JP2010258260A - Heat radiation printed board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板に実装した発光ダイオード、電解効果トランジスタあるいは集積回路等の電子部品から発生する熱をプリント基板を介して放熱することで、前記実装した電子部品の発熱による性能劣化を防止できるようにした放熱プリント基板である。 The present invention can prevent performance deterioration due to heat generation of the mounted electronic component by radiating heat generated from the electronic component such as a light emitting diode, a field effect transistor, or an integrated circuit mounted on the printed circuit board through the printed circuit board. This is a heat dissipation printed circuit board.
近年、発光ダイオードや電解効果トランジスタおよび高密度集積回路等の電子部品の高出力化が進み各電子部品からの発熱も高くなっている。また、製品の小型化が図られていることから電子部品がプリント基板に高密度に搭載され、プリント基板を介しての電子部品の放熱が行われ難いといった問題が発生した。 In recent years, the output of electronic components such as light emitting diodes, field effect transistors, and high-density integrated circuits has been increased, and the heat generated from each electronic component has also increased. Further, since the product is downsized, there are problems that electronic components are mounted on the printed circuit board with high density and it is difficult to radiate the electronic components through the printed circuit board.
そこで、電子部品の発熱をプリント基板を介して放熱させ電子部品の劣化を防止するために電子部品用のプリント基板に銅またはアルミニュームを貼ったり、内蔵されたものが作られている。この銅基板やアルミニューム基板の場合には基板そのものが放熱効果の高い金属板であることから実装された電子部品の発熱は低く抑えられ前記基板を使用した場合には電子部品の性能劣化に対して効果がある。 Therefore, in order to dissipate heat generated from the electronic component through the printed board and prevent the electronic component from deteriorating, copper or aluminum is attached to the printed board for the electronic component or a built-in one. In the case of this copper substrate or aluminum substrate, since the substrate itself is a metal plate having a high heat dissipation effect, the heat generation of the mounted electronic component is suppressed to a low level. Is effective.
このような基板の材料がアルミニュームや銅の場合にはプリント基板としてのガラスエポキシ樹脂等の樹脂基板と比較して重量が重くなり(特に銅基板の場合は重くなる)、かつ、材料費が樹脂基板よりも高くなり、例えば、携帯して使用する電子機器用のプリント基板としては不向きであるといった問題があった。 When the material of such a substrate is aluminum or copper, it becomes heavier than a resin substrate such as a glass epoxy resin as a printed substrate (especially when it is a copper substrate), and the material cost is high. There is a problem that it is higher than the resin substrate and is not suitable as a printed circuit board for an electronic device to be carried and used, for example.
そこで、近年になって軽量で、かつ、材料費の安い樹脂基板を使用して電子部品で発生する熱を放熱するというプリント基板が開発されている。例えば、特開2000−31322号公報や特開2006−41241号公報に開示されている発明である。この発明にあっては、樹脂基板に銅材料を埋め込み(以下、ビア導体という)、このビア導体に電子部品を接触させた状態でリード部をプリント基板に半田付けして電子部品で発生する熱をビア導体から放熱するというものである。 Thus, recently, a printed circuit board has been developed that uses a resin substrate that is light in weight and has a low material cost to dissipate heat generated in electronic components. For example, it is an invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-31322 and 2006-41241. According to the present invention, a copper material is embedded in a resin substrate (hereinafter referred to as a via conductor), and a lead portion is soldered to a printed circuit board in a state where the electronic component is in contact with the via conductor, and heat generated in the electronic component Radiates heat from the via conductor.
ところで、前記した先行技術にあっては、ビア導体をプリント基板に装着する時にプリント基板に形成した開口部の寸法とビア導体の寸法との僅かな誤差があってもビア導体を開口部に嵌合することが難しく、特に、放熱効果の大きい大型の複雑な形状のビア導体の嵌め込みは困難であり、かつ、大型のビア導体を使用したものにあっては、電子部品が発熱してビア導体が加熱されると、その熱によって基板が反ったり捩じれたりするといった問題があった。 By the way, in the prior art described above, even when there is a slight error between the size of the opening formed in the printed circuit board and the size of the via conductor when the via conductor is mounted on the printed circuit board, the via conductor is fitted into the opening. In particular, it is difficult to fit a large and complex via conductor with a large heat dissipation effect, and in the case of using a large via conductor, the electronic component generates heat and the via conductor When is heated, there is a problem that the substrate warps or twists due to the heat.
