JP2002176278A - 電気回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マザーボードにモジュールが挿入実装された放
熱性に優れる電気回路装置を提供する。 【解決手段】金属絶縁基板（１１）上に発熱源となる電
子部品が表面実装されたモジュール（１０）と、基板上
に設けられた挿入口に外部接続用端子部を挿入すると共
にその基板上に形成された配線パターンに外部接続用端
子部を接合してモジュールを挿入実装するマザーボード
（５０）と、モジュールとマザーボードとを収納する筐
体（６０）と、を備える電気回路装置において、前記金
属絶縁基板の前記電子部品が実装されていない面に接し
て電子部品の発熱を放熱させるヒートシンク（６１）を
備えたことを特徴とする電気回路装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱源となる電子
部品を金属絶縁基板上に表面実装したモジュールをマザ
ーボードに挿入実装した電気回路装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子回路の設計自由度を高め、電子機器
の組立て容易とするために、熱伝導性に優れる金属絶縁
基板上に半導体チップ等を表面実装したモジュールを、
プリント配線基板等からなるマザーボードに挿入実装し
た電気回路装置が開発されている。例えば、特開平５−
４８２６２号公報（図４）や特開平８−１１５７５号公
報にそのような電気回路装置が開示されている。ところ
が、図４に示すような電気回路装置では、電子部品の発
熱は金属絶縁基板に伝達されて金属絶縁基板から直接放
熱される仕組となっているのため（つまり、積極的な放
熱経路が設けられていないため）、金属絶縁基板の放熱
量に対して電子部品の発熱量が多くなると、電子部品を
十分に冷却することが困難となる。電子部品の冷却が不
十分であると誤作動または熱破損の原因となるし、ま
た、金属絶縁基板が高温となると、マザーボードとの接
合部にも悪影響を及し、その接合部の耐久性等を低下さ
せる。

【０００３】また、図４の電気回路装置では、モジュー
ルの金属絶縁基板がマザーボードに略垂直に立設されて
いるため、金属絶縁基板とマザーボードとの接合部に大
きなモーメントが作用し易い。にも拘らず、図４の電気
回路装置では、その接合部がはんだ付けのみで行われて
いるため、接合部の強度が不十分である。従って、ヒー
トサイクルや振動等に対するその接合部の耐久性は低い
ものと言わざる負えない。特に、車載用の電気回路装置
では、ヒートサイクルや振動等に対しても十分な耐久性
と信頼性が要求されるため、図４のような構造は好まし
くない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであり、電子部品を表面実装
したモジュールをマザーボードに挿入実装した電気回路
装置において、電子部品から生じた熱を放熱する経路を
確保して電子部品等を効率的に冷却できる電気回路装置
を提供することを目的とする。また、ヒートサイクルや
振動等に対してモジュールとマザーボードとが十分な信
頼性をもって接合された電気回路装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、この課題を
解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、モジュ
ールの金属絶縁基板に接するヒートシンクを設け、電子
部品の発熱を金属絶縁基板を介してヒートシンクに効率
的に導くことを思いつき、本発明の電気回路装置を開発
するに至ったものである。

【０００６】すなわち、本発明の電気回路装置は、ベー
ス金属の少なくとも一面が絶縁層で被覆された金属絶縁
基板の該絶縁層上に外部接続用端子部まで延びる配線パ
ターンが形成されており該配線パターン上に発熱源とな
る電子部品が表面実装されたモジュールと、基板上に設
けられた挿入口に該外部接続用端子部を挿入すると共に
該基板上に形成された配線パターンに該外部接続用端子
部を接合して該モジュールを挿入実装するマザーボード
と、該モジュールと該マザーボードとを収納する筐体
と、を備える電気回路装置において、前記金属絶縁基板
の前記電子部品が実装されていない面に接して該電子部
品の発熱を放熱させるヒートシンクを備えたことを特徴
とする。

