(57)【要約】【課題】構成部品の数を大幅に増やすことなく放熱効率を向上させることができる導体パターンの放熱構造を提供する。【解決手段】基板１１の主面Ｐに形成された導体パターンの放熱構造１０であって、主面Ｐと交差する方向へ起立し、導体パターン１２の表面のうち一定範囲を占める領域の周りを取り囲む囲壁部１３１と、導体パターン１２の表面近傍に設けられ、この囲壁部１３１に取り囲まれた空間Ｓ内へ空気を流入させる給気口１３２と、を備えた煙突構造体１３を設けた。煙突構造体１３は金属製の囲壁部１３１で構成してもよく、この場合、囲壁部１３１を、導電性材料を用いて導体パターン１２に取り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に形成された導体パターンの放熱構造であって、
前記主面と交差する方向へ起立し、前記導体パターンの表面のうち一定範囲を占める領域の周りを取り囲む囲壁部と、前記導体パターンの表面近傍に設けられ、該囲壁部に取り囲まれた空間内へ空気を流入させる給気口と、を備えた煙突構造体を設けたことを特徴とする導体パターンの放熱構造。
【請求項２】
前記囲壁部が金属から成る、請求項１に記載の導体パターンの放熱構造。
【請求項３】
前記囲壁部が導電性材料を用いて前記導体パターンに取り付けられている、請求項１または請求項２に記載の導体パターンの放熱構造。
【請求項４】
前記導体パターンが前記煙突構造体の一部を構成する、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の導体パターンの放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の主面に形成された導体パターンの放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化が進むに従い、電子機器に用いる電子回路の高密度化、大電流化が求められている。かかる電子回路の一つとして、例えば、主面に回路配線用の導体パターンが形成されたプリント基板に種々の電子部品を実装したものが知られている。電子回路の大電流化により導体パターンを流れる電流量が増大すると、これに伴って導体パターンにおける発熱量も増大する。
【０００３】
そこで、大電流が流れる導体パターンの放熱対策として、種々の技術が下記特許文献に開示されている。例えば、放熱パターンを別途形成して放熱面積を拡大しつつ当該放熱パターンに黒色放熱層をさらに設けて熱輻射を利用する技術（特許文献１）、ジャンパー線やヒートシンク、あるいはバスバーなどの部材を導体パターンに取り付けて導体パターンの実質的な放熱面積を拡大する技術（特許文献２〜４）などが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、放熱面積の拡大にも限界があり、電子回路の更なる小型化等の要求への対応が困難である。また、電子回路の製造の際には多くの精密な作業（例えば、電子部品の基板への実装等）が要求されるにもかかわらず、構成部品の数が大幅に増加してしまうと、製造工数や更なる精密作業がこれに付随して増加する。その結果として、原材料費の高騰や生産効率の低下を招くおそれがあり好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−１１３７２号公報
【特許文献２】実開平５−７３９７８号公報
【特許文献３】実開平６−２３２６８号公報
【特許文献４】特開２００８−４８５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、構成部品の数を大幅に増やすことなく放熱効率を向上させることができる導体パターンの放熱構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板の主面に形成された導体パターンの放熱構造であって、前記主面と交差する方向へ起立し、前記導体パターンの表面のうち一定範囲を占める領域の周りを取り囲む囲壁部と、前記導体パターンの表面近傍に設けられ、該囲壁部に取り囲まれた空間内へ空気を流入させる給気口と、を備えた煙突構造体を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の導体パターンの放熱構造は、前記囲壁部が金属から成ることを特徴とする。
【０００９】
本発明の導体パターンの放熱構造は、前記囲壁部が導電性材料を用いて前記導体パターンに取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の導体パターンの放熱構造は、前記導体パターンが前記煙突構造体の一部を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の導体パターンの放熱構造によれば、導体パターンに対して煙突構造体を設けたことにより、通常では空気の流れが発生し難い導体パターンの周囲において、煙突効果を利用した空気の流れを発生させることができる。これにより、発熱した導体パターンに対する自然空冷を行い、導体パターンの放熱を促進させることができる。煙突構造体を取り付けたとしても、構成部品の数が大きく増加するわけではなく、また構造が大幅に複雑化することもない。
