(57)【要約】【課題】  金属芯入りプリント配線板の表面樹脂を剥がし金属を露出させた部分の凹部の隅において、はんだ付け時の熱応力を緩和でき、リフロー方式やフロー方式等での電子部品のはんだ付けができる金属芯入りプリント配線板を得ることを目的とする。【解決手段】  この発明の金属芯入りプリント配線板は、金属板２と、この金属板２の端部に位置し上記金属板２表面を露出し形成した冷却部６と、上記金属板２表面に融着され電子部品５が実装される領域に所定の厚みを有する絶縁樹脂層３と、上記冷却部６に接する上記絶縁樹脂層３の端部に位置し上記電子部品５実装領域の絶縁樹脂層３の厚みよりも薄い厚みの絶縁樹脂よりなる緩衝部９とを備えた。【選択図】  図１
2005150206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、この金属板の端部に位置し上記金属板表面を露出し形成した冷却部と、上記金属板表面に融着され電子部品が実装される領域に所定の厚みを有する絶縁樹脂層と、上記冷却部に接する上記絶縁樹脂層の端部に位置し上記電子部品実装領域の絶縁樹脂層の厚みよりも薄い厚みの絶縁樹脂よりなる緩衝部とを備えたことを特徴とする金属芯入りプリント配線板。
【請求項２】
矩形状の金属板と、この金属板の相対する矩形両端辺に沿って上記金属板表面を露出し形成した冷却部と、上記金属板表面に融着され電子部品が実装される領域に所定の厚みを有する略矩形状の絶縁樹脂層と、上記冷却部に接する上記絶縁樹脂層の両端辺に沿って上記電子部品実装領域の絶縁樹脂層の厚みよりも薄い厚みの絶縁樹脂よりなる緩衝部と、この応力緩和部の上記絶縁樹脂層の矩形角部を面取りし形成したコーナ緩衝部とを備えたことを特徴とする金属芯入りプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線板、特に放熱特性の良い金属芯入りプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高発熱部品や密閉筐体機器の放熱特性確保のため、金属芯入りプリント配線板が使用されている。このような金属芯入りプリント配線板では、電子部品から発生する熱を金属芯入りプリント配線板の中の金属板に効率良く伝導させるため、金属芯入りプリント配線板の表面樹脂を剥がし金属を露出させ、電子部品から金属板までの熱抵抗を少なくする構造が用いられている。また、この構造は金属芯入りプリント配線板とケース等の結合部にも適用されている。金属芯入りプリント配線板の表面樹脂を剥がし金属を露出させる部分において、従来は例えば特開平０６−３１８７７０号公報に示すように金属芯入りプリント配線板の樹脂表面から金属芯部まで垂直かつ直線的に樹脂を除去していた。また、樹脂の除去方法は機械加工や樹脂のエッチングにより実施されていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−３１８７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品をプリント配線板へはんだ付けする方法としては、はんだ付け部にクリームはんだを印刷し赤外線と熱風により加熱するリフロー方式のはんだ付けや、はんだ付け部分に溶融はんだ噴流をあてるフロー方式が用いられている。従来の金属芯入りプリント配線板では表面樹脂を剥がし金属を露出させる部分において、金属芯入りプリント配線板の樹脂表面から金属部まで垂直かつ直線的に樹脂を除去しているため、リフロー方式やフロー方式等のように基板全体を一度に加熱するはんだ付けにおいて、金属芯入りプリント配線板中の金属板と表面樹脂との熱膨張係数の差により基板に反りやねじれが発生し、表面樹脂を剥がし金属を露出させる部分の凹部の隅である金属と樹脂の界面に応力が集中し、剥離が発生する等の問題があった。また、この問題を回避しようとすると、リフロー方式やフロー方式による電子部品のはんだ付けができないため、全ての部品を手はんだ付けをする必要があり、組立時間・組立費用がかかるなどの問題点があった。
【０００５】
