JP2000261125A - 混成集積回路の実装構造 - Google Patents

混成集積回路の実装構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱部品の発熱による温度上昇が発生しても
温度制約部品が所望の特性となるようにしつつ、混成集
積回路の小型化を図る。 【解決手段】 温度制約部品2と発熱部品3aとの間の
距離をL1、温度制約部品2の周囲の雰囲気温度をT
a、温度制約部品2自身の発熱による温度上昇をTb、
発熱部品3aの発熱温度をTh1、発熱部品3aの近傍
の熱伝達率における誤差範囲をα、遠方の熱伝達率にお
ける誤差範囲をβとした場合に、 【数1】 を満たすように、温度制約部品2と発熱部品3aとを配
置する。このような距離L1という短い間隔で温度制約
部品2と発熱部品3aとを配置しても、温度制約部品2
が制約温度を超えないため、温度制約部品2の所望の特
性を得ることができ、混成集積回路の小型化を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】使用温度に制約がある部品
と、通電時に発熱が生じる部品(素子)とが混在する混
成集積回路の実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の混成集積回路としては、消費電力
が大きいパワー部品を取り込みつつ、小型化が求められ
る傾向にある。使用温度に制約がある部品若しくは素子
(以下、温度制約部品という)と、動作時(通電時)に
発熱が生じる部品もしくは素子(以下、発熱部品とい
う)とが混在する混成集積回路がある。この回路では、
発熱部品の発熱による温度上昇が生じても温度制約部品
が所定温度(所望の部品特性が得られる温度)以下にな
るようにする必要があるため、従来では、混成集積回路
を配置する基板サイズを拡大させたり、基板に放熱フィ
ンを備えることによって、混成集積回路で発生した熱を
効率よく放熱させるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板サ
イズの拡大や放熱フィンの装備は、混成集積回路の大型
化を招き、上記した混成集積回路の小型化とは相反する
という問題がある。また、放熱作用を得るために、部品
点数を増加させたり、加工工数を増加させたりしてコス
トアップを招くという問題も生じさせる。
【0004】本発明は上記問題に鑑みてなされ、発熱部
品の発熱による温度上昇が生じても温度制約部品が所望
の特性となり、かつ混成集積回路の小型化を図ることが
できる混成集積回路の実装構造を提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項1に記載の発明においては、温度制約部品
(2)と第1の発熱部品(3、3a)との間の距離をL
1、温度制約部品(2)の周囲の雰囲気温度をTa、温
度制約部品(2)自身の発熱による温度上昇をTb、第
1の発熱部品(3、3a)の発熱温度をTh1、温度制
約部品の制約温度をTc、温度制約部品(2)と第1の
発熱部品(3、3a)との間における基板(1)の熱伝
達係数をk、第1の発熱部品(3、3a)の近傍の熱伝
達率における誤差範囲をα、第1の発熱部品(3、3
a)の遠方の熱伝達率における誤差範囲をβとした場合
に、上記数1を満たすように、温度制約部品(2)と第
1の発熱部品(3、3a)とを配置することを特徴とす
る。
【0006】このように、温度制約部品(2)と発熱部
品(3、3a)との間が距離L1を満たすように、温度
制約部品(2)と発熱部品(3、3a)とを配置するこ
とにより、距離L1という短い間隔で温度制約部品
(2)と発熱部品(3、3a)とを配置しても、温度制
約部品(2)が制約温度を超えることがない。従って、
温度制約部品(2)の所望の特性を得ることができると
ともに、混成集積回路の小型化を図ることができる。
【0007】請求項2に記載の発明においては、動作時
に発熱が生じる第2の発熱部品(3b)を有し、第2の
発熱部品(3b)と温度制約部品(2)との間の距離を
L2、第2の発熱部品(3b)の発熱温度をTh2、第
1の発熱部品(3、3a)の発熱による温度制約部品
(2)の温度上昇をTe1とした場合に、上記数2を満
たすように、温度制約部品(2)と第2の発熱部品(3
b)とが配置されていることを特徴としている。
【0008】このように、複数の発電部品が基板(1)
上に配置される場合には、温度制約部品(2)とそれぞ
れの発熱部品(3a、3b)との間が所定の距離となる
ようにすることで、発熱部品(3a、3b)が複数配置
される場合においても、請求項1と同様の効果を得るこ
とができる。なお、基板(1)の熱伝達係数は、請求項
3に示すように、熱が基板(1)を伝わる距離の二乗に
