JP7331591B2 - 電気回路基板ユニット、及びプログラマブルロジックコントローラ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放熱が必要な電気部品を内蔵した部品内蔵多層基板を用いた電気回路基板ユニット、及び電気回路基板ユニットを用いたプログラマブルロジックコントローラに関する。

近年、例えばプログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller、以下、ＰＬＣと称する）の分野等においては、ＰＬＣの高性能化に伴い使用する電気部品が増える一方で、多品種小ロット生産の需要の高まりによって工場内に設置するＰＬＣの数が増大している。そのため、多数のＰＬＣを工場内の限られたスペースに効率良く配置するため、ＰＬＣの省スペース化・小型化のニーズが高まっている。

そこで、このような工場設備に用いられるＰＬＣ等においては、ＰＬＣ内部の電気部品を高密度で配置することで機器全体の省スペース化を図り、ひいては工場設備の小型化・省スペース化を図ることが必要となっている。このような要求に応えるべく電気部品を高密度で配置するために、例えばＰＡＬＡＰ（登録商標）等のように複数の層を積層した多層基板の内部に電気部品を内蔵することが可能な部品内蔵多層基板に関する技術が発展している。

このような部品内蔵多層基板においては、電解コンデンサ等のようにサイズが比較的大きく物理的に多層基板に内蔵できない電気部品や、例えばコネクタ等のように外部に露出させる必要がある部品については多層基板の表層に配置するが、例えばＭＣＵ等の集積回路、面実装の抵抗やコンデンサといった受動素子、及びＦＥＴ等のように小型で薄い電気部品については多層基板の内部に設けることができる。これにより、多層基板の表層に設ける部品と、多層基板に内蔵する電気部品とを、多層基板の厚み方向に重なるように配置することで、多層基板の投影面積つまり多層基板全体の設置面積を減らすことができ、その結果、多層基板全体の小型化を図ることができ、ひいては機器全体の小型化を図ることができる。

しかしながら、物理的に多層基板内に内蔵可能な集積回路や小型で薄い電気部品であっても、その部品自体の発熱が大きかったり、複数の電気部品が高密度で配置されて全体としての発熱が大きかったりする場合には、その発熱を多層基板の外部に放熱する必要がある。そのため、多層基板内において電気部品と放熱パターンとを接続するとともに、多層基板に対して当該多層基板の周囲を囲むケース状の放熱部材を放熱パターンと接するように取り付けることで、多層基板に内蔵された電気部品の熱を、放熱部材を介して多層基板の外部へ放熱することが考えられる。

しかしながら、ミクロの視点で見ると、放熱部材や放熱パターンの表面粗さつまり表面の凹凸によって相互の接触面に空気層が生じることがある。すると、この空気層により相互の密着性が低下し、その結果、熱伝導性つまり放熱性能も低下するおそれがある。そして、多層基板や放熱部材が小型になるほど、このような表面粗さが熱伝導性つまり放熱性能に与える影響は大きくなる。

特開２０１６－１７１２０２号公報

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、部品内蔵多層基板に内蔵された電気部品で発生した熱を効率良く放熱することができる電気回路基板ユニット、及びこの電気回路基板ユニットを用いたプログラマブルロジックコントローラを提供することにある。

本開示の電気回路基板ユニットは、プログラマブルロジックコントローラを構成する電気回路基板ユニットである。電気回路基板ユニットは、複数の基材層と複数の金属層とを重ねて構成され外部への放熱を要する電気部品である要放熱内蔵部品を内蔵した部品内蔵多層基板と、前記要放熱内蔵部品と熱伝導可能に接続された状態で前記部品内蔵多層基板に取り付けられて前記要放熱内蔵部品で発生した熱を前記部品内蔵多層基板の外部へ放熱するための放熱部材と、を備える。前記部品内蔵多層基板は、当該部品内蔵多層基板の表面を窪ませて形成された凹部と、複数の前記金属層のうち前記要放熱内蔵部品に熱伝導可能に接続された金属層であって少なくとも一部が前記凹部において露出している放熱用パターンと、を有する。

前記放熱部材は、前記凹部に対応する位置に設けられ前記凹部に挿入されている挿入部と、前記挿入部に設けられ外力を受けて変形可能であって前記一方側が開口し他方側が膨出した略椀状に形成されて内部に高粘性流体又は半固体の熱伝導部材が充填されている充填部と、を有しする。前記充填部を含めた前記挿入部の厚み寸法は、前記凹部の厚み寸法よりも大きく設定されている。そして、前記充填部を含む前記挿入部が前記凹部に挿入されて前記充填部が変形したことで前記充填部から流出した熱伝導部材が前記挿入部と前記放熱用パターンとの間に充満している。

これによれば、熱伝導部材は、高粘性流体又は半固体の部材で構成されているため、放熱用パターンの露出部分及び充填部を含む挿入部の表面形状に沿って変形し密着する。これにより、充填部を含む挿入部全体と、放熱用パターンの露出部分全体とを、熱伝導部材を介して面接触させることができ、放熱用パターンの露出部分と充填部を含む挿入部との間に空気層が生じ難くなる。その結果、要放熱内蔵部品で発生した熱を、放熱用パターン、熱伝導部材、及び充填部を含む挿入部を介して、放熱部材の本体に効率良く伝達することができる。これにより、本実施形態によれば、熱伝導部材を備えてない場合に比べて、要放熱内蔵部品で発生した熱を部品内蔵多層基板の外部へ効率良く放熱することができる。

