JP4627442B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板と放熱板とをはんだ付けするときの、プリント基板のベタパターンの形状に関するものである。

従来技術について図を用いて説明する。
図２は従来のプリント基板の形状を示した図である。
従来のプリント基板は、熱を発生する素子１と、プリント基板３に実装する各チップ部品２と、プリント基板３と共に放熱板７へ熱を伝達させるスルーホール４と、はんだ６を接着させるベタパターン５と、導電部であるマイクロストリップライン１２によって構成されている。また、距離１３は反りによってプリント基板が変形した長さであり、距離１４は放熱板からプリント基板表面までの距離である。

例えば、電力増幅器のように動作中に発熱が伴うデバイスの構造は、熱を発生する素子１が実装されたプリント基板３と放熱板７とをはんだ６により接続している。これは動作中の素子１から発せられた熱を、スルーホール４またはプリント基板３自体を介して放熱板７へ伝え、放熱板７から外部に熱を放出する構造としているためである。さらにベタパターン５とすることで放熱板７との接続面積を広く確保し素子１によって暖められたプリント基板３の熱をベタパターン５の面から放熱板７へ熱を放出する構造としているためである。さらに、プリント基板３の裏面のベタパターン５と放熱板７とをはんだ６により接合することによりプリント基板３と放熱板７との接続強度を向上させる役目も担っている。

従来のプリント基板に関する技術として例えば特許文献１がある。

特開２００２−１１１１４２号公報

上記従来のプリント基板接合面では、例えば前述の従来技術を用いてリフロー炉ではんだ付けした場合、プリント基板３の端面に反り９が生じることがある。この反り９によってはんだ６が表面張力で中央に集まってしまい、はんだ未接合部８が発生してしまうこととなる。この反り９は、プリント基板３の部品実装された面の温度と反対面であるベタパターン５の面との温度差により生じているものである。

前記した説明のように放熱板７は金属であるため、例えば銅の場合は約４００W/ｍ・Kと熱伝導率が高く、リフロー炉内の温度が速やかに放熱板７とはんだ６を介してベタパターン５に伝わる。これに対し、部品実装された面にはリフロー炉内の温度が伝わり難い。これは、通常部品実装された面のパターンの占める割合がベタパターン５よりも小さくなるためである。

仮に、プリント基板３の部品実装された面のパターンの占める割合がベタパターン５の１/５の場合、残り４/５の領域は熱伝導率が約０．５W/ｍ・Kと極端に低いガラスエポキシで構成されることとなる。これにより部品実装された面は、４/５が熱伝導率が極端に低いガラスエポキシとなり、リフロー炉内の温度が伝わり難くなる。

この熱伝導率の差により、リフロー炉内を通過中のプリント基板３の温度は、部品実装された面よりもその反対面であるベタパターン５の面の方が高くなる。ここでプリント基板３（ガラスエポキシ）とベタパターン５（銅）の熱膨張係数は同等の１３〜１７×１０^-６cm/cm/℃であるので、温度が高いベタパターン５の面の膨張が大きくなるのに対し、温度が低い部品実装された面の膨張が小さいベタパターン５の膨張する力で反り９が生じることとなる。

このようにプリント基板３に反り９が生じ、ベタパターン５と放熱板７との接合面積が減少することとなる。これは電力増幅器として動作した際に、ベタパターン５の面から放熱板７への熱の伝わる面積が減少し、プリント基板３内に熱が留まり、電力増幅器の温度性能劣化に繋がるという問題が生じる。

さらに、反り９の発生によりプリント基板３と放熱板７とに空間の隙間が生じることとなる。この場合、本来プリント基板３の表面に形成されたマイクロストリップライン１２は、プリント基板３の誘電率ε４．７（ガラスエポキシ）と安定した基準アースである放熱板７との距離１４で設計されているため、反り９により放熱板とベタパターン５とに距離１３の長さのはんだ未接続部８が生じると、マイクロストリップライン１２裏面のアース電位が不安定となり、マイクロストリップライン１２のインピーダンス整合が崩れ、不整合状態となり高周波信号に損失を与える問題が生じる。

