JP2018022764A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板コストが高くなり、放熱性が低下するという課題がある。【解決手段】はんだ領域１０を４箇所設けることで、はんだ領域１０の面積を低減する。そして、はんだ領域１０と隣接するサーマルビア領域１１には、貫通サーマルビア９を配置する。また、はんだ領域１０の周囲には貫通サーマルビア９を配置する。これにより、リフロー炉ではんだを溶融させる際に気化するフラックスがはんだ内に残留しにくくなる。更に、貫通サーマルビア９を備えた基板６を用いて、低コストで放熱性に優れた電子装置を提供する。【選択図】 図４

Description

本発明は、電子装置に関する。

発熱素子を内包した電子装置を自動車や建設機械、鉄道車両へ搭載する場合、搭載面積が限られるため、電子装置の小型化が求められる。電子装置が小型化すると、単位面積当たりの発熱量が増加するため、高放熱化が求められる。

このような電子装置として、導電性の放熱経路を基板の厚さ方向に設けて、基板の一面側の発熱部品で生じた熱を、基板の他面側に放熱するものがある。特許文献１では、基板の一面は、発熱素子と放熱経路の始端である導電性接合材とを接続し、基板の他面は、放熱経路の終端が絶縁層まで延び、絶縁層を介して外部の放熱部材と接続される。この特許文献１では、導電性の放熱経路を発熱素子と対向する基板の全領域に設けている。

特開２０１４−１３１０８１号公報

上述した特許文献は、導電性の放熱経路を発熱素子と対向する基板の全領域に設けているので、基板コストが高くなり、しかも放熱性が低下するという課題がある。

本発明による電子装置は、発熱素子の熱を伝導するヒートスプレッダと、貫通サーマルビアが形成されたサーマルビア領域と、前記貫通サーマルビアが形成されていない複数個のはんだ領域とを有し、前記はんだ領域が前記ヒートスプレッダとはんだにより接続された基板と、を備えた。

本発明によれば、基板コストを低く抑え、放熱性を向上させた電子装置を提供できる。

第１の実施形態による電子装置の外観斜視図である。 第１の実施形態による電子装置の樹脂製カバーを外した外観斜視図である。 図２のＡ−Ａ部の断面図である。 第１の実施形態による基板の上面図である。 比較例１の断面図である。 比較例１の基板の上面図である。 第１の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第２の実施形態による基板の上面図である。 第２の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第３の実施形態による基板の上面図である。 第３の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第４の実施形態による基板の上面図である。 第４の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第５の実施形態による基板の上面図である。 第５の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第６の実施形態による基板の上面図である。 第６の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。 第７の実施形態による基板の上面図である。 第７の実施形態による発熱素子の温度を比較したグラフである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による電子装置１の外観斜視図である。
図１に示すように、電子装置１は、金属製ベース２と、樹脂製カバー３で、箱形を形成している。金属製ベース２と、樹脂製カバー３は四隅をねじ（図示せず）で固定されるとともに、金属製ベース２と、樹脂製カバー３の接触部が防水接着剤（図示せず）で接着されている。外部と電子装置１間で電力や制御信号の送受信は、コネクタピン４を介して行われる。

図２は、第１の実施形態による電子装置１において、樹脂製カバー３をはずした状態の外観斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ部の断面図である。
図２に示すように、コネクタピン４は、基板６に設けられる。基板６には、発熱部品５が搭載されている。発熱部品５は、図３に示すように、発熱素子５ａと、発熱素子５ａが搭載されたヒートスプレッダ５ｂと、リード端子５ｃと、封止樹脂５ｄからなる。発熱素子５ａは、例えば、パワートランジスタ、ＩＧＢＴ、各種ＩＣなどの半導体素子である。ヒートスプレッダ５ｂは、基板６の一面６ａにはんだ８で接続されており、発熱素子５ａの熱はヒートスプレッダ５ｂにより基板６の一面６ａへ伝導される。発熱素子５ａおよびヒートスプレッダ５ｂは封止樹脂５ｄで封止される。発熱素子５ａからのリード端子５ｃは、基板の一面６ａにはんだ８で接続され、電力や信号等を送受信するのに用いられる。

