JP2016111117A - 回路基板、回路基板の放熱構造、回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の放熱性を向上させつつ、回路基板の製造を容易にする。【解決手段】回路基板１において、発熱する電子部品（ＦＥＴ）７の搭載領域Ｒと配線パターン５ｄ、５ｓが板状の絶縁基体２の上面に設けられ、縦断面形状が凸状で上部３ａより下部３ｂの径が大きいメタルインレイ３が絶縁基体２に埋設され、板状のメタルコア４が絶縁基体２の下面に設けられている。メタルインレイ３は、搭載領域Ｒと上下に重なる位置に設けられ、メタルインレイ３の下面は、絶縁基体２の下面から表出している。メタルインレイ３の下部３ｂの厚みと、メタルコア４の厚みとは同一になっている。【選択図】図２

Description

本発明は、上面に電子部品を搭載し、該電子部品で発生した熱を放熱するための伝熱部材を備えた回路基板に関する。

板状の絶縁基体の上面に電子部品が搭載され、かつ配線パターンが形成された回路基板において、搭載した電子部品で発生した熱を放熱する構造が種々提案されている。

たとえば、特許文献１の回路基板では、銅の中実体である熱伝素子が、絶縁基体を貫通するように埋設されている。熱伝素子の上面には、熱伝性かつ絶縁性の層がコーティングされ、該層上に発熱性半導体チップが実装される。絶縁基体の下面には、銅層が被着されていて、該銅層と熱伝素子は接触している。

また、特許文献２の回路基板では、縦断面が凸状である金属放熱体が、絶縁基体を貫通するように１個以上埋設されている。金属放熱体の下面より面積が小さい上面に発熱素子が搭載され、絶縁基体の上面に発熱素子以外の電子部品が搭載されている。絶縁基体の下面と金属放熱体の下面には、熱伝導率の高い絶縁層が形成され、該絶縁層の下面には、銅箔による金属層が形成されている。

また、特許文献３の回路基板では、炭素繊維強化プラスチックを材料とする平板状のＣＦＲＰ板の上下両面に、絶縁層が形成され、各絶縁層の表面（ＣＦＲＰ板と反対側の面）に、回路層が形成されている。また、縦断面が凸状である金属製の柱状の中実材が、回路基板を貫通するように埋設されている。中実材の上面には、熱伝導材を介して電子部品が搭載される。中実材の下面にシャーシフレームを当接させて、該シャーシフレームをヒートシンクとして機能させる。

さらに、特許文献４の回路基板では、絶縁基体の上面に電子部品の搭載領域が設けられ、絶縁基体内に伝熱部材が埋設されている。伝熱部材は、平面視において搭載領域と重なる位置に設けられ、第１伝熱部、第２伝熱部、側面伝熱層、または下面伝熱層を含んでいる。第１伝熱部は、上面と、上面より面積の小さい下面とを有している。第２伝熱部は、第１伝熱部から絶縁基体の側面へ露出するように設けられている。側面伝熱層は、絶縁基体の側面に設けられ、第２伝熱部と接している。下面伝熱層は、絶縁基体の下面に設けられ、側面伝熱層と接している。

特開２００６−４９８８７号公報 特開２００８−２５１６７１号公報 特開２０１２−１１９６０７号公報 特開２０１４−１５７９４９号公報

従来のように、絶縁基体の内部や下面に伝熱部材を設けると、回路基板の上面に搭載された電子部品で発生した熱を、伝熱部材によって回路基板全体に拡散して、回路基板の下方へ放熱することができる。しかし、伝熱部材の設置数や形状に応じて、回路基板の製造工程が増え、回路基板の製造が難しくなる。

本発明の課題は、回路基板の放熱性を向上させつつ、回路基板の製造を容易にすることである。

本発明による回路基板は、発熱する電子部品の搭載領域と配線パターンが板状の絶縁基体の上面に設けられ、縦断面形状が凸状で上部より下部の径が大きい第１伝熱部材が絶縁基体に埋設され、板状の第２伝熱部材が絶縁基体の下面に設けられている。第１伝熱部材は、搭載領域と上下に重なる位置に設けられ、第１伝熱部材の下面は、絶縁基体の下面から表出し、第１伝熱部材の下部の厚みと、第２伝熱部材の厚みとが同一になっている。

