JP2008130684A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を筺体に伝熱させ空気中へ放熱することが可能な電子回路装置を提供する。
【解決手段】多層基板３の表面３０Ａに実装され放熱用電極２１が＋電位を有するダイオード２が発生する熱を、多層基板３の内部の内層側伝熱導体３２Ａおよびビア４を介して多層基板３の表面３０Ａの接地導体３１Ｄに伝達させ、さらに、接地導体３１Ｄから筺体であるカバー６へ伝達させてそこから空気中に放散させることができる。これにより、発熱電子部品をヒートシンク等の放熱手段に固定し短絡防止手段を講じることなく、容易な手段の採用により、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を効果的に筺体に伝熱させ空気中へ放熱することが可能な電子回路装置を実現することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、たとえば自動車等に用いられる電子回路装置に関するものである。

従来、発熱電子部品を備える電子回路装置においては、発熱電子部品が発する熱を放散させるための構造について種々の提案がなされている。たとえば、チップ型発熱部品に放熱用電極を設け、この放熱用電極からプリント基板上の放熱電極用パッド、スルーホールを介して、プリント基板の内層であるグランド層へ伝熱させ、さらにグランド層をプリント基板の端面から外部へ取り出しヒートシンクに接続して空気中へ放熱する構成が提案されている（特許文献１参照）。
特開平６−１６９１８９号公報

上述の従来の電子回路装置では、プリント基板外部にヒートシンクを設けているため、部品点数が増加したり組付け工数が増加する、あるいはプリント基板を収納する筺体が大型化する、という問題が生じる可能性がある。

電子回路装置の体格増大を防ぐために、発熱電子部品が発する熱をプリント基板を収納する筺体へ伝熱させて、筺体の表面から空気中へ放熱する構成が考えられる。筺体は、一般的に金属材質、たとえばアルミニウム等のいわゆる熱の良導体から形成されているので、発熱電子部品の発生する熱を効果的に放熱することができる。

ところで、金属筺体は、通常グランド電位に設定されている。上述した従来の電子回路装置の場合、発熱電子部品の放熱用電極は、グランド電位である。しかしながら、発熱電子部品の種類によっては、その放熱用電極がグランド電位ではなく＋電位であるものも多い。上述した従来の電子回路装置の構成では、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品に対しては、その発生熱を筺体に伝熱させることができない。また、上述した従来の電子回路装置には、そのような場合における対処手段等に関する記載は無い。仮に、＋電位である放熱用電極を金属等から形成されるヒートシンクに密着固定した場合、ヒートシンク自体も＋電位となるので、電子回路装置の他の電子素子や配線等との接触を阻止する防護手段等の装着により電子回路装置が大型化する可能性がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を筺体に伝熱させ空気中へ放熱することが可能な電子回路装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の電子回路装置は、放熱用電極を有する発熱電子素子と、その表面上に発熱電子素子が実装された多層基板と、多層基板が収納固定される筺体とを備えた電子回路装置であって、多層基板の表面に設けられ放熱用電極がはんだ付けされる表面伝熱導体と、多層基板の厚さ方向において表面伝熱導体と重なるように多層基板の内層に形成された内層側伝熱導体とを備え、伝熱用電極は＋電位であり、且つ内層側伝熱導体はグランド電位であり、内層側伝熱導体は筺体に熱伝導可能に接続されることを特徴している。

上述した構成において、表面伝熱導体と内層側伝熱導体とは絶縁部材を介して対向配置されている。発熱電子素子が発生した熱は、放熱用電極から表面伝熱導体、絶縁部材中を経て内層側伝熱導体へ伝達される。そして、内層側伝熱導体から筺体へ熱伝導され、筺体表面から空気中へ放熱される。ここで、表面伝熱導体と内層側伝熱導体とは絶縁部材を介して配置されており、両者は電気的に導通していない。したがって、＋電位である放熱用電極が発する熱を、電気的短絡を生ぜずに、グランド電位である内層側伝熱導体を経て筺体へ伝達させることができる。これにより、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を筺体に伝熱させ空気中へ放熱ることが可能な電子回路装置を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の電子回路装置は、多層基板の表面および裏面の少なくとも一方に設けられ、その電位がグランド電位であって筺体に導通可能に接触する接地導体を備え、内層側伝熱導体は導通手段を介して接地導体に熱伝導可能に接続されることを特徴としている。

