JP5191925B2 - 放熱パターンを備えた積層回路基板及び放熱パターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器等に搭載される積層回路基板に関するものであり、より詳しくは、回路基板における放熱効果を向上させるための放熱パターンを備えた積層回路基板に関するものである。

多くの電子機器には、通常、集積回路（ＩＣ）などの各種電子部品を実装した回路基板（プリント配線板）が搭載されている。この各種電子部品の高性能化（処理能力の向上、高速化）や、配線の複雑化、高密度化等によって、回路基板からの放熱量が多くなる傾向がある。これは、回路基板に実装された電子部品から発せられる熱によるものであるが、この熱が、電子部品を誤作動させたり、電子部品あるいは回路基板を破損したりする原因となっている。

そこで、前記電子部品および該電子部品を実装した回路基板の温度上昇を抑制すべく、電子部品から発せられる熱を効率的に放熱、分散させる方法が従来から考えられてきた。従来の回路基板においては、熱源である電子部品にヒートシンクを取り付けたり、冷却ファンを備えるようにして、熱を放散させるような手段が講じられている。

特開２００４−００６５７６号公報 特開２００６−０５４２７４号公報

しかしながら、上記ヒートシンクや冷却ファンを用いる方法では、ヒートシンクや冷却ファンを取り付けるスペースが必要となる。したがって、電子機器製品を小型化、薄型化を図る際の障害となっていた。
また、ヒートシンクや冷却ファンの部材を必要とするため、部品点数が多くなり、製品の製造工程が増えると共に複雑化し、しかもコストの上昇を招いていた。

本発明は上記のような問題点を克服するためになされたものであり、簡単な構成で少ないスペースを有効に活用して、回路基板面上で発生する熱を速やかに放散させることのできる放熱パターンを備えた積層回路基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、多くの部材を必要とせず、製造が容易で、かつコスト面でも優れた積層回路基板を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、これまでは基板の配線パターン作成後、不要なパターン領域はエッチング等の方法により取り除かれていたが、これを有効に利用して基板上で発生する熱を放散させることを考えた。

すなわち、本発明に係る放熱パターンを備えた積層回路基板は、回路基板を複数枚積層して形成した積層回路基板において、
前記複数枚の回路基板のうち１層は、ＩＣからなる電子部品が実装されるとともに、絶縁体材料よりなる基体面上に薄膜導体からなる配線パターン形成してなる回路基板であって、
前記配線パターンは、少なくとも信号パターンと電源パターンとを備え、
かつ前記信号パターンと電源パターンとを除く当該面上の残余領域に前記電源パターンと導通する放熱パターンを薄膜導体により形成したものであり、
そして、前記回路基板により積層回路基板の一方の面の最外層が形成されるとともに、他方の面の最外層はＬＥＤが実装された回路基板により形成され、かつ、前記最外層の両回路基板の間に、電源パターンと導通する放熱パターンを形成した回路基板が配置されていることを特徴とする。

前記基体は、エポキシ樹脂等の有機材料で形成されてもよく、あるいはセラミック等無機系の材料で形成されるようにしてもよい。また、前記配線パターンは、銅、アルミなどの導電性金属薄膜で形成されるものであり、基板上に実装される各種電子部品に電力を供給する電源パターンや制御信号を伝達する信号パターン、グラウンドパターンなどを含む。配線パターンの形成方法は、所謂アクティブ法によってもよく、あるいはサブトラクト法によってもよい。

本発明に係る放熱パターンを備えた積層回路基板によれば、電源パターンに接続した電源ＩＣなどで発生する熱が放熱パターンに伝わり、該放熱パターン全体に拡散される。配線パターンに使用される銅、アルミ等は導電性のみならず熱伝導性も高いので、基板面上で局所的に発生する熱を速やかに拡散することができる。また、この放熱パターンは、基板面上の信号パターン等が形成されていない残余領域を利用して薄膜導体によって形成されるので、ヒートシンクを用いる場合のように放熱用部材のために広いスペースを確保する必要がない。

