(57)【要約】【課題】低温時に加熱を必要とする所望の電子回路部品の温度を、選択的に短時間でかつ更なる高加熱効率で推奨動作温度範囲内に加熱上昇させる。【解決手段】基板１の電子回路部品２搭載面側に、発熱体３と感熱スイッチ手段４とを搭載する。発熱体３は、電子回路部品２用のＧＮＤライン６と接して配置され、ＧＮＤライン６を介して電子回路部品２を所定の動作温度範囲まで効率良く加熱する。感熱スイッチ手段４は、保温用カバー５内の温度が所定温度以下になると発熱体３に電力を供給して発熱させ、保温用カバー５内の温度が所定温度以上になると発熱体３への電力を遮断することにより、電子回路部品２を所望の推奨動作温度範囲に保つ。加熱が必要とされる電子回路部品２、発熱体３および加熱スイッチ４の周囲は保温用カバー５で覆われており、保温用カバー５の周囲に熱が逃げないため、加熱効率が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の推奨動作温度範囲を有する電子回路部品が絶縁性基板上に搭載された配線基板において、該電子回路部品の温度を該所定の推奨動作温度範囲内に制御する温度制御手段を、該電子回路部品が搭載された基板面側に備えた配線基板。
【請求項２】
前記温度制御手段は、前記電子回路部品の近傍位置に、電力供給されて発熱する発熱体と、該発熱体への電力供給を制御する感熱スイッチ手段とを有した請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記発熱体は、前記電子回路部品と電気的に接続されたグランド用ラインに熱伝導可能に接して配置されている請求項２記載の配線基板。
【請求項４】
前記発熱体は、前記電子回路部品の周囲近傍位置に均等に設けられている請求項２または３記載の配線基板。
【請求項５】
前記感熱スイッチ手段は感熱素子とスイッチ手段を有し、
該スイッチ手段はトランジスタであり、該感熱素子からの出力に基づいて、該トランジスタを駆動する駆動電圧を出力可能とするバイアス手段を更に有し、該感熱素子によって前記周囲温度が所定の第１温度以下であると検出されたときに、該トランジスタを介して前記発熱体に電力供給し、該感熱素子によって周囲温度が所定の第２温度以上であると検出されたときに、該トランジスタを介した前記発熱体への電力供給を遮断する請求項２記載の配線基板。
【請求項６】
前記電子回路部品および周囲温度制御手段を少なくとも覆う保温用カバーを更に有した請求項１記載の配線基板。
【請求項７】
前記保温用カバーの材質はポリカーボネイト樹脂からなる請求項６記載の配線基板。
【請求項８】
前記保温用カバーは、空気層が間に挟まれた２層構造からなる請求項６記載の配線基板。
【請求項９】
前記保温用カバーの内側に植毛が施されている請求項６記載の配線基板。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の配線基板を備えた電子機器。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れかに記載の配線基板を、ＬＥＤパネルを駆動制御する制御回路基板として用いたＬＥＤディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基板上に搭載された電子回路部品の温度制御が可能な配線基板、この配線基板を用いた電子機器およびＬＥＤディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体デバイスなどの電子回路部品には、使用に適した温度範囲として推奨動作温度範囲が定められている。このような推奨動作温度範囲が定められている理由は、例えば摂氏０度以下などの低温で正常に動作できなくなるからである。特に、例えばＬＥＤディスプレイなどでディスプレイ制御用ＩＣとして用いられる高性能なプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）などの電子回路部品では、推奨動作温度範囲から外れた低温時に正常動作できなくなる。
【０００３】
このため、高性能なＰＬＤなどを用いた電子機器において、摂氏０度以下になる寒冷地で使用されるものについては、例えば個々の電子回路部品に対して例えば摂氏０度以下の特別な状態で動作確認を行って正常動作するもののみ選択するか、または、電子回路部品を搭載したプリント配線基板が組み込まれた電子機器内部にヒータを設けて、ヒータにより加熱を行うかである。
【０００４】
しかしながら、上述したように、個々の半導体デバイスに対して動作確認を行う場合には、寒冷地用に特別な状態で動作確認を行い、それに適合した半導体デバイスを用意する必要があり、電子機器が高価になるという問題がある。
