JPH09311078A - 発熱素子の熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、発熱素子の熱検出を行う。 【解決手段】 プリント基板１０の表裏面に放熱用の銅
箔パターン１２を形成する。発熱素子１８は、銅箔パタ
ーン１２に上に直接装着する。一方、熱検出素子２０
は、両端がスルーホール１４内ではんだ１６によって固
定されたシャント抵抗２２によって、銅箔パターン１２
上に密着固定される。従って、発熱素子１８の熱は銅箔
パターン１２によって効果的に放熱され、また熱検出素
子２０によって正確に検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の部品を配線
パターンにより電気的に接続するプリント配線基板に装
着されるパワートランジスタ等の発熱素子の熱制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の回路が、プリント基板
上に装着した複数の部品を配線パターンによって電気的
に接続することによって実現されている。このような回
路において、モータ等の負荷の駆動を行う場合、パワー
トランジスタがプリント基板上に装着され、このパワー
トランジスタにモータ駆動電流が流れる。このモータ駆
動電流は、その駆動状態によってはかなり大きなものに
なり、パワートランジスタがかなり発熱する場合もあ
る。そこで、通常パワートランジスタの放熱のための機
構が設けられ、また熱検出によって、過熱状態を検出し
た場合には、負荷の駆動を停止するなどの手段がとられ
ている。

【０００３】例えば、特開平６−１６３７６８号公報記
載の装置では、プリント基板の貫通孔にＬ字型放熱板の
一面を挿入して、両者を熱結合している。そして、Ｌ字
型放熱板に端子ピンをはんだ付けした発熱素子が取り付
けられている。さらに、Ｌ字型放熱板に取り付けられた
湾曲形状の第２の放熱板の弾性力により発熱素子をＬ字
型放熱板に密着させている。

【０００４】この構成によれば、発熱素子がＬ字型放熱
板に押し付けられるため、放熱板により、発熱素子によ
り発生した熱が放熱され、発熱素子の過熱を防止するこ
とができる。

【０００５】なお、実開平６−４３５３０号公報には、
発熱素子と熱検出素子を近接配置するもの、特開平６−
２６０７３０号公報には、プリント配線基板に設けた熱
伝達用パターン状に発熱素子と熱検出素子を設けるも
の、特開平４−７６９４３号公報には、熱検出素子を発
熱素子に直接組付けるものが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
装置においては、サーミスタなどの熱検出素子がうまく
取り付けられないという問題がある。すなわち、サーミ
スタなどの熱検出素子は、紡錘形など外面が曲面である
場合が多い。このため、これを板状の部材に密着固定す
ることが困難であり、正確な熱検出が行えないという問
題点がある。また、放熱板などのプリント基板に対する
組付けは、通常の部品組付けとは異なるため、自動化す
ることが困難であり、組付けの作業による工数が増加し
て生産性が悪化するという問題点もあった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、比較的簡単な構成で、放
熱構造およびサーミスタなどの取付が行える発熱素子の
熱制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の部品を
配線パターンにより電気的に接続するプリント配線基板
に装着される発熱素子の熱制御装置であって、前記発熱
素子が装着され、前記発熱素子の熱を放熱する放熱用パ
ターンと、この放熱用パターン上に装着される熱検出素
子と、前記放熱用パターン上に装着され、前記熱検出素
子を前記放熱用パターンに固定するシャント抵抗と、を
具備することを特徴とする。

【０００９】このように、シャント抵抗によって、熱検
出素子を放熱用パターンに固定する。従って、発熱素子
により発生した熱が放熱パターンから直接熱検出素子に
伝達される。さらに、シャント抵抗を介しても熱が伝達
される。そこで、熱検出素子において確実な熱検出が行
える。

【００１０】また、シャント抵抗の組付けは、通常のリ
ード抵抗などの組付け工程で同時に行うことができる。
また、シャント抵抗は特別な部品でなく、安価である。
さらに、放熱用パターンにも、プリント基板の表面に形
成されている銅箔をそのまま利用することができる。そ
こで、装置全体としての低コスト化が図れる。

【００１１】また、他の発明は、前記放熱用パターンが
前記プリント配線基板の両面に設けられ、前記両面の放
熱用パターンおよび前記プリント配線基板を貫通する貫
通孔が設けられ、前記シャント抵抗が前記熱検出素子上
に装荷され、端部が前記貫通孔に挿入されはんだ付け
で、前記熱検出素子が前記放熱用パターンに密着固定さ
れていることを特徴とする。

【００１２】このように、放熱用パターンが両面にある
ことで、放熱面積が大きくなり効率的な放熱が行える。
さらに、貫通孔に両端が挿入されはんだ付されたシャン
ト抵抗で熱検出素子を固定することによって、熱検出素
子の固定と、表裏面の放熱用パターンの熱的接続を行う
ことができる。また、貫通孔内にシャント抵抗が配置さ
れるため、強度の十分なものになる。さらに、シャント
抵抗も放熱に寄与する。そして、これら貫通孔の形成、
はんだによるシャント抵抗の固定なども全て通常の部品
組付けなどと同時に行えるため、装置全体を安価にでき
る。

