(57)【要約】【課題】実装面積をできるだけ増加させずに複数の温度検出素子をプリント基板に組み込むことによって、発熱を伴う複数の電子部品の温度制御を可能にする。【解決手段】プリント基板において、各温度検出素子Ｔは、絶縁基板２０，３０の表面上または内部に取り付けられ、取り付け箇所の絶縁基板２０，３０の温度に応じて電気特性が変化する。制御チップ１０は、絶縁基板２０の表面上に実装され、各温度検出素子Ｔと専用のパターン配線Ｉを介して接続され、各温度検出素子Ｔの電気特性を検出可能である。制御チップ１０は、各温度検出装置Ｔの電気特性から得られる絶縁基板２０，３０の温度分布に基づいて、複数の電子部品のうち発熱源となっている電子部品を推定するように構成される。【選択図】図１
2015046496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパターン配線が形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面上に実装された複数の電子部品と、
各々が、前記絶縁基板の表面上または内部に取り付けられ、取り付け箇所の前記絶縁基板の温度に応じて電気特性が変化する複数の温度検出素子と、
前記絶縁基板の表面上に実装され、専用のパターン配線を介して各前記温度検出素子に接続され、各前記温度検出素子の電気特性を検出可能な制御チップとを備え、
前記制御チップは、各前記温度検出素子の電気特性から得られる前記絶縁基板の温度分布に基づいて、前記複数の電子部品のうち発熱源となっている電子部品を推定するように構成される、プリント基板。
【請求項２】
前記制御チップは、各前記電子部品の動作状態を制御することによって各前記電子部品の消費電力を調整可能であり、
前記制御チップは、前記複数の温度検出素子のうち予め定める上限温度を超えている温度検出素子がある場合には、前記推定した発熱源の電子部品の動作状態を制御することによって前記発熱源の電子部品の消費電力を低減させる、請求項１に記載のプリント基板。
【請求項３】
前記複数の温度検出素子は、前記絶縁基板と平行で互いに交差する２方向に沿って配列される、請求項１または２に記載のプリント基板。
【請求項４】
前記複数の温度検出素子のうち少なくとも一部の温度検出素子は、前記複数の電子部品の一部の電子部品にそれぞれ対応し、対応する電子部品の直下の前記絶縁基板の表面上または内部に設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板。
【請求項５】
各前記温度検出素子は、サーミスタを含み、
前記制御チップは、各前記温度検出素子に一定の電流を供給したときに各前記温度検出素子に生じる電圧を検出することによって各前記温度検出素子の電気特性を検出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板に関し、たとえば、電子部品の温度を検出する温度検出素子を組み込んだプリント基板に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板に過電流保護機能を持たせるために導電性パターンの所定の部分をＰＴＣ物質に置き換えるという先行技術（たとえば、特開昭６３−２７８３９６号参照（特許文献１））が知られている。ここで、ＰＴＣ（Positive  Temperature  Coefficient）物質とは、温度上昇に伴って電気抵抗が増加する物質をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７８３９６号公報
【特許文献２】特開平１０−４８０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、フィーチャーフォン（従来型携帯電話機）やスマートフォンなどの携帯型電子機器では、実装される電子部品の高密度化が進むとともに電子回路の高速化が進んでいる。このため、従来以上に実装部品の発熱に対する対策が重要となっている。特にフィーチャーフォンやスマートフォンなどの多機能化した電子機器では使用状態によって発熱源となる電子部品が異なるために発熱対策が容易でない。
【０００５】
従来、発熱を伴う電子部品の温度をモニターする方法として、サーミスタなどの温度検出素子を当該電子部品に直接貼り付ける方法か、温度検出素子を内蔵するチップ部品を当該電子部品が実装されるパターン配線に密着して実装する方法が知られている（たとえば、特開平１０−４８０５７号公報（特許文献２）参照）。しかしながら、発熱を伴う電子部品が多数あると実装すべき温度検出用のチップ部品の数も増加するので、結果として実装面積の増加を招き、電子機器の小型化を妨げる要因となってしまう。
