(57)【要約】【課題】本実施形態では、取付け板と放熱板との間のボイド発生を低減し、放熱性能を向上し得る電子部品複合装置とその組み立て方法を提供する。【解決手段】放熱板と、前記放熱板が半田により接着されている取付け板と、を備える装置において、前記放熱板は、前記半田が溶融した時に侵入した孔を備えていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、前記放熱板が半田により接着されている取付け板と、を備える装置において、
前記放熱板は、前記半田が溶融した時に侵入した孔を備えていることを特徴とする電子部品複合装置。
【請求項２】
前記孔は、複数である、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項３】
前記孔の径は、前記取付け板側とは反対側の大きさが、前記取付け板側の大きさよりも大きい、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項４】
前記半田は溶融して、前記孔の径の大きい部分に溜まっている、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項５】
前記取付け板は、印刷配線基板の開設部に位置し、前記取付け板には発熱電子部品が取り付けられている、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項６】
前記放熱板は、前記取付け板に対して前記半田により接合されると共に、前記開設部の周囲の前記印刷配線基板の縁部にも、半田により接合されている、請求項５記載の電子部品複合装置。
【請求項７】
前記印刷配線基板には、前記発熱電子部品の動作を制御するための制御データを格納したメモリが搭載されている、請求項５記載の電子部品複合装置。
【請求項８】
前記印刷配線基板には、前記発熱電子部品の動作を制御するための制御データを格納したメモリが搭載され、さらに通信装置により前記メモリの前記制御データが取り込まれている、請求項５記載の電子部品複合装置。
【請求項９】
前記放熱板及び前記放熱板と一体化した前記取付け板は、金属製のフランジである、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項１０】
前記放熱板及び前記放熱板と一体化した前記取付け板は、車両、カメラ、携帯端末電子装置の何れかに用いられている、請求項１記載の電子部品複合装置。
【請求項１１】
放熱板を取り付ける領域を有する取付け板の前記領域には、
フラックスが流れる溝状の流路を形成した半田ペーストを塗布し、
前記放熱板には、前記フラックスの気体が抜けるとともに溶融した半田が侵入する孔を形成しており、
前記領域に前記放熱板を配置し、リフロー装置により、前記半田ペーストを溶融することで前記放熱板と前記取付け板とを接合する、電子部品複合装置の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は電子部品複合装置とその組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品一体装置に発熱電子部品が搭載されている場合、放熱のための放熱板が使用される。特にパワートランジスタ、高抵抗器などの発熱電子部品が取り付けられる取付け板には、放熱対策のために、熱伝導率のよい放熱板（例えば銅板或いはアルミニューム板）も取付けられる。
【０００３】
放熱対策は、取付け板に対して半田を用いて接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放熱板の取付け板に対する半田接合は、次のように実現される。（１）取付け板の表面であって、放熱板が配置される領域に、半田が塗布される。（２）次に、前記取付け板上の前記半田の上に放熱板が配置される。（３）この状態の取付け板と放熱板は、半田を溶融させるリフロー装置内を通される。リフロー装置内では、半田が溶融することで放熱板と取付け板との接合が行われる。
【０００６】
ここで問題となるのは、半田が溶融した時にガス化したフラックスが、放熱板と取付け板の間に残留することである。このために取付け板と放熱板との間に、細かいボイドが生成されることがある。
【０００７】
取付け板と放熱板との対向面積が大きくなると、気体の逃げ道がなくなり、ボイドが多く発生しやすくなる傾向がある。ヒートシンクのように、取付け板と放熱板と間で大きな接合面積を確保したい場合には、顕著にボイドが増加する傾向がある。
【０００８】
半田接合によるヒートシンク放熱性能は、断面積×熱伝導率で決まるため、ボイドにより接合面積が低減することは、放熱性能の低下に直結する問題となる。
【０００９】
そこで本実施形態では、取付け板と放熱板との間のボイド発生を低減し、放熱性能を向上し得る電子部品複合装置とその組み立て方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態によれば、放熱板と、前記放熱板が半田により接着されている取付け板と、を備える装置において、前記放熱板は、前記半田が溶融した時に侵入した孔を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は一実施形態に係る電子部品複合装置の表側と裏側を示す斜視図である。
