JPH10326984A

JPH10326984A - 配線基板モジュール

Info

Publication number: JPH10326984A
Application number: JP13487097A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Maeda; 和孝前田; Takashi Okunosono; 隆志奥ノ薗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁基板の両面に電子部品を搭載できるととも
に、熱の淀みがなく放熱性に優れた配線基板モジュール
を提供する。【解決手段】表面および裏面に電子部品２が搭載される
とともに、電子部品として少なくとも発熱性電子部品
２’が搭載されてなる絶縁基板１と、絶縁基板１の内部
に設けられた伝熱用導体層４と、発熱性電子部品２’か
ら発生した熱を伝熱用導体層４に伝熱するための伝熱用
ビアホール導体５とを具備する配線基板Ａと、配線基板
Ａを内部に収納する筐体とからなる配線基板モジュール
であって、配線基板Ａの側面と筐体Ｂの内壁との間隙
に、高熱伝導性有機樹脂または金属からなる伝熱材８を
充填し介装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッドＩＣ
などの発熱性電子部品を絶縁基板上に搭載した配線基板
を具備する配線基板モジュールにおける放熱構造の改良
に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から、セラミックスまたは有機樹脂な
どからなる絶縁基板の表面に、ＩＣや抵抗素子などの電
子部品を搭載した回路基板が知られている。最近に至っ
て、これらの回路基板に搭載される電子部品の高精度化
等に伴い、たとえば、ＩＣ素子などの電子部品は、それ
自体が作動する時に発生する熱が大きくなりつつあり、
それに伴い、その熱によって、発熱する電子部品やその
他の電子部品に、作動状態に悪影響を及ぼすことから、
それらの熱をいかに効率的に放熱するかが大きな課題と
なっている。

【０００３】そこで、従来から用いられる一般的な放熱
構造としては、図４に示すように、絶縁基板２１の一方
の表面にハイブリッドＩＣ２２や抵抗素子２３などの電
子部品が実装され、他方の表面に放熱体２４を取付け、
ハイブリッドＩＣ２２から発生する熱を絶縁基板２１内
に設けられた伝熱用ビアホール導体（以下、サーマルビ
アという。）２５を経由して放熱体２４に伝えられ、そ
の放熱体から直接またはそれに接合された放熱フィンか
ら大気に放出される構造からなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハイブ
リッドＩＣなどが搭載される回路基板においては、ＩＣ
搭載部にて局所的な熱の淀みが発生し、特に自動車など
のエンジン制御などに用いられる場合、ＩＣ部の温度が
保証作動温度以上になる場合があった。

【０００５】また、最近では、各種回路基板の小型化が
望まれているが、従来の回路基板においては、裏面に放
熱体を取り付けるために、電子部品を基板の両面に搭載
することができず、放熱性を損なうことなく搭載部を広
くするには、基板自体を大型化する必要があった。さら
に、絶縁基板の両面をすべて電子部品搭載面とした場合
において、搭載された電子部品から発生する熱を効率的
に放熱するための具体的な構造について検討されていな
いのが現状である。

【０００６】従って、本発明の目的は、絶縁基板の両面
に発熱性電子部品を含む電子部品を搭載した配線基板を
筐体に収納した配線基板モジュールにおいて、発熱性電
子部品から発生する熱を淀みなく放熱性に優れたモジュ
ールを提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題に対して検討を重ねた結果、絶縁基板の両面に電子部
品を搭載した配線基板において、絶縁基板内部に伝熱用
導体層を設け、その伝熱用導体層と、発熱性を有する電
子部品とを伝熱用ビアホール導体によって接続して前記
発熱性電子部品から発生した熱を前記伝熱用導体層に伝
熱させることによって配線基板全体を均熱化し、しか
も、この配線基板を筐体内に収納した際に配線基板の側
面と筐体との間隙に高熱伝導性の有機樹脂や金属からな
る伝熱材を介装させることにより、配線基板の熱を側面
から伝熱材を介して筐体に伝熱することにより効率的な
放熱が可能となることを見いだし、本発明に至った。

