JP2012227472A - 電子部品の実装構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回路基板の回路パターンに実装されたチップ部品と、チップ部品の両端に設けられた電極と、電子部品に配設された伝熱材と、伝熱材に接触するとともに、回路パターンと平行に固定された覆体とを備え、電極が回路接合部と立脚部とを有し、電子部品の設置高さと伝熱材の厚みとの合計が、覆体を固定する前より、固定後の方が薄くなっている電子部品の実装構造体。
【選択図】図1
Description
例えば、このような線膨張係数のおおきな違いは、チップコンデンサの端部の厚膜電極を回路基板の電極パッドに半田接合で実装した場合、使用時の温度変化に伴い接合部に熱応力が生じる。そして、発生した応力がチップコンデンサ本体に集中すると、最悪チップコンデンサが破壊するとの懸念があった。
しかし、この手段でも、サイズが大きな大容量のチップコンデンサでは、使用時の温度変化に伴う熱応力が増大し、厚膜電極に直接半田付けすると、発生する熱応力がチップコンデンサの耐力を超えてしまうとの問題があった。
特許文献1記載のチップ部品の実装構造体は、このような用途では、使用温度が高くなるので、チップ部品の放熱性がさらに不十分であるとの問題があった。
それと、車載用電装品には、大きな振動が加わるので、薄板の金属端子を介して回路基板に半田接合した実装構造体では、振動がチップ部品に伝達し、チップ部品が破損するとの問題もあった。
電子部品の放熱を配線基板側への伝熱によらない、電子部品の実装構造体には、コンデンサやコイル等の部品を配線基板面へは実装せず、各部品が収納されるケース体のケース枠部に搭載し、これらの部品におけるケース枠部側の反対側の面と、ケース体のケース蓋部の内面との間に伝熱材を設けたものがある。
この実装構造体では、実装部品である、コンデンサやコイル等から発生する熱は、伝熱材を介してケース蓋部に伝達され、ケース蓋部の外表面から放熱される(例えば、特許文献2参照)。
図1は、本発明の実施の形態1に係わる電子部品の実装構造体の断面模式図である。
図1に示すように、本実施の形態の電子部品の実装構造体100は、配線基板30と、配線基板30の回路パターンに実装された電子部品10と、電子部品10の両端に設けられた電極20と、電子部品10の回路パターン側の反対側の面に配設された伝熱材40と、伝熱材40の電子部品10との接触面(電子部品接触面と記す)の反対側の面(覆体接触面と記す)に配設された覆体50と、覆体50と配線基板30との間に設けられたスペーサ75と、覆体50をスペーサ75を介して配線基板30に固定する固定機構である、ボルト70とナット71とを備えており、覆体50が回路パターン面と平行に配線基板30に固定されている。
電子部品10は、抵抗やコンデンサの表面実装用チップ部品であり、その両端には、電極20が接続されており、電極20の一端は内側に折り曲げられており、折曲げられた部分が、配線基板30の回路パターンに半田で接合される回路接合部24aとなっている。
また、電極20には、例えば、42アロイが用いられ、その幅は電子部品10の幅と同じとし、厚みはバネ性をもたせるため0.1〜0.2mmと薄くし、電子部品10を配線基板30から浮かせる立脚部24bの高さは、0.3mm〜1mm程度である。
また、電子部品10が、セラミックが主たる構成材料のコンデンサである場合、電極20を形成する材料に、5ppm/℃程度の低線膨張係数の42アロイを用いると、熱応力の低減に、特に有効である。また、電極20を形成する材料には、42アロイ以外に、いわゆるインバー合金が用いられ、同様に熱応力を低減することができる。
それと、覆体50に伝導した熱は、ボルト70を金属で形成することにより、配線基板30へ効率良く伝導でき、配線基板30から放熱される。
しかし、本実施の形態の電子部品の実装構造体100は、電極以外にも電子部品の熱を伝導し外部に放熱する経路を有しており、放熱性が優れている。
それと、電極20に立脚部24bが設けられており、立脚部24bはバネ性を有しているので、例え、覆体50から電子部品10への押圧力が過剰になっても、立脚部24bが押圧力を緩和するので、電子部品10の破壊を防止できる。
そこで、本実施の形態の電子部品の実装構造体では、配線基板30の回路パターン面から電子部品10の伝熱材接触面までの高さ(電子部品の設置高さと記す)と伝熱材40の厚みとの合計が、覆体50を配線基板30へ固定する前より、固定後の方が薄くなるように、スペーサ75の高さが調整されている。
