(57)【要約】【課題】回路基板の構造がよりシンプルであり、冷却するべき電子部品を含む回路基板をより効率よく冷却することが可能な回路基板の冷却システム及び回路基板の冷却方法を提供する。【解決手段】単数または複数の配線パターンと単数または複数の貫通孔１１とが設けられた回路基板１０に搭載されている冷却対象物２０に接続されている基準電位である接地用配線パターン１４と接している貫通孔１１に、冷媒を流通させて冷却対象物２０に接続されている接地用配線パターン１４を介して冷却対象物２０及び回路基板１０を冷却する、回路基板の冷却システム１。【選択図】図４
2015133409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の配線パターンと単数または複数の貫通孔とが設けられた回路基板に搭載されている冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接している貫通孔に、冷媒を流通させて前記冷却対象物に接続されている前記接地用配線パターンを介して前記冷却対象物及び前記回路基板を冷却する、
回路基板の冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板の冷却システムであって、
前記回路基板において冷媒が流通される貫通孔の内壁には、メッキが施されている、
回路基板の冷却システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路基板の冷却システムであって、
前記冷却システムは、冷媒が流通される貫通孔の一方端に冷媒を導く第１冷媒配管と、冷媒が流通された貫通孔の他方端から冷媒を回収する第２冷媒配管と、を有しており、
冷媒が流通される貫通孔の一方端と前記第１冷媒配管との接続、及び冷媒が流通される貫通孔の他方端と前記第２冷媒配管との接続は、ハンダ付けにて接続されている、
回路基板の冷却システム。
【請求項４】
請求項１または２に記載の回路基板の冷却システムであって、
前記冷却システムは、冷媒が流通される複数の貫通孔の一方端に接続されて少なくとも１つの貫通孔に冷媒を導くとともに残りの貫通孔から冷媒を回収することが可能な第１冷媒配管と、冷媒が流通される複数の貫通孔の他方端を互いに流通可能に接続する第２冷媒配管と、を有しており、
冷媒が流通される貫通孔の一方端と前記第１冷媒配管との接続、及び冷媒が流通される貫通孔の他方端と前記第２冷媒配管との接続は、ハンダ付けにて接続されている、
回路基板の冷却システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の回路基板の冷却システムであって、
冷媒が流通される貫通孔と、前記第１冷媒配管または前記第２冷媒配管の少なくとも一方は、前記第１冷媒配管または前記第２冷媒配管の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する延長配管にて接続されている、
回路基板の冷却システム。
【請求項６】
単数または複数の配線パターンと単数または複数の貫通孔とが設けられた回路基板に搭載されている冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接している貫通孔に、冷媒を流通させて前記冷却対象物に接続されている前記接地用配線パターンを介して前記冷却対象物及び前記回路基板を冷却する、
回路基板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板の冷却システム及び回路基板の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、種々の機器が電子制御システム等にて制御され、電子制御システムは、電子部品が搭載された種々の回路基板を有している。
回路基板に搭載された電子部品の中には、高温に発熱する部品もあり、当該発熱部品は、一般的には、ヒートシンク等に取り付けられて放熱されている。
また例えば特許文献１には、回路基板を、冷媒流路が表面に形成された冷媒流路内蔵金属層、当該冷媒流路内臓金属層の冷媒流路の蓋となる金属層、金属層の上に重ねられた絶縁層、絶縁層の上に重ねられた回路層、の４層で構成し、冷媒流路に冷媒を流通させて冷却することが可能な冷却回路を備えたプリント配線板の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構造では、冷媒流路が、冷媒流路内蔵金属層と金属層とで密封されているので、水漏れもなく、熱伝導率も高いと思われるが、冷却するべき回路層と金属層とを直接重ねることができない（回路層の回路が金属層にてショートする）ので、絶縁層が必須となる。この絶縁層によって、熱伝導率が低下するので冷却効率が低下する。
