JP7469944B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

導電パターンを介して搭載電子部品の放熱を行うプリント基板に関する。

特許文献１には、段落番号［００４８］［００５０］［００５１］と図３、図４に複数の絶縁層（樹脂層）と、絶縁層の表面、裏面、中間に配置されて、電子素子（発熱部品）に接続される複数の金属層（導電パターン）を有するプリント基板が開示されている。

特許文献１のプリント基板は、［００４８］［００５０］及び図３に記載されているように発熱部品である電子素子で発生した熱を第１ビアによってグラウンド端子に電気的に接続された第２金属層及び第７金属層から放熱部材に伝熱させ、更に［００４８］［００５１］及び図４に記載されているように第２ビアによってグラウンド端子に電気的に接続された第４金属層及び第５金属層から放熱部材に伝熱させて外部に放熱させる放熱構造を備えている。

特開２０１８－１５７０５７号公報

特許文献１のプリント基板において、図３及び図４に示す第２、第４、第５及び第７金属層は、いずれも電気的に接続されて給電されることにより、面方向に熱を拡散しつつ、放熱部材に伝熱させる。各層の導電パターンは、配置面積が広いほど面方向の拡散性が高まり、放熱部材への迅速な伝熱効果をもたらす点で望ましい。

しかし、１つの電子素子に電気的に接続されている導電パターン回路は、同じ層の他の電子部品の導電パターン回路から絶縁する必要からルーティングが限られることにより、同じそうにおける配置面積を拡大させることに限度がある。

特許文献１のプリント回路における第２、第４、第５及び第７金属層は、いずれも電気的に接続された同一の回路を形成するため、各層における配置面積を広げることに限度があるため、発揮させる伝熱性にも限度がある。一方で、特許文献１における第３金属層及び第６金属層は、信号端子に接続された金属層であって、［００４８］、図３及び図４に記載されているように、第２、第４、第５及び第７金属層から絶縁された別の導電パターン回路を形成するものの、放熱部材からも絶縁されているため、放熱部材への伝熱効果を発生させない点で問題がある。

本願は、上記問題に鑑みて、放熱部への伝熱性を高めた導電パターンを有するプリント基板を提供するものである。

少なくとも２層設けられる樹脂層と、前記樹脂層間に挟持される挟持層、複数の前記樹脂層の最表面に設けられる表層、及び複数の前記樹脂層の最裏面に設けられる裏層から形成される金属製の導電パターンと、前記樹脂層の最裏面に設けられ、前記導電パターンの前記裏層に接続される放熱部と、を有するプリント基板において、 前記樹脂層の前記最表面に搭載される発熱部品を有し、前記導電パターンは、１以上の第１スルーホールビアを介して前記発熱部品に電気的に接続されると共に前記放熱部にも接続される第１導電伝熱パターンと、前記第１導電伝熱パターンに電気的に接続されることなく、少なくとも一部が前記発熱部品の直下に配置される受熱層を有し、かつ１以上の第２スルーホールビアを介して前記放熱部に接続される第２導電伝熱パターンと、を有するようにした。

（作用）発熱部品で発生した熱は、第１導電伝熱パターンに電気的に接続されること無く発熱部品の直下に配置された受熱層から第２スルーホールビアを介して放熱部に接続される第２導電伝熱パターンにより、第１導電伝熱パターンとは別ルートで放熱部に伝熱される。