すなわち、配線基板30の回路パターン形成面から配線基板30に固定した覆体50の伝熱材接触面である内表面までの間隔が、電子部品10の設置高さより大きく、覆体50を固定する前の電子部品10の設置高さと伝熱材40の厚みとの合計より小さくなるように、スペーサ75の高さが設定されている。
付け加えて、個々の電子部品の実装のばらつきにより生じる高さの差も吸収でき、全ての接触箇所で放熱性を改善できる。
そのような、伝熱材40の材料としては、例えばシリコーンシートなどが挙げられ、熱伝導率6W/mK程度のものが好ましい。
また、電子部品10が傾いて実装された場合に、覆体50を電子部品10に直接押し当てる構成の場合では、覆体50が電子部品10に片当たりするが、本実施の形態のように、伝熱材40を介在させることで片当たりが発生せず、片当たりによる応力の増大を防止し、電子部品10の破損を防ぐことができる。
図2に示す、本実施の形態の電子部品の実装構造体100において、配線基板30の電子部品実装面の反対側の面にヒートシンク等の放熱体90を設けた電子部品の実装構造体100aは、配線基板30側の熱抵抗を小さくし、放熱性を高めることができる。
配線基板30と放熱体90の間には伝熱材を設けることが好ましく、また、ねじ止め等で配線基板30と放熱体90とを機械的に接続することにより、耐振性を向上することができる。
また、伝熱材40が電子部品10と覆体50との間に介在するので、覆体50が電子部品10に片当たりして擦れるなどの不具合が防止できる。
また、配線基板30の覆体50への固定が、ねじ止めの場合、ねじ70の締め付けトルクで伝熱材40の厚み管理ができるなら、スペーサ75を省略しても良い。
図3は、本発明の実施の形態2に係わる電子部品の実装構造体の断面模式図である。
図3に示すように、本実施の形態の電子部品の実装構造体200は、配線基板30と、配線基板30の回路パターンに実装された、第1の電子部品10aと第2の電子部品11と第3の電子部品12と、第1の電子部品10aの両端に設けられた電極20aと、各電子部品が搭載された配線基板30を固定した筐体本体60と、筐体本体60の蓋となる覆体50aと、覆体50aと第1の電子部品10aとの間に配設された伝熱材40とを備えている。
すなわち、電子部品を実装した配線基板30は、筐体本体60と覆体50aとで形成される筐体に収納されている。
伝熱材40は、覆体50aの内表面と第1の電子部品10aの伝熱材接触面との間に、これらの面と接して配設されている。
筐体本体60は、フィン61が設けられており、電子部品が搭載された配線基板30からの熱を放熱する放熱体でもあり、金属で形成されるのが好ましい。
覆体50aも、放熱性の面から金属であることが好ましい。
伝熱材40は、実施の形態1のものと同様である。
第3の電子部品12は、パッケージサイズの略称が1005、1608、2012のような、小さいチップ部品であり、耐熱応力性が高く、チップ部品本体の側面から裏面および表面にかけて設けられた電極21を配線基板30に半田付けしても問題なく使用できる。
第1の電子部品10aは、実施の形態1における電子部品10と同様の、パッケージサイズの略称が3216、4532、5750等である、大きいな抵抗やコンデンサ等のチップ部品である。
第1の電子部品10aの電極20aの構造も、実施の形態1における電子部品10の電極20の構造と同様である。
また、覆体50aは、筐体本体60の周壁部60aの上面に、ねじ72等の固定機構により機械的に固定されており、蓋である覆体50aとケース本体である筐体本体60とで、ケースを形成している。
また、覆体50aは、配線基板30の回路パターン形成面と平行になっているので、筐体本体60の周壁部60aにより、覆体50aの内表面と配線基板30の回路パターン形成面との間隔が規定されている。
すなわち、配線基板30の回路パターン形成面から周壁部60aに固定された覆体50aの伝熱材接触面である内表面までの間隔(配線基板から覆体までの間隔と記す)が、第1の電子部品10aの設置高さより大きく、覆体50aを固定する前の第1の電子部品10aの設置高さと伝熱材40の厚みとの合計より小さくなるように、周壁部60aの高さが設定されている。
本実施の形態でも、伝熱材40には、流動性のあるグリースや接着剤、あるいは、押圧されて薄くなるシートが用いられる。
