JP2008124099A - 放熱器付き回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】面実装型のパッケージにより構成された発熱部品（ＩＣ）を実装した回路基板に対して好適に採用することができる放熱器付き回路基板を提供すること。
【解決手段】一方の面に発熱性の電子部品２ａ，２ｂが実装された回路基板１の他の面に、前記電子部品からの熱を放熱させるための放熱器３が接着固定されている。前記放熱器３は、前記電子部品が実装された回路基板の他の面に接着される放熱プレート３ａと、この放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィン３ｂとが金属素材により一体に形成されており、前記放熱フィン３ｂを形成する面には、多数の空気流通用の貫通孔３ｃが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回路基板に実装されたＩＣチップなどの発熱部品からの熱を放熱させる放熱器を備えた回路基板に関する。

近年の電子機器の高機能化ならびに軽量薄型化に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んでおり、回路基板に実装される前記電子部品、例えばマイクロプロセッサ等においても大型のチップ化が進んでいる。

加えて、前記したマイクロプロセッサ等に代表されるＩＣチップにおいては、情報の演算や制御等を高速度で処理を行うために益々動作周波数が上げられており、これに伴うプロセッサを構成する各トランジスタや内部配線の寄生容量に対する高速度の充放電の繰り返しにより相当の発熱を伴うものも出現している。

このために、それ自信の発熱により各トランジスタの動作が、クロック周波数や応答周波数に追従できずに動作不能に陥るという問題が生じ、さらには前記熱を受けてＩＣチップ全体に回復不可能な障害を残すという問題も招来させる。そこで、前記した大型のチップ化されたＩＣにおいても、従来の比較的大きな電流により駆動される例えばパワーＦＥＴやパワートランジスタと同様に、放熱器を用いて放熱させることが望まれる。

前記したパワーＦＥＴやパワートランジスタなどの発熱部品からの熱を放熱させるには、例えば特許文献１または２に示されたように、前記発熱部品のリード端子が接続された回路基板に対して放熱器を搭載し、前記発熱部品をビスなどを利用して放熱器に直付けする等の構成が採用されていた。
特開平９−２４６７６５号公報 特開平９−１０２６８７号公報

ところで、前記したパワーＦＥＴもしくはトランジスタのように、パッケージの一部において比較的少ない数のリード端子が一方向に導出されるようにした素子を用いるものにおいては、前記した特許文献に記載のような放熱器に直付けする構成の放熱手段を好適に採用することができるものの、昨今において提供されているような高密度集積化された面実装型のパッケージを持つＩＣチップについては、同様の構成を採用することは不可能である。

この発明は、前記した面実装型のパッケージを有する例えばＱＦＰ（ＱＵＡＤ ＦＬＡＴ ＰＡＣＫＡＧＥ）、ＢＧＡ（ＢＡＬＬ ＧＲＩＤ ＡＲＲＡＹ）、ＣＳＰ（ＣＨＩＰ ＳＩＺＥ ＰＡＣＫＡＧＥ）タイプなどのＩＣを実装した回路基板において、前記ＩＣチップからの熱を効果的に放熱させることができる放熱器付き回路基板を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る放熱器付き回路基板は、一方の面に発熱性の電子部品が実装された回路基板の他の面に、前記電子部品からの熱を放熱させるための放熱器を接着固定した点に特徴を有する。

この場合、前記放熱器は、前記電子部品が実装された回路基板の他の面に接着される放熱プレートと、この放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンとが金属素材により一体に形成されていることが望ましい。

そして、好ましい１つの実施の形態においては、前記放熱フィンは、放熱プレートに対して鉛直方向に、複数枚のプレート部材が互いにほぼ平行状態で立ち上がるようにして形成される。また、好ましい他の１つの実施の形態においては、前記放熱フィンは、放熱プレートに対して鉛直方向に、ハニカム（蜂の巣）形状に立ち上がるように形成される。

前記したいずれの構成であっても、放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンを形成する面には、多数の空気流通用の貫通孔が形成されていることが望ましい。

さらに、前記放熱フィンとしては、放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる多数の柱状部材により形成されたものも採用することができる。

加えて、この発明に係る放熱器付き回路基板における前記電子部品は、当該電子部品に形成された各端子が前記回路基板の一方の面に形成された回路パターンに対してそれぞれ接続可能な面実装型のパッケージにより構成されていることが望ましい。

前記した放熱器付き回路基板によると、発熱性の電子部品が実装された回路基板の裏面に放熱器が接着固定され、当該放熱器は回路基板に接着された放熱プレートと、この放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンとが金属素材により一体に形成された構成にされる。

