DE102015226712A1

DE102015226712A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: DE102015226712A1
Application number: DE102015226712.1A
Authority: DE
Inventors: Masato Kasashima; Tomoyoshi Kobayashi; Satoru Sasaki; Yoshihiro Ikushima
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-06-30
Also published as: CN105744721B; CN105744721A; US9924589B2; US20160192473A1

Abstract

Eine Leiterplatte umfasst eine erste Isolationsschicht mit einer Oberseite, auf der Montagebereiche für Elektronikbauteile, und Verdrahtungsmuster vorgesehen sind, einen Metallkern, der an der Unterseite der ersten Isolationsschicht derart vorgesehen ist, dass er in vertikaler Richtung gesehen die Montagebereiche überdeckt, und eine zweite Isolationsschicht, die auf der Unterseite der ersten Isolationsschicht um den Metallkern herum vorgesehen ist. Die Unterseite des Metallkerns liegt mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht frei, die Wärmeleitfähigkeiten der ersten Isolationsschicht und des Metallkerns sind größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht, und die Härte der ersten Isolationsschicht ist größer als die Härte der zweiten Isolationsschicht ist. Es sind Durchgangslöcher vorgesehen, welche die Isolationsschichten durchdringen und welche die Verdrahtungsmuster der Isolationsschichten verbinden.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2014-263912 , die am 26. Dezember 2014 bei dem japanischen Patentamt eingereicht wurde, und auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2015-120488 , die am 15. Juni 2015 bei dem japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei die gesamten Inhalte von diesen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Struktur bzw. einen Aufbau einer Leiterplatte, auf welcher Elektronikbauteile montiert sind, wobei der Aufbau dafür vorgesehen ist, von den Elektronikbauteilen erzeugte Wärme abzustrahlen.
STAND DER TECHNIK
Verschiedene Strukturen bzw. Aufbauten zur Abstrahlung von Wärme, die von Elektronikbauteilen erzeugt wird, wurden mit Bezug auf Leiterplatten vorgeschlagen, bei denen auf der Oberseite einer Isolationsschicht Elektronikbauteile montiert sind, und ein Verdrahtungsmuster gebildet ist.
Gemäß Leiterplatten der JP 2007-36050 A , der JP 2014-179416 A , der JP 2014-179415 A , der JP 2012-119607 A , der JP 2006-49887 A , der JP 2008-251671 A , der JP 2014-157949 A und der JP 6(1994)-244303 A ist beispielsweise ein thermischer Leiter, der aus einem Metall wie etwa Kupfer hergestellt ist, in einer Isolationsschicht eingebettet, und ein Elektronikbauteil, das Wärme erzeugt, ist über bzw. oberhalb des thermischen Leiters montiert.
Gemäß der JP 2007-36050 A und der JP 2008-251671 A ist ein Leiter bzw. Stromleiter wie etwa ein Lötauge bzw. eine Anschlussfläche oder ein Lötmittel auf der Oberseite des thermischen Leiters vorgesehen, und ein Elektronikbauteil ist auf dem Leiter montiert. Gemäß der JP 2014-179416 A , der JP 2014-179415 A , der JP 2014-157949 A , und der JP 6(1994)-244303 A ist eine Isolationsschicht auf der Oberseite des thermischen Leiters vorgesehen, und ein Elektronikbauteil ist auf der Oberseite der Isolationsschicht mittels eines Leiters bzw. über einen Leiter montiert. Bei der JP 2014-179416 A , der JP 2014-179415 A , und der JP 2014-157949 A sind das Material der Isolationsschicht auf der Oberseite des thermischen Leiters und das Material einer Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum (auf der lateralen Seite) die gleichen. Außerdem weist gemäß der JP 2014-179416 A und der JP 2014-179415 A die Isolationsschicht eine hohe thermische Leitfähigkeit bzw. Wärmeleitfähigkeit auf. Gemäß der JP 6(1994)-244303 A ist die Isolationsschicht auf der Oberseite des thermischen Leiters durch Verwendung einer Glas- oder Polymerfaserverstärkung, welche mit einem Additiv mit hoher Wärmeleitfähigkeit (Zinkoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, etc.) imprägniert ist, als das Material der Isolationsschicht, thermisch optimiert und verstärkt. Gemäß der JP 2012-119607 A und der JP 2006-49887 A ist der Hauptteil des Elektronikbauteils (der Gehäuseteil eines Halbleiters) auf der Oberseite des thermischen Leiters mittels eines thermisch leitfähigen Elements montiert. Außerdem weist das thermisch leitfähige Element der JP 2006-49887 A Isolationseigenschaften auf.
Des Weiteren ist gemäß der JP 2007-36050 A eine Isolationsschicht auf der Unterseite des thermischen Leiters vorgesehen, und ein Wärmestrahler ist auf der Unterseite der Isolationsschicht angebracht. Gemäß der JP 2014-179416 A , der JP 2014-179415 A , der JP 2012-119607 A , und der JP 6(1994)-244303 A liegt die Unterseite des thermischen Leiters mit Bezug auf die Isolationsschicht frei. Außerdem offenbart die JP 2014-179416 A ein Beispiel, bei dem ein Leiter oder eine Isolationsschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der Unterseite des thermischen Leiters und der Unterseite der Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum vorgesehen ist. Die JP 2012-119607 A offenbart ein Beispiel, bei dem ein Wärmestrahler an der Unterseite des thermischen Leiters angeschraubt ist.
Gemäß der JP 2006-49887 A ist auf der Unterseite der Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum eine Kupferschicht vorgesehen, wobei die Kupferschicht und der thermische Leiter verbunden sind, und die Unterseite des thermischen Leiters mit Bezug auf die Kupferschicht freiliegt. Außerdem offenbart die JP 2006-49887 A ein Beispiel, bei dem ein Wärmestrahler auf der Unterseite des thermischen Leiters und der Unterseite der Kupferschicht mittels einer Isolationsschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist. Gemäß der JP 2008-251671 A und der JP 2014-157949 A ist auf der Unterseite des thermischen Leiters und der Unterseite der Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum eine Isolationsschicht vorgesehen, und eine Metallschicht zur Wärmeabstrahlung ist auf der Unterseite der Isolationsschicht vorgesehen. Des Weiteren weist gemäß der JP 2008-251671 A die Isolationsschicht, die sich in Kontakt mit der Metallschicht befindet, eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
In einem Fall, in dem wie in einem herkömmlichen Fall ein thermischer Leiter in eine Isolationsschicht einer Leiterplatte eingebettet ist, und ein Elektronikbauteil auf der Oberseite des thermischen Leiters montiert ist, wird Wärme, die von dem Elektronikbauteil erzeugt wird, direkt auf den thermischen Leiter übertragen, und unterhalb des thermischen Leiters abgestrahlt. Da jedoch das Elektronikbauteil und der thermische Leiter elektrisch verbunden sind, ist es schwierig, andere Elektronikbauteile in der Nähe bzw. Umgebung zu montieren. Des Weiteren treten die Probleme auf, dass es schwierig ist eine elektrische Schaltung auf der Leiterplatte auszubilden, und dass die Montagedichte der Leiterplatte verringert wird,
In dem Fall, in dem ein Elektronikbauteil auf der Oberseite des thermischen Leiters mittels der Isolationsschicht montiert ist, wird andererseits Wärme, die von dem Elektronikbauteil erzeugt wird, nicht auf einfache Weise auf den thermischen Leiter übertragen, und die Effizienz der Wärmeabstrahlung in Richtung nach unterhalb des thermischen Leiters wird verringert.