【００１２】
また、囲壁部が金属から成る導体パターンの放熱構造によれば、囲壁部を放熱フィンやヒートシンクとして機能させることができる。これにより、導体パターンの放熱に寄与する表面積が拡大し、導体パターンの放熱効果をさらに高めることができる。
【００１３】
さらに、囲壁部が導電性材料を介して導体パターンに取り付けられた導体パターンの放熱構造によれば、煙突構造体と導体パターンとが電気的に接続されているため、導体パターンに電流が流れるときの電気抵抗が低下する。これにより、導体パターンにおける発熱量を低減することができる。
【００１４】
しかも、導体パターンが煙突構造体の一部を構成する導体パターンの放熱構造によれば、基板の設置姿勢が限定されないため、基板の主面を水平方向以外の任意の方向（例えば、鉛直方向）に設置することができる。このため、煙突効果を確実に発現させるための煙突構造体の高さを確保しやすいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る導体パターンの放熱構造を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る導体パターンの放熱構造の図１に示すＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】他の実施形態に係る導体パターンの放熱構造を示す斜視図である。
【図４】他の実施形態に係る導体パターンの放熱構造の図３に示すII−II線に沿った断面図である。
【図５】本実施形態に係る導体パターンの放熱構造の変形例を示す断面図である。
【図６】さらに他の実施形態に係る導体パターンの放熱構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る導体パターンの放熱構造の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の導体パターンの放熱構造１０は、図１および図２に示すように、基板１１の主面Ｐ上に形成された導体パターン１２に対して煙突構造体１３を設けたことを特徴としている。なお、図２および図４中に示された白抜矢印は、以下に説明する「煙突効果」が生じたときの空気の流れを概略的に表したものである。
【００１７】
基板１１は、樹脂等で形成された所定形状の板状部材の表面（主面Ｐ）に、銅箔等の導体から成る導体パターン１２が形成されたプリント基板である。導体パターン１２は、標準的には３５μｍ程度の一様な厚みに形成される。本実施形態の導体パターン１２は、例えば、５ｃｍ×１０ｃｍ程度の方形状に形成されているが、その形状・大きさについて特に限定はない。導体パターン１２にパワーデバイスや端子、その他種々の電子部品１４を電気的に接続することにより、電子回路が形成される。この電子回路に電流が流れることによって、導体パターン１２は発熱する。
【００１８】
煙突構造体１３は、発熱した導体パターン１２の放熱を行うための放熱用部材である。煙突構造体１３は、煙突効果を利用して導体パターン１２の周囲にある空気の流れを発生させ、導体パターン１２に対する自然空冷を行う。本実施形態の煙突構造体１３は、導体パターン１２の表面のうち一定範囲を占める領域の周りを取り囲むように配設された囲壁部１３１と、導体パターン１２の表面近傍に設けられた給気口１３２と、を備えている。
【００１９】
囲壁部１３１は、所定の厚みを有する壁板Ｂが基板１１の主面Ｐと交差する方向へ起立して成り、この壁板Ｂに取り囲まれた開放空間Ｓを導体パターン１２の上方に形成する。囲壁部１３１を構成する壁板Ｂは、一つの構成部材として一体的に形成されたものであってもよく、あるいは複数の板状部材を組み立てて形成したものであってもよい。囲壁部１３１の高さは、少なくとも煙突効果を発現させることが可能な高さを確保できればよく、例えば、導体パターン１２の面積、基板１１に実装される各電子部品１４の配置、電子機器における基板１１の設置スペースなどに応じて適宜設計される。
【００２０】
本実施形態の囲壁部１３１は、壁板Ｂが導体パターン１２の周縁部よりもやや内側から導体パターン１２の表面に対し直交する方向へ起立しているが、例えば、壁板Ｂに取り囲まれた開放空間Ｓ側における互いの交差角度が鈍角となる方向へ起立する形態であってもよい。この場合、囲壁部１３１の外形は、中空角錐台の側壁に相当する部分と同様の形状（即ち、基板１１の主面Ｐに対し所定角度だけ傾斜したテーパー形状）を成す。
