(57)【要約】【課題】相互インダクタンスを大きくすることができる両面実装基板を提供する。【解決手段】パワーデバイス４３、４４のオン動作により、パワーデバイス４３側ではコンデンサ４１、ビア３１、導電層１３、ビア３３を介してパワーデバイス４３に電流が流れる電流経路Ｃが形成される。導電層１３ではスリット５１、５２が設けられているため、導電層１３を介して流れる電流は、コア層１２側に偏倚して流れる。パワーデバイス４４側では、パワーデバイス４４からビア３７、導電層１７、ビア３５を介してコンデンサ４２に電流が流れる電流経路Ｄが形成される。導電層１７ではスリット５４、５３が設けられているため、導電層１７を流れる電流は、コア層１２側に偏倚して流れる。この結果、相互インダクタンスを大きくして、配線インダクタンスを小さくする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層の表面及び裏面には第１導電層と第１絶縁層、並びに第２導電層と第２絶縁層がそれぞれ積層され、
前記第１導電層及び前記第２導電層に流れる電流の流れる方向が相互に逆方向となる両面実装基板において、
前記第１導電層及び前記第２導電層には、前記第１導電層及び前記第２導電層に流れる前記電流を前記コア層側に偏倚する偏倚部を有する両面実装基板。
【請求項２】
前記第１導電層及び前記第２導電層に設けられた前記偏倚部は、前記第１導電層及び前記第２導電層をそれぞれ前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層側から非貫通状態で形成されているスリットである請求項１に記載の両面実装基板。
【請求項３】
前記スリットは、前記電流が流れる方向において複数個設けられている請求項２に記載の両面実装基板。
【請求項４】
前記コア層の表面には、前記第１導電層及び第１絶縁層を貫通する第１ビアを介して前記第１導電層に電気的に接続された第１部品が実装され、
前記コア層の裏面には、前記第２導電層及び第２絶縁層を貫通する第２ビアを介して前記第２導電層に電気的に接続された第２部品が実装され、
前記第１部品及び第２部品は、パワーデバイスであり、
前記パワーデバイスの両者は、前記電流の流れる方向が相互に逆方向となるように制御されるものである請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の両面実装基板。
【請求項５】
前記コア層には少なくとも前記第１導電層及び前記第２導電層、並びに前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層がそれぞれ積層された多層基板とされている請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の両面実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両面実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御用のインバータ等の電力変換装置では、使用しているパワー半導体（パワーデバイス）を高速で入り、切りを行うと、回路配線に形成される配線インダクタンスにより、スイッチングサージが発生して、雑音（ノイズ）として電気回路の誤動作や故障の原因となり得る。
【０００３】
このため、特許文献１では、２つの絶縁基板を対向させた状態に配置し、互いに対向する前記絶縁基板の内面に、ＩＧＢＴ（パワーデバイス）、ダイオードをそれぞれ配置し、両ＩＧＢＴに電流を供給するリードフレームを相互に接近させて、各リードフレームに流れる電流が逆向きとなるように配置するようにしている。この構成により、配線インダクタンスを低減することが提案されている。
【０００４】
一方、上記のようなパワーデバイスを有する電力変換装置を両面実装基板上で構成する場合は、例えば、図４に示す構成が考えられる。図４は、両面実装基板１０の部分的な構造を示す断面図である。
【０００５】
図４に示すように、両面実装基板１０は、コア層１２と、コア層１２の図４中上部に積層された絶縁層１４、１６と、コア層１２の図４中下部に積層された絶縁層１８、２０とを備えている。コア層１２は、絶縁性を有しており、例えば、ガラス繊維を含むエポキシ樹脂から形成されている。絶縁層１４、１６、１８、２０は、ガラス繊維を含むエポキシ樹脂から形成されている。
【０００６】
コア層１２の両表面には、銅箔からなる導電層１３、１７が形成されていて、それぞれ絶縁層１４、１６に対して接着されている。導電層１３、１７の表面には、同表面が銅メッキされた銅箔からなる導電層１５、１９が形成されていて、それぞれ絶縁層１６、２０に対して接着されている。絶縁層１６、２０は、ソルダレジストであって保護膜を形成している。
