JP4002632B2 - Ｉｃチップの放熱機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップなどの電子部品に発生する熱を放熱させる電子部品の放熱方法及びその放熱機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板のＩＣチップなどの電子部品に発生する熱を放熱させるための機構は種々のものが知られている。例えば、図７に示すように、モータ駆動回路用基板９６に実装されたモータ５１を駆動するためのＩＣチップ１１は、モータ５１を高速回転させるとき発熱する。このＩＣチップ１１の熱は、例えば、図８に示すように、ＩＣチップ１１の熱を基板９６を介して金属製の放熱フィン９１に伝熱させて、放熱するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造のものでは、ＩＣチップの熱を基板９６を介して伝えるものであり、ＩＣチップ１１から放熱フィン９１に直接伝えるものではないため、ＩＣチップの熱を効率良く放熱させることができないといった問題があった。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品において発生した熱を放熱層に直接伝えることができて、効率良く放熱させることができる電子部品の放熱方法及びその放熱機構を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、電子部品にリーク電流防止層を介して接触して上記電子部品において発生した熱を放熱させる放熱層を備えるように構成している。
本発明の第２態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第１態様において、上記放熱層は、上記リーク電流防止層を介して上記電子部品を囲むように配置されているように構成することもできる。
本発明の第３態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第１又は２態様において、上記電子部品は基板に固定されており、上記放熱層は上記基板に取り付けられる金属板であり、該金属板には、上記電子部品を上記リーク電流防止層を介して収納する凹部を備えるように構成することもできる。
本発明の第４態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第１〜３のいずれかの態様において、上記リーク電流防止層は、両面粘着テープ、熱硬化性接着剤、又は、熱硬化性樹脂フィルムであるように構成することもできる。
本発明の第５態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第１，２，４のいずれかの態様において、上記電子部品は基板の凹部内に固定されており、上記凹部内に固定された上記電子部品に上記リーク電流防止層を介して上記放熱層が接触するように構成することもできる。
【０００５】
本発明の第６態様にかかる電子部品の放熱方法によれば、電子部品にリーク電流防止層を介して接触する放熱層により上記電子部品において発生した熱を放熱させるように構成している。
本発明の第７態様にかかる電子部品の放熱方法によれば、第６態様において、上記放熱層は、上記リーク電流防止層を介して上記電子部品を囲むように配置されて、上記放熱層で囲まれた上記電子部品の表面から上記電子部品の熱を上記放熱層に伝えるように構成することもできる。
本発明の第８態様にかかる電子部品の放熱方法によれば、第６又は７態様において、上記電子部品は基板に固定されており、上記放熱層は上記基板に取り付けられる金属板であり、該金属板には、上記電子部品を上記リーク電流防止層を介して収納する凹部を備えて、上記金属板の凹部で囲まれた上記電子部品の表面から上記電子部品の熱を上記金属板に伝えるように構成することもできる。
本発明の第９態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第６〜８のいずれかの態様において、上記リーク電流防止層は、両面粘着テープ、熱硬化性接着剤、又は、熱硬化性樹脂フィルムであるように構成することもできる。
本発明の第１０態様にかかる電子部品の放熱機構によれば、第６，７，９のいずれかの態様において、上記電子部品は基板の凹部内に固定されており、上記凹部内に固定された上記電子部品に上記リーク電流防止層を介して上記放熱層が接触することにより、上記電子部品の熱を上記放熱層に伝えるように構成することもできる。
【０００６】