また、充填部を含む挿入部が凹部に挿入される際、充填部から流出した高粘性流体又は半固体の熱伝導部材が、潤滑剤となってその挿入を補助する。このため、放熱部材は、例えば人の手作業によっても簡単に部品内蔵多層基板に取り付けることができる。

更には、充填部を含む挿入部を凹部に挿入された後の状態において、充填部を含む挿入部には、押しつぶされた充填部の復元力によって放熱用パターン及びメイン基板を押圧する力が作用する。このため、充填部を含む挿入部は、より高い圧力で放熱用パターンに密着することができる。更には、充填部を含む挿入部を、より強固に凹部内に保持することができ、これより、放熱部材が部品内蔵多層基板から外れ難くすることができる。

電気回路基板ユニットは、前記部品内蔵多層基板が実装されるメイン基板を更に備えている。前記凹部は、前記部品内蔵多層基板の表面のうち前記メイン基板に対して垂直方向に延びる側面にあって前記メイン基板側に設けられている。そして、前記充填部を含む前記挿入部は、前記放熱用パターンと前記メイン基板との間に挿入されている。

これによれば、放熱部材を部品内蔵多層基板に例えば手作業で取り付ける際に、作業者は、放熱部材をメイン基板の表面に沿わせてスライドさせることで、充填部を含む挿入部を凹部に挿入し、放熱部材を部品内蔵多層基板に取り付けることができる。これにより、放熱部材の取り付けが簡単になり作業性を向上させることができる。

また、前記凹部は、前記部品内蔵多層基板の表面のうち前記メイン基板に対して平行方向に延びる面であって前記メイン基板とは反対側の天面に設けられていても良い。これによれば、この場合、充填部及び折り返し部を含む挿入部は、放熱部材において凹部に対応する位置、すなわち本体の天面に設けられる。そして、作業者は、部品内蔵多層基板に放熱部材を被せるようにして配置し、更に充填部を含む挿入部を凹部に押し込んで挿入することで、放熱部材を部品内蔵多層基板に取り付けることができる。このため、本開示によれば、部品内蔵多層基板に対する放熱部材の取り付けを更に容易にすることができる。

ここで、充填部を含む挿入部を凹部に挿入する際、充填部は、メイン基板等との接触部分から反力を受ける。このため、例えば充填部が挿入部と別体に構成されて、例えば接着剤等によって挿入部に固定されたものの場合、充填部は、メイン基板等との接触部分から受けた反力によって挿入部から外れてしまうおそれがある。そこで、本開示では、前記充填部は前記挿入部と一体に形成されている。これによれば、充填部と挿入部との接合部分が存在しないため、充填部を含む挿入部を凹部２７に挿入する際にメイン基板等から受ける反力によっても、充填部は、挿入部から外れ難い。

また、前記挿入部は、折り返し部を更に有している。折り返し部は、前記挿入部の先端部を折り返して形成され前記挿入部が前記凹部に挿入される際に変形することで前記充填部を押し潰すことが可能に構成されている。これによれば、充填部及び折り返し部を含む挿入部を凹部に挿入した際に、より確実に充填部を潰して充填部内に充填されている熱伝導部材を充填部から流出させることができる。

また、前記充填部は、前記凹部に対する前記挿入部の挿入方向に沿って複数設けられている。これによれば、挿入部及び放熱用パターンの露出部分の広い範囲に亘って、熱伝導部材を行き渡らせることができる。これにより、充填部を含む挿入部と放熱用パターンとの接触面積を極力広く確保することができ、その結果、放熱部材による放熱性能を更に向上させることができる。

また、本開示のＰＬＣは、上述した電気回路基板ユニットと、この電気回路基板ユニットを収容する筐体と、を備えて構成されている。この場合、電気回路基板ユニットは、放熱部材が設けられた小型で放熱性の良い部品内蔵多層基板を備えている。そのため、電気回路基板ユニットも小型化することができる。これにより、ＰＬＣ自体も小型化することができ、その結果、ＰＬＣを用いた生産設備等の小型化を図ることができる。

第１実施形態による部品内蔵多層基板の適用例であるプログラマブルロジックコントローラの概略構成の一例を示す図 第１実施形態による電気回路基板ユニットの構成例を概念的に示す斜視図 第１実施形態による電気回路基板ユニットの一例を概略的に示す断面図 第１実施形態による電気回路基板ユニットの一例について図３のＸ４－Ｘ４線に沿って示す断面図 第１実施形態による電気回路基板ユニットの一例について、放熱部材を部品内蔵多層基板に取り付ける際の態様を概略的に示す断面図（その１） 第１実施形態による電気回路基板ユニットの一例について、放熱部材を部品内蔵多層基板に取り付ける際の態様を概略的に示す断面図（その２） 第１実施形態による電気回路基板ユニットの一例について、図５の矢印Ｘ７部分を拡大して示す図 第２実施形態による電気回路基板ユニットの一例を概略的に示す断面図 第２実施形態による電気回路基板ユニットの一例について図８のＸ９－Ｘ９線に沿って示す断面図 第２実施形態による電気回路基板ユニットの一例について、放熱部材を部品内蔵多層基板に取り付ける際の態様を概略的に示す断面図 第２実施形態による電気回路基板ユニットの一例について、図１０の矢印Ｘ１１部分を拡大して示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において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。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１～図７を参照して説明する。図２等に示す電気回路基板ユニット１０は、部品内蔵多層基板２０及び放熱部材３０を含んで構成されており、例えば電気機器の一例であるＰＬＣ１に適用することができる。ＰＬＣ１は、図１に示すように、筐体２、操作部３、電源部４、及び電気回路基板ユニット１０を備えている。