本発明によると、回路基板の上面にある搭載領域に搭載された電子部品で発生した熱が、直下にある第１伝熱部材に伝わり、さらに該熱が第１伝熱部材から絶縁基体や第２伝熱部材に伝わって、回路基板全体に拡散する。このとき、第１伝熱部材の上部の径より下部の径の方が大きく、第１伝熱部材の下部と第２伝熱部材の厚みが同一であるので、熱が第１伝熱部材の下部から絶縁基体や第２伝熱部材に効率良く伝わる。そして、絶縁基体から表出する第１伝熱部材の下面や第２伝熱部材の下面から、熱を外部へ放散することができ、回路基板の放熱性を向上させることが可能となる。また、第１伝熱部材の下部と第２伝熱部材の厚みが同一であるので、これらの隙間や上部に板状の絶縁基体を容易に接着して、第１伝熱部材と第２伝熱部材と絶縁基体を一体化することができる。また、第１伝熱部材の縦断面形状が凸状になっているので、第１伝熱部材と絶縁基体との接触面積が大きくなり、別途対策を講じなくても、第１伝熱部材と絶縁基体との接着強度を高めることができる。このため、回路基板の製造工程が増えるのを抑えて、回路基板の製造を容易にすることが可能となる。

また、本発明では、上記回路基板において、配線パターンと絶縁基体を貫通しつつ、第２伝熱部材または第１伝熱部材の下部を貫通するように第１導通部を設け、該第１導通部が、配線パターンと第２伝熱部材または第１伝熱部材を導通させてもよい。

また、本発明では、上記回路基板において、絶縁基体の上面にある表層と内部にある内層とに配線パターンが設けられ、第１導通部は、表層の配線パターンと内層の配線パターンと絶縁基体を貫通しつつ、第２伝熱部材または第１伝熱部材の下部を貫通し、表層の配線パターンと内層の配線パターンと第２伝熱部材または第１伝熱部材を導通させてもよい。

また、本発明では、上記回路基板において、第１伝熱部材の下部と第２伝熱部材とは接続されていてもよい。

また、本発明では、上記回路基板において、第１伝熱部材の上面は、絶縁基体の上面から表出し、搭載領域は、絶縁基体の上面と第１伝熱部材の上面に設けられていてもよい。

さらに、本発明では、上記回路基板において、第１伝熱部材の上面と搭載領域との間には、絶縁基体が介在しているとともに、絶縁基体の内部にある内層、該内層にある配線パターン、および第２導通部が設けられ、該第２導通部は、第１伝熱部材の上面と搭載領域の間にある配線パターンと、搭載領域に設けられた配線パターンとを導通させてもよい。

また、本発明に係る回路基板の放熱構造においては、回路基板の下面に放熱器を取り付け、放熱器の上面と、第１伝熱部材の下面または第２伝熱部材の下面との間に、絶縁性を有するシート状の第３伝熱部材を設けている。

また、本発明に係る回路基板の製造方法においては、第２伝熱部材に、第１伝熱部材の下部より径が大きな貫通孔が形成されており、その貫通孔内に第１伝熱部材の下部を嵌入し、第１伝熱部材の下部と第２伝熱部材との隙間、第２伝熱部材の上面、および第１伝熱部材の少なくとも周囲を、絶縁基体で埋める。その後、絶縁基体の上面に搭載領域と配線パターンとを形成する。

上記回路基板の製造方法において、第２伝熱部材の貫通孔の内周面または第１伝熱部材の下部に、これらの間に掛かる桟部が複数形成されており、貫通孔内に第１伝熱部材の下部を嵌入して、各桟部を貫通孔の内周面または第１伝熱部材の下部に固定し、第１伝熱部材の下部と第２伝熱部材との隙間、第２伝熱部材の上面、および第１伝熱部材の少なくとも周囲を、絶縁基体で埋め、その後、所定の桟部を切断してもよい。

本発明によれば、回路基板の放熱性を向上させつつ、回路基板の製造を容易にすることができる。

本発明の第１実施形態の回路基板の平面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板の断面図である。 本発明の第１実施形態の回路基板の一製造工程を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の回路基板の一製造工程を示した断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板の断面図である。 本発明の第２実施形態の回路基板の一製造工程を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態の回路基板の一製造工程を示した断面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板の平面図である。 本発明の第３実施形態の回路基板の断面図である。 本発明の第４実施形態の回路基板の断面図である。

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

まず、第１実施形態の回路基板１の構造を、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の回路基板１の平面図である。図２は、第１実施形態の回路基板１の断面図である。

図１および図２に示すように、回路基板１は、絶縁基体２、メタルインレイ３、メタルコア４、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｇ、５ｓ、およびビア６ａ〜６ｃを含んでいる。

絶縁基体２は、ガラス繊維を含んだエポキシ樹脂などから成り、絶縁性を有し、板状に形成されている。複数枚の絶縁基体２を積層することにより、絶縁基体２の内部に２つの内層Ｌｂ、Ｌｃを設け、絶縁基体２の表出する上面に表層Ｌａを設けている。

