(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）上に、使用温度に制約を有する部品若しくは素子からなる温度制約部品（２）と、動作時に発熱が生じる部品若しくは素子からなる第１の発熱部品（３、３ａ）とを配置してなる混成集積回路の実装構造において、
前記基板（１）の熱伝達率は、前記基板（１）の平面方向の距離の二乗に反比例する関係を有しており、
前記温度制約部品（２）と前記第１の発熱部品との間の距離をＬ１、前記温度制約部品（２）の周囲の雰囲気温度をＴａ、前記温度制約部品（２）自身の発熱による温度上昇をＴｂ、前記第１の発熱部品（３、３ａ）の発熱温度をＴｈ１、前記温度制約部品（２）の制約温度をＴｃ、前記温度制約部品（２）と前記第１の発熱部品（３、３ａ）との間における前記基板（１）の熱伝達係数をｋ、前記第１の発熱部品（３、３ａ）の近傍の熱伝達率における誤差範囲をα、前記第１の発熱部品（３、３ａ）の遠方の熱伝達率における誤差範囲をβとした場合に、
【数１】
0003684903.tif 000005
を満たすように、前記温度制約部品（２）と前記第１の発熱部品（３、３ａ）とが配置されていることを特徴とする混成集積回路の実装構造。
【請求項２】
動作時に発熱が生じる第２の発熱部品（３ｂ）を有し、
該第２の発熱部品（３ｂ）と前記温度制約部品（２）との間の距離をＬ２、該第２の発熱部品（３ｂ）の発熱温度をＴｈ２、前記第１の発熱部品（３、３ａ）の発熱による前記温度制約部品（２）の温度上昇をＴｅ１とした場合に、
【数２】
0003684903.tif 000006
を満たすように、前記温度制約部品（２）と前記第２の発熱部品（３ｂ）とが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の混成集積回路の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
使用温度に制約がある部品と、通電時に発熱が生じる部品（素子）とが混在する混成集積回路の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の混成集積回路としては、消費電力が大きいパワー部品を取り込みつつ、小型化が求められる傾向にある。
使用温度に制約がある部品若しくは素子（以下、温度制約部品という）と、動作時（通電時）に発熱が生じる部品もしくは素子（以下、発熱部品という）とが混在する混成集積回路がある。この回路では、発熱部品の発熱による温度上昇が生じても温度制約部品が所定温度（所望の部品特性が得られる温度）以下になるようにする必要があるため、従来では、混成集積回路を配置する基板サイズを拡大させたり、基板に放熱フィンを備えることによって、混成集積回路で発生した熱を効率よく放熱させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板サイズの拡大や放熱フィンの装備は、混成集積回路の大型化を招き、上記した混成集積回路の小型化とは相反するという問題がある。
また、放熱作用を得るために、部品点数を増加させたり、加工工数を増加させたりしてコストアップを招くという問題も生じさせる。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みてなされ、発熱部品の発熱による温度上昇が生じても温度制約部品が所望の特性となり、かつ混成集積回路の小型化を図ることができる混成集積回路の実装構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明においては、基板（１）の熱伝達率は、基板（１）の平面方向の距離の二乗に反比例する関係を有しており、温度制約部品（２）と第１の発熱部品（３、３ａ）との間の距離をＬ１、温度制約部品（２）の周囲の雰囲気温度をＴａ、温度制約部品（２）自身の発熱による温度上昇をＴｂ、第１の発熱部品（３、３ａ）の発熱温度をＴｈ１、温度制約部品の制約温度をＴｃ、温度制約部品（２）と第１の発熱部品（３、３ａ）との間における基板（１）の熱伝達係数をｋ、第１の発熱部品（３、３ａ）の近傍の熱伝達率における誤差範囲をα、第１の発熱部品（３、３ａ）の遠方の熱伝達率における誤差範囲をβとした場合に、上記数１を満たすように、温度制約部品（２）と第１の発熱部品（３、３ａ）とを配置することを特徴とする。
【０００６】