また、プリント基板において、前記第２導電伝熱パターンの前記受熱層は、前記第１導電伝熱パターンの配置層と異なる層に配置されることが望ましい。

（作用）配置層を替えることにより、第２導電伝熱パターンをどの位置に配置しても第１導電伝熱パターンに干渉しなくなる。

また、プリント基板において、前記第２導電伝熱パターンは、グラウンドに接続されることが望ましい。

（作用）第２導電伝熱パターンで受けた熱は、比較的配置面積を確保しやすいグラウンドパターンから放熱部に伝熱される。

また、プリント基板において、前記第２導電伝熱パターンの前記挟持層が複数設けられ、かつベリッドビアで接続されることが望ましい。

（作用）ベリッドビアの直上の樹脂層に配置された電子部品が、第２導電伝熱パターンから絶縁される。

本願のプリント基板によれば、第２導電伝熱パターンは、第１導電伝熱パターンから絶縁された第２導電伝熱パターンが面方向に自在に配置されることと共に発熱部品の熱を放熱部に伝え、第１導電伝熱パターンから放熱部への伝熱を補完することにより、高い放熱性を発揮する。

また、プリント基板によれば、第２導電伝熱パターンを第１導電伝熱パターンと別の層に配置することにより、第２導電伝熱パターンの配置の自在性が向上して伝熱面積をより広く確保することで放熱部への伝熱性を向上させることが出来る。

また、プリント基板によれば、第２導電伝熱パターンを樹脂層上における配置面積を確保しやすいグラウンドパターンとすることで伝熱面積が更に広く確保され、放熱部への伝熱性が更に向上する。

また、プリント基板によれば、仮にスルーホールビアで接続された場合に第２導電伝熱パターンから絶縁する必要があるためにビアの上方に配置出来ない電子部品であっても、第２導電伝熱パターンの複数の挟持層をベリッドビアで接続することにより、ベリッドビアの上方に配置出来る。

複数の樹脂層及び複数層の第１及び第２導電伝熱パターンを有するプリント基板に関する説明図であって、（ａ）は、第１及び第２導電伝熱パターンの表層及び第１樹脂層を示す、本実施形態のプリント基板の平面図であり、（ｂ）は、第１導電伝熱パターンの挟持層、第２導電伝熱パターンの第１受熱層及び第２樹脂層のみを表面側から見たと仮定した場合の平面図、（ｃ）は、第２導電伝熱パターンの第２受熱層及び第３樹脂層のみを表面側から見たと仮定した場合の平面図であり、（ｄ）は、第１及び第２導電伝熱パターンの裏層及び放熱部のみを表面側から見たと仮定した場合の平面図である。 本実施形態のプリント基板を図１（ａ）のＩ－Ｉの位置で切断した断面図。

以下、本発明の好適な実施形態を図１と図２に基づいて説明する。各図においては、の搭載車両（図示せず）において、プリント基板の方向を（表面側：裏面側：左端側：右端側：先端側：基端側＝Ｕｐ：Ｌｏ：Ｌｅ：Ｒｉ：Ｆｒ：Ｒｅ）として説明する。

図１（ａ）から図１（ｄ）は、本発明の実施形態にかかるプリント基板１の第１導電伝熱パターン２及び第２導電伝熱パターン３の表層（２ａ，３ａ）、挟持層２ｂ，挟持層である第１受熱層３ｂ、挟持層である第２受熱層３ｃ及び裏層（２ｄ，３ｄ）を示すものである。第１導電伝熱パターン２の各層は、複数の第１スルーホールビア１０によって電気的に接続され、第２導電伝熱パターン３の各層は、第２スルーホールビア１１によって電気的に接続される。表層（２ａ，３ａ）は、第１樹脂層４の表面４ａに設けられて、発熱部品７や搭載部品８等に電気的に接続される。挟持層２ｂ及び第１受熱層３ｂは、第１樹脂層４と裏面側の第２樹脂層５によって挟持され、第２受熱層３ｃは、第２樹脂層５と裏面側の第３樹脂層６によって挟持され、裏層（２ｄ，３ｄ）は、第３樹脂層６と裏面側の放熱部９の伝熱部９ａによって挟持される。伝熱部９ａは、裏面に設けられた多数の放熱フィン９ｂと共に放熱部９を形成する。図２は、発熱部品７や搭載部品８等と、積層された第１及び第２導電伝熱パターン（２，３）及び樹脂層（４，５，６）と、放熱部９によって構成された本件プリント基板１の断面図を示すものである。尚、図２に示すプリント基板１は、説明の都合上、実際よりもかなり厚く記載している。

