(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に面実装された部品の熱を、当該部品の電極端子から前記回路基板の本体に埋め込まれた金属体を介して放熱部材に伝達させる方式の回路基板装置において、
前記金属体は、前記電極端子に接合された部分の両側から夫々外部に延長させた形の拡張部分を備え、前記放熱部材は、前記回路基板に対する取付面に窪み部分を備え、
前記放熱部材は、前記窪み部分以外の平面部分により前記拡張部分に熱的に結合された状態で前記回路基板に取り付けられ、このとき前記回路基板の裏面で前記面実装された部品の裏側に、前記窪み部分により所望の広さの空間が形成されることを特徴とする回路基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に放熱部材を備えた回路基板装置に係り、特に、発熱の大きな部品を回路基板に面実装した回路基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板には、通常、電子デバイスや回路素子など各種の部品が搭載されるが、このとき搭載される部品の種類によっては動作に大きな発熱を伴い、放置すれば動作中に温度が上昇してしまう。
このことは、搭載される部品がトランジスタや発光ダイオードなど電力用電子デバイスの場合、特に著しく、従って、このような発熱の多い、いわゆる発熱部品の搭載に際しては、何らかの放熱手段を適用し、温度上昇を抑える必要がある。
そこで、従来から回路基板に放熱部材を取り付けて回路基板装置とし、放熱が促進されるようにしている。
【０００３】
ところで、回路基板には、通常、面実装型の部品、いわゆる面実装部品が用いられるが、この場合、発熱部品の熱は、当該部品が搭載されている回路基板を介して放熱部材に伝導されるのが通例である。
しかして、この場合、回路基板の本体は電気絶縁材に限られるため、例えばダイヤモンドなどの特定の材質のものを除き、通常、あまり大きな熱伝導性は期待できない。
【０００４】
そこで、或る従来技術によれば、配線基板の本体にスルーホールを設け、当該スルーホールにより、配線基板の厚み方向に高い熱伝導性を与えて効率的な放熱が得られるようにしている(例えば特許文献１参照)。
また、他の従来技術によれば、プリント回路の基板本体に金属体を埋め込む方法について提案している。そこで、以下、この従来技術について、図４により説明する。
【０００５】
ここで、この図４において、(a)は、正面から見た図で、(b)は、Ａ−Ａ’線による断面図、(c)は、裏面から見た図、そして(d)は、放熱部材に組み合わされた状態を側面から見た図であり、これらの図において、１は回路基板、２は発熱部品、３は金属体、４は回路パターン、５はランドパターン、６、７は発熱部品の電極端子、８は回路パターン、９は半田層、１０はグランドパターン、１１は樹脂層、それに１２は放熱部材である。
【０００６】
ここで、まず、回路基板１は、例えばガラス−エポキシ板を基板本体とし、これに、図示のように、回路パターン４、８とランドパターン５、それにグランドパターン１０などの導体層のパターンを設けたものである。
ここで、この回路基板については、プリント基板や配線基板と呼ばれる場合もある。
【０００７】
そして、この回路基板１に発熱部品２が装着されるが、この従来技術では、発熱部品２がＦＥＴの場合のものであり、従って、電極端子６、７は、それぞれＦＥＴのソース、ドレイン、ゲートの各電極の端子となる。
このとき発熱部品の熱は、主に特定の電極から流れ出すので、当該電極の端子を発熱端子とすると、この従来技術の場合、電極端子７が発熱端子となる。
なお、この回路基板１には、発熱部品２以外にも他の部品が搭載され、他の回路パターンが形成される場合が一般的であるが、ここでは省略してある。
【０００８】
次に、金属体３は、銅などの金属を電極端子７と略同じ平面形状にして回路基板１の本体に埋め込み、熱の伝導路としたもので、このため、例えば所望の平面形状のスルーホールを形成し、これに、スルーホールと同じ平面形状の銅板を嵌め込んだり、メッキして銅を充填したりした上で、表面を基板本体の配線パターンと面一(ツライチ)に仕上げたものである。
そして、この金属体３の一方の面に発熱端子である電極端子７が半田層９により接合され、各々のランドパターン５には電極端子６が半田層９により接合され、この結果、発熱部品２が回路基板１に装着(面実装)されることになる。
【０００９】
ここで、グランドパターン１０は、図示のように、回路基板１の裏面、つまり発熱部品２の装着面とは反対側の面に全面にわたって設けられた導体層で、その名の如く接地電位にされる。
