WO2018109919A1 - プリント配線基板、空気調和機およびプリント配線基板の製造方法 - Google Patents

プリント配線基板、空気調和機およびプリント配線基板の製造方法 Download PDF

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wiring board
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wiring pattern
heat
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三浦 剛
小山 雅弘
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a printed wiring board on which surface mount components for heat dissipation are mounted, an air conditioner using the printed wiring board, and a method for manufacturing the printed wiring board.
  • a printed wiring board when a current is passed through a wiring pattern arranged on an insulating substrate, the wiring pattern generates heat. Further, when a current is passed through the electronic component mounted on the printed wiring board, the heat generated by the electronic component is transmitted to the wiring pattern. For this reason, the wiring pattern is excessively heated and damaged, or the cooling of other electronic components mounted on the wiring pattern becomes an obstacle.
  • Patent Document 1 discloses that the heat dissipating component is three-dimensionally mounted immediately below the heat generating component.
  • a surface-mounted component in which a tower-like metal body having a plurality of fins is mounted by soldering to each pad disposed on a printed wiring board and is bridged to a pair of tower-like metal bodies. These electrodes are soldered to the upper end surface of the tower-shaped metal body.
  • Patent Document 2 a substrate having a plurality of wiring patterns, a heat generating component mounted on at least a first main surface of the substrate, a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface And a metal chip mounted on at least one main surface of the substrate unit, wherein the metal chip is connected to the heat sink via a heat conductive material. Further, Patent Document 2 discloses that a through hole is provided in a substrate and a heat radiating means is provided on the opposite surface to enhance a heat radiating effect.
  • Patent Document 1 in order to reduce the temperature rise of the wiring pattern, complicated design and assembly work are required, and it is difficult to stably and efficiently realize the heat radiation of the wiring pattern at low cost. There was a problem that there was. Also, in Patent Document 2, there is no mention of a method for efficiently and inexpensively mounting a metal chip.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a printed wiring board capable of realizing heat radiation of a wiring pattern at a low cost with a simple structure.
  • the present invention provides an insulating substrate having a plurality of wiring patterns on a main surface, an electronic component mounted on the main surface and connected to the wiring pattern, and a main surface A heat dissipating surface mounting component that is a surface mounting component that is joined to the wiring pattern via solder and that dissipates heat of the wiring pattern.
  • the printed wiring board according to the present invention has an effect that the heat radiation of the wiring pattern can be realized at a low cost with a simple structure.
  • the schematic plan view which shows schematic arrangement structure which looked at the printed wiring board concerning embodiment of this invention from the 2nd main surface side
  • the flowchart which shows the mounting method of the thermal radiation surface mounting components and electronic components in preparation of the printed wiring board concerning embodiment of this invention
  • region where the 1st thermal radiation surface mounting component was mounted on the 1st main surface wiring pattern to which the electrode of the high current electronic component was connected in the 1st main surface side of the printed wiring board concerning embodiment of this invention Enlarged plan view
  • the schematic diagram which shows the structure of the air conditioner which arrange
  • the schematic top view which shows an example of the outdoor unit of the air conditioner which arrange
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a schematic arrangement configuration when a printed wiring board 1 according to an embodiment of the present invention is viewed from the second main surface side.
  • the wiring pattern 13 is not shown.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of a region where the first heat dissipating surface mounting component 15a is mounted on the first main surface side of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a region where the first heat dissipating surface mounting component 15a is mounted on the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • the upper side is the first main surface side of the printed wiring board 1
  • the lower side is the second main surface side of the printed wiring board 1.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a main part of a region where the second heat dissipating surface mounting component 15b is mounted on the second main surface side of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a main part of a region where the second heat dissipating surface mounting component 15b is mounted on the second main surface side of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a region where the second heat dissipating surface mounting component 15b is mounted on the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • the upper side is the second main surface side of the printed wiring board 1
  • the lower side is the first main surface side of the printed wiring board 1.
  • the printed wiring board 1 mainly includes an insulating substrate 11, an electronic component 12, a wiring pattern 13, a solder resist 14, and a heat radiating surface mounting component 15.
  • the insulating substrate 11, the wiring pattern 13, and the solder resist 14 constitute a printed wiring board.
  • the insulating substrate 11 is a substrate formed of an insulating material such as glass epoxy.
  • a plurality of wiring patterns 13 are arranged on the first main surface 11 a and the second main surface 11 b of the insulating substrate 11. In FIG. 1, the second main surface 11b of the insulating substrate 11 is shown.
  • the wiring pattern 13 is made of a highly conductive metal material such as copper, and the first main surface wiring pattern 13 a formed on the first main surface 11 a of the insulating substrate 11 and the second main surface of the insulating substrate 11. And a second main surface wiring pattern 13b formed on the surface 11b.
  • the thickness of the wiring pattern 13 is, for example, about 30 ⁇ m to 60 ⁇ m. Further, the entire surface of the insulating substrate 11 is covered with the solder resist 14 except for the region where the wiring pattern 13 needs to be exposed, on the first main surface 11a and the second main surface 11b.
  • the surface mount components such as chip component resistors, chip component capacitors, and chip component diodes that are electronic components 12, which are automatically mounted on the surface by an automatic mounting machine.
  • Manual insertion parts which are discrete parts that are manually mounted in the mounting holes, such as a capacitive resistor, a hybrid IC, a transformer, a coil, a large-capacity semiconductor, and a large capacitor are disposed.
  • surface-mounted components that are automatically mounted by an automatic mounting machine, such as a chip component resistor, a chip component capacitor, and a chip component diode, are disposed.
  • the heat dissipating surface mount component 15 is a heat dissipating component that dissipates the heat of the wiring pattern 13, and is a surface mounting component in which the bottom surface, that is, the surface joined to the wiring pattern 13, is a flat surface.
