JP2020047690A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品２１の放熱性を高めつつ、配線パターンが迂回することによる回路基板３の大型化を回避する。【解決手段】電子回路装置１の回路基板３に表面実装された発熱部品２１の位置に対応して、回路基板３の第２の面３Ｂに凹部３８が設けられている。ヒートシンク部７の頂部７ａが凹部３８内に収容されており、両者間に放熱用グリス４１が設けられている。発熱部品２１が重なる受熱用パターン３６Ｂは、伝熱用のビア４２を介して放熱用グリス４１に熱的に接続されている。発熱部品２１と凹部３８との間の第１内部銅箔層３４によって、発熱部品２１を投影した領域を横切って延びる配線パターンが形成されている。【選択図】図４

Description

この発明は、電子部品として発熱部品が回路基板上に実装された電子回路装置に関する。

特許文献１は、ＦＥＴ等の発熱部品の熱をヒートシンクに逃がすために、回路基板の表層部分を残してメタルコアを埋設した構成が開示されている。すなわち、特許文献１の電子回路装置における回路基板は、発熱部品が表面実装される表層側の第１絶縁層と、相対的に厚肉な第２絶縁層と、が積層されたものであり、第２絶縁層の一部に開口部が形成されていて、この開口部にメタルコアが埋設されている。発熱部品は、このメタルコアの上方となる位置において第１絶縁層の上に実装されており、メタルコアの下面はヒートシンクに密接している。換言すれば、発熱部品が実装される領域において、プリプレグを主体とする回路基板が部分的に薄肉化されており、発熱部品とメタルコアとの間の伝熱距離を短いものとすることで、放熱性の向上を図っている。

特開２０１７−５１３１号公報

しかしながら、特許文献１のように回路基板の裏面側にメタルコアを埋設するための開口部ないし凹部を形成した構成では、裏面の表層における配線パターンが開口部ないし凹部を迂回したレイアウトとならざるを得ず、発熱部品を投影した領域の外側を配線パターンが通る形となるので、回路基板が大型化する、という問題があった。

本発明によれば、その１つの態様において、絶縁材層の間の内部金属箔層の少なくとも１つが、放熱体の少なくとも一部を収容する凹部の底面と発熱部品が実装される第１の面との間において、発熱部品を投影した領域を横切って延びる配線パターンを有している。

上記のように内部金属箔層からなる配線パターンが発熱部品を投影した領域を横切って設けられるので、凹部の外側に迂回して配線パターンを設ける場合に比較して、回路基板が小型化する。ひいては、電子回路装置の小型化が図れる。

この発明に係る電子回路装置の平面図。 同電子回路装置の正面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図３の一部を拡大して示す断面図。 回路基板の平面図。 回路基板の分解斜視図。 第１表部銅箔層のパターンを示す平面図。 第１内部銅箔層のパターンを示す平面図。

以下、この発明の一実施例の電子回路装置１について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、この電子回路装置１の平面図および正面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。この電子回路装置１は、例えば車両用自動変速機のコントローラとして車両の適宜位置に取り付けられるものであって、図１〜図３に示すように、ハウジング２と、このハウジング２の内部に収容された回路基板３と、を備えている。

ハウジング２は、矩形状の底壁６の上面の複数箇所に部分的に厚肉としたヒートシンク部７を有する金属製のボディ４と、底壁６の上面を覆うように膨らんだ形状をなす比較的薄肉の金属製のカバー５と、から構成されている。ボディ４は、熱伝達に優れた金属例えばアルミニウム合金から形成されており、電子回路装置１全体を車体に取り付けるための一対の取付フランジ８を備えている。

回路基板３は、周囲に複数の取付孔９（図５参照）を備えた矩形状をなし、取付孔９を貫通するネジ（図示せず）によってボディ４に固定されている（図３参照）。回路基板３の一端部には、電源ラインや信号ラインをまとめて接続するための合成樹脂製コネクタ１１が取り付けられている。ボディ４とカバー５との間は、ボディ４の外周縁に沿うように枠状に連続した形に成形されたガスケット１２によってシールされている。

