JP2008258495A - 電子部品実装回路基板の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品実装回路基板において、電子部品で発生した熱を効率よく放散することが可能で、且つ安価な製造コストで実現できる放熱構造を提供することにある。
【解決手段】電子部品実装回路基板２のチップ抵抗６の電極部１１ａ、１１ｂを半田接合する電極パッド７ａ、７ｂの一方の電極パッド７ａにスルーホール８を設けると共に、電極パッド７ａ、７ｂ間に回路基板２を貫通する基板貫通孔１０を設けた。チップ抵抗６から発せられた熱のうち、電極部１１ａの熱は半田１３が延長された突出部１５に伝導され、突出部１５から下側ケース１ａ内に移動して該下側ケースから外部に放散され、本体部１２の熱は基板貫通孔１０を通って回路基板２と下側ケース１ａで形成された自由空間１９内に拡散され、ケース内の対流によって冷却される。
【選択図】図６

Description

本発明は電子部品実装回路基板の放熱構造に関するものであり、詳しくは、基板に実装された電子部品から発生する熱を効率良く放散することができる電子部品実装回路基板の放熱構造に関する。

従来、ケース内に収納された回路基板に実装した電子部品から発生する熱を外部に放散する手段としては、ケースを良好な熱伝導性を有する材料で形成し、ケース内に収納した電子部品実装回路基板をケース内に充填した電気的絶縁性のある熱伝導性樹脂で樹脂封止するという構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この提案された構成は、図７に示すように、基材５０の両面に回路パターン５１か形成された回路基板５２に、電子部品５３（ＩＣ、トランジスタ、およびダイオード等の能動部品、コイル、抵抗、およびコンデンサ等の受動部品）が実装され、該回路基板５２が下側ケース５４ａにネジ５５によって固定されている。

そして、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の電気的絶縁性のある熱伝導性樹脂５６が下側ケース５４ａ内に充填されて電子部品実装回路基板５２が熱伝導性絶縁樹脂５６で樹脂封止されている。

更に、下側ケース５４ａと同様に熱伝導性の良好な材料で形成された上側ケース５４ｂがゴムパッキンや樹脂等のコーキング材（図示せず）を介して下側ケース５４ａにネジ５５によって固定され、水、塵埃等がケース内に侵入しないようになっている。

そして、回路基板５２に実装された電子部品５３から発生した熱は熱伝導性絶縁樹脂５６に移動し、熱伝導性絶縁樹脂５６内を伝導されて下側ケース５４ａに移動し、下側ケース５４ａから外部に放散される。従って、電子部品５３から発生した熱が効率よく外部に放散されるため、発熱量の多い電子部品５３の熱が発熱量の少ない電子部品や発熱のない回路基板５２の温度を上昇させて電子部品の故障や回路基板５２の配線パターン５１の剥離、半田不良等の不具合を生じさせる、という問題は発生しない。

また、上記とは異なる手段として、電子部品が実装された回路基板のうち、発熱量の多い電子部品が実装された箇所の、回路基板と熱伝導性の良好な材料で形成されたケースの間に電気的絶縁性のある熱伝導シートを設けるという構成も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

この提案された構成は、図８に示すように、上記図７に示した構成に対して熱伝導性絶縁樹脂の代わりに基板と下側ケースの間に熱伝導性絶縁シート５７を設けたものである。

この場合、電子部品が実装された回路基板５２の、発熱量の多い電子部品５３が実装された箇所には両面に略同じ大きさの回路パターン５１が形成され、該回路パターン５１が形成された下方の下側ケース５４ａには回路パターン５１と略同一の大きさの放熱凸部５８が形成され、電子部品実装回路基板５２と下側ケース５４ａの放熱凸部５８の間に回路パターン５１と略同一の大きさの熱伝導性絶縁シート５７が配設されている。

