JP2016197691A - Print circuit board and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を、プリント基板内に埋設した金属部材により放熱する構造に関する。 The present invention relates to a structure in which heat generated in an electronic component mounted on a printed board is radiated by a metal member embedded in the printed board.
プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を放熱するため、プリント基板内に金属部材を埋設する技術が種々提案されている。 In order to dissipate heat generated by electronic components mounted on a printed circuit board, various techniques for embedding a metal member in the printed circuit board have been proposed.
たとえば、特許文献１〜４のプリント基板では、銅などの金属部材が絶縁体から成る基材に埋設されていて、その金属部材の上方に発熱する電子部品が実装されている。
For example, in the printed circuit boards of
特許文献１〜３では、基材の上面から露出する金属部材の上面に、配線パターンが設けられ、該配線パターン上に電子部品が実装されている。特許文献２では、配線パターンの上面が金メッキで覆われている。
In
特許文献１、２では、金属部材の下面が絶縁層で覆われている。特許文献２では、その絶縁層の下面に、銅箔による金属層が設けられている。特許文献３、４では、基材の下面から露出する金属部材の下面またはその露出部分の周囲に、配線パターンが設けられている。特許文献４では、その配線パターンは、銅メッキにより形成されたグランド用パターンから成る。
In
特許文献１、３では金属部材や基材の下方に、配線パターン、絶縁層、または熱伝導シートを介して、金属製の放熱体が取り付けられている。また、特許文献１、３では、金属部材の周辺で基材を貫通するスルーホールにより、基材の上面と下面に設けられた配線パターン同士を接続している。特許文献３では、基材の下面において、配線パターンが金属部材の下面やその周辺からスルーホールの周辺まで延設されていて、金属部材の近辺でその配線パターンの厚みを厚くし、スルーホールの周辺でその配線パターンの厚みを薄くしている。
In
特許文献２〜４では、基材の上面と下面に導体層が設けられた両面基板に金属部材が埋設されているが、特許文献１では、基材の上面と下面に加えて内部にも導体層が設けられた３層以上の多層基板に金属部材が埋設されている。
In
多層基板では、たとえば特許文献５に開示されているように、複数の両面配線基板とプリプレグとから基材の絶縁層と導体層が構成されている。複数の両面配線基板の間にプリプレグを挟んで、加熱および加圧することで、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂を溶かし、その後熱硬化性樹脂を硬化させて、複数の両面配線基板とプリプレグを一体化している。
In the multilayer substrate, for example, as disclosed in
基材の上面や下面といったプリント基板の表面から、金属部材を露出させると、該金属部材の露出部分に発熱する電子部品を実装したり、配線パターンや放熱体を接触させたりして、放熱性能を高めることができる。 When a metal member is exposed from the surface of the printed circuit board, such as the top or bottom surface of the base material, heat dissipation performance is achieved by mounting electronic components that generate heat on the exposed portion of the metal member, or by bringing a wiring pattern or radiator into contact with it. Can be increased.
一方、プリント基板の表面に設けられた配線パターンは、プリント基板にスルーホールを形成したり、配線パターンの腐食を防止したり、配線パターン上に電子部品を実装し易くしたりするために、一般に、銅、金、またははんだなどの金属メッキで覆われる。その際、配線パターンだけを金属メッキで覆おうとすると、プリント基板の表面から露出した金属部材を覆い隠すマスキング処理をしておく必要があるため、プリント基板の製造工程が増えてしまう。 On the other hand, a wiring pattern provided on the surface of a printed circuit board is generally used to form a through hole in the printed circuit board, prevent corrosion of the wiring pattern, and facilitate mounting of electronic components on the wiring pattern. Covered with metal plating, such as copper, gold, or solder. At that time, if only the wiring pattern is covered with the metal plating, it is necessary to perform a masking process for covering the metal member exposed from the surface of the printed board, which increases the manufacturing process of the printed board.
本発明の課題は、放熱用の金属部材を備えたプリント基板の製造を容易にし、かつ放熱性能を高めることである。 An object of the present invention is to facilitate the manufacture of a printed circuit board provided with a metal member for heat dissipation and to improve heat dissipation performance.
本発明によるプリント基板は、絶縁体から成り板状に形成された基材と、基材の表面に設けられた配線パターンと、配線パターンに実装された電子部品で発生した熱を放熱するための、基材に埋設された金属部材とを備えている。そして、基材の配線パターンが設けられた表面から、金属部材の一部が露出し、金属部材の露出部分と、配線パターンとが、同一工程で施された同じ材質の金属メッキで覆われている。 The printed circuit board according to the present invention is for dissipating heat generated by a base plate made of an insulator, a wiring pattern provided on the surface of the base material, and an electronic component mounted on the wiring pattern. And a metal member embedded in the base material. Then, a part of the metal member is exposed from the surface of the base material on which the wiring pattern is provided, and the exposed portion of the metal member and the wiring pattern are covered with the same material metal plating applied in the same process. Yes.
本発明によると、基材の表面から露出した金属部材と、配線パターンとを同一工程で施された同じ材質の金属メッキで覆っている。このため、金属部材の露出部分を予めマスキングしておく必要がなくなり、プリント基板の製造工程が増加するのを抑制して、プリント基板の製造を容易にすることができる。また、金属部材の一部が基材の表面から露出して、金属メッキで覆われているので、金属部材の一部が腐食するのを防止しつつ、金属部材の放熱性能を高めることができる。 According to the present invention, the metal member exposed from the surface of the substrate and the wiring pattern are covered with the same material metal plating applied in the same process. For this reason, it becomes unnecessary to mask the exposed part of a metal member beforehand, and it can suppress that the manufacturing process of a printed circuit board increases, and can manufacture a printed circuit board easily. In addition, since a part of the metal member is exposed from the surface of the base material and is covered with the metal plating, the heat dissipation performance of the metal member can be improved while preventing the metal part from being corroded. .
