JP2017005131A - プリント基板、電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を効率良く放熱するとともに、プリント基板の絶縁性能が損なわれるのを防止する。【解決手段】プリント基板１０は、上面に電子部品９ａ〜９ｅの実装領域Ｒａ〜Ｒｅと配線パターン５ｂ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｈが設けられた第１絶縁層１と、第１絶縁層１の下面に接するように設けられた第２絶縁層２と、実装領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｄと上下に重なるように第２絶縁層２に埋設されたメタルコア３とを備える。メタルコア３は、金属板を厚み方向に打ち抜くことにより所定の形状に形成されている。メタルコア３の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部（ダレ）３ｄが形成された凸状面３ｃであって、第１絶縁層２の下面に接している。メタルコア３の厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部（バリ）３ｂが形成された凹状面３ａであって、第２絶縁層２の下面から露出している。【選択図】図２

Description

本発明は、プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を、プリント基板内に埋設した伝熱部材を介して放熱する構造に関する。

プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を放熱するため、プリント基板内に伝熱部材を埋設する技術が種々提案されている。

たとえば、特許文献１〜３では、銅などの金属製の伝熱部材がプリント基板の絶縁層に埋設されていて、その伝熱部材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では、プリント基板の上下面と内部に配線パターンが設けられ、伝熱部材と電気的に接続された上面の配線パターン上に、電子部品が実装されている。伝熱部材の下面は熱伝導率の高い絶縁層で覆われ、該絶縁層の下面に接触するように放熱部材が設けられている。これにより、電子部品で発生した熱は、上面の配線パターン、伝熱部材、および熱伝導率の高い絶縁層を伝って放熱部材に伝えられ、放熱部材から外部に放熱される。

特許文献２では、伝熱部材の下面がプリント基板の絶縁層から露出していて、伝熱部材の上方に、熱伝導率の高い絶縁層と配線パターンとを介して電子部品が実装されている。これにより、電子部品で発生した熱は、配線パターン、熱伝導率の高い絶縁層、および伝熱部材を伝って、伝熱部材の露出した下面から外部に放熱される。

特許文献３では、伝熱部材の上面と下面がプリント基板の絶縁層から露出していて、伝熱部材の上方にはんだを介して電子部品が搭載されている。また、プリント基板と伝熱部材の下面に、放熱グリースなどの伝熱材を介して、放熱部材が設けられている。これにより、電子部品で発生した熱は、はんだ、伝熱部材、伝熱材を伝って放熱部材に伝えられ、放熱部材から外部に放熱される。

ところで、伝熱部材は、たとえば特許文献３に開示されているように、金属板を厚み方向に打ち抜くこと（プレス加工）により、所定の形状に容易に形成することができる。この場合、伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部（いわゆる“ダレ”）が生じる凸状面となり、伝熱部材の厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部（いわゆる“バリ”）が生じる凹状面となる。

特許文献３では、伝熱部材と電子部品の間からはんだが流出するのを防止するため、伝熱部材の凹状面を電子部品と対向するように、プリント基板の上面から露出させている。また、伝熱部材の凸状面を、放熱部材と対向するように、プリント基板の下面から露出させている。

また、特許文献４〜６のような金属基板や、特許文献７のような金属スティフナも、金属板を厚み方向に打ち抜くことにより、外形が形成される。そして、その厚み方向に対して垂直な一方の外面がダレのある凸状面となり、他方の外面がバリのある凹状面となる。

特許文献４、５では、金属基板の凹状面を、放熱グリースやはんだを介して、放熱部材の上面に設置している。特許文献７では、金属スティフナの凹状面を、接着剤を介して、配線基板の上面に設置している。特許文献６では、金属基板の上面に溝部を設けて、該溝部で金属基板を打ち抜き、該溝部内にバリを生じさせている。そして、金属基板の溝部以外の上面に、配線パターンを設けて、電子部品を実装している。

特開２００７−３６０５０号公報 特開２０１４−１７９４１６号公報 特開２０１４−６３８７５号公報 特開２００７−８８３６５号公報 特開２００８−３１１２９４号公報 特開２００７−３６０１３号公報 特開２００１−４４３１２号公報