筐体２は、例えば金属製で箱状に構成されている。操作部３は、ユーザからの操作入力を受けるものである。電源部４は、外部の商用電源等に接続されて、電気回路基板ユニット１０に駆動用の電力を供給する。電気回路基板ユニット１０は、ＰＣＬの主要な電子回路すなわち論理回路を構成するものであり、筐体２の内部に設けられている。電気回路基板ユニット１０は、例えば信号線１２及び電力線１３によって、それぞれ操作部３及び電源部４に接続されている。

電気回路基板ユニット１０は、図２等に示すように、メイン基板１１、部品内蔵多層基板２０、及び放熱部材３０を備えている。メイン基板１１は、その表面に部品内蔵多層基板２０を実装するための基板であり、例えばガラスエポキシ樹脂等の一般的な絶縁性の樹脂によって構成されている。詳細は図示しないが、メイン基板１１には、配線パターンや、外部の機器と接続するためのコネクタ若しくは端子台等が設けられていても良い。

部品内蔵多層基板２０は、メイン基板１１に取り付けられている。部品内蔵多層基板２０は、例えばＰＡＬＡＰ（登録商標）等の一括積層プロセス技術を用いて製造することができる。部品内蔵多層基板２０のサイズは特に限定されないが、例えば縦及び横の寸法がそれぞれ２０ｍｍ～３０ｍｍ程度の矩形形状であり、厚みが１．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度のものを採用することができる。

部品内蔵多層基板２０は、複数の基材層２１と、複数の金属層２２と、を交互に重ねて構成されている。また、本実施形態の場合、部品内蔵多層基板２０は、図２に示すように、電気部品として、部品内蔵多層基板２０の内部に設けられた要放熱内蔵部品２３と、部品内蔵多層基板２０の外側に露出するように設けられた露出部品２４と、を有している。この場合、電気部品には、例えばＭＣＵ等の集積回路、面実装の抵抗やコンデンサといった受動素子、及びＦＥＴ等が含まれる。

なお、以下の説明において、部品内蔵多層基板２０の厚み方向、及び基材層２１と金属層２２との積層方向は、いずれも同一方向を意味する。また、部品内蔵多層基板２０の厚み方向に対する直角方向を、部品内蔵多層基板２０又は基材層２１及び金属層２２の面方向と称する。また、図面では、説明を容易にするため実際の縮尺に対して厚み方向の寸法を大幅に誇張して描いている。

本実施形態において、複数の基材層２１は、部品内蔵多層基板２０の厚み方向の一方側から順にそれぞれ第１基材層２１１、第２基材層２１２、第３基材層２１３、第４基材層２１４、第５基材層２１５、第６基材層２１６、第７基材層２１７、
及び第８基材層２１８と称する。そして、各基材層２１１～２１８のうち、部品内蔵多層基板２０の厚み方向の最も外側に位置する層つまり外部に露出して部品内蔵多層基板２０の外側表面を構成する層、この場合、第１基材層２１１及び第８基材層２１８を、それぞれ表層２１１、２１８と称する。

本実施形態の場合、各基材層２１１～２１８のうち少なくとも表層２１１、２１８に挟まれた中間の基材層２１２～２１７は、絶縁性を有する樹脂材料であって寸法精度及び接着性に優れた例えばポリイミド等の熱可塑性樹脂で構成されている。また、これら中間の基材層２１２～２１７の厚み寸法は、それぞれ柔軟性を有する程度の厚み寸法に設定されている。

なお、表層２１１、２１８は、中間の基材層２１２～２１７と同様にポリイミド等の熱可塑性樹脂によって柔軟性を有する程度の厚み寸法で構成しても良いし、柔軟性を有さない厚み寸法すなわち剛性を有するように構成しても良い。また、各基材層２１１～２１８は、柔軟性を有さない、つまり剛性を有する例えばガラスエポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂で構成しても良い。また、本実施形態の場合、表層２１１、２１８のうち表層２１１は、メイン基板１１に部品内蔵多層基板２０を実装した場合においてメイン基板１１とは反対側に位置しており、この表層２１１については、例えばシリコーン樹脂等の柔軟性及び弾性を有する樹脂材料で構成することもできる。

本実施形態において、複数の金属層２２は、部品内蔵多層基板２０の厚み方向の一方側この場合、表層２１１側から順にそれぞれ第１金属層２２１、第２金属層２２２、第３金属層２２３、第４金属層２２４、第５金属層２２５、第６金属層２２６、及び第７金属層２２７と称する。各金属層２２１～２２７は、例えば銅やアルミ、金等の導電性及び熱伝達性に優れた金属の層で構成されている。各金属層２２１～２２７は、例えば図４に示すように、配線パターン２５又は放熱用パターン２６のいずれか一方又は両方を有して構成されている。

配線パターン２５は、各電気部品２３、２４の電気信号や電力を伝達するための配線用のパターンである。放熱用パターン２６は、要放熱内蔵部品２３の放熱用のいわゆるベタパターンであり、その線径は配線パターン２５よりも十分に太い。すなわち、放熱用パターン２６は、配線パターン２５よりも電気抵抗が小さい。なお、放熱用パターン２６は、例えば各電気部品２３、２４を接地するための接地用のパターンと兼用しても良い。