【０００７】電子部品が実装されている金属絶縁基板の
反対側の面にヒートシンクが接しているために、金属絶
縁基板の表面に実装された電子部品から生じた熱は、熱
伝導性に優れる金属絶縁基板を介して、そのヒートシン
クに伝わる。従って、電子部品から金属絶縁基板、ヒー
トシンクへと順に形成された放熱経路に沿って、熱が伝
わり、ヒートシンクにて効率的に受熱、放熱されるた
め、電子部品が十分に冷却され、その誤動作および熱破
損が防止される。また、その放熱経路が確立されている
ため、モジュールの金属絶縁基板に蓄熱されることがな
く、モジュールとマザーボードとの間の接合に熱的な悪
影響が及ぶことを防止できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】電気回路装置に関する実施形態を
挙げて、本発明をより具体的に説明する。 （１）ヒートシンクは、金属絶縁基板を介して電子部品
の発熱を受熱、放熱させることができるものであればそ
の形態を問わない。例えば、板状でもブロック状でも、
また、放熱面積を拡大させるフィンを有していても良
い。ところで、モジュールとマザーボードとを収納する
筐体は、熱伝導率に優れるアルミニウム合金等の金属製
からなることが多いため、筐体をヒートシンクとして利
用することができる。

【０００９】従って、本発明の電気回路装置は、前記筐
体が金属製であり、前記ヒートシンクと前記筐体とが一
体となっていると、好適である。また、マザーボードに
略直角に立設した筐体の内壁面にモジュールの金属絶縁
基板の裏面を当接させてると、モジュールをマザーボー
ドに略直角に挿入実装することもできる。従って、モジ
ュールをマザーボードに略直角に挿入実装する場合で
も、電子部品の放熱性とモジュールの安定した取付性と
が確保される。なお、金属絶縁基板とヒートシンクとの
間の熱伝達性を良くするために、両者の間に熱伝達性ま
たは熱伝導性に優れるシリコ−ン・コンパウンド等を塗
布するのが好ましい。

【００１０】（２）モジュールは金属絶縁基板上に配線
パターンが形成されており、その配線パターン上に電子
部品が表面実装されており、その配線パターンは外部接
続用端子部まで延びている。そして、モジュールをマザ
ーボードに挿入して、マザーボード上の配線パターンと
モジュール上の外部接続用端子部とを電気的に導通可能
に接合することにより、モジュールがマザーボードに挿
入実装されることとなる。ここで、モジュール（金属絶
縁基板）の形状を工夫することにより、モジュールをマ
ザーボードに安定して挿入実装することができる。

【００１１】すなわち、前記モジュールの金属絶縁基板
が前記マザーボードに平行で前記電子部品を表面実装す
る平坦部と該平坦部に接続する少なくとも２以上の支持
部とを有し、前記外部接続用端子部が該支持部の少なく
とも１つに設けられた端子ランドであると、好適であ
る。この本発明に係るモジュールは、電子部品が表面実
装される平坦部がマザーボードに平行に配設され、この
平坦部が少なくとも２以上の支持部で支持されるから、
図４に示した従来のモジュールのような不安定さはな
い。そして、モジュールとマザーボードとの間の電気的
接続は、支持部の少なくとも１つに設けられた端子ラン
ドを介して行われる。

【００１２】なお、図１または図２に示すように、平坦
部に対して２以上の支持部が略直角に屈曲して（つま
り、断面コの字型となって）、各支持部がマザーボード
に挿入される場合に限らない。例えば、金属絶縁基板の
形状を、略Ｌ型断面形状、すなわち、平坦部から略直角
に屈曲した１つ以上の支持部がマザーボードに挿入され
ると共に平坦部からそのまま延設した１つ以上の支持部
が筐体に固定される形状と、しても良い。また、前記モ
ジュールの少なくとも１カ所が、前記筐体、前記ヒート
シンクまたは前記マザーボードにねじ止めされている
と、好適である。はんだ付け等による接合のみならず、
ねじによる機械的接続を行うことにより、モジュールは
マザーボードに対してより強固に固定され、ヒートサイ
クルや振動等に伴うモジュールとマザーボードとの間の
接合不良を防止することができる。