たとえば図６に示すように、プリント基板５０に伝熱部材５３を埋設して、伝熱部材５３の上方に電子部品５９を配置し、伝熱部材５３の下面をプリント基板５０の絶縁層５２から露出させると、電子部品５９で発生した熱を、絶縁層５１と伝熱部材５３を通して、プリント基板５０の下方へ放熱することができる（特許文献２および３も参照）。しかし、伝熱部材５３のバリ５３ｂがある凹状面５３ａを電子部品５９側に向けると、バリ５３ｂが電子部品５９と伝熱部材５３の間にある絶縁層５１に食い込んで、該絶縁層５１が損傷し、プリント基板５０の絶縁性能や伝熱性能を損なうおそれがある。

本発明の課題は、プリント基板に実装された電子部品で発生した熱を効率良く放熱するとともに、プリント基板の絶縁性能が損なわれるのを防止することである。

本発明によるプリント基板は、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絶縁層の下面に接するように設けられた第２絶縁層と、実装領域と上下に重なるように第２絶縁層に埋設された伝熱部材とを備えたプリント基板であって、伝熱部材は、金属板を切断加工することにより所定の形状に形成されている。伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部（ダレ）が形成された凸状面であって、第１絶縁層の下面に接している。伝熱部材の厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部（バリ）が形成された凹状面であって、第２絶縁層の下面から露出している。

本発明によると、プリント基板の第２絶縁層に伝熱部材を埋設し、伝熱部材の上方に第１絶縁層を介して電子部品を実装し、伝熱部材の曲面部が形成された凸状面を第１絶縁層の下面に接触させ、伝熱部材の突出部が形成された凹状面を第２絶縁層の下面から露出させている。このため、伝熱部材の凸状面を第１絶縁層に密着させて、電子部品で発生した熱を、第１絶縁層を介して伝熱部材へ伝え易くして、伝熱部材の凹状面から外部へ効率良く放熱することができる。また、伝熱部材の突出部がプリント基板の外側へ向けて配置されるので、該突出部により第１絶縁層が損傷することはなく、プリント基板上の電子部品や配線パターンと伝熱部材とを絶縁する第１絶縁層の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。

本発明では、上記プリント基板において、伝熱部材の凹状面に、第２絶縁層の下方に設けられた放熱部材を接触させてもよい。

また、本発明では、上記プリント基板において、第１絶縁層の熱伝導率は、第２絶縁層の熱伝導率より高く、伝熱部材の熱伝導率は、第１絶縁層の熱伝導率より高くてもよい。

また、本発明では、上記プリント基板において、第２絶縁層は積層構造を有し、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内層とに、それぞれ配線パターンが設けられてもよい。この場合、その内層の配線パターンは、伝熱部材に対して絶縁されている。

また、本発明では、上記プリント基板において、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もよい。この場合、その下面の実装領域と配線パターンは、伝熱部材に対して絶縁されている。

また、本発明では、上記プリント基板において、第１絶縁層と第２絶縁層とを貫通して、該両絶縁層にある配線パターンを接続する貫通導体をさらに備えてもよい。この場合、貫通導体は伝熱部材に対して絶縁されている。

また、本発明による電子装置は、上述したプリント基板と、プリント基板の前記実装領域に実装された発熱する電子部品と、プリント基板の下方に設けられた放熱部材とを備えている。放熱部材の上面には、上方へ突出する第１台座が設けられ、第１台座は、プリント基板に設けられた前記伝熱部材の凹状面における、突出部より内側の領域に接触する。

本発明では、上記電子装置において、放熱部材の上面に、プリント基板の前記第２絶縁層の下面に設けられた電子部品および配線パターン、並びに前記伝熱部材の前記凹状面の突出部を避ける窪みを設けるのが好ましい。

本発明では、上記電子装置において、プリント基板の前記実装領域、前記配線パターン、および前記伝熱部材と重ならない非重畳領域に貫通孔を設け、放熱部材の上面に第１台座とは別に、上方へ突出する第２台座を設け、第２台座はプリント基板の非重畳領域に接触し、貫通孔と連通するように第２台座に螺合孔を設け、螺合部材をプリント基板の上方から貫通孔へ貫通させて螺合孔に螺合することにより、放熱部材上にプリント基板を固定してもよい。