図１各図及び図２によって、本実施形態のプリント基板１を説明する。まず、銅箔等の金属で形成された第２導電伝熱パターン３は、同じく銅箔等の金属で形成された第１導電伝熱パターン２に対していずれの層においても電気的に接続されず、互いに独立した状態に配置される。第２導電伝熱パターン３は、最も幅広く配置面積を確保出来るグラウンド（アース電位）に接続されている。

図１（ａ）及び図２に示すように、第１導電伝熱パターン２の表層２ａ、第２導電伝熱パターン３の表層３ａ、発熱部品７及びその他の搭載部品８は、第１樹脂層４の表面４ａ（第１樹脂層４から第３樹脂層６の最表面）に配置される。発熱部品７と、その他の搭載部品８は、図示しない他の構成部品と共に第１導電伝熱パターン２の表層２ａに電気的に接続される。第１導電伝熱パターン２の表層２ａは、銅などの金属製の円筒部材からなる複数の第１スルーホールビア１０に電気的に接続され、各第１スルーホールビア１０は、表層２ａと第１樹脂層４を貫通して裏面側に突出する。第２導電伝熱パターン３の表層３ａもまた、銅などの金属製の円筒部材からなる複数の第２スルーホールビア１１に電気的に接続され、各スルーホールビア１１は、表層３ａと第１樹脂層４を貫通して裏面側に突出する。発熱部品７によって発生した熱は、第１導電伝熱パターン２の表層２ａ及び複数の第１スルーホールビア１０に伝達される。

尚、第２導電伝熱パターン３の表層３ａについては、発熱部品７の直下に第１導電伝熱パターン２の表層２ａを配置しない部分を設けた上で表層３ａの一部を発熱部品７の直下に配置することによって発生した熱を受ける受熱部としてもよい。その場合、発熱部品７で発生した熱の一部は、第２導電伝熱パターン３の表層３ａから第２スルーホールビア１１に伝達される。

図１（ｂ）及び図２に示すように、第１導電伝熱パターン２の挟持層２ｂと、第２導電伝熱パターン３の第１受熱層３ｂは、第２樹脂層５の表面に配置され、図示しない搭載部品に電気的に接続される。第１導電伝熱パターン２の挟持層２ｂは、表裏に貫通しかつ突出する複数の第１スルーホールビア１０に電気的に接続される。また、第２導電伝熱パターン３の第１受熱層３ｂは、第１受熱部３ｅ（二点鎖線で囲まれた領域）を発熱部品７の直下に配置し、かつ挟持層２ｂを取り囲む（先端側を除く）ようにし、かつ図示しない他の電位の導電パターンから独立した状態で第２樹脂層５の表面に配置される。第１受熱層３ｂは、表裏に貫通しかつ突出する複数の第２スルーホールビア１１に電気的に接続される。

図１（ｃ）及び図２に示すように、第２導電伝熱パターン３の第２受熱層３ｃは、第３樹脂層６の表面に配置され、図示しない搭載部品に電気的に接続される。第２導電伝熱パターン３の第２受熱層３ｃは、第２受熱部３ｆ（二点鎖線で囲まれた領域）を発熱部品７の直下に配置し、かつ複数の第１スルーホールビア１０を取り囲む（先端側を除く）ようにし、かつ図示しない他の電位の導電パターンから独立した状態で第３樹脂層６の表面に配置される。第２受熱層３ｃは、表裏に貫通しかつ突出する複数の第２スルーホールビア１１に電気的に接続される。