【００２１】
また、本実施形態の囲壁部１３１は、壁板Ｂが導体パターン１２の表面のうち周縁部に沿って周縁形状と相似する方形状の領域を取り囲むように構成されているが、導体パターン１２の表面において壁板Ｂが取り囲むべき領域の外周形状は特に限定されず、例えば、導体パターン１２に接続される電子部品１４の配置や大きさ等に応じて適宜設計変更が可能である。また、導体パターン１２の表面において壁板Ｂが取り囲むべき領域の面積は、確保可能な囲壁部１３１の高さとの関係を考慮して煙突効果の発現に適した範囲で設定される。
【００２２】
囲壁部１３１の材質については、煙突構造を維持するために熱変形を防止する観点から、定形耐熱性に優れた金属や樹脂などの材料を用いるのが好ましい。本実施形態の囲壁部１３１は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導率が高い金属材料から成る壁板Ｂが用いられている。囲壁部１３１に金属製の壁板Ｂを用いれば、囲壁部１３１を放熱フィンやヒートシンクとして機能させることができる。そのため、導体パターン１２の放熱に寄与する表面積が拡大し、導体パターン１２の放熱効果をさらに高めることができる。
【００２３】
さらに、本実施形態のように囲壁部１３１が金属製の壁板Ｂから成る場合、囲壁部１３１は、不図示の導電性材料（例えば、はんだ、導電性接着剤など）を用いて導体パターン１２に取り付けられることが望ましい。これにより、煙突構造体１３と導体パターン１２とが電気的に接続されるため、導体パターン１２に電流が流れるときの電気抵抗が低下し、導体パターン１２における発熱量を低減することができる。
【００２４】
給気口１３２は、囲壁部１３１に取り囲まれた開放空間Ｓへ空気を流入させるための開口部である。本実施形態では、囲壁部１３１を構成する壁板Ｂの一部に所定形状の切欠きが設けられており、この切欠きを導体パターン１２の表面側に配置して囲壁部１３１を導体パターン１２に取り付けることで導体パターン１２の表面近傍に形成される隙間が給気口１３２を構成する。
【００２５】
給気口１３２の形状、大きさ、数、および囲壁部１３１の周方向における給気口１３２の配置については、例えば、囲壁部１３１の形態および導体パターン１２の周囲における電子部品１４の実装形態などに応じて、煙突効果における開放空間Ｓ内への給気速度が高まる最適な形態が選択される。ここでいう囲壁部１３１の形態として、具体的には、壁板Ｂの高さ、導体パターン１２の表面において壁板Ｂが取り囲む領域の外周形状、当該領域の面積などが挙げられる。また、電子部品１４の実装形態として、具体的には、電子部品１４から囲壁部１３１までの距離、導体パターン１２の表面に対する電子部品１４の高さなどが挙げられる。
【００２６】
本実施形態では、矩形状の給気口１３２が、囲壁部１３１の長手方向両側壁面における下端部に２箇所ずつ、囲壁部１３１の短手方向両側壁面における下端部に１箇所ずつ、それぞれの下端部の略全域にわたって合計６箇所設けられている。また、本実施形態において、各給気口１３２の高さ（導体パターン１２の表面から壁板Ｂまでの間隔）は、例えば、囲壁部１３１の高さの１／２０〜１／１０程度のサイズに設計されている。
【００２７】
次に、本実施形態の導体パターンの放熱構造１０の作用について説明する。上述したとおり、基板１１の主面Ｐ上に形成された導体パターン１２に電流が流れると、導体パターン１２は発熱する。このとき、導体パターン１２に対して設けられた煙突構造体１３により、導体パターン１２の周囲において煙突効果が生じる。
【００２８】
具体的には、図２に示すように、煙突構造体１３の内部（本実施形態では、開放空間Ｓ内）にある空気が、発熱した導体パターン１２によって暖められて上昇し、開放空間Ｓから煙突構造体１３の外部へ移動する。すると、煙突構造体１３の内部は負圧になり、煙突構造体１３の外部にある空気が給気口１３２を通じて煙突構造体１３の内部へ誘引される。さらに、給気口１３２から煙突構造体１３の内部へ流入した空気は、発熱した導体パターン１２によって暖められて上昇し、開放空間Ｓから煙突構造体１３の外部へ移動する。煙突構造体１３は、このようなサイクルによって、導体パターン１２の周囲にある空気の流れを発生させる。
【００２９】
このような空気の流れのなかで、導体パターン１２で発生した熱が導体パターン１２の表面近傍にある空気との熱交換によって当該空気へ移動することにより、導体パターン１２は放熱される。こうして、発熱した導体パターン１２に対する自然空冷が行われるのである。特に、煙突構造体１３における給気口１３２の形状や囲壁部１３１に対する給気口１３２の高さなどを最適化することにより給気口１３２を通過する空気の流速が高められ、導体パターン１２の放熱効率をより高めることが可能となる。
【００３０】
