JP2008227043A - 放熱基板とこれを用いた電源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】放熱基板を小型化することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、放熱板８と、この放熱板８上に設けられた複数の部品実装部とを備え、これらの部品実装部は、放熱板８上に形成された絶縁層１１と、この絶縁層１１上に形成された配線パターン１２とを有し、放熱板８は、隣接する部品実装部間で折り曲げられているものとする。これにより本発明は、放熱基板７をコンパクトな立体形状とすることができ、セットの内部スペースに合わせて放熱基板７を小型化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱基板とこれを用いた電源ユニットに関するものである。

図８（ａ）（ｂ）に示すように、従来の放熱基板１は、放熱板２と、この放熱板２上に設けられた部品実装部３とを備えている。そしてこの部品実装部３は、放熱板２上に形成された絶縁層４と、この絶縁層４上に形成された配線パターン５とを有している。そして放熱板２の下方には、ヒートシンクや金属製の筐体などの放熱器６が取り付けられている。
特開２００１−０７７８６４号公報

上記の従来の放熱基板１では、セットの内部スペースに放熱基板１が入りきらないことがあった。

それは、従来の放熱基板１は平面構造のため、平坦で広いスペースが無ければ内蔵できないためであった。そしてこの問題は、近年のセットの小型化に伴い、内部スペースが益々小さくなっていることから顕著となっていた。

そこで本発明は、セットの内部スペースに合わせて放熱基板を小型化することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、放熱板と、この放熱板上に設けられた複数の部品実装部とを備え、これらの部品実装部は、放熱板上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された配線パターンとを有し、放熱板は、隣接する部品実装部間で折り曲げられているものとした。

これにより本発明は、放熱基板を小型化することができる。

それは、部品実装部を複数に区分けし、この部品実装部間で放熱板を折り曲げたためである。

これにより本発明は、放熱基板をコンパクトな立体形状とすることができ、セットの内部スペースに合わせて放熱基板を小型化することができる。

（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態の放熱基板７は、放熱板８と、この放熱板８の一方の面に配置された第１の部品実装部９および第２の部品実装部１０とを備え、第１および第２の部品実装部９、１０は、放熱板８上に形成された絶縁層１１と、この絶縁層１１上において、その上面が表出するように埋め込まれた配線パターン１２とを有している。そして放熱板８は、隣接する第１および第２の部品実装部９、１０間で折り曲げられ、Ｌ字形になっている。また本実施の形態では、第１および第２の部品実装部９、１０間は配線パターン１２で接続されており、この接続部分１２Ａの電気的絶縁性を確保するため、放熱板８を折り曲げ、むき出しにしている部分を樹脂封止部１３で覆っている。

そしてこの放熱基板７は、放熱器としての筐体１４に取り付けられ、この筐体１４も放熱板８と同様に折り曲げられている。すなわち本実施の形態では、筐体１４と第１および第２の部品実装部９、１０とが、放熱板８を介して対向するように配置されている。

また本実施の形態では、この放熱基板７の配線パターン１２には発熱性の高い半導体素子やその他種々の電子部品１５を実装している。

以下に本実施の形態における部材の材料等について説明する。

本実施の形態では、放熱器として厚み０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度のアルミ製の筐体１４を用いた。この筐体１４の代わりにアルミ等で出来たヒートシンクを用いてもよく、また筐体１４とヒートシンクとをネジ止めしたものを用いてもよい。

また放熱板８としては０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度のアルミ板または銅板などの熱伝導性に優れた金属板を用いた。

第１および第２の部品実装部９、１０の絶縁層１１としては、エポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂に、平均粒径１μｍ〜５０μｍのアルミナあるいは窒化アルミなどの無機フィラを７０重量％〜９５重量％程度含有させた熱伝導性の良い（熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上）複合材料を用いた。

また本実施形態では、このフィラ入りエポキシ樹脂に予め熱可塑性樹脂粉末からなるプレゲル材を添加した。このプレゲル材は、未硬化の熱硬化性樹脂の液状成分を吸収して膨張し、素早くゲル化させるため、樹脂が硬化する前に金型から取り出すことが出来る。

なお、本実施の形態では、絶縁層１１の基材として熱硬化性樹脂を用いたが、液晶ポリマーやＰＰＳなどの高熱伝導性熱可塑性樹脂を用いてもよい。

第１および第２の部品実装部９、１０の配線パターン１２としては、厚み０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の銅板を用いた。

以下に、本実施の形態の放熱基板７の製造工程を説明する。

まず、図１に示す配線パターン１２に回路や接続部分１２Ａをパターニングする。このパターニングは、プレス打ち抜きあるいはレーザなどで加工すればよい。

次に、配線パターン１２上であって、第１の部品実装部９および第２の部品実装部１０に相当する部分に、無機フィラ入りの樹脂の塊を、中央が凸になるように丸型（あるいは蒲鉾型、台形、円柱、球状）にまとめて置く。