また、図１（ｂ）、図１（ｃ）及び図２に示すように、第１受熱層３ｂと第２受熱層３ｃは、第１樹脂層４及び第３樹脂層６側に突出せずに第１受熱層３ｂ及び第２受熱層３ｃの両者にのみ貫通する円筒型銅製金属等によるベリッドビア（プリント基板の複数の内層のみを貫通するビア）１２に電気的に接続される。図１（ａ）及び図２に示す、その他の搭載部品８は、直下に配置されるビアを第１樹脂層４を貫通しないベリッドビア１２とすることにより、第２導電伝熱パターン３と短絡することなく第１導電伝熱パターン２の表層２ａに接続される。

更に、図１（ｂ）、図１（ｃ）及び図２に示すように、第１受熱層３ｂと第２受熱層３ｃは、複数のブラインドビア（表面側の第１樹脂層４と表層３ａに貫通しないビア）１３に電気的に接続される。

図１（ａ）～（ｃ）及び図２に示される発熱部品７において発生して第１導電伝熱パターン２と複数の第１スルーホールビア１０に伝達されない熱は、第１樹脂層４を介して第１受熱層３ｂの第１受熱部３ｅに伝達され、更に第２樹脂層５を介して第２受熱層３ｃの第２受熱部３ｆに伝達される。第１受熱部３ｅに伝達された熱は、面方向に沿って第１受熱層３ｂの全体に拡散され、第２受熱部３ｆに伝達された熱もまた、面方向に沿って第２受熱層３ｃの全体に拡散される。第１受熱層３ｂに拡散された熱は、ベリッドビア１２を介して第２受熱層３ｃに伝達される。第１受熱層３ｂと第２受熱層３ｃに拡散された熱は、第２スルーホールビア１１とブラインドビア１３に伝達される。

また、図１（ｄ）及び図２に示すように、第１導電伝熱パターン２の裏層２ｄと、第２導電伝熱パターン３の裏層３ｄは、第３樹脂層６の裏面６ｄ（第１樹脂層４から第３樹脂層６の最裏面）に設けられ、かつ放熱部９の伝熱部９ａに接続される。放熱部９は、熱伝達を促進するシリコングリスや伝熱シートで形成された伝熱部９ａの裏面に金属製の多数の放熱フィン９ｂを設けることで構成される。尚、図１（ｄ）においては、多数の放熱フィン９ｄの一部を省略している。第１導電伝熱パターン２の裏層２ｄは、表裏に貫通する複数の第１スルーホールビア１０に電気的に接続される。第２導電伝熱パターン３の裏層３ｄは、表裏に貫通する複数の第２スルーホールビア１１とブラインドビア１３に電気的に接続される。発熱部品７で発生した熱は、第１導電伝熱パターン２と複数の第１スルーホールビア１０を介して裏層２ｄから放熱部９に伝達され、更に第１導電伝熱パターン２に直接伝達されなくても、第２導電伝熱パターン３と複数の第２スルーホールビア１１とブラインドビア１３を介して裏層３ｄから放熱部９に伝達され、多数の放熱フィン９ｄを介してプリント基板１の裏面側の外部に放熱される。

尚、第２導電電熱パターン３の第１受熱層３ｂ及び第２受熱層３ｃは、共に表層３ａ及び裏層３ｄよりも板厚を厚く形成されてもよい。

一般にプリント基板においては、発熱部品に電気的に接続された複数層の導電パターンを発熱部品直下に設けた多数のスルーホールビアによって、プリント基板裏面側の放熱部（ヒートシンク）へ伝達して放熱することが多い。しかし、このようにすると、電位の異なる搭載部品に接続された他の複雑な導電パターンと短絡しないように各層における導電パターンの面積を狭く制限しなければならないことが多い。本実施形態においては、図１各図及び図２に示すように、複数層からなる第１導電伝熱パターン２を電気的に接続するための複数の第１スルーホールビア１０を発熱部品７の直下からオフセットした位置に配置し、発熱部品７の直下から面方向に延ばして配置した表層２ａ、挟持層２ｂ及び裏層２ｄに接続させている。

