JP2009266885A - 配線基板を備えた電気装置の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で、冷却効果の高い配線基板を備えた電気装置を提供することを課題とする。
【解決手段】表裏両面のすくなくとも一方の面上に導電材により配線層を形成するとともに、各種の電子部品を実装して所要の電気回路を構成した配線基板を備えた電気装置において、備えた電気装置において、前記配線基板の表裏両面に貫通する所要数のスルーホールを設け、このスルーホール内に前記配線基板の表裏両面の配線層の少なくとも一方に結合された導電層を形成するとともに、前記配線基板の少なくとも一方の面の前記スルーホールの開口周辺に導風板を設け、配線基板の面方向に沿って流れる冷却風をスルーホール内に導いて貫流させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、配線基板を備えた電気装置の冷却装置に関する。

多くの電気装置において、半導体素子を始めとする各種の電子部品を実装した配線基板が使用される。

図４にこのような配線基板を使用した一般的な電気装置の構成を示す。この電気装置の配線基板５は表面に銅箔のような薄い導電材で形成された配線パターン６を備える。また、配線基板５上に、発熱部品である半導体素子１やトランスあるいはリアクトルなどの電磁部品２，３と、コンデンサなどのその他の回路素子４が実装され、配線層（パターンともいう）６により電気的に接続されている。

配線基板５上に実装された各素子が許容温度範囲を超えて高温になると誤動作や破損の原因になるため、素子の温度上昇を規定値内に収める必要がある。また半導体素子１や電磁部品２，３は、一般に高温になると損失が増加し、更なる温度上昇を引き起こすとともに電気装置の効率を低下させる。これらの発熱部品の温度上昇を抑制するため、発熱部品の発生熱は、これらの接続された配線パターン６を介して空気中に放熱したり、冷却ファンなどによって強制冷却したりしている。

さらに、発熱部品の発生熱を効果的に放熱するために、特許文献１または２に示されるように、配線基板表面に取り付けられた半導体素子等の発熱部品で発生した熱を、配線基板に設けたスルーホールを利用して配線基板の裏面へ伝えて放熱することが既に知られている。

図５は、このような配線基板のスルーホールを利用して冷却するようにした電気装置の構成を示す縦断面図である。この図において配線基板５の半導体素子などの発熱部品１が実装される表面（この図の上方側を配線基板５の表面とする）には、銅箔などの導電材で形成した受熱配線層５１が設けられ、裏面（この図の下方側を配線基板５の裏面とする）にも同様に、銅箔などの導電材で形成した放熱配線層５２が設けられている。表面の受熱配線層５１に発熱部品１が放熱体５０を介してはんだ等により接合される。そして絶縁樹脂などにより形成された配線基板５および表裏両面の配線層５１，５２を貫通したスルーホール５３が所要数設けられ、これらのスルーホールの中にそれぞれはんだ等の高熱伝導材を充填して形成した熱伝導体５４により配線基板５の表裏両面の配線層５１，５２が熱的に結合される。

これにより、配線基板５の表面に実装された発熱部品１の発生する熱は、基板の表面の受熱配線層５１に拡散され、ここから放熱されるとともに、熱伝導体５４を介して基板の裏面の放熱配線層５２に伝達され、ここから空気中へ放熱されるようになるため、発熱部品１の放熱効果が高まり、温度上昇を抑えることができる。
特開２００４‐０９５５８６号公報 特開２００５‐２３５８４０号公報

このような従来の電気装置は、配線基板の電子部品が実装された表面およびこれと反対側の裏面が放熱面となるため、放熱効果を高めることができるが、放熱面に電子部品を実装すると放熱性が低下してしまうので、電子部品の実装密度を高めることができない問題がある。

また、冷却ファンを大きくしたり、発熱部品に放熱フィンを取り付けたりすることにより電気装置の冷却効果を高めることができるが、装置が大型化し、コストも高くなる問題がある。

この発明は、このような問題を解消するために、小形で、冷却効果の高い配線基板を備えた電気装置の冷却装置を提供することを課題とするものである。

この発明は、前記の課題を解決するため、表裏両面のすくなくとも一方の面上に導電材により配線層を形成するとともに、各種の電子部品を実装して所要の電気回路を構成した配線基板を備えた電気装置において、前記配線基板の表裏両面に貫通する所要数のスルーホールを設け、このスルーホール内に前記配線基板の表裏両面の配線層の少なくとも一方に結合された導電層を形成するとともに、前記配線基板の少なくとも一方の面の前記スルーホールの開口周辺に配線基板の面方向に沿って流れる冷却風を前記スルーホール内に導く導風板を設けたことを特徴とするものである。

この発明においては、前記配線基板の他方の面のスルーホールの開口周辺に遮風板を設け、この遮風板により配線基板の他方の面のスルーホールの開口から前記配線基板の他方の面方向に沿って流れる冷却風のスルーホール内への流れ込みを防止するのがよい。

この発明によれば、配線基板を貫通するスルーホール内にこの配線基板の表裏両面に形成された配線層の少なくとも一方に結合された導電層を設けるとともに、配線基板の少なくとも一方の面のスルーホールの開口の周辺に導風板を設け、この導風板により配線基板の面方向に沿って流れる冷却風をスルーホール内に導き、貫流させることができる。これにより、基板上の配線層や電子部品に当たる冷却風による放熱に、スルーホール内を貫流する冷却風による、配線基板の表面の配線層からスルーホール内の導電層に伝導された熱の放熱が加わるので、配線基板の放熱効果を向上させることができる。このため、配線基板に実装された半導体素子や電磁部品のような発熱部品が配線層を通して放熱され、発熱部品の冷却効率が向上する。

