JP2022163905A - Electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回路基板が筐体に収容されてなる電子装置に関し、特に回路基板に接するように放熱用のヒートシンクが筐体側に設けられた電子装置の改良に関する。 The present invention relates to an electronic device in which a circuit board is accommodated in a housing, and more particularly to improvement of an electronic device in which a heat sink for heat dissipation is provided on the housing side so as to be in contact with the circuit board.
回路基板に実装された発熱部品からの放熱を促進するために、例えば金属材料をブロック状に形成した熱容量の大きなヒートシンクを筐体側に設け、このヒートシンクに回路基板の熱を伝えるようにした構成の電子装置が知られている。 In order to promote heat dissipation from the heat-generating components mounted on the circuit board, for example, a heat sink with a large heat capacity formed in a block of metal material is provided on the housing side, and the heat of the circuit board is transferred to this heat sink. Electronic devices are known.
このような構成では、表層の回路パターン等により凹凸が生じる回路基板の表面とヒートシンクの表面との間の密着性が1つの課題となる。特許文献1には、回路基板表面の絶縁層に窓状に凹部を形成し、この凹部内に熱伝導性に優れたシリコン樹脂を保持して、ヒートシンクと回路基板表面との密着性を高めるようにした構成が開示されている。 In such a configuration, one problem is the adhesion between the surface of the circuit board and the surface of the heat sink, which are uneven due to the circuit pattern on the surface layer. In Patent Document 1, a window-shaped recess is formed in an insulating layer on the surface of a circuit board, and silicon resin having excellent thermal conductivity is held in the recess so as to improve adhesion between the heat sink and the surface of the circuit board. is disclosed.
特許文献1の構成では、窓状の凹部によってシリコン樹脂を保持するようにしているが、凹部内に適切な厚さにシリコン樹脂の層を形成することは困難であり、シリコン樹脂の過不足が生じやすい。また、凹部の位置に合わせてシリコン樹脂を塗布ないし充填することとなるため、その位置合わせが難しい。 In the configuration of Patent Document 1, the silicon resin is held by the window-shaped recess. likely to occur. In addition, since the silicon resin is applied or filled in accordance with the position of the recess, it is difficult to align the position.
本発明は、その一つの態様において、金属箔からなる回路パターンを表層に備えるとともに、この回路パターンを覆う絶縁被膜を有する回路基板と、上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の一部の表面に接触するヒートシンクを有する筐体と、を備えた電子装置であって、上記絶縁被膜は、0.5W/m・K以上の熱伝導率を有し、少なくとも上記ヒートシンクと接する領域においては、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して、上記回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜の厚さが、上記金属箔の厚さ分だけ大きい。 In one aspect of the present invention, a circuit board having a circuit pattern made of metal foil on its surface layer and an insulating coating covering the circuit pattern; an electronic device comprising a housing having a heat sink in contact with a surface thereof, wherein the insulating coating has a thermal conductivity of 0.5 W/mK or more, and at least in a region in contact with the heat sink, Compared to the thickness of the insulating coating on the circuit pattern, the thickness of the insulating coating at a portion not overlapping with the circuit pattern is larger by the thickness of the metal foil.
本発明の構成によれば、回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して他の箇所での絶縁被膜の厚さを金属箔の厚さ分だけ大きくすることで、ヒートシンクと接することとなる絶縁被膜に表面が基本的に平滑な平面となる。そのため、本来的なヒートシンクとの密着性が向上し、ヒートシンクによる放熱性が高く得られる。 According to the configuration of the present invention, by increasing the thickness of the insulating coating at other locations by the thickness of the metal foil as compared with the thickness of the insulating coating on the circuit pattern, it comes into contact with the heat sink. The surface of the insulating coating is basically flat and smooth. Therefore, the inherent adhesion with the heat sink is improved, and the heat dissipation by the heat sink is high.