反比例する関係を有している。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
に従って説明する。図1に本発明の一実施形態を適用し
た混成集積回路の実装構造を示す。以下、図1に基づい
て混成集積回路の実装構造を説明する。図1に示すよう
に、混成集積回路は、セラミックやガラスエポキシ樹脂
などで構成された基板1上に、複数の部品を備えた構成
となっている。複数の部品は、それぞれ、温度制約部品
2、発熱部品3、コンデンサや抵抗などの電子部品4で
構成されている。ここで、温度制約部品2とは、一般的
にジャンクション温度(Tj)が150℃とされている
半導体素子や、約170℃程度から軟化するはんだで接
続された部品又は、温度特性上から使用温度が制約され
ている抵抗体やコンデンサなどを示す。また、発熱部品
3とは、パワーMOSトランジスタを始めとする大電力
半導体素子や抵抗体及びコイルなどの動作上発熱するも
のすべてを示す。
【0010】そして、発熱部品3と温度制約部品2との
間の距離L1が数3を満たすように、発熱部品3と温度
制約部品2とが配置されている。
【0011】
【数3】
【0012】ただし、Ta;周囲温度、Tb;温度制約
部品2自体の発熱温度、k;基板1の熱伝達係数、T
c;温度制約部品2の制約温度(所望の特性が得られる
温度)Th1;発熱部品3の発熱温度、α、β;基板1
の熱伝達率における誤差範囲である。この数3について
説明する。
【0013】まず、温度制約部品2の温度について考え
てみると、温度制約部品2の温度は、温度制約部品2自
体の発熱温度Tbと、温度制約部品2の周囲温度、及び
発熱部品3を発熱源として伝達された熱による温度上昇
との和によって表わされる。これらのうち、発熱部品3
を発熱源として伝達された熱による温度上昇について
は、発熱部品3と温度制約部品2との間の距離L1によ
って変化するため、上記和が温度制約部品2の制約温度
を超えないように距離L1を設定する必要がある。
【0014】そこで、発熱部品3と温度制約部品2との
間の距離と、これらの間における基板1の熱伝達係数と
の関係を調べたところ、図2に示す特性が得られた。こ
の図に示されるように、熱伝達係数の絶対値は、距離L
1の二乗に反比例(1/L1 2 )して大きくなるように
変化する。このため、発熱部品3から伝達された熱によ
る温度上昇は、(k/L12 +β)×Thで示される。
そして、温度制約部品2の温度が制約温度Tc以下であ
ることが必要とされるため、温度制約部品2の温度とし
て許容される温度、すなわち制約温度Tcは数4のよう
に表わすことができる。
【0015】
【数4】
【0016】この数4を距離L1の式に変換すると、数
1が導き出される。これにより、発熱部品と温度制約部
品2との間の距離L1は、想定される各種温度に対し
て、温度制約部品2の温度が制約温度を超えない程度に
設定される。この距離L1は、基板1として用いられて
いるセラミックや樹脂などが金属などと比べて熱伝導性
が劣っており比較的大きな温度勾配を生じる材料である
ことから、比較的小さな値となる。このため、距離L1
を上記数1を満たす値とすることにより、発熱部品3と
温度制約部品2との間の距離L1が、温度制約部品2の
温度を制約温度以下にできる最短距離とすることができ
るため、各部品間を最短距離で結線することができる。
このため、温度制約部品2の温度が制約温度を超えない
ようにできるだけでなく、混成集積回路の小型化を図る
こともできる。
【0017】さらに、最短距離での結線が可能となるた
め、配線抵抗の低減を図れるという効果も得られる。ま
た、これにより、配線に大電流を流すことによる発熱を
抑制することができ、温度制約部品2の温度上昇の抑制
が行えるという相乗効果も得られる。なお、図示されて
いないが、温度制約部品2と発熱部品3との間の導体パ
ターン密度をできるだけ小さくしている。これにより、
基板1の熱伝導係数の絶対値を大きくすることができ、
距離L1をさらに小さくすることができるという効果が
得られ、さらなる高集積化を図ることができる。
【0018】また、混成集積回路に電気的又は構造的に
接続される物、例えばクリップやコネクタなどの近傍に
発熱部品3を配置することにより、発熱部品3が発生し
た熱をこれらの物を通じて放熱することも可能である。
さらに、本実施形態では、基板寸法について特に説明し
ていないが、熱伝達係数は基板寸法に大きく依存し、基
板寸法を大きくすれば熱伝達係数の絶対値が大きくな
り、発熱部品3の発熱が温度制約部品2に伝達され難く
なるということが判った。このため、基板寸法を大きく
することにより、基板1内において発熱部品3と温度制
約部品2との間を狭くすることができ、基板1内の他の
構成要素の配置スペースを増加させ、他の構成要素の配
置自由度を向上させることも可能である。
