(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱する半導体等の電子部品の温度を低減する電子回路装置を提供する。【解決手段】発熱する電子部品を含む少なくとも二つ以上の電子部品１０３と、複数層の配線パターン１０６と絶縁層１０７と配線パターン間を電気的に接続するスルーホール１０８とレジスト１０９を有し電子回路を両面に実装し厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上である多層基板１０２と、からなる電子回路１０１と、電子回路を収容する筐体１０４と、電子回路を筐体に固定する取付部１０５からなる電子回路装置１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層の配線パターンと絶縁層と前記配線パターン間を電気的に接続するスルーホールとレジストを有し前記電子回路を両面に実装し厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上である多層基板と、
この多層基板に実装した、発熱性電子部品を含む、少なくとも二つ以上の電子部品と、
からなる電子回路と、
前記電子回路を収容する筐体と、
前記電子回路を前記筐体に固定する取付部からなる電子回路装置。
【請求項２】
前記多層基板が全層インナービアホール基板、あるいはビルドアップ基板である請求項１記載の電子回路装置。
【請求項３】
前記多層基板の絶縁層の熱伝導が１．０Ｗ／ｍＫ以上である請求項１記載の電子回路装置。
【請求項４】
前記発熱性電子部品が半導体である請求項１記載の電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高機能やハイパワー等の発熱する電子部品を有し、小型・高密度化が求められる電子回路を有する電子回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器が近年、「小型化」、「薄型化」を急速に進めてきたことは周知の通りであり、とりわけ電子部品の集積化により一層の小型化を実現しています。ところが、電子機器の小型化に対して、発熱量は「高機能化」、「ハイパワー化」の流れの中で増加傾向にあります。必然的に電子回路の発熱密度が上昇し、電子機器は熱問題を起こすようになっております。従って電子機器には様々な熱対策が行われており、ＬＳＩの駆動電圧を低くするという電子部品の取組や、パソコン等に見られる、ファンや放熱部材の導入は必須となっており、さらなる熱対策を検討している状況にあります。低密度の回路（電源等：特許文献１）においては、基板の片面を筐体や放熱板とし、絶縁層の厚みを薄くして、発熱する電子部品の熱を構造体へ逃がす金属基板等を用いた構造が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７２１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法によれば、少なくとも片面実装で実現できる密度の回路に対して、発熱する電子部品の温度を低減できる。しかし、「高機能」、「小型化」を要求される電子回路においては、両面実装が基本であるため、基板の片面を放熱構造とすることは難しい。
両面実装を基本とする高密度な電子回路装置においては、ファンや放熱部材(特許文献１)を用いた熱対策が行われているが、さらなる温度低減やファンの削減等が求められている。また、このような電子回路装置に用いられている多層基板もサーマルビアや厚銅箔等の対策を実施している場合もある。しかし高機能な電子機器に用いられているビルドアップ基板の様な回路では、配線ルール等の観点から厚銅箔を用いることも難しく、実装密度を考慮するとサーマルビアも削減せざるを得ない。
【０００５】
そこで、本発明は、両面実装に於いても電子部品の温度を低減することのできる放熱効果を有した基板を用いた電子回路装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の構成の基板は、複数層の配線パターンと絶縁層と前記配線パターン間を電気的に接続するスルーホールとレジストを有し前記電子回路を両面に実装し厚み方向の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上である多層基板と、この多層基板に実装した、発熱性電子部品を含む、少なくとも二つ以上の電子部品と、からなる電子回路と、前記電子回路を収容する筐体と、前記電子回路を前記筐体に固定する取付部からなる電子回路装置である。
