JP6381488B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を実装した回路基板において、電子部品で発生した熱を放熱する構造に関する。

絶縁層の上面に電子部品が実装され配線パターンが形成された回路基板において、電子部品からの発熱を放熱する構造が種々提案されている。

たとえば、特許文献１〜８の回路基板では、銅などの金属からなる伝熱体が絶縁層に埋設されていて、その伝熱体の上方に発熱する電子部品が実装されている。

特許文献１、６では、伝熱体の上面にランドやはんだなどの導体が設けられ、該導体上に電子部品が実装されている。特許文献２、３、７、８では、伝熱体の上面に絶縁層が設けられ、該絶縁層の上面に導体を介して電子部品が実装されている。特許文献２、３、７において、伝熱体の上面にある絶縁層の材質と、伝熱体の周囲（側方）にある絶縁層の材質とは、同じである。また、特許文献２、３では、その絶縁層は高い熱伝導性を有している。特許文献８では、伝熱体の上面にある絶縁層の材質として、高い熱伝導性を有する添加物（酸化亜鉛、酸化アルミニュウム、窒化アルミニュウム等）が混入されたガラス繊維あるいはポリマー繊維補強材などを用いて、絶縁層の熱伝導率や強度を増大させている。特許文献４、５では、伝熱体の上面に、伝熱部材を介して電子部品の本体部（半導体のパッケージ部分）が搭載されている。また、特許文献５の伝熱部材は絶縁性を有している。

また、特許文献１では、伝熱体の下面に絶縁層が設けられ、該絶縁層の下面に放熱体が取り付けられている。特許文献２、３、４、８では、伝熱体の下面が絶縁層から露出している。また、特許文献２には、伝熱体の下面と伝熱体の周囲にある絶縁層の下面とに、導体が設けられたり高い熱伝導性を有する絶縁層が設けられたりする例も開示されている。特許文献４には、伝熱体の下面に放熱体をねじ止めする例も開示されている。

特許文献５では、伝熱体の周囲にある絶縁層の下面に銅層が設けられ、銅層と伝熱体が接続され、伝熱体の下面が銅層から露出している。また、特許文献５には、伝熱体の下面や銅層の下面に、高い熱伝導性を有する絶縁層を介して放熱体が設けられる例も開示されている。特許文献６、７では、伝熱体の下面と伝熱体の周囲にある絶縁層の下面とに、絶縁層が設けられ、該絶縁層の下面に放熱用の金属層が設けられている。また、特許文献６では、その金属層と接する絶縁層は、高い熱伝導性を有している。

特開２００７−３６０５０号公報 特開２０１４−１７９４１６号公報 特開２０１４−１７９４１５号公報 特開２０１２−１１９６０７号公報 特開２００６−４９８８７号公報 特開２００８−２５１６７１号公報 特開２０１４−１５７９４９号公報 特開平６−２４４３０３号公報

従来のように、回路基板の絶縁層に伝熱体を埋設し、伝熱体の上面に電子部品を実装した場合、電子部品で発生した熱は、伝熱体に直接伝わって、伝熱体の下方へ放熱される。しかし、電子部品と伝熱体とが導通するため、これらの近傍に他の電子部品が実装し難くなる。そして、回路基板に電気回路を形成するのが難くなったり、回路基板の実装密度が低下したりするという問題がある。

一方、伝熱体の上面に絶縁層を介して電子部品を実装した場合は、電子部品で発生した熱が伝熱体に伝わり難くなって、伝熱体の下方へ放熱する効率が悪くなる。

また、高い熱伝導性を有する添加物を混入した材料を用いて絶縁層を形成すると、絶縁層の熱伝導率が増大するが、添加物の混入によって、絶縁層の硬度も増大してしまう。このため、たとえば、絶縁層の上下表面や内部に配線パターンを設けた多層の回路基板において、回路構成の自由度を高くするなどの理由により、異なる層にある複数の配線パターンを接続するスルーホールを設けようとしても、硬い絶縁層を貫通するようにスルーホールを形成するのが困難となる。

本発明の課題は、回路基板への電子部品の実装を容易にし、該電子部品で発生した熱を効率よく放熱し、かつ回路基板にスルーホールを形成し易くすることである。

本発明による回路基板は、上面に電子部品の実装領域と配線パターンが設けられた第１絶縁層と、第１絶縁層の下面において少なくとも実装領域と上下に重なるように設けられた伝熱体と、第１絶縁層の下面でかつ伝熱体の周囲に設けられた第２絶縁層とを備えている。そして、第２絶縁層は積層構造を有し、第２絶縁層の内層と、第２絶縁層の下面とに、それぞれ配線パターンが設けられている。伝熱体の下面は、第２絶縁層から露出し、第１絶縁層と伝熱体の熱伝導率は、第２絶縁層の熱伝導率より高く、第１絶縁層の硬度は、第２絶縁層の硬度より高く、第１絶縁層と第２絶縁層とを貫通するスルーホールをさらに備えている。このスルーホールにより、第１絶縁層の上面に設けられた配線パターン、第２絶縁層の内層に設けられた配線パターン、および第２絶縁層の下面に設けられた配線パターン同士が接続されている。