接地導体は、元来多層基板のグランド線を筺体に導通させる機能を果たしているので、接地導体と筺体とは、電気的に導通すると同時に熱伝導可能となっている。したがって、発熱電子素子の発する熱は、内層側伝熱導体から導通手段を介して接地導体へ、さらに筺体へ伝えられる。これにより、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を筺体に伝熱させ空気中へ放熱ることが可能な電子回路装置を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の電子回路装置は、導通手段はビアであることを特徴としている。

ビアは、多層基板において異なる層の導体を電気的に導通させる手段として、最も一般的に用いられているものである。ビアの材質は、電気の良導体であり、たとえば銅等の金属めっき、銅あるいは銀等を含むペースト等から形成されている。このため、ビアは熱良導体としても機能することができる。したがって、発熱電子素子の発する熱を、内層側伝熱導体から容易な手段によって接地導体へ伝導することができる。

本発明の請求項４に記載の電子回路装置は、多層基板の厚さ方向において内層側伝熱導体は表面伝熱導体を包含することを特徴としている。

上述した構成によれば、発熱電子素子の放熱用電極の全域において発熱電子素子から発せられた熱は最短距離を辿って、つまり多層基板の厚さ方向の距離を辿って内層側伝熱導体へ伝導されるので、表面伝熱導体から内層側伝熱導体へ高効率で熱を伝導させることができる。

本発明の請求項５に記載の電子回路装置は、内層側伝熱導体は多層基板が備える内層導体のうちで最も表面側に配置される内層導体であることを特徴としている。

上述した構成によれば、表面伝熱導体から筺体に熱伝導可能に接続されている内層側伝熱導体までの距離を最小にすることができる。すなわち、表面伝熱導体と筺体に熱伝導可能に接続されている内層側伝熱導体とは絶縁部材を一つだけ隔てて対向している。これにより、表面伝熱導体から内層側伝熱導体へ高効率で熱を伝導させることができる。

以下、本発明による電子回路装置を、自動車のコンビネーションメータ（図示せず）内に設置される電子回路装置１に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。

コンビネーションメータ１００は、自動車の車室内の運転席前方に設けられ、自動車に関わる各種情報、たとえば走行速度等を指針計器、警告灯等により表示するものである。電子回路装置１は、コンビネーションメータ１の作動全般を制御する電気回路としての役割を果たしている。電子回路装置１は、コンビネーションメータ１のケーシング（図示せず）内に収容固定されている。以下に、電子回路装置１の構成について説明する。

電子回路装置１は、各種電子素子等が実装された多層基板３を筺体であるケーシング５およびカバー６内部に保持固定して構成されている。

多層基板３は、電子回路装置１において電子回路そのものを形成している。多層基板３は、一般的なビルドアップ配線版の形成手法により製作されるものである。たとえば、絶縁部材であるガラスエポキシ樹脂のシートと電気導体である銅箔とを交互に重ねてプレスして作られている。本発明の一実施形態による電子回路装置１の多層基板３においては、絶縁部材である基材３０としてガラスエポキシ樹脂が用いられ、電気導体は銅箔から形成されるとともに、図３に示すように、多層基板３の表裏両面に各一層、絶縁部材３５の内部に２層の合計４層が設けられている。すなわち、多層基板３の表面３０Ａに表面導体層３１が、裏面３０Ｂに表面導体層３４が、基材３０内部において表面３０Ａ側から内層導体層３２および内層導体層３３がそれぞれ形成されている。