【００１３】（３）モジュールのマザーボードへの挿入
方向は表側と裏側の２通りあるが、いずれも可能であ
る。しかし、はんだ付けや実装等の量産性を考慮する
と、マザーボード上の他の電子部品とモジュールとの挿
入方向を揃える方が好ましい。従って、前記モジュール
が、前記マザーボード上に挿入実装される他の電子部品
と同方向から該マザーボードに挿入されて実装される
と、好適である。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の電気回路装置に係る実施例
を挙げて、より詳細に本発明を説明する。 （１）本発明に係る第１実施例である電気回路装置１を
図１に示す。なお、図１はモジュール１０近傍の要部を
示した断面斜視図である。電気回路装置１は、モジュー
ル１０と、マザーボード５０と、それらを収納し固定す
る筐体６０とからなる。モジュール１０は、ベース金属
（アルミニウム合金製）の一方が絶縁層（ポリイミド樹
脂製）で被覆され、その絶縁層の上面側（図上）に銅配
線パターン１５と銅配線パターン１６が形成された金属
絶縁基板１１と、銅配線パターン１５に端子（足）２１
が表面実装された電子部品２０とからなる。この金属絶
縁基板１１は、図１に示すように、電子部品２０が表面
実装される平坦部１２と、平坦部１２の両側から略直角
に屈曲された支持部１３、１４とからなり、略コの字型
をしている。そして、一方の支持部１３の端部には、銅
配線パターン１５に連なる、外部接続用端子部となる端
子ランド１５ａが形成されている。

【００１５】電子部品２０の端子２１と対向する側（図
上の奥側）の端子も、金属絶縁基板１１上に形成された
銅配線パターン１６上に接合されており、支持部１４の
端部には、銅配線パターン１６に連なる、外部接続用端
子部となる端子ランド１６ａが形成されている。なお、
端子ランド１５ａ、１６ａは銅配線パターン１５等と同
幅ではなく、マザーボード５０との接合を強化するため
に、支持部１３、１４と略同幅としてある。もっとも、
端子ランド１５ａ、１６ａは、ベース金属との絶縁性を
確保するために、支持部１３、１４の縁まで延びてはお
らず、その縁から所定距離はなれた領域内に形成されて
いる。また、支持部１３の図上奥側上部からは略直角に
屈曲されて、マザーボード５０に平行に接する取付片３
１が形成されている。

【００１６】マザーボード５０は、ガラスエポキシ基板
の表面（図上の下面）に銅配線パターンが形成されたプ
リント配線基板（本発明でいう「基板」）であり、金属
絶縁基板１１の支持部１３、１４を挿入する挿入口５
１、５２が形成されている。なお、図１上では詳細を省
略したが、一例として示した電子部品２５等がモジュー
ル１０と同方向から挿入実装される。また、挿入口５１
と挿入口５２との間には、後述のヒートシンク６１用の
矩形穴５３が形成されている。筐体６０は、アルミニウ
ム合金製のケースであり、内壁面から突出した矩形のヒ
ートシンク６１と一体化している。図１では、中実状の
ヒートシンク６１を示したが、筐体６０の外壁側が窪ん
だ形状でも良い。

【００１７】ヒートシンク６１はマザーボード５０の矩
形穴５３に挿通して、その頂面が金属絶縁基板１１の平
坦部１２の裏面に当接している。そして、平坦部１２の
裏面とヒートシンク６１の頂面との間には熱伝達性を向
上させるために、シリコ−ン・コンパウンド６２が塗布
されている。また、金属絶縁基板１１の支持部１３、１
４は、上方からマザーボード５０の挿入口５１、５２に
それぞれ挿入され、金属絶縁基板１１の端子ランド１５
ａ、１６ａは、マザーボード５０の下面側に形成された
端子ランドにそれぞれ、はんだ４１、４２により接合さ
れる。

