JP2011086663A - 多層基板の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】限られた面積内に光源等の発熱体を配置しても、効率良く放熱可能とする多層基板の放熱構造を提供する。
【解決手段】表面側外層を構成する第１導電層１０１から、裏面側外層を構成する第６導電層１０６方向へ向けて積層方向へ連通するバイアホール６５…が、橙色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤの周囲に形成されている。
第１導電層１０１と、第６導電層１０６との間に位置する内層には、バイアホール６５に介装された金属導体６６…，６７…によって、第１導電層１０１と接続する平面状の放熱ランド部４４，５４等が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、狭小面積に複数のＬＥＤ等の発熱体を配置する回路基板等に用いられ、特に、自動車等の車両の集中スイッチに用いられて複数の発熱体が、一側面に実装されて配置される多層基板の放熱構造に関するものである。

従来、自動車の多層基板の放熱構造として、複数のプリント配線基板を重ね合わせて、熱圧着プレスにより、一体化するものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

まず、構成から説明すると、この従来の多層基板構造では、互いに重ね合わせられたプリント配線基板の導電パターン同士が、互いに導電接続するように、熱圧着により基板同士が接着される際に、隣接配置される各プリント配線基板には、バイアホールが貫通形成されて構成されている。

このような一体化されたプリント配線基板からなる多層基板の表面側一側面には、ＬＥＤ素子等の通電により、発熱を伴って発光する発熱体が実装されて、内部の配線から供給される電力の通電により、このＬＥＤ素子が発光するように構成されている。

次に、この従来の多層基板の放熱構造の作用効果について説明する。

このように構成された従来の多層基板の放熱構造では、ＬＥＤ素子が、通電により発光すると、この発熱体が、発光に伴って熱を発生させる。

これらの熱は、前記ＬＥＤ素子が固着されている前記プリント配線基板の表面から大気中に放熱される。

特開２００９−３８０５８号公報（明細書第００２０段落乃至第０１１１段落、図１）

しかしながら、このように構成された従来の多層基板の放熱構造では、前記プリント配線基板の表面側側面に固着されたＬＥＤ素子等の発熱体が、通電により発熱した熱を、平面状に広げて、放熱するように構成されている。

この放熱量は、前記プリント配線基板の表面に設けられる放熱ランド部等、熱伝導率の高い金属部分の面積に略依存する。

従って、前記プリント配線基板の表面全体の面積によって、放熱量が制限されてしまう。

また、隣接配置されるＬＥＤ素子等を交互に点灯するように構成しても、同一の前記プリント配線基板の表面が、冷却されないうちに、次のＬＥＤ素子の熱が、伝達されて表面の温度を低下させることが困難であった。

更に、前記多層の基板を貫通させたバイアホールから、前記プリント配線基板の裏面側に設けられた放熱ランド部に熱を伝達させて放熱させる構成を採用しても、裏面側に、ＧＮＤ信号の信号線や、或いは電源系の銅箔等が、設けられている場合が有る。

このような場合、放熱に必要な放熱ランド部の面積を、裏面側に確保することが困難であるといった問題があった。

そこで、この発明は、限られた面積内に光源等の発熱体を配置しても、効率良く放熱可能とする多層基板の放熱構造を提供することを課題としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載されたものは、導電性材料で構成される導電層と、絶縁材料で構成される絶縁材とを交互に積層してなり、少なくとも表面側外層には、通電により発熱する発熱素子が固設されている多層基板の放熱構造であって、前記表面側外層から、裏面側外層方向へ向けて積層方向へ連通するバイアホールを、前記発熱素子の周囲に形成すると共に、前記表面側外層と裏面側外層との間に位置する内層には、前記バイアホールに介装された熱伝導材によって、前記表面側外層に位置する導電層と接続する平面状の放熱ランド部を設けている多層基板の放熱構造を特徴としている。

