JP6333215B2 - プリント基板、電子装置 - Google Patents

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放熱部材により放熱する構造に関する。

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、プリント基板内に放熱部材を埋設する技術が種々提案されている。

たとえば、特許文献１では、プリント基板の電子部品を実装する位置に開口部（貫通孔）を設け、開口部より面積が小さい放熱部材（ビア導体）を開口部に嵌め込んでいる。また、開口部の内周面に、周方向に所定の間隔で複数の溝を形成し、各溝と係合する突起を放熱部材の外周面に複数形成している。さらに、開口部に放熱部材を嵌め込んで生じる隙間に、接着性樹脂から成る充填材を充填して、放熱部材をプリント基板に固定している。

また、特許文献２では、プリント基板の電子部品を実装する位置に開口部（貫通するスルーホール）を設け、この開口部に放熱部材（金属片）を入れて、放熱部材を加圧により変形させることで、当該放熱部材をプリント基板に固定し、プリント基板と放熱部材とを同一の高さにしている。また、開口部の内周面に凹凸部を設けて、凸部の頂点を放熱部材と接触させ、開口部と放熱部材の隙間にはんだを充填している。

特許文献１、２のように、開口部の内周面や放熱部材の外周面に凹凸を設けて、開口部の内周面と放熱部材の外周面とを部分的に接触させると、放熱部材が開口部から抜け出すのを防ぐことができる。

また、特許文献３では、下側基材に設けた貫通孔に金属シートや金属ペーストを充填し、その上にさらに金属パターンを印刷して、上側基材を積層した後、加圧することにより、基材内に金属製の放熱部材（伝熱部材）を埋設している。放熱部材の上方には、絶縁体を介して複数の配線パターンが設けられ、各配線パターン上には電子部品が実装されている。

特許文献３のように、１つの放熱部材の上方に複数の電子部品を搭載すると、複数の電子部品で発生した熱をその放熱部材により効率よく放熱することができるとともに、基板の実装密度を高めることができる。

一方、多層のプリント基板においては、たとえば特許文献４に開示されているように、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。

特開２０１０−２５８２６０号公報 特開２０１０−２０５９９５号公報 特開２０１４−１５７９４９号公報 特開２００３−１７８６２号公報

たとえば図１３のプリント基板５０において、基材５２に貫通孔５２ｈを形成したときや、該貫通孔５２ｈに放熱部材５６を嵌入させたときに、図１３（ａ）に示すように、貫通孔５２ｈの縁にバリ５３が基材５２の板面から突出するように生じることがある。そして、図１３（ｂ）に示すように、バリ５３のある基材５２や放熱部材５６の上方に絶縁層５１を設け、さらにその上に配線パターン５４、５５を設けると、バリ５３はある程度潰れるが、バリ５３の一部が放熱部材５６に乗り上がることがある。この場合、放熱部材５６と基材５２の境界部分にバリ５３が山状に残って、バリ５３の周辺に残留応力が生じてしまう。そして、配線パターン５４、５５の上方に電子部品が実装されるなどして、プリント基板５０が使用されると、電子部品で発生した熱や周囲の温度変化などにより、各部が膨張・収縮を繰り返す。この各部の膨張・収縮と、バリ５３の周辺の残留応力により、図１３（ｃ）に示すように、バリ５３の上方で絶縁層５１が隆起して、配線パターン５４が断線するおそれがある。配線パターン５４が完全に断線してしまった場合、配線パターン５４に実装された電子部品が動作できなくなる。

本発明の課題は、プリント基板に埋設した放熱部材と基材との境界部分の上方において、配線パターンの断線を防止することである。

本発明によるプリント基板は、板状の基材と、基材の下面に設けられた凹部と、凹部に嵌入する放熱部材と、基材および放熱部材の上方に絶縁体を介して設けられた配線パターンとを備えている。そして、凹部に放熱部材を嵌入した状態で、凹部の内周面と放熱部材の外周面とが互いに接触する接触部と、互いに接触しない離間部とが形成されている。配線パターンは、幅方向の全部が接触部に対して上下に重なる位置を通らず、幅方向の少なくとも一部が離間部に対して上下に重なる位置を通るように設けられている。