プリント配線板に実装される電子部品のはんだ付けの信頼性を確保するために、表面樹脂には、その熱膨張係数が電子部品の熱膨張係数により近い絶縁材料が選択して使用される。例えば、電子部品の熱膨張係数が７ｐｐｍ程度のセラミック部品であれば、一般的なガラスエポキシ基材（熱膨張係数１６ｐｐｍ）より熱膨張係数が低い日立化成製のＥ−６７９ＬＤ（熱膨張係数１２ｐｐｍ）等を採用する方向である。しかし、金属板がアルミニウム（熱膨張係数２３ｐｐｍ）である場合には、絶縁樹脂と金属板の熱膨張係数差が大きくなり、上記のような絶縁樹脂と金属板が剥がれるという現象が発生することとなる。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、金属芯入りプリント配線板の表面樹脂を剥がし金属を露出させた部分の凹部の隅において、はんだ付け時の熱応力を緩和でき、リフロー方式やフロー方式等での電子部品のはんだ付けができる金属芯入りプリント配線板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の請求項１に係る金属芯入りプリント配線板は、金属板と、この金属板の端部に位置し上記金属板表面を露出し形成した冷却部と、上記金属板表面に融着され電子部品が実装される領域に所定の厚みを有する絶縁樹脂層と、上記冷却部に接する上記絶縁樹脂層の端部に位置し上記電子部品実装領域の絶縁樹脂層の厚みよりも薄い厚みの絶縁樹脂よりなる緩衝部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明の請求項２に係る金属芯入りプリント配線板は、矩形状の金属板と、この金属板の相対する矩形両端辺に沿って上記金属板表面を露出し形成した冷却部と、上記金属板表面に融着され電子部品が実装される領域に所定の厚みを有する略矩形状の絶縁樹脂層と、上記冷却部に接する上記絶縁樹脂層の両端辺に沿って上記電子部品実装領域の絶縁樹脂層の厚みよりも薄い厚みの絶縁樹脂よりなる緩衝部と、この応力緩和部の上記絶縁樹脂層の矩形角部を面取りし形成したコーナ緩衝部とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、表面樹脂を除去し金属を露出させた部分に接する表面樹脂を階段状構造とすることにより、表面樹脂端の応力集中部を複数箇所に分散することができ、また、上記応力集中部の各箇所の応力の大きさを低減することができるため、金属板と絶縁樹脂の剥離を防止でき、リフローやフロー方式で、電子部品のはんだ付けが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施例１．
以下、この発明の実施例１を図について説明する。図１はこの発明の実施例１の金属芯入りプリント配線板の断面図、図２は平面図、図３は要部である絶縁樹脂端部の断面図である。図１、図２、図３において１は金属芯入りプリント配線板、２は金属芯入りプリント配線板１の内部にある金属板、３は金属板２の上下面に熱融着された絶縁樹脂、４は絶縁樹脂３上に銅箔等により形成されたパッド、５はパッド４へはんだ付けされている電子部品、６は金属芯入りプリント配線板１の表面樹脂を除去し内部の金属板の表面を露出し形成した冷却部、７は金属芯入りプリント配線板１が固定されているケース、８は金属芯入りプリント配線板１とケース７を固定している結合部品、９は金属芯入りプリント配線板１上の絶縁樹脂３を階段状に加工し、後述する熱応力による熱ストレスの緩和を目的とする緩衝部、１０ａ、１０ｂは金属芯入りプリント配線板１に熱ストレスがかかった場合の緩衝部における応力集中部である。
【００１１】
次に動作について説明する。図１、図２において、電子部品５から発生する熱は、パッド４及び絶縁樹脂３を通り金属板２へ伝わり、金属板２から冷却部６を通りケース７へ放熱される。電子部品５を金属芯入りプリント配線板１へリフローやフロー方式によりはんだ付けする時、金属板２と絶縁樹脂３の熱膨張係数差により金属芯入りプリント配線板１に反りが生じる。しかし、図３に示すように、冷却部６近傍の絶縁樹脂３の緩衝部９形状が階段状構造となっているため、応力集中部が階段状構造の凹部の１０ａと１０ｂの２箇所に分散されるとともに、応力の絶対値を低減することができる。
【００１２】
次に、計算機シミュレーションによる、緩衝部９の熱ストレス低減の効果を示す。シミュレーションは、図３に示す構造において、金属板２を厚さ１ｍｍのアルミニウム、絶縁樹脂３を厚さ０．６ｍｍのガラスエポキシ材とし、緩衝部９の階段形状部下段の絶縁樹脂厚さｂ及び緩衝部９の階段形状部の長さＬを変化させた場合の各場合における応力を算出しおこなった。また、比較のため、従来の垂直かつ直線的な端部構造における応力も算出した。図９は上記シミュレーションによる応力計算値を表とグラフとで示したものである。例えば、階段形状部の下段の絶縁樹脂厚さｂが０．２ｍｍ、階段形状部の長さＬが２ｍｍの時、１０ａ部の金属板と絶縁樹脂を引き剥がす方向の応力は、従来構造の場合には５３ＭＰａ（メガパスカル、Ｍｅｇａ  Ｐａｓｃａｌ、応力単位）であるのに対し、階段形状にした場合には２６．４ＭＰａとなり応力が軽減されていることが確認できる。また、図より明らかなように、階段形状部の下段の絶縁樹脂厚さｂは薄いほど応力低減の効果が高い。実際には、機械加工精度を考慮し、厚さｂは０．１〜０．２ｍｍが望ましい。また、図より、階段形状部の長さＬが０〜１ｍｍでは急激に応力が軽減され、１〜２ｍｍではほぼ同等の応力であることがわかる。したがって、長さＬが２ｍｍ以上では応力に変化がないため、１〜２ｍｍとするのが望ましい。
