JP5664527B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁材料から成る基板と、該基板における電子部品の実装面に形成された外部配線と、基板の内部に形成された内部配線と、基板における実装面と内部配線との間に形成されたビアと、を有する配線基板に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、プリント配線基板の一面に電流回路が形成され、フロー半田付け工法を用いてリード端子付き電子部品がプリント配線基板の一面に半田接合された電子制御装置が提案されている。電流回路における電子部品のリード端子が半田付けされる部位は、銅箔を剥きだしとした銅箔ベタパターンとなっており、プリント基板には、銅箔ベタパターンと電気的に接続されるスルーホールが形成されている。そして、上記したスルーホールにジャンパーリード線が半田付けされ、このジャンパーリード線によって、電流回路の放熱性の向上が図られている。

特開２０１０−１６５８０８号公報

ところで、上記したように、特許文献１に示される電子制御装置では、電流回路の放熱性を向上するために、ジャンパーリード線を用いている。これによれば、電子制御装置における、プリント基板の厚さ方向の体格が増大する、という不具合が生じる虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大が抑制されつつ、放熱性が向上された配線基板を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、絶縁材料から成る基板と、該基板における電子部品の実装面に形成された外部配線と、基板の内部に形成された内部配線と、基板における実装面と内部配線との間に形成されたビアと、を有する配線基板であって、外部配線は、電流の流れる電流配線と、該電流配線にて発生した熱を受熱する受熱配線と、を有し、ビアは、受熱配線と内部配線とを電気的に接続する受熱ビアを有しており、電流配線は、２本に分岐した形状を成し、受熱配線は、所定の間隔を空けて、電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域内に形成されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、電流配線にて生じた熱を受熱する受熱配線が、搭載面に形成されている。これによれば、搭載面にジャンパーリード線が接続される構成とは異なり、配線基板の厚さ方向の体格の増大が抑制されつつ、配線基板の放熱性が向上される。

また、本発明では、電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域内に、所定の間隔を空けて受熱配線が形成されている。これによれば、１本の電流配線と受熱配線とが所定の間隔を空けて隣接配置された構成と比べて、電流配線と受熱配線との対向面積が大きくなるので、電流配線にて生じた熱が、受熱配線に多く伝導される。これにより、放熱性が向上される。

請求項２に記載のように、受熱配線の平面形状と、電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とは、相似であり、両者の間の対向間隔が一定である構成が好適である。

これによれば、受熱配線の平面形状と、電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とが相似でない構成、若しくは、両者が相似であるが、両者の間の対向間隔が不定である構成と比べて、電流配線と受熱配線との対向面積が大きくなる。そのため、電流配線にて生じた熱が、受熱配線に多く伝導され、放熱性が向上される。

請求項３に記載のように、受熱配線と電流配線との間に、絶縁性及び熱伝導性を有する熱伝導媒体が設けられ、受熱配線と電流配線とは、熱伝導媒体を介して熱的に接続された構成が好ましい。

これによれば、受熱配線と電流配線との間に熱伝導媒体が設けられていない構成と比べて、電流配線にて生じた熱が、受熱配線に多く伝導される。これにより、放熱性が向上される。

請求項４に記載のように、受熱配線は一方向に延びた形状を成し、その横幅が、受熱ビアとの接続部位よりも、該接続部位から延びた部位の方が短い構成が良い。

これによれば、電流配線と受熱配線との対向面積、及び、搭載面の面積を変えずに、電流配線の形成面積を大きくすることができる。そのため、受熱配線が電流配線から受け取る熱量の低減、及び、配線基板の体格の増大が抑制されつつ、電流配線にて生じる熱量を少なくすることができる。

請求項５に記載のように、受熱配線は、搭載面における、電流配線の２本に分岐した部位にて囲まれた領域以外の領域にも、電流配線と所定の間隔を空けて、形成された構成が良い。これによれば、請求項１に記載の構成と比べて、更に放熱性が向上される。

請求項６に記載のように、複数の受熱配線は、異なる内部配線に接続された構成が良い。内部配線に、受熱配線に伝達された熱を外部に放出するのに適した大きな配線（グランドと接続される配線や電源と接続される配線）が含まれている場合、その大きな配線の１つに、各受熱配線を接続すれば良い。しかしながら、内部配線に、上記した大きな配線がない場合、内部配線の発熱を抑えるため、各受熱配線を異なる内部配線に接続するのが望ましい。これに対して、請求項６に記載の構成では、各受熱配線が、異なる内部配線に接続されている。これによれば、各受熱配線に伝達された熱を、異なる内部配線に伝導することができる。