  • the heat dissipating surface mounting component 15 is mounted on the pad portion 16 provided on the wiring pattern 13 via the solder 18 at a position separated from the electronic component 12. That is, the bottom surface of the heat dissipating surface mount component 15 is joined to the pad portion 16 via the solder 18.
  • the pad portion 16 is composed of the wiring pattern 13 exposed from the opening 17 provided in the solder resist 14 in the printed wiring board 1, and the heat radiating surface mounting component 15 for fixing and mounting the heat radiating surface mounting component 15. This is the mounting area.
  • the heat dissipating surface mounting component 15 includes a first heat dissipating surface mounting component 15a mounted on the first main surface 11a of the insulating substrate 11, and a second heat dissipating surface mounting component mounted on the second main surface 11b of the insulating substrate 11. 15b.
  • the first heat dissipating surface mounting component 15a has solder 18 applied to the first pad portion 16a provided on the first main surface wiring pattern 13a at a position away from the electronic component 12 on the first main surface 11a of the insulating substrate 11. Are joined through.
  • FIG. 2 shows an example in which the first heat dissipating surface mounting component 15a is mounted across the two first pad portions 16a arranged along the longitudinal direction of the heat dissipating surface mounting component 15.
  • the second heat dissipating surface mount component 15b is soldered to the second pad portion 16b provided on the second main surface wiring pattern 13b at a position away from the electronic component 12 on the second main surface 11b of the insulating substrate 11. 18 is joined.
  • FIG. 4 shows an example in which the second heat dissipating surface mounting component 15b is mounted across the two second pad portions 16b arranged along the longitudinal direction of the second heat dissipating surface mounting component 15b.
  • the second heat radiating surface mount component 15 b has a part of the bottom surface bonded to the surface of the solder resist 14 via an adhesive 19 in the region between the two second pad portions 16 b.
  • the first heat dissipating surface mount component 15a is thermally connected to the first main surface wiring pattern 13a of the first pad portion 16a by being surface-mounted on the first pad portion 16a using the solder 18, and
  • the electronic component 12 mounted on the first main surface 11a is thermally connected to the first main surface wiring pattern 13a. Since the first heat radiating surface mount component 15a is a surface mount type heat radiating component, it can be easily mounted on the first pad portion 16a using the solder 18.
  • the second heat radiating surface mounting component 15b is thermally connected to the second main surface wiring pattern 13b of the second pad portion 16b by being surface-mounted on the second pad portion 16b using the solder 18, and the second The electronic component 12 mounted on the two main surfaces 11b is thermally connected to the second main surface wiring pattern 13b. Since the first heat radiating surface mount component 15a is a surface mount type heat radiating component, it can be easily mounted on the second pad portion 16b using the solder 18.
  • the heat dissipating surface mount component 15 is made of a metal material having high thermal conductivity such as copper or aluminum. Thereby, the heat transferred from the wiring pattern 13 through the solder 18 can be efficiently radiated into the air. From the viewpoint of mounting on the pad portion 16 with the solder 18, the bottom surface of the heat dissipating surface mounting component 15 is preferably made of a material such as tin or zinc that can ensure good wettability with the solder 18.
  • the thickness of the heat dissipating surface mount component 15 is equal to or thinner than the electronic component 12 disposed on the surface of the insulating substrate 11, for example.
  • the height of the upper surface of the heat dissipating surface mounting component 15 is the height of the electronic component 12 mounted on the wiring pattern 13. It becomes the same as the upper surface, or lower than the height of the upper surface of the electronic component 12 mounted on the wiring pattern 13, and the upper surface of the heat dissipating surface mounting component 15 does not protrude from the upper surface of the electronic component 12.
  • the surface of the heat-dissipating surface-mount component 15 that is not bonded to the wiring pattern 13, that is, the surface other than the bottom surface has an uneven shape with unevenness.
  • the heat dissipating surface mount component 15 can ensure a wide contact area with air and can efficiently dissipate heat.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a mounting method of the heat dissipating surface mounting component 15 and the electronic component 12 in the production of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • step S10 cream solder is printed on the first main surface 11a and the second main surface 11b of the printed wiring board including the insulating substrate 11, the wiring pattern 13, and the solder resist 14.
  • the first main surface wiring pattern 13a, the second main surface wiring pattern 13b, the first pad portion 16a, the second pad portion 16b, and the electronic component 12 are previously formed by the wiring pattern forming step and the pad portion forming step.
  • Mounting pads and mounting holes for mounting electronic components are provided.
  • the cream solder is printed on the first pad portion 16a, the second pad portion 16b, and the mounting pad portion of the electronic component 12.
  • step S20 on the first main surface 11a of the printed wiring board, the electronic component 12 which is a surface mounted component such as a chip component resistor, a chip component capacitor, and a chip component diode, and a first heat dissipating surface mounted component 15a However, it is automatically mounted by an automatic mounting machine.
  • the electronic component 12 is mounted on the mounting pad portion of the electronic component 12.
  • the first heat radiating surface mounting component 15a is mounted on the first pad portion 16a.
  • step S30 the printed wiring board is put into a reflow furnace, and the reflow soldering between the surface mount component on the first main surface 11a and the first heat dissipating surface mount component 15a is performed by melting cream solder. . Thereby, the surface mounted component and the first heat radiating surface mounted component 15a are fixed to the first main surface 11a of the printed wiring board. That is, in step S10 to step S30, an electronic component mounting process for mounting the electronic component 12 and a heat dissipation component mounting process for mounting the first heat dissipation surface mount component 15a are performed.
  • step S40 discrete resistors such as discrete resistors, discrete capacitors, discrete diodes, etc. are mounted in the mounting holes for mounting the electronic components 12 provided on the printed wiring board on the first main surface 11a of the printed wiring board. These manual insertion parts are inserted and mounted manually.
  • step S50 an adhesive for temporarily fixing the surface mount component is applied onto the second main surface 11b of the printed wiring board.
  • the adhesive 19 is printed at a position where the electronic component 12 can be temporarily fixed on the mounting pad portion of the electronic component 12, and at a position where the second heat radiating surface mounting component 15b can be temporarily fixed on the second pad portion 16b. .