表層Ｌａには、電子部品の搭載領域Ｒと配線パターン５ｓ、５ｇ、５ｄが設けられている。配線パターン５ｓ、５ｇ、５ｄは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。搭載領域Ｒには、ＦＥＴ（電界効果コンデンサ）７が搭載される。ＦＥＴ７は、スイッチング動作する際に発熱する。ＦＥＴ７は、本発明の「電子部品」の一例である。

ＦＥＴ７のソース端子７ｓの先端部は、配線パターン５ｓ上にはんだ８により接続される。ＦＥＴ７のゲート端子７ｇの先端部は、配線パターン５ｇ上にはんだ８により接続される。

内層Ｌｂには、配線パターン５ａ、５ｂが設けられている。内層Ｌｃには、配線パターン５ｃ、５ｅが設けられている。配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。

表層Ｌａの配線パターン５ｄと内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ｂ、５ｅは、図２において上下（絶縁基体２の板厚方向）に重なる位置に設けられている。表層Ｌａの配線パターン５ｓと内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ、５ｃも、図２において上下に重なる位置に設けられている。

メタルインレイ３は、導電性と熱伝導性を有する銅などの金属の鍛造品から成る。他の例として、導電性と熱伝導性を有する銅などの金属を切削または鋳造することで、メタルインレイ３を形成してもよい。メタルインレイ３は、上方または下方から見ると矩形状で、かつ、図２に示すように縦断面形状が凸状に形成されている。メタルインレイ３の下部３ｂは、上部３ａに対して側方へ鍔状に突出している。このため、メタルインレイ３の上部３ａの径より、下部３ｂの径の方が大きくなっている。

メタルインレイ３は、絶縁基体２を貫通するように、絶縁基体２に埋設されている。メタルインレイ３の上面は、絶縁基体２の上面から表出している。メタルインレイ３の下面は、絶縁基体２の下面から表出している。

また、メタルインレイ３は、搭載領域Ｒと上下に重なる位置に設けられている。搭載領域Ｒは、メタルインレイ３の上面から絶縁基体２の上面の一部や配線パターン５ｄ、５ｇ、５ｓの上面の一部に及ぶように、設けられている。ＦＥＴ７の本体部７ａとドレイン端子７ｄは、メタルインレイ３の上面にはんだ８により接続される。

メタルインレイ３の下部３ｂは、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｇ、５ｓの端部と上下に重なる位置に設けられている。メタルインレイ３は、本発明の「第１伝熱部材」の一例である。

メタルコア４は、導電性と熱伝導性を有する銅などの金属の板材から成る。メタルコア４は、絶縁基体２の板面と平行な方向に広がるように、絶縁基体２の下面に設けられている。

図２において、メタルコア４の右部４ａと左部４ｂとは絶縁されている。メタルコア４の右部４ａと配線パターン５ｓ、５ｇ、５ａ、５ｃは、上下に重なる位置に設けられている。メタルコア４の左部４ｂと配線パターン５ｄ、５ｂ、５ｅも、上下に重なる位置に設けられている。

メタルコア４の厚みとメタルインレイ３の下部３ｂの厚みとは、同一になっている。また、メタルコア４とメタルインレイ３の下部３ｂの厚みは、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｇ、５ｓの厚みより厚くなっている。メタルコア４は、本発明の「第２伝熱部材」の一例である。

メタルコア４とメタルインレイ３の下部３ｂとの間には、絶縁基体２が介在している。メタルインレイ３の上部３ａと内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅとの間にも、絶縁基体２が介在している。メタルインレイ３の上部３ａと表層Ｌａの配線パターン５ｄ、５ｇ、５ｓとは、離間している。

ビア６ａは、表層Ｌａの配線パターン５ｓ、内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ、５ｃ、絶縁基体２、およびメタルコア４の右部４ａを貫通するように、複数（２個）設けられている。ビア６ａは、配線パターン５ｓ、５ａ、５ｃとメタルコア４の右部４ａを導通させる。メタルコア４の右部４ａは、ＦＥＴ７のソース電流が流れる配線パターンとして機能する。

ビア６ｂは、表層Ｌａの配線パターン５ｄ、内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ｂ、５ｅ、絶縁基体２、およびメタルコア４の左部４ｂを貫通するように、複数（２個）設けられている。ビア６ｂは、配線パターン５ｄ、５ｂ、５ｅとメタルコア４の左部４ｂを導通させる。