請求項７に記載のように、電流配線の２本に分岐した部位の間に、これら２本に分岐した部位を接続する接続配線が設けられており、該接続配線と２本に分岐した部位とによって囲まれた複数の領域それぞれに、受熱配線が形成された構成が良い。

これによれば、接続配線と受熱配線とが対向するので、１つの領域内に複数の受熱配線が配置された構成と比べて、放熱性が向上される。

請求項８に記載のように、外部配線は、電子部品を実装面に機械的及び電気的に接続するはんだを溶かすリフロー時の熱を確保する集熱配線を有し、電流配線と集熱配線とは電気的に接続されており、その接続部位に、電流配線と集熱配線双方への熱伝導を抑制する複数の空隙が形成された構成が良い。

これによれば、はんだを溶かす際の熱が、集熱配線を介して電流配線に伝導されることが抑制される。これにより、はんだを溶かす熱が失われることが抑制される。また、実使用時において、外部配線にて生じた熱が、集熱配線へ伝達されることが抑制される。これにより、実使用時にてはんだが溶融することが抑制される。

請求項９に記載のように、電流配線と集熱配線との接続部位に形成された空隙の一部は、受熱配線と電流配線との間の空隙である構成が良い。

これによれば、配線基板の体格の増大が抑制される。

第１実施形態に係る配線基板の概略構成を示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１に示す電流配線と集熱配線との接続部位を説明するための拡大上面図。 図１に示す受熱配線を説明するための上面図である。 図４のＡ−Ａ線の基板温度を示すグラフである。 図４のＢ−Ｂ線の基板温度を示すグラフである。 配線基板の変形例を示す上面図である。 配線基板の変形例を示す上面図である。 配線基板の変形例を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る配線基板の概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図１に示す電流配線と集熱配線との接続部位を説明するための拡大上面図である。図４は、図１に示す受熱配線を説明するための上面図である。図５は、図４のＡ−Ａ線の基板温度を示すグラフである。図６は、図４のＢ−Ｂ線の基板温度を示すグラフである。なお、図１では、電流の流れを破線矢印で示し、図１及び図２では、熱の伝導を白抜き矢印で示している。

図１及び図２に示すように、配線基板１００は、要部として、絶縁材料から成る基板１０と、該基板１０における電子部品９０の実装面１０ａに形成された外部配線２０と、基板１０の内部に形成された内部配線３０と、基板１０における実装面１０ａと内部配線３０との間に形成されたビア４０と、を有する。本実施形態では、電子部品９０として、アルミ電解コンデンサが実装面１０ａに実装されており、該コンデンサの接続端子は、はんだを介して、外部配線２０と電気的に接続されている。そして、図２に示すように、実装面１０ａ、及び、その裏面は、保護膜１１によって覆われている。

外部配線２０は、電流の流れる電流配線２１と、該電流配線２１にて発生した熱を受熱する受熱配線２２と、リフロー方式にて電子部品９０をはんだ付けする際の熱を確保する集熱配線２３と、を有する。本実施形態では、一つの電流配線２１に一つの集熱配線２３が接続されてなる集合配線が、実装面１０ａに２つ形成されており、各集合配線の集熱配線２３に、電子部品９０の接続端子がはんだ付けされている。また、２つの集合配線の内の一方に、一つの電流配線２１が電気的に接続されており、一方の集合配線から一つの電流配線２１に電流が流れるようになっている。

図３に示すように、電流配線２１と集熱配線２３との接続部位には、幾つかの空隙２４が形成され、その接続面積が低減されている。この隙間により、電流配線２１と集熱配線２３双方への熱伝導が抑制される。すなわち、リフロー時に集熱配線２３にて蓄えられた熱が、電流配線２１へ伝導することが抑制され、電流配線２１に電流が流れている時（実使用時）に電流配線２１にて生じた熱が、集熱配線２３に伝導されることが抑制される。ちなみに、図３に示すように、電流配線２１と受熱配線２２とは、所定の間隔を置いて形成されているが、その２つの配線２１，２２間の空隙が、上記した、電流配線２１と集熱配線２３との接続部位に形成された空隙２４の一部を担っている。なお、保護膜１１には、溶けたはんだの流出を防ぐ環状のレジスト１２が形成されており、このレジスト１２によって、はんだが囲まれている。