本発明によれば、プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を効率良く放熱するとともに、プリント基板の絶縁性能が損なわれるのを防止することが可能となる。

本発明の実施形態のプリント基板の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のプリント基板の内層を示した図である。 図１のプリント基板の下表層を示した図である。 図１のプリント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。 伝熱部材のバリによる問題点を説明するための図である。 伝熱部材のバリによる他の問題点を説明するための図である。

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、実施形態のプリント基板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、プリント基板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、プリント基板１０の内部にある内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を示した図である。図４は、プリント基板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、プリント基板１０の上方から見た状態を示し、図４は、プリント基板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、プリント基板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、プリント基板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、プリント基板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。プリント基板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、およびスルーホール６ａ〜６ｅなどが備わっている（図１、図３、および図４も参照）。

第１絶縁層１は、高熱伝導性のプリプレグ１ａから構成されている。高熱伝導性のプリプレグ１ａ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、プリント基板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２絶縁層２は、第１絶縁層１の下面に接するように設けられている。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。なお、他の例として、絶縁部分２ｂ、２ｃの厚みが異なっていてもよい。

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。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。

図２に示すように、第２絶縁層２には、メタルコア３が埋設されている。メタルコア３は、第１絶縁層１の下面に接し、かつ上表層Ｌ１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（図１）の全部または一部と上下に重なるように、広範囲に設けられている。つまり、メタルコア３は、第１絶縁層１により上側から覆われ、第２絶縁層２により全側方を覆われている。

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に形成されている。

メタルコア３は、プレス機により金属板を厚み方向に打ち抜くことにより所定の形状に形成される。このため、図２に示すように、メタルコア３の厚み方向（図２で上下方向）に対して垂直な一方の外面３ｃは、その縁に曲面部（以下「ダレ」という）３ｄが形成された凸状面となる。また、メタルコア３の厚み方向に対して垂直な他方の外面３ａは、その縁に突出部（以下「バリ」という）３ｂが形成された凹状面となる。

メタルコア３の凸状面３ｃは、第１絶縁層１の下面に接している。メタルコア３の凹状面３ａおよびバリ３ｂは、第２絶縁層２の下面から露出している。メタルコア３は、本発明の「伝熱部材」の一例である。

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。 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。

上表層Ｌ１において、メタルコア３の上方にある配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉおよび電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆと、メタルコア３との間には、第１絶縁層１が介在している。このため、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉおよび電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆは、メタルコア３に対して絶縁されている。

各内層Ｌ２〜Ｌ４において、メタルコア３の近傍にある配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”と、メタルコア３との間には、第２絶縁層２のプリプレグが介在している。このため、配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”は、メタルコア３に対して絶縁されている。

下表層Ｌ５において、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とは、所定の絶縁距離で離間している。このため、配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓ、５ｕ、および配線パターン５ｐ、５ｓに実装された電子部品９ｈ、９ｉは、メタルコア３に対して絶縁されている。

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。スルーホール６ａ〜６ｅとメタルコア３とは、絶縁層１、２により絶縁されている。スルーホール６ａ〜６ｅは、本発明の「貫通導体」の一例である。

詳しくは、図１〜図４に示すように、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とを貫通するように、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とを貫通するように、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と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と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と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、プリント基板１０の第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、プリント基板１０で生じた熱を外部に放出して、プリント基板１０を冷却する。ヒートシンク４は、本発明の「放熱部材」の一例である。

ヒートシンク４の上面には、上方へ突出するように、第１台座４ａと第２台座４ｂが形成されている。各台座４ａ、４ｂの上面は、プリント基板１０の板面と平行になっている。プリント基板１０の上方から見ると、図１に示すように、第１台座４ａの面積はメタルコア３の面積より小さくなっている。

第２台座４ｂには、プリント基板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領域Ｐには、貫通孔７が設けられている。プリント基板１０の上方から見ると、図１に示すように、第２台座４ｂの面積は、各非重畳領域Ｐの面積より若干小さくなっている。また、第２台座４ｂの面積は、貫通孔７の面積より大きくなっている（図３および図４参照）。

