JP2009059760A

JP2009059760A - 電子回路基板の放熱構造体

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Publication number: JP2009059760A
Application number: JP2007223742A
Authority: JP
Inventors: Fujio Nomura; 富二夫野村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】半導体素子の放熱性に優れた１つの熱伝導性の良好なベース基板に対して半導体素子の放熱性を良好にすることにより、大掛かりな構成にする必要のない電子回路基板の放熱構造体を提供すること。
【解決手段】電子回路基板の放熱構造体１１は、発熱部品１６ａを実装した回路基板１２と、回路基板１２の発熱部品１６ａの頭部１６ａ１が位置する側に、回路基板１２とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板１３と、前記間隔内において、発熱部品１６ａの頭部１６ａ１に隣接して設けられるヒートパス１８ａと、当該ヒートパス１８ａと発熱部品１６ａの頭部１６ａ１とを接着接合する接着剤層１７ａと、ヒートパス１８ａとベース基板１３とを熱伝導的に結合する半田層１９ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子回路基板に実装されるＩＣやＬＳＩ等の電子部品からの発熱を外部に放熱するための放熱構造体にかかるもので、特に密閉型の電子回路基板において好適する電子回路基板の放熱構造体に関する。

一般に、この種の電子回路基板の放熱構造体は、電子回路基板に実装されるＩＣやＬＳＩ等の電子部品からの発熱を外部へ放熱するために、電子回路基板の外部への開放型の場合には、熱伝導性のよいメタルベース基板を設けて発熱を逃がしたり、また、密閉型の場合には、メタルベース基板を設けることなく強制空冷により発熱を外部へ逃がす構成にしている。

従来のこの種の電子回路基板の放熱構造体として、例えば密閉型のものとして熱伝導性のよいメタルベース基板を採用したものがある。（特許文献１参照）。

図２は、従来の電子回路基板の放熱構造体（特許文献１）の概要を示す要部断面図である。

電子回路基板の放熱構造体１は、相対向して設けられた２枚のメタルベース基板２と、これらのメタルベース基板２の相対向する側に設けられた配線パターン層３と、この各々の配線パターン層３上に任意に点在して設けられる複数の半導体素子群４と、特定の半導体素子４ａに対して熱伝導的に接するように、２枚のメタルベース基板２のそれぞれに相対向して内側に突出させて設けたメタル隆起部２ａを備えている。

この構成により、特定の半導体素子４ａからの発熱がメタル隆起部２ａを介してメタルベース基板２全体から外部へ放熱するようになっている。また、他の半導体素子群４からの発熱に対しても間接的に放熱させる構成になっている。

従って、半導体素子群４からの発熱のみならず、特に半導体素子４ａからの発熱を放熱するので、半導体素子４ａの故障の原因や誤作動を起こすというようなことがないようになっている。
特開平４−２２５５８９号公報

従来の電子回路基板の放熱構造体１によれば、配線パターン層３や半導体素子群４がメタルベース基板２の片面に設けられ、このメタルベース基板２を２枚１組として構成されたものであって、特に、半導体素子群４が向かい合うように設置された構成であるので、半導体素子群４からの発熱が集中して十分な放熱作用が得られなかった。

また、特定した半導体素子４ａからの発熱に対しては放熱を良好にすることができるが、他の半導体素子群４にあっては、十分な放熱が期待できず、それがため、メタルベース基板２は、必要以上に大きなものを設けねばならず構成が大掛かりになる上、コスト高となっていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、半導体素子群全体の放熱性に優れた１つのメタルベース基板に相当する熱伝導性の良好なベース基板を用いることにより、個々の半導体素子の放熱性を良好にすると共に、大掛かりな構成にする必要のない電子回路基板の放熱構造体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発熱部品を実装した回路基板と、前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、前記回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、前記間隔内において、前記発熱部品の頭部に隣接して設けられるヒートパスと、当該ヒートパスと発熱部品の頭部とを接着接合する接着剤層と、前記ヒートパスと前記ベース基板とを熱伝導的に結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発熱部品を実装した回路基板と、前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、前記間隔内において、前記発熱部品の頭部と前記ベース基板とを接着接合する接着剤層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発熱部品を実装した回路基板と、前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する反対側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、前記間隔内において、前記発熱部品の頭部が位置する反対側の前記頭部の対向位置に設けられるヒートパスと、前記ヒートパスと前記回路基板とを接着接合する接着剤層と、前記ヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発熱部品を実装した回路基板と、前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、前記間隔内において、前記発熱部品の頭部に隣接して設けられるヒートパスと、当該ヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層と、前記間隔内において、他の発熱部品の頭部と前記ベース基板とを接合接着させる接着剤層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体を提供する。