本実施形態の場合、部品内蔵多層基板２０は、図２に示すように、少なくとも１つの要放熱内蔵部品２３と、少なくとも１つの露出部品２４と、を有している。要放熱内蔵部品２３は、例えばＭＣＵ等の集積回路、面実装の抵抗やコンデンサといった受動素子やＦＥＴ等のように小型で薄い電気部品であり、基材層２１１～２１８のいずれかの層に埋め込まれている。この要放熱内蔵部品２３は、部品内蔵多層基板２０の外部への放熱を要する。

要放熱内蔵部品２３は、直接的又は間接的に金属層２２に電気的及び熱的に接続されている。この場合、電気的に接続とは、要放熱内蔵部品２３に対し、金属層２２を介して電気信号が送受信可能となるように接続されていることを意味する。また、熱的に接続とは、要放熱内蔵部品２３で発生した熱が金属層２２を介して伝達可能となるように接続されていることを意味する。

要放熱内蔵部品２３のサイズは特に限定されないが、例えば縦及び横の寸法がそれぞれ１０ｍｍ程度の矩形形状であり、厚みが０．１ｍｍ程度のものも採用することができる。要放熱内蔵部品２３は、図４に示すように、例えば入出力用の端子２３１、放熱用の端子２３２、及びサーマルパッド２３３を有している。各端子２３１のうち必要箇所については、例えば配線パターン２５に接続されている。また、放熱用の端子２３２は、サーマルパッド２３３を介して放熱用パターン２６に接続されている。

本実施形態の場合、要放熱内蔵部品２３は、例えば第６基材層２１６に埋め込まれている。そして、要放熱内蔵部品２３の入出力用の端子２３１は、第６金属層２２６に形成された配線パターン２５に電気的に接続されている。また、要放熱内蔵部品２３の放熱用の端子２３２及びサーマルパッド２３３は、第６金属層２２６に形成された放熱用パターン２６に接して熱伝導可能につまり熱的に接続されている。

各露出部品２４は、表層２１１、２１８から外部に露出して設けられた電気部品であり、例えば電解コンデンサ等のようにサイズが比較的大きく物理的に多層基板に内蔵できない部品や、例えばコネクタ等のように外部に露出せる必要がある部品等である。各露出部品２４の図示しない接続端子は、例えば各金属層２２のうちいずれかの層に接続されている。

露出部品２４は、部品内蔵多層基板２０の厚み方向において要放熱内蔵部品２３の少なくとも一部と重ねて配置することができる。すなわち、露出部品２４は、部品内蔵多層基板２０を平面視で見た場合において少なくとも一部又は全部が、部品内蔵多層基板２０に内蔵された要放熱内蔵部品２３と重なるように配置することができる。このため、要放熱内蔵部品２３と露出部品２４とを例えば表層から外部に露出する態様で並べて配置した場合に比べて、部品内蔵多層基板２０の投影面積を小さくすることができる。

また、部品内蔵多層基板２０は、図３及び図４等に示すように、凹部２７を有している。凹部２７は、部品内蔵多層基板２０の表面を窪ませて形成されている。本実施形態の場合、凹部２７は、部品内蔵多層基板２０の表面のうちメイン基板１１に対して垂直方向に延びる側面２０１であってメイン基板１１側に設けられている。この場合、凹部２７は、各基材層２１及び各金属層２２のうちのメイン基板１１側に設けられた一部を、側面２０１から要放熱内蔵部品２３側へ向かって矩形に窪むように切り欠いた形状に形成されている。この場合、部品内蔵多層基板２０を平面視で見た場合に、凹部２７と要放熱内蔵部品２３とは重なっていない。そして、放熱用パターン２６の少なくとも一部は、凹部２７において露出している。

放熱部材３０は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製であって、少なくとも一面が開放された矩形のケース状に形成されている。本実施形態の場合、放熱部材３０は、全体として矩形のケース状に形成されており、メイン基板１１側の面と、メイン基板１１に対して垂直方向に延びる面と、の少なくとも２面が開放されている。放熱部材３０は、部品内蔵多層基板２０の周囲を覆うようにして、当該部品内蔵多層基板２０に取り付けられている。本実施形態の場合、放熱部材３０は、内部に部品内蔵多層基板２０を収容し、部品内蔵多層基板２０を保護するためのケース若しくは保護部材としても機能する。

放熱部材３０は、本体３１及び挿入部３２を有している。本体３１は、放熱部材３０の主体となる部分である。放熱部材３０は、要放熱内蔵部品２３から挿入部３２を介して伝導された熱を、主に本体３１の表面から放熱する。本体３１は、例えば送風装置等を用いない自然空冷によって要放熱内蔵部品２３の放熱を行うことができる程度に十分な表面積を有している。

挿入部３２は、部品内蔵多層基板２０の凹部２７に挿入可能に構成されている。本実施形態の場合、図４に示すように、挿入部３２の幅寸法Ｗ１は、凹部２７の幅寸法Ｗ２よりも小さい。なお、本実施形態において、挿入部３２の幅寸法Ｗ１及び凹部２７の幅寸法Ｗ２とは、部品内蔵多層基板２０の面方向に平行でかつ挿入部３２の挿入方向に対して直角方向の寸法を意味する。また、本実施形態の場合、挿入部３２は、例えば本体３１の側面３１１の一部を折り曲げることで、本体３１と一体に構成されている。

