DE102016209903A1

DE102016209903A1 - Leiterplatte und Elektronikvorrichtung

Info

Publication number: DE102016209903A1
Application number: DE102016209903.5A
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Kobayashi; Masato Kasashima; Koichi Suzuki
Original assignee: Aikokiki Manufacturing Co Ltd; Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Aikokiki Manufacturing Co Ltd Kasugai-Shi Jp; Omron Corp
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2016-12-15
Also published as: US9769916B2; CN106255308B; JP6501638B2; CN106255308A; US20160366757A1; JP2017005131A

Abstract

Eine Leiterplatte (10) enthält eine erste Isolationsschicht (1) mit Anbringbereichen (Ra bis Re) für Elektronikbauteile (9a bis 9e) und Verdrahtungsmuster (5b, 5c, 5e, 5f, 5h), die auf einer oberen Oberfläche vorgesehen ist, eine zweite Isolationsschicht (2), die derart vorgesehen ist, dass sie in Kontakt mit einer unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht (1) steht, und einen Metallkern (3), der derart in die zweite Isolationsschicht (2) eingebettet ist, dass er vertikal mit den Anbringbereichen (Ra, Rb, Rd) überlappt. Der Metallkern (3) ist in einer vorbestimmten Form gebildet durch Ausstanzen einer Metallplatte. Eine äußere Oberfläche, die senkrecht zur Dickenrichtung des Metallkerns (3) verläuft, ist eine hervorstehende Oberfläche (3c) mit einem gekrümmten Abschnitt (3d), der an ihrer Kante gebildet ist, und steht in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht (1). Die andere äußere Oberfläche, die senkrecht zur Dickenrichtung des Metallkerns (3) verläuft, ist eine zurückgesetzte Oberfläche (3a) mit einem hervorstehenden Abschnitt (3b), der an ihrer Kante gebildet ist, und liegt von einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht (2) frei.

Description

HINTERGRUND
(1) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zum Ableiten der durch ein Elektronikbauteil erzeugten Wärme, wobei das Elektronikbauteil auf einer Leiterplatte montiert ist, und wobei das Ableiten mittels eines in die Leiterplatte eingebetteten Wärmeübertragungselements erfolgt.
(2) Stand der Technik
Verschiedene Techniken sind bekannt zum Einbetten eines Wärmeübertragungselements in einer Leiterplatte, um Wärme abzuleiten, die durch das auf der Leiterplatte montierte Elektronikbauteil erzeugt wird.
So wird beispielsweise gemäß der Patentdokumente 1 bis 3 ein aus Metall (wie beispielsweise Kupfer) hergestelltes Wärmeübertragungselement in eine Isolationsschicht einer Leiterplatte eingebettet, und ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil ist über dem Wärmeübertragungselement angebracht.
Nach Patentdokument 1 ist ein Verdrahtungsmuster jeweils auf oberen und der unteren Oberflächen und innerhalb der Leiterplatte vorgesehen, und das Elektronikbauteil ist auf dem Verdrahtungsmuster auf der oberen Oberfläche angebracht, welche mit dem Wärmeübertragungselement elektrisch verbunden ist. Eine untere Oberfläche des Wärmeübertragungselements ist mit der hochgradig wärmeleitenden Isolierschicht bedeckt, und ein Wärmeableitungselement ist vorgesehen, um im Kontakt mit einer unteren Oberfläche der Isolierschicht zu stehen. Dadurch wird durch das Elektronikbauteil erzeugte Wärme zu dem Wärmeableitungselement übertragen durch das Verdrahtungsmuster auf der oberen Oberfläche, das Wärmeübertragungselement und die hochgradig wärmeleitende Isolierschicht, und von dem Wärmeableitungselement nach Außen abgeleitet.
Nach Patentdokument 2 liegt eine untere Oberfläche des Wärmeübertragungselements von der Isolierschicht der Leiterplatte frei, und das Elektronikbauteil ist oberhalb des Wärmeübertragungselements durch die hochgradig wärmeleitende Isolierschicht und ein Verdrahtungsmuster angebracht. Dadurch wird die durch das Elektronikbauteil erzeugte Wärme von der freiliegenden unteren Oberfläche des Wärmeübertragungselements durch das Verdrahtungsmuster, die hochgradig wärmeleitende Isolierschicht und das Wärmeübertragungselement nach Außen abgeleitet.
Nach Patentdokument 3 liegen obere und untere Oberflächen des Wärmeübertragungselements von der Isolierschicht der Leiterplatte frei, und das Elektronikbauteil ist oberhalb des Wärmeübertragungselements durch Lötzinn angebracht. Des Weiteren ist ein Wärmeableitungselement auf unteren Oberflächen der Leiterplatte und des Wärmeübertragungselements durch ein Wärmetransfermaterial, wie etwa Wärmeleitpaste, vorgesehen. Die durch das Elektronikbauteil erzeugte Wärme wird somit durch den Lötzinn, das Wärmeübertragungselement und das Wärmetransfermaterial zu dem Wärmeableitungselement übertragen, und wird von dem Wärmeableitungselement nach Außen abgeleitet.
Nun kann beispielsweise, wie in Patentdokument 3 offenbart, das Wärmeübertragungselement in einfacher Weise in einer vorbestimmten Form gebildet werden durch Ausstanzen einer Metallplatte in Dickenrichtung (Stanzen). In diesem Fall wird eine äußere Oberfläche, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements verläuft, zu einer hervorstehenden Oberfläche mit einem an ihrer Kante angeordneten gekrümmten Abschnitt (einer sogenannten ”Scherschräge”), und die andere äußere Oberfläche, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements verläuft, wird zu einer zurückgesetzten Oberfläche mit einem an ihrer Kante angeordneten hervorstehenden Abschnitt (einem sogenannten ”Grat”).
Um zu verhindern, dass der Lötzinn zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem Elektronikbauteil herausfließt, liegt die zurückgesetzte Oberfläche des Wärmeübertragungselements gemäß Patentdokument 3 derart von der oberen Oberfläche der Leiterplatte frei, dass sie dem Elektronikbauteil gegenüberliegt. Des Weiteren liegt die hervorstehende Oberfläche des Wärmeübertragungselements derart von der unteren Oberfläche der Leiterplatte frei, dass sie dem Wärme ableitungselement gegenüberliegt.
Daneben werden auch die äußeren Formen eines Metallsubstrats, wie in den Patentdokumenten 4 bis 6 offenbart, und ein Metall-Versteifungsblech, wie in Patentdokument 7 offenbart, durch das Ausstanzen einer Metallplatte in eine Dickenrichtung gebildet. Dann wird eine äußere Oberfläche, die senkrecht zu der Dickenrichtung davon verläuft, zu einer hervorstehenden Oberfläche mit einer Scherschräge, und die andere äußere Oberfläche wird zu einer zurückgesetzten Oberfläche mit einem Grat.
Gemäß jedem der Patentdokumente 4 und 5 wird die zurückgesetzte Oberfläche des Metallsubstrats auf einer oberen Oberfläche eines Wärmeableitungselement mittels Wärmeleitpaste oder Lötzinn angebracht. Gemäß Patentdokument 7 wird die zurückgesetzte Oberfläche des Metall-Versteifers auf einer oberen Oberfläche einer Leiterplatte mittels eines Klebstoffs angebracht. Gemäß Patentdokument 6 ist eine Vertiefung auf einer oberen Oberfläche des Metallsubstrats vorgesehen, wobei das Metallsubstrat an der Vertiefung ausgestanzt wird und ein Grat im Inneren der Vertiefung gebildet wird. Dann ist ein Verdrahtungsmuster auf der oberen Oberfläche des Metallsubstrats mit Ausnahme der Vertiefung vorgesehen, und ein Elektronikbauteil wird angebracht.
