JP2021197509A - 電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板において、基板上に搭載されたインダクタなどの受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱する。【解決手段】電子部品内蔵基板１は、表面２ａに電極パターンＰ１〜Ｐ３が形成された基板２と、基板２に埋め込まれ、出力端子が電極パターンＰ１に接続された能動電子部品と、基板２の表面２ａに搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ電極パターンＰ１，Ｐ２に接続された受動電子部品と、電極パターンＰ１，Ｐ３と接する絶縁性放熱部材８とを備える。これにより、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱が電極パターンＰ３を介して放熱される。【選択図】図４

Description

本発明は電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器に関し、特に、能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器に関する。

半導体ＩＣなどの能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板としては、特許文献１に記載された電子部品内蔵基板が知られている。特許文献１に記載された電子部品内蔵基板は、基板の表面に放熱パターンを設けることにより、基板に埋め込まれた半導体ＩＣから発生する熱をインダクタに伝達している。これにより、インダクタがヒートシンクとして機能することから、半導体ＩＣの放熱性が高められる。

特開２０１０−１２９８７７号公報

しかしながら、電源モジュールなどの電子部品内蔵基板においては、インダクタに大きな電流が流れるため、インダクタ自体の発熱も大きい。このため、この種の電子部品内蔵基板においては、インダクタから発生する熱を効率よく放熱する必要があった。

したがって、本発明は、能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板において、基板上に搭載されたインダクタなどの受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱することを目的とする。また、本発明は、このような電子部品内蔵基板を備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明による電子部品内蔵基板は、表面に第１乃至第３の電極パターンが形成された基板と、基板に埋め込まれ、出力端子が第１の電極パターンに接続された能動電子部品と、基板の表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ第１及び第２の電極パターンに接続された受動電子部品と、第１及び第３の電極パターンと接する絶縁性放熱部材とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱を第３の電極パターンを介して放熱することが可能となる。

本発明において、第３の電極パターンは、第１の電極パターンと第２の電極パターンの間に位置し、これにより少なくとも一部が受動電子部品で覆われていても構わない。これによれば、第３の電極パターンを設けることによる基板サイズの増大が生じない。この場合、絶縁性放熱部材は、第１及び第３の電極パターンのうち受動電子部品と重ならない位置に設けられていても構わないし、第１及び第３の電極パターンのうち受動電子部品と重なる位置に設けられていても構わない。

本発明による電子部品内蔵基板は、基板の表面とは反対側に位置する裏面に形成された複数の外部端子をさらに備え、第２の電極パターンは、複数の外部端子に含まれる第１の外部端子に接続され、第１の電極パターンは、複数の外部端子のいずれにも接続されないものであっても構わない。このような場合、第１の電極パターンは外部端子への直接的な放熱経路を持たないことから高温になりやすいが、上記の構成によれば、第３の電極パターンを介して放熱することが可能となる。この場合、第３の電極パターンは、複数の外部端子に含まれる第２の外部端子に接続されていても構わない。これによれば、第１の電極パターンの熱を第２の外部端子から放熱することが可能となる。さらにこの場合、第２の外部端子はグランド端子であっても構わない。これによれば、第１の電極パターンの熱をより効率的に放熱することが可能となる。

本発明において、能動電子部品は電源用半導体ＩＣであり、受動電子部品はインダクタであっても構わない。これによれば、インダクタに流れる大電流によって発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。

本発明による電子機器は、放熱パターンを有するマザーボードと、マザーボードに搭載された電子部品内蔵基板と、絶縁性放熱部材とを備え、電子部品内蔵基板は、表面に第１及び第２の電極パターンが形成された基板と、基板に埋め込まれ、出力端子が第１の電極パターンに接続された能動電子部品と、基板の表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ第１及び第２の電極パターンに接続された受動電子部品とを備え、絶縁性放熱部材は、放熱パターン及び第１の電極パターンと接することを特徴とする。

本発明によれば、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱をマザーボード上の放熱パターンに放熱することが可能となる。

このように、本発明によれば、基板に埋め込まれた能動電子部品及び基板の表面に搭載された受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵基板１の外観を示す略斜視図である。 図２は、電子部品内蔵基板１の模式的な断面図である。 図３は、電子部品内蔵基板１の回路図である。 図４は、基板２の表面２ａを示す略平面図である。 図５は、変形例による基板２の表面２ａを示す略平面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態による電子機器４０の主要部を示す模式的な平面図である。 図７は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品内蔵基板１の外観を示す略斜視図である。また、図２は、電子部品内蔵基板１の模式的な断面図である。