また、冷媒流路内臓金属層の形成と、各層の積層を必要とするので、製造工程、及び回路基板の構造が複雑化する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、回路基板の構造がよりシンプルであり、冷却するべき電子部品を含む回路基板をより効率よく冷却することが可能な回路基板の冷却システム及び回路基板の冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る回路基板の冷却システム及び回路基板の冷却方法は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、単数または複数の配線パターンと単数または複数の貫通孔とが設けられた回路基板に搭載されている冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接している貫通孔に、冷媒を流通させて前記冷却対象物に接続されている前記接地用配線パターンを介して前記冷却対象物及び前記回路基板を冷却する、回路基板の冷却システムである。
【０００６】
この第１の発明では、冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接している貫通孔に冷媒を流通させる。
接地用配線パターンは、通常、銅箔であるので熱伝導率が比較的高い。従って、貫通孔に冷媒を流通させて接地用配線パターンを介して冷却対象物を冷却するのに都合がよい。
また、接地用配線パターンと貫通孔は、通常の回路基板で使用されるものであるので、新たな層を回路基板に追加する必要もなく、回路基板の構造をよりシンプルにすることができる。
また、適切な接地用配線パターンと貫通孔の選定、あるいは冷却用の貫通孔を追加することで、冷却するべき電子部品（冷却対象物）及び回路基板をより効率よく冷却することができる。
接地用配線パターンは、通常、種々の電子部品に接続されており、回路基板の種々の位置に配置されて、大電流に耐えられるように回路基板中における面積も大きい。従って、接地用配線パターンを冷却するで、回路基板の全体、及び冷却対象物を、効率良く冷却することができる。
また、接地用配線パターンを冷却することで温度上昇による抵抗値の上昇も抑制することが可能であり、基準電位レベルを安定化させ、回路基板の動作をより安定化させることができる。
また、新たに冷却用の配線パターンを追加する必要もない。
【０００７】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る回路基板の冷却システムであって、前記回路基板において冷媒が流通される貫通孔の内壁には、メッキが施されている。
【０００８】
この第２の発明では、貫通孔の内壁は、メッキが施されている。
これにより、貫通孔のシール性、耐水性、熱伝導率等を適切に向上させることができる。また例えば金メッキを用いた場合では、錆びも発生しない。
【０００９】
次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る回路基板の冷却システムであって、前記冷却システムは、冷媒が流通される貫通孔の一方端に冷媒を導く第１冷媒配管と、冷媒が流通された貫通孔の他方端から冷媒を回収する第２冷媒配管と、を有しており、冷媒が流通される貫通孔の一方端と前記第１冷媒配管との接続、及び冷媒が流通される貫通孔の他方端と前記第２冷媒配管との接続は、ハンダ付けにて接続されている。
【００１０】
この第３の発明では、貫通孔の一方端に第１冷媒配管をハンダ付けにて接続し、貫通孔の他方端に第２冷媒配管をハンダ付けにて接続する。
これにより、シンプルな構造で貫通孔へ配管を接続することが可能であり、容易に冷却システムを実現することができる。
【００１１】
次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る回路基板の冷却システムであって、前記冷却システムは、冷媒が流通される複数の貫通孔の一方端に接続されて少なくとも１つの貫通孔に冷媒を導くとともに残りの貫通孔から冷媒を回収することが可能な第１冷媒配管と、冷媒が流通される複数の貫通孔の他方端を互いに流通可能に接続する第２冷媒配管と、を有しており、冷媒が流通される貫通孔の一方端と前記第１冷媒配管との接続、及び冷媒が流通される貫通孔の他方端と前記第２冷媒配管との接続は、ハンダ付けにて接続されている。
【００１２】