以下、この発明を自動車用の電子装置に適用した一実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。 An embodiment in which the present invention is applied to an electronic device for automobiles will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施例である電子装置1の断面図である。この電子装置1は、例えば車両用自動変速機のコントローラとして車両の適宜位置に取り付けられるものであって、筐体2と、この筐体2の内部に収容される回路基板3と、を備えている。筐体2は、略矩形の板状をなす金属製のケース本体4と、このケース本体4の一方の面(図1では上方となる面)を覆うように膨らんだ形状をなす合成樹脂製のカバー5と、から構成されており、回路基板3の一端に取り付けられたコネクタ6がケース本体4とカバー5との間に挟持されている。回路基板3は、ケース本体4に複数のネジ7を介して取り付けられている。ケース本体4とカバー5との間にはガスケット11が設けられており、コネクタ6の周囲と筐体2との間には別のガスケット12が設けられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic device 1 that is an embodiment of the invention. The electronic device 1 is mounted at an appropriate position in a vehicle as, for example, a controller of an automatic transmission for a vehicle, and includes a housing 2 and a
回路基板3は、後述するように多層(例えば4層)のプリント配線基板からなり、主面として、ケース本体4の底面4aに面する第1面3Aと、カバー5に面する第2面3Bと、を有する。第2面3Bには、FET等の発熱部品8A,8Bを含む複数の電子部品8が表面実装されている。回路基板3の第1面3Aに対向するケース本体4の底面4aには、発熱量の大きな発熱部品8A,8Bに対応した位置にそれぞれヒートシンク9が形成されている。ヒートシンク9は、金属製ケース本体4の底壁を部分的に厚肉とすることで熱容量を大きくしたもので、底面4aから回路基板3へ向かって突出した矩形のブロック状にそれぞれ形成されている。各ヒートシンク9の頂面9aは同一平面に沿って平滑に形成されており、各々の頂面9aが回路基板3の第1面3Aに接触している。
The
図2は、ケース本体4の平面図である。図示例では、底面4aの4カ所にヒートシンク9が形成されている。ケース本体4は、車体への取付のために一対の舌片状の取付片10を備えており、四隅にはカバー5の取付ピン(図示せず)が挿入されて熱カシメされる貫通孔13が設けられている。また、上述したガスケット11が保持されるガスケット溝14の内周側の四隅に、上述したネジ7が螺合するネジ孔14が配置されている。なお、図1は、図2に示すA-A線に沿った断面に相当する。
FIG. 2 is a plan view of the
図3は、第1実施例を示す図1の一部を拡大した要部の拡大断面図である。回路基板3は、多層のプリント配線基板、具体的には4層の金属箔層21(例えば銅箔層)を備えたいわゆる4層構造のプリント配線基板から構成されている。この多層プリント配線基板は、片面もしくは両面に金属箔層21を備えた例えばガラスエポキシからなる何層かの基材22を図示せぬプリプレグ(接着剤層)を介して積層し、かつ加熱加圧して一体化することにより構成されている。そして、所望の回路パターンが、各金属箔層21のエッチングならびに積層方向に延びるビア23の形成によって構成されている。すなわち、金属箔層21として、第1面3A側から順に、第1金属箔層21A,第2金属箔層21B,第3金属箔層21C,第4金属箔層21Dを備えている。第1金属箔層21Aおよび第4金属箔層21Dはそれぞれ第1面3Aおよび第2面3Bの表層にあり、第2金属箔層21Bおよび第3金属箔層21Cは内層にある。これらの金属箔層21は、所望の回路パターン以外の部分が、エッチングにより除去されている。これにより、例えば、第2面3B側の第4金属箔層21Dでは、電子部品8(発熱部品8A,8B)の端子が接続されるランド21D1,21D2,21D3,21D4や幅の狭い複数の配線部21D5等が、回路パターンとして基材22の表面から突出した形に残存している。同様に、第1面3A側の第1金属箔層21Aでは、ビア23のメッキ層23aに接続されたランド21A1や幅の狭い複数の配線部21A2等が、回路パターンとして基材22の表面から突出した形に残存している。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 1 showing the first embodiment. The
金属箔層21A,21Dからなる回路パターンを備えた第1面3Aおよび第2面3Bには、さらに、回路パターンを覆う絶縁被膜25,26が設けられている。絶縁被膜25,26は、いわゆるソルダレジストインクからなり、スクリーン印刷等の印刷技法を用いて、はんだ付けが必要なランド21D1・・等および回路基板3の外周縁を残して回路基板3の実質的に全面に塗布されている。ここで、少なくとも第1面3Aの絶縁被膜25は、高熱伝導率の材料が用いられており、塗布乾燥後の特性として、0.5W/m・K以上の熱伝導率、好ましくは1~2W/m・K程度の熱伝導率を有している。第2面3Bの絶縁被膜26としては、第1面3Aと同じ高熱伝導率の材料を用いることが望ましいが、相対的に熱伝導率が低い材質のものであってもよい。
第2面3Bの絶縁被膜26は、一定の厚さに塗布されている。具体的には、所望の絶縁性や耐久性等の上で必要な最小限の厚さでもって各部一定の厚さ(第1の厚さ)に塗布されている。そのため、絶縁被膜26の表面形状は、エッチングで残された配線部21D5等を反映した凹凸形状となっている。
The
