JP2022097774A

JP2022097774A - プリント基板

Info

Publication number: JP2022097774A
Application number: JP2020210904A
Authority: JP
Inventors: 直毅加藤; Naoki Kato
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01

Abstract

【課題】プリント基板の熱を導電材料で形成された冷却部に伝達させる場合であっても、冷却部との電気的な絶縁性を担保しつつ、優れた熱伝導性を実現するプリント基板を提供する。
【解決手段】プリント基板２０は、第１主面２２及び第２主面２３と、貫通孔２４と、を有する本体部２１と、第１主面２２に設けられる配線パターン２５と、を有する。貫通孔２４には、配線パターン２５と電気的に接続される第１金属部６０と、配線パターン２５と電気的に絶縁される第２金属部８０と、第１金属部６０と第２金属部８０との間に設けられ、第１金属部６０と第２金属部８０とを電気的に絶縁する絶縁部７０と、を有する放熱部材５０が挿入されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント基板に関する。

プリント基板の従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されているプリント配線板を挙げることができる。特許文献１に開示されているプリント配線板は、絶縁基板と、絶縁基板を貫通する金属片収容孔と、金属片収容孔に挿入された金属片と、を有している。この金属片は、絶縁基板の一方の面に実装された電子部品と絶縁基板の他方の面に設けた放熱体とに接続されている。この金属片は、熱伝導性接着剤により放熱体に接着されている。これにより、電子部品の熱は、金属片によって放熱体へと伝達される。

特開２０１９－３３１９８号公報

特許文献１のプリント配線板では、金属片と放熱体との間の電気的な絶縁性を担保するために、絶縁基板の放熱体配置側開口端と、金属片の放熱体接続側露出面とが所定距離だけ離れるように、金属片を金属片収容孔内の所定位置に配置する必要がある。
しかしながら、金属片収容孔内の所定位置に金属片を配置することは困難であり、製造ばらつきを考慮して熱伝導性接着剤の厚みを厚くする必要がある。その結果、金属片と放熱体との間の熱伝導性が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、プリント基板の熱を導電材料で形成された冷却部に伝達させる場合であっても、冷却部との電気的な絶縁性を担保しつつ、優れた熱伝導性を実現するプリント基板を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、平板状であって、厚み方向に互いに反対となる第１主面及び第２主面と、前記厚み方向に貫通する貫通孔と、を有する本体部と、少なくとも前記第１主面に設けられる配線パターンと、を備えるプリント基板において、前記貫通孔には、前記貫通孔内における前記第１主面側に設けられ、前記配線パターンと電気的に接続される第１金属部と、前記貫通孔内における前記第２主面側に設けられ、前記第１金属部から前記厚み方向に離間して設けられるとともに、前記配線パターンと電気的に絶縁される第２金属部と、前記第１金属部と前記第２金属部との間に設けられ、前記第１金属部と前記第２金属部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を有する放熱部材が挿入されているプリント基板であることを特徴とする。

これにより、プリント基板の熱を導電材料で形成された冷却部に伝達させる場合であっても、冷却部との電気的な絶縁性を担保しつつ、優れた熱伝導性を実現することができる。

また、上記のプリント基板において、前記絶縁部は、板状部材である構成としてもよい。

これにより、絶縁部の厚みのばらつきを抑制できる。

本発明によれば、プリント基板の熱を導電材料で形成された冷却部に伝達させる場合であっても、冷却部との電気的な絶縁性を担保しつつ、優れた熱伝導性を実現するプリント基板を提供できる。

本発明の実施形態に係る回路装置を示す断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る放熱部材を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る放熱部材を示す断面図である。変形例に係る回路装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るプリント基板について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、プリント基板２０を有する回路装置１１の例である。

図１に示すように、回路装置１１は、プリント基板２０と、電子部品３０と、冷却部４０と、放熱部材５０と、を備えている。プリント基板２０は、本体部２１と、導電性を有する配線パターン２５を備えている。本体部２１は、平板状であり、本体部２１の一方の面である第１主面２２と、第１主面２２の反対側であって他方の面である第２主面２３と、貫通孔２４と、を備えている。第１主面２２と第２主面２３とは、本体部２１の厚み方向に互いに反対となっているといえる。言い換えると、第１主面２２と第２主面２３とは、本体部２１の厚み方向に互いに対向しているともいえる。貫通孔２４は、本体部２１を本体部２１の厚み方向に貫通しており、第１主面２２側の開口部である第１開口部２４Ａと、第２主面２３側の開口部である第２開口部２４Ｂとを有する。なお、貫通孔２４は、本体部２１を厚み方向に貫通していればどのような形状であってもよい。

本体部２１は、電気絶縁性を有する絶縁層を備えている。絶縁層は、例えば、ガラスエポキシ等の樹脂を有しており、ガラスクロス等の芯材にエポキシ等の樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させて形成されている。本実施形態の本体部２１は、絶縁層のみで形成されているが、本体部２１は、絶縁層の内部に配線パターンを備えるいわゆる多層基板であってもよい。