【発明の効果】
【０００７】
両面実装を必須とする高密度な電子回路においても、各種半導体部品等の発熱が課題となる、発熱性電子部品の温度を低減することが可能となり電子回路の安定動作・動作範囲の拡大が可能で、小型化に適した電子回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電子回路装置の一例を示す断面図
【図２】ベアチップ実装した電子回路装置の一例を示す断面図
【図３】サーマルビアを用いた電子回路装置の一例を説明する断面図
【図４】絶縁層の熱伝導率を高めた場合について説明する断面図
【図５】インナービアホール（ＩＶＨとも呼ばれる）を有する多層基板に発熱性電子部品を含む、少なくとも二つ以上の電子部品を実装した様子を説明する断面図
【図６】電源回路の回路図の一例を示す図
【図７】代表的な電源回路の上面を示す図
【図８】電源回路の温度変化を示す模式図
【図９】実施例２で作製した多層基板の形状を示す側面図や上面図
【図１０】スルーホールの数（あるいはスルーホールの密度）と熱抵抗の関係を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態における電子回路装置について説明する。
【００１０】
図１は、電子回路装置の一例を示す断面図である。図１において、１００は電子回路装置、１０１は電子回路、１０２は多層基板、１０３は電子部品、１０４は筐体、１０５は取付部、１０６は配線パターン、１０７は絶縁層、１０８はスルーホール、１０９はレジストである。
【００１１】
図１に示すように、電子回路装置１００ は、筐体１０４と、この筐体１０４内に収容・固定される電子回路１０１などを備える。
【００１２】
電子回路１０１は、図１に示すように、配線パターン１０６と、絶縁層１０７と、配線パターン間を接続するスルーホール１０８と、レジスト１０９等を備えた多層基板１０２に、半導体（マイコン、パワートランジスタ等）や、チップ部品（抵抗、コンデンサ、インダクタ等）等の電子部品１０３を実装してなるものである。なおこれら電子部品１０３において、発熱が課題となる電子部品（半導体素子を含む）は、発熱性電子部品とする。こうした発熱性電子部品は、熱伝導性の多層基板１０２に実装することで、冷却効率を高められる。
【００１３】
電子回路１０１は、電源や制御装置等、電子部品を電気伝導体で接続し目的の動作を行わせる電気回路である。
【００１４】
多層基板１０２の構成材料として、配線パターン１０６としては、銅箔や導電性ペースト、リードフレーム等を用いることができ、エッチングや印刷、打ち抜き加工等で配線パターン１０６を形成できる。
【００１５】
絶縁層１０７は、樹脂及び、樹脂とフィラ、ガラス織布／不織布の様な構造体との複合体を使用することができる。本発明における樹脂は、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂系、ポリイミド樹脂系、トリアジン樹脂系、フェノール樹脂系、メラミン樹脂系及びこれら樹脂の変性系樹脂等を用いることができる。また、前記各種樹脂を２種類以上の混合の他、必要に応じて各種硬化剤、硬化促進剤を使用しても良い。例えば、エポキシ樹脂を用いた場合、耐熱性や強度、接着性等の特性が基板に適している。またポリイミド樹脂を用いた場合は耐熱性や屈曲性を多層基板に付加することができる。樹脂に、硬化剤を使用する場合には、例えばエポキシ樹脂に用いる場合には、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、及び、フェノールノボラックやクレゾールノボラック等の多官能性フェノール等を用いることができる。前記硬化剤は、単独で使用しても、複数種を併用することも可能であり、その種類及び量は、限定されるものではなく、適宜決められる。樹脂に、促進剤を使用する場合には、前述した硬化剤と同様に、種々使用することができ、具体的には、イミダゾール系化合物、有機リン系化合物、アミン及びアンモニウム塩等が用いられ、２種以上を併用しても良い。また、ゴムや熱可塑樹脂を添加してもよい。