本発明によると、プリント基板の基材に設けた凹部に放熱部材を嵌入した状態で、凹部の内周面と放熱部材の外周面との間に、互いに接触する接触部と、互いに接触しない離間部とが形成される。また、配線パターンは、幅方向の全部が接触部と重なる位置を通らず、幅方向の全部または一部が離間部と重なる位置を通るように設けられる。そして、放熱部材と基材との境界部分において、接触部では放熱部材に乗り上がるように基材のバリが生じて、該バリの周辺で残留応力が発生するおそれがあっても、離間部では放熱部材に乗り上がるような基材のバリが生じず、該バリによる残留応力が発生することもない。よって、配線パターンの幅方向の少なくとも一部を離間部に対して上下に重なる位置を通るように設けることで、該配線パターンが放熱部材と基材との境界部分の上方において断線するのを防止することができる。

本発明では、上記プリント基板において、接触部および離間部は、凹部および放熱部材の周方向にそれぞれ所定の間隔で交互に複数形成されていてもよい。

また、本発明では、上記プリント基板において、接触部は、凹部の内周面に形成された凸部から構成され、離間部は、凹部の内周面の凸部以外の部分から構成されてもよい。

また、本発明では、上記プリント基板において、基材は、上面に配線パターンが設けられた前記絶縁体である第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、凹部の内周面は、第２絶縁層に設けられた貫通孔の内周面から成り、凹部の底面は、第１絶縁層の下面から成り、配線パターンは、放熱部材に対して上下に重ならない位置から、該配線パターンの幅方向の少なくとも一部が離間部に対して上下に重なる位置を通って、放熱部材に対して上下に重なる位置へ到っていてもよい。

また、本発明では、上記プリント基板において、配線パターンは、幅方向の全部が離間部に対して上下に重なる位置を通るように設けられてもよい。

また、本発明による電子装置は、上記プリント基板と、上記プリント基板の放熱部材に対して上下に重なる位置に実装された電子部品とを備えている。

本発明では、上記電子装置において、放熱部材は、プリント基板の下面から露出し、放熱部材の露出面と接触するように、プリント基板の下方に設けられた外部放熱体をさらに備えてもよい。

本発明によれば、プリント基板に埋設した放熱部材と基材との境界部分の上方において、配線パターンの断線を防止することができる。

本発明の実施形態によるプリント基板の上表層を示した図である。 図１のＡ−Ａ断面を示した図である。 図１のプリント基板の内層を示した図である。 図１のプリント基板の下表層を示した図である。 図１のプリント基板に設けた凹部とメタルコアを示した図である。 図１のプリント基板の製造工程を示した図である。 図６Ａの製造工程の続きを示した図である。 図１のプリント基板の製造過程で接触部に生じるバリの一例を示した図である。 図１のプリント基板の製造過程で離間部に生じるバリの一例を示した図である。 本発明の他の実施形態を示した図である。 本発明の他の実施形態を示した図である。 本発明の他の実施形態を示した図である。 本発明の他の実施形態を示した図である。 本発明の課題を説明するための図である。

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、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。

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。

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。

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を備えている。

図２に示すように、プリント基板１０は、上面と下面にそれぞれ表層Ｌ１、Ｌ５が設けられ、内部に複数の内層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が設けられた多層基板である。図１〜図４に示すように、プリント基板１０には、基材１１、メタルコア３、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。

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。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。アルミナは補強材の一例であり、エポキシは熱硬化性樹脂の一例である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の一例であり、エポキシは熱硬化性樹脂の一例である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。メタルコア３も、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、第２絶縁層２に設けられている。

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。

メタルコア３は、熱伝導性を有する銅などの金属板から成る。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。

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の下面は、第２絶縁層２から露出している。メタルコア３は、本発明の「放熱部材」の一例である。

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。

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。

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。

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。第１絶縁層１は、本発明の「絶縁体」の一例である。

スルーホール６ａ〜６ｅは、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の内面には、銅やはんだのめっきが施されている。スルーホール６ａ〜６ｅは、異なる層Ｌ１〜Ｌ５にある配線パターン同士を接続している。

詳しくは、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。

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。

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。

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。

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。

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「外部放熱体」の一例である。

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。

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。

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、図２に示すように、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。

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。

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。

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）が塗布されている。これにより、凸部４ａの上面とメタルコア３の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。

