JP2005235840A - Printed board, and heat radiator of heating electronic component mounted thereon - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプリント基板およびそれに実装される発熱電子部品の放熱装置に関し、特にプリント基板に実装される半導体デバイス等の発熱電子部品の発熱を放熱して、発熱電子部品の温度を所定値以下に抑えるプリント基板およびそれに実装された発熱電子部品の放熱装置に関する。 The present invention relates to a printed circuit board and a heat dissipation device for a heat generating electronic component mounted thereon, and in particular, dissipates heat generated from a heat generating electronic component such as a semiconductor device mounted on the printed circuit board to keep the temperature of the heat generating electronic component below a predetermined value. The present invention relates to a heat dissipation device for a printed circuit board and a heat generating electronic component mounted thereon.
電子機器、特に携帯電話等の携帯型電子機器等は益々小型化および高性能化している。これら電子機器には、多数の能動デバイスが高密度に実装された1個以上の半導体集積回路(IC)が使用される。これらの半導体デバイスは、他の能動デバイスおよび受動電子部品と共にプリント基板(又はプリント配線基板)に実装してエレクトロニクス回路を形成するのが一般的である。 Electronic devices, particularly portable electronic devices such as mobile phones, are becoming smaller and higher performance. These electronic devices use one or more semiconductor integrated circuits (ICs) on which a large number of active devices are mounted at high density. These semiconductor devices are generally mounted on a printed circuit board (or printed wiring board) together with other active devices and passive electronic components to form an electronic circuit.
例えばサービスエリア内の携帯電話端末と無線通信するため携帯電話通信網を構築する携帯電話の基地局等の高出力を要求される電子装置では、使用する半導体デバイスの発熱量も大きくなる。これら半導体デバイスは、それ自身の温度が低い方が高信頼性であるので、装置設計時には半導体デバイスの温度を下げる努力がなされる。 For example, in an electronic device that requires high output, such as a mobile phone base station that constructs a mobile phone communication network for wireless communication with a mobile phone terminal in a service area, the amount of heat generated by the semiconductor device used increases. Since these semiconductor devices have higher reliability when their own temperature is lower, efforts are made to lower the temperature of the semiconductor devices during device design.
発熱量の大きな半導体デバイスの実装には、その発熱を効率的に放熱するための放熱手段が講じられる。プリント基板に実装される半導体デバイスの発熱を放熱させるために熱伝導率を向上させるプリント配線基板が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 In mounting a semiconductor device having a large amount of heat generation, a heat dissipation means for efficiently radiating the generated heat is taken. A printed wiring board that improves thermal conductivity in order to dissipate heat generated by a semiconductor device mounted on the printed board is disclosed (for example, see Patent Document 1).
放熱特性を改善するプリント基板およびそれを使用する半導体デバイスの実装技術の従来例を簡単に説明する。斯かる発熱を伴う半導体デバイスをプリント基板に半田付けして実装する場合には、プリント基板の半導体デバイス実装部に1個以上のスルーホールを設け、半導体デバイスとプリント基板を実装している金属プレートへの放熱パスを確保する。 A conventional example of a mounting technique for a printed circuit board for improving heat dissipation characteristics and a semiconductor device using the printed circuit board will be briefly described. When soldering and mounting a semiconductor device with such heat generation on a printed circuit board, one or more through-holes are provided in the semiconductor device mounting portion of the printed circuit board, and the metal plate on which the semiconductor device and the printed circuit board are mounted Ensure heat dissipation path to.