【００１６】
ガラス織布／不織布は多層基板１０２における構造体として、多層基板１０２の強度を上げる効果が得られ、硬化後の熱膨張率の制御、寸法安定性、機械強度を高める効果が得られる。ガラス織布／不織布は１０〜３００μｍ程度のものが望ましい。ガラス織布／不織布の厚みが１０μｍ未満の場合、プリプレグあるいはプリプレグを硬化してなるプリント配線板の機械強度（例えば引張り強度等）に影響を与える可能性がある。ガラス織布／不織布の厚みが３００μｍを越えた場合、プリプレグの作製時における乾燥工程への影響が大きくなってしまう。
【００１７】
前記樹脂にフィラを充填することで、厚み方向に１．０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率にすることができる。充填するフィラは、熱伝導率９Ｗ／ｍＫ以上のフィラであり、例えば、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、珪酸ジルコニウム、水酸化マグネシウム、珪酸ジルコニウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム等を用いることができる。フィラの充填量は、絶縁層に対して３０ｖｏｌ％以上が望ましく、熱伝導率を９Ｗ／ｍＫ以上とすることで、多層基板１０２の厚み方向の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍＫ以上とすることができる。
【００１８】
スルーホール１０８は、配線パターン１０６間を接続する導電体として、メッキや導電性ペースト等を用いることができる。
【００１９】
筐体１０４は電子回路１０１を取付部１０５を用いて、取り付ける構造体であり、機器の振動や圧力、電磁波、光などに対する保護・固定等の役割を有し、放熱等の熱対策的な効果を有する場合もある。
【００２０】
電子回路１０１を形成する電子部品１０３は、多層基板１０２の両面にはんだ等の電気的接続手段を介して実装されており、パワー半導体や、高機能なＩＣ等の半導体や電流を多く流すトランスまたは配線部、抵抗等発熱する電子部品が多く存在する。近年の機器の小型化・高密度化及び、電子部品１０３自体の高集積化により発熱密度が上昇している。また、電子部品１０３としては、表面実装型（ＳＭＤ）であることが小型化・熱の伝達の点で好ましい。
【００２１】
これら発熱する電子部品１０３の熱は、電子部品１０３が実装されている多層基板１０２へ熱伝導により伝わる。伝わった熱は多層基板１０２中で分散される。熱の分散は、多層基板１０２を形成している絶縁層、銅箔、スルーホール１０８全てによってなされる。熱を分散することで放熱面積を広げることができ、電子部品１０３の温度が低減する。放熱面積を広げるためには、レジスト１０９が形成されている多層基板１０３の表面へ熱を伝える必要がある。多層基板１０３は平面方向と厚み方向のアスペクトが大きく異なるため、厚み方向に熱を伝えることは、放熱面積の拡大に大きな効果がある。厚み方向への熱の伝搬は、絶縁層１０７とスルーホール１０８の効果が大きい。多層基板１０２の厚み方向の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍＫ以上とすることで、放熱面積の拡大効果が得られ、電子部品１０３の温度を低減することができ、電子回路１０１の安定動作、環境温度や、印加電力の様な動作範囲を拡大する効果が得られる。
【００２２】
スルーホール１０８は信号の伝搬以外にサーマルビアとして熱の伝搬経路として図３に示すように発熱する電子部品１０３の下に設けることがある。
【００２３】
図３は、サーマルビアを用いた電子回路装置の一例を説明する断面図である。図３において、スルーホール１０８はサーマルビアを構成している。
【００２４】
しかしこのサーマルビアとして設けたスルーホール１０８の部分には電子部品１０３の実装を行うことができない。また、多層基板１０２にも有効な配線パターン１０６を形成することができず、実装密度の低下をまねく。絶縁層１０６の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍＫとすることで、図４に示すようにサーマルビアとなるスルーホール１０８を削減でき、実装密度を向上でき、電子部品１０３を高密度に配置でき、電子回路・電子回路装置の小型化につながる。
