JP2007335675A - 電源装置および電源装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単で製造の容易な、一部の電子部品が絶縁樹脂層に封じ込められた電源装置を提供することを課題とする。
【解決手段】間隔をおいて対向配置された少なくとも２枚のプリント配線基板にそれぞれ電子部品を搭載し、各プリント配線基板は、それぞれに搭載された電子部品が他方のプリント配線基板と接触しないように相互間に適宜の間隙をおいて対向配置し、対向する両プリント配線基板の間隙に絶縁樹脂を充填して対向するプリント配線基板間に絶縁樹脂層を設け、対向する両プリント配線基板相互間に前記絶縁樹脂層を貫通して電気的接続用のスルーホールを形成することにより対向する両プリント配線基板間の電気的接続を行うようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の電子部品を多層プリント配線基板やハイブリッド配線基板等に集積してモジュール化し、電子機器のマザーボードに実装可能にした電源装置に関する。

電子機器の小型化のために、機能ごとに電子回路を多層回路基板に高密度に集積してモジュール化した電源装置を構成し、このモジュール化した電源装置を電子機器のマザーボードに組み込むことが行われている。

このようなモジュール化した電子装置としては、特許文献１に示されるような構成が既に知られている。

この従来の電子装置の構成を図８に示す。この図８における従来装置は、それぞれ両面に電気的接続用のスルーホール１３、２３、３３により接続された導電回路パターン１１、１２、２１、２２、３１，３２を備えた３枚のプリント回路基板１０、２０および３０により６層構成とされている。下部の基板１０上にチップ素子４０、ＩＣチップ５０が実装され、上面の基板３０上に表面実装部品８０が実装されそれぞれ基板上の導体回路パターンに接続されている。この下部の回路基板１０と上部の回路基板３０とを電気的に接続するために両者間に中間のプリント回路基板２０が挿入配置されている。この中間の回路基板２０には、チップ素子４０やＩＣチップ５０を収容するための穴２４が設けられ、この穴には封止用の樹脂６０を充填してＩＣチップ５０等を封止している。そして、各基板間の隙間には接着剤７０を充填して、基板相互を結合している。

このように、複数の電子部品をプリント回路基板を介して１層の平面にだけでなく、多層の平面に集積することにより、電子部品の集積密度が上がり電子装置を小形に構成できる効果がある。
特開平０６−１２０６７０号公報

しかしながら、このような従来の電子装置は、積層された上下のプリント回路基板の電気回路を中間の回路基板を介して電気的に接続するようにしているので、この中間の回路基板には、上下の回路基板に実装された電子部品に当たらないようにするための収容穴を設けることが必要となり、また、各回路基板は、相互に電気的な接続だけでなく機械的な結合も必要になるため、製造工程が複雑となり製造に手間を要する問題がある。

この発明は、このような問題を解消するため、製造工程が簡単で製造の容易なこの種の電源装置およびその製造方法を提供することを課題とするものである。

このような課題を解決するために、この発明の第１の発明は、間隔をおいて対向配置された少なくとも２枚のプリント配線基板にそれぞれ電子部品を搭載し、各プリント配線基板は、それぞれに搭載された電子部品が他方のプリント配線基板と接触しないように相互間に適宜の間隙をおいて対向配置し、対向する両プリント配線基板の間隙に絶縁樹脂を充填して対向するプリント配線基板間に絶縁樹脂層を設け、対向する両プリント配線基板相互間に前記絶縁樹脂層を貫通して電気的接続用のスルーホールを形成することにより対向する両プリント配線基板間の電気的接続を行うことを特徴とする。

第２の発明は、少なくとも表面に電子部品の実装されたプリント配線基板と、このプリント配線基板の表面に前記電子部品を封止する絶縁樹脂層を設け、この絶縁樹脂層の表面にプリント配線を施して他の電子部品を実装し、前記プリント配線基板および絶縁樹脂層にこれを貫通する電気的接続用スルーホールを形成することにより前記プリント配線基板上の回路と前記樹脂層表面の回路との電気的接続を行うことを特徴とする。