そのため、第1の電子部品10aから配線基板まで、すなわち、第1の電子部品10aから放熱体である筐体本体60までの熱抵抗が大きく、この熱伝導経路による放熱は不十分である。
また、第1の電子部品10aの電極構造が実施の形態1の電子部品10の電極構造と同様であるので、第1の電子部品10aに覆体50aから加わる押圧力を、バネ性がある立脚部で緩和でき、第1の電子部品10aの破壊を防止できる。
また、覆体50aが第1の電子部品10aに片当たりするのも防止できる。
プリント基板の場合、筐体本体60からの放熱性を高めるために、発熱部品直下にスルーホールや銅柱などを設けて熱抵抗を下げるのが好ましい。しかし、配線基板30の裏面に電極があり、この電極と筐体本体60との電位が異なる場合は、配線基板30と筐体本体60との間に絶縁層を設ける。
本実施の形態では、配線基板30に電子部品を搭載しているが、筐体本体60の表面に絶縁層を介して銅箔による回路パターンを形成し、この回路パターンに電子部品を搭載しても良い。この場合は、特に、第2の電子部品11や第3の電子部品12の放熱性が向上する。
本実施の形態では、配線基板30の筐体本体60への固定、および、覆体50aの筐体本体60への固定は、ねじ止めとしたが、配線基板30を筐体本体60に圧力をかける固定法、および、覆体50aを筐体本体60に対して圧力をかける固定法を用いることができ、このような固定法として、圧入やパッチン止め、板バネによる固定が挙げられ、押え機構を設けても良い。
図4は、本発明の実施の形態3に係わる電子部品の実装構造体の断面模式図である。
図4に示すように、本実施の形態の電子部品の実装構造体300は、覆体に、伝熱材40との接触部の反対側である外表面にフィン51が設けられた覆体50bを用いた以外、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様であり、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様な効果を有する。
また、覆体の伝熱材40との接触部の反対側にフィン51が設けられているので、放熱性が向上している。
それと、フィン51が覆体の補強にもなるので、覆体の厚みを薄くすることができる。
図4では、フィン51が、覆体の発熱する電子部品の周辺のみに設けられているが、覆体全域の外表面に設けても良い。
蓋体の伝熱材との接触部の反対側にフィンを設けることは、実施の形態1の電子部品の実装構造体にも適用でき、同様な効果を有する。
図5は、本発明の実施の形態4に係わる電子部品の実装構造体の断面模式図である。
図5に示すように、本実施の形態の電子部品の実装構造体400は、覆体に、内表面における第1の電子部品10aが投影される部分に、第1の突出部53が設けられた覆体50cが用いられ、配線基板30の回路パターン形成面から周壁部60aに固定された覆体50cの伝熱材接触面である第1の突出部53の表面までの間隔が、第1の電子部品10aの設置高さより大きく、覆体50cを固定する前の第1の電子部品10aの設置高さと伝熱材40の厚みとの合計より小さくなるように、周壁部60aの高さが設定されている以外、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様であり、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様な効果を有する。
図示しないが、実施の形態3のように、蓋体における、伝熱材との接触部の反対側の外表面にフィンを設けても良い。
図6に示すように、別の形状の第1の突出部が設けられた覆体50dは、肉厚を大きく変化させずに覆体を塑性変形させて形成した第1の突出部54を備えたものである。この第1の突出部54はプレス加工により形成でき、覆体の製造が容易である。
図7は、本発明の実施の形態5に係わる電子部品の実装構造体における覆体を説明する、上面模式図(a)と側面模式図(b)とである。
図7に示す本実施の形態の電子部品の実装構造体は、覆体に、覆体50cの第1の突出部53の三方の周囲に、第1の突出部53を囲んで、貫通孔80が設けられた覆体50eを用いた以外、実施の形態4の電子部品の実装構造体と同様である。
図8に示す本実施の形態の電子部品の実装構造体は、覆体に、覆体50dの第1の突出部54の三方の周囲に、第1の突出部54を囲んで、貫通孔80が設けられた覆体50fを用いた以外、実施の形態4の電子部品の実装構造体400と同様である。