本発明では、上記プリント基板において、基材を貫通するように設けられ、基材の上面と下面に設けられた配線パターン同士を接続する貫通導体をさらに設けてもよい。この場合、金属部材の露出部分と、配線パターンと、貫通導体の端部とが、同一工程で施された同じ材質の金属メッキで覆われる。 In the present invention, the printed circuit board may further include a through conductor that is provided so as to penetrate the base material and connects the wiring patterns provided on the upper surface and the lower surface of the base material. In this case, the exposed portion of the metal member, the wiring pattern, and the end portion of the through conductor are covered with the same material metal plating applied in the same process.
また、本発明では、上記プリント基板において、基材は、上面に電子部品を実装するための配線パターンが設けられた第１絶縁層と、第１絶縁層の下面に設けられた第２絶縁層とから構成され、第２絶縁層の熱伝導率より第１絶縁層の熱伝導率の方が高く、第２絶縁層の下面から第１絶縁層の下面に達するように凹部が設けられ、金属部材は凹部に嵌入されていてもよい。この場合、第２絶縁層の下面から露出した金属部材と、配線パターンと、貫通導体の端部とが、同一工程で施された同じ材質の金属メッキで覆われる。 In the present invention, in the printed board, the base material includes a first insulating layer provided with a wiring pattern for mounting an electronic component on the upper surface, and a second insulating layer provided on the lower surface of the first insulating layer. The first insulating layer has a higher thermal conductivity than the second insulating layer, and a recess is provided so as to reach the lower surface of the first insulating layer from the lower surface of the second insulating layer. The member may be inserted into the recess. In this case, the metal member exposed from the lower surface of the second insulating layer, the wiring pattern, and the end portion of the through conductor are covered with the same metal plating applied in the same process.
本発明では、絶縁体から成り板状に形成された基材と、基材の表面に設けられた配線パターンと、配線パターンに実装された電子部品で発生した熱を放熱するための、基材に埋設された金属部材とを備えたプリント基板において、基材の配線パターンが設けられた表面から、金属部材の一部が露出し、この金属部材の露出部分と配線パターンとが、金属メッキで覆われており、基材に対する、金属部材の露出部分と配線パターンの、金属メッキを含む高さが同一であってもよい。また、基材または第２絶縁層に対する、金属部材の露出部分と、配線パターンと、貫通導体の端部の、金属メッキを含む高さが同一であってもよい。 In the present invention, a base material made of an insulator and formed into a plate shape, a wiring pattern provided on the surface of the base material, and a base material for radiating heat generated in an electronic component mounted on the wiring pattern In the printed circuit board including the metal member embedded in the substrate, a part of the metal member is exposed from the surface on which the wiring pattern of the base material is provided, and the exposed portion of the metal member and the wiring pattern are formed by metal plating. The height including the metal plating of the exposed part of the metal member and the wiring pattern with respect to the substrate may be the same. Moreover, the height including the metal plating of the exposed portion of the metal member, the wiring pattern, and the end portion of the through conductor with respect to the base material or the second insulating layer may be the same.
また、本発明による電子装置は、上述したプリント基板と、プリント基板に備わる金属部材に対して上下に重なるように、プリント基板に実装された発熱する電子部品と、プリント基板の下面から露出する金属部材の下面に接触するように設けられた放熱体とを備えている。 Further, an electronic device according to the present invention includes the above-described printed circuit board, an electronic component that generates heat mounted on the printed circuit board so as to overlap with a metal member provided on the printed circuit board, and a metal exposed from the lower surface of the printed circuit board. And a heat radiating body provided to come into contact with the lower surface of the member.