図6および図7を参照して、従来の一般的なプリント基板のスルーホールおよびそのプリント基板への半導体デバイスの実装技術について説明する。図6は、プリント基板に形成された一般的な1個のスルーホールの平面図である。このスルーホール60は、プリント基板の一面から反対面へ貫通する円形の開口であり、その内壁に銅等の薄い導電層61がめっきにより形成されている。スルーホール60の中央は中空部62である。
With reference to FIG. 6 and FIG. 7, the conventional through-hole of a general printed circuit board and the mounting technique of the semiconductor device to the printed circuit board are demonstrated. FIG. 6 is a plan view of one general through hole formed in a printed circuit board. The through
図6に示す如く、プリント基板の一般的なスルーホール60は、その中心からスルーホール60の外壁までの寸法(即ち、スルーホール60の半径)がaであり、中心から導電層61の内壁までの寸法がbである。
As shown in FIG. 6, a general through
上述した従来技術では、図7に示す如く多数のスルーホール60が形成されたプリント基板の一面に半導体デバイスを実装し、この面に形成された薄い銅箔平面パターンに半導体デバイスが発生する発熱を伝導し、更にこの平面パターンからスルーホール60のめっき層を介してプリント基板の反対面に形成された薄い銅箔平面パターへ伝導して半導体デバイスの発熱を放熱している。尚、プリント基板に、半導体デバイスの放熱の目的で相互に隣接した多数のスルーホール60が形成されると、隣接するスルーホール間の最小間隔はsとなる。
In the prior art described above, a semiconductor device is mounted on one surface of a printed circuit board on which a large number of through
上述した放熱技法で半導体デバイスの温度を導電層61の高い熱伝導度により、半導体デバイスからの発熱を効率的に放熱可能である。しかし、この放熱手段でも上述の如き携帯電話の基地局等の高密度実装された高性能半導体デバイス等の発熱電子部品の温度を所定値以下に抑えるための放熱が不十分であるという課題があった。
With the heat dissipation technique described above, the heat of the semiconductor device can be efficiently dissipated by the high thermal conductivity of the
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、プリント基板に実装された発熱量の大きい発熱電子部品の発熱を高効率で放熱して発熱電子部品の温度を所定値以下に抑えるプリント基板およびそれに実装される発熱電子部品の放熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and efficiently generates heat from a heat generating electronic component mounted on a printed circuit board to reduce the temperature of the heat generating electronic component to a predetermined value or less. It is an object of the present invention to provide a printed circuit board to be suppressed and a heat dissipation device for a heat generating electronic component mounted thereon.
前述の課題を解決するため本発明によるプリント基板およびそれに実装される発熱電子部品の放熱装置は、次のような特徴的な構成を採用している。 In order to solve the above-described problems, the printed circuit board according to the present invention and the heat dissipating device for the heat generating electronic components mounted thereon employ the following characteristic configuration.
(1)部品面に少なくとも1個の能動電子部品および受動電子部品を実装して電子回路を形成するプリント基板において、
前記部品面から反対面に六角形のスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に導電面を形成し、前記部品面に実装された電子部品の発熱を前記スルーホールの前記導電面を介して前記反対面へ伝導するプリント基板。
(1) In a printed circuit board on which at least one active electronic component and passive electronic component are mounted on a component surface to form an electronic circuit,
A hexagonal through hole is formed on the opposite surface from the component surface, a conductive surface is formed on the inner wall of the through hole, and heat generated by the electronic component mounted on the component surface is transmitted through the conductive surface of the through hole. A printed circuit board that conducts to the opposite side.
(2)前記スルーホールは、前記部品面に実装される前記電子部品の前記部品面との接触面積に略対応して複数のスルーホールが相互に隣接して形成される上記(1)のプリント基板。 (2) The print according to (1), wherein the through hole is formed so that a plurality of through holes are formed adjacent to each other substantially corresponding to a contact area of the electronic component mounted on the component surface with the component surface. substrate.
(3)前記複数のスルーホールは、隣接する3個のスルーホールの中心が正三角形の頂点に位置するように形成される上記(2)のプリント基板。 (3) The printed circuit board according to (2), wherein the plurality of through holes are formed such that the centers of three adjacent through holes are positioned at the apexes of an equilateral triangle.
(4)前記スルーホールの中心開口には良熱伝導性の詰め物をする上記(1)、(2)又は(3)のプリント基板。 (4) The printed circuit board according to (1), (2), or (3), wherein a good heat conductive filling is provided in the central opening of the through hole.
(5)プリント基板に実装された発熱電子部品が発生する熱を放熱して、前記発熱電子部品の温度を所定値以下に抑える発熱電子部品の放電装置において、
前記発熱電子部品の発熱を前記プリント基板の部品面へ伝導する金属プレートと、該金属プレートに伝導された熱を前記プリント基板の前記部品面から反対面へ伝導する内壁に導電面が形成された六角形のスルーホールとを備える発熱電子部品の放熱装置。
(5) In a discharge device for a heat generating electronic component that dissipates heat generated by a heat generating electronic component mounted on a printed circuit board and keeps the temperature of the heat generating electronic component below a predetermined value.
A metal plate that conducts heat generated by the heat generating electronic component to the component surface of the printed circuit board, and a conductive surface formed on an inner wall that conducts heat conducted to the metal plate from the component surface to the opposite surface of the printed circuit board. A heat dissipating device for a heat generating electronic component comprising a hexagonal through hole.