  • step S60 on the adhesive 19 applied to the second main surface 11b of the printed wiring board, the electronic component 12 that is a surface mount component such as a chip component resistor, a chip component capacitor, and a chip component diode;
  • the second heat radiating surface mounting component 15b is automatically mounted by an automatic mounting machine.
  • the electronic component 12 is mounted at a position straddling the adhesive 19 and the mounting pad portion of the electronic component 12.
  • the second heat dissipating surface mounting component 15b is mounted at a position straddling the adhesive 19 and the second pad portion 16b.
  • step S70 the printed wiring board is put into an adhesive curing furnace, and the adhesive 19 applied on the second main surface 11b of the printed wiring board is heated and cured. Thereby, the electronic component 12 mounted on the adhesive 19 applied to the second main surface 11b and the second heat radiating surface mounting component 15b are temporarily fixed to the second main surface 11b of the printed wiring board by the adhesive 19. Is done.
  • step S80 the surface mounting component mounted on the second main surface 11b of the printed wiring board 1, the second heat dissipating surface mounting component 15b, and the printed wiring board by a flow soldering method using a jet-type soldering device. Soldering is performed with a manually inserted component inserted and mounted in one mounting hole.
  • the second heat dissipating surface mount component 15b is soldered by solder 18 between the second main surface wiring pattern 13b exposed from the second pad portion 16b and the bottom surface of the second heat dissipating surface mount component 15b.
  • the entire bottom surface of the heat dissipating surface mounting component 15 may be bonded onto the second main surface wiring pattern 13 b via the solder 18 and the adhesive 19.
  • step S40 to step S80 an electronic component mounting process for mounting the electronic component 12 and a heat dissipation component mounting process for mounting the second heat dissipation surface mount component 15b are performed.
  • step S40 to step S80 an electronic component mounting process for mounting the electronic component 12 and a heat dissipation component mounting process for mounting the second heat dissipation surface mount component 15b are performed.
  • step S40 to step S80 an electronic component mounting process for mounting the electronic component 12 and a heat dissipation component mounting process for mounting the second heat dissipation surface mount component 15b are performed.
  • the mounting operation of the heat dissipating surface mounting component 15 and the electronic component 12 is completed.
  • the electronic component 12 when a current flows through the electronic component 12 mounted on the first main surface 11a side and the first main surface wiring pattern 13a, the electronic component 12 generates heat.
  • the heat generated from the electronic component 12 is conducted in the order of the first main surface wiring pattern 13a, the solder 18, and the first heat radiating surface mounting component 15a, and is radiated from the first heat radiating surface mounting component 15a.
  • the thickness of the first main surface wiring pattern 13a is as thin as about 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, when a current flows through the first main surface wiring pattern 13a, the first main surface wiring pattern 13a becomes the first main surface wiring pattern. Heat is generated by the resistance of 13a and is heated.
  • the heat generated from the first main surface wiring pattern 13a is conducted in the order of the solder 18 and the first heat radiating surface mounting component 15a, and is radiated from the first heat radiating surface mounting component 15a. Further, the heat conducted from the electronic component 12 to the first main surface wiring pattern 13a and a part of the heat generated from the first main surface wiring pattern 13a are not mounted on the pad portion 16 by the first heat radiating surface mounting component 15a. The heat is also radiated from the first main surface wiring pattern 13 a exposed from the opening 17.
  • the electronic component 12 when an electric current flows through the electronic component 12 mounted on the second main surface 11b side and the second main surface wiring pattern 13b, the electronic component 12 generates heat.
  • the heat generated from the electronic component 12 is conducted in the order of the second main surface wiring pattern 13b, the solder 18, and the second heat radiating surface mounting component 15b, and is radiated from the heat radiating surface mounting component 15.
  • the thickness of the second main surface wiring pattern 13b is as thin as about 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, when a current flows through the second main surface wiring pattern 13b, the second main surface wiring pattern 13b becomes the second main surface wiring pattern. Heat is generated by the resistance of 13b and is heated.
  • the heat generated from the second main surface wiring pattern 13b is conducted in the order of the solder 18 and the second heat dissipating surface mount component 15b, and is dissipated from the second heat dissipating surface mount component 15b. Further, the heat conducted from the electronic component 12 to the second main surface wiring pattern 13b and a part of the heat generated from the second main surface wiring pattern 13b are not mounted on the pad portion 16 by the second heat radiating surface mounting component 15b. The heat is also radiated from the second main surface wiring pattern 13 b exposed from the opening 17.
  • the printed wiring board 1 can efficiently dissipate the heat of the wiring pattern 13 on both the first main surface 11a side and the second main surface 11b side, thereby preventing excessive heating of the wiring pattern 13. As a result, it is possible to prevent the main surface wiring pattern 13 from being damaged due to the heat of the wiring pattern 13 and the deterioration of the cooling performance of other electronic components mounted on the wiring pattern 13.
  • FIG. 7 is mounted by bonding the entire bottom surface of the first heat dissipating surface mounting component 15a to the wiring pattern 13 via the solder 18 on the first main surface 11a side of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 the example in which the heat dissipating surface mounting component 15 is mounted across the two pad portions 16 arranged along the longitudinal direction of the heat dissipating surface mounting component 15 is shown, but as shown in FIG.
  • the entire bottom surface of the 1 heat dissipating surface mounting component 15a may be mounted on the wide area of the first wiring pattern 13a via the solder 18.
  • the joining area through the solder 18 of the 1st wiring pattern 13a and the 1st heat radiating surface mount component 15a can be increased, and the heat dissipation effect in the 1st heat radiating surface mount component 15a can be further improved.
  • FIG. 8 shows the first heat dissipating surface mounting on the first main surface wiring pattern 13a to which the electrode 21 of the high-current electronic component 20 is connected on the first main surface 11a side of the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention. It is a principal part enlarged plan view of the field where component 15a was mounted.