次に、プリント基板１０の製造方法を、図１、図５、図６Ａ、および図６Ｂを参照しながら説明する。

図６Ａおよび図６Ｂ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および図６Ｂ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。

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および図６Ｂ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および図６Ｂでは符号省略）を形成する（図６Ａの（１））。

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））。後述するように、貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面は、凹部１１ｋの内周面を構成する。

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。

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’（凸部２ｔの先端部分）と、互いに接触しない離間部２ｓ（凸部２ｔの無い部分）とが形成される。ここで、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。

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。

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、銅などの金属板を加工して、所定の形状のメタルコア３を形成する（図６Ａの（５））。

そして、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（図６Ｂの（６））。

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。

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７は、プリント基板１０の製造過程で接触部２ｔ’に生じるバリ２ｚの一例を示した図である。たとえば上側の銅張積層板２ａに貫通孔２ｈを形成したとき（図６Ａの（２））や、該貫通孔２ｈにメタルコア３を嵌入させたとき（図６Ｂの（６））に、該貫通孔２ｈの凸部２ｔの先端、つまり接触部２ｔ’の縁に、図７（ａ）に示すようにコア材２ｃのバリ２ｚが上方へ突出するように生じるおそれがある。そして、前述したように各部材５、１ａ、２ａ、２ｂ、３の積層体を、加熱および加圧することにより一体化させると、そのバリ２ｚの一部がメタルコア３に乗り上がることがある。この場合、図７（ｂ）に示すように、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分にバリ２ｚが山状に残り、該バリ２ｚの周辺に残留応力が生じる。

図８は、プリント基板１０の製造過程で離間部２ｓに生じるバリ２ｚ’の一例を示した図である。上側の銅張積層板２ａに貫通孔２ｈを形成したときに、該貫通孔２ｈの隣接する凸部２ｔの間、つまり離間部２ｓの縁にも、図８（ａ）に示すようにコア材２ｃのバリ２ｚ’が上方へ突出するように生じるおそれがある。然るに、この場合、前述したように各部材５、１ａ、２ａ、２ｂ、３の積層体を、加熱および加圧することにより一体化させると、そのバリ２ｚ’が離間部２ｓに充填されたエポキシに埋もれることにより消滅する（図８（ｂ））。このため、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分にバリ２ｚ’による残留応力が生じることはない。

図６Ｂにおいて、前述したように、各部材５、１ａ、２ａ、２ｂ、３の積層体を一体化した後、銅箔５および基材１１の所定の箇所に貫通孔をあけて、該貫通孔の内面にめっきを施し、スルーホール６ａ〜６ｅ（図６Ｂでは符号６の部分）を形成する（図６Ｂの（７））。次に、最下部にある銅箔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６Ｂでは符号省略）を形成する。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６Ｂでは符号省略）を形成する（図６Ｂの（８））。

この場合、図１に示すように、上表層Ｌ１において、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方にある配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉは、幅方向の全部が接触部２ｔ’に対して上下に重なる位置を通らず、幅方向の全部が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通るように設けられる。詳しくは、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉは、メタルコア３に対して上下に重ならない位置から、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉの幅方向の全部が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通って、メタルコア３に対して上下に重なる位置へ到るように、上表層Ｌ１に設けられる。

次に、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６Ｂの（９））。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６Ｂの（１０））。以上により、プリント基板１０が形成される。

上記実施形態によると、プリント基板１０の基材１１に設けた凹部１１ｋにメタルコア３を嵌入した状態で、凹部１１ｋの内周面とメタルコア３の外周面との間に、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。そして、上表層Ｌ１の配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉは、接触部２ｔ’と重なる位置を通らず、離間部２ｓと重なる位置を通るように設けられている。

このため、接触部２ｔ’ではコア材２ｃのバリ２ｚが生じて（図７（ｂ））、該バリ２ｚの周辺で残留応力が発生するおそれがあっても、接触部２ｔ’の箇所には、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが存在しないので、当該配線パターンは、残留応力の影響を受けない。一方、離間部２ｓではコア材２ｃのバリが生じず（図８（ｂ））、該バリによる残留応力が発生することもない。よって、離間部２ｓの箇所に配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが存在していても、当該配線パターンは、残留応力の影響を受けない。このようにして、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方において、コア材２ｃのバリによる残留応力が原因で断線するのを防止することができる。