また、請求項２に記載されたものは、前記表面側外層に設けられた各発熱素子に対応する各放熱ランド部を異ならせた請求項１記載の多層基板の放熱構造を特徴としている。

更に、請求項３に記載されたものは、前記放熱ランド部は、前記バイアホールの周縁から薄板状に延設されている請求項１又は２記載の多層基板の放熱構造を特徴としている。

また、請求項４に記載されたものは、異なる機能を有する一対の前記発熱素子を隣接配置して、各発熱素子が接続される各放熱ランド部の導電層を、積層方向で個別に設けて、該各発熱素子に交互に通電する請求項１乃至３のうち、何れか一項記載の多層基板の放熱構造を特徴としている。

そして、請求項５に記載されたものは、前記複数対の発熱素子のうち、同一の機能を有する発熱素子を、積層方向で同一導電層に位置する複数の放熱ランド部に接続する請求項４記載の多層基板の放熱構造を特徴としている。

このように構成された請求項１記載のものは、前記バイアホールに介装された熱伝導材によって、前記発熱素子が設けられた外層と、前記内層に位置する放熱ランド部との間が接続されている。

このため、通電によって前記発熱素子が発熱しても、該バイアホールに介装された前記熱伝導材を通じて、内層に設けられた放熱ランド部に、熱が伝達されて、平面状に拡散されることにより、放熱される。

従って、外層に位置するプリント配線基板の表面側側面に他の電子部品等が実装されて、面積が減少していても、光源等の発熱体を配置出来る。

しかも、裏面側側面に形成されたＧＮＤ信号の信号線，電源系の銅箔等が専有していても、制限を受けない。

よって、容易に広い放熱面積を内層の放熱ランド部が確保することが出来るので、効率良く放熱できる。

また、請求項２に記載されたものは、各発熱体によって異なる放熱ランド部が対応しているので、他の発熱体が発熱している間でも、発熱していない発熱体に対応する放熱ランド部が、冷却される。

このため、発熱体が発熱する際に、放熱ランド部の温度は低下しているので、更に、効率良く放熱できる。

更に、請求項３に記載されたものは、前記放熱ランド部が前記バイアホールの周縁から延設されて、薄板状に延設された形状に沿って、内層内の面延設方向へ熱を拡散させる。

このため、広い面積から、外層方向へ向けて効率良く放熱できる。

そして、請求項４に記載されたものは、前記積層方向に個別に設けられた導電層の放熱ランド部に、交互に通電された各発熱素子の熱が、交互に伝えられる。

このため、一方の放熱ランド部に接続された発熱素子の発熱が起こらない間は、冷却されて、発熱している発熱素子の熱が、他方の放熱ランド部から、平面状に冷却されている一方の放熱ランド部に向けて移動して、更に、効率良く放熱される。

また、請求項５に記載されたものは、前記複数対の発熱素子のうち、同一の機能を有する発熱素子が、積層方向で同一導電層に位置する複数の放熱ランド部に各々接続されている。

このため、一つの機能を発揮させて発熱している間は、積層方向で重なる他の放熱ランド部が冷却されているので、これらの他の放熱ランド部へ向けて、放熱ランド部の熱が移動され、更に、効率良く多層基板の冷却を行うことが出来る。

この発明の実施の形態の多層基板の放熱構造で、要部の構成を説明する図２中、Ａ−Ａ線に沿った位置に相当する位置での模式的な断面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造で、集中スイッチのプリント配線基板の表面側外層に位置するＬＥＤ素子の配置を示す正面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造が適用される集中スイッチで、一方のモードが表示された状態の車室内側の正面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造が適用される集中スイッチで、他方のモードが表示された状態の車室内側の正面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造で、プリント配線基板の第４層を車室内方向から見た平面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造で、プリント配線基板の第５層を車室内方向から見た平面図である。 実施の形態の多層基板の放熱構造で、プリント配線基板の第６層を車外方向から見た平面図である。