【００１８】なお、モジュール１０のマザーボード５０
への挿入方向と他の電子部品２５等のマザーボード５０
への挿入方向とが同方向であるため、端子ランド１５
ａ、１６ａの接合は、マザーボード５０上の他の電子部
品２５等と一緒に、ディップはんだ付けまたはフローは
んだ付けにより行える。さらに本実施例の電気回路装置
１では、モジュール１０が、取付片３１を介してねじ３
３によりマザーボード５０に固定され、ねじ３２により
筐体６０のヒートシンク６１に固定されるから、振動等
により端子ランド１５ａ、１６ａで接合不良が起ること
がない。

【００１９】（２）本発明の第２実施例である電気回路
装置２を図２および図３に示す。図２は、モジュール１
１０の斜視図であり、図３は電気回路装置２の要部断面
図である。本実施例の電気回路装置２は、第１実施例の
電気回路装置１に対してモジュール１１０の形状とモジ
ュール１１０のマザーボード１５０への取付方法が大き
く異なる。つまり、モジュール１１０は、断面略コの字
型をした金属絶縁基板１１１の底部に位置する平坦部１
１２の上面に形成された銅配線パターン１１５上に、複
数の電子部品１２０が表面実装されたものである。そし
て、平坦部１１２の両側から、左右対称な形状の支持部
１１３、１１４が略直角上方に延びている。具体的に
は、支持部１１３、１１４の中央から挿入片１３５、１
３６が延びており、その挿入片１３５、１３６の内側に
は外部接続用端子部となる端子ランド１３５ａ、１３６
ａが形成されている。また、挿入片１３５、１３６の両
側に、ねじ穴付きの取付片１３１、１３２が、支持部１
１３、１１４から略直角方向外側に屈曲して形成されて
おり、マザーボード１５０に平行に接するようになって
いる。

【００２０】そして、図３に示すように、マザーボード
１５０の挿入口１５１、１５２に支持部１１３、１１４
の挿入片１３５、１３６が下方から挿入され、端子ラン
ド１３５ａ、１３６ａがマザーボード１５０の端子ラン
ド１５５、１５６とはんだ１４１、１４２により接合さ
れる。さらに、モジュール１１０の取付片１３１、１３
２がマザーボード１５０にねじ１３３、１３４により固
定され、モジュール１１０の平坦部１１２がその中央で
ねじ１３５により筐体１６０に固定される。なお、マザ
ーボード１５０には、ねじ１３５を取付固定するための
作業用穴１５３が設けられている。

【００２１】本実施例では、モジュール１１０の金属絶
縁基板１１１を図２に示すような形状としたため、モジ
ュール１１０は、支持部１１３、１１４によりマザーボ
ード１５０に対して支持されると共に、平坦部１１２が
筐体１６０の内壁に当接しても支持されることとなる。
このように、モジュール１１０が、筐体１６０の内壁に
当接して取付けられるため、第１実施例のような凸型の
ヒートシンクを設ける必要はなく、筐体１６０がそのま
まヒートシンク（１６１）となる。なお、筐体１６０と
金属絶縁基板１１１の平坦部１１２との間には、第１実
施例と同様に、シリコ−ン・コンパウンド１６２が塗布
してある。図３には示していないが、他の電子部品もモ
ジュール１１０と同様にマザーボード１５０の下方から
挿入され、マザーボード１５０の上面側で一緒にはんだ
付けが行われる。