Zitatliste
Patentveröffentlichungen

Patentdokument 1: JP 2007-36050 A
Patentdokument 2: JP 2014-179416 A
Patentdokument 3: JP 2014-63875 A
Patentdokument 4: JP 2007-88365 A
Patentdokument 5: JP 2008-311294 A
Patentdokument 6: JP 2007-36013 A
Patentdokument 7: JP 2001-44312 A

KURZÜBERSICHT
Für den Fall, dass, wie beispielsweise in 6 gezeigt, ein Wärmeübertragungselement 53 in einer Leiterplatte 50 eingebettet ist, wird ein Elektronikbauteil 59 über dem Wärmeübertragungselement 53 angeordnet, und eine untere Oberfläche des Wärmeübertragungselements 53 liegt von einer Isolierschicht 52 der Leiterplatte 50 frei, so dass durch das Elektronikbauteil 59 erzeugte Wärme durch die Isolierschicht 51 und das Wärmeübertragungselement 53 an einen Bereich unterhalb der Leiterplatte 50 abgeleitet werden kann (siehe auch Patentdokumente 2 und 3). Da jedoch eine zurückgesetzte Oberfläche 53a des Wärmeübertragungselements 53, welches einen Grat 53b aufweist, dem Elektronikbauteil 59 gegenüberliegt, schneidet Grat 53b in die Isolierschicht 51 zwischen dem Elektronikbauteil 59 und dem Wärmeübertragungselement 53 und beschädigt die Isolierschicht 51 derart, dass die Isolationsleistung und Wärmetransferleistung der Leiterplatte 50 möglicherweise beeinträchtigt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein effizientes Ableiten von Wärme, die durch ein auf einer Leiterplatte angebrachtes Elektronikbauteil erzeugt wird, und das Verhindern einer Beeinträchtigung der Isolationsleistung der Leiterplatte.
Eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Isolationsschicht mit einem Anbringbereich für ein Elektronikbauteil und ein Verdrahtungsmuster, vorgesehen auf einer oberen Oberfläche; eine zweite Isolationsschicht, welche derart vorgesehen ist, dass sie in Kontakt mit einer unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht steht; und ein Wärmeübertragungselement, welches derart in der zweiten Isolationsschicht eingebettet ist, dass es den Anbringbereich vertikal überlappt. Das Wärmeübertragungselement ist in einer vorbestimmten Form gebildet durch Schneiden einer Metallplatte. Eine äußere Oberfläche, die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements verläuft, ist eine hervorstehende Oberfläche, mit einem gekrümmten Abschnitt (Scherschräge), der an ihrer Kante gebildet ist, und in Kontakt steht mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht. Die andere äußere Oberfläche, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements verläuft, ist eine zurückgesetzte Oberfläche, mit einem hervorstehenden Abschnitt (Grat), der an ihrer Kante gebildet ist, und von einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht freiliegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Wärmeübertragungselement in die zweite Isolationsschicht der Leiterplatte eingebettet, das Elektronikbauteil ist über dem Wärmeübertragungselement durch die erste Isolationsschicht angebracht, die hervorstehende Oberfläche des Wärmeübertragungselements, auf dem der gekrümmte Abschnitt gebildet ist, steht in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht, und die zurückgesetzte Oberfläche des Wärmeübertragungselements, auf der der hervorstehende Abschnitt gebildet ist, liegt von der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht frei. Somit kann die hervorstehende Oberfläche des Wärmeübertragungselements in engen Kontakt mit der ersten Isolationsschicht gebracht werden, um in einfacher Weise die durch das Elektronikbauteil erzeugte Wärme zu dem Wärmeübertragungselement durch die erste Isolationsschicht zu übertragen, und die Wärme kann in effizienter Weise von der zurückgesetzten Oberfläche des Wärmeübertragungselements nach Außen abgeleitet werden. Da ferner der hervorstehende Abschnitt des Wärmeübertragungselements zur Außenseite der Leiterplatte hin gerichtet ist, wird vermieden, dass die erste Isolationsschicht durch den hervorstehenden Abschnitt beschädigt wird, und es kann vermieden werden, dass eine Isolationsleistung der ersten Isolationsschicht, die das Elektronikbauteil und die Verdrahtungsmuster auf der Leiterplatte gegenüber dem Wärmeübertragungselement isolieren, beeinträchtigt wird.
In der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung kann die zurückgesetzte Oberfläche des Wärmeübertragungselements in Kontakt mit einem Wärmeableitungselement stehen, das unter der zweiten Isolationsschicht vorgesehen ist.
Außerdem kann in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht größer als eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht sein, und eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements kann größer sein als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht.
Außerdem kann in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Isolationsschicht einen Laminataufbau aufweisen, wobei ein Verdrahtungsmuster auf jeder von einer ersten Innenschicht, die zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht angeordnet sein kann, und einer zweiten Innenschicht, die im Inneren der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist, vorgesehen ist. In diesem Fall sind die Verdrahtungsmuster auf der ersten Innenschicht und der zweiten Innenschicht gegenüber dem Wärmeübertragungselement isoliert sind.
Außerdem kann in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anbringbereich für ein Elektronikbauteil und ein Verdrahtungsmuster auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht vorgesehen sein. In diesem Fall sind der Anbringbereich und das Verdrahtungsmuster auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht gegenüber dem Wärmeübertragungselement isoliert.
Außerdem kann die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung einen Durchgangsleiter aufweisen, der die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht durchdringt, um die Verdrahtungsmuster zu verbinden, die auf beiden der Isolationsschichten angeordnet sind. In diesem Fall ist der Durchgangsleiter gegenüber dem Wärmeübertragungselement isoliert.
Eine Elektronikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die oben beschriebene Leiterplatte, ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil, welches in dem Anbringbereich der Leiterplatte angebracht ist; und ein Wärmeableitungselement, welches unter der Leiterplatte vorgesehen ist. Eine nach oben hervorragende Erstbasis ist auf einer oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements vorgesehen. Die Erstbasis steht in Kontakt mit einem Bereich im Inneren des hervorstehenden Abschnitts auf der zurückgesetzten Oberfläche des Wärmeübertragungselements, welcher auf der Leiterplatte vorgesehen ist.
In der Elektronikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt eine Vertiefung vorgesehen zum Vermeiden eines Elektronikbauteils und eines Verdrahtungsmusters, welches auf einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht der Leiterplatte vorgesehen ist. Der hervorstehende Abschnitt ist bevorzugt auf der zurückgesetzten Oberfläche des Wärmeübertragungselements auf der oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements vorgesehen.
