JP2006351634A - 基板放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品のうちの所定の電気部品にメタルコアから放射される熱を効果的に与え難くすることができる基板放熱構造を提供すること。
【解決手段】メタルコア基板１０の絶縁部１２は、メタルコア１１をその厚さ方向に貫通する防熱部１４を有する。メタルコア基板１０上に搭載された複数の電気部品１５，１６，１７，１８，１９のうち、電気部品１８，１９が、メタルコア１１から放射される熱を避けるために、防熱部１４の真上に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源電流等の大電流を扱う電気部品（即ち、パワーデバイス）を含む大電流回路が搭載されたメタルコア基板のための基板放熱構造に関し、特に、電源電流等の大電流の供給および分配、ならびに電気制御を行なう電源分配用基板、電源分配用ユニット、等に好適な基板放熱構造に関する。

近年、自動車等の車両に搭載される電子機器の高機能化に伴い、半導体リレー、メカニカルリレー、ヒューズ、ＩＰＳ（即ち、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｓｗｉｔｃｈ）、パワー用導電路（即ち、導電性回路パターン等）、電気コネクタ、等といったパワーデバイスの発熱量が急激に増大し、そのための放熱構造の重要度が高まってきている。

例えば近年の半導体パワーデバイスでは、高機能化のために１チップあたりの素子数が増大しているにもかかわらず、チップの単位素子あたりの表面積は増大せず、逆に減少する傾向にあり、チップ自体の放熱作用にも限界がきている。

そこで、そのようなパワーデバイスの放熱性を良好なものとするため、複数のパワーデバイスをメタルコア基板上に搭載した基板放熱構造が従来から用いられている。この基板放熱構造によれば、メタルコア基板のメタルコアによって均熱化が図られる。

しかし、上述したパワーデバイスのみならず、当該パワーデバイスとともに大電流回路を形成する電気部品（例えば、電解コンデンサ等）あるいは制御信号等の小電流を扱う電気部品を含む小電流回路が搭載されたメタルコア基板では、メタルコアから放射された熱を該電気部品が受けるため、当該電気部品の動作特性に悪影響を及ぼしかねない。それ故、そのように熱により動作性能に支障をきたす電気部品の耐熱グレードは高くせねばならない。しかし、耐熱グレードの高い電気部品の採用は、基板放熱構造のコストアップに繋がり、好ましくない。

ところで、従来の基板放熱構造の一例として、メタルコア基板において、メタルコアと該メタルコアの表面を覆うように形成された絶縁部とに貫通するように溝を設けて、当該溝により、切り離されたメタルコアの部分への熱的な接続を遮断し、そしてその溝に、ハンダ、鉛、スズ、等の溶融性金属を流し込むことで、当該溝により切り離されていたメタルコアの部分を熱的に接続するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。

この特許文献１記載の技術は、メタルコア基板への電気部品の取り付けや取り外し工程においては電気部品や導電性回路パターンに熱ストレスをかけ難くでき、また通常の使用状態では電気部品からの発熱を吸収および伝搬できるといった点で有用である。しかし、特許文献１は、それが言及する通常の使用状態において、上述したような、メタルコアから熱を受けることを避けるべき電気部品への配慮について、何ら教示または示唆するものではない。

特開２０００−１８３４７５号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品のうちの所定の電気部品にメタルコアから放射される熱を効果的に与え難くすることができる基板放熱構造を提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明に係る基板放熱構造は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１） メタルコアおよび該メタルコアの表面を覆うように形成された絶縁部を含むメタルコア基板と、当該メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品と、を備えた基板放熱構造であって、
前記複数の電気部品のうち少なくとも一つの電気部品が、前記メタルコアの真上に位置する前記絶縁部の領域を避けるように配置されていること。
（２） 上記（１）の構成の基板放熱構造において、
前記絶縁部が、前記メタルコアをその厚さ方向に貫通する防熱部を有し、そして当該防熱部の真上に前記少なくとも一つの電気部品が位置すること。
（３） 上記（２）の構成の基板放熱構造において、
前記少なくとも一つの電気部品が、前記メタルコアの真上に位置する前記絶縁部の領域の上に配置された他の電気部品と比較して、前記メタルコアから熱を受けることを避けるべき電気部品であること。
（４） 上記（２）または（３）の構成の基板放熱構造において、
前記防熱部の真上に配置された電気部品がコンデンサを含むこと。