また、この反り９によりベタパターン５と放熱板７の接合面積が減少し、プリント基板３と放熱板７との接合強度が低下し、剥がれ易くなるという問題が生じる。

本発明の目的は上記複数の問題について鑑み、プリント基板の反りを防ぎ、熱伝導効率劣化の防止、マイクロストリップラインの不整合、接合強度の劣化を防止することが可能となるプリント基板を提供することを目的とする。

上記従来の問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、発熱する素子と、該素子を実装するための導電パターンとを具備し、前記素子から発生した熱を放熱するための放熱板に接着するプリント基板であって、該プリント基板は前記放熱板と接着する側に少なくとも１つのスリットを設けていることを特徴とする。
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上記従来の問題点を解決するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプリント基板であって、前記プリント基板に設けられたスリットは、前記プリント基板の長手方向に対して垂直方向に設けていることを特徴とする。

上記従来の問題点を解決するため請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプリント基板であって、前記プリント基板に設けられたスリットは、櫛形の形状としたことを特徴とする。

本発明により、プリント基板の反りを防ぎ、熱伝導効率劣化の防止、マイクロストリップラインの不整合、接合強度の劣化を防止することが可能となるプリント基板を提供することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明実施の形態の一例を示した図である。
本発明では、プリント基板３の放熱板７側のベタパターン面１１にスリット１０を設けた。
また、従来技術と同一の構造部分には同じ符号を付した。
放熱板７と接合されるプリント基板３裏面のベタパターンにスリット１０を施したベタパターン１１を形成する。これにより、リフロー炉内でベタパターン１１が膨張した場合、スリット１０により膨張が分断されるため、プリント基板３の端面にかかる反り９の力が小さくなる。また、ここでスリット１０を設けることによりベタパターン１１を仕切ることができ、従来仕切りが無いために発生していた表面張力によるはんだ６の中央に集まってしまう現象を防ぐことができる。これにより、プリント基板３の端面側にもはんだが留まり、はんだ接続が確実に行われることとなる。

本発明の実施の形態によると、プリント基板３の放熱板７と接する面側にスリット１０を設けることによって、反り９が防止でき、プリント基板３と放熱板７とを確実にはんだ接続することができる。すなわち、プリント基板３のベタパターン面にスリットを設けることにより、該プリント基板３と放熱板７とを接合するリフロー工程の際に、プリント基板３が熱によって反ることを防止できる。

また、本発明の実施の形態によると、プリント基板３に設けるスリット１０は使用するプリント基板の大きさによって、その長さ、幅、本数を変化させることが可能となる。

また、本発明の実施の形態によると、プリント基板３に設けるスリット１０の本数、大きさを変化させることによって、プリント基板に必要な強度を保ちつつ、熱による変形を防止することが可能となる。

本発明における実施の形態の一例を示した図。 従来のプリント基板の形状を示した図。

符号の説明

１…素子、２…チップ部品、３…プリント基板、４…スルーホール、５…ベタパターン、
６…はんだ、７…放熱板、８…はんだ未接合部、９…反り、１０…スリット、
１１…ベタパターン、１２…マイクロストリップライン、１３…距離、１４…距離

Claims (2)

1. 少なくとも１つの発熱する素子と該素子が接続されるマイクロストリップラインとを具備した上面と、ベタパターンが形成された下面とを有し、前記ベタパターンがはんだで放熱板に接合されるプリント基板であって、
   前記ベタパターンに、前記マイクロストリップラインと直交する方向のスリットを設けたことを特徴とするプリント基板。
2. 請求項１に記載のプリント基板であって、
   前記プリント基板に設けられたスリットは、櫛形の形状としたことを特徴とするプリント基板。

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