JP2003347687A - 回路基板および該基板を備えたフェーズドアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板において、複数個の発熱機器が実装
された場合に、全体的に均一に放熱させる。 【解決手段】 放熱性を有するベースと、このベースに
設けられた回路部１３とから成り、実質的に同じ発熱量
の例えば４個の発熱機器１１が回路部１３にＡ方向に沿
って配列される回路基板１２において、Ａ方向と直交す
るＢ方向におけるベースの熱伝導率をＡ方向におけるベ
ースの熱伝導率よりも大きくする。発熱機器１１で発生
した熱の殆どは、Ｂ方向に移動してＡ方向には移動しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発熱機器や発熱
素子が実装される回路基板、特に複数の発熱機器が直線
状に実装される回路基板および該基板を備えたフェーズ
ドアレイアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は例えば特開昭５７−２３２９６号
公報に開示されている回路基板１を示す断面図であり、
この回路基板１にはダイオードなどの発熱素子２が実装
されている。図において、３〜６は回路基板１の構成を
示し、３はアルミニウムなどの金属板から成る熱伝導性
に優れたベース、４はベース３の表面に溶射法で被着さ
れたアルミナなどから成る絶縁性のセラミック膜、５は
セラミック膜４の上に印刷で被着された絶縁性の樹脂
膜、５ａは樹脂膜５に形成された切欠部、６は樹脂膜５
の全体とセラミック膜４の一部とに溶射法で被着された
銅などの熱伝導率の高い導電体膜、６ａは発熱素子２を
実装するために導電体膜６に設けられた凹部、６ｂは導
電体膜６のパターン化のために設けられた開口である。
なお、セラミック膜４のピンホールは、樹脂膜５が被着
される前に樹脂材料で封孔される。そして、この従来の
回路基板１の熱抵抗は、それまでのアルミナ基板や銅張
アルミニウム基板よりも低減され、回路基板１の放熱性
が改善されている。

【０００３】一方、上記回路基板１に代る従来の回路基
板として、発熱機器で発生した熱を効率良く逃がすため
に、熱伝導性に優れた金属板から成るヒートシンクが、
上述の回路基板１のベース３と同様なベースの下部に取
り付けられたものも知られている。また、回路基板の温
度分布を均一化するために、ベースにヒートパイプが発
熱機器に沿って設けられたものも知られている。

【０００４】さらに、従来のアクティブ・フェーズド・
アレイ・アンテナの回路基板には、アンテナ素子を励振
するための位相制御用信号を送出する複数のパワーモジ
ュールがアレイ状に配列されている。これらのパワーモ
ジュールは同一形状とされ、作動する際の各パワーモジ
ュールの発熱量も同様とされている。そして、アンテナ
素子はパワーモジュールからの制御された位相で励振さ
れるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ヒートシンクやヒート
パイプを備えていない従来の回路基板１は以上のように
構成されているので、発熱素子２で発生した熱は熱伝導
率の高い導電体膜６の凹部６ａを介してセラミック膜４
に移動し、その後に熱伝導性に優れたベース３に移動す
るが、セラミック膜４は熱遮蔽性も有しているので、導
電体膜６からの熱の移動速度がセラミック膜４の所で低
下し、セラミック膜４が存在しない場合と比較して全体
としての放熱性が低下するなどの課題があった。

【０００６】また、ヒートシンクが取り付けられた従来
の回路基板は、ヒートシンクから放熱するばかりでなく
全体に広範囲に放熱するので、複数の発熱機器が直線状
に配列されていると、中心部に配列された発熱機器の温
度が高くなるなどの課題があった。

【０００７】さらに、ヒートパイプが設けられた従来の
回路基板は、ヒートパイプが発熱機器に沿って設けられ
る構造であるので、構造が複雑になり、製造コストが高
くなるなどの課題があった。