(6)前記プリント基板の前記反対面には、良熱伝導性の金属プレートが配置される上記(5)の発熱電子部品の放熱装置。 (6) The heat dissipating device for heat-generating electronic components according to (5) above, wherein a metal plate having good heat conductivity is disposed on the opposite surface of the printed circuit board.
(7)前記プリント基板の前記スルーホールは、前記発熱電子部品の前記プリント基板との接触面の略全面に複数個形成される上記(5)又は(6)の発熱電子部品の放熱装置。 (7) The heat dissipating device for a heat generating electronic component according to (5) or (6), wherein a plurality of the through holes of the printed circuit board are formed on substantially the entire contact surface of the heat generating electronic component with the printed circuit board.
(8)前記プリント基板の前記スルーホールの開口部には、良熱伝導性の物質が詰め込まれている上記(5)、(6)又は(7の発熱部品の放熱装置。 (8) The heat dissipating device for a heat-generating component according to (5), (6), or (7), wherein a material having good heat conductivity is packed in the opening of the through hole of the printed board.
本発明のプリント基板およびそれに実装される発熱電子部品の放熱装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、発熱電子部品の実装部に六角形のスルーホールを形成し、主としてその内壁に形成された導電面により発熱電子部品の発熱を、この発熱電子部品が実装されるプリント基板の部品面から反対面へ従来の円形スルーホールよりも低い熱伝導率で熱伝導して放熱することが可能である。更に、発熱電子部品の実装部に多数の六角形のスルーホールを高密度に形成してプリント基板の反体面に接触配置された金属プレートに発熱電子部品の発熱を熱伝導して放熱することが可能である。 According to the printed circuit board of the present invention and the heat dissipating device for the heat generating electronic components mounted thereon, the following remarkable practical effects can be obtained. That is, a hexagonal through hole is formed in the mounting portion of the heat generating electronic component, and the heat generation of the heat generating electronic component is opposed to the component surface of the printed circuit board on which the heat generating electronic component is mounted mainly by the conductive surface formed on the inner wall. It is possible to dissipate heat by conducting heat to the surface with lower thermal conductivity than the conventional circular through hole. Furthermore, a large number of hexagonal through-holes are formed at a high density in the mounting portion of the heat generating electronic component, and heat generated from the heat generating electronic component can be transferred to and dissipated from the metal plate placed in contact with the opposite surface of the printed circuit board. Is possible.
以下、本発明によるプリント基板およびそれに実装された発熱電子部品の放熱装置の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of a printed circuit board according to the present invention and a heat dissipation device for heat-generating electronic components mounted thereon will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1は、本発明による第1実施例のプリント基板に実装される発熱電子部品の放熱装置を示す。この発熱電子部品の放熱装置10は、プリント基板2に実装される発熱電子部品、例えば略矩形状の半導体デバイス4が発生する発熱を放熱して、この発熱電子部品4の温度を所定値以下に抑えてその信頼性を維持するための装置である。図1(A)はプリント基板2に実装された発熱電子部品4を含む発熱電子部品の放熱装置の斜視図であり、図1(B)はプリント基板2に実装される前の発熱電子部品(又は半導体デバイス)4の斜視図である。
First, FIG. 1 shows a heat dissipation device for heat generating electronic components mounted on a printed circuit board according to a first embodiment of the present invention. The
図1(B)に示す発熱電子部品4は、プリント基板2の発熱電子部品4が実装される面である部品面(図1(A)中の上面)に実装される。プリント基板2の実装部には多数の正六角形のスルーホール1がハネカム状に形成される。そして、この発熱電子部品4が実装されたプリント基板2は、金属プレート3上に載置されている。発熱電子部品(半導体デバイス)4は、図1(B)に示す如く、プリント基板2への搭載面に放熱用の金属プレート5を有している。また、発熱電子部品4は、金属プレート5と共に、例えば半田付けすることによりプリント基板2上に実装される。
