JP4540630B2

JP4540630B2 - 高熱伝導プリント配線板

Info

Publication number: JP4540630B2
Application number: JP2006081995A
Authority: JP
Inventors: 政明村上; 隆熊谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007258506A

Description

この発明は、電子回路に利用される高熱伝導プリント配線板に関するものである。

従来の高熱伝導プリント配線板として、金属ベースプリント配線板上に種々な発熱量、また耐熱強度を持った素子を配置する際、高発熱素子は金属ベースとプリント配線を形成する銅箔との間に高熱伝導の絶縁層を介在させ、耐熱強度が低い素子については金属ベースとプリント配線を形成する銅箔との間に低熱伝導の絶縁層を介在させることにより、耐熱強度が低い素子が周囲の高発熱素子からの熱影響を受けにくいようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開昭５９−２２４１９２号公報（第３頁、第４図）

このような従来の金属ベースプリント配線板においては、耐熱強度の低い素子が、隣接する高発熱素子の熱影響は受けにくいものの、ヒートシンクとなる金属ベースへの耐熱強度の低い素子の排熱が困難になり、必要な冷却ができないという課題があった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、耐熱強度の低い素子自身が近接する高発熱素子の熱影響を受けることがなく、しかも双方の素子とも十分な冷却性能を得ることができる高熱伝導プリント配線板を得ることを目的としている。

この発明に係る高熱伝導プリント配線板は、高熱伝導部材と絶縁性基板とが交互に積層された高熱伝導プリント配線板において、上記高熱伝導部材は、上記絶縁性基板からなる断熱部を介して高発熱素子が配置される第１の領域と、耐熱強度の低い素子が配置される第２の領域とに分離され、上記第１の領域及び第２の領域はヒートシンクにそれぞれ接続されるヒートシンク接続部を有するとともに、上記第１の領域は上記高熱伝導プリント配線板の一端及び他端で上記ヒートシンク接続部により第１及び第２のヒートシンクに接続され、上記第２の領域は上記高熱伝導プリント配線板の他端で上記ヒートシンク接続部により第２のヒートシンクに接続されるものであって、上記断熱部は上記第１の領域と上記第２の領域との間において上記第２の領域を半円環状に取り囲むように形成され、上記半円環状断熱部の両端は上記高熱伝導プリント配線板の他端へ向けてスリット状にそれぞれ延在するように構成したものである。

この発明によれば、高熱伝導部材を、高発熱素子が配置される第１の領域と、耐熱強度の低い素子が配置される第２の領域に、第１の領域と第２の領域との間で第２の領域を半円環状に取り囲むように形成されて半円環状の両端がスリット状にそれぞれ延在する断熱部により熱的に分離し、第１の領域と第２の領域との熱的分離を的確に行うようにしたので、耐熱強度の低い素子が高発熱素子の熱影響を受けない。しかも、各領域がそれぞれ直接ヒートシンクに接続されているために、両領域とも十分な冷却効果を受けることができるという顕著な効果を奏するものである。

実施の形態１．
図１及び図２は本発明の実施の形態１による高熱伝導プリント配線板を説明するもので、図１は要部構成を概念的に示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。なお、図では特に厚さ方向の寸法が強調表示されている。図において、高熱伝導プリント配線板１は、一般的には例えばガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなるＦＲ４などからなる絶縁性基材２の表面部及び内部に、面方向の熱伝導を良好にするための例えば肉厚銅箔などの高熱伝導部材３を面方向に複数層設けた構造から成る。

絶縁性基材２であるＦＲ４の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるが、高熱伝導部材３として、例えば厚さ約７２μｍの銅箔を８層内挿することにより、見かけ上の面方向熱伝導率を約１１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度に向上させることができる。この高熱伝導プリント配線板１の端辺部からなるヒートシンク接続部１１（図の左側を１１Ａ、右側を１１Ｂとする）を筐体フレームなどのヒートシンク４に図示省略している固定ネジなどで固定、接続することにより、高熱伝導プリント配線板１上に配置される発熱素子からの熱を速やかにヒートシンク４に排出することができる。

