(57)【要約】【課題】発熱素子の発した熱を効率良く放散すること。【解決手段】部品内蔵基板１０は、銅層１１，１２，１３，１４と、絶縁樹脂層２１，２２，２３と、放熱部材３１と、発熱素子４１と、第１ビア５１と、第２ビア５２と、グラファイトシート６１と、を備える。銅層１１，１２，１３，１４と、絶縁樹脂層２１，２２，２３とは、交互に積層されている。グラファイトシート６１は、発熱素子４１と第３銅層１３との間に配置されている。積層方向から見て、グラファイトシート６１の外縁６２は、発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層と交互に積層された銅層と、
前記銅層に電気的に接続される電極を有しており、前記絶縁樹脂層に内蔵された発熱素子と、
前記絶縁樹脂層に内蔵された放熱性部材と、を備え、
前記絶縁樹脂層と前記銅層との積層方向から見て、前記放熱性部材の外縁は、前記発熱素子の外縁よりも外側に位置している部品内蔵基板。
【請求項２】
前記放熱性部材は、グラファイトシートである請求項１に記載の部品内蔵基板。
【請求項３】
前記放熱性部材は、前記電極と前記銅層との間に配置されている請求項１又は請求項２に記載の部品内蔵基板。
【請求項４】
前記電極と前記銅層とを電気的に接続する接続部を備え、
前記接続部は前記放熱性部材を貫通している請求項３に記載の部品内蔵基板。
【請求項５】
前記積層方向の両端のうちの片側に配置された放熱部材を備え、
前記放熱性部材は、前記発熱素子よりも前記放熱部材側に配置されている請求項３又は請求項４に記載の部品内蔵基板。
【請求項６】
前記放熱性部材は、前記発熱素子の周囲に配置されている請求項１又は請求項２に記載の部品内蔵基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品内蔵基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱素子を絶縁樹脂層に内蔵した部品内蔵基板としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の部品内蔵基板は、絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層と交互に積層された２つの配線層と、放熱部材と、を備える。配線層は、銅のパターンである。２つの配線層のうち放熱部材に近い方の配線層は、放熱部材から遠い方の配線層に比べて厚い。これにより、発熱素子の発した熱を効率良く放散できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、配線層は、パターン同士の間に開口部を備える。絶縁樹脂層を形成する際には、パターン同士の間の開口部に隙間なく樹脂を充填する必要がある。配線層を厚くするほど開口部は深くなり、配線層を厚くするほどパターン同士の間の開口部に隙間なく樹脂を充填することは困難になる。従って、配線層を厚くすることで発熱素子の発した熱を効率良く放散することは製造上、困難であり、配線層を厚くすることなく、発熱素子の発した熱を効率良く放散することが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、発熱素子の発した熱を効率良く放散することができる部品内蔵基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する部品内蔵基板は、絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層と交互に積層された銅層と、前記銅層に電気的に接続される電極を有しており、前記絶縁樹脂層に内蔵された発熱素子と、前記絶縁樹脂層に内蔵された放熱性部材と、を備え、前記絶縁樹脂層と前記銅層との積層方向から見て、前記放熱性部材の外縁は、前記発熱素子の外縁よりも外側に位置している。
【０００７】
発熱素子の発した熱が放熱性部材に伝導すると、熱は放熱性部材を伝導していく。絶縁樹脂層と銅層との積層方向から見て、放熱性部材の外縁は発熱素子の外縁よりも外側に位置しているため、放熱性部材に伝導した熱は、絶縁樹脂層と銅層との積層方向に直交する方向に拡がる。樹脂の熱抵抗は、熱が加えられる面積である伝熱面積に逆比例する。放熱性部材によって、絶縁樹脂層と銅層との積層方向に直交する方向に熱を拡散させて、伝熱面積を大きくすることで、発熱素子の発した熱を効率良く放散することができる。
【０００８】
上記部品内蔵基板について、前記放熱性部材は、グラファイトシートであってもよい。
グラファイトシートは、厚み方向に比べて、厚み方向に直交する方向である面方向に熱が伝導しやすい。放熱性部材としてグラファイトシートを用いることで、熱の拡散が促進される。
【０００９】