本発明によれば、放熱用の金属部材を備えたプリント基板の製造を容易にし、かつ放熱性能を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, manufacture of the printed circuit board provided with the metal member for heat dissipation can be made easy, and heat dissipation performance can be improved.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same parts and corresponding parts.
まず、実施形態のプリント基板１０および電子装置１００の構造を、図１〜図５を参照しながら説明する。
First, the structure of the printed
図１は、プリント基板１０の上面にある上表層Ｌ１を示した図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示した図である。図３は、プリント基板１０の内部にある内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を示した図である。図４は、プリント基板１０の下面にある下表層Ｌ５を示した図である。図５は、プリント基板１０に設けた凹部１１ｋとメタルコア３を示した図である。
FIG. 1 is a view showing the upper surface layer L1 on the upper surface of the printed
なお、図１と図３は、プリント基板１０の上方から見た状態を示し、図４および図５は、プリント基板１０の下方から見た状態を示している。また、各図では、便宜上、プリント基板１０および電子装置１００の一部のみ図示している。
1 and 3 show the state viewed from above the printed
電子装置１００は、たとえば電気自動車またはハイブリッドカーに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータから成る。電子装置１００は、プリント基板１０、電子部品９ａ〜９ｊ、およびヒートシンク４から構成されている。
The
図２に示すように、プリント基板１０は、上面と下面の両表面にそれぞれ表層Ｌ１、Ｌ５が設けられ、内部に複数の内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が設けられた多層（５層）基板である。プリント基板１０には、基材１１、メタルコア３、ヒートシンク４、配線パターン５ａ〜５ｗ、およびスルーホール６ａ〜６ｅなどが備わっている。
As shown in FIG. 2, the printed
基材１１は、絶縁体から成り、板状に形成されている。詳しくは、基材１１は、第１絶縁層１と第２絶縁層２とから構成されている。
The
第１絶縁層１は、高熱伝導性のプリプレグから構成されている。高熱伝導性のプリプレグは、たとえば、アルミナをエポキシに混ぜ込むなどして生成された、高熱伝導性と絶縁性を有するプリプレグである。アルミナは補強材であり、エポキシは熱硬化性樹脂である。
The first insulating
第１絶縁層１は、所定の厚み（１００μｍ程度）を有する平板状に形成されている。外部に露出する第１絶縁層１の上面には、上表層Ｌ１が設けられている。図１に示すように、上表層Ｌ１には、電子部品９ａ〜９ｇと配線パターン５ａ〜５ｉが設けられている。
The first insulating
配線パターン５ａ〜５ｉは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン５ａ〜５ｉの一部は、電子部品９ａ〜９ｇをはんだ付けするランドとして機能する。電子部品９ａ〜９ｇは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）９ａ、９ｂ、ディスクリート部品９ｃ、およびチップコンデンサ９ｄ〜９ｇから成る。
The
ＦＥＴ９ａ、９ｂは、発熱量の多い表面実装型の電子部品である。ＦＥＴ９ａのソース端子ｓ１は、配線パターン５ａ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ａのゲート端子ｇ１は、配線パターン５ｂ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ａのドレイン端子ｄ１は、配線パターン５ｃ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのソース端子ｓ２は、配線パターン５ｃ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのゲート端子ｇ２は、配線パターン５ｄ上にはんだ付けされる。ＦＥＴ９ｂのドレイン端子ｄ２は、配線パターン５ｅにはんだ付けされる。
The
ディスクリート部品９ｃは、図２に示すように、プリント基板１０を貫通するリード端子ｔ１、ｔ２（図１）を備えた電子部品である。ディスクリート部品９ｃの本体部は、第１絶縁層１の上面に搭載される。ディスクリート部品９ｃの各リード端子ｔ１、ｔ２は、それぞれスルーホール６ｃ、６ｄに挿入された後、はんだ付けされる。
As illustrated in FIG. 2, the
チップコンデンサ９ｄ〜９ｇは、表面実装型の電子部品である。図１に示すように、チップコンデンサ９ｄは、配線パターン５ｂ、５ｈ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｅは、配線パターン５ｅ、５ｆ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｆは、配線パターン５ｄ、５ｉ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｇは、配線パターン５ｅ、５ｇ上にはんだ付けされる。
The
図２に示すように、第１絶縁層１の下面には、第２絶縁層２が設けられている。第２絶縁層２は、第１絶縁層１より厚みが厚い平板状に形成されていて、積層構造を有している。詳しくは、第２絶縁層２は、通常のプリプレグ２ｂの上下両面に、銅張積層板２ａをそれぞれ接着することにより構成されている。
As shown in FIG. 2, a second
通常のプリプレグ２ｂは、一般的なプリント基板の材料となるプリプレグであって、たとえばガラス繊維にエポキシを含浸させて成る板材である。銅張積層板２ａは、たとえばガラス繊維にエポキシを含浸させて成る板状のコア材２ｃの上下両面に、銅箔を貼り付けたものである。通常のプリプレグ２ｂと銅張積層板２ａをそれぞれ構成するガラス繊維とエポキシは、本例では成分が異なっているが、他の例として成分が同一でもよい。ガラス繊維は補強材である。
The
他の例として、ガラス繊維に代えて、炭素繊維などの他の補強材と、エポキシ以外の熱硬化性樹脂とから成る板材を、第２絶縁層２として用いてもよい。
As another example, instead of glass fiber, a plate material made of another reinforcing material such as carbon fiber and a thermosetting resin other than epoxy may be used as the second insulating
第２絶縁層２の各銅張積層板２ａの銅箔部分を用いて、第１絶縁層１と第２絶縁層２の間に内層Ｌ２が設けられ、第２絶縁層２内に内層Ｌ３、Ｌ４が設けられ、第２絶縁層２の下面に下表層Ｌ５が設けられている。
An inner layer L2 is provided between the first insulating
図３に示すように、内層Ｌ２〜Ｌ４には、配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”が設けられている。各配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”は、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。