ビア６ｃは、表層Ｌａの配線パターン５ｄ、内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ｂ、５ｅ、絶縁基体２、およびメタルインレイ３の下部３ｂを貫通するように、複数（２個）設けられている。ビア６ｃは、配線パターン５ｄ、５ｂ、５ｅとメタルインレイ３を導通させる。

メタルインレイ３とメタルコア４の左部４ｂは、配線パターン５ｄ、５ｂ、５ｅとビア６ｂ、６ｃを介して導通している。メタルインレイ３とメタルコア４の左部４ｂは、ＦＥＴ７のドレイン電流が流れる配線パターンとして機能する。ビア６ａ、６ｂ、６ｃは、本発明の「第１導通部」の一例である。

回路基板１の下面には、ヒートシンク９がねじ１１により取り付けられている。ヒートシンク９は、回路基板１で生じた熱を外部に放出して、回路基板１を冷却する。ヒートシンク９は、本発明の「放熱器」の一例である。

ヒートシンク９の上面とメタルインレイ３の下面との間には、絶縁性と熱伝導性を有する絶縁放熱シート１０が設けられている。絶縁放熱シート１０は、ヒートシンク９の上面とメタルコア４の下面との間にも延設されている。絶縁放熱シート１０は、本発明の「第３伝熱部材」の一例である。

次に、第１実施形態の回路基板１の製造方法を、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態の回路基板１の一製造工程を示した斜視図である。図４は、第１実施形態の回路基板１の一製造工程を示した断面図である。

図３（ａ）に示すように、メタルインレイ３は、平面視が矩形状になるように形成され、かつ上部３ａの径より下部３ｂの径が大きくなるように形成されている。また、メタルコア４は、メタルインレイ３の下部３ｂの厚みと同一の厚みになるように形成されている。さらに、メタルコア４には、メタルインレイ３の下部３ｂの外径よりも大きな内径を有する、矩形状の貫通孔４ｈが形成されている。

最初に、図４（ａ）に示すように、水平な基準面Ａにメタルコア４の下面を設置して、メタルコア４の貫通孔４ｈ内にメタルインレイ３の下部３ｂを嵌入する（図３（ｂ）も参照）。このとき、メタルコア４の下面とメタルインレイ３の下面とが面一になる。次に、図４（ｂ）に示すように、メタルインレイ３の下部３ｂとメタルコア４との隙間を絶縁基体２で埋めて、メタルコア４の上面とメタルインレイ３の下部３ｂの上面に、絶縁基体２を接着する。

次に、絶縁基体２の上面に配線パターンなどの回路を印刷により形成した後、その上にさらに絶縁基体２を接着する工程を繰り返すことにより、内層Ｌｃ、Ｌｂを構成する（図４（ｃ））。このとき、メタルインレイ３の上面は、絶縁基体２の上面から表出させる。さらに、絶縁基体２の上面に配線パターンなどの回路を印刷により形成し、かつメタルインレイ３の上面周辺に電子部品の搭載領域Ｒを形成して、表層Ｌａを構成する（図４（ｃ））。

次に、所定の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｇ、５ｓとメタルコア４またはメタルインレイ３を貫通するように、ビア６ａ〜６ｃを形成する。そして、メタルコア４（図３（ｂ）参照）を切断して、右部４ａと左部４ｂを絶縁する（図４（ｄ））。メタルコア４には、予め切り込みや切欠きやミシン目状の孔などを右部４ａと左部４ｂの間に形成しておいて、右部４ａと左部４ｂを切断し易くしてもよい。

上記工程により、メタルインレイ３の下部３ｂとメタルコア４との隙間、メタルコア４の上面、およびメタルインレイ３の周囲が、絶縁基体２で埋められる。そして、メタルインレイ３とメタルコア４と絶縁基体２が一体化され、回路基板１が構成される。

その後、図１および図２に示すように、回路基板１の上面にある搭載領域ＲにＦＥＴ７が搭載され、回路基板１の下面に絶縁放熱シート１０を介して、ヒートシンク９が取り付けられる。

上記第１実施形態によると、回路基板１の上面にある搭載領域Ｒに搭載されたＦＥＴ７の動作時に、ＦＥＴ７で発生した熱を、ＦＥＴ７の本体部７ａやドレイン端子７ｄからメタルインレイ３に伝えることができる。特に、メタルインレイ３の上面にＦＥＴ７が搭載されているので、ＦＥＴ７で発生した熱を、メタルインレイ３に効率良く伝えることができる。そして、メタルインレイ３の大径の下部３ｂから絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。

また、メタルインレイ３から絶縁基体２を介して内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｅやメタルコア４にも熱を伝えて、回路基板１全体に熱を拡散させることができる。そして、面積の広いメタルコア４から絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。

