first embodiment is configured as described above, and in this module, the heat transmitted from the heating element 2 to the heat dissipation block 14 is radiated to the case 16 via the heat dissipation sheet 17, Heat is radiated from the outer surface of the case 16 to the outside of the module.
[0025]
According to the first embodiment, the fin 10 is provided in direct contact with and connected to the mounting surface of the heat generating element 2, and the substrate 1 is provided on the opposite side immediately below the mounting region surface of the heat generating element 2. A heat radiating through-hole 11 is provided in the substrate surface, the heat radiating through-hole 11 is filled with a heat transfer material 12, and the substrate surface opposite to the mounting region surface of the heat generating element 2 is radiated with heat. Since the block 14 is provided and the heat of the heat generating element 2 is a heat dissipation structure that is propagated to the heat dissipation block 14 through a path passing through the heat transfer material 12 of the fin 10 and the heat dissipation through-hole 11, the solid pattern 4 of the conventional example As described above, it is not necessary to widely dispose the heat radiating member on the substrate surface other than the surface where the heat generating element 2 is mounted, and this can prevent the problem that the component mounting density of the substrate 1 is reduced.
[0026]
In addition, a space is always provided between the substrate surface opposite to the mounting area surface of the heat generating element 2 and the case 16, and the heat dissipation block 14 is arranged using the space, so that the heat dissipation block 14 is There is no need to provide a space for installation, and the module can be prevented from being enlarged.
[0027]
Further, since the heat transfer path from the heat generating element 2 to the heat radiating block 14 is made of a material having an excellent thermal conductivity, heat can be efficiently transmitted from the heat generating element 2 to the heat radiating block 14. In addition, in the first embodiment, since the heat dissipation block 14 is brought into contact with the case 16 and heat is dissipated from the heat dissipation block 14 to the case 16, the heat dissipation of the heat generating element 2 can be improved.
[0028]
Further, in the first embodiment, since the heat dissipation block 14 is provided on the substrate 1 by solder via the lands 13, the heat dissipation block is formed in the same process as the mounting process of the circuit component 15 including the heating element 2. 14 can be automatically mounted on the substrate 1, which can prevent the manufacturing process from becoming complicated.
[0029]
Further, in the first embodiment, as described above, since the resin package 3 and the heat dissipation block 14 are provided on the substrate 1 by solder via the lands 8 and 13, the heat dissipation through hole 11 is filled. When the heat transfer material 12 to be used is solder, it is not necessary to provide a step for filling the heat dissipation material 12 in the heat radiating through holes 11, and the manufacturing process can be prevented from becoming complicated.
[0030]
This is because the solder is melted in the mounting process of the resin package 3 and the heat dissipation block 14, and the melted solder enters the inside of the heat dissipation through hole 11 by capillary action. For this reason, in the mounting process of the resin package 3 and the heat dissipation block 14, the resin package 3 and the heat dissipation block 14 are mounted on the substrate 1 using solder, and at the same time, the inside of the heat dissipation through hole 11 is filled with solder. Therefore, as described above, it is not necessary to provide a step for filling the heat transfer material 12 in the heat radiating through-hole 11, and the manufacturing process can be prevented from becoming complicated.
[0031]
Furthermore, the heat dissipation block 14 has a simple shape and is an inexpensive part, and as described above, the heat dissipation structure of the heat generating element 2 shown in the first embodiment prevents the manufacturing process from becoming complicated. As a result, price increases can be suppressed.
[0032]
Further, in the first embodiment, as described above, the heat dissipation block 14 is provided on the substrate surface opposite to the mounting area surface of the heat generating element 2, and the heat dissipation block 14 is connected to the module via the heat dissipation sheet 17. Since it is possible to contact the inner surface of the case 16 indirectly, the heat propagates from the heat radiation block 14 to the case 16 via the heat radiation sheet 17 by bringing the heat radiation block 14 into contact with the inner surface of the case 16. By adopting such a configuration, the heat dissipation of the heat generating element 2 can be remarkably improved as compared with the case where the heat of the heat generating element 2 is radiated using a solid pattern or a heat sink as in the conventional example.
[0033]
Furthermore, in the first embodiment, the heat radiating sheet 17 is made of a material that not only has a good thermal conductivity but also satisfies the condition that the hardness is low. The heat conduction efficiency propagating to the case 16 can be significantly improved.
[0034]
The reason is as follows. That is, when the heat dissipation sheet 17 is formed of a material having low hardness as in the first embodiment, the heat dissipation sheet 17 is brought into contact with the heat dissipation block 14 by pressing the heat dissipation block 14 against the heat dissipation sheet 17. It can deform | transform according to the shape of a surface, and, by this, the thermal radiation block 14 and the thermal radiation sheet | seat 17 can be closely_contact | adhered without gap.
