JP2010258260A

JP2010258260A - 放熱プリント基板

Info

Publication number: JP2010258260A
Application number: JP2009107428A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tamura; 政裕田村; Riichi Sekimoto; 利一関本; Kazumasa Hirashima; 一正平島
Original assignee: EITO KOGYO KK; NEC Corp
Current assignee: EITO KOGYO KK; NEC Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】先行技術にあっては、ビア導体をプリント基板に装着する時にプリント基板に形成した開口部の寸法とビア導体の寸法との僅かな誤差があってもビア導体を開口部に嵌合することが難しく、かつ、大型のビア導体を使用したものにあっては、電子部品が発熱してビア導体が加熱されると、その熱によって基板が反ったり捩じれたりするといった問題があった。
【解決手段】発熱量の大きな電子部品５を半田付けする部分に開口部１１が形成された基板１と、該基板の開口部の内周面に形成された複数個の突溝１１ａと、前記開口部に嵌め込むと前記突溝に係合される突起２１が外周面に形成された前記開口部の面積より小さな面積のビア導体２と、該ビア導体を前記開口部に嵌め込んで生じる隙間に充填する接着性樹脂である充填材３とより構成し、前記ビア導体を前記基板の裏面に形成されたグランド用パターン４と一体化した放熱プリント基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板に実装した発光ダイオード、電解効果トランジスタあるいは集積回路等の電子部品から発生する熱をプリント基板を介して放熱することで、前記実装した電子部品の発熱による性能劣化を防止できるようにした放熱プリント基板である。

近年、発光ダイオードや電解効果トランジスタおよび高密度集積回路等の電子部品の高出力化が進み各電子部品からの発熱も高くなっている。また、製品の小型化が図られていることから電子部品がプリント基板に高密度に搭載され、プリント基板を介しての電子部品の放熱が行われ難いといった問題が発生した。

そこで、電子部品の発熱をプリント基板を介して放熱させ電子部品の劣化を防止するために電子部品用のプリント基板に銅またはアルミニュームを貼ったり、内蔵されたものが作られている。この銅基板やアルミニューム基板の場合には基板そのものが放熱効果の高い金属板であることから実装された電子部品の発熱は低く抑えられ前記基板を使用した場合には電子部品の性能劣化に対して効果がある。

このような基板の材料がアルミニュームや銅の場合にはプリント基板としてのガラスエポキシ樹脂等の樹脂基板と比較して重量が重くなり（特に銅基板の場合は重くなる）、かつ、材料費が樹脂基板よりも高くなり、例えば、携帯して使用する電子機器用のプリント基板としては不向きであるといった問題があった。

そこで、近年になって軽量で、かつ、材料費の安い樹脂基板を使用して電子部品で発生する熱を放熱するというプリント基板が開発されている。例えば、特開２０００−３１３２２号公報や特開２００６−４１２４１号公報に開示されている発明である。この発明にあっては、樹脂基板に銅材料を埋め込み（以下、ビア導体という）、このビア導体に電子部品を接触させた状態でリード部をプリント基板に半田付けして電子部品で発生する熱をビア導体から放熱するというものである。

特開２０００−３１３２２号公報特開２００６−４１２４１号公報

ところで、前記した先行技術にあっては、ビア導体をプリント基板に装着する時にプリント基板に形成した開口部の寸法とビア導体の寸法との僅かな誤差があってもビア導体を開口部に嵌合することが難しく、特に、放熱効果の大きい大型の複雑な形状のビア導体の嵌め込みは困難であり、かつ、大型のビア導体を使用したものにあっては、電子部品が発熱してビア導体が加熱されると、その熱によって基板が反ったり捩じれたりするといった問題があった。

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、電子部品の発熱によってビア導体が加熱されても、基板開口部の内周面に形成した突溝にビア導体の外周面に形成した突起とでのみ結合され、ビア導体の外周面は基板開口部の隙間に充填された充填材を介して接触しているので、ビア導体と基板開口部との直接接触する面積が小さく、従って、熱による基板の反りや捩れを防止することができる放熱プリント基板を提供せんとするにある。

本発明の放熱プリント基板は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、発熱量の大きな電子部品を半田付けする部分に開口部が形成された基板と、該基板の開口部の内周面に形成された複数個の突溝と、前記開口部に嵌め込むと前記突溝に係合される突起が外周面に形成された前記開口部の面積より小さな面積のビア導体と、該ビア導体を前記開口部に嵌め込んで生じる隙間に充填する接着性樹脂である充填材とより構成し、前記ビア導体を前記基板の裏面に形成されたグランド用パターンと一体化したことを特徴とする。

請求項２の手段は、前記した請求項１において、ビア導体と前記グランド用パターンとの一体化は、前記充填材の前記基板の裏面側で化学メッキを施し、前記ビア導体を前記開口部に嵌め込んだ状態において基板の裏面側を銅メッキ処理することで一体化したことを特徴とする。