【0019】(第2実施形態)図3に本発明の第2実施
形態における混成集積回路の実装構造を示す。以下、図
3に基づいて、本実施形態における混成集積回路の構成
を説明する。ただし、図3において、図1と同じ構成で
ある部分については、説明を省略する。本実施形態で
は、温度制約部品2や発熱部品3が基板1上に複数個配
置されている場合について説明する。ただし、本実施形
態では、便宜上温度制約部品2が1つに対して2個の発
熱部品3a、3bを配置する場合を例に挙げて説明す
る。
【0020】図3に示すように、温度制約部品2に対し
て距離L1の位置に発熱部品3aが配置されており、距
離L2の位置に発熱部品3bが配置されている。このよ
うな場合、温度制約部品2の温度が発熱部品3aと発熱
部品3bの双方に発熱によって上昇するため、これら双
方による発熱を考慮して距離温度L1、L2を設定する
ようにしている。
【0021】具体的には、まず、温度制約部品2が発熱
部品3aの発熱によって受ける温度上昇Te1は、数5
のように求められる。
【0022】
【数5】Te1=(k/L12 +β)Th1 但し、Th1;発熱部品3aの発熱温度である。そし
て、温度制約部品2の温度は、温度制約部品2自体のも
ともとの温度Tbと、温度制約部品2の周囲温度、及び
発熱部品3aと発熱部品3bを発熱源として伝達された
熱による温度上昇との和に相当するため、温度制約部品
2と発熱部品3bとの間の距離L2は、数6のように表
わされる。
【0023】
【数6】
【0024】但し、Th2;発熱部品3aの発熱温度で
ある。このため、数5、数6に基づいて、温度制約部品
2の温度が制約温度以下となるように距離L1、L2を
任意に設定することにより、温度制約部品2に対して複
数の発熱部品3a、3bが存在するような場合でも、温
度制約部品2の温度が制約温度以上になることを防止す
ることができる。
【0025】なお、温度制約部品2が複数個あり、発熱
部品が複数個あるような場合についても、本実施形態と
同様に、各温度制約部品2について各発熱部品の発熱に
よって生じる温度上昇をそれぞれ検討することによっ
て、各温度制約部品2の温度がそれぞれの制約温度を超
えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における混成集積回路の
実装構造を示す図である。
【図2】1/(距離の二乗)と熱伝達係数との関係を示
す特性図である。
【図3】本発明の第2実施形態における混成集積回路の
実装構造を示す図である。
【符号の説明】
1…基板、2…温度制約部品、3、3a、3b…発熱部
品、4…電子部品。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板(1)上に、使用温度に制約を有す
    る部品若しくは素子からなる温度制約部品(2)と、動
    作時に発熱が生じる部品若しくは素子からなる第1の発
    熱部品(3、3a)とを配置してなる混成集積回路の実
    装構造において、 前記温度制約部品(2)と前記第1の発熱部品との間の
    距離をL1、前記温度制約部品(2)の周囲の雰囲気温
    度をTa、前記温度制約部品(2)自身の発熱による温
    度上昇をTb、前記第1の発熱部品(3、3a)の発熱
    温度をTh1、前記温度制約部品(2)の制約温度をT
    c、前記温度制約部品(2)と前記第1の発熱部品
    (3、3a)との間における前記基板(1)の熱伝達係
    数をk、前記第1の発熱部品(3、3a)の近傍の熱伝
    達率における誤差範囲をα、前記第1の発熱部品(3、
    3a)の遠方の熱伝達率における誤差範囲をβとした場
    合に、 【数1】 を満たすように、前記温度制約部品(2)と前記第1の
    発熱部品(3、3a)とが配置されていることを特徴と
    する混成集積回路の実装構造。
  2. 【請求項2】 動作時に発熱が生じる第2の発熱部品
    (3b)を有し、 該第2の発熱部品(3b)と前記温度制約部品(2)と
    の間の距離をL2、該第2の発熱部品(3b)の発熱温
    度をTh2、前記第1の発熱部品(3、3a)の発熱に
    よる前記温度制約部品(2)の温度上昇をTe1とした
    場合に、 【数2】 を満たすように、前記温度制約部品(2)と前記第2の
    発熱部品(3b)とが配置されていることを特徴とする
    請求項1に記載の混成集積回路の実装構造。
  3. 【請求項3】 前記基板(1)の熱伝達係数は、前記基
    板(1)の平面方向の距離の二乗に反比例する関係を有
    していることを特徴とする請求項1又は2に記載の混成
    集積回路の実装構造。
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