次に、図面に基づいて、この発明を実施するための実施の形態の多層基板の放熱構造について、図１乃至図７を用いて説明する。

まず、構成から説明すると、この実施の形態の多層基板の放熱構造では、自動車の車室内前方で、インストルメントパネルの車幅方向略中央位置には、エアコンディショナー装置又は、ドライビングアシスト装置等を操作する為の集中スイッチ１が、設けられている。

この集中スイッチ１では、図２に示すプリント配線基板２の表面側外層を形成して、導電性材料で構成された第１導電層１０１を有する車室内側側面２ａが、図３及び図４に示すような樹脂製の操作カバー部材３によって覆われている。

この実施の形態のプリント配線基板２は、導電性材料で構成される前記第１導電層１０１のような導電性材料で各々構成される第２〜第６導電層１０２〜１０６と、樹脂材料等の絶縁材料で構成される第１〜第５絶縁材層２０１〜２０５とが交互に積層されて一体に構成されている。

このうち、最下層に位置する導電性材料で構成される前記第６導電層１０６は、裏面側外層を形成していて、図７に示すように、ＧＮＤ信号の信号線や、或いは電源系の銅箔等を、設けることが可能なスペースＳが、充分に確保されている。

このプリント配線基板２には、前記第１導電層１０１から、第６導電層１０６方向へ向けて積層方向へ連通するバイアホール６５…が、複数形成されている。

このうち、隣接配置されるバイアホール６５，６５は、前記第４導電層１０４及び第５導電層１０５に接続される端子毎に分けられて、熱伝導材としての金属導体６６，６６又は６７，６７が介装されることにより、電気的に接続されている。
この操作カバー部材３には、シーソースイッチ４，ボリュームスイッチ５，６及び複数の押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４が、配列されている。

また、この押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４間には、前記シーソースイッチ４のモードＡ又はモードBの切換により、異なる表示が行われるセンタディスプレイ表示部１５が設けられている。

この実施の形態では、前記シーソースイッチ４のモードＡを選択した場合には、図３に示すように、前記エアコンディショナー装置の操作表示Ａが、表示されると共に、モードBを選択した場合には、図４に示すように、前記ドライビングアシスト装置の操作表示Ｂが表示されるように構成されている。

このうち、前記押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４に対応する各裏面側には、図２に示すように、複数の押しボタンスイッチ本体２１…が、所定間隔を置いて実装されている。

この押しボタンスイッチ本体２１の近傍には、各々一対のＬＥＤ照明光源２２としての橙色ＬＥＤ２３，青色ＬＥＤ２４が、近接して配置されていて、前記各押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４に対応して、裏面側から照明光を照光可能に設けられていると共に、前記シーソースイッチ４のモードＡ，Ｂの何れかが選択された場合、複数の橙色ＬＥＤ２３…，又は複数の青色ＬＥＤ２４…が、点灯して、照明光の色調を変更可能としている。

そして、前記プリント配線基板２の面内，外方向に貫通するバイアホール６５…のうち、前記橙色ＬＥＤ２３に接続されるバイアホール６５の金属導体６６，６６は、図５に示すように、前記第４導電層１０４に設けられた平面状の放熱ランド部４１〜４３及び４４〜４６に電気的に接続されている。

また、前記プリント配線基板２の面内，外方向に貫通するバイアホール６５…のうち、前記青色ＬＥＤ２４に接続されるバイアホール６５の金属導体６７，６７は、図６に示すように、前記第５導電層１０５に設けられた平面状の放熱ランド部５１〜５３及び５４〜５６に電気的に接続されている。

このため、この実施の形態では、前記バイアホール６５…に介装された金属導体６６…によって、前記表面側外層に位置する第１導電層１０１に実装された各橙色ＬＥＤ２３…と、第４導電層１０４に位置する放熱ランド部４１〜４６とが、良好な熱伝導効率で接続されている。

