JP2005223078A - 回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 低耐熱部品の熱損傷を抑制する。
【解決手段】 発熱部品３と、その発熱部品３から発せられる熱に対する耐熱性が低い低耐熱部品４とが同じ回路基板２の基板面に沿う方向に間隔を介して設けられている構成を備えた回路モジュール１において、発熱部品３から低耐熱部品４に至るまでの回路基板２の熱の伝熱経路には、伝熱軽減用の穴部６を設ける。伝熱軽減用の穴部６によって、回路基板２における発熱部品３から低耐熱部品４への伝熱経路の熱抵抗率が高まるので、発熱部品３から低耐熱部品４に達する伝熱量を抑制することができて、発熱部品３の熱に起因した低耐熱部品４の熱損傷を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱部品を備えた回路モジュールに関するものである。

図７には回路モジュールの主要な構成部分が簡略化されたモデル図により示されている。この回路モジュール１は回路基板２を有し、この回路基板２には、電気回路を構成する発熱部品３が設けられていると共に、発熱部品３の熱に対して耐熱性が低い低耐熱部品４が設けられている。なお、回路モジュール１には、電気回路を構成する導体パターンが形成され、また、一般的には、発熱部品３の熱に対して耐熱性がある部品も設けられるが、図７では、その部品や導体パターンの図示は省略してある。

特開２０００−３５７７７０号公報 特開平５−２８８９４１号公報

低耐熱部品４は熱に対して弱い部品であるので、発熱部品３の熱に起因した低耐熱部品４の熱損傷を防止するために、発熱部品３と低耐熱部品４は離間配置して、発熱部品３から低耐熱部品４に達する伝熱量を抑えることが好ましい。

しかしながら、回路モジュール１への小型化の要求によって、回路基板２が小型化すると、発熱部品３の熱に起因した低耐熱部品４の熱損傷を防止できる程の間隔をもって、発熱部品３と低耐熱部品４を離間配置することが難しくなるという問題が生じる。また、発熱部品３の発熱の悪影響を受けないように発熱部品３と低耐熱部品４を離間配置する構成とすることにより、発熱部品３と低耐熱部品４との配置位置が規制されてしまうために、回路基板２に形成する電気回路の設計の自由度が低くなるという問題が生じる。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、簡単な構成でもって発熱部品から低耐熱部品への伝熱量を抑制することができる回路モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、発熱部品と、この発熱部品から発せられる熱に対する耐熱性が低い低耐熱部品とが同じ回路基板の基板面に沿う方向に間隔を介して設けられている構成を備えた回路モジュールにおいて、発熱部品から低耐熱部品に至るまでの回路基板の熱の伝熱経路には、熱抵抗率を高める伝熱軽減用の穴部が設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、発熱部品から低耐熱部品に至るまでの回路基板の熱の伝熱経路には、熱抵抗率を高める伝熱軽減用の穴部が設けられているので、伝熱軽減用の穴部が設けられていない場合に比べて、発熱部品から低耐熱部品に達する伝熱量を軽減することができて、発熱部品の熱に起因した低耐熱部品の熱損傷を防止し易くなる。また、発熱部品の熱に起因した低耐熱部品の熱損傷を回避しながら、発熱部品と低耐熱部品との間の間隔を狭くすることが可能となる。これにより、回路基板の小型化の要望に対応することが容易となるし、また、回路基板に形成する電気回路の設計の自由度を高めることができる。

さらに、伝熱軽減用の穴部が、低耐熱部品の周囲を連続的に又は不連続的に囲む形態と成している構成を備えることによって、発熱部品から回路基板を通って低耐熱部品に達する伝熱量をより軽減することができて、発熱部品から回路基板を通って伝搬される熱に対して低耐熱部品をより一層確実に保護することができる。

さらに、発熱部品はコイル部品を構成するコイルパターンであり、このコイルパターンには回路基板のコア足挿通用貫通孔を利用してコア部材が装備される構成を備えている場合には、コア足挿通用貫通孔を、伝熱軽減用の穴部として利用する構成とすることによって、伝熱軽減のための専用の穴部を設けなくて済むので、伝熱軽減専用の穴部を設けなくてよい分、回路基板の小型化を図ることができる。もちろん、伝熱軽減用の穴部であるコア足挿通用貫通孔によって、コイルパターン（発熱部品）から低耐熱部品に達する伝熱量を抑制することができて、コイルパターンの発熱に対して低耐熱部品を保護することができる。