【図２】図２は上記電子部品複合装置の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは上記電子部品複合装置が製造される過程での一工程の様子を示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは上記電子部品複合装置が製造される過程でのさらに他の工程の様子を示す説明図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは上記電子部品複合装置が製造される過程でのさらにまた他の工程の様子を示す説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは放熱板に孔が形成されていない場合に発生したボイドの例を説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは放熱板に孔が２つ形成された場合に発生したボイドの例を説明するための図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは放熱板に孔が６つ形成された場合に発生したボイドの例を説明するための図である。
【図５Ａ】図５Ａは放熱板に形成された孔の径が一定の場合に溶融した半田が孔に侵入したときの様子を示す説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは放熱板に形成された孔の開口の径が大きく形成された場合に溶融した半田が孔に侵入したときの様子を示す説明するための図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは放熱板に形成された孔の開口の他の例を示す図である。
【図６】図６は、具体的に本発明が実施されて発熱電子部品が印刷配線基板に搭載された場合の例を示す断面図である。
【図７】図７は電子部品複合装置が用いられた各種の製品を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、一実施形態に係る電子部品複合装置１００を構成する取付け板１１の表側１２ａと裏側１２ｂを示している。この表側１１と裏側１２は、特定されるものでは無く、一方の面或いは第１面１２ａ、他方の面或いは第２面１２ｂと称されてもよい。
【００１３】
第１面１２ａには、電子部品２１が取付けられている。電子部品２１としては、例えばパワートランジスタ、高抵抗器、電界コンデンサなど発熱電子部品がある。電子部品２１に対向する第２面１２ｂには、放熱板１３が取付けられている。
【００１４】
図２は、上記電子部品複合装置１００の断面図である。取付け板１１の第１面１２ａに電子部品２１が配置され、この電子部品２１に対向した取付け板１１の第２面１２ｂに放熱板３１が取り付けられている。
【００１５】
ここで、電子部品複合装置１００は、放熱板３１と、放熱板３１が半田ペースト５０により接着されている取付け板１１とを備える装置である。そして、放熱板３１は、半田が溶融した時に漏れこんだ孔３２を備えている。
【００１６】
図３Ａと図３Ｂは、取付け板１１に対して、放熱板３１が接合される前の状態を示している。図３Ｃは、放熱板３１が取付け板１１に載置されて、挿入されるリフロー装置２００である。このリフロー装置２００内で、半田ペーストが溶融して、放熱板３１と基板１１との接合が行われる。
【００１７】
図３Ａに示したように、取付け板１１の第２面１２ｂにおいて、放熱板３１を配置すべき領域には、予め半田ペースト５０が付着される。
【００１８】
この半田ペースト５０は、例えば縦横に分割溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃを形成している。この分割溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、気体流路と称されてもよく、呼び名が限定されるものではない。分割溝（気体流路）５１ａ，５１ｂ，５１ｃを設けた理由は、半田ペースト５０が溶融したときに生じるフラックスの気体を放熱板３１の裏側から逃がすためである。
【００１９】
さらに放熱板３１には、半田ペースト５０の分割溝の交差部Ａ，Ｂに対応して、孔３２ａ，３２ｂが形成されている。この孔３２ａ，３２ｂが存在することで、半田ペースト５０が溶融したとき分割溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃを伝って集まったフラックスが放出される。このためにフラックスの気体が放熱板３１の裏側面と半田ペーストとの間に残留しにくくなり、放熱板３１の裏側にボイドが生じにくくなる。さらに、上記の孔３２ａ，３２ｂが存在することで、半田ペースト５０が溶融したとき、余分な半田が孔３２ａ，３２ｂに侵入して、放熱板３１が、取付け板１１から浮くのを抑えることができる。つまり放熱板３１が、取付け板１１に対して安定して接着固定される。この結果、取付け板１１と放熱板３１との密着性が向上し、放熱効果も効果的に発揮されるようになる。
【００２０】
なお分割溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃの模様は、図示した模様に限定されるものではなく、斜めの溝、多角形の溝、円弧部を有する溝など各種の変形が可能である。
【００２１】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、分割溝５１ａ−５１ｃと、放熱板３１の孔の有無、孔の数との組み合わせ応じて、ボイドが発生する割合を比較して示している。溝に沿って記入した矢印は、半田ペーストが溶融したときにフラックスの気体が流れる方向を示している。
【００２２】
図４Ａは、半田ペースト５０が分割溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有し、放熱板３１が孔を有しないで接合された場合の例であり、放熱板３１に生じたボイドｖ１−ｖ１０の様子を示している。この場合に生じたボイドｖ１−ｖ１０は、数も多く、面積も比較的大きなボイドが発生した。このボイドｖ１−ｖ１０は、例えば接合状態の電子部品復号装置において、Ｘ線撮影を行うことで観察可能である。
【００２３】
図４Ｂは、分割溝５１ａ−５１ｃの交差部に対応して、放熱板３１に孔３２ａ，３２ｂを形成し、両者を接合した場合のボイドｖ２１−ｖ２６の様子を示している。この場合に生じたボイドｖ２１−ｖ２６は、図４Ａの例に比べて数も少なく、面積も小さいボイドであった。
【００２４】