また、この実施の形態では、前記バイアホール６５…に介装された金属導体６７…によって、前記表面側外層に位置する第１導電層１０１に実装された各青色ＬＥＤ２４…と、第５導電層１０５に位置する放熱ランド部５１〜５６とが、良好な熱伝導効率で接続されている。

更に、この実施の形態では、図１に示すように、前記バイアホール６５…には、面内，外方向に貫通する細孔６５ａ…が、各々形成されている。

また、これらの前記第１導電層１０１に実装された各橙色ＬＥＤ２３…に対応する第４導電層１０４の異なる放熱ランド部４１〜４６に接続されると共に、前記第１導電層１０１に実装された各青色ＬＥＤ２４…に対応して異なる各放熱ランド部５１〜５６に接続している。

そして、各放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６は、前記接続に用いられる各バイアホール６５…の周縁から、放射状に一定の寸法を有するように、正面視で、略方形薄板状に延設されている。

また、この実施の形態では、異なる機能として、発光色が異なる一対の前記発熱素子としての橙色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とが隣接配置されている。

これらの各橙色ＬＥＤ２３…が接続される各放熱ランド部４１〜４６が、設けられた第４導電層１０４と、前記青色ＬＥＤ２４…が接続される各放熱ランド部５１〜５６が、設けられた第５導電層１０５とが、積層方向で、前記第４絶縁材層２０４を介在させて個別に設けられている。

そして、この実施の形態では、前記橙色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とが、交互に通電によって、発光するように構成されている。

また、前記複数対のＬＥＤ照明光源２２の有する橙色ＬＥＤ２３と、青色ＬＥＤ２４とのうち、同一の色彩を有して、同時に発光する発熱素子を、積層方向で同一の第４導電層１０４又は第５導電層１０５に設けられている複数の放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６に接続するように構成されている。

次に、この実施の形態の多層基板の放熱構造の作用効果について説明する。

このように構成された実施の形態の多層基板の放熱構造では、前記各バイアホール６５…に介装された各金属導体６６…と６７…とによって、前記橙色ＬＥＤ２３…と、青色ＬＥＤ２４…とが設けられた表面側外層を形成する第１導電層１０１と、前記第４導電層１０４及び第５導電層１０５のように内層に位置する放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６との間が接続されている。

このため、通電によって前記橙色ＬＥＤ２３…又は、青色ＬＥＤ２４…が発光に伴って発熱しても、これらの各橙色ＬＥＤ２３…又は、青色ＬＥＤ２４…の周囲の前記バイアホール６５…に介装された前記金属導体６６…又は６７…を通じて、内層に設けられた前記第４導電層１０４及び第５導電層１０５の放熱ランド部に４１〜４６及び５１〜５６、各々熱が伝達されて、平面状に拡散されることにより、放熱される。

従って、前記第１導電層１０１に位置するプリント配線基板の表面側側面に他の電子部品等が実装されて、前記橙色ＬＥＤ２３…、青色ＬＥＤ２４…を配置出来る面積が減少していても、一対のＬＥＤ照明光源２２の橙色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４とを、近接させて配置出来る。

しかも、裏面側側面である第６導電層１０６には、充分なスペースＳを確保出来るので、ＧＮＤ信号の信号線，電源系の銅箔等を設けることにより、専有面積が減少しても、内層に位置する各放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６の面積は制限を受けない。 よって、容易に広い放熱面積を内層の放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６が、確保することが出来、発熱体の熱を効率良く拡散させて放熱できる。

また、各橙色ＬＥＤ２３と青色ＬＥＤ２４とによって異なる放熱ランド部４１〜４６と、放熱ランド部５１〜５６とが対応しているので、何れかの発熱体である橙色ＬＥＤ２３又は、青色ＬＥＤ２４が発熱している間でも、他方の発熱していない青色ＬＥＤ２４又は、橙色ＬＥＤ２３に対応する放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６が、冷却される。

