JP2020072167A - 実装体 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きさが大きくなるほど熱容量が大きく、電子部品と比べて温度が上昇し難く、リフローはんだ付けによって基板上に設けることができないヒートシンクを実装する実装体を、効率的に製造する基板を提供する。【解決手段】実装体1において、1個以上の電子部品E1〜E5が設けられた基板2と、前記1個以上の前記電子部品のうち最も高い熱容量を有する前記電子部品の熱容量以下の熱容量を有するヒートシンクHと、を備える。ヒートシンクHは、基板2にはんだ付けされている。【選択図】図1
Description
本発明は、実装体に関する。
電子部品が実装される基板と当該基板に実装されるヒートシンクとを備える実装体における基板の放熱構造についての研究、開発が行われている。
これに関し、電子部品が設けられる面上において電子部品が設けられていない領域にヒートシンクが設けられた基板が知られている(特許文献1参照)。
ここで、基板に設けられるヒートシンクは、空気と接触する表面積が大きいほど、単位時間当たりの放熱量が大きくなる。しかしながら、ヒートシンクは、大きさが大きくなるほど熱容量が大きくなる。このため、ヒートシンクは、電子部品と比べて温度が上昇し難く、リフローはんだ付けによって基板上に設けることができない場合がある。その結果、ヒートシンクが設けられた基板は、当該基板を製造するための工程数を少なくすることができず、当該基板の製造効率を向上させることが困難な場合があった。すなわち、当該基板を備える実装体は、製造効率を向上させることが困難な場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、効率的に製造することができる実装体を提供することを課題とする。
本発明の一態様は、1個以上の電子部品が設けられた基板と、前記1個以上の前記電子部品のうち最も高い熱容量を有する前記電子部品の熱容量以下の熱容量を有するヒートシンクと、を備え、前記ヒートシンクは、前記基板にはんだ付けされている、実装体である。
本発明によれば、効率的に製造することができる。
<実施形態>
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
<基板の構成>
まず、図1を参照し、実施形態に係る実装体1の構成について説明する。図1は、実施形態に係る実装体1の構成の一例を示す図である。実装体1は、基板2を備える。ここで、実施形態では、ある物体がある基板2に設けられている場合における当該物体の高さは、基板2と直交する方向における当該物体の長さのことを意味する。
まず、図1を参照し、実施形態に係る実装体1の構成について説明する。図1は、実施形態に係る実装体1の構成の一例を示す図である。実装体1は、基板2を備える。ここで、実施形態では、ある物体がある基板2に設けられている場合における当該物体の高さは、基板2と直交する方向における当該物体の長さのことを意味する。
図1に示した例では、基板2には、1個以上の電子部品が設けられる。ここで、基板2に設けられる1個以上の電子部品のうちの一部又は全部は、互いに異なる種類の電子部品であってもよく、互いに同じ種類の電子部品であってもよい。
基板2に設けられる1個以上の電子部品は、基板2に設けることが可能な電子部品であれば如何なる電子部品であってもよい。例えば、基板2に設けられる1個以上の電子部品は、IC(Integrated Circuit)、コンデンサ、トランジスタ、抵抗等である。図1に示した例では、基板2には、電子部品E1〜電子部品E5の5個の互いに異なる種類の電子部品が設けられている。
また、基板2には、1個以上のヒートシンクHが設けられる。すなわち、実装体1は、基板2と、1個以上のヒートシンクHを備える。図1に示した例では、基板2には、11個のヒートシンクHが設けられている。基板2に複数個のヒートシンクHを設けることにより、基板2では、複数のヒートシンクHそれぞれの表面積のうち空気と接触する面積の合計を増大させることができる。その結果、実装体1は、基板2における単位時間当たりの放熱量を増大させることができる。
ヒートシンクHの形状は、ヒートシンクHが基板2に設けられた場合において、所定の条件を満たす形状である。当該条件は、あるヒートシンクHが基板2に設けられている場合において、基板2と直交する方向に基板2から当該ヒートシンクHが延伸する部分が1つのみとなることである。例えば、当該条件を満たすヒートシンクHの形状は、図1に示したように、立方体形状の金属塊である。なお、ヒートシンクHの形状は、立方体形状に代えて、直方体形状等の当該条件を満たす他の形状であってもよい。
ヒートシンクHの大きさ(体積)は、如何なる大きさであってもよい。しかしながら、ヒートシンクHの大きさは、基板2に設けられる電子部品と同程度の大きさ又は当該電子部品よりも小さい大きさであることが望ましい。例えば、ヒートシンクHの大きさは、体積が数mm3程度である。この場合、ヒートシンクHは、基板2が有する面上において電子部品が設けられていない領域内において、基板2の製造者が所望する位置に設けることができる。すなわち、このようなヒートシンクHは、基板2への設け方の自由度を向上させることができる。その結果、基板2は、ヒートシンクHの形状に応じた形状に設計される必要がない。つまり、当該場合におけるヒートシンクHは、基板2の設計の自由度を向上させることができる。これは、基板2の形状が如何なる形状であっても、ヒートシンクHを基板2に設けることができることを意味している。すなわち、基板2に設けるヒートシンクとして当該場合におけるヒートシンクHを用いることにより、実装体1の製造者は、基板2の形状に応じた形状のヒートシンクを製造する必要がなく、実装体1の製造コストを削減することができる。当該製造コストには、当該ヒートシンクを製造するための金型の製造に係るコスト等が含まれている。また、当該場合、ヒートシンクHは、他のヒートシンクを保管する場所と比べて、ヒートシンクHを保管する場所の大きさを小さくすることもできる。
ヒートシンクHの材質は、例えば、銅、亜鉛、黄銅等の金属である。なお、ヒートシンクHの材質は、これらに限られるわけではない。また、ヒートシンクHは、2種類以上の金属によって構成されてもよい。例えば、ヒートシンクHは、銀メッキが施された銅の塊等であってもよい。