上記部品内蔵基板について、前記放熱性部材は、前記電極と前記銅層との間に配置されていてもよい。
発熱素子の発した熱は、電極から放散されやすい。電極と銅層との間に放熱性部材を配置することで、電極から放熱性部材に熱が伝導しやすく、熱の拡散を促進することができる。
【００１０】
上記部品内蔵基板について、前記電極と前記銅層とを電気的に接続する接続部を備え、前記接続部は前記放熱性部材を貫通していてもよい。
発熱素子から接続部に伝導した熱を放熱性部材に伝導することができ、熱の拡散を促進することができる。
【００１１】
上記部品内蔵基板について、前記積層方向の両端のうちの片側に配置された放熱部材を備え、前記放熱性部材は、前記発熱素子よりも前記放熱部材側に配置されていてもよい。
発熱素子の発した熱を放熱部材に伝導させやすく、発熱素子の発した熱の放散が促進される。
【００１２】
上記部品内蔵基板について、前記放熱性部材は、前記発熱素子の周囲に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱素子の発した熱を効率良く放散することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の部品内蔵基板の断面図。
【図２】第１実施形態の部品内蔵基板を示す図１の２−２線断面図。
【図３】第２実施形態の部品内蔵基板の断面図。
【図４】変形例の部品内蔵基板を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、部品内蔵基板の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、部品内蔵基板１０は、銅層１１，１２，１３，１４と、絶縁樹脂層２１，２２，２３と、放熱部材３１と、発熱素子４１と、第１ビア５１と、第２ビア５２と、グラファイトシート６１と、を備える。図示は省略するが、銅層１１，１２，１３，１４には、コンデンサ、コイル、及び抵抗などの電子部品が実装されている。銅層１１，１２，１３，１４は、電子部品を電気的に接続する銅のパターンである。絶縁樹脂層２１，２２，２３は、熱硬化性樹脂を硬化させたものである。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。
【００１６】
銅層１１，１２，１３，１４は４層、絶縁樹脂層２１，２２，２３は３層設けられている。銅層１１，１２，１３，１４と、絶縁樹脂層２１，２２，２３とは、交互に積層されている。４層の銅層１１，１２，１３，１４のそれぞれを第１銅層１１、第２銅層１２、第３銅層１３、第４銅層１４とし、３層の絶縁樹脂層２１，２２，２３のそれぞれを第１絶縁樹脂層２１、第２絶縁樹脂層２２、第３絶縁樹脂層２３とする。銅層１１，１２，１３，１４及び絶縁樹脂層２１，２２，２３は、第１銅層１１、第１絶縁樹脂層２１、第２銅層１２、第２絶縁樹脂層２２、第３銅層１３、第３絶縁樹脂層２３、第４銅層１４の順に積層されている。以下の説明において、積層方向とは、銅層１１，１２，１３，１４及び絶縁樹脂層２１，２２，２３の積層方向を示す。
【００１７】
放熱部材３１は、第４銅層１４に配置されている。放熱部材３１は、第４銅層１４の積層方向両側のうち第３絶縁樹脂層２３側とは反対側に設けられている。放熱部材３１は、冷却媒体との熱交換を行うヒートシンクである。冷却媒体は、液状のものであってもよい
し、気体状のものであってもよい。放熱部材３１は、部品内蔵基板１０の積層方向の両端のうちの片側にのみ配置されている。部品内蔵基板１０は、積層方向の片側から放熱を行う構造を採用しているといえる。
【００１８】
発熱素子４１は、第２絶縁樹脂層２２に内蔵されている。本実施形態の発熱素子４１は、ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorである。発熱素子４１は、電極として、ゲート電極４２と、ソース電極４３と、ドレイン電極４４と、を備える。ゲート電極４２、ソース電極４３及びドレイン電極４４は、銅製である。ゲート電極４２及びソース電極４３は、積層方向において第２銅層１２側に配置されている。ドレイン電極４４は、積層方向において第３銅層１３側に配置されている。ゲート電極４２及びソース電極４３と、ドレイン電極４４とは、積層方向において反対側に設けられているといえる。
【００１９】
第１ビア５１及び第２ビア５２は、第２絶縁樹脂層２２に内蔵されている。第１ビア５１及び第２ビア５２は、積層方向に延びる柱状のビアである。第１ビア５１及び第２ビア５２は金属製であり、例えば、銅製である。第１ビア５１は、ゲート電極４２と第２銅層１２とを電気的に接続している。第１ビア５１は、ソース電極４３と第２銅層１２とを電気的に接続している。第２ビア５２は、ドレイン電極４４と第３銅層１３とを電気的に接続している。