In der Elektronikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Durchdringungsloch vorgesehen sein in einem Nichtüberlappungsbereich, der nicht den Anbringbereich, das Verdrahtungsmuster und das Wärmeübertragungselement der Leiterplatte überlappt. Eine nach oben hervorragende Zweitbasis kann auf der oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements vorgesehen sein, separat von der Erstbasis. Die Zweitbasis kann in Kontakt mit dem Nichtüberlappungsbereich der Leiterplatte stehen. Eine Gewindebohrung kann derart auf der Zweitbasis vorgesehen sein, dass sie in Verbindung mit dem Durchdringungsloch steht. Die Leiterplatte kann auf dem Wärmeableitungselement durch ein Schraubenelement befestigt sein, welches das Durchdringungsloch von oberhalb der Leiterplatte durchdringt, und welches in die Gewindebohrung geschraubt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass durch ein auf einer Leiterplatte angebrachtes Elektronikbauteil erzeugte Wärme effizient abgeleitet wird, sowie dass eine Beeinträchtigung der Isolierleistung der Leiterplatte verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine obere Schicht einer Leiterplatte in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt einen Querschnitt entlang A-A in 1;
3 zeigt innenliegende Schichten der Leiterplatte von 1;
4 zeigt eine untere Schicht der Leiterplatte von 1;
5A zeigt Herstellungsschritte der Leiterplatte von 1;
5B zeigt nachfolgende Verfahrensschritte der Herstellungsschritte von 5A;
6 zeigt ein Diagramm zum Beschreiben eines Problems, dass durch einen Grat eines Wärmeübertragungselementes verursacht wird; und
7 zeigt ein Diagramm zum Beschreiben eines anderen Problems, das durch den Grat des Wärmeübertragungselements verursacht wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren sind die gleichen Elemente oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Zunächst werden Strukturen einer Leiterplatte 10 und einer Elektronikvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
1 zeigt eine obere Schicht L1 auf einer oberen Oberfläche der Leiterplatte 10. 2 zeigt einen Querschnitt entlang A-A in 1. 3 zeigt innere Schichten L2, L3, L4, die im Inneren der Leiterplatte 10 vorgesehen sind. 4 zeigt eine untere Schicht L5, die auf einer unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 vorgesehen ist. 1 und 3 zeigen jeweils eine Ansicht von oberhalb der Leiterplatte 10, und 4 zeigt eine Ansicht von unterhalb der Leiterplatte 10. In jeder der Figuren werden die Leiterplatte 10 und die Elektronikvorrichtung 100 zur Vereinfachung nur teilweise gezeigt.
Elektronikvorrichtung 100 ist beispielsweise ein Gleichspannungswandler, der in ein Elektroauto oder in ein Hybridfahrzeug eingebaut ist. Elektronikvorrichtung 100 umfasst Leiterplatte 10, Elektronikbauteile 9a bis 9j und eine Wärmesenke 4.
Wie in 2 gezeigt ist Leiterplatte 10 eine Mehrschichtplatte mit den Oberflächenschichten L1, L5, die jeweils auf den oberen und unteren Oberflächen vorgesehen sind, und der Mehrzahl von Innenschichten L2, L3, L4, die im Inneren davon vorgesehen sind. Leiterplatte 10 umfasst eine erste Isolationsschicht 1, eine zweite Isolationsschicht 2, einen Metallkern 3, eine Wärmesenke 4, Verdrahtungsmusters 5a bis 5w und Durchgangslöcher 6a bis 6e (siehe auch 1, 3 und 4).
Die erste Isolationsschicht 1 umfasst ein hochgradig wärmeleitendes Prepreg 1a. Das hochgradig wärmeleitende Prepreg 1a ist beispielsweise ein Prepreg mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einer Isoliereigenschaft, welches beispielsweise hergestellt wird durch Mischen eines Epoxidharzes mit einem Aluminiumoxid. Die erste Isolationsschicht 1 ist in eine flache Scheibenform geformt mit einer vorbestimmten Dicke (etwa 100 μm).
Die obere Schicht L1 ist auf einer oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 vorgesehen und liegt nach außen hin frei. Wie in 1 gezeigt sind Anbringbereiche Ra bis Rg für Elektronikbauteile 9a bis 9g und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i auf der oberen Schicht L1 vorgesehen.
Die Verdrahtungsmuster 5a bis 5i sind aus Kupferfolien mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Teile der Verdrahtungsmuster 5a bis 5i dienen als Anschlussflächen zum Löten der Elektronikbauteile 9a bis 9g.
Feldeffekttransistoren (FETs) 9a, 9b sind jeweils in den Anbringbereichen Ra, Rb angebracht. Ein diskretes Bauelement 9c ist in den Anbringbereichen Rc angebracht. Chipkondensatoren 9d bis 9g sind jeweils in den Anbringbereichen Rd bis Rg angebracht.
Die FETs 9a, 9b sind oberflächenmontierte Elektronikbauteile, die eine große Wärmemenge erzeugen. Ein Source-Anschluss s1 von FET 9a ist auf Verdrahtungsmuster 5a gelötet. Ein Gate-Anschluss g1 von FET 9a ist auf Verdrahtungsmuster 5b gelötet. Ein Drain-Anschluss d1 von FET 9a ist auf Verdrahtungsmuster 5c gelötet. Ein Source-Anschluss s2 von FET 9b ist auf Verdrahtungsmuster 5c gelötet. Ein Gate-Anschluss g2 von FET 9b ist auf Verdrahtungsmuster 5d gelötet. Ein Drain-Anschluss d2 von FET 9b ist auf Verdrahtungsmuster 5e gelötet.
Wie in 2 gezeigt ist das diskretes Bauelement 9c ein Elektronikbauteil mit Leiteranschlüssen t1, t2 (1), die durch die Leiterplatte 10 hindurchgehen. Ein Hauptkörper des diskreten Bauelementes 9c ist auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 angebracht. Leiteranschlüsse t1, t2 des diskreten Bauelementes 9c werden jeweils in die Durchgangslöcher 6c, 6d eingeführt und dann gelötet.
Die Chipkondensatoren 9d bis 9g sind oberflächenmontierte Elektronikbauteile. Wie in 1 gezeigt ist Chipkondensator 9d auf die Verdrahtungsmuster 5b, 5h gelötet. Chipkondensator 9e ist auf die Verdrahtungsmuster 5e, 5f gelötet. Chipkondensator 9f ist auf die Verdrahtungsmuster 5d, 5i gelötet. Chipkondensator 9g ist auf die Verdrahtungsmuster 5e, 5g gelötet.
Wie in 2 gezeigt ist die zweite Isolationsschicht 2 derart vorgesehen, dass sie in Kontakt mit einer unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 steht. Die zweite Isolationsschicht 2 entsteht durch Bonden eines kupferkaschierten Laminats 2a an jede von oberen und unteren Oberflächen eines gewöhnlichen Prepregs 2b, welches mit Kunstharz beschichtet ist. Das gewöhnliche Prepreg 2b meint ein Prepreg, welches als Material für eine allgemeine Leiterplatte dient. Das kupferkaschierte Laminat 2a ist ein Laminat, in dem Kupferfolien jeweils an oberen und unteren Oberflächen eines Plattenelementes befestigt sind, welches aus Kunstharz besteht, wie beispielsweise einem Epoxidharz, welches Glasfaser enthält. Entsprechend ist die zweite Isolationsschicht 2 in einer flachen Scheibenform geformt, die dicker als die erste Isolationsschicht 1 ist, und die einen Laminataufbau aufweist.
Ferner weist die zweite Isolationsschicht 2 zwei Arten von Isolierabschnitten auf, nämlich das gewöhnliche Prepreg 2b und einen Kern (hergestellt aus einem Kunstharz) 2c des kupferkaschierten Laminats 2a. Die Isolierabschnitte 2b, 2c bestehen aus unterschiedlichen Materialien, und die Dicke von jedem der Isolierabschnitte 2b, 2c ist die gleiche wie die Dicke der ersten Isolationsschicht 1. In einem anderen Beispiel können die Isolierabschnitte 2b, 2c unterschiedliche Dicken aufweisen.
Durch Verwendung eines Kupferfolienabschnittes von jedem kupferkaschierten Laminat 2a der zweiten Isolationsschicht 2, ist die Innenschicht L2 zwischen der ersten Isolationsschicht 1 und der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen, Innenschichten L3, L4 sind im Inneren der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen, und die untere Schicht L5 ist auf einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen.