Wenn die Isolationsschicht unter Verwendung eines Materials, das mit einem Additiv mit hoher Wärmeleitfähigkeit imprägniert ist, gebildet wird, wird des Weiteren die Wärmeleitfähigkeit der Isolationsschicht erhöht, aber die Härte der Isolationsschicht wird aufgrund der Beimischung des Additivs ebenfalls erhöht. Selbst wenn ein Durchgangsloch in einer mehrschichtigen Leiterplatte vorgesehen werden soll, bei der Verdrahtungsmuster auf der Oberseite und Unterseite und innerhalb der Isolationsschicht vorgesehen sind, um die Vielzahl von Verdrahtungsmustern in unterschiedlichen Schichten zum Zwecke einer Vergrößerung eines Freiheitsgrads für den Aufbau bzw. die Konfiguration der Schaltung zu verbinden, ist es dementsprechend beispielsweise schwierig, das Durchgangsloch derart auszubilden, dass es die harte Isolationsschicht durchdringt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgaben einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung sind, eine Montage eines Elektronikbauteils an einer Leiterplatte zu erleichtern, von dem Elektronikbauteil erzeugte Wärme effizient abzustrahlen, und zu ermöglichen, dass ein Durchgangsloch auf einfache Weise in der Leiterplatte gebildet werden kann.
Eine Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung weist eine erste Isolationsschicht mit einer Oberseite bzw. oberen Oberfläche, auf welcher ein Montagebereich eines Elektronikbauteils bzw. für ein Elektronikbauteil und ein Verdrahtungsmuster vorgesehen sind, einen thermischen Leiter bzw. Wärmeleiter, der auf einer Unterseite bzw. unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht derart vorgesehen ist, dass er vertikal bzw. in vertikaler Richtung gesehen mit zumindest dem Montagebereich überlappt bzw. dass er vertikal bzw. in vertikaler Richtung gesehen den Montagebereich überdeckt, und eine zweite Isolationsschicht auf, die auf der Unterseite bzw. unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht um den thermischen Leiter vorgesehen ist bzw. die auf der Unterseite bzw. unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum vorgesehen ist. Außerdem liegt eine Unterseite bzw. untere Oberfläche des thermischen Leiters mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht frei bzw. liegt eine Unterseite bzw. untere Oberfläche des thermischen Leiters gegenüber der zweiten Isolationsschicht frei bzw. ist eine untere Oberfläche des thermischen Leiters von der zweiten Isolationsschicht freigelegt, sind Wärmeleitfähigkeiten der ersten Isolationsschicht und des thermischen Leiters größer als eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht, ist eine Härte der ersten Isolationsschicht größer als eine Härte der zweiten Isolationsschicht, und ein Durchgangsloch, welches die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht durchdringt, ist ferner enthalten bzw. vorgesehen.
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung können, da die erste Isolationsschicht auf den Oberseiten des thermischen Leiters und der zweiten Isolationsschicht vorgesehen ist, ein Elektronikbauteil oder mehrere Elektronikbauteile auf einfache Weise über dem thermischen Leiter bzw. oberhalb des thermischen Leiters montiert werden bzw. sein, während sie von dem thermischen Leiter isoliert bzw. elektrisch isoliert sind bzw. und gleichzeitig von dem thermischen Leiters isoliert bzw. elektrisch isoliert sein. Außerdem kann das Verdrahtungsmuster auf einfache Weise über dem thermischen Leiter bzw. oberhalb des thermischen Leiters gebildet werden bzw. sein, während es von dem thermischen Leiter isoliert bzw. elektrisch isoliert ist bzw. und gleichzeitig von dem thermischen Leiter isoliert bzw. elektrisch isoliert sein. Dementsprechend kann auf der Oberseite bzw. oberen Oberfläche der Leiterplatte auf einfache Weise eine elektrische Schaltung gebildet werden, und die Montagedichte der Leiterplatte kann erhöht werden. Da die Wärmeleitfähigkeiten der ersten Isolationsschicht und des thermischen Leiters größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht sind, kann außerdem Wärme, die von einem Elektronikbauteil erzeugt wird, das oberhalb des thermischen Leiters bzw. Ober dem thermischen Leiter montiert ist, auf einfache Weise über die erste Isolationsschicht auf den thermischen Leiter übertragen werden, und effizient nach außerhalb bzw. nach außen von der Unterseite des thermischen Leiters abgestrahlt werden, die mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht bzw. gegenüber der zweiten Isolationsschicht freiliegt. Indem die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht gebildet wird, wird, selbst wenn die Härte der ersten Isolationsschicht größer als die Härte der zweiten Isolationsschicht ist, in bzw. entlang der Dickenrichtung nur die erste Isolationsschicht obenauf bzw. die oben liegende erste Isolationsschicht gehärtet, nicht die gesamte Leiterplatte. Dementsprechend kann in der Leiterplatte auf einfache Weise ein Durchgangsloch derart gebildet werden, dass es die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht durchdringt. Der Freiheitsgrad mit Bezug auf die Schaltungskonfiguration bzw. für den Aufbau bzw. die Konfiguration der Schaltung der mehrschichtigen Leiterplatte kann beispielsweise erhöht werden, indem eine Vielzahl von Verdrahtungsmustern in bzw. auf unterschiedlichen Schichten der Leiterplatte mittels des Durchgangslochs verbunden werden, oder indem der Anschlussleiter eines Elektronikbauteils in das Durchgangsloch eingeführt wird, und dieser verlötet wird. Außerdem kann die Leiterplatte auf einfache Weise auf eine vorgegebene Größe (äußere Form) zugeschnitten werden.
Bei der Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist bevorzugt eine Dicke der ersten Isolationsschicht dünner bzw. kleiner als eine Dicke der zweiten Isolationsschicht.
Außerdem ist bei der Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt die Wärmeleitfähigkeit des thermischen Leiters größer als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht.
Außerdem kann bei der Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung der thermische Leiter über einen bzw. auf einem großen Bereich derart vorgesehen sein, dass er mit einer bzw. eine Vielzahl der Montagebereiche, die auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht vorgesehen sind, überlappt bzw. dass er eine Vielzahl der Montagebereiche, die auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht vorgesehen sind, überdeckt.
Ferner kann bei der Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung die zweite Isolationsschicht einen Laminataufbau aufweisen, und ein Verdrahtungsmuster kann sowohl auf einer ersten inneren Schicht, welche zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht vorhanden bzw. angeordnet ist, als auch auf einer zweiten inneren Schicht, welche innerhalb bzw. im Inneren der zweiten Isolationsschicht vorliegt bzw. angeordnet ist, vorgesehen sein.
Bei der Leiterplatte gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung können ferner ein Montagebereich für ein Elektronikbauteil bzw. eines Elektronikbauteils, und ein Verdrahtungsmuster auf einer Unterseite bzw. unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht vorgesehen sein.
Des Weiteren weist ein elektronisches Bauelement gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung die oben beschriebene Leiterplatte, ein Elektronikbauteil, welches an bzw. auf einem Montagebereich, der an bzw. auf der Leiterplatte vorgesehen ist bzw. mit dem die Leiterplatte versehen ist, montiert ist, und welches Wärme erzeugt, und einen Wärmestrahler auf, der derart vorgesehen ist, dass er eine Unterseite bzw. untere Oberfläche eines thermischen Leiters berührt bzw. dass er mit einer Unterseite bzw. unteren Oberfläche eines thermischen Leiters in Kontakt ist, mit welchem die Leiterplatte versehen ist.
Bei dem elektronischen Bauelement ist gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung der Wärmestrahler bevorzugt getrennt von einem Leiter bzw. Stromleiter oder einem Elektronikbauteil vorgesehen, welcher bzw. welches an einer Unterseite bzw. unteren Oberfläche einer zweiten Isolationsschicht, mit der die Leiterplatte versehen ist, montiert ist.
Bei dem elektronischen Bauelement gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung können eine Fläche einer Oberfläche von jedem des thermischen Leiters und des Wärmestrahlers, welche einer ersten Isolationsschicht, mit der die Leiterplatte versehen ist, zugewandt sind, größer sein als eine Fläche eines Montagebereichs, mit dem die erste Isolationsschicht versehen ist. Außerdem kann ein Eindringloch bzw. Durchdringungsloch, das die erste Isolationsschicht und den thermischen Leiter durchdringt, an einer nicht-überlappenden bzw. nicht-überdeckenden Position bzw. Stelle, die den Montagebereich und das Verdrahtungsmuster nicht überlappt bzw. nicht überdeckt, der ersten Isolationsschicht vorgesehen sein, und der Wärmestrahler kann derart mit einem Schraubenloch versehen sein, dass es bzw. das Schraubenloch mit dem Durchdringungsloch kommuniziert bzw. dass es bzw. das Schraubenloch an dem Durchdringungsloch ausgerichtet ist, und indem bewirkt wird, dass ein Schraubenelement das Durchdringungsloch von oberhalb der ersten Isolationsschicht bzw. mit Bezug auf die erste Isolationsschicht von oben durchdringt und dass es bzw. das Schraubenelement mit dem Schraubenloch verschraubt ist, kann der Wärmestrahler an der Unterseite bzw. unteren Oberfläche des thermischen Leiters befestigt bzw. fixiert werden bzw. sein.
