JP6419386B1 - プリント基板 - Google Patents

Abstract

プリント基板（１０）は、回路基材（１１）と、回路基材に載置され、放熱部材（２０）に接合される実装部品（１２）とを備える。回路基材は、放熱部材との位置関係が固定されている領域である第１の領域部分と、実装部品が載置されている領域を含む第２の領域部分とを有する。第２の領域部分のうち実装部品が載置されている領域同士の間に、回路基材の外縁から第１の領域部分へ向けて切り込まれた切り込み部（１３）が設けられている。

Description

本発明は、回路基材に実装部品が載置されたプリント基板に関する。

電子機器では、実装部品で発生した熱を電子機器の外部へ放出するために、放熱部材であるヒートシンクを実装部品に接合させた構造が採用されることがある。実装部品を高い効率で冷却するためには、ヒートシンクの平面部と実装部品とが互いに隙間なく密着されることで、実装部品から放熱部材へ効率良く熱が伝わるようにすることが望まれる。特許文献１には、回路基材に取り付けられた電子部品に、熱管理のための構造体を結合させることが開示されている。

特表２０１０−５０６４０９号公報

実装部品のサイズの個体差、あるいは回路基材に実装部品が載置される際の加工誤差に起因して、回路基材から、実装部品のうちヒートシンクに接合される面までの高さに、ばらつきが生じることがある。回路基材に載置された実装部品同士にて、回路基材から、ヒートシンクに接合される面までの高さにばらつきがある場合に、回路基材に歪みが生じることがある。回路基材に歪みが生じた場合に、実装部品とヒートシンクとの間に隙間が生じ易くなることで、所望とする放熱効果を得られなくなることがあり得る。また、高さのばらつきが少なくなるように実装部品ごとの厳密な高さ調整を行うことは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱部材を用いて効率良く実装部品を冷却可能とするプリント基板を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプリント基板は、１つの平板からなる回路基材と、回路基材に載置され、放熱部材に接合される実装部品とを備える。回路基材は、放熱部材との位置関係が固定されている領域である第１の領域部分と、実装部品が載置されている領域を含む第２の領域部分とを有する。第２の領域部分のうち実装部品が載置されている領域同士の間に、回路基材の外縁から第１の領域部分へ向けて切り込まれて、実装部品が載置されている領域ごとに独立して第２の領域部分を撓ませることを可能とする切り込み部が設けられている。

本発明にかかるプリント基板は、放熱部材を用いて効率良く実装部品を冷却できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるプリント基板を示す斜視図 実施の形態１の回路基材の平面図 実施の形態２にかかるプリント基板を示す斜視図 実施の形態２の回路基材の平面図 実施の形態３にかかるプリント基板を含む構造体を示す斜視図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプリント基板を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるプリント基板１０を示す斜視図である。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸とする。Ｘ軸に平行な方向を第１の方向であるＸ軸方向、Ｙ軸に平行な方向を第２の方向であるＹ軸方向、Ｚ軸に平行な方向を第３の方向であるＺ軸方向とする。Ｘ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向の逆の方向をマイナスＸ方向とし、Ｙ軸方向およびＺ軸方向についてもＸ軸方向の場合と同様とする。

プリント基板１０は、回路基材１１と、回路基材１１に載置された実装部品１２とを備える。回路基材１１は、絶縁体基材である平板に配線パターンが印刷されたものである。絶縁体基材の１つの例は、ガラスエポキシ樹脂である。回路基材１１は、ガラスエポキシ樹脂以外の絶縁体基材を用いたものであっても良い。

実装部品１２は、冷却が要求される電子部品であるパワーモジュールあるいはダイオードスタックである。実装部品１２は、稼働によって発熱するいずれの電子部品であっても良い。実装部品１２は、半田付けにより回路基材１１に接合されている。図１に示す例では、実装部品１２である２つの実装部品１２Ａ，１２Ｂがプリント基板１０に実装されている。第１の実装部品である実装部品１２Ａと、第２の実装部品である１２Ｂとは、間隔を空けてＸ軸方向へ並べられている。なお、プリント基板１０に実装される実装部品１２の数は２つに限られず、１つあるいは３つ以上であっても良い。

実装部品１２Ａ，１２Ｂは、放熱部材であるヒートシンク２０の平面部２１に接合される。平面部２１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行な平面である。ヒートシンク２０は、プラスＺ方向へ平面部２１を向けて配置されている。ヒートシンク２０の複数のフィン部２２は、平面部２１の裏側に設けられている。