また、ヒートシンクHは、基板2にはんだ付けされる。すなわち、ヒートシンクHは、はんだを介して基板2に設けられる。ここで、はんだは、接着剤、粘着テープ等と比べて熱伝導率が高い(熱抵抗が低い)。このため、実装体1は、はんだによって基板2に取り付けられたヒートシンクHによって、単位時間当たりの放熱量を増大させることができる。
また、ヒートシンクHは、基板2に設けられた1個以上の電子部品のうち最も高い熱容量を有する電子部品の熱容量以下の熱容量を有する。例えば、基板2に設けられた電子部品のうち最も高い熱容量を有する電子部品が図1に示した電子部品E1であった場合、ヒートシンクHは、電子部品E1が有する熱容量以下の熱容量を有する。これにより、ヒートシンクHは、基板2に設けられた1個以上の電子部品のそれぞれを熱によって壊すことなく、クリームはんだを用いたリフロー炉はんだ付けによって基板2に設けることができる。その結果、基板2は、基板2を製造するための工程数を少なくすることができ、効率的に製造することができる。すなわち、基板2を備える実装体1は、効率的に製造することができる。
ここで、基板2上にヒートシンクHを載置した場合、ヒートシンクHと基板2との間には、人の目には見えない程度の微少な間隙が存在する。クリームはんだを用いたリフロー炉はんだ付けによってヒートシンクHを基板2に設ける場合、はんだ付けされた後のヒートシンクHと基板2との間には、はんだが充填され、間隙がなくなる(又は間隙がほぼなくなる)。その結果、当該場合、基板2は、単位時間当たりの放熱量を、更に増大させることができる。換言すると、当該場合、基板2を備える実装体1は、より効率的に放熱することができる。
また、基板2に複数個のヒートシンクHが設けられる場合、複数個のヒートシンクHは、互いに所定距離W以上離隔している。これは、複数個のヒートシンクHそれぞれの表面付近に形成される温度境界層同士が、重ならないようにするためである。複数個のヒートシンクHそれぞれの表面付近に形成される温度境界層同士が重なる場合、放熱効率が低下してしまう。すなわち、複数個のヒートシンクHを互いに所定距離以上離隔させることにより、基板2は、単位時間当たりの放熱量が低下してしまうことを抑制することができる。
所定距離Wは、例えば、事前に行われる実験等によって決められる。なお、所定距離Wは、当該実験に代えて、他の方法によって決められる構成であってもよい。
また、ヒートシンクHは、基板2上にプリントされる伝送路上に設けられる。図1に示したパッドPは、基板2上のレジストが取り除かれ、当該伝送路が露出している部分である。ヒートシンクHは、このようなパッドP上に、はんだによって設けられる。
<横から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例1>
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1について説明する。実施形態において、横から見た場合の基板2は、基板2が有する面に沿う方向から基板2を見た場合における基板2のことを意味する。また、当該具体例1では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図2は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1を示す図である。
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1について説明する。実施形態において、横から見た場合の基板2は、基板2が有する面に沿う方向から基板2を見た場合における基板2のことを意味する。また、当該具体例1では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図2は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1を示す図である。
図2に示した例では、第1面M1には、電子部品E1が設けられている。第1面M1は、基板2が有する2つの面のうちの一方の面のことである。また、当該例では、電子部品E1は、はんだボールHB1と、はんだボールHG1とのそれぞれによって第1面M1上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E1は、はんだボールHB1によってパッドP1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHG1によってパッドPG1にはんだ付けされている。はんだボールHB1は、第1面M1に電子部品E1を固定するとともに、電子部品E1と基板2を電気的に接合するためのはんだボールのことである。パッドP1は、第1面M1上に形成されたパッドPのことである。はんだボールHG1は、第1面M1に電子部品E1を固定するとともに、第1面M1上にプリントされている図示しない伝送路を介して電子部品E1のグランド端子をグランドに接地するためのはんだボール(すなわち、グランドボール)のことである。パッドPG1は、第1面M1上に形成されたパッドPのうち当該伝送路を介してグランドに接地されているパッドPのことである。なお、当該例では、パッドP1及びパッドPG1を、点線によって示している。
また、図2に示した例では、第2面M2には、8個のヒートシンクHが設けられている。第2面M2は、基板2が有する2つの面のうち第1面M1と反対側の面のことである。また、当該8個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL2によってパッドP2にはんだ付けされている。パッドP2は、第2面M2上に形成されたパッドPのことである。なお、当該例では、はんだHL2が配置されているパッドPを、点線によって示している。
すなわち、図2に示した例は、第1面M1上に電子部品が設けられ、第1面M1上にヒートシンクHが設けられず、第2面M2上に電子部品が設けられず、第2面M2上にヒートシンクHが設けられる場合における基板2の一例である。
図2に示した例では、パッドP1と、パッドPG1と、パッドP2とのそれぞれは、基板2が有する伝送路によって互いに接続されていない。当該伝送路は、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路のことである。この場合、電子部品E1によって発生する熱は、基板2の母材を通ってヒートシンクHまで伝導する。ヒートシンクHは、このように伝導された熱を放熱する。
