(57)【要約】【課題】  プリント基板上の電子部品の放熱方法において、放熱フィンやヒートパイプなどの放熱部品を使わずに電子部品を放熱する新しい放熱方法を提案することで、放熱部品のコストを削減するとともに、放熱部品を使用できない装置内への適用を可能とし、電子部品の信頼性を高めることを目的とする。【解決手段】  プリント基板上に少なくとも２つの熱伝導率を有するパターンを交互に配置し、発熱体であるところの電子部品の熱を一方のパターンに拡散し、発熱体が放出する熱により発生する上昇気流の補充する空気として他方のパターン上部の空気を取り込むことで発熱体を冷却する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上の電子部品の放熱方法であって、プリント基板上に少なくとも２つの熱伝導率を有するパターンを交互に配置し、発熱体であるところの電子部品の熱を一方のパターンに拡散し、該発熱体が放射する熱により発生する上昇気流の補充する空気として他方のパターン上部の空気を取り込むことで該発熱体を冷却することを特徴とする放熱方法。
【請求項２】
前記他方のパターンは前記発熱体が実装されているプリント基板面に形成された一方の熱伝導率を有するパターン面の一部にエッチングにより形成された溝であることを特徴とする放熱方法。
【請求項３】
前記２つの熱伝導率を有するパターンは前記発熱体に対し放射状に交互に配置することを特徴とする放熱方法。
【請求項４】
前記２つの熱伝導率を有するパターンは平行にかつ交互に配置され、該パターンの片端に前記発熱体が配置することを特徴とする放熱方法。
【請求項５】
請求項３記載の放熱方法において、２つの熱伝導率を有するパターンの一方は扇形であることを特徴とする放熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の放熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のクロック周波数が飛躍的に高速になってきており、又大規模集積回路技術が用いられるようになってきていることもあり、大消費電力の電子部品に対する放熱方法が重要な課題となってきている。
【０００３】
放熱方法の一般的なものとして電子部品の上面に放熱フィンを付けるという方法がある。放熱フィンは板状、棒状などいろいろな形状のものがあるが、空気と接触する面積を電子部品の表面積より大きくとることで放熱効果を高める方法で、ＣＰＵ素子など大消費電力部品によく使われている方法である。この方式を採る場合、放熱フィン周辺の空間が十分確保され、熱の逃げ道が確保されている必要がある。一般的にはＦＡＮを用いて空気の流れを放熱フィンに当てることで放熱効果を高めるようにしている。
【０００４】
その他の方法として、ヒートパイプを用いる方法がある。ヒートパイプはノートＰＣなど電子部品周辺の空間が十分確保できな機器に主に採用されるものであり、熱伝導率の良い材質の媒体を電子部品表面に接触させ、機器の外部の放熱部まで熱を導く方法である。ＦＡＮを用いない放熱方法としては放熱効果が高い方法といえる。
【０００５】
放熱の原理としては前記二つの方法のように、熱を逃がす部分の表面積と熱伝導による熱拡散により放熱が行われる。
【特許文献１】特開昭６１−０１３６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放熱フィンはその表面積を多くとるためにフィンの高さがある程度必要になる。デスクトップパソコンなど機器内部にある程度空間があり、ＦＡＮを取り付け可能な機器においてとても有効な方法であるが、放熱フィンの高さほどの空間がない機器においてはそれを採用できないと言う欠点がある。また、放熱フィンやＦＡＮのコストも高いという問題もある。
【０００７】
一方、ヒートパイプは空間を十分確保できない機器において有効であるが、ヒートパイプの形状が機器の構造により様々になるため、標準のヒートパイプというものはほとんどなく、コスト高になると言う欠点があった。
【０００８】
仮に上記のような放熱方法を全くとらない場合、熱は主に電子部品を実装しているプリント基板に伝導し、ある飽和温度に達して安定する。この場合、熱源とプリント基板を熱が循環するので自然空冷の効果は少なく、大消費電力の電子部品においては熱暴走や性能劣化が発生するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため発熱体であるところの電子部品を実装するプリント基板を以下のように構成する。
【００１０】
プリント基板上に少なくとも２つの熱伝導率を有するパターンを交互に配置し、発熱体であるところの電子部品の熱を一方のパターンに拡散し、該発熱体が放射する熱により発生する上昇気流の補充する空気として他方のパターン上部の空気を取り込むことで該発熱体を冷却する。
【００１１】
また、前記他方のパターンは前記発熱体が実装されているプリント基板面に形成された一方の熱伝導率を有するパターン面の一部にエッチングにより形成された溝により構成する。
【００１２】
また、前記２つの熱伝導率を有するパターンは前記発熱体に対し放射状に交互に配置する。この時、２つの熱伝導率を有するパターンの一方は扇形にするとなお良い。
【００１３】
あるいは、前記２つの熱伝導率を有するパターンは並行にかつ交互に配置され、該パターンの片端に前記発熱体を配置してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、放熱フィンやヒートパイプなど高価な部品を用いなくても、プリント基板に溝を形成するだけで放熱が行われるので、装置コストを大幅に削減することができる。
【００１５】
また、空気の流れができるほどの空間があれば良く、放熱フィンに比較して狭い空間しかない装置にも適用できる。
【００１６】