このようにすることで、図１（ｂ）（ｃ）及び図２に示すように、発熱部品７の直下に配置面積を制限される第１導電伝熱パターン２と電位の異なる第２導電伝熱パターン３の第１受熱層３ｂ及び第２受熱層３ｃを配置することが出来る。第１導電伝熱パターン２と複数の第１スルーホールビア１０は、第１導電伝熱パターン２の各層の総面積が制限されるために多くの熱を放熱部９に伝えることが出来ない。しかし、第２導電伝熱パターン３は、第１導電伝熱パターン２と電位が異なるために図１（ｂ）（ｃ）及び図２に示すように第１受熱層３ｂ及び第２受熱層３ｃの面積を挟持層２ｂよりもかなり広く取ることが出来る。また、第２受熱層３ｃは、第２樹脂層５と第３樹脂層６との間に第１導電伝熱パターン２の挟持層を設けず、第１導電伝熱パターン２と異なる層に設けられることで、更に幅広い面積を確保することが出来る。第１導電伝熱パターン２によって放熱部９に伝えきれなかった発熱部品７の熱は、第１受熱層３ｂ及び第２受熱層３ｃにおいて面方向に幅広く拡散されることで、第２導電伝熱パターン３に効率良く伝達されると共に、複数の第２スルーホールビア１１及びブラインドビア１３を介して放熱部９から効率良く放熱される点で優れている。

尚、第２導電伝熱パターン３については、総面積を最も広く確保出来るグラウンドに接続することが最も望ましいが、グラウンド以外の電位を有する導電パターンとしても良い。

また、本実施形態におけるプリント基板は、１例として樹脂層を３層にして第１導電伝熱パターン２の挟持層と、第２導電伝熱パターン３の受熱層を２層にしているが、樹脂層を２層以上にしているのであれば、その間に挟持される挟持層及び受熱層を受熱層の層数にあわせて１または複数としても構わない。また、第１スルーホールビア１０、第２スルーホールビア１１及びブラインドビア１３は、熱伝達性向上のために出来るだけ多く設けることが望ましいが、１つにしても良く、ベリッドビア１２は、熱伝達性向上のために複数設けてもよい。

１ プリント基板
２ 第１導電伝熱パターン
２ａ 表層
２ｂ 第１挟持層
２ｄ 裏層
３ 第２導電伝熱パターン
３ａ 表層
３ｂ 第１受熱層
３ｃ 第２受熱層
３ｄ 裏層
４ａ 樹脂層の表面
７ 発熱部品
９ 放熱部
１０ 第１スルーホールビア
１１ 第２スルーホールビア
１２ ベリッドビア

Claims (4)

1. 少なくとも２層設けられる樹脂層と、
   前記樹脂層間に挟持される挟持層、複数の前記樹脂層の最表面に設けられる表層、及び複数の前記樹脂層の最裏面に設けられる裏層から形成される金属製の導電パターンと、
   前記樹脂層の最裏面に設けられ、前記導電パターンの前記裏層に熱的に接続される放熱部と、
   を有するプリント基板において、
   前記樹脂層の前記最表面に搭載される発熱部品を有し、
   前記導電パターンは、
   前記発熱部品に電気的に接続されると共に前記発熱部品の直下からオフセットした位置に配置された１以上の第１スルーホールビアを介して前記放熱部にも熱的に接続される第１導電伝熱パターンと、
   前記第１導電伝熱パターンに電気的に接続されることなく、第１導電伝熱パターンと電位の異なる搭載部品に電気的に接続され、少なくとも一部が前記発熱部品の直下に配置される受熱層を有し、かつ１以上の第２スルーホールビアを介して前記放熱部に熱的に接続される第２導電伝熱パターンと、
   を有することを特徴とする、プリント基板。
2. 前記第２導電伝熱パターンの前記受熱層は、前記第１導電伝熱パターンの配置層と異なる層に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記第２導電伝熱パターンが、グラウンドに電気的に接続されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 前記第２導電伝熱パターンの前記挟持層が複数設けられ、かつベリッドビアで電気的に接続されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のプリント基板。