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、電子部品の発熱によってビア導体が加熱されても、基板開口部の内周面に形成した突溝にビア導体の外周面に形成した突起とでのみ結合され、ビア導体の外周面は基板開口部の隙間に充填された充填材を介して接触しているので、ビア導体と基板開口部との直接接触する面積が小さく、従って、熱による基板の反りや捩れを防止することができる放熱プリント基板を提供せんとするにある。 The present invention is intended to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide via conductors in the protruding grooves formed on the inner peripheral surface of the substrate opening even when the via conductors are heated by the heat generated by the electronic components. Since the outer peripheral surface of the via conductor is in contact via a filler filled in the gap of the substrate opening, the via conductor and the substrate opening are in direct contact with each other. An object of the present invention is to provide a heat dissipating printed circuit board which has a small area and can prevent warping and twisting of the board due to heat.
本発明の放熱プリント基板は前記した目的を達成せんとするもので、請求項1の手段は、発熱量の大きな電子部品を半田付けする部分に開口部が形成された基板と、該基板の開口部の内周面に形成された複数個の突溝と、前記開口部に嵌め込むと前記突溝に係合される突起が外周面に形成された前記開口部の面積より小さな面積のビア導体と、該ビア導体を前記開口部に嵌め込んで生じる隙間に充填する接着性樹脂である充填材とより構成し、前記ビア導体を前記基板の裏面に形成されたグランド用パターンと一体化したことを特徴とする。
The heat dissipating printed circuit board of the present invention achieves the above-mentioned object, and the means of
請求項2の手段は、前記した請求項1において、ビア導体と前記グランド用パターンとの一体化は、前記充填材の前記基板の裏面側で化学メッキを施し、前記ビア導体を前記開口部に嵌め込んだ状態において基板の裏面側を銅メッキ処理することで一体化したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the via conductor and the ground pattern are integrated by performing chemical plating on the back surface side of the substrate of the filler, and the via conductor is formed in the opening. In the inserted state, the back side of the substrate is integrated by copper plating.
請求項3の手段は、前記した請求項2において、前記基板の表面側に電子部品を収納する収納穴が形成された第2の基板を接着剤で一体化し、かつ、第2の基板に収納される電子部品の上面に金属膜を形成し、前記電子部品のリードを前記第2の基板の表面に形成された信号用パターンにリフロー炉による半田付けを行う際に、前記ビア導体と前記電子部品とを半田付けしたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the second substrate in which a storage hole for storing an electronic component is formed on the surface side of the substrate is integrated with an adhesive and stored in the second substrate. A metal film is formed on the upper surface of the electronic component, and the via conductor and the electron are soldered to the signal pattern formed on the surface of the second substrate by a reflow furnace. It is characterized by soldering parts.
本発明は前記したように、基板に対してビア導体を基板の開口部に嵌め込んだ状態において、開口部の内周面に形成した突溝にビア導体の外周面に形成した突起を係合し、ビア導体と開口部との間に接着性樹脂である充填材を埋設したことにより、電子部品の発熱によってビア導体が加熱しても、基板とビア導体との接触面積が小さく、従って、熱による基板の反りや捩れを防止することができ、また、ビア導体は基板の裏面に形成されたグランド用パターンと一体化されているので、ビア導体の熱は大きな面積のグランド用パターンを介して放熱され電子部品の熱的劣化が防止される。 As described above, the present invention engages the protrusion formed on the outer peripheral surface of the via conductor with the protrusion groove formed on the inner peripheral surface of the opening in a state where the via conductor is fitted into the opening of the substrate with respect to the substrate. In addition, by burying a filler that is an adhesive resin between the via conductor and the opening, even if the via conductor is heated by the heat generated by the electronic component, the contact area between the substrate and the via conductor is small. The substrate can be prevented from warping and twisting due to heat, and the via conductor is integrated with the ground pattern formed on the back surface of the substrate, so the heat of the via conductor passes through the large area ground pattern. The heat is dissipated and thermal deterioration of the electronic components is prevented.