As shown in FIG. 3, the inner layers L2 to L4 are provided with
本例では、内層Ｌ２の配線パターン５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎと、内層Ｌ３の配線パターン５ｊ’、５ｋ’、５ｌ’、５ｍ’、５ｎ’と、内層Ｌ４の配線パターン５ｊ”、５ｋ”、５ｌ”、５ｍ”、５ｎ”とは、それぞれ同形状になっている。他の例として、各内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の配線パターンの形状を異ならせてもよい。
In this example, the
図４に示すように、下表層Ｌ５には、電子部品９ｈ〜９ｊと配線パターン５ｏ〜５ｗが設けられている。配線パターン５ｏ〜５ｗは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン５ｐ、５ｑ、５ｓ、５ｔ、５ｖ、５ｗの一部は、電子部品９ｈ〜９ｊをはんだ付けするランドとして機能する。
As shown in FIG. 4, the lower surface layer L5 is provided with
電子部品９ｈ〜９ｊは、表面実装型のチップコンデンサである。チップコンデンサ９ｈは、配線パターン５ｐ、５ｑ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｉは、配線パターン５ｔ、５ｓ上にはんだ付けされる。チップコンデンサ９ｊは、配線パターン５ｖ、５ｗ上にはんだ付けされる。
The
図２などに示すように、基材１１の下面には、凹部１１ｋが設けられている。詳しくは、第２絶縁層２の下面から厚み方向に窪んで第１絶縁層１の下面に達するように、凹部１１ｋが第２絶縁層２に設けられている。凹部１１ｋには、メタルコア３が嵌入されている。つまり、メタルコア３は、第２絶縁層２の下面から第１絶縁層１の下面に達するように、基材１１に埋設されている。
As shown in FIG. 2 and the like, a
また、第１絶縁層１の下面において、少なくともＦＥＴ９ａ、９ｂと上下に重なるように、メタルコア３は設けられている。詳しくは、図１に示すように、プリント基板１０の上方から見て、メタルコア３は、第１絶縁層１の上面に設けられた複数の電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆや複数の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉと全部または一部重なるように、広範囲に設けられている。逆に言えば、メタルコア３に対して上下に重なるように、電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆがプリント基板１０上の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉに実装されている。
Further, the
メタルコア３は、熱伝導性を有する銅などの金属体から成る。メタルコア３は、図１、図４、および図５に示すように、上方または下方から見ると矩形状に形成されている。凹部１１ｋは、上方または下方から見るとほぼ矩形状に形成されている。凹部１１ｋの面積は、メタルコア３の面積より広くなっている。
The
図２に示すように、メタルコア３の上面は、第１絶縁層１で覆われている。メタルコア３の下部は、第２絶縁層２の下面から露出している。メタルコア３は、直上にある上表層Ｌ１の配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉに実装された電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を放熱する。また、メタルコア３は、電子部品９ａ〜９ｊで発生して基材１１に伝わった熱を放熱する。メタルコア３は、本発明の「金属部材」の一例である。
As shown in FIG. 2, the upper surface of the
第１絶縁層１とメタルコア３の熱伝導率は、第２絶縁層２の熱伝導率より高くなっている。また、メタルコア３の熱伝導率は、第１絶縁層１の熱伝導率より高くなっている。具体的には、たとえば、第２絶縁層２の熱伝導率が０．３〜０．５Ｗ／ｍＫ（ｍＫ：メートル・ケルビン）であるのに対して、第１絶縁層１の熱伝導率は３〜５Ｗ／ｍＫである。また、メタルコア３を銅製にした場合、メタルコア３の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍＫである。
The thermal conductivity of the first insulating
各内層Ｌ２〜Ｌ４において、配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”とメタルコア３の間には、第２絶縁層２の絶縁体（エポキシやガラス繊維）が介在している（図２、図３）。このため、メタルコア３と配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’、５ｊ”〜５ｎ”とは絶縁されている。
In each of the inner layers L2 to L4, an insulator (epoxy or glass fiber) of the second insulating
下表層Ｌ５において、メタルコア３の近傍にある配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓ、５ｕとメタルコア３の間には、所定の絶縁距離が設けられている（図２、図４）。このため、メタルコア３と各配線パターン５ｏ〜５ｗとは絶縁されている。
In the lower surface layer L5, a predetermined insulation distance is provided between the
上表層Ｌ１において、メタルコア３の直上にある配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉとメタルコア３の間には、第１絶縁層１が介在している（図１、図２）。言い換えれば、第１絶縁層１を介してメタルコア３の上方に、配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉが設けられている。このため、メタルコア３と各配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉとは絶縁されている。また、第１絶縁層１を介して第２絶縁層２の上方に、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｉ、５ｈが設けられている。このため、内層Ｌ２の配線パターン５ｊ〜５ｎと上表層Ｌ１の配線パターン５ａ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｉ、５ｈとは絶縁されている。
In the upper surface layer L1, the first insulating
スルーホール６ａ〜６ｅは、メタルコア３の周囲で、基材１１の第１絶縁層１と第２絶縁層２と該両絶縁層１、２にある配線パターンを貫通している（図２）。各スルーホール６ａ〜６ｅの内面は、金属メッキ１４で覆われている。スルーホール６ａ〜６ｅは、基材１１の上表層Ｌ１、内層Ｌ２〜Ｌ４、および下表層Ｌ５に設けられた配線パターン同士を接続している。スルーホール６ａ〜６ｅは、本発明の「貫通導体」の一例である。
The through
スルーホール６ａは、絶縁層１、２と上表層Ｌ１の配線パターン５ａと内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｊ、５ｊ’、５ｊ”と下表層Ｌ５の配線パターン５ｏを貫通するように複数設けられている。各スルーホール６ａは、それらの配線パターン５ａ、５ｊ、５ｊ’、５ｊ”、５ｏを接続している。
