JPH0325991A - プリント配線用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は．ＩＣやＬＳＩその他の電子素子を取付けるプ
リント配線板に使用されるプリント配線用基板に関する
ものであり、さらに具体的には、導体パターンをブリン
トレて電子素子等を装着した場合に、導体パターンや電
子素子等からの発熱をより効率的に放熱できるように工
夫した基板に関するものである。

「従来技術と発明が解決しようとする課題」最近、装置
の小型化、高性能（高密度実装）化により、プリント配
線板の導体パターン，プリント配線板に装着したＩＣや
ＬＳＩ等の電子素子の発熱密度が増大している。したが
って、電子素子が所定温度以上の高温にならないように
冷却する必要かある． そのような冷却手段として、例えば、アルくニウム，鉄
，ｔｉ４等の金属板を心にした基板（孔あけした金属板
に対し樹脂を均一にコーティングしたもの、「メタルコ
ア」とも言う。）や、セラミック基板のような高熱伝導
基板を使用し、基板自体で熱を拡散しながら強制風冷に
より冷却する技術が提案されている． この技術は、前記のように強制風冷しなければならない
が、電子素子を高密度に実装した場合、発熱密度か高ま
ることにより素子の温度が上昇するので、高密度実装化
には限界があり、しかも、強ＦｆＪＩ風冷を不可欠とす
ることによって、機器の信頼性（平均的寿命）を低下さ
せる欠点がある。

また、一暦の高密度実装を達或するための基板として、
プリント配線技術読本（昭和６０年８月工Ｏ日、日刊工
業新聞社発行、伊藤謹司編著）第１３２頁に記載されて
いるような、ヒートバイフ構造のアルミナ基板が提案さ
れている。

このヒートパイプ構造の基板は、第１２図のように、内
壁面へ縦横にＶ　＠　ａ　３を形或したアルくナ製中空
プレートａ内に図示しない作動液を封入し、これを素子
の搭載領城ａ１と放熱領域ａ２とに区分し、放熱領域ａ
２の部分に放熱フィンｂを取付けたものである．この基
板において、搭載領域ａｌの表面に高密度は搭載されて
いる図示しない素子の発熱は、内部の作動液が蒸発する
ことによって奪われ、当該蒸気により放熱領域ａ２に運
ばれ、放，％領域ａ２で当該蒸気が凝縮することにより
放熱するようになっている． このヒートパイプ構造の基板の熱伝導率は、銅板の約２
０倍と言われ、極めて高密度に実装できるか、全体が中
空板であるから、高密度実装に耐える強度を保たせるに
は、アルミナ板の肉厚を厚くする必要かあり、基板全体
の厚みが大きくなるので、機器の小型化には限界かある
ほか製造コストが高価になり、しかも、スルーホールを
加工するのか極めて困難である．また、全体か中空にな
っているため、基板をフレキシブルにすることもできな
い． 本発明の目的は、前述のような欠点を改善した放熱効果
の高いプリント配線用基板を提供することにある。

「課題を解決するための千段」 木発明に係るプリント配線用基板の一つは、前述の目的
を達戊する゜ため、片面に吸熱層を有する絶縁板に、前
記吸熱層へ接触する状態に適数のヒートパイプを定着さ
せている。

前記基板については、ヒートパイプか定着されている位
置以外の部分において、絶縁板の吸熱層を均一な厚みの
ベース材の片面又は両面に定着させるのが望ましい。

絶縁板は電気的絶縁性を有するものであれば、樹脂又は
その複合積層板，セラミック、あるいは金属板の表面を
樹脂コーティング等により絶縁加工したものでもよいか
、エボキシ樹脂．ポリイミド樹脂，ポリプタジェン樹脂
又はこれ等の樹脂系の積層板であるのが種々の点で好ま
しい。

基板をフレキシブルにするときは、柔軟性のあるものを
使用するが、耐熱性、寸法安定性、引き裂き抵抗、難燃
性等の点てポリイミド、耐熱性ガラスエボキシ等のフィ
ルムか好適てある。

吸８層には金属箔、特に銅箔又は銅板を用いるのか好ま
しい。

吸熱層とヒートパイブは、好ましくはハンダ又はプリプ
レグを介して接合する． 絶縁板として，表面を樹脂コーティング等により絶縁加
工した熱伝導性のよい金属板を使用するときは、前記金
属板か吸熱層となるので、前記金属板に接触するように
ヒートパイプを定着させればよい。