本発明によると、伝熱体と第２絶縁層の上面に第１絶縁層が設けられているので、伝熱体と絶縁した状態で、伝熱体の上方に１つ以上の電子部品を容易に実装することができる。また、配線パターンも伝熱体と絶縁した状態で、伝熱体の上方に容易に形成することができる。このため、回路基板の上面に電気回路を容易に形成して、回路基板の実装密度を高めることが可能となる。また、第１絶縁層と伝熱体の熱伝導率は第２絶縁層の熱伝導率より高いので、伝熱体の上方に実装された電子部品で発生した熱を、第１絶縁層を介して伝熱体に伝え易くして、第２絶縁層から露出する伝熱体の下面から外部に効率よく放熱することができる。さらに、第１絶縁層の熱伝導率を第２絶縁層の熱伝導率より高くしたことで、第１絶縁層の硬度が第２絶縁層の硬度より高くなっても、回路基板の厚み方向の全部ではなく、最も上にある第１絶縁層だけが硬くなる。このため、第１絶縁層と第２絶縁層とを貫通するように、回路基板にスルーホールを形成し易くすることができる。そして、回路基板の異なる層にある複数の配線パターンをスルーホールにより接続したり、電子部品のリード端子をスルーホールに挿入してはんだ付けしたりして、多層の回路基板の回路構成の自由度を高くすることが可能となる。また、回路基板を所定の大きさ（外形）に切断し易くすることもできる。

本発明では、上記回路基板において、第１絶縁層の厚みは第２絶縁層の厚みより薄いことが好ましい。

また、本発明では、上記回路基板において、伝熱体の熱伝導率は、第１絶縁層の熱伝導率より高いことが好ましい。

また、本発明では、上記回路基板において、伝熱体は、第１絶縁層の上面に設けられた複数の実装領域と重なるように広範囲に設けられていてもよい。

また、本発明では、上記回路基板において、第２絶縁層の内層は、第１絶縁層と第２絶縁層の間にある第１内層と、第２絶縁層の内部にある第２内層とからなり、第１内層および第２内層に、それぞれ配線パターンが設けられていてもよい。

また、本発明では、上記回路基板において、第２絶縁層の下面に、電子部品の実装領域と配線パターンが設けられていてもよい。

また、本発明による電子装置は、上述した回路基板と、回路基板に設けられた実装領域に実装された発熱する電子部品と、回路基板に設けられた伝熱体の下面に接触するように設けられた放熱体とを備えている。

本発明では、上記電子装置において、放熱体は、回路基板に設けられた第２絶縁層の下面に実装された電子部品または導体から離間しているのが好ましい。

本発明では、上記電子装置において、回路基板に設けられた第１絶縁層と対向する伝熱体および放熱体の各面の面積は、第１絶縁層に設けられた実装領域の面積より大きくてもよい。そして、第１絶縁層において実装領域および配線パターンと重ならない非重畳位置に、第１絶縁層と伝熱体を貫通する貫通孔を設けるとともに、該貫通孔と連通するように放熱体に螺合孔を設け、第１絶縁層の上方から螺合部材を貫通孔へ貫通させて螺合孔に螺合することにより、伝熱体の下面に放熱体を固定してもよい。

本発明によれば、回路基板への電子部品の実装を容易にし、該電子部品で発生した熱を効率よく放熱し、かつ回路基板にスルーホールを形成し易くすることが可能となる。

本発明の第１実施形態の回路基板の上面にある上表層を示した図である。 図１のＡ−Ａ断面を示した図である。 図１の回路基板の内部にある内層を示した図である。 図１の回路基板の下面にある下表層を示した図である。 図１の回路基板の製造工程を示した図である。 図５Ａの製造工程の続きを示した図である。 図５Ａの製造工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態の回路基板の上面にある上表層を示した図である。 図７のＢ−Ｂ断面を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分および対応する部分には同一符号を付している。

まず、第１実施形態の回路基板１０および電子装置１００の構造を、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は、第１実施形態の回路基板１０の上面にある上表層Ｌ１を示した図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示した図である。図３は、回路基板１０の内部にある内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を示した図である。図４は、回路基板１０の下面にある下表層Ｌ５を示した図である。なお、図１と図３は、回路基板１０の上方から見た状態を示し、図４は、回路基板１０の下方から見た状態を示している。また、各図では、便宜上、回路基板１０および電子装置１００の一部のみ図示している。

電子装置１００は、たとえば電気自動車またはハイブリッドカーに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータから成る。電子装置１００は、回路基板１０、電子部品９ａ〜９ｊ、およびヒートシンク４から構成されている。