図2に示したように電子部品とヒートシンクHとを基板2に設けた場合、基板2の製造者は、第1面M1上にヒートシンクHを配置する位置を考慮することなく、第1面M1上に電子部品を配置することができる。すなわち、当該場合、基板2は、電子部品の配置の自由度を向上させることができる。また、当該場合、当該製造者は、第2面M2上に電子部品を配置する位置を考慮することなく、第2面M2上にヒートシンクHを配置することができる。すなわち、当該場合、基板2は、ヒートシンクHの配置の自由度を向上させることができる。換言すると、基板2を備える実装体1は、ヒートシンクHの配置の自由度を向上させることができる。
<横から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例2>
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2について説明する。当該具体例2では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図3は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2を示す図である。
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2について説明する。当該具体例2では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図3は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2を示す図である。
図3に示した例では、第1面M1には、電子部品E1が設けられている。また、当該例では、電子部品E1は、図2に示した基板2と同様に、はんだボールHB1と、はんだボールHG1とのそれぞれによって第1面M1上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E1は、はんだボールHB1によってパッドP1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHG1によってパッドPG1にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP1及びパッドPG1を、点線によって示している。
また、図3に示した例では、第2面M2には、4個のヒートシンクHが設けられている。また、当該4個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL2によってパッドP2にはんだ付けされている。なお、当該例では、はんだHL2が配置されているパッドP2を、点線によって示している。
すなわち、図3に示した例は、図2に示した例と同様に、第1面M1上に電子部品が設けられ、第1面M1上にヒートシンクHが設けられず、第2面M2上に電子部品が設けられず、第2面M2上にヒートシンクHが設けられる場合における基板2の一例である。
ただし、図3に示した例では、パッドPG1と、パッドP2とは、基板2が有する伝送路ELを介して互いに接続されている。伝送路ELは、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路の一例である。この場合、電子部品E1によって発生する熱は、基板2の母材を通ってヒートシンクHまで伝導するとともに、伝送路ELを通ってヒートシンクHまで伝導する。その結果、電子部品E1からヒートシンクHまでの熱伝導効率は、図2に示した基板2における電子部品E1からヒートシンクHまでの熱伝導効率よりも高くなる。ヒートシンクHは、このように伝導された熱を放熱する。
図3に示したように電子部品とヒートシンクHとを基板2に設けた場合、基板2を備える実装体1は、基板2に設けられた電子部品の熱を、より効率よく放熱することができる。そして、当該場合、基板2を備える実装体1は、基板2に設けるヒートシンクHの数を減らすことができる。このため、図3に示した基板2に設けられたヒートシンクHは、図2に示した基板2に設けられたヒートシンクHの数の半分になっている。
<横から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例3>
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3について説明する。当該具体例3では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図4は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3を示す図である。
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3について説明する。当該具体例3では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図4は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3を示す図である。
図4に示した例では、第1面M1には、電子部品E1と、2個のヒートシンクHとのそれぞれが設けられている。また、当該例では、電子部品E1は、図2に示した基板2と同様に、はんだボールHB1と、はんだボールHG1とのそれぞれによって第1面M1上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E1は、はんだボールHB1によってパッドP1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHG1によってパッドPG1にはんだ付けされている。また、当該例では、第1面M1には、2個のヒートシンクHが設けられている。また、当該2個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL1によってパッドP1にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP1及びパッドPG1を、点線によって示している。
また、図4に示した例では、第2面M2には、4個のヒートシンクHが設けられている。また、当該4個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL2によってパッドP2にはんだ付けされている。なお、当該例では、はんだHL2が配置されているパッドP2を、点線によって示している。