【００２２】（３）第１実施例および第２実施例では、
平坦部が２つの支持部で支持される場合を示したが、例
えば、方形状の平坦部がその４辺から略直角に屈曲され
た４つの支持部で支持されるようにしても良い。但し、
モジュールに搭載する電子部品により、必要となる外部
接続用端子数は変るため、その数に応じて端子ランド数
を変更すると良い。また、上述の実施例では、ヒートシ
ンクが空冷される場合を示したが、水冷される場合でも
良い。車載用の電気回路装置なら、ラジエータ水などを
利用することも可能である。また、上述のベース金属
は、アルミニウム合金製に限らず、銅製やステンレス製
でも良い。また、上述の第１実施例では、マザーボード
５０の下面（図上）に銅配線パターンが形成されている
例を示したが、マザーボード５０の上面に銅配線パター
ンが形成されていても良い。

【００２３】上述してきたような電気回路装置を用いる
と、電子部品→金属絶縁基板→ヒートシンク（筐体）に
至る放熱経路が形成され、スムーズな放熱が可能とな
る。また、モジュールをマザーボードに挿入実装してい
るため、表面実装の場合に較べて、両者の接合強度や耐
久性が大きい。しかも、上述した電気回路装置では、平
坦部がマザーボードに平行で２カ所以上の支持部でモジ
ュールが支持されるため、モジュールとマザーボードと
の接合部に大きなモーメントが作用することもない。さ
らに、上述した電気回路装置では、モジュールをマザー
ボードや筐体にねじ止めしているために、両者間の接合
は振動等に対しても十分な耐久性をもち、高い信頼性が
得られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の電気回路装置によれば、モジュ
ールに搭載された電子部品の放熱経路が確立しているた
め、電子部品を効率的に冷却することができる。また、
モジュールを２以上の支持部でマザーボードに取付ける
ことにより、モジュールとマザーボードとの接合が耐久
性に優れ、高信頼性の電気回路装置が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の要部を模式的に示し
た断面斜視図である。

【図２】本発明の第２実施例に係るモジュールを示した
斜視図である。

【図３】本発明の第２実施例である電気回路装置の断面
図である。

【図４】従来の電気回路装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１０、１１０ モジュール ５０、１５０ マザーボード ６０、１６０ 筐体 ６１、１６１ ヒートシンク １１、１１１ 金属絶縁基板 １２、１１２ 平坦部 １３、１４、１１３、１１４ 支持部 １５ａ、１６ａ、１１５ａ、１１６ａ 端子ランド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース金属の少なくとも一面が絶縁層で被
   覆された金属絶縁基板の該絶縁層上に外部接続用端子部
   まで延びる配線パターンが形成されており該配線パター
   ン上に発熱源となる電子部品が表面実装されたモジュー
   ルと、 基板上に設けられた挿入口に該外部接続用端子部を挿入
   すると共に該基板上に形成された配線パターンに該外部
   接続用端子部を接合して該モジュールを挿入実装するマ
   ザーボードと、 該モジュールと該マザーボードとを収納する筐体と、を
   備える電気回路装置において、 前記金属絶縁基板の前記電子部品が実装されていない面
   に接して該電子部品の発熱を放熱させるヒートシンクを
   備えたことを特徴とする電気回路装置。
2. 【請求項２】前記筐体は金属製であり、前記ヒートシン
   クと前記筐体とは一体となっている請求項１記載の電気
   回路装置。
3. 【請求項３】前記モジュールの金属絶縁基板は前記マザ
   ーボードに平行で前記電子部品を表面実装する平坦部と
   該平坦部に接続する少なくとも２以上の支持部とを有
   し、 前記外部接続用端子部は該支持部の少なくとも１つに設
   けられた端子ランドである請求項１記載の電気回路装
   置。
4. 【請求項４】前記モジュールの少なくとも１カ所は、前
   記筐体、前記ヒートシンクまたは前記マザーボードにね
   じ止めされている請求項１に記載の電気回路装置。
5. 【請求項５】前記モジュールは、前記マザーボード上に
   挿入実装される他の電子部品と同方向から該マザーボー
   ドに挿入されて実装される請求項１記載の電気回路装
   置。