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, eine Montage eines Elektronikbauteils an einer Leiterplatte zu erleichtern, effizient Wärme, welche von dem Elektronikbauteil erzeugt wird, abzustrahlen, und zu ermöglichen, dass ein Durchgangsloch auf einfache Weise in der Leiterplatte ausgebildet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung, welche eine obere Oberflächenschicht auf der Oberseite einer Leiterplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Darstellung, welche einen Querschnitt entlang A-A in der 1 zeigt;
3 ist eine Darstellung, welche eine innere Schicht innerhalb der Leiterplatte der 1 zeigt;
4 ist eine Darstellung, welche eine untere Oberflächenschicht auf der Unterseite der Leiterplatte der 1 zeigt;
5A ist eine Darstellung, welche Herstellungsschritte der Leiterplatte der 1 zeigt;
5B ist eine Darstellung, welche den Herstellungsschritten der 5A nachfolgende Schritte zeigt;
6 ist eine Darstellung, welche einen Teil der Herstellungsschritte der 5A zeigt;
7 ist eine Darstellung, welche eine obere Oberflächenschicht auf der Oberseite einer Leiterplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
8 ist eine Darstellung, welche einen Querschnitt entlang B-B in der 7 zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen ist das identische oder entsprechende Bauteil mit dem identischen Bezugszeichen versehen. In Ausführungsformen der Erfindung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein tieferes Verständnis der Erfindung zu vermitteln. Jedoch wird es für jemanden mit durchschnittlichen Fachkenntnissen offensichtlich sein, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Details genutzt werden kann. In sonstigen Fällen wurden wohl bekannte Merkmale nicht im Detail beschrieben, um zu verhindern, dass die Erfindung unklar wird.
Zunächst werden die Strukturen bzw. Aufbauten einer Leiterplatte bzw. Platine 10 und eines elektronischen Bauelements 100 gemäß einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben werden.
1 ist eine Darstellung, welche eine obere Oberflächenschicht bzw. obere Deckschicht L1 an der bzw. auf der bzw. der Oberseite bzw. oberen Oberfläche der Leiterplatte 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Darstellung, welche einen Querschnitt entlang A-A in 1 zeigt. 3 ist eine Darstellung, welche innere Schichten L2, L3 und L4 innerhalb bzw. im Inneren der Leiterplatte 10 zeigt. 4 ist eine Darstellung, welche eine untere Oberflächenschicht bzw. untere Deckschicht L5 an der bzw. auf der bzw. der Unterseite bzw. unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 zeigt. Des Weiteren zeigen die 1 und 3 einen Zustand, in dem die Leiterplatte 10 von oben betrachtet wird, und 4 zeigt einen Zustand, in dem die Leiterplatte 10 von unten betrachtet wird. Außerdem werden in jeder der Zeichnungen die Leiterplatte 10 und das elektronische Bauelement 100 der Einfachheit halber lediglich teilweise gezeigt.
Das elektronische Bauelement 100 ist beispielsweise als ein Gleichspannungswandler ausgebildet, welcher an einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert ist. Das elektronische Bauelement 100 ist aus der Leiterplatte 10, Elektronikbauteilen 9a bis 9j, und einem Kühlkörper 4 bzw. einer Wärmesenke 4 aufgebaut.
Wie in 2 gezeigt ist die Leiterplatte 10 eine mehrschichtige Platine welche mit Oberflächenschichten bzw. Randschichten bzw. Deckschichten L1 und L5 an bzw. auf der Oberseite bzw. der Unterseite, und mit einer Vielzahl von inneren Schichten L2, L3 und L4 im Inneren versehen ist. Die Leiterplatte 10 ist mit einer ersten Isolationsschicht 1, einer zweiten Isolationsschicht 2, einem Metallkern 3, dem Kühlkörper 4, Verdrahtungsmustern 5a bis 5w (siehe 4), Durchgangslöchern 6a bis 6e, und Ähnlichem versehen.
Die erste Isolationsschicht 1 ist aus einem Prepreg bzw. vorimprägnierten Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Ein Prepreg mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist ein Prepreg, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Isolationseigenschaften aufweist, und welcher beispielsweise durch Imprägnieren von Aluminium in Epoxid gebildet wird. Die erste Isolationsschicht 1 ist in Form einer flachen Platte gebildet, welche eine vorgegebene Dicke (etwa 100 μm) aufweist. Die obere Oberflächenschicht L1 ist an bzw. auf der Oberseite bzw. oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 gebildet, und ist der äußeren Umgebung ausgesetzt bzw. liegt mit Bezug auf die äußere Umgebung frei. Wie in 1 gezeigt sind Montagebereiche Ra bis Rg der Elektronikbauteile 9a bis 9g bzw. Bereiche Ra bis Rg zur Montage der Elektronikbauteile 9a bis 9g, und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i auf bzw. an der oberen Oberflächenschicht L1 vorgesehen.
Jedes der Verdrahtungsmuster 5a bis 5i ist aus einer Kupferfolie gebildet, welche eine elektrische Leitfähigkeit und eine thermische Leitfähigkeit bzw. Wärmeleitfähigkeit aufweist. Teile der Verdrahtungsmuster 5a bis 5i fungieren als Anschlussflächen bzw. Lötaugen zum Anlöten der Elektronikbauteile 9a bis 9g.
Feldeffekttransistoren (FETs) 9a und 9b sind an bzw. auf den Montagebereichen Ra bzw. Rb montiert. Ein diskretes Bauelement 9c ist an bzw. auf dem Montagebereich Rc montiert. Chipkondensatoren 9d bis 9g sind jeweils an bzw. auf den Montagebereichen Rd bis Rg montiert.
Die FETs 9a und 9b sind oberflächenmontierte bzw. oberflächenmontierbare Elektronikbauteile, welche eine große Wärmemenge erzeugen. Ein Source-Anschluss s1 des FETs 9a ist mit dem Verdrahtungsmuster 5a verlötet. Ein Gate-Anschluss g1 des FETs 9a ist mit dem Verdrahtungsmuster 5b verlötet. Ein Drain-Anschluss d1 des FETs 9a ist mit dem Verdrahtungsmuster 5c verlötet. Ein Source-Anschluss s2 des FETs 9b ist mit dem Verdrahtungsmuster 5c verlötet. Ein Gate-Anschluss g2 des FETs 9b ist mit dem Verdrahtungsmuster 5d verlötet. Ein Drain-Anschluss d2 des FETs 9b ist mit dem Verdrahtungsmuster 5e verlötet.
Wie in 2 gezeigt ist das diskrete Bauelement 9c ein Elektronikbauteil welches mit Anschlussleitern t1 und t2 (1) versehen ist, die die Leiterplatte 10 durchdringen. Der Hauptteil des diskreten Bauelements 9c ist an bzw. auf der Oberseite bzw. oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 montiert. Die Anschlussleiter t1 und t2 des diskreten Bauelements 9c werden verlötet, nachdem sie in die Durchgangslöcher 6c bzw. 6d eingeführt worden sind.
Die Chipkondensatoren 9d bis 9g sind oberflächenmontierbare bzw. oberflächenmontierte Elektronikbauteile. Wie in 1 gezeigt ist der Chipkondensator 9d mit den Verdrahtungsmustern 5b und 5h verlötet. Der Chipkondensator 9e ist mit den Verdrahtungsmustern 5e und 5f verlötet. Der Chipkondensator 9f ist mit den Verdrahtungsmustern 5d und 5i verlötet. Der Chipkondensator 9g ist mit den Verdrahtungsmustern 5e und 5g verlötet.