また、何も放熱をしない場合と比べると、電子部品の温度を低く抑えられるので電子部品の信頼性を長く維持できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の放熱方法を示す図であり、プリント基板上に形成されたパターンを上部から見ている。図１において１０１は発熱体であるところの電子部品、１０２〜１０９はプリント基板上に形成された溝、その他の部分はプリント基板の部品面に形成された銅などの金属アース（電源）パターンである。溝１０２〜１０９は、例えばガラスエポキシ基板の表層に銅箔を形成し、溝１０２〜１０９部をエッチング液で溶解する事により形成されたものである。
【００１８】
このプリント基板上で電子部品１０１に電源が供給されると、電子部品１０１の熱は電子部品１０１上部の空気中に上昇気流となって放射されるとともに、プリント基板全体へ拡散される。この時、プリント基板への熱はメタルとガラスエポキシの熱伝導率の差から主にアース（電源）部へ拡散してゆく。熱が拡散するとアース（電源）上部の空気と溝１０２〜１０９内及びその上部の空気との間には温度差が発生し、アース（電源）上部は熱く、溝部はアース（電源）上部に比べて冷たくなる。一方電子部品１０１の上部に発生した上昇気流により熱が空気中に徐々に放出されるが、上昇気流の発生により電子部品１０１部には周囲から新しい空気が流れ込むようになる。プリント基板上では前述したように温度差が発生しており、アース上部の熱い空気は主にその上部へ熱を放出すべく弱い上昇気流を発生させるが、溝部の冷たい空気は電子部品１０１上部の強い上昇気流によって電子部品１０１部へ流れ込むようになる。冷たい空気により冷却された電子部品１０１はさらに熱を空気中に放出し、上昇気流を加速する。この溝部の冷たい空気の流れはプリント基板上のアース（電源）部の冷却にも寄与するため、電子部品１０１のアース（電源）部への熱拡散も加速され、冷却効果を高めることになる。
【００１９】
電子部品１０１の温度は周囲の筐体等の条件によりある温度で飽和することになるが、その温度は溝１０２〜１０９を形成しない場合と比較して十分低い温度で飽和することになる。
【００２０】
なお、本実施例は、例えば放熱フィンを付けるほどのスペースがない場合や自然空冷の機器や放熱のためのコストがかけられない機器に適用すると有効である。
【００２１】
（実施例２）
図２、３は第２の放熱方法を説明する図である。図２において２０１は発熱体であるところの電子部品、２０２〜２０９はプリント基板上に形成された溝、その他の部分はプリント基板の部品面に形成されたアース（電源）パターンである。図３は溝２０２〜２０９の温度分布を示す図である。
【００２２】
実施例１と異なる点は溝の形状が異なる点のみで基本的に放熱原理は同じである。形状の違いによる放熱効果を実施例１と比較して説明する。
【００２３】
本実施例１の場合、溝内部の空気にも温度分布が発生しており、アース（電源）部に接触している部分は熱く、溝の中心部はアース（電源）部に接触している部分に比べて冷たいという分布になる。よって溝の中心部の冷たい空気が電子部品に向かって流れることになるが、溝の幅がある程度確保されていないと溝の中心部の空気まで徐々に暖められて温度分布ができなくなる可能性があった。
【００２４】
実施例２では、実施例１と同様にアース（電源）部に接触している部分が熱くなるが、溝が扇形をしているため図３に示すように溝の電子部品２０１側が熱くなり、電子部品２０１からは離れた側が電子部品２０１側に比べて冷たくなる。これにより冷たい空気の流れが電子部品２０１に流れ込んで放熱効果を高めることになる。仮にアース（電源）部に接触している部分が徐々に広範に熱くなろうとしても電子部品２０１側がより熱くなって冷たい空気をより取り込むので、ある程度以上に溝部が暖まることはなく温度分布は維持されるようになる。
【００２５】
このようにして空気の流れによる冷却が行われ、溝２０２〜２０９を形成しない場合と比較して十分低い温度で飽和することになる。
【００２６】
（実施例３）
図４は第３の放熱方法を説明する図である。図４において４０１は発熱体であるところの電子部品、４０２〜４０９はプリント基板上に形成された溝、その他の部分はプリント基板の部品面に形成されたアース（電源）パターンである。
【００２７】
実施例１，２と異なる点は溝の方向が一方向であるという点である。実際のプリント基板設計においては部品の形状は様々であり、隣接する部品との間隔が十分とれなかったりして実施例１又は２のようなパターンを形成できない場合がある。また、プリント基板が実装されている装置には吸気口、排気口が通常準備され、空気の流れが発生しているので、実施例１，２で説明した空気の流れが阻害される可能性がある。
【００２８】
実施例３はそのような実際の設計に有効なパターンを示している。例えば電子部品４０１は長方形をしたＬＳＩであり、装置内の空気の流れが図の矢印の方向に流れていた場合、形成する溝は空気の流れの方向に形成し、電子部品の幅の広い面を溝と垂直に配置すると良い。放熱原理は実施例１と同様であり、溝４０２〜４０９の冷たい空気の流れが電子部品４０１の放熱を加速するが、仮に装置内の空気の流れがあったとしてもその流れの方向と溝４０２〜４０９の方向が一致しているので溝内の空気の流れを阻害されることなく放熱が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例1の放熱方法を説明する図である。
【図２】実施例２の放熱方法を説明する図である。
【図３】実施例２の溝内の温度分布を示す図である。
【図４】実施例３の放熱方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１，２０１，４０１  電子部品
１０２〜１０９，２０２〜２０９，４０２〜４０９  溝
【図１】
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【図２】
2006032841.tif 000004
【図３】
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【図４】
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