したがって、回路基板上において局所的に発生する前記電子部品からの熱は、回路基板に接着された放熱プレートにより受けることで、効果的に熱の分散を図ることができ、放熱プレート面で分散された熱は、放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンにより効果的に放熱させることができる。

加えて、前記放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンにおいては、これを複数枚のプレート部材により、もしくはハニカム形状に立ち上がる壁面で構成させた場合には、前記壁面に多数の空気流通用の貫通孔を形成させることで、より放熱効果を促進させることができる。

したがって、前記した構成の放熱器付き回路基板によると、例えばＱＦＰ、ＢＧＡ、ＣＳＰタイプなどの面実装型のパッケージを有するＩＣを実装した回路基板に適用することで、効果的な放熱作用をもたらすことができる。

以下、この発明にかかる放熱器付き回路基板について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１はその基本構成を示したものであり、符号１は回路基板を示し、この回路基板１の一方の面（図１における上面）には図示せぬ回路パターンが形成されており、例えばパッケージの四辺にリード端子を形成したＱＦＰタイプのＩＣ（２ａ）、あるいはパッケージの裏面に接続端子としてのハンダバンプをマトリクス状に配列したＢＧＡもしくはＣＳＰタイプのＩＣ（２ｂ）など、面実装型のパッケージを有するＩＣが、前記回路パターンにハンダ接続されることで実装されている。

前記回路基板１は、必要に応じて多層回路基板を構成しており、前記回路基板１の一辺には、多数のリードラインを集合させた可撓性のリード部１ａが形成されている。そして、リード部１ａの端部には接続部１ｂが形成されており、この接続部１ｂはハンダ接続、もしくはＡＣＦ（異方性導電膜）などを利用して他の基板または電極端子に対して電気的に接続される。

前記回路基板１の他の面（図１における裏面）には、発熱部品としての前記ＩＣ（２ａ，２ｂ）からの熱を放熱させるための放熱器３が、熱伝導性の接着剤もしくは熱伝導性の接着シート（図示せず。）を用いて取り付けられている。

図２は、図１に示した放熱器３の例（第１の構成例）を示したものであり、（Ａ）は放熱器３の全体を斜視図で示したものであり、これは図１に示した放熱器３の表裏を反転した状態で示している。また（Ｂ）は（Ａ）に示すａ−ａ線より矢印方向に視た状態の断面図であり、さらに（Ｃ）は（Ｂ）に示すｂ−ｂ線より矢印方向に視た状態の断面図である。

図２に示すように放熱器３は、電子部品が実装された回路基板１の裏面に接着される放熱プレート３ａと、この放熱プレート３ａに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィン３ｂとが金属素材により一体に成形されている。前記放熱プレート３ａと放熱フィン３ｂから成る放熱器３は、例えばアルミ素材、銅または鉄などの熱伝導の良好な素材を利用して、好ましくは一体に成形される。

図２に示す放熱器３における前記放熱フィン３ｂは、放熱プレート３ａに対して鉛直方向に、長尺状の複数枚のプレート部材（放熱フィンと同じ符号３ｂで示している。）が、互いにほぼ平行状態で立ち上がるようにして構成されている。そして放熱フィンを形成する各プレート部材３ｂには、当該プレート部材３ｂの長手方向に沿って、矩形状に形成された多数の空気流通用の貫通孔３ｃが穿設されている。

前記した構成の放熱器３を備えた回路基板によると、回路基板に実装された電子部品（ＩＣ）から発生する熱は、まず放熱プレート３ａにおいて受けることで、放熱プレート３ａの全体に熱を分散させるように作用する。そして、放熱プレート面で分散された熱は、放熱プレート３ａに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィン３ｂにより放熱させることができる。この時、前記したように放熱フィン３ｂを構成する各プレート部材には、多数の空気流通用の貫通孔３ｃが形成されているので、より放熱効果を促進させることができる。

なお、図２に示した実施の形態においては、放熱フィンを構成する長尺状のプレート部材３ｂに対して、それぞれ矩形状の貫通孔３ｃを形成しているが、この貫通孔３ｃの形状はこれに限られることなく、任意の形状のものを採用することができる。また放熱フィンを構成する長尺状のプレート部材３ｂのそれぞれにおいて、貫通孔３ｃの形成位置を変更することもできる。

図３は、放熱器３の好ましい他の構成例（第２の構成例）を示したものであり、（Ａ）は放熱器３の全体を示した上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すｃ−ｃ線より矢印方向に視た状態の断面図である。さらに（Ｃ）は（Ｂ）に示すｄ−ｄ線より矢印方向に視た状態の断面図である。