上記目的を達成するために、本発明によれば、発熱部品を実装した回路基板と、前記回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けたベース基板と、前記回路基板の下側に設けた発熱部品の頭部および前記回路基板の上側に設けた発熱部品の頭部と対向する前記回路基板の下側において、前記発熱部品の頭部および前記回路基板の下側にそれぞれ熱伝導的に設けられるヒートパスと、これらのヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体を提供する。

本発明によれば、特に密閉型の電子回路基板において、半導体素子の放熱性に優れた１つの熱伝導性の良好なベース基板を用いると共に、このベース基板に対して半導体素子の放熱性を良好にして、大掛かりな構成にする必要のない電子回路基板の放熱構造体を提供することができる。

本発明に係る電子回路基板の放熱構造体の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の電子回路基板の放熱構造体の概要を示す断面図である。電子回路基板の放熱構造体１１は、電子部品や回路部品を装着した回路基板１２と、この回路基板１２を支持固定する一方、電子部品や回路部品からの発熱を外部へ放熱するベース基板１３と、回路基板１２とベース基板１３とを所定の間隔が保持されるように、回路基板１２とベース基板１３との間において、ほぼ平行な所定の間隔ｌが得られるように設けられるスペーサ１４と、回路基板１２とベース基板１３とをスペーサ１４に固定するボルト・ナット１５とを備えている。

回路基板１２は、回路基板本体１２ａの下面ａ側に、発熱部品である半導体素子１６ａおよび１６ｂが、またその上面ｂ側には半導体素子１６ｃがそれぞれ設けられて構成される。

回路基板本体１２ａは、例えばその上面ｂ側に、図示しない複数の半導体およびその他の電子素子間を接続する導電パターン１２ａ１を備えている。

半導体素子１６ａは、その頭部１６ａ１が回路基板１２とベース基板１３との間隔ｌの中間部に位置する程度に下向きに設けられる。この頭部１６ａ１の頂部平坦面が、例えばシリコンの主成分が０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率の高いゲル状の樹脂からなる接着剤層１７ａを介して、熱伝導部材である例えば黄銅製のヒートパス１８ａが設けられる。更に、例えば錫・銀・銅の成分からなる半田層１９ａを介してベース基板１３側へ一体的に固定される。

半導体素子１６ｂは、その頭部１６ｂ１が、回路基板１２とベース基板１３との間隔ｌに丁度収まる程度の大きさのもので、頭部１６ｂ１の頂部平坦面が直接接着剤層１７ａと同様の接着剤層１７ｂを介して一体的に固定される。

半導体素子１６ｃは、頭部１６ｃ１が回路基板本体１２ａの上面ｂに上向きに位置するように回路基板本体１２ａに設けられる。頭部１６ｃ１と対向する回路基板本体１２ａの下面ａ側には、回路基板１２とベース基板１３との間隔ｌよりやや高さの低い熱伝導部材である例えば黄銅製のヒートパス１８ｂが接着剤層１７ａと同様の樹脂性の接着剤層１７ｃを介して一体的に接着される。更に、このヒートパス１８ｂは、半田層１９ａと同様の材質の半田層１９ｂを介してベース基板１３側へ一体的に固定される。

ベース基板１３は、回路基板１２側からの発熱を熱伝導により受け、ヒートシンク２０側に放熱するようになっているもので、熱伝導性良好なベース基板本体１３ａと、接着剤層１３ｂを介して接着接合される支持体１３ｃとから構成される。

ベース基板本体１３ａは、例えばガラスクロス入りエポキシ樹脂と銅箔で構成されたものである。支持体１３ｂは、アルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属が用いられる。接着剤層１３ｃは、これらのベース基板本体１３ａおよび支持体１３ｂを接着接合してベース基板１３が構成される。

なお、スペーサ１４は、回路基板１２とベース基板１３との間隔を保持させるために設けたものであるが、回路基板１２に設けられる各半導体素子１６ａ〜１６ｃの頭部１６ａ１〜１６ｃ１の大きさに応じて十分収まる寸法となるように適当長のものを選定して使用すればよい。