スルーホールは、配線のために作成されたものを利用すればよく、配線パターンを変更したり、放熱面を作成したりすることなく配線層からの放熱を増大させることができるため、配線基板の表裏両面に電子部品を高密度に実装することができる。また、冷却ファンを大形にすることも、放熱フィン等を設けることなく電気装置の冷却効果を高めることができるので、装置を小形で、低コストにすることができる。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１および図２にこの発明の第１の実施例の構成を示す。図１はその縦断面図、そして図２は配線基板の裏側の面から見た斜視図である。尚、これらの図においてその上方側を配線基板５の表面、下方側をその裏面とする。

図１および図２において、１は半導体素子等の発熱部品であり、配線基板５の表裏両面に実装されている。配線基板５の表面および裏面にはそれぞれ銅箔のような導電材により所要のパターンに形成された配線層６が設けられている。配線基板５には、さらにこれを貫通するスルーホール１０１が所要数設けられている。スルーホール１０１内には、表面の配線層６と裏面の配線層６ａとを接続するための配線路となる導電層１０２が形成されている。この導電層１０２は、配線基板５の表裏両面の配線層６，６ａの両方に結合されるが、放熱（冷却）用にスルーホール１０１内に設ける導電層１０２ａは、配線層６，６ａの少なくとも一方に結合する。

配線基板５の裏面のスルーホール１０１，１０１ａの開口の周辺には、矢印１０で示すように配線基板５の表裏両面に沿って流れる冷却風を、スルーホール１０１，１０１ａ内に導く導風板１０５が設けられる。この導風板１０５は、円弧状に形成され、円弧の内周面を冷却風１０の流れ方向に対向させるようにする。

このように配線基板５のスルーホールの開口の周辺に導風板１０５を設けることにより、配線基板５の裏面に沿って流れる冷却風１０の一部が、矢印１１で示すように偏向されてスルーホール１０１，１０１ａ内に導かれ、この中を貫流して、配線基板５の表面側へ流出する。

この実施例１においては、半導体素子等の発熱部品１から発生した熱の殆どは、発熱部品１自身の表面および配線層６，６ａが配線基板５の表裏両面にその面方向に沿って流れる冷却風により冷却されることにより放熱される。また、発熱部品１から配線層６，６ａに伝導された熱の一部が、スルーホール１０１，１０１ａ内の導電層１０２，１０２ａに伝導され、このスルーホール内を貫流する冷却風に放熱されて冷却される。導電層１０２，１０２ａの表面に微小の凹凸を設けるようにすると、その表面積が増加するため放熱効果は一層増大する。

この実施例１によれば、配線基板５に設けた配線用または冷却用のスルーホール１０１，１０１ａ内に冷却風を貫流させるようにしたので、このスルーホール内の導電層１０２，１０２ａからの放熱が冷却に加わる分、発熱部品１に対する冷却効果が高まり、発熱部品の温度上昇を抑制することができる。

図３にこの発明の第２の実施例の縦断面図を示す。

この図３に示す実施例２は、前記の実施例１とは配線基板５の表面のスルーホールの開口周辺に導風板１０５とほぼ同じ形状の遮風板１０６を設けたところが異なるだけで、その他の点は同じである。尚、この図においてその上方側を配線基板５の表面、下方側を配線基板５の裏面とする。

この実施例２における、配線基板５の表面に設けた遮風板１０６は、裏面に設けた導風板１０５と反対の方向に向けられているので、配線基板５の表面に沿って流れる冷却風のスルーホール１０１，１０１ａ内への流れ込みが防止される。これにより、配線基板５の裏面に設けられた導風板１０５によりスルーホール１０１，１０１ａ内へ導かれた冷却風は、このスルーホール１０１内を基板の表面側へ円滑に貫流するようになり、スルーホール内の導電層１０２，１０２ａからの放熱がより高められるようになる。

この発明の第１の実施例による電気装置の構成を示す縦断面図。 この発明の第１の実施例による電気装置の配線基板の裏面側から見た斜視図。 この発明の第２の実施例による電気装置の構成を示す縦断面図。 従来の電気装置の構成を示す縦断面図。 他の従来の電気装置の構成を示す縦断面図。

符号の説明

１：半導体素子
２，３：電磁部品
４：コンデンサ
５：配線基板
６：配線層（配線パターン）
１０，１１：冷却風の流れ方向
１０１：スルーホール
１０２：導電層
１０５：導風板
１０６：遮風板

Claims (2)

1. 表裏両面のすくなくとも一方の面上に導電材により配線層を形成するとともに、各種の電子部品を実装して所要の電気回路を構成した配線基板を備えた電気装置において、
   前記配線基板の表裏両面に貫通する所要数のスルーホールを設け、このスルーホール内に前記配線基板の表裏両面の配線層の少なくとも一方に結合された導電層を形成するとともに、前記配線基板の少なくとも一方の面の前記スルーホールの開口周辺に配線基板の面方向に沿って流れる冷却風を前記スルーホール内に導く導風板を設けたことを特徴とする配線基板を備えた電気装置の冷却装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記配線基板の他方の面のスルーホールの開口の周辺に遮風板を設け、この遮風板により配線基板の他方の面のスルーホールの開口から前記配線基板の他方の面方向に沿って流れる冷却風のスルーホール内への流れ込みを防止することを特徴とする配線基板を備えた電気装置の冷却装置。

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