【０００６】
この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、実装面積をできるだけ増加させずに複数の温度検出素子をプリント基板に組み込むことによって、発熱を伴う複数の電子部品の温度制御を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態によるプリント基板は、複数のパターン配線が形成された絶縁基板と、絶縁基板の表面上に実装された複数の電子部品と、複数の温度検出素子と、制御チップとを備える。各温度検出素子は、絶縁基板の表面上または内部に取り付けられ、取り付け箇所の絶縁基板の温度に応じて電気特性が変化する。制御チップは、絶縁基板の表面上に実装され、専用のパターン配線を介して各温度検出素子に接続され、各温度検出素子の電気特性を検出可能である。制御チップは、各温度検出装置の電気特性から得られる絶縁基板の温度分布に基づいて、複数の電子部品のうち発熱源となっている電子部品を推定するように構成される。
【発明の効果】
【０００８】
上記の実施の形態によれば、実装面積をできるだけ増加させずに温度検出素子をプリント基板に組み込むことによって、発熱を伴う複数の電子部品の温度制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プリント基板の構成例を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のマイクロコンピュータチップの内部構成のうち温度測定に用いられる部分を示すブロック図である。
【図３】温度検出素子の配置の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】温度検出素子の配置の他の例を模式的に示す断面図である。
【図５】図１の温度検出素子の検出結果に基づく電子部品の温度制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない場合がある。
【００１１】
［プリント基板の全体構成］
図１は、プリント基板１００の構成例を模式的に示す平面図である。図１を参照して、プリント基板１００は、絶縁基板の表面上および内部に複数のパターン配線が形成され、これらのパターン配線に種々の電子部品が接続されたものである。
【００１２】
絶縁基板には、硬く折り曲げができないリジッド基板と折り曲げ可能なフレキシブル基板とがある。図１では、コネクタまたはＡＣＦ（Anisotropic  Conductive  Film）接続によって、リジッド基板２０にフレキシブル基板３０が接続された例が示されている。絶縁基板２０および３０には、複数のパターン配線（図１では、パターン配線Ｉ１〜Ｉ１０以外を図示しない）が形成されるとともに、マイクロコンピュータチップ１０を含む多数の電子部品（図１では、マイクロコンピュータチップ１０以外を図示しない）が実装されている。
【００１３】
プリント基板１００は、さらに、フレキシブル基板３０の表面上または内部に取り付けられた温度検出素子Ｔ１と、リジッド基板２０の表面上または内部に取り付けられた温度検出素子Ｔ２〜Ｔ１０とを含む。これらの温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０（総称する場合または不特定のものを示す場合、温度検出素子Ｔと記載する）は、それぞれ専用のパターン配線Ｉ１〜Ｉ１０（総称する場合または不特定のものを示す場合、パターン配線Ｉと記載する）を介してマイクロコンピュータチップ１０と接続される。
【００１４】
温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０は、温度に応じて電気特性が変化する物質によって構成され、温度検出素子Ｔの電気特性を測定することによって温度を検出できる。たとえば、温度検出素子Ｔは、温度に応じて電気抵抗が変化する抵抗体であるサーミスタによって構成することができる。その他の例として、温度検出素子をダイオードによって構成することもできる。
【００１５】
温度検出素子として用いられるサーミスタは、温度上昇に伴って抵抗値が増大する正特性（ＰＴＣ：Positive  Temperature  Coefficient）を有していても、温度上昇に伴って抵抗値が減少する負特性（ＮＴＣ：Negative  Temperature  Coefficient）を有していてもよい。ＰＴＣサーミスタの例として、ポリエチレンなどの結晶性ポリマーにカーボンブラックなどの導電性粒子を均一に分散させたポリマーＰＴＣや、チタン酸バリウムに添加物を付加したセラミックＰＴＣなどを挙げることができる。ＮＴＣサーミスタの例としてニッケル、コバルト、マンガン、および鉄などの混合酸化物の焼結体を挙げることができる。