前記各発明において、絶縁樹脂層を無機質の高熱伝導性フィラーを混合したフィラー入り絶縁樹脂で構成することができる。
また、前記各発明において、前記プリント配線基板にメタルコアの基板を使用するのがよい。
さらに、前記各発明において、前記絶縁樹脂層のスルーホール設置個所にフィラーを含まないスルーホール形成部材を埋め込み、このスルーホール形成部材にスルーホールを設けるようにすることができる。
前記電源装置の製造する際は、プリント配線基板の電子部品の実装面に無機フィラーを含む未硬化の熱硬化性樹脂シートを所要枚数積層し、この樹脂シートを加温しながら両面から加圧して、絶縁樹脂層を形成するようにする。

この発明によれば、プリント配線基板の電子部品の実装された面にこの電子部品を封止する絶縁樹脂層を設け、この絶縁層に貫通して設けた電気的接続用スルーホールにより多層に配置された回路の電気的接続を行い、かつプリント配線板相互の機械的結合と電子部品の封止とを同時行うことができるので、プリント配線基板に実装された電子部品を別のプリント配線基板を介して電気的接続を行う従来装置に比べて構成が簡単で、製造が容易となる。

この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１にこの発明の第１の実施例による電源装置の構成を示す、縦断面図である。

この図１において１ａおよび１ｂは、それぞれ表裏両面に銅箔等により導電回路パターンの形成されたプリント配線基板である。この配線基板１ａ、１ｂには、それぞれ所要の半導体素子２ａ、ＩＣ素子２ｂ、リアクトル素子２ｃ、抵抗素子やコンデンサ等のその他の受動素子２ｄ等の電子部品２が実装される。電子部品の実装された配線基板１ａ、１ｂを、互いに搭載された電子部品と相手方の基板とが接触しないように適宜離して重ね合わせ、基板間の間隙内に絶縁樹脂を充填して成形し、基板間に電子部品を封止する絶縁樹脂層を形成する。配線基板１ａと１ｂは、この樹脂層３によって機械的に結合され、一体化される。基板１ａと基板１ｂの互いに向き合う面に実装された電子部品は、互いに当たらないように取付け位置が互い違いにずらされている。

そして、ここで使用する絶縁樹脂としては、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂に、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等からなる無機質のフィラーを混合した樹脂のような、熱伝導性の高い樹脂が適している。

相互間に充填された樹脂により一体に構成した２つの配線基板１ａ、１ｂを電気的に接続するため、全体に貫通して、内部に導電処理を施したスルーホール４を所要箇所に設け、そのうちの一部に、外部への接続端子となる接続ピン５を挿通結合して、電源装置が完成する。

このように構成したこの発明の電源装置は、それぞれ電子部品を実装した複数のプリント配線基板を重ね合わせてその基板相互間に絶縁樹脂を充填して樹脂層を形成することにより基板相互間に置かれた電子部品を封止するとともに、この樹脂層に基板相互の電気的接続を行うスルーホールを設けているので、従来装置における中間の配線基板が不要となり、構成を簡単で小形にできるとともに、製造が容易となる。

次にこの実施例１の装置の製造方法について図２を参照して説明する。

先ず、図２（ａ）の状態は、表面または表裏両面に所要の電子部品２の実装を終えた上下のプリント配線基板１ａ、１ｂの間に、予めＢステージ状の未硬化状態の無機質フィラーを含有したエポキシ樹脂を薄く延ばして構成した樹脂シート３ａを所要の厚さに複数枚重ね合わせたものを挿入し、下部の配線基板１ａ上に載置した状態である。

次の工程では、図２（ｂ）に示すように、下部の配線基板１ａに載置された樹脂シート３ａの上面から上部の配線基板１ｂを重ねて押し付け、図示しない成形プレス機により加熱した状態で、両方の配線基板により樹脂シートを３ｂを加圧成形する。加熱によりＢステージ状の樹脂シート３ａが軟化し流動状態となっているので、樹脂が両配線基板間の空所へ自由に流れ込み、これを埋める、そして両配線基板の間隔が次第に狭められる。このとき、各配線基板に実装された電子部品は相互に接触しないように、互い違いに位置がずらされているので、部品同士の接触はないが、両配線基板を押圧し過ぎると配線基板間の間隙が狭まり、電子部品が他方の配線基板と接触して過大な押圧力を受け、破損する危険があるので、各電子部品と対向する配線基板とは接触しないように両者間に５０μｍ以上の隙間が残る程度までしか押圧しないようにする。このような隙間を残すため、両配線基板間に適宜の厚さのスペーサを設けるようにしてもよい。