内部配線３０は、外部電源に接続される電源配線（図示略）と、グランドに接続されるグランド配線３１と、電気信号が流れる信号配線（図示略）と、を有する。図２では、上記した各内部配線の内、グランド配線３１のみを明示している。グランド配線３１と電源配線は、信号配線よりも線幅が広く、抵抗が小さくなっている。

ビア４０は、電源配線と電気的に接続された電源ビア４１と、グランド配線３１と電気的に接続されたグランドビア４２と、信号配線と電気的に接続された信号ビア（図示略）と、を有する。図１に示すように、電源ビア４１は、一方の集合配線の電流配線２１における、集熱配線２３との接続端とは反対の端部に形成され、グランドビア４２の一部は、他方の集合配線の電流配線２１における、集熱配線２３との接続端とは反対の端部に形成されている。そして、グランドビア４２の残りは、受熱配線２２の端部に形成されている。この構成により、電流配線２１にて生じた熱が、受熱配線２２に伝導されると、その熱は、グランドビア４２を介して、グランド配線３１に伝導される。受熱配線２２の端部に形成されたグランドビア４２が、特許請求の範囲に記載の受熱ビアに相当する。

次に、本実施形態に係る配線基板１００の特徴点を説明する。図１及び図４に示すように、電源ビア４１が端部に形成された電流配線２１は、電源ビア４１の形成された端部から、集熱配線２３が接続された端部に向かう途中で、２本に分岐した形状を成している。この分岐形状により、電源ビア４１から供給された電流は、図１に示すように、２手に分かれて、２本に分岐した部位それぞれにて熱が発生する。受熱配線２２は、２本に分岐した部位にて囲まれた領域内に、所定の間隔を空けて形成されており、分岐した部位にて生じた熱が、受熱配線２２に伝導されるようになっている。受熱配線２２に伝導された熱は、グランドビア４２を介して、グランド配線３１へと伝導される。

図１に示すように、受熱配線２２は一方向（電流の流動方向）に延びた形状を成し、その横幅が、グランドビア４２との接続部位よりも、該接続部位から延びた部位の方が短くなっている。具体的に言えば、受熱配線２２の両端部は、円形を成し、その中央部が、円形の直径よりも横幅の短い矩形を成している。そして、受熱配線２２の平面形状と、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とは、相似であり、両者の間の対向間隔が一定となっている。

次に、図５，６に基づいて、基板１０におけるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の熱分布を説明する。図５，６それぞれの縦軸は、基板温度［℃］を示し、横軸は、基板長さ（距離［ｍｍ］）を示している。図５，６には、本実施形態に記載の構成（本発明）の他、比較対象として、電流配線２１が分岐していなく、集熱配線２３が実装面１０ａに形成されていない場合（分岐なし）、及び、電流配線２１が分岐しているが、集熱配線２３が実装面１０ａに形成されていない場合（分岐あり）それぞれの基板温度が示されている。

図５における、距離−０．５〜０．５ｍｍは、集熱配線２３のおおよその横幅、距離０．５〜１ｍｍ、及び、距離−０．５〜−１ｍｍは、分岐した電流配線２１それぞれの横幅を示している。図５に示すように、分岐なしの構成では、分岐ありの構成、及び、本発明の構成それぞれよりも基板温度が全領域で高く、分岐ありの構成は、本発明の構成よりも基板温度が全領域で高くなっている。特に、温度分布の顕著な違いは、分岐なしの構成では、おおよそ距離−１．０〜１．０ｍｍの間で基板温度が一定となっているのに対して、分岐ありの構成、及び、本発明の構成の場合、おおよそ距離−０．５〜０．５ｍｍの間（電流配線２１の非形成領域）の基板温度が、おおよそ距離０．５〜１ｍｍ、及び、距離−０．５〜−１ｍｍの間（電流配線２１の形成領域）の基板温度よりも低くなっている。また、おおよそ距離−０．５〜０．５ｍｍの間では、本発明の構成の方が、分岐ありの構成よりも温度が低くなっている。これは、受熱配線２２に伝導された熱が、グランドビア４２を介してグランド配線３１に伝導されるためである。