なお、このグランドパターン１０は、このとき回路基板１に形成された回路がマイクロストリップラインを構成している場合には必須であるが、そうでなければ必ずしも必要なものではない。
【００１０】
そして、この回路基板１の裏面で発熱部品２が表面に装着されている部分の裏側に、図４(d)に示されているように、樹脂層１１により放熱部材１２が接着され、回路基板装置として完成されることになる。
このとき、樹脂層１１には、例えばシリコン樹脂など、比較的熱伝導性のよい合成樹脂が用いられ、これにより、回路基板１と放熱部材１１の結合に良好な熱伝導性能が与えられるようにする。
なお、シリコン樹脂の場合、その熱伝導率は約１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)である。
【００１１】
次に、放熱部材１２には、例えばアルミニウムやアルミニウム合金など、従来から放熱用の部材として一般的な金属材料が用いられ、放熱フィンを備えた一体成型部材として作られている。
なお、放熱フィンは図示されていない。
【００１２】
従って、この従来技術によれば、発熱部品２の熱が熱伝導性に優れた金属体３を介して放熱部材１２に伝達されるので、効率的な放熱が得られ、通電動作中における発熱部品２の温度を適正な範囲に容易に收めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２１０８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術は、発熱部品の両面実装について配慮がされておらず、実装密度の向上に問題があった。
従来技術においては、図４により説明したように、回路基板１の裏面、つまりプリント回路パターンが形成されている面とは反対側の面に放熱部材１２が取り付けられている。
このため回路基板１を両面プリント回路基板にしても、その裏面で金属体１０がある部分には発熱部品が搭載できず、従って、両面実装による実装密度の向上に問題が生じてしまうのである。
【００１５】
本発明の目的は、金属体による放熱性能を維持したまま発熱部品が両面実装できるようにした回路基板装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的は、回路基板に面実装された部品の熱を、当該部品の電極端子から前記回路基板の本体に埋め込まれた金属体を介して放熱部材に伝達させる方式の回路基板装置において、前記金属体は、前記電極端子に接合された部分の両側から夫々外部に延長させた形の拡張部分を備え、前記放熱部材は、前記回路基板に対する取付面に窪み部分を備え、前記放熱部材は、前記窪み部分以外の平面部分により前記拡張部分に熱的に結合された状態で前記回路基板に取り付けられ、このとき前記回路基板の裏面で前記面実装された部品の裏側に、前記窪み部分により所望の広さの空間が形成されるようにして達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、放熱部材に窪み部分を設けても、金属体による熱伝達に支障を来す虞がない。
従って、本発明によれば、回路基板の裏面に、放熱部材の窪み部分によるスペースが作り出せ、この結果、回路基板の両面に発熱部品が面実装でき、実装密度を上げ、回路基板の小型化が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による回路基板装置の第１の実施形態を示す分解説明図である。
【図２】本発明による回路基板装置の第２の実施形態を示す一部断面図である。
【図３】本発明による回路基板装置の第３の実施形態を示す一部断面図である。
【図４】従来技術による回路基板装置の一例を示す分解説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による回路基板装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
ここで図１は、本発明の第１の実施形態で、これは、本発明を、両面基板構成の回路基板装置に適用した場合の一実施の形態であり、この図１において、(a)は、正面から見た図で、(b)は、Ａ−Ａ’線による断面図、(c)は、裏面から見た図、それに(d)は、放熱部材に組み合わされた状態を側面から見た図である。
【００２０】
そして、これらの図において、１５は両面回路基板、２０は発熱部品、３０は金属体、４０は回路パターン、５０はランドパターン、６０、７０は発熱部品の電極端子、８０は回路パターン、１００はグランドパターン、１２０は放熱部材、１２１は平面部分、それに１２２は窪み部分である。