Wie in 3 gezeigt sind die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' auf den Innenschichten L2 bis L4 vorgesehen. Jedes der Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' besteht aus einer Kupferfolie mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Im vorliegenden Beispiel hat jedes der Verdrahtungsmuster 5j, 5k, 5l, 5m, 5n auf der Innenschicht L2, der Verdrahtungsmuster 5j', 5k', 5l', 5m', 5n' auf der Innenschicht L3, und der Verdrahtungsmuster 5j'', 5k'', 5l'', 5m'', 5n'' auf der Innenschicht L4 die gleiche Form. In einem anderen Beispiel können die Verdrahtungsmuster auf den Innenschichten L2, L3, L4 unterschiedliche Formen haben. Innenschicht L2 ist ein Beispiel für eine ”erste Innenschicht” gemäß der vorliegenden Erfindung, und Innenschichten L3, L4 sind Beispiele für eine ”zweite Innenschicht” gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 gezeigt sind die Anbringbereiche Rh bis Rj für Elektronikbauteile 9h bis 9j und die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w auf der unteren Schicht L5 vorgesehen. Verdrahtungsmuster 5o bis 5w bestehen aus Kupferfolien mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Teile der Verdrahtungsmuster 5p, 5q, 5s, 5t, 5v, 5w dienen als Anschlussflächen zum Löten der Elektronikbauteile 9h bis 9j.
Elektronikbauteile 9h bis 9j sind oberflächenmontierte Chipkondensatoren. Chipkondensator 9h ist auf die Verdrahtungsmuster 5p, 5q gelötet. Chipkondensator 9i ist auf die Verdrahtungsmuster 5t, 5s gelötet. Chipkondensator 9j ist auf die Verdrahtungsmuster 5v, 5w gelötet.
Wie in 2 gezeigt ist Metallkern 3 in die zweite Isolationsschicht 2 eingebettet. Metallkern 3 ist in einem breiten Bereich derart vorgesehen, dass er in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 steht, und dass er in vertikaler Richtung teilweise oder vollständig die Mehrzahl von Anbringbereichen Ra, Rb, Rd, Rf und die Mehrzahl von Verdrahtungsmustern 5a bis 5e, 5h, 5i (1), die auf der oberen Schicht L1 vorgesehen sind, überlappt. Das bedeutet, dass Metallkern 3 von oben mit der ersten Isolationsschicht 1 bedeckt ist, und dass seine gesamte Seitenfläche mit der zweiten Isolationsschicht 2 bedeckt ist.
Metallkern 3 besteht aus Metall mit elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer. Wie in den 1 und 4 gezeigt ist Metallkern 3 in einer rechteckigen Form geformt, bei Ansicht von oben oder unten.
Metallkern 3 wird in einer vorbestimmten Form geformt durch Ausstanzen einer Metallplatte in der Dickenrichtung durch eine Presse. Somit wird wie in 2 gezeigt eine äußere Oberfläche 3c, die senkrecht zur Dickenrichtung (die von oben nach unten verlaufende Richtung in 2) des Metallkerns 3 verläuft, zu einer hervorstehenden Oberfläche mit einem gekrümmten Abschnitt (nachstehend als ”Scherschräge” bezeichnet) 3d, der an ihrer Kante verläuft. Ferner wird die andere äußere Oberfläche 3a, die senkrecht zur Dickenrichtung des Metallkerns 3 verläuft, zu einer zurückgesetzten Oberfläche mit einem hervorstehenden Abschnitt (nachstehend als ”Grat” bezeichnet) 3b, der an ihrer Kante gebildet ist.
Die hervorstehende Oberfläche 3c des Metallkerns 3 steht in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1. Die zurückgesetzte Oberfläche 3a und der Grat 3b des Metallkerns 3 liegen von der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 frei. Metallkern 3 ist ein Beispiel für ein ”Wärmeübertragungselement” gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 ist größer als eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1. Die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1 ist größer als eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2. Insbesondere beträgt die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht 2 beispielsweise 0.3 bis 0.5 W/mK (mK: meter-Kelvin), während die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht 1 3 bis 5 W/mK beträgt. Für den Fall das Metallkern 3 aus Kupfer besteht beträgt ferner die Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 etwa 400 W/mK.
In der oberen Schicht L1 ist die erste Isolationsschicht 1 zwischen die Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i und die Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f oberhalb des Metallkerns 3, und den Metallkern 3 eingefügt. Dementsprechend sind die Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i und die Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f gegenüber Metallkern 3 isoliert.
In jeder der Innenschichten L2 bis L4 ist ein Prepreg der zweiten Isolationsschicht 2 zwischen die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' in der Nähe des Metallkerns 3, und den Metallkern 3 eingefügt. Dementsprechend sind die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' gegenüber Metallkern 3 isoliert.
In der unteren Schicht L5 sind die Verdrahtungsmuster 5o, 5p, 5r, 5s, 5u in der Nähe von Metallkern 3 und Metallkern 3 voneinander durch einen vorbestimmten Isolierabstand getrennt. Dementsprechend sind die Verdrahtungsmuster 5o, 5p, 5r, 5s, 5u und die auf den Verdrahtungsmustern 5p, 5s angebrachten Elektronikbauteile 9h, 9i gegenüber Metallkern 3 isoliert.
Durchgangslöcher 6a bis 6e durchdringen die erste Isolationsschicht 1, die zweite Isolationsschicht 2 und die Verdrahtungsmuster auf den Isolationsschichten 1, 2 (2). Eine innere Oberfläche von jedem der Durchgangslöcher 6a bis 6e ist verkupfert oder mit Lötzinn überzogen. Durchgangslöcher 6a bis 6e verbinden die Verdrahtungsmuster auf den unterschiedlichen Schichten L1 bis L5 miteinander. Durchgangslöcher 6a bis 6e sind gegenüber Metallkern 3 durch Isolationsschichten 1, 2 isoliert. Durchgangslöcher 6a bis 6e sind Beispiele eines ”Durchgangsleiters” gemäß der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere ist, wie in den 1 bis 4 gezeigt, eine Mehrzahl der Durchgangslöcher 6a derart vorgesehen, dass sie die Isolationsschichten 1, 2, Verdrahtungsmuster 5a auf der oberen Schicht L1, Verdrahtungsmuster 5j, 5j', 5j'' auf den Innenschichten L2 bis L4, und Verdrahtungsmuster 5o auf der unteren Schicht L5 durchdringen. Jedes Durchgangsloch 6a verbindet die Verdrahtungsmuster 5a, 5j, 5j', 5j'', 5o.
Eine Mehrzahl der Durchgangslöcher 6b ist derart vorgesehen, dass sie die Isolationsschichten 1, 2, das Verdrahtungsmuster 5e auf der oberen Schicht L1, die Verdrahtungsmuster 5m, 5m', 5m'' auf den Innenschichten L2 bis L4, und die Verdrahtungsmuster 5s auf der unteren Schicht L5 durchdringen. Jedes Durchgangsloch 6b verbindet die Verdrahtungsmuster 5e, 5m, 5m', 5m'', 5s.
Durchgangsloch 6c ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1, 2, das Verdrahtungsmuster 5e auf der oberen Schicht L1, die Verdrahtungsmusters 5m, 5m', 5m'' auf den Innenschichten L2 bis L4, und die Verdrahtungsmuster 5s auf der unteren Schicht L5 durchdringt. Der eine Leiteranschluss t1 des diskreten Bauelements 9c wird an das Durchgangsloch 6c gelötet, und Leiteranschluss t1 und Verdrahtungsmuster 5e, 5m, 5m', 5m'', 5s werden verbunden.
Durchgangsloch 6d ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1, 2, das Verdrahtungsmuster 5f auf der oberen Schicht L1, die Verdrahtungsmuster 5n, 5n', 5n'' auf den Innenschichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5r auf der unteren Schicht L5 durchdringt. Der andere Leiteranschluss t2 des diskreten Bauelements 9c wird an das Durchgangsloch 6d gelötet, und der Leiteranschluss t2 und die Verdrahtungsmuster 5f, 5n, 5n', 5n'', 5r werden verbunden.