図６における、距離−９．０〜９．０ｍｍは、受熱配線２２の長さを示している。図６に示すように、分岐なしの構成、分岐ありの構成、及び、本発明の構成それぞれは、全領域にて、ほぼ同等の温度分布を形成するが、基板温度の高さには差が生じている。本発明の構成では、おおよそ距離−９．０〜９．０ｍｍの間（受熱配線２２の形成領域）では、分岐なしの構成、及び、分岐ありの構成それぞれよりも基板温度が低くなっている。これは、受熱配線２２に伝導された熱が、グランドビア４２を介してグランド配線３１に伝導されるためである。

以上、示したように、本発明の構成の場合、上記した２つの比較構成と比べて、基板温度が低くなっている。

次に、本実施形態に係る配線基板１００の作用効果を説明する。上記したように、電流配線２１にて生じた熱を受熱する受熱配線２２が、実装面１０ａに形成されている。これによれば、搭載面にジャンパーリード線が接続される構成とは異なり、配線基板１００の厚さ方向の体格の増大が抑制されつつ、配線基板１００の放熱性が向上される。

また、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域内に、所定の間隔を空けて受熱配線２２が形成されている。これによれば、１本の電流配線と受熱配線とが所定の間隔を空けて隣接配置された構成と比べて、電流配線２１と受熱配線２２との対向面積が大きくなるので、電流配線２１にて生じた熱が、受熱配線２２に多く伝導される。これにより、放熱性が向上される。

受熱配線２２の平面形状と、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とは、相似であり、両者の間の対向間隔が一定となっている。これによれば、受熱配線の平面形状と、電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とが相似でない構成、若しくは、両者が相似であるが、両者の間の対向間隔が不定である構成と比べて、電流配線２１と受熱配線２２との対向面積が大きくなる。そのため、電流配線２１にて生じた熱が、受熱配線２２に多く伝導され、放熱性が向上される。

受熱配線２２は一方向（電流の流動方向）に延びた形状を成し、その横幅が、グランドビア４２との接続部位よりも、該接続部位から延びた部位の方が短くなっている。これによれば、電流配線２１と受熱配線２２との対向面積、及び、配線基板１００の面積を変えずに、電流配線２１の形成面積を大きくすることができる。そのため、受熱配線２２が電流配線２１から受け取る熱量の低減、及び、配線基板１００の体格の増大が抑制されつつ、電流配線２１にて生じる熱量を少なくすることができる。

電流配線２１と集熱配線２３との接続部位には、幾つかの空隙２４が形成され、この隙間により、電流配線２１と集熱配線２３双方への熱の伝導が抑制される。すなわち、リフロー時に集熱配線２３にて蓄えられた熱が、電流配線２１へ伝導することが抑制され、電流配線２１に電流が流れている時（実使用時）に電流配線２１にて生じた熱が、集熱配線２３に伝導されることが抑制される。これにより、リフロー時に、はんだを溶かす熱が失われることが抑制され、実使用時に、はんだが溶融することが抑制される。

電流配線２１と受熱配線２２とは、所定の間隔を置いて形成されているが、その２つの配線２１，２２間の空隙が、上記した、電流配線２１と集熱配線２３との接続部位に形成された空隙２４の一部を担っている。これによれば、配線基板１００の体格の増大が抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、受熱配線２２は、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域内だけに形成された例を示した。しかしながら、受熱配線２２の形成としては、上記例に限定されず、例えば、図７に示すように、実装面１０ａにおける、電流配線２１の２本に分岐した部位にて囲まれた領域以外の領域にも、電流配線２１と所定の間隔を空けて、受熱配線２２が形成された構成を採用することもできる。これによれば、更に放熱性が向上される。図７は、配線基板の変形例を示す上面図である。

本実施形態では、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域が１つである例を示した。しかしながら、例えば、図８に示すように、実装面１０ａにおける、電流配線２１の２本に分岐した部位の間に、これら２本の分岐した部位を接続する接続配線２５が設けられ、接続配線２５と２本に分岐した部位とによって囲まれた２つの領域それぞれに、受熱配線２２が形成された構成を採用することもできる。これによれば、接続配線２５と各受熱配線２２とが対向するため、１つの領域内に複数の受熱配線が配置された構成と比べて、放熱性が向上される。なお、接続配線２５の数としては、上記例に限定されず、２つ以上を採用することもできる。図８は、配線基板の変形例を示す上面図である。

