JP6119602B2 - 電子装置 - Google Patents
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Description
また特許文献1の構成は、基板が1層の場合には導電パターンの熱がチップサーミスタの下面から良好に伝導されるものの、例えば4〜6層の多層基板に適用される場合、導電パターンの熱が十分に伝導されず、発熱部品の温度を精度良く検出することができないという問題がある。
また、集熱パターンは、温度検出素子を内側に配置したときの輪郭形状が少なくとも一方向で外側に凸となる円弧又は楕円弧の曲線を含み、当該集熱パターン内部の熱源から放射された特定方向の熱流が円弧又は楕円弧の曲線状の縁部で反射し温度検出素子に向かうように構成される。これにより、集熱パターンの内部において、曲線状の縁部で反射した熱流を温度検出素子に向けることができるため、発熱素子の温度をより精度良く検出することができる。
ここで、低電位側の集熱パターンとグランドとを接続する接続部の幅は、低電位側の集熱パターンの幅よりも狭く形成されていることが好ましい。これにより、集熱パターンから接続部を経由してグランドに熱が放出される、いわゆる「熱引き」の発生を抑制することができる。そのため、発熱素子の温度をより精度良く検出することができる。
このような「背面放熱構造」は、一般に、半導体スイッチング素子の発熱量が大きく、リード部側からのみでは十分な放熱ができない場合に採用される。したがって、過熱を適切に防止するため、より正確に温度を検出することに対するニーズも大きい。そこで、直下層パターン及び層間接続柱体を備える本発明の構成を採用することにより、温度検出精度を向上させるという効果が特に有効に発揮される。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の電子装置について、図1、図2を参照して説明する。この電子装置は、種々の電子回路を構成する配線パターンがプリント基板等に搭載されたものであり、特に、比較的大きな電流が流れることによって発熱する「発熱素子」と、発熱素子の温度を検出する「温度検出素子」とを含むものを対象とする。そして、以下の説明では、温度検出素子が発熱素子の発熱を精度良く検出するための構成に焦点を当て、それ以外の一般的事項の説明を省略する。
図2は、図1に対応する模式断面図である。図2には、また、電子装置101が取り付けられるヒートシンク11を破線で示している。
以下の説明では、便宜上、図1、図2の上側を「上」といい、下側を「下」という。
なお、本実施形態において、基材22、23、及び内層パターン42は、特別な技術的特徴の無い「その他の基材」、「その他の層パターン」であり、発明の特徴を示すため、図1の分解斜視図においてもビア5周辺の当該部についてはあえて省略する。
発熱部パターン6は、発熱素子8の主電流経路を有するパターンであり、発熱素子8がMOSFETの場合、ドレイン、ソースの電流経路を構成する。
本実施形態の電子装置101における発熱素子8は、特にこのような用途で用いられるものを想定している。もちろん、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータ駆動用の半導体スイッチング素子というのは1つの例示に過ぎず、一般に過熱保護を必要とする素子は、いずれも本実施形態の「発熱素子8」となり得る。
そして、電子装置101がヒートシンク11に取り付けられたとき、発熱素子8は、ヒートシンク11の凹部12に収容される。また、発熱素子8とヒートシンク11との間には、例えばシリコーンを主成分とする絶縁性且つ熱伝導性の材料からなる放熱ゲル13が充填される。或いは、絶縁性の放熱シートを介装してもよい。
温度検出回路によって、サーミスタ7の接点間の電圧が検出され温度に変換される。このサーミスタ7は、温度の上昇につれて抵抗が増加するPTCサーミスタ、又は、温度の上昇につれて抵抗が減少するNTCサーミスタのいずれでもよい。
また、直下層パターン41の所定の箇所に、直下層パターン41と発熱部パターン6との間を接続し熱を伝導する「層間接続柱体」としてのビア5が接続されている。これにより、図1に矢印で示すように、発熱素子8が発生した熱は、発熱部パターン6及びビア5を経由して直下層パターン41に伝導される。
仮に集熱パターン301、302が配線パターンとしての機能のみを有する場合、パターンの幅は、サーミスタ7の幅と同等でかまわない。しかし、直下層パターン41からの熱を受ける機能を果たすため、集熱パターン301、302の幅Wbは、サーミスタ7の幅Waよりも広く形成されている。こうして集熱パターン301、302は、1層の第1基材21を介して直下層パターン41と対向し、図1に矢印で示すように、直下層パターン41からの熱Hを効率良く受容することができる。
なお、第1基材27より下の基材28、29、内層パターン47、48、表層パターン49は、いずれも言及を要しない「その他の基材」、「その他の層パターン」である。
以下の実施形態の説明で、第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の第2実施形態について、図3、図4を参照して説明する。