【０００５】
また、電子機器内部にヒータを設けて電子機器を加熱する場合には、低温時に加熱が必要な電子回路部品が、電子機器内の一部の電子回路部品のみであっても、電子機器内部を全体的に加熱するため、電力効率が極めて悪くなるという問題がある。さらに、電子機器内の電子回路部品周辺の雰囲気が所定温度になるまでに時間がかかるという問題もある。
【０００６】
このため、特許文献１（特開２０００−１８８１７１号公報）には電子回路部品の温度制御装置が提案されている。この温度制御装置では、プリント配線基板の電子回路部品搭載面（表面側）と反対面（裏面側）とにそれぞれ銅パターンが形成され、これらの表面と裏面の各銅パターン間をスルーホールを介して電気的に接続している。この銅パターンを熱損失により加熱するパワートランジスタと、温度が所定温度以下になったことを検出してスイッチング動作する感熱スイッチ手段とを裏面側の銅パターン上に実装している。この温度制御装置により、温度が所定温度以下になったときに感熱スイッチ手段を動作させてパワートランジスタをオン状態とし、その熱損失によってパワートランジスタにて熱を発生させる。この熱は、スルーホールを介して裏面側の銅パターンから表面側の銅パターンに熱伝導する。このため、電子回路部品のリード直下に設けられた銅パターンによって所望の電子回路部品だけを選択的に効率良く加熱することができる。これによって、上記従来の構成に比べて電力効率が良く、推奨動作温度範囲内の所定温度までより早く温度上昇させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１８８１７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電子回路部品の温度制御装置では、所望の電子回路部品だけを選択的に効率良く加熱することができるものの、パワートランジスタからの熱は空気中にも放熱するため、空気中に放出された熱は所望の電子回路部品の加熱に寄与しにくく、その意味では加熱効率が良くないという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、低温時に加熱を必要とする所望の電子回路部品の温度を、選択的に短時間でかつ更なる高加熱効率で推奨動作温度範囲内に加熱上昇させることができる配線基板、これを用いた電子機器およびＬＥＤディスプレイを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、所定の推奨動作温度範囲を有する電子回路部品が絶縁性基板上に搭載された配線基板において、電子回路部品の温度を所定の推奨動作温度範囲内に制御する温度制御手段を、電子回路部品が搭載された基板面側に備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の配線基板における温度制御手段は、電子回路部品の近傍位置に、電力供給されて発熱する発熱体と、発熱体への電力供給を制御する感熱スイッチ手段とを有している。
【００１２】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板における発熱体は、電子回路部品と電気的に接続されたグランド用ラインに熱伝導可能に接して配置されている。
【００１３】
またまた、好ましくは、本発明の配線基板における発熱体は、電子回路部品の周囲近傍位置に均等に設けられている。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板における感熱スイッチ手段は感熱素子とスイッチ手段を有し、スイッチ手段はトランジスタであり、感熱素子からの出力に基づいて、トランジスタを駆動する駆動電圧を出力可能とするバイアス手段を更に有し、感熱素子によって周囲温度が所定の第１温度以下であると検出されたときに、トランジスタを介して発熱体に電力供給し、感熱素子によって周囲温度が所定の第２温度以上であると検出されたときに、トランジスタを介した発熱体への電力供給を遮断する。また、好ましくは、本発明の配線基板における感熱スイッチ手段は、電子回路部品の周囲温度を検知する感熱素子と、この感熱素子からの出力に基づいてオン・オフ制御するスイッチ手段とを有し、このスイッチ手段はトランジスタであり、この感熱素子からの出力に基づいて、トランジスタを駆動する駆動電圧を出力可能とするバイアス手段を更に有し、感熱素子によって周囲温度が所定の第１温度以下であると検出されたときに、トランジスタを介して発熱体に電力供給し、感熱素子によって周囲温度が所定の第２温度以上であると検出されたときに、トランジスタを介した発熱体への電力供給を遮断する。