なお、この図１の実施形態でも、発熱部品２、回路パターン４、ランドパターン５、発熱部品２の電極端子６、７、回路パターン８、半田層９、それに樹脂層１１は、図４の従来技術の場合と同じである。
【００２１】
ここで、まず、両面回路基板１５は、例えばガラス−エポキシ板を基板本体とし、その一方の面(以下、表面という)に回路パターン４、８とランドパターン５などの導体層(銅箔層)パターンが設けられ、他方の面(同、裏面という)は回路パターン４０、８０とランドパターン５０などの導体層パターンが設けられたものであるが、ここで、この実施形態の場合、基板本体が内層としてグランドパターン１００を備えたもので構成されている。
【００２２】
そして、この両面回路基板１５の表面に発熱部品２が、裏面には発熱部品２０が夫々装着されるが、ここで、この実施形態でも、発熱部品２、２０が何れもＦＥＴの場合であり、従って、電極端子６、６０、７、７０が夫々のＦＥＴにおけるソース、ドレイン、ゲートの各電極の端子となり、このとき、電極端子７、７０が発熱端子になっている。
なお、ここでは省略してあるが、この実施形態においても、両面回路基板１５には、発熱部品２、２０以外にも他の部品が搭載され、他の回路パターンが形成される場合があるのは、従来技術の場合と同じである。
【００２３】
次に、金属体３０は、銅を、両面回路基板１５の本体に埋め込んだもので、これも従来技術と同様、例えば所望の平面形状のスルーホールを銅により形成し、これに、スルーホールと同じ平面形状の銅板を嵌め込んだり、銅をメッキして充填したりした上で、表面を基板本体の配線パターンと面一(ツライチ)に仕上げたもので、熱伝導体として機能するが、しかし、この金属体３０の場合、従来技術における金属体３と比較した場合、その平面形状に特徴がある。
【００２４】
ここで、まず、従来技術の場合、その金属体３は、図４から明らかなように、電極端子７の平面形状と略同じ平面形状をしている。
しかして、この実施形態の場合、その金属体３０は、発熱部品２の電極端子７に接触する部分の平面形状と略同じ平面形状をした部分があるのは勿論であるが、それだけではなく、図１に示されているように、更に、その両側から外部にはみ出して拡張された部分、すなわち拡張部分３０ａ、３０ｂが設けてあり、これが、この実施形態の特徴の一である。
【００２５】
そして、金属体３０の一方の面(表面)には、図１(a)、(b)に示すように、発熱部品２の電極端子７を半田層９により接合させ、他方の面(裏面)には、図１(b)、(c)に示すように、発熱部品２０の電極端子７０を半田層９により接合させる。このときランドパターン５には電極端子６を、そして、ランドパターン５０には電極端子６０を、夫々半田層９により接合させる。
【００２６】
この結果、両面回路基板１５の表面には発熱部品２が、裏面には発熱部品２０が夫々面装着される。
そこで、この両面回路基板１５の裏面に放熱部材１２０を取り付ければ回路基板装置として完成されることになるが、しかし、この実施形態の場合、両面回路基板１５の裏面には発熱部品２０が装着されている。
そこで、この実施形態では、放熱部材１２０に窪み部１２２を設け、これにより、以下に説明するように、発熱部品２０があっても、支障なく放熱部材１２０が取り付けられるようにしている。
【００２７】
ここで、放熱部材１２０は、通常、放熱フィンを備えた一体成型部材として、例えばアルミニウムやアルミニウム合金など、従来から放熱用の部材として一般的な金属材料を用いて作られている。
しかして、この点は、従来技術の場合と同じで、放熱フィンが図示されていない点でも同じであり、従って、この放熱部材１２０が、従来技術の放熱部材１２と異なっている点は、窪み部１２２が形成されている点にある。
【００２８】
そして、この窪み部１２２は、図示のように、平面部分１２１を残した形で、放熱部材１２０の両面回路基板１５が取り付けられる方の面に形成されている。
従って、この放熱部材１２０は、両面回路基板１５の裏面において、樹脂層１１を接着材として、平面部分１２１により金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂに取り付けられることになる。
このとき窪み部１２２は、特に図１(d)から明らかなように、放熱部材１２０が両面回路基板１５に取り付けられたとき、発熱部品２０が余裕を持って収容可能な大きさの空間Ｓが当該放熱部材１２０の中に形成されるように機能する。
【００２９】
そこで、両面回路基板１５の裏面に放熱部材１２０を取り付け、金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂに放熱部材１２０が結合されるようにしたとき、両面回路基板１５の裏面にある発熱部品２０は、窪み部１２２の中に余裕をもって納まることになり、従って、取り付けには何の支障もない。