図２に示すように、回路基板１０は、上面と下面にそれぞれ表層Ｌ１、Ｌ５が設けられ、内部に複数の内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が設けられた多層基板である。回路基板１０には、第１絶縁層１、第２絶縁層２、メタルコア３、ヒートシンク４、配線パターン５ａ〜５ｗ（図４も参照）、およびスルーホール６ａ〜６ｅなどが備わっている。

第１絶縁層１は、高熱伝導性のプリプレグから構成されている。高熱伝導性のプリプレグは、たとえば、アルミナをエポキシに混ぜ込むなどして生成された、高熱伝導性と絶縁性を有するプリプレグである。第１絶縁層１は、所定の厚み（１００μｍ程度）を有する平板状に形成されている。外部に露出する第１絶縁層１の上面には、上表層Ｌ１が設けられている。図１に示すように、上表層Ｌ１には、電子部品９ａ〜９ｇの実装領域Ｒａ〜Ｒｇと配線パターン５ａ〜５ｉが設けられている。

配線パターン５ａ〜５ｉは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン５ａ〜５ｉの一部は、電子部品９ａ〜９ｇをはんだ付けするランドとして機能する。

実装領域Ｒａ、Ｒｂには、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）９ａ、９ｂがそれぞれ実装される。実装領域Ｒｃには、ディスクリート部品９ｃが実装される。実装領域Ｒｄ〜Ｒｇには、チップコンデンサ９ｄ〜９ｇがそれぞれ実装される。

ＦＥＴ９ａ、９ｂは、発熱量の多い表面実装型の電子部品である。ＦＥＴ９ａのソース端子ｓ１は、配線パターン５ａ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ａのゲート端子ｇ１は、配線パターン５ｂ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ａのドレイン端子ｄ１は、配線パターン５ｃ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのソース端子ｓ２は、配線パターン５ｃ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのゲート端子ｇ２は、配線パターン５ｄ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのドレイン端子ｄ２は、配線パターン５ｅにはんだ付けされる。

ディスクリート部品９ｃは、図２に示すように、回路基板１０を貫通するリード端子ｔ１、ｔ２（図１）を備えた電子部品である。ディスクリート部品９ｃの本体部は、第１絶縁層１の上面に搭載される。ディスクリート部品９ｃの各リード端子ｔ１、ｔ２は、それぞれスルーホール６ｃ、６ｄに挿入された後、はんだ付けされる。

チップコンデンサ９ｄ〜９ｇは、表面実装型の電子部品である。図１に示すように、チップコンデンサ９ｄは、配線パターン５ｂ、５ｈ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｅは、配線パターン５ｅ、５ｆ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｆは、配線パターン５ｄ、５ｉ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｇは、配線パターン５ｅ、５ｇ上にはんだ付けされる。

図２に示すように、第１絶縁層１の下面において、少なくともＦＥＴ９ａ、９ｂの実装領域Ｒａ、Ｒｂと上下に重なるように、メタルコア３が設けられている。詳しくは、図１に示すように、回路基板１０の上方から見て、メタルコア３は、第１絶縁層１の上面に設けられた複数の実装領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｄ、Ｒｆや複数の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉと面方向において全部または一部重なるように、広範囲に設けられている。

メタルコア３は、導電性と熱伝導性を有する銅などの金属板から成る。メタルコア３は、図１および図４に示すように上方または下方から見ると矩形状であり、回路基板１０より小さく形成されている。図２に示すように、メタルコア３の上面は、第１絶縁層１で覆われている。メタルコア３は、本発明の「伝熱体」の一例である。

第１絶縁層１の下面でかつメタルコア３の周囲（全側方）には、第２絶縁層２が設けられている。メタルコア３の下面は、第２絶縁層２から露出している。

第２絶縁層２は、合成樹脂を含浸させた通常のプリプレグ２ｂの上下両面に、銅張積層板２ａをそれぞれ接着することにより構成されている。通常のプリプレグ２ｂは、一般的なプリント基板の材料となるプリプレグのことである。銅張積層板２ａは、ガラス繊維を含んだエポキシなどの合成樹脂から成る板材の上下両面に、銅箔を貼り付けたものである。このため、第２絶縁層２は、第１絶縁層１より厚みが厚い平板状に形成されていて、積層構造を有している。

また、第２絶縁層２には、通常のプリプレグ２ｂと銅張積層板２ａのコア（合成樹脂製）２ｃという、２種類の絶縁部分がある。これら絶縁部分２ｂ、２ｃの材質は異なっていて、各絶縁部分２ｂ、２ｃの厚みは第１絶縁層１の厚みと同等になっている。