本発明の上記態様にかかる電子部品の放熱機構及び放熱方法によれば、基板に配置された電子部品に放熱層がリーク電流防止層を介して接触しているため、電子部品が発熱した場合には、リーク電流防止層を介して、直ぐに放熱層に伝わり、伝わった熱が放熱層自体から放熱されたり、放熱層に接触する他の放熱層にさらに熱を伝えることにより、電子部品において発生した熱を直ぐに放熱でき、放熱効率を良くすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態にかかる電子部品の放熱方法及び放熱機構について説明する。一例として、図１に示すような、ＣＤ−ＲＯＭ回転駆動用のモータ５１の駆動回路の基板６に実装したＩＣチップ１１の放熱方法及び放熱機構について説明する。なお、図１の５０はモータのロータ部である。
本実施形態にかかる放熱機構は、図１に示すように、基板６に実装されたＩＣチップ１１を囲むように、リーク電流防止層２１を介して、ＩＣチップ１１において発生した熱をＩＣチップ１１以外に伝えて放熱させる放熱層の一例しての放熱板１３を取り付けて構成されている。
上記基板６は、導電性材料からなる薄板、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の銅箔に所望の回路を形成したのち、この銅箔から上記所望の回路を含む部分を基板６として切り抜いて構成されている。好ましくは、この基板６の表裏いずれか一方の面の放熱板１３を取り付ける面に、図２（Ａ）に示すように回路の短絡や酸化や傷による損傷を防止するための非導電性の紫外線硬化型レジストを塗布したのち紫外線により硬化してレジスト層１７を形成したのち、該レジスト層形成面にＩＣチップ１１を実装し、上記ＩＣチップ１１を囲むように、リーク電流防止層２１を介して、ＩＣチップ１１において発生した熱をＩＣチップ以外に伝える放熱層の一例としての放熱板１３を取り付ける。必要に応じて、上記基板６のＩＣチップ実装面において上記ＩＣチップ１１を実装する部分に、異方性導電性接着剤（ＡＣＦ）２０を、図１（Ａ）に示すように、例えば１００℃で４秒程度の時間で仮圧着する。その後、図１（Ｂ）に示すように上記ＩＣチップ１１を上記異方性導電性接着剤２０を介して上記基板６の上記ＩＣチップ実装面に実装する。このＩＣチップ実装は例えば１８０℃で２０秒程度加熱して異方性導電性接着剤２０によりＩＣチップ１１を基板６に圧着固定する。
【０００８】
次いで、必要に応じて、図１（Ｂ）に示すように上記基板６の上記ＩＣチップ実装面又は該実装面とは異なる面に、レジスト層１４を形成し、クリーム半田２２を印刷したのち該クリーム半田２２上に他の部品２３の表面実装を行い、上記クリーム半田部分をリフローする。
その後、図１（Ｃ）に示すように上記基板６の上記ＩＣチップ実装面に、リーク電流防止層２１として機能する非導電性の両面粘着テープ２１を介して、図３（Ａ）に示すような放熱層として機能するように伝熱性の高い材料例えば真鍮製の放熱板１３を貼り付ける。この放熱板１３はモータ自体を取り付けるためのブラケットとすることができる。この放熱板１３には、図１，図２（Ｃ），図３（Ａ）に示すように、予め凹部１３ａを備えるとともに、上記放熱板１３の基板側の全面に、図３（Ｂ）に示すように上記凹部１３ａを覆いながら両面粘着テープ２１を予め貼り付けておく。そして、図２（Ｃ）に示すように上記凹部１３ａ内に両面粘着テープ２１を伸ばしながら上記基板６に実装されたＩＣチップ１１が入り込むように、基板６の裏面６ｂに放熱板１３を両面粘着テープ２１により貼り付ける。この結果、図１、図２（Ｃ）、図３（Ｃ），（Ｄ）、及び図４に示すようにＩＣチップ１１の周囲が両面粘着テープ２１で覆われつつＩＣチップ１１が放熱板１３の凹部１３ａ内に入り込んだ状態となり、この状態で基板６のＩＣチップ実装面に放熱板１３が両面粘着テープ２１で固定され、真鍮製の放熱板１３とＩＣチップ１１との間には非導電性の両面粘着テープ２１が介在するため、ＩＣチップ１１から放熱板１３へのリーク電流は両面粘着テープ２１により防止できるようにしている。
こうして、図１に示すような、モータ５１に組み付けることができるようなモータ駆動回路用の基板６を製造することができる。
【０００９】
上記したように、本実施形態にかかる電子部品の放熱方法及び放熱機構によれば、基板６に配置された電子部品の一例としてのＩＣチップ１１がその凹部１３ａ内に挿入されてＩＣチップ１１の基板側とは反対側の上面及び側面全てをほぼ覆うように放熱板１３が、リーク電流防止層の一例としての両面粘着テープ２１を介して、固定されている。よって、ＩＣチップ１１が発熱した場合には、両面粘着テープ２１を介して、直ぐに放熱板１３に伝わり、伝わった熱が放熱板１３自体から放熱されたり、放熱板１３に接触する他の放熱板にさらに熱を伝えることにより、ＩＣチップ１１において発生した熱を直ぐに放熱でき、放熱効率を良くすることができる。なお、鉄製放熱板の表面にガラスクロス樹脂を塗布し、その上に銅箔を配置してエッチングにより回路を形成し、その回路にＩＣチップを固定するような放熱機構が考えられるが、ＩＣチップにおいて発生した熱は、ガラスクロス樹脂を介して鉄製の放熱板により放熱させることになり、放熱性が悪いという問題がある。これに対して、本実施形態のように、ＩＣチップ１１と放熱板１３との間にリーク電流防止層２１を介在させて配置したものの方が、ＩＣチップ１１の熱を放熱板１３に伝えやすく、放熱効率が良い。