本実施形態の導体パターンの放熱構造１０によれば、導体パターン１２に対して煙突構造体１３を設けたことにより、通常では空気の流れが発生し難い導体パターン１２の周囲において、煙突効果を利用した空気の流れを発生させることができる。これにより、発熱した導体パターン１２に対する自然空冷を行い、導体パターン１２の放熱を促進させることができる。
【００３１】
また、囲壁部１３１が熱伝導性の高い金属から成るため、囲壁部１３１を放熱フィンやヒートシンクとして機能させることができる。これにより、導体パターン１２の放熱に寄与する表面積が拡大し、導体パターン１２の放熱効果をさらに高めることができる。これに加えて、導体パターン１２からの熱が壁板Ｂにも伝達されることで、導体パターン１２の表面近傍の空気のみならず煙突構造体１３の内部にある空気全体が熱交換媒体となる。このため、煙突構造体１３の内部における熱交換効率が高められ、煙突効果における煙突構造体１３の誘引力を増大させることができる。
【００３２】
さらに、囲壁部１３１が導電性材料を用いて導体パターン１２に取り付けられているため、煙突構造体１３と導体パターン１２とが電気的に接続されている。これにより、導体パターン１２に電流が流れるときの電気抵抗が低下し、導体パターン１２における発熱量を低減することができる。
【００３３】
このように、本実施形態の導体パターンの放熱構造１０は、上述した煙突構造体１３を採用することで、放熱フィンやヒートシンクなどの周知の放熱用部材および導体パターン１２の表面積拡大などの周知の放熱手段と同様の放熱機能を併せ持ちながら、煙突効果を利用した空冷機能をさらに付与することができる。したがって、導体パターン１２の放熱効率をより高めることが可能となる。しかも、煙突構造体１３を取り付けたとしても、構成部品の数が大きく増加するわけではなく、また構造が大幅に複雑化することもない。
【００３４】
以上、本実施形態の導体パターンの放熱構造１０について説明したが、本発明に係る導体パターンの放熱構造は、その他の形態で実施することもできる。
【００３５】
例えば、本発明において、煙突構造体の形態は、基板の設置態様に応じて適宜設計変更することができる。具体的には、図３および図４に示す導体パターンの放熱構造２０ように、基板１１の主面Ｐが鉛直方向に設置される場合には、導体パターン１２が煙突構造体２３の一部を構成する形態であってもよい。煙突構造体２３は、囲壁部２３１、給気口２３２、および排気口２３３を備えている。
【００３６】
囲壁部２３１は、基板１１の主面Ｐと交差する方向へ起立して成り、所定の厚みを有する壁板Ｂ'と、この壁板Ｂ'に取り囲まれた空間Ｓ'を覆う被覆板Ｂ"とから構成されている。壁板Ｂ'および被覆板Ｂ"は、一つの構成部材として一体的に形成されたものであってもよく、あるいは複数の板状部材を組み立てて形成したものであってもよい。
【００３７】
給気口２３２は、上述した給気口１３２と同様に、囲壁部２３１を構成する壁板Ｂ'の一部に切欠きが設けられており、この切欠きを導体パターン１２の表面側に配置して囲壁部２３１を導体パターン１２に取り付けることで、導体パターン１２の表面近傍に形成されている。本実施形態では、矩形状の給気口２３２が、煙突構造体２３の下方側に配置される囲壁部２３１の短手方向壁面にのみ設けられているが、例えば、囲壁部２３１の長手方向両壁面のうち煙突構造体２３の下方側に位置する部分に所定形状の切欠き又は貫通孔が設けられていてもよい。
【００３８】
排気口２３３は、給気口２３２と同様に、囲壁部２３１を構成する壁板Ｂ'の一部に切欠きが設けられており、この切欠きを導体パターン１２の表面側に配置して囲壁部２３１を導体パターン１２に取り付けることで、導体パターン１２の表面近傍に形成されている。本実施形態では、矩形状の排気口２３３が、煙突構造体２３の上方側に配置される囲壁部２３１の短手方向壁面にのみ設けられているが、例えば、囲壁部２３１の長手方向両壁面のうち煙突構造体２３の上方側に位置する部分に所定形状の切欠き又は貫通孔が設けられていてもよい。
【００３９】
こうして、導体パターンの放熱構造２０では、囲壁部２３１のうち長手方向両壁面、被覆板Ｂ"、および導体パターン１２によって煙突構造体２３の側面が形成される。また、煙突構造体２３の下方側に配置される囲壁部２３１の短手方向壁面によって給気口２３２を備えた煙突構造体２３の底面が形成されるとともに、煙突構造体２３の上方側に配置される囲壁部２３１の短手方向壁面によって排気口２３３を備えた煙突構造体２３の上面が形成される。
【００４０】
なお、煙突構造体２３の外形は、必ずしも図３に示すような直方体状である必要はなく、例えば、煙突構造体２３の側面を構成する囲壁部２３１の長手方向両壁面が台形状に形成された形態であってもよい。
【００４１】