この実施の形態１では、高熱伝導プリント配線板１の基板表面部１ａ上には高発熱素子５と、耐熱強度の低い素子６が配置されているが、高熱伝導部材３は図に示すように、高発熱素子５が配置される第１の領域３１と、耐熱強度の低い素子６が配置される第２の領域３２とに各層とも分離されており、第１の領域３１と第２の領域３２との間には絶縁性基材２が基板表面部１ａで剥き出し状になったスリット状の断熱部２０が板面方向から見てＵ字状に形成されている。該断熱部２０は、高発熱素子５が配置される第１の領域３１と耐熱強度の低い素子６が配置される第２の領域３２の何れの領域も、ヒートシンク接続部１１Ｂと熱的に結合されている。

なお、この例では第１及び第２の領域３１、３２とも単に端辺部に伸びて配設されていることでヒートシンク接続部１１Ｂと熱的に結合されている。また、配線回路やその他の実装パーツ類等は本発明のポイント部分と直接関係ない部分であるので図示を省略している。
上記のように構成された実施の形態１においては、図示省略している回路の動作中に発生する高発熱素子５からの発熱は図１の矢印Ａで示すように、基板表面部１ａにおける第１の領域３１及び基板内部に内装された複数の第１の領域３１を構成する高熱伝導部材に伝わり、端辺部のヒートシンク接続部１１Ａ、１１Ｂからそれぞれヒートシンク４に吸熱される。

一方、高発熱素子５の近くには耐熱強度の低い素子６が配置されているが、板面方向と板厚方向に立体的に形成されている熱伝導率の小さなスリット状の断熱部２０によって隔離された第２の領域３２上に実装されているので熱影響を受けることがない。そして、該耐熱強度の低い素子６が実装された第２の領域３２も近傍（図の右側）のヒートシンク接続部１１Ｂに熱的に結合されているので、耐熱強度の低い素子６の発生熱も矢印Ｂのように第２の領域３２を伝わり、ヒートシンク接続部１１Ｂを介してヒートシンク４により冷却される。

上記のように実施の形態１によれば、高熱伝導部材３を、高発熱素子５が配置される第１の領域３１と、耐熱強度の低い素子６が配置される第２の領域３２とを熱伝導率の小さなライン状の断熱部２０で熱的に分離すると共に、分離された第１及び第２の各領域３１、３２が直接ヒートシンク接続部１１に接続されるようにしたので、高発熱素子５と耐熱強度の低い素子６が熱的に遮断されるため、耐熱強度の低い素子６が高発熱素子５による熱影響を受けることがない。また、耐熱強度の低い素子６の第２の領域３２も高熱伝導プリント配線板１としての熱伝導性能を活かしたままヒートシンク４に接続されるため、両領域の素子とも十分な冷却を図ることが可能である。

実施の形態２．
図３及び図４は本発明の実施の形態２による高熱伝導プリント配線板を説明するもので、図３は要部構成を概念的に示す平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線における矢視断面図である。図において、基板表面部１ａには、第１の領域３１表面の高発熱素子５近傍とヒートシンク接続部１１Ｂ部分に跨って、台形状に形成されて中間部分が基板表面部１ａから所定距離離間された熱伝導率の大きな銅バーからなる金属部材７が固着されている。金属部材７は高熱伝導プリント配線板１上に配置される高発熱素子５の熱を更に効率良くヒートシンク４に移送するようにしたもので、基板表面部１ａの第１の領域３１上に形成されたパッド部（詳細図示省略）に、他の部品の接合と同じようにリフローによりはんだ接続されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、金属部材７として用いた銅材料の熱伝導率は３８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、高熱伝導プリント配線板１よりも大きな熱輸送能力がある。従って、高発熱素子５が発生する熱は、高熱伝導プリント配線板１自体の第１の領域３１部の熱輸送と合わせて、金属部材７を介して矢印Ｃで示すように更に強力にヒートシンク４へ排熱される。また、金属部材７が台形（凸状）に形成されて基板表面部１ａと離間されていることにより、その下部の第１の領域３１等、基板表面部１ａに実装された他の部品類（図示省略）と干渉することがない。なお、金属部材７は所望により複数設けることもできる。