多層基板３の表面３０Ａには、発熱電子素子であるダイオード２が実装されている。ダイオード２は、電子回路装置１において、たとえば電力制御回路（図示せず）に用いられている。したがって、ダイオード２中を流れる電流値、つまりダイオード２を構成する半導体を流れる電流値は、論理回路、高周波回路等に用いられるトランジスタに比べると格段に大きく、そのために発熱する。ダイオード２を正常に作動させるためには、ダイオード２が発生する熱を外部へ放散してダイオード２の温度を適正な温度、たとえば半導体のジャンクション温度以下に維持する必要がある。ダイオード２は、図２に示すように、外部と電気的に接続するための電極を３個備えている。すなわち、１個の放熱用電極２１および２個の機能電極２２、２３を備えている。放熱用電極２１は、ダイオード２を外部と電気的に接続する機能を果たすとともに、ダイオード２が発生した熱を外部へ伝達し、それによりダイオード２の温度を適正に維持する機能を果たしている。放熱用電極２１は、その伝達熱量を大きくするために、他の２つの機能電極２２、２３と比べて面積が、図２に示すように、大きく形成されている。また、ダイオード２の放熱用電極２１の電位は、グランド電位、つまり０ボルトではなくて、＋電位、たとえば１２ボルトとなっている。

多層基板３の表面３０には、ダイオード２の放熱用電極２１が接続される表面伝熱導体３１Ａ、ダイオード２の機能電極２２、２３が接続される表面機能導体３１Ｂ、３１Ｃが形成されている。表面伝熱導体３１Ａは、ダイオード２の放熱用電極２１とほぼ同じ形状に形成されている。表面機能導体３１Ｂ、３１Ｃは、そのダイオード２側端部がダイオード２の機能電極２２、２３と対応した位置および形状に配置されている。多層基板３の表面３０には、図２に示すように、接地導体３１Ｄが形成されている。接地導体３１Ｄは、その電位がグランド電位、つまり０ボルトである。接地電位３１Ｄは、多層基板３が筺体であるケーシング５およびカバー６内部に保持固定されると、筺体、本発明の一実施形態による電子回路装置１の場合はカバー６に直接接触している。これにより、電子回路装置１においては、筺体であるケーシング５およびカバー６もグランド電位となっている。ダイオード２は、図２に示すように、多層基板３の表面３０において、接地電極３１Ｄに接近して実装されており、したがって、表面伝熱導体３１Ａも設置電極３１Ｄに近接している。

筺体であるケーシング５およびカバー６は、金属、たとえばアルミニウム等から形成されている。ケーシング５およびカバー６間に多層基板３を挟んだ状態でボルト７が締結されると、多層基板３が、筺体、つまりケーシング５およびカバー６内部に保持固定される。このとき、カバー６は、図３に示すように、多層基板３の接地導体３１Ｄに押圧接触して、多層基板３がケーシング５およびカバー６にアースされる。

次に、本発明の一実施形態による電子回路装置１の特徴である、ダイオード２の放熱構造、すなわち、ダイオード２から筺体であるカバー６への放熱構造およびその作動、つまり熱伝達について説明する。

多層基板３の内層導体層３２、３３のうち最も表面３０Ａに近い層である内層導体層３２には、多層基板３の厚さ方向（図３において上下方向）において表面側伝熱導体３１Ａと重なるように、内層側伝熱導体３２Ａが形成されている。詳しくは、内層側伝熱導体３２Ａは、多層基板３の厚さ方向（図３において上下方向）において表面側伝熱導体３１Ａと重なるとともに、図２に示すように、表面側伝熱導体３１Ａを包含するように、言い換えると、表面側伝熱導体３１Ａの輪郭線が内層側伝熱導体３２Ａの輪郭線の内側に入るように形成されている。そして、内層側伝熱導体３２Ａと接地導体３１Ｄとは、導通手段であるビア４により導通可能に接続されている。したがって、内層側伝熱導体３２Ａの電位は接地導体３１Ｄと同じグランド電位となっている。ここで、ビア４は、通常の多層基板において、異なる導体層間を電気的に接続する手段として一般的に用いられているものである。ビア４の材質としては、たとえば、銅ペースト、銀ペースト、銅めっき等が用いられている。銅、銀は、電気の良導体であると同時に熱の良導体でもある。したがって、内層側伝熱導体３２Ａと接地導体３１Ｄとは、ビア４を介して熱伝導可能に接続されていることになる。本発明の一実施形態による電子回路装置１において、ビア４は、図１に示すように、８個設けられているが、ビア４の個数は８個に限定されるものではなく、たとえば内層側伝熱導体３２Ａと接地導体３１Ｄとの間の伝熱熱量等に応じて増減されるものである。