【００１３】さらに、他の発明は、前記シャント抵抗の
はんだ付け部分の疲労状態に応じた疲労検出信号を出力
する疲労信号出力手段と、前記シャント抵抗のはんだ付
け部分の基準状態における基準信号を出力する基準信号
出力手段と、前記疲労信号と前記基準信号とを比較して
はんだ付け部分の疲労状態を判断する疲労状態判断手段
と、を具備することを特徴とする。

【００１４】このように、疲労状態を検出することによ
って、疲労が発生したときに、警告などができ、所定の
回路動作を確保することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００１６】図１は、本実施形態の全体構成を示す図で
あり、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図である。樹脂や
セラミックなどの絶縁体からなるプリント基板１０の両
面（表裏面）上には、大面積の放熱用の銅箔パターン
（放熱用パターン）１２が形成されている。なお、図の
明瞭化のため、図１（Ｂ）においては、銅箔パターン１
２の厚みを他に比べ厚く描いてある。また、プリント基
板１０および銅箔パターン１２の適宜箇所には、両者を
貫通するスルーホール１４が複数形成されている。この
スルーホール（貫通孔）１４には、図２に示すようには
んだ１６が充満されており、表裏面の銅箔パターン１２
がはんだ１６によって熱的に結合されている。

【００１７】そして、パワートランジスタなどの発熱素
子１８がプリント基板１０上に取り付けられている。こ
の例では、発熱素子（パワートランジスタ）１８のドレ
インが銅箔パターン１２に直接はんだ付けされている。

【００１８】従って、発熱素子１８で発生した熱は、表
裏面の銅箔パターン１２に伝達され、ここから放熱され
る。

【００１９】このように、表裏面の銅箔パターン１２を
熱的に結合し、両者により放熱を行うことで、放熱面積
を大きくできる。また、銅箔パターン１２は、プリント
基板１０の表裏面の全面に予め形成されている銅箔を所
望の部分残すことで形成することができるため、その形
成が非常に容易であり、また低コスト化が図れる。な
お、図２においては、銅箔パターン１２の厚みを図１よ
りは薄く描いている。

【００２０】また、サーミスタから構成されている熱検
出素子２０が、銅箔パターン１２上にシャント抵抗２２
によって、組付けられている。すなわち、熱検出素子２
０の回りには、６つ（３対）のスルーホール１４が設け
られており、ここに３本のシャント抵抗２２の端部が貫
通挿入され、はんだ１６で固定されている。特に、熱検
出素子２０は、シャント抵抗２２によって、銅箔パター
ン１２に押し付け固定（密着）されている。そこで、銅
箔パターン１２にから熱検出素子２０に直接熱が伝達さ
れ、熱検出素子２０において、発熱素子１８における熱
発生を確実に検出できる。ここで、熱検出素子２０は、
通常その全面が保護用のレジストで覆われているが、銅
箔パターン１２と接する側のレジストをはがしておくと
熱抵抗が小さくなりより好適な熱検出が行える。

【００２１】さらに、熱検出素子２０の銅箔パターン１
２と反対側の面にもシャント抵抗２２が配置されるた
め、このシャント抵抗２２を介し熱伝達が行われる。な
お、図に示すように、熱検出素子２０を発熱素子１８と
同一面側で近接した位置に配置しているため、非常に正
確な熱検出が行える。そして、熱検出素子２０により、
所定以上の熱発生を検出したときに、発熱素子１８をオ
フにして、素子などの保護を図ることができる。

【００２２】さらに、図に示すように、部品の組付けの
ない空間部分にスルーホール１４およびシャント抵抗２
２を適宜配置している。これによって、表裏面の銅箔パ
ターン１２間の熱伝達を改善すると共に、このシャント
抵抗２２によって、放熱面積を増加させている。

【００２３】このように、銅箔パターン１２だけでな
く、熱検出素子２０の固定用および放熱用のシャント抵
抗２２を設けることによって放熱面積を増大させ、放熱
効果が高まる。

【００２４】さらに、スルーホール１４内に、シャント
抵抗２２を挿入した上ではんだ付けを行っている。そこ
で、シャント抵抗２２が補強剤になり、スルーホール１
４の強度を向上することができる。

【００２５】また、シャント抵抗２２の組付けは、通常
のプリント基板に対して行われるリード抵抗などの自動
組付け工程で同時に行うことができる。従って、専用の
部品を用いて、特別の工程で放熱構造を作成する場合に
比べ工程が簡略化され、また部品も低コストになり、全
体として低コスト化が図れる。

【００２６】図３には、モータ２４の駆動回路の一部が
示されており、発熱素子１８が電源側とモータ２４の一
端を接続している。また、モータ２４の他端は、トラン
ジスタ２６を介し、グランドに接続されている。この回
路において、発熱素子１８およびトランジスタ２６をオ
ンすることでモータを駆動することができる。