[0035]
On the other hand, when the heat radiating sheet 17 is hard, the heat radiating sheet 17 is not easily deformed. Therefore, even when the heat radiating block 14 is pressed against the heat radiating sheet 17, a gap is easily generated between the heat radiating block 14 and the heat radiating sheet 17. . Since the gap is difficult to conduct heat, the heat conduction efficiency from the heat radiating block 14 to the heat radiating sheet 17 may be deteriorated due to the gap, but as shown in the first embodiment, the heat radiating sheet is used. When the heat sink 17 is soft and the heat radiation block 14 and the heat radiation sheet 17 can be closely adhered to each other without any gap, there is nothing between the heat radiation block 14 and the heat radiation sheet 17 that hinders heat conduction such as the gap. The heat conduction efficiency from the heat radiating sheet 14 to the heat radiating sheet 17 is good, and thus the heat conduction efficiency propagating from the heat radiating block 14 to the case 16 via the heat radiating sheet 17 can be remarkably improved.
[0036]
Furthermore, there are cases where a plurality of heat generating elements 2 are provided in the same substrate 1 with a space between them. However, all of the heat generating elements 2 are provided with the heat dissipation structure as described above, and the heat dissipation block 14 of each heat dissipation structure is provided. By arranging the plurality of heat dissipation blocks 14 in contact with the inner surface of the case 16, the heat dissipation blocks 14 function as positioning members for the substrate 1, and the substrate 1 is tilted inside the case 16. It can be arranged and accommodated in a predetermined form.
[0037]
The second embodiment will be described below.
[0038]
What is characteristic in the second embodiment is that the space 20 shown in FIG. 2 is filled with a high thermal conductivity material 21. The other configuration is the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the common portions are overlapped. Description is omitted.
[0039]
In the second embodiment, the space 20 is a space surrounded by the substrate surface 1a on which the heat dissipation block 14 is formed and the case 16, as shown in FIG. The high thermal conductivity material 21 is a high thermal conductivity resin (for example, a silicon-based resin) which is an insulator having excellent thermal conductivity. The substrate 1 is bonded and fixed to the case 16 by the high thermal conductivity material 21.
[0040]
According to the second embodiment, since the space portion 20 is filled with the high thermal conductivity material 21, the heat of the heat dissipation block 14 is directly propagated to the heat dissipation sheet 17 and is radiated to the case 16. Instead, it is propagated to the heat radiating sheet 17 through the high heat conductive material 21 and can be radiated to the case 16, that is, the cross-sectional area of the heat conduction path from the heat radiating block 14 to the case 16 is the first area. As a result, the heat conduction efficiency from the heat radiation block 14 to the case 16 can be significantly improved. From this, the heat dissipation of the heat generating element 2 can be improved.
[0041]
In the second embodiment, the high thermal conductivity material 21 is made of resin, and the substrate 1 is bonded and fixed to the case 16 using the high thermal conductivity material 21, so that FIG. It is not necessary to provide the case 16 with the claw 18 for fixing the substrate 1 as shown in FIG. 6, and the case 16 can be simplified in shape compared to the case 16 provided with the substrate fixing claw. The price of 16 can be reduced.
[0042]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various embodiments can be adopted. For example, in the modules shown in the above embodiments, the heat dissipation block 14 is in contact with the inner surface of the case 16, but the heat dissipation block 14 may not be in contact with the inner surface of the case 16. For example, when the space 20 is filled with the high thermal conductivity material 21 as in the second embodiment, the high thermal conductivity material 21 does not have to be in contact with the inner surface of the case 16. Since heat of the heat dissipation block 14 is easily transmitted to the case 16 via the heat sink, heat can be radiated from the heat dissipation block 14 to the case 16 in the same manner as when the heat dissipation block 14 is brought into contact with the inner surface of the case 16.
[0043]
Further, in each of the above embodiments, the case 16 is made of a metal material, but the case 16 may be made of a material other than metal. Further, in each of the above embodiments, the heat radiation sheet 17 is made of an insulating material. However, the heat radiation sheet 17 is formed on the substrate 1 as in the case where the heat radiation block 14 is made of an insulating material such as ceramics. When there is almost no concern that the circuit and the case 16 are conductively connected, the heat dissipation sheet 17 may be made of a conductive material.
[0044]
Further, in each of the above embodiments, the heat dissipation block 14 is in indirect contact with the case 16 via the heat dissipation sheet 17. For example, one of the heat dissipation block 14 and the case 16 is made of an insulating material. When there is almost no concern that the circuit formed on the substrate 1 and the case 16 are conductively connected as in the case of the case, the heat radiating sheet 17 is omitted and the heat radiating block 14 is brought into direct contact with the case 16. Also good.