【０００８】即ち、本発明の配線基板モジュールは、両
面に電子部品が搭載され、且つ少なくとも一方の表面に
発熱性電子部品が搭載されてなる絶縁基板と、前記絶縁
基板の内部に設けられた伝熱用導体層と、前記発熱性電
子部品から発生した熱を前記伝熱用導体層に伝熱するた
めの伝熱用ビアホール導体とを具備する配線基板が、筐
体の内部に収納支持されてなる配線基板モジュールであ
って、前記配線基板の側面と前記筐体との間隙に、高熱
伝導性有機樹脂または金属からなる伝熱材を介装したこ
とを特徴とするものである。

【０００９】通常、配線基板における放熱構造は、配線
基板の上下面から各種熱伝達部材を介して放熱させるこ
とが一般的である。しかしながら、配線基板の厚みが大
きくなると、配線基板の側面の面積を無視できないほど
に大きくなる。通常、配線基板を筐体内に収納する場合
には、配線基板の一部を筐体内の支持部に位置決め固定
されるが、支持部以外の配線基板側面には、筐体内壁と
の間に間隙が存在したり、あるいは単に、配線基板側面
が筐体内壁と当接するように設置されている。

【００１０】しかし、このような配線基板側面と筐体内
壁との配置構造では、その隙間に熱伝導率の低い空気が
存在するために、配線基板側面から筐体への熱伝達はほ
とんど行われない。

【００１１】そこで、本発明によれば、配線基板側面と
筐体の内壁との間隙に高熱伝導性樹脂や金属を介装、望
ましくは充填することにより、配線基板の側面から筐体
への熱の伝達経路を形成し、配線基板における熱を側面
からも放熱することができる。なお、この時、配線基板
内には、発熱性電子部品から伝熱用ビアホール導体を介
して、配線基板の内部のほぼ全面に形成した伝熱用配線
層を設けることによって、発熱性電子部品の熱を配線基
板側面に誘導し効率的な放熱を実現することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を示す図
１乃至図３をもとに説明する。図１は、本発明の配線基
板Ａの概略断面図、図２は、配線基板Ａを筐体Ｂに収納
したモジュールの概略断面図である。

【００１３】本発明によれば、絶縁基板１の表面および
裏面の両面に、種々の電子部品２から搭載されるが、そ
のうち、ハイブリッドＩＣなどの少なくとも１つの発熱
性電子部品２’を搭載する。このような発熱性電子部品
としては、その他に、パワートランジスタ、パワーＩＣ
素子、パワー抵抗素子などが挙げられる。

【００１４】この発熱性電子部品２’は、絶縁基板１の
表面に、金属導体層３を介して実装されている。また、
本発明によれば、絶縁基板１の内部には、絶縁基板１の
ほぼ全面にわたり伝熱用導体層４が形成されている。そ
して、前記金属導体層３と、伝熱用導体層４とは、伝熱
用ビアホール導体５、いわゆるサーマルビア５によって
接続されている。

【００１５】かかる構造によれば、発熱性電子部品２’
から発生した熱は、金属導体層３に伝熱され、さらにサ
ーマルビア５を伝って伝熱用導体層４に伝熱される。こ
れにより、発熱性電子部品２’から発生した熱は、局所
的に淀むことなく、配線基板全体に伝熱され、配線基板
内で均熱化される。

【００１６】上記の絶縁基板１としては、エポキシ樹脂
などの有機樹脂や、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮな
どの絶縁性セラミック焼結体から構成されるが、特に、
自動車用回路基板などのように、過酷な使用条件下での
耐久性を考慮した場合、セラミック焼結体からなるのが
望ましい。また、金属導体層３および伝熱用導体層４
は、前記機能の上から、それ自体が銅、銀、金、あるい
はこれらを含む合金などの高熱伝導性金属によって構成
することが望ましいが、絶縁基板１が、アルミナ、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄などのセラミック焼結体からなり、これ
らの焼結体と同時焼成によって形成する場合には、Ｗ、
Ｍｏなどの高融点金属から構成される。また、最近で
は、ガラスセラミック材料のように、焼成温度が８００
〜１０００℃の低温焼成セラミック材料が知られてお
り、かかる焼結体を用いる場合には、表面や内部の金属
層の形成において、銅、金、アルミニウムなどの金属を
用いることもできる。なお、金属導体層３および伝熱用
導体層４は、いずれも５〜２０μｍの厚みからなるのが
適当である。

【００１７】また、絶縁基板１の表面の金属導体層は、
上記のようなセラミックス焼結体に対しても、例えば、
銅ペーストを印刷塗布した後、８００〜１１００℃で焼
き付け処理することによって形成することができる。

