JP2010182792A

JP2010182792A - 電子回路装置

Info

Publication number: JP2010182792A
Application number: JP2009023678A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Tsuji; 信昭辻; Yohei Otani; 洋平大谷
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】小型の電子部品であっても、その熱を確実に外部に放散することができる電子回路装置を提供する。
【解決手段】基板２の表面に電子部品３が搭載されてなる電子回路装置１において、基板２に複数のスルーホール１３が貫通状態に形成されるとともに、電子部品３の裏面に、各スルーホール１３に接続状態に複数のはんだ接続部１５が設けられ、基板２の裏面側に、スルーホール１３に接続され電子部品３の投影面積Ａよりも広いグランド層１６と、該グランド層１６の上に形成されたレジスト層１７とが設けられ、該レジスト層１７は、電子部品３の投影領域Ａにおいてグランド層１６を覆うとともに、投影領域の周辺領域Ｂにおいてはグランド層１６の少なくとも一部を露出させる開口部１８が形成され、該開口部１８内に、その中のグランド層１６に接続状態にはんだ固着部１９が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱性の電子部品を基板に搭載してなる電子回路装置に係り、発生する熱を外部に放散させる放熱構造を有する電子回路装置に関する。

パワーＩＣ等のように電子部品が発熱性を有する場合、これを基板に搭載する際に、電子部品の過度の昇温を抑制して所定の温度に維持するとともに、発生する熱が他の回路部品等に悪影響を及ぼさないように、熱を速やかに電子部品から吸収して外部へ放散させる構造とすることが必要である。
このような放熱構造を有する電子回路装置として、例えば特許文献１に示される技術がある。この特許文献１記載の技術では、電子部品を搭載した基板が、熱伝導性に優れるアルミニウム製のケースに収容されており、基板には、電子部品の直下で電子部品に熱的に接続された複数のスルーホールが貫通状態に形成されるとともに、基板の内部には、スルーホールと熱的に接続された接地パターンが形成されている。また、基板を収容するケースの一部に突出部が形成され、その突出部が基板の裏面でスルーホールに熱的に接続され、スルーホールから突出部を介して伝わった熱を外気と広く接触したケースの表面から放散する構成とされている。

特開２００２−１１８３８４号公報

ところで、電子部品の小型化、高機能化に伴い、基板上の発熱箇所が極めて面積の小さい局部に集中する傾向にある。また、基板上にも多くの電子部品が搭載されることから、放熱のための経路にも制約が生じる。
特許文献１記載の技術であると、電子部品の直下のスルーホールにケースの突出部を密着させる必要があるが、電子部品は小型化が進む一方、ケースは、例えばプレス加工によって突出部が形成されるものであるから、その小型化には限界があり、電子部品の小型化が進むほど、目的とするスルーホールにケースの突出部を接触状態に配置することが難しくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、小型の電子部品であっても、その熱を確実に外部に放散することができる電子回路装置の提供を目的とする。

本発明の電子回路装置は、基板の表面に電子部品が搭載されてなる電子回路装置において、前記基板に複数のスルーホールが貫通状態に形成されるとともに、前記電子部品の裏面に、各スルーホールに接続状態に複数のはんだ接続部が設けられ、前記基板の裏面側に、前記スルーホールに接続され前記電子部品の投影面積よりも広いグランド層と、該グランド層の上に形成されたレジスト層とが設けられ、該レジスト層は、前記電子部品の投影領域において前記グランド層を覆うとともに、前記投影領域の周辺領域においては前記グランド層の少なくとも一部を露出させる開口部が形成され、該開口部内に、その中の前記グランド層に接続状態にはんだ固着部が設けられていることを特徴とする。

すなわち、電子部品の投影領域よりも広いグランド層を設け、その投影領域においてはレジスト層によってグランド層を覆った状態とし、その周辺領域ではレジスト層を開口部により除去して、グランド層を露出させた状態とし、その開口部内でグランド層に固着したはんだ固着部の表面から放熱させるようにしている。このため、電子部品の裏面に接続されているはんだ接続部からスルーホールを介してグランド層に伝わった熱が、このグランド層を面方向に分散し、その周辺領域の各開口部のはんだ固着部から放散させられる。この周辺領域は電子部品直下の投影領域よりも広い面積とすることができ、小型の電子部品から局所的に発生する熱をグランド層で分散させて広い範囲で放散することができる。
また、電子部品の投影領域からずれた位置でグランド層を露出させるので、放熱構造の設計の自由度が向上する。
なお、電子部品の投影領域においてはレジスト層によりグランド層を覆った状態としたのは、電子部品の投影領域における基板の表裏面の応力差を小さくするためである。

本発明の電子回路装置において、前記はんだ固着部は前記レジスト層の表面よりも突出しているとよい。
レジスト層の開口部からはんだ固着部が突出して形成されることにより、はんだ固着部の外表面の表面積が大きくなり、その分、放熱面積が大きくなる、