また、ビア導体は基板裏面のグランド用パターンを形成するための銅メッキ加工時にビア導体が一体化されるので、ビア導体とグランド用パターンとの隙間が発生することがなく、放熱ロスがなく、より電子部品の熱的劣化を防止できると共にビア導体が基板の開口部から抜け落ちるのを防止することができる。 In addition, since the via conductor is integrated during the copper plating process for forming the ground pattern on the back surface of the substrate, there is no gap between the via conductor and the ground pattern, and there is no heat loss. In addition, the thermal deterioration of the electronic component can be prevented, and the via conductor can be prevented from falling out of the opening of the substrate.
さらに、第2の基板に電子部品を収納する収納穴を形成し、かつ、電子部品の表面側に金属膜を形成した状態で半田付けすることで、電子部品のリードをリフロー炉で自動半田付けすると同時にビア導体と電子部品の金属膜が一体化されるので、電子部品で発生する熱は確実にビア導体を介してグランド用パターンから放熱され、電子部品の熱的劣化をより防止することができる等の効果を有するものである。 Furthermore, the lead hole of the electronic component is automatically soldered in a reflow furnace by forming a storage hole for storing the electronic component in the second substrate and soldering with the metal film formed on the surface side of the electronic component. At the same time, since the via conductor and the metal film of the electronic component are integrated, the heat generated in the electronic component is surely dissipated from the ground pattern through the via conductor, thereby further preventing the thermal deterioration of the electronic component. It has effects such as being able to.
次に、本発明に係る放熱プリント基板の第1の実施例を図1〜図3と共に説明する。
1はガラスエポキシ樹脂等の樹脂で形成した基板にして、ビア導体2を嵌合するための開口部11(図示にあっては四角形の開口部が示されているが円形やその他の形状であってもよい)と、該開口部11の内周縁に複数の突溝11aが形成されている。なお、図示にあっては、前記突溝11aは長手方向には夫々3個が、短手方向には夫々2個が形成されているが、後述するビア導体2の大きさによって突溝11aの数は増減可能である。
Next, a first embodiment of the heat radiation printed board according to the present invention will be described with reference to FIGS.
また、前記基板1には発熱量の大きな電子部品(例えば、発光ダイオード等)の端子を半田付けするための信号用パターン12が形成されている。
Further, a
2は銅等の熱伝導率の大きな金属で構成したビア導体にして、前記開口部11の形状と同形状に形成されると共に開口部11の面積より片側で0.2〜0.5mm程度小さな形状に形成されている。そして、ビア導体2の外周面には該ビア導体2を開口部11に嵌め込んだ状態において前記突溝11aに入り込む突起21が形成されている。
2 is a via conductor made of a metal having a high thermal conductivity such as copper, and is formed in the same shape as the shape of the
3は前記ビア導体2を基板1における突溝11aに突起21を係合状態で嵌め込むと、ビア導体2は前記したように開口部11の内周面との面積より小さいため、該開口部11の内周面とビア導体2の外周面との間に隙間が生じるので、該隙間を埋めるための接着性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)等の充填材である。
3, when the
4は基板1の裏面側に形成された銅メッキであるグランド用パターンにして、前記ビア導体2を開口部11に嵌め込んだ後に電気メッキ加工を行って形成する。このメッキ工程において充填材3は金属ではなく接着性樹脂であることから、メッキ加工を行ってもメッキが行えない。そこで、充填剤3の裏面側をデスミア加工(表面部分を粗化する)を行い、その後に化学メッキを行って薄い金属膜形成した後に電気メッキを行うことで充填剤3の表面部分も銅メッキが施されることになる。