第１絶縁層１とメタルコア３の熱伝導率は、第２絶縁層２の熱伝導率より高くなっている。また、メタルコア３の熱伝導率は、第１絶縁層１の熱伝導率より高くなっている。具体的には、たとえば、第２絶縁層２の熱伝導率が０．３〜０．５Ｗ／ｍＫ（ｍＫ：メートル・ケルビン）であるのに対して、第１絶縁層１の熱伝導率は３〜５Ｗ／ｍＫである。また、メタルコア３を銅製にした場合、メタルコア３の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍＫである。

第１絶縁層１をアルミナ等が混入された高熱伝導性のプリプレグから構成し、第２絶縁層２を通常のプリプレグ２ｂと銅張積層板２ａとから構成したことで、第１絶縁層１の硬度は第２絶縁層２の硬度より高くなっている。

第２絶縁層２の各銅張積層板２ａの銅箔部分を用いて、第１絶縁層１と第２絶縁層２の間に内層Ｌ２が設けられ、第２絶縁層２内に内層Ｌ３、Ｌ４が設けられ、第２絶縁層２の下面に下表層Ｌ５が設けられている。

図３に示すように、内層Ｌ２〜Ｌ４には、配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”が設けられている。各配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”は、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。

本例では、内層Ｌ２の配線パターン５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎと、内層Ｌ３の配線パターン５ｊ’、５ｋ’、５ｌ’、５ｍ’、５ｎ’と、内層Ｌ４の配線パターン５ｊ”、５ｋ”、５ｌ”、５ｍ”、５ｎ”とは、それぞれ同形状になっている。他の例として、各内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の配線パターンの形状を異ならせてもよい。

各内層Ｌ２〜Ｌ４において、配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”とメタルコア３の間には、第２絶縁層２のプリプレグが介在している。メタルコア３と配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”とは、絶縁されている。内層Ｌ２は、本発明の「第１内層」の一例であり、内層Ｌ３、Ｌ４は、本発明の「第２内層」の一例である。

図４に示すように、下表層Ｌ５には、電子部品９ｈ〜９ｊの実装領域Ｒｈ〜Ｒｊと配線パターン５ｏ〜５ｗが設けられている。配線パターン５ｏ〜５ｗは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン５ｐ、５ｑ、５ｓ、５ｔ、５ｖ、５ｗの一部は、電子部品９ｈ〜９ｊをはんだ付けするランドとして機能する。

電子部品９ｈ〜９ｊは、表面実装型のチップコンデンサである。チップコンデンサ９ｈは、配線パターン５ｐ、５ｑ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｉは、配線パターン５ｔ、５ｓ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｊは、配線パターン５ｖ、５ｗ上にはんだ付けされる。メタルコア３の近傍にある配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓ、５ｕとメタルコア３の間には、第２絶縁層２のプリプレグが介在している。メタルコア３と各配線パターン５ｏ〜５ｗとは、絶縁されている。

貫通導体であるスルーホール６ａ〜６ｅは、第１絶縁層１と第２絶縁層２と該両絶縁層１、２にある配線パターンを貫通している（図２）。各スルーホール６ａ〜６ｅの内面には、銅やはんだのめっきが施されている。スルーホール６ａ〜６ｅは、異なる層Ｌ１〜Ｌ５にある配線パターン同士を接続している。

詳しくは、スルーホール６ａは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ａと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｊ、５ｊ’、５ｊ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｏを貫通するように複数設けられている。各スルーホール６ａは、それら配線パターン５ａ、５ｊ、５ｊ’、５ｊ”、５ｏを接続している。

スルーホール６ｂは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ｅと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｍ、５ｍ’、５ｍ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｓを貫通するように複数設けられている。各スルーホール６ｂは、それら配線パターン５ｅ、５ｍ、５ｍ’、５ｍ”、５ｓを接続している。

スルーホール６ｃは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ｅと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｍ、５ｍ’、５ｍ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｓを貫通するように設けられている。スルーホール６ｃには、ディスクリート部品９ｃの一方のリード端子ｔ１がはんだ付けされ、該リード端子ｔ１と配線パターン５ｅ、５ｍ、５ｍ’、５ｍ”、５ｓを接続している。

スルーホール６ｄは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ｆと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｎ、５ｎ’、５ｎ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｒを貫通するように設けられている。スルーホール６ｄには、ディスクリート部品９ｃの他方のリード端子ｔ２がはんだ付けされ、該リード端子ｔ２と配線パターン５ｆ、５ｎ、５ｎ’、５ｎ”、５ｒを接続している。

スルーホール６ｅは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ｈと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｋ、５ｋ’、５ｋ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｐを貫通するように設けられている。スルーホール６ｅは、それら配線パターン５ｈ、５ｋ、５ｋ’、５ｋ”、５ｐを接続している。