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板において、電子回路部品および周囲温度制御手段を少なくとも覆う保温用カバーを更に有している。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板における保温用カバーの材質はポリカーボネイト樹脂からなる。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板における保温用カバーは、空気層が間に挟まれた２層構造からなる。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の配線基板における保温用カバーの内側に植毛が施されている。
【００１９】
次に、本発明の電子機器は、上記上記の配線基板を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、本発明のＬＥＤディスプレイは、上記配線基板を、ＬＥＤパネルを駆動制御する制御回路基板として用いており、そのことにより上記目的が達成される。また、本発明のＬＥＤディスプレイは、前記電子回路部品がディスプレイ制御用ＩＣである請求項１記載の配線基板を、ＬＥＤパネルを駆動制御する制御回路基板として用いており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。
【００２２】
本発明においては、例えばＬＥＤディスプレイの制御用ＩＣであるＰＬＤなどのように、低温時に加熱を必要とする電子回路部品が搭載された配線基板において、その電子回路部品が搭載された基板面側に発熱体が設けられている。この発熱体は、電子回路部品と電気的に接続されたグランド用ラインに接して設けられている。そのグランド用ラインおよび電子回路部品のリードを介して発熱体からの熱を伝導させている。また、発熱体から空気中に放熱した熱も電子回路部品の周囲温度上昇に寄与している。したがって、所定の電子回路部品を選択的に所望の推奨動作温度範囲までより短時間でかつより効率良く加熱することが可能となる。また、加熱が必要とされる電子回路部品および周囲温度制御手段（発熱体および感熱スイッチ手段を含む）の周囲が保温用カバーで覆われており、保温用カバーの周囲に熱が逃げ難いため、加熱効率をいっそう向上させることができて、より少ない消費電力で電子回路部品を所望の推奨動作温度範囲内まで短時間で加熱することができる。
【００２３】
また、保温用カバー内に周囲温度制御手段を設けることによって、周囲温度制御手段にて保温用カバー内の温度が所定温度以下になったときに発熱体に電力を供給して発熱させ、電子回路部品を所望の推奨動作温度範囲内まで短時間で加熱することができる。また、保温用カバー内の温度が所定温度以上になったときには発熱体に供給される電力を遮断して発熱を停止させることができる。これによって、電子回路部品を所望の推奨動作温度範囲内に保つことができる。加熱に必要な熱は、発熱体（例えば抵抗素子やトランジスタなど）に供給される電圧によって任意に設定することが可能である。
【００２４】
保温用カバーの材料としては、耐熱性、コストなどを考慮すると、ポリカーボネイト樹脂を用いることが好ましい。また、保温用カバーの外部と内部の温度の隔離を確実に行うために、空気層を間に挟んだ２層構造とすることによって、保温性をいっそう向上させることができる。また、保温用カバーの内側に植毛を施すことによっても、保温性をいっそう向上させることもできる。
【００２５】
発熱体は、電子回路部品の周囲４方向の近傍位置など、電子回路部品の周囲に均等に複数を設けることによって、周囲温度のばらつきを少なくすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のプリント配線基板の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明のプリント配線基板の実施形態の概略構成例を模式的に示す断面図であり、図２は図１のプリント配線基板の上面図である。
【００２８】
図１および図２において、本発明のプリント配線基板１０は、基板１と、この基板１上に設けられ、ＰＬＤなどのように氷点下などの低温では正常な動作が得られず、加熱を必要とする所定の推奨動作温度範囲を有する電子回路部品２と、基板１上に設けられ、所定の推奨動作温度範囲内に電子回路部品２の温度を制御する温度制御手段と、これらの電子回路部品２および周囲温度制御手段を覆う保温用カバー５とを有している。
【００２９】