【０００８】そして、アクティブ・フェーズド・アレイ
・アンテナは、アンテナ素子がパワーモジュールからの
制御された位相で励振されるようになっているが、多数
のパワーモジュールがアレイ状に配置されているので、
中心部に位置するパワーモジュールの温度が周辺部に位
置するパワーモジュールの温度よりも高くなる。このた
め、パワーモジュールがもつ温度特性に基づいて位相が
変動し、ビーム指向角度が変動してビーム指向方向に誤
差が発生するなどの課題があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、複数の発熱機器が実装された場合
に、全体的に均一に放熱できる回路基板および該基板を
備えたフェーズドアレイアンテナを得ることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回路基板
は、第１の方向と直交する第２の方向における基板の熱
伝導率が第１の方向における基板の熱伝導率よりも大き
いことを特徴とするものである。

【００１１】この発明に係る回路基板は、基板が熱伝導
性に優れた繊維と、この繊維を包含する母材とから成る
複合材料から製作され、繊維が第２の方向に向けられて
いることを特徴とするものである。

【００１２】この発明に係る回路基板は、繊維がピッチ
系炭素繊維、金属繊維またはセラミック繊維であり、母
材が樹脂であることを特徴とするものである。

【００１３】この発明に係る回路基板は、基板が熱伝導
性に優れた第１の繊維と、断熱性に優れた第２の繊維
と、第１の繊維と第２の繊維を包含する母材とから成る
複合材料から製作され、第１の繊維が第２の方向に向け
られ、第２の繊維が第１の方向に向けられていることを
特徴とするものである。

【００１４】この発明に係る回路基板は、発熱機器が複
列に配列される場合に、第２の方向に配列される発熱機
器の数が第１の方向に配列される発熱機器の数よりも少
ないことを特徴とするものである。

【００１５】この発明に係るフェーズドアレイアンテナ
は、上記回路基板のうちのいずれか１つの回路基板が備
えられていることを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１の模式的
な平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、および図３は
図１のＹ−Ｙ線断面図である。図１〜３において、１１
は実質的に同一の発熱量を有する発熱機器、１２は複数
の発熱機器１１が直線状に実装される回路基板である。
そして、回路基板１２において、１３は例えば４個の発
熱機器１１がＡ方向（第１の方向）に沿って実装される
回路部、１４は回路部１３からの熱を周囲に放散するベ
ース（基板）である。なお、回路部１３の構成は公知の
技術と同様であるので、その説明は省略する。

【００１７】ここで、ベース１４は繊維１５と母材１６
とから成る複合材料から製作されている。繊維１５は熱
伝導性に優れたピッチ系炭素繊維、金属繊維、セラミッ
ク繊維などのうちの１つとされ、母材１６は例えばエポ
キシ樹脂、シアネート樹脂などのうちの１つとされてい
る。そして、繊維１５はＡ方向と直交するＢ方向（第２
の方向）に配向され、Ｂ方向の熱伝導率がＡ方向よりも
高くされている。

【００１８】次に動作について説明する。発熱機器１１
で発生した熱は回路部１３を介してベース１４に移動す
る。そして、ベース１４では殆どの熱が熱伝導性に優れ
た繊維１５の配向方向であるＢ方向に移動し、発熱機器
１１の配列方向であるＡ方向には移動しない。したがっ
て、発熱機器１１の間に温度差が発生せず、ベース１４
は全体的に均一に放熱する。

【００１９】発熱機器１１を例えばアクティブ・フェー
ズド・アレイ・アンテナのパワーモジュールとし、ベー
ス１４を繊維１５がピッチ系炭素繊維である炭素繊維強
化樹脂複合材料（ＣＦＲＰ）から製作し、ピッチ系炭素
繊維の熱伝導率を４００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋとした場
合に、ベース１４のＢ方向の熱伝導率がＡ方向の熱伝導
率よりも２００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋほど高くなり、発熱
機器１１で発生した熱の殆どはＢ方向に移動してＡ方向
には移動せず、発熱機器１１の間に温度差は発生しな
い。これに対し、ベース１４を従来と同様なアルミニウ
ムから製作し、その熱伝導率を１２０Ｗ／ｍ・Ｋとした
とき、中心部に位置する発熱機器１１の温度はその周囲
に位置する発熱機器１１の温度よりも３℃ほど高くな
る。