また、ＦＥＴ７から端子７ｓ、７ｄなどを介して、表層Ｌａの配線パターン５ｓ、５ｄに伝わった熱を、ビア６ａ〜６ｃにより内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｅやメタルコア４に伝えて、メタルインレイ３や回路基板１全体に熱を拡散させることができる。そして、メタルインレイ３やメタルコア４から絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に、熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。また、配線パターン５ｓ、５ｇ、５ｄの熱は、配線パターン５ｓ、５ｇ、５ｄの表面から外部へ放散することもできる。

また、メタルインレイ３の下部３ｂの厚みとメタルコア４の厚みが同一であるので、これらの隙間や上部に板状の絶縁基体２を容易に接着して、メタルインレイ３とメタルコア４と絶縁基体２を一体化することができる。また、メタルインレイ３の縦断面形状が凸状になっているので、メタルインレイ３と絶縁基体２との接触面積が大きくなり、別途対策を講じなくても、メタルインレイ３と絶縁基体２との接着強度を高めることができる。そして、回路基板１の製造工程が増えるのを抑えることができる。

以上により、回路基板１の放熱性を向上させることと、回路基板１の製造を容易にすることが可能となる。

また、上記第１実施形態では、メタルコア４の右部４ａと左部４ｂとメタルインレイ３を配線パターンとして兼用している。このため、表層Ｌａの配線パターン５ｄ、５ｇ、５ｓ、内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｅ、メタルコア４の右部４ａ、左部４ｂ、およびメタルインレイ３を使って、ＦＥＴ７を含んだ電気回路を形成することができる。このため、回路基板１において、回路設計の自由度を向上させることが可能となる。

次に、第２実施形態の回路基板１の構造と製造方法を、図５〜図７を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態の回路基板１の断面図である。図６は、第２実施形態の回路基板１の一製造工程を示した斜視図である。図７は、第２実施形態の回路基板１の一製造工程を示した断面図である。

第２実施形態では、図６（ａ）に示すように、メタルコア４の貫通孔４ｈの内周面に、所定の間隔で複数の桟部４ｔを形成している。図６（ｂ）に示すように、メタルコア４の貫通孔４ｈ内にメタルインレイ３の下部３ｂを嵌入した状態で、各桟部４ｔは、貫通孔４ｈの内周面からメタルインレイ３の下部３ｂの外周面に掛かる長さに突出している。

回路基板１の製造時において、最初に、図７（ａ）に示すように、水平な基準面Ａに設置したメタルコア４の貫通孔４ｈ内に、メタルインレイ３の下部３ｂを嵌入する（図６（ｂ））。そして、メタルコア４の各桟部４ｔとメタルインレイ３の下部３ｂの外周面とを溶接により固定する。これにより、メタルコア４の貫通孔４ｈからメタルインレイ３が脱落しなくなる。

それから、前述したように、メタルインレイ３の下部３ｂとメタルコア４との隙間、メタルコア４の上面、およびメタルインレイ３の周囲を、絶縁基体２で埋める。また、絶縁基体２の内部と上面に、配線パターンなどの回路を印刷により形成して、内層Ｌｃ、Ｌｂと表層Ｌａを構成する。また、絶縁基体２の上面に、搭載領域Ｒを設ける（図７（ｂ））。そして、所定の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｇ、５ｓとメタルコア４またはメタルインレイ３を貫通するように、ビア６ａ〜６ｃを形成する。さらに、メタルコア４を切断して、右部４ａと左部４ｂを絶縁する（図７（ｃ））。

また、メタルコア４の所定の桟部４ｔを切断する。本例では、図７（ｄ）に示すように、メタルコア４の右部４ａ側に設けられた桟部４ｔを切断して、メタルコア４の右部４ａとメタルインレイ３とを絶縁する。切断部分は、絶縁基体２で埋める。メタルコア４の左部４ｂ側に設けられた桟部４ｔは切断せず、メタルコア４の左部４ｂとメタルインレイ３の下部３ｂとを接続したままにする。以上により、その後搭載領域Ｒに搭載するＦＥＴ７を含んだ電気回路が形成される（図５）。

上記第２実施形態によると、回路基板１の一製造工程でメタルインレイ３の下部３ｂとメタルコア４とを桟部４ｔを介して接続するので、その後の製造工程でメタルインレイ３がメタルコア４の貫通孔４ｈや絶縁基体２から脱落するのを防止することができる。このため、絶縁基体２の接着やビア６ｃの形成などの工程が行い易くなり、回路基板１の製造を一層容易にすることが可能となる。