【００３０】
このとき、樹脂層１１には、例えばシリコン樹脂など、比較的熱伝導性のよい合成樹脂が用いられ、これにより金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂと放熱部材１２０の間に充分な熱的結合が与えられるようにしてある。
ここで、シリコン樹脂の場合、その熱伝導率は約１７０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であることは前述の通りである。
【００３１】
ここで、この実施形態においては、発熱部品２と発熱部品２０の熱は、そのまま熱伝導性に優れた金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂを介して放熱部材１２０に伝達されるので、効率的な放熱が得られ、通電動作中における発熱部品２、２０の温度を適正な範囲に容易に收めることができる。
【００３２】
そして、この実施形態の場合、金属体３０には拡張部分３０ａ、３０ｂが設けられ、放熱部材１２０には窪み部１２２が設けられているので、金属体３０による優れた熱伝導性を保持したまま発熱部品の両面実装に対応することができ、従って、この実施形態によれば、実装密度の向上が容易に図れることになる。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態について説明すると、まず、図２は、両面回路基板１５に対する放熱部材１２０の取り付けにネジを用いた場合の一実施の形態で、この場合、放熱部材１２０の平面部分１２１に雌ねじ穴を設け、これに対応して両面回路基板１５にある金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂに通し孔を設けておき、ビス１３を用いて両面回路基板１５と放熱部材１２０を相互に締め付けて固定するのである。
【００３４】
この図２の実施形態の場合、金属体３０の拡張部分３０ａ、３０ｂに対する放熱部材１２０の接合が金属同士の直接的な接触により与えられるので、発熱部品２、２０から放熱部材１２０までの熱伝達が更に効率化され、従って、この実施形態によれば、放熱効果のより一層の向上が図れ、更に発熱量の多い発熱部品の搭載にも容易に対応することができる。
【００３５】
次に、図３は、発熱部品２０と放熱部材１２０の間に熱伝導体を設けた場合の一実施の形態で、図において、１６は樹脂部材で、例えば上記した熱伝導性が高いシリコン樹脂の板材で作られ、発熱部品２０と放熱部材１２０の窪み部１２２の間に介在させ、発熱部品２０の熱が樹脂部材１６を介して直接、放熱部材１２０に伝達されるようにしたものである。
【００３６】
この図３の実施形態の場合、発熱部品２０から放熱部材１２０に至る熱伝達経路が、樹脂部材１６によっても与えられるので、発熱部品２０として更に発熱量の多いものでも使用できるようになり、従って、この実施形態によれば、回路基板に搭載可能な部品の多様化にも容易に対応することができる。
【００３７】
ところで、以上に説明した実施形態では、両面回路基板として、何れも内層にグランドパターンを備えた場合を例に挙げているが、本発明はグランドパターンを持たない両面回路基板により実施してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１  回路基板
２  発熱部品(ＦＥＴなど通電動作中発熱する部品)
３  金属体(熱伝導用の金属部材)
４  回路パターン
５  ランドパターン
６、７  電極端子(発熱部品の電極端子)
８  回路パターン
９  半田層
１０  グランドパターン
１１  樹脂層
１２  放熱部材
１３  ビス
１５  両面回路基板
１６  樹脂部材(熱伝導用の樹脂部材)
２０  発熱部品(ＦＥＴなど通電動作中発熱する部品)
３０  金属体(熱伝導用の金属部材)
３０ａ、３０ｂ  拡張部分(金属体３０の両側から拡張された部分)
４０  回路パターン
５０  ランドパターン
６０、７０  電極端子(発熱部品の電極端子)
８０  回路パターン
１００  グランドパターン(両面回路基板１５の内層)
１２０  放熱部材
１２１  平面部分(放熱部材１２０の平面部分)
１２２  窪み部(放熱部材１２０の窪み部分)
Ｓ  空間(窪み部１２２により作り出された空間)
【図１】
0005611724.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005611724.tif 000005