JPH10135383A - 電子部品搭載基板およびこれを備えた電子機器 - Google Patents

電子部品搭載基板およびこれを備えた電子機器

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JPH10135383A
JPH10135383A JP8288023A JP28802396A JPH10135383A JP H10135383 A JPH10135383 A JP H10135383A JP 8288023 A JP8288023 A JP 8288023A JP 28802396 A JP28802396 A JP 28802396A JP H10135383 A JPH10135383 A JP H10135383A
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JP
Japan
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heat
electronic component
copper foil
temperature
foil layer
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JP8288023A
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English (en)
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Ritsuo Machii
律雄 町井
Hiroshi Sonobe
啓 園部
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0201Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/303Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の金属層からの放熱量が不十分だと、電
子部品の動作クロックを下げて温度を低下させる必要が
ある。 【解決手段】 基板表面側に電子部品1が実装され、基
板裏面側に電子部品の熱が伝えられる金属層12が形成
された電子部品搭載基板において、上記金属層の表面
に、電気絶縁性を有しかつ金属層の材料よりも赤外線放
射率が高い材料、例えば赤外線放射率ε=0.9以上で
あるセラミック含有塗料の熱放射膜13を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、実装された電子部
品の放熱を行う電子部品搭載基板および電子機器に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】電子部品を実装する基板には、部品実装
側(表面側)に電子部品に対して信号を入出力するため
の金属箔(銅箔)パターンが形成され、基板裏面側に放
熱用の金属箔(銅箔)層が形成されているものがある。
このような基板では、電子部品自体や金属箔パターンと
金属箔層とを基板を貫通する金属体で熱的に接続し、金
属箔層から電子部品の放熱を行なっていた。
【0003】具体的に従来の電子部品搭載基板を図6を
用いて説明する。基板31は、基材30と、この基材3
0の表面側にエポキシ系樹脂28により接着された半田
ランド(銅箔パターン)24と、基材30の裏面側に形
成された銅箔層32と、さらに銅箔層32を絶縁するた
めに銅箔層32の表面に塗布されたソルダーレジスト等
の有機被膜33と有して構成されている。
【0004】半田ランド24には、IC21のパッケー
ジ23から延びるリード22が半田25により接合され
ており、パッケージ23の下面には、基材30にこれを
貫通するよう取り付けられた複数の金属体26の上面が
熱伝導性の高い接着剤27によって接着されている。
【0005】このように構成されたれ電子部品搭載基板
によれば、IC21が電力を消費することにより発生す
る熱は、接着剤27および金属体26を介して銅箔層3
2に伝えられる。そして、この銅箔層32から放熱され
るので、特別な放熱板を用いることなく電子部品の放熱
を行うことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
CPU,MPU等の電子部品に対する高速処理の要請に
伴い、これら部品の動作クロックの周波数が高くなる
と、これら電子部品からの発熱量も多くなり、放熱量を
より多くするための工夫が必要となる。
【0007】一般に、このような電子部品搭載基板を備
えたコンピュータ等の電子機器では、基板の熱を熱伝導
や熱伝達により筐体等に逃がす方法を用いている。但