基板６は、発熱部品５を搭載した基板６の一面６ａから他面６ｂまで貫通した導電性の放熱経路、所謂、貫通サーマルビア９を備えている。貫通サーマルビア９は、コア材にプリプレグを接着して所望の厚さに成形することで基板６を形成した後、ドリルやレーザで貫通孔を作成し、この貫通孔の内面に銅などのめっきで電気伝導性を付与することにより形成される。なお、貫通サーマルビア９は中空とする。

発熱部品５に生じた熱は、基板６の一面６ａに伝導された後、貫通サーマルビア９、電気絶縁性の放熱材７を介して金属製ベース２へと伝導され、金属製ベース２から外部へ放熱される。

図４は、第１の実施形態による基板６の一面６ａの上面図である。図４において、貫通サーマルビア９を○印で示し、ヒートスプレッダ５ｂと基板６の一面６ａとのはんだ領域１０を斜線で示す。基板６の一面６ａは、ヒートスプレッダ５ｂをはんだ８で接続するはんだ領域１０と、はんだ８が無いサーマルビア領域１１に分割される。端子接続用パッド１２は、リード端子５ｃとはんだ８で接続される。図中、点線で示す四角は発熱素子５ａの搭載位置ｈであり、２点鎖線で示す四角はヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈである。

このような電子装置１は、以下の方法で製造される。
まず基板６上の所望の位置にスクリーン印刷等によりはんだ８を供給し、その上に発熱部品５をマウントする。発熱部品５をマウント後、リフロー炉などではんだ８を溶融させ、基板６と発熱部品５のリード端子５ｃやヒートスプレッダ５ｂを基板６上に接続する。

基板６に発熱部品５を搭載後、コネクタピン４をフローはんだ付けやロボットはんだ付け、またはプレスフィットなどで基板６に接続する。放熱材７がディスペンス等で供給された金属製ベース２に、発熱部品５とコネクタピン４を搭載した基板６を組み付ける。基板６は、金属製ベース２に固定してもいいし、樹脂製カバー３に固定してもよい。

なお、基板６に備えられた中空の貫通サーマルビア９上にはんだ８を供給すると、はんだ８を溶融させた場合に、中空の貫通サーマルビア９内にも、はんだ８が流入し、はんだ８を印刷した基板６の一面６ａから基板６の他面６ｂへはんだ８の突起が形成される可能性がある。

上記のように貫通サーマルビア９を介してはんだ８が基板６の他面２ｂに流出することで突起が形成されている場合、基板６を組み付ける際、突起と金属製ベース２とが接触することがある。これらが接触した場合、外部の電磁ノイズが金属製ベース２、基板６の他面６ｂ側に流出したはんだ８の突起、貫通サーマルビア９等を介して発熱部品５に伝播され、発熱部品５が誤作動する可能性がある。そのためヒートスプレッダ５ｂを基板６の一面６ａにはんだ８で接続する場合に、貫通サーマルビア９が存在しないはんだ領域１０に接続し、はんだ領域１０と、はんだ８で接続しない貫通サーマルビア９が存在するサーマルビア領域１１とを互いに分離する。これにより、はんだ８が貫通サーマルビア９内に流入するのを防いで、外部の電磁ノイズが発熱部品５に伝播されるのを防止する。

図４に示すように、はんだ領域１０を４箇所設けることで、はんだ領域１０の面積を低減する。そして、はんだ領域１０と隣接するサーマルビア領域１１には、貫通サーマルビア９を配置する。また、はんだ領域１０の周囲を囲むように貫通サーマルビア９を配置する。これにより、リフロー炉ではんだ８を溶融させる際に気化するフラックスがはんだ８内に残留しにくくなる。これにより、貫通サーマルビア９を備えた基板６を用いて、低コストで放熱性に優れた電子装置１を提供する。