すなわち、図4に示した例は、第1面M1上に電子部品とヒートシンクHとのそれぞれが設けられ、第2面M2上に電子部品が設けられず、第2面M2上にヒートシンクHが設けられる場合における基板2の一例である。
また、図4に示した例では、パッドPG1と、はんだHL1によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP1と、パッドP2とは、基板2が有する伝送路EL2を介して互いに接続されている。伝送路EL2は、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路の一例である。この場合、電子部品E1によって発生する熱は、基板2の母材を通ってヒートシンクHまで伝導するとともに、伝送路EL2を通ってヒートシンクHまで伝導する。また、当該熱は、第1面M1上に設けられたヒートシンクHと、第2面M2上に設けられたヒートシンクHとの両方から放熱される。その結果、電子部品E1からヒートシンクHまでの熱伝導効率は、図3に示した基板2における電子部品E1からヒートシンクHまでの熱伝導効率よりも高くなる。ヒートシンクHは、このように伝導された熱を放熱する。
図4に示したように電子部品とヒートシンクHとを基板2に設けた場合、基板2を備える実装体1は、基板2に設けられた電子部品の熱を、より効率よく、より確実に放熱することができる。
<横から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例4>
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例4について説明する。当該具体例4では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図5は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例4を示す図である。
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例4について説明する。当該具体例4では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図5は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例4を示す図である。
図5に示した例では、第1面M1には、図4に示した基板2と同様に、電子部品E1と、2個のヒートシンクHとのそれぞれが設けられている。また、当該例では、電子部品E1は、はんだボールHB1と、はんだボールHG1とのそれぞれによって第1面M1上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E1は、はんだボールHB1によってパッドP1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHG1によってパッドPG1にはんだ付けされている。また、当該例では、第1面M1には、2個のヒートシンクHが設けられている。また、当該2個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL1によってパッドP1にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP1及びパッドPG1を、点線によって示している。
また、図5に示した例では、第2面M2には、電子部品E2と、2個のヒートシンクHとのそれぞれが設けられている。また、当該例では、電子部品E2は、はんだボールHB2と、はんだボールHG2とのそれぞれによって第2面M2上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E2は、はんだボールHB2によってパッドP2にはんだ付けされている。また、電子部品E2は、はんだボールHG2によってパッドPG2にはんだ付けされている。はんだボールHB2は、第2面M2に電子部品E2を固定するためのはんだボールのことである。はんだボールHG2は、第2面M2に電子部品E2を固定するとともに、第2面M2上にプリントされている図示しない伝送路を介して電子部品E2のグランド端子をグランドに接地するためのはんだボール(すなわち、グランドボール)のことである。パッドPG2は、第2面M2上に形成されたパッドPのうち当該伝送路を介してグランドに接地されているパッドPのことである。また、当該例では、第2面M2には、2個のヒートシンクHが設けられている。また、当該2個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL2によってパッドP2にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP2及びパッドPG2を、点線によって示している。
すなわち、図5に示した例は、第1面M1上に電子部品とヒートシンクHとのそれぞれが設けられ、第2面M2上に電子部品とヒートシンクHとのそれぞれが設けられる場合における基板2の一例である。
また、図5に示した例では、パッドPG1と、はんだHL1によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP1と、パッドPG2と、はんだHL2によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP2とは、基板2が有する伝送路EL3を介して互いに接続されている。伝送路EL3は、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路の一例である。この場合、電子部品E1及び電子部品E2のそれぞれによって発生する熱は、基板2の母材を通って第1面M1及び第2面M2のそれぞれに設けられたヒートシンクHまで伝導するとともに、伝送路EL3を通って当該ヒートシンクHまで伝導する。また、当該熱は、第1面M1上に設けられたヒートシンクHと、第2面M2上に設けられたヒートシンクHとの両方から放熱される。
図5に示したように電子部品とヒートシンクHとを基板2に設けた場合であっても、基板2を備える実装体1は、基板2に設けられた電子部品の熱を、効率よく放熱することができる。
<横から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例5>