この第４の発明では、第２冷媒配管は、複数の貫通孔の他方端を互いに流通可能に接続するだけでよいので、第２冷媒配管を小型化することが可能である。
【００１３】
次に、本発明の第５の発明は、上記第３の発明または第４の発明に係る回路基板の冷却システムであって、冷媒が流通される貫通孔と、前記第１冷媒配管または前記第２冷媒配管の少なくとも一方は、前記第１冷媒配管または前記第２冷媒配管の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する延長配管にて接続されている。
【００１４】
この第５の発明では、熱伝導率の高い延長配管を接続することで、第１冷媒配管、第２冷媒配管の材質や形状の自由度を向上させることができる。
【００１５】
次に、本発明の第６の発明は、単数または複数の配線パターンと単数または複数の貫通孔とが設けられた回路基板に搭載されている冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接している貫通孔に、冷媒を流通させて前記冷却対象物に接続されている前記接地用配線パターンを介して前記冷却対象物及び前記回路基板を冷却する、回路基板の冷却方法である。
【００１６】
この第６の発明では、回路基板の構造がよりシンプルであり、冷却するべき電子部品を含む回路基板をより効率よく冷却することが可能な回路基板の冷却方法を適切に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】冷却対象物が搭載された回路基板の例を説明する斜視図である。
【図２】図１に示す回路基板の平面図であり、冷却対象物、貫通孔、接地用配線パターンの配置の例を説明する図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１の実施の形態における回路基板の冷却システムの例を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態における回路基板の冷却システムの例を説明する図である。
【図６】第３の実施の形態における回路基板の冷却システムの例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。なお各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の記載がある場合、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｚ軸方向は鉛直上向き方向を示しており、Ｘ軸方向とＹ軸方向は水平方向を示している。
●［回路基板１０の構造と、回路基板１０に搭載された冷却対象物２０（図１〜図３）］
図１に示すように、回路基板１０には、冷却対象物２０（パワートランジスタ等、発熱する電子部品）が搭載されており、単数または複数の配線パターンと、単数または複数のスルーホール１１（貫通孔に相当）が設けられている。なお、回路基板１０には種々の電子部品が搭載されているが、冷却対象物２０以外の電子部品については記載を省略している。
回路基板１０は絶縁体で形成され、所定の厚さの銅箔にて配線パターンがプリントされ、各電子部品が配線パターンやスルーホールにて電気的に接続されて電子回路が実現されている。
また冷却対象物２０の近傍には、放熱を助長するための放熱用パターン１２（銅箔）や、サーマルビア１３（熱伝導性を有する孔）が形成されていてもよい。
【００１９】
冷却対象物２０は、通常、大電流を消費することで多大な発熱をする。
接地用配線パターン１４は、回路基板１０における基準電位となる配線パターンであり、通常、電源の−（マイナス）端子に接続され、大電流に耐えられるように、比較的大きな面積で形成されている。
そして冷却対象物２０におけるＧＮＤ（接地電位であり、基準電位）に接続するべきピン２１は、接地用配線パターン１４に、ハンダにて接続されている（図２、図３参照）。
また、図３に示す断面図において、スルーホール１１における回路基板１０の表面にはランド１１Ｌ（円環状の銅箔）が設けられ、スルーホール１１における回路基板１０の裏面にはランド１１Ｍ（円環状の銅箔）が設けられている。そしてスルーホール１１の内壁１１Ｎは、錫、銅、金等にてメッキされており、ランド１１Ｌとランド１１Ｍとを電気的に接続している。そしてスルーホール１１の内壁１１Ｎは、接地用配線パターン１４と接続されている。
従って、スルーホール１１は、熱伝導率の比較的高い銅箔の接地用配線パターン１４（配線パターン）を介して冷却対象物２０と接続されていることになる。
【００２０】