請求項３の手段は、前記した請求項２において、前記基板の表面側に電子部品を収納する収納穴が形成された第２の基板を接着剤で一体化し、かつ、第２の基板に収納される電子部品の上面に金属膜を形成し、前記電子部品のリードを前記第２の基板の表面に形成された信号用パターンにリフロー炉による半田付けを行う際に、前記ビア導体と前記電子部品とを半田付けしたことを特徴とする。

本発明は前記したように、基板に対してビア導体を基板の開口部に嵌め込んだ状態において、開口部の内周面に形成した突溝にビア導体の外周面に形成した突起を係合し、ビア導体と開口部との間に接着性樹脂である充填材を埋設したことにより、電子部品の発熱によってビア導体が加熱しても、基板とビア導体との接触面積が小さく、従って、熱による基板の反りや捩れを防止することができ、また、ビア導体は基板の裏面に形成されたグランド用パターンと一体化されているので、ビア導体の熱は大きな面積のグランド用パターンを介して放熱され電子部品の熱的劣化が防止される。

また、ビア導体は基板裏面のグランド用パターンを形成するための銅メッキ加工時にビア導体が一体化されるので、ビア導体とグランド用パターンとの隙間が発生することがなく、放熱ロスがなく、より電子部品の熱的劣化を防止できると共にビア導体が基板の開口部から抜け落ちるのを防止することができる。

さらに、第２の基板に電子部品を収納する収納穴を形成し、かつ、電子部品の表面側に金属膜を形成した状態で半田付けすることで、電子部品のリードをリフロー炉で自動半田付けすると同時にビア導体と電子部品の金属膜が一体化されるので、電子部品で発生する熱は確実にビア導体を介してグランド用パターンから放熱され、電子部品の熱的劣化をより防止することができる等の効果を有するものである。

本発明に係る放熱プリント基板の正面図である。同上の裏面図である。電子部品を実装した状態のＡ−Ａ線拡大断面図である。第２の実施例のプリント基板の正面図である。第１の基板の断面図である。第１の基板と第２の基板とを貼着した状態の断面図である。

次に、本発明に係る放熱プリント基板の第１の実施例を図１〜図３と共に説明する。
１はガラスエポキシ樹脂等の樹脂で形成した基板にして、ビア導体２を嵌合するための開口部１１（図示にあっては四角形の開口部が示されているが円形やその他の形状であってもよい）と、該開口部１１の内周縁に複数の突溝１１ａが形成されている。なお、図示にあっては、前記突溝１１ａは長手方向には夫々３個が、短手方向には夫々２個が形成されているが、後述するビア導体２の大きさによって突溝１１ａの数は増減可能である。

また、前記基板１には発熱量の大きな電子部品（例えば、発光ダイオード等）の端子を半田付けするための信号用パターン１２が形成されている。

２は銅等の熱伝導率の大きな金属で構成したビア導体にして、前記開口部１１の形状と同形状に形成されると共に開口部１１の面積より片側で０．２〜０．５ｍｍ程度小さな形状に形成されている。そして、ビア導体２の外周面には該ビア導体２を開口部１１に嵌め込んだ状態において前記突溝１１ａに入り込む突起２１が形成されている。

３は前記ビア導体２を基板１における突溝１１ａに突起２１を係合状態で嵌め込むと、ビア導体２は前記したように開口部１１の内周面との面積より小さいため、該開口部１１の内周面とビア導体２の外周面との間に隙間が生じるので、該隙間を埋めるための接着性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）等の充填材である。

４は基板１の裏面側に形成された銅メッキであるグランド用パターンにして、前記ビア導体２を開口部１１に嵌め込んだ後に電気メッキ加工を行って形成する。このメッキ工程において充填材３は金属ではなく接着性樹脂であることから、メッキ加工を行ってもメッキが行えない。そこで、充填剤３の裏面側をデスミア加工（表面部分を粗化する）を行い、その後に化学メッキを行って薄い金属膜形成した後に電気メッキを行うことで充填剤３の表面部分も銅メッキが施されることになる。

このように構成した基板１に電子部品５（実施例では発光ダイオード）を、基板１の信号用パターン１２に半田付けし、該信号用パターン１２に電力を供給することで電子部品５は発光する。そして、この発光時間が長くなると電子部品５は発熱し、その熱がビア導体２に伝達される。

このビア導体２の熱は、該ビア導体２がグランド用パターン４と一体化されていることからグランド用パターン４に伝達され大きな面積で放熱され電子部品５の熱的劣化が防止される。なお、グランド用パターン４を電子機器のケースにネジ止め等の手段によって固定すれば、より放熱効果が向上される。