A plurality of through
スルーホール６ｂは、絶縁層１、２と、上表層Ｌ１の配線パターン５ｅと、内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｍ、５ｍ’、５ｍ”と、下表層Ｌ５の配線パターン５ｓを貫通するように複数設けられている。各スルーホール６ｂは、それらの配線パターン５ｅ、５ｍ、５ｍ’、５ｍ”、５ｓを接続している。
The plurality of through
スルーホール６ｃは、絶縁層１、２と、上表層Ｌ１の配線パターン５ｅと、内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｍ、５ｍ’、５ｍ”と、下表層Ｌ５の配線パターン５ｓを貫通するように設けられている。スルーホール６ｃには、ディスクリート部品９ｃの一方のリード端子ｔ１がはんだ付けされ、該リード端子ｔ１と配線パターン５ｅ、５ｍ、５ｍ’、５ｍ”、５ｓがスルーホール６ｃを介して接続されている。
The through
スルーホール６ｄは、絶縁層１、２と、上表層Ｌ１の配線パターン５ｆと、内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｎ、５ｎ’、５ｎ”と、下表層Ｌ５の配線パターン５ｒを貫通するように設けられている。スルーホール６ｄには、ディスクリート部品９ｃの他方のリード端子ｔ２がはんだ付けされ、該リード端子ｔ２と配線パターン５ｆ、５ｎ、５ｎ’、５ｎ”、５ｒがスルーホール６ｄを介して接続されている。
The through
スルーホール６ｅは、絶縁層１、２と、上表層Ｌ１の配線パターン５ｈと、内層Ｌ２〜Ｌ４の配線パターン５ｋ、５ｋ’、５ｋ”と、下表層Ｌ５の配線パターン５ｐを貫通するように設けられている。スルーホール６ｅは、それらの配線パターン５ｈ、５ｋ、５ｋ’、５ｋ”、５ｐを接続している。
The through
図２に示すように、下表層Ｌ５の配線パターン５ｐ、５ｓ、５ｔの下面とスルーホール６ｂ、６ｃ、６ｅの下端部（下側の縁）は、メタルコア３の下面と面一になっている。図４に示す下表層Ｌ５の配線パターン５ｏ、５ｑ、５ｒ、５ｕ〜５ｗの下面とスルーホール６ａ、６ｄの下端部も、メタルコア３の下面と面一になっている。
As shown in FIG. 2, the lower surfaces of the
基材１１の下面から露出したメタルコア３の露出部分と、配線パターン５ｏ〜５ｗと、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部とは、同一工程で施された同じ材質の金属メッキ１２で覆われている（図２参照、図４では金属メッキ１２の図示省略）。これにより、基材１１の第２絶縁層２の下面に対する、メタルコア３と、配線パターン５ｏ〜５ｗと、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部の、金属メッキ１２を含む高さが同一になっている。
The exposed portion of the
上表層Ｌ１の配線パターン５ａ〜５ｉの上面と、スルーホール６ａ〜６ｅの上端部（上側の縁）とは、面一になっている。配線パターン５ａ〜５ｉと、スルーホール６ａ〜６ｅの上端部とは、同一工程で施された同じ材質の金属メッキ１３で覆われている（図２参照、図１では金属メッキ１３の図示省略）。これにより、基材１１の第１絶縁層１の上面に対する、配線パターン５ａ〜５ｉと、スルーホール６ａ〜６ｅの上端部の、金属メッキ１３を含む高さが同一になっている。
The upper surfaces of the
金属メッキ１２〜１４は、本例ではいずれも銅メッキである。他の例として、金属メッキ１２〜１４を、金やはんだなどの他の金属のメッキで構成してもよい。
The
図２に示すように、第２絶縁層２とメタルコア３の下方には、ヒートシンク４が設けられている。ヒートシンク４は、アルミニウムなどの金属製であり、プリント基板１０で生じた熱を外部に放出して、プリント基板１０を冷却する。ヒートシンク４は、本発明の「放熱体」の一例である。
As shown in FIG. 2, a
ヒートシンク４の上面には、上方へ突出した凸部４ａ、４ｂが形成されている。凸部４ａ、４ｂの上面は、プリント基板１０の板面と平行になっている。
On the upper surface of the
ヒートシンク４の凸部４ｂには、プリント基板１０の厚み方向（図２で上下方向）と平行に、螺合孔４ｈが形成されている。各絶縁層１、２において、電子部品９ａ〜９ｊおよび配線パターン５ａ〜５ｗと重ならない位置に、貫通孔７が設けられている。この貫通孔７は、ヒートシンク４の螺合孔４ｈと連通する。
A
第１絶縁層１の上方からねじ８を貫通孔７へ貫通させて、ヒートシンク４の螺合孔４ｈに螺合することにより、第２絶縁層２の下面にヒートシンク４の凸部４ｂが固定される。このようなねじ止め箇所を複数設けることにより、プリント基板１０の下方にヒートシンク４が取り付けられる。
The
第２絶縁層２の下面にヒートシンク４の凸部４ｂを固定した状態で、メタルコア３の金属メッキ１２で覆われた下面と、ヒートシンク４の凸部４ａの上面とが接触する。本例では、下表層Ｌ５の配線パターン５ｏ、５ｐ、５ｒ、５ｓ、５ｕとメタルコア３の間に、所定の絶縁距離を確保するなどの理由により、ヒートシンク４の凸部４ａの上面の面積を、メタルコア３の下面の面積より若干狭くしている。
In a state where the
他の例として、下表層Ｌ５の配線パターンや電子部品の配置を考慮して、ヒートシンク４の凸部４ａの上面の面積を、メタルコア３の下面の面積に対して、同一にしたり若干広くしたりしてもよい。
As another example, the area of the upper surface of the
ヒートシンク４の凸部４ａの上面には、高熱伝導性を有するサーマルグリス（図示省略）を塗布したり、熱伝導シートを貼り付けたりしてもよい。これにより、凸部４ａの上面とメタルコア３の金属メッキ１２で覆われた下面との密着性が高められ、かつメタルコア３からヒートシンク４への熱伝導性が高められる。
Thermal grease (not shown) having high thermal conductivity may be applied to the upper surface of the
次に、プリント基板１０の製造方法を、図１〜図５、図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃを参照しながら説明する。
Next, a method for manufacturing the printed
図６Ａ〜図６Ｃは、プリント基板１０の製造工程を示した図である。なお、図６Ａ〜図６Ｃでは、便宜上、プリント基板１０の各部を簡略化して示している。
6A to 6C are diagrams illustrating manufacturing steps of the printed
図６Ａにおいて、２枚の銅張積層板２ａのうち、一方の銅張積層板２ａの上下両面にある銅箔をエッチング処理などして、内層Ｌ２、Ｌ３の配線パターン５ｊ〜５ｎ、５ｊ’〜５ｎ’（図６Ａ〜図６Ｃでは符号省略）を形成する。また、他方の銅張積層板２ａの上面にある銅箔をエッチング処理などして、内層Ｌ４の配線パターン５ｊ”〜５ｎ”（図６Ａ〜図６Ｃは符号省略）を形成する（図６Ａの（１））。
6A, of the two copper-clad
次に、各銅張積層板２ａにメタルコア３を嵌入させるための貫通孔２ｈを形成する（図６Ａの（２））。また、通常のプリプレグ２ｂにも、メタルコア３を嵌入させるための貫通孔２ｈ’を形成する（図６Ａの（３））。
Next, a through