【００２７】そして、発熱素子１８のドレインが銅箔パ
ターン１２によって、電源側に接続され、ここで放熱が
図られる。

【００２８】図４には、本実施形態の回路を自動車のル
ームミラーに利用される防眩ミラーの駆動回路とし、ミ
ラーボデーの内部に収容した例を示す。箱状のミラーボ
デー３０の前面には、ミラー３２が配置されている。こ
のミラー３２の前面には、ＥＣ（エレクトロクロミッ
ク）層が形成されており、電圧印加によって、防眩、非
防眩が切り換えられるようになっている。

【００２９】そして、ミラーボデー３０の内部には、発
熱素子１８、熱検出素子２０をプリント基板１０に搭載
したミラードライバ３４が収容されている。このミラー
ドライバ３４の構成は、上述の回路と同様であり、銅箔
パターン１２も設けられている。

【００３０】このミラードライバ３４においても、発熱
素子１８のオンによってＥＣに所望の電圧が印加され、
これによって発生した熱が熱検出素子２０によって検出
される。

【００３１】図５には、他の実施形態が示されている。
この例では、シャント抵抗で接続された２つの銅箔パタ
ーン間の抵抗を検出する。

【００３２】すなわち、銅箔パターン１２ａと１２ｂ
は、切り離されており、電気的に独立である。また、銅
箔パターン１２ａには、スルーホール１４ａが設けら
れ、銅箔パターン１２ｂには、スルーホール１４ｂが設
けられている。そして、これらスルーホール１４ａ、１
４ｂ間がモニタ用シャント抵抗４０で接続されている。
なお、モニタ用シャント抵抗４０の両端がスルーホール
１４ａ、１４ｂ内で、はんだ１６ａ、１６ｂによって固
定されている。

【００３３】そして、銅箔パターン１２ａ、１２ｂ間に
は、定電圧源４２が、抵抗４４を介し接続されている。
さらに、定電圧源４２と抵抗４４との接続点は、抵抗４
６、４８を介しグランドに接続され、この抵抗４６、４
８の接続点がコンパレータ５０の反転入力端子に接続さ
れている。一方、このコンパレータ５０の非反転入力端
子には、抵抗４２の他端（銅箔パターンとの接続側）が
接続されている。

【００３４】従って、コンパレータ５０の反転入力端子
には、定電圧源４２の出力電圧を抵抗４６、４８で分圧
した基準電圧が入力され、コンパレータの非反転入力端
子には、はんだ１６ａ、１６ｂ、モニタ用シャント抵抗
４０を介し銅箔パターン１２ａ、１２ｂ間に流れる電流
に応じて抵抗４４で電圧降下した電圧が入力される。従
って、コンパレータ５０は、銅箔パターン１２ａ、１２
ｂ間の電流によって、ここにおける抵抗値の変化を検出
できる。

【００３５】この回路において、はんだ１６ａ、１６ｂ
にクラックが生じると、ここにおける電気抵抗が大きく
なる。従って、電流量が小さくなり、コンパレータ５０
の２つの入力端からの入力電圧の差が小さくなる。そこ
で、コンパレータ５０の出力を検出することで、はんだ
１６ａ、１６ｂにおけるクラックの発生を検出できる。

【００３６】例えば、本装置を自動車の機器駆動用の回
路に用いた場合であれば、イグニッションオン、すなわ
ち自動車の始動時において、コンパレータの出力をチェ
ックし、はんだの疲労度合いを検出し、ある程度以上の
疲労を検出したときに、警告をすることが好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の構成を示す図である。

【図２】 断面形態を示す図である。

【図３】 回路構成を示す図である。

【図４】 ミラーに適用した構成を示す図である。

【図５】 はんだ疲労検出の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ プリント基板、１２ 銅箔パターン、１４ スル
ーホール、１６ はんだ、１８ 発熱素子、２０ 熱検
出素子、２２ シャント抵抗。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/30 Ｈ０５Ｋ 3/30

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の部品を配線パターンにより電気的
   に接続するプリント配線基板に装着される発熱素子の熱
   制御装置であって、 前記発熱素子が装着され、前記発熱素子の熱を放熱する
   放熱用パターンと、 この放熱用パターン上に装着される熱検出素子と、 前記放熱用パターン上に装着され、前記熱検出素子を前
   記放熱用パターンに固定するシャント抵抗と、 を具備することを特徴とする発熱素子の熱制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 前記放熱用パターンが前記プリント配線基板の両面に設
   けられ、前記両面の放熱用パターンおよび前記プリント
   配線基板を貫通する貫通孔が設けられ、前記シャント抵
   抗が前記熱検出素子上に装荷され、端部が前記貫通孔に
   挿入されはんだ付けで、前記熱検出素子が前記放熱用パ
   ターンに密着固定されていることを特徴とする発熱素子
   の熱制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
   て、 前記シャント抵抗のはんだ付け部分の疲労状態に応じた
   疲労検出信号を出力する疲労信号出力手段と、前記シャ
   ント抵抗のはんだ付け部分の基準状態における基準信号
   を出力する基準信号出力手段と、前記疲労信号と前記基
   準信号とを比較してはんだ付け部分の疲労状態を判断す
   る疲労状態判断手段と、 を具備することを特徴とする発熱素子の熱制御装置。