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例5について説明する。当該具体例5では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図6は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例5を示す図である。
以下、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例5について説明する。当該具体例5では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図6は、横から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例5を示す図である。
図6に示した例では、第1面M1には、電子部品E1と、2個のヒートシンクHとのそれぞれが設けられている。また、当該例では、電子部品E1は、はんだボールHB1と、はんだボールHG1と、はんだボールHN1とのそれぞれによって第1面M1上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E1は、はんだボールHB1によってパッドP1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHG1によってパッドPG1にはんだ付けされている。また、電子部品E1は、はんだボールHN1によってパッドPN1にはんだ付けされている。はんだボールHN1は、第1面M1に電子部品E1を固定するためのはんだボールであり、電気的に電子部品E1内部の信号線に接続されないはんだボール(すなわち、内部NCボール)のことである。パッドPN1は、第1面M1上に形成されたパッドPのうち、当該信号線と電気的に接続されていないパッドPのことである。また、当該例では、第1面M1には、2個のヒートシンクHが設けられている。また、当該2個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL1によってパッドP1にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP1、パッドPG1、パッドPN1のそれぞれを、点線によって示している。
また、図6に示した例では、第2面M2には、電子部品E2と、2個のヒートシンクHとのそれぞれが設けられている。また、当該例では、電子部品E2は、はんだボールHB2と、はんだボールHG2と、はんだボールHN2とのそれぞれによって第2面M2上にはんだ付けされている。より具体的には、電子部品E2は、はんだボールHB2によってパッドP2にはんだ付けされている。また、電子部品E2は、はんだボールHG2によってパッドPG2にはんだ付けされている。また、電子部品E2は、はんだボールHN2によってパッドPN2にはんだ付けされている。はんだボールHN2は、第2面M2に電子部品E2を固定するためのはんだボールであり、電気的に電子部品E2内部の信号線に接続されないはんだボール(すなわち、内部NCボール)のことである。パッドPN2は、第2面M2上に形成されたパッドPのうち、当該信号線と電気的に接続されていないパッドPのことである。また、当該例では、第2面M2には、2個のヒートシンクHが設けられている。また、当該2個のヒートシンクHのそれぞれは、はんだHL2によってパッドP2にはんだ付けされている。なお、当該例では、パッドP2、パッドPG2、パッドPN2のそれぞれを、点線によって示している。
すなわち、図6に示した例は、図5に示した例と同様に、第1面M1上に電子部品とヒートシンクHとのそれぞれが設けられ、第2面M2上に電子部品とヒートシンクHとのそれぞれが設けられる場合における基板2の一例である。
また、図6に示した例では、パッドPG1と、パッドPN1と、はんだHL1によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP1と、パッドPG2と、パッドPN2と、はんだHL2によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP2とは、基板2が有する伝送路EL4を介して互いに接続されている。伝送路EL4は、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路の一例である。この場合、電子部品E1及び電子部品E2のそれぞれによって発生する熱は、基板2の母材を通って第1面M1及び第2面M2のそれぞれに設けられたヒートシンクHまで伝導するとともに、伝送路EL4を通って当該ヒートシンクHまで伝導する。また、当該熱は、第1面M1上に設けられたヒートシンクHと、第2面M2上に設けられたヒートシンクHとの両方から放熱される。
図6に示したように電子部品とヒートシンクHとを基板2に設けた場合であっても、基板2を備える実装体1は、基板2に設けられた電子部品の熱を、効率よく放熱することができる。
なお、図6に示した基板2は、図6に示した伝送路EL4に代えて、図7に示した伝送路EL5を備える構成であってもよい。図7は、図6に示した基板2が伝送路EL4に代えて伝送路EL5を備える場合の当該基板2の一例を示す図である。図7に示した伝送路EL5は、基板2にプリントされた銅箔、基板2に設けられたビア等によって構成された伝送路の一例である。また、伝送路EL5では、伝送路EL4と異なり、はんだHL1によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP1が、パッドPN1のうちの少なくとも一部を兼ねている。また、伝送路EL5では、はんだHL2によってヒートシンクHがはんだ付けされているパッドP2が、パッドPN2のうちの少なくとも一部を兼ねている。図7に示した例では、第1面M1上において、図7に示した右方向側のヒートシンクHがはんだ付けされたパッドP1は、当該ヒートシンクHに最も近いパッドPN1と一体に構成されている。また、当該例では、第2面M2上において、図7に示した左方向側のヒートシンクHがはんだ付けされたパッドP2は、当該ヒートシンクHに最も近いパッドPN2と一体に構成されている。
<上下から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例1>