貫通孔２ｈ、２ｈ’は、銅張積層板２ａや通常のプリプレグ２ｂの厚み方向から見て、図５（ａ）に示すように略矩形状に形成されている。貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面には、内側に向かって突出する複数の凸部２ｔが所定の間隔で形成されている。各凸部２ｔの突出長は、図５（ｂ）に示すように、貫通孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させた状態で、メタルコア３の外周面に達するような長さにする。
The through
これにより、貫通孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させた状態で、メタルコア３の外周面と貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面とが互いに接触する接触部２ｔ’と、互いに接触しない離間部２ｓとが形成される。接触部２ｔ’と離間部２ｓとは、メタルコア３および貫通孔２ｈ、２ｈ’の周方向に、それぞれ所定の間隔で交互に複数形成される。
Thereby, in a state where the
このため、メタルコア３と貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面との接触面積が小さくなり、メタルコア３を貫通孔２ｈ、２ｈ’に嵌入させ易くすることができる。然も、メタルコア３を貫通孔２ｈ、２ｈ’に一旦嵌入すると、貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面とメタルコア３の外周面との各接触部２ｔ’の摩擦抵抗により、メタルコア３を貫通孔２ｈ、２ｈ’から抜け出し難くすることができる。
For this reason, the contact area between the
また、所定の厚みを有する高熱伝導性のプリプレグ１ａと、該プリプレグ１ａの上面に貼り付けるための所定の厚みを有する銅箔５を準備する（図６Ａの（４））。さらに、銅などの金属体を加工して、所定の形状のメタルコア３を形成する（図６Ａの（５））。
Moreover, the highly heat
そして、図６Ｂの（６）に示すように、下から、一方の銅張積層板２ａ、通常のプリプレグ２ｂ、他方の銅張積層板２ａ、高熱伝導性のプリプレグ１ａ、および銅箔５を順に積み重ねて、貫通孔２ｈ、２ｈ’にメタルコア３を嵌入させた後、これらを加熱しつつ上下方向（各部材の厚み方向）に加圧する（積層プレス）。
Then, as shown in FIG. 6B (6), from the bottom, one copper-clad
これにより、各プリプレグ２ｂ、１ａと銅張積層板２ａのエポキシが溶け出して、これら部材１ａ、２ａ、２ｂの隙間に入り込む。その後、そのエポキシが硬化することで、部材１ａ、２ａ、２ｂ同士が接着され、基材１１の第１絶縁層１、第２絶縁層２、内層Ｌ２〜Ｌ４、および凹部１１ｋが構成される（図６Ｂの（６’））。凹部１１ｋの内周面は、貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面から成り、凹部１１ｋの底面は、高熱伝導性のプリプレグ１ａの下面から成る。
Thereby, the epoxy of each
また、各プリプレグ２ｂ、１ａと銅張積層板２ａの溶け出したエポキシが、メタルコア３と凹部１１ｋの隙間や離間部２ｓに充填される。その後、そのエポキシが硬化することで、基材１１とメタルコア３が一体化される。つまり、メタルコア３の上面は、第１絶縁層１で保持される。メタルコア３と凹部１１ｋの接触部２ｔ’では、銅張積層板２ａやプリプレグ２ｂのガラス繊維とエポキシでメタルコア３が保持される。また、メタルコア３と凹部１１ｋの離間部２ｓでは、銅張積層板２ａやプリプレグ２ｂの硬化後のエポキシ２ｊによりメタルコア３が保持される（図５（ｃ）、図１、図３、図４）。さらに、メタルコア３の下部が第２絶縁層２の下面から露出し、最下部にある銅張積層板２ａの銅箔とメタルコア３の下面とが面一になる。最上部にある銅箔５の上面も面一になる。
Further, the melted epoxy of each
次に、図６Ｃの（７）に示すように、銅箔５および基材１１の所定の箇所に、スルーホール用の貫通孔６’を形成する。そして、図６Ｃの（８）に示すように、各貫通孔６’の内面を金属メッキ１４で覆う。また、基材１１の第１絶縁層１の銅箔５を、金属メッキ１３で覆う。さらに、第２絶縁層２の銅箔２ｄ（一方の銅張積層板２ａの下面にある銅箔）とメタルコア３の下部を、金属メッキ１２で覆う。これにより、スルーホール６ａ〜６ｅ（図６Ｃでは符号６の部分）が形成され、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部と上端部と内面がそれぞれ金属メッキ１２、１３、１４で覆われる（図２）。金属メッキ１２〜１４は、同一のメッキ工程において同時に施される。
Next, as shown to (7) of FIG. 6C, the through-hole 6 'for through-holes is formed in the
また、基材１１の第１絶縁層１の上面に対する、配線パターン６ａ〜６ｉとスルーホール６ａ〜６ｅの上端部の、金属メッキ１３を含む高さが同一になる。また、基材１１の第２絶縁層２の下面に対する、メタルコア３と、配線パターン６ｏ〜６ｗと、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部の、金属メッキ１２を含む高さが同一になる。
Moreover, the height including the metal plating 13 of the upper ends of the
次に、最下部にある銅箔２ｄ（図６Ｃ（８））をエッチング処理などして、第２絶縁層２の下面に下表層Ｌ５の配線パターン５ｏ〜５ｗ（図６Ｃでは符号省略）を形成する（図６Ｃの（９））。また、最上部にある銅箔５をエッチング処理などして、第１絶縁層１の上面に上表層Ｌ１の配線パターン５ａ〜５ｉ（図６Ｃでは符号省略）を形成する。
Next, the
この後、露出している第１絶縁層１の上面、配線パターン５ａ〜５ｉ、第２絶縁層２の下面、および配線パターン５ｏ〜５ｗなどに対して、レジストやシルクなどの表面処理を施す（図６Ｃの（１０））。そして、各絶縁層１、２の余分な端部を切断するなどして、外形を加工する（図６Ｃの（１１））。以上により、プリント基板１０が形成される。
Thereafter, the exposed upper surface of the first insulating
上記実施形態によると、基材１１に放熱用のメタルコア３を埋設したプリント基板１０において、基材１１の第２絶縁層２の下面から露出したメタルコア３と、配線パターン５ｏ〜５ｗと、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部とを、同一工程で施された同じ材質の金属メッキ１２で覆っている。そして、そのメタルコア３と、配線パターン５ｏ〜５ｗと、スルーホール６ａ〜６ｅの下端部の、第２絶縁層２の下面に対する高さを同一にしている。このため、メタルコア３の露出部分を予めマスキング処理しておく必要がなくなり、プリント基板１０の製造工程が増加するのを抑制して、プリント基板１０の製造を容易にすることができる。また、メタルコア３の下部が基材１１の下面から露出して、金属メッキ１２で覆われているので、メタルコア３の下部が腐食するのを防止しつつ、メタルコア３の放熱性能を高めることができる。
According to the embodiment, in the printed