プリント基板１０の下面の非重畳領域Ｐに、第２台座４ｂを接触させると、貫通孔７と螺合孔４ｈとが連通する。そして、ねじ８を第１絶縁層１の上方から貫通孔７へ貫通させて、螺合孔４ｈに螺合すると、図２に示すように、第２絶縁層２の下面に第２台座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、ヒートシンク４上にプリント基板１０が固定される。図１に示すように、ねじ８の頭部の面積は、非重畳領域Ｐの面積より小さくなっている。ねじ８は、本発明の「螺合部材」の一例である。

図２に示すように、ヒートシンク４とプリント基板１０の固定状態において、第１台座４ａの上面は、メタルコア３の凹状面３ａにおける、バリ３ｂより内側の領域に接触する。

第１台座４ａの上面には、たとえば、高熱伝導性を有するサーマルグリス（図示省略）を塗布してもよい。これにより、第１台座４ａの上面とメタルコア３の凹状面３ａ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。

ヒートシンク４上の第１台座４ａの周囲には、第２絶縁層２の下面に設けられた電子部品９ｈ〜９ｊおよび配線パターン５ｏ〜５ｗ、並びにメタルコア３の凹状面３ａのバリ３ｂを避けるために、窪み４ｃが設けられている。

次に、プリント基板１０の製造方法を、図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら説明する。

図５Ａおよび図５Ｂは、プリント基板１０の製造工程を示した図である。なお、図５Ａおよび図５Ｂでは、便宜上、プリント基板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貫通孔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貫通孔２ｈ’を形成する（図５Ａの（３））。

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、銅板などの金属板３’をプレス機１１で切断加工して厚み方向に打ち抜くことにより、所定の形状のメタルコア３を形成する（図５Ａの（５）、（５’））。その際、プレス機１１の上型１１ｕが当接する、メタルコア３の上面３ａは、その縁にバリ３ｂが生じた凹状面となる。また、プレス機１１の下型１１ｄが当接する、メタルコア３の下面３ｃは、その縁にダレ３ｄが生じた凸状面となる。下面３ｃは、本発明における「一方の外面」に相当し、上面３ａは、本発明における「他方の外面」に相当する。

他の例として、金属板をワイヤーカットで所定の形状に切断加工することにより、メタルコアを形成してもよい。この場合も、メタルコアの厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁にダレが生じた凸状面となる。また、メタルコアの厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁にバリが生じた凹状面となる。

次に、図５Ｂの（６）に示すように、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、これらの貫通孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させる。このとき、一方の銅張積層板２ａの下方から貫通孔２ｈ、２ｈ’に対して、メタルコア３を凸状面３ｃより挿入して行く。そして、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。

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’））。また、メタルコア３の凸状面３ｃが、第１絶縁層１の下面に接し、メタルコア３の全側面が第２絶縁層２に接する。さらに、メタルコア３の凹状面３ａおよびバリ３ｂが、第２絶縁層２の下面から露出する。

次に、所定の箇所に孔をあけて、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、プリント基板１０が形成される。

上記実施形態によると、プリント基板１０の第２絶縁層２にメタルコア３を埋設し、メタルコア３の上方に第１絶縁層１と配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉを介して、電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆを実装している。また、メタルコア３のダレ３ｄが形成された凸状面３ｃを第１絶縁層１の下面に接触させ、メタルコア３のバリ３ｂが形成された凹状面３ａを第２絶縁層２の下面から露出させている。そして、メタルコア３の凹状面３ａに、ヒートシンク４の第１台座４ａの上面を接触させている。

このため、メタルコア３の凸状面３ｃを第１絶縁層１に密着させて、電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉと第１絶縁層１を介してメタルコア３へ伝え易くすることができる。そして、その熱を、メタルコア３の凹状面３ａからヒートシンク４に伝えて、ヒートシンク４から外部へ効率良く放熱することができる。