以下では、このスルーホール１１に冷媒を流通させて、スルーホール１１から接地用配線パターン１４を介して冷却対象物２０及び回路基板１０を冷却する冷却システムの第１の実施の形態〜第３の実施の形態について説明する。
【００２１】
●［第１の実施の形態の冷却システム１（図４）］
次に図４を用いて、第１の実施の形態の冷却システム１について説明する。
冷却システム１は、第１冷媒配管３１、第２冷媒配管３２、冷媒循環装置３０、にて構成されている。
冷媒循環装置３０は、冷却した冷媒（例えば冷却水）を、第１冷媒配管３１を介してスルーホール１１の一方端へ導き、スルーホール１１の他方端から第２冷媒配管３２を介して回収する。
第１冷媒配管３１は、例えば銅やアルミニウム等にて形成されており、スルーホール１１の一方端のランド１１Ｌと、ハンダＨｄにて接続されている。
また第２冷媒配管３２も同様、銅やアルミニウム等にて形成されており、スルーホール１１の他方端のランド１１Ｍと、ハンダＨｄにて接続されている。
また、第１冷媒配管３１と第２冷媒配管３２は、スルーホール１１以外の個所にて、回路基板１０に対する位置が固定されるように保持されており、スルーホール１１とのハンダ付け部に応力がかからないように保持されている。
【００２２】
また、通常では、回路基板１０の接地用配線パターンを、筐体用配線にて筐体（回路基板を収容する金属のハウジング等）と接続して基準電位である接地用配線パターンの電位を筐体の電位としているが、接地用配線パターンに接続されたスルーホール１１とハンダ付けされた第１冷媒配管３１及び第２冷媒配管３２を、筐体に接続することで、筐体用配線を省略することができる。また、筐体用配線よりも大きな容量で筐体と接続されるので、接地用配線パターンの電位をより安定化させることができる。
【００２３】
●［第２の実施の形態の冷却システム１Ａ（図５）］
次に図５を用いて、第２の実施の形態の冷却システム１Ａについて説明する。
冷却システム１Ａは、第１冷媒配管３１、第２冷媒配管３２Ａ、冷媒循環装置３０Ａ、にて構成されている。
第２の実施の形態の冷却システム１Ａは、第１の実施の形態の冷却システム１に対して、第２冷媒配管の構造及び冷媒循環装置との接続が異なり、以下では、この相違点について主に説明する。
冷媒循環装置３０Ａは、冷却した冷媒（例えば冷却水）を、第１冷媒配管３１を介して複数のスルーホール１１の中の少なくとも１つのスルーホール１１の一方端へ導き、第１冷媒配管３１を介して残りのスルーホール１１の一方端から冷媒を回収する。
また第２冷媒配管３２Ａは、複数のスルーホール１１の他方端を互いに流通可能となるように接続している。
また、第１冷媒配管３１、第２冷媒配管３２Ａの材質は、第１の実施の形態と同様であり、第１冷媒配管３１、第２冷媒配管３２Ａは、第１の実施の形態と同様に、スルーホール１１とハンダＨｄにて接続されている。
また第１の実施の形態と同様、第１冷媒配管３１と第２冷媒配管３２Ａは、スルーホール１１以外の個所にて、回路基板１０に対する位置が固定されるように保持されており、スルーホール１１とのハンダ付け部に応力がかからないように保持されている。
【００２４】
また第１の実施の形態と同様、第１冷媒配管３１は、筐体と接続されている。
第２の実施の形態では、第２冷媒配管３２Ａが、冷媒循環装置３０Ａに接続されておらず、スルーホール１１の周囲のみに配置されるので、冷却システム１Ａを、より小型化することができる。従って、回路基板１０の表側あるいは裏側のスペースにあまり余裕がない場合であっても、適用することが可能である。
【００２５】
●［第３の実施の形態の冷却システム１Ｂ（図６）］
次に図６を用いて、第３の実施の形態の冷却システム１Ｂについて説明する。
冷却システム１Ｂは、第１冷媒配管３１、第２冷媒配管３２、延長配管４０、冷媒循環装置３０（図４参照）、にて構成されている。
第３の実施の形態の冷却システム１Ｂは、第１の実施の形態の冷却システム１に対して、延長配管４０が追加されている点が異なり、以下では、この相違点について主に説明する。
延長配管４０は、第１冷媒配管３１または第２冷媒配管３２よりも高い熱伝導率を有する材質にて形成されて、スルーホール１１のランド１１Ｌ、１１ＭとハンダＨｄにて接続されている。
なお、図６の例では、第１冷媒配管３１と第２冷媒配管３２、の双方に延長配管４０を接続した例を示しているが、延長配管４０は、第１冷媒配管３１と第２冷媒配管３２の少なくとも一方に接続されていればよい。
また延長配管４０は、スルーホール１１以外の個所にて、回路基板１０に対する位置が固定されるように保持されており、スルーホール１１とのハンダ付け部に応力がかからないように保持されている。
【００２６】