また、上記実施形態では、メタルコア３の直上に、熱伝導性の高い第１絶縁層１と配線パターン５ａ〜５ｅ、５ｈ、５ｉと金属メッキ１３を介して、発熱する電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆを実装し、第２絶縁層２から露出したメタルコア３の下面に、金属メッキ１２を介してヒートシンク４を接触させている。このため、メタルコア３の下面が腐食するのを防止しつつ、メタルコア３の下面にヒートシンク４を密着させることができる。そして、電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、第１絶縁層１やメタルコア３を通してヒートシンク４に伝え易くして、ヒートシンク４から外部に効率よく放熱することが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, the
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、プリント基板１０の表層Ｌ１、Ｌ５や内層Ｌ２〜Ｌ４にある配線パターン同士を接続するために、スルーホール９ａ〜９ｅを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、プリント基板の上面と下面にある配線パターン同士だけを接続するスルーホールを設けてもよい。また、スルーホール以外に、たとえば、銅製の端子やピンなどの基材を貫通する貫通導体を設けて、該貫通導体でプリント基板の異なる導体層の配線パターン同士を接続してもよい。
In the present invention, various embodiments other than those described above can be adopted. For example, in the above embodiment, the example in which the through
また、スルーホールのような貫通導体が省略されたプリント基板に、本発明を適用してもよい。この場合、メタルコア３の露出部分と配線パターン５ｏ〜５ｗとを、同一工程で施された同じ材質の金属メッキ１２で覆って、基材１１に対するメタルコア３と配線パターン５ｏ〜５ｗの、金属メッキ１２を含む高さを同一にすればよい。
Further, the present invention may be applied to a printed circuit board in which through conductors such as through holes are omitted. In this case, the exposed portion of the
また、以上の実施形態では、メタルコア３の下部だけが基材１１の下面から露出した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、メタルコア３の上部も基材１１の上面から露出させてもよい。この場合、基材１１の上面から露出したメタルコア３の上部と、配線パターン５ａ〜５ｉと、スルーホール６ａ〜６ｅの上端の縁とを、同一工程で施された同じ材質の金属メッキ１３で覆って、基材１１の上面に対するメタルコア３と配線パターン５ａ〜５ｉの、金属メッキ１３を含む高さを同一にすればよい。
Moreover, in the above embodiment, although the example which exposed only the lower part of the
また、以上の実施形態では、上方から見たときのメタルコア３の形状を矩形状にした例を示したが、これに限らず、発熱する電子部品の配置位置や形状に合わせて、上方から見たときのメタルコアの形状は、任意の形にすることができる。
In the above embodiment, an example in which the shape of the
また、以上の実施形態では、放熱体として、ヒートシンク４を用いた例を示したが、これに代えて、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱体だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱体を用いてもよい。
Moreover, although the example using the
また、以上の実施形態では、２つ表層Ｌ１、Ｌ５と３つの内層Ｌ２〜Ｌ４が設けられたプリント基板１０に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、上面または下面に配線パターンなどの導体が設けられた単層のプリント基板や、２層以上に導体が設けられたプリント基板にも適用することができる。
Moreover, although the example which applied this invention to the printed
さらに、以上の実施形態では、電子装置１００として、電気自動車やハイブリッドカーに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータを例に挙げたが、本発明は、プリント基板と、発熱する電子部品と、放熱体とを備えた、他の電子装置にも適用することができる。
Furthermore, in the above embodiment, although the DC-DC converter mounted in an electric vehicle or a hybrid car was mentioned as an example as the
１ 第１絶縁層
２ 第２絶縁層
３ メタルコア（金属部材）
４ ヒートシンク（放熱体）
５ａ〜５ｉ 上表層の配線パターン
５ｏ〜５ｗ 下表層の配線パターン
６ａ〜６ｅ スルーホール（貫通導体）
９ａ、９ｂ ＦＥＴ（電子部品）
９ｄ、９ｆ チップコンデンサ（電子部品）
１０ プリント基板
１１ 基材
１１ｋ 凹部
１２ 金属メッキ
１００ 電子装置
Ｌ１ 上表層
Ｌ５ 下表層
DESCRIPTION OF
4 Heat sink (heat sink)
5a-5i Upper surface layer wiring pattern 5o-5w Lower surface
9a, 9b FET (electronic parts)
9d, 9f Chip capacitors (electronic components)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基材の表面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンに実装された電子部品で発生した熱を放熱するための、前記基材に埋設された金属部材と、を備えたプリント基板において、
前記基材の前記配線パターンが設けられた表面から、前記金属部材の一部が露出し、
前記金属部材の露出部分と、前記配線パターンとが、同一工程で施された同じ材質の金属メッキで覆われている、ことを特徴とするプリント基板。 A substrate made of an insulator and formed in a plate shape;
A wiring pattern provided on the surface of the substrate;
In a printed circuit board comprising: a metal member embedded in the base material for dissipating heat generated in an electronic component mounted on the wiring pattern,
From the surface of the substrate on which the wiring pattern is provided, a part of the metal member is exposed,
The printed circuit board, wherein the exposed portion of the metal member and the wiring pattern are covered with the same material metal plating applied in the same process.