【００２０】
グラファイトシート６１は、発熱素子４１のドレイン電極４４と第３銅層１３との間に配置されている。グラファイトシート６１は、発熱素子４１よりも放熱部材３１側に配置されているといえる。グラファイトシート６１は、厚み方向と積層方向とが同一方向となるように配置されている。接続部としての第２ビア５２は、グラファイトシート６１を貫通している。グラファイトシート６１は、グラファイトをシート状にした放熱シートである。グラファイトシート６１は、絶縁樹脂層２１，２２，２３に比べて熱伝導率が高い。グラファイトシート６１は、厚み方向に比べて、厚み方向に直交する方向である面方向に熱が伝導しやすい放熱シートである。即ち、グラファイトシート６１に伝導した熱は、積層方向に直交する方向に拡散することになる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、積層方向から見て、グラファイトシート６１の外縁６２は、発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置している。言い換えれば、積層方向に対して発熱素子４１を投影すると、発熱素子４１の全体がグラファイトシート６１の外縁６２に囲まれる範囲内に収まる。なお、部品内蔵基板１０は、発熱素子４１以外にも、発熱する電子部品を備える。発熱素子４１とは、発熱する電子部品のうち、グラファイトシート６１を配置することで、放熱の促進を行いたい部品であり、例えば、パワー素子などの発熱量が多い部品である。従って、グラファイトシート６１の外縁６２は、グラファイトシート６１の配置により放熱の促進を行いたい発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置していればよい。
【００２２】
第１実施形態の作用について説明する。
通電により発熱素子４１が発熱すると、熱は周囲に伝導していく。放熱部材３１は、積層方向において発熱素子４１よりも第３銅層１３側に配置されているため、発熱素子４１の発した熱は、積層方向のうち第２銅層１２側よりも第３銅層１３側に伝導しやすい。発熱素子４１が発した熱がグラファイトシート６１に伝導すると、熱はグラファイトシート６１を伝導していく。
【００２３】
積層方向から見て、グラファイトシート６１の外縁６２は発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置している。このため、グラファイトシート６１に伝導した熱は、積層方向に直交する方向に拡散する。樹脂の熱抵抗は、熱が加えられる面積である伝熱面積に逆比例
する。グラファイトシート６１によって、積層方向に直交する方向に熱を拡散させて第３絶縁樹脂層２３への伝熱面積を大きくすることで、第３絶縁樹脂層２３に熱を伝導させやすい。
【００２４】
第１実施形態の効果について説明する。
（１−１）グラファイトシート６１によって、発熱素子４１の発した熱が積層方向に直交する方向に拡散するようにしている。第３絶縁樹脂層２３への伝熱面積を大きくすることで、発熱素子４１の発した熱を効率良く放散することができる。結果として、発熱素子４１の許容損失が大きくなり、発熱素子４１を小型化することができる。
【００２５】
（１−２）放熱性部材として、グラファイトシート６１を用いている。グラファイトシート６１は、厚み方向に比べて、面方向に熱が伝導しやすい。放熱性部材としてグラファイトシート６１を用いることで、熱の拡散が促進される。
【００２６】
（１−３）グラファイトシート６１は、ドレイン電極４４と第３銅層１３との間に配置されている。発熱素子４１の発した熱は、ゲート電極４２、ソース電極４３及びドレイン電極４４から放熱されやすい。ドレイン電極４４と第３銅層１３との間にグラファイトシート６１を配置することで、ドレイン電極４４からグラファイトシート６１に熱が伝導しやすく、熱の拡散を促進することができる。
【００２７】
（１−４）第２ビア５２は、グラファイトシート６１を貫通している。発熱素子４１から第２ビア５２に伝導した熱をグラファイトシート６１に伝導することができ、熱の拡散を促進することができる。
【００２８】
（１−５）グラファイトシート６１は、発熱素子４１と放熱部材３１との間に設けられている。発熱素子４１の発した熱を放熱部材３１に伝導させやすく、発熱素子４１の発した熱の放散が促進される。
【００２９】