なお、基板上の信号パターン等が形成されていない残余領域をできるだけ広く埋めるように放熱パターンを形成すれば、熱の拡散する面積が広くなり放熱効果が高くなる。

また、本発明に係る回路基板において、放熱パターンは電源パターンと一体に形成されているようにすれば、電源パターンを拡張して作製するだけでよいので、回路基板の作製が容易である。

さらに、本発明の放熱パターンを備えた積層回路基板においては、回路基板を複数枚積層して形成した積層回路基板において、前記複数枚の回路基板のうち少なくとも１層に上記放熱パターンを備えた回路基板構成を備える。

また、本発明は、上記放熱パターンを備えた積層回路基板の放熱パターンを形成する方法であって、該放熱パターンは、配線パターンを形成する際に、形成した配線パターンのうち不要な領域をエッチングにより除去せず、放熱パターンとして残すようにして形成することを特徴とする。

このようにすれば、放熱パターンの形成が容易であり、かつエッチング等により電源パターンとして不要な領域を除去する作業が不要となるので、効率的である。

本願発明に係る放熱パターンを備えた積層回路基板によれば、上述の通り基板面上で発生する熱が放熱パターンに伝わり、基板全体に拡散される。この放熱パターンは、薄膜導体によって形成されるので、放熱用部材のために広いスペースを確保する必要がない。したがって、簡単な構成でスペースを有効に活用して、回路基板上の熱を放散させることが可能となる。
また、回路基板の作製が容易であるとともに、ヒートシンクなどの部材を必要としないので、コスト面でも優れている。

回路基板の一実施形態を示す斜視図である。 図１の回路基板を４層に分離した状態の本発明に係る放熱パターンを備えた積層回路基板の実施の一形態を示す説明図である。

以下、本願発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、回路基板の一実施形態を示すものであり、基体２上に薄膜導体からなる配線パターン（３１、４１Ａ、４１Ｂ）が形成されて回路基板１を構成している。

基体２上には様々な電子部品が実装される（電源ＩＣ５Ａ、５Ｂ以外は図示せず）。図１に示す電源ＩＣ５Ａ、５Ｂは、いずれも三端子レギュレータであり、外部から供給される電圧を一定の電圧に降下させて回路基板１の回路へ供給する。このとき電源ＩＣ５Ａ、５Ｂにおける「入力する電圧と出力する電圧との差」×「電流」が該電源ＩＣ５Ａ、５Ｂのからの発熱となる。したがって、この電源ＩＣ５Ａ、５Ｂで発生する熱を分散、放熱するための対策が必要となる。

尚、電源ＩＣとは、電源から送り出される電気エネルギーの電圧をコントロールし、回路基板上の電子部品に安定した電圧を供給するためのＩＣチップのことであり、具体的には、上記三端子レギュレータなどのシリーズ・レギュレータのほか、またはシャント・レギュレータ等を適宜利用できる。

基体２は、ガラス繊維を布状に編んだガラス織布にエポキシ樹脂を滲みこませて作製されたものであるが、この実施形態に限定されるものではなく、他の既知の基体材料を使用したものでもよい。基体２上には、配線パターン（３１、４１Ａ、４１Ｂ）が形成されている。この配線パターン（３１、４１Ａ、４１Ｂ）は、いずれも銅製薄膜を印刷、メッキ等の方法によって基体２上に定着させ形成したものである。配線パターン３１は、信号パターンであり、この信号パターン３１を介して各電子部品間における制御信号等の伝達がなされる。

また、配線パターン４１Ａ、４１Ｂは、電源パターンであり、かつ放熱パターンである。すなわち、電源パターン４１Ａ、４１Ｂは、電源ＩＣ５Ａ、５Ｂから出力された電力を基体２上に実装される各電子部品（図示せず）に供給するためのものであるが、基体２上で信号パターン３１が形成されていない残余領域の大部分にまで拡張して形成されており、この電源パターン４１Ａ、４１Ｂが、放熱パターンとしての役割も兼ねている。このとき、放熱パターン４１Ａ、４１Ｂは、信号パターンの外周に沿って（無論、信号パターンに接触しないように）出来る限り広く形成されれば放熱効果が向上するが、必ずしも全ての残余領域にわたって形成される必要はない。