図２に示すように、第２絶縁層２とメタルコア３の下方には、ヒートシンク４が設けられている。ヒートシンク４は、アルミニウムなどの金属製であり、回路基板１０で生じた熱を外部に放出して、回路基板１０を冷却する。ヒートシンク４は、本発明の「放熱体」の一例である。

ヒートシンク４の上面には、上方へ突出した凸部４ａ、４ｂが形成されている。凸部４ａ、４ｂの上面は、回路基板１０の板面と平行になっている。

ヒートシンク４の凸部４ｂには、回路基板１０の厚み方向（図２で上下方向）と平行に、螺合孔４ｈが形成されている。各絶縁層１、２において、実装領域Ｒａ〜Ｒｊおよび配線パターン５ａ〜５ｗと重ならない非重畳位置Ｐには、貫通孔７が設けられている。この貫通孔７は、ヒートシンク４の螺合孔４ｈと連通する。

第１絶縁層１の上方からねじ８を貫通孔７へ貫通させて、ヒートシンク４の螺合孔４ｈに螺合することにより、図２に示すように、第２絶縁層２の下面にヒートシンク４の凸部４ｂが固定される。このようなねじ止め箇所を複数設けることにより、回路基板１０の下方にヒートシンク４が取り付けられる。ねじ８は、本発明の「螺合部材」の一例である。

第２絶縁層２の下面にヒートシンク４の凸部４ｂを固定した状態で、メタルコア３の下面とヒートシンク４の凸部４ａの上面とが接触する。本例では、下表層Ｌ５の配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓ、５ｕとメタルコア３の間に、所定の絶縁距離を確保するなどの理由により、ヒートシンク４の凸部４ａの上面の面積を、メタルコア３の下面の面積より若干狭くしている。

他の例として、下表層Ｌ５の配線パターンや電子部品の配置を考慮して、ヒートシンク４の凸部４ａの上面の面積を、メタルコア３の下面の面積に対して、同一にしたり若干広くしたりしてもよい。

ヒートシンク４の凸部４ａの上面には、高熱伝導性を有するサーマルグリス（図示省略）が塗布されている。これにより、凸部４ａの上面とメタルコア３の下面との密着性が高められ、かつメタルコア３からヒートシンク４への熱伝導性が高められる。

次に、回路基板１０の製造方法を、図５Ａ、図５Ｂ、および図６を参照しながら説明する。

図５Ａおよび図５Ｂは、回路基板１０の製造工程を示した図である。図６は、図５Ａの製造工程の一部を示した図である。なお、図５Ａ〜図６では、便宜上、回路基板１０の各部を簡略化して示している。

図５Ａにおいて、２枚の銅張積層板２ａのうち、一方の銅張積層板２ａの上下両面にある銅箔をエッチング処理などして、内層Ｌ２、Ｌ３の配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’（図５Ａおよび図５Ｂでは符号省略）を形成する。また、他方の銅張積層板２ａの上面にある銅箔をエッチング処理などして、内層Ｌ４の配線パターン５ｊ”〜５ｎ”（図５Ａおよび図５Ｂでは符号省略）を形成する（図５Ａの（１））。

次に、各銅張積層板２ａにメタルコア３を嵌入させるための矩形孔２ｈを形成する（図５Ａの（２））。また、通常のプリプレグ２ｂにも、メタルコア３を嵌入させるための矩形孔２ｈ’を形成する（図５Ａの（３））。

なお、銅張積層板２ａや通常のプリプレグ２ｂに矩形孔２ｈ、２ｈ’を形成する際は、図６に示すように、矩形孔２ｈ、２ｈ’の内側面に内側に向かって突出する複数の桟部２ｓを所定の間隔で形成してもよい。この場合、各桟部２ｓの長さは、矩形孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させた状態で、メタルコア３の外側面にほぼ達するような長さにする。これにより、メタルコア３と矩形孔２ｈ、２ｈ’の側壁との接触面積が小さくなり、メタルコア３を矩形孔２ｈ、２ｈ’に嵌入させることが容易になる。

また、所定の厚みを有する高熱伝導性のプリプレグ１ａと、該プリプレグ１ａの上面に貼り付けるための所定の厚みを有する銅箔５を準備する（図５Ａの（４））。さらに、銅などの金属板を加工して、所定の形状のメタルコア３を形成する（図５Ａの（５））。

そして、下から、一方の銅張積層板２ａと通常のプリプレグ２ｂと他方の銅張積層板２ａを順に積み重ねて、これらの矩形孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させる。さらに、それらの上に、高熱伝導性のプリプレグ１ａと銅箔５を順に積み重ねた後、熱を加えながら上下方向（各部材の厚み方向）に圧着する（図５Ｂの（６））。これにより、各プリプレグ２ｂ、１ａの合成樹脂が溶融して、部材間の隙間に入り込み、各部材が接着され、第２絶縁層２と第１絶縁層１と内層Ｌ２〜Ｌ４が構成される（図５Ｂの（６’））。