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1について説明する。実施形態において、上下から見た場合の基板2は、基板2が有する面と直交する方向から基板2を見た場合における基板2のことを意味する。また、当該具体例1では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図8は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1を示す図である。図9は、図8に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1について説明する。実施形態において、上下から見た場合の基板2は、基板2が有する面と直交する方向から基板2を見た場合における基板2のことを意味する。また、当該具体例1では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図8は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例1を示す図である。図9は、図8に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
図8及び図9に示した基板2では、第1面M1上には、電子部品E1が設けられている。また、当該基板2では、第2面M2上には、ヒートシンクHが設けられている。ここで、図8及び図9に示したヒートシンクH2は、第2面M2上に設けられたヒートシンクHを示す。また、図8に示した第1面M1では、第2面M2側に位置しているヒートシンクH2の輪郭を点線によって示している。また、図9に示した第2面M2では、第1面M1側に位置している電子部品E1の輪郭を点線によって示している。
図8及び図9に示した例では、ヒートシンクH2のすべては、第2面M2と直交する方向から第2面M2上を見た場合において、電子部品E1の輪郭の内側に含まれている。これにより、基板2を備える実装体1では、電子部品E1において発生した熱のうち基板2の母材に伝導する熱の量を少なくすることができ、電子部品E1において発生した熱をヒートシンクH2によって効率的に放熱することができる。
<上下から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例2>
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2について説明する。当該具体例2では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図10は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2を示す図である。図11は、図10に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2について説明する。当該具体例2では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1のみである場合について説明する。図10は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例2を示す図である。図11は、図10に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
図10及び図11に示した基板2では、第1面M1上には、電子部品E1とヒートシンクHとが設けられている。また、当該基板2では、第2面M2上には、ヒートシンクHが設けられている。ここで、図10及び図11に示したヒートシンクH1は、第1面M1上に設けられたヒートシンクHを示す。また、図10及び図11に示したヒートシンクH2は、第2面M2上に設けられたヒートシンクHを示す。また、図10に示した第1面M1では、第2面M2側に位置しているヒートシンクH2の輪郭を点線によって示している。また、図11に示した第2面M2では、第1面M1側に位置している電子部品E1の輪郭とヒートシンクH1の輪郭とを点線によって示している。
図10及び図11に示した例では、ヒートシンクH2のすべては、第2面M2と直交する方向から第2面M2上を見た場合において、電子部品E1の輪郭の内側に含まれている。また、当該例では、電子部品E1は、第1面M1上においてヒートシンクH1によって囲まれている。これにより、基板2を備える実装体1では、電子部品E1において発生した熱を、ヒートシンクH1及びヒートシンクH2によって、より効率的に放熱することができる。
なお、図10及び図11に示した例では、ヒートシンクH2は、格子状に並べられているが、これに代えて、千鳥状に並べられる構成であってもよく、他の如何なる形状に並べられる構成であってもよい。
なお、図10及び図11に示した例では、ヒートシンクH2は、格子状に並べられているが、これに代えて、千鳥状に並べられる構成であってもよく、他の如何なる形状に並べられる構成であってもよい。
<上下から見た場合の基板上における電子部品とヒートシンクとの位置関係の具体例3>
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3について説明する。当該具体例3では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図12は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3を示す図である。図13は、図12に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
以下、上下から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3について説明する。当該具体例3では、説明を簡略化するため、基板2に設けられた電子部品が、電子部品E1と電子部品E2との2つのみである場合について説明する。図12は、上から見た場合の基板2上における電子部品とヒートシンクHとの位置関係の具体例3を示す図である。図13は、図12に示した基板2を下から見た場合における基板2の一例を示す図である。
図12及び図13に示した基板2では、第1面M1上には、電子部品E1とヒートシンクHとが設けられている。また、当該基板2では、第2面M2上には、電子部品E2とヒートシンクHが設けられている。ここで、図12及び図13に示したヒートシンクH1は、第1面M1上に設けられたヒートシンクHを示す。また、図12及び図13に示したヒートシンクH2は、第2面M2上に設けられたヒートシンクHを示す。