そしてこの無機フィラ入り樹脂を加熱プレス、あるいは真空加熱プレス等によってシート状となるように延伸し、絶縁層１１を形成する。その後この絶縁層１１上に放熱板８を乗せ、さらにプレスする。このとき、配線パターン１２の上面が絶縁層１１の上面で露出するように埋め込む。このように埋め込むと、配線パターン１２の側面および下面が熱伝導性樹脂で被覆され、かつ放熱板８との距離が短くなって熱伝導性が向上する。

次にこの絶縁層１１を２００℃で１〜２分間加熱し、形状が維持できる程度に固まった後金型から取り外し、さらに２００℃の炉に８〜１０分程度入れ、本硬化させる。

なお、配線パターン１２には本実施形態のように回路パターンをパターニングしているものだけでなく、単なる熱拡散用あるいは部品半田付け用の金属パターンも含むものとする。また絶縁層１１に埋め込まなくとも、熱伝導性の高い接着剤などで貼り付けてもよい。

その後第１の部品実装部９と第２の部品実装部１０との間で、放熱板８を折り曲げ、折り曲げた部分を樹脂封止部１３で封止すると、本実施の形態における放熱基板７を形成することができる。

また本実施の形態では、この放熱基板７の配線パターン１２には半導体素子などの発熱性の高い電子部品１５を実装し、放熱板８の背面を筐体１４にネジ止めして接合させている。

本実施の形態の効果を以下に説明する。

本実施の形態では、放熱基板７を小型化することができる。

それは、部品実装部を複数に分け、この部品実装間で放熱板８を折り曲げたためである。

すなわち、図８に示すように、従来の放熱基板１は平面構造のため、平坦で広いスペースが無ければ内蔵できなかった。そしてこの問題は、近年のセットの小型化に伴い、内部スペースは益々小さくなっていることから顕著となっていた。

一方本実施の形態では、図１に示すように、放熱板８を折り曲げることにより、放熱基板７をコンパクトな立体形状とすることができ、セットの内部スペースに合わせて放熱基板７を小型化することができる。

また本実施の形態では、放熱板８を介して筐体１４（放熱器）と第１および第２の部品実装部９、１０が対向するように形成されている。したがって、第１および第２の部品実装部９、１０に実装された電子部品１５からの熱をすみやかに筐体１４（放熱器）へ伝導させることができ、放熱基板７の放熱性を向上させることができる。これにより、熱で電子部品１５が破損したり、電気抵抗が増大したりするなどの問題を低減することができる。

さらに本実施の形態では、配線パターン１２として０．１ｍｍ以上の厚さの銅板を用いたこと、および絶縁層１１を、無機フィラを高濃度に充填し、熱伝導率を１Ｗ／ｍＫ以上にまで向上させたことにより、電子部品１５から筐体１４（放熱器）への熱伝導がよりスムーズになり、放熱基板７の放熱性向上に寄与する。

また本実施の形態の構成では、発熱部位をコンパクトにまとめることが出来るため、放熱基板７からの輻射熱を受ける範囲を小さくすることができる。

すなわち、例えば図２（ａ）に示すように、プラズマディスプレイ装置１６のパネル１７の後方に配置する電源ユニットに用いれば、図２（ｂ）の従来の平坦な放熱基板１よりも図２（ａ）の立体形放熱基板７の方が、パネル１７が輻射熱を受ける範囲を低減することができる。

さらに本実施の形態では、第１の部品実装部９と第２の部品実装部１０の配線パターン１２は一枚の銅板で形成されていることで、導線の半田付け等に比較して機械的強度や熱的信頼性に優れ、配線パターン１２の電気的断絶を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、絶縁層１１を形成した後に放熱板８を折り曲げたが、予め放熱板８を折り曲げておき、この折り曲げた放熱板８の形状に合わせて絶縁層１１を形成してもよい。この場合は、予めシート状の絶縁層１１を形成してから放熱板８に貼り付けるか、放熱板８の形状に合わせた金型を用いて形成すればよい。

また本実施の形態では、放熱基板７はＬ字形に形成したが、Ｔ字形やコの字形でもよく、図３に示すように放熱板８を環状に折り曲げ、ロの字形に形成してもよい。

さらに本実施の形態では、第１および第２の部品実装部９、１０を配線パターン１２で接続したが、その他、実装する電子部品１５の接続端子などで接続してもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図４に示すように第２の部品実装部１０が、放熱板８上にいわゆるプリント基板１８を接着したことにより形成されている点と、第１の部品実装部９の下方にのみ筐体１４（放熱器）が接合されている点である。

本実施の形態で用いたプリント基板１８は、エポキシ樹脂に、ガラス不織布を織り込んで積層プレスしてつくられた厚み０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のガラスエポキシ板に、エッチングによって銅箔パターン（図示せず）を形成したものである。

そして本実施の形態では、この放熱基板７を電源ユニット１９に応用している。

すなわち、本実施の形態では、第１の部品実装部９の放熱板８上にトランス２０を接着剤で貼り付け、配線パターン１２上にスイッチング用のパワー半導体素子２１（発熱部品）を実装している。これは、トランス２０はコア部で電気的に絶縁されているため、放熱板８に直接接着できるが、パワー半導体素子２１は放熱板８と電気的に絶縁させる必要があるためである。