このため、一方の橙色ＬＥＤ２３又は、青色ＬＥＤ２４が発熱する際に、他方の放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６の温度は、低下しているので、更に、他方の青色ＬＥＤ２４又は、橙色ＬＥＤ２３が通電による発光に伴って発熱する際には、比較的低温となっている他方の放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６方向へ向けて、前記金属導体６６…，６７…を通じて効率良く放熱できる。

更に、この実施の形態では、前記放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６に、個別に接続される各金属導体６６…，６７…を介装させた前記各バイアホール６５…の周縁から、放射状に延設されて、一定寸法以上、面延設方向へ向けて、薄板状に延設された形状に沿って、内層内の熱を拡散させる。

このため、レイアウトの自由度の制約や、他の電子部品等が実装されることにより、実装面積の制約を受ける表裏面等の外層を形成する第１導電層１０１又は、第６導電層１０６に比して、広い放熱面積を確保出来、内層部分で広範囲に拡散した熱を外層方向へ向けて効率良く放熱できる。

そして、前記積層方向に個別に設けられた第４導電層１０４又は第５導電層１０５の放熱ランド部４１〜４６又は５１〜５６に、交互に通電された各橙色ＬＥＤ２３…又は、青色ＬＥＤ２４…の熱が、交互に伝えられる。

このため、一方の放熱ランド部４１〜４６に接続された青色ＬＥＤ２４…の発熱が起こらない間は、これらの放熱ランド部４１〜４６が冷却されて、発熱している橙色ＬＥＤ２３…の熱が、他方の放熱ランド部５１〜５６から、平面状に冷却されている一方の放熱ランド部４１〜４６に向けて、内層を平行に比較的広い面積で移動して、更に、効率良く放熱される。

また、前記複数対の押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４が、同一の機能である同色の橙色ＬＥＤ２３…が、積層方向で同一の第５導電層１０５に位置する複数の放熱ランド部５１〜５６に各々接続されている。

そして、同色の青色ＬＥＤ２４…が、積層方向で同一の第４導電層１０４に位置する複数の放熱ランド部４１〜４６に各々接続されている。

このため、例えば、一方の橙色ＬＥＤ２３…を発光させて発熱している間は、積層方向で重なる他の放熱ランド部５１〜５６が冷却されている。

従って、これらの他の放熱ランド部５１〜５６へ向けて、放熱ランド部４１〜４６の熱が移動されると共に、裏面側の外層を構成する第６導電層１０６の近傍で、外気により冷却も行われているので、更に、効率良く多層基板の冷却を行うことが出来る。

また、内層内でも、前記放熱ランド部４１〜４６の熱が、反対側側面に位置する第３絶縁材層２０３…等を介して、多層に熱が伝播されて拡散されて、プリント配線基板２の温度の均一化が図られる。

しかも、交互に橙色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４が点灯されて、発熱するので、冷却された状態の放熱ランド部５１〜５６を用いて、次に点灯される青色ＬＥＤ２４…の熱を放熱出来る。

前記放熱ランド部５１〜５６では、裏面側の外層を構成する第６導電層１０６の近傍で、外気により冷却も行われているので、更に、効率良く多層基板の冷却を行うことが出来る。

更に、この実施の形態では、図１に示すように、前記バイアホール６５…に、面内，外方向に貫通する細孔６５ａ…が、各々形成されている。

この為、熱を伝播するバイアホール６５…の金属導体６６…，６７…が、各々この細孔６５ａ…を、面内，外方向に通過する外気によって冷却されて、更に効率良く、冷却を行うことが出来る。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態の多層基板の放熱構造を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、集中スイッチ１に用いる押しボタンスイッチノブ７〜１０及び１１〜１４を例示して、交互に点灯される橙色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４を冷却する放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６を内層に設けたものを説明してきたが、本発明が適用される箇所は、メータ装置及び他の車両部品等、何れ箇所であっても良く、また、発熱体は、橙色ＬＥＤ２３及び青色ＬＥＤ２４に限らず、黄色ＬＥＤ，赤色ＬＥＤ又は緑色ＬＥＤ等他の色彩の光源や、又は、発光しなくても通電により発熱するアンプ等の電子部品であってもよい。