し、電子部品搭載基板の発熱温度は通常50〜80℃の
温度範囲にあって電子機器の周囲温度との差が小さいた
め、十分な放熱を行えないことが多い。
【0008】また、電子部品の過熱を防止するため、一
時的に電子部品の動作クロックを下げる制御を行う場合
がある。但し、十分な放熱量がないと、電子部品の温度
が下がるまでに長時間を要することになり、その間遅い
処理スピードでの電子機器の使用を強いられることにな
る。
【0009】そこで、本願発明は、基板裏面側の金属層
の絶縁性を保ちつつ、実装電子部品の放熱をより効率的
に行なうことができ、できるだけ速い電子部品の処理ス
ピードを維持できるようにした電子部品搭載用基板およ
びこれを備えた電子機器を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願発明では、基板表面側に電子部品が実装さ
れ、基板裏面側に電子部品の熱が伝えられる金属層が形
成された電子部品搭載基板において、上記金属層の表面
に、電気絶縁性を有しかつ金属層の材料よりも赤外線放
射率が高い材料、例えば赤外線放射率ε=0.9以上で
あるセラミック含有塗料の熱放射膜を形成している。
【0011】すなわち、金属層の表面に有機被膜を形成
した従来の基板においてほとんど考慮されていなかった
金属層を覆う絶縁膜からの熱放射(物体が電磁波の形で
エネルギーを放出する現象)を積極的に行わせることに
より、金属層からの放熱量を増大させ、放熱をより効率
的に行わせるようにしている。
【0012】なお、熱放射層を形成するには、セラミッ
ク含有塗料等を金属層の表面に溶射塗布する等の方法を
採ればよい。
【0013】また、熱放射膜の厚さを5μm以上とし
て、下地となる金属層の影響によって熱放射膜の赤外線
放射率が低下するのを防止するのが望ましい。
【0014】そして、本願発明では、このような電子部
品搭載基板を備えることにより、高速処理が可能で、か
つ電子部品の過熱による故障等の少ない電子機器を実現
することができるようにしている。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)図1には本願発明の第1実施形態であ
る電子部品搭載基板を示している。図1において、11
は基板である。この基板11は、基材10と、この基材
10の表面側にエポキシ系樹脂8により接着された半田
ランド(銅箔パターン)4と、基材10の裏面側に形成
された銅箔層12と、さらに銅箔層12の表面に形成さ
れた熱放射膜13とを有して構成されている。
【0016】半田ランド4には、IC1のパッケージ3
から延びるリード2が半田5により接合されており、パ
ッケージ3の下面には、基材10にこれを貫通するよう
取り付けられた複数の金属体6の上面が熱伝導性の高い
接着剤7によって接着されている。
【0017】このように構成されたれ電子部品搭載基板
によれば、IC1が電力を消費することにより発生する
熱は、接着剤7および金属体6を介して銅箔層12に伝
えられる。そして、この銅箔層29から熱伝導や熱伝達
による放熱が行われるとともに熱放射膜13から熱放射
が行われるので、熱放射膜がない従来の基板に比べて効
率よくIC1の放熱を行わせることができる。
【0018】ここで、本実施形態の効果を確認するため
に行った実験例を図2を用いて説明する。ここでは、ア
ルミの平板(基板11における銅箔層12に相当する)
の表面に黒体スプレーを施して赤外線放射率の高い状態
にしたものを用いて実験している。
【0019】301はIC1の代わりに用いた発熱体
(例えば、セメント抵抗)であり、302は発熱体30
1を発熱させるための電源である。303は発熱体30
1を表面(図3では下面)に取り付けた放熱板(基板1
1に相当する)であり、本実験では、裏面に何ら表面処
理を施さないアルミ平板(地アルミ)と、裏面に黒体ス
プレーを施して赤外線放射率の高い状態にしたアルミ平
板(黒体処理アルミ)とを用意した。
【0020】304は発熱体301に加えた電圧を測定
する電圧計であり、305は発熱体301に流れた電流
を測定する電流計である。306は異った2種の金属線
からなる複数の熱電対であり、本実験ではこれら熱電対
306を放熱板303の中心線上に不図示の熱伝導接着
剤で接着した。307は各熱電対306の電位差を温度
に変換する温度測定器である。
【0021】そして、本実験は以下の条件で行った。
【0022】(実験条件) ・放熱板の大きさ:200mm(長さ)×70mm
(幅)×0.5〜5mm(厚さ) ・放熱板の材質:Al(99%)の圧延材 ・セメント抵抗の発熱量:7.8W ・周囲温度:25℃ ・表面処理条件:赤外線放射塗料(放射率ε=0.9
5)を厚さ30mμで塗布 但し、Alの放射率はε=0.1 なお、実験は装置を室内に放置した状態で行なった。も