このように構成した基板1に電子部品5(実施例では発光ダイオード)を、基板1の信号用パターン12に半田付けし、該信号用パターン12に電力を供給することで電子部品5は発光する。そして、この発光時間が長くなると電子部品5は発熱し、その熱がビア導体2に伝達される。
The electronic component 5 (light emitting diode in the embodiment) is soldered to the
このビア導体2の熱は、該ビア導体2がグランド用パターン4と一体化されていることからグランド用パターン4に伝達され大きな面積で放熱され電子部品5の熱的劣化が防止される。なお、グランド用パターン4を電子機器のケースにネジ止め等の手段によって固定すれば、より放熱効果が向上される。
Since the
前記ビア導体2が電子部品5によって加熱されると、基板1よりも熱膨張率が大きいのでビア導体2は膨張するが、基板1とビア導体2との隙間には充填剤3介在されており、かつ、基板1とビア導体2とは突溝11aと突起21とのみで結合され接触面積が小さいので、熱による基板の反りや捩れを防止することができる。
When the
また、ビア導体2は銅メッキであるグランド用パターン5と一体化されていることから、ビア導体2が基板1の開口部11から抜け落ちるのを防止することができる。
In addition, since the
前記した実施例は、基板1に埋め込んだビア導体2の表面に電子部品5の底面を載置した場合であるが、このような構成にあっては、電子部品5のリード51を基板1の信号用パターン12に自動実装した場合に電子部品5の底面とビア導体2との間の密着度が低下する可能性がある。そこで、第2の実施例にあっては、自動実装時に電子部品5とビア導体2との半田付けも行うことで、電子部品5からの熱をビア導体2に確実に伝達し、該ビア導体2で受けた熱を基板1の背面に形成したグランド用パターン5から放熱することが可能なようにした。
In the embodiment described above, the bottom surface of the
次に、第2の実施例を図4〜図6と共に説明する。なお、前記した実施例と同一符号は同一部材を示し説明は省略する。
図3に示す如く、基板1の中央部には2つの電子部品5を収納する収納穴13が形成され、この2つの収納穴13に対して1つのビア導体2を配置したものと、1つの収納穴13に対して1つのビア導体2を配置したものとを開示したものであり、これは、2つの電子部品5が近接して配置される場合と、単独で配置される場合とで使い分けができることを示している。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The same reference numerals as those in the above-described embodiment denote the same members, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 3, a
次に、第2の実施例の具体的な構造について説明するに、本実施例にあっては、第1の実施例と同様な構造の第1の基板1と、該第1の基板1の上面に接着剤を介して一体化される第2の基板6とから構成されている。なお、図4に示す第1の基板1の表面側には信号用パターン12は形成されていない点で前記した第1の実施例の基板1とは異なるが、その他は同じ構成なので説明は省略する。
Next, the specific structure of the second embodiment will be described. In this embodiment, the
第2の基板6には、電子部品5を収納するための収納穴61が形成され、表面側には収納穴61に収納された電子部品5のリード51に対して信号を供給するための信号用パターン62が形成されている。そして、このように構成した第2の基板6の裏面と、第1の基板1のビア導体2の表面側とを接着剤7で一体化して1枚の基板を製作する。
A
このように構成した一体化した基板1,6に対して電子部品5を収納すると共に電子部品5のリード51を半田付けする信号用パターン62にクリーム半田を塗布し、また、ビア導体2の上面にもクリーム半田を塗布した状態で電子部品5を図6のように配置する。
The
ここで、この実施例における電子部品5の前記リード51が形成された面とは反対側の表面には半田付け可能な金属膜52を形成しておくことにより、リフロー炉内を移動させることで、電子部品5のリード51が信号用パターン62に半田付けされ、また、電子部品5に予め形成された金属膜52ドがビア導体2と半田付けされる。
Here, a
従って、電子部品5で発生する熱は確実にビア導体2を介してグランド用パターン5から放熱されるので、電子部品5の熱的劣化が防止される。
なお、本実施例にあっては、基板1の面積に対してビア導体2の面積が小さく、かつ、最終的に放熱する面積は大きいがグランド用パターン62が膜体であることから、従来に行われていた厚みが厚い金属板のように半田付け時に信号用パターン62の熱が金属板によって放熱されて自動半田付けが行えないといった問題は発生しない。
Therefore, the heat generated in the
In this embodiment, since the area of the via
1 基板
11 開口部
11a 突溝
12 信号用パターン
2 ビア導体
21 突起
3 充填剤
4 グランド用パターン
5 電子部品
51 リード
6 第2の基板
61 収納穴
62 信号用パターン
7 接着剤
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Effective date: 20130305 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130625 |