また、第1の電子部品の周囲の対流を促進して放熱性を向上することもできる。
図9は、本発明の実施の形態6に係わる電子部品の実装構造体における覆体を説明する、内表面模式図(a)と側面模式図(b)とである。
図9に示す本実施の形態の電子部品の実装構造体は、覆体に、覆体50aの内表面に第1の電子部品10aの外周を囲むように形成された第2の突出部55が設けられた覆体50gを用いた以外、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様である。
図9(b)に示すように、第2の突出部55をフィン構造にすると放熱性も向上する。
この覆体の構造は、実施の形態1や実施の形態3の電子部品の実装構造体にも適用できる。
図10に示す本実施の形態の電子部品の実装構造体は、覆体に、覆体50aの外表面に厚み方向の溝56を形成し、覆体50aの内表面側に突部を、第1の電子部品10aの外周を囲むように設けた覆体50hを用いた以外、実施の形態2の電子部品の実装構造体と同様である。
この覆体の構造は、実施の形態1の電子部品の実装構造体にも適用できる。
図11は、本発明の実施の形態7に係わる電子部品の実装構造体で用いられる覆体の伝熱材接触面の状態を示す断面模式図である。
図12は、本発明の実施の形態7における覆体の伝熱材接触面に形成された、第1の形状の突起部(a)と第2の形状の突起部(b)とを示す平面模式図である。
そして、伝熱材接触面の突起部52の形状は、例えば、図12(a)に示す溝状突起部521や図12(b)に示すバンプ状突起部522が挙げられる。
また、伝熱材がシートの場合、伝熱材を薄く延ばすことに加え、やはり伝熱材の領域に熱伝導性が高い覆体が混在する状態となり、熱抵抗を低減することができ、放熱性を高めることができる。
また、突起部52が溝状突起部521である場合、溝の方向は電子部品10の短手方向が好ましい。
そして、突起部52は、覆体50iの製造時に同時に形成することができる。
本実施の形態の複数の細かい突起部が設けられた覆体は、実施の形態2〜実施の形態6の覆体として適用でき、同様な効果を有する。
図13は、本発明の実施の形態8に係わる電子部品の実装構造体における電子部品の、第1の形状の電極(a)と第2の形状の電極(b)とを示す正面模式図である。
図13に示すように、本実施の形態の電子部品の実装構造体は、電子部品10の電極における立脚部が屈曲している以外、実施の形態1の電子部品の実装構造体と同様である。
本実施の形態の電子部品の電極は、実施の形態2〜実施の形態7の、電子部品あるいは第1の電子部品の電極にも適用でき、同様な効果を有する。
図14は、本発明の実施の形態9に係わる電子部品の実装構造体における電子部品の、第1の形状の電極(a)と第2の形状の電極(b)とを示す側面模式図である。
本実施の形態の電子部品の実装構造体は、電子部品10の各端部に接合された電極に、第1の形状の電極として図14(a)に示した、長手方向で分割されている電極20d、あるいは、第2の形状の電極として図14(b)に示した、回路接合部と電子部品との接合部とが、長手方向で分割されている電極20eを用いた以外、実施の形態1の電子部品の実装構造体と同様である。
本実施の形態では、電極全体あるいは局部の分割は2分割であるが、加工が可能であれば、これに限定されない。
本実施の形態の電子部品の電極は、実施の形態2〜実施の形態8の、電子部品あるいは第1の電子部品の電極として適用でき、同様な効果を有する。
12 第3の電子部品、13 電子部品、
20,20a,20b,20c,20d,20e,21 電極、
24a 回路接合部、24b 立脚部、30 配線基板、40 伝熱材、
50,50a,50b,50c,50d,50e,50f,50g 覆体、
50h,50i 覆体、51 フィン、52 突起部、521 溝状突起部、
522 バンプ状突起部、53,54 第1の突出部、55 第2の突出部、
56 溝、60 筐体本体、60a 周壁部、60b 基板搭載部、
61 フィン、70 ボルト、71 ナット、72,73 ねじ、
75 スペーサ、80 貫通孔、90 放熱体、
100,100a,200,300,400 電子部品の実装構造体。
Claims (15)