従って、回路基板１２の回路基板本体１２ａに設けられる各半導体素子１６ａ〜１６ｃからの発熱は、接着剤層１７ａ〜１７ｃ、ヒートパス１８ａ，１８ｂおよび半田層１９ａ，１９ｂを介してそれぞれベース基板１３側を介してヒートシンク２０側に放熱するようにしたから、
特に密閉型の電子回路基板において、半導体素子の放熱性に優れた１つの熱伝導性の良好なベース基板を用いる一方、このベース基板に対して半導体素子の放熱性を良好にしたから、大掛かりな構成にする必要のない電子回路基板の放熱構造体を提供することができる。

また、放熱構造体１１によれば、半導体素子群全体の放熱性に優れ、発熱部品の異常温度上昇に起因してこの発熱部品が故障して機能不良になったり、損傷したりすることがない。

更に、放熱構造体１１に用いた半田層１９ａ，１９ｂは、リフローによる半田付けを可能にすることができるのでローコスト化を図ることができる。また、リフロー化によりヒートパス１８ａやベース基板１３の基礎となる排熱用金属の使用を極少化することができ、コストダウンや資源の有効活用ができる。

上述した本発明の電子回路基板の放熱構造体１１によれば、回路基板１２は、回路基板本体１２ａの下面ａおよび上面ｂのそれぞれに設けた半導体素子１６ａ〜１６ｃを例示したが、半導体素子１６ａ〜１６ｃは、回路基板本体１２ａの下面ａおよび上面ｂの両方または何れか一方であってもよい。

また、半導体素子１６ａ，１６ｂの頭部１６ａ１，１６ｂ１は、その頂面が平坦なものを用いたが、凸凹状のものであっても差し支えない。その場合には、接着剤層やヒートパス部材も同様に凸凹状のものにすれば平坦な場合と同様に熱伝達機能を得ることができる。

また、電子回路基板の放熱構造体１１のベース基板１３は、熱伝導性良好なベース基板本体１３ａと、接着剤層１３ｃを介して接着接合される支持体１３ｂとから構成されたものを用いたが、ベース基板本体１３ａ自体に支持体１３ｂを兼用させたベース基板であってもよい。

本発明の電子回路基板の放熱構造体の概要を示す断面図。従来の電子回路基板の放熱構造体を示す断面図。

符号の説明

１１放熱構造体
１２回路基板
１２ａ回路基板本体
１２ａ１導電パターン
１３ベース基板
１３ａベース基板本体
１３ｂ支持体
１３ｃ接着剤層
１４スペーサ
１５ボルト・ナット
１６ａ〜１６ｃ半導体素子（発熱部品）
１６ａ１〜１６ｃ１頭部
１７ａ〜１７ｃ接着剤層
１８ａ，１８ｂヒートパス
１９ａ，１９ｂ半田層
２０ヒートシンク
ａ下面
ｂ上面

Claims

発熱部品を実装した回路基板と、
前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、前記回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、
前記間隔内において、前記発熱部品の頭部に隣接して設けられるヒートパスと、
当該ヒートパスと発熱部品の頭部とを接着接合する接着剤層と、
前記ヒートパスと前記ベース基板とを熱伝導的に結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体。
発熱部品を実装した回路基板と、
前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、
前記間隔内において、前記発熱部品の頭部と前記ベース基板とを接着接合する接着剤層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体。
発熱部品を実装した回路基板と、
前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する反対側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、
前記間隔内において、前記発熱部品の頭部が位置する反対側の前記頭部の対向位置に設けられるヒートパスと、
前記ヒートパスと前記回路基板とを接着接合する接着剤層と、
前記ヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体。
発熱部品を実装した回路基板と、
前記回路基板の発熱部品の頭部が位置する側に、回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けられるベース基板と、
前記間隔内において、前記発熱部品の頭部に隣接して設けられるヒートパスと、
当該ヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層と、
前記間隔内において、他の発熱部品の頭部と前記ベース基板とを接合接着させる接着剤層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体。
発熱部品を実装した回路基板と、
前記回路基板とほぼ平行に所定の間隔をおいて設けたベース基板と、
前記回路基板の下側に設けた発熱部品の頭部および前記回路基板の上側に設けた発熱部品の頭部と対向する前記回路基板の下側において、前記発熱部品の頭部および前記回路基板の下側にそれぞれ熱伝導的に設けられるヒートパスと、
これらのヒートパスと前記ベース基板とを結合する半田層とを具備したことを特徴とする電子回路基板の放熱構造体。