本発明の電子回路装置によれば、電子部品で発生した熱がスルーホールを経由して速やかにグランド層に伝達し、このグランド層を面方向に伝導して、周辺領域のはんだ固着部から外部に放散させることができ、この場合に、電子部品直下の狭い投影領域ではなく、その外側に広がった周辺領域から放熱するので、小型の電子部品であっても、その熱を確実に外部に放散することができる。

本発明に係る電子回路装置の一実施形態を示す縦断面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿う裏面図である。図１の電子回路装置における熱の移動経路を矢印で示した要部の拡大図である。本発明に係る電子回路装置の他の実施形態を示す図２同様の裏面図である。

以下、本発明に係る電子回路装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
一実施形態の電子回路装置１は、例えばオーディオ用のパワーアンプに用いられるものであり、図１に示すように、基板２の表面に電子部品３としてパワーアンプＩＣが搭載されている。この電子部品３は、部品本体４の両側部から複数本のリード５が突出して設けられており、そのリード５の先端部が基板２の表面に形成された導体回路６にはんだ７によって接続される構成である。なお、本実施形態の電子回路装置１においては、基板２の両面に複数種類の電子部品が搭載されるが、図には１個の電子部品３のみを記載し、以下でもこの電子部品３を中心に説明し、必要に応じて他の電子部品について説明を加えることとする。

基板２には、その表面側に導体回路６が所定のパターンで形成されるとともに、電子部品３のリード５が接続されるランド部６ａを除いて導体回路６を覆う表面側レジスト層１１が設けられている。また、この基板２は、内部に多層に導体回路６が形成された多層配線基板である。これら導体回路６は、基板２の複数の層に形成されており、ビア１２等を介して部分的に接続されるなどにより配線されている。また、この基板２に搭載された電子部品３の直下には、この電子部品３の投影領域内に分散するように複数のスルーホール１３が基板２を貫通状態に設けられている。

これらスルーホール１３は、内周面にめっき層１４が形成されるとともに、基板２の表面には、他の導体回路６とは独立したランド部１４ａが一体的に形成されており、このため、表面側レジスト層１１は、これらスルーホール１３の部分では、各ランド部１４ａを露出した状態としている。また、基板２の内部では、いずれのスルーホール１３も他の導体回路６から独立している。
そして、電子部品３の部品本体４の裏面から各スルーホール１３の内部にかけてはんだ接続部１５が設けられている。これらはんだ接続部１５は、スルーホール１３内を充填するとともに上端で電子部品３の部品本体４の裏面で例えばシールド層４ａに固着されている。

一方、基板２の裏面には、導体回路６と、グランド層１６とが設けられている。このグランド層１６は、同じ基板２の裏面に設けられている導体回路６を避けて基板２のほぼ全面に設けられている。
これらグランド層１６及び各層の導体回路６は銅箔によって形成され、エッチング等によってパターン形成されたものである。この場合、グランド層１６は、基板２に搭載された電子部品３の直下では、電子部品３の投影領域Ａの面積よりも広い面積で設けられている。

そして、この基板２の裏面に、グランド層１６及び回路導体６の特定部分を除き他の部分を覆う裏面側レジスト層１７が設けられている。この裏面側レジスト層１７は、グランド層１６の部分においては、電子部品３の直下の投影領域Ａの部分を覆うとともに、その投影領域Ａの周辺領域では、比較的大きい開口部１８が複数設けられ、これら開口部１８にグランド層１６の表面が部分的に露出される状態とされている。この場合、図２に示す例では、投影領域Ａは電子部品３の平面形状と同じ矩形に形成され、投影領域Ａの周辺領域Ｂは、例えば投影領域Ａのほぼ３倍の縦横寸法のほぼ相似形となる外形を有する矩形の枠状に形成されている。そして、この周辺領域Ｂにおける各開口部１８は、それぞれが例えば正方形状に形成され、所定間隔で格子状に並ぶように配置されており、各開口部１８内には、これら開口部１８に露出するグランド層１７を覆うようにはんだ固着部１９が設けられている。これらはんだ固着部１９は、半球状に突出しており、その突出高さがレジスト層１７の厚さよりも大きく形成され、レジスト層１７の表面から突出している。

このように構成される電子回路装置１を製造する場合、導体回路６が形成される前の基板２の表裏面においては、全面に銅箔が形成され、その上に銅箔を全面的に覆うようにレジスト層が形成される。そして、回路導体６やグランド層１６として必要なパターンのフォトマスクを積層し、その上から露光してレジスト層にフォトマスクに応じたパターンを焼き付け、これを現像してレジスト層のパターンを形成する。そして、そのレジスト層のパターンに銅箔をエッチングした後、ランド部６ａ等においてはレジスト層をアルカリ液等によって除去して銅箔部分を露出させるのであるが、露出させる必要のない部分にはレジスト層を除去しないで、回路導体６等を覆う保護層（レジスト層１１，１７）として残しておく。
また、グランド層１６を覆う部分では、電子部品３直下の投影領域Ａにおいてはレジスト層１７を除去しないでそのまま残しておき、その周辺領域Ｂにおいては複数の開口部１８の部分を除去して各開口部１８からグランド層１６を露出させる。