- 配線基板と、上記配線基板の回路パターンに実装された電子部品と、上記電子部品の両端に設けられた電極と、上記電子部品における上記回路パターン側の反対側の面に配設された伝熱材と、上記伝熱材における上記電子部品との接触面の反対側の面に接触するとともに、上記回路パターンに対して平行に固定された覆体とを備えた電子部品の実装構造体であって、
上記電子部品がチップ部品であり、上記電極が、上記回路パターンと接合する回路接合部と、上記電子部品を上記回路パターンから浮かす立脚部とを有しており、上記回路パターン面から上記電子部品の伝熱材側の面までの高さである電子部品の設置高さと上記伝熱材の厚みとの合計が、上記覆体を固定する前より、固定後の方が薄くなっている電子部品の実装構造体。 - 上記覆体が、スペーサを介して配線基板に固定機構で固定されており、上記配線基板の回路パターン形成面から上記覆体の内表面までの間隔が、電子部品の設置高さより大きく、上記覆体を固定する前の上記電子部品の設置高さと伝熱材の厚みとの合計より小さくなるように、上記スペーサの高さを設定したことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記配線基板における電子部品の実装面の反対側に、放熱体を設けたことを特徴とする請求項2に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記電子部品を回路パターンに実装した配線基板が、基板搭載部と上記基板搭載部の周囲に設けられた壁である周壁部とを有する筐体本体の上記基板搭載部に固定され、覆体が上記周壁部の上面に固定機構で固定されており、上記配線基板の回路パターン形成面から上記覆体の内表面までの間隔が、上記電子部品の設置高さより大きく、上記覆体を固定する前の上記電子部品の設置高さと伝熱材の厚みとの合計より小さくなるように、上記周壁部の高さを設定したことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記筐体本体にフィンを設けたことを特徴とする請求項4に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記覆体の内表面における電子部品が投影される部分に第1の突出部が設けられ、配線基板の回路パターン形成面から上記覆体の上記第1の突出部の表面までの間隔が、上記電子部品の設置高さより大きく、上記覆体を固定する前の上記電子部品の設置高さと伝熱材の厚みとの合計より小さくなるように、周壁部の高さを設定したことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記覆体の第1の突出部の三方の周囲に、上記第1の突出部を囲んで、貫通孔が設けられたことを特徴とする請求項6に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記覆体の第1の突出部がバネ性を有することを特徴とする請求項7に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記蓋体における外表面側に、フィンを設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記覆体の内表面における電子部品の外周に、第2の突出部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記覆体の外表面に上記覆体の厚み方向の溝を形成して、上記覆体の内表面側に突部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記蓋体の伝熱材との接触面に、複数の細かい突起部が設けられたことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記電極の立脚部が、屈曲していることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記電極が、少なくとも電子部品の接合部と回路接合部とにおいて、上記電極の長手方向で分割されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
- 上記電極の厚みが、0.2mm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の電子部品の実装構造体。
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