本実施形態では、発熱部品５にはリード形状の端子を有するＡＳＩＣを用い、組成がＳｎ（錫）−３．０Ａｇ（銀）−０．５Ｃｕ（銅）（単位：ｗｔ％）であるはんだを用いてＡＳＩＣの端子とヒートスプレッダ５ｂを基板６に接続した。基板６として、７６ｍｍ×７６ｍｍ、厚さ１．６ｍｍで、基板６に水平な方向の等価熱伝導率が２３Ｗ／ｍＫ、基板６に垂直な方向の等価熱伝導率が０．６８Ｗ／ｍＫのＦＲ４（プリント基板）を用いた。金属製ベース２として、熱伝導率が９６Ｗ／ｍＫで組成がＡＤＣ１２の鍛造品を用いた。コネクタピン４として熱伝導率が２６０Ｗ／ｍＫの銅を用いた。図４において、隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

本実施形態では、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍである。図４に示すように、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａにおいて、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの角部分に、４．５ｍｍ×４．５ｍｍのはんだ接続領域１０を４箇所、合計８１ｍｍ^２（ヒートスプレッダ面積の５６％）の面積ではんだ接続した。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図４に示した構造の電子装置１に対する比較例１として、図５に断面図を、図６に基板の上面図を示す電子装置１Ａについて説明する。図６において、点線で示す四角は発熱素子５ａの搭載位置ｈであり２点鎖線で示す四角はヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈである。ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈは１２ｍｍ×１２ｍｍの面積を有する。この比較例１の電子装置１Ａでは、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの中央に、斜線で示す９ｍｍ×９ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第１の実施形態の電子装置１と比較例１の電子装置１Ａとは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａ上のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ８１ｍｍ^２とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。

図７は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第１の実施形態の電子装置１と比較例１の電子装置１Ａについて、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。比較条件として、１０５℃の空気が風速０．５ｍ／ｓで流れる風洞を用いて、この風洞内に電子装置１、１Ａを置いて発熱素子５ａの温度をそれぞれ測定した。なお、電子装置１、１Ａを置いた部分の風洞断面は５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形断面とした。

図７に示すように、第１の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例１の電子装置１Ａにおける発熱素子５ａの温度より４．５℃低い。これにより、第１の実施形態の電子装置１は、比較例１の電子装置１Ａに比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。すなわち、第１の実施形態の電子装置１では、はんだ領域１０を四箇所に分割し、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置の角部分にそれぞれ設けると共に、互いに隣り合うはんだ領域１０の間に、はんだ接続しないサーマルビア領域１１を設けた。そのため、同じ面積のはんだ領域１０を分割せずにヒートスプレッダの中央に配置した比較例１の電子装置１Ａに比べて、各はんだ領域１０の中央から近接する貫通サーマルビア９までの距離を短くすると共に、各はんだ領域１０に近接する貫通サーマルビア９の本数を多くすることができる。その結果、図７に示すように、発熱素子５ａの温度上昇を抑制できた。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図８で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第２の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して３．６５ｍｍ×３．６５ｍｍのはんだ領域１０を４箇所、合計５３．２９ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図８に示した構造の電子装置１に対する比較例２として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例２の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に７．３ｍｍ×７．３ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第２の実施形態の電子装置１と比較例２の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ５３．２９ｍｍ^２（ヒートスプレッダ面積の３７％）とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第２の実施形態と比較例２とについて、温度測定条件は、第１の実施形態、比較例１と同じとした。

図９は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第２の実施形態の電子装置１と比較例２の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図９に示すように、第２の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例２の電子装置における発熱素子５ａの温度より３．７℃低い。これにより、第２の実施形態の電子装置１は、比較例２の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図１０で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第３の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して２．８ｍｍ×２．８ｍｍのはんだ領域１０を４箇所、合計３１．３９ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図１０に示した構造の電子装置１に対する比較例３として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例３の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に５．６ｍｍ×５．６ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第３の実施形態の電子装置１と比較例３の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間の、はんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ３１．３９ｍｍ^２（ヒートスプレッダ面積の２２％）とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第３の実施形態と比較例３とについて、温度測定条件は、第１の実施形態、比較例１と同じとした。

図１１は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第３の実施形態の電子装置１と比較例３の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図１１に示すように、第３の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例３の電子装置における発熱素子５ａの温度より０．６℃低い。これにより、第３の実施形態の電子装置１は、比較例３の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図１２で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第４の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して３．６５ｍｍ×５．３５ｍｍのはんだ領域１０と１．７ｍｍ×３．６５ｍｍのはんだ領域１０とを合わせた、Ｌ字形状のはんだ領域１０を４箇所、合計１０２．９３ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図１２に示した構造の電子装置１に対する比較例４として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例４の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に１０．１４ｍｍ×１０．１４ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第４の実施形態の電子装置１と比較例４の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積はほぼ同じ１０２．８２ｍｍ^２（ヒートスプレッダ面積の７１％）とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第４の実施形態と比較例４について、温度測定条件は、第１の実施形態、比較例１と同じとした。