ちろん、実際のことを考えると、ノートパソコンサイズ
等の筐体内に装置を実装して実験を行なうべきである
が、本実験では具体的な温度よりも赤外線放射率の高い
塗料を塗布した場合の定性的変化を確かめることが目的
であったため、装置を室内に放置した状態で行なった。
【0023】このような条件の下、放熱板303の温度
変化を図3に示す。この図において、縦軸は放熱板30
3の中心線上の温度から放熱板303の平均温度上昇値
を計算で求めた値を示し、横軸は放熱板303の厚さを
示す。また、図中■は地アルミを放熱板303として用
いた場合を示し、◆は黒体処理アルミを放熱板303と
して用いた場合を示している。
【0024】この実験結果から分かるように、黒体処理
アルミを用いた場合には、地アルミを用いた場合よりも
放熱板303の平均温度は約10℃高くなった。すなわ
ち、赤外線放射率の高い塗料の熱放射膜を形成すること
により、放熱板303の温度は高くなり、放熱量が増加
した。したがって、上記実施形態の基板11に熱放射膜
13を形成すれば、これを形成しない場合よりもIC1
の温度を下げることができる。
【0025】ところで、上記実施形態において特に塗装
について説明したのは、塗装そのものはすべての金属箔
に適用し得るからである。また、塗料の種類は多いが、
本実施形態では、赤外線放射率が高く、電気絶縁性を有
する等の要求特性に応じたものが選択される。赤外線放
射率が特に高く(0.9以上)かつ絶縁性のある塗料と
しては、セラミック粉末(アルミナ等)を分散させた塗
料がある。
【0026】さらに、塗料の厚さは塗料の種類にもよる
が、一般に5μm以上がよいと考えられる。これは、厚
さが5μm以下では下地の影響等により赤外線放射率が
低下する傾向にあるためである。
【0027】なお、セラミック含有塗料の塗布の他に、
セラミックの溶射や印刷、蒸着等によっても表面の赤外
線放射率を高めることができる。
【0028】(第2実施形態)図4には、本発明を適用
したCPUボードにおいて、CPUの温度制御を行なっ
た場合の各電子部品(例えば、CPUやキャッシュ)の
表面温度変化を示している。ここで、電子部品としてキ
ャッシュを例として挙げたのは、実験においてCPUボ
ード上の電子部品の中で最も表面温度が高かったためで
ある。図4において、縦軸は電子部品の表面温度の変化
を示しており、横軸は電源をオンした後の経過時間を示
している。また、図中○はCPUの表面温度を示し、●
はキャッシュの表面温度を示している。
【0029】ここで、図4の説明をする前に簡単に電子
部品の温度制御について図5のフローチャートを用いて
説明する。電源をオンすることにより、CPUが所定の
動作クロックで作動すると、各電子部品の表面温度が上
昇する。まずステップ(図ではSと略す)1では、CP
Uボード上のサーミスタにより、CPUの近傍温度の読
込みを行なう。そしてステップ2で、CPU近傍温度T
が70℃より高いか否かを判別し、T≦70℃であれば
ステップ1に戻り、T>70℃であればステップ3に進
む。
【0030】ステップ3では、CPUの動作クロックを
下げる。これにより、電子部品の表面温度は下降する。
そして、ステップ4で再びCPUの近傍温度を読み込
み、ステップ5でCPU近傍温度Tが65℃より低いか
否かを判別する。T≧65℃であればステップ3に戻っ
て再び動作クロックを下げる。一方、T<65℃であれ
ばステップ6に進む。
【0031】ステップ6では、CPUの動作クロックを
ステップ2で下げる以前の動作クロックに戻し、その後
再びステップ1に戻る。このような制御を行うことによ
り、CPUの表面温度を65〜70℃の間に、またキャ
ッシュの表面温度をCPUよりも若干高い程度に維持す
ることができる。
【0032】そして、このような制御を行って得られた
各電子部品の温度変化の一例を図4に示している。この
例では、時間AにおいてCPUの動作クロックを下げて
(ステップ2,3)CPUの過熱を防止し、時間Bにお
いて電子部品の温度が65℃以下になるとCPUの動作
クロックを元に戻し(ステップ5,6)、その後上記制
御を繰返し行なってCPUの表面温度を65〜70℃に
維持している。また、キャッシュの表面温度を70〜7
5℃程度に維持している。
【0033】ところで、各電子部品の温度を上記範囲に
維持するために、上限温度T1になった時間Aから設定
温度T2になる時間Bまでの間はCPUの動作クロック
を下げることとなるが、第1実施形態にて説明したよう
に、CPUボードの基板の裏面側に熱放射量を増大させ
る熱放射膜を形成すれば、これを形成しない場合に比べ
て上限温度T1から設定温度T2に下がるまでに要する
時間を短くすることができる。また、基板の熱放射量を