第1面3Aの絶縁被膜25は、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域を除き、第2面3Bの絶縁被膜26と同様に、各部一定の厚さ(第1の厚さ)に塗布されている。そのため、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域以外では、エッチングで残された回路パターンを反映した凹凸形状となっている。一方、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域(符号25A,25Bで示す)においては、エッチングにより残された回路パターン(例えば配線部21A2)上の絶縁被膜25の厚さ(第1の厚さ)に比較して、回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜25の厚さ(第2の厚さ)が、第1金属箔層21Aの金属箔の厚さ分だけ大きくなっている。この結果、ヒートシンク9の頂面9aと接する絶縁被膜25A,25Bの表面は、回路パターンの有無に拘わらず平坦となっている。なお、このように厚さが異なる絶縁被膜25A,25Bは、例えば複数回の塗布によって容易に実現できる。あるいは、1回で十分に厚く塗布した後に平坦面となるように調整しながら硬化させたり、凹凸状のまま硬化させた後に平坦面に機械加工する、なども可能である。
The
具体的な一例を挙げると、回路パターンとなる金属箔層21の厚さは18~35μm程度であり、その上に塗布される絶縁皮膜25,26の厚さ(第1の厚さ)は15μm程度である。従って、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域の絶縁被膜25A,25Bの中で回路パターンと重なっていない箇所での厚さ(第2の厚さ)は33~50μm程度となる。
To give a specific example, the thickness of the
なお、第2面3B側の絶縁被膜26の厚さは、第1面3Aの絶縁被膜25のヒートシンク9以外の部分での厚さ(第1の厚さ)と多少異なっていてもよい。またヒートシンク9に対応した領域の絶縁被膜25A,25Bにおける回路パターン上の絶縁被膜25の厚さ(第1の厚さ)は、基本的にはヒートシンク9以外の部分での絶縁被膜25の厚さ(第1の厚さ)に等しいが、加工上の制約等から両者が多少異なっていてもよい。
The thickness of the insulating
第1実施例では、上記のように基本的に平滑面をなす絶縁被膜25A,25Bの表面に、ヒートシンク9の頂面9aは、放熱グリス等を介在させることなく直接に接触した状態となる。絶縁被膜25A,25Bの表面が回路パターンによる凹凸を有さずに平滑であることから、十分に良好な密着性が得られ、その材料が高熱伝導率を有することと相まって、発熱部品8A,8Bからヒートシンク9への熱の伝達がより確実となる。ソルダレジストインクからなる絶縁皮膜25,26は、硬化状態においても多少の弾性を有するので、放熱グリス等を用いずに十分な密着性が得られる。
In the first embodiment, the
なお、本発明においては、必要に応じて絶縁被膜25A,25Bとヒートシンク9の頂面9aとの接触面に放熱グリスを塗布してもよいが、この場合においても、放熱グリスの塗布厚さを薄く(例えば100μm以下)設定することが可能である。
In the present invention, heat dissipation grease may be applied to the contact surfaces between the insulating
第1実施例では、ヒートシンク9に対応しない領域では絶縁被膜25の厚さが一定(第1の厚さ)であるので、絶縁被膜25の材料の使用量が過度に増加しない。
In the first embodiment, since the thickness of the insulating
次に、図4は、第2実施例を示す要部の拡大断面図である。この第2実施例においては、回路基板3のヒートシンク9の頂面9aと接する領域以外の領域においても、回路パターン上の絶縁被膜25の厚さ(第1の厚さ)に比較して、回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜25の厚さ(第2の厚さ)が、第1金属箔層21Aの金属箔の厚さ分だけ大きくなっている。つまり、回路基板3の全面において、回路パターン上の絶縁被膜25の厚さに比較して、回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜25の厚さが、第1金属箔層21Aの金属箔の厚さ分だけ大きくなっている。これにより、回路基板3の全面において、絶縁被膜25の表面が回路パターンの有無に拘わらず平坦となっている。なお、はんだ付けが必要な箇所に絶縁被膜25が塗布されないことは前述した通りである。
Next, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a second embodiment. In this second embodiment, the thickness of the insulating coating 25 (first thickness) on the circuit pattern is smaller than the thickness of the insulating
このように絶縁被膜25の全面を同様の構成とすることで、絶縁被膜25の塗布や表面の平滑化が容易となり得る。
By making the entire surface of the insulating
さらに、図4に示す第2実施例においては、第2面3Bの絶縁被膜26の中で、発熱部品8A,8Bのパッケージが重なる領域に、絶縁被膜26が局部的に厚く形成されている。図4では、この局部的に厚くなった箇所の絶縁被膜26を符号26A,26Bとして示す。好ましくは、これらの絶縁被膜26A,26Bの厚さは、絶縁被膜26A,26Bの表面にパッケージの底面が密接するように設定することが望ましい。また、第2面3Bの絶縁被膜26として、第1面3Aの絶縁被膜25と同様に熱伝導率が高いものを用いることが望ましい。
Furthermore, in the second embodiment shown in FIG. 4, the
