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大陽工業 銅インレイ基板の放熱性能評価(JPCA法)

その他

JPCA規格による銅インレイ基板の放熱性能評価の結果をご紹介します

大陽工業の銅インレイ基板は車載部品にも採用されている高放熱基板です。

この度、JPCA(日本電子回路工業会)発行の「自動車電装用及びパワーデバイス用高放熱性電子回路基板試験方法」 (JPCA-TMC-HR02T-2017)による放熱性能の評価を行いました。
その結果、銅インレイと厚銅箔の組み合わせが、同じくJPCA発行の「自動車電装用及びパワーデバイス用高放熱性電子回路基板」(JPCA-TMC-HR01S-2017)にて定義される放熱性分類の中で最高ランクとなる「高放熱性基板レベル4」に分類される結果となりましたのでご紹介いたします。

この規格は、IEC規格に採用され国際標準化されたJPCA規格「高輝度LED用電子回路基板試験方法」(JPCA-TMC-LED02T01S-2010 / IEC 61189-3-913:2016)を拡張したものです。

有機/無機系及び金属系等のすべての基板を適用範囲とし、厚み・面方向の熱抵抗値を整理したパラメータで分類することで、基板の種類を越えて放熱性能の絶対評価が可能となる評価法です。


【参考URL】
https://jpca.jp/jpcashop/jpca-tmc-hr02t-2017/
自動車電装用及びパワーデバイス用高放熱性電子回路基板試験方法
JPCA-TMC-HR02T-2017

https://jpca.jp/jpcashop/jpca-tmc-hr01s-2017/
自動車電装用及びパワーデバイス用高放熱性電子回路基板
JPCA-TMC-HR01S-2017

このカタログについて

ドキュメント名 大陽工業 銅インレイ基板の放熱性能評価(JPCA法)
ドキュメント種別 その他
ファイルサイズ 956.7Kb
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取り扱い企業 大陽工業株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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スライド番号 1

JPCA法による 銅インレイ基板の放熱性能評価 2020年10月 大陽工業(株) プリント回路カンパニー
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スライド番号 2

■ JPCA法 IEC規格に採用され国際標準化されたJPCA規格 「高輝度LED用電子回路基板試験方法」 (JPCA-TMC-LED02T-2010 / IEC 61189-3-913:2016) を拡張した 「自動車電装用及びパワーデバイス用高放熱性電子回路基板試験方法」 (JPCA-TMC-HR02T-2017) 内容: 基板の放熱性能を ・厚み方向の放熱性能(熱伝導パラメータ) ・面方向の放熱性能 (熱伝達パラメータ) に分けてマッピングし分類化する 有機/無機系及び金属系等のすべての基板を適用範囲とし、 厚み・面方向の熱抵抗値を整理したパラメータで分類。 基板の種類を越えて放熱性能の絶対評価が可能。 熱伝達パラメータ 2 熱伝導パラメータ
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スライド番号 3

■ 熱伝導/熱伝達パラメータによる分類参考 大分類 熱伝導 熱伝達 等級 定義 パラメータ パラメータ (放熱性) W/(mK) W/(m2K) A 一般基板 < 1 < 10 B 高放熱性基板レベル1 1 ≦ < 10 C 高放熱性基板レベル2 1 ≦ 10 ≦ D 高放熱性基板レベル3 10 ≦ < 10 E 高放熱性基板レベル4 10 ≦ 10 ≦ 引用:JPCA-TMC-HR01S-2017 自動車電装用及びパワーデバイス用 高放熱性電子回路基板 (一般社団法人日本電子回路工業会発行) ※LED用規格ではA~Cまでの区分だったが、自動車電装用およびパワーデバイス用規格にてD,E区分が追加された3
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スライド番号 4

■ 熱伝導/熱伝達パラメータとは JPCA-TMC-HR02T-2017に従って、 試験サンプルに対しそれぞれ厚み方向/面方向の熱抵抗測定を行い、 測定した熱抵抗値を板厚及び放熱面積により整理し、より普遍的なパラメータとする ・厚み方向熱抵抗測定装置 ・面方向熱抵抗測定装置 熱伝導パラメータ ke (W/mK) 測定した厚み方向熱抵抗 Rtの逆数に板厚とTEGチップ面積で整理 熱伝達パラメータ he (W/m2K) 測定した面方向熱抵抗 Rpの逆数を基板面積で整理 ※試験はすべて外部試験機関に委託 4
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スライド番号 5