また、上記実施形態では、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが、メタルコア３に対して上下に重ならない位置から、該配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉの幅方向の全部が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通って、メタルコア３に対して上下に重なる位置へ到るように、上表層Ｌ１に設けられている。このため、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方において、コア材２ｃのバリによる残留応力が原因で、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが断線するのを防止しつつ、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉが一部破損するのも防止することができる。そして、配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉの電気的信頼性を高く保持することが可能となる。

また、上記実施形態では、接触部２ｔ’および離間部２ｓは、凹部１１ｋおよびメタルコア３の周方向にそれぞれ所定の間隔で交互に複数設けられている。このため、凹部１１ｋにメタルコア３を嵌入すると、凹部１１ｋ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が凹部１１ｋから抜け出し難くなる。このため、各部材５、１ａ、２ａ、２ｂ、３の積層体を加熱および加圧して、基材１１とメタルコア３とを一体化させ易くなり、プリント基板１０の製造を容易にすることができる。

また、上記実施形態では、基材１１の銅張積層板２ａやプリプレグ２ｂに貫通孔２ｈ、２ｈ’を形成する際に、貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面に凸部２ｔを所定の間隔で複数設けることで、凹部１１ｋとメタルコア３との間に接触部２ｔ’と離間部２ｓとを容易に複数設けることができる。また、メタルコア３の外周面を複雑に加工する必要がないので、メタルコア３の形成を容易にすることができる。

また、上記実施形態では、基材１１が第１絶縁層１と、第１絶縁層１より熱伝導率が低い第２絶縁層２とから構成され、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、第２絶縁層２に凹部１１ｋおよびメタルコア３が設けられている。このため、凹部１１ｋが基材１１を貫通しておらず、基材１１の厚み方向に対してメタルコア３を位置決めし易くなり、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の上面が第１絶縁層１の下面に接触するので、第１絶縁層１の上面に実装された電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱を、第１絶縁層１を通してメタルコア３に伝え易くして、効率良く放熱することができる。

さらに、上記実施形態では、凹部１１ｋがプリント基板１０の下面から厚み方向に窪むように設けられ、メタルコア３がプリント基板１０の下面から露出し、該メタルコア３の露出面と接触するように、プリント基板１０の下方にヒートシンク４が取り付けられている。このため、プリント基板１０の上面に実装された電子部品９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｆで発生した熱や、プリント基板１０に伝わった熱を、メタルコア３からヒートシンク４に伝えて、外部へ効率良く放熱することができる。

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、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方にある配線パターン５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉを、それらの幅方向の全部が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通るように、上表層Ｌ１に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、たとえば図９に示すように、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方にある配線パターン５ａ、５ｅを、それらの幅方向の全部が接触部２ｔ’に対して上下に重なる位置を通らず、それらの幅方向の少なくとも一部が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通るように、上表層Ｌ１に設けてもよい。ここでは、幅広の配線パターン５ａ、５ｅは、その幅方向の大部分が離間部２ｓに対して上下に重なる位置を通るように、上表層Ｌ１に設けられている。

このようにすることで、メタルコア３と第２絶縁層２の境界部分において、接触部２ｔ’でメタルコア３に乗り上がるコア材２ｃのバリが生じて、該バリの周辺で残留応力が発生しても、離間部２ｓではメタルコア３に乗り上がるようなコア材２ｃのバリが生じず、該バリによる残留応力が発生することもない。このため、配線パターン５ａ、５ｅがメタルコア３と第２絶縁層２の境界部分の上方において、コア材２ｃのバリによる残留応力が原因で、一部破損したとしても、完全に断線してしまうのを防止することができる。

また、以上の実施形態では、凹部１１ｋを構成する銅張積層板２ａとプリプレグ２ｂの貫通孔２ｈ、２ｈ’の内周面に、凸部２ｔをそれぞれ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、たとえば、銅張積層板２ａの貫通孔２ｈの内周面にだけ、図５で示した凸部２ｔを形成し、図１０に示すように、通常のプリプレグ２ｂには、内周面に凹凸のない貫通孔２ｈ”を形成してもよい。