ヒートパイブの一部は、平面より見て基板の側方へ突出
させ、この突出した部分を放熱部とし、この放熱部を機
器のシャーシーに取付けたり、あるには前記放熱部に放
熱フィンを設けるのか好ましい。

前記絶縁板には、少なくとも一辺へ、吸熱歴の直接又は
吸熱材を介して接触するようにヒートノＳイブ付きの良
熱伝導性のフレームを設けるとさらに好ましい． 木発明に係るプリント配線用基板の他の一つ（よ前述の
目的を達戒するため、吸熱層を有する絶縁板を設け、こ
の絶縁板の少なくとも一辺へ、吸熱層の直接又は吸熱材
を介して按触するようにヒ一トバイブ付きの良熱伝導性
のフレームを設けている． 「作用」 本発明に係るプリント配線用基板は、絶縁板の表面に電
子素子等を取付けるものであるが、機器の運転中におけ
る電子素子の発熱は、絶縁板及び吸熱層を経てヒートパ
イプに伝わる．また、絶縁板として表面を絶縁加工した
金属板を使用した場合は、電子素子等からの発熱は、絶
縁板の吸熱層を構或する前記金属板を経てヒートパイプ
に伝わる． ヒートパイプに特に放熱部を設けない基板において、ヒ
ートパイプへ前述のように伝達された熱は、熱密度が高
くなっている領域で作動液が蒸発することによって吸熱
され、その蒸気が当該ヒートパイプ内の低熱密度領域で
凝縮することによって，均熱化しつつ放熱される。

また、ヒートパイプに放熱部を設けた基板においては、
ヒートパイプへ前述のように伝達された熱は、ヒートパ
イプ内の当該部分で作動液力く蒸発することによって吸
熱され、その蒸気が当該ヒートパイプの放熱部で凝縮す
ることによって放熱される。

前記のようにヒートパイプを有する絶縁板の辺に、吸熱
層と直接又は吸熱材を介して接触するヒートパイプ付き
の熱伝導性の良いフレームを設けた場合は、このフレー
ムを機器のシャーシー等に取付けて使用すると、前記の
作用のほか、基板の熱かフレームに伝わり、フレームの
熱はフレームに付いているヒートパイプを介してシャー
シー等に分散される。

また、ヒートパイプを有しない絶縁板の辺に前記のよう
にヒートパイプ付きのフレームを設けた基板にあっては
、このフレームを機器のシャーシー等に取付けて使用す
ると、基板の熱はフレーム及びフレームに付いているヒ
ートノ＜イブを介してシャーシー等に分散される。

本発明に係る基板は、以上の繰り返しにより高熱になる
のを防止する。

「実施例−１」 第１図〜第４図は第１実施例であって、ガラスエボキシ
樹脂積層板よりなる絶縁板１　（＠Ｗ長さＬともに１　
０　０　ｍ　ｍ　，肉厚０．１ｍｍ）の片面には、絶縁
板ｌとほぼ同形同サイズの銅箔よりなる吸熱暦２が定着
されている． 吸熱暦２の面には，内部に図示しない作動液が封入され
た銅製角バイブよりなるヒートパイプ３（肉厚０．３ｍ
ｍ，短辺ｈ　２　ｍ　ｍ　，長辺ｗ　４　ｍ　ｍ）か、
ほぼ等間隔に三本定着されており、その一部は平面より
見て縁部より突出し、こと突出した部分は放熱部３１を
構威し、この放熱部３１には、第３図のような状態で銅
板よりなる放熱フイン３２が取付けられている。

ヒートパイプ３の放熱部３１は、第３図のように丸パイ
プ状に形或するのか望ましい．この実施例の基板におい
て、絶縁板１の吸熱暦２は、ヒートパイプ３か接触して
いない部分がエボキシ樹脂よりなるベース材４の片面に
定着されている。この実施例のベース材４は、吸熱層２
とヒートパイプ３の側面とに密接している第１べ−ス材
４１と、この第１ベース材４１及びヒートパイプ２の一
辺面に定着されている第２ベース月４２から構威されて
いる。