次に、所定の箇所にドリルなどで孔をあけて、該孔の内面にめっきを施して、スルーホール６ａ〜６ｅ（図５Ｂでは符号６の部分）を形成する（図５Ｂの（７））。次に、最上部にある銅箔５をエッチング処理などして、第１絶縁層１の上面に上表層Ｌ１の配線パターン５ａ〜５ｉ（図５Ｂでは符号省略）を形成する。また、最下部にある銅箔をエッチング処理などして、第２絶縁層２の下面に下表層Ｌ５の配線パターン５ｏ〜５ｗ（図５Ｂでは符号省略）を形成する。（図５Ｂの（８））。このとき、両表層Ｌ１、Ｌ５に、電子部品の実装領域Ｒａ〜Ｒｊ（図１、図４）も設ける。

この後、露出している第１絶縁層１の上面、配線パターン５ａ〜５ｉ、第２絶縁層２の下面、および配線パターン５ｏ〜５ｗなどに対して、レジストやシルクなどの表面処理を施す（図５Ｂの（９））。そして、各絶縁層１、２の余分な端部を切断するなどして、外形を加工する（図５Ｂの（１０））。以上により、回路基板１０が形成される。

上記第１実施形態によると、メタルコア３と第２絶縁層２の上面に、第１絶縁層１が設けられているので、メタルコア３と絶縁した状態で、メタルコア３の上方に１つ以上の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆを容易に実装することができる。また、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉもメタルコア３と絶縁した状態で、メタルコア３の上方に容易に形成することができる。このため、回路基板１０の上面に電気回路を容易に形成して、回路基板１０の実装密度を高めることが可能となる。

また、第１絶縁層１の熱伝導率は第２絶縁層２の熱伝導率より高く、メタルコア３の熱伝導率は第１絶縁層１の熱伝導率より高くなっている。このため、メタルコア３の上方に実装された電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、第１絶縁層１を介してメタルコア３に伝え易くすることができる。そして、第２絶縁層２から露出するメタルコア３の下面から、接触するヒートシンク４に熱を伝えて、ヒートシンク４から外部へ効率よく放熱することができる。

さらに、第１絶縁層１と第２絶縁層２の材質を異ならせて、第１絶縁層１の熱伝導率を第２絶縁層２の熱伝導率より高くしたことで、第１絶縁層１の硬度が第２絶縁層２の硬度より高くなっても、回路基板１０の厚み方向の全部ではなく、最も上にある第１絶縁層１だけが硬くなる。このため、第１絶縁層１と第２絶縁層２とを貫通するように、回路基板１０にスルーホール６ａ〜６ｅを形成し易くすることができる。そして、回路基板１０の異なる層Ｌ１〜Ｌ５にある複数の配線パターンをスルーホール６ａ〜６ｅにより接続したり、ディスクリート部品９ｃのリード端子ｔ１、ｔ２をスルーホール６ｃ、６ｄに挿入してはんだ付けしたりして、多層の回路基板１０の回路構成の自由度を高くすることが可能となる。また、回路基板１０を所定の大きさ（外形）に切断し易くすることもできる。

また、上記第１実施形態では、絶縁層１、２のうち、硬い方の第１絶縁層１の厚みを、柔らかい方の第２絶縁層２の厚みより薄くしている。このため、第１絶縁層１と第２絶縁層２を貫通するように、ドリルなどで孔を容易に形成して、スルーホール６ａ〜６ｅをより形成し易くすることができる。

また、上記第１実施形態では、第１絶縁層１の上面に設けられた複数の実装領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｄ、Ｒｆと重なるように、メタルコア３が広範囲に設けられている。このため、メタルコア３と絶縁した状態でメタルコア３の上方に、複数の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆを容易に実装し、かつ複数の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉを容易に形成することができる。また、メタルコア３の上方に実装された複数の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、第１絶縁層１とメタルコア３を介してヒートシンク４に伝えて、一括して効率よく放熱することができる。

また、上記第１実施形態では、第１絶縁層１と第２絶縁層２の間にある内層Ｌ２と、第２絶縁層２の内部にある内層Ｌ３、Ｌ４とに、それぞれ配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”が形成されている。このため、第１絶縁層１の上面に実装された電子部品９ａ〜９ｇで発生した熱を、第１絶縁層１やメタルコア３に伝えた後、内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”によって、回路基板１０全体に拡散することができる。

また、上記第１実施形態では、第２絶縁層２の下面に、電子部品９ｈ〜９ｊの実装領域Ｒｈ〜Ｒｊと配線パターン５ｏ〜５ｗが設けられている。このため、上面の電子部品９ａ〜９ｇで発生して回路基板１０全体に拡散した熱や、下面の電子部品９ｈ〜９ｊで発生した熱を、回路基板１０の下方へ放散することができる。また、回路基板１０の下面にも電気回路を容易に形成して、回路基板１０の実装密度を一層高めることができる。

