JP5546778B2 - プリント基板およびプリント基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(従来技術1)1つ目は、プリント基板に形成された密集したスルーホールを介してプリント基板の裏面に接合される放熱機能を有する放熱板に熱を逃がす構造である。
(従来技術2)2つ目は、プリント基板に圧入した金属片を介してプリント基板の裏面に接合される放熱機能を有する放熱板に熱を逃がす構造である。
(従来技術3)3つ目は、プリント基板に接着剤で固定した金属片を介して放熱機能を有する放熱板に熱を逃がす構造である。
なお、前述の発熱部品とは、トランジスタ、発光ダイオードなどの発熱部品を指す。
(従来技術1)
図5(a)〜(e)には、従来技術1に係る発熱部品を実装するプリント基板の構造の一例を示してある。
図5において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、(d)B−B’部、(e)それに放熱板115を設けたもの、を示している。
図5において、各符号は、プリント基板101、発熱部品のランド104、パターン105、パターン107、発熱部品109、発熱部品の端子(トランジスタのソース端子)110、半田111、発熱部品の端子(トランジスタのゲート端子)113、発熱部品の端子(トランジスタのドレイン端子)114、放熱板115、スルーホール122、空間123、端子面125、端子面126を示している。
図6(a)、(b)及び図7(a)〜(d)には、従来技術2に係る発熱部品を実装するプリント基板の構造の一例を示してある。
図6において、(a)、(b)は側面の断面を示している。
図7において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、(d)B−B’部を示している。
図6(a)、(b)及び図7(a)〜(d)において、各符号は、プリント基板101、金属片102、発熱部品のランド104、パターン105、パターン107、発熱部品109、発熱部品の端子(トランジスタのソース端子)110、半田111、発熱部品の端子(トランジスタのゲート端子)113、発熱部品の端子(トランジスタのドレイン端子)114、銅の円柱124を示している。
図8(a)、(b)には、従来技術3に係る発熱部品を実装するプリント基板の構造の一例を示してある。
図8において、(a)、(b)は側面の断面を示している。
図8において、各符号は、プリント基板101、金属片102、パターン105、パターン107、発熱部品109、発熱部品の端子(トランジスタのソース端子)110、半田111、発熱部品の端子(トランジスタのゲート端子)113、発熱部品の端子(トランジスタのドレイン端子)114、放熱板115、接着剤118、隙間119を示している。
図8(b)に示されるように、金属片102が傾くと、放熱板115と金属片102との間に半田未接続の隙間119が生じてしまい、発熱部品109から発せられた熱を放熱板115に効率良く伝達することができない。
(従来技術1の課題)
前述した従来技術1に係るスルーホールを密集させる構造では、例えば、厚さ0.8mmのプリント基板にφ0.3mm(スルーホールの内壁銅厚0.025mm)のスルーホールを7ケ密集させた場合には、その熱抵抗値は約8.8℃/Wとなる。この値は、必要とする熱抵抗値にもよるが、良好な熱抵抗値であるとは言えない。また、このようにスルーホールを密集させる構造では、密集させられるスルーホールの数が「発熱部品の放熱を要する端子面」と「隣接する端子面」に制約されるため、スルーホールを配置する面積を大きくすることができない。この結果、スルーホールの数を増やせず、前述以上の熱抵抗値の向上を図れないという問題がある。更に、発熱部品から発せられた熱をプリント基板の裏面に接合される放熱機能を有する放熱板に熱を逃がす場合には、理想的にはスルーホール内の空間を半田で充填させて熱抵抗値を向上させて使用するのが好ましいが、密集させた全てのスルーホールの内部を半田で充填することは難しく、一部充填されない箇所も発生することとなる。これでは、熱抵抗値がバラツキ、所要の熱抵抗値が得られているかを判断することができないという問題がある。
前述した従来技術2では、良好な熱抵抗値を得ることはできるが、圧入された金属片は摩擦抵抗によりプリント基板に留まっている状態であるため、摩擦抵抗が小さいとプリント基板を取り扱う際の衝撃などにより金属片は落下・脱落してしまう、また、逆に、摩擦抵抗が大きいと圧入できない或いは圧入されてもプリント基板に大きな負荷が掛かりプリント基板の破損を引き起こすという問題がある。更に、従来技術2の構造を割基板(部品実装後に2ケ以上の子基板に分割することを前提とした基板)内の各子基板に採用した場合には、前述した金属片の落下・脱落、基板の破損等の不具合が子基板に発生し、割基板自体が不良品として扱われることとなるという問題がある。
前述した従来技術3に係る金属片を接着剤で固定する方法では、プリント基板をリフロー炉に投入した場合に、接着剤が溶けて、金属片が傾く、或いは、最悪の場合には落下・脱落することとなる。金属片が傾くと、放熱板と金属片との間に半田未接続の隙間が生じてしまい、発熱部品から発せられた熱を放熱板に効率良く伝達することができないという不具合が発生することとなる。
具体的には、例えば、従来技術では達成できなかった上記の問題点である「熱抵抗値の向上が図れない、熱抵抗値がばらつく、金属片が落下・脱落する、プリント基板が破損する、等」をプリント基板の構造及びプロセスを改善することにより解決し、これにより、発熱部品とプリント基板及び放熱板とを密着して接続させ、発熱部品から発せられた熱をプリント基板の裏面に接合される放熱板に効率良く伝達させることを実現する。