【００１６】
温度検出素子Ｔは、接続されるパターン配線Ｉの抵抗値が無視できる程度に大きな電気抵抗を有しているのが好ましい。さらに、温度センサとして用いられるので、測定温度領域では温度の変化量と電気抵抗の変化量とが比例関係に近い特性を有しているのが好ましい。
【００１７】
［マイクロコンピュータチップの構成］
マイクロコンピュータチップ１０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、メモリ、および入出力インターフェイスなどを内蔵し、プリント基板１００に形成された電子回路全体を制御する制御チップとして機能する。
【００１８】
マイクロコンピュータチップ１０は、さらに、専用のパターン配線Ｉ１〜Ｉ１０をそれぞれ介して温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０の電気特性を個別に検出可能なように構成されている。これによって、マイクロコンピュータチップ１０は、各温度検出素子Ｔが取り付けられている箇所の絶縁基板の温度、すなわち絶縁基板２０および３０の温度分布を検出できる。マイクロコンピュータチップ１０は、検出した絶縁基板２０および３０の温度分布に基づいて、プリント基板１００に実装されている電子部品のうち発熱源となっている電子部品を推定し、推定された発熱源の電子部品が過熱状態とならないようにその動作を制御する。
【００１９】
たとえば、温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０のうち上限温度を超える温度検出素子がある場合には、マイクロコンピュータチップ１０は、まず、絶縁基板２０および３０の温度分布に基づいて発熱源となっている電子部品を推定する。発熱源となっている電子部品からの熱移動によって絶縁基板２０および３０に温度分布が生じているので、逆に温度分布に基づいて発熱源となっている電子部品を特定することができる。たとえば、マイクロコンピュータチップ１０は、絶縁基板２０および３０内の最も高温の領域に設けられた電子部品のうちで動作周波数または駆動電圧の比較的高い電子部品を発熱源として推定する。マイクロコンピュータチップ１０は、推定された発熱源の電子部品に対して、動作周波数を低減したり、駆動電圧を低減したり、機能の一部を停止させたりする発熱抑制動作を行う。
【００２０】
絶縁基板２０および３０の温度分布を正確に検出するためには、マイクロコンピュータチップ１０は、温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０の電気特性を同時に検出するのが好ましい。もしくは、絶縁基板の温度が変化する時間に比べて十分に早い時間内に温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０を順次切り替えながら各温度検出素子Ｔの電気特性を検出するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、図１のマイクロコンピュータチップ１０の内部構成のうち温度測定に用いられる部分を示すブロック図である。以下、温度検出素子Ｔはサーミスタであるとして、温度測定に用いられる部分の具体的構成について説明する。
【００２２】
図２を参照して、マイクロコンピュータチップ１０は、定電流源１１と、抵抗素子１２と、電圧検出部１３とを含む。電圧検出部１３は、たとえばアナログデジタル（ＡＤ：Analog  to  Digital）変換器を含む。定電流源１１、抵抗素子１２、および温度検出素子Ｔは、駆動電圧が与えられる電源端子（図示しない）と接地線ＧＮＤとの間に直列に接続される。電圧検出部１３は、パターン配線Ｉを含めた温度検出素子Ｔの電圧を検出する。温度検出素子Ｔの抵抗値に比べてパターン配線Ｉの抵抗値が十分に小さい場合には、電圧検出部１３の検出結果から温度検出素子Ｔの抵抗値を算出することができ、算出した抵抗値から温度検出素子Ｔの温度を決定できる。
【００２３】
なお、図２の接続方式は２線式接続（２端子法とも称する）であるが、これに代えて３線式接続（３端子法）または４線式接続（４端子法）を用いてもよい。温度検出素子Ｔの抵抗値とパターン配線Ｉの抵抗値とが同程度の場合には、４線式接続（４端子法）で測定する必要がある。
【００２４】