【００２０】また、繊維１５の熱伝導率を４００〜１２
００Ｗ／ｍ・Ｋとし、母材１６をエポキシ樹脂またはシ
アネート樹脂とした場合に、Ａ方向の熱伝導率が１Ｗ／
ｍ・Ｋほどとなる反面、Ｂ方向の熱伝導率はＡ方向の熱
伝導率よりも２００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋほど高くなり、
発熱機器１１で発生した熱はＢ方向に移動してＡ方向に
は移動せず、発熱機器１１の間に温度差は発生しない。

【００２１】また、繊維１５を金属、例えば熱伝導率が
４２０Ｗ／ｍ・Ｋの銀、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋの
銅、または熱伝統率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム
とするか、セラミック、例えば熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・
Ｋの窒化珪素、または熱伝導率が１５０〜１８０Ｗ／ｍ
・Ｋの炭化珪素とし、母材をエポキシ樹脂またはシアネ
ート樹脂とした場合に、Ａ方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・
Ｋほどとなる反面、Ｂ方向の熱伝導率は５０〜２５０Ｗ
／ｍ・Ｋほどとなり、発熱機器１１で発生した熱はＢ方
向に移動してＡ方向には移動せず、発熱機器１１の間に
温度差は発生しない。

【００２２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ベース１４は繊維１５と母材１６とから成る複合材
料から製作され、繊維１５は熱伝導性に優れたピッチ系
炭素繊維、金属繊維またはセラミック繊維とされ、発熱
機器１１の配列方向であるＡ方向と直交するＢ方向に配
向されているので、発熱機器１１で発生した熱の殆どは
Ｂ方向に移動してＡ方向には移動せず、発熱機器１１の
間に温度差が発生せず、全体的に均一に放熱できるとい
う効果が得られる。また、ベース１４は複合材料から製
作されているので、構成が簡素で製造コストも安いとい
う効果が得られる。

【００２３】実施の形態２．図４、図５はこの発明の実
施の形態２の断面図であり、図２、図３にそれぞれ対応
されている。図において、２１は実施の形態１の発熱機
器１１と同様な発熱機器、２２は実施の形態１の回路基
板１２とは異なる回路基板、２３は実施の形態１の回路
部１３と同様な回路部、２４は実施の形態１のベース１
４とは異なる材料から製作されたベースである。そし
て、ベース２４において、２５ａは実施の形態１の繊維
１５と同様な第１の繊維、２５ｂは新たに加えられた第
２の繊維、２６は実施の形態１の母材１６と同様な母材
である。すなわち、この実施の形態２のベース２４は、
実施の形態１のベース１４とは異なるハイブリッド構成
の複合材料から製作されている。ここに、第１の繊維２
５ａは実施の形態１の繊維１５と同様な材料とされ、実
施の形態１と同様にＢ方向に配向されているが、第２の
繊維２５ｂは断熱性に優れた材料、例えばガラス、ケブ
ラーなどとされ、Ａ方向に配向されている。

【００２４】次に動作について説明する。発熱機器２１
で発生した熱は、ベース２４において第１の繊維２５ａ
と第２の繊維２５ｂの熱伝導率の割合に応じて移動す
る。したがって、第２の繊維２５ｂは断熱性に優れた材
料とされているので、発熱機器２１で発生した熱のＡ方
向に移動する割合が減少する反面、発熱機器２１で発生
した熱のＢ方向に移動する割合が増大するので、発熱機
器２１の間に温度差が発生しない。

【００２５】第１の繊維２５ａを実施の形態１と同様な
熱伝導率が４００〜１２００Ｗ／ｍ・Ｋのピッチ系炭素
繊維とし、第２の繊維２５ｂを熱伝統率が１Ｗ／ｍ・Ｋ
のガラス、ケブラーなどの断熱性に優れた繊維とした場
合に、Ａ方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋである反面、Ｂ
方向の熱伝導率は２００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋほどとな
り、発熱機器２１で発生した熱はＢ方向に移動してＡ方
向には移動せず、発熱機器２１の間に温度差は発生しな
い