図２（ｃ）に示すように、両配線基板間の間隔が所定の間隔まで押圧されたところで、さらに加熱して、樹脂を熱硬化させて配線基板１ａ、１ｂを一体化する。

このような、加圧成形工程は、樹脂中の空気を排除するため、133.3〜666.5 Pa程度の減圧雰囲気で行う。

このように一体構成された上下のプリント配線基板１ａ、１ｂに図１に示すように電気的接続用スルーホール４および接続ピン５を設けることにより電源装置が完成する。

前記においては、電源装置を構成するプリント配線基板を１個単位で製造する場合について説明したが、このような単位プリント配線基板を多数個取ることのできる大判のプリント配線基板を用いて多数個の電源装置を一度に製造し、完成した後に、複数の電源装置に切り分けるようすることもできる。

図３にこの発明の第２の実施例を示す。

この図３に示す電源装置は、下部に１枚のプリント配線基板１ａだけが設けられている。この配線基板１ａには、両面に導電回路パターンが形成されており、上面に半導体素子２ａ、ＩＣ素子２ｂ、受動素子２ｄ等の所望の電子部品２が実装されている。この電子部品２の実装された配線基板１ａの上面に電子部品を封じ込めた絶縁樹脂層３が配線基板１ａと一体的に設けられている。絶縁樹脂層３の上面には、配線基板１ａと同様に導電回路パターン６を形成し、このパターン上に表面実装電子部品のリアクトル素子２ｃ、抵抗、コンデンサ等の受動素子２ｄ等の電子部品２を実装する。

そして、配線基板１ａの裏面から絶縁樹脂層３の上面に亘って貫通して、内部に導電処理の施されたスルーホール４により配線基板１ａ上の回路と樹脂層３上の回路の電気的接続を行うとともに、接続ピン５を装着して外部接続端子を形成する。

この実施例２においては、上部のプリント配線基板１ｂが省かれているので、より構成が簡単で、小形になる。

図４にこの実施例２の電源装置の製造工程を示す。

図４（ａ）に示すように、両面に導電回路パターンの形成されたプリント配線基板１ａの上面に所要の電子部品２ａ、２ｂ、２ｄを実装搭載し、その上から、前記と同様にＢステージ状のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に無機質のフィラーを混合して形成した樹脂シート３ａを所要枚数積層して載置し、さらにその上に導電回路パターンを形成するための銅箔６を重ね、この銅箔６の上から図示しない成形プレス機により加圧板９を介して加圧して成形する。

この加圧成形工程は、樹脂シートを軟化流動化させるために加熱した状態で行うのは、実施例１の場合と同じである。減圧雰囲気でこの工程を行う方が良いことも同じである。

このようにして、加圧成形された状態を、図４（ｂ）に示す。樹脂層３により各電子部品２を十分に封止できる厚さまで加圧成形されたところで、さらに加熱して、熱硬化させて、樹脂層３と配線基板１ａとを一体化する。

こののち、樹脂層３の上面の銅箔上にエッチング法などの一般的な方法により導電回路パターンを形成し、このパターン上に必要な電子部品を実装する。そして最後に、図３に示すように、絶縁樹脂層３にこれを貫通して設けたスルーホール４により、配線基板１ａ上の回路と樹脂層３上の回路との電気的接続をとるとともに、接続ピン５を装着することによって所望の電源装置が完成する。

図５にこの発明の第３の実施例を示す。

この図５の実施例３においては、上下のプリント配線基板１ａと１ｂの間の両端付近に、スペーサとしても機能する、無機質のフィラーを含まない樹脂だけで構成された樹脂板７を挟み込んでいる。この樹脂板７と、上下の配線基板１ａおよび１ｂとで囲われた空間に絶縁樹脂を充填して、上下の配線基板１ａと１ｂの間に置かれた電子部品２を封じ込める。

上部の配線基板の上面にはその他の電子部品２が実装されている。そして、上下の配線基板１ａと１ｂ間の電気的接続を取るためのスルーホール４は樹脂板７を貫通する個所に設けられる。これにより、この部分にスルーホールを形成するために、ドリルにより穴あけ加工を行うとき、フィラーを含んだ樹脂層３を避けることができるので、ドリルの無機質のフィラーによる消耗を抑えることができる。