Wie in 2 gezeigt ist der Metallkern 3 an bzw. auf der Unterseite der ersten Isolationsschicht 1 in einer Art und Weise vorgesehen, dass er vertikal bzw. in vertikaler Richtung gesehen mit zumindest den Montagebereichen Ra und Rb der FETs 9a und 9b überlappt bzw. dass er vertikal bzw. in vertikaler Richtung gesehen die Montagebereiche Ra und Rb der FETs 9a und 9b überdeckt. Genauer gesagt ist wie in 1 gezeigt der Metallkern 3 bei Betrachtung von oberhalb der Leiterplatte 10 über bzw. auf einem großen Bereich derart vorgesehen, dass er vollständig oder teilweise in der Oberflächenrichtung gesehen bzw. in einer Normalenrichtung der Oberfläche gesehen, eine Vielzahl von Montagebereichen Ra, Rb, Rd und Rf, und eine Vielzahl von Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h und 5i, welche auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 vorgesehen sind, überlappt bzw. überdeckt.
Der Metallkern 3 ist aus einer Metallplatte hergestellt, welche eine elektrische Leitfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie etwa Kupfer. Wie in den 1 und 4 gezeigt ist der Metallkern 3 von oben oder unten betrachtet rechteckförmig und derart gebildet, dass er keiner als die Leiterplatte 10 ist. Wie in 2 gezeigt ist die Oberseite bzw. obere Oberfläche des Metallkerns 3 von der ersten Isolationsschicht 1 bedeckt. Der Metallkern 3 ist ein Beispiel eines „thermischen Leiters” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Die zweite Isolationsschicht ist an bzw. auf der Unterseite bzw. unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 um den Metallkern 3 herum (auf der gesamten lateralen Seite bzw. auf dem gesamten seitlichen Rand des Metallkerns 3) vorgesehen. Die Unterseite bzw. untere Oberfläche des Metallkerns 3 liegt mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht 2 bzw. gegenüber der zweiten Isolationsschicht 2 frei. Mit anderen Worten ist die Unterseite des Metallkerns 3 von der zweiten Isolationsschicht 2 freigelegt.
Die zweite Isolationsschicht wird gebildet, indem ein kupferkaschiertes bzw. kupferplattiertes Laminat 2a sowohl auf die Oberseite bzw. obere Oberfläche als auch die Unterseite bzw. untere Oberfläche eines gewöhnlichen Prepregs 2b aufgeklebt wird, welches mit Kunstharz imprägniert ist. Ein gewöhnliches Prepreg 2d ist ein Prepreg, das als Material für eine gewöhnliche Leiterplatte bzw. gedruckte Schaltung verwendet wird. Das kupferplattierte Laminat 2a ist ein Plattenelement, welches aus einem Kunstharz wie etwa Epoxid gebildet ist, der eine Glasfaser enthält, wobei sowohl an der Oberseite bzw. oberen Oberfläche als auch auf der Unterseite bzw. unteren Oberfläche Kupferfolien angebracht sind. Dementsprechend ist die zweite Isolationsschicht 2 in Form einer flachen Platte ausgebildet, die dicker als die erste Isolationsschicht 1 ist und einen Laminataufbau aufweist.
Außerdem enthält die zweite Isolationsschicht 2 zwei Arten von Isolationsabschnitten, nämlich das normale Prepreg 2b und Kerne (aus Kunstharz) 2c des kupferkaschierten Laminats 2a. Die Materialien der Isolationsabschnitte 2b und 2c sind unterschiedlich, und die Dicken der Isolationsabschnitte 2b und 2c sind gleich der Dicke der ersten Isolationsschicht 1.
Die Wärmeleitfähigkeiten der ersten Isolationsschicht 1 und des Metallkerns 3 sind größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 größer als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1. Insbesondere ist beispielsweise, während die thermische Leitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2 gleich 0,3 W/mK bis 0,5 W/mK (mK: Meter-Kelvin) ist, die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1 gleich 3 W/mK bis 5 W/mK. Außerdem ist in dem Fall, in dem der Metallkern 3 aus Kupfer gebildet ist, die Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 ungefähr gleich 400 W/mK.
Durch Ausgestaltung der ersten Isolationsschicht 1 als ein Prepreg mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das mit Aluminium oder Ähnlichem imprägniert ist, und durch Ausgestaltung der zweiten Isolationsschicht 2 aus dem gewöhnlichen Prepreg 2b und den kupferkaschierten bzw. kupferplattierten Laminaten 2a wird die Härte der ersten Isolationsschicht 1 größer als die Härte der zweiten Isolationsschicht 2 ausgebildet.
Die innere Schicht L2 ist zwischen der ersten Isolationsschicht 1 und der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen, die inneren Schichten L3 und L4 sind innerhalb bzw. im Inneren der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen, und die untere Oberflächenschicht L5 ist auf der Unterseite bzw. unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 unter Verwendung der Kupferfolienabschnitte der kupferkaschierten Laminate 2a der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen.
Wie in 3 gezeigt sind auf den inneren Schichten L2 bis L4 Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', und 5j'' bis 5n'' vorgesehen. Jedes der Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', und 5j'' bis 5n'' ist aus einer Kupferfolie gebildet, welche eine elektrische Leitfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In dem vorliegenden Beispiel weisen die Verdrahtungsmuster 5j, 5k, 5l, 5m und 5n der inneren Schicht L2, die Verdrahtungsmuster 5j', 5k', 5l', 5m' und 5n' der inneren Schicht L3, und die Verdrahtungsmuster 5j'', 5k'', 5l'', 5m'' und 5n'' der inneren Schicht L4 jeweils die gleiche Form auf. Bei einem anderen Beispiel können die Formen der Verdrahtungsmuster der inneren Schichten L2, L3 und L4 unterschiedlich sein.
Bei jeder der inneren Schichten L2 bis L4 ist das Prepreg der zweiten Isolationsschicht 2 zwischen dem Metallkern 3 und den Verdrahtungsmustern 5j bis 5n, 5j' bis 5n', oder 5j'' bis 5n'' vorhanden. Der Metallkern 3 und die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', oder 5j'' bis 5n'' sind isoliert bzw. voneinander isoliert. Die innere Schicht L2 ist ein Beispiel einer „ersten inneren Schicht” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung, und die inneren Schichten L3 und L4 sind Beispiele einer „zweiten inneren Schicht” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Wie in 4 gezeigt sind auf der unteren Oberflächenschicht L5 Montagebereich Rh bis Rj von Elektronikbauteilen 9h bis 9j bzw. für Elektronikbauteile 9h bis 9j, und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w vorgesehen. Die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w sind aus Kupferfolien gebildet, welche eine elektrische Leitfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Teile der Verdrahtungsmuster 5p, 5q, 5s, 5t, 5v und 5w fungieren als Anschlussflächen bzw. Lötaugen zum Anlöten der Elektronikbauteile 9h bis 9j.
Die Elektronikbauteile 9h bis 9j sind oberflächenmontierbare bzw. oberflächenmontierte Chipkondensatoren. Der Chipkondensator 9h ist mit den Verdrahtungsmustern 5p und 5q verlötet. Der Chipkondensator 9i ist mit den Verdrahtungsmustern 5t und 5s verlötet. Der Chipkondensator 9j ist mit den Verdrahtungsmustern 5v und 5w verlötet. Das Prepreg der zweiten Isolationsschicht 2 ist zwischen dem Metallkern 3 und den Verdrahtungsmustern 5o, 5p, 5r, 5s und 5u angeordnet bzw. vorhanden, welche nahe dem Metallkern 3 vorhanden bzw. angeordnet sind. Der Metallkern 3 und jedes der Verdrahtungsmuster 5o bis 5w sind isoliert bzw. voneinander isoliert.