次に、上述の放熱構造における熱伝達について説明する。

ダイオード２は、多層基板３の表面３０Ａにおいて、放熱用電極２１が表面側伝熱導体３１Ａに、機能電極２２、２３が機能導体３１Ｂ、３１Ｃにそれぞれはんだ層（図示せず）を介して接続固定されている。放熱用電極２１はその全面に亘ってはんだ層（図示せず）を介して表面側伝熱導体３１Ａに密着している。電子回路装置１の作動に伴い、ダイオード２が発熱してその温度が上昇すると、ダイオード２が発生した熱の大部分は＋電位を有する放熱用電極２１から表面側伝熱導体３１Ａへ熱伝導により伝達される。これにより表面側伝熱導体３１Ａの温度が上昇して、表面側伝熱導体３１Ａから基材３０を介して内層側伝熱導体３２Ａへ熱伝導により熱が伝達される。ここで、表面側伝熱導体３１Ａはダイオード２の放熱用電極２１と同じ＋電位を有している。一方、内層側伝熱導体３２Ａは、接地導体３１Ｄに導通しておりグランド電位を有している。表面側伝熱導体３１Ａは絶縁部材である基材３０を介して内層側伝熱導体３２Ａと対向しているので、両者は、電気的絶縁状態を維持しつつ熱伝導可能に配置されている。内層側伝熱導体３２Ａへ伝達された熱は、さらに、ビア４、接地導体３１Ｄを介して熱伝導によりカバー６へ伝達される。そして、カバー６の表面から熱伝達により空気中に放散される。

ところで、基材３０であるエポキシ樹脂の熱伝導率は、およそ０．２［Ｗ／ｍＫ］と、各導体を形成している銅の熱伝導率のおよそ３９０［Ｗ／ｍＫ］と比べて格段に小さい。つまり、熱の伝わり度合いが小さい。しかし、多層基板３において、表面側伝熱導体３１Ａと内層側伝熱導体３２Ａとの間の基材３０層の厚さは、たとえば０．２ｍｍと大変薄いので、表面側伝熱導体３１Ａから内層側伝熱導体３２Ａへ所定量の熱量を伝達させることができる。これにより、ダイオード２の放熱用電極２１からカバー６へ到る熱伝達経路途中にエポキシ樹脂の基材３０があるものの、ダイオード２が発生した熱をカバー６へ伝達し、カバー６の表面から空気中へ放散させることができる。したがって、ダイオード２の温度を、正常作動可能な適正温度範囲に維持することができる。

以上説明した、本発明の一実施形態による電気回路装置１の構成によれば、多層基板３の表面３０Ａに実装され放熱用電極２１が＋電位を有するダイオード２が発生する熱を、多層基板３の内部の内層側伝熱導体３２Ａおよびビア４を介して多層基板３の表面３０Ａの接地導体３１Ｄに伝達させ、さらに、接地導体３１Ｄから筺体であるカバー６へ伝達させてそこから空気中に放散させることができる。これにより、発熱電子部品をヒートシンク等の放熱手段に固定し短絡防止手段を講じることなく、容易な手段の採用により、放熱用電極が＋電位である発熱電子部品の発生熱を効果的に筺体に伝熱させ空気中へ放熱することが可能な電子回路装置を実現することができる。

次に、本発明の一実施形態による電子回路装置１の変形例について、図４に基づいて説明する。

本発明の一実施形態による電子回路装置１の変形例においては、多層基板３は、その裏面３０Ｂにも接地電極３４Ａを備えている。この接地電極３４Ａは、多層基板３がケーシング５に固定されるとケーシング５に密着して、ケーシング５と電気的且つ熱伝導可能に導通している。