また、上記第１実施形態では、第１絶縁層１の上面と第２絶縁層２の内部や下面に設けられた配線パターン５ａ、５ｅ、５ｆ、５ｈ、５ｊ、５ｋ、５ｍ、５ｎ、５ｊ’、５ｋ’、５ｍ’、５ｎ’、５ｊ”、５ｋ”、５ｍ”、５ｎ”、５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓを、スルーホール６ａ〜６ｅにより接続している。このため、回路基板１０の上面において、電子部品９ａ〜９ｇで発生して配線パターン５ａ、５ｅ、５ｆ、５ｈに伝わった熱を、スルーホール６ａ〜６ｅを介して内部の配線パターン５ｊ、５ｋ、５ｍ、５ｎ、５ｊ’、５ｋ’、５ｍ’、５ｎ’、５ｊ”、５ｋ”、５ｍ”、５ｎ” に伝えて、回路基板１０全体に拡散することができる。また、下面の配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓにも熱を伝えて、下方へ放熱したり、メタルコア３とヒートシンク４を介して放熱したりすることができる。

さらに、上記第１実施形態では、第２絶縁層２の下面に実装された電子部品９ｈ〜９ｊや配線パターン５ｏ〜５ｗから、ヒートシンク４を離間させている。このため、回路基板１０に実装した電子部品９ａ〜９ｊや配線パターン５ａ〜５ｗが、ヒートシンク４により意図せず導通するのを防止することができ、電気回路を確実に形成することが可能となる。

次に、第２実施形態の回路基板１０’および電子装置１００の構造を、図７、図８を参照しながら説明する。

図７は、第２実施形態の回路基板１０’の上面にある上表層Ｌ１を示した図である。図８は、図７のＢ−Ｂ断面を示した図である。各図では、便宜上、回路基板１０’および電子装置１００の一部のみ図示している。なお、回路基板１０’の内層Ｌ２〜Ｌ４や下表層Ｌ５は、図３および図４と同様である。

第２実施形態の回路基板１０’では、図７および図８に示すように、ねじ８をメタルコア３へ貫通させて、ヒートシンク４に螺合することにより、メタルコア３とヒートシンク４を固定している。

詳しくは、メタルコア３およびヒートシンク４の凸部４ａの、第１絶縁層１と対向する各面の面積は、第１絶縁層１の上面に設けられた実装領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｄ、Ｒｆの合計面積より大きくなっている。

図７に示すように、第１絶縁層１において、上表層Ｌ１の実装領域Ｒａ〜Ｒｇおよび配線パターン５ａ〜５ｉと重ならない非重畳位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４には、第１絶縁層１とメタルコア３を貫通するように、貫通孔７ｈ’、３ｈ’（図８）がそれぞれ設けられている。非重畳位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４および各貫通孔７ｈ’、３ｈ’は、他の層Ｌ２〜Ｌ５の配線パターン５ｊ〜５ｗおよび実装領域Ｒｈ〜Ｒｊと重ならないようにも設けられている。各貫通孔７ｈ’、３ｈ’と連通するように、ヒートシンク４の凸部４ａには、螺合孔４ｈ’がそれぞれ設けられている。

第１絶縁層１の上方から４つのねじ８を各貫通孔７ｈ’、３ｈ’へ貫通させて、ヒートシンク４の各螺合孔４ｈ’に螺合する。これにより、図８に示すように、メタルコア３の下面にヒートシンク４の凸部４ａが固定される。

このようにすることで、電子部品９ａ〜９ｊや配線パターン５ａ〜５ｗと干渉することなく、ねじ８を上方から回路基板１０’へ貫通させてヒートシンク４に螺合し、メタルコア３とヒートシンク４を密接させることができる。そして、メタルコア３の上方に実装された電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、第１絶縁層１とメタルコア３を介してヒートシンク４に効率よく伝えて、ヒートシンク４から効率よく放熱することができる。

本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、回路基板１０、１０’の第１絶縁層１の上面と第２絶縁層２の内部や下面にある配線パターンを導通させるために、スルーホール９ａ〜９ｅを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、銅製の端子やピンなどの導体を回路基板を貫通するように設けて、異なる層の配線パターン同士を接続してもよい。また、本発明のスルーホールには、電気的配線を構成するスルーホールだけでなく、伝熱経路を構成するスルーホール（いわゆるサーマルビア）なども含まれる。

また、以上の実施形態では、メタルコア３とヒートシンク４との間にサーマルグリースを介在させた例を示したが、これに代えて、絶縁性と熱伝導性を有するシートなどを用いてもよい。

また、以上の実施形態では、上方から見たときのメタルコア３の形状を矩形状にした例を示したが、これに限らず、発熱する電子部品の配置位置や形状に合わせて、上方から見たときのメタルコアの形状は、任意の形にすることができる。