第１の実施形態による電子部品内蔵基板１はＤＣＤＣコンバータをモジュール化した電源モジュールであり、図１及び図２に示すように、基板２と、基板２の表面２ａに搭載されたキャパシタ３及びインダクタ１０と、基板２に埋め込まれた電源用半導体ＩＣ４とを備えている。基板２の内部には、複数の導体層５と、上下の導体層５を相互に接続するビア導体６が設けられている。インダクタ１０は、一対の端子電極１１，１２を有している。端子電極１１，１２は、ハンダ７を介して、基板２の表面２ａ上に設けられた電極パターンＰ１，Ｐ２にそれぞれ接続されている。電極パターンＰ１は、導体層５及びビア導体６を介して、電源用半導体ＩＣ４の出力端子ＯＵＴに接続されている。電極パターンＰ２は、導体層５及びビア導体６を介して、基板２の裏面２ｂに形成された外部端子Ｅ１に接続されている。

電源用半導体ＩＣ４は、グランド端子ＶＳＳをさらに備えている。グランド端子ＶＳＳは、導体層５及びビア導体６を介して、基板２の表面２ａ上に設けられた電極パターンＰ３に接続されるとともに、基板２の裏面２ｂに形成された外部端子Ｅ２に接続されている。その他、基板２の裏面２ｂには、外部端子Ｅ３も設けられている。

さらに、基板２の表面２ａには絶縁性放熱部材８が搭載されている。絶縁性放熱部材８の詳細については後述する。

図３は、本実施形態による電子部品内蔵基板１の回路図である。

図３に示すように、電源用半導体ＩＣ４は、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ、グランド端子ＶＳＳ、フィードバック端子ＦＢ及び制御端子ＥＮを有しており、スイッチング動作によって、外部端子Ｅ３を介して入力端子ＩＮに供給される直流入力電圧Ｖｉｎから三角波を生成し、これを出力端子ＯＵＴから出力する。出力端子ＯＵＴと外部端子Ｅ１の間にはインダクタ１０が接続されるとともに、外部端子Ｅ１と外部端子Ｅ２の間にはキャパシタ３が接続される。これにより、出力端子ＯＵＴから出力される三角波が平滑化され、直流入力電圧Ｖｉｎとは電圧レベルの異なる直流出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。キャパシタ３は、外部端子Ｅ２と外部端子Ｅ３の間にも接続されている。

直流出力電圧Ｖｏｕｔはフィードバック端子ＦＢにフィードバックされ、これにより電源用半導体ＩＣ４は、直流出力電圧Ｖｏｕｔが所定のレベルに保たれるよう、スイッチング動作を制御する。また、電源用半導体ＩＣ４の制御端子ＥＮには、外部端子Ｅ４を介して制御信号が供給される。制御信号は、例えば、電源用半導体ＩＣ４の活性／非活性を選択するチップイネーブル信号や、電源用半導体ＩＣ４の動作モードを選択するモード信号である。

インダクタ１０の端子電極１１は、電極パターンＰ１を介して電源用半導体ＩＣ４の出力端子ＯＵＴに接続される。また、インダクタ１０の端子電極１２は、電極パターンＰ２を介して外部端子Ｅ１に接続される。インダクタ１０の端子電極１１，１２が方向性を有している必要はないが、上記のように接続されることにより、端子電極１１から端子電極１２に電流が流れる。つまり、端子電極１１が入力端子を構成し、端子電極１２が出力端子を構成する。

図３には、絶縁性放熱部材８についても模式的に示されている。図３に示すように、絶縁性放熱部材８は、電極パターンＰ１と電極パターンＰ３を熱的に接続するものである。

図４は、基板２の表面２ａを示す略平面図である。

図４に示すように、基板２の表面２ａには、電極パターンＰ０〜Ｐ３と、ソルダーレジストＳＲが設けられている。電極パターンＰ０〜Ｐ３は、最上層に位置する導体層５によって構成され、その一部がソルダーレジストＳＲによって覆われている。電極パターンＰ０は、キャパシタ３に接続されるランドパターンである。

電極パターンＰ１は、電源用半導体ＩＣ４の出力端子ＯＵＴ及びインダクタ１０の端子電極１１に接続される導体パターンであり、いずれの外部端子にも直接接続されることがない。しかも、電極パターンＰ１には、電源用半導体ＩＣ４から発生する熱とインダクタ１０から発生する熱の両方が加わることから、最も高温になりやすい導体パターンである。図４に示すように、電極パターンＰ１は、露出領域３１，３２を除いて大部分がソルダーレジストＳＲで覆われている。露出領域３１は、インダクタ１０の端子電極１１に接続されるランドパターンである。