また、回路基板１の製造後に、メタルインレイ３の下部３ｂとメタルコア４の左部４ｂとを接続したままにしているので、搭載領域Ｒに搭載したＦＥＴ７で発生した熱を、メタルインレイ３に伝えた後、メタルインレイ３の下部３ｂからメタルコア４の左部４ｂに伝え易くすることができる。そして、メタルインレイ３の下部３ｂやメタルコア４の左部４ｂから絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。よって、回路基板１の放熱性を一層向上させることが可能となる。

次に、第３実施形態の回路基板１’の構造を、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、第３実施形態の回路基板１’の平面図である。図９は、第３実施形態の回路基板１’の断面図である。

第３実施形態では、図８に示すように、複数（２個）のＦＥＴ７を一括して冷却するため、平面視の面積が広いメタルインレイ３’を用いている。また、ＦＥＴ７同士を絶縁するため、図９に示すように、メタルインレイ３’の上面を埋めるように、絶縁基体２を積層している。絶縁基体２の内部には、３つの内層Ｌｄ、Ｌｂ、Ｌｃを設け、絶縁基体２の表出する上面には、表層Ｌａを設けている。

表層Ｌａには、図８に示すように、複数のＦＥＴ７を搭載するための複数（２個）の搭載領域Ｒが設けられている。また、表層Ｌａには、各ＦＥＴ７の端子７ｄ、７ｇ、７ｓを接続するための配線パターン５ｓ、５ｇ、５ｄ’がそれぞれ複数（２つずつ）設けられている。そのうち、各配線パターン５ｄ’には、各ＦＥＴ７の本体部７ａとドレイン端子７ｄがはんだ８により接続される。各搭載領域Ｒは、絶縁基体２の上面や配線パターン５ｄ’、５ｇ、５ｓの上面の一部に及ぶように、設けられている。

メタルインレイ３’は、各搭載領域Ｒと上下に重なる位置に設けられている。図９に示すように、メタルインレイ３’の側方に位置する内層Ｌｂ、Ｌｃには、配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅが設けられている。これら配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅは、ＦＥＴ７毎に設けられていて、それぞれ独立している。

メタルインレイ３’の上面と各搭載領域Ｒとの間には、絶縁基体２と内層Ｌｄが介在している。内層Ｌｄには、銅箔から成る配線パターン５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋが設けられている。これら配線パターン５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋは、ＦＥＴ７毎に設けられていて、それぞれ独立している。そのうち、配線パターン５ｉ、５ｊは、メタルインレイ３’の上面と搭載領域Ｒとの間に設けられている。

ＦＥＴ７の下方において、表層Ｌａの搭載領域Ｒにある配線パターン５ｄ’と内層Ｌｄの配線パターン５ｊとは、複数のビア６ｄにより導通している。また、表層Ｌａの搭載領域Ｒにある配線パターン５ｓと内層Ｌｄの配線パターン５ｉとは、ビア６ｅにより導通している。ビア６ｄ、６ｅは、表層Ｌａと内層Ｌｄを貫通するように、メタルインレイ３’の上面と搭載領域Ｒとの間に設けられている。また、ビア６ｄ、６ｅは、ＦＥＴ７毎に設けられている。ビア６ｄ、６ｅは、本発明の「第２導通部」の一例である。

また、表層Ｌａの配線パターン５ｄ’と内層Ｌｄの配線パターン５ｋとは、ビア６ｆにより導通している。ビア６ｆは、表層Ｌａと内層Ｌｄを貫通するように設けられている。

メタルコア４の右部４ａと左部４ｂは、ＦＥＴ７毎に設けられ、それぞれ絶縁されている。ビア６ａ’、６ｂ、６ｃは、ＦＥＴ７毎に設けられている。

ビア６ａ’は、表層Ｌａの配線パターン５ｓ、内層Ｌｄ、Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ｈ、５ａ、５ｃ、絶縁基体２、およびメタルコア４の右部４ａを貫通するように、複数（２個）設けられている。ビア６ａ’は、配線パターン５ｓ、５ｈ、５ａ、５ｃとメタルコア４の右部４ａを導通させる。ビア６ａ’、６ｂ、６ｃは、本発明の「第１導通部」の一例である。

回路基板１’の下面には、ヒートシンク９がねじ１１により取り付けられている。絶縁基体２の下面から表出したメタルインレイ３’の下面は、ヒートシンク９の上面と直に接している。絶縁基体２の下面から表出したメタルコア４の下面とヒートシンク９の上面との間には、絶縁放熱シート１０が設けられている。