延長配管４０をスルーホール１１に接続することで、第１冷媒配管３１や第２冷媒配管３２のサイズ、配置位置、材質等の自由度が増え、回路基板１０及び回路基板１０の周囲の状態に合わせて、冷却システム１Ｂのサイズ、配置、材質等を自由に変更することが可能となり、冷却システム１Ｂの適用範囲を広げることができる。
また、延長配管４０とスルーホール１１との接続はハンダＨｄであるが、延長配管４０と、第１冷媒配管３１または第２冷媒配管３２と、の接続は、ハンダＨｄに限定されず、ゴムチューブ等、種々の方法で接続することが可能である。
なお、図６では、図４に示す第１の実施の形態に対して、延長配管４０を接続した例を示しているが、図５に示す第２の実施の形態に対して、延長配管４０を接続するようにしてもよい（第１冷媒配管と第２冷媒配管の少なくとも一方に延長配管を接続）。
【００２７】
以上、本実施の形態にて説明した冷却システムは、回路基板１０における既存のスルーホール１１、及び既存の接地用配線パターン１４を利用して回路基板１０（冷却対象物２０）を冷却することも可能であるので、回路基板１０の構造は非常にシンプルである。
また、回路基板１０に対して、冷媒用の層や絶縁層等を追加する必要が無いので、回路基板１０が大型化しない。
また、発熱する冷却対象物２０から接地用配線パターン（配線パターン）――＞サーマルビア１３――＞接地用配線パターン（配線パターン）――＞スルーホール１１（貫通孔）へと、熱伝導率の高い銅で熱が伝わり、この熱伝導の経路中に熱伝導率の低い他の部材が介在されることがないので、冷却効率が非常に高い（絶縁層や接着剤の層が介在している特許文献１よりも冷却効率が高い）。また冷却効率が高いので、回路基板を小型化することも可能となる。
また、他の発熱体の冷却用として既に冷媒用の配管を有している場合、その配管を分岐させて第１冷媒配管、第２冷媒配管を構成することもできる。
また、回路基板１０における接地用配線パターン１４は、回路基板１０における種々の個所に設けられているとともに面積が大きく、種々の電子部品と接続されているので、効率よく回路基板１０の全体、及び種々の電子部品を冷却することができる。また接地用配線パターンは、通常、銅箔で形成されているので、熱伝導率も高く、非常に便利である。
また、接地用配線パターンを冷却することで温度上昇による接地用配線パターンの抵抗値の上昇も抑制することが可能であり、基準電位レベルを安定化させ、回路基板の動作をより安定化させることができる。
また、第１冷媒配管（または延長配管）とスルーホールとのハンダ付け、第２冷媒配管（または延長配管）とスルーホールとのハンダ付けは、回路基板１０に搭載した電子部品のリフロー工程と同時に行うことも可能である。
【００２８】
また、本実施の形態の説明では、冷却対象物及び回路基板を冷却する冷却システムを説明したが、単数または複数の配線パターンと単数または複数のスルーホール（貫通孔）とが設けられた回路基板に搭載されている冷却対象物に接続されている基準電位である接地用配線パターンと接しているスルーホールに、冷媒を流通させて冷却対象物に接続されている前記接地用配線パターンを介して冷却対象物及び回路基板を冷却する、回路基板の冷却方法とすることもできる。
【００２９】
本発明の回路基板の冷却システムの構成、構造、外観、形状等、及び回路基板の冷却方法は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また冷媒は、冷却水に限定されず、種々の流体を利用することができる。
本実施の形態の説明では、スルーホール１１の内壁を錫、銅、金等にてメッキする例を説明したが、錫、銅、金以外の材質でメッキするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１、１Ａ、１Ｂ    冷却システム
１０      回路基板
１１      スルーホール（貫通孔）
１１Ｌ、１１Ｍ    ランド
１１Ｎ    内壁
１２      放熱用パターン
１３      サーマルビア
１４      接地用配線パターン
２０      冷却対象物
３０、３０Ａ    冷媒循環装置
３１      第１冷媒配管
３２、３２Ａ    第２冷媒配管
４０      延長配管
Ｈｄ      ハンダ
【図１】
2015133409.tif 000003
【図２】
2015133409.tif 000004
【図３】
2015133409.tif 000005
【図４】
2015133409.tif 000006
【図５】
2015133409.tif 000007
【図６】
2015133409.tif 000008