前記基材を貫通するように設けられ、前記基材の上面と下面に設けられた配線パターン同士を接続する貫通導体をさらに備え、
前記金属部材の露出部分と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部とが、前記金属メッキで覆われている、ことを特徴とするプリント基板。 The printed circuit board according to claim 1,
A through conductor provided to penetrate the base material and connecting the wiring patterns provided on the upper surface and the lower surface of the base material;
An exposed portion of the metal member, the wiring pattern, and an end portion of the through conductor are covered with the metal plating.
前記基材は、
上面に前記電子部品を実装するための配線パターンが設けられた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の下面に設けられた第２絶縁層と、から構成され、
前記第２絶縁層の熱伝導率より前記第１絶縁層の熱伝導率の方が高く、
前記第２絶縁層の下面から前記第１絶縁層の下面に達するように凹部が設けられ、
前記金属部材は前記凹部に嵌入され、
前記第２絶縁層の下面から露出した前記金属部材と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部とが、前記金属メッキで覆われている、ことを特徴とするプリント基板。 The printed circuit board according to claim 2,
The substrate is
A first insulating layer provided with a wiring pattern for mounting the electronic component on an upper surface;
A second insulating layer provided on the lower surface of the first insulating layer,
The thermal conductivity of the first insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second insulating layer,
A recess is provided so as to reach the lower surface of the first insulating layer from the lower surface of the second insulating layer,
The metal member is inserted into the recess;
The printed circuit board, wherein the metal member exposed from the lower surface of the second insulating layer, the wiring pattern, and an end portion of the through conductor are covered with the metal plating.
前記基材の表面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンに実装された電子部品で発生した熱を放熱するための、前記基材に埋設された金属部材と、を備えたプリント基板において、
前記基材の前記配線パターンが設けられた表面から、前記金属部材の一部が露出し、
前記金属部材の露出部分と、前記配線パターンとが、金属メッキで覆われており、
前記基材に対する、前記金属部材の露出部分と前記配線パターンの、前記金属メッキを含む高さが同一である、ことを特徴とするプリント基板。 A substrate made of an insulator and formed in a plate shape;
A wiring pattern provided on the surface of the substrate;
In a printed circuit board comprising: a metal member embedded in the base material for dissipating heat generated in an electronic component mounted on the wiring pattern,
From the surface of the substrate on which the wiring pattern is provided, a part of the metal member is exposed,
The exposed portion of the metal member and the wiring pattern are covered with metal plating,
The printed circuit board, wherein the exposed portion of the metal member and the wiring pattern with respect to the base material have the same height including the metal plating.
前記基材を貫通するように設けられ、前記基材の上面と下面に設けられた配線パターン同士を接続する貫通導体をさらに備え、
前記金属メッキは、前記基材の表面から露出した前記金属部材と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部とを覆い、
前記基材に対する、前記金属部材の露出部分と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部の、前記金属メッキを含む高さが同一である、ことを特徴とするプリント基板。 The printed circuit board according to claim 4,
A through conductor provided to penetrate the base material and connecting the wiring patterns provided on the upper surface and the lower surface of the base material;
The metal plating covers the metal member exposed from the surface of the substrate, the wiring pattern, and an end of the through conductor,
The printed circuit board, wherein the exposed portion of the metal member, the wiring pattern, and the end portion of the through conductor with respect to the base material have the same height including the metal plating.
前記基材は、
上面に前記電子部品を実装するための配線パターンが設けられた第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の下面に設けられた第２絶縁層と、から構成され、
前記第２絶縁層の熱伝導率より前記第１絶縁層の熱伝導率の方が高く、
前記第２絶縁層の下面から前記第１絶縁層の下面に達するように凹部が設けられ、
前記金属部材は前記凹部に嵌入され、
前記金属メッキは、前記第２絶縁層の下面から露出した前記金属部材と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部とを覆い、
前記第２絶縁層の下面に対する、前記金属部材と、前記配線パターンと、前記貫通導体の端部の、前記金属メッキを含む高さが同一である、ことを特徴とするプリント基板。 The printed circuit board according to claim 5,
The substrate is
A first insulating layer provided with a wiring pattern for mounting the electronic component on an upper surface;
A second insulating layer provided on the lower surface of the first insulating layer,
The thermal conductivity of the first insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second insulating layer,
A recess is provided so as to reach the lower surface of the first insulating layer from the lower surface of the second insulating layer,
The metal member is inserted into the recess;
The metal plating covers the metal member exposed from the lower surface of the second insulating layer, the wiring pattern, and an end of the through conductor,
The printed circuit board, wherein the metal member, the wiring pattern, and the end portion of the through conductor with respect to the lower surface of the second insulating layer have the same height including the metal plating.
前記プリント基板に備わる前記金属部材に対して上下に重なるように、前記プリント基板に実装された発熱する電子部品と、
前記プリント基板の下面から露出する前記金属部材の下面に接触するように設けられた放熱体と、を備えたことを特徴とする電子装置。 A printed circuit board according to any one of claims 1 to 6,
An electronic component that generates heat and is mounted on the printed circuit board so as to overlap vertically with the metal member provided on the printed circuit board;
An electronic device comprising: a heat dissipating member provided to come into contact with the lower surface of the metal member exposed from the lower surface of the printed circuit board.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180529 |