尚、配線パターン（３１、４１Ａ、４１Ｂ）の形成は、所謂アクティブ法によって形成するようにしてもよいし、サブトラクト法によって形成してもよい。すなわち、基体２上で信号パターン３１が形成されていない残余領域の大部分にまで拡張して印刷等の方法で形成するようにしてもよい（アクティブ法）。あるいは、サブトラクト法により、不要な導体部分をエッチング等の方法で除去する際、配線パターンとしては必ずしも必要ではない領域を除去せずそのまま放熱パターンとして形成するようにすることもできる。

この実施形態において、基体２は、図２に示すように４層の基板２１、２２、２３及び２４を積層してなる積層回路基板２となっている。この基体においては、第一層２１がＩＣ等などの電子部品を実装する部品実装面であり、第二層２２から第四層２４までが配線パターンが形成される配線面としてもよい。尚、第一層２１および第四層２４を部品実装面とし、第二層２２および第三層を配線面としている。

また、この実施形態においては、第二層２２から第四層２４にかけても、第一層２１と同様に信号パターン３２、３３、３４や、電源パターン（放熱パターン）４２Ａ、４２Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４４Ａ、４４Ｂが形成されている。また、隣接する各層の信号パターン間、および電源パターン間は、多数形成されたビア６によって電気的及び熱的にも接続されている。

これにより、電源ＩＣ５Ａ、５Ｂで発生した熱は、基体２の各層へ伝達され、放散される。すなわち、電源ＩＣ５Ａで発生した熱は、第一層の放熱パターン４１Ａからビアを介して第二層の放熱パターン４２Ａに伝達され、さらにビア６を介して第三層の放熱パターン４３に、そしてさらにビア６を介して第四層の放熱パターン４４Ａに伝達される（電源ＩＣ５Ｂで発生した熱も同様に、第二層から第四層にまで伝達される）。このとき、放熱パターンは全て銅製薄膜で形成されており、熱伝導性が高いので、速やかな熱の放散が行われる。それゆえ、電源ＩＣ付近の局部的な温度上昇を抑制することができる。

尚、既述のように、第一層２１および第四層２４を部品実装面とし、第二層２２および第三層を配線面としている。例えば第一層２１の外側面をＩＣ等の電子部品を実装する面とするとともに、第四層２４の外側面にＬＥＤなどの発光体を多数実装して、情報表示装置を構成することが可能である。このとき、第二層２２及び第三層２３共に第一層の電源ＩＣから発生する熱を放散させるための放熱パターンを形成するようにしてもよい。あるいは、第二層には、第一層において発生する熱を放散させるための放熱パターンを形成し、第三層には第四層において発生する熱を放散させるための放熱パターンを形成するようにしてもよい。

１ 回路基板
２ 基体
３ 信号パターン
４１Ａ、４１Ｂ 電源パターン（放熱パターン）
５Ａ、５Ｂ 電源ＩＣ
６ ビア

Claims (2)

1. 回路基板を複数枚積層して形成した積層回路基板において、
   前記複数枚の回路基板のうち１層は、ＩＣからなる電子部品が実装されるとともに、絶縁体材料よりなる基体面上に薄膜導体からなる配線パターン形成してなる回路基板であって、
   前記配線パターンは、少なくとも信号パターンと電源パターンとを備え、
   かつ前記信号パターンと電源パターンとを除く当該面上の残余領域に前記電源パターンと導通する放熱パターンを薄膜導体により形成したものであり、
   そして、前記回路基板により積層回路基板の一方の面の最外層が形成されるとともに、他方の面の最外層はＬＥＤが実装された回路基板により形成され、かつ、前記最外層の両回路基板の間に、電源パターンと導通する放熱パターンを形成した回路基板が配置されていることを特徴とする放熱パターンを備えた積層回路基板。
2. 請求項１記載の放熱パターンを備えた積層回路基板に用いられる回路基板についての放熱パターンを形成する方法であって、
   該放熱パターンは、配線パターンを形成する際に、形成した配線パターンのうち不要な領域を除去せず、放熱パターンとして残すようにして形成することを特徴とする放熱パターンの形成方法。

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