[0045]
Further, in the example shown in FIG. 1B, the number of the heat radiating through holes 11 is five. However, the heat radiating through holes 11 are not limited to the number, and an appropriate number may be used. It can be provided. Further, in the example shown in FIG. 1B, the heat radiating through hole 11 has a circular hole cross-sectional shape, but the heat radiating through hole 11 is not limited to a hole cross sectional shape. Various shapes such as a slit shape and a polygonal shape can be adopted.
[0046]
Further, in each of the above embodiments, the heating element 2 is accommodated in the resin package 3, but the present invention can also be applied to the case where the heating element 2 is mounted on the substrate 1 in an exposed state. .
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, the substrate fever element is mounted radiating through hole penetrating the substrate surface opposite to the directly below the mounting region surface of the heat generating elements are formed, were or, mounting the heating element the substrate surface opposite the area surface and the heat sink block is provided, the heat of the heating element is a structure which is radiated is propagated to the heat sink block through a path passing over Kiho thermal through hole, conventional Unlike the solid pattern shown in the example, there is no need to widely form a heat-dissipating member on the board surface on which the heating element is mounted, and the heat-dissipating structure of the heating element reduces the component mounting density of the board. Can be prevented.
[0048]
In addition, since the heat dissipation structure for the heat generating element of the present invention can be configured without using expensive parts such as the heat sink, it is possible to suppress an increase in the price of the module incorporating the heat generating element.
[0049]
Furthermore, the heat dissipating block is formed on the surface of the substrate opposite to the surface where the heat generating element is mounted. In a module incorporating a heat generating element, a space is always provided between the surface of the heat dissipating block and the case. Therefore, it is not necessary to provide a space for forming the heat dissipation block, and an increase in the size of the module having the heat dissipation structure of the heat generating element can be prevented.
[0052]
In the module having the heat dissipation structure of the heat generating element which is characteristic in the present invention, the heat dissipation block is brought into contact with the case of the module, and the heat transmitted from the heat dissipation element to the case is dissipated to the case. Since the heat of the heat generating element is transferred from the heat dissipation block to the case having an extremely large surface area, the heat dissipation of the heat generating element can be further improved.
[0053]
In a module in which the space surrounded by the substrate surface on which the heat dissipation block is formed and the case is filled with a highly thermally conductive material, heat can be more efficiently propagated from the heat dissipation block to the case. As a result, the heat dissipation of the heating element can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a module having a heat-dissipating structure of a heat generating element characteristic in the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a module having a heat-dissipating structure for heat-generating elements that is characteristic in the second embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view showing a heat dissipation structure example of a conventional heat generating element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Heating element 3 Resin package 10 Fin 11 Heat dissipation through-hole 12 Heat transfer material 14 Heat dissipation block 15 Circuit component 16 Case 17 Heat dissipation sheet 20 Space part 21 High thermal conductivity material

Claims

A heat-dissipating through hole is formed in the substrate on which the heating element is mounted so as to penetrate from the mounting region surface of the heating element to the opposite substrate surface immediately below the mounting region surface, on the substrate surface opposite to the heating element mounting region surface. Has a heat dissipating block, and has a heat dissipating structure for the heat generating element in which a heat transfer path is formed to transfer heat of the heat generating element to the heat dissipating block through a path passing through the heat radiating through hole. the circuit component parts including the heating elements provided et al is, a module heat sink block and the substrate and the circuit components, which are housed inside the case, the heat dissipation block through the directly or insulating member to the inner surface of the case A module having a heat-dissipating structure for a heat-generating element, wherein the heat transmitted from the heat-generating element to the heat-dissipating block is radiated from the heat-dissipating block to the case.

A heat-dissipating through hole is formed in the substrate on which the heating element is mounted so as to penetrate from the mounting region surface of the heating element to the opposite substrate surface immediately below the mounting region surface, on the substrate surface opposite to the heating element mounting region surface. the heat sink block is provided in, has a heat radiation structure of the heating element heat transfer path for transferring heat to the path heat sink block through a heat radiating holes of the heating element is formed, above the said substrate circuit components including a heat generating element is provided, et al is, the heat dissipation block and the substrate and the circuit component is a module composed housed inside the case, and the substrate surface on which the heat dissipation block is formed, surrounded by the casing A module having a heat dissipation structure for a heating element, wherein the space portion is filled with a highly heat conductive material.

Module having a heat radiation structure of the heat generating element according to claim 1 or claim 2 wherein heating element is characterized in that it constitutes a formed housed in a resin package.