電子回路部品２は、例えばプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）などであり、所定の推奨動作温度範囲を維持するために加熱を必要とする。
【００３０】
周囲温度制御手段は、その電子回路部品２の搭載基板面側において、その電子回路部品２の近傍位置に、電力供給されて発熱する抵抗素子などの発熱体３と、この発熱体３への電力供給を制御する感熱スイッチ手段４とを有している。
【００３１】
発熱体３は、電子回路部品２のリード２ａと電気的に接続された銅箔（銅パターン）などからなるグランド用ライン（ＧＮＤライン）６上に熱伝導可能に接して１個または複数個の例えば抵抗素子が実装されており、ＧＮＤライン６およびリード２ａを介して電子回路部品２を加熱するようになっている。また、発熱体３からの空気中への放熱も電離回路部品２の加熱に寄与している。
【００３２】
図２の例では、電子回路部品２の周囲４方向にそれぞれ各発熱体３が配設されている。このように、発熱体３を電子回路部品２の周囲に均等に複数個配置することによって、特定のエリア（基板一面側エリア内であって電子回路部品２の周囲エリア）を、温度むらを少なくして均等に加熱することができる。
【００３３】
感熱スイッチ手段４は、保温用カバー５内に少なくとも一つ設けられており、周囲温度を検知し、その検知した周囲温度に基いて複数の発熱体３のそれぞれに対する電力供給・遮断を制御する。
【００３４】
図３は、図１の発熱体３および感熱スイッチ手段４の要部構成例を示す回路図である。
【００３５】
図３において、感熱スイッチ手段４は、周囲温度に応じた出力変化により周囲温度を検知する感熱素子４ａと、この感熱素子４ａからの出力に応じてバイアス駆動出力を出力するコンパレータ手段を含むバイアス手段４ｂと、バイアス手段４ｂからのバイアス駆動出力を制御端子に出力することにより駆動制御されるパワートランジスタ４ｃとを有し、感熱素子４ａの出力に基づいて駆動制御されるパワートランジスタ４ｃを介して電源から電力が発熱体３に供給・遮断される。感熱素子４ａとしては、例えばサーミスタや熱伝対などを用いることができる。
【００３６】
上記構成において、感熱素子４ａによって保温用カバー５内の温度が所定の第１温度以下（例えば摂氏零度以下）であると検出されると、バイアス手段４ｂは、パワートランジスタ４ｃの制御端子に、感熱素子４ａからの出力に応じた所定のバイアス駆動出力（バイアス電圧）を印加する。これによって、パワートランジスタ４ｃがオン状態となって発熱体３に電源からの電力が供給され、発熱体３が発熱して電子回路部品２への加熱が開始される。
【００３７】
また、感熱素子４ａによって保温用カバー５内の温度が所定の第２温度以上（所定の第１温度≦所定の第２温度）であると検出されると、バイアス手段４ｂからパワートランジスタ４ｃへのバイアス電圧（コンパレータ手段からの出力）の印加が停止される。これによって、パワートランジスタ４ｃがオフ状態となって電源から発熱体３への電力が遮断されて、発熱体３は発熱しなくなる。このために電子回路部品２への加熱は停止される。このように、第１温度および第２温度は、所定のヒステリシスを持たせて設定されている。即ち、第１温度よりも第２温度がヒステリシス分だけ高く設定されることになる。
【００３８】
ＬＥＤディスプレイなどの電子機器において、電子回路部品は、機器全体と比較して熱容量や時定数が非常に小さい。また、低温時に加熱を必要とする電子回路部品２は、プリント配線基板１０に実装されている全部品のうちの一部であることが多い。したがって、低温時に加熱が必要な電子回路部品がある場合に、従来のように、電子機器全体を加熱すると電力効率が極めて悪くなる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、動作温度範囲が狭く、温度管理を行うことが必要な電子回路部品２のみを集めて、その電子回路部品２のリードと電気的に接続されたＧＮＤライン６に接した状態で発熱体３を実装し、必要な部分（電子回路部品２）だけを選択的に加熱する。このとき、発熱体３から空気層への放熱を防ぐため、該当する部分を保温用カバー５により覆って外気から遮断している。
【００４０】
例えばＬＥＤディスプレイを屋外で表示機器として使用する場合には、最低温度−４０℃から最高温度１００℃などの広い温度範囲で使用されていること、およびコストなどを考慮すると、保温用カバー５の材質としては耐熱性の高いポリカーボネイト樹脂を用いることが最適である。
【００４１】
さらに、図４に示すように、保温用カバー５を、空気層が間に挟まれた２層構造とすることにより、保温用カバー５の断熱性能を向上させることができる。または、保温用カバー５の内側に植毛（図示せず）を施すことによっても、保温用カバー５近傍において空気層の対流を防ぐことができるため、カバー５の断熱性能を向上することができる。
