JPH0746756B2 - 電気回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は金属基体を有する印刷配線基板を金属シャーシ
内に実装した電気回路装置に係り、特に放熱性を良好に
した電気回路装置に関する。

（従来の技術） 印刷配線基板を有する電気回路装置は、従来より電気部
品を実装した印刷配線基板をケースやシャーシ内に収容
する方法が用いられている。ところが、装置の小型化・
高密度化に伴なって発熱密度が高くなると、放熱の問題
から信頼性が低下する。

そこで、最近では印刷配線基板として、放熱性に優れた
金属を基体とした金属コア基板が開発されている。しか
しながら、金属コア印刷配線基板においても、基板がシ
ャーシ内に設けられている限り、電気部品から発した熱
は基板全体に均一に分散するのみであり、シャーシ内の
温度上昇はまぬがれない。シャーシ内に空冷用のファン
を設置し、強制的に熱を外部へ逃がす方法もあるが、装
置が大型化し、消費電力も増大する。

一方、金属コア印刷配線基板の金属基体をシャーシに接
触させる方法も考えられるが、金属基体の端面をシャー
シ内面に接触させたのでは、接触面積が十分にとれない
ため、基板からシャーシへの熱伝導が悪く、放熱効果の
向上はほとんど期待できない。また、金属基体の表面を
シャーシ内面に接触させる方法では、複数の基板を同一
シャーシ内に所定の間隔で積層配置する場合、端部の基
板のみしかシャーシ内面に接触させることができないの
で、結局、多数の基板を同一シャーシ内に実装すること
はできず、シャーシ内のスペースファクタが低下する。

（発明が解決しようとする問題点） このように、金属基体を有する印刷配線基板をシャーシ
内に実装した従来の装置では、基板自体の放熱性は良い
にもかかわらず、シャーシによって基板が囲まれている
ため、強制空冷等によらない簡単な手段によって放熱性
を高めることは難しいという問題がある。また、金属基
体を金属シャーシ内面に接触させて放熱効果を高めよう
とすると、スペースファクタの低下により、多数の基板
を同一シャーシ内に実装できないという問題があった。

本発明は印刷配線基板の金属基体をスペースファクタを
損なわずに、広い接触面積で金属シャーシの内面に密着
させることができ、強制空冷を用いることなく高い放熱
効果が得られ、小型で信頼性の高い電気回路装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明に係る電気回路装置は、金属基体を有し、電気部
品を実装した印刷配線基板と、この印刷配線基板を収容
する金属シャーシとを備えた電気回路装置において、前
記印刷配線基板として円形印刷配線基板、前記金属シャ
ーシとして円筒状金属シャーシを用いるとともに、前記
円形印刷配線基板の周辺部を電気部品の実装面に対して
所定の角度を有する形状に構成し、この周辺部における
金属基体の外周面を前記円筒状金属シャーシの内周面に
密着させたことを特徴とする。

（作用） 印刷配線基板の金属基体は、絞り加工や曲げ加工により
部品実装面に対して角度を持った周辺部の外周面が金属
シャーシの内周面に密着するため、金属基体と金属シャ
ーシとの接触面積は十分に確保され、また両者の密着力
も高い。従って、部品から発生した熱は金属基体の周辺
部から金属シャーシに伝わり、金属シャーシから外気に
放散される。

この場合、金属基体の金属シャーシ内周面との接触面は
角度を持った周辺部のみであるため、一つの金属シャー
シ内に多数の配線基板を同様の条件で実装することが可
能となり、基板の実装位置にあまり関係なく高い放熱効
果が発揮される。また、本発明では、印刷配線基板とし
て特に円形印刷配線基板、金属シャーシとして特に円筒
状金属シャーシを用いているので、効果的に熱を逃がす
ことができる。すなわち、円形印刷配線基板の場合、そ
の中心から外側に向かって一様に熱が移動するので、部
分的に熱抵抗が高くなる箇所（例えば、正方形印刷配線
基板の場合には４隅）ができず、したがって、放熱性の
不均一性によって放熱効果が低下するという心配は生じ
ない。

一方、例えば、正方形印刷配線基板の場合には、４隅の
角の部分は他の辺の部分よりも細くなっていので、つま
り、一様に熱が移動しないので、熱抵抗が大きくなり、
放熱効果は低下する。

更に、円形印刷配線基板の場合、部品と放熱部である円
筒状金属シャーシの円周部との距離が、他の形状の印刷
配線基板の場合よりも近くなるので、熱抵抗が小さくな
り、これよっても、熱が効果的に逃げることになる。

更に、円形印刷配線基板と円筒状金属シャーシとはどの
部分でも一様に接触するので、部分的に密着性が悪くな
る箇所は存在しない。部分的に密着性が低下する箇所が
存在すると、他の部分の密着性が良くても、放熱効果は
大きく低下することになるので、本発明のように一様な
密着性を確保することは重要なことである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る電気回路装置の断面図
である。同図において、金属シャーシ１は一端が開口さ
れ他端が閉塞された円筒状であり、アルミニウム，ステ
ンレス，鉄等の金属材料、好ましくはアルミニウムのよ
うな熱伝導性の良い金属材料により形成される。この金
属シャーシ１の内部に、印刷配線基板２が実装されてい
る。

