JP5920634B2

JP5920634B2 - プリント基板

Info

Publication number: JP5920634B2
Application number: JP2013084893A
Authority: JP
Inventors: ホミンスン; 英彰釣谷
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: JP2014207370A

Description

本発明は、発熱部品が実装されていると共に、発熱部品の放熱構造を備えたプリント基板に関するものである。

従来から、自動車の電気接続箱等で用いられるプリント基板では、例えば、特開２００５−２６０１５９号公報（特許文献１）に記載の如く、プリント基板に発熱部品が実装される際に、放熱用導体パターンをプリント基板の広い面積に配設することが行われている。また、アース用導体は、抵抗の低減や放熱性の改善が求められることから、アース用導体は、放熱用導体パターンを兼ねて、プリント基板の表面の広範囲に覆うように設けられる場合が多い。

ところが、このように放熱用導体パターンやアース用導体をプリント基板上の広い範囲に設定すると、プリント基板の利用可能範囲が狭まり、設計自由度が低減される。特に、近年の小型化、省スペース化の要求に対して、放熱用導体パターン等を配設できるスペースも限られてきており、放熱用導体パターンの設定が困難になりつつあるという問題があった。

この点を改善するため、例えば、グランドパターンの銅箔の厚さを厚くすることが考えられるが、コストの増加や微細加工の困難性などの点から、好ましい解決策ではなかった。また、例えば、特開２００６−１５６５０３号公報（特許文献２）に記載の回路基板のように、発熱体とされる電子部品に、放熱フィン状の放熱のための部品を新たに取り付けることも考えられるが、これもコスト面や作業性の観点から、好ましい解決策とは言えなかった。

特開２００５−２６０１５９号公報特開２００６−１５６５０３号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、放熱用導体パターンを大きくすることなく放熱効果の向上を図ることができる、新規な構造のプリント基板を提供することにある。

以下、前述の如き課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

本発明の第一の態様は、発熱部品が実装されてなるプリント基板において、複数の接続端子を備えた基板用コネクタが実装されており、前記発熱部品が、放熱用導体パターンに接続されている一方、前記基板用コネクタの前記複数の接続端子が、前記放熱用導体パターンに接続されるが相手方コネクタ端子とは接続されない放熱用ダミー端子を含んでいることを特徴とする。

本態様によれば、基板用コネクタにおいて相手方コネクタ端子とは接続されない接続端子を用い、接続端子を発熱部品に接続された放熱用導体パターンに接続することで、接続端子を放熱用ダミー端子として利用可能とする、従来にない全く新規な放熱構造を提供することができる。そして、放熱用ダミー端子が放熱用導体パターンに接続されることで、放熱用ダミー端子（接続端子）の放熱性を利用して放熱効果を向上させることができることから、その分放熱用導体パターンの配設面積を小さくでき、プリント基板のスペース効率等の向上も同時に達成することができるのである。

特に、プリント基板に実装される基板用コネクタの接続端子を放熱用ダミー端子として利用するだけで、本態様の放熱構造を実現できることから、既存の設備で対応でき、コストアップや作業性の悪化等の問題も発生しない。なお、放熱用ダミー端子は、基板用コネクタに専用に設けてもよいが、基板用コネクタには、未使用状態となる所謂空き端子が発生する場合が多い。従って、未使用の基板端子を放熱用ダミー端子として用いることで、更なるコストの低減やスペース効率の向上等を図ることもできる。

また、放熱用ダミー端子の数は、空きスペース、未使用端子の数、要求される放熱特性等に応じて任意に設定可能であり、１本であっても複数本であってもよい。

本発明の第二の態様は、前記第一の態様に記載のものにおいて、前記基板用コネクタの前記複数の接続端子がアース用端子を含んでおり、該アース用端子が前記放熱用導体パターンに接続されることにより、前記放熱用導体パターンがアース用導体として用いられているものである。

本態様によれば、比較的幅広に設定される放熱用導体パターンを用いて幅広のアース用導体を構成することができることから、アース用導体のインピーダンスの低減を有利に図ることができ、ノイズ対策の安定性等を有利に確保することができる。

本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に記載のものにおいて、前記放熱用ダミー端子が、銅と同等か銅よりも高い放熱性を有する金属を含んで構成されているものである。

本態様によれば、放熱用ダミー端子を、銅と同等か銅よりも高い放熱性を有する金属を含んで構成したことから、それら金属の放熱効果を利用した高い放熱効果を得ることができ、一層放熱用導体パターンの縮小を図ることができる。しかも、放熱用ダミー端子は、相手方コネクタ端子とは接続されないものであることから、強度はあまり必要とされない。それ故、放熱性を重視して、銅よりも柔らかいが放熱性が高い、銀を使用することもできるのである。