このように構成した電源装置の製造方法を、図６および図７に基づいて説明する。

図６は、下部の配線基板１ａに電子部品を実装する工程を示すもので、図の（ａ）は配線基板１ａの平面図、（ｂ）は立面図を示すものである。

配線基板１ａ上に必要な電子部品２ａ，２ｄを実装搭載したところで、両端部に所定の厚さに形成されたフィラーを含まない樹脂板７を載置し、必要な場合は接着して固定する。

次に図７（ａ）に示すように、間に、前記各実施例のものと同じ、無機質のフィラーを含む熱硬化性樹脂で構成されたＢステージ状の樹脂シート３ａを挟んで他の電子部品２ｃ，２ｄを実装搭載した上部配線基板１ｂを載せ、図示しない、成形プレス機にセットして、加熱しながら加圧成形を行う。この場合も、減圧雰囲気で行うのが良い。

加圧成形することにより、樹脂シート３ａが両配線基板間の空所に充填され、図７（ｂ）に示すように両配線基板が一体に結合される。この実施例においては、両配線基板間に樹脂板７が挟みこまれているので、これがスペーサとなって両配線基板の間隔が所定の間隔に規制される。このため、電子部品と相手方の配線基板とが接触することがなくなるので、電子部品に過大な圧力が加わることが防止される。

こののち、ドリルにより上部配線基板１ｂおよび下部配線基板１ａの端部付近のスルーホール形成部材となる樹脂板の設けられた個所に全体に貫通する穴あけ加工を行い、内周に導電処理を施して電気的接続用のスルーホール４を形成し、さらに接続ピン５を装着して、電源装置を完成する。

前記各実施例において、プリント配線基板としてメタルコアの熱伝導性の高い基板を使用するとことにより、樹脂層３により封止された電子部品が発熱してもこれを効果的に放熱することができる。

この発明の実施例１による電源装置の構成を示す縦断面図である。 この発明の実施例１による電源装置の製造工程を示す図である。 この発明の実施例２による電源装置の構成を示す縦断面図である。 この発明の実施例２による電源装置の製造工程を示す図である この発明の実施例３による電源装置の構成を示す縦断面図である。 この発明の実施例３による電源装置の製造工程における下部配線基板の組み立て構成を示す平面図および立面図である。 この発明の実施例３による電源装置の製造工程を示す図である。 従来の電子装置の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：プリント配線基板
２（２ａ〜２ｄ）：電子部品
３：絶縁樹脂層
４：スルーホール
５：接続ピン
６：銅箔
７：樹脂板
９：加圧板

Claims (6)

1. 間隔をおいて対向配置された少なくとも２枚のプリント配線基板にそれぞれ電子部品を搭載し、各プリント配線基板は、それぞれに搭載された電子部品が他方のプリント配線基板と接触しないように相互間に適宜の間隙をおいて対向配置し、対向する両プリント配線基板の間隙に絶縁樹脂を充填して対向するプリント配線基板間に絶縁樹脂層を設け、対向する両プリント配線基板相互間に前記絶縁樹脂層を貫通して電気的接続用のスルーホールを形成することにより対向する両プリント配線基板間の電気的接続を行うことを特徴とする電源装置。
2. 少なくとも表面に電子部品の実装されたプリント配線基板と、このプリント配線基板の表面に前記電子部品を封止する絶縁樹脂層を設け、この絶縁樹脂層の表面にプリント配線を施して他の電子部品を実装し、前記プリント配線基板および絶縁樹脂層にこれを貫通する電気的接続用スルーホールを形成することにより前記プリント配線基板上の回路と前記樹脂層表面の回路との電気的接続を行うことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１または２に記載の電源装置において、絶縁樹脂層を無機質の高熱伝導性フィラーを混合したフィラー入り絶縁樹脂で構成したことを特徴とする電源装置。
4. 請求項１ないし３の何れかに記載の電源装置において、前記プリント配線基板にメタルコアの基板を使用したことを特徴とする電源装置。
5. 請求項１ないし４の何れかに記載の電源装置において、前記絶縁樹脂層のスルーホール設置個所にフィラーを含まないスルーホール形成部材を埋め込み、このスルーホール形成部材にスルーホールを設けたことを特徴とする電源装置。
6. 請求項１ないし５の何れかに記載の電源装置の製造する際は、プリント配線基板の電子部品の実装面に無機質のフィラーを含む未硬化の熱硬化性樹脂シートを所要枚数積層し、この樹脂シートを加温しながら両面から加圧して、絶縁樹脂層を形成するようにしたことを特徴とする電源装置の製造方法。

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