この結果、本実施形態にかかる基板６をモータ５１の駆動回路用基板として使用する場合には、モータ５１の高速回転によりＩＣチップ１１が発熱したとしても、その熱を放熱板１３により放熱させることができ、結果として、モータ５１を放熱機能がないもの又は従来の放熱機構を有するものと比較して、より高速で回転させることができる。
【００１０】
さらに、本実施形態により製造された基板６がモータ５１の駆動回路用基板である場合でかつ両面実装の混載型実装された基板である場合には、基板６の裏面６ｂにＩＣチップ１１を配置して、放熱板１３の凹部１３ａ内に両面粘着テープ２１を介して収納する一方、基板６の表面６ａに表面実装方法（ＳＭＴ）によりホール素子などの部品２３ａ（図８参照）を実装して配置することができるため、ホール素子の位置に関係無く、ＩＣチップ１１をモータ５１の近傍に配置することができて、ＩＣチップ１１から生ずるノイズを少なくすることができる。従来は、ホール素子２３ａの近傍にＩＣチップ１１を配置すると、ＩＣチップ１１の発熱によりホール素子２３ａの機能が損なわれることがあるため、ＩＣチップ１１を図８に示すようにモータ５１の近傍に配置することができず、モータ５１から離れた位置に配置するためＩＣチップ１１にノイズが乗り易いといった問題があった。本実施形態では、ホール素子などの部品２３を基板表面に実装する一方、ＩＣチップ１１を基板６の例えば裏面に配置しかつ放熱性を高める構造としたので、ホール素子の位置（例えば部品２３の位置）に関係なく、モータ５１の近傍にＩＣチップ１１を配置することができ、ＩＣチップ１１にノイズが乗りにくくなるといった効果を奏することができる。
【００１１】
また、放熱板１３は、基板６のレジスト層１７の上に両面粘着テープ２１を介して固定されるため、放熱板１３と基板６との間の絶縁性をさらに高めることができる。
また、上記放熱板１３は、その厚さを適当なものとすることにより、基板６を保護するとともに支持する機能を持たせることもできる。上記実施形態の場合には、放熱板１３は、ＩＣチップ１１を収納する程度の厚さを持つようにするため、基板６を十分に支持する機能を持つことができる。このように基板６を支持する機能をもたせる場合には、基板６の全ての部分を支持するため、放熱板１３は基板６と同一形状以上の大きさとするのが好ましい。
【００１２】
上記リーク電流防止層としては、両面粘着テープに限られるものではなく、熱硬化性接着剤を塗布することもでき、又は熱硬化性樹脂フィルムを貼り付けるなどすることもできる。両面粘着テープ２１の場合には、アクリル系接着材が好ましく、テープ全体の厚さは１μｍ〜１００μｍとするのが好ましい。薄ければ薄い程、伝熱性が向上して好ましいが、あまり薄すぎると製造が困難となるため、製造コストとの関係で最低限の厚さは決定される。よって、実際には１０μｍ程度以上とするのが良い。ＩＣチップ１１からのリーク電流が放熱層の一例としての放熱板１３に流れるのを防止するため、導電性が無いことが要求される。また、上記リーク電流防止層を熱硬化性接着剤より構成する場合には、エポキシ系、シリコン系、又はウレタン系など種々のものが使用できる。
【００１３】
一方、放熱層としては、銅、銀など、ＩＣチップ１１において発生した熱を伝熱させるために、熱伝導性言い換えれば放熱性に優れたものならばよい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
例えば、基板６の片面のみならず、両面にＩＣチップ１１がそれぞれ突出して配置され、各ＩＣチップ１１の表面を覆うようにリーク電流防止層２１を介して放熱層１３とをそれぞれ配置してもよい。
また、放熱板１３の形状は基板６と同一形状にする必要はなく、放熱機能を達成することができるならば所望の形状にすればよい。
また、図５に示すように、放熱層の一例としての金属板３４の放熱面積を大きくするため、基板６の表裏いずれかの面のみに金属板３４が配置されるものに限らず、配置された面から他の面にまたがって延在するようにして放熱面積を大きくし、放熱機能をより高めるようにしてもよい。なお、図５において、３４ａは金属板３４のＩＣチップ１１を収納する凹部である。