【００１８】この金属導体層３および伝熱用導体層４
は、上記の機能以外に、回路における配線の一部として
機能してもよく、例えば、伝熱用導体層４は、グランド
（接地）層として機能させることもできる。

【００１９】さらに、サーマルビア５は、絶縁基板１が
セラミック材料からなる場合、未焼成のグリーンシート
にマイクロドリル等によって孔明けした後、その孔内に
金属ペーストを充填し、所望により複数のグリーンシー
トを積層した後、グリーンシートと同時焼成することに
より形成することができる。このサーマルビア５も絶縁
基板１がＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄などのセラミ
ック焼結体から構成される場合には、Ｗ、Ｍｏなどの高
融点金属によって形成する必要があるが、ガラスセラミ
ック材料の場合には、銅、金、アルミニウムなどによっ
て形成することができる。サーマルビア５は、その直径
が０．１〜０．３ｍｍの円柱体から構成するのが適当で
ある。

【００２０】また、絶縁基板１の表面には、表面に搭載
された電子部品と回路を形成すべく電気的に接続された
配線層（図示せず）が被着形成され、また、絶縁基板１
の内部には、伝熱用導体層４の他に、表面に実装搭載さ
れた電子部品２や表面の配線層と接続された内部配線層
（図示せず）を具備する場合もある。

【００２１】一方、図２に示すように、上記の配線基板
Ａを収納する筐体Ｂには、配線基板Ａを支持するための
支持部６または支持部７が形成される。支持部６は、配
線基板Ａの端部を支持するものであり、通常段差が形成
され、その段差をもって基板を位置決めし支持する。ま
た、支持部７は、配線基板Ａが大型化する場合等におい
て、配線基板Ａの下部を支持するものである。なお、こ
れらの支持部では、場合によって、筐体に対して配線基
板をネジ止めしてもよい。

【００２２】本発明によれば、筐体Ｂ内に配線基板Ａを
支持した場合、筐体Ｂと配線基板Ａとの側面には間隙が
形成されているが、本発明においては、配線基板Ａの側
面と筐体Ｂとの間隙に高熱伝導性有機樹脂または金属か
らなる伝熱材８、９を介装させる。用いられる高熱伝導
性有機樹脂としては、シリコ−ン系樹脂、アセチレン系
樹脂、ピロール系樹脂など熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の樹脂が望ましい。また、金属としては、銅、銀、金あ
るいはそれらを含む合金等が挙げられるが、金属として
は、半田、銀ロウなどのロウ材などのように比較的低温
で流動性を有する金属が望ましい。

【００２３】本発明において、伝熱材を介装した具体的
な構造としては、図２に示すように、配線基板Ａの端部
の支持部において、筐体Ｂとの間隙に伝熱材８を充填し
介装する。また、支持部以外の配線基板Ａの側面におい
て、筐体Ｂとの間隙に伝熱材９を充填し介装したもので
ある。

【００２４】間隙に対して、伝熱材８、９を介装するに
は、例えば、配線基板Ａを筐体Ｂ内に収納支持した後、
配線基板Ａの側面と筐体Ｂとの隙間に、軟化した高熱伝
導性有機樹脂を充填した後、冷却または加熱して硬化さ
せたり、溶融半田を隙間に流し込むことにより形成でき
る。

【００２５】また、他の方法としては、図３に示すよう
に、配線基板Ａの側面、または筐体Ｂの配線基板Ａの側
面が設置される箇所に、高熱伝導性樹脂や金属からなる
伝熱材１０を予め取付けるか、または軟化した樹脂や金
属を表面に塗布しておき、配線基板Ａを筐体Ｂに収納支
持した時に、配線基板Ａを伝熱材８を介して筐体Ｂ側に
圧接して支持すればよい。

【００２６】本発明によれば、通常、配線基板Ａの側面
と筐体Ｂとの間隙には、熱伝導性の低い空気が存在して
いたのを、高熱伝導性を有する樹脂や金属からなる伝熱
材を介装することにより、配線基板Ａ内に設けられた伝
熱用導体層４によって配線基板Ａ内に伝達された熱を配
線基板Ａの側面から、伝熱材８を経由して筐体Ｂに伝熱
することができるのである。