回路基板３は、後に詳細に説明するように、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂基材を用いた多層基板であり、カバー５側に面する第１の面３Ａと、ボディ４の底壁６側に面する第２の面３Ｂと、を有し、これら２つの面３Ａ，３Ｂに図示を省略する多数の電子部品が表面実装されている。これらの電子部品の一部として、第１の面３Ａに、ＦＥＴ等の発熱部品２１，２２が実装されている。

図４は、発熱部品２１を含む図３の一部の拡大断面図である。

回路基板３は、複数の絶縁材層と複数の金属箔層例えば銅箔層とを含む多層基板であって、図４に示すように、厚さ方向（積層方向）中央のマルチコア層３１と、第１の面３Ａ側の第１プリプレグ層３２と、第２の面３Ｂ側の第２プリプレグ層３３と、から大略構成されている。マルチコア層３１は、複数のプリプレグ材を重ねて一体化したものであり、その両面に、内部金属箔層として第１内部銅箔層３４と第２内部銅箔層３５がそれぞれ貼着されている。これらの内部銅箔層３４，３５は、適宜なエッチング法等により所望の配線パターンに形成されている。第１プリプレグ層３２は、プリプレグ材からなり、第１の面３Ａとなる外側面に表部金属箔層として第１表部銅箔層３６が貼着されている。第２プリプレグ層３３は、同様にプリプレグ材からなり、第２の面３Ｂとなる外側面に表部金属箔層として第２表部銅箔層３７が貼着されている。つまり、回路基板３は、４層の銅箔層３４，３５，３６，３７を備えている。

プリプレグ材は、いずれも、例えばガラス繊維布にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシからなり、請求項における「絶縁材層」に相当する。回路基板３は、マルチコア層３１の両面の内部銅箔層３４，３５を所望の配線パターンに形成した上で、マルチコア層３１とプリプレグ層３２，３３との三者を積層し、かつ加圧・加熱することで、一体化されている。第１表部銅箔層３６および第２表部銅箔層３７は、マルチコア層３１とプリプレグ層３２，３３とを一体化した後に、適宜なエッチング法等により所望の配線パターン（ランド等の他のパターンを含む）に形成されている。なお、第１表部銅箔層３６および第２表部銅箔層３７の上にはさらに図示を省略したソルダレジスト層が重ねられている。

図４に示すように、発熱部品２１は、合成樹脂製パッケージ２４の一辺に沿って複数の端子２５が並んで設けられており、第１表部銅箔層３６に形成された後述するランド３６Ａに各端子２５がハンダ付けされている。またパッケージ２４の底面側に放熱用銅板２６が設けられており、この放熱用銅板２６が、第１表部銅箔層３６に形成された後述する受熱用パターン３６Ｂに密接している。つまり、発熱部品２１のパッケージ２４が受熱用パターン３６Ｂに重なっている。なお、放熱用銅板２６を受熱用パターン３６Ｂにハンダ付けするようにしてもよい。

発熱部品２１の実装位置は、ボディ４の底壁６におけるヒートシンク部７の形成位置に対応している。換言すれば、発熱部品２１の実装位置に対応して、底壁６を部分的に厚肉としたヒートシンク部７が形成されている。ヒートシンク部７は、平面視ではパッケージ２４を投影した領域をカバーし得る大きさの矩形状をなし、底壁６の内側面から回路基板３へ向かって台状に突出している。このヒートシンク部７が「放熱体」に相当する。

上記のヒートシンク部７に対応して、回路基板３の第２の面３Ｂ側には、平面視で矩形をなす凹部３８が設けられている。この凹部３８は、第２の面３Ｂに矩形に開口しており、かつ厚さ方向（積層方向）には、マルチコア層３１の中間部に達する深さに形成されている。この凹部３８は、一実施例においては、回路基板３を積層かつ一体化した後に、機械加工あるいはレーザ加工等によって二次的に加工されている。あるいは、凹部３８に対応した矩形の開口部を有するプリプレグ材を積層することで、凹部３８を具備した回路基板３を構成することも可能である。

