(57)【要約】【課題】  基板に大電用の厚い膜厚の導電パターンと小電流用の薄い導電パターンを得ようとすると、工程が複雑になり、コストアップにつながる。しかし大電流用の厚い導電パターンで小電流用の薄い導電パターンも兼ねようとすると、膜厚が厚い分だけ、ファインパターンが基板に描けない問題が有る。【解決手段】  絶縁樹脂から成るコア層５２と、前記コア層５２の表側に設けられた第１の導電パターン５３と、前記コア層５２の裏側に設けられた第２の導電パターン５４とを有し、  実装される電圧に基づいて、前記第２の導電パターン５４同士の間隔ｄが設定され、その設定値に基づいて、均一な間隔を持つように前記第２の導電パターン５４は拡張されて構成される。よって裏側の導電パターンの面積が拡大し、放熱効果が拡大する。【選択図】図１
2014049604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂を材料とするコア層と、
前記コア層の表側に設けられた複数の第１の導電パターンと、
前記コア層の裏側に設けられ複数の第２の導電パターンと、
前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとを電気的に接続するスルーホールとを有する多層の実装基板であり、
前記複数の第２の導電パターンは、お互いの間を一定の間隔になる様に拡張してなる事を特徴とする実装基板。
【請求項２】
前記第２の導電パターン厚みは、前記第１の導電パターンよりも厚く形成される請求項１に記載の実装基板。
【請求項３】
前記実装基板を用いた回路装置であり、
前記回路装置は、電源電圧が約２００Ｖ〜６００Ｖのインバータ回路を構成し、
前記間隔は、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの中で選択された間隔で均一に配置され、前記第２の導電パターンは、周囲のマージンで囲まれる中で拡張されて配置される請求項１または請求項２に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装基板およびこの実装基板を用いた回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題から、電力の削減が求められ、色々な対策が施されている。その中で、エアコン、洗濯機または掃除機等で使用する電源、特にモータが採用される場合、その効率ＵＰにより、電力の削減が可能である。
【０００３】
具体的には、回路的に削減する場合と、この電源回路に用いられる半導体素子の放熱を向上し、効率の高い駆動とする事で、電力の削減が成されている。後者は、半導体素子が自己発熱し、自身が高温になると、駆動電流の低下を招くからである。
【０００４】
また最近は、ＬＥＤ等の発光素子も同様で、冷却する事で、より駆動電流を高めることができる。
【０００５】
また、最近では、電子機器が身の回りにあり、ポケットやバックから取り出して、色々な情報が取れるようになって来た。これは、携帯機器が小型・軽量となってきた事が一つの要因で有る。名刺サイズの携帯電話、名刺２枚程度のスマートフォンが現れ、世界のどこに居ても情報処理が可能となっている。
【０００６】
この小型・軽量化を実現させた要因は、色々とあるが、その第１の要因として、ＩＣの高機能化がある。色々な機能がＩＣチップに作りこまれ、しかも小型になっている。そして、この小型化したＩＣチップは、高機能であるために、端子数も増え、この端子サイズも小さくなっている。
【０００７】
続いて小型・軽量化の第２の要因は、このＩＣチップを実装するインターポーザである。このインターポーザは、セット用の基板1とＩＣチップの間に挿入されるもので、ＩＣ
チップとセット用の基板の熱膨張係数αの違いを緩和するものである。
【０００８】
このインターポーザ（以下実装基板と呼ぶ）は、絶縁性樹脂をベースとし、αの調整のために、酸化Ｓｉ、酸化Ａｌ等の粒状フィラーや、ガラスまたはカーボン等の繊維状のフィラーが練りこまれている。
【０００９】
図５に実装基板１０を示す。一例として、２層基板を示し、１１が絶縁性樹脂からなるコア層である。そしてこのコア層１１の表面・裏面には、導電パターンが設けられている。コア層１１の表側には、第１の導電パターン１２が設けられ、裏側には第２の導電パターン１３が設けられている。この第１の導電パターン１２は、チップ実装用のアイランド、ボンディングパッドまたは配線等からなり、第２の導電パターン１３は、セット用の基板1との接続のため、半田ボール用の電極パッドが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０１−２６６７８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、実装基板１０の高機能化に伴い、この実装基板には、小電流用の薄い導電パター
ン１２Ａと大電流用の厚い導電パターン１２Ｂが必要に成って来た。特許文献１は、金属基板に適用したものであるが、厚い導電パターンと薄い導電パターンを２回のエッチングで実現している。
【００１２】
例えば、インバータモジュールなどは、図５に示す様に、大電流が流れるトランジスタ１４と、このトランジスタ１４を制御する制御ＩＣ１５がある。そしてこのトランジスタ１４は、大電流が流れるため、厚い導電パターン１２Ｂを必要とし、制御ＩＣ１５は、さほど電流を必要としないので、薄い導電パターン１２Ａを必要とする。
【００１３】
しかしながら、この実装基板１０に厚みの異なる導電パターンを設ける事は、前述したように、製造工程を増やす原因となった。つまり予め厚い膜のＣｕ箔を用意し、エッチングを２回行って厚い膜厚と薄い膜厚を用意しなければならない。
【００１４】
別の方法として、小電流用の導電パターン１２Ａを、あえて薄くせずに、厚い導電パターン１２と同じ膜厚で代用しても良い。しかしながら、この場合、以下の問題が有る。
【００１５】
一般に、Ｃｕパターンは、コストの面から、ウェットエッチングで実現されている。よって等方的にエッチングされ、厚いＣｕパターンでは、その分、横方向のエッチングも進み、ファインパターンが形成できない問題があった。つまり薄い導電パターンでエッチングすれば、その分、ファインパターンを高密度に配置できるが、この厚い導電パターンで代用すれば、この分を犠牲にしている。
【００１６】
図６は、４層の導電パターンから成る実装基板２０を示すものである。表側の最表面の導電パターン２１Ａが例えば７０μｍとすると、前述したように膜厚が厚い事から、１４０〜１５０μｍ程度のＬ／Ｓである。しかし最近では、ノイズや処理スピードの観点から、制御ＩＣは、フリップチップ実装が好まれ、このフリップチップで実装すれば、金属細線がいらず、信号の流れる配線長を短くできるからである。
【００１７】
しかし、このフリップチップ実装であると、端子数も増え、端子密度もかなり高いことから、近年では、Ｌ／Ｓが１００μｍ位は必要である。よって膜厚７０μｍのＣｕ箔を用いると、膜厚が厚い分、Ｌ／Ｓ１００μｍを実現できず、フリップチップ実装が困難になる場合がある。
【００１８】
よって膜厚７０μｍよりも薄い銅箔（例えば５０μｍ）で導電パターン２１Ａを実現しようとすれば、今度は、パワートランジスタ１４から流れる大電流を流すことができない。その為、図６（Ａ）の様に、Ｖｉａ２２を介して大電流を流そうとした。しかしこの場合、Ｖｉａ２２は、ドリルで実装基板２０を開けて、そのＶｉａ２２にメッキを付けて埋めていた。ところが、ドリル等の加工工程が付加される為、Ｖｉａの真上の電極２２Ａは、凹凸があり、ボンディングが難しかった。
【００１９】
よって図６（Ｂ）の様に、Ｖｉａ２２の真上を避けて、実装基