The heat generating electronic component 4 shown in FIG. 1B is mounted on the component surface (the upper surface in FIG. 1A), which is the surface on which the heat generating electronic component 4 of the printed board 2 is mounted. A large number of regular hexagonal through-
次に、図2に示すフローチャートを参照して、発熱電子部品である半導体デバイス4からの発熱を本発明の発熱電子部品の放熱装置10により放熱するプロセスを説明する。半導体デバイス4を動作させると、発熱を生じる(ステップS1)。半導体デバイス4からの発熱は、半導体デバイス4のプリント基板2への実装面に設けられた放熱用金属プレート5へ熱伝導される(ステップS2)。この放熱用金属プレート5に伝導された熱は、この放熱用金属プレート5が半田付けされたプリント基板2の半導体デバイス4の実装面に熱伝導される(ステップS3)。
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the process of radiating the heat generated from the semiconductor device 4 which is a heat generating electronic component by the
次に、プリント基板2の部品面の熱は、スルーホール1の内壁にめっきされた導通面6を通して、プリント基板2の部品面と反対側(以下、プリント基板2の反対面という)に熱伝導される(ステップS4)。更に、プリント基板2の反対面の熱は、金属プレート3と接触されており、この金属プレート3に放熱される(ステップS5)。この金属プレート3は、十分な質量又は体積(即ち、面積および厚さ)を有し且つ良好な放熱特性を有する金属で形成され、半導体デバイス4の発熱を効率的に放熱する。
Next, the heat of the component surface of the printed circuit board 2 is conducted through the
ここで、スルーホール1の熱伝導特性について説明する。図6および図7に示す如き従来のスルーホール60は、形状が円形であり、その外周半径をa、内周半径をbとすると、半導体デバイス4の放熱用金属プレート5との接触面積はπ(a2−b2)である。これに対し、図3(A)に示す如き正六角形状スルーホール1の場合には、中心から外周正六角形の各辺までの距離をa、内周正六角形の各辺までの距離をbとすると、半導体デバイス4の放熱用金属プレート5との接触面積は(12/(2*√3))*(a2−b2)となる。即ち、スルーホールの形状を円形から正六角形に変更することで、(12/(2*√3))/π≒1.1、即ち約10%接触面積を増加可能であり、その分半導体デバイス4からプリント基板2の部品面への熱抵抗を下げることが可能である。
Here, the heat conduction characteristics of the through
更に、プリント基板2の部品面から反対面への放熱特性の改善を、図3(B)を参照して説明する。プリント基板2の部品面から反対面への放熱は、主にスルーホール1の導通面6を放熱経路とするので、その熱抵抗は導通面6の長さに比例し断面積に反比例する。即ち、熱抵抗θは、次の(式1)で与えられる。
θ=α*(t/(l*d))・・・・(式1)
ここで、tは熱伝導面の長さであり、この特定例の場合には、プリント基板2の厚さ
lはスルーホール1の導通面6の内周長
dはスルーホールの導通面6の厚み
αは係数であり導体材料による
Further, the improvement of the heat radiation characteristic from the component surface to the opposite surface of the printed circuit board 2 will be described with reference to FIG. The heat radiation from the component surface of the printed circuit board 2 to the opposite surface mainly uses the
θ = α * (t / (l * d)) (Equation 1)
Here, t is the length of the heat conduction surface, and in the case of this specific example, the thickness of the printed circuit board 2.
l is the inner peripheral length of the
d is the thickness of the
α is a coefficient and depends on the conductor material
上述した(式1)において、lはスルーホール1の形状の違いにより異なるが、α、tおよびdはスルーホール1の形状によらないので、lの比較のみ行う。円形スルーホールの場合には、lは半径bの円周に等しく2*π*bである。一方、正六角形スルーホールの場合には、lは、中心から1辺までの距離がbの正六角形の外周に等しく(12/√3)*bである。従って、熱抵抗は、正六角形のスルーホール1の方が((12/√3)*b)/(2*π*b)≒1.1、即ち10%程度小さくなる。
In (Equation 1) described above, l varies depending on the shape of the through
上述の如く、六角形のスルーホール1により半導体デバイス4から金属プレート3への熱抵抗を下げられるので、半導体デバイス4の発熱を効果的に放熱し、その温度を低下することが可能であり、半導体デバイス4の長期信頼度を改善する。また、従来と同じ半導体デバイス4の温度、即ち同じ長期信頼度とする場合には、放熱用ファンの除去等によるコストダウンや小型化が可能である。更に、放熱改善のためにプリント基板のスルーホール1に熱伝導物質等の詰め物をしていた場合には、それが不要になることでの基板のコストダウンや従来金属プレートに実装していた部品をプリント基板に搭載できることにより、製造工程の簡略化および製造コストの低減等が可能になる。
As described above, since the heat resistance from the semiconductor device 4 to the
次に、図4を参照して、本発明による第2実施例のプリント基板に実装される発熱部品の放熱装置について説明する。尚、説明の便宜上、対応する素子には同様の参照符号を使用する。この実施例は、基本構成は図1に示す発熱電子部品の放熱装置10と同様であるが、正六角形のスルーホール1の開口部内に良熱伝導性の詰め物7を有する。この詰め物7により、プリント基板2の部品面から反体面への熱抵抗を更に低下させることが可能である。この実施例でも、円形のスルーホール60では円柱状の材料を詰めるが、正六角形のスルーホール1に正六角柱状の材料を詰めれば、材料の断面積は円柱より(12/(2*√3))/π≒1.1、即ち約10%大きいので、その分熱抵抗を低下可能である。