挿入部３２は、少なくとも１つの充填部３２１を有している。本実施形態の場合、挿入部３２は、複数、例えば２つの充填部３２１を有している。各充填部３２１は、凹部２７に対する挿入部３２の挿入方向に沿って並べて設けられている。各充填部３２１は、一方側が開口し、他方側が膨出した略椀状に形成されている。本実施形態の場合、各充填部３２１は、放熱用パターン２６側が開口し、放熱用パターン２６と反対側つまりメイン基板１１側が膨出若しくは突出した略椀状に形成されている。

本実施形態において、略椀状とは、半球形状つまりドーム形状や、円錐台形状若しくは角錐台形状を含む。本実施形態の場合、充填部３２１、例えば半球状に膨出したいわゆるドーム状に形成されている。充填部３２１は、略椀状の膨出側、この場合、ドーム状の突出側つまり開口とは反対側から外力を受けることで弾性変形又は塑性変形可能に構成されている。また、各充填部３２１は、例えばプレス加工等の塑性加工によって挿入部３２と一体に形成されている。なお、充填部３２１は、膨出部又は突出部と称することもできる。

図６に示すように、充填部３２１を含めた挿入部３２の厚み寸法Ｄ１は、凹部２７の厚み寸法Ｄ２よりも僅かに大きく設定されている。なお、本実施形態において、挿入部３２の厚み寸法Ｄ１とは、充填部３２１における椀状の頂点つまりメイン基板１１側の頂点から、充填部３２１の開口側の表面までの距離を意味する。また、凹部２７の厚み寸法Ｄ２とは、凹部２７において、放熱用パターン２６から、放熱用パターン２６に対向する面この場合、メイン基板１１の表面までの距離を意味する。また、厚み寸法Ｄ１が厚み寸法Ｄ２よりも僅かに大きいとは、挿入部３２を凹部２７に挿入する際に、充填部３２１が変形によって充填部３２１を含む挿入部３２が凹部２７内に圧入可能な程度に、厚み寸法Ｄ１が厚み寸法Ｄ２よりも大きいことを意味する。

例えば部品内蔵多層基板２０全体の厚み寸法が例えば５ｍｍ～１０ｍｍ程度に設定されている場合、許容できる凹部２７の厚み寸法Ｄ２は、例えば０．５ｍｍ程度である。この場合、放熱部材３０は、板厚すなわちケース状の各壁面の厚み寸法が例えば０．２ｍｍ～０．３ｍｍ程度の部材で構成される。そしてこの場合、充填部３２１を含む挿入部３２の厚み寸法Ｄ１は、０．６ｍｍ～０．８ｍｍ程度に設定される。

図３に示すように、充填部３２１を含む挿入部３２は、凹部２７に挿入、この場合、圧入されている。これにより、放熱部材３０は、部品内蔵多層基板２０に取り付けられている。本実施形態の場合、充填部３２１を含む挿入部３２は、放熱用パターン２６とメイン基板１１との間に挿入されている。また、放熱用パターン２６と、充填部３２１を含む挿入部３２との間には、熱伝導部材３３が充満している。

熱伝導部材３３は、高粘性流体又は半固体であって、例えば空気よりも熱伝導性が高い部材である。熱伝導部材３３は、例えば潤滑性を有する部材で構成することができる。この場合、高粘性流体とは、流動性を有するとともに、放熱部材３０を部品内蔵多層基板２０に取り付ける際に発生する通常の振動等によっては充填部３２１から流出しないが、充填部３２１が変形する程度の外力を加えられた場合にはその流動性によって一部が充填部３２１から流出する程度の粘性を有していることを意味する。この場合、高粘性流体で構成された熱伝導部材３３の例としては、例えば放熱用のグリス等がある。熱伝導部材３３が例えばグリス等の高粘性流体である場合、作業者は、例えばハケ等を用いて熱伝導部材３３を充填部３２１の表面に塗ることで、熱伝導部材３３を充填部３２１内に充填することができる。

また、本実施形態において、半固体とは、流動性を有しておらず放熱部材３０を部品内蔵多層基板２０に取り付ける際に発生する通常の振動等によっても充填部３２１から押し出されないが、充填部３２１が変形する程度の外力を加えられた場合には一部が充填部３２１から押し出される程度の可塑性を有していることを意味する。この場合、半固体で構成された熱伝導部材３３の例としては、例えば放熱用のゲルや粘土等がある。熱伝導部材３３が例えば粘土やゲル等の半固体である場合、作業者は、例えば熱伝導部材３３の塊を充填部３２１の開口側に押し込むことで、熱伝導部材３３を充填部３２１内に充填することができる。

熱伝導部材３３は、放熱部材３０を部品内蔵多層基板２０に取り付ける以前の状態において、充填部３２１内を充填されている。すなわち、放熱部材３０を部品内蔵多層基板２０に取り付ける以前の状態において、充填部３２１内は高粘性流体又は半固体の熱伝導部材３３で満たされている。

放熱部材３０は、例えば人の手作業によって部品内蔵多層基板２０に取り付けることができる。作業者は、図７の白抜き矢印で示すように、放熱部材３０を凹部２７の奥方、この場合、メイン基板１１の面方向と平行方向へ押し込み、これにより充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入する。挿入の際、充填部３２１は、メイン基板１１に押し潰されて変形する。すると、変形した充填部３２１の体積分、充填部３２１内に充填されていた熱伝導部材３３が充填部３２１から流出して、充填部３２１を含む挿入部３２と放熱用パターン２６との間に充満する。