電極パターンＰ２は、インダクタ１０の端子電極１２及び外部端子Ｅ１に接続される導体パターンである。電極パターンＰ２に加わる熱は、外部端子Ｅ１を介して放熱されるため、電極パターンＰ２は比較的放熱性が高い。図４に示すように、電極パターンＰ２は、露出領域３３を除いて大部分がソルダーレジストＳＲで覆われている。露出領域３４は、インダクタ１０の端子電極１２に接続されるランドパターンである。

電極パターンＰ３は、外部端子Ｅ２に接続される導体パターンであり、平面視で電極パターンＰ１と電極パターンＰ２の間に位置する。このため、電極パターンＰ３の大部分はインダクタ１０で覆われる。外部端子Ｅ２は、外部からグランド電位ＧＮＤが供給されるグランド端子である。外部端子Ｅ２は、基板２の裏面２ｂに多数設けられる。また、基板２の内部に設けられる導体層５の多くは、外部端子Ｅ２に接続されるグランドパターンである。このため、電極パターンＰ３は非常に放熱性が高い。図４に示すように、電極パターンＰ３は、露出領域３４を除いて大部分がソルダーレジストＳＲで覆われている。

そして、本実施形態による電子部品内蔵基板１は、電極パターンＰ１の露出領域３２と、電極パターンＰ３の露出領域３４の両方と接する絶縁性放熱部材８を備えている。絶縁性放熱部材８は、熱伝導性の高い絶縁材料からなり、露出領域３２，３４の両方と接することにより、両者間の絶縁性を確保しつつ、電極パターンＰ１の熱を電極パターンＰ３に伝達する役割を果たす。絶縁性放熱部材８の具体的な材料については、十分な絶縁性を有し、且つ、基板２の熱伝導率よりも高い材料であれば特に限定されないが、熱伝導率が１〜５０W／ｍ・Kであり、導電性が１×１０^９〜１０^１６Ω・ｃｍである材料を選択することが好ましい。

このように、本実施形態による電子部品内蔵基板１は、電極パターンＰ１，Ｐ３に露出領域３２，３４を設け、これらと接するよう絶縁性放熱部材８を配置している。これにより、電源用半導体ＩＣ４とインダクタ１０の両方からの熱を受け、且つ、いずれの外部端子にも直接接続されない電極パターンＰ１の放熱性を高めることが可能となる。しかも、電極パターンＰ３を電極パターンＰ１と電極パターンＰ２の間に配置していることから、インダクタ１０で覆われる領域が放熱ルートとして有効活用されるばかりでなく、電極パターンＰ３を設けることによる基板２の面積増加も生じない。

さらに、図４に示す例では、絶縁性放熱部材８をインダクタ１０と重ならない位置に設けていることから、インダクタ１０を実装した後に絶縁性放熱部材８を実装することができる。これにより、インダクタ１０の実装プロセスにおいて、インダクタ１０と絶縁性放熱部材８の干渉を防止することが可能となる。

尚、図４に示す例では、露出領域３２，３４がインダクタ１０の搭載領域の両側に存在しているが、一方側のみに存在しても構わない。

図５は、変形例による基板２の表面２ａを示す略平面図である。

図５に示す例では、電極パターンＰ１が平面視で凸形状を有しており、凸形状部の先端が露出領域３５を構成しているとともに、電極パターンＰ３が平面視で凹形状を有しており、凹形状部の周囲が露出領域３６を構成している。凸型の露出領域３５は、凹型の露出領域３６で囲まれる領域に入り込んでいる。そして、露出領域３５，３６と接するよう、絶縁性放熱部材８が設けられている。図５に示す例では、絶縁性放熱部材８が露出領域３２，３４〜３６と接しているが、絶縁性放熱部材８を露出領域３２，３４と接する部分と、露出領域３５，３６と接する部分に分けても構わない。

本例によれば、絶縁性放熱部材８がさらに露出領域３５，３６と接していることから、電極パターンＰ１の放熱性をよりいっそう高めることが可能となる。しかも、露出領域３５，３６が平面視で凹凸形状を有していることから、ランドパターンである露出領域３１からの距離を十分に確保することが可能となる。但し、絶縁性放熱部材８は、インダクタ１０と重なる位置に配置されることから、インダクタ１０と干渉しない薄さに設定する必要がある。