前記ビア導体２が電子部品５によって加熱されると、基板１よりも熱膨張率が大きいのでビア導体２は膨張するが、基板１とビア導体２との隙間には充填剤３介在されており、かつ、基板１とビア導体２とは突溝１１ａと突起２１とのみで結合され接触面積が小さいので、熱による基板の反りや捩れを防止することができる。

また、ビア導体２は銅メッキであるグランド用パターン５と一体化されていることから、ビア導体２が基板１の開口部１１から抜け落ちるのを防止することができる。

前記した実施例は、基板１に埋め込んだビア導体２の表面に電子部品５の底面を載置した場合であるが、このような構成にあっては、電子部品５のリード５１を基板１の信号用パターン１２に自動実装した場合に電子部品５の底面とビア導体２との間の密着度が低下する可能性がある。そこで、第２の実施例にあっては、自動実装時に電子部品５とビア導体２との半田付けも行うことで、電子部品５からの熱をビア導体２に確実に伝達し、該ビア導体２で受けた熱を基板１の背面に形成したグランド用パターン５から放熱することが可能なようにした。

次に、第２の実施例を図４〜図６と共に説明する。なお、前記した実施例と同一符号は同一部材を示し説明は省略する。
図３に示す如く、基板１の中央部には２つの電子部品５を収納する収納穴１３が形成され、この２つの収納穴１３に対して１つのビア導体２を配置したものと、１つの収納穴１３に対して１つのビア導体２を配置したものとを開示したものであり、これは、２つの電子部品５が近接して配置される場合と、単独で配置される場合とで使い分けができることを示している。

次に、第２の実施例の具体的な構造について説明するに、本実施例にあっては、第１の実施例と同様な構造の第１の基板１と、該第１の基板１の上面に接着剤を介して一体化される第２の基板６とから構成されている。なお、図４に示す第１の基板１の表面側には信号用パターン１２は形成されていない点で前記した第１の実施例の基板１とは異なるが、その他は同じ構成なので説明は省略する。

第２の基板６には、電子部品５を収納するための収納穴６１が形成され、表面側には収納穴６１に収納された電子部品５のリード５１に対して信号を供給するための信号用パターン６２が形成されている。そして、このように構成した第２の基板６の裏面と、第１の基板１のビア導体２の表面側とを接着剤７で一体化して１枚の基板を製作する。

このように構成した一体化した基板１，６に対して電子部品５を収納すると共に電子部品５のリード５１を半田付けする信号用パターン６２にクリーム半田を塗布し、また、ビア導体２の上面にもクリーム半田を塗布した状態で電子部品５を図６のように配置する。

ここで、この実施例における電子部品５の前記リード５１が形成された面とは反対側の表面には半田付け可能な金属膜５２を形成しておくことにより、リフロー炉内を移動させることで、電子部品５のリード５１が信号用パターン６２に半田付けされ、また、電子部品５に予め形成された金属膜５２ドがビア導体２と半田付けされる。

従って、電子部品５で発生する熱は確実にビア導体２を介してグランド用パターン５から放熱されるので、電子部品５の熱的劣化が防止される。
なお、本実施例にあっては、基板１の面積に対してビア導体２の面積が小さく、かつ、最終的に放熱する面積は大きいがグランド用パターン６２が膜体であることから、従来に行われていた厚みが厚い金属板のように半田付け時に信号用パターン６２の熱が金属板によって放熱されて自動半田付けが行えないといった問題は発生しない。

１基板
１１開口部
１１ａ突溝
１２信号用パターン
２ビア導体
２１突起
３充填剤
４グランド用パターン
５電子部品
５１リード
６第２の基板
６１収納穴
６２信号用パターン
７接着剤

Claims

発熱量の大きな電子部品を半田付けする部分に開口部が形成された基板と、該基板の開口部の内周面に形成された複数個の突溝と、前記開口部に嵌め込むと前記突溝に係合される突起が外周面に形成された前記開口部の面積より小さな面積のビア導体と、該ビア導体を前記開口部に嵌め込んで生じる隙間に充填する接着性樹脂である充填材とより構成し、前記ビア導体を前記基板の裏面に形成されたグランド用パターンと一体化したことを特徴とする放熱プリント基板。
ビア導体と前記グランド用パターンとの一体化は、前記充填材の前記基板の裏面側で化学メッキを施し、前記ビア導体を前記開口部に嵌め込んだ状態において基板の裏面側を銅メッキ処理することで一体化したことを特徴とする請求項１記載の放熱プリント基板。
前記基板の表面側に電子部品を収納する収納穴が形成された第２の基板を接着剤で一体化し、かつ、第２の基板に収納される電子部品の上面に金属膜を形成し、前記電子部品のリードを前記第２の基板の表面に形成された信号用パターンにリフロー炉による半田付けを行う際に、前記ビア導体と前記電子部品とを半田付けしたことを特徴とする請求項２記載の放熱プリント基板。