すなわち、前記プリント基板を、前記プリント基板に放熱用の金属片を埋め込む場合に、前記プリント基板に前記金属片を2点仮止めすることを第1の融点の半田(高融点半田)で行った後に、前記第1の融点より低い第2の融点の半田(低融点半田)でリフロー処理を行って、形成されたものとした。
従って、例えば、発熱する面実装部品を搭載する場合に、放熱特性の優れた金属片を介して面実装部品の熱を効果的に放熱させることができる。
また、発熱部品としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、面実装部品が用いられる場合に適している。
また、第1の融点の半田(比較的高い融点の半田)や、第2の融点の半田(比較的低い融点の半田)としては、実用上で有効なものであれば、種々な融点や、種々な半田が用いられてもよい。
図1(a)〜(c)には、本発明の一実施例に係る金属片を埋め込んだプリント基板の構造の一例を示してある。
図2(a)〜(e)には、本発明の一実施例に係る金属片を埋め込んだプリント基板を採用して発熱部材を搭載したものの一例を示してある。
図1において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、を示している。
図2において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、(d)B−B’部、(e)それに放熱板15を設けたもの、を示している。
まず、プリント基板1に形成されたランド4及び金属片2の上にペースト状のクリーム半田を印刷する。その上に発熱部品9を搭載して、例えば、ピーク温度が約240℃であるリフロー炉に投入する。このとき、クリーム半田は融点約220℃の半田を採用する。例えば、組成Sn−3Ag−0.5Cu(融点約220℃)の半田を用いても良い。
図2(e)に示されるように、金属片2は高融点半田3で固定されているため、リフロー炉に投入しても半田融解による移動、ズレなどは発生しない。このため、プリント基板1、金属片2、放熱板15との接続面は隙間なく半田7により密着して接続することができ、半田未接続を防止することができる。この結果、発熱部品9から発せられた熱は金属片2を介して効率良く放熱板15に伝達することができる。なお、金属片2の形状のバラツキに起因する熱抵抗値のバラツキの発生については、例えば、金属片2を金型で製作することにより形状のバラツキを抑え、熱抵抗値のバラツキを抑えることで、解決することができる。
図3において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、(d)発熱部品9や放熱板15を設けたもの(A−A’部)、を示している。
図3において、各符号は、プリント基板1、金属片2、高融点半田3、発熱部品のランド4、パターン5、穴6、パターン7、隙間8、発熱部品9、発熱部品の端子(トランジスタのソース端子)10、半田11、放熱板15、メッキ部20、パターンを除去した部分21を示している。
図4において、(a)表面、(b)A−A’部、(c)裏面、(d)発熱部品9や放熱板15を設けたもの(A−A’部)、を示している。
図4において、各符号は、プリント基板1、金属片2、高融点半田3、発熱部品のランド4、パターン5、穴6、パターン7、隙間8、発熱部品9、発熱部品の端子(トランジスタのソース端子)10、半田11、放熱板15、半田溜まり16、隙間17を示している。
また、本例では、前記した金属片2と隣接するプリント基板1のパターンの一部を除去した。
また、本例では、好ましい態様として、プリント基板1の基材を、ガラスエポキシ材或いはコンポジット材或いは紙フェノール材とした。
また、本例では、前記した金属片2の表裏形状を、当該金属片2と接続する面実装部品の端子の形状と酷似した矩形或いは楕円形とした。
また、本例では、好ましい態様として、前記した金属片2を、銅或いは半田濡れ性の良い金属とした。
Claims (3)
- 発熱部品を搭載するプリント基板において、
前記プリント基板に形成された穴と、
前記穴に挿入される金属片と、を備え、
前記金属片は、前記発熱部品の搭載に用いる半田より融点の高い半田を用いて前記穴に隙間を持たせて固定され、
前記発熱部品の搭載に用いる半田が前記金属片を固定した半田の融解温度より低い温度でリフローにより融解した場合に、前記隙間に融解した半田によって前記プリント基板と前記金属片が更に固定される、
ことを特徴とするプリント基板。 - 前記プリント基板において、前記発熱部品が搭載される面の裏面に、前記金属片と隣接する前記基板のパターンの一部を除去した状態で形成された、
ことを特徴とする請求項1に記載のプリント基板。 - 発熱部品を搭載するプリント基板の製造方法において、
前記プリント基板に形成された穴に金属片を挿入し、前記穴に第1の融点の半田を用いて前記金属片を前記プリント基板に隙間を持たせて固定した後、前記第1の融点より低い第2の融点の半田を用いてリフロー処理を行って前記発熱部品を前記プリント基板に形成されたランド及び前記金属片に搭載すると同時に、前記隙間に融解した第2の融点の半田によって前記プリント基板と前記金属片を更に固定する、
ことを特徴とするプリント基板の製造方法。
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