  • the first pad portion 16a is formed on each first main surface wiring pattern 13a provided with the pad portion 22 to which the electrode 21 is connected, and the first heat radiation surface mounting component 15a is mounted on the first pad portion 16a.
  • the printed wiring board 1 has a low heat dissipation efficiency from the first main surface wiring pattern 13a because the distance between the plurality of electrodes 21 is narrow, and the first main surface wiring pattern 13a connected to each electrode 21 has a low efficiency. Even if the first main surface wiring pattern 13a generates a large amount of heat due to its narrow width and the heat dissipation efficiency from the first main surface wiring pattern 13a is poor, the heat of the high-current electronic component 20 and the first heat dissipating surface mounting component 15a The heat dissipation effect can be enhanced. Thereby, the printed wiring board 1 can increase the allowable current of the narrow-pitch component mounting circuit by increasing the allowable amount of current flowing through the first heat radiating surface mounting component 15a.
  • the heat radiation surface mounting component 15 is mounted on the pad portion 16 provided on the wiring pattern 13, the current circuit of the printed wiring board 1, that is, The effect of efficiently dissipating the heat generated from the electronic component 12, the high-current electronic component 20, and the wiring pattern 13 is obtained, and a great effect is obtained particularly when a large amount of current flows through the current circuit. Thereby, it is possible to increase the allowable amount of current flowing through the wiring pattern 13.
  • the heat dissipating surface mount component 15 is a surface mount component.
  • the first heat dissipating surface mount component 15a is applied after applying cream solder on the first type surface of the printed wiring board. Automatic mounting and reflow soldering are performed.
  • the second heat dissipating surface mounting component 15b of the printed wiring board is automatically mounted and temporarily fixed with an adhesive 19, and then soldered by a flow soldering method. Therefore, the heat dissipating surface mount component 15 can be automatically mounted at high speed and efficiently, and the heat dissipating surface mount component 15 can be mounted easily and inexpensively.
  • the entire bottom surface of the heat dissipating surface mounting component 15 is brought into contact with a wide area of the wiring pattern 13 to mount the heat dissipating surface mounting component 15 to increase the bonding area between the wiring pattern 13 and the heat dissipating surface mounting component 15. The effect of further increasing the heat dissipation from the current circuit can be obtained.
  • the surface of the portion of the heat dissipating surface mount component 15 that is not joined to the wiring pattern 13 uneven, it is possible to secure a wide contact area between the heat dissipating surface mount component 15 and the air, and the heat dissipating effect of the heat dissipating surface mount component 15 Can be increased.
  • the heat radiation of the wiring pattern 13 can be realized with a simple structure at low cost.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the air conditioner 31 provided with the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic top view showing an example of an outdoor unit of an air conditioner provided with the printed wiring board 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic front view explaining the outdoor unit of the air conditioner which has arrange
  • the air conditioner 31 includes an outdoor unit 32 arranged outdoors and an indoor unit 33 arranged indoors.
  • the outdoor unit 32 and the indoor unit 33 are connected by a refrigerant pipe 34 and an internal / external communication line 35, and a refrigerant for performing heat exchange flows through the refrigerant pipe 34.
  • the air conditioner 31 forms one complete refrigeration cycle with the outdoor unit 32 and the indoor unit 33.
  • the air conditioner 31 uses a refrigerant that circulates between the outdoor unit 32 and the indoor unit 33 through the refrigerant pipe 34 to transfer heat between indoor air and outdoor air that are air-conditioning target spaces. To achieve air conditioning in the room. 10 and 11 show only the configuration of the main part related to the characteristics of the outdoor unit 32.
  • the outdoor unit 32 of the air conditioner 31 includes a blower chamber 41 having a blower 41a, and a compressor chamber 42 having a compressor 42a and a flat electric box 43.
  • the electrical component box 43 incorporates the printed wiring board 1 mounted with the heat dissipating surface mounting component 15 disposed with the first main surface 11a on the lower side and the second main surface 11b on the upper side.
  • the air conditioner according to the present embodiment incorporates the printed wiring board 1 on which the heat radiating surface mounting component 15 is mounted, the printed wiring board 1 is damaged and cooled by improving the heat dissipation effect in the printed wiring board 1. The effect which can prevent the fall of property and can improve the quality of an air conditioner is acquired.