Die Durchgangslöcher 6a bis 6e, welche Durchgangsleiter bzw. Durchgangsstromleiter sind, durchdringen die erste Isolationsschicht 1, die zweite Isolationsschicht 2, und die Verdrahtungsmuster von sowohl der ersten Isolationsschicht 1 als auch der zweiten Isolationsschicht 2 (2). Die Innenfläche bzw. Innenwand von jedem der Durchgangslöcher 6a bis 6e ist mit Kupfer oder einem Lötmittel beschichtet bzw. überzogen. Die Durchgangslöcher 6a bis 6e verbinden die Verdrahtungsmuster in unterschiedlichen Schichten L1 bis L5 bzw. auf unterschiedlichen Schichten L1 bis L5.
Genauer gesagt ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 6a derart vorgesehen, dass sie die Isolationsschichten 1 und 2, das Verdrahtungsmuster 5a der oberen Oberflächenschicht L1, die Verdrahtungsmuster 5j, 5j' und 5j'' der inneren Schichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5o der unteren Oberflächenschicht L5 durchdringen. Jedes Durchgangsloch 6a verbindet die Verdrahtungsmuster 5a, 5j, 5j', 5j'' und 5o.
Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 6b sind derart vorgesehen, dass sie die Isolationsschichten 1 und 2, das Verdrahtungsmuster 5e der oberen Oberflächenschicht L1, die Verdrahtungsmuster 5m, 5m' und 5m'' der inneren Schichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5s der unteren Oberflächenschicht L5 durchdringen. Jedes Durchgangsloch 6b verbindet die Verdrahtungsmuster 5e, 5m, 5m', 5m'' und 5s.
Das Durchgangsloch 6c ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1 und 2, das Verdrahtungsmuster 5e der oberen Oberflächenschicht L1, die Verdrahtungsmuster 5m, 5m' und 5m'' der inneren Schichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5s der unteren Oberflächenschicht L5 durchdringt. Einer der Anschlussleiter t1 des diskreten Bauelements 9c ist mit dem Durchgangsloch 6c verlötet, und das Durchgangsloch 6c verbindet den Anschlussleiter t1 und die Verdrahtungsmuster 5e, 5m, 5m', 5m'' und 5s.
Das Durchgangsloch 6d ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1 und 2, das Verdrahtungsmuster 5f der oberen Oberflächenschicht L1, die Verdrahtungsmuster 5n, 5n' und 5n'' der inneren Schichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5r der unteren Oberflächenschicht L5 durchdringt. Der andere Anschlussleiter t2 des diskreten Bauelements 9c ist mit dem Durchgangsloch 6d verlötet, und das Durchgangsloch 6d verbindet den Anschlussleiter t2 und die Verdrahtungsmuster 5f, 5n, 5n', 5n'' und 5r.
Das Durchgangsloch 6e ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1 und 2, das Verdrahtungsmuster 5h der oberen Oberflächenschicht L1, die Verdrahtungsmuster 5k, 5k' und 5k'' der inneren Schichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5p der unteren Oberflächenschicht L5 durchdringt. Das Durchgangsloch 6e verbindet die Verdrahtungsmuster 5h, 5k, 5k', 5k'' und 5p.
Wie in 2 gezeigt ist der Kühlkörper 4 unterhalb der zweiten Isolationsschicht 2 und des Metallkerns 3 vorgesehen. Der Kühlkörper 4 ist aus einem Metall wie etwa Aluminium gebildet, und kühlt die Leiterplatte 10 durch Abstrahlen von Wärme, die an der Leiterplatte 10 erzeugt wird, nach außerhalb. Der Kühlkörper 4 ist ein Beispiel eines „Wärmestrahlers” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Vorsprünge 4a und 4b, welche nach oben vorragen bzw. vorspringen, sind auf der Oberseite bzw. oberen Oberfläche des Kühlkörpers 4 gebildet. Die Oberseiten bzw. oberen Oberflächen der Vorsprünge 4a und 4b sind parallel zu der Plattenoberfläche bzw. der Oberfläche der Platte der Leiterplatte 10.
Ein Schraubenloch 4h ist in dem Vorsprung 4b des Kühlkörpers 4 parallel zu der Dickenrichtung (vertikalen Richtung in 2) der Leiterplatte 10 gebildet. In jeder der Isolationsschichten 1 und 2 ist ein Durchdringungsloch 7 an einer nicht-überlappenden bzw. nicht-überdeckenden Position P vorgesehen, die die Montagebereiche Ra bis Rj und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5w nicht überlappt bzw. nicht überdeckt. Das Durchdringungsloch 7 kommuniziert mit dem Schraubenloch 4h des Kühlkörpers 4 bzw. ist auf dieses ausgerichtet.
Indem bewirkt wird, dass eine Schraube 8 in das Durchdringungsloch 7 von oberhalb der ersten Isolationsschicht 1 eindringt, und mit dem Schraubenloch 4h des Kühlkörpers 4 verschraubt wird bzw. ist, wird der Vorsprung 4b des Kühlkörpers 4 wie in 2 gezeigt fest an der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 angebracht. Durch Vorsehen einer Vielzahl solcher Schraubenbefestigungsteile wird der Kühlkörper 4 unterhalb der Leiterplatte 10 angebracht. Die Schraube 8 ist ein Beispiel eines „Schraubenelements” in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Die Unterseite des Metallkerns 3 und die Oberseite des Vorsprungs 4a des Kühlkörpers 4 berühren einander bzw. sind in Kontakt miteinander in einem Zustand, in dem der Vorsprung 4b des Kühlkörpers 4 an der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 fest angebracht ist. In dem vorliegenden Beispiel ist die Fläche der Oberseite des Vorsprungs 4a des Kühlkörpers 4 beispielsweise geringfügig kleiner als die Fläche der Unterseite des Metallkerns 3 gefertigt, zum Zwecke des Sicherstellens eines vorgegebenen Isolationsabstands zwischen dem Metallkern 3 und den Verdrahtungsmustern 5o, 5p, 5r, 5s und 5o der unteren Oberflächenschicht L5.
Bei einem anderen Beispiel kann, unter Berücksichtigung der Anordnungen der Elektronikbauteile und der Verdrahtungsmuster der unteren Oberflächenschicht L5, die Fläche der Oberseite des Vorsprungs 4a des Kühlkörpers 4 gleich groß oder geringfügig größer als die Fläche der Unterseite des Metallkerns 3 gefertigt werden.
Eine Wärmeleitpaste (nicht gezeigt), welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist auf der Oberseite des Vorsprungs 4a des Kühlkörpers 4 aufgebracht. Dadurch wird das Haftvermögen zwischen der Oberseite des Vorsprungs 4a und der Unterseite des Metallkerns 3 erhöht, und die Wärmeleitfähigkeit von dem Metallkern 3 zu dem Kühlkörper 4 wird erhöht.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren der bzw. für die Leiterplatte 10 mit Bezug auf die 5A, 5B und 6 beschrieben werden.
Die 5A und 5B sind Darstellungen, welche Herstellungsschritte der Leiterplatte 10 zeigen. 6 ist eine Darstellung, welche einen Teil der Herstellungsschritte in 5A zeigt. Zusätzlich ist in den 5A, 5B und 6 jeder Teil der Leiterplatte 10 in einer vereinfachten Art und Weise dargestellt.
In 5A wird eine Ätzbehandlung bzw. ein Ätzverfahren oder Ähnliches auf die Kupferfolien auf der Oberseite und der Unterseite von einer der zwei kupferkaschierten Laminate 2a angewendet, und die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n und 5j' bis 5n' (die Bezugszeichen sind in den 5A und 5B weggelassen) der inneren Schichten L2 und L3 werden ausgebildet. Außerdem wird eine Ätzbehandlung bzw. ein Ätzverfahren oder Ähnliches auf die Kupferfolie auf der Oberseite des anderen kupferkaschierten Laminats 2a angewendet, und die Verdrahtungsmuster 5j'' bis 5n'' (die Bezugszeichen sind in den 5A und 5B weggelassen) der inneren Schicht L4 werden gebildet ((1) in 5A).
Als nächstes wird in jedem kupferkaschierten Laminat 2a ein rechteckförmiges Loch 2h zum Einfügen des Metallkerns 3 gebildet ((2) in 5a). Außerdem wird in dem gewöhnlichen Prepreg 2b ein rechteckförmiges Loch 2h' zum Einfügen des Metallkerns 3 gebildet ((3) in 5A).