図12及び図13に示した例では、電子部品E1は、第1面M1上においてヒートシンクH1によって囲まれている。また、当該例では、電子部品E2は、第2面M2上においてヒートシンクH2によって囲まれている。これにより、基板2を備える実装体1では、電子部品E1及び電子部品E2において発生した熱を、ヒートシンクH1及びヒートシンクH2によって、効率的に放熱することができる。
<ヒートシンクの表面積>
以下、ヒートシンクHの表面積について説明する。前述した通り、ヒートシンクHの形状は、所定の条件を満たす形状である。このため、ヒートシンクXの占有面積よりも小さい面積内に複数のヒートシンクHを配置した場合、複数のヒートシンクHそれぞれの表面積のうち空気と接触する面積の合計は、ヒートシンクXの表面積のうちの空気と接触する面積よりも大きくすることができる。ここで、ヒートシンクXは、当該条件を満たさない形状を有するヒートシンクのことである。また、ヒートシンクXの占有面積は、ヒートシンクXが基板2に設けられている場合にヒートシンクXが基板2上を占有する面積のことである。
以下、ヒートシンクHの表面積について説明する。前述した通り、ヒートシンクHの形状は、所定の条件を満たす形状である。このため、ヒートシンクXの占有面積よりも小さい面積内に複数のヒートシンクHを配置した場合、複数のヒートシンクHそれぞれの表面積のうち空気と接触する面積の合計は、ヒートシンクXの表面積のうちの空気と接触する面積よりも大きくすることができる。ここで、ヒートシンクXは、当該条件を満たさない形状を有するヒートシンクのことである。また、ヒートシンクXの占有面積は、ヒートシンクXが基板2に設けられている場合にヒートシンクXが基板2上を占有する面積のことである。
以下では、説明を簡略化するため、ある方向A1から見た場合における複数個のヒートシンクHそれぞれの輪郭の長さの合計によって、当該複数個のヒートシンクHそれぞれの表面積の合計を表すことができる場合について説明する。また、以下では、説明を簡略化するため、方向A1から見た場合におけるヒートシンクXの輪郭の長さによって、ヒートシンクXの表面積を表すことができる場合について説明する。図14は、方向A1から4個のヒートシンクH及びヒートシンクXのそれぞれを見た場合における4個のヒートシンクHそれぞれの輪郭の長さの合計とヒートシンクXの輪郭の長さとを比較するための図である。図14には、4個のヒートシンクHと、ヒートシンクXとの違いを明確にするため、基準となるある面Bに設けられた4個のヒートシンクHと、面Bに設けられたヒートシンクXとのそれぞれを示している。
図14に示した例では、ヒートシンクXは、従来のヒートシンクである。より具体的には、当該例では、ヒートシンクXは、直方体形状の基台X11を有し、基台X11から直交する方向に4個の放熱フィンX12を有する。また、当該例では、放熱フィンX12の形状は、直方体形状である。すなわち、ヒートシンクXでは、4個の放熱フィンX12が、基板2上において基台X11によって接続されている。一方、4個のヒートシンクHは、基板2上において互いに離間している。
また、図14に示した例では、面Bに沿った方向におけるヒートシンクXの幅は、当該方向において4個のヒートシンクHを含む幅のうち最小の幅と一致している。すなわち、当該例では、ヒートシンクXの占有面積よりも小さい面積内に複数のヒートシンクHが配置されている。
また、図14に示した例では、面Bから放熱フィンX12の先端までの高さは、面Bから4個のヒートシンクHそれぞれの先端までの高さと一致している。この場合、図14に示したように、4個のヒートシンクHそれぞれの輪郭の長さの合計は、ヒートシンクXの輪郭の長さよりも長い。すなわち、当該例では、4個のヒートシンクHそれぞれの表面積のうち空気と接触する面積の合計は、ヒートシンクXの表面積のうちの空気と接触する面積よりも大きい。なお、図14に示した例では、方向A1は、面Bに対して水平な方向であり、4個の放熱フィンX12が並んでいる方向に対して直交する方向、且つ、4個のヒートシンクHが並んでいる方向に対して直交する方向である。
以上のことから、基板2を備える実装体1は、複数個のヒートシンクHを設けることにより、ヒートシンクXを設ける場合と比較して、効率的に放熱することができる。
<ヒートシンクの高さ>
以下、ヒートシンクHの高さについて説明する。前述した通り、ヒートシンクHの形状は、所定の条件を満たす形状である。このため、複数のヒートシンクHそれぞれの高さは、前述のヒートシンクXの放熱フィンX12の高さと一致させたまま、ヒートシンクXの高さよりも低くすることができる。
以下、ヒートシンクHの高さについて説明する。前述した通り、ヒートシンクHの形状は、所定の条件を満たす形状である。このため、複数のヒートシンクHそれぞれの高さは、前述のヒートシンクXの放熱フィンX12の高さと一致させたまま、ヒートシンクXの高さよりも低くすることができる。
以下では、説明を簡略化するため、前述の方向A1から見た場合における複数個のヒートシンクHそれぞれの高さによって、当該複数個のヒートシンクHそれぞれの高さを表すことができる場合について説明する。また、以下では、説明を簡略化するため、方向A1から見た場合におけるヒートシンクXの高さによって、ヒートシンクXの高さを表すことができる場合について説明する。図15は、方向A1から4個のヒートシンクH及びヒートシンクXのそれぞれを見た場合における4個のヒートシンクHそれぞれの高さとヒートシンクXの高さとを比較するための図である。図15には、4個のヒートシンクHと、ヒートシンクXとの違いを明確にするため、基準となるある面Bに設けられた4個のヒートシンクHと、面Bに設けられたヒートシンクXとのそれぞれを示している。
図15に示したように、4個のヒートシンクHそれぞれの高さは、放熱フィンX12それぞれの高さと一致している。そして、4個のヒートシンクHそれぞれの高さは、基台X11の分だけヒートシンクXの高さよりも低い。すなわち、複数のヒートシンクHそれぞれの高さは、前述のヒートシンクXの放熱フィンX12の高さと一致させたまま、ヒートシンクXの高さよりも低くすることができる。
<ヒートシンクの形状の変形例>