【００１３】
図４は実施例１の他の変形例を示す断面図である。上記発明の実施例１では、冷却部６近傍の絶縁樹脂３の緩衝部９が２段の階段構造の場合を示したが、図４のように３段の階段構造形状でも良い。この場合、金属芯入りプリント配線板１に反りが生じた時の応力集中部が緩衝部９の凹部の１０ａと１０ｂと１０ｃの３箇所に分散され、上記実施例１と同様の効果を奏する。
【００１４】
実施例２．
図５は本発明の実施例２を示す平面図であり、上記発明の実施例１では、金属芯入りプリント配線板１の緩衝部９は金属芯入りプリント配線板１の対となる２辺に沿って平行に樹脂を階段状に除去していた。この実施例２では、図５に示すように緩衝部９の金属を露出させた辺の両端部であるコーナ部において、絶縁樹脂を面取りし、特にコーナ緩衝部９ｂとしたものである。絶縁樹脂のコーナ部では、その物理的形状のために、中央部に比べて特に応力が集中しやすい。この面取りは、上記コーナ部での応力の分散に寄与する。以上より、金属芯入りプリント配線板１に反りが生じた時の応力が面取りにより分散し、実施例１に比べてさらにコーナ部での応力が低減できる。
【００１５】
図６は本発明の実施例２の他の変形例を示す平面図である。上記発明の実施例２では、金属を露出させた辺の両端部の絶縁樹脂を直線的に面取りしていたが、図６に示すように円弧形状にしても良く、上記実施例２と同様の効果を奏する。
【００１６】
図７は本発明の実施例１、２の他の変形例を示す平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。上記発明の実施例１、２では、緩衝部９は金属芯入りプリント配線板１の対となる２辺に設けられていたが、図７、８に示すように緩衝部６が形成されていない辺に対しても、絶縁樹脂３を階段状に加工しても良い。この場合、冷却部６が形成されていない辺においても金属板２と絶縁樹脂３の剥離を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１である金属芯入りプリント配線板を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１である金属芯入りプリント配線板を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例１である金属芯入りプリント配線板を示す要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例１の変形例である金属芯入りプリント配線板を示す要部の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施例２である金属芯入りプリント配線板を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例２の変形例である金属芯入りプリント配線板を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例２の他の変形例である金属芯入りプリント配線板を示す平面図である。
【図８】図７に示した本発明の実施例２の他の変形例である金属芯入りプリント配線板を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例１である金属芯入りプリント配線板による応力低減の効果を示す計算機シミュレーション実験結果の説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  金属芯入りプリント配線板、  ２  金属板、  ３  絶縁樹脂、  ４  パッド、  ５  電子部品、  ６  冷却部、  ７  ケース、  ８  結合部品、  ９  緩衝部、  ９ｂ  コーナ緩衝部、  １０、１０ａ、１０ｂ  応力集中部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005150206.tif 000005
【図４】
2005150206.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005150206.tif 000009
【図８】
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【図９】
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