また、メタルコア３のバリ３ｂがプリント基板１０の外側へ向けて配置されるので、該バリ３ｂにより第１絶縁層１が損傷することはない。その結果、プリント基板１０上の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆや配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉと、メタルコア３とを絶縁する第１絶縁層１の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。

また、メタルコア３と第２絶縁層２の上面に、第１絶縁層１を設けているので、メタルコア３と絶縁した状態で、メタルコア３の上方に複数の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆを容易に実装することができる。また、複数の配線パターン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、プリント基板１０の上面に電気回路を容易に形成して、プリント基板１０の実装密度を高めることが可能となる。また、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、上記実施形態では、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の凹状面３ａから、ヒートシンク４に熱を伝えて、ヒートシンク４から外部へ一層効率よく放熱することができる。

また、上記実施形態では、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”が設けられている。そして、これら配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”は、絶縁層１、２によりメタルコア３に対して絶縁されている。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、プリント基板１０全体に拡散することができる。また、第２絶縁層２の貫通孔２ｈ、２ｈ’にバリ３ｂがない凸状面３ｃ側からメタルコア３を嵌入させることで、該嵌入時に、バリ３ｂによって第２絶縁層２の貫通孔２ｈ、２ｈ’の側壁部分が損傷することはなく、第２絶縁層２の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。

また、上記実施形態では、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。また、それら電子部品９ｈ〜９ｊと配線パターン５ｏ〜５ｗは、メタルコア３に対して絶縁されている。このため、上面の電子部品９ａ〜９ｇで発生してプリント基板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、プリント基板１０の下方へ放熱することができる。また、プリント基板１０の下面にも電気回路を容易に形成して、プリント基板１０の実装密度を一層高めることができる。さらに、メタルコア３のバリ３ｂがある凹状面３ａが、第２絶縁層２の下面から露出していても、第２絶縁層２の下面の電子部品９ｈ〜９ｊや配線パターン５ｏ〜５ｗと、メタルコア３とを確実に絶縁することができる。

また、上記実施形態では、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、プリント基板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、プリント基板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、該配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓの表面から下方へ放熱したり、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。また、スルーホール６ａ〜６ｅをメタルコア３と上下に重ならない位置に設けているので、スルーホール６ａ〜６ｅとメタルコア３とを絶縁層１、２により絶縁することができる。

また、たとえば図７に示すように、台座を有しない平坦なヒートシンク５４の上面に伝熱部材５３を載置しようとすると、伝熱部材５３がバリ５３ｂによりヒートシンク５４上に支持されて、凹状面５３ａのバリ５３ｂより内側の領域と、ヒートシンク５４の上面との間に隙間５５が生じる。このため、伝熱部材５３の上方にある電子部品５９で発生した熱が、絶縁層５１を経由した後、伝熱部材５３からヒートシンク５４に伝わり難くなり、放熱性能を損なってしまう。

然るに、上記実施形態では、図２に示したように、メタルコア３の凹状面３ａのバリ３ｂより内側の領域に、ヒートシンク４の第１台座４ａの上面が接触するので、メタルコア３と第１台座４ａの間に隙間が生じない。このため、メタルコア３の上方にある電子部品９ａ、９ｂ、９ｄなどで発生した熱を、第１絶縁層１を経由させた後、メタルコア３からヒートシンク４に伝え易くして、効率良く放熱することができる。

また、上記実施形態では、ヒートシンク４上に窪み４ｃを設けて、第２絶縁層２の下面に設けられた電子部品９ｈ〜９ｊおよび配線パターン５ｏ〜５ｗ、並びにメタルコア３の凹状面３ａのバリ３ｂとの干渉を避けている。このため、電子部品９ｈ〜９ｊおよび配線パターン５ｏ〜５ｗを、ヒートシンク４に対して絶縁することができる。また、バリ３ｂがヒートシンク４に接しなくなるので、メタルコア３とヒートシンク４との間に隙間が生じず、放熱性能が損なわれるのを防止することができる。