図１３は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第４の実施形態の電子装置１と比較例４の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図１３に示すように、第４の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例４の電子装置における発熱素子５ａの温度より２．０℃低い。これにより、第４の実施形態の電子装置１は、比較例４の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

（第５の実施形態）
図１４は、第５の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図１４で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第５の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して、略二等辺三角形状のはんだ領域１０を４箇所、合計３６．００ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図１４に示した構造の電子装置１に対する比較例５として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例５の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に、６．００ｍｍ×６．００ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第５の実施形態の電子装置１と比較例５の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ３６．００ｍｍ^２とした。また、その他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第５の実施形態と比較例５について、温度測定条件は、第１の実施形態、比較例１と同じとした。

図１５は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第５の実施形態の電子装置１と比較例５の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図１５に示すように、第５の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例５の電子装置における発熱素子５ａの温度より２．１℃低い。これにより、第５の実施形態の電子装置１は、比較例５の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

（第６の実施形態）
図１６は、第６の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図１６で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第６の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して２．８ｍｍ×２．８ｍｍのはんだ領域１０を４箇所、および角部分のはんだ領域１０の二箇所に挟まれる部分に間に２．８ｍｍ×１．９ｍｍのはんだ領域１０を４箇所、および、中央部に１．９ｍｍ×１．９ｍｍのはんだ領域１０を１箇所、合計５６．２５ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図１６に示した構造の電子装置１に対する比較例６として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例６の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に７．５０ｍｍ×７．５０ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第６の実施形態の電子装置１と比較例６の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ５６．２５ｍｍ^２とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第６の実施形態と比較例６について、温度測定条件は、第１の実施形、比較例１と同じとした。

図１７は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第６の実施形態の電子装置１と比較例６の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図１７に示すように、第６の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例６の電子装置における発熱素子５ａの温度より２．９℃低い。これにより、第６の実施形態の電子装置１は、比較例６の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

（第７の実施形態）
図１８は、第７の実施形態による基板の上面図である。なお、電子装置１の外観斜視図は、第１の実施形態で示した図１と同様であり、電子装置１の樹脂製カバー３を外した外観斜視図は、第１の実施形態で示した図２と同様であり、断面図は、第１の実施形態で示した図３と同様であるので、その説明を省略する。

また、図１８で示す、貫通サーマルビア９、はんだ領域１０、サーマルビア領域１１、発熱素子５ａの搭載位置ｈ、ヒートスプレッダ５ｂの搭載位置Ｈの表記は、第１の実施形態で示した図４と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

第７の実施形態で用いた電子装置１の発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂの面積は１２ｍｍ×１２ｍｍであり、ヒートスプレッダ５ｂと対向する基板６の一面６ａに、ヒートスプレッダ５ｂの角部分に対応して扇形のはんだ領域１０を４箇所、および角部分のはんだ領域１０の二箇所に挟まれる部分に間に半楕円形上のはんだ領域１０を４箇所、および、中央部に円形のはんだ領域１０を１箇所、合計４４．１６ｍｍ^２の面積ではんだ接続した。隣接するはんだ領域１０の間の距離Ｌは、サーマルビア領域１１の基板６に水平な方向の熱伝導率を、サーマルビア領域１１の基板６に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、基板６の厚さｔとの積以上である。

次に、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態では、図１８に示した構造の電子装置１に対する比較例７として、図６で示した比較例１の電子装置１Ａと同様に、ヒートスプレッダ５ｂの中央にはんだ領域１０を設けた構造の電子装置を採用した。比較例７の電子装置では、ヒートスプレッダ５ｂの中央に、６．６５ｍｍ×６．６５ｍｍのはんだ領域１０を設けた。なお、第７の実施形態の電子装置１と比較例７の電子装置とは、発熱部品５のヒートスプレッダ５ｂと基板６間のはんだ領域１０の形状は異なるものの、合計面積は同じ４４．１６ｍｍ^２とした。またその他の構成、発熱素子５ａの発熱量も同じとした。第７の実施形態と比較例７とについて、温度測定条件は、第１の実施形、比較例１と同じとした。