図５に示す例では、絶縁性放熱部材８が露出領域３２，３４〜３６と接しているが、露出領域３５，３６と接する部分のみを設けても構わない。この場合には、露出領域３２，３４と接する絶縁性放熱部材８を設けるためのスペースが不要となることから、基板２のサイズをより縮小することができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態による電子機器４０の主要部を示す模式的な平面図である。また、図７は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。

図６及び図７に示すように、本実施形態による電子機器４０は、マザーボード４１と、マザーボード４１に搭載された電子部品内蔵基板１とを備える。電子部品内蔵基板１の基本的な構成は第１の実施形態において説明したとおりである。

マザーボード４１の表面には、グランドパターンなどからなる放熱パターン４２が設けられている。そして、絶縁性放熱部材８は、露出領域３２，３４のみならずマザーボード４１上の放熱パターン４２にも接している。これにより、電極パターンＰ１の熱は、絶縁性放熱部材８を介してマザーボード４１上の放熱パターン４２に直接放熱されることから、より高い放熱特性を得ることが可能となる。しかも、電子部品内蔵基板１とマザーボード４１が絶縁性放熱部材８によって固定されることから、製品の信頼性も高められる。

図６及び図７に示す例では、絶縁性放熱部材８が電極パターンＰ３にも接しているが、この点は必須でなく、絶縁性放熱部材８が電極パターンＰ１と放熱パターン４２の両方と接していれば足りる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記各実施形態においては、能動電子部品が電源用半導体ＩＣ４であり、受動電子部品がインダクタ１０である場合を例に説明したが、本発明において能動電子部品及び受動電子部品の種類がこれに限定されるものではない。

１ 電子部品内蔵基板
２ 基板
２ａ 基板の表面
２ｂ 基板の裏面
３ キャパシタ
４ 電源用半導体ＩＣ
５ 導体層
６ ビア導体
７ ハンダ
８ 絶縁性放熱部材
１０ インダクタ
１１ 端子電極（入力端子）
１２ 端子電極（出力端子）
３１〜３６ 露出領域
４０ 電子機器
４１ マザーボード
４２ 放熱パターン
Ｅ１〜Ｅ４ 外部端子
Ｐ０〜Ｐ３ 電極パターン
ＳＲ ソルダーレジスト

Claims (9)

1. 表面に第１乃至第３の電極パターンが形成された基板と、
   前記基板に埋め込まれ、出力端子が前記第１の電極パターンに接続された能動電子部品と、
   前記基板の前記表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ前記第１及び第２の電極パターンに接続された受動電子部品と、
   前記第１及び第３の電極パターンと接する絶縁性放熱部材と、を備えることを特徴とする電子部品内蔵基板。
2. 前記第３の電極パターンは、前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンの間に位置し、これにより少なくとも一部が前記受動電子部品で覆われることを特徴とする請求項１に記載の電子部品内蔵基板。
3. 前記絶縁性放熱部材は、前記第１及び第３の電極パターンのうち前記受動電子部品と重ならない位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子部品内蔵基板。
4. 前記絶縁性放熱部材は、前記第１及び第３の電極パターンのうち前記受動電子部品と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子部品内蔵基板。
5. 前記基板の前記表面とは反対側に位置する裏面に形成された複数の外部端子をさらに備え、
   前記第２の電極パターンは、前記複数の外部端子に含まれる第１の外部端子に接続され、
   前記第１の電極パターンは、前記複数の外部端子のいずれにも接続されないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
6. 前記第３の電極パターンは、前記複数の外部端子に含まれる第２の外部端子に接続されることを特徴とする請求項５に記載の電子部品内蔵基板。
7. 前記第２の外部端子は、グランド端子であることを特徴とする請求項６に記載の電子部品内蔵基板。
8. 前記能動電子部品は電源用半導体ＩＣであり、前記受動電子部品はインダクタであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
9. 放熱パターンを有するマザーボードと、
   前記マザーボードに搭載された電子部品内蔵基板と、
   絶縁性放熱部材と、を備え、
   前記電子部品内蔵基板は、
   表面に第１及び第２の電極パターンが形成された基板と、
   前記基板に埋め込まれ、出力端子が前記第１の電極パターンに接続された能動電子部品と、
   前記基板の前記表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ前記第１及び第２の電極パターンに接続された受動電子部品と、を備え、
   前記絶縁性放熱部材は、前記放熱パターン及び前記第１の電極パターンと接することを特徴とする電子機器。

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