これにより、放熱用パターン２６と熱伝導部材３３、及び熱伝導部材３３と充填部３２１を含む挿入部３２とが、それぞれ密着する。すなわち、充填部３２１を含む挿入部３２と放熱用パターン２６とが、熱伝導部材３３を介して相互に密着する。また、挿入部３２には、押しつぶされた充填部３２１の復元力によって放熱用パターン２６及びメイン基板１１を押圧する力が作用する。このため、充填部３２１を含む挿入部３２は、より高い圧力で放熱用パターン２６に密着することができる。更には、充填部３２１を含む挿入部３２を、より強固に凹部２７内に保持することができる。

以上説明した実施形態によれば、電気回路基板ユニット１０は、ＰＬＣ１の構成要素として適用することができる。電気回路基板ユニット１０は、部品内蔵多層基板２０と、放熱部材３０と、を備える。部品内蔵多層基板２０は、複数の基材層２１と複数の金属層２２とを重ねて構成されており、外部への放熱を要する電気部品である要放熱内蔵部品２３を内蔵している。放熱部材３０は、要放熱内蔵部品２３と熱伝導可能に接続された状態すなわち熱的に接続された状態で部品内蔵多層基板２０に取り付けられて、要放熱内蔵部品２３で発生した熱を部品内蔵多層基板２０の外部へ放熱する機能を有する。

部品内蔵多層基板２０は、凹部２７と、放熱用パターン２６と、を有する。凹部２７は、該部品内蔵多層基板２０の表面を窪ませて形成されている。放熱用パターン２６は、複数の金属層２２のうち要放熱内蔵部品２３に熱伝導可能に接続すなわち熱的に接続された金属層２２であって少なくとも一部が凹部２７において露出している。

放熱部材３０は、挿入部３２と、充填部３２１と、を有している。挿入部３２は、凹部２７に対応する位置に設けられており、この凹部２７に挿入されている。充填部３２１は、挿入部３２に設けられており、外力を受けて変形可能であって、放熱用パターン２６側が開口した略椀状、この場合、ドーム状に形成されている。また、充填部３２１は、内部に高粘性流体又は半固体の熱伝導部材が充填されている。充填部３２１を含めた挿入部３２の厚み寸法Ｄ１は、凹部２７の厚み寸法Ｄ２よりも大きく設定されている。そして、充填部３２１を含む挿入部３２が凹部２７に挿入されて充填部３２１が変形したことで充填部３２１から流出した熱伝導部材３３が挿入部３２と放熱用パターン２６との間に充満している。

これによれば、熱伝導部材３３は、高粘性流体又は半固体の部材で構成されているため、放熱用パターン２６の露出部分及び充填部３２１を含む挿入部３２の表面形状に沿って変形し密着する。これにより、充填部３２１を含む挿入部３２全体と、放熱用パターン２６の露出部分全体とを、熱伝導部材３３を介して面接触させることができ、放熱用パターン２６の露出部分と充填部３２１を含む挿入部３２との間に空気層が生じ難くなる。その結果、要放熱内蔵部品２３で発生した熱を、放熱用パターン２６、熱伝導部材３３、及び充填部３２１を含む挿入部３２を介して、放熱部材３０の本体３１に効率良く伝達することができる。これにより、本実施形態によれば、熱伝導部材３３を備えてない場合に比べて、要放熱内蔵部品２３で発生した熱を部品内蔵多層基板２０の外部へ効率良く放熱することができる。

また、充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入される際、充填部３２１から流出した高粘性流体又は半固体の熱伝導部材３３が、潤滑剤となってその挿入を補助する。このため、放熱部材３０は、例えば人の手作業によっても簡単に部品内蔵多層基板２０に取り付けることができる。

更には、充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入された後の状態において、充填部３２１を含む挿入部３２には、押しつぶされた充填部３２１の復元力によって放熱用パターン２６及びメイン基板１１を押圧する力が作用する。このため、充填部３２１を含む挿入部３２は、より高い圧力で放熱用パターン２６に密着することができる。更には、充填部３２１を含む挿入部３２を、より強固に凹部２７内に保持することができ、これより、放熱部材３０が部品内蔵多層基板２０から外れ難くすることができる。

また、凹部２７は、部品内蔵多層基板２０の表面のうちメイン基板１１に対して垂直方向に延びる側面２０１にあってメイン基板１１側に設けられている。そして、充填部３２１を含む挿入部３２は、放熱用パターン２６とメイン基板１１との間に挿入されている。これによれば、作業者は、放熱部材３０をメイン基板１１の表面に沿わせてスライドさせることで、充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入し、放熱部材３０を部品内蔵多層基板２０に取り付けることができる。これにより、放熱部材３０の取り付けの作業性を向上させることができる。

ここで、充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入する際、充填部３２１は、メイン基板１１等との接触部分から反力を受ける。このため、例えば充填部３２１が挿入部３２と別体に構成されて、例えば接着剤等によって挿入部３２に固定されたものの場合、充填部３２１は、メイン基板１１等との接触部分から受けた反力によって挿入部３２から外れてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、充填部３２１は挿入部３２と一体に形成されている。これによれば、充填部３２１と挿入部３２との接合部分が存在しないため、充填部３２１を含む挿入部３２を凹部２７に挿入する際にメイン基板１１等から受ける反力によっても、充填部３２１は、挿入部３２から外れ難い。

また、充填部３２１は、凹部２７に対する挿入部３２の挿入方向に沿って複数設けられている。これによれば、挿入部３２及び放熱用パターン２６の露出部分の広い範囲に亘って、熱伝導部材３３を行き渡らせることができる。これにより、充填部３２１を含む挿入部３２と放熱用パターン２６との接触面積を極力広く確保することができ、その結果、放熱部材３０による放熱性能を更に向上させることができる。