上記（１）の構成の基板放熱構造によれば、メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品のうち少なくとも一つの電気部品が、メタルコアの真上に位置する絶縁部の領域を避けるように配置されているので、該少なくとも一つの電気部品にメタルコアから放射される熱を効果的に与え難くすることができる。
上記（１）の構成をより具体化した上記（２）の構成の基板放熱構造によれば、絶縁部が、メタルコアをその厚さ方向に貫通する防熱部を有し、そして当該防熱部の真上に、上述した少なくとも一つの電気部品が位置するので、該少なくとも一つの電気部品にメタルコアから放射される熱をより確実に与え難くすることができる。
特に、上記（３）の構成の基板放熱構造のように、上述した少なくとも一つの電気部品が、メタルコアの真上に位置する絶縁部の領域の上に配置された他の電気部品と比較して、メタルコアから熱を受けることを避けるべき電気部品であることが好ましい。
具体的には、上記（４）の構成の基板放熱構造のように、防熱部の真上に配置された電気部品が、電気特性の温度変化や構造的な熱劣化の著しいコンデンサ、例えば電解コンデンサ等であると本発明は効果的である。

本発明によれば、簡単な構造でありながら、メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品のうちの所定の電気部品にメタルコアから放射される熱を効果的に与え難くすることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る基板放熱構造の一実施形態を示し、特に、電気部品が搭載されたメタルコア基板の一部破断平面図である。また、図２は、図１のメタルコア基板の縦断面図である。

図１および図２に示されるように、メタルコア基板１０は、メタルコア１１と、該メタルコア１１の表面を覆うように形成された絶縁部１２と、を有し、これらが層状に形成された電気回路基板である。尚、メタルコア基板１０の絶縁部１２には導電性回路パターン（不図示）が形成されている。

メタルコア１１は、導電性金属である銅を素材とした銅板であり、その板状本体１３の一部に該板状本体１３の厚さ方向に貫通する縦方向長さがＬ１で横方向長さがＬ２の四角形（図１参照）のコア肉抜き穴を有する。即ち、メタルコア１１には肉抜き部が設けられている。尚、メタルコア１１の素材は、銅の代わりに、比重が銅の約３分の１で且つ放熱性能が銅よりも高いアルミニウムを用いてもよい。

絶縁部１２は、非導電性で且つ熱伝導率の低い例えばガラスエポキシ樹脂等によって成形される。この絶縁部１２は、上述したメタルコア１１のコア肉抜き穴を貫通する防熱部１４を有している。

このメタルコア基板１０上には複数の電気部品１５，１６，１７，１８，１９が搭載されている。具体的には、図１および図２において、メタルコア基板１０の左側端部にヒューズ１５が、メタルコア基板１０の右側端部に電気コネクタ１６が、該電気コネクタ１６の左側に４個のメカニカルリレー１７が、そして該メカニカルリレー１７の群とヒューズ１５との間の防熱部１４の真上に６個の抵抗器１８および３個の電解コンデンサ１９が、配置され、これらの金属端子２０，２１，２２等が導電性回路パターンの所定のランド（不図示）にハンダ付けによりそれぞれ電気的に接続されている。尚、このように電気部品１５，１６，１７，１８，１９が実装されたメタルコア基板１０は、不図示のジャンクションブロックや基板収容箱等に収容される。

防熱部１４の真上に位置するメタルコア基板１０の領域（即ち、図１に示されるように縦方向長さがＬ１で横方向長さがＬ２の四角形の領域）に配置されている抵抗器１８および電解コンデンサ１９は、当該領域以外のメタルコア基板１０の領域上に配置された他の電気部品（即ち、ヒューズ１５、電気コネクタ１６、およびメカニカルリレー１７）と比較して、メタルコア１１から熱を受けることを避けるべき電気部品である。

このように、抵抗器１８および電解コンデンサ１９は、メタルコア１１の真上に位置する絶縁部１４の領域を避けるように配置され、防熱部１４によってメタルコア１１に熱的に直接接続されない。つまり、抵抗器１８および電解コンデンサ１９にメタルコア１１から放射される熱を効果的に与え難くすることができる。特に、電解コンデンサ１９は、その電気特性の温度変化や構造的な熱劣化が他の電気部品に比べて著しいコンデンサであるため、本実施形態のような受熱対策は効果的である。