Zusätzlich können wie in 6 gezeigt bei der Ausbildung der rechteckförmigen Löcher 2h und 2h' in den kupferplattinierten Laminaten 2a und dem gewöhnlichen Prepreg 2b eine Vielzahl von Vorsprüngen bzw. Absätzen (engl.: „ledge”) 2s, welche nach innen ragen, an den Innenflächen bzw. Innenwänden der rechteckförmigen Löcher 2h und 2h' in vorgegebenen Abständen gebildet werden. In diesem Fall ist die Länge von jedem Vorsprung bzw. Absatz 2s derart gewählt, dass die Außenfläche des Metallkerns 3 in einem Zustand, in dem der Metallkern 3 in das rechteckförmige Loch 2h oder 2h' eingesetzt ist, nahezu erreicht wird. Dadurch sind die Kontaktflächen zwischen dem Metallkern 3 und den Seitenwänden der rechteckförmigen Löcher 2h und 2h' klein ausgebildet, und das Einsetzen des Metallkerns 3 in die rechteckförmigen Löcher 2h und 2h' wird erleichtert.
Ferner werden ein Prepreg 1a mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der eine vorgegebene Dicke aufweist, und eine Kupferfolie 5, die an der Unterseite des Prepregs 1a angebracht werden soll, bereitgestellt, wobei die Kupferfolie 5 eine vorgegebene Dicke aufweist ((4) in 5A). Des Weiteren wird ein Metallkern 3 mit einer vorgegebenen Form durch Bearbeitung einer Metallplatte aus Kupfer oder Ähnlichem gebildet ((5) in 5A).
Dann werden eines der kupferkaschierten Laminate 2a, das gewöhnliche Prepreg 2b, und das andere der kupferkaschierten Laminate 2a in dieser Reihenfolge von unten gesehen gestapelt bzw. übereinandergeschichtet, und der Metallkern 3 wird in die rechteckförmigen Löcher 2h und 2h' eingefügt. Des Weiteren werden das Prepreg 1a mit hoher Wärmeleitfähigkeit und die Kupferfolie 5 in dieser Reihenfolge über dem zuvor erwähnten Stapel gestapelt, und der Stapel wird unter Druck in der vertikalen Richtung bzw. in vertikaler Richtung (der Dickenrichtung von jedem Element) durch Anwendung bzw. Zuführung von Wärme verbunden bzw. gebondet ((6) in 5B). Die Kunstharze der Prepregs 2b und 1a werden geschmolzen und dringen in die Zwischenräume zwischen den Elementen ein, und die Elemente werden miteinander verklebt, und die zweite Isolationsschicht 2, die erste Isolationsschicht 1, und die inneren Schichten L2 bis L4 werden gebildet ((6') in 5B).
Als nächstes werden an vorbestimmten Teilen Löcher mit einem Bohrer oder Ähnlichem geöffnet, und die inneren Oberflächen der Löcher werden metallisiert bzw. beschichtet, und die Durchgangslöcher 6a bis 6e (die durch das Bezugszeichen 6 in 5B dargestellten Teile) werden gebildet ((7) in 5B). Als nächstes wird eine Ätzbehandlung bzw. ein Ätzverfahren oder Ähnliches auf die Kupferfolie 5 auf dem obersten Teil angewendet, und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i (Bezugszeichen ist in 5B weggelassen) der oberen Oberflächenschicht L1 werden auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 ausgebildet. Außerdem wird eine Ätzbehandlung bzw. ein Ätzverfahren oder Ähnliches auf die Kupferfolie auf dem untersten Teil angewendet, und die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w (Bezugszeichen ist in 5B weggelassen) der unteren Oberflächenschicht L5 werden auf der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 gebildet ((8) in 5B). Die Montagebereiche Ra bis Rj (1 und 4) der Elektronikbauteile werden ebenfalls zu diesem Zeitpunkt auf beiden Oberflächenschichten L1 und L5 vorgesehen.
Dann wird eine Oberflächenbehandlung wie etwa ein Bedrucken mit Fotolack oder ein Siebdruckverfahren auf die Oberseite der ersten Isolationsschicht 1, die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i, die Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2, die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w und Ähnliche, welche freigelegt sind, angewendet ((9) in 5B). Dann werden beispielsweise überflüssige Ecken bzw. Kanten der Isolationsschichten 1 und 2 abgeschnitten, und die äußere Form wird bearbeitet ((10) in 5B). Dadurch wird die Leiterplatte 10 gebildet.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die erste Isolationsschicht 1 auf den Oberseiten des Metallkerns 3 und der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen, und daher können eine oder mehrere der Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d und 9f auf einfache Weise über dem Metallkern 3 montiert werden, während sie von dem Metallkern 3 isoliert sind bzw. derart oberhalb des Metallkerns 3 montiert werden, dass sie von dem Metallkern 3 isoliert sind. Ebenso können die Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h und 5i auf einfache Weise über dem Metallkern 3 ausgebildet werden, während sie von dem Metallkern 3 isoliert sind bzw. derart oberhalb des Metallkerns 3 ausgebildet werden, dass sie von dem Metallkern 3 isoliert sind. Dadurch kann eine elektrische Schaltung auf einfache Weise auf der Oberseite der Leiterplatte 10 gebildet werden, und die Montagedichte der Leiterplatte 10 kann erhöht werden.
Des Weiteren ist die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1 größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2, und die Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 ist größer als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1. Dementsprechend kann Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9a, 9i, 9d und 9f erzeugt wird, welche über dem Metallkern 3 montiert sind, auf einfache Weise über die erste Isolationsschicht 1 auf den Metallkern 3 übertragen werden. Ferner wird die Wärme von der Unterseite des Metallkerns 3, welche mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht 2 freiliegt, auf den in Kontakt befindlichen Kühlkörper 4 übertragen, und die Wärme kann effizient von dem Kühlkörper 4 nach außen abgestrahlt werden.
Des Weiteren wird, indem die erste Isolationsschicht 1 und die zweite Isolationsschicht 2 aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden, und indem die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1 größer als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2 ausgestaltet wird, selbst wenn die Härte der ersten Isolationsschicht 1 größer als die Härte der zweiten Isolationsschicht 2 ist, lediglich die erste Isolationsschicht 1 ganz oben bzw. obenauf gehärtet, nicht die gesamte Leiterplatte 10 in der Dickenrichtung. Dementsprechend können die Durchgangslöcher 6a bis 6e auf einfache Weise in der Leiterplatte 10 derart gebildet werden, dass sie die erste Isolationsschicht 1 und die zweite Isolationsschicht 2 durchdringen. Der Freiheitsgrad mit Bezug auf die Schaltungskonfiguration bzw. bei dem Aufbau bzw. der Konfiguration der Schaltung der mehrschichtigen Leiterplatte 10 kann erhöht werden, indem beispielsweise eine Vielzahl von Verdrahtungsmustern auf den unterschiedlichen Schichten L1 bis L5 der Leiterplatte 10 durch die Durchgangslöcher 6a bis 6e verbunden werden, oder indem die Anschlussleiter t1 und t2 des diskreten Bauelements 9c in die Durchgangslöcher 6c und 6d eingefügt werden und dieselben verlötet werden. Außerdem kann die Leiterplatte 10 auf einfache Weise auf eine vorgegebene Größe (äußere Form) zugeschnitten werden.
Des Weiteren ist bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Dicke der ersten Isolationsschicht 1, welche die härtere der Isolationsschichten 1 und 2 ist, dünner bzw. kleiner ausgebildet als die Dicke der zweiten Isolationsschicht 2, welche die weichere der beiden ist. Dementsprechend können die Durchgangslöcher 6a bis 6e auf einfache Weise gebildet werden, indem auf einfache Weise die Löcher mit einem Bohrer oder Ähnlichem derart gebildet werden, dass sie die erste Isolationsschicht 1 und die zweite Isolationsschicht 2 durchdringen.