Abstract

配線パターン(13)の放熱を簡単な構造で安価に実現するために、プリント配線基板は、複数の配線パターンを主面上に有する絶縁基板と、主面上に実装されて配線パターンに接続する電子部品と、を備える。また、プリント配線基板は、主面上において配線パターン上にはんだを介して接合されており、配線パターンの熱を放熱する表面実装部品である放熱表面実装部品と、を備えることを特徴とする。

Description

プリント配線基板、空気調和機およびプリント配線基板の製造方法
 本発明は、放熱用の表面実装部品を実装したプリント配線基板およびこのプリント配線基板を用いた空気調和機、プリント配線基板の製造方法に関するものである。
 プリント配線基板においては、絶縁基板上に配置された配線パターンに電流を流すと、配線パターンが発熱する。また、プリント配線基板に実装された電子部品に電流を流すと、電子部品で発熱した熱が配線パターンに伝達される。このため、配線パターンが過剰に加熱されて損傷したり、または配線パターンに実装された他の電子部品の冷却の障害になる。
 配線パターンにおける加熱を軽減させるために、特許文献1には、発熱部品の直下に立体的に放熱部品を実装することが開示されている。特許文献1においては、複数のフィンを有する塔状金属体を、印刷配線板に配設したそれぞれのパッドに半田付けして載設し、一対の該塔状金属体に架橋した表面実装型部品のそれぞれの電極が、該塔状金属体の上端面に半田付けされている。
 特許文献2には、複数の配線パターンを有する基板と、基板の少なくとも第一主面上に実装される発熱部品と、第一主面および前記第一主面とは反対側の第二主面の少なくともいずれかの主面上に実装される金属チップと、を備え、金属チップが熱伝導材料を介してヒートシンクに接続されている基板ユニットが開示されている。また、特許文献2では、基板にスルーホールを設けて、反対面に放熱手段を設けて放熱効果を高めることが開示されている。
特開平5-315776号公報 特開2014-179523号公報
 しかしながら、上記特許文献1によれば、配線パターンの温度上昇を低減させるためには、複雑な設計と組み立て作業を必要とし、安定して効率良く配線パターンの放熱を安価に実現することが困難である、という問題があった。また、上記特許文献2においても、金属チップを効率良く安価に実装する方法については一切言及されていない。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線パターンの放熱を簡単な構造で安価に実現することが可能なプリント配線基板を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の配線パターンを主面上に有する絶縁基板と、主面上に実装されて配線パターンに接続する電子部品と、主面上において配線パターン上にはんだを介して接合されており、配線パターンの熱を放熱する表面実装部品である放熱表面実装部品と、を備えることを特徴とする。
 本発明にかかるプリント配線基板は、配線パターンの放熱を簡単な構造で安価に実現することが可能である、という効果を奏する。
本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板を第2主面側から見た概略配置構成を示す模式平面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板の第1主面側において第1放熱表面実装部品が実装された領域の要部拡大平面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板において第1放熱表面実装部品が実装された領域の要部断面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板の第2主面側において第2放熱表面実装部品が実装された領域の要部拡大平面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板において第2放熱表面実装部品が実装された領域の要部断面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板の作製における放熱表面実装部品および電子部品の実装方法を示すフローチャート 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板の第1主面側において第1放熱表面実装部品の底面の全面をはんだを介して配線パターンに接合して実装された領域の要部拡大平面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板の第1主面側において大電流電子部品の電極が接続された第1主面配線パターン上に第1放熱表面実装部品が実装された領域の要部拡大平面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板を配設した空気調和機の構成を示す模式図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板を配設した空気調和機の室外機の一例を示す概略上面図 本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板を配設した空気調和機の室外機を説明する概略正面図
 以下に、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板、空気調和機およびプリント配線基板の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
 まず、本実施の形態にかかるプリント配線基板1の構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1を第2主面側から見た概略配置構成を示す模式平面図である。図1においては、配線パターン13の記載を省略している。図2は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1の第1主面側において第1放熱表面実装部品15aが実装された領域の要部拡大平面図である。図3は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1において第1放熱表面実装部品15aが実装された領域の要部断面図であり、図2におけるIII-III線における断面図である。図3においては、上側がプリント配線基板1の第1主面側であり、下側がプリント配線基板1の第2主面側である。図4は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1の第2主面側において第2放熱表面実装部品15bが実装された領域の要部拡大平面図である。図5は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1において第2放熱表面実装部品15bが実装された領域の要部断面図であり、図4におけるV-V線における断面図である。図5においては、上側がプリント配線基板1の第2主面側であり、下側がプリント配線基板1の第1主面側である。
 本実施の形態にかかるプリント配線基板1は、主に絶縁基板11と、電子部品12と、配線パターン13と、ソルダーレジスト14と、放熱表面実装部品15と、を備えている。なお、絶縁基板11と、配線パターン13と、ソルダーレジスト14とによりプリント配線板が構成されている。