この基板は片面￥装用のものであって、第２図における
上面又は下面に（あるいは，ベース材４内にも）導体パ
ターンをプリントし，同図上面に電子素子等を実装する
．下面に導体パターンをプリントした場合は、ヒートパ
イプ３の位置以外の部分に図示しないスルーホールを形
威し、所定のリードにより上面に素子を実装する。

この実施例の基板は、次のように製造されている． 第４図のように、片面に銅箔よりなる吸熱層２を形威し
た前記サイズの絶縁板１を準備し、吸熱層２の面の所定
位置の範囲２ａ（ヒートパイプ３の断面における長辺Ｗ
（第２図）よりやや狭い範囲）に図示しないクリームハ
ンダ（ブリブレグても可）を薄く塗り、当該位置にヒー
トノベイブ３を置き、二層のブリプレグ（厚さ各０．０
７ｍｍ）４ａ，４ｂを吸熱層２及びヒートノＳイブ３の
上に重ね、所要部分に前記ヒートパイプ３の下面部か僅
かに突出して収まる程度の溝４３を形或した第１ベース
材（厚みＴ４が１．９５ｍｍのエボキシ樹脂板）をその
上に重ね、さらに、プリプレク（厚さ各０．０７ｍｍ）
４ｃ，４ｄを介して第２ベース材（厚みｔ４か１．２ｍ
ｒｎのエボキシ樹脂板）４２を重ね、同図上下方向に全
体をプレスしながら１８０〜２００℃程度に加熱して、
厚みＴ（第２図）か３．３ｍｍ程度の基板を製造する。

また，戒形型（図示しない）を製造し、戒形型内にヒー
トパイプ３を接着した絶縁板１を入れ、その上から樹脂
を流し込んでベース材４を構戊しても製造することかで
きる。

この実施例の基板において、絶縁板１の表面に実装した
素子や導体パターンからの発熱は、第２図における吸熱
層２を介してヒートパイプ３に伝わり、ヒートパイプ３
内の作動液を蒸発し、この蒸気の熱は当該蒸気が放熱部
３１で蒸発することによって放散される。

この実施例の基板と、当該基板と同サイズ，同材質でヒ
ートパイブ３を有しない従来の基板とを準備し、各基板
の絶縁板１の表面に導体パターンを形或し、それぞれ４
Ｗ（ワット）のＬＳＩを４個取付けて、前者については
自然風冷により、後者の基板については最高温度が１０
０’Ｃを越えないように強制風冷（４ｍ／秒）しながら
放熱実験したところ、前者は５７℃以下に維持できたか
、後者は９３℃程度に保つのが限界であった．温度の点
に限ると、一般に素子の信頼性は、機器の運転時におけ
る最高温度が１０℃低下するごとに２倍程度向上すると
されているので、前記実施例の基板は前記従来の基板に
比べ、素子の信頼性を８倍程度高めることができる。

また、前記実施例の基板は、ファンで強制風冷しなくて
もかなりの熱を放散するので、多くの場合に強制風冷を
必要とせず、ファンによるノイズの問題を考慮する必要
がない場合が多くなり、これ等の点から、機器の信頼性
をさらに一層高めることができる。

ヒートパイプ３の放熱部３ｌは、これを機器類に設けた
シャシー等に接触させて、さらに放熱効果が高まる状態
で使用することかてきる。

前記実施例のように、絶縁板ｌにガラスエボキシ樹脂積
層板を使用した場合、放熱の点からは薄ければ薄い程好
ましいか、その表面に素子を実装すること５銅箔かうな
る吸熱Ｍ２との密着性、熱サイクル等を考慮すると、種
々の条件を考慮しながら、０．０２ｍｍ以上の肉厚に設
定するのか好ましい。

吸熱層２に銅箔を用いる場合、絶縁板の材質によっても
異なるが、この実施例のように絶縁板ｌにガラスエボキ
シ樹脂積層板を使用すると、吸熱層２の肉厚が０．０３
５ｍｍ以下では伝熱性か著しく低下するので、基板全体
に許容される重量を考慮しなから、０．０３５ｍｍ以上
の肉厚に設定するのが好ましい。

前記実施例ては、第ｔベース材４ｌと吸熱層２及びヒー
トパイプ３との接着、及び、第１ベース材４１と第２ベ
ース材４２との接着のため、それぞれ二層のブリプレク
を使用した力）、それぞれ一居ても実施することかでき
るし、また、吸熱層２とヒートパイプ３との接着には、
ハンダのほかにプリプレグを使用してもよい。