Außerdem ist bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Metallkern 3 über bzw. auf einem breiten bzw. weiten Bereich derart vorgesehen, dass er eine Vielzahl von Montagebereichen Ra, Rb, Rd und Rf überlappt bzw. überdeckt, welche auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 vorgesehen sind. Dementsprechend kann eine Vielzahl von Elektronikbauteilen 9a, 9b, 9d und 9f auf einfache Weise über dem Metallkern 3 montiert werden, während diese von dem Metallkern 3 isoliert sind bzw. kann eine Vielzahl von Elektronikbauteilen 9a, 9b, 9d und 9f auf einfache Weise derart oberhalb des Metallkerns 3 montiert werden, dass diese von dem Metallkern 3 isoliert sind, und auch eine Vielzahl von Verdrahtungsmustern 5a bis 5e, 5h und 5i kann auf einfache Weise gebildet werden. Ferner kann Wärme, die von der Vielzahl von Elektronikbauteilen 9a, 9b, 9d und 9f erzeugt wird, welche über dem Metallkern 3 montiert sind, mittels der ersten Isolationsschicht 1 und des Metallkerns 3 auf den Kühlkörper 4 übertragen werden, und effizient und kollektiv abgestrahlt werden.
Ferner werden bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die jeweiligen Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', und 5j'' bis 5n'' auf der inneren Schicht L2 zwischen der ersten Isolationsschicht 1 und der zweiten Isolationsschicht 2, und den inneren Schichten L3 und L4 innerhalb der zweiten Isolationsschicht 2 gebildet. Dementsprechend kann Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9a bis 9g erzeugt wird, welche auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 montiert sind, über die gesamte Leiterplatte 10 mittels der Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', und 5j'' bis 5n'' der inneren Schichten L2 bis L4 verteilt werden, nachdem sie zu der ersten Isolationsschicht 1 und dem Metallkern 3 übertragen worden ist.
Ferner sind in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Montagebereiche Rh bis Rj der bzw. für die Elektronikbauteile 9h bis 9j und die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w auf der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen. Dementsprechend kann Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9a bis 9g auf der Oberseite erzeugt wird und auf die gesamte Leiterplatte 10 verteilt wird, und Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9h bis 9j auf der Unterseite erzeugt wird, unterhalb der Leiterplatte 10 abgestrahlt werden. Außerdem kann auf der Unterseite der Leiterplatte 10 eine elektrische Schaltung auf einfache Weise gebildet werden, und die Montagedichte der Leiterplatte 10 kann weiter erhöht werden.
Ferner sind in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Verdrahtungsmuster 5a, 5e, 5f, 5h, 5j, 5k, 5m, 5n, 5j', 5k', 5m', 5n', 5j'', 5k'', 5m'', 5n'', 5o, 5p, 5r und 5s, welche auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1, und im inneren und auf der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen sind, mittels der Durchgangslöchern 6a bis 6e verbunden. Dementsprechend kann Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9a bis 9g auf der Oberseite der Leiterplatte 10 erzeugt wird, und auf die Verdrahtungsmuster 5a, 5e, 5f und 5h übertragen wird, auf die Verdrahtungsmuster 5j, 5k, 5m, 5n, 5j', 5k', 5m', 5n', 5j'', 5k'', 5m'' und 5n'' im Inneren mittels der Durchgangslöcher 6a bis 6e übertragen werden, und auf die gesamte Leiterplatte 10 verteilt werden. Des Weiteren kann die Wärme auch auf die Verdrahtungsmuster 5o, 5p, 5r und 5s auf der Unterseite übertragen werden, und unten bzw. nach unten abgestrahlt werden oder über den Metallkern 3 und den Kühlkörpers 4 abgestrahlt werden.
Des Weiteren ist bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Kühlkörper 4 getrennt bzw. separat von den Elektronikbauteilen 9h bis 9j und den Verdrahtungsmustern 5o bis 5w vorgesehen, die auf der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 montiert sind. Dementsprechend kann verhindert werden, dass die Elektronikbauteile 9a bis 9j, und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5w, welche auf der Leiterplatte 10 montiert sind, mittels des Kühlkörpers 4 unbeabsichtigt elektrisch verbunden werden, und eine elektrische Schaltung kann zuverlässig ausgebildet werden.
Als nächstes werden Strukturen bzw. Aufbauten einer Leiterplatte 10' und eines elektronischen Bauelements 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben werden.
7 ist eine Darstellung, welche eine obere Oberflächenschicht bzw. Randschicht bzw. Deckschicht L1 an der bzw. auf der Oberseite bzw. oberen Oberfläche der Leiterplatte 10' gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 8 ist eine Darstellung, welche einen Querschnitt entlang B-B in 7 zeigt. Außerdem sind in jeder der Zeichnungen die Leiterplatte 10' und das elektronische Bauelement 100 der Einfachheit halber nur teilweise dargestellt. Des Weiteren sind die inneren Schichten L2 bis L4 und eine untere Oberflächenschicht L5 der Leiterplatte 10' gleich zu denjenigen in den 3 und 4.
Bei der Leiterplatte 10' gemäß der zweiten Ausführungsform durchdringen wie in den 7 und 8 gezeigt Schrauben 8 einen Metallkern 3 und sind mit einem Kühlkörper 4 verschraubt, wodurch der Metallkern 3 und der Kühlkörper 4 befestigt bzw. fixiert werden.
Genauer gesagt sind die Flächen der Oberflächen des Metallkerns 3 und eines Vorsprungs 4a des Kühlkörpers 4, welche einer ersten Isolationsschicht 1 zugewandt sind, größer als die Gesamtfläche der Montagebereiche Ra, Rb, Rd und RF, welche auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 vorgesehen sind.
Wie in 7 gezeigt sind Durchdringungslöcher 7h' und 3h' 8) an nicht-überlappenden bzw. nicht-überdeckenden Positionen P1, P2, P3 und P4 der ersten Isolationsschicht 1 vorgesehen, die nicht mit Montagebereichen Ra bis Rg und Verdrahtungsmustern 5a bis 5i der oberen Oberflächenschicht L1 überlappen bzw. die die Montagebereiche Ra bis Rg und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i der oberen Oberflächenschicht L1 nicht überdecken, wobei die Durchdringungslöcher 7h' und 3h' die erste Isolationsschicht 1 bzw. den Metallkern 3 durchdringen. Außerdem sind die nicht-überlappenden Positionen P1, P2, P3 und P4 und die Durchdringungslöcher 7h' und 3h' derart vorgesehen, dass sie nicht mit Verdrahtungsmustern 5j bis 5w und Montagebereichen Rh bis Rj von anderen Schichten L2 bis L5 überlappen bzw. dass sie nicht die Verdrahtungsmuster 5i bis 5w und die Montagebereiche Rh bis Rj der anderen Schichten L2 bis L5 überdecken. Der Vorsprung 4a des Kühlkörpers 4 ist derart mit Schraubenlöchern 4h' versehen, dass diese mit den Durchdringungslöchern 7h' und 3h' kommunizieren bzw. dass diese auf die Durchdringungslöcher 7h' und 3h' ausgerichtet sind.
Vier Schrauben 8 durchdringen die Durchdringungslöcher 7h' und 3h' von oberhalb der ersten Isolationsschicht 1, und sind mit den Schraubenlöchern 4h' des Kühlkörpers 4 verschraubt. Dadurch ist wie in 8 gezeigt der Vorsprung 4a des Kühlkörpers 4 an der Unterseite des Metallkerns 3 fixiert bzw. befestigt.
Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die Schrauben 8 die Leiterplatte 10' von oben durchdringen und mit dem Kühlkörper 4 verschraubt werden, und der Metallkern 3 und der Kühlkörper 4 können in engen Kontakt gebracht werden, ohne dass die Schrauben 8 die Elektronikbauteile 9a bis 9j und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5w beeinträchtigen. Wärme, die von den Elektronikbauteilen 9a, 9b, 9d und 9f erzeugt wird, welche oberhalb des Metallkerns 3 bzw. über dem Metallkern 3 montiert sind, kann dann über die erste Isolationsschicht 1 und den Metallkern 3 effizient auf den Kühlkörper 4 übertragen werden, und die Wärme kann effizient von dem Kühlkörper 4 abgestrahlt werden.