 絶縁基板11は、ガラスエポキシといった絶縁材料により形成された基板である。絶縁基板11の第1主面11aおよび第2主面11b上には、複数の配線パターン13が配置されている。図1においては、絶縁基板11の第2主面11bが示されている。
 配線パターン13は、銅などの導電性の高い金属材料により形成されており、絶縁基板11の第1主面11a上に形成された第1主面配線パターン13aと、絶縁基板11の第2主面11b上に形成された第2主面配線パターン13bとを含む。配線パターン13の厚さは、たとえば30μm~60μm程度である。また、絶縁基板11の第1主面11aおよび第2主面11b上は、配線パターン13を露出させる必要のある領域を除いて、全面がソルダーレジスト14により被覆されている。
 絶縁基板11の第1主面11aの表面には、電子部品12である、チップ部品抵抗、チップ部品コンデンサ、チップ部品ダイオード等の、自動実装機により表面に自動実装される表面実装部品と、大容量抵抗、ハイブリッドIC、トランス、コイル、大容量半導体、大型コンデンサ等の、手作業により実装穴に実装されるディスクリート部品である手挿入部品と、が配設される。また、絶縁基板11の第2主面11bの表面には、チップ部品抵抗、チップ部品コンデンサ、チップ部品ダイオード等の、自動実装機により自動実装される表面実装部品が配設される。
 放熱表面実装部品15は、配線パターン13の熱を放熱する放熱部品であって、底面、すなわち配線パターン13に接合される面が平坦面とされた表面実装部品である。放熱表面実装部品15は、電子部品12から離間した位置において、配線パターン13上に設けられたパッド部16にはんだ18を介して実装されている。すなわち、放熱表面実装部品15の底面が、はんだ18を介してバッド部16に接合されている。パッド部16は、プリント配線基板1においてソルダーレジスト14に設けられた開口部17から露出した配線パターン13により構成された、放熱表面実装部品15を固定して実装するための、放熱表面実装部品15の実装領域である。
 放熱表面実装部品15は、絶縁基板11の第1主面11a上に実装された第1放熱表面実装部品15aと、絶縁基板11の第2主面11b上に実装された第2放熱表面実装部品15bと、を含む。
 第1放熱表面実装部品15aは、絶縁基板11の第1主面11aにおいて、電子部品12から離間した位置において、第1主面配線パターン13a上に設けられた第1パッド部16aにはんだ18を介して接合されている。図2においては、放熱表面実装部品15の長手方向に沿って配置された2つの第1パッド部16aに跨って第1放熱表面実装部品15aが実装されている例を示している。
 また、第2放熱表面実装部品15bは、絶縁基板11の第2主面11bにおいて、電子部品12から離間した位置において、第2主面配線パターン13b上に設けられた第2パッド部16bにはんだ18を介して接合されている。図4においては、第2放熱表面実装部品15bの長手方向に沿って配置された2つの第2パッド部16bに跨って第2放熱表面実装部品15bが実装されている例を示している。また、第2放熱表面実装部品15bは、2つの第2パッド部16bの間の領域において、底面の一部が接着剤19を介してソルダーレジスト14の表面に接合されている。
 第1放熱表面実装部品15aは、はんだ18を用いて第1パッド部16aに表面実装されることにより、第1パッド部16aの第1主面配線パターン13aと熱的に接続されるとともに、第1主面11a上に実装された電子部品12と第1主面配線パターン13aを介して熱的に接続されている。そして、第1放熱表面実装部品15aは、表面実装型の放熱用部品であるため、はんだ18を用いて第1パッド部16aに容易に実装可能である。
 第2放熱表面実装部品15bは、はんだ18を用いて第2パッド部16bに表面実装されることにより、第2パッド部16bの第2主面配線パターン13bと熱的に接続されるとともに、第2主面11b上に実装された電子部品12と第2主面配線パターン13bを介して熱的に接続されている。そして、第1放熱表面実装部品15aは、表面実装型の放熱用部品であるため、はんだ18を用いて第2パッド部16bに容易に実装可能である。
 放熱表面実装部品15は、銅またはアルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料により形成されている。これにより、配線パターン13からはんだ18を介して伝熱された熱を効率良く空気中に放熱することができる。なお、パッド部16へのはんだ18による実装の観点からは、放熱表面実装部品15の底面は、はんだ18と良好な濡れ性を確保できるスズまたは亜鉛等の材料により構成されていることが好ましい。
 放熱表面実装部品15の厚さは、たとえば絶縁基板11の表面に配設される電子部品12と同等の厚さ、またはそれよりも薄い厚さとなっている。これにより、絶縁基板11の表面の配線パターン13上に放熱表面実装部品15が実装された際に、放熱表面実装部品15の上面の高さが、配線パターン13上に実装された電子部品12の上面と同等となり、または配線パターン13上に実装された電子部品12の上面の高さよりも低くなり、放熱表面実装部品15の上面が電子部品12の上面から突出することがない。
 放熱表面実装部品15は、配線パターン13と接合されない部分の表面、すなわち底面以外の表面が、凹凸を有する凹凸形状とされている。これにより、放熱表面実装部品15は、空気との接触面積を広く確保することができ、効率的に放熱できる。
 つぎに、プリント配線基板1の作製における放熱表面実装部品15および電子部品12の実装方法について説明する。図6は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1の作製における放熱表面実装部品15および電子部品12の実装方法を示すフローチャートである。
 まず、ステップS10において、絶縁基板11と配線パターン13とソルダーレジスト14とを備えるプリント配線板の第1主面11a上および第2主面11b上にクリームはんだが印刷される。プリント配線板には、予め配線パターン形成工程とパッド部形成工程とにより、第1主面配線パターン13a、第2主面配線パターン13b、第1パッド部16a、第2パッド部16b、電子部品12の実装用パッド部および電子部品の実装用の実装穴が設けられている。クリームはんだは、第1パッド部16a、第2パッド部16bおよび電子部品12の実装用パッド部に印刷される。
 つぎに、ステップS20において、プリント配線板の第1主面11a上に、チップ部品抵抗、チップ部品コンデンサ、チップ部品ダイオード等の表面実装部品である電子部品12と、第1放熱表面実装部品15aとが、自動実装機により自動実装される。電子部品12は、電子部品12の実装用パッド部上に実装される。第1放熱表面実装部品15aは、第1パッド部16a上に実装される。
 つぎに、ステップS30において、プリント配線板がリフロー炉に投入され、クリームはんだを溶融することにより第1主面11aにおける表面実装部品と第1放熱表面実装部品15aとのリフローはんだ付けが実施される。これにより、表面実装部品と第1放熱表面実装部品15aとがプリント配線板の第1主面11aに固定される。すなわち、ステップS10からステップS30において、電子部品12を実装する電子部品実装工程と、第1放熱表面実装部品15aを実装する放熱部品実装工程と、が行われる。
 つぎに、ステップS40において、プリント配線板の第1主面11a上において、プリント配線板に設けられた電子部品12実装用の実装穴に、ディスクリート部品である、ディスクリート抵抗、ディスクリートコンデンサ、ディスクリートダイオード等の手挿入部品が、手作業により挿入実装される。