導体パターンの放熱構造２０においても、上述した導体パターンの放熱構造１０と同様に、導体パターン１２に対して煙突構造体２３を設けたことにより、発熱した導体パターン１２に対する自然空冷を行い、導体パターン１２の放熱を促進させることができる。また、煙突構造体２３において、金属製の囲壁部２３１を、導電性材料を介して導体パターン１２に取り付けた場合も上述と同様の効果を得ることができる。しかも、導体パターンの放熱構造２０は、基板１１の設置姿勢が限定されないため、上述した導体パターンの放熱構造１０に比べて、煙突効果を確実に発現させるための煙突構造体２３の高さを確保しやすいという利点がある。
【００４２】
また、例えば、上述した導体パターンの放熱構造１０において、導体パターン１２の表面における囲壁部１３１で取り囲むべき領域に対して煙突効果を十分に発現可能な程度に囲壁部１３１の高さを確保できない場合には、図５に示す導体パターンの放熱構造１０'ように、開放空間Ｓを複数の空間に仕切る仕切り板Ｄを煙突構造体１３の内部に設けてもよい。これにより、煙突構造体１３が高さ制限を受ける場合であっても煙突効果を生じやすくすることができる。
【００４３】
あるいは、一定の表面領域を有する導体パターン１２に対して複数の囲壁部１３１から成る一群の煙突構造体１３を設けてもよい。この場合、隣り合う囲壁部１３１同士が互いの煙突効果の発現を阻害しない程度に一定の距離を隔てて、各囲壁部１３１を配置する。
【００４４】
もしくは、図６に示す導体パターンの放熱構造３０のように、筒状に突起する排気口３３３を煙突構造体３３の囲壁部３３１に設け、この排気口３３３に可撓性を有する排気チューブ１５の一端を接続してもよい。排気チューブ１５は、その長手方向が煙突効果による空気の流れ（上昇気流）と平行になるような姿勢で本体の一部を基板１１が収納される不図示の筐体などに支持させる。また、基板１１の設置姿勢に応じて排気チューブ１５の取付け位置や取付け姿勢を適宜調整することができる。このような実施形態であっても、煙突効果を発現させるための高さを煙突構造体１３に付与することができる。
【００４５】
なお、この導体パターンの放熱構造３０において、排気チューブ１５の他端は煙突構造体３３に取り囲まれた空間Ｓ"が筐体の外部へ連通するように配置されていてもよい。この場合、給気口３３２を通じて空間Ｓ"内へ流入し、空間Ｓ"において暖められた空気を電子部品１４の間を縫って筐体の外部へ放出することができる。
【００４６】
また、本発明において、上述した煙突構造体（１３，２３）を構成する囲壁部（１３１，２３１）は、必ずしも平板状の壁板（Ｂ，Ｂ'）や被覆板Ｄで形成されたものである必要はない。例えば、囲壁部（１３１，２３１）の壁面に放熱フィンや凹凸部が設けられていてもよい。これにより、煙突構造体（１３，２３）自体の放熱機能が向上するとともに、導体パターン１２における発熱量を低減させる効果がより向上する。
【００４７】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
【００４８】
例えば、本発明において、囲壁部（１３１，２３１）の形状は角筒状に限定されることはなく、例えば、円筒状や楕円筒状など他の形状に適宜設計変更できる。また、導体パターン１２との関係において、囲壁部（１３１，２３１）は必ずしも導体パターン１２の周縁部の内側に収まるように設けられている必要はなく、囲壁部（１３１，２３１）が部分的に導体パターン１２の周縁部の外側まではみ出した状態で設けられていてもよい。さらに、囲壁部（１３１，２３１）が起立する方向は、基板１１の主面Ｐと交差する方向であると同時に煙突効果を発現させることが可能である限り、基板１１の設置姿勢に応じて任意に変更することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１０'、２０、３０  導体パターンの放熱構造
１１                      基板
１２                      導体パターン
１３、２３、３３          煙突構造体
１４                      電子部品
１５                      排気チューブ
１３１、２３１、３３１    囲壁部
１３２、２３２、３３２    給気口
２３３、３３３            排気口
Ｐ                        主面
Ｓ                        開放空間
Ｓ'、Ｓ"                空間
Ｂ、Ｂ'                  壁板
Ｂ"                      被覆板
【図１】
2014127621.tif 000003
【図２】
2014127621.tif 000004
【図３】
2014127621.tif 000005
【図４】
2014127621.tif 000006
【図５】
2014127621.tif 000007
【図６】
2014127621.tif 000008