このメタルコア基板１０によれば、発熱する電気部品（特に、ヒューズ１５およびメカニカルリレー１７等）のための均熱化がメタルコア１１によって図られるとともに、熱に弱い電気部品（即ち、抵抗器１８および電解コンデンサ１９）をその耐熱グレードを高くすることなく同一基板上に配置することができる。このように耐熱グレードを低く抑えられるので、マージンの拡大を図ることができる。その上、メタルコア基板１０における絶縁部１２の防熱部１４の箇所ではメタルコア１１が肉抜きされているため、メタルコア１１自体の重量が軽くなり、その結果、メタルコア基板１０の軽量化を図ることができる。尚、上述した説明では、ヒューズ１５、電気コネクタ１６、メカニカルリレー１７、抵抗器１８、および電解コンデンサ１９を大電流回路を形成するための電気部品として述べたが、抵抗器１８および電解コンデンサ１９については制御信号等の小電流を扱う小電流回路に含まれるものとしてもよいことは言うまでもない。

さて、ここで、本発明の更なる優位性を説明するため、図３に参考例を示す。

図３に示される基板放熱構造の参考例では、メタルコア基板５０上にメタルコア基板５０とは別の７０μｍ以下の銅箔を有する制御基板５１を立てて配置し、その制御基板５１をメタルコア基板５０にハンダ付けで接続した。

図３の基板放熱構造では、メタルコア基板５０上に、ヒューズ５３と、複数のメカニカルリレー５４と、電気コネクタ５５と、を取付け、そして電解コンデンサ５６や抵抗５７等を含む制御回路５８は制御基板５１に実装することで、電解コンデンサ５６や抵抗５７等をメタルコア５２から放射される熱から避けようとしている。

しかし、このように基板放熱構造を構成しても、制御基板５１がメタルコア５２の真上に位置することに変わりないため、制御回路５８に、メタルコア５２から放射される熱を効果的に与え難くすることはできない。

その上、図３の基板放熱構造では、メタルコア基板５０とは別体の制御基板５１を用いているため、部品点数が多くなるのに加えて、高さ方向に高くなって大型化してしまう。

これに対して、図１および図２に示されるような本発明の基板放熱構造は、簡単な構造でありながら、メタルコア基板１０上の所定の箇所にメタルコア１１から放射される熱をより確実に与え難くすることができるだけでなく、小型化も図ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、メタルコアは、防熱部のところで二分割された形態でもよいし、また単一層のものに限らず、複数層のものであってもよい。

また、絶縁部はメタルコアの全表面を覆うものでなくともよく、換言すれば、メタルコアは部分的にメタルコア基板から露出されるものであってもよい。

また、防熱部は、一つに限らず、複数設けられていてもよく、そしてそれら複数の防熱部それぞれの真上に熱に弱い電気部品を配置してもよい。

また、絶縁部に形成された防熱部を熱伝導率のより低い絶縁物質で構成してもよい。

また、メタルコアの真上に位置する絶縁部の領域を避けるように配置される電気部品、より詳細には、防熱部の真上に位置する電気部品が、少なくとも一つあれば、本発明の優れた効果が発揮される。

本発明に係る基板放熱構造の一実施形態を示し、特に、電気部品が搭載されたメタルコア基板の一部破断平面図である。 図１のメタルコア基板の縦断面図である。 基板放熱構造の参考例のメタルコア基板の側面図である。

符号の説明

１０ メタルコア基板
１１ メタルコア
１２ 絶縁部
１４ 防熱部
１５ ヒューズ（電気部品）
１６ 電気コネクタ（電気部品）
１７ メカニカルリレー（電気部品）
１８ 抵抗器（電気部品）
１９ 電解コンデンサ（電気部品）

Claims (4)

1. メタルコアおよび該メタルコアの表面を覆うように形成された絶縁部を含むメタルコア基板と、当該メタルコア基板上に搭載された複数の電気部品と、を備えた基板放熱構造であって、
   前記複数の電気部品のうち少なくとも一つの電気部品が、前記メタルコアの真上に位置する前記絶縁部の領域を避けるように配置されていることを特徴とする基板放熱構造。
2. 前記絶縁部が、前記メタルコアをその厚さ方向に貫通する防熱部を有し、そして当該防熱部の真上に前記少なくとも一つの電気部品が位置することを特徴とする請求項１に記載した基板放熱構造。
3. 前記少なくとも一つの電気部品が、前記メタルコアの真上に位置する前記絶縁部の領域の上に配置された他の電気部品と比較して、前記メタルコアから熱を受けることを避けるべき電気部品であることを特徴とする請求項２に記載した基板放熱構造。
4. 前記防熱部の真上に配置された電気部品がコンデンサを含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載した基板放熱構造。

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