各温度検出素子Ｔの電気特性を同時に測定する場合には、図２の構成を各温度検出素子Ｔごとに設ける必要がある。温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０を切り替えながら順次測定する場合には、図２のノード１５（抵抗素子１２と電圧検出部１３との接続ノード）と温度検出素子Ｔとの間にマルチプレクサが設けられる。マルチプレクサは、ノード１５を温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０の各々に順次接続する。
【００２５】
温度検出素子Ｔ（サーミスタ）の抵抗値には通常ばらつきがある。このばらつきの補正を以下の手順で行うことができる。まず、工場出荷前の検査時などに、プリント基板を恒温槽に入れ、図２に示す方法を用いて種々の温度で各温度検出素子Ｔの電圧を測定する。測定した電圧値は温度に対応付けてメモリに記憶される。次に、実使用時に測定された電圧値とメモリに記憶された電圧値とを比較することによって、各温度検出素子Ｔの温度を求める。
【００２６】
［温度検出素子の配置］
以下、各温度検出素子Ｔの配置について説明する。温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０は、絶縁基板２０および３０の温度分布を検出するために設けられている。このため、温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０は、絶縁基板２０および３０と平行でかつ互いに交差する２方向に沿って配列されるのが好ましい。より好ましくは、絶縁基板２０および３０の表面に沿って格子状に配列される。
【００２７】
絶縁基板の断面方向の配置に関して、温度検出素子Ｔ１〜Ｔ１０の少なくとも一部は、プリント基板１００に実装される複数の電子部品の一部にそれぞれ対応し、対応する電子部品の直下の絶縁基板の表面上または内部に設けられるのが好ましい。この配置によって、温度検出素子Ｔを対応する電子部品にさらに近接させることができるので、対応する電子部品が過熱状態にあるか否かをより正確に判定することができる。以下、プリント基板の断面方向の温度検出素子Ｔの具体的配置例について説明する。
【００２８】
図３は、温度検出素子の配置の一例を模式的に示す断面図である。図３に示すプリント基板は、絶縁基板２０が３層の絶縁板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによって構成される多層構造である（一部の層は絶縁シートで形成してもよい）。絶縁基板２０の表面、裏面、および内部にはパターン配線２３，２６，２４が形成され、絶縁基板２０の内部にはパターン配線間を接続するビア２５がさらに形成される。
【００２９】
図３の場合、絶縁基板２０の表面上に、電子部品の一例としてＤＩＰ（Dual  Inline  Package）方式のＩＣ（Integrated  Circuit）パッケージ４１が実装されている。ＩＣパッケージ４１のリード４２は、パターン配線２３にはんだ接続される。温度検出素子Ｔおよび専用のパターン配線Ｉは、このＩＣパッケージ４１の直下の絶縁基板２０の表面上に形成される。具体的に、パターン配線Ｉにはその一部が除去された素子取り付け部が形成されており、この素子取り付け部に温度検出素子Ｔが熱圧着またははんだ接続などによって接続される。図３に示すように、温度検出素子Ｔは、絶縁基板２０の温度を測定するためのものであるので、ＩＣパッケージ４１に接触していないし、リード４２が接続されたパターン配線２３にも接触していない。
【００３０】
図４は、温度検出素子の配置の他の例を模式的に示す断面図である。図４に示すプリント基板も、絶縁基板２０が３層の絶縁板２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによって構成される多層構造である（一部の層は絶縁シートで形成してもよい）。絶縁基板２０の表面、裏面、および内部にはパターン配線２３，２６，２４が形成され、絶縁基板２０の内部にはビア２５およびスルーホール２８がさらに形成される。
【００３１】
図４の場合、絶縁基板２０の表面上に、電子部品の一例として、はんだボール４４を介してパターン配線２３に接続されるＢＧＡ（Ball  Grid  Array）方式のＩＣパッケージ４３が実装されている。温度検出素子Ｔおよび専用のパターン配線Ｉは、このＩＣパッケージ４３の直下の絶縁基板２０の内部（絶縁板２１Ｂ上）に設けられる。この理由は、ＢＧＡ方式のＩＣパッケージ４３の場合には、ＩＣパッケージ４３直下の絶縁基板２０表面には温度検出素子Ｔを取り付けるスペースがないからである。図４に示すように、温度検出素子Ｔは、絶縁基板２０の温度を測定するためのものであるので、他のパターン配線２４，２６に接触していない。