このように、温度制約部品（２）と発熱部品（３、３ａ）との間が距離Ｌ１を満たすように、温度制約部品（２）と発熱部品（３、３ａ）とを配置することにより、距離Ｌ１という短い間隔で温度制約部品（２）と発熱部品（３、３ａ）とを配置しても、温度制約部品（２）が制約温度を超えることがない。従って、温度制約部品（２）の所望の特性を得ることができるとともに、混成集積回路の小型化を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明においては、動作時に発熱が生じる第２の発熱部品（３ｂ）を有し、第２の発熱部品（３ｂ）と温度制約部品（２）との間の距離をＬ２、第２の発熱部品（３ｂ）の発熱温度をＴｈ２、第１の発熱部品（３、３ａ）の発熱による温度制約部品（２）の温度上昇をＴｅ１とした場合に、上記数２を満たすように、温度制約部品（２）と第２の発熱部品（３ｂ）とが配置されていることを特徴としている。
【０００８】
このように、複数の発電部品が基板（１）上に配置される場合には、温度制約部品（２）とそれぞれの発熱部品（３ａ、３ｂ）との間が所定の距離となるようにすることで、発熱部品（３ａ、３ｂ）が複数配置される場合においても、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態に従って説明する。
図１に本発明の一実施形態を適用した混成集積回路の実装構造を示す。以下、図１に基づいて混成集積回路の実装構造を説明する。
図１に示すように、混成集積回路は、セラミックやガラスエポキシ樹脂などで構成された基板１上に、複数の部品を備えた構成となっている。複数の部品は、それぞれ、温度制約部品２、発熱部品３、コンデンサや抵抗などの電子部品４で構成されている。ここで、温度制約部品２とは、一般的にジャンクション温度（Ｔｊ）が１５０℃とされている半導体素子や、約１７０℃程度から軟化するはんだで接続された部品又は、温度特性上から使用温度が制約されている抵抗体やコンデンサなどを示す。また、発熱部品３とは、パワーＭＯＳトランジスタを始めとする大電力半導体素子や抵抗体及びコイルなどの動作上発熱するものすべてを示す。
【００１０】
そして、発熱部品３と温度制約部品２との間の距離Ｌ１が数３を満たすように、発熱部品３と温度制約部品２とが配置されている。
【００１１】
【数３】
0003684903.tif 000002
【００１２】
ただし、Ｔａ；周囲温度、Ｔｂ；温度制約部品２自体の発熱温度、ｋ；基板１の熱伝達係数、Ｔｃ；温度制約部品２の制約温度（所望の特性が得られる温度）Ｔｈ１；発熱部品３の発熱温度、α、β；基板１の熱伝達率における誤差範囲である。
この数３について説明する。
【００１３】
まず、温度制約部品２の温度について考えてみると、温度制約部品２の温度は、温度制約部品２自体の発熱温度Ｔｂと、温度制約部品２の周囲温度、及び発熱部品３を発熱源として伝達された熱による温度上昇との和によって表わされる。これらのうち、発熱部品３を発熱源として伝達された熱による温度上昇については、発熱部品３と温度制約部品２との間の距離Ｌ１によって変化するため、上記和が温度制約部品２の制約温度を超えないように距離Ｌ１を設定する必要がある。
【００１４】
そこで、発熱部品３と温度制約部品２との間の距離と、これらの間における基板１の熱伝達率との関係を調べたところ、図２に示す特性が得られた。この図に示されるように、熱伝達率の絶対値は、距離Ｌ１の二乗に反比例（１／Ｌ１2 ）して大きくなるように変化する。このため、発熱部品３から伝達された熱による温度上昇は、（ｋ／Ｌ１2 ＋β）×Ｔｈで示される。そして、温度制約部品２の温度が制約温度Ｔｃ以下であることが必要とされるため、温度制約部品２の温度として許容される温度、すなわち制約温度Ｔｃは数４のように表わすことができる。
【００１５】
【数４】
0003684903.tif 000003
【００１６】
この数４を距離Ｌ１の式に変換すると、数１が導き出される。これにより、発熱部品と温度制約部品２との間の距離Ｌ１は、想定される各種温度に対して、温度制約部品２の温度が制約温度を超えない程度に設定される。
この距離Ｌ１は、基板１として用いられているセラミックや樹脂などが金属などと比べて熱伝導性が劣っており比較的大きな温度勾配を生じる材料であることから、比較的小さな値となる。このため、距離Ｌ１を上記数１を満たす値とすることにより、発熱部品３と温度制約部品２との間の距離Ｌ１が、温度制約部品２の温度を制約温度以下にできる最短距離とすることができるため、各部品間を最短距離で結線することができる。このため、温度制約部品２の温度が制約温度を超えないようにできるだけでなく、混成集積回路の小型化を図ることもできる。