印刷配線基板２は熱伝導性の良い、例えばアルミニウム
板からなる金属基体３上に、絶縁層４および配線層５を
順次形成し、その上に電気部品６、例えばICチップやチ
ップ抵抗チップコンデンサ等のチップ部品を半田７等に
より実装したものである。絶縁層４にはアルミナ，ガラ
ス，樹脂層等を使用できる。また、配線層５としては例
えば導体ペーストを用いたスクリーン印刷法で形成され
たもの、あるいは絶縁樹脂を介して銅箔を接着した基板
をエッチングによりパターニングしたものを用いること
ができる。

ここで、金属基体３の周辺部3aは例えば絞り加工によ
り、上方にほぼ直角に屈曲した形状となっており、この
周辺部3aの外周面が金属シャーシ１の内周面に密着して
いる。絞り加工法は凹型と凸型の金型を用いてプレスに
より加工する方法であり、加工後の寸法精度が高いの
で、金属基体３の周辺部3aの外周面を容易に金属シャー
シ１の内周面に密着させることができる。金属基体３を
絞り加工する場合、絶縁層４としては絞り加工時の衝撃
でクラック等のダメージを受けないようにするため、樹
脂層が好ましい。また、金属シャーシ１も金属基体３と
同様に、絞り加工により前述した円筒状にすることが望
ましい。これにより金属基板３の周辺部3aの外周面と、
金属シャーシ１の内周面との密着性をさらに高めること
が可能となる。

なお、第１図では金属基体３の周辺部3aを上方に向け
て、すなわち部品６の実装面が内側となるように屈曲さ
せているが、下方に向けて屈曲させてもよいことは勿論
である。

次に、第２図〜第５図を参照して第１図の電気回路装置
の製造工程を説明する。なお、各図において（ａ）は断
面図、（ｂ）は平面図である。

まず、円板状の金属基体３上に絶縁層４および配線層５
をスクリーン印刷法等により順次形成して、印刷配線基
板２を作製する（第２図）。次に、絞り加工により金属
基体３の周辺部3aが円筒状をなすように、周辺部3aを上
方に直角に屈曲した状態とする（第３図）。絞り加工の
条件は、基体３の材質，厚みと、絶縁層４および配線層
５の材質，種類等に応じて適宜選定され、例えば基体３
として厚さ0.5mmのアルミニウム板を用い、絶縁層４と
して熱硬化型1,2ポリブタジエン樹脂を主成分とする絶
縁樹脂を100μｍの厚さ塗布したものを用い、さらに配
線層５として樹脂系銅ペーストを用いた場合、絞り加工
に用いる凹型と凸型との間のクリアランスは0.02mm,圧
力は500〜1000kg程度が適当である。

次に、第４図に示すように電気部品６を半田７により実
装する。部品６の形状は特に問わないが、熱が基体３に
伝わりやすい平面実装用部品が好ましい。実装方法は半
田７を付ける所定の位置にディスペンサ等によりクリー
ム半田を塗布した後、部品６を搭載し、リフロー法で半
田付けを行なう。このとき半田７の表面張力で部品６の
位置が変わらないように、接着剤で部品６を仮固定して
おくと良い。また、パターン面が凸面状の場合には、ス
クリーン印刷法によりクリーム半田を塗布することもで
きる。その場合には、赤外線ヒータによるリフロー法あ
るいはペーパーフェイズによるリフロー法が適当であ
る。

次に、こうして電気部品６が実装された印刷配線基板２
を第５図に示すように金属シャーシ１内に挿入し、金属
基体３の周辺部3aの外周面を金属シャーシ１の内周面に
密着させる。この場合、両周面に予め熱伝導性の良好な
接着剤を塗布しておくことが望ましい。

こうして得られた電気回路装置について、第４図の状態
で電源を接続し、動作状態下で色温度計（日本電気三栄
社製サーモトレーサ）によって基板２上の温度を測定し
た結果、局所的な発熱は見られず、約60℃〜65℃の範囲
内にあった。また、第５図のように基板２を金属シャー
シ１内に組込んだ状態でシャーシ１の上方の開口部から
同様に色温度計により温度測定を行なった結果、部品６
の近傍においても約50℃であり、基板２をシャーシ１内
に組込まない状態より温度上昇を約10℃抑制することが
できた。

次に、本発明のさらに具体的な実験例について説明す
る。

実験例１ 金属基体として厚さ0.5mmの硬質アルミニウム（JIS Ａ
−2017）の板を用い、表面をブラシ研磨し、さらに脱脂
洗浄の後、下記の組成からなる絶縁性樹脂ペーストを用
いて絶縁層を印刷形成した。