 つぎに、ステップS50において、プリント配線板の第2主面11b上に、表面実装部品の仮固定用の接着剤が塗布される。接着剤19は、電子部品12の実装用パッド部上に電子部品12を仮固定可能な位置、および第2放熱表面実装部品15bを第2パッド部16b上に仮固定可能な位置に印刷される。
 つぎに、ステップS60において、プリント配線板の第2主面11bに塗布された接着剤19上に、チップ部品抵抗、チップ部品コンデンサ、チップ部品ダイオード、等の表面実装部品である電子部品12と、第2放熱表面実装部品15bとが、自動実装機により自動実装される。電子部品12は、接着剤19上と電子部品12の実装用パッド部上とに跨る位置に実装される。第2放熱表面実装部品15bは、接着剤19上と第2パッド部16b上とに跨る位置に実装される。
 つぎに、ステップS70において、プリント配線板が接着剤硬化炉に投入され、プリント配線板の第2主面11b上に塗布された接着剤19を加熱して硬化させる。これにより、第2主面11bに塗布された接着剤19上に実装された電子部品12と第2放熱表面実装部品15bとが、接着剤19によりプリント配線板の第2主面11bに仮固定される。
 つぎに、ステップS80において、噴流式はんだ装置を用いたフローはんだ法により、プリント配線基板1の第2主面11bに実装された表面実装部品と、第2放熱表面実装部品15bと、プリント配線基板1の実装穴に挿入実装された手挿入部品と、のはんだ付けが実施される。第2放熱表面実装部品15bは、第2パッド部16bから露出した第2主面配線パターン13bと第2放熱表面実装部品15bの底面との間が、はんだ18によりはんだ付けされる。この場合、放熱表面実装部品15の底面の全面がはんだ18および接着剤19を介して第2主面配線パターン13b上に接合されてもよい。これにより、電子部品12と第2放熱表面実装部品15bと手挿入部品とがプリント配線板の第2主面11bに固定される。すなわち、ステップS40からステップS80において、電子部品12を実装する電子部品実装工程と、第2放熱表面実装部品15bを実装する放熱部品実装工程と、が行われる。以上により、放熱表面実装部品15および電子部品12の実装作業が終了する。
 上述したプリント配線基板1は、第1主面11a側に実装された電子部品12および第1主面配線パターン13aに電流が流れた場合、電子部品12が発熱する。電子部品12から発生した熱は、第1主面配線パターン13a、はんだ18、第1放熱表面実装部品15aの順に伝導して第1放熱表面実装部品15aから放熱される。また、第1主面配線パターン13aの厚さは30μm~60μm程度と薄いため、第1主面配線パターン13aに電流が流れた場合、第1主面配線パターン13aは、第1主面配線パターン13aの抵抗により発熱し、加熱される。第1主面配線パターン13aから発生した熱は、はんだ18、第1放熱表面実装部品15aの順に伝導して第1放熱表面実装部品15aから放熱される。また、電子部品12から第1主面配線パターン13aに伝導した熱および第1主面配線パターン13aから発生した熱の一部は、パッド部16において第1放熱表面実装部品15aが実装されておらず開口部17から露出した第1主面配線パターン13aからも放熱される。
 また、上述したプリント配線基板1は、第2主面11b側に実装された電子部品12および第2主面配線パターン13bに電流が流れた場合、電子部品12が発熱する。電子部品12から発生した熱は、第2主面配線パターン13b、はんだ18、第2放熱表面実装部品15bの順に伝導して放熱表面実装部品15から放熱される。また、第2主面配線パターン13bの厚さは30μm~60μm程度と薄いため、第2主面配線パターン13bに電流が流れた場合、第2主面配線パターン13bは、第2主面配線パターン13bの抵抗により発熱し、加熱される。第2主面配線パターン13bから発生した熱は、はんだ18、第2放熱表面実装部品15bの順に伝導して第2放熱表面実装部品15bから放熱される。また、電子部品12から第2主面配線パターン13bに伝導した熱および第2主面配線パターン13bから発生した熱の一部は、パッド部16において第2放熱表面実装部品15bが実装されておらず開口部17から露出した第2主面配線パターン13bからも放熱される。
 したがって、プリント配線基板1は、第1主面11a側および第2主面11b側の両面において、配線パターン13の熱を効率良く放熱して、配線パターン13の過剰な加熱を防止できる。これにより、配線パターン13の熱に起因した主面配線パターン13の損傷および配線パターン13に実装された他の電子部品の冷却性の低下を防止できる。
 なお、上記においては、第2放熱表面実装部品15bを第2パッド部16bにはんだ18と接着剤19とにより固定する場合について示したが、第2放熱表面実装部品15bが接着剤19のみにより第2主面11b側に固定されてもよい。
 図7は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1の第1主面11a側において第1放熱表面実装部品15aの底面の全面をはんだ18を介して配線パターン13に接合して実装された領域の要部拡大平面図である。上記においては、放熱表面実装部品15が放熱表面実装部品15の長手方向に沿って配置された2つのパッド部16に跨って実装されている例を示したが、図7に示すように、第1放熱表面実装部品15aの底面の全面をはんだ18を介して第1配線パターン13aの面積の広い部分に実装してもよい。これにより、第1配線パターン13aと第1放熱表面実装部品15aとのはんだ18を介した接合面積を増やすことができ、第1放熱表面実装部品15aにおける放熱効果をさらに高めることができる。
 図8は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1の第1主面11a側において大電流電子部品20の電極21が接続された第1主面配線パターン13a上に第1放熱表面実装部品15aが実装された領域の要部拡大平面図である。複数の電極21間の間隔が狭く、高電圧による絶縁距離確保が必要な大電流電子部品20がプリント配線基板1に実装される場合には、図8に示すように、大電流電子部品20の電極21が接続されたパッド部22が設けられている各第1主面配線パターン13aに第1パッド部16aが形成され、第1パッド部16aに第1放熱表面実装部品15aが実装される。これにより、プリント配線基板1は、複数の電極21間の間隔が狭いため第1主面配線パターン13aからの放熱の効率が悪く、また、各電極21に接続する第1主面配線パターン13aの幅が狭いため第1主面配線パターン13aでの発熱が多く且つ第1主面配線パターン13aからの放熱の効率が悪くい場合でも、大電流電子部品20および第1放熱表面実装部品15aの熱の放熱効果を高めることができる。これにより、プリント配線基板1は、第1放熱表面実装部品15aに流す電流の許容量を多くして狭ピッチ部品搭載回路の許容電流を多くすることができる。
 上述したように、本実施の形態にかかるプリント配線基板1は、配線パターン13上に設けたパッド部16に放熱表面実装部品15が実装されているので、プリント配線基板1の電流回路、すなわち、電子部品12、大電流電子部品20および配線パターン13から生ずる熱を効率良く放熱させる効果が得られ、特に、電流回路により多くの電流が流れた場合に大きな効果が得られる。これにより、配線パターン13に流す電流の許容量を増大させることが可能となる。