回路基材１１には、回路基材１１を貫く４つの穴１４が設けられている。固定部材であるねじ１５は、穴１４を通されて、平面部２１上のスペーサ１６にねじ込まれる。スペーサ１６は、平面部２１のうち穴１４の直下の位置に配置されており、平面部２１に固定されている。ねじ１５を用いて回路基材１１がスペーサ１６にねじ止めされることにより、回路基材１１と平面部２１との間に実装部品１２Ａ，１２Ｂに相当する間隔を確保しながら、回路基材１１がヒートシンク２０に固定される。切り込み部１３は、回路基材１１のうち、実装部品１２Ａが載置された領域と、実装部品１２Ｂが載置された領域との間に設けられている。

図２は、実施の形態１の回路基材１１の平面図である。回路基材１１の外形は、長方形に切り込み部１３が付加された形状をなしている。外縁Ｅ１，Ｅ２は、回路基材１１のうち、長方形の長辺に相当する外縁とする。図２において、外縁Ｅ１，Ｅ２は、Ｘ軸に平行な直線をなしている。外縁Ｅ３，Ｅ４は、回路基材１１のうち、長方形の短辺に相当する外縁とする。図２において、外縁Ｅ３，Ｅ４は、Ｙ軸に平行な直線をなしている。なお、回路基材１１は、長方形以外の形状に切り込み部１３が付加されたものであっても良い。

回路基材１１は、ヒートシンク２０との位置関係が固定されている領域である第１の領域部分１７と、実装部品１２が載置された領域を含む第２の領域部分１８とを有する。実施の形態１では、第１の領域部分１７は、ヒートシンク２０に固定されている。穴１４は、第１の領域部分１７の４つの隅に設けられている。４つの穴１４のうちマイナスＹ方向側にある２つの穴１４が設けられている位置から外縁Ｅ１までが、Ｙ軸方向における第１の領域部分１７の範囲である。外縁Ｅ２から、４つの穴１４のうちマイナスＹ方向側にある２つの穴１４が設けられている位置の手前までが、Ｙ軸方向における第２の領域部分１８の範囲である。第２の領域部分１８は、第１の領域部分１７のマイナスＹ方向側における隣に位置している。

第１の領域部分１７は、図１に示すねじ１５によってヒートシンク２０に固定される。なお、第１の領域部分１７における穴１４の数は４つに限られず、複数であれば良いものとする。第１の領域部分１７は、ねじ１５に代えて、ねじ１５以外の固定部材を用いてヒートシンク２０に固定可能であっても良い。

第２の領域部分１８は、実装部品１２が載置された領域１９を含む。図２に示す例では、第２の領域部分１８には、図１に示す２つの実装部品１２Ａ，１２Ｂに対応する領域１９である２つの領域１９Ａ，１９Ｂが含まれる。２つの領域１９Ａ，１９Ｂは、間隔を空けてＸ軸方向へ並べられている。

切り込み部１３は、第２の領域部分１８のうち領域１９Ａと領域１９Ｂとの間に設けられている。切り込み部１３は、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７へ向けて直線状に切り込まれたスリット形状を備える。切り込み部１３は、外縁Ｅ２からプラスＹ方向へ延伸され、第１の領域部分１７および第２の領域部分１８の境界に到達している。

１つの例では、切り込み部１３は、ルータを用いた溝切り加工によって形成される。切り込み部１３は、溝切り加工以外の手法により形成されたものであっても良い。第２の領域部分１８は、切り込み部１３によって、領域１９Ａを含む部分と領域１９Ｂを含む部分とに分割されている。

回路基材１１の表面から、実装部品１２Ａ，１２Ｂのうち平面部２１に接合される面までの高さには、ばらつきが生じることがある。高さのばらつきは、実装部品１２Ａ，１２Ｂのサイズの個体差、あるいは回路基材１１に実装部品１２Ａ，１２Ｂが載置される際の加工誤差に起因して生じ得る。

ここで、回路基材１１に切り込み部１３が設けられていない場合を想定して、かかる想定の場合において生じ得る問題について説明する。実装部品１２Ｂのうち平面部２１との接合面が、実装部品１２Ａのうち平面部２１との接合面に比べて高い位置である場合に、ヒートシンク２０に回路基材１１が固定されたとする。回路基材１１には、領域１９Ｂを中心として持ち上げられるような歪みが生じる。第２の領域部分１８が領域１９Ａを含む部分と領域１９Ｂを含む部分とに分割されていない状態にて回路基材１１に歪みが生じたことで、領域１９Ｂを含む部分とともに、領域１９Ａを含む部分が持ち上げられることがあり得る。この場合、回路基材１１から平面部２１へ向けて実装部品１２Ａを押し下げる応力がかかりにくくなることで、実装部品１２Ａと平面部２１との間に隙間が生じ易くなる。

