プリント基板のサーマルパターン効果について

2007/04/25 18:53

このQ&Aのポイント

プリント基板のサーマルパターン効果について疑問が生じてきました。
熱解析で検証した結果、サーマルパターンは手はんだの条件下では効果を期待できますが、多層基板やフローはんだ時では逆に温度上昇が悪化する可能性があります。
具体的な根拠を文献等から見つけることができず、サーマルパターンの効果について疑念を抱いています。

noname#230358

電気設計
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noname#230359

2007/04/26 14:16 回答No.2

おっとうです．ＴＯＭＩさんお世話になります私の想定イメージが異なっていました．一般的なリード部品を想定していました．多分、大電流用のピンの太いコネクターやトランス、端子、多々ありますがいずれにしても数十アンペアを流すわけですからかなりの導体との接続が必要と思われます．通常、基板の一般的な銅箔厚に於いて幅1ｍｍ＝１Ａで配線との根拠がありますが、今回はどちらかというと、サーマル接続した上での実装条件が大きなウエイトを占めると思います．また、層数と内外層の銅箔めっき厚（通常基板であれば仕上がり２０um位？）ですが、電源関係の基板となると外層ですら銅箔厚さが仕上がりで３５umとかあります．（当然、内層はもっと厚いです）誠に申し訳ないのですが、具体的な根拠を元に回答することは出来なく申し訳ないのですが、その様な基板でのフロー実装は余り経験が無く、 JEITA等が鉛フリーの標準的な温度フロー（山形／平形）を掲載していますが（温度と時間）、今までの方法では、やはり内外層共にサーマル接続とし、他のフロー実装とは別に該当部品のスルホール部分をシールマスクをして、後で手半田実装と言うことを主に車載系、電源系（基板厚ｔ＝２．４mm、外層銅箔３５um、内層銅箔６０umm、対象部品は電源コネクター端子部分で確か６系統の電源があったかと）で行っていました．多分、実装条件と基板の構造に絡む個別の内容になると思うので、もし今後もその様な案件が続くようでしたら、熱シミュレーション（実装条件確立のため）を行った方が良いかと思います．基板のパターンで本件のような対策を取るのは導通ランド形状程度しか無く、 ■基板導体面積（導体幅とめっき厚さ）と電流値による温度上昇のグラフが　ＩＰＣのどこかにあったかと思います．（１mm幅＝１Ａの根拠） ■めっき厚を薄くしてその分サーマルでない導通ランドにする． ■逆にメッキ厚を厚くして、接続面積を減らす ■部品自身のリード実装用スルホールに電流容量接続を頼るのではなく、　周囲のベタパターンに強化用のスルホールを設けて電流容量を確保するスミマセンが、この程度しか思いつきません．しかし、内外層の接続数が多く、温度が上がらない、と言うことはＴＯＭＩさんがおっしゃられているように確実に熱拡散が起こっているので、周囲のスルホールを設けるのが一番の対処法かと思います．

質問者

お礼 2007/04/26 20:14

おっとうさん、アドバイスありがとうございます。強化用スルーホールの効果はたしかにあるようです（熱解析にて検証済）。本題とはズレますが、車載用の基板に一見無駄に思えるくらい集中してスルーホールを打っていたのは熱拡散のためだと改めて確信できました。本題に関してですが、弊社では組立（実装）性、リペア性、実装条件、または製品性能等とのバランスが難しくなってきており、サーマルパターンの様なノウハウ的設計手法を一つ一つ検証していく必要性に迫られています。先ずは強化用スルーホールを軸に具体的設計仕様をつめてみたいと思います。

noname#230359

2007/04/26 09:15 回答No.1

結論から言いますと、サーマルの接続線幅とスルホール穴径（部品ピン径）にもよりますが、変化します．（熱拡散に対しては、サーマル接続が良い）また、サーマルパターンの作り方を良く、クリアランスにして、十字型のパターンをはる場合がありますが、余りおすすめできません．ちゃんとサーマル接続専用アパーチャーを作った方が良いです．良く、ピッチサイズが狭いためにベタ接続で内層に接続する場合がありますが、熱拡散がサーマル接続に比べ非常に高く、スルホールの中で温度が上がらず、マイグレーション、半田不良の原因などになる可能性があります．また外層のスルホールに接続されているパターンは電源／ＧＮＤなどのベタパターンになっていませんか？（サーマルが原因ではないと言うこと）参考までにリード部品でスルホールがΦ1.0の場合、サーマル接続用ライン幅は０．２mm程度にしています．また、サーマルの接続箇所は４箇所と思いますがたまに、近接クリアランスやスリットの関係で１本程度の食われは容認しています．設計から基板製造まで２０数年振り返って、ベタ接や外層ベタ＋サーマル接続で熱拡散の問題は起きたことはありますが、ちゃんとしたサーマルで問題が起きたことは記憶にありません．

質問者