【００２７】かかる点から、例えば、図３に示すよう
に、絶縁基板Ａの端面を研削して絶縁基板Ａ内部の伝熱
用導体層４を側面に露出させて、これと伝熱材１０とが
接触するように設けると、伝熱用導体層４から伝熱材へ
の熱の伝達性を向上することができる。また、伝熱材を
経由して熱が伝達される筐体Ｂは、高熱伝導性の樹脂等
や金属によって形成するのが望ましい。

【００２８】また、本発明における配線基板モジュール
においては、上記の放熱構造に加え、他の放熱構造を併
用することができる。例えば、図２に示すように筐体Ｂ
の一部に金属からなる放熱フイン１１を設け、発熱性電
子部品２’が搭載される金属導体層３を延設してヒート
スプレッダ１２によって熱的に連結したり、さらには、
放熱フィン１１と配線基板Ａとの間に形成される空間に
熱伝導性樹脂やゲルを充填することもできる。

【００２９】なお、本発明の効果を確認するために、ア
ルミナからなる６層のグリーンシートを準備し、第４層
目に伝熱用導体層としてタングステンペーストをほぼ全
面にその厚みが２０μｍとなるように印刷塗布した。ま
た、第１乃至第２のグリーンシートにおけるハイブリッ
ドＩＣ搭載位置にマイクロドリルによって直径が０．２
ｍｍの８個のビアホールを明け、その中にタングステン
ペーストを充填した。

【００３０】これらのグリーンシートを位置合わせして
積層した後、１７００℃の非酸化性雰囲気で焼成し、伝
熱用導体層４および伝熱用ビアホール導体（サーマルビ
ア）５を形成し、全体厚み２ｍｍの基板を作製した。

【００３１】その後、ＩＣ素子搭載部に銅ペーストを塗
布して９００℃で焼き付け処理して厚さ１０μｍの金属
導体層３を形成した。そして、金属導体層３の表面にハ
イブリッドＩＣ素子を搭載するとともに、抵抗素子など
の電子部品を絶縁基板両面に実装搭載し、配線基板Ａを
作製した。

【００３２】そして、アルミニウム合金からなる筐体Ｂ
内に、配線基板Ａを収納支持した後、配線基板Ａの側面
と筐体との間隙に、シリコーン樹脂または半田合金（Ｐ
ｂ４０％−Ｓｎ６０％）を充填した。

【００３３】このようにして作製した配線基板モジュー
ルについて、基板に搭載したＩＣを作動させて、ハイブ
リッドＩＣ自体の温度を測定した結果、上記伝熱材を何
ら充填しない場合に比較して、シリコーン樹脂の場合、
３℃、半田合金の場合、５℃の温度低下が確認され、伝
熱材による効果が確認された。

【００３４】なお、配線基板Ａ内に伝熱用導体層４を形
成しない場合には、伝熱材を設けても、１℃以下程度の
冷却効果しかなく、伝熱用導体層４およびサーマルビア
５が不可欠であることも確認された。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板モ
ジュールによれば、絶縁基板の両面に電子部品が搭載す
ることができ、しかも、ハイブリッドＩＣなどの発熱性
電子部品を搭載した場合において局所的な熱の淀みを解
消し、その熱を配線基板全体に均熱化するとともに、筐
体に効率的に放熱することができる。その結果、配線基
板Ａの信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における配線基板Ａの一実施例の概略断
面図である。

【図２】図１の配線基板Ａを筐体Ｂに収納した本発明の
配線基板モジュールの概略断面図である。

【図３】本発明における伝熱材の他の介装構造を説明す
るための要部断面図である。

【図４】従来の配線基板の放熱構造を説明するための概
略断面図である。

【符号の説明】

１絶縁基板２電子部品２’ 発熱性電子部品３金属導体層４伝熱用導体層５伝熱用ビアホール導体（サーマルビア）６，７支持部８、９、１０伝熱材Ａ配線基板Ｂ筐体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に電子部品が搭載され、且つ少なくと
も一方の表面に発熱性電子部品が搭載されてなる絶縁基
板と、前記絶縁基板の内部に設けられた伝熱用導体層
と、前記発熱性電子部品から発生した熱を前記伝熱用導
体層に伝熱するための伝熱用ビアホール導体とを具備す
る配線基板が、筐体の内部に収納支持されてなる配線基
板モジュールであって、前記配線基板の側面と前記筐体
との間隙に、高熱伝導性有機樹脂または金属からなる伝
熱材を介装したことを特徴とする配線基板モジュール。