【０００７】
導電層１３、１５、１７、１９には、それぞれ所定のパターンを有する信号配線、電源配線、及びグランド配線が形成されている。
絶縁層１４、１６及び導電層１３、１５には、相互に離間するとともに内周面に導電性のメッキ層（例えば銅メッキ層）を有する一対のビア３１、３３が積層方向に形成されている。また、絶縁層１８、２０及び導電層１７、１９には、相互に離間するとともに内周面に導電性のメッキ層（例えば銅メッキ層）を有する一対のビア３５、３７が積層方向に形成されている。
【０００８】
ビア３１及びビア３５は相互に同軸となるように形成されるとともにビア３３及びビア３７は同軸に形成されている。
絶縁層１６、２０において、ビア３１及びビア３５の開口周縁には、図示はしないが、接続パッドが形成されていて、該接続パッドには、実装部品である例えば、コンデンサ４１、４２が機械的及び電気的に接続されている。
【０００９】
また、絶縁層１６、２０において、ビア３３及びビア３７の開口周縁には、図示はしないが、接続パッドが形成されていて、該接続パッドには、実装部品である例えば、パワーデバイス４３、４４が機械的及び電気的に接続されている。ここで、説明の便宜上、コンデンサ４１からパワーデバイス４３に流れる電流経路をＡの符号を付し、パワーデバイス４４からコンデンサ４２に流れる電流経路にはＢの符号を付す。
【００１０】
そして、パワーデバイス４３がオン動作すると、コンデンサ４１、ビア３１、導電層１３、及びビア３３を介してパワーデバイス４３に電流が流れる電流経路Ａが形成される。また、パワーデバイス４３のオン動作と同時に、パワーデバイス４４がオン動作することにより、パワーデバイス４４から、ビア３７、導電層１７、ビア３５を介して前記コンデンサ４２に電流が流れる電流経路Ｂが形成される。
【００１１】
このようにして、同パワーデバイス４３、４４が同時にオン動作すると、電流経路Ａ、Ｂにおいて、コア層１２の両面に設けられた導電層１３、１７に相互に逆方向に電流が流れるとともにそれぞれの電流経路において、相互インダクタンスが発生する。
【００１２】
このとき、互いに反対向きの磁束が発生するため、相互インダクタンスが大きくなり、その結果、配線インダクタンスが低減することにより、パワーデバイスのスイッチングサージの低減及びノイズ低減を図るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３１１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記の構成の場合、電流経路Ａ、Ｂの導電層１３、１７においては、より抵抗が小さくなる経路であるより短い経路、すなわちコア層１２に近い方ではなく、絶縁層１４、１８に近い側を電流が流れることになる。この場合、相互に逆方向に電流が流れる電流経路の距離が離れているため、相互に発生した磁束の相殺効果が弱く、相互インダクタンスを大きくするための改善の余地がある。
【００１５】
本発明の目的は、相互インダクタンスを大きくすることができる両面実装基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題点を解決するために、本発明の両面実装基板は、コア層の表面及び裏面には第１導電層と第１絶縁層、並びに第２導電層と第２絶縁層がそれぞれ積層され、前記第１導電層及び前記第２導電層に流れる電流の流れる方向が相互に逆方向となる両面実装基板において、前記第１導電層及び前記第２導電層には、前記第１導電層及び前記第２導電層に流れる前記電流を前記コア層側に偏倚する偏倚部を有するものである。
【００１７】
上記構成によれば、前記第１導電層及び前記第２導電層に流れる電流が相互に逆方向となる向きで流れるとき第１導電層及び第２導電層を流れる電流は、偏倚部により、それぞれコア層側に偏倚して流れる。このため、相互に逆方向に電流が流れる電流経路の距離が近くなり、相互に発生した磁束の相殺効果が強くでき、相互インダクタンスを大きくすることが可能となる。
【００１８】
また、前記第１導電層及び前記第２導電層に設けられた前記偏倚部は、前記第１導電層及び前記第２導電層をそれぞれ前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層側から非貫通状態で形成されているスリットであってもよい。
【００１９】
上記構成によれば、偏倚部を第１絶縁層及び第２絶縁層側から非貫通状態で形成されるスリットとすることにより、裏面の経路と比べて第１絶縁層及び前記第２絶縁層側の表面の経路を長くしてその抵抗を大きくすることとなり、その結果、裏面の経路を電流が流れやすくすることができる。
【００２０】
また、前記スリットは、前記電流が流れる方向において複数個設けられていてもよい。上記構成によれば、複数のスリットによって、第１導電層及び第２導電層の表面積を増やすことができ、この結果、第１導電層及び第２導電層の放熱効果を高めることができる。さらに、第１導電層及び第２導電層の表面積をスリットが単数の場合よりも増やすことができ、この結果、第１導電層及び第２導電層の放熱効果を単数の場合よりも高めることができる。
【００２１】
また、前記コア層の表面には、前記第１導電層及び第１絶縁層を貫通する第１ビアを介して前記第１導電層に電気的に接続された第１部品が実装され、前記コア層の裏面には、前記第２導電層及び第２絶縁層を貫通する第２ビアを介して前記第２導電層に電気的に接続された第２部品が実装され、前記第１部品及び第２部品は、パワーデバイスであり、前記パワーデバイスの両者は、前記電流の流れる方向が相互に逆方向となるように制御されるものとしてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、前記電流の流れる方向が相互に逆方向となるように制御されるパワーデバイスの両者を備える両面実装基板において、上記の作用を好適に実現することができる。
【００２３】
また、前記コア層には少なくとも前記第１導電層及び前記第２導電層、並びに前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層がそれぞれ積層された多層基板とされていてもよい。
上記構成によれば、コア層に、第１導電層及び前記第２導電層、並びに前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層が積層された多層基板において、上記作用を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、両面実装基板において、相互インダクタンスを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態の両面実装基板の部分的な構造を示す断面図。
【図２】同じく両面実装基板の拡大断面図。
【図３】同じく両面実装基板に電流が流れた場合の経路を示す図。
【図４】従来の両面実装基板に電流が流れた場合の経路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態の両面実装基板は、図４の従来技術である両面実装基板と一部が異なるだけであるため、異なるところを中心に説明し、図４と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。なお、図１〜図３では、コア層１２及びコア層１２に積層された各層の厚みは、説明の便宜上、同じとなるように図示しているが、実際は異なる。
【００２７】
図１、図２に示すように本実施形態の両面実装基板１０では、ビア３１、３３間の導電層１３において、一対のスリット５１、５２が形成されるとともに、ビア３５、３７間の導電層１７において、一対のスリット５３、５４が形成されているところが従来の両面実装基板１０（図４参照）と異なっている。他の構成は従来と同様に構成されている。なお、本実施形態ではパワーデバイス４３、４４は、スイッチングを高速でオンオフするＭＯＳＦＥＴとしているが、ＭＯＳＦＥＴに限定するものではない。なお、図４では、説明していないが、パワーデバイス４３、４４は、コア層１２を挟んでコア層１２の厚み方向において互いに対向して配置されている。また、コンデンサ４１、４２は、同様にコア層１２を挟んでコア層１２の厚み方向において互いに対向して配置されている。
【００２８】
そして、ビア３１及びビア３５は相互に同軸に配置され、かつ、ビア３３及びビア３７が相互に同軸に配置されていることから、後述する電流経路Ｃ、Ｄにおいて、導電層１３、１７の電流経路長は相互に同じ長さを有する。
【００２９】
スリット５１、５２は、導電層１３に対して絶縁層１４からコア層１２に向けて非貫通状態で切り込み形成されていて中空とされている。また、スリット５１は、ビア３１に近位に位置するように配置されている。スリット５２は、ビア３３に近位に位置するように配置されている。
【００３０】
スリット５３、５４は、導電層１７に対して絶縁層１８からコア層１２に向けて非貫通状態で切り込み形成されていて中空とされている。また、スリット５３は、ビア３５に近位に位置するように配置されている。スリット５４は、ビア３７に近位に位置するように配置されている。
【００３１】
なお、スリット５１、５２、５３、５４は、導電層１３、１７をコア層１２の表面及び裏面にそれぞれ形成した後、研削、或いは、フォトエッチング法により形成されている。
ここで、導電層１３は、コア層１２の表面に設けられた第１導電層に相当し、導電層１７は、コア層１２の裏面に設けられた第２導電層に相当する。絶縁層１４は第１絶縁層に相当し、絶縁層１８は第２絶縁層に相当する。
【００３２】
ビア３３は、第１ビアに相当し、ビア３７は第２ビアに相当する。パワーデバイス４３は、第１部品に相当し、パワーデバイス４４は第２部品に相当する。スリット５１〜５４は偏倚部に相当する。
【００３３】
（実施形態の作用）
上記のように構成された両面実装基板１０の作用を図２及び図３を参照して説明する。説明の便宜上、コンデンサ４１からパワーデバイス４３に流れる電流経路をＣの符号を付し、パワーデバイス４４からコンデンサ４２に流れる電流経路にはＤの符号を付す。パワーデバイス４３（ＭＯＳＦＥＴ）がオン動作すると、コンデンサ４１、ビア３１、導電層１３、及びビア３３を介してパワーデバイス４３に電流が流れる電流経路Ｃが形成される。
【００３４】
電流経路Ｃの導電層１３においては、スリット５１、５２が設けられているため、ビア３１、３３間を導電層１３を介して流れる電流は、より経路長が長くなりより抵抗が大きくなる絶縁層１４側に寄って流れるのを阻止されて、より経路長が短くなりより抵抗が小さくなるコア層１２側に偏倚して流れる。
【００３５】
また、パワーデバイス４３のオン動作と同時に、パワーデバイス４４がオン動作することにより、パワーデバイス４４から、ビア３７、導電層１７、ビア３５を介して前記コンデンサ４２に電流が流れる電流経路Ｄが形成される。
【００３６】
電流経路Ｄの導電層１７においては、スリット５４、５３が設けられているため、導電層１７を流れる電流は、より経路長が長くなりより抵抗が大きくなる絶縁層１８側に寄って流れるのを阻止されて、より経路長が短くなりより抵抗が小さくなるコア層１２側に偏倚して流れる。
【００３７】
上記のようにパワーデバイス４３、４４が同時にオン動作すると、電流経路Ｃ、Ｄにおいて、コア層１２の両面に設けられた導電層１３、１７に相互に逆方向に電流が流れるとともにそれぞれの電流経路において、相互インダクタンスが発生する。
【００３８】
そして、導電層１３、１７においては、相互に逆方向に電流が流れる電流経路の距離が従来よりも近くなっているため、相互に発生した磁束の相殺効果が高まり、相互インダクタンスを大きくする。この結果、配線インダクタンスは、自己インダクタンスと相互インダクタンスの差分であるため、配線インダクタンスが従来よりも低減されることにより、パワーデバイスのスイッチングサージの低減及びノイズ低減の効果を高めることができる。
【００３９】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態の両面実装基板１０は、コア層１２の表面及び裏面には導電層１３（第１導電層）、１５と絶縁層１４（第１絶縁層）、１６、並びに導電層１７（第２導電層）、１９と絶縁層１８（第２絶縁層）、２０とが積層されている。また、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）に流れる電流の流れる方向が相互に逆方向となるようにされている。そして、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）には、それぞれの層に流れる前記電流をコア層１２側に偏倚するスリット５１〜５４（偏倚部）を有している。
【００４０】
この結果、相互インダクタンスを大きくして、配線インダクタンスを小さくすることができる。また、パワーデバイスのスイッチングサージの低減及びノイズ低減の効果を高めることができる。
【００４１】
（２）本実施形態の両面実装基板１０では、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）に設けられた偏倚部は、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）を非貫通状態で形成されているスリット５１〜５４としている。このように、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）に対して非貫通状態のスリットを形成することにより、裏面の経路と比べて導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）側の表面の経路を長くしてその抵抗を大きくすることとなり、その結果、裏面の経路を電流が流れやすくすることができる。その結果、上記(１)の効果を容易に実現できる。
【００４２】
（３）本実施形態の両面実装基板１０では、偏倚部としてのスリットは、電流が流れる方向において複数個（４個）設けられている。スリット５１〜５４によって、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）の表面積を増やすことができ、その結果、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）の放熱効果を高めることができる。さらに、上記表面積をスリットが単数の場合よりも増やすことができ、この結果、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）の表面積をスリットが単数の場合よりも増やすことができ、導電層１３（第１導電層）及び導電層１７（第２導電層）の放熱効果を高めることができる。また、放熱効果はスリットが単数の場合よりも高めることにより、ヒートシンクの小型化が可能となり、この両面実装基板１０を含むシステムの小型化・軽量化につなぐことができる。
【００４３】
（４）本実施形態の両面実装基板１０では、コア層１２の表面には、導電層１３（第１導電層）、１５及び絶縁層１４（第１絶縁層）、１６を貫通するビア３３（第１ビア）を介して導電層１３（第１導電層）に電気的に接続されたパワーデバイス４３（第１部品）が実装されている。また、コア層１２の裏面には、導電層１７（第２導電層）、１９及び絶縁層１８（第２絶縁層）、２０を貫通するビア３７（第２ビア）を介して導電層１７（第２導電層）に電気的に接続されたパワーデバイス４４（第２部品）が実装されている。前記パワーデバイスの両者は、前記電流の流れる方向が相互に逆方向となるように制御されるものとしている。この結果、電流の流れる方向が相互に逆方向となるように制御されるパワーデバイスの両者を備える両面実装基板において、上記の作用を好適に実現することができる。
【００４４】
（５）本実施形態の両面実装基板１０では、コア層１２に、導電層１３（第１導電層）、導電層１７（第２導電層）及び導電層１５、１９、並びに絶縁層１４（第１絶縁層）、１６及び絶縁層１８（第２絶縁層）、２０が積層された多層基板とされている。このような多層基板である両面実装基板１０において、上記（１）の作用効果を実現することができる。
【００４５】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・前記実施形態では、導電層１３、１７に形成されたスリットをそれぞれ一対としたが、導電層１３、１７に形成するスリットを単数としてもよい。この場合、単数のスリットを設ける位置は、限定するものではないが、例えば、導電層１３において、ビア３１、３３間の中間位置、及び導電層１７において、ビア３７、３５間の中間位置としてもよい。また、各導電層に設けられるスリットの数は、３つ以上としてもよい。
【００４６】
・前記実施形態では、偏倚部をスリットとしたが、偏倚部はスリットに限定するものではない。例えば、導電層１３、１７において、ビア３１、３３、３５、３７にそれぞれ電気的に接続される部位は、それぞれ一対の肉厚部とし、該一対の肉厚部間はコア層１２に接着した肉薄部としてもよい。
【００４７】
ここで、導電層１３の肉薄部は、絶縁層１４側が研削またはフォトエッチングにより削られて肉薄に形成されている。また、導電層１７の肉薄部は、絶縁層１８側が研削またはフォトエッチングにより削られて肉薄となっている。上記肉薄部が偏倚部に相当する。
【００４８】
・前記実施形態では、第１部品及び第２部品をＭＯＳＦＥＴとしたが、ＭＯＳＦＥＴに限定するものではなく、ＩＧＢＴ、或いはバイポーラトランジスタであってもよい。
・前記実施形態では、コンデンサを両面実装基板に電気的に連結される部品としているが、コンデンサに限定するものではなく、他の部品であってもよい。
【００４９】
・前記実施形態では、スリット５１〜５４は、充填材を入れないで中空としたが、スリット内を絶縁樹脂等の絶縁材で充填してもよい。
・前記実施形態の両面実装基板は、例えば、３相モータを可変速運転するためのパワーデバイスを複数備えたインバータに適用できる。すなわち、インバータは、パワーデバイス（例えばＭＯＳＦＥＴ）を複数備えており、その中の同時にオン作動するパワーデバイスを両面実装基板に配置すればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…両面実装基板、１２…コア層、１３…導電層（第１導電層）、
１４…絶縁層（第１絶縁層）、１５…導電層、
１６…絶縁層、１７…導電層（第２導電層）、
１８…絶縁層（第２絶縁層）、１９…導電層、
２０…絶縁層、３１…ビア、３３…ビア（第１ビア）、
３５…ビア、３７…ビア（第２ビア）、
４１…コンデンサ、４２…コンデンサ、
４３…パワーデバイス（第１部品）、４４…パワーデバイス（第２部品）、
５１〜５４…スリット（偏倚部）。
【図１】
2020021792.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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