このように発熱部品8A,8Bのパッケージに接するように絶縁被膜26A,26Bを厚肉化することで、発熱部品8A,8Bからヒートシンク9へ至る熱伝達がより効果的となる。なお、仮に絶縁被膜26A,26Bの表面がパッケージの底面に完全に密接していない場合でも、絶縁被膜26A,26Bを厚肉化することで、両者が互いに接近して位置することとなり、熱伝導効率が向上する。
By increasing the thickness of the insulating
次に、図5は、この発明の第3実施例を示す要部の拡大断面図である。この第3実施例では、ヒートシンク9は発熱部品8Aに重なる位置ではなく、熱伝達のために設けられる複数のビア31(いわゆるサーマルビア)に対応した位置に設けられている。ビア31は回路基板3の積層方向に延びており、内周のメッキ層31aが第1面3Aの金属箔層21Aと第2面3Bの金属箔層21Dとを熱的に接続している。従って、ビア31の開口縁においては、それぞれ金属箔層21A、21Dの一部として、円環状ないし適宜な形状をなすランド21A3,21D6が残存している。なお、第1面3Aにおけるランド21A3は、請求項における回路パターンの一部に相当する。
Next, FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main portion showing a third embodiment of the invention. In this third embodiment, the
回路基板3の第2面3Bには、発熱部品8Aを含む複数の電子部品8が実装されており、第1面3Aにもいくつかの電子部品8が実装されている。ヒートシンク9は、第1面3Aにおける電子部品8との干渉を避けるために、発熱部品8Aの位置から側方にずれた位置に形成されている。そして、発熱部品8Aからヒートシンク9への熱伝達経路を確保するためにビア31が設けられている。
A plurality of
回路基板3の第1面3Aに設けられた絶縁被膜25は、第1実施例と同様に、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域を除き、一定の厚さ(第1の厚さ)に塗布されている。そのため、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域以外では、エッチングで残された回路パターンを反映した凹凸形状となる。一方、ヒートシンク9の頂面9aと接する領域(符号25Cで示す)においては、エッチングにより残された回路パターン(例えばランド21A3)上の絶縁被膜25の厚さ(第1の厚さ)に比較して、回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜25の厚さ(第2の厚さ)が、第1金属箔層21Aの金属箔の厚さ分だけ大きくなっている。この結果、ヒートシンク9の頂面9aと接する絶縁被膜25Cの表面は、回路パターンの有無に拘わらず平坦となっている。
The insulating
これによりビア31端部のランド21A3を覆う絶縁被膜25Cの表面とヒートシンク9頂面9aとの密着性が高く得られ、ビア31を経由した発熱部品8Aからヒートシンク9への熱伝達が確実に得られる。なお、前述したように、絶縁被膜25Cの表面とヒートシンク9の頂面9aとの間に放熱グリス等は不要であるが、必要に応じて放熱グリスを薄く塗布するようにしてもよい。
As a result, the surface of the insulating
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば上記実施例ではヒートシンク9がケース本体4の底壁の一部として形成されているが、どのような形態のヒートシンクであってもよい。また、絶縁被膜としては、ソルダレジストインクに限られない。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, although the
以上のように、この発明の電子装置は、金属箔からなる回路パターンを表層に備えるとともに、この回路パターンを覆う絶縁被膜を有する回路基板と、上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の一部の表面に接触するヒートシンクを有する筐体と、を備えた電子装置であって、上記絶縁被膜は、0.5W/m・K以上の熱伝導率を有し、少なくとも上記ヒートシンクと接する領域においては、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して、上記回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜の厚さが、上記金属箔の厚さ分だけ大きい。 As described above, the electronic device of the present invention includes a circuit board having a circuit pattern made of metal foil on its surface layer and an insulating coating covering the circuit pattern, and a housing having a heat sink in contact with a surface of the electronic device, wherein the insulating coating has a thermal conductivity of 0.5 W/m·K or more, and at least in a region in contact with the heat sink (2) The thickness of the insulating coating at the portion not overlapping with the circuit pattern is larger by the thickness of the metal foil than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern.