 そして、放熱表面実装部品15は表面実装部品であり、プリント配線基板1の第1種面側においてはプリント配線板の第1種面上にクリームはんだを塗布した後に第1放熱表面実装部品15aを自動実装してリフローはんだ付けし、プリント配線基板1の第2種面側においてはプリント配線板の第2放熱表面実装部品15bを自動実装して接着剤19で仮固定した後にフローはんだ法によりはんだ付けするため、放熱表面実装部品15を高速で効率良く自動実装でき、容易かつ安価に放熱表面実装部品15を実装できる。
 また、配線パターン13の面積の広い部分に放熱表面実装部品15の底面の全面を接触させて放熱表面実装部品15を実装して配線パターン13と放熱表面実装部品15との接合面積を増やすことにより、電流回路から生ずる熱の放熱をさらに高める効果が得られる。
 また、放熱表面実装部品15における配線パターン13と接合されない部分の表面を凹凸形状することにより、放熱表面実装部品15と空気の接触面積を広く確保することができ、放熱表面実装部品15の放熱効果を高めることができる。
 したがって、本実施の形態にかかるプリント配線基板1によれば、配線パターン13の放熱を簡単な構造で安価に実現することが可能となる。
 つぎに、上記において説明したプリント配線基板1の使用例について説明する。図9は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1を配設した空気調和機31の構成を示す模式図である。図10は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1を配設した空気調和機の室外機の一例を示す概略上面図である。図11は、本発明の実施の形態にかかるプリント配線基板1を配設した空気調和機の室外機を説明する概略正面図である。
 本実施の形態にかかる空気調和機31は、屋外に配置された室外機32と、室内に配置された室内機33とを備える。室外機32と室内機33とは、冷媒配管34および内外通信線35で接続されており、冷媒配管34には熱交換を行うための冷媒が流れている。空気調和機31は、一つの完結した冷凍サイクルを室外機32と室内機33とで形成している。空気調和機31は、冷媒配管34を通って室外機32と室内機33との間を循環する冷媒を使用して、空調対象空間である室内の空気と室外の空気との間で熱移動を行い、室内に対する空気調和を実現している。図10および図11では室外機32の特徴に関係する要部の構成のみを示している。
 空気調和機31の室外機32は、送風機41aを備えた送風機室41と、圧縮機42aと扁平形状の電気品箱43とを備えた圧縮機室42とにより構成されている。電気品箱43は、第1主面11aを下側にし、第2主面11bを上側にして配置された、上記の放熱表面実装部品15を実装したプリント配線基板1を内蔵している。
 したがって、本実施の形態にかかる空気調和機は、放熱表面実装部品15を実装したプリント配線基板1を内蔵しているため、プリント配線基板1における放熱効果の向上によりプリント配線基板1の損傷および冷却性の低下を防止でき、空気調和機の品質を向上できる効果が得られる。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の構成同士を組み合わせることも可能であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1 プリント配線基板、11 絶縁基板、11a 第1主面、11b 第2主面、12 電子部品、13 配線パターン、13a 第1主面配線パターン、13b 第2主面配線パターン、14 ソルダーレジスト、15 放熱表面実装部品、15a 第1放熱表面実装部品、15b 第2放熱表面実装部品、16 パッド部、16a 第1パッド部、16b 第2パッド部、17 開口部、18 はんだ、19 接着剤、20 大電流電子部品、21 電極、22 パッド部、31 空気調和機、32 室外機、33 室内機、34 冷媒配管、35 内外通信線、41 送風機室、41a 送風機、42 圧縮機室、42a 圧縮機、43 電気品箱。

Claims (12)

  1.  複数の配線パターンを主面上に有する絶縁基板と、
     前記主面上に実装されて前記配線パターンに接続する電子部品と、
     前記主面上において前記配線パターン上にはんだを介して接合されており、前記配線パターンの熱を放熱する表面実装部品である放熱表面実装部品と、
     を備えることを特徴とするプリント配線基板。
  2.  前記放熱表面実装部品の底面が、前記はんだと接着剤とを介して前記配線パターン上に接合されていること、
     を特徴とする請求項1に記載のプリント配線基板。
  3.  前記放熱表面実装部品の底面の全面が、前記配線パターン上に接合されていること、
     を特徴とする請求項1または2に記載のプリント配線基板。
  4.  前記放熱表面実装部品が、前記電子部品の複数の電極が接続された複数の前記配線パターンに実装されていること、
     を特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のプリント配線基板。
  5.  前記放熱表面実装部品における前記配線パターンと接合されていない部分の表面が、凹凸形状を有すること、
     を特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のプリント配線基板。
  6.  室内機と室外機とを備え、
     請求項1から5のいずれか1つに記載のプリント配線基板を収納した電気品箱が、前記室外機の圧縮機室に配置されていること、
     を特徴とする空気調和機。
  7.  絶縁基板の主面上に複数の配線パターンが設けられたプリント配線板の前記配線パターンにパッド部を形成するパッド部形成工程と、
     前記配線パターンに電子部品を実装する電子部品実装工程と、
     前記配線パターンの熱を放熱する表面実装部品である放熱表面実装部品を前記パッド部上にはんだを介して接合する放熱部品実装工程と、
     を含むことを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
  8.  前記放熱表面実装部品をリフローはんだ付けにより前記パッド部上に接合すること、
     を特徴とする請求項7に記載のプリント配線基板の製造方法。
  9.  前記放熱表面実装部品を接着剤により前記パッド部上に仮固定した後に、フローはんだ法により前記放熱表面実装部品を前記パッド部上に接合すること、
     を特徴とする請求項7に記載のプリント配線基板の製造方法。
  10.  前記放熱表面実装部品の底面の全面を前記配線パターン上に接合すること、
     を特徴とする請求項7から9のいずれか1つに記載のプリント配線基板の製造方法。
  11.  前記放熱表面実装部品を、前記電子部品の複数の電極が接続された複数の前記配線パターンに実装すること、
     を特徴とする請求項7から10のいずれか1つに記載のプリント配線基板の製造方法。
  12.  前記放熱表面実装部品における前記配線パターンと接合されていない部分の表面が、凹凸形状を有すること、
     を特徴とする請求項7から11のいずれか1つに記載のプリント配線基板の製造方法。
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