【００２６】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、ベース２４の材料はＢ方向に配向された第１の繊維
２５ａにＡ方向に配向された第２の繊維２５ｂが加えら
れ、この第２の繊維２５ｂは断熱性に優れた材料とされ
ているので、発熱機器２１からの熱はＢ方向に移動して
Ａ方向には殆ど移動せず、発熱機器２１の間に温度差が
発生せず、全体的に均一に放熱できるという効果が得ら
れる。また、ベース２４に第２の繊維２５ｂが加えられ
たので、ベース２４の靭性が向上するという効果が得ら
れる。

【００２７】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３の平面図であり、図において、３１は実施の形態１
の発熱機器１１または実施の形態２の発熱機器２１と同
様な発熱機器、３２は実施の形態１の回路基板１２また
は実施の形態２の回路基板２２と同様な回路基板であ
る。そして、発熱機器３１はＡ方向に例えば４個ずつＢ
方向に例えば２列に配置され、Ａ方向に配列される発熱
機器３１の数はＢ方向に配列される発熱機器３１の数よ
りも少なくされている。

【００２８】次に動作について説明する。１列目の発熱
機器３１で発生した熱は、上述と同様にＢ方向に移動し
てＡ方向には殆ど移動しない。また、２列目の発熱機器
３１で発生した熱も、Ｂ方向に移動してＡ方向には殆ど
移動しない。この際に、Ａ方向に配列される発熱機器３
１の数がＢ方向に配列される発熱機器３１の数よりも少
なくされているので、発熱機器３１で発生した熱はＢ方
向に効率よく移動する。したがって、発熱機器３１で発
生した熱は、Ｂ方向に移動してＡ方向には殆ど移動せ
ず、発熱機器３１の間に温度差が発生しない。

【００２９】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、複数の発熱機器３１が複列に配列されても、発熱機
器３１で発生した熱がＢ方向に移動してＡ方向には殆ど
移動しないので、発熱機器３１の間に温度差が発生せ
ず、全体的に均一に放熱できるという効果が得られる。

【００３０】実施の形態４．図７はアクティブ・フェー
ズド・アレイ・アンテナの模式的な斜視図であり、図に
おいて、４１はアンテナ素子、４１ａはアンテナ基板、
４２はパワーモジュール、４３は多数のパワーモジュー
ル４２がアレイ状に配列された回路基板である。この回
路基板４３のベースは実施の形態１の回路基板１２のベ
ース１４、または実施の形態２の回路基板２２のベース
２４と同様な構成とされている。

【００３１】次に動作について説明する。パワーモジュ
ール４２は位相制御用信号をアンテナ素子４１に出力
し、アンテナ素子４１を制御された位相で励振する。こ
の間に、全てのパワーモジュール４２が発熱するが、そ
れらの熱はＢ方向に容易に移動してＡ方向には移動せ
ず、パワーモジュール４２の間に温度差が発生しない。

【００３２】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、回路基板４３のベースが実施の形態１のベース１
４、または実施の形態２のベース２４と同様な構成とさ
れているので、全てのパワーモジュール４２の間に温度
差が発生することがない。したがって、アンテナ素子４
１の位相を安定して制御できるとともに、ビームの指向
角度を安定して制御でき、全体の性能を安定化させるこ
とができるという効果が得られる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第１
の方向と直交する第２の方向における基板の熱伝導率が
第１の方向における基板の熱伝導率よりも大きいように
構成したので、発熱機器で発生した熱の殆どは、発熱機
器が配列された第１の方向と直交する第２の方向に移動
して第１の方向には移動せず、発熱機器の間に温度差を
発生させず、全体的に均一に放熱できるという効果が得
られる。

【００３４】この発明によれば、基板が熱伝導性に優れ
た繊維と、この繊維を包含する母材とから成る複合材料
から製作され、繊維が第２の方向に向けられているよう
に構成したので、全体的に均一に放熱できるという効果
に加えて、構成が簡素で製造コストも安いという効果が
得られる。