また、本実施形態のＰＬＣ１は、上述した電気回路基板ユニット１０と、この電気回路基板ユニット１０を収容する筐体２と、を備えて構成されている。この場合、電気回路基板ユニット１０は、放熱部材３０が設けられた小型で放熱性の良い部品内蔵多層基板２０を備えている。そのため、電気回路基板ユニット１０も小型化することができる。これにより、ＰＬＣ１自体も小型化することができ、その結果、ＰＬＣ１を用いた生産設備等の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図８～図１１を参照して説明する。
本実施形態の部品内蔵多層基板２０は、上記第１実施形態の凹部２７に換えて、凹部２８を有している。凹部２８は、部品内蔵多層基板２０の表面のうち天面２０２に形成されえている。この場合、天面２０２とは、部品内蔵多層基板２０の表面のうちメイン基板１１に対して平行方向に延びる面であってメイン基板１１とは反対側の面である。凹部２８は、天面２０２をメイン基板１１側へ向かって掘り下げた溝状に形成されている。そして、放熱用パターン２６の一部は、凹部２８の底部から露出している。

また、本実施形態の電気回路基板ユニット１０は、上記第１実施形態の放熱部材３０に換えて、放熱部材４０を備えている。放熱部材４０は、上記第１実施形態の放熱部材３０と具体的な形状は異なるが、材質や壁部の厚み等は上記第１実施形態の放熱部材３０と同様に構成されている。この場合、放熱部材４０は、全体として矩形のケース状に形成されており、メイン基板１１側の面が開放されている。すなわち、放熱部材４０は、部品内蔵多層基板２０に対して、メイン基板１１側の面以外の５つの面を覆っている。

放熱部材４０は、上記第１実施形態の放熱部材３０と同様に、本体４１及び挿入部４２を有している。本体３１は、放熱部材３０の主体となる部分である。この場合、本体３１は、メイン基板１１に対して垂直方向に延びる４つの側面３１１と、メイン基板１１に対して平行な１つの天面３１２と、を有して構成されている。挿入部４２は、部品内蔵多層基板２０の凹部２８に対応する位置つまり挿入可能な位置に設けられている。挿入部４２は、本体４１の天面４１１から部品内蔵多層基板２０の中心側つまりメイン基板１１側へ向かって延び出ている。

挿入部４２は、充填部４２１及び折り返し部４２２を有している。充填部４２１は、上記第１実施形態の充填部３２１と同様に構成されているが、放熱用パターン２６に対する向きが異なる。すなわち、充填部４２１は、放熱用パターン２６の面方向に対して平行方向、つまり凹部２８に対する挿入部４２の挿入方向に対して直角方向へ向かって略椀状に膨出している。この場合、凹部２８に対する挿入部４２の挿入方向は、図８の紙面下方向である。充填部４２１内には、上記第１実施形態の充填部３２１と同様に熱伝導部材３３が充填されている。

折り返し部４２２は、挿入部４２の先端部分を、凹部２８に対する挿入部４２の挿入方向とは反対方向へ折り返して形成されており、その折り返し部分を支点にして弾性変形可能に構成されている。折り返し部４２２の一部は、充填部４２１の少なくとも一部と重なっている。この場合、折り返し部４２２を含む挿入部４２の厚み寸法Ｄ３は、凹部２８の厚み寸法Ｄ４よりも僅かに大きく設定されている。

なお、本実施形態において、挿入部４２の厚み寸法Ｄ３とは、折り返し部４２２の頂点から充填部３２１の開口側の表面までの距離を意味する。また、凹部２８の厚み寸法Ｄ４とは、凹部２８において凹部２８の深さ方向に延びるとともに相互に対向する２つの内側面、つまり基材層２１及び金属層２２の断層面間の距離を意味する。また、厚み寸法Ｄ３が厚み寸法Ｄ４よりも僅かに大きいとは、挿入部４２を凹部２８に挿入する際に、充填部４２１及び折り返し部４２２の変形によって充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２を凹部２８内に圧入可能な程度に、厚み寸法Ｄ３が厚み寸法Ｄ４よりも大きいことを意味する。

放熱部材４０は、充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２が凹部２８に挿入されて、部品内蔵多層基板２０に取り付けられている。この場合、放熱用パターン２６及び挿入部４２の周囲には、充填部４２１から流出した熱伝導部材３３が充満している。これにより、放熱用パターン２６と、充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２とが、熱伝導部材３３を介して熱伝導可能に接続されている。

本実施形態の放熱部材４０も、例えば人の手作業によって部品内蔵多層基板２０に取り付けることができる。作業者は、図１０の白抜き矢印で示すように、放熱部材３０を凹部２８の奥方、この場合、メイン基板１１の面方向と直角方向でかつメイン基板１１側へ押し込み、これにより充填部４２１を含む挿入部４２を凹部２８に挿入する。挿入の際、充填部４２１は、凹部２８の壁面に押し潰されて変形する。すると、変形した充填部４２１の体積分、充填部４２１内に充填されていた熱伝導部材３３が充填部４２１から流出して、充填部４２１を含む挿入部４２と放熱用パターン２６との周囲に充満する。