「実施例−２」 第５図は，両面にヒートパイプ３がやや露出する状態に
形戊したエボキシ樹脂からなるベース材４を設け、この
ベース材４の両面に、プリプレクを介して絶縁板１の吸
熱層２の面を加熱接着して、素子類を両面に実装できる
ように構戊したものである。

この実施例の基板の他の構造や作用は、実施例−１のも
のとほぼ同様なので説明を省略する。

「実施例−３」 第６図及び第７図は、ヒートパイプ３を絶縁板１の周縁
から突出させない（第１図におトする放熱部３１を有し
ない）ように構或し、絶縁板１の相対する辺に、銅やア
ルミニウム又ζよこれ等の合金類からなる吸熱材２１を
介して、吸熱層２と接するようにヒートパイブ３゜付き
の金属製のフレーム５を取付けたもので、フレーム５を
機器のシャ一シー６等に取付けて使用するのに適してい
る。

この実施例の基板においては、実装した電子素子類の熱
は、ヒートパイプ３に伝わり、ヒートパイプ３内の熱密
度の高い領域で内部の作動液か蒸発し、その蒸気か当該
ヒートパイプ３内の熱密度の低い領域で凝縮することに
よって基板全体か均熱化する。また、より高密度実装に
より基板全体か高温になった場合，その熱は吸熱層２及
び吸熱材２１を介してフレーム５に伝わり、ヒートパイ
プ３′を介してシャーシ−６に分散される。

この実施例の基板は，絶縁板ｌの周縁にヒートパイプ３
の一部か突出していないので、取扱いか極めて簡単にな
る利点かある。

このようなヒートパイプ３′付きフレーム５によって放
熱効果を高める手段は、第工図〜Ｓ５図の実施例の基板
や、以下の各実施例の基板に応用するとさらに効果的で
ある。

また、また基板の熱密度によっては、第６図及び第７図
におけるヒートパイプ３を有しなしへ絶縁板１を設け、
この絶縁板に同図のようにヒートノメイブ３′付きのフ
レーム５を取付けても実施することかできる。

「実施例−４」 第８図及び第９図の実施例は、熱伝導性のよい金属板よ
りなる吸熱層ｌ１の表面を樹脂皮膜１２によりコーティ
ングして絶縁板１を作戒し、この絶縁板１の裏面に、前
記吸熱層１１と接触ずるようにヒートパイブ３を定着し
たものであり、前記各実施例の基板におけるような、ヘ
ース材４を使用していない。

この実施例の基板において、作用や他の構或は実施例−
１の基板におけるものとほぼ同様なのて説明を省略する
。

「実施例−５」 第１０図の実施例は、適宜の材質の絶縁板Ｌの裏面に銅
箔又はアルミ箔等を貼って吸熱層２を形戊し、絶縁板１
の吸熱層２と密着するように適数のヒートパイプ３を定
着したものである。

この実施例においては、絶縁板１にボリイミト樹脂又は
ボリイｉト樹脂系の積層板を使用すると、フレキシブル
な基板とすることがてきる。

この実施例の基板の他の構戒や作用は、実施例−１の基
板とほぼ同様なので説明を省略する。

「実施例−その他」 第１０図又は第９図における絶縁板１を使用するときは
、第１１図のように、角形のヒーｌ−バイプ３の対の面
をそれぞれ絶縁板１の所要の面に定着して、両面実装で
きるように構或することかできる． 前記各実施例において、ヒートパイプ３には前記実施例
のもの以外の断面形状のものを使用することができるが
、吸熱層２との接触面や、第９図の例における吸熱層１
１との接触面は、熱伝導をよくするため平滑であること
か望ましい。

前記各実施例の基板に素子を実装し、これを機器に組込
んだ場合は、発熱部に温度センサーをｉＱけ、この温度
センサーが所定温度以上を検出したとき、適当な位置に
設けたファンにより強ｖＩ風冷するように構或すると一
層効果的である。