本発明の第四の態様は、前記第一乃至第三の何れか１つの態様に記載のものにおいて、前記発熱部品と前記基板用コネクタが、間に他の実装部品を介在させることなく隣接配置されているものである。

本態様によれば、発熱部品と基板用コネクタの位置を近接させることにより、放熱用導体パターンを介して接続される発熱部品と放熱用ダミー端子の距離を短くでき、放熱用ダミー端子の高い放熱効果を一層有利に利用することができる。

本発明においては、基板用コネクタにおいて相手方コネクタ端子とは接続されない接続端子を用い、接続端子を発熱部品に接続された放熱用導体パターンに接続することで、接続端子を放熱用ダミー端子として利用可能とする、従来にない全く新規な放熱構造を提供することができる。それ故、放熱効果を向上でき、その分放熱用導体パターンの配設面積を小さくできることから、プリント基板のスペース効率等の向上も同時に達成できる。しかも、基板用コネクタの接続端子を放熱用ダミー端子として利用するだけで実現できることから、既存の設備で対応でき、コストアップや作業性の悪化等の問題も発生しない。

本発明の一実施形態としてのプリント基板の平面図。図１に示すプリント基板の下面図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面拡大図。図１のＩＶ−ＩＶ断面拡大図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１〜４に、本発明の一実施形態としてのプリント基板１０を示す。プリント基板１０は、ガラスエポキシ樹脂などの公知の絶縁材料で形成された略矩形平板状の絶縁基板１２と、その表面１４及び裏面１６にそれぞれ設けられた導体パターンであるベタパターン１８，２０及び配線パターン２２と、表面１４及び裏面１６に設けられた導体パターンを相互に接続するビアホール２４及びスルーホール２６と、を含んで構成されている。また、導体パターン上には、電子部品である集積回路２８，チップ容量３０，チップ抵抗３２，電解コンデンサ３４と、基板用コネクタ３６と、が実装されている。なお、理解を容易とするために、図１及び図２では電子部品及び基板用コネクタ３６は仮想線で描かれている一方、図１〜４では半田の図示を省略している。また、以下の説明において、上方とは、図１中の上方、下方とは、図１中の下方、また左方とは、図１中の左方、右方とは、図１中の右方を言うものとする。

図１に示されているように、放熱用導体パターンたるベタパターン１８，２０は、プリント基板１０のそれぞれ表面１４と裏面１６を、配線パターン２２よりかなり大きい面積で覆うように形成された導体パターンのことであり、通常電源やアース或いは大電流回路用配線等に接続されて、抵抗の低減や放熱性の改善のために用いられている。また、ベタパターン１８，２０には、公称厚さ３５μｍ又は７０μｍの銅箔が通常よく用いられるが、より厚い公称厚さ２１０μｍの銅箔などが用いられる場合もある。この銅箔厚さは、所望の電流値等、ベタパターン１８，２０を除く導体パターンである配線パターン２２の規格に応じて任意に設定されるものである。さらに、ベタパターン１８，２０同士は、プリント基板１０に貫設された多数のビアホール２４により、接続されている。ビアホール２４は、その穴の中に半田等の導体が埋め込まれた構造とされており、ベタパターン１８，２０同士が低抵抗で接続されるようになっている。このように、本実施形態では、プリント基板１０の表面１４及び裏面１６に、略同一形状とされるベタパターン１８，２０を設けると共に、相互に接続することにより、表面１４あるいは裏面１６のどちらか一方の面のみに設けた場合に比べて、抵抗の低減や放熱性の改善に対しておよそ２倍の効果が見込まれるようになっている。

プリント基板１０の表面１４上に設けられたベタパターン１８の一方の側３８には、発熱部品たる集積回路２８が実装されている。より詳細には、集積回路２８は、集積回路本体４０と複数の表面実装用端子４２を備えて構成されており、集積回路本体４０の裏面には、図３に示されているように、略全面に亘ってアース電極４４が設けられている。そして、アース電極４４がベタパターン１８の一方の側３８に半田付けにより接続されるのである。これにより、集積回路２８で発生した熱を、裏面に設けられた広い面積のアース電極４４を通して効率的にベタパターン１８上に逃がすことができるようになっている。なお、集積回路本体４０が半田付けされるベタパターン１８の周辺部には、複数のサーマルギャップ部４６が形成されている。このサーマルギャップ部４６は、半田付けの際に熱が集積回路本体４０の周辺のベタパターン１８にまで広がって逃げることにより半田付けが困難になるという問題を防止するために設けられたものである。加えて、図３に示されているように、集積回路２８に設けられた複数の表面実装用端子４２は、集積回路本体４０の右側面から垂直に外方に向かってクランク状に突設されており、その先端部が配線パターン２２に設けられたパッド部４８上に載置された構造となっている。図１に示されているように、パッド部４８は、配線パターン２２よりも幅広とされており、表面実装用端子４２を載置するのに十分な面積を以て、構成されている。表面実装用端子４２は、パッド部４８に半田付されることにより、配線パターン２２に接続されるようになっている。