図４に示すように、ヒートシンク部７の一部すなわち平坦面をなす頂部７ａは、凹部３８内に収容されている。換言すれば、仮に凹部３８を具備しないとしたら回路基板３の第２の面３Ｂと干渉する突出高さにヒートシンク部７が形成されており、このような干渉が凹部３８の形成によって回避されている。従って、伝熱距離となる発熱部品２１とヒートシンク部７の頂部７ａとの間の距離（回路基板３の積層方向に沿った距離）は、凹部３８を形成することによって短くなっている。これにより、発熱部品２１からヒートシンク部７への放熱性が向上する。

さらに、ヒートシンク部７の頂部７ａと凹部３８の底面３８ａとの間には、「第２放熱体」として、熱伝達特性に優れた放熱用グリス４１が介在している。このように放熱用グリス４１を介在させることで、回路基板３（凹部３８の底面３８ａ）とヒートシンク部７との間での熱的抵抗が低減する。放熱用グリス４１は柔軟性を有することから、凹部３８の底面３８ａおよびヒートシンク部７の頂部７ａの各々の面に対する密着性が向上し、かつ、ヒートシンク部７から回路基板３へ作用する応力が緩和される。

ここで、一実施例においては、放熱用グリス４１の積層方向に沿った層の厚さは、凹部３８の底面３８ａから第１内部銅箔層３４までの積層方向に沿った絶縁材層（プリプレグ材）の厚さよりも大きなものとなっている。このように放熱用グリス４１が十分に厚い層として存在することで、仮にヒートシンク部７の頂部７ａにバリが存在していても、放熱用グリス４１からバリが突出することを抑制でき、第１内部銅箔層３４の損傷を抑制できる。

また、図示の実施例では、発熱部品２１のパッケージ２４が接している受熱用パターン３６Ｂと凹部３８の底面３８ａとの間を熱的に接続するように、複数の伝熱用のビア４２が設けられている。このビア４２は、回路基板３にスルーホールを加工し、かつ中空状ないし中実状に金属メッキ（例えば銅メッキ）を施したものである。ビア４２に代えて、スルーホールに円柱状の金属部材（例えば銅部材）を埋設した金属インレイとしてもよい。

図５は、回路基板３を第１の面３Ａ側から示した平面図である。図６は、回路基板３を、第１プリプレグ層３２、マルチコア層３１、第２プリプレグ層３３、の三者に分解して示した分解斜視図である。図５および図６に示すように、回路基板３の第１の面３Ａにおいては、第１表部銅箔層３６の一部として、発熱部品２１に対応する受熱用パターン３６Ｂと発熱部品２２に対応する受熱用パターン３６Ｄとがそれぞれ略矩形に形成されている。受熱用パターン３６Ｂ，３６Ｄの領域には、前述したビア４２が複数設けられている（図７参照）。また、発熱部品２１の端子２５がハンダ付けされる複数のランド３６Ａと発熱部品２２の端子２５がハンダ付けされる複数のランド３６Ｃがそれぞれ受熱用パターン３６Ｂ，３６Ｄに隣接して設けられている。受熱用パターン３６Ｂ，３６Ｄは、他の配線パターンつまり回路配線から独立している。なお、図５，図６においては、発熱部品２１，２２以外の表面実装される電子部品に関連するランドや配線パターンを図示省略してある。

図６において、凹部３８は、第２プリプレグ層３３に矩形の開口部として現れているが、２つの受熱用パターン３６Ｂ，３６Ｄと２つの凹部３８とは互いに対応した位置にある。つまり積層方向に投影して見たときに、凹部３８は受熱用パターン３６Ｂ，３６Ｄを包含する範囲にあり、また発熱部品２１，２２のパッケージ２４も凹部３８内に包含される。

図７は、回路基板３の第１の面３Ａに第１表部銅箔層３６によって形成されたパターンの要部を拡大して示した平面図であり、ランド３６Ａ，３６Ｃと受熱用パターン３６Ｂとを含む部分を拡大して示している。図示するように、ランド３６Ａ，３６Ｃは、それぞれ個々に隣接して設けられた層間導通用のスルーホールビア４３，４４（より厳密にはスルーホールビア４３，４４の金属メッキ層と導通するように設けられた円環状のパターン）に接続されている。換言すれば、第１表部銅箔層３６の面内では、ランド３６Ａ，３６Ｃは他の配線パターンに接続されていない。発熱部品２１に対応する複数のスルーホールビア４３は一列に並んで配置されており、発熱部品２２に対応する複数のスルーホールビア４４は同様に一列に並んで配置されている。スルーホールビア４３の列とスルーホールビア４４の列とは、受熱用パターン３６Ｂを挟んで互いに反対側に位置している。