また第２の部品実装部１０上には、入力回路および出力回路を構成する制御用の素子２２等を実装している。

以下に本実施の形態における効果を説明する。

本実施の形態では、第１の部品実装部９に、電源ユニット１９の中で特に発熱性の高いスイッチング用パワー半導体素子２１やトランス２０を実装し、この第１の部品実装部９と筐体１４とが放熱板８を介して対向するように形成されている。

したがって、放熱基板７を立体形状にして小型化を実現しても、放熱の必要な部位と筐体１４（放熱器）との距離は短くすることができ、放熱基板７の放熱性を向上させることができる。

また放熱板８で第１の部品実装部９と第２の部品実装部１０を一体化していることから、放熱板８の表面積を大きくとることができ、放熱性向上にさらに寄与する。そしてこのように、複数の部品実装部を一体化しておくことで、セット内への組立工程が容易になる。

なお、本実施の形態では、図４のように放熱板８の片面にのみプリント基板１８を配置したが、図５のように両面に形成してもよい。

この場合は、放熱基板７をさらに小型化することができる。また中心に放熱板８を挟むことにより、制御用の素子２２などの電子部品を両面に実装しても効率よく放熱することができる。

その他の構成、効果は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

（実施の形態３）
本実施の形態の放熱基板７は、図６に示すように、第１の部品実装部９、第２の部品実装部１０、第３の部品実装部２３、第４の部品実装部２４からなる４つの部品実装部を備え、中心が空洞のロの字状に形成されている点である。そして本実施の形態では、放熱器としてのヒートシンク２５が、これらの第１から第４の部品実装部９、１０、２３、２４より内側になるように形成されている。

そして本実施の形態では、この放熱基板７を、中心の空洞部が上下方向に伸びるように配置している。このように配置すると、放熱基板７が煙突構造となり、電子部品１５から発せられる熱で比重の小さくなった空気を、煙突構造の上方に移動させ（あるいは上昇気流を発生させ）、そこに発生した吸引力で冷たい空気を新しく電子部品１５に供給し、放熱効果を高めることができる。

なお、第１から第４の部品実装部９、１０、２３、２４はいずれもプリント基板１８を貼り付けて形成してもよい。

また本実施の形態では、上記の煙突構造とするためロの字形の放熱基板７を用いたが、図７に示すように、三方を囲ったＵの字形でも熱がこもりやすくなるため、煙突構造による放熱効果を得ることが出来る。

その他の構成、効果は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

以上のように本発明は、放熱基板をコンパクトな立体形状とすることができ、セットの内部スペースに合わせて放熱基板を小型化することができる。したがって、薄型化、小型化がすすむプラズマディスプレイ装置などにも応用が可能である。

本発明の一実施の形態における放熱基板の断面図 （ａ）同放熱基板を用いたプラズマディスプレイ装置の断面図、（ｂ）従来の放熱基板を用いたプラズマディスプレイ装置の断面図 本発明の一実施の形態における放熱基板の断面図 本発明の一実施の形態における放熱基板を用いた電源ユニットの断面図 同電源ユニットの断面図 本発明の一実施の形態における放熱基板の断面図 本発明の一実施の形態における放熱基板の断面図 （ａ）従来の放熱基板の上面図、（ｂ）従来の放熱基板の断面図（図８（ａ）におけるＸＸ断面）

符号の説明

７ 放熱基板
８ 放熱板
９ 第１の部品実装部
１０ 第２の部品実装部
１１ 絶縁層
１２ 配線パターン
１２Ａ 接続部分
１３ 樹脂封止部
１４ 筐体（放熱器）
１５ 電子部品
１６ プラズマディスプレイ装置
１７ パネル
１８ プリント基板
１９ 電源ユニット
２０ トランス
２１ パワー半導体素子
２２ 制御用の素子
２３ 第３の部品実装部
２４ 第４の部品実装部
２５ ヒートシンク（放熱器）

Claims (7)

1. 放熱板と、
   この放熱板上に設けられた複数の部品実装部とを備え、
   これらの部品実装部は、
   前記放熱板上に形成された絶縁層と、
   この絶縁層上に形成された配線パターンとを有し、
   前記放熱板は、
   隣接する前記部品実装部間で折り曲げられている放熱基板。
2. 前記絶縁層の熱伝導率は、
   １Ｗ／ｍＫ以上とした請求項１に記載の放熱基板。
3. 前記配線パターンの厚みは、
   ０．１ｍｍ以上とした請求項１または２に記載の放熱基板。
4. 前記放熱板は、
   コの字状またはロの字状に折り曲げられている請求項１から３のいずれか一つに記載の放熱基板。
5. 前記放熱板を介して、
   前記部品実装部の少なくともいずれか一つと対向する位置に放熱器が配置されている請求項１から４のいずれか一つに記載の放熱基板。
6. 前記放熱器は、
   折り曲げられている請求項５に記載の放熱基板。
7. 請求項５または６に記載の放熱基板を用いた電源ユニットにおいて、
   前記放熱板を介して前記放熱器と対向する位置に配置されている部品実装部には、トランスおよびパワー半導体素子を実装した電源ユニット。

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