（１−６）配線層である銅層１１，１２，１３，１４を厚くすることなく、発熱素子４１の発した熱を効率良く放散することができる。従って、銅層１１，１２，１３，１４を厚くすることで、部品内蔵基板１０の製造が困難になることを抑制できる。また、銅層１１，１２，１３，１４を厚くした場合、パターンを形成する際に、エッチングにより銅板を削る厚さが増し、パターン同士の間隔を広げる必要がある。これに対し、本実施形態では、銅層１１，１２，１３，１４を厚くする必要がなく、パターン同士の間隔を広げることなく、発熱素子４１の発した熱を効率良く放散することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態の部品内蔵基板について説明する。第１実施形態と同一部分については、同一符号を付すことで説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、部品内蔵基板１００は、第３絶縁樹脂層２３に内蔵された放熱性部材としてのグラファイトシート９１を備える。グラファイトシート９１は、第３銅層１３に接するように配置されている。積層方向から見て、グラファイトシート９１の外縁９９は、発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置している。第１実施形態と第２実施形態では、グラファイトシート９１の配置される位置は異なるが、第１実施形態と同様に、グラファイトシート９１によって積層方向に直交する方向に熱を拡散させることができる。これにより、発熱素子４１の発した熱を効率良く放散することができる。
【００３２】
第２実施形態では、第１実施形態の効果（１−１）、（１−２）、（１−５）、（１−６）と同様の効果を得ることができる。
各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００３３】
○グラファイトシートは、積層方向から見て、グラファイトシートの外縁が発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置していればよく、発熱素子４１と銅層１１，１２，１３，１４との間とは異なる位置に配置されていてもよい。例えば、図４に示すように、グラファイトシート９５は、発熱素子４１の周囲に配置されていてもよい。グラファイトシート９５は、発熱素子４１の全周を囲むように環状とされている。積層方向から見て、グラファイトシート９５の外縁９８は、発熱素子４１の外縁４５よりも外側に位置している。グラファイトシート９５の下端は銅層１３に接している。この場合であっても、実施形態と同様に、発熱素子４１が発した熱を積層方向に直交する方向に拡散する効果を得ることができ、発熱素子４１の熱を効率良く放散することができる。
【００３４】
○各実施形態において、グラファイトシート６１，９１は、いずれの絶縁樹脂層２１，２２，２３に内蔵されていてもよい。
○各実施形態において、グラファイトシート６１，９１は、発熱素子４１と放熱部材３１との間以外に配置されていてもよい。例えば、グラファイトシート６１，９１は、発熱素子４１と第２銅層１２との間に配置されてもよい。この場合、第１ビア５１がグラファイトシート６１，９１を貫通していてもよい。
【００３５】
○各実施形態において、複数の絶縁樹脂層２１，２２，２３にグラファイトシート６１，９１を内蔵させてもよい。
○各実施形態において、絶縁樹脂層２１，２２，２３及び銅層１１，１２，１３，１４の数は変更してもよい。
【００３６】
○各実施形態において、部品内蔵基板１０，１００は、放熱部材３１を備えていなくてもよい。この場合、部品内蔵基板１０，１００が搭載される搭載対象に部品内蔵基板１０，１００に接する放熱部材が設けられていてもよい。
【００３７】
○各実施形態において、放熱部材３１は部品内蔵基板１０，１００の積層方向の両端に配置されていてもよい。
○各実施形態において、発熱素子４１はＭＯＳＦＥＴ以外であってもよい。
【００３８】
○第１実施形態において、放熱性部材として、グラファイトシート６１以外を用いてもよい。放熱性部材としては、厚み方向に比べて、厚み方向に直交する方向である面方向に熱が伝導しやすいものを用いることが好ましい。
【００３９】
○第２実施形態において、放熱性部材は、絶縁樹脂層２１，２２，２３よりも熱伝導率の高い部材であれば、どのような部材を用いてもよい。例えば、グラファイトシート以外の放熱シートや、銅板等の金属板を用いてもよい。放熱性部材は、厚み方向に貫通する孔を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１００…部品内蔵基板、１１，１２，１３，１４…銅層、２１，２２，２３…絶縁樹脂層、３１…放熱部材、４１…発熱素子、４２…電極としてのゲート電極、４３…電極としてのソース電極、４４…電極としてのドレイン電極、４５…外縁、５２…接続部としての第２ビア、６１，９１…放熱性部材としてのグラファイトシート、６２…外縁、９９…外縁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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