このように、切り込み部１３が設けられていないことで、１つの実装部品１２によって回路基材１１に生じた撓みの影響が、他の実装部品１２が載置されている領域にまで及ぶことがある。この場合、回路基材１１は、各実装部品１２をヒートシンク２０に隙間なく密着させることが困難となり、ヒートシンク２０による放熱効率が低下することがあり得る。放熱効率の低下により所望の放熱効果が得られない場合、実装部品１２での蓄熱による電子機器の性能劣化あるいは故障が起き易くなる。さらに、回路基材１１の歪みは、プリント基板１０に実装されている部品のいずれかに過度の応力がかかることによって部品の破損を招く可能性もある。

実施の形態１のプリント基板１０では、領域１９Ａと領域１９Ｂとの間に切り込み部１３が設けられていることで、第２の領域部分１８のうち領域１９Ａを含む部分と領域１９Ｂを含む部分とを互いに独立して撓ませることが可能である。領域１９Ａを含む部分には、実装部品１２Ａの接合面の高さに対応する撓みを生じさせ、かつ領域１９Ｂを含む部分には、実装部品１２Ｂの接合面の高さに対応する撓みを生じさせる。

プリント基板１０は、１つの実装部品１２によって回路基材１１に生じた撓みの影響を、他の実装部品１２が載置されている領域１９に及ばせないようにすることができる。１つの実装部品１２が載置されている領域１９に撓みが生じても、他の実装部品１２が載置されている領域１９では、他の実装部品１２とヒートシンク２０との間に隙間を生じさせるような歪みの発生が低減される。

第１の領域部分１７とヒートシンク２０とは、スペーサ１６の高さに相当する一定の間隔を空けて互いに固定される。第１の領域部分１７が固定された状態において領域１９がプラスＺ方向へ撓む場合、領域１９のうち第１の領域部分１７に近い位置ほど、実装部品１２をマイナスＺ方向へ押し下げる応力が強くなる。回路基材１１から平面部２１へ向けて実装部品１２を押し下げる応力がかかり易くなることで、実装部品１２と平面部２１との間に隙間を生じにくくさせ、平面部２１に実装部品１２を密着させることができる。実装部品１２が配置される位置は、回路基材１１からの応力のかかり易さを考慮して決定されても良い。

プリント基板１０は、各実装部品１２をヒートシンク２０に密着させることで、ヒートシンク２０による高い放熱効果を得ることができる。プリント基板１０を備える電子機器は、実装部品１２での蓄熱による性能劣化および故障を低減可能とし、また回路基材１１の歪みによる部品の破損を低減できる。さらに、プリント基板１０は、高さのばらつきを少なくさせるための実装部品１２の厳密な高さ調整が不要となることで、実装部品１２をヒートシンク２０に密着させるための調整作業を簡易化できる。

実施の形態１によると、プリント基板１０は、第２の領域部分１８に切り込み部１３が設けられたことで、領域１９を含む部分ごとに、実装部品１２の高さに対応する撓みを生じさせる。プリント基板１０は、実装部品１２をヒートシンク２０へ向けて押し下げる応力がかかり易くなることで、実装部品１２をヒートシンク２０へ密着させ、ヒートシンク２０による高い放熱効果を得ることができる。これにより、プリント基板１０は、放熱部材を用いて効率良く実装部品１２を冷却できるという効果を奏する。

なお、切り込み部１３は、直線状に切り込まれたスリット形状であるものに限られない。切り込み部１３の形状は、曲線部分を含む形状、あるいは折り曲げられた部分を含む形状であっても良く、適宜変形しても良い。切り込み部１３の形状を任意に設定可能とすることで、実装部品１２およびその他の部品の位置を回避して高い自由度で切り込み部１３を設けることができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２にかかるプリント基板３０を示す斜視図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。プリント基板３０は、回路基材３１と、回路基材３１に載置された実装部品１２とを備える。プリント基板３０には、実施の形態１のプリント基板１０の切り込み部１３に代えて、切り込み部１３とは異なる形状の切り込み部３２が設けられている。図３に示す例では、切り込み部３２である３つの切り込み部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが回路基材３１に設けられている。

図４は、実施の形態２の回路基材３１の平面図である。回路基材３１の外形は、長方形から切り込み部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃに相当する矩形領域が取り除かれた形状である。外縁Ｅ１，Ｅ２は、元の長方形の長辺に相当する外縁とする。外縁Ｅ３，Ｅ４は、元の長方形の短辺に相当する外縁とする。