そして、回路基板５２に実装された電子部品５３から発生した熱は熱伝導性絶縁シート５７に移動し、熱伝導性絶縁シート５７内を伝導されて下側ケース５４ａに移動し、下側ケース５４ａから外部に放散される。従って、熱伝導性絶縁樹脂を用いたときと同様に、電子部品５３から発生した熱が効率よく外部に放散されるため、発熱量の多い電子部品５３の熱が発熱量の少ない電子部品や発熱のない回路基板５２の温度を上昇させて電子部品の故障や回路基板５２の回路パターン５１の剥離、半田不良等の不具合を生じさせる、という問題は発生しない。
特開平１１−１５０２１４号公報 特開平８−２０４０７２号公報

ところで、上記従来の放熱構造は、電子部品で発生した熱を放熱体となるケースに伝導するための熱伝導性絶縁樹脂あるいは熱伝導性絶縁シートが必要となり、その分コストアップの要因となる。また、これら熱伝導部材は熱伝導率が高くなるにつれて価格も高くなり、電子部品実装回路基板の信頼性を高めようとすると製造コストも上昇する、という問題点を有している。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、電子部品実装回路基板において、電子部品で発生した熱を効率よく放散することが可能で、且つ安価な製造コストで実現できる放熱構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、両面に回路パターンが形成された回路基板の少なくとも一方の面側に電子部品が実装された電子部品実装回路基板がケース内に収納されてなる電子部品実装回路基板の放熱構造であって、
前記電子部品の電極部と前記回路基板の前記回路パターンの一部からなる電極パターンが導電部材によって接合され、前記導電部材が前記電極パターンのうち１つに形成された１個以上のスルーホールを通って前記回路基板の前記電子部品が実装された側とは反対側の面よりも突出した突出部を形成し、前記突出部が前記ケースと接触していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記スルーホールは前記電子部品の電極部の下方に位置することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記導電部材の突出部と接触する前記ケースは熱伝導性が良好な金属材料で形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３のいずれか１項において、前記回路基板の、前記電子部品の電極部が接合される電極パッド同士の間の前記電子部品の下方の位置に１個以上の前記回路基板を貫通する回路基板貫通孔が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の電子部品実装回路基板の放熱構造は、電子部品の電極部と回路基板に形成された回路パターンを導電部材によって接合すると共に、導電部材がスルーホールを通ってケースに直接接触するようにした。また、回路基板の、実装された電子部品の下方の位置に貫通孔を設けた。

その結果、発熱した電子部品が効率的に冷却され、発熱量の少ない電子部品や発熱のない回路基板の温度上昇を低減することが可能となり、電子部品の故障や回路基板の回路パターンの剥離、半田不良等の不具合の発生を抑制することができる。また、放熱構造が極めて簡単であるため安価な製造コストで目的を実現することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図６を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の電子部品実装回路基板の放熱構造に係わる実施形態を示す斜視図である。本実施形態は主に、下側ケース（筐体）１ａ、上側ケース（筐体）１ｂ、下側ケース１ａと上側ケース１ｂで形成されたケース内に収納された電子部品実装回路基板２を備えている。

下側ケース１ａおよび上側ケース１ｂのうち、少なくとも下側ケース１ａは、アルミニウム、銅、および鉄等の熱伝導性の良好な金属材料で形成され、両ケース１ａ、１ｂは互いの端部同士がゴムパッキンや樹脂等のコーキング材（図示せず）を介して接触すると共にネジ３によって一体化されている。

そして、水、塵埃等が外部から侵入しないようにコーキング処理を施したケース内に電子部品実装回路基板２が収納され、該電子部品実装回路基板２は下側ケース１ａに、該下側ケース１ａに設けられたリブ４にネジ止めされて固定されている。

電子部品実装回路基板２は両面に回路パターン５が形成され、回路基板２の一方の面側または両面側に電子部品（ＩＣ、トランジスタ、およびダイオード等の能動部品、コイル、抵抗、およびコンデンサ等の受動部品）が実装されている。なお、図１ではそのうち、本発明の電子部品実装回路基板の放熱構造に係わる発熱量の比較的多い電子部品の代表例としてチップ抵抗６のみを記載している。以下、このチップ抵抗６を中心に説明する。