Next, with reference to FIG. 4, a heat radiating device for heat generating components mounted on a printed circuit board according to a second embodiment of the present invention will be described. For convenience of explanation, the same reference numerals are used for corresponding elements. In this embodiment, the basic configuration is the same as that of the heat-radiating
次に、本発明の第3実施例によるプリント基板に実装される発熱電子部品の放熱装置について説明する。上述した第1実施例および第2実施例では、1個の六角形状のスルーホール1によりプリント基板2の部品面から反対面へ熱伝導していたが、半導体デバイス4が大きい場合には、図5に示す如く多数の六角形状のスルーホール1を半導体デバイス2の実装部に形成してもよい。この場合に、相互に隣接する3個のスルーホール1の正六角形の中心間距離は、(2*a+s)となる。但し、sはプリント基板2の最小導体間距離である。即ち、複数の正六角形は、その中心が、1辺が(2*a+s)の正三角形Tの頂点と一致するように配置される。この場合にも、半導体デバイス4とプリント基板2との接触面積を、円形のスルーホールを並べた場合に比較して(12/(2*√3))/π≒1.1、即ち約10%広くできるので、その分熱抵抗を下げられる。
Next, a heat dissipation device for heat generating electronic components mounted on a printed circuit board according to a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment and the second embodiment described above, heat conduction is performed from the component surface of the printed circuit board 2 to the opposite surface by one hexagonal through
以上、本発明によるプリント基板およびそれに実装される発熱電子部品の放熱装置の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。 The configuration and operation of the preferred embodiment of the printed circuit board according to the present invention and the heat dissipating device for heat generating electronic components mounted thereon have been described in detail. However, it should be noted that such examples are merely illustrative of the invention and do not limit the invention in any way. Those skilled in the art will readily understand that various modifications and changes can be made according to a specific application without departing from the gist of the present invention.
1 スルーホール
2 プリント基板
3 金属プレート
4 発熱電子部品(半導体デバイス)
5 放熱用金属プレート
6 スルーホールの導通面
7 良熱伝導性の詰め物
10 発熱電子部品の放熱装置
1 Through hole 2 Printed
5 Metal plate for
Claims (8)
前記部品面から反対面に六角形のスルーホールを形成し、該スルーホール内壁に導電面を形成し、前記部品面に実装された電子部品の発熱を前記スルーホールの前記導電面を介して前記反対面へ伝導することを特徴とするプリント基板。 In a printed circuit board on which at least one active electronic component and passive electronic component are mounted on the component surface to form an electronic circuit,
A hexagonal through hole is formed on the opposite surface from the component surface, a conductive surface is formed on the inner wall of the through hole, and heat generated by the electronic component mounted on the component surface is transmitted through the conductive surface of the through hole. A printed circuit board that conducts to the opposite surface.
前記発熱電子部品の発熱を前記プリント基板の部品面へ伝導する金属プレートと、該金属プレートに伝導された熱を前記プリント基板の前記部品面から反対面へ伝導する内壁に導電面が形成された六角形のスルーホールとを備えることを特徴とする発熱電子部品の放熱装置。 In a discharge device for a heat generating electronic component that dissipates heat generated by a heat generating electronic component mounted on a printed circuit board and keeps the temperature of the heat generating electronic component below a predetermined value,
A metal plate that conducts heat generated by the heat generating electronic component to the component surface of the printed circuit board, and a conductive surface formed on an inner wall that conducts heat conducted to the metal plate from the component surface to the opposite surface of the printed circuit board. A heat dissipating device for a heat generating electronic component comprising a hexagonal through hole.
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