一方、図１に示されているように、プリント基板１０の表面１４上に設けられたベタパターン１８の他方の側５０には、複数の接続端子５２を備えた基板用コネクタ３６が実装されている。より詳細には、基板用コネクタ３６は、８つの接続端子５２を有しており、そのうち３つの接続端子５２が、ベタパターン１８上に設けられたスルーホール２６に挿入されている一方、残りの５つの接続端子５２が、ベタパターン１８の領域外に設けられたスルーホール２６に挿入されている。そして、接続端子５２がスルーホール２６に半田付けされることにより、３つの接続端子５２がベタパターン１８に、また残りの５つの接続端子５２のうち２つの接続端子５２がスルーホール２６に繋がれた配線パターン２２に、接続されるようになっている。なお、図１及び図２に示されるように、ベタパターン１８，２０と半田付けされるスルーホール２６の周辺部にも、複数のサーマルギャップ部５３が形成されている。このサーマルギャップ部５３も、半田付けの際に熱がスルーホール２６の周辺のベタパターン１８，２０にまで広がって逃げることにより半田付けが困難になるという問題を防止するために設けられたものである。

図１及び図４に示されているように、基板用コネクタ３６の右側に設けられた４つの接続端子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄのうち、図１中、上側の３つの接続端子５２ａ，５２ｂ，５２ｃがベタパターン１８に接続されている一方、一番下の接続端子５２ｄが配線パターン２２に接続されている。図１に示されているように、基板用コネクタ３６は、上下方向に延びる略直方体形状とされており、８つの接続端子５２に対応した８つの接続端子収容部５４が略同一形状で設けられている。図３に示されているように、接続端子収容部５４は、一方の側に開口する略有底筒体形状とされている。基板用コネクタ３６の底部５６の左右の端部には、下方に向かって突出する脚部５８を有し、プリント基板１０への実装状態において、脚部５８がプリント基板１０の表面１４に当接することにより安定して固定されるようになっている。接続端子５２は、両端が先細形状とされる棒状とされており、一方の側６０が接続端子収容部５４の開口部側から突出しないように収容されている一方、他方の側６２が基板用コネクタ３６の底部５６を挿通してプリント基板１０のスルーホール２６に挿入されるようになっている。なお、基板用コネクタ３６は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）等の合成樹脂により、接続端子５２をモールドして、射出成形等によって一体形成されている。また、接続端子５２は、例えば銅や銅合金から構成されている。

図４に示されているように、ベタパターン１８に接続されている接続端子５２ａ，５２ｂ，５２ｃのうち、１つの接続端子５２ａには一方の側６０から相手方コネクタ端子６４が接続されている一方、残り２つの接続端子５２ｂ，５２ｃは相手方コネクタ端子６４が接続されていない放熱用ダミー端子となっている。相手方コネクタ端子６４は、アース用電線６６を一方の側に加締め固定した金属筒体とされており、開口部６８を接続端子収容部５４に収容された接続端子５２ａに嵌め入れることにより固定・接続されるようになっている。なお、本実施形態では、基板用コネクタ３６の接続端子５２ａがアース用端子とされており、アース用端子が放熱用導体パターンたるベタパターン１８に接続されることにより、ベタパターン１８がアース用導体として用いられるようになっている。また、接続端子５２ｄには一方の側６０から、電源用電線７０に接続された相手方コネクタ端子７２が接続されている。

図１に示されているように、集積回路２８と基板用コネクタ３６は隣接配置されている一方、その間には他の実装部品は介在されない構成とされている。また、図１及び図２に示されているように、集積回路２８以外の電子部品である，チップ容量３０やチップ抵抗３２や電解コンデンサ３４は、いずれも配線パターン２２に設けられたパッド部４８上に両端部を載置された構造となっており、パッド部４８に半田付されることにより、配線パターン２２に接続されるようになっている。なお、チップ抵抗３２は、プリント基板１０の裏面１６に設けられた配線パターン２２に接続されるようになっており、例えば同じチップ抵抗３２を配設し、チップ抵抗３２の数を選択することにより、所望の回路性能がでるように調整することなどが可能とされている。