ヒートパイプ３，３′内には、その断面におけける片側
又は両側に位置するように、長手力向に希って連続する
状態の図示しないウィックを設けこのウイックの部分が
作動液の流路となり、ウイック以外の空間部が蒸気の流
路となるようじ構成して、熱輸送が一層よく行なえるよ
うにするのが好ましい．このウイックは，グループ、ワ
イヤ．メッシュ、焼結多孔金属、極細間隙その他毛細管
現象をもつものであればよく、またその材質も銅、銀、
鉄、ステンレス、ガラス等が好適に使用される。

「発明の効果」 本発明に係るプリント配線用基板は、放熱性能か飛躍的
に向上して電子素子等のより高密度な実装か実現でき、
機器の信頼性を飛躍的高めることができる． 従来のヒートパイプ構造のアルミナ中空基板とは異なり
、スルーホールの加工も可能である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプリント配線用基板の第１実施例
を示す平面図，第２図は第１図の矢印Ａ−Ａに沿う部分
拡大断面図、第３図は第１図の矢印Ｂ−Ｂに泊う郁分拡
大断面図、第４図は第１図の基板の製造方法を説明する
ための部分拡大分解断面図，第５図は他の実施例の基板
を示す部分拡大断面図．第６図はさらに他の実施例の基
板の平面図、第７図は第６図の矢印ｃ−ｃ，ｑ沿う部分
拡大断面図、第８図はさらに他の実施例の基板の平面図
、第９図は第８図の矢印Ｄ−Ｄに沿う部分拡大断面図、
第１０図はさらに他の実施例の基板の部分拡大断面図、
第１１図はさらに他の実施例の基板の部分拡大断面図、
第１２図は従来のヒートパイプ構造のプリント配線用基
板の一部省略拡大断面図である． 図中主要符号の説明 １・・・・絶縁板 １１・・・金属板よりなる吸熱層 １２・・・樹脂皮膜 ２・・・・吸熱層 ３、３′　・・・・ヒートパイプ ３１・・・ヒートパイプの放熱部 ３　２　・　・　・ ４　・　・　・　・ ４　ｌ　・　・　・ ４　２　・　・　・ ４ａ〜４　ｄ ５　・　・　・　・ 放熱フィン ベース材 第ｌベース材 第２ベース材 ・・・プリブレグ フレーム 第７図 第８図 くｒ く丁 《ｔ 口−トー」

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）．片面に吸熱層を有する絶縁板に、前記吸熱層へ
   接触する状態に適数のヒートパイプを定着させたことを
   特徴とするプリント配線用基板。
2. （２）．前記ヒートパイプが定着されている位置以外の
   部分において、前記絶縁板の吸熱層が、均一な厚みのベ
   ース材の片面又は両面に定着されている、請求項１に記
   載のプリント配線用基板。
3. （３）．吸熱層が銅箔であり、絶縁板がエポキシ樹脂，
   ポリイミド樹脂，ポリブタジエン樹脂又はこれ等の樹脂
   系の積層板である、請求項１又は２に記載のプリント配
   線用基板。
4. （４）．吸熱層とヒートパイプがハンダ又はプリプレグ
   により接合されている，請求項２に記載のプリント配線
   用基板。
5. （５）．絶縁板が肉厚０．０２ｍｍ以上、吸熱層の厚み
   が０．０３５ｍｍ以上である、請求項３に記載のプリン
   ト配線用基板。
6. （６）．少なくとも片面を絶縁加工した熱伝導性のよい
   金属板からなる吸熱層を有する絶縁板の他の面に、適数
   のヒートパイプを接触定着させたことを特徴とするプリ
   ント配線用基板。
7. （７）．ヒートパイプの一部を、平面より見て基板の側
   方へ突出させ、この突出した部分を放熱部とした、請求
   項１〜６のいずれかに記載のプリント配線用基板。
8. （８）．前記放熱部に放熱フィンを設けた、請求項７に
   記載のプリント配線用基板。
9. （９）．前記絶縁板の少なくとも一辺へ、前記吸熱層と
   直接又は吸熱材を介して接触する状態にヒートパイプ付
   きの熱伝導性のよいフレームを設けたことを特徴とする
   、請求項１〜９のいずれかに記載のプリント配線用基板
   。
10. （１０）．吸熱層を有する絶縁板の少なくとも一辺へ、
    前記吸熱層と直接又は吸熱材を介して接触する状態にヒ
    ートパイプ付きの熱伝導性のよいフレームを設けたこと
    を特徴とする、プリント配線用基板。