Die Erfindung kann anhand verschiedener Ausführungsformen, neben den oben beschriebenen Ausführungsformen, verwirklicht werden. Beispielsweise veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen die Durchgangslöcher 6a bis 6e vorgesehen sind, um die Verdrahtungsmuster der Leiterplatten 10 oder 10', die auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht 1 vorhanden sind und innerhalb und auf der Unterseite der zweiten Isolationsschicht 2 vorhanden sind, elektrisch zu verbinden, aber die Erfindung ist nicht auf derartige Beispiel beschränkt. Alternativ dazu kann ein Leiter bzw. Stromleiter wie etwa ein Kupferanschluss oder -kontakt in einer derartigen Weise vorgesehen sein, dass er die Leiterplatte durchdringt, und die Verdrahtungsmuster auf unterschiedlichen Schichten können dadurch verbunden werden. Außerdem umfassen die Durchgangslöcher in einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung nicht lediglich Durchgangslöcher welche die elektrische Verdrahtung bilden, sondern beispielsweise auch Durchgangslöcher, welche Wärmeübertragungspfade (sogenannte thermische Vias bzw. thermische Durchkontaktierungen) bilden.
Außerdem veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen eine Wärmeleitpaste zwischen dem Metallkern 3 und dem Kühlkörper 4 vorhanden ist, aber eine Folie oder eine Platte mit Isolationseigenschaften und einer Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise alternativ dazu verwendet werden.
Ferner veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen die Form des Metallkerns 3 von oben gesehen rechteckförmig ist, aber dies ist nicht einschränkend, und von oben betrachtet kann die Form des Metallkerns eine beliebige Form in Abhängigkeit von der Positionsanordnung und den Formen der Elektronikbauteile, die Wärme erzeugen, einnehmen.
Ferner veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen der Kühlkörper 4 als der Wärmestrahler verwendet wird, aber ein Kühler, der mittels Luft oder mittels Wasser kühlt bzw. gekühlt wird, oder ein Kühler welcher ein Kühlmittel verwendet, kann beispielsweise alternativ dazu verwendet werden. Außerdem kann anstelle des metallischen Kühlers auch ein Kühler verwendet werden, der aus einem Kunstharz mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
Ferner veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen die Schraube 8 als ein Schraubenelement verwendet wird, aber ein Stift bzw. Bolzen oder Ähnliches kann alternativ dazu verwendet werden. Außerdem kann der Kühler unterhalb der Leiterplatte mittels anderer Befestigungsmittel angebracht werden.
Des Weiteren veranschaulichen die oben beschriebenen Ausführungsformen Beispiele, bei denen die Erfindung bei der Leiterplatte 10 oder 10' eingesetzt wird, die mit zwei Oberflächenschichten L1 und L5 und drei inneren Schichten L2 bis L4 versehen ist, aber die Erfindung kann auch bei einer einschichtigen Leiterplatte, welche Leiter bzw. Stromleiter wie etwa die Verdrahtungsmuster aufweist, die lediglich auf der Oberseite vorgesehen sind, oder einer Leiterplatte, welche Leiter bzw. Stromleiter aufweist, die auf zwei oder mehreren Schichten vorgesehen sind, eingesetzt werden.
Weiterhin nennen die oben beschriebenen Ausführungsformen einen Gleichspannungswandler, der an einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert ist, als ein Beispiel für das elektronische Bauelement 100, aber die Erfindung kann auch bei anderen elektronischen Bauelementen eingesetzt werden, die mit einer Leiterplatte, einem Wärme erzeugenden Elektronikbauteil, und einem Kühler versehen sind.
Während die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute, die aus dieser Beschreibung Nutzen ziehen, erkennen, dass andere Ausführungsformen entworfen werden können, welche nicht von dem Schutzbereich der Erfindung wie sie hierin offenbart ist abweichen. Dementsprechend sollte der Schutzbereich der Erfindung lediglich durch die angehängten Patentansprüche beschränkt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-263912 [0001]
JP 2015-120488 [0001]
JP 2007-36050 A [0004, 0005, 0006]
JP 2014-179416 A [0004, 0005, 0005, 0005, 0006, 0006]
JP 2014-179415 A [0004, 0005, 0005, 0005, 0006]
JP 2012-119607 A [0004, 0005, 0006, 0006]
JP 2006-49887 A [0004, 0005, 0005, 0007, 0007]
JP 2008-251671 A [0004, 0005, 0007, 0007]
JP 2014-157949 A [0004, 0005, 0005, 0007]
JP 6-244303 A [0004, 0005, 0005, 0006]

Claims

Leiterplatte, aufweisend: eine erste Isolationsschicht mit einer Oberseite, auf der ein Montagebereich für ein Elektronikbauteil, und ein Verdrahtungsmuster vorgesehen sind; einen thermischen Leiter, der auf einer Unterseite der ersten Isolationsschicht derart vorgesehen ist, dass er in vertikaler Richtung gesehen zumindest den Montagebereich überdeckt; und eine zweite Isolationsschicht, die auf der Unterseite der ersten Isolationsschicht um den thermischen Leiter herum vorgesehen ist, wobei eine Unterseite des thermischen Leiters mit Bezug auf die zweite Isolationsschicht freiliegt, wobei Wärmeleitfähigkeiten der ersten Isolationsschicht und des thermischen Leiters größer als eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht sind, wobei eine Härte der ersten Isolationsschicht größer als eine Härte der zweiten Isolationsschicht ist, und wobei die Leiterplatte ferner ein Durchgangsloch enthält, welches die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht durchdringt.
Leiterplatte gemäß Anspruch 1, wobei eine Dicke der ersten Isolationsschicht kleiner als eine Dicke der zweiten Isolationsschicht ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeleitfähigkeit des thermischen Leiters größer als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht ist.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der thermische Leiter derart auf einem großen Bereich vorgesehen ist, dass er eine Vielzahl der Montagebereiche, die auf der Oberseite der ersten Isolationsschicht vorgesehen ist, überdeckt.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Isolationsschicht einen Laminataufbau aufweist, und wobei ein Verdrahtungsmuster sowohl auf einer ersten inneren Schicht, die zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht vorhanden ist, als auch auf einer zweiten inneren Schicht vorgesehen ist, die innerhalb der zweiten Isolationsschicht vorhanden ist.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Montagebereich für ein Elektronikbauteil, und ein Verdrahtungsmuster auf einer Unterseite der zweiten Isolationsschicht vorgesehen sind.
Elektronisches Bauelement, umfassend: eine Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; ein Elektronikbauteil, das auf einem Montagebereich, mit dem die Leiterplatte versehen ist, montiert ist, und das Wärme erzeugt; und einen Wärmestrahler, der derart vorgesehen ist, dass er eine Unterseite eines thermischen Leiters, mit dem die Leiterplatte versehen ist, berührt.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7, wobei der Wärmestrahler getrennt von einem Stromleiter oder einem Elektronikbauteil, das an einer Unterseite einer zweiten Isolationsschicht, mit der die Leiterplatte versehen ist, montiert ist, vorgesehen ist.
Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei eine Fläche einer Oberfläche von jedem des thermischen Leiters und des Wärmestrahlers, die einer ersten Isolationsschicht zugewandt sind, mit der die Leiterplatte versehen ist, größer als eine Fläche eines Montagebereichs ist, mit dem die erste Isolationsschicht versehen ist, wobei ein Durchdringungsloch, das die erste Isolationsschicht und den thermischen Leiter durchdringt, an einer nicht-überlappenden Position, die den Montagebereich und das Verdrahtungsmuster nicht überdeckt, der ersten Isolationsschicht vorgesehen ist, und der Wärmestrahler derart mit einem Schraubenloch versehen ist, dass dieses mit dem Durchdringungsloch kommuniziert, und wobei der Wärmestrahler an der Unterseite des thermischen Leiters fixiert ist, indem bewirkt wird, dass ein Schraubenelement das Durchdringungsloch von oberhalb der ersten Isolationsschicht durchdringt und mit dem Schraubenloch verschraubt ist.