さらに、上記実施形態では、プリント基板１０の実装領域Ｒａ〜Ｒｊ、配線パターン５ａ〜５ｗ、およびメタルコア３と重ならない非重畳領域Ｐに、ヒートシンク４の第２台座４ｂの上面を接触させて、第２台座４ｂに対してプリント基板１０をねじ止めしている。このため、プリント基板１０に設けられた電子部品９ａ〜９ｊ、配線パターン５ａ〜５ｗ、およびスルーホール６ａ〜６ｅとヒートシンク４とを絶縁しつつ、ヒートシンク４上にプリント基板１０を固定することができる。

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、図２においては、説明の便宜上、バリ３ｂとダレ３ｄが実際のものより誇張して描かれているが、バリ３ｂとダレ３ｄは、目視できるほど大きなものだけに限らず、目視できないほど微小なものであってもよい。

また、以上の実施形態では、プリント基板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、プリント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、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、放熱部材として、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、金属製の放熱部材だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱部材を用いてもよい。

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、他の固定具によりプリント基板の下方に放熱部材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が設けられたプリント基板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プリント基板や、２層以上に導体が設けられたプリント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、プリント基板と、発熱する電子部品と、放熱部材とを備えた、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（伝熱部材）
３’ 金属板
３ａ 凹状面
３ｂ バリ（突出部）
３ｃ 凸状面
３ｄ ダレ（曲面部）
４ ヒートシンク（放熱部材）
４ａ 第１台座
４ｂ 第２台座
４ｃ 窪み
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（貫通導体）
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 プリント基板
１００ 電子装置
Ｌ２ 内層（第１内層）
Ｌ３、Ｌ４ 内層（第２内層）
Ｐ 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絶縁層の下面に接するように設けられた第２絶縁層と、
   前記実装領域と上下に重なるように前記第２絶縁層に埋設された伝熱部材と、を備えたプリント基板において、
   前記伝熱部材は、金属板を切断加工することにより所定の形状に形成され、
   前記伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部が形成された凸状面であって、前記第１絶縁層の下面に接し、
   前記伝熱部材の前記厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部が形成された凹状面であって、前記第２絶縁層の下面から露出している、ことを特徴とするプリント基板。
2. 請求項１に記載のプリント基板において、
   前記伝熱部材の凹状面は、前記第２絶縁層の下方に設けられた放熱部材と接触する、ことを特徴とするプリント基板。
3. 請求項１または請求項２に記載のプリント基板において、
   前記第１絶縁層の熱伝導率は、前記第２絶縁層の熱伝導率より高く、
   前記伝熱部材の熱伝導率は、前記第１絶縁層の熱伝導率より高い、ことを特徴とするプリント基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプリント基板において、
   前記第２絶縁層は積層構造を有し、
   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内層とに、それぞれ配線パターンが設けられ、
   前記第１内層および前記第２内層の前記配線パターンは、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とするプリント基板。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプリント基板において、
   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、
   前記第２絶縁層の下面の前記実装領域と前記配線パターンは、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とするプリント基板。
6. 請求項５に記載のプリント基板において、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とを貫通して、該両絶縁層にある前記配線パターンを接続する貫通導体をさらに備え、
   前記貫通導体は、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とするプリント基板。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプリント基板と、
   前記プリント基板の前記実装領域に実装された発熱する電子部品と、
   前記プリント基板の下方に設けられた放熱部材と、を備え、
   前記放熱部材の上面に上方へ突出する第１台座を設け、
   前記第１台座は、前記プリント基板に設けられた前記伝熱部材の前記凹状面における、前記突出部より内側の領域に接触する、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、
   前記放熱部材の上面に、前記プリント基板の前記第２絶縁層の下面に設けられた電子部品および配線パターン、並びに前記伝熱部材の前記凹状面の前記突出部を避ける窪みを設けた、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、
   前記プリント基板の前記実装領域、前記配線パターン、および前記伝熱部材と重ならない非重畳領域に貫通孔を設け、
   前記放熱部材の上面に前記第１台座とは別に、上方へ突出する第２台座を設け、
   前記第２台座は、前記プリント基板の前記非重畳領域に接触し、
   前記貫通孔と連通するように前記第２台座に螺合孔を設け、
   前記螺合部材を前記プリント基板の上方から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、前記放熱部材上に前記プリント基板を固定した、ことを特徴とする電子装置。

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