絶縁性樹脂ペースト組成 熱硬化性1,2ポリブタジエン樹脂 100重量部 水素添加ポリブタジエン樹脂 10重量部 アルミナ粉末 20重量部 酸化チタン粉末 10重量部 コロイダルシリカ １重量部 次に、空気中180℃で、20分間にわたり乾燥の後、窒素
雰囲気中350℃にて10分間で硬化を行ない、フェノキシ
樹脂６重量部と銅粉末90重量部と銀粉末10重量部と酢酸
ブチルカルビトール18重量部からなる銅ペーストを用い
て、スクリーン印刷法により配線層を形成し、窒素雰囲
気中にて硬化させた。

次に、アサヒ化学研究所製ソルダーレジストCCR506Gを
用いて部品搭載領域以外の表面をコーティングし、空気
中120℃で、20分間にわたり乾燥した。

次いで、奥野製薬社製無電解ニッケルメッキ液（ナイク
ラッド741）を65℃に保ち、５〜10分間のメッキ工程を
行ない、２〜５μｍのメッキ被膜を形成した。この基板
をプレスにより60mmφの円形に打抜き、さらに内径45mm
φとなるように円筒状に絞り加工を行なった。

次いで、クリーム半田を配線層の電極部位にディスペン
サで塗布し、部品をアッセンブリした後、240℃のホッ
トプレス上にて２分間リフローを行なって部品を実装し
た。

こうして得られた基板を２種類用意し、内径46mmφの円
筒状アルミニウムシャーシ内に所定の間隔を置いて挿入
した。このとき、アルミニウム基体の周辺部外周面と、
アルミニウムシャーシのアルミニウム基体との接触面に
予め良熱伝導性シリコンコンパウンドを塗布しておい
た。また、これら２種類の基板間は厚さ200μｍのフレ
キシブル配線板で接続した。

こうして得られた装置について、電源を投入し動作状態
で基板面上の温度を色温度計により測定したところ、基
板面内はほぼ均一の温度であり、周囲温度に対し40℃の
温度上昇であった。

これに対し、比較のためにシャーシに基板を挿入しない
状態で基板面上の温度を測定したところ、周囲温度に対
する温度上昇は80℃にも達した。

実験例２ 金属基体に100×50×1.0mmのアルミニウム板を用いて実
施例１と同様の手法で印刷配線基板を作製した後、クリ
ーム半田を配線層の所定部位にスクリーン印刷により塗
布した。この上に部品をマウントし、240℃のホットプ
レス上で１分間リフローを行なって実装した。

次いで、基板両端部から10mmの位置で端面を90゜折曲
し、箱型のアルミニウムシャーシ内に挿入して組立て
た。

こうして得られた装置について、電源を投入して動作状
態で基板面上の温度とシャーシの外表面の温度を測定し
たところ、基板面，部品，シャーシ外表面の温度はほぼ
同じになり、局所的な温度上昇が回避されるとともに、
高い放熱効果の得られることが確認された。

［発明の効果］ 本発明によれば、印刷配線基板の金属基体周辺部を部品
搭載面に対して角度を持たせた上で、その外周面を金属
シャーシの内周面に密着させたことにより、大型かつ電
力消費を伴なう強制空冷手段を用いることなく、部品か
らの熱を金属基体および金属シャーシを介して外部雰囲
気に効果的に放散することができる。

また、本発明によれば金属基体と金属シャーシとの接触
面積が大きいにもかかわらずず、平坦のままの金属基体
の表面を金属シャーシに接触させる場合と異なり、複数
の基板を同一シャーシ内に積層配置することができ、シ
ャーシ内のスペースファクタが損なわれず、しかも積層
位置に関係なく全ての基板の放熱性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電気回路装置の断面
図、第２図〜第５図は同装置の製造工程を説明するため
の図である。 １……金属シャーシ、２……印刷配線基板、３……金属
基体、3a……周辺部、４……絶縁層、５……配線層、６
……電気部品、７……半田。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属基体を有し、電気部品を実装した印刷
   配線基板と、この印刷配線基板を収容する金属シャーシ
   とを備えた電気回路装置において、 前記印刷配線基板は円形印刷配線基板であり、前記金属
   シャーシは円筒状金属シャーシであり、かつ前記円形印
   刷配線基板の周辺部を電気部品の実装面に対して所定の
   角度を有する形状に構成し、この周辺部における金属基
   体の外周面を前記円筒状金属シャーシの内周面に密着さ
   せたことを特徴とする電気回路装置。
2. 【請求項２】前記円形印刷配線基板の周辺部が電気部品
   の実装面に対してほぼ直角であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気回路装置。
3. 【請求項３】前記円形印刷配線基板が絞り加工されたも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の電気回路装置。
4. 【請求項４】前記円筒状金属シャーシが絞り加工された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の電気回路装置。
5. 【請求項５】前記円形状印刷配基板が金属基体上に絶縁
   層および配線層をスクリーン印刷により形成したもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項の
   いずれかに記載の電気回路装置。
6. 【請求項６】前記円形印刷配線基板が同一円筒金属シャ
   ーシ内に所定の間隔で複数枚積層されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電気回路装置。