さらに、コイル部品のコア部材に放熱部材を取り付ける構成を備えることによって、コイルパターンから発せられた熱をコア部材を介し当該コア部材に取り付けられている放熱部材に伝熱させ当該放熱部材から外部に効率良く放熱させることができる。このため、コイルパターンから発せられた熱の多くをコア部材を介し放熱部材に向かう方向に伝熱させることができることとなり、これにより、コイルパターンから低耐熱部品に達する伝熱量をより軽減することができる。

さらに、回路基板に、放熱パターンが形成されている構成を備えることによって、コイルパターン等の発熱部品から発せられた熱を放熱パターンを介して外部に効率良く放熱させることができる。このため、発熱部品から発せられた熱の多くを放熱パターン側に伝熱させて放熱させることができることとなり、これにより、コイルパターンから低耐熱部品に達する伝熱量をより軽減することができる。

ところで、放熱パターンの面積を広げるに従って放熱パターンから外部への放熱量が増加するので、放熱パターンはできるだけ広く形成した方が好ましい。しかしながら、放熱パターンの面積を広げると、回路基板の温度を低下させることはできるが、必然的に、放熱パターンと低耐熱部品との間の間隔が狭くなる。この場合に、放熱パターンから回路基板を通って低耐熱部品に伝熱される熱量は、発熱部品から回路基板を通って低耐熱部品に向かう熱量に比べれば小さいものの、放熱パターンから低耐熱部品への熱による悪影響が懸念される場合がある。この場合には、放熱パターンと、低耐熱部品との間の回路基板部分に、伝熱軽減用の穴部を設ける構成とすることによって、その伝熱軽減用の穴部により、放熱パターンから低耐熱部品への伝熱量を抑制することができて、放熱パターンから低耐熱部品への熱による悪影響を回避することができる。

以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。

第１実施形態例の回路モジュールは、図１の簡略化されたモデル図に示されるように、回路基板２と、この回路基板２に設けられ電気回路を構成する発熱部品３および低耐熱部品４とを有して構成されている。発熱部品３は、発熱量が多い部品であり、この発熱部品３には様々なものがあるが、その一例として、例えばＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を挙げることができる。

低耐熱部品４は、発熱部品３から発する熱に対する耐熱性が低い部品である。低耐熱部品４の例を述べるとすれば、例えば、フォトカプラ等の光半導体素子や、ショットキーダイオードなどを挙げることができる。もちろん、それら以外の低耐熱部品４もある。

この第１実施形態例の回路モジュール１では、発熱部品３から低耐熱部品４に至るまでの回路基板２の熱の伝熱経路には、熱抵抗率を高める伝熱軽減用の穴部６が設けられている。この伝熱軽減用の穴部６は、発熱部品３や低耐熱部品４が設けられている回路基板表面部分に設けられた凹部と、回路基板２の表面側から裏面側に貫通する貫通孔とのうちの予め選択された一方側の形態と成している。この第１実施形態例では、当該伝熱軽減用の穴部６は、低耐熱部品４の周囲を不連続的に囲む形態と成している。低耐熱部品４の周囲において伝熱軽減用の穴部６が形成されていない部分Ｅは、低耐熱部品４に接続する電気配線用の導体パターンが形成される部位と成している。

なお、この第１実施形態例では、伝熱軽減用の穴部６は、低耐熱部品４の周囲を不連続的に囲む形態であったが、例えば、伝熱軽減用の穴部６が凹部により構成される場合には、その凹部の内底面よりも裏面側の回路基板部分に電気配線を形成して低耐熱部品４を伝熱軽減用の穴部６の形成位置よりも外側の電気回路部分に電気的に接続することができるので、この場合には、伝熱軽減用の穴部６は、低耐熱部品４の周囲を連続的に囲む形態でもって形成してもよい。