最後に、このような構成とされたプリント基板１０における半田付けの方法の一例について簡単に説明する。まず、半田付けするプリント基板１０の表面１４の導体パターン上に半田を印刷し、その半田上に集積回路２８やチップ容量３０や電解コンデンサ３４を載置する。そして、リフロー方式により、半田を融かして半田付けを行う。次に、裏面１６に実装されるチップ抵抗３２を接着剤により所定の位置に固定する。さらに、基板用コネクタ３６をスルーホール２６に挿入して固定する。この状態で、プリント基板１０の表面１４を部品実装面、裏面１６を半田付け面とし、フロー方式によりスルーホール２６へ半田を充填して接続端子５２とベタパターン１８，２０を半田付けすると共に、チップ抵抗３２と配線パターン２２のパッド部４８を半田付けする。以上の作業により、半田付けが完了する。

このような構造とされたプリント基板１０によれば、相手方コネクタ端子６４と接続されていない接続端子５２ｂ，５２ｃを、発熱部品たる集積回路２８に接続された放熱用導体パターンたるベタパターン１８，２０に接続することにより、接続端子５２ｂ，５２ｃを放熱用ダミー端子として利用可能とするという、従来にない全く新規な放熱構造を提供することができるのである。しかも、接続端子５２ｂ，５２ｃがベタパターン１８，２０に接続されていることから、接続端子５２ｂ，５２ｃの放熱性を利用して放熱効果を向上させることができる。それ故、その分ベタパターン１８，２０の配設面積を小さくでき、プリント基板１０のスペース効率等の向上も同時に達成することができる。

特に、プリント基板１０に実装されている基板用コネクタ３６の接続端子５２を放熱用ダミー端子として利用するだけで、本実施形態の放熱構造を実現できる。それ故、既存の設備で対応でき、コストアップや作業性の悪化等の問題も発生しない。特に、本実施形態では、放熱用ダミー端子として、未使用の接続端子５２ｂ，５２ｃを利用していることから、何らの追加部品を必要とすることなく、放熱用ダミー端子を設けることができ、コストの低減やスペース効率の向上等を図ることができる。なお、未使用の接続端子５２が無い場合は、別途、放熱用ダミー端子を専用に設けてもよい。

また、比較的大きな面積で構成される放熱用導体パターンを用いてアース用導体を構成することができることから、アース用導体のインピーダンスの低減を有利に図ることができ、ノイズ対策の安定性等を有利に確保することができる。さらに、発熱部品たる集積回路２８と基板用コネクタ３６が近接配置されていることから、放熱用導体パターンたるベタパターン１８，２０を介して接続される集積回路２８と接続端子５２の距離を短くできるので、接続端子５２の高い放熱効果を一層有利に利用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

例えば、本実施形態においては、放熱用ダミー端子の数は２つとされていたが、空きスペース、未使用端子の数、要求される放熱特性等に応じて任意に設定可能であり、１つであっても３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、放熱用導体パターンを構成するベタパターン１８，２０は、プリント基板１０の表面１４と裏面１６の両方に設けられていたが、小型化あるいはコスト低減等の要求に応じて任意に設定可能であり、表面１４あるいは裏面１６の一方だけに設けられていてもよいし、３層以上の多層配線プリント基板の３つ以上の層に設けられていてもよい。

さらに、本実施形態においては、放熱用ダミー端子を構成する接続端子５２は、銅等で構成されていたが、銅と同程度に放熱性が高い金や、銅よりも放熱性が高い金属を含んで構成されていてもよい。これにより、より一層高い放熱効果を得ることができることから、放熱用導体パターンを構成するベタパターン１８，２０のより一層の縮小を図ることができる。しかも、放熱用ダミー端子は、相手方コネクタ端子６４に接続されないことから、強度はあまり必要とされない。それ故、銅よりも柔らかいが放熱性が高い、銀が使用可能となるのである。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

１０：プリント基板、１８，２０：ベタパターン（放熱用導体パターン）（アース用導体）、２８：集積回路（発熱部品）、３６：基板用コネクタ、５２：接続端子、５２ａ：接続端子（アース用端子）、５２ｂ，５２ｃ：接続端子（放熱用ダミー端子）、６４：相手方コネクタ端子

Claims

発熱部品が実装されてなるプリント基板において、
複数の接続端子を備えた基板用コネクタが実装されており、
前記発熱部品が、放熱用導体パターンに接続されている一方、
前記基板用コネクタの前記複数の接続端子が、前記放熱用導体パターンに接続されるが相手方コネクタ端子とは接続されない放熱用ダミー端子を含んでいる
ことを特徴とするプリント基板。
前記基板用コネクタの前記複数の接続端子がアース用端子を含んでおり、該アース用端子が前記放熱用導体パターンに接続されることにより、前記放熱用導体パターンがアース用導体として用いられている請求項１に記載のプリント基板。
前記放熱用ダミー端子が、銅と同等か銅よりも高い放熱性を有する金属を含んで構成されている請求項１又は２に記載のプリント基板。
前記発熱部品と前記基板用コネクタが、間に他の実装部品を介在させることなく隣接配置されている請求項１〜３の何れか１項に記載のプリント基板。