また、以上の実施形態では、放熱体として、ヒートシンク４を用いた例を示したが、これに代えて、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱体だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱体を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、螺合部材としてねじ８を用いた例を示したが、これに代えて、ビスやボルトなどを用いてもよい。また、他の固定具により回路基板の下方に放熱体を取り付けてもよい。

また、以上の実施形態では、２つ表層Ｌ１、Ｌ５と３つの内層Ｌ２〜Ｌ４が設けられた回路基板１０、１０’に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、上面にだけ配線パターンなどの導体が設けられた単層の回路基板や、２層以上に導体が設けられた回路基板にも適用することができる。

さらに、以上の実施形態では、電子装置１００として、電気自動車やハイブリッドカーに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータを例に挙げたが、本発明は、回路基板と、発熱する電子部品と、放熱体とを備えた、他の電子装置にも適用することができる。

１ 第１絶縁層
２ 第２絶縁層
３ メタルコア（伝熱体）
３ｈ’ 貫通孔
４ ヒートシンク（放熱体）
４ｈ’ 螺合孔
５ａ〜５ｉ 上表層の配線パターン
５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ ’、５ｊ”〜５ｎ” 内層の配線パターン
５ｏ〜５ｗ 下表層の配線パターン
６ａ〜６ｅ スルーホール
７ｈ’ 貫通孔
８ ねじ（螺合部材）
９ａ、９ｂ ＦＥＴ（電子部品）
９ｃ ディスクリート部品（電子部品）
９ｄ〜９ｊ チップコンデンサ（電子部品）
１０、１０’ 回路基板
１００ 電子装置
Ｌ２ 内層（第１内層）
Ｌ３、Ｌ４ 内層（第２内層）
Ｐ１〜Ｐ４ 非重畳位置
Ｒａ〜Ｒｊ 実装領域

Claims (9)

1. 上面に電子部品の実装領域と配線パターンが設けられた第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の下面において少なくとも前記実装領域と上下に重なるように設けられた伝熱体と、
   前記第１絶縁層の下面でかつ前記伝熱体の周囲に設けられた第２絶縁層と、を備えた回路基板において、
   前記第２絶縁層は積層構造を有し、
   前記第２絶縁層の内層と、前記第２絶縁層の下面とに、それぞれ配線パターンが設けられ、
   前記伝熱体の下面は、前記第２絶縁層から露出し、
   前記第１絶縁層と前記伝熱体の熱伝導率は、前記第２絶縁層の熱伝導率より高く、
   前記第１絶縁層の硬度は、前記第２絶縁層の硬度より高く、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層のそれぞれに設けられた前記配線パターンを貫通するスルーホールをさらに備え、
   前記スルーホールにより、前記第１絶縁層の上面に設けられた配線パターン、前記第２絶縁層の内層に設けられた配線パターン、および前記第２絶縁層の下面に設けられた配線パターン同士が接続されている、ことを特徴とする回路基板。
2. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記第１絶縁層の厚みは前記第２絶縁層の厚みより薄い、ことを特徴とする回路基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の回路基板において、
   前記伝熱体の熱伝導率は、前記第１絶縁層の熱伝導率より高い、ことを特徴とする回路基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路基板において、
   前記伝熱体は、前記第１絶縁層の上面に設けられた複数の前記実装領域と重なるように広範囲に設けられている、ことを特徴とする回路基板。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路基板において、
   前記第２絶縁層の内層は、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の間にある第１内層と、前記第２絶縁層の内部にある第２内層とからなり、
   前記第１内層および前記第２内層に、それぞれ配線パターンが設けられている、ことを特徴とする回路基板。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の回路基板において、
   前記第２絶縁層の下面に、電子部品の実装領域と配線パターンが設けられている、ことを特徴とする回路基板。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回路基板と、
   前記回路基板に設けられた実装領域に実装された発熱する電子部品と、
   前記回路基板に設けられた伝熱体の下面に接触するように設けられた放熱体と、を備えたことを特徴とする電子装置。
8. 請求項７に記載の電子装置において、
   前記放熱体は、前記回路基板に設けられた第２絶縁層の下面に実装された電子部品または導体から離間している、ことを特徴とする電子装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の電子装置において、
   前記回路基板に設けられた第１絶縁層と対向する前記伝熱体および前記放熱体の各面の面積は、前記第１絶縁層に設けられた実装領域の面積より大きく、
   前記第１絶縁層において前記実装領域および前記配線パターンと重ならない非重畳位置に、前記第１絶縁層と前記伝熱体を貫通する貫通孔を設けるとともに、該貫通孔と連通するように前記放熱体に螺合孔を設け、
   前記第１絶縁層の上方から前記螺合部材を前記貫通孔へ貫通させて前記螺合孔に螺合することにより、前記伝熱体の下面に前記放熱体を固定する、ことを特徴とする電子装置。

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