また、発熱部品３から発せられた熱は、発熱部品３から低耐熱部品４に直線状に進む経路でもって主に伝熱されることから、その経路上の熱抵抗率を高めることで、発熱部品３から低耐熱部品４への伝熱軽減の効果を得ることができる。このことから、発熱部品３と低耐熱部品４の間に、図２（ａ）に示されるような、熱の伝熱方向に交差する方向に伸びる直線状の伝熱軽減用の穴部６だけを設ける構成としてもよい。

さらに、図２（ａ）に示したような直線状の伝熱軽減用の穴部６を、図２（ｂ）に示すように、複数本設けてもよいし、角穴形状や円穴形状の伝熱軽減用の穴部６（６ｓ，６ｃ）を互いに間隔を介して配列形成してもよい。伝熱軽減用の穴部６の形状や形成数は、発熱部品３の発熱量および低耐熱部品４の耐熱性や、回路基板２に形成される電気回路の部品の配置や配線パターンの配置等を考慮して、適宜設定されるものである。また、複数の伝熱軽減用の穴部６が形成される場合には、貫通孔の形態の伝熱軽減用の穴部６と、凹部の形態の伝熱軽減用の穴部６とが設けられる構成としてもよい。

以下に、第２実施形態例を説明する。なお、この第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第２実施形態例の回路モジュール１は、図３（ａ）の簡略化されたモデル図に示されるようなスイッチング電源回路モジュールである。この回路モジュール（スイッチング電源回路モジュール）１の回路基板２には、スイッチング電源回路が形成されており、そのスイッチング電源回路を構成する部品として、少なくとも次に示すようなコイル部品７が回路基板２に設けられている。なお、トランスやチョークコイル等のコイル部品を備えるスイッチング電源回路の回路構成には様々な回路構成があり、ここでは、トランスやチョークコイル等のコイル部品を有していれば、何れの回路構成のスイッチング電源回路をも回路基板２に設けられていてもよく、そのスイッチング電源回路の回路構成の説明は省略する。

コイル部品７はトランスやチョークコイルを構成する部品であり、当該コイル部品７は、図３（ｂ）の分解図に示されるように、回路基板２に形成されているコイルパターン８と、回路基板２に形成されたコア足挿通用貫通孔９を利用してコイルパターン８に装備されるコア部材１０（１０ａ，１０ｂ）とを有して構成されている。

コイルパターン８は渦巻き状の配線パターンであり、このコイルパターン８は、回路基板２の表面と裏面の一方又は両方に形成される場合や、回路基板２が多層基板である場合には、コイルパターン８は、回路基板２の表面と裏面の一方又は両方に形成されると共に、回路基板２の内層にも形成される場合や、回路基板２の内層だけにコイルパターン８が形成される場合がある。このように、コイルパターン８の形成位置や、形成数や、コイルパターン８の巻回数は、スイッチング電源回路の回路構成等に応じて、適宜設定されるものである。

コイルパターン８は発熱部品３の一つとして挙げることができるものであり、この第２実施形態例では、発熱部品３であるコイルパターン８から低耐熱部品４への熱の伝熱軽減用の穴部６として、コア足挿通用貫通孔９を利用している。これにより、コイルパターン８の発熱に起因した低耐熱部品４の熱損傷を防止できる。

なお、図３に示されるコア部材１０（１０ａ，１０ｂ）は、Ｅ型コア部材であったが、コア部材１０はＥ型コア部材に限定されるものではない。

また、この第２実施形態例の構成に加えて、図４（ａ）に示されるように、コイル部品７のコア部材１０に、放熱部材としての板状の金属部材１２を設けてもよい。この第２実施形態例では、回路基板２は主に樹脂により構成され、コア部材１０は磁性材料により構成されている。このため、回路基板２よりもコア部材１０の方が熱伝導率が高いことから、コイルパターン８で発生した熱は、回路基板２を通して低耐熱部品４側に向かうよりもコア部材１０に伝熱され易い。そのコア部材１０に放熱部材１２を設けることによって、見かけ上コア部材１０の熱容量を増やすことができる上に、コイルパターン８（発熱部品３）からコア部材１０を通って外部に放熱される熱量が増加するので、コア部材１０に放熱部材１２が設けられていない場合に比べて、コイルパターン８からコア部材１０に伝熱する熱量を増加させることができる。このため、コイルパターン８（発熱部品３）と低耐熱部品４との間に伝熱軽減用の穴部６（コア足挿通用貫通孔９）を配設する構成に加えて、コア部材１０に放熱部材１２を設けることにより、より確実に、コイルパターン８（発熱部品３）から低耐熱部品４に達する伝熱量を抑制することができて、コイルパターン８（発熱部品３）の熱から低耐熱部品４を保護することができる。