また、以上の実施形態では、上方または下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、プリント基板上の電子部品の配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を、任意の形にしてもよい。たとえば図１１に示すように、メタルコア３’を上方から見て、不規則に複数の角と辺を有する形状に形成してもよい。この場合、基材１１’の凹部１１ｋ’も上方から見て、不規則に複数の角と辺を有する形状で、かつ、メタルコア３’の外径より大きく形成すればよい。また、図１１に示すように、メタルコア３’の外周面にだけ凸部３ｔを所定の間隔で複数設けることで、メタルコア３’と外周面と凹部１１ｋ’の内周面との間に接触部２ｔ’と離間部２ｓを設けてもよい。

また、メタルコアの外周面と凹部の内周面の両方に凸部を設けて、凸部同士が接触する部分を接触部とし、凸部以外の部分を離間部としてもよい。

さらに、図１２に示すように、メタルコア３”の外周面が曲面になるように、メタルコア３”を円柱状に形成し、基材１１”の凹部１１ｋ”を上方から見て、メタルコア３”を嵌入可能な矩形状に形成してもよい。この場合、メタルコア３”の外周面や凹部１１ｋ”の内周面に、別途凹凸部を設けなくても、凹部１１ｋ”の内幅をメタルコア３”の直径と同等にすれば、メタルコア３”の外周面と凹部１１ｋ”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とを形成することができる。

また、以上の実施形態では、外部放熱体として、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、金属製の外部放熱体だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された外部放熱体を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、２つの表層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、上面にだけ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。

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。

１ 第１絶縁層（絶縁体）
２ 第２絶縁層
２ｈ、２ｈ’、２ｈ” 貫通孔
２ｔ 凸部
２ｔ’ 接触部
２ｓ 離間部
３、３’、３” メタルコア（放熱部材）
４ ヒートシンク（外部放熱体）
５ａ、５ｅ、５ｈ、５ｉ 上表層の配線パターン
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、１１’、１１” 基材
１１ｋ、１１ｋ’、１１ｋ” 凹部
１００ 電子装置

Claims (7)

1. 板状の基材と、
   前記基材の下面に設けられた凹部と、
   前記凹部に嵌入する放熱部材と、
   前記基材および前記放熱部材の上方に絶縁体を介して設けられた配線パターンと、を備えたプリント基板において、
   前記凹部に前記放熱部材を嵌入した状態で、前記凹部の内周面と前記放熱部材の外周面とが互いに接触する接触部と、互いに接触しない離間部とが形成され、
   前記配線パターンは、幅方向の全部が前記接触部に対して上下に重なる位置を通らず、幅方向の少なくとも一部が前記離間部に対して上下に重なる位置を通るように設けられている、ことを特徴とするプリント基板。
2. 請求項１に記載のプリント基板において、
   前記接触部および前記離間部は、前記凹部および前記放熱部材の周方向にそれぞれ所定の間隔で交互に複数形成されている、ことを特徴とするプリント基板。
3. 請求項１または請求項２に記載のプリント基板において、
   前記接触部は、前記凹部の内周面に形成された凸部から成り、
   前記離間部は、前記凹部の内周面の前記凸部以外の部分から成る、ことを特徴とするプリント基板。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプリント基板において、
   前記基材は、
   上面に前記配線パターンが設けられた前記絶縁体である第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、
   前記凹部の内周面は、前記第２絶縁層に設けられた貫通孔の内周面から成り、
   前記凹部の底面は、前記第１絶縁層の下面から成り、
   前記配線パターンは、前記放熱部材に対して上下に重ならない位置から、該配線パターンの幅方向の少なくとも一部が前記離間部に対して上下に重なる位置を通って、前記放熱部材に対して上下に重なる位置へ到る、ことを特徴とするプリント基板。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプリント基板において、
   前記配線パターンは、幅方向の全部が前記離間部に対して上下に重なる位置を通るように設けられた、ことを特徴とするプリント基板。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプリント基板と、
   前記プリント基板の前記放熱部材に対して上下に重なる位置に実装された電子部品と、を備えたことを特徴とする電子装置。
7. 請求項６に記載の電子装置において、
   前記放熱部材は、前記プリント基板の下面から露出し、
   前記放熱部材の露出面と接触するように、前記プリント基板の下方に設けられた外部放熱体をさらに備えた、ことを特徴とする電子装置。

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