【００３５】この発明によれば、繊維がピッチ系炭素繊
維、金属繊維、またはセラミック繊維であり、母材が樹
脂であるように構成したので、全体的に均一に放熱でき
るという効果に加えて、構成が簡素で製造コストが安い
という効果が得られる。

【００３６】この発明によれば、基板が熱伝導性に優れ
た第１の繊維と、断熱性に優れた第２の繊維と、第１の
繊維と第２の繊維を包含する母材とから成る複合材料か
ら製作され、第１の繊維が第２の方向に向けられ、第２
の繊維が第１の方向に向けられているように構成したの
で、全体的に均一に放熱できるという効果に加えて、構
成が簡素で製造コストが安い上に、靭性が向上するとい
う効果が得られる。

【００３７】この発明によれば、発熱機器が複列に配列
される場合に、第２の方向に配列される発熱機器の数が
第１の方向に配列される発熱機器の数よりも少ないよう
に構成したので、全体的に均一に放熱できるという効果
に加えて、発熱機器が複列に配列される場合でも効率よ
く放熱できるという効果が得られる。

【００３８】この発明によれば、フェーズド・アレイ・
アンテナが上記回路基板のうちのいずれか１つの回路基
板が備えられているように構成したので、アンテナ素子
の位相を安定して制御できるとともに、ビームの指向角
度を安定して制御でき、全体の性能を安定化させること
ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による回路基板に発
熱機器が実装された状態を示す模式的な平面図である。

【図２】 図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】 図１のＹ−Ｙ線断面図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による回路基板に発
熱機器が実装された状態を示す図２に対応する断面図で
ある。

【図５】 この発明の実施の形態２による回路基板に発
熱機器が実装された状態を示す図３に対応する断面図で
ある。

【図６】 この発明の実施の形態３による回路基板に発
熱機器が実装された状態を示す平面図である。

【図７】 この発明の実施の形態４によるアクティブ・
フェーズド・アレイ・アンテナの模式的な斜視図であ
る。

【図８】 従来の技術の回路基板に発熱素子が実装され
た状態の断面図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１ 発熱機器、１２，２２，３２，４３
回路基板、１３，２３ 回路部、１４，２４ ベース
（基板）、１５ 繊維、１６，２６ 母材、２５ａ 第
１の繊維、２５ｂ 第２の繊維、４１ アンテナ素子、
４２ パワーモジュール、Ａ 方向（第１の方向）、Ｂ
方向（第２の方向）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樺島 重憲 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E338 AA01 AA16 BB63 BB75 CC01 EE01 EE03 5J021 AA05 AA09 FA32 JA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱性を有する基板と、該基板に設けら
   れた回路とから成り、実質的に同じ発熱量の複数の発熱
   機器が前記回路に第１の方向に沿って配列される回路基
   板において、前記第１の方向と直交する第２の方向にお
   ける前記基板の熱伝導率が前記第１の方向における前記
   基板の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする回路基
   板。
2. 【請求項２】 前記基板が熱伝導性に優れた繊維と、該
   繊維を包含する母材とから成る複合材料から製作され、
   前記繊維が前記第２の方向に向けられていることを特徴
   とする請求項１記載の回路基板。
3. 【請求項３】 前記繊維がピッチ系炭素繊維、金属繊
   維、またはセラミック繊維であり、前記母材が樹脂であ
   ることを特徴とする請求項２記載の回路基板。
4. 【請求項４】 前記基板が熱伝導性に優れた第１の繊維
   と、断熱性に優れた第２の繊維と、前記第１の繊維と第
   ２の繊維を包含する母材とから成る複合材料から製作さ
   れ、前記第１の繊維が前記第２の方向に向けられ、前記
   第２の繊維が前記第１の方向に向けられていることを特
   徴とする請求項１記載の回路基板。
5. 【請求項５】 前記発熱機器が複列に配列される場合
   に、前記第２の方向に配列される前記発熱機器の数が前
   記第１の方向に配列される前記発熱機器の数よりも少な
   いことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のうちのいずれか
   １項記載の回路基板が備えられていることを特徴とする
   フェーズドアレイアンテナ。