さらに、例えば、回路モジュール１に対する高さ制限が緩い場合には、コア部材１０には、放熱部材として図４（ｂ）に示されるような放熱フィン１２を設けてもよい。この場合には、コア部材１０からの放熱量をより一層増加させることができて、コイルパターン８（発熱部品３）から低耐熱部品４への伝熱量をより軽減することができる。

さらに、この第２実施形態例では、発熱部品３であるコイルパターン８と、低耐熱部品４との間には、伝熱軽減用の穴部６として機能するコア足挿通用貫通孔９が設けられているだけであったが、コア足挿通用貫通孔９に加えて、伝熱軽減専用の穴部６を別個に設けてもよいものである。その伝熱軽減用の穴部６は、第１実施形態例でも述べたように様々な形態を採り得るものである。

以下に、第３実施形態例を説明する。なお、この第３実施形態例の説明において、第１や第２の各実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第３実施形態例の回路モジュール１においては、回路基板２に放熱パターンが形成されていることを特徴としている。回路基板２に放熱パターンが形成されている回路モジュール１の一例が図５のモデル図に示されている。

図５の回路モジュール１はスイッチング電源回路モジュールであり、このスイッチング電源回路モジュール１は、第２実施形態例と同様にスイッチング電源回路が形成されている回路基板２を有し、この回路基板２には、スイッチング電源回路を構成するコイル部品７と、ＭＯＳＦＥＴ等の発熱部品３と、ショットキーダイオード等の低耐熱部品４とが設けられている。なお、図５の例では、コイル部品７は分解状態でもって図示されている。

この第３実施形態例では、回路基板２に形成されている放熱パターン１４は、少なくとも発熱部品３と、コイル部品７の発熱部品であるコイルパターン８とのそれぞれに熱的に接続しており、それら発熱部品３とコイルパターン８からそれぞれ発せられた熱を外部に放熱させる構成を備えている。放熱パターン１４は面積が広くなるに従って、放熱量を増加させることができて、発熱部品３やコイルパターン８や回路基板２自体の温度上昇を抑制することができることから、この第３実施形態例では、スイッチング電源回路の部品の配置や配線パターンの形成位置等を考慮して、放熱パターン１４はできるだけ広く形成されている。

そのように放熱パターン１４を形成すると、必然的に、低耐熱部品４と放熱パターン１４との間の間隔が狭くなる。このため、放熱パターン１４から低耐熱部品４への熱の伝熱によって低耐熱部品４が熱により損傷することが懸念されることがある。このような場合を想定して、この第３実施形態例では、放熱パターン１４と、低耐熱部品４との間の回路基板部分には、放熱パターン１４から低耐熱部品４への伝熱軽減用の穴部６が形成されている。この伝熱軽減用の穴部６も、第１実施形態例で述べたように、放熱パターン１４から低耐熱部品４に達する熱量を、低耐熱部品４の熱損傷を抑制できる程度まで軽減することができれば、伝熱軽減用の穴部６の形状や、形成数などは特に限定されるものではない。

なお、この発明は第１〜第３の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得るものである。例えば、第２実施形態例では、回路モジュール１はスイッチング電源回路モジュールであり、このスイッチング電源回路モジュールを構成するコイル部品７のコイルパターン８（発熱部品３）から低耐熱部品４への伝熱量を抑制するための構成例を示したが、スイッチング電源回路モジュール以外の回路モジュールであっても、コイル部品７が設けられていれば、第２実施形態例において特有な構成（つまり、伝熱軽減用の穴部６として、コア足挿通用貫通孔９を利用する構成）を設けてもよいものである。

また、第３実施形態例では、回路モジュール１がスイッチング電源回路モジュールである場合に、回路基板２に放熱パターン１４を設ける例を示したが、もちろん、スイッチング電源回路モジュール以外の回路モジュール１であっても、回路基板２に、発熱部品３の熱を外部に放熱させるための放熱パターン１４を設けてもよいものである。