本実施形態では、受熱配線２２の両端部は、円形を成し、その中央部が、円形の直径よりも横幅の短い矩形を成した例を示した。しかしながら、受熱配線２２の平面形状としては、上記例に限定されず、例えば、図９に示すように、受熱配線２２の両端部、及び、中央部が正方形、両端部と中央部それぞれを連結する連結部が、横幅が正方形の一辺の長さよりも短い矩形である平面形状を採用することもできる。図９においても、受熱配線２２の平面形状と、電流配線２１における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とは相似であり、両者の間の対向間隔が一定となっているが、この構成であれば、本実施形態で示した構成と比べて、受熱配線２２と電流配線２１との対向面積が増大するので、放熱性がより向上される。なお、もちろんであるが、受熱配線２２の平面形状としては、上記例に限定されず、いかなる形状であっても良い。図９は、配線基板の変形例を示す上面図である。

本実施形態では、受熱配線２２が、グランドビア４２を介して、グランド配線３１に接続された例を示した。しかしながら、受熱配線２２が、信号ビアを介して、信号配線に接続された構成を採用することもできる。しかしながら、通常、信号配線は、グランド配線３１や電源配線よりも横幅が短く、熱を他の部位に伝導するのに適していない。そのため、上記構成を採用する場合、実装面１０ａに、複数の受熱配線２２を形成し、それぞれが、異なる信号配線に接続された構成が好ましい。これによれば、各受熱配線２２に伝達された熱を、異なる信号配線に伝導することができる。

本実施形態では、電流配線２１と受熱配線２２との間の隙間について、特に言及しなかった。しかしながら、電流配線２１と受熱配線２２との間に、絶縁性及び熱伝導性を有する熱伝導媒体（図示略）が設けられた構成を採用することもできる。これによれば、熱伝導媒体を介して、電流配線２１と受熱配線２２とが熱的に接続されるので、電流配線と受熱配線との間に熱伝導媒体が設けられていない構成と比べて、電流配線２１にて生じた熱が、受熱配線２２に多く伝導される。これにより、放熱性が向上される。

１０・・・基板
２０・・・外部配線
２１・・・電流配線
２２・・・受熱配線
２３・・・集熱配線
４０・・・ビア
４１・・・電源ビア
４２・・・グランドビア
９０・・・電子部品
１００・・・配線基板

Claims (9)

1. 絶縁材料から成る基板と、
   該基板における電子部品の実装面に形成された外部配線と、
   前記基板の内部に形成された内部配線と、
   前記基板における前記実装面と前記内部配線との間に形成されたビアと、を有する配線基板であって、
   前記外部配線は、電流の流れる電流配線と、該電流配線にて発生した熱を受熱する受熱配線と、を有し、
   前記ビアは、前記受熱配線と前記内部配線とを電気的に接続する受熱ビアを有しており、
   前記電流配線は、２本に分岐した形状を成し、
   前記受熱配線は、所定の間隔を空けて、前記電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域内に形成されていることを特徴とする配線基板。
2. 前記受熱配線の平面形状と、前記電流配線における２本に分岐した部位にて囲まれた領域の平面形状とは、相似であり、両者の間の対向間隔が一定であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記受熱配線と前記電流配線との間に、絶縁性及び熱伝導性を有する熱伝導媒体が設けられ、前記受熱配線と前記電流配線とは、前記熱伝導媒体を介して熱的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
4. 前記受熱配線は一方向に延びた形状を成し、その横幅が、前記受熱ビアとの接続部位よりも、該接続部位から延びた部位の方が短いことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の配線基板。
5. 前記受熱配線は、前記搭載面における、前記電流配線の２本に分岐した部位にて囲まれた領域以外の領域にも、前記電流配線と所定の間隔を空けて、形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の配線基板。
6. 複数の前記受熱配線は、異なる前記内部配線に接続されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の配線基板。
7. 前記電流配線の２本に分岐した部位の間に、これら２本に分岐した部位を接続する接続配線が設けられており、
   該接続配線と２本に分岐した部位とによって囲まれた複数の領域それぞれに、前記受熱配線が形成されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の配線基板。
8. 前記外部配線は、前記電子部品を前記実装面に機械的及び電気的に接続するはんだを溶かすリフロー時の熱を確保する集熱配線を有し、
   前記電流配線と前記集熱配線とは電気的に接続されており、その接続部位に、前記電流配線と前記集熱配線双方への熱伝導を抑制する複数の空隙が形成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の配線基板。
9. 前記電流配線と前記集熱配線との接続部位に形成された空隙の一部は、前記受熱配線と前記電流配線との間の空隙であることを特徴とする請求項８に記載の配線基板。

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