【００１７】
さらに、最短距離での結線が可能となるため、配線抵抗の低減を図れるという効果も得られる。また、これにより、配線に大電流を流すことによる発熱を抑制することができ、温度制約部品２の温度上昇の抑制が行えるという相乗効果も得られる。
なお、図示されていないが、温度制約部品２と発熱部品３との間の導体パターン密度をできるだけ小さくしている。これにより、基板１の熱伝導係数の絶対値を大きくすることができ、距離Ｌ１をさらに小さくすることができるという効果が得られ、さらなる高集積化を図ることができる。
【００１８】
また、混成集積回路に電気的又は構造的に接続される物、例えばクリップやコネクタなどの近傍に発熱部品３を配置することにより、発熱部品３が発生した熱をこれらの物を通じて放熱することも可能である。さらに、本実施形態では、基板寸法について特に説明していないが、熱伝達係数は基板寸法に大きく依存し、基板寸法を大きくすれば熱伝達係数の絶対値が小さくなり、発熱部品３の発熱が温度制約部品２に伝達され難くなるということが判った。このため、基板寸法を大きくすることにより、基板１内において発熱部品３と温度制約部品２との間を狭くすることができ、基板１内の他の構成要素の配置スペースを増加させ、他の構成要素の配置自由度を向上させることも可能である。
【００１９】
（第２実施形態）
図３に本発明の第２実施形態における混成集積回路の実装構造を示す。以下、図３に基づいて、本実施形態における混成集積回路の構成を説明する。ただし、図３において、図１と同じ構成である部分については、説明を省略する。
本実施形態では、温度制約部品２や発熱部品３が基板１上に複数個配置されている場合について説明する。ただし、本実施形態では、便宜上温度制約部品２が１つに対して２個の発熱部品３ａ、３ｂを配置する場合を例に挙げて説明する。
【００２０】
図３に示すように、温度制約部品２に対して距離Ｌ１の位置に発熱部品３ａが配置されており、距離Ｌ２の位置に発熱部品３ｂが配置されている。このような場合、温度制約部品２の温度が発熱部品３ａと発熱部品３ｂの双方に発熱によって上昇するため、これら双方による発熱を考慮して距離温度Ｌ１、Ｌ２を設定するようにしている。
【００２１】
具体的には、まず、温度制約部品２が発熱部品３ａの発熱によって受ける温度上昇Ｔｅ１は、数５のように求められる。
【００２２】
【数５】
Ｔｅ１＝（ｋ／Ｌ１2 ＋β）Ｔｈ１
但し、Ｔｈ１；発熱部品３ａの発熱温度である。
そして、温度制約部品２の温度は、温度制約部品２自体のもともとの温度Ｔｂと、温度制約部品２の周囲温度、及び発熱部品３ａと発熱部品３ｂを発熱源として伝達された熱による温度上昇との和に相当するため、温度制約部品２と発熱部品３ｂとの間の距離Ｌ２は、数６のように表わされる。
【００２３】
【数６】
0003684903.tif 000004
【００２４】
但し、Ｔｈ２；発熱部品３ａの発熱温度である。
このため、数５、数６に基づいて、温度制約部品２の温度が制約温度以下となるように距離Ｌ１、Ｌ２を任意に設定することにより、温度制約部品２に対して複数の発熱部品３ａ、３ｂが存在するような場合でも、温度制約部品２の温度が制約温度以上になることを防止することができる。
【００２５】
なお、温度制約部品２が複数個あり、発熱部品が複数個あるような場合についても、本実施形態と同様に、各温度制約部品２について各発熱部品の発熱によって生じる温度上昇をそれぞれ検討することによって、各温度制約部品２の温度がそれぞれの制約温度を超えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における混成集積回路の実装構造を示す図である。
【図２】１／（距離の二乗）と熱伝達率との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態における混成集積回路の実装構造を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２…温度制約部品、３、３ａ、３ｂ…発熱部品、４…電子部品。
【図１】
0003684903.tif 000007
【図２】
0003684903.tif 000008
【図３】
0003684903.tif 000009