さらに、第３実施形態例では、放熱パターン１４は、スイッチング電源回路の回路構成などを考慮して、回路基板２にできるだけ広く形成されていたが、例えば、放熱パターン１４は、回路基板２に形成することができる最大限の面積よりも面積が少なくとも、その放熱効果を満足に得ることができる場合には、放熱パターン１４は、回路基板２に形成することができる最大限の面積を有していなくともよい。

さらに、第３実施形態例では、放熱パターン１４と低耐熱部品４との間には、伝熱軽減用の穴部６が形成されていたが、放熱パターン１４から低耐熱部品４への伝熱による低耐熱部品４の熱損傷の心配が無い場合には、放熱パターン１４と低耐熱部品４との間に伝熱軽減用の穴部６を設けなくともよい。

さらに、図５に示す構成に加えて、コイル部品７のコア部材１０には、図４（ａ）、（ｂ）に示されるような放熱部材１２を設けてもよい。

さらに、第１実施形態例では、伝熱軽減用の穴部６は、低耐熱部品４の周囲を囲むように形成されていたが、例えば、図６のモデル図に示されるように、伝熱軽減用の穴部６は、発熱部品３の少なくとも低耐熱部品４側を囲むように形成してもよい。この場合には、発熱部品３の発熱が発熱部品３の形成領域に蓄熱され易くなり、発熱部品３に悪影響を与える虞があるので、例えば、回路基板２には、発熱部品３の熱を外部に放熱させるための放熱パターン１４を形成してもよい。図６の例では、放熱パターン１４は、発熱部品３の形成領域から、低耐熱部品４に向かう方向とは逆向きに伸長形成されている。

第１実施形態例の回路モジュールを説明するためのモデル図である。 伝熱軽減用の穴部のその他の形態例を示したモデル図である。 第２実施形態例の回路モジュールを説明するためのモデル図である。 回路モジュールを構成するコイル部品のコア部材に放熱部材を設けた場合の形態例を示したモデル図である。 第３実施形態例の回路モジュールを説明するためのモデル図である。 その他の実施形態例を示すモデル図である。 回路モジュールの一例を説明するためのモデル図である。

符号の説明

１ 回路モジュール
２ 回路基板
３ 発熱部品
４ 低耐熱部品
６ 伝熱軽減用の穴部
７ コイル部品
８ コイルパターン
９ コア足挿通用貫通孔
１０ コア部材
１２ 放熱部材
１４ 放熱パターン

Claims (6)

1. 発熱部品と、この発熱部品から発せられる熱に対する耐熱性が低い低耐熱部品とが同じ回路基板の基板面に沿う方向に間隔を介して設けられている構成を備えた回路モジュールにおいて、発熱部品から低耐熱部品に至るまでの回路基板の熱の伝熱経路には、熱抵抗率を高める伝熱軽減用の穴部が設けられていることを特徴とする回路モジュール。
2. 伝熱軽減用の穴部は、低耐熱部品の周囲を連続的に又は不連続的に囲む形態と成していることを特徴とする請求項１記載の回路モジュール。
3. 発熱部品はコイル部品を構成するコイルパターンであり、このコイルパターンには、回路基板に形成されたコア足挿通用貫通孔を利用してコア部材が装備される構成を備えており、コア足挿通用貫通孔を、コイルパターンから低耐熱部品への熱の伝熱軽減用の穴部として利用していることを特徴とする請求項１記載の回路モジュール。
4. コア部材には、コイルパターンから当該コア部材に伝熱された熱を外部に放熱させるための放熱部材が取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の回路モジュール。
5. 回路基板には、発熱部品から発せられた熱を外部に放熱させるための放熱パターンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の回路モジュール。
6. 放熱パターンは、発熱部品から低耐熱部品に向かう方向にも延設されており、この放熱パターンと、低耐熱部品との間の回路基板部分には、放熱パターンから低耐熱部品への熱の伝熱の抵抗率を高めるための伝熱軽減用の穴部が形成されていることを特徴とする請求項５記載の回路モジュール。

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