【００３２】
［温度制御手順］
以下、プリント基板に実装された電子部品の過熱を防止するための制御手順について説明する。図５は、図１の温度検出素子Ｔの検出結果に基づく電子部品の温度制御手順を示すフローチャートである。
【００３３】
図１および図５を参照して、マイクロコンピュータチップ１０は、電子機器の使用中は（ステップＳ１０５でＮＯの場合）、定期的に各温度検出素子Ｔの電気特性（サーミスタの場合は電圧値）を検出する（ステップＳ１１０）。マイクロコンピュータチップ１０は、検出した各温度検出素子Ｔの電気特性に基づいて各温度検出素子Ｔの温度（具体的には、各温度検出素子Ｔの取り付け箇所の絶縁基板２０または３０の温度）を決定する。これによって、絶縁基板２０および３０の温度分布が判明する。
【００３４】
次に、マイクロコンピュータチップ１０は、決定した各温度検出素子Ｔの温度のうち所定の上限温度を超えたものがあるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。上限温度を超えた温度検出素子Ｔがない場合には（ステップＳ１２０でＮＯ）、マイクロコンピュータチップ１０は、最初のステップＳ１０５に戻り現在実行中の処理を継続する。
【００３５】
一方、上限温度を超えた温度検出素子Ｔがある場合には（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、マイクロコンピュータチップ１０は、検出された絶縁基板２０および３０の温度分布に基づいて発熱源となっている電子部品を推定する（ステップＳ１２５）。たとえば、マイクロコンピュータチップ１０は、絶縁基板２０および３０の最も高温の領域に設けられた電子部品のうち動作周波数または駆動電圧の高いチップを発熱源に推定する。
【００３６】
次に、マイクロコンピュータチップ１０は、発熱源と推定された電子部品に対して当該電子部品の消費電力を低減させる発熱抑制動作を行う（ステップＳ１３０）。具体的に、マイクロコンピュータチップ１０は、当該電子部品に対して、動作周波数を低減したり、動作電圧を低減したり、機能の一部を停止させたりするなど、当該電子部品の動作状態を調整する。
【００３７】
マイクロコンピュータチップ１０は、上記の発熱抑制動作を行いながら、各温度検出素子Ｔの電気特性を検出し、検出した電気特性に基づいて各温度検出素子Ｔの温度を決定する。マイクロコンピュータチップ１０は、決定した各温度検出素子Ｔの温度が適正温度範囲となるまで発熱抑制動作を続け、各温度検出素子Ｔの温度が適正温度範囲に戻った場合には（ステップＳ１４５でＹＥＳ）、発熱抑制動作を終了し（ステップＳ１５０）、最初のステップＳ１０５に戻り現在実行中の処理を継続する。
【００３８】
［まとめ］
以上のとおり、本実施の形態のプリント基板は以下の効果を奏する。まず、温度検出素子Ｔは絶縁基板２０および３０の表面上または内部に予め取り付けられているので、他の電子部品とともに温度検出用のチップ部品として絶縁基板２０および３０上に実装する必要がない。このため、プリント基板１００に実装される全電子部品の実装面積を削減することができ、結果としてプリント基板１００を内蔵する電子機器を小型化できる。
【００３９】
温度検出素子Ｔは、プリント基板１００に実装された電子部品の直下（絶縁基板２０または３０の表面または内部）に設置することができるので、実装面積を削減できる。さらに、発熱を伴う電子部品の直下に設けることによって、当該電子部品が過熱状態にあるか否かをより正確に判定することができる。
【００４０】
複数の温度検出素子Ｔを用いて絶縁基板２０および３０内の温度分布を検出することによって、発熱源となっている電子部品を容易に特定することができる。したがって、本実施の形態のプリント基板の場合には、発熱源となっている電子部品に温度検出素子を直接貼り付ける必要はない。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１０  マイクロコンピュータチップ、１１  定電流源、１２  抵抗素子、１３  電圧検出部、２０  絶縁基板（リジッド基板）、２３，２４，２６，Ｉ１〜Ｉ１０  パターン配線、３０  絶縁基板（フレキシブル基板）、４１，４３  ＩＣパッケージ（電子部品）、１００  プリント基板、Ｔ１〜Ｔ１０  温度検出素子。
【図１】
2015046496.tif 000003
【図２】
2015046496.tif 000004
【図３】
2015046496.tif 000005
【図４】
2015046496.tif 000006
【図５】
2015046496.tif 000007