Durchgangsloch 6e ist derart vorgesehen, dass es die Isolationsschichten 1, 2, das Verdrahtungsmuster 5h auf der oberen Schicht L1, die Verdrahtungsmuster 5k, 5k', 5k'' auf den Innenschichten L2 bis L4, und das Verdrahtungsmuster 5p auf der unteren Schicht L5 durchdringt. Durchgangsloch 6e verbindet die Verdrahtungsmuster 5h, 5k, 5k', 5k'', 5p.
Wie in 2 gezeigt ist die Wärmesenke 4 unterhalb der zweiten Isolationsschicht 2 und des Metallkerns 3 der Leiterplatte 10 vorgesehen. Wärmesenke 4 besteht aus Metall wie beispielsweise Aluminium, und gibt die von der Leiterplatte 10 erzeugte Wärme nach Außen ab und kühlt Leiterplatte 10. Wärmesenke 4 ist ein Beispiel für ein ”Wärmeableitungselement” gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Erstbasis 4a und eine Zweitbasis 4b sind auf einer oberen Oberfläche der Wärmesenke 4 derart gebildet, dass sie nach oben ragen. Eine obere Oberfläche von jedem der Basiselemente 4a, 4b verläuft parallel zu einer Plattenoberfläche der Leiterplatte 10. Wie in Draufsicht auf die Leiterplatte 10 ersichtlich ist die Fläche der Erstbasis 4a kleiner als die Fläche des Metallkerns 3, wie in 1 gezeigt.
Eine Gewindebohrung 4h ist auf der Zweitbasis 4b gebildet und verläuft parallel zur Dickenrichtung (die von oben nach unten verlaufende Richtung in 2) der Leiterplatte 10. In jeder der Isolationsschichten 1, 2 ist ein Durchdringungsloch 7 in einem Nichtüberlappungsbereich P vorgesehen, der die Anbringbereiche Ra bis Rj und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5w nicht überlappt. Wie in Draufsicht auf die Leiterplatte 10 ersichtlich ist die Fläche der Zweitbasis 4b geringfügig kleiner als die Fläche jedes Nichtüberlappungsbereichs P, wie in 1 gezeigt. Darüber hinaus ist die Fläche der Zweitbasis 4b größer als die Fläche des Durchdringungslochs 7 (siehe die 3 und 4).
Wenn Zweitbasis 4b auf der unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 in Kontakt mit Nichtüberlappungsbereich P gebracht wird, werden Durchdringungsloch 7 und Gewindebohrung 4h miteinander in Verbindung gebracht. Wenn dann eine Schraube 8 das Durchdringungsloch 7 von oberhalb der ersten Isolationsschicht 1 durchdringt und in die Gewindebohrung 4h geschraubt wird, so wird Zweitbasis 4b an der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 befestigt, wie in 2 gezeigt. Leiterplatte 10 ist an Wärmesenke 4 befestigt durch Vorsehen von einer Mehrzahl solcher Schrauborte. Wie in 1 gezeigt ist die Fläche eines Kopfes von Schraube 8 kleiner als die Fläche des Nichtüberlappungsbereiches P. Schraube 8 ist ein Beispiel für ein ”Schraubenelement” gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einem Zustand in dem wie in 2 gezeigt Wärmesenke 4 und Leiterplatte 10 aneinander befestigt sind, steht die obere Oberfläche der Erstbasis 4a in Kontakt mit einem Bereich im Inneren des Grates 3b auf der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3.
Wärmeleitpaste mit hoher Wärmeleitfähigkeit (nicht gezeigt) kann beispielsweise auf die obere Oberfläche der Erstbasis 4a aufgebracht werden. Dies erhöht den engen Kontakt zwischen der oberen Oberfläche der Erstbasis 4a und der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3, und erhöht die Wärmeleitfähigkeit des Metallkerns 3 zur Wärmesenke 4.
Eine Vertiefung 4c ist um Erstbasis 4a auf Wärmesenke 4 derart vorgesehen, dass sie Elektronikbauteile 9h bis 9j und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w, die auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen sind, und Grat 3b auf der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3, vermeidet.
Im Folgenden wird eine Herstellungsmethode der Leiterplatte 10 unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben.
5A und 5B zeigen Herstellungsschritte der Leiterplatte 10. In den 5A und 5B ist jeder Teil der Leiterplatte 10 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur vereinfacht gezeigt.
In 5A sind Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n' (Bezugszeichen sind in den 5A und 5B weggelassen) auf den Innenschichten L2, L3 beispielsweise gebildet durch Ätzen der Kupferfolien auf den oberen und unteren Oberflächen von einem von zwei kupferkaschierten Laminaten 2a. Ferner werden Verdrahtungsmuster 5j'' bis 5n'' (Bezugszeichen sind in den 5A und 5B weggelassen) auf Innenschicht L4 beispielsweise gebildet durch Ätzen der Kupferfolie auf einer oberen Oberfläche des anderen kupferkaschierten Laminats 2a (5A, (1)).
Im nächsten Schritt wird ein Durchdringungsloch 2h zum Einpassen des Metallkerns 3 auf jedem kupferkaschierten Laminat 2a gebildet (5A, (2)). Ferner wird ein Durchdringungsloch 2h' zum Einpassen des Metallkerns 3 auch auf dem gewöhnlichen Prepreg 2b gebildet (5A, (3)).
Darüber hinaus werden das hochgradig wärmeleitende Prepreg 1a mit einer vorbestimmten Dicke und eine Kupferfolie 5 mit einer vorbestimmten Dicke, die auf einer oberen Oberfläche des Prepreg 1a befestigt wird, vorbereitet (5A, (4)).
Ferner wird Metallkern 3 mit einer vorbestimmten Form gebildet durch Schneiden einer Metallplatte 3' wie etwa einer Kupferplatte mit einer Maschinenpresse 11 und durch Ausstanzen der Metallplatte 3' in der Dickenrichtung (5A, (5), (5')). Zu diesem Zeitpunkt wird die obere Oberfläche 3a des Metallkerns 3, an die eine obere Pressform 11u der Maschinenpresse 11 anschlägt, die zurückgesetzte Oberfläche mit dem Grat 3b an ihrer Kante. Des Weiteren wird die untere Oberfläche 3c des Metallkerns 3, an die eine untere Pressform 11d der Maschinenpresse 11 anschlägt, die hervorstehende Oberfläche mit der Scherschräge 3d an ihrer Kante. Die untere Oberfläche 3c entspricht der ”einen äußeren Oberfläche” gemäß der vorliegenden Erfindung, und die obere Oberfläche 3a entspricht der ”anderen äußere Oberfläche” gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einem anderen Beispiel kann Metallkern gebildet werden durch Schneiden einer Metallplatte in eine vorbestimmte Form mit einem Seitenschneider. In diesem Fall wird wiederum eine äußere Oberfläche, die senkrecht zur Dickenrichtung des Metallkerns verläuft zu einer hervorstehenden Oberfläche mit einer Scherschräge an ihrer Kante. Ferner wird die andere äußere Oberfläche, die senkrecht zur Dickenrichtung des Metallkerns verläuft, zu einer zurückgesetzten Oberfläche mit einem Grat an ihrer Kante.
In einem nächsten Schritt werden wie in (6) in 5B gezeigt das eine kupferkaschierte Laminat 2a, das gewöhnliche Prepreg 2b und das andere kupferkaschierte Laminat 2a in dieser Reihenfolge von unten geschichtet, und Metallkern 3 wird in ihre Durchdringungslöcher 2h, 2h' eingepasst. Zu diesem Zeitpunkt wird Metallkern 3 von der hervorstehenden Oberfläche 3c her in die Durchdringungslöcher 2h, 2h' von unterhalb des einen kupferkaschierten Laminats 2a eingeführt. Dann werden das hochgradig wärmeleitende Prepreg 1a und die Kupferfolie 5 in dieser Reihenfolge darüber geschichtet, woraufhin Crimpen von oben nach unten durchgeführt wird (in der Dickenrichtung jedes Elementes) während Wärme zugeführt wird.