図２は回路基板の一方の面側のチップ抵抗を実装する領域近傍の電極パッドを示す斜視図であり、図３は図２で示した電極パッド上にチップ抵抗６を配置した状態を示す斜視図である。この場合、２個のチップ抵抗が並列に接続されてなる回路構成を想定している。

図２より、回路基板２の各チップ抵抗を実装する位置には、夫々のチップ抵抗の両電極に対応する位置に回路パターン５ａ、５ｂから延びる電極パッド７ａ、７ｂが設けられている。

電極パッド７ａにはスルーホール８が設けられ、電極パッド７ａと反対側の面に形成されたスルーホールのパッド（図示せず）がスルーホールの内周面に形成された金属導体薄膜で繋がっている。なお、図２では各電極パッド７ａに夫々２個づつのスルーホール８が設けられているが必ずしも２個に限られるものではなく、電極パッド７ａの大きさ、実装する部品の発熱量等に基づいて１個以上のスルーホール８が設けられる。

また、両電極パッド７ａ、７ｂの間の回路基板２の基材部９が露出した領域には回路基板２を貫通する基板貫通孔１０が設けられている。なお、図２では３個の基板貫通孔１０が設けられているが必ずしも３個に限られるものではなく、両電極パッド７ａ、７ｂ間の距離、実装する部品の発熱量等に基づいて決定される。

このような電極パッド７ａ、７ｂ上に実装部品を配置すると、図３のように、チップ抵抗６の一方の電極部１１ａの下方にスルーホール８が位置すると共に、チップ抵抗６の本体部１２の下方に基板貫通孔１０が位置することになる。

そして、上記電極パッド７ａ、７ｂとチップ抵抗６との位置関係を維持しつつ、電極パッド７ａ、７ｂとチップ抵抗６の電極部を半田接続すると図４に示す断面図のようになる。つまり、電極パッド７ａ、７ｂの夫々にチップ抵抗６の電極部１１ａ、１１ｂを半田接合すると、溶融された半田１３がスルーホール８内を通って反対面のスルーホールパッド１４まで流れ、半田張力によって湾曲面状に盛り上がった突出部１５を形成する。この湾曲面状に盛り上がった半田突出部１５の先端部１６は回路基板（スルーホールパッド１４の上面）よりも突出している。

図５は、このような電子部品実装回路基板をケース内に収納した状態を示す断面図、図６は図５のＡ部拡大図である。図５より、電子部品実装回路基板２は下側ケース１ａに、該下側ケース１ａに設けられたリブ４にネジ３止めされて固定されている。

そして、電子部品実装回路基板２が固定された下側ケース１ａと上側ケース１ｂが互いの端部同士をゴムパッキンや樹脂等のコーキング材（図示せず）を介して接触した状態でネジ３によって一体化されている。

この場合、電子部品実装回路基板２の、実装されたチップ抵抗６の一方の電極部１１ａが位置する下方に下側ケース１ａから回路基板２に向けて突出した凸部１７が形成されている。

すると、図６に示すように、電子部品実装回路基板２のスルーホールパッド１４から突出した半田１３の突出部１５の先端部１６と下側ケース１ａの凸部１７の上面１８が接触状態となる。

このとき、半田１３の先端部１６は凸部１７の上面１８に対して、下側ケース１ａに電子部品実装回路基板２を固定する際に、回路基板２の押圧によって押し潰される。よって、半田１３の先端部１６と凸部１７の上面１８との接触は点接触ではなくある程度面積をもった面接触の状態となる。

そこで、電子部品実装回路基板２に電力が供給されるとチップ抵抗６に電流が流れ、チップ抵抗６が発熱する。チップ抵抗６から発生された熱のうち、電極部１１ａ、１１ｂの熱は夫々半田１３を介して電極パッド７ａ、７ｂおよび回路パターン５ａ、５ｂに伝導され、電極パッド７ａ、７ｂおよび回路パターン５ａ、５ｂからケース内に放散され、ケース内の対流によって冷却される。