本発明の具体的な一つの態様では、上記ヒートシンクと接する領域を含む上記回路基板の全面において、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して、上記回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜の厚さが、上記金属箔の厚さ分だけ大きい。 In one specific aspect of the present invention, in the entire surface of the circuit board including the region in contact with the heat sink, the thickness of the insulating coating on the circuit pattern is greater than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern, and the portion not overlapping the circuit pattern is The thickness of the insulating coating is as large as the thickness of the metal foil.
また本発明の他の一つの態様では、上記ヒートシンクと接する領域においては、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して、上記回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜の厚さが、上記金属箔の厚さ分だけ大きく、上記回路基板の他の領域においては、絶縁被膜の厚さが、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに等しい一定の厚さである。 In another aspect of the present invention, in a region in contact with the heat sink, the thickness of the insulating coating at a location not overlapping the circuit pattern is greater than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern. , is greater by the thickness of the metal foil, and in other regions of the circuit board, the thickness of the insulating coating is a constant thickness equal to the thickness of the insulating coating on the circuit pattern.
本発明の好ましい一つの態様では、上記回路パターンの一部としてビア端部のランドが上記ヒートシンクと接する領域に含まれている。 In a preferred aspect of the present invention, as part of the circuit pattern, a land at the end of the via is included in the area contacting the heat sink.
また、本発明の好ましい一つの態様では、上記回路基板の上記ヒートシンクとは反対側となる第2の面に発熱部品が実装されており、上記第2の面の上記発熱部品のパッケージが重なる領域に、絶縁被膜が局部的に厚く形成されている。 In a preferred aspect of the present invention, a heat-generating component is mounted on a second surface of the circuit board opposite to the heat sink, and a region of the second surface where the package of the heat-generating component overlaps. In addition, the insulating coating is locally thickened.
1…電子装置、2…筐体、3…回路基板、4…ケース本体、5…カバー、8A,8B…発熱部品、9…ヒートシンク、9a…頂面、21…金属箔層、21A2…配線部、21A3…ランド、25,26…絶縁被膜、31…ビア。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electronic device, 2... Housing, 3... Circuit board, 4... Case main body, 5... Cover, 8A, 8B... Heat-generating component, 9... Heat sink, 9a... Top surface, 21... Metal foil layer, 21A2... Wiring part , 21A3... land, 25, 26... insulating film, 31... via.
Claims (5)
上記回路基板を収容し、かつ上記回路基板の一部の表面に接触するヒートシンクを有する筐体と、
を備えた電子装置であって、
上記絶縁被膜は、0.5W/m・K以上の熱伝導率を有し、
少なくとも上記ヒートシンクと接する領域においては、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに比較して、上記回路パターンと重なっていない箇所での絶縁被膜の厚さが、上記金属箔の厚さ分だけ大きい、
電子装置。 A circuit board having a circuit pattern made of metal foil on its surface and an insulating coating covering the circuit pattern;
a housing containing the circuit board and having a heat sink in contact with a surface of a portion of the circuit board;
An electronic device comprising
The insulating coating has a thermal conductivity of 0.5 W/m·K or more,
At least in a region in contact with the heat sink, the thickness of the insulating coating at a portion not overlapping with the circuit pattern is greater than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern by the thickness of the metal foil. ,
electronic device.
請求項1に記載の電子装置。 Over the entire surface of the circuit board, including the area in contact with the heat sink, the thickness of the insulating coating at locations not overlapping the circuit pattern is greater than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern. larger by the thickness,
An electronic device according to claim 1 .
上記回路基板の他の領域においては、絶縁被膜の厚さが、上記回路パターン上の絶縁被膜の厚さに等しい一定の厚さである、
請求項1に記載の電子装置。 In the region in contact with the heat sink, the thickness of the insulating coating at a portion not overlapping with the circuit pattern is greater than the thickness of the insulating coating on the circuit pattern by the thickness of the metal foil,
In other regions of the circuit board, the thickness of the insulating coating is a constant thickness equal to the thickness of the insulating coating on the circuit pattern.
An electronic device according to claim 1 .
請求項1~3のいずれかに記載の電子装置。 A land at the end of the via as part of the circuit pattern is included in a region in contact with the heat sink,
The electronic device according to any one of claims 1 to 3.
上記第2の面の上記発熱部品のパッケージが重なる領域に、絶縁被膜が局部的に厚く形成されている、
請求項1~4のいずれかに記載の電子装置。 A heat-generating component is mounted on a second surface opposite to the heat sink of the circuit board,
An insulating coating is locally thickly formed in a region of the second surface where the package of the heat-generating component overlaps.
The electronic device according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
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