上記のように、実施の形態２によれば、基板表面部１ａ上の第１の領域３１に設けられた高発熱素子５近傍とヒートシンク接続部１１Ｂ間を、熱伝導率の大きなＣｕ金属バーからなる金属部材７で直接接続したことにより、高発熱素子５の熱を効率良くヒートシンク４に熱輸送することができる。また、第１の領域３１への金属部材７の接続は、他の実装部品と同様にリフロー接続されていることにより、金属部材７は図示省略している他の実装部品と一緒に実装できるため、製造コストを安くすることができる。さらに、金属部材７は台形状とし、基板表面部１ａとの接続面積以外は、基板表面部１ａの部品実装面積を減らさないことにより、高発熱素子５からの熱を効率良くヒートシンク４へ熱輸送できると共に、基板表面部１ａの実装面積を有効に活用することができるなどの更なる効果が得られる。

なお、上記のような熱伝導主体的な高熱伝導プリント配線板は、真空中で作動する宇宙機器等に対して特に好ましく用いることができるが、もとより宇宙環境用のみに限定されるものではない。また、ヒートシンク４も特に限定されるものではなく、例えば高熱伝導プリント配線板１が取り付けられ、あるいは収容される筐体、水冷手段を備えた部分など、高発熱素子５の熱を吸収して高発熱素子５から離れた空間に放射できる部分等は何れも好ましく用いることができるし、複数の放熱フィンを有するものでも良い。

また、ヒートシンク接続部１１は対辺の端辺部２箇所に設けたが、設置数や設置位置は特に限定されるものではなく、所望の位置に１箇所以上設けることで同様の効果が期待できる。さらに、高熱伝導部材３を高発熱素子５が配置される第１の領域３１と、耐熱強度の低い素子６が配置される第２の領域３２に分けたが、３ヶ所以上に分けることもできる。例えば第２の領域３２と離れた位置に耐熱強度の低い素子が配置される第３の領域（図示省略）を設けることなども差し支えない。さらに、高熱伝導部材３、金属部材７としては、銅材料を好ましく用いることができるが、銅に限定されないことは当然であり、例えばアルミニウム、銀、金、それらの合金など、熱伝導に優れた材料は何れも好ましく用いることができる。

本発明の実施の形態１による高熱伝導プリント配線板の要部構成を概念的に示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。本発明の実施の形態２による高熱伝導プリント配線板の要部構成を概念的に示す平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線における矢視断面図である。

符号の説明

１高熱伝導プリント配線板、１ａ基板表面部、１１ヒートシンク接続部、２絶縁性基材、２０断熱部、３高熱伝導部材、３１第１の領域、３２第２の領域、４ヒートシンク、５高発熱素子、６耐熱強度の低い素子、７金属部材。

Claims

高熱伝導部材と絶縁性基板とが交互に積層された高熱伝導プリント配線板において、上記高熱伝導部材は上記絶縁性基板からなる断熱部を介して高発熱素子が配置される第１の領域と、耐熱強度の低い素子が配置される第２の領域とに分離され、上記第１の領域及び第２の領域はヒートシンクにそれぞれ接続されるヒートシンク接続部を有するとともに、上記第１の領域は上記高熱伝導プリント配線板の一端及び他端で上記ヒートシンク接続部により第１及び第２のヒートシンクに接続され、上記第２の領域は上記高熱伝導プリント配線板の他端で上記ヒートシンク接続部により第２のヒートシンクに接続されるものであって、上記断熱部は上記第１の領域と上記第２の領域との間において上記第２の領域を半円環状に取り囲むように形成され、上記半円環状断熱部の両端は上記高熱伝導プリント配線板の他端へ向けてスリット状にそれぞれ延在することを特徴とする高熱伝導プリント配線板。
上記高発熱素子の近傍の基板表面部と、上記ヒートシンク接続部の基板表面部との間を直接接続する熱伝導率の大きな金属部材が別途設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高熱伝導プリント配線板。
上記金属部材における、上記高発熱素子の近傍と上記ヒートシンク接続部との間の中間部分は上記基板表面部から所定寸法離間されてなることを特徴とする請求項２に記載の高熱伝導プリント配線板。
上記金属部材は、上記基板表面部に対してリフロー接続されてなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の高熱伝導プリント配線板。