また、チップ抵抗６の一方の電極部１１ａの熱は、同時に半田１３が延長されたスルーホール８内および突出部１５に伝導され、突出部１５の先端部１６から下側ケース１ａの凸部１７の上面１８を介して下側ケース１ａ内に移動し、該下側ケース１ａ内を伝導されて下側ケース１ａから外部に放散される。

更に、チップ抵抗６から発生された熱のうち、本体部１２の熱は電子部品実装回路基板２の基材部９に設けられた基板貫通孔１０を通って回路基板２と下側ケース１ａで形成された自由空間１９内に拡散され、ケース内の対流によって冷却される。

なお、回路基板２の電極パッド７ａ、７ｂとチップ抵抗６の電極部１１ａ、１１ｂの接続は半田に限られるものではなく、銀ペースト等の導電性接着剤でも半田と同様の効果を果たすことができる。

また、上記説明ではスルーホール８はチップ抵抗６の一方の電極部１１ａの下方に位置するとしているが、電極パッド７ａにチップ抵抗６の一方の電極部１１ａを半田接合したときに溶融した半田が流れ込む位置であれば、必ずしも電極部１１ａの下方に位置する必要はない。但し、放熱効果は電極部１１ａの下方に位置するときが最も良好である。

以上説明したように、本発明の電子部品実装回路基板の放熱構造によると、回路基板に実装された発熱量の比較的多い電子部品からの発熱を、回路パターンおよび熱伝導性の良好な金属材料からなるケースに効率良く伝導することが可能となると共に、ケース内に効率良く拡散することが可能となる。

そして、ケースに伝導された熱は外部に放散されると共に、ケース内に拡散された熱はケース内の対流によって冷却される。

その結果、発熱した電子部品が効率的に冷却され、発熱量の少ない電子部品や発熱のない回路基板の温度上昇を低減することが可能となり、電子部品の故障や回路基板の回路パターンの剥離、半田不良等の不具合の発生を抑制することができる。

また、放熱構造が極めて簡単であるため安価な製造コストで目的を実現することができる、などといった優れた効果を奏するものである。

本発明に係わる実施形態の斜視図である。 同じく、本発明に係わる回路基板の部分斜視図である。 同じく、本発明に係わる電子部品実装回路基板の部分斜視図である。 同じく、本発明に係わる電子部品実装回路基板の部断面図である。 同じく、本発明に係わる実施形態の断面図である。 図５のＡ部拡大図である。 従来例の断面図である。 他の従来例の断面図である。

符号の説明

１ ケース
１ａ 下側ケース
１ｂ 上側ケース
２ 回路基板
３ ネジ
４ リブ
５ 回路パターン
５ａ、５ｂ 回路パターン
６ チップ抵抗
７ａ、７ｂ 電極パッド
８ スルーホール
９ 基材部
１０ 基板貫通孔
１１ａ、１１ｂ 電極部
１２ 本体部
１３ 半田
１４ スルーホールパッド
１５ 突出部
１６ 先端部
１７ 凸部
１８ 上面
１９ 自由空間

Claims (4)

1. 両面に回路パターンが形成された回路基板の少なくとも一方の面側に電子部品が実装された電子部品実装回路基板がケース内に収納されてなる電子部品実装回路基板の放熱構造であって、
   前記電子部品の電極部と前記回路基板の前記回路パターンの一部からなる電極パターンが導電部材によって接合され、前記導電部材が前記電極パターンのうち１つに形成された１個以上のスルーホールを通って前記回路基板の前記電子部品が実装された側とは反対側の面よりも突出した突出部を形成し、前記突出部が前記ケースと接触していることを特徴とする電子部品実装回路基板の放熱構造。
2. 前記スルーホールは前記電子部品の電極部の下方に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装回路基板の放熱構造。
3. 前記導電部材の突出部と接触する前記ケースは熱伝導性が良好な金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電子部品実装回路基板の放熱構造。
4. 前記回路基板の、前記電子部品の電極部が接合される電極パッド同士の間の前記電子部品の下方の位置に１個以上の前記回路基板を貫通する回路基板貫通孔が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項に記載の電子部品実装回路基板の放熱構造。

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