図８は、マルチコア層３１と第１プリプレグ層３２との間に位置する第１内部銅箔層３４によるパターンの要部を拡大して示す平面図であり、図７に示した範囲に対応する範囲を示している。換言すれば、図８は、第１プリプレグ層３２を積層する前のマルチコア層３１の一方の面の要部を示している。図８に示すように、スルーホールビア４３およびスルーホールビア４４は、いずれも凹部３８とは重ならない位置にあり、矩形状をなす凹部３８の１辺に沿ってスルーホールビア４３の列が位置し、この１辺に対向する凹部３８の他の１辺に沿ってスルーホールビア４４の列が位置している。そして、第１内部銅箔層３４においては、各々が１つのスルーホールビア４３とこれに対向する１つのスルーホールビア４４とを互いに接続する複数の線状の配線パターン３４Ａが形成されている。個々の配線パターン３４Ａは、基本的に直線状に延びており、かつ複数の配線パターン３４Ａが実質的に平行に設けられている。なお、詳しくは線状の配線パターン３４Ａの各端部にスルーホールを囲む円環状のパターンが形成されており、スルーホールビア４３，４４の金属メッキ層がこの円環状のパターンに導通している。

図８から理解できるように、配線パターン３４Ａは、受熱用パターン３６Ｂを投影した領域を横切って直線的に延びている。つまり、発熱部品２１を実装した状態では、発熱部品２１を投影した領域を横切って直線的に延びている。なお、前述した伝熱用のビア４２は、配線パターン３４Ａと干渉しないように、その位置が設定されている。

従って、第１表部銅箔層３６におけるランド３６Ａとランド３６Ｃとが、第１内部銅箔層３４における配線パターン３４Ａを介して互いに接続されている。

上記の配線パターン３４Ａは、図４に示したように組み立てられた状態では、積層方向の位置として、回路基板３の第１の面３Ａと凹部３８の底面３８ａとの間に位置する。そして、各々の配線パターン３４Ａは、発熱部品２１を投影した領域を横切って発熱部品２１の一方の側から反対側へと延びている。そのため、回路基板３の平面視において、配線パターン３４Ａが無駄に回路基板面積を占有することがない。つまり、仮に第２表部銅箔層３７に同様の配線パターンを形成しようとすると、凹部３８の外側へ迂回して配線パターンを形成せざるを得ず、それだけ必要な回路基板３の面積が大きくなる。第１表部銅箔層３６に配線パターンを設ける場合でも、配線パターンが発熱部品２１や受熱用パターン３６Ｂを迂回するレイアウトとなり、やはり回路基板３の面積が大きくなる。これらに対して、回路基板３の第１の面３Ａと凹部３８の底面３８ａとの間に残存する回路基板３の厚さの中に配線パターン３４Ａを設けることにより、回路基板３の小型化が図れる。

そして、上記実施例の構成では、発熱部品２１で生じた熱は、パッケージ２４の放熱用銅板２６から受熱用パターン３６Ｂへと伝わり、複数の配線パターン３４Ａの間に配置された複数のビア４２を介して受熱用パターン３６Ｂから放熱用グリス４１さらにはヒートシンク部７へと伝わる。凹部３８の形成によって受熱用パターン３６Ｂからヒートシンク部７までの距離は短くなり、従って、ビア４２および放熱用グリス４１を介して効果的な放熱がなされる。なお、図８に示すように、隣接する２本の配線パターン３４Ａの間に複数のビア４２を配置することが可能であり、配線パターン３４Ａの形成に阻害されることなく受熱用パターン３６Ｂからヒートシンク部７への伝熱が図れる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では発熱部品２１自身の端子２５に導通する配線パターン３４Ａが発熱部品２１を投影した領域を横切っているが、発熱部品２１と直接には関連しない配線パターンを同様に発熱部品２１と凹部３８との間に設けるようにすることもできる。また、第２放熱体として、放熱用グリス４１に代えて柔軟性を有する放熱シートを用いてもよい。