■ 試験サンプル例 FR-4基板(すべてのサンプルで共通) 銅インレイ φ4mm 熱抵抗測定用 (すべてのサンプルで共通) ヒーターチップ(TEG)実装 50mm 5 50mm
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スライド番号 6

■ 試験サンプル一覧(全7種類) ・すべてFR-4基板かつ銅インレイφ4を使用 今回の試験の評価基準 サンプル① サンプル② サンプル③ 35um 2層板 t1.6 35um 2層板 t1.6 35um 2層板 t1.6 500um 2層板 t1.94 JPCA規格に記載のFR-4 基準構成の ①の放熱面をベタに変更 ②の銅箔厚を500umに変更 ビアあり(φ0.4TH25穴)構成 THを銅インレイに変更 ※放熱面ベタの効果検証 ※厚銅箔の効果検証 ※銅インレイの効果検証 サンプル④ サンプル⑤ サンプル⑥ サンプル⑦ 300um 6層板 t3.4 500um 4層板 t3.44 500um 4層板 t3.44 500um 4層板 t3.44 厚銅フルスペックの構成(1) 厚銅フルスペックの構成(2) ⑤の内層をパターンに変更 ⑥の放熱面をパターンに変更 ※多層厚銅箔の効果検証 ※多層厚銅箔の効果検証 ※内層ベタの効果検証 ※厚銅放熱面ベタ有無の効果検証 6
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スライド番号 7

■ 試験結果 マー サンプ 銅箔厚 層数 パターン 実測板厚 カー ル 100 [um] [mm] D E ① 35 2 L2 パターン 1.72④ ⑤ ② 35 2 L2 ベタ 1.75 ⑥ ⑦ ③ 500 2 L2 ベタ 1.87③ ① ② ④ 300 6 L2-L6 ベタ 3.38 10 B C ⑤ 500 4 L2-L4 ベタ 3.33 (参考) (参考) ⑥ 500 4 L2-3 パターンL4 ベタ 3.15 FR-4基板 アルミ基板 ビアあり セラミック基板 ⑦ 500 4 L2-4 パターン 3.23 基準サンプル構成 1 基準→①ビアを銅インレイにすると厚み方向放熱性能がUP A ①→②放熱面のパターンをベタにすると(参考) 面方向放熱性能がUP FR-4基板 ②→③銅箔厚を500umにすると ビアなし 厚み・面方向放熱性能がUP④多層厚銅箔+ベタパターンで全サンプル中 厚み・面方向放熱性能がMAX 0.1 ⑤多層厚銅箔+ベタパターンで全サンプル中厚み方向次点、面方向放熱性能がMAX 1 10 100 ⑤→⑥内層パターンに変更で 面方向 熱伝達パラメータ W/(m2K) 厚み・面方向放熱性能が多少DOWN⑥→⑦放熱面パターンに変更で 厚み方向多少DOWN、面方向大幅DOWN サンプル7種類中、5種類がE(高放熱性基板レベル4)、2種類がD(レベル3)に分布 7 厚み方向 熱伝導パラメータ W/(mK)
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スライド番号 8

■ まとめ ・銅インレイを使用することによって 厚み方向の放熱性能を大幅に高めることができる (高放熱性基板レベル1からレベル3へ移動) ・放熱面だけでもベタパターンにすることで 面方向の放熱性能にプラス効果が大きい (高放熱性基板レベル3からレベル4へ移動) ・厚銅箔を使用することで厚み方向・面方向ともに放熱性能に プラス効果がある (高放熱性基板レベル4に分類) ・放熱基板としてよく使用されるアルミ基板やセラミック基板に対し 一般的な材料であるFR-4基板でも、銅インレイや厚銅箔を使用することで 放熱性能の優位性が認められる (高放熱性基板レベル2に対しレベル3/レベル4に分類) 8
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スライド番号 9

■ お問い合わせ先 大電流神 高放熱神 にゃん にゃん 大陽工業株式会社 プリント回路カンパニー 担当:宇賀神(うがじん) ugajin@taiyo-technology.jp https://www.taiyo-technologies.jp/ 「銅インレイにゃん」で プリント回路カンパニー マスコットキャラクター 9