配線パターン２５は、導電性を有し、例えば、銅やアルミニウムによって形成されている。配線パターン２５は、薄板状であり、配線パターン２５の厚み方向に互いに反対となる第１面２５Ａと第２面２５Ｂとを有している。配線パターン２５は、本体部２１の第１主面２２に設けられており、電子部品３０と電気的に接続されている。なお、本実施形態の配線パターン２５は、本体部２１の貫通孔２４に放熱部材５０を挿入後に形成され、第１主面２２上と放熱部材５０上に形成される。すなわち、配線パターン２５は、放熱部材５０を覆うように形成されているといえる。

電子部品３０は、電子回路に使用される部品であり、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ、コンデンサ、ダイオード等である。電子部品３０は、プリント基板２０に実装されている。実装方法としては、表面実装でも、挿入実装でも、ベアチップ実装でもよい。
本実施形態の電子部品３０は、配線パターン２５上に設けられ、半田、導電性接着剤、Ｃｕナノ粒子ペースト、Ａｇナノ粒子ペースト等によって配線パターン２５と接合されている。

放熱部材５０は、貫通孔２４に挿入されるものであり、配線パターン２５と電気的に接続される第１金属部６０と、配線パターン２５と電気的に絶縁される第２金属部８０と、第１金属部６０と前記第２金属部８０とを電気的に絶縁する絶縁部７０と、から構成されている。本実施形態の放熱部材５０の形状は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、円柱状である。なお、放熱部材５０の形状は円柱状に限定されず、貫通孔２４に挿入できればどのような形状でもよい。

第１金属部６０は、円柱状であり、高さ方向に互いに反対となる円形状の第１端面６１及び第２端面６２と、外周面６３と、を有する。第１金属部６０は、金属製であり、例えば、銅やアルミニウムで形成されている。第２金属部８０は、円柱状であり、高さ方向に互いに反対となる円形状の第１端面８１及び第２端面８２と、外周面８３と、を有する。第２金属部８０は、金属製であり、例えば、銅やアルミニウムで形成されている。絶縁部７０は、第１金属部６０と第２金属部８０とを電気的に絶縁可能で、かつ、第１金属部６０からの熱を第２金属部８０に伝達可能な厚みを有する薄板状部材であり、厚み方向に互いに反対となる円形状の第１端面７１及び第２端面７２を有する。絶縁部７０は、絶縁材料で形成されており、例えば、ボロンナイトライドや液晶ポリマーで形成されている。絶縁部７０の厚みは、第１金属部６０と第２金属部８０とを電気的に絶縁できる範囲でなるべく薄く形成することが好ましい。

放熱部材５０は、第１金属部６０の第２端面６２と絶縁部７０の第１端面７１とが接合され、絶縁部７０の第２端面７２と第２金属部８０の第１端面８１とが接合されている。したがって、絶縁部７０は、第１金属部６０と第２金属部８０との間に設けられる。第１金属部６０、絶縁部７０及び第２金属部８０の接合方法としては、例えば、プレス加熱による接合方法や、半田や熱伝導性接着剤等を介在させた接合方法が考えられる。

以上のように構成された放熱部材５０は、貫通孔２４に挿入されている。本実施形態の放熱部材５０は、貫通孔２４に圧入されている。なお、放熱部材５０は、貫通孔２４に挿入されていればよく、貫通孔２４を区画する内周面２６と放熱部材５０の外周面との間に隙間があってもよい。内周面２６と放熱部材５０の外周面との間に隙間がある場合には、放熱部材５０は、プリント基板２０に半田等を介して接合されている。

放熱部材５０は、貫通孔２４の第１開口部２４Ａ側に第１金属部６０が配置され、貫通孔２４の第２開口部２４Ｂ側に第２金属部８０が配置されるように貫通孔２４に圧入されている。すなわち、第１金属部６０は、貫通孔２４における第１主面２２側に設けられ、第２金属部８０は、貫通孔２４における第２主面２３側に設けられ、かつ、第１金属部６０から本体部２１の厚み方向に離間して設けられている。上述したように、本体部２１の貫通孔２４に放熱部材５０を挿入後、配線パターン２５は、放熱部材５０上に形成される。したがって、第１金属部６０の第１端面６１は、配線パターン２５の第２面２５Ｂと接合されており、第１金属部６０は、配線パターン２５と電気的に接続されている。