【００２５】
図４は、絶縁層の熱伝導率を高めた場合について説明する断面図である。図４において、絶縁層１０６の熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍＫである。
【００２６】
図４に示す場合、配線パターン１０６は高い熱伝導率を有しているため横方向への拡散効果が得られるが、配線パターン１０６を形成している銅箔等の厚みの影響を受けることになる。
【００２７】
また、このような電子回路１０１を筐体１０４に収容した場合、取付部１０５を用いて多層基板１０２を筐体１０４に固定する。電子部品１０３の発熱は、多層基板１０２−取付部１０５−筐体１０４という流れで伝搬されるが、図２に示すような片面の金属板１１１を直接筐体１０４に取り付ける金属基板１１２とは異なり、両面実装の電子回路では伝搬距離が長くなることが多く、全ての伝搬距離を高熱伝導率の材料だけで接続することができない事もあり、有効な電子部品の冷却手段として使えない場合もある。
【００２８】
図２は、ベアチップ実装した電子回路装置の一例を示す断面図である。図２において、１１１は金属板、１１２は金属基板である。金属基板１１２は、金属板１１１と、この表面に設けたシート状の絶縁層１０７を介して固定した配線パターン１０６から形成されている。１１３はワイヤであり、市販のワイヤーボンディング装置で配線したものである。また図２における電子部品１０３としては、パワー系の半導体素子を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態により発熱する電子部品の温度を低減し、電子回路の安定動作・動作範囲の拡大が実現できる電子回路装置を提供できる。
【００３０】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態における電子回路装置について説明する。本実施の形態における電子回路装置に関しては、多層基板１０２の構造等に関する点以外は、上述した実施形態１と同様である。したがって、実施の形態２で用いられる材料は、特に説明のない限り実施形態１で説明したものを用いることができる。
【００３１】
図５に示すように、電子回路装置１００ は、筐体１０４と、この筐体１０４に固定される電子回路１０１などを備える。
【００３２】
図５は、インナービアホール（ＩＶＨとも呼ばれる）を有する多層基板に発熱性電子部品を含む、少なくとも二つ以上の電子部品を実装した様子を説明する断面図である。
【００３３】
ここで電子回路１０１は、前述の図１に示すように、配線パターン１０６と、絶縁層１０７と、配線パターン間を接続するスルーホール１０８とビア１１４（図示せず）、レジスト１０９等を備えた多層基板１０２に、半導体（マイコン、パワートランジスタ等）や、チップ部品（抵抗、コンデンサ、インダクタ等）等の電子部品１０３を実装してなるものである。
【００３４】
電子回路１０１は、電源や制御装置等、電子部品を電気伝導体で接続し目的の動作を行わせる電気回路である。
【００３５】
多層基板１０２の構造として、ビルドアップ基板や全層ＩＶＨ等の基板を用いることができる。ビルドアップ基板は、コア基板と呼ばれるスルーホール１０８で配線パターン１０６間を接続する内層部分となる基板の表面及び裏面に、ビア１１４で配線パターン１０６間を接続する層を形成した多層基板である。全層ＩＶＨ基板はビア１１４で全層の配線パターン間接続を行う多層基板である。これらの基板は必要な配線パターン間だけをつなぐことで高密度な回路形成が可能となる。
【００３６】
また、ビルドアップ基板、全層ＩＶＨ基板に貫通スルーホールが形成されていてもよい。
【００３７】
ビア１１４としてはメッキや導電性ペーストを用いることができる。ビア１１４は全てがメッキであっても、メッキと充填剤により形成されていてもよい。また、内層のスルーホール１０８にも充填剤が用いられてもよい。
【００３８】