３つの切り込み部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、第２の領域部分１８に設けられている。切り込み部３２Ｂは、領域１９Ａと領域１９Ｂとの間に位置している。切り込み部３２Ｂは、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７へ向けて矩形に切り込まれた凹形状を備える。凹形状は、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７へ向けて延伸されたＹ軸方向の２つの直線と、かかる２つの直線の間におけるＸ軸方向の直線とからなる。切り込み部３２Ｂは、Ｙ軸方向において、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７および第２の領域部分１８の境界に到達している。第２の領域部分１８は、切り込み部３２Ｂによって、領域１９Ａを含む部分と領域１９Ｂを含む部分とに分割されている。

切り込み部３２Ａは、領域１９ＡのマイナスＸ方向側における隣に位置している。切り込み部３２Ａは、元の長方形のうち２つの外縁Ｅ２，Ｅ３の間の角を含む矩形領域が取り除かれた形状を備える。切り込み部３２Ａの形状は、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７へ向けて延伸されたＹ軸方向の直線と、外縁Ｅ３から延伸されたＸ軸方向の直線とからなる。切り込み部３２Ａは、切り込み部３２Ｂと同様に、Ｙ軸方向において、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７および第２の領域部分１８の境界に到達している。第２の領域部分１８のうち切り込み部３２Ａと切り込み部３２Ｂとの間の部分は、第１の領域部分１７からマイナスＹ方向へ突出された凸形状をなしている。領域１９Ａは、かかる凸形状の部分に含まれている。

切り込み部３２Ｃは、領域１９ＢのプラスＸ方向側における隣に位置している。切り込み部３２Ｃは、元の長方形のうち２つの外縁Ｅ２，Ｅ４の間の角を含む矩形領域が取り除かれた形状を備える。切り込み部３２Ｃの形状は、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７へ向けて延伸されたＹ軸方向の直線と、外縁Ｅ４から延伸されたＸ軸方向の直線とからなる。切り込み部３２Ｃは、切り込み部３２Ａ，３２Ｂと同様に、外縁Ｅ２から第１の領域部分１７および第２の領域部分１８の境界に到達している。第２の領域部分１８のうち切り込み部３２Ｂと切り込み部３２Ｃとの間の部分は、第１の領域部分１７からマイナスＹ方向へ突出された凸形状をなしている。領域１９Ｂは、かかる凸形状の部分に含まれている。

１つの例では、切り込み部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、ルータを用いた切削加工によって形成される。切り込み部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、切削加工以外の手法により形成されたものであっても良い。なお、回路基材３１は、領域１９Ａと領域１９Ｂとの間に位置する切り込み部３２Ｂを備えていれば良く、その他の切り込み部３２Ａ，３２Ｃが設けられていなくても良い。

プリント基板３０では、領域１９Ａと領域１９Ｂとの間に切り込み部３２Ｂが設けられていることで、領域１９Ａを含む部分と領域１９Ｂを含む部分とを互いに独立して撓ませることができる。プリント基板３０は、実施の形態１と同様に、実装部品１２と平面部２１との間に隙間を生じにくくさせ、平面部２１に実装部品１２を密着させることができる。

実施の形態２によると、プリント基板３０は、第２の領域部分１８に切り込み部３２が設けられたことで、領域１９を含む部分ごとに、実装部品１２の高さに対応する撓みを生じさせる。プリント基板３０は、実装部品１２をヒートシンク２０へ向けて押し下げる応力がかかり易くなることで、実装部品１２をヒートシンク２０へ密着させ、ヒートシンク２０による高い放熱効果を得ることができる。これにより、プリント基板３０は、放熱部材を用いて効率良く実装部品１２を冷却できるという効果を奏する。

実施の形態１および２のプリント基板１０，３０が備えられる電子機器の１つの例は、サーボアンプである。プリント基板１０，３０は、サーボアンプ以外の電子機器に備えられても良い。

なお、回路基材１１，３１は、放熱部材に固定されているものに限られない。実施の形態３では、回路基材１１，３１が放熱部材に固定されていない場合のプリント基板の構成例について説明する。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３にかかるプリント基板４２を含む構造体４０を示す斜視図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。構造体４０は、回路基材１１と、回路基材１１に載置された実装部品１２と、回路基材１１を支持する支持体４１とを備える。回路基材１１と実装部品１２とは、構造体４０に含まれるプリント基板４２を構成する。