冷却部４０は、導電性を有し、かつ、熱伝導率が高い材料で形成されている。冷却部４０は、平板状であり、冷媒（図示せず）が流通する冷媒流路（図示せず）を有する。冷却部４０は、プリント基板２０における本体部２１の第２主面２３側に設けられる。詳述すると、冷却部４０は、冷却部４０の一面である冷却面４１が、本体部２１の第２主面２３及び第２金属部８０の第２端面８２と、例えば、放熱グリスを介して対向するように配置されている。なお、冷却部４０は、放熱部材５０の熱を吸収できればよく、冷媒流路（図示せず）を有していなくてもよい。なお、冷却部４０は、プリント基板２０の配線パターン２５と電気的に絶縁されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。電子部品３０及び配線パターン２５は、電流が流れることにより発熱する。電子部品３０及び配線パターン２５の熱は、放熱部材５０を介して冷却部４０に伝達される。冷却部４０に伝達された熱は、冷却部４０にて冷媒と熱交換される。放熱部材５０には、第１金属部６０と第２金属部８０との間に絶縁部７０が設けられており、第１金属部６０と第２金属部８０とを電気的に絶縁する。これにより、絶縁部７０は、第１金属部６０と第２金属部８０との間の通電を妨げる。したがって、配線パターン２５を流れる電流が放熱部材５０を介して冷却部４０に流れることが抑制される。

本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）プリント基板２０の本体部２１が、貫通孔２４を有するとともに、貫通孔２４に挿入される放熱部材５０は、配線パターン２５と電気的に接続される第１金属部６０と、配線パターン２５と電気的に絶縁される第２金属部８０と、第１金属部６０と第２金属部８０との間に絶縁部７０とを有している。これにより、配線パターン２５の熱を第１金属部６０に伝達することができる。また、第２金属部８０は、第１金属部６０及び配線パターン２５と電気的に絶縁されているため、プリント基板２０の熱を導電材料で形成された冷却部４０に伝達させる場合であっても、配線パターン２５を流れる電流が放熱部材５０を介して冷却部４０に流れることが抑制される。したがって、プリント基板２０は、プリント基板２０の熱を導電材料で形成された冷却部４０に伝達させる場合であっても、冷却部４０との電気的な絶縁性を担保しつつ、優れた熱伝導性を有する。
（２）絶縁部７０は、薄板状部材である。したがって、絶縁部７０の厚みのばらつきを抑制できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

〇図３に示すように、本体部２１の第１主面２２に設けられる配線パターン１１０が、厚み方向に貫通する配線貫通孔１１１を備え、配線貫通孔１１１に放熱部材５０が挿通されてもよい。
〇上記の実施形態では、配線パターン２５は、本体部２１の第１主面２２に設けられているとしたが、この限りではない。例えば、配線パターンは、少なくとも本体部２１の第１主面２２に設けられていればよく、本体部２１の第２主面２３や本体部２１の内部に設けられてもよい。
〇上記の実施形態では、第１金属部６０は、本体部２１の第１主面２２に設けられた配線パターン２５に電気的に接続されているとしたが、この限りではない。例えば、第１金属部６０は、本体部２１の第２主面２３や本体部２１の内部に設けられた配線パターンに電気的に接続されてもよい。
〇第１金属部６０は、配線パターンと電気的に接続されていればよく、配線パターンと接合されていなくてもよい。例えば、第１金属部６０が、電子部品３０の電極と半田等を介して接合されることで、電子部品３０と電気的に接続される配線パターンと電気的に接続されていてもよい。
〇配線パターン２５は、第１金属部６０上に形成されていなくてもよい。
〇貫通孔２４は、貫通孔２４を区画する内周面２６が導電材料でメッキ加工された、いわゆるスルーホールであってもよい。ただし、この場合、第２金属部８０と、内周面２６に設けられた導電材料とが、電気的に接続されないようにする必要がある。例えば、第２金属部８０と、内周面２６に設けられた導電材料とを所定距離離したり、第２金属部８０の外周面８３を絶縁材でコーティングする方法等が考えられる。
〇上記の実施形態では、絶縁部７０は、薄板状部材であるが、これに限られず、第１金属部６０と第２金属部８０とを電気的に絶縁できるものであればよい。例えば、絶縁材料からなる絶縁層であってもよい。

２０プリント基板
２１本体部
２２第１主面
２３第２主面
２４、１１１貫通孔
２５、１１０、配線パターン
３０電子部品
５０放熱部材
６０第１金属部
７０絶縁部
８０第２金属部

Claims

平板状であって、厚み方向に互いに反対となる第１主面及び第２主面と、前記厚み方向に貫通する貫通孔と、を有する本体部と、
少なくとも前記第１主面に設けられる配線パターンと、を備えるプリント基板において、
前記貫通孔には、前記貫通孔内における前記第１主面側に設けられ、前記配線パターンと電気的に接続される第１金属部と、
前記貫通孔内における前記第２主面側に設けられ、前記第１金属部から前記厚み方向に離間して設けられるとともに、前記配線パターンと電気的に絶縁される第２金属部と、
前記第１金属部と前記第２金属部との間に設けられ、前記第１金属部と前記第２金属部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を有する放熱部材が挿入されていることを特徴とするプリント基板。
前記絶縁部は、板状部材であることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。