更に、前記バイアホール６５…に介装された金属導体６６…，６７…によって、接続された平面状の放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６が、略方形薄板状に形成されているが、特にこれに限らず、円形、楕円形等、平面状であれば、形状、数量及び材質、若しくは、前記金属導体６６…，６７の本数，断面積及び形状が、限定されるものではない。

また、前記バイアホール６５…も、面内，外方向に連通されているが、特にこれに限らず、例えば、裏面側に相当する第５絶縁材層２０５及び第６導電層１０６の開口部を閉塞して構成する等、表面側外層から、裏面側外層方向へ向けて積層方向へ連通するものであれば、形状，数量及び配置間隔が、限定されるものではない。

そして、前記実施の形態では、面内，外方向に貫通する細孔６５ａ…が、前記バイアホール６５…に各々形成されているが、特にこれに限らず、細孔６５ａが設けられていないバイアホール６５を数個若しくは、全部用いて構成してもよいことは当然である。

更に、この実施の形態では、前記プリント配線基板２を構成する複数の導電層及び絶縁材層のうち、内層に位置する前記第４導電層１０４及び第５導電層１０５に、放熱ランド部４１〜４６及び５１〜５６が設けられているが、特にこれに限らず、例えば、前記表面側外層と裏面側外層との間に位置する内層で、前記バイアホール６５…に介装された金属導体６６，６７等、熱伝導材によって、前記表面側外層に位置する第１導電層１０１と接続されるものであれば、どの位置に、どのような形状で放熱ランド部を形成しても良く、しかも、この放熱ランド部及び熱伝導材の数量及び材質が限定されるものではない。

２ プリント配線基板（多層基板）
２２ ＬＥＤ照明光源（発熱体）
２３ 橙色ＬＥＤ
２４ 青色ＬＥＤ
４１〜４６，５１〜５６
放熱ランド部
６５ バイアホール
６６，６７ 金属導体（熱伝導材）
１０１〜１０６ 第１導電層（表面側外層）〜第６導電層（裏面側外層）
２０１〜２０５ 第１〜第５絶縁材層

Claims (5)

1. 導電性材料で構成される導電層と、絶縁材料で構成される絶縁材とを交互に積層してなり、少なくとも表面側外層には、通電により発熱する発熱素子が固設されている多層基板の放熱構造であって、
   前記表面側外層から、裏面側外層方向へ向けて積層方向へ連通するバイアホールを、前記発熱素子の周囲に形成すると共に、前記表面側外層と裏面側外層との間に位置する内層には、前記バイアホールに介装された熱伝導材によって、前記表面側外層に位置する導電層と接続する平面状の放熱ランド部を設けていることを特徴とする多層基板の放熱構造。
2. 前記表面側外層に設けられた各発熱素子に対応する各放熱ランド部を異ならせたことを特徴とする請求項１記載の多層基板の放熱構造。
3. 前記放熱ランド部は、前記バイアホールの周縁から薄板状に延設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の多層基板の放熱構造。
4. 異なる機能を有する一対の前記発熱素子を隣接配置して、各発熱素子が接続される各放熱ランド部の導電層を、積層方向で個別に設けて、該各発熱素子に交互に通電することを特徴とする請求項１乃至３のうち、何れか一項記載の多層基板の放熱構造。
5. 前記複数対の発熱素子のうち、同一の機能を有する発熱素子を、積層方向で同一導電層に位置する複数の放熱ランド部に接続することを特徴とする請求項４記載の多層基板の放熱構造。

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