【００１４】
また、上記実施形態では、基板６に放熱板１３を固定するとき、両面粘着テープ２１を使用したが、これに限るものではなく、リーク電流を防止できるものならば任意の材料を使用することができる。また、図６に示すように、リーク電流防止層４１としては、放熱層としての金属板３３を基板６に固定する機能はないが、ＩＣチップ１１から金属板３３へのリーク電流を防止できる機能を有する任意の材質のもの４１を介在させる一方、基板６と金属板３３とをネジ４２など他の固定具で固定するようにしてもよい。なお、図６において、３３ａは金属板３３のＩＣチップ１１を収納する凹部である。
また、放熱層１３に凹部１３ａを形成するのではなく、基板６側に凹部を形成するものでもよい。すなわち、図７に示すように、ＩＣチップ１１を基板３６の凹部３６ｄ内に収納し、収納されたＩＣチップ１１の露出面にリーク電流防止層２１を配置して、リーク電流防止層２１を介して放熱層３５を接触して配置するようにしてもよい。この場合、基板３６よりＩＣチップ１１の一部を若干突出させて放熱層１３の小さな凹部１３ａ内にリーク電流防止層２１を介して収納するようにしてもよい。このような基板３６は、例えば、多層基板ＡＬＩＶＨ（Ａｌｌ ｌａｙｅｒ ｉｎｎｅｒ ｖｉａ ｈｏｌｅ）などを用いれば簡単に形成することができる。すなわち、図７に示すように、貫通孔の無い基板層３６ａの上に上記凹部形成用の貫通孔を有する２枚の基板層３６ｂ，３６ｃを配置すれば、基板層３６ｂ，３６ｃにより凹部３６ｄを形成することができる。
【００１５】
また、ＩＣチップ１１は、異方性導電性接着剤２０を使用することなく基板６に実装するようにしてもよい。
例えば、基板６をＩＣチップ１１を実装する面を上向きに載置したのち、ＩＣチップ１１を吸着ノズルにより吸着して基板６の所定位置のクリーム半田上に実装したのち、他の部品２３を吸着ノズルで吸着して所定位置のクリーム半田上に実装し、次いで、ＩＣチップ１１と基板６との間に紫外線硬化型又は熱硬化型封止材を供給して封止し、封止材を紫外線又は熱により硬化させる。その後、基板６に放熱板１３を取り付けるようにしてもよい。このような実装方法としては、公知の種々の実装方法、例えばＳＢＢ（スタッド・バンプ・ボンディング）なども適用することができる。
また、レジスト層１４，１７を形成するとき、上記紫外線硬化型レジストの代わりに熱硬化型レジストを使用してもよい。また、レジスト層１４，１７は、レジスト液を基板６に塗布するものに限らず、同様な機能を有するレジストをシート状に形成したレジストシートを基板６に貼り付けて形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる電子部品の放熱機構を備えた基板をモータに組みつけた状態での一部断面側面図である。
【図２】 （Ａ）〜（Ｃ）は図１の放熱機構を有する基板の製造工程を示す断面図である。
【図３】 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１の放熱機構を有する基板の製造工程を示す説明図である。
【図４】 上記基板とＩＣチップと放熱板の一部拡大断面図である。
【図５】 本発明の他の実施形態にかかる電子部品の放熱機構の断面図である。
【図６】 本発明の他の実施形態にかかる電子部品の放熱機構の断面図である。
【図７】 本発明の他の実施形態にかかる電子部品の放熱機構の断面図である。
【図８】 従来のモータ駆動回路用基板の斜視図である。
【図９】 従来のＩＣチップの放熱機構の説明図である。
【符号の説明】
６，３６…基板、６ａ…基板の表面、６ｂ…基板の裏面、１１…ＩＣチップ、１３，３３，３４…放熱板（放熱層の例）、１３ａ…凹部、１７…レジスト層、２０…異方性導電性接着剤、２１…両面粘着テープ、２２…クリーム半田、２３…部品、４２…ネジ、５０…ロータ部、５１…モータ。

Claims (1)

1. 第１の基板層、及び第２の基板層がその厚み方向に重ねて配置された多層基板において、
   上記第２の基板層に形成された貫通孔と上記第１の基板層の表面とにより形成され、かつ、上記貫通孔の内周表面にＩＣチップの表面が接触するように当該ＩＣチップが収容される凹部と、
   上記凹部内に収容されて固定された上記ＩＣチップの当該凹部よりの露出面に配置されたリーク電流防止層と、
   当該リーク電流防止層を介して上記ＩＣチップの露出面と接触されるとともに、上記凹部の周縁部における上記第２の基板層の表面と直接接触され、当該ＩＣチップにおいて発生される熱を放熱させる放熱層とを備えることを特徴とするＩＣチップの放熱機構。

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