上記第３実施形態によると、１個のメタルインレイ３’の上方に、複数の搭載領域Ｒを設けて、各搭載領域ＲにＦＥＴ７を搭載した場合に、ＦＥＴ７同士を絶縁しつつ、各ＦＥＴ７で発生した熱を、表層Ｌａの配線パターン５ｄ’、５ｓやビア６ｄ、６ｅを介して、内層Ｌｄの配線パターン５ｊ、５ｉに伝えることができる。そして、配線パターン５ｊ、５ｉから面積の大きいメタルインレイ３’に熱を伝えた後、メタルインレイ３’の下部３ｂからヒートシンク９に熱を伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を効率良く放散することができる。つまり、１個のメタルインレイ３’とヒートシンク９などにより、複数のＦＥＴ７を一括して冷却することができる。

また、内層Ｌｄの配線パターン５ｊ、５ｉやメタルインレイ３’から絶縁基体２を介して、他の内層Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｅやメタルコア４にも熱を伝えて、回路基板１全体に熱を拡散させることができる。そして、面積の広いメタルコア４から絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。

また、各ＦＥＴ７から端子７ｓ、７ｄなどを介して、表層Ｌａの配線パターン５ｓ、５ｄ’に伝わった熱を、ビア６ａ’、６ｂ、６ｃ、６ｆにより内層Ｌｄ、Ｌｂ、Ｌｃの配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｅ、５ｈ、５ｋやメタルコア４に伝えることができる。また、配線パターン５ａ〜５ｃ、５ｄ’、５ｅ、５ｇ〜５ｋ、５ｓやメタルコア４から絶縁基体２を介して、メタルインレイ３’や回路基板１全体に熱を拡散させることができる。そして、メタルインレイ３’やメタルコア４から絶縁放熱シート１０を介してヒートシンク９に、熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。

図１０は、第４実施形態による回路基板１’の断面図である。

第４実施形態では、メタルコア４の左部４ｂとメタルインレイ３’の下部３ｂとを接続している。詳しくは、前述した第２実施形態のように、メタルコア４に桟部４ｔを設けて、桟部４ｔとメタルインレイ３’の下部３ｂとを溶接などで接続している。またその後、メタルコア４の右部４ａ側にある桟部４ｔを切断して、右部４ａとメタルインレイ３’とを絶縁している。

このようにすることで、ＦＥＴ７で発生した熱を、メタルインレイ３’に伝えた後、メタルインレイ３’の下部３ｂからメタルコア４の左部４ｂに伝え易くすることができる。そして、メタルインレイ３’の下部３ｂやメタルコア４の左部４ｂからヒートシンク９に熱を効率良く伝えて、ヒートシンク９から外部へ熱を放散することができる。

本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、回路基板１、１’の表層Ｌａの配線パターン５ｄ、５ｄ’、５ｓとメタルインレイ３、３’またはメタルコア４を導通させる第１導通部として、ビア６ａ〜６ｃ、６ａ’を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、銅製の端子やピンまたはスルーホールなどを第１導通部として設けて、表層の配線パターンとメタルインレイまたはメタルコアを接続してもよい。また、メタルインレイとメタルコアのうち、一方と表層の配線パターンとを第１導通部で導通させるようにしてもよい。

また、図９などに示した第３実施形態では、ＦＥＴ７の搭載領域Ｒにある表層Ｌａの配線パターン５ｄ’、５ｓと内層Ｌｄの配線パターン５ｊ、５ｉとを導通させる第２導通部として、ビア６ｄ、６ｅを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、銅製の端子やピンまたはスルーホールなどを第２導通部として設けて、搭載領域にある表層の配線パターンと内層の配線パターンとを接続してもよい。

また、図５などに示した第２実施形態では、メタルインレイ３とメタルコア４とを固定するために、メタルコア４の貫通孔４ｈの内周面に桟部４ｔを形成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、メタルインレイ３の下部３ｂに桟部（図示省略）を形成して、該桟部とメタルコア４の貫通孔４ｈの内周面とを接続して、メタルインレイ３とメタルコア４とを固定してもよい。

また、以上の実施形態では、放熱器として、ヒートシンク９を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、これ以外の、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱器だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱器を用いてもよい。この場合、放熱器と回路基板との間に絶縁放熱シート１０を設ける必要はなく、絶縁放熱シート１０を省略することができる。

さらに、以上の実施形態では、ＦＥＴ７を上面に搭載する多層の回路基板１、１’に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、その他の電子部品を上面に搭載する単層または多層の回路基板にも適用することができる。