Entsprechend wird das Kunstharz von jedem der Prepregs 2b, 1a geschmolzen und tritt in einen Spalt zwischen den Elementen woraufhin die Elemente gebondet werden, und die zweite Isolationsschicht 2, die erste Isolationsschicht 1 und die Innenschichten L2 bis L4 werden erzeugt (5B, (6')). Des Weiteren steht die hervorstehende Oberfläche 3c des Metallkerns 3 in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1, und die vollständige Seitenfläche des Metallkerns 3 steht in Kontakt mit der zweiten Isolationsschicht 2. Ferner liegen die zurückgesetzte Oberfläche 3a und der Grat 3b des Metallkerns 3 von der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 frei.
In einem nächsten Schritt werden Löcher an vorbestimmten Orten erzeugt und Innenflächen der Löcher werden beschichtet, wobei die Durchgangslöcher 6a bis 6e (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 6 in 5B) gebildet werden (5B, (7)). Im nächsten Schritt wird die Kupferfolie 5 an einem obersten Abschnitt einem Ätzvorgang oder dergleichen unterzogen, und Verdrahtungsmuster 5a bis 5i (Bezugszeichen sind in 5B weggelassen) auf der oberen Schicht L1 werden auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 gebildet. Ferner wird die Kupferfolie an einem unteren Abschnitt einem Ätzvorgang oder dergleichen unterworfen, und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w (Bezugszeichen sind in 5B weggelassen) auf der unteren Schicht L5 werden auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 (5B, (8)) gebildet. Zu diesem Zeitpunkt sind auch die Anbringbereiche Ra bis Rj (1, 4) für die Elektronikbauteile auf beiden Oberflächenschichten L1, L5 vorgesehen.
In der Folge wird eine Oberflächenbehandlung wie etwa Reservedruck und Siebdruck auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1, den Verdrahtungsmustern 5a bis 5i, der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2, den Verdrahtungsmustern 5o bis 5w, und dergleichen, die freigelegt sind (5B, (9)), durchgeführt. In einem nächsten Schritt wird eine äußere Form verarbeitet durch Schneiden von unnötigen Endabschnitten von jeder der Isolationsschichten 1, 2 (5B, (10)). Auf diese Weise wird Leiterplatte 10 gebildet.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist Metallkern 3 in der zweiten Isolationsschicht 2 der Leiterplatte 10 eingebettet, und die Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f sind oberhalb des Metallkerns 3 mittels der ersten Isolationsschicht 1 und der Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i angebracht. Darüber hinaus steht die hervorstehende Oberfläche 3c des Metallkerns 3, auf der die Scherschräge 3d gebildet ist, in Kontakt mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1, und die zurückgesetzte Oberfläche 3a des Metallkerns 3, auf der Grat 3b gebildet ist, liegt von der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 frei. Daraufhin steht die obere Oberfläche der Erstbasis 4a der Wärmesenke 4 in Kontakt mit der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3.
Dementsprechend kann die hervorstehende Oberfläche 3c des Metallkerns 3 in engen Kontakt mit der ersten Isolationsschicht 1 gebracht werden, und durch die Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f erzeugte Wärme kann in einfacher Weise zu Metallkern 3 durch die Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i und die erste Isolationsschicht 1 geleitet werden. In der Folge kann die Wärme von der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3 zur Wärmesenke 4 geleitet, und effizient von der Wärmesenke 4 nach Außen geleitet werden.
Da ferner Grat 3b des Metallkerns 3 zum Äußeren der Leiterplatte 10 angeordnet ist, wird verhindert, dass die erste Isolationsschicht 1 durch den Grat 3b beschädigt wird. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass das Isolationsvermögen der ersten Isolationsschicht 1, die die Elektronikbauteils 9a, 9b, 9d, 9f und die Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i auf Leiterplatte 10 von Metallkern 3 isoliert, beeinträchtigt wird.
Da ferner die erste Isolationsschicht 1 auf den oberen Oberflächen des Metallkerns 3 und der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen ist, kann die Mehrzahl der Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f in einfacher Weise oberhalb des Metallkerns 3 in einem Zustand angebracht werden, in dem die Mehrzahl der Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f gegenüber Metallkern 3 isoliert sind. Des Weiteren kann die Mehrzahl der Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i in einfacher Weise oberhalb des Metallkerns 3 in einem Zustand gebildet werden, in dem die Mehrzahl der Verdrahtungsmuster 5a bis 5e, 5h, 5i gegenüber Metallkern 3 isoliert sind. Somit kann ein elektronischer Schaltkreis in einfacher Weise auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte 10 gebildet werden, um eine Anbringdichte der Leiterplatte 10 zu erhöhen. Darüber hinaus kann durch die Mehrzahl von Elektronikbauteilen 9a, 9b, 9d, 9f erzeugte Wärme zur Wärmesenke 4 durch die erste Isolationsschicht 1 und Metallkern 3 übertragen, und insgesamt und effizient abgeleitet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform 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 die durch die oberhalb des Metallkerns 3 angebrachten Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d, 9f erzeugte Wärme in einfacher Weise zu Metallkern 3 durch die erste Isolationsschicht 1 übertragen werden. Daraufhin kann die Wärme zur Wärmesenke 4 von der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3 übertragen werden, der von der zweiten Isolationsschicht 2 freiliegt, und die Wärme kann von der Wärmesenke 4 nach Außen weiter effizient abgeleitet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' jeweils vorgesehen auf der Innenschicht L2, die zwischen der ersten Isolationsschicht 1 und der zweiten Schicht 2 liegt, und auf den Innenschichten L3, L4, die im Inneren der zweiten Isolationsschicht 2 liegt. Daraufhin werden die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' gegenüber Metallkern 3 durch die Isolationsschichten 1, 2 isoliert. Dementsprechend kann die durch die auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1 angebrachten Elektronikbauteile 9a bis 9g erzeugte Wärme zur ersten Isolationsschicht 1 und zu Metallkern 3 übertragen werden, und kann dann durch die Verdrahtungsmuster 5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'' auf den Innenschichten L2 bis L4 über die gesamte Leiterplatte 10 verteilt werden. Ferner wird Metallkern 3 von der Seite der hervorstehenden Oberfläche 3c her, die keinen Grat 3b aufweist, in die Durchdringungslöcher 2h, 2h' der zweiten Isolationsschicht 2 eingepasst, so dass verhindert wird, dass Seitenwandabschnitte der Durchdringungslöcher 2h, 2h' der zweiten Isolationsschicht 2 im Moment des Einpassens durch den Grat 3b beschädigt werden, und so dass verhindert werden kann, dass eine Isolationsleistung der zweiten Isolationsschicht 2 beeinträchtigt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Anbringbereiche Rh bis Rj für Elektronikbauteile 9h bis 9j und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehen. Außerdem sind Elektronikbauteile 9h bis 9j und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w gegenüber Metallkern 3 isoliert. Dementsprechend kann durch die Elektronikbauteile 9a bis 9g auf der oberen Oberfläche erzeugte und über die komplette Leiterplatte 10 verteilte Wärme, sowie durch Elektronikbauteile 9h bis 9j auf der unteren Oberfläche erzeugte Wärme nach unterhalb der Leiterplatte 10 abgeleitet werden. Darüber hinaus kann ein elektrischer Schaltkreis in einfacher Weise auch auf der unteren Oberfläche der Leiterplatte 10 gebildet werden, um die Anbringdichte auf Leiterplatte 10 weiter zu erhöhen. Obwohl die zurückgesetzte Oberfläche 3a des Metallkerns 3, die Grat 3b aufweist, von der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 freiliegt, können ferner Elektronikbauteile 9h bis 9j und Verdrahtungsmuster 5o bis 5w auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 verlässlich gegenüber Metallkern 3 isoliert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1, im Inneren der zweiten Isolationsschicht 2 und auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehenen Verdrahtungsmuster 5a, 5e, 5f, 5h, 5j, 5k, 5m, 5n, 5j', 5k', 5m', 5n', 5j'', 5k'', 5m'', 5n'', 5o, 5p, 5r, 5s durch die Durchgangslöcher 6a bis 6e verbunden. Dementsprechend kann durch die Elektronikbauteile 9a bis 9g erzeugte und zu den Verdrahtungsmustern 5a, 5e, 5f, 5h auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte 10 übertragene Wärme zu den Verdrahtungsmustern 5j, 5k, 5m, 5n, 5j', 5k', 5m', 5n', 5j'', 5k'', 5m'', 5n'' im Inneren davon durch die Durchgangslöcher 6a bis 6e übertragen werden, und zur kompletten Leiterplatte 10 verteilt werden. Außerdem kann die Wärme ebenso zu den Verdrahtungsmustern 5o, 5p, 5r, 5s auf der unteren Oberfläche übertragen werden, und von den Oberflächen der Verdrahtungsmuster 5o, 5p, 5r, 5s unterhalb abgeleitet werden oder durch Metallkern 3 und Wärmesenke 4 abgeleitet werden. Da die Durchgangslöcher 6a bis 6e an Positionen vorgesehen sind, an denen die Durchgangslöcher 6a bis 6e nicht in vertikaler Richtung den Metallkern 3 überlappen, können die Durchgangslöcher 6a bis 6e darüber hinaus gegenüber Metallkern 3 durch Isolationsschichten 1, 2 isoliert werden.