図４Ｃは、さらに分割溝５１ａ−５１ｃの交差部と、分割溝の途中にも放熱板３１に孔３２ａ，３２ｂ、３３ａ，３３ｂ、３４ａ，３４ｂ、を形成し、両者を接合した場合のボイドｖ３１−ｖ３３の様子を示している。この場合に生じたボイドｖ３１−ｖ３３は、図４Ａ、図４Ｂの例に比べてさらに数も少なく、面積も小さいボイドであった。
【００２５】
上記した実施形態によれば
フラックスの気体が放熱板３１の裏側面と半田ペーストとの間に残留しにくくなり、放熱板３１の裏側にボイドが生じにくくなる。さらに、半田ペースト５０が溶融したとき、余分な半田が孔３２ａ，３２ｂに侵入して、放熱板３１が、取付け板１１から浮くのを抑えることができる。つまり放熱板３１が、取付け板１１に対して安定して接着固定され、取付け板１１と放熱板３１との密着性が向上し、放熱効果も効果的に発揮されるようになる。
【００２６】
図５Ａ、図５Ｂは、放熱板３１の孔に対して半田が侵入した様子を示している。図５Ａの例は、孔３２ａの径の大きさが一定であり、半田ペースト５０が溶融したあと、半田が孔３２ａに侵入した様子の一例を示している。孔３２ａの大きさによっては、孔３２ａに侵入した半田５０１が孔３２ａからはみ出す場合もあり得る（図５Ａの（ｃ）参照）。
【００２７】
このような現象を抑えるために、図５Ｂに示すように、孔３２ａの径を、取付け板１１側（孔３２ａ１）の径ｒ１より、開口側（孔３２ａ２）の径ｒ２を大きく形成してもよい（図５Ａの（ｂ）（ｃ）参照）。この孔３２ａの形状であると、半田が孔３２ａに侵入したとしても、径の大きい部分が半田の溜まり部として機能し、放熱板３１の表面にはみ出すことがない。
【００２８】
図５Ｃは、さらに他の実施例であり、この実施例は、孔３２ａの取付け板１１側の開口を円錐状に広げた部分３２ｆを形成している。このように構成した場合、半田ペースト５０が溶融したとき、フラックスの気体が孔３２ａの方へ容易にガイドされるために、効果的にボイド発生を防止することができる。
【００２９】
図６は、具体的に本発明が実施されて発熱電子部品が印刷配線基板に搭載された場合の例を示す断面図である。印刷配線基板１２１は、発熱電子部品１５１を配置する領域に開設部１２２を形成している。この開設部１２２には、表面に発熱電子部品１５１を取り付け裏面に放熱板３１を取り付けるための取付け板１１（この取付け板１１は、実際には金属製のフランジと称される板体である）が配置される。取付け板１１の裏面には、放熱板３１が先に説明したように接合される。またこの放熱板３１の額縁領域は、印刷配線基板１２１に対しても固定用半田６１、６２により接合される。
【００３０】
一方、取付け板１１の表面には、発熱電子部品１５０が配置され、発熱電子部品１５０のリード端子１５１、１５２は、印刷配線基板１２１の所定の配線位置まで延在し、接続半田１３１、１３２により接続固定されている。
【００３１】
上記した電子部品複合装置によると、発熱電子部品１５０の熱は、取付け板１１、半田、放熱板３１を介して放熱される。この場合、印刷配線基板１２１には、直接熱が伝導されにくい。これは、印刷配線基板１２１に開設部１２２が設けられているからである。
【００３２】
発熱電子部品１５０は、例えば電源回路或いは通信装置の出力パワートランジスタの場合がある。そして印刷配線基板１２１には、通信回路（ＩｏＴ装置）が搭載されていることがある。通信装置は、外部から送られてくるプログラムを格納できるメモリを備え、前記プログラムにより、パワートランジスタの動作シーケンスが制御される。メモリは独立して印刷配線基板１２１に搭載されていてもよい。メモリには、各種の制御データが格納されており、発熱電子部品の動作も制御データに基づいて制御される。上記した電子部品複合装置は、多種の分野に適用することが可能である。
【００３３】
図７は、上記電子部品複合装置が適用された各種の電子回路を搭載している製品を示している。図７の（ａ）はデジタルカメラ７１である。デジタルカメラ７１の内部には、電子回路が内蔵されこの回路には電源回路も含まれる。電子部品複合装置は、例えば電源回路に使用されている。図７の（ｂ）は電車或いは自動車などの車両７２である。車両７２の内部には、電子回路を含む車両運転支援装置、車両情報収集装置、通信装置などが内蔵されこの回路には電源回路も含まれる。電子部品複合装置は、例えば通信装置や電源回路に使用されている。
【００３４】
図７の（ｃ）はタブレットＰＣ７３であり、図７の（ｄ）はスマートフォン７４であり、図７の（ｅ）はパーソナルコンピュータ７５である。これらの電子機器の内部には、通信装置や電源回路も含まれる。電子部品複合装置は、例えば通信装置や電源回路に使用されている。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。さらにまた、請求項の各構成要素において、構成要素を分割して表現した場合、或いは複数を合わせて表現した場合、或いはこれらを組み合わせて表現した場合であっても本発明の範疇である。また、複数の実施形態を組み合わせてもよく、この組み合わせで構成される実施例も発明の範疇である。
【００３６】
また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。また、使用している名称や用語についても限定されるものではなく、他の表現であっても実質的に同一内容、同趣旨であれば、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１１・・・取付け板、２１・・・電子部品、３１・・・放熱板、３２，３２ａ，３２ｂ・・・孔、５０・・・半田ペースト、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ・・・分割溝。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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