１、１’ 回路基板
２ 絶縁基体
３、３’ メタルインレイ（第１伝熱部材）
３ａ 上部
３ｂ 下部
４ メタルコア（第２伝熱部材）
４ｈ 貫通孔
４ｔ 桟部
５ｄ、５ｇ、５ｓ 表層の配線パターン
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｅ 内層の配線パターン
５ｉ、５ｊ 内層の配線パターン
６ａ、６ａ’、６ｂ、６ｃ ビア（第１導通部）
６ｄ、６ｅ ビア（第２導通部）
７ ＦＥＴ（電子部品）
９ ヒートシンク（放熱器）
１０ 絶縁放熱シート（第３伝熱部材）
Ｌａ 表層
Ｌｂ、Ｌｃ 内層
Ｌｄ 内層
Ｒ 搭載領域

Claims (9)

1. 発熱する電子部品の搭載領域と配線パターンが板状の絶縁基体の上面に設けられ、縦断面形状が凸状で上部より下部の径が大きい第１伝熱部材が前記絶縁基体に埋設され、板状の第２伝熱部材が前記絶縁基体の下面に設けられた回路基板において、
   前記第１伝熱部材は、前記搭載領域と上下に重なる位置に設けられ、
   前記第１伝熱部材の下面は、前記絶縁基体の下面から表出し、
   前記第１伝熱部材の前記下部の厚みと、前記第２伝熱部材の厚みとが同一になっている、ことを特徴とする回路基板。
2. 請求項１に記載の回路基板において、
   前記配線パターンと前記絶縁基体を貫通しつつ、前記第２伝熱部材または前記第１伝熱部材の前記下部を貫通するように第１導通部が設けられ、
   前記第１導通部は、前記配線パターンと前記第２伝熱部材または前記第１伝熱部材を導通させる、ことを特徴とする回路基板。
3. 請求項２に記載の回路基板において、
   前記絶縁基体の上面にある表層と内部にある内層とに配線パターンが設けられ、
   前記第１導通部は、前記表層の配線パターンと前記内層の配線パターンと前記絶縁基体を貫通しつつ、前記第２伝熱部材または前記第１伝熱部材の前記下部を貫通し、前記表層の配線パターンと前記内層の配線パターンと前記第２伝熱部材または前記第１伝熱部材を導通させる、ことを特徴とする回路基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路基板において、
   前記第１伝熱部材の前記下部と前記第２伝熱部材とは接続されている、ことを特徴とする回路基板。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路基板において、
   前記第１伝熱部材の上面は、前記絶縁基体の上面から表出し、
   前記搭載領域は、前記絶縁基体の上面と前記第１伝熱部材の上面に設けられている、ことを特徴とする回路基板。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路基板において、
   前記第１伝熱部材の上面と前記搭載領域との間には、前記絶縁基体が介在しているとともに、前記絶縁基体の内部にある内層、該内層にある配線パターン、および第２導通部が設けられ、
   前記第２導通部は、前記第１伝熱部材の上面と前記搭載領域の間にある前記配線パターンと、前記搭載領域に設けられた配線パターンとを導通させる、ことを特徴とする回路基板。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回路基板の熱を放熱するための放熱構造であって、
   前記回路基板の下面に放熱器を取り付け、
   前記放熱器の上面と、前記第１伝熱部材の下面または前記第２伝熱部材の下面との間に、絶縁性を有するシート状の第３伝熱部材を設けた、ことを特徴とする回路基板の放熱構造。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の回路基板を製造する方法であって、
   前記第２伝熱部材に、前記第１伝熱部材の下部より径が大きな貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔内に前記第１伝熱部材の下部を嵌入し、
   前記第１伝熱部材の下部と前記第２伝熱部材との隙間、前記第２伝熱部材の上面、および前記第１伝熱部材の少なくとも周囲を、前記絶縁基体で埋め、
   その後、前記絶縁基体の上面に前記搭載領域と前記配線パターンとを形成する、ことを特徴とする回路基板の製造方法。
9. 請求項８に記載の回路基板の製造方法において、
   前記第２伝熱部材の前記貫通孔の内周面または前記第１伝熱部材の下部に、これらの間に掛かる桟部が複数形成されており、
   前記貫通孔内に前記第１伝熱部材の下部を嵌入して、前記各桟部を前記貫通孔の内周面または前記第１伝熱部材の下部に固定し、
   前記第１伝熱部材の下部と前記第２伝熱部材との隙間、前記第２伝熱部材の上面、および前記第１伝熱部材の少なくとも周囲を、前記絶縁基体で埋め、
   その後、所定の前記桟部を切断する、ことを特徴とする回路基板の製造方法。

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