第2実施形態の電子装置102は、第1実施形態に対し、発熱素子8及び発熱部パターン6が層の面方向においてサーミスタ7と同じ位置ではなく、ビア5を挟んでサーミスタ7と反対側に配置されている。第2実施形態でも第1実施形態と同様に、発熱素子8の熱は、発熱部パターン6からビア5を経由して直下層パターン41に伝導され、直下層パターン41から集熱パターン301、302に伝導されてサーミスタ7に到達する。なお、基材23の下面の表層パターン43は、発熱部パターン6と接続していてもよく、分離していてもよい。
本発明の第3実施形態について、図5、図6を参照して説明する。
第3実施形態の電子装置103は、サーミスタ7と発熱素子8とが同一の第1基材21上の層パターンに搭載される。ただし、発熱部パターン6の熱は、第1基材21上で集熱パターン301、302に直接伝導されるのでなく、一旦ビア5を経由して直下層パターン41に伝導され、直下層パターン41から集熱パターン301、302に伝導されてサーミスタ7に到達する。
上記第2、第3実施形態で例示したように、直下層パターン41及びビア5を設ける本発明の電子装置では、従来技術に比べ、発熱素子8の配置や層パターンの形状等に関する設計自由度が向上する。
次に、本発明の第4、第5実施形態について、図7、図8を参照して説明する。
図7には、集熱パターンの形状についてのバリエーションを示す。この集熱パターンの形状のバリエーションは、発熱素子8の配置に関する上記第1〜第3実施形態のいずれと組み合わせてもよい。
第4、第5実施形態におけるそれぞれの高電位側(図の左側)と低電位側(図の右側)の集熱パターンは対称形状に形成されている。熱流(実線矢印)に関しては高電位側の集熱パターンに、曲線の基準方向(破線矢印)は低電位側の集熱パターンに記載する。
第5実施形態の集熱パターン371、372の形状でも、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。これらの形態の他、輪郭形状が3つ以上の方向について外側に凸となる曲線を含むように集熱パターンを構成してもよい。
続いて、電子装置の温度検出回路の構成について図8を参照して説明する。図8では、第4実施形態の集熱パターン361、362を有する電子装置104を例示しているが、第1〜3実施形態の集熱パターン301、302、又は、第5実施形態の集熱パターン371、372を有する電子装置においても同様である。
(ア)本発明の「温度検出素子」は、サイズや基板への搭載性を考慮すると、チップ形サーミスタが最も現実的であると考えられる。しかし、本発明の技術的思想においては、温度検出素子として、チップ形サーミスタの他に、リード形サーミスタ、熱電対、測温抵抗体等を含んでよい。例えば、試作品の試験段階等に集熱パターンの温度を検出するような場合に熱電対等を使用することは、現実的にも十分に想定されることである。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
21・・・第1基材、
301、302、361、362、371、372・・・集熱パターン、
41・・・直下層パターン、
5 ・・・ビア(層間接続柱体)
6 ・・・発熱部パターン、
7 ・・・サーミスタ(温度検出素子)
8 ・・・発熱素子。
Claims (4)
- 表面に熱伝導性のパターンが形成される1層以上の基材(21、22、23)と、
発熱素子(8)と、
前記発熱素子に接続され、前記発熱素子から熱が伝導される発熱部パターン(6)と、
前記発熱素子の温度を検出する温度検出素子(7)と、
前記温度検出素子が搭載される第1基材(21)における前記温度検出素子と反対側の面において前記温度検出素子の直下の部位を含むように形成されている直下層パターン(41)と、
前記発熱部パターンと前記直下層パターンとの間を接続し熱を伝導する層間接続柱体(5)と、
前記第1基材上で前記温度検出素子に接続され、前記温度検出素子の幅(Wa)よりも広い幅(Wb)を有し、前記第1基材を介して前記直下層パターンと対向する集熱パターン(361、362、371、372)と、
を備え、
前記集熱パターンは、前記温度検出素子を内側に配置したときの輪郭形状が少なくとも一方向で外側に凸となる円弧又は楕円弧の曲線を含み、当該集熱パターン内部の熱源から放射された特定方向の熱流が円弧又は楕円弧の曲線状の縁部で反射し前記温度検出素子に向かうように構成されることを特徴とする電子装置(104、105)。 - 前記温度検出素子は、接点間の電圧を検出して温度に変換するものであり、
一方の接点(71)は、高電位側の前記集熱パターン(361、371)を介して検出用電源(91)に接続され、他方の接点(72)は、低電位側の前記集熱パターン(362、372)を介してグランド(94)に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。 - 前記低電位側の集熱パターンとグランドとを接続する接続部(34)の幅(Wc)は、前記低電位側の集熱パターンの幅(Wb)よりも狭く形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電子装置。
- 前記発熱素子は、当該電子装置における前記温度検出素子と反対側の実装面(61)にリード部(81)側が表面実装された半導体スイッチング素子であり、前記リード部と反対側の背面(82)を経由してヒートシンク(12)に放熱可能に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子装置。
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