次に、露出している導体回路６及びグランド層１６の上にニッケルめっき等を施し、まず、表面の導体回路６のランド６ａの上にはんだを印刷し、その上に電子部品３を載置する。この電子部品３には裏面に複数のはんだが固着されており、これらはんだを基板２のスルーホール１３上に配置するように位置決めする。この状態でリフロー炉に入れて、はんだをリフローさせる。このリフローによりはんだには表面張力が作用し、電子部品３の裏面の各はんだはスルーホール１３に芯合わせされ、スルーホール１３内に侵入して裏面側のグランド層１６に接続されるとともに、スルーホール１３から電子部品３の裏面に至るはんだ接続部１５として形成される。

基板２の表面のはんだ付けが終わったら、裏面側にも同様にして他の電子部品をはんだ付けする。このとき、グランド層１６においては、その開口部１８内に多くのはんだを塗布して、開口部１８内ではんだがレジスト層１７の表面よりも突出するようにしておく。そして、この基板２の裏面側を上方に向けた状態でリフロー炉に入れ、リフロー炉内では上方の片面側からのみ加熱して、はんだをリフローする。このはんだのリフロー時の表面張力により、グランド層１６の開口部１８内のはんだはボール状に丸くなり、その先端がレジスト層１７の表面よりも突出したはんだ固着部１９として形成される。

このようにして製造された電子回路装置１において、電子部品３に熱が発生すると、その熱は、その一部は電子部品３の外表面から外気に放散されるが、電子部品３の裏面にはんだ接続部１５が固着しているので、熱の大部分は、図３の破線矢印で示すように、このはんだ接続部１５からスルーホール１３内を経由して基板２の裏面のグランド層１６に速やかに伝わる。このグランド層１６は、基板２の直下の投影領域Ａよりも広い面積を有していることから、スルーホール１３を経由した熱は、グランド層１６を面方向に伝わり、周辺領域Ｂの各開口部１８からはんだ固着部１９を介して外部に放散される。この場合、各開口部１８のはんだ固着部１９は、ボール状に突出しているため、大きい外表面積を有しており、このはんだ固着部１９に伝わった熱は、その広い外表面全面から外気に放散される。

ところで、電子部品３直下の投影領域Ａにおいては、基板２の裏面のレジスト層１７を残したままとしてあるが、基板２の表面側にも電子部品３の直下の投影領域Ａにはレジスト層１１が設けられることとの関係から、基板２の両面の応力をバランスさせることができ、反りや変形等の少ない電子回路装置１とすることができる。

次に図４は本発明の他の実施形態における図２同様の裏面を示している。この実施形態の電子回路装置においては、基板２の裏面では、グランド層１６（図１及び図３のグランド層１６参照）が電子部品（図１及び図３の電子部品３参照）直下の投影領域Ａではレジスト層１７によって覆われているが、その周辺領域Ｂにおいては、その部分のグランド層１６を全面的に露出するようにレジスト層１７が除去された大きな開口部２１が形成され、そのグランド層１６の上にはんだ固着部２２が層状に形成された構成とされている。その他の構成は、図１から図３の実施形態と同様であるので、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態の電子回路装置においては、電子部品３で発生した熱の大部分がスルーホール１３を経由してグランド層１６に伝達し、このグランド層１６を面方向に伝導して、周辺領域の全面のはんだ固着部２２から外部に放散される。周辺領域Ｂの全面を露出状態として放熱しているので、放熱面積を大きくすることができ、速やかに放熱することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、電子部品としてパワーアンプＩＣを適用したが、他のパワーＩＣの他、発熱性を有する電子部品に適用することができる。
また、周辺領域Ｂを投影領域Ａのほぼ相似形となる外形を有する形状としたが、他の電子部品等の配置条件等に応じて任意の形状とすることができる。

１…電子回路装置、２…基板、３…電子部品、４…部品本体、５…リード、６…導体回路、６ａ…ランド部、７…はんだ、１１…レジスト層、１２…ビア、１３…スルーホール、１４…めっき層、１４ａ…ランド部、１５…はんだ接続部、１６…グランド層、１７…レジスト層、１８…開口部、１９…はんだ固着部、２１…開口部、２２…はんだ固着部

Claims

基板の表面に電子部品が搭載されてなる電子回路装置において、
前記基板に複数のスルーホールが貫通状態に形成されるとともに、前記電子部品の裏面に、各スルーホールに接続状態に複数のはんだ接続部が設けられ、前記基板の裏面側に、前記スルーホールに接続され前記電子部品の投影面積よりも広いグランド層と、該グランド層の上に形成されたレジスト層とが設けられ、該レジスト層は、前記電子部品の投影領域において前記グランド層を覆うとともに、前記投影領域の周辺領域においては前記グランド層の少なくとも一部を露出させる開口部が形成され、該開口部内に、その中の前記グランド層に接続状態にはんだ固着部が設けられていることを特徴とする電子回路装置。
前記はんだ固着部は前記レジスト層の表面よりも突出していることを特徴とする請求項１記載の電子回路装置。