Wenn, wie beispielsweise in 7 gezeigt, ein Wärmeübertragungselement 53 auf einer oberen Oberfläche einer flachen Wärmesenke 54 ohne Basis angebracht ist, wird Wärmeübertragungselement 53 auf Wärmesenke 54 durch einen Grat 53b unterstützt, und ein Spalt 55 wird zwischen einem Bereich im Inneren von Grat 53b auf einer zurückgesetzten Oberfläche 53a und der oberen Oberfläche der Wärmesenke 54 erzeugt. Dementsprechend wird durch ein Elektronikbauteil 59 oberhalb des Wärmeübertragungselements 53 erzeugte Wärme nicht in einfacher Weise von Wärmeübertragungselement 53 zu Wärmesenke 54 übertragen, nachdem sie eine Isolierschicht 51 durchflossen hat, so dass eine Wärmeableitleistung beeinträchtigt wird.
Andererseits wird in der oben beschriebenen Ausführungsform wie in 2 gezeigt kein Spalt zwischen Metallkern 3 und Erstbasis 4a erzeugt, weil die obere Oberfläche der Erstbasis 4a der Wärmesenke 4 in Kontakt mit einem Innenbereich des Grats 3b auf der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3 steht. Dementsprechend kann die durch die Elektronikbauteile 9a, 9b, 9d und dergleichen oberhalb des Metallkerns 3 erzeugte Wärme in einfacher Weise von Metallkern 3 zu Wärmesenke 4 übertragen werden, nachdem sie die erste Isolationsschicht 1 durchflossen hat, und so effizient abgeleitet werden.
Außerdem wird in der oben beschriebenen Ausführungsform Interferenz zwischen der Elektronikbauteilen 9h bis 9j und den auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 vorgesehenen Verdrahtungsmustern 5o bis 5w, und Grat 3b auf der zurückgesetzten Oberfläche 3a des Metallkerns 3 vermieden durch Vorsehen der Vertiefung 4c auf der Wärmesenke 4. Somit können die Elektronikbauteile 9h bis 9j und die Verdrahtungsmuster 5o bis 5w gegenüber der Wärmesenke 4 isoliert werden. Da Grat 3b nicht in Kontakt mit Wärmesenke 4 steht, wird ferner kein Spalt zwischen Metallkern 3 und Wärmesenke 4 erzeugt, so dass eine Beeinträchtigung der Wärmeableitleistung vermieden wird.
Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die obere Oberfläche der Zweitbasis 4b der Wärmesenke 4 in Kontakt mit dem Nichtüberlappungsbereich P gebracht, der die Anbringbereiche Ra bis Rj, Verdrahtungsmuster 5a bis 5w und Metallkern 3 der Leiterplatte 10 nicht überlappt, und Leiterplatte 10 wird auf Zweitbasis 4b geschraubt. Somit kann Leiterplatte 10 auf Wärmesenke 4 befestigt werden, während Elektronikbauteile 9a bis 9j, Verdrahtungsmuster 5a bis 5w und Durchgangslöcher 6a bis 6e, die auf der Leiterplatte 10 vorgesehen sind, gegenüber der Wärmesenke 4 isoliert sind.
Die vorliegende Erfindung kann verschiedene Ausführungsformen annehmen, die sich von der oben beschriebenen Ausführungsform unterscheiden. Beispielsweise sind in 2 Grat 3b und Scherschräge 3d aus Gründen der Einfachheit übertrieben dargestellt im Vergleich zu den tatsächlichen Grat und Scherschräge, aber Grat 3b und Scherschräge 3d sind nicht auf diejenigen beschränkt, die visuell wahrgenommen werden können, und können kleine Grat und Scherschräge sein, die visuell nicht wahrgenommen werden können.
Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem Durchgangslöcher 6a bis 6e vorgesehen sind um ein Leiten in den Verdrahtungsmustern auf der oberen Oberfläche der ersten Isolationsschicht 1, im Inneren der zweiten Isolationsschicht 2 und auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 2 der Leiterplatte 10 zu ermöglichen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Anders als dieses Beispiel können beispielsweise Leiter, wie etwa Kupferanschlüsse und -pins vorgesehen werden, um die Leiterplatte zu durchdringen, und die Verdrahtungsmuster auf unterschiedlichen Schichten können miteinander verbunden werden.
Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem die Form des Metallkerns 3 in Draufsicht rechteckig ist, aber die Form des Metallkerns 3 ist nicht darauf beschränkt. Die Form des Metallkerns in Draufsicht kann jede Form annehmen gemäß einer Position zur Einrichtung oder einer Form eines Elektronikbauteils, welches Wärme erzeugt.
Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem die Wärmesenke 4 als Wärmeableitungselement verwendet wird, aber ein Kühlluft- oder Kühlwasserradiator, ein Radiator, der ein Kühlmedium verwendet, oder dergleichen können anstelle der Wärmesenke verwendet werden. Außerdem kann nicht nur ein Wärmeableitungselement aus Metall, sondern ebenso ein Wärmeableitungselement aus Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem Schraube 8 als Schraubenelement verwendet wird, aber ein Bolzen oder dergleichen kann anstelle der Schraube verwendet werden. Im Übrigen kann das Wärmeableitungselement unterhalb der Leiterplatte durch andere Befestigungswerkzeuge befestigt werden.
Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird auf eine Leiterplatte 10 mit zwei Oberflächenschichten L1, L5 und drei Innenschichten L2 bis L4, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Einschicht-Leiterplatte angewendet werden mit Leitern wie etwa Verdrahtungsmustern, die nur auf einer oberen Oberfläche vorgesehen sind, oder eine Leiterplatte mit Leitern, die auf zwei Schichten vorgesehen sind.