図３に示す放熱器３は、電子部品が実装された回路基板１の裏面に接着される放熱プレート３ａと、この放熱プレート３ａに対して鉛直方向にハニカム（蜂の巣）形状に立ち上がる放熱フィン３ｂとが、金属素材により一体に成形されている。この金属素材としては、図２に基づいて説明した例と同様に例えばアルミ素材、銅または鉄などの熱伝導の良好な素材が用いられる。

そして、放熱プレート３ａに対してハニカム形状に立ち上がる放熱フィン３ｂの壁面には、多数の空気流通用の貫通孔３ｃが形成されている。図３に示す実施の形態においては、図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、六角形状に立ち上がるそれぞれの壁面に、矩形状の空気流通用の貫通孔３ｃが形成されている。

図３に示した構成の放熱器３を備えた回路基板においても、電子部品（ＩＣ）から発生する熱は、放熱プレート３ａにおいて熱を分散させるように作用し、放熱プレート面で分散された熱は、放熱プレート３ａに対してハニカム形状に立ち上がる放熱フィン３ｂにより効果的に放熱させることができる。そして、六角形状に立ち上がる壁面にそれぞれ空気流通用の貫通孔３ｃが形成されていることで、より放熱効果を高めることができる。

なお、図３に示した実施の形態においては、ハニカム形状（六角形状）に立ち上がる放熱フィン３ｂの各面に対して、それぞれ空気流通用の貫通孔３ｃを形成しているが、この貫通孔３ｃを形成させる壁面については、適宜選択することができる。また、貫通孔３ｃの形状についても矩形状に限らず、任意の形状のものを採用することができる。

図４は、放熱器３のさらに他の構成例（第３の構成例）を示したものであり、（Ａ）は放熱器３の全体を示した上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すｅ−ｅ線より矢印方向に視た状態の断面図である。

図４に示す放熱器３は、電子部品が実装された回路基板１の裏面に接着される放熱プレート３ａと、この放熱プレート３ａに対して鉛直方向に立ち上がる多数の柱状部材による放熱フィン３ｂとが、金属素材により一体に成形されている。この金属素材としては、図２に基づいて説明した例と同様に例えばアルミ素材、銅または鉄などの熱伝導の良好な素材が用いられる。

図４に示した構成の放熱器３を備えた回路基板においても、電子部品（ＩＣ）から発生する熱は、放熱プレート３ａにおいて熱を分散させるように作用し、放熱プレート面で分散された熱は、放熱プレート３ａに対して鉛直方向に立ち上がる多数の柱状部材による放熱フィン３ｂにより効果的に放熱させることができる。

なお、図３に示した実施の形態においては、放熱フィン３ｂを構成する多数の柱状部材は、それぞれ円柱状に形成されているが、これは角柱状に形成したものも採用することができる。また放熱プレート３ａから立ち上がる柱状部材の配置構成についても、図４に示したように縦横に等間隔に配置することなく、他の任意の配置構成を採用することもできる。

この発明にかかる放熱器付き回路基板の全体構成を示した斜視図である。 図１に示す構成において使用される放熱器の構成を示した斜視図および断面図である。 この発明において使用し得る放熱器の他の構成例を示した上面図および断面図である。 同じく放熱器のさらに他の構成例を示した上面図および断面図である。

符号の説明

１ 回路基板
１ａ リード部
１ｂ 接続部
２ａ，２ｂ 発熱部品（ＩＣ）
３ 放熱器
３ａ 放熱プレート
３ｂ 放熱フィン
３ｃ 貫通孔

Claims (7)

1. 一方の面に発熱性の電子部品が実装された回路基板の他の面に、前記電子部品からの熱を放熱させるための放熱器を接着固定したことを特徴とする放熱器付き回路基板。
2. 前記放熱器は、前記電子部品が実装された回路基板の他の面に接着される放熱プレートと、この放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる放熱フィンとが金属素材により一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載された放熱器付き回路基板。
3. 前記放熱フィンは、前記放熱プレートに対して鉛直方向に、複数枚のプレート部材が互いにほぼ平行状態で立ち上がるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載された放熱器付き回路基板。
4. 前記放熱フィンは、前記放熱プレートに対して鉛直方向に、ハニカム（蜂の巣）形状に立ち上がるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載された放熱器付き回路基板。
5. 前記放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる前記放熱フィンを形成する面には、多数の空気流通用の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載された放熱器付き回路基板。
6. 前記放熱フィンは、前記放熱プレートに対して鉛直方向に立ち上がる多数の柱状部材により形成されていることを特徴とする請求項２に記載された放熱器付き回路基板。
7. 前記電子部品は、当該電子部品に形成された各端子が前記回路基板の一方の面に形成された回路パターンに対してそれぞれ接続可能な面実装型のパッケージにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載された放熱器付き回路基板。

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