多層基板３の内層導体層３２、３３のうち最も裏面３０Ｂに近い層である内層導体層３３と裏面に、多層基板３の厚さ方向（図３において上下方向）において内層側伝熱導体３２Ａと重なるように、内層側伝熱導体３３Ａが形成されている。この内層側伝熱導体３３Ａと内層側伝熱導体３２Ａとは、図４に示すように、ビア４を介して電気的且つ熱伝導可能に接続されている。また、内層側伝熱導体３３Ａと接地導体３４Ａとは、図４に示すように、ビア４を介して電気的且つ熱伝導可能に接続されている。したがって、内層側伝熱導体３２Ａは、多層基板３の両面の接地導体３１Ｄ、３４Ａに電気的且つ熱伝導可能に接続されている。この場合、内層側伝熱導体３２Ａに伝達されたダイオード２が発生した熱は、その一部は接地導体３１Ｄを経てカバー６へ伝達され、残部は接地導体３４Ａを経てケーシング５へ伝達される。これにより、ダイオード２が発生した熱の放散経路を増設して、ダイオード２が発生した熱を確実に空気中へ放散させることができる。

なお、以上説明した、本発明の一実施形態による電子回路装置１およびその変形例においては、発熱電子素子としてダイオード２を例に説明しているが、発熱電子素子をダイオード２に限定する必要はなく、他の種類の発熱電子素子に適用してもよい。たとえば、トランジスタ、レギュレータ等であってもよい。

また、以上説明した、本発明の一実施形態によるスピードメータＳにおいては、グラデーション部３に施した網点印刷層を丸点３３から形成しているが、点の形状を丸に限る必要はなく、他の形状であってもよい。

また、以上説明した、本発明の一実施形態による電子回路装置１およびその変形例においては、多層基板３の内層導体層を２層としているが、２層に限定する必要はなく、１層あるいは３層以上であってもよい。

また、以上説明した実施形態は、本発明による電子回路装置の用途を、自動車のコンビネーションメータ内に装着された電子回路装置１としているが、電子回路装置の用途を、自動車用以外の用途、たとえば各種民生用機器が備える電子回路装置に適用してもよい。

本発明の一実施形態による電子回路装置１の部分断面図であり、図２中のＩ−Ｉ線断面図である。 図１中のＩＩ矢視図である。 図１中のＩＩＩ部拡大図である。 本発明の一実施形態による電子回路装置１の変形例の部分断面図であり、図３に相当する。

符号の説明

１ 電子回路装置
２ ダイオード（発熱電子素子）
２１ 放熱用電極
２２、２３ 機能電極
３ 多層基板
３０ 基材（絶縁部材）
３０Ａ 表面
３０Ｂ 裏面
３１ 表面導体層
３１Ａ 表面伝熱導体
３１Ｂ、３１Ｃ 機能導体
３１Ｄ 接地導体
３２ 内層導体層
３２Ａ 内層側伝熱導体
３３ 内層導体層
３３Ａ 内層側伝熱導体
３４ 表面導体層
３４Ａ 接地導体
４ ビア（銅通手段）
５ ケーシング（筺体）
６ カバー（筺体）
７ ボルト

Claims (5)

1. 放熱用電極を有する発熱電子素子と、
   その表面上に前記発熱電子素子が実装された多層基板と、
   前記多層基板が収納固定される筺体とを備えた電子回路装置であって、
   前記多層基板の表面に設けられ前記放熱用電極がはんだ付けされる表面伝熱導体と、
   前記多層基板の厚さ方向において前記表面伝熱導体と重なるように前記多層基板の内層に形成された内層側伝熱導体とを備え、
   前記伝熱用電極は＋電位であり、且つ前記内層側伝熱導体はグランド電位であり、
   前記内層側伝熱導体は前記筺体に熱伝導可能に接続されることを特徴とする電子回路装置。
2. 前記多層基板の表面および裏面の少なくとも一方に設けられ、その電位がグランド電位であって前記筺体に導通可能に接触する接地導体を備え、
   前記内層側伝熱導体は導通手段を介して前記接地導体に熱伝導可能に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
3. 前記導通手段はビアであることを特徴とする請求項２に記載の電子回路装置。
4. 前記多層基板の厚さ方向において前記内層側伝熱導体は前記表面伝熱導体を包含することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子回路装置。
5. 前記内層側伝熱導体は前記多層基板が備える内層導体のうちで最も前記表面側に配置される前記内層導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の電子回路装置。

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