実装部品１２である２つの実装部品１２Ａ，１２Ｂは、放熱部材であるヒートシンク５０の平面部５１に接合される。平面部５１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行な平面である。ヒートシンク５０は、プラスＺ方向へ平面部５１を向けて配置されている。フィン部２２は、平面部５１の裏側に設けられている。平面部５１は、回路基材１１の固定のためのスペースが不要であるため、実施の形態１のヒートシンク２０の平面部２１より小型であっても良い。

１つの例では、支持体４１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行に配置された平板部材である。支持体４１は、回路基材１１のうち図２に示す第１の領域部分１７に対向している。支持体４１は、プリント基板４２が備えられる電子機器にて固定されているものとする。支持体４１の１つの例は、電子機器の筐体を構成する部材である。スペーサ１６は、穴１４の直上の位置に配置されており、支持体４１のうち第１の領域部分１７と対向する面に固定されている。ねじ１５を用いて第１の領域部分１７がスペーサ１６にねじ止めされることにより、第１の領域部分１７が支持体４１に固定される。第１の領域部分１７は、支持体４１に固定されることにより、ヒートシンク５０との位置関係が固定されている。

なお、第１の領域部分１７を支持体４１に固定するねじ１５の数は４つに限られず、任意であるものとする。第１の領域部分１７は、ねじ１５に代えて、ねじ１５以外の固定部材を用いて支持体４１に固定可能であっても良い。支持体４１は、平板部材に限られず、回路基材１１を支持可能な部材であれば良い。

第１の領域部分１７は、平面部５１との間に、実装部品１２の高さに相当する間隔が設けられて、支持体４１に固定されている。支持体４１は、回路基材１１のうち実装部品１２が載置されている図２に示す領域１９をプラスＺ方向へ撓ませ得る位置に固定されている。領域１９がプラスＺ方向へ撓むことで、マイナスＺ方向へ押し下げる応力が実装部品１２にかけられる。このように、支持体４１は、回路基材１１から平面部５１へ向けて実装部品１２を押し下げ可能な位置に固定されている。

プリント基板４２は、回路基材１１から平面部５１へ向けて実装部品１２を押し下げることで、実装部品１２と平面部５１との間に隙間を生じにくくさせ、ヒートシンク５０に実装部品１２を密着させることができる。これにより、プリント基板４２は、実施の形態１のプリント基板１０と同様に、放熱部材を用いて効率良く実装部品１２を冷却できるという効果を得ることができる。

なお、プリント基板４２は、実施の形態１の回路基材１１に代えて、実施の形態２の回路基材３１を備えていても良い。プリント基板４２は、回路基材３１を備えることで、実施の形態２のプリント基板３０と同様に、放熱部材を用いて効率良く実装部品１２を冷却できるという効果を得ることができる。実施の形態３のプリント基板４２は、サーボアンプあるいは他の電子機器に備えられる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０，３０，４２ プリント基板、１１，３１ 回路基材、１２，１２Ａ，１２Ｂ 実装部品、１３，３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ 切り込み部、１４ 穴、１５ ねじ、１６ スペーサ、１７ 第１の領域部分、１８ 第２の領域部分、１９，１９Ａ，１９Ｂ 領域、２０，５０ ヒートシンク、２１，５１ 平面部、２２ フィン部、４０ 構造体、４１ 支持体、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４ 外縁。

Claims (6)

1. １つの平板からなる回路基材と、
   前記回路基材に載置され、放熱部材に接合される実装部品と
   を備え、
   前記回路基材は、前記放熱部材との位置関係が固定されている領域である第１の領域部分と、前記実装部品が載置されている領域を含む第２の領域部分とを有し、
   前記第２の領域部分のうち前記実装部品が載置されている領域同士の間に、前記回路基材の外縁から前記第１の領域部分へ向けて切り込まれて、前記実装部品が載置されている領域ごとに独立して前記第２の領域部分を撓ませることを可能とする切り込み部が設けられていることを特徴とするプリント基板。
2. 前記第１の領域部分は、前記放熱部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記第１の領域部分は、前記回路基材を支持する支持体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
4. 前記実装部品は、第１の実装部品および第２の実装部品を含み、
   前記第１の実装部品と前記第２の実装部品とは、間隔を空けて並べられており、
   前記切り込み部は、前記第２の領域部分のうち前記第１の実装部品が載置されている領域と前記第２の実装部品が載置されている領域との間に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプリント基板。
5. 前記切り込み部は、スリット形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のプリント基板。
6. 前記切り込み部は、矩形に切り込まれた凹形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のプリント基板。

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