さらに増大させて、電子部品の温度が常時T2以下にな
るようにすれば、前述した温度制御自体を行なう必要が
なくなるので、CPUの動作クロックを下げずにCPU
ボードさらには電子機器を使用することができる。
【0034】つまり、CPUボードの基板の裏面側に熱
放射膜を形成すれば、コンピュータ等の高密度実装タイ
プの電子機器においても、温度調節のためにCPUの動
作クロックを下げておく時間を短くしたり、動作クロッ
クを下げること自体を不要としたりすることができるの
で、電子機器の平均処理スピードを落とすことなく電子
機器を快適に使用することができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、金属層の表面に熱放射膜を形成して、これを形成し
ない場合に比べて金属層からの放熱量を増大させている
ので、コンピュータ等の高密度実装タイプの電子機器に
おいても、温度調節のためにCPUの動作クロックを下
げておく時間を短くしたり、動作クロックを下げること
自体を不要としたりすることができ、電子機器の平均処
理スピードを落とすことなく電子機器を快適に使用する
ことができる。
【0036】なお、熱放射膜の厚さを5μm以上とすれ
ば、下地となる金属層の影響によって熱放射膜の赤外線
放射率が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である電子部品搭載基板
の断面図である。
【図2】本発明の電子部品搭載基板の効果を試すための
実験装置の構成図である。
【図3】上記実験装置による実験結果を示すグラフ図で
ある。
【図4】本発明の第2実施形態であるCPUボードでの
電子部品の温度変化を示すグラフ図である。
【図5】上記CPUボードにおける温度制御溶のフロー
チャートである。
【図6】従来の電子部品搭載基板の断面図である。
【符号の説明】
1,21 IC 6,26 金属体 10,30 基材 11,31 電子部品搭載基板 12,32 銅箔層 13 熱放射膜 33 有機被膜 301 発熱体 302 電源 303 放熱板 306 熱電対 307 温度測定器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面側に電子部品が実装され、基板
    裏面側に前記電子部品の熱が伝えられる金属層が形成さ
    れた電子部品搭載基板において、 前記金属層の表面に、電気絶縁性を有しかつ前記金属層
    の材料よりも赤外線放射率が高い材料の熱放射膜を形成
    したことを特徴とする電子部品搭載基板。
  2. 【請求項2】 前記熱放射膜の材料の赤外線放射率εが
    0.9以上であることを特徴とする請求項1に記載の電
    子部品搭載基板。
  3. 【請求項3】 前記熱放射膜の材料が、セラミックを含
    有した塗料からなることを特徴とする請求項1又は2に
    記載の電子部品搭載基板。
  4. 【請求項4】 前記塗料を前記金属層の表面に溶射塗布
    したことを特徴とする請求項3に記載の電子部品搭載基
    板。
  5. 【請求項5】 前記熱放射膜の厚さが、5μm以上であ
    ることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の
    電子部品搭載基板。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の電子
    部品搭載基板を備えたことを特徴とする電子機器。
JP8288023A 1996-10-30 1996-10-30 電子部品搭載基板およびこれを備えた電子機器 Pending JPH10135383A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1180798A1 (en) * 2000-08-10 2002-02-20 Kitagawa Industries Co., Ltd. Thermal conductive sheet with conductive foil
KR20020074073A (ko) * 2001-03-16 2002-09-28 엘지전자 주식회사 아이씨 방열구조
JP2005328086A (ja) * 2003-04-16 2005-11-24 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置の放熱構造
JP2006250513A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Noritake Co Ltd 遠赤外線放射冷却装置

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