これにより、放熱用パターン２６と熱伝導部材３３、及び熱伝導部材３３と充填部４２１を含む挿入部４２とが、それぞれ密着する。すなわち、充填部４２１を含む挿入部４２と放熱用パターン２６とが、熱伝導部材３３を介して相互に密着する。また、挿入部４２には、押しつぶされた充填部４２１及び折り返し部４２２の復元力によって凹部２８の壁面を押圧する力が作用する。このため、充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２は、より高い圧力で凹部２８の内側に保持される。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態において、凹部２８は、部品内蔵多層基板２０の表面のうちメイン基板１１に対して平行方向に延びる面であってメイン基板１１とは反対側の天面２０２に設けられている。この場合、充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２は、放熱部材４０において凹部２８に対応する位置、すなわち本体４１の天面４１２に設けられている。そして、作業者は、部品内蔵多層基板２０に放熱部材４０を被せるようにして配置し、更に充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２を凹部２８に押し込んで挿入することで、放熱部材４０を部品内蔵多層基板２０に取り付けることができる。このため、本実施形態によれば、部品内蔵多層基板２０に対する放熱部材４０の取り付けを更に容易にすることができる。

また、本実施形態の挿入部４２は、充填部４２１に加えて折り返し部４２２を有している。折り返し部４２２は、挿入部４２の先端部を折り返して形成され挿入部４２が凹部２８に挿入される際に変形することで充填部４２１を押し潰すことが可能に構成されている。これによれば、充填部４２１及び折り返し部４２２を含む挿入部４２を凹部２８に挿入した際に、より確実に充填部４２１を潰して充填部４２１内に充填されている熱伝導部材３３を充填部４２１から流出させることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
また、上記各実施形態は、適宜組み合わせることができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

１…プログラマブルロジックコントローラ、２…筐体、１０…電気回路基板ユニット、１１…メイン基板、２０…部品内蔵多層基板、２１…基材層、２２…金属層、２１１…第１基材層（基材層、表層）、２１２…第２基材層（基材層）、２１３…第３基材層（基材層）、２１４…第４基材層（基材層）、２１５…第５基材層（基材層）、２１６…第６基材層（基材層）、２１７…第７基材層（基材層）、２１８…第８基材層（基材層、表層）、２２１…第１金属層（金属層）、２２２…第２金属層（金属層）、２２３…第３金属層（金属層）、２２４…第４金属層（金属層）、２２５…第５金属層（金属層）、２２６…第６金属層（金属層）、２２７…第７金属層（金属層）、２３…要放熱内蔵部品（電気部品）、２４…露出部品（電気部品）、２６…放熱用パターン、２７…凹部、２８…凹部、３０…放熱部材、３２…挿入部、３３…熱伝導部材、４０…放熱部材、４２…挿入部、２０１…部品内蔵多層基板の側面、２０２…部品内蔵多層基板の天面、３１１…放熱部材の側面、３１２…放熱部材の天面、３２１…充填部、４１１…放熱部材の天面、４１２…放熱部材の天面、４２１…充填部、４２２…折り返し部

Claims (7)

1. プログラマブルロジックコントローラを構成する電気回路基板ユニットであって、
   複数の基材層と複数の金属層とを重ねて構成され外部への放熱を要する電気部品である要放熱内蔵部品を内蔵した部品内蔵多層基板と、
   前記要放熱内蔵部品と熱伝導可能に接続された状態で前記部品内蔵多層基板に取り付けられて前記要放熱内蔵部品で発生した熱を前記部品内蔵多層基板の外部へ放熱するための放熱部材と、を備え、
   前記部品内蔵多層基板は、
   当該部品内蔵多層基板の表面を窪ませて形成された凹部と、
   複数の前記金属層のうち前記要放熱内蔵部品に熱伝導可能に接続された金属層であって少なくとも一部が前記凹部において露出している放熱用パターンと、を有し、
   前記放熱部材は、
   前記凹部に対応する位置に設けられ前記凹部に挿入されている挿入部と、
   前記挿入部に設けられ外力を受けて変形可能であって一方側が開口し他方側が膨出した略椀状に形成されて内部に高粘性流体又は半固体の熱伝導部材が充填されている充填部と、を有し、
   前記充填部を含めた前記挿入部の厚み寸法は、前記凹部の厚み寸法よりも大きく設定されており、
   前記充填部を含む前記挿入部が前記凹部に挿入されて前記充填部が変形したことで前記充填部から流出した熱伝導部材が前記挿入部と前記放熱用パターンとの間に充満している、
   電気回路基板ユニット。
2. 前記部品内蔵多層基板が実装されるメイン基板を更に備え、
   前記凹部は、前記部品内蔵多層基板の表面のうち前記メイン基板に対して垂直方向に延びる側面にあって前記メイン基板側に設けられ、
   前記充填部を含む前記挿入部は、前記放熱用パターンと前記メイン基板との間に挿入されている、
   請求項１に記載の電気回路基板ユニット。
3. 前記部品内蔵多層基板が実装されるメイン基板を更に備え、
   前記凹部は、前記部品内蔵多層基板の表面のうち前記メイン基板に対して平行方向に延びる面であって前記メイン基板とは反対側の天面に設けられている、
   請求項１に記載の電気回路基板ユニット。
4. 前記充填部は前記挿入部と一体に形成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電気回路基板ユニット。
5. 前記挿入部は、当該挿入部の先端部を折り返して形成され前記挿入部が前記凹部に挿入される際に変形することで前記充填部を押し潰すことが可能な折り返し部を更に有している、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の電気回路基板ユニット。
6. 前記充填部は、前記凹部に対する前記挿入部の挿入方向に沿って複数設けられている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電気回路基板ユニット。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の電気回路基板ユニットと、
   前記電気回路基板ユニットを収容する筐体と、
   を備えたプログラマブルロジックコントローラ。

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