【００４２】
図５は、本実施形態のプリント配線基板において、発熱体３の消費電力と電子回路部品２および基板１の温度上昇との関係を示すグラフである。図５の縦軸は温度上昇（ΔＴ℃）を示し、横軸は消費電力Ｗを示している。また、図５中、○で示す点を結ぶ実線は電子回路部品２の温度上昇を示し、×で示す点を結ぶ点線は基板１の基板温度上昇を示している。これらはほぼ同等に推移している。
【００４３】
図５に示すように、発熱体３の消費電力が４．２Ｗで１５℃程度、６．０Ｗで２０℃程度、電子回路部品２の温度を上昇させることができており、従来の場合に比べて少ない消費電力により、短時間で効率良く所望の動作温度範囲まで電子回路部品２を加熱することができることが判る。
【００４４】
本実施形態のプリント配線基板１０において、電子回路部品２としてディスプレイ制御用ＩＣであるＰＬＤを搭載し、ＬＥＤディスプレイの制御基板を構成したところ、通常のＬＥＤディスプレイの制御基板では最低動作温度が摂氏０℃までであるところを、摂氏−４０℃まで良好に表示させることが可能となった。
【００４５】
以上のように、本発明の各実施形態によれば、基板１の電子回路部品２搭載面側に、発熱体３と感熱スイッチ手段４とを搭載する。発熱体３は、電子回路部品２用のＧＮＤライン６と接して配置され、ＧＮＤライン６を介して電子回路部品２を所定の動作温度範囲まで効率良く加熱する。感熱スイッチ手段４は、保温用カバー５内の温度が所定温度以下になると発熱体３に電力を供給して発熱させ、保温用カバー５内の温度が所定温度以上になると発熱体３への電力を遮断することにより、電子回路部品２を所望の推奨動作温度範囲に保つことができる。加熱が必要とされる電子回路部品２、発熱体３および加熱スイッチ４の周囲は保温用カバー５で覆われており、保温用カバー５の周囲に熱が逃げないため、加熱効率をいっそう向上させることができる。
【００４６】
なお、上記各実施形態では、保温用カバー５を用いたが、保温用カバー５を用いない場合にも、温度制御手段を電子回路部品２と同一基板面側に配置することによって、発熱体３から空気中に放熱した熱も電子回路部品２の周囲温度上昇に寄与するので、従来技術に比べて高加熱効率の本発明の効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来の電子機器のように機器内にヒータを設ける必要がなく、推奨動作温度範囲よりも低温時に加熱が必要な電子回路部品の同一基板側近傍位置において発熱体を発熱させることによって、配線基板上のグランド用パターンから当該電子回路部品のリード、および空気層を介して当該電子回路部品を所望の推奨動作温度範囲まで短時間に効率良く加熱することができる。また、電子回路部品の周囲を保温用カバーにより覆っているため、熱が保温用カバーから外部に逃げ難く、加熱に要する消費電力を少なくすることができる。加熱に必要な熱量は、発熱体に供給される例えば電源電圧により任意に設定することができる。
【００４８】
本発明の配線基板を制御基板として用いたＬＥＤディスプレイでは、極寒冷地である北海道のように摂氏−４０℃になる地域でも消費電力を最小限にして良好な表示が可能となり、非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリント配線基板の実施形態の概略構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のプリント配線基板の上面図である。
【図３】図１の発熱体および感熱スイッチ手段の要部構成例を示す回路図である。
【図４】本実施形態のプリント配線基板の他の構成例を示す断面図である。
【図５】本実施形態のプリント配線基板において、発熱体３の消費電力と電子回路部品２および基板１の温度上昇との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    基板
２    電子回路部品
２ａ    リード
３    発熱体
４    感熱スイッチ手段
４ａ    感熱素子
４ｂ    バイアス手段
４ｃ    パワートランジスタ（スイッチ手段）
５    保温用カバー
６    ＧＮＤパターン
【図１】
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【図２】
2004226575.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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