以下、図16を参照し、ヒートシンクHの形状の変形例について説明する。図16は、ヒートシンクHの形状の変形例を示す図である。図16に示したヒートシンクHの形状は、台形柱形状である。すなわち、当該形状は、基板2に設けられたヒートシンクHが有する側面のうち対向する2つの側面が台形であり、基板2に設けられたヒートシンクHが有する側面のうち当該2つの側面と異なる2つの側面が四角形であり、基板2に設けられたヒートシンクHの上面が基板2と平行であるような形状である。なお、図16に示したヒートシンクHの形状は、基板2に設けられたヒートシンクHが有する全ての側面が台形であり、当該上面が基板2と平行であるような角錐台形状である構成であってもよい。
以下、図16を参照し、ヒートシンクHの形状の変形例について説明する。図16は、ヒートシンクHの形状の変形例を示す図である。図16に示したヒートシンクHの形状は、台形柱形状である。すなわち、当該形状は、基板2に設けられたヒートシンクHが有する側面のうち対向する2つの側面が台形であり、基板2に設けられたヒートシンクHが有する側面のうち当該2つの側面と異なる2つの側面が四角形であり、基板2に設けられたヒートシンクHの上面が基板2と平行であるような形状である。なお、図16に示したヒートシンクHの形状は、基板2に設けられたヒートシンクHが有する全ての側面が台形であり、当該上面が基板2と平行であるような角錐台形状である構成であってもよい。
ヒートシンクHの形状が角錐台形状である場合、複数個のヒートシンクHそれぞれの表面付近に形成される温度境界層同士を、より確実に重ならないようにすることができる。これは、温まった空気が上昇するために、複数個のヒートシンクHそれぞれの表面付近に形成される温度境界層が、ヒートシンクHの上面側であるほど厚くなるためである。
なお、ヒートシンクHの形状は、前述の所定の条件を満たす形状であれば、円柱形状、十字柱形状等の他の形状であってもよい。また、ヒートシンクHの形状は、自動実装機で吸着可能な形状であることが望ましい。これにより、基板2を備える実装体1は、より確実に効率的に製造することができる。ここで、上記において説明した立方体形状、台形柱形状、角錐台形状のそれぞれは、自動実装機で吸着可能な形状の一例である。また、自動実装機は、リフロー炉において加熱する前の基板2に電子部品、ヒートシンクH等を自動的に実装(又は配置)する装置のことである。
<ヒートシンクと基板との接合部分の変形例>
以下、ヒートシンクHと基板2との接合部分の変形例について説明する。
以下、ヒートシンクHと基板2との接合部分の変形例について説明する。
基板2には、1個以上のヒートシンクHのそれぞれが嵌合する凹部が形成されている構成であってもよい。この場合、ヒートシンクHは、基板2に形成されている凹部に嵌合している。このような凹部が基板2に形成されていることにより、基板2は、クリームはんだを用いたリフロー炉によるはんだ付けの際、基板2に対するヒートシンクHの相対的な位置がずれてしまうことを抑制することができる。なお、ヒートシンクHには、凹部が形成されており、基板2には、当該凹部と嵌合する凸部が形成されている構成であってもよい。この場合、基板2では、ヒートシンクHの凹部は、当該凸部と嵌合している。当該場合であっても、基板2を備える実装体1は、クリームはんだを用いたリフロー炉によるはんだ付けの際、基板2に対するヒートシンクHの相対的な位置がずれてしまうことを抑制することができる。
なお、上記において説明した基板2を備える実装体1では、ヒートシンクHの重心の位置は、ヒートシンクHが有する面のうち基板2側の面から、ヒートシンクHが有する面のうち基板2と反対側の面までの中点よりも基板2側に位置することが望ましい。これにより、基板2を備える実装体1は、クリームはんだを用いたリフロー炉によるはんだ付けを行う際、ヒートシンクHがはんだ付けされる前に転倒してしまうことを抑制することができる。
以上のように、実施形態に係る実装体(上記において説明した例では、実装体1)は、1個以上の電子部品(上記において説明した例では、電子部品E1〜電子部品E5のそれぞれ)が設けられた基板(上記において説明した例では、基板2)と、1個以上の電子部品のうち最も高い熱容量を有する電子部品の熱容量以下の熱容量を有するヒートシンク(上記において説明した例では、ヒートシンクH)と、を備え、ヒートシンクは、基板にはんだ付けされている。これにより、実装体は、効率的に製造することができる。
また、実装体は、複数個の前記ヒートシンクを備え、複数個のヒートシンクの一部又は全部が、基板に設けられた導電パターン(上記において説明した例では、基板2にプリントされる伝送路)によって電子部品と熱的に接続されている、構成が用いられてもよい。
また、実装体では、ヒートシンクの重心の位置は、ヒートシンクが有する面のうち基板側の面から、ヒートシンクが有する面のうち基板と反対側の面までの中点よりも基板側に位置する、構成が用いられてもよい。
また、実装体では、基板とヒートシンクが相互に嵌合するように、基板又はヒートシンクに凹部が形成されている、構成が用いられてもよい。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
1…実装体、2…基板、E1〜E5…電子部品、EL、EL2〜EL5…伝送路、H、H1、H2…ヒートシンク、M1…第1面、M2…第2面、X…ヒートシンク、X11…基台、X12…放熱フィン
Claims (4)
- 1個以上の電子部品が設けられた基板と、
前記1個以上の前記電子部品のうち最も高い熱容量を有する前記電子部品の熱容量以下の熱容量を有するヒートシンクと、
を備え、
前記ヒートシンクは、前記基板にはんだ付けされている、
実装体。 - 複数個の前記ヒートシンクを備え、
前記複数個の前記ヒートシンクの一部又は全部が、前記基板に設けられた導電パターンによって前記電子部品と熱的に接続されている、
請求項1に記載の実装体。 - 前記ヒートシンクの重心の位置は、前記ヒートシンクが有する面のうち前記基板側の面から、前記ヒートシンクが有する面のうち前記基板と反対側の面までの中点よりも前記基板側に位置する、
請求項1又は2に記載の実装体。 - 前記基板と前記ヒートシンクが相互に嵌合するように、前記基板又は前記ヒートシンクに凹部が形成されている、
請求項1から3のうちいずれか一項に記載の実装体。
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Legal Events
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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