図１９は、発熱素子５ａの温度を比較したグラフである。第７の実施形態の電子装置１と比較例７の電子装置について、発熱素子５ａを１０Ｗ発熱させた場合の発熱素子５ａの温度を比較した。図１９に示すように、第７の実施形態の電子装置１における発熱素子５ａの温度は、比較例７の電子装置における発熱素子５ａの温度より２．６℃低い。これにより、第７の実施形態の電子装置１は、比較例７の電子装置に比べて、発熱素子５ａの温度上昇を抑制し、高い放熱が可能となっていることが分かる。
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、基板６のコストを低く抑え、電子装置１に搭載される発熱部品５の放熱性を向上できる。

また、第１〜第７の実施形態によれば、はんだ領域１０とサーマルビア領域を設けることで、はんだ接続に用いるフラックス成分が気化した後、はんだ領域１０に残存せず、外部に逃げやすくなる。そのため、はんだ領域１０のボイドを低減でき、放熱性とはんだ接続部の信頼性を向上できる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子装置１は、発熱素子５ａの熱を伝導するヒートスプレッダ５ｂと、貫通サーマルビア９が形成されたサーマルビア領域１１と、貫通サーマルビア９が形成されていない複数個のはんだ領域１０とを有し、はんだ領域１０がヒートスプレッダ５ｂとはんだにより接続された基板６と、を備えた。これにより、基板コストを低く抑え、放熱性を向上させた電子装置１を提供できる。

（変形例）
本発明は、以上説明した第１〜第７の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）基板６の一面６ａに接続されるヒートスプレッダ５ｂが四角形状の場合を例に説明したが、円形などその他の形状であってもよい。この場合も、基板６は、はんだ領域１０を複数個有し、その他の領域は貫通サーマルビアが形成されたサーマルビア領域１１とすればよい。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１・・・電子装置
２・・・金属製ベース
３・・・樹脂製カバー
４・・・コネクタピン
５・・・発熱部品
５ａ・・・発熱素子、
５ｂ・・・ヒートスプレッダ
５ｃ・・・端子
５ｄ・・・封止樹脂
６・・・基板
７・・・電気絶縁性の放熱材
８・・・はんだ
９・・・貫通サーマルビア
１０・・・はんだ領域
１１・・・サーマルビア領域
１２・・・端子接続用パッド

Claims (7)

1. 発熱素子の熱を伝導するヒートスプレッダと、
   貫通サーマルビアが形成されたサーマルビア領域と、前記貫通サーマルビアが形成されていない複数個のはんだ領域とを有し、前記はんだ領域が前記ヒートスプレッダとはんだにより接続された基板と、
   を備えた電子装置。
2. 発熱素子の熱を伝導するヒートスプレッダと、
   前記ヒートスプレッダとはんだにより接続されたはんだ領域を複数個有し、前記はんだ領域の少なくとも２箇所の間に貫通サーマルビアが形成されたサーマルビア領域を有する基板と、
   を備えた電子装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子装置において、
   前記はんだ領域の面積は、前記ヒートスプレッダの面積の２２％以上７１％以下である電子装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電子装置において、
   互いに隣接する前記はんだ領域の間の距離は、前記サーマルビア領域の前記基板に水平な方向の熱伝導率を、前記サーマルビア領域の前記基板に垂直な方向の熱伝導率で除した値と、前記基板の厚さとの積以上である電子装置。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電子装置において、
   前記基板と対向する前記ヒートスプレッダは四角形状であり、前記基板は前記ヒートスプレッダの角部分に対応して前記はんだ領域を有する電子装置。
6. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電子装置において、
   前記基板と対向する前記ヒートスプレッダは四角形状であり、前記基板は前記ヒートスプレッダの辺部分に対応して前記サーマルビア領域を有する電子装置。
7. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電子装置において、
   前記はんだ領域の周囲に前記サーマルビア領域が配置されている電子装置。

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