以上のように、本発明の電子回路装置は、複数の絶縁材層が積層して構成され、電子部品が実装される表部金属箔層を第１の面に備えるとともに、これら絶縁材層の間に少なくとも１つの内部金属箔層を有する回路基板と、上記電子部品として上記第１の面に実装された発熱部品と、上記回路基板の第２の面における上記発熱部品に対応した位置に、当該第２の面に開口するように設けられた凹部と、上記凹部に少なくとも一部が収容された放熱体と、を備え、上記内部金属箔層の少なくとも１つは、上記凹部の底面と上記第１の面との間において、上記発熱部品を投影した領域を横切って延びる配線パターンを有する。

好ましい一つの態様では、上記凹部の底面と上記放熱体との間に、柔軟性を有する第２放熱体が介在している。

上記配線パターンから上記凹部の底面に至るまでの上記回路基板の積層方向に沿った絶縁材層の厚さに比較して、上記第２放熱体の上記積層方向に沿った厚さが大である、ことが好ましい。

また、好ましい一つの態様では、上記表部金属箔層には、上記発熱部品のパッケージが重なる受熱用パターンが回路配線から独立して形成されており、上記受熱用パターンと上記凹部の底面との間を熱的に接続するように、ビアもしくは金属インレイが設けられている。

さらに、好ましい一つの態様では、上記表部金属箔層には、上記発熱部品を挟んで一方の側に、当該発熱部品の端子が接続される複数のランドが形成されているとともに、他方の側に、他の電子部品の端子が接続される複数のランドが形成されており、上記内部金属箔層の上記配線パターンは、上記発熱部品を投影した領域を横切って、上記一方の側のランドと上記他方の側のランドとを電気的に接続している。

１…電子回路装置、２…ハウジング、３…回路基板、３Ａ…第１の面、３Ｂ…第２の面、４…ボディ、７…ヒートシンク部、２１，２２…発熱部品、２５…端子、２６…放熱用銅板、３１…マルチコア層、３２…第１プリプレグ層、３３…第２プリプレグ層、３４…第１内部銅箔層、３４Ａ…配線パターン、３５…第２内部銅箔層、３６…第１表部銅箔層、３６Ａ，３６Ｃ…ランド、３６Ｂ，３６Ｄ…受熱用パターン、３７…第２表部銅箔層、３８…凹部、４１…放熱用グリス、４２…ビア、４３，４４…スルーホールビア。

Claims (5)

1. 複数の絶縁材層が積層して構成され、電子部品が実装される表部金属箔層を第１の面に備えるとともに、これら絶縁材層の間に少なくとも１つの内部金属箔層を有する回路基板と、
   上記電子部品として上記第１の面に実装された発熱部品と、
   上記回路基板の第２の面における上記発熱部品に対応した位置に、当該第２の面に開口するように設けられた凹部と、
   上記凹部に少なくとも一部が収容された放熱体と、
   を備え、
   上記内部金属箔層の少なくとも１つは、上記凹部の底面と上記第１の面との間において、上記発熱部品を投影した領域を横切って延びる配線パターンを有する、ことを特徴とする電子回路装置。
2. 上記凹部の底面と上記放熱体との間に、柔軟性を有する第２放熱体が介在している、ことを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
3. 上記表部金属箔層には、上記発熱部品のパッケージが重なる受熱用パターンが回路配線から独立して形成されており、
   上記受熱用パターンと上記凹部の底面との間を熱的に接続するように、ビアもしくは金属インレイが設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路装置。
4. 上記配線パターンから上記凹部の底面に至るまでの上記回路基板の積層方向に沿った絶縁材層の厚さに比較して、上記第２放熱体の上記積層方向に沿った厚さが大である、ことを特徴とする請求項２に記載の電子回路装置。
5. 上記表部金属箔層には、上記発熱部品を挟んで一方の側に、当該発熱部品の端子が接続される複数のランドが形成されているとともに、他方の側に、他の電子部品の端子が接続される複数のランドが形成されており、
   上記内部金属箔層の上記配線パターンは、上記発熱部品を投影した領域を横切って、上記一方の側のランドと上記他方の側のランドとを電気的に接続している、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子回路装置。

Images