Darüber hinaus beschreibt die obige Ausführungsform einen Gleichspannungswandler, der in ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug eingebaut ist, als Beispiel für Elektronikvorrichtung 100, aber die vorliegende Erfindung kann auf jede andere Elektronikvorrichtung angewendet werden, die eine Leiterplatte, ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil und ein Wärmeableitungselement umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Erste Isolationsschicht
2: Zweite Isolationsschicht
3: Metallkern (Wärmeübertragungselement)
3': Metallplatte
3a: Zurückgesetzte Oberfläche
3b: Grat (hervorstehender Abschnitt)
3c: Hervorstehende Oberfläche
3d: Scherschräge (gekrümmter Abschnitt)
4: Wärmesenke (Wärmeableitungselement)
4a: Erstbasis
4b: Zweitbasis
4c: Vertiefung
4h: Gewindebohrung
5a bis 5i: Verdrahtungsmuster auf oberer Schicht
5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'': Verdrahtungsmuster auf Innenschicht
5o bis 5w: Verdrahtungsmuster auf unterer Schicht
6a bis 6e: Durchgangsloch (Durchgangsleiter)
7: Durchdringungsloch
8: Schraube (Schraubenelement)
9a, 9b: FET (Elektronikbauteil)
9c: Diskretes Bauelement (Elektronikbauteil)
9d bis 9j: Chip-Kondensator (Elektronikbauteil)
10: Leiterplatte
100: Elektronikvorrichtung
L2: Innenschicht (erste Innenschicht)
L3, L4: Innenschicht (zweite Innenschicht)
P: Nichtüberlappungsbereich
Ra bis Rj: Anbringbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-36050 A [0011]
JP 2014-179416 A [0011]
JP 2014-63875 A [0011]
JP 2007-88365 A [0011]
JP 2008-311294 A [0011]
JP 2007-36013 A [0011]
JP 2001-44312 A [0011]

Claims

Leiterplatte (10), welche umfasst: eine erste Isolationsschicht (1) mit einem Anbringbereich (Ra bis Re) für ein Elektronikbauteil (9a bis 9e) und ein Verdrahtungsmuster (5b, 5c, 5e, 5f, 5h), vorgesehen auf einer oberen Oberfläche; eine zweite Isolationsschicht (2), welche derart vorgesehen ist, dass sie in Kontakt mit einer unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht (1) steht; und ein Wärmeübertragungselement (3), welches derart in der zweiten Isolationsschicht (2) eingebettet ist, dass es den Anbringbereich (Ra, Rb, Rd) vertikal überlappt, wobei das Wärmeübertragungselement (3) in einer vorbestimmten Form gebildet ist durch Schneiden einer Metallplatte, wobei eine äußere Oberfläche, die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements (3) verläuft, eine hervorstehende Oberfläche (3c) ist, mit einem gekrümmten Abschnitt (3d), der an ihrer Kante gebildet ist, und in Kontakt steht mit der unteren Oberfläche der ersten Isolationsschicht (1), und wobei die andere äußere Oberfläche, die senkrecht zu der Dickenrichtung des Wärmeübertragungselements (3) verläuft, eine zurückgesetzte Oberfläche (3a) ist, mit einem hervorstehenden Abschnitt (3b), der an ihrer Kante gebildet ist, und von einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht (2) freiliegt.
Leiterplatte (10) nach Anspruch 1, wobei die zurückgesetzte Oberfläche (3a) des Wärmeübertragungselements (3) in Kontakt mit einem Wärmeableitungselement (4) steht, das unter der zweiten Isolationsschicht (2) vorgesehen ist.
Leiterplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht (1) größer ist als eine Wärmeleitfähigkeit der zweiten Isolationsschicht (2), und wobei eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements (3) größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der ersten Isolationsschicht (1).
Leiterplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Isolationsschicht (2) einen Laminataufbau aufweist, wobei ein Verdrahtungsmuster (5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'') auf jeder von einer ersten Innenschicht (L2), die zwischen der ersten Isolationsschicht (1) und der zweiten Isolationsschicht (2) angeordnet ist, und einer zweiten Innenschicht (L3, L4), die im Inneren der zweiten Isolationsschicht (2) angeordnet ist, vorgesehen ist, und wobei die Verdrahtungsmuster (5j bis 5n, 5j' bis 5n', 5j'' bis 5n'') auf der ersten Innenschicht (L2) und der zweiten Innenschicht (L3, L4) gegenüber dem Wärmeübertragungselement (3) isoliert sind.
Leiterplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Anbringbereich (Rh bis Rj) für ein Elektronikbauteil (9h bis 9j) und ein Verdrahtungsmuster (5o bis 5w) auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht (2) vorgesehen sind, und wobei der Anbringbereich (Rh bis Rj) und das Verdrahtungsmuster (5o bis 5w) auf der unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht (2) gegenüber dem Wärmeübertragungselement (3) isoliert sind.
Leiterplatte (10) nach Anspruch 5, welche ferner umfasst einen Durchgangsleiter (6a bis 6e), der die erste Isolationsschicht (1) und die zweite Isolationsschicht (2) durchdringt, um die Verdrahtungsmuster (5a, 5e, 5f, 5h, 5j, 5k, 5m, 5n, 5j', 5k', 5m', 5n', 5j'', 5k'', 5m'', 5n'', 5o, 5p, 5r, 5s) zu verbinden, die auf beiden der Isolationsschichten (1, 2) angeordnet sind, wobei der Durchgangsleiter (6a bis 6e) gegenüber dem Wärmeübertragungselement (3) isoliert ist.
Elektronikvorrichtung (100), welche umfasst die Leiterplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; ein Wärme erzeugendes Elektronikbauteil (9a, 9b, 9d, 9f), welches in dem Anbringbereich (Ra, Rb, Rd, Rf) der Leiterplatte (10) angebracht ist; und ein Wärmeableitungselement (4), welches unter der Leiterplatte (10) vorgesehen ist, wobei eine nach oben hervorragende Erstbasis (4a) auf einer oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements (4) vorgesehen ist, und wobei die Erstbasis (4a) in Kontakt mit einem Bereich im Inneren des hervorstehenden Abschnitts (3b) auf der zurückgesetzten Oberfläche (3a) des Wärmeübertragungselements (3) steht, welcher auf der Leiterplatte (10) vorgesehen ist.
Elektronikvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei eine Vertiefung (4c) vorgesehen ist zum Vermeiden eines Elektronikbauteils (9h bis 9j) und eines Verdrahtungsmusters (5o bis 5w), welches auf einer unteren Oberfläche der zweiten Isolationsschicht (2) der Leiterplatte (10) vorgesehen ist, und wobei der hervorstehende Abschnitt (3b) auf der zurückgesetzten Oberfläche (3a) des Wärmeübertragungselements (3) auf der oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements (4) vorgesehen ist.
Elektronikvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei ein Durchdringungsloch (7) vorgesehen ist in einem Nichtüberlappungsbereich (P), der nicht den Anbringbereich (Ra bis Rj), das Verdrahtungsmuster (5a bis 5w) und das Wärmeübertragungselement (3) der Leiterplatte (10) überlappt, wobei eine nach oben hervorragende Zweitbasis (4b) auf der oberen Oberfläche des Wärmeableitungselements (4) vorgesehen ist, separat von der Erstbasis (4a), wobei die Zweitbasis (4b) in Kontakt mit dem Nichtüberlappungsbereich (P) der Leiterplatte (10) steht, wobei eine Gewindebohrung (4h) derart auf der Zweitbasis (4b) vorgesehen ist, dass sie in Verbindung mit dem Durchdringungsloch (7) steht, und wobei die Leiterplatte (10) auf dem Wärmeableitungselement (4) durch ein Schraubenelement (8) befestigt ist, welches das Durchdringungsloch (7) von oberhalb der Leiterplatte (10) durchdringt, und welches in die Gewindebohrung (4h) geschraubt wird.