電子回路１０１を形成する電子部品１０３は、高密度に実装が行えるようにＢＧＡのような半導体のパッケージが用いられることが多く、高機能化により発熱密度が上昇している。多層基板１０２の厚み方向の熱伝導率を１．０Ｗ／ｍＫ以上とすることで、サーマルビアとなるスルーホール１０８や、不必要なビア１１４を配置して配線密度を低下することなく、電子回路１０１を形成でき、スルーホール１０８の形成による実装面積の低下もなく、電子部品１０３の温度を低減することができ、電子回路１０１の安定動作、動作範囲の拡大を行うとともに電子回路装置１００の小型化に効果が得られる。
【００３９】
（実施例１）
次に図６〜図８を用いて、実施例１について説明する。
【００４０】
図６は、電源回路の回路図の一例である。図７は、代表的な電源回路の上面から見た光学写真である。図８は、電源回路の温度変化を示す模式図である。図８において、Ｘ軸は経過時間（単位は分）、Ｙ軸は実測温度（単位は℃）である。
【００４１】
図６の回路図に示す電源回路（ＤＣＤＣコンバータ  １２Ｖｉｎ  ５Ｖｏｕｔ）を多層基板（両面板  ５０×５０×０．８ｍｍ  ３５μｍ銅箔）に形成し、図１に示す形で電子回路装置を作製した。上面から見た写真を図７に示す。測定用に筐体上部は開口とした。
【００４２】
多層基板として基板Ａ（図８におけるＡ）：厚み方向の熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫ、基板Ｂ：厚み方向の熱伝導率０．４Ｗ／ｍＫの試料を作製した。基板Ａは絶縁層をエポキシ樹脂とアルミナの混合物で作製した。基板Ｂ（図８におけるＢ）は通常のＦＲ４材を用いている。
【００４３】
１０Ｗの出力になるように調整し、定常動作（１５分後）にいたるまでの温度上昇を、サーモグラフィを用いて計測した。温度上昇の結果を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。縦軸は中央の半導体の温度上昇の値である。基板Ａの方が、半導体の温度が低くなっていることがわかる。
【００４４】
（実施例２）
次に図９〜図１０を用いて、実施例２について説明する。
【００４５】
図９は、実施例２で作製した多層基板の形状を示す側面図や上面図である。図１０はスルーホールの数（あるいはスルーホールの密度）と熱抵抗の関係を示す模式図である。図１０のＸ軸は、試作した多層基板（基板Ａ、基板Ｂ）における、１０ｍｍ角の面積当たりのスルーホール数、Ｙ軸は熱抵抗（単位は、℃／Ｗ）である。図１０における●（黒丸）は基板Ａ、■（黒四角）は基板Ｂの測定結果である。
【００４６】
図９に示す多層基板を作製し、スルーホールの削減効果を検証した。基板は、両面板５０×５０×１．５ｍｍ（絶縁層）３５μｍ銅箔である、スルーホールの形成個数を変化させて基板の上下の熱抵抗（厚み／（熱伝導率×面積））を測定している。この熱抵抗の値が小さいほど、基板上下に熱を伝搬でき、放熱面積が拡大できる。配線パターンとなる部分は□１０ｍｍとした。
【００４７】
多層基板としては実施例１と同様に基板Ａ：厚み方向の熱伝導率１．０Ｗ／ｍＫ、基板Ｂ：厚み方向の熱伝導率０．４Ｗ／ｍＫの試料を作製した。基板Ａは絶縁層をエポキシ樹脂とアルミナの混合物で作製した。基板Ｂは通常のＦＲ４材を用いている。
【００４８】
熱抵抗は図１０の様にスルーホールの個数に応じて低減する（基板Ｂ）。基板Ａは基板Ｂのスルーホール１８個を削減しても同等の熱抵抗であり実装面積を有効に活用でき小型化につながる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる電子回路装置は発熱する電子部品の温度を低減することができ、携帯電話、テレビ、電源、コンピュータあるいは電装品、あるいは産業用等の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  電子回路装置
１０１  電子回路
１０２  多層基板
１０３  電子部品
１０４  筐体
１０５  取付部
１０６  配線パターン
１０７  絶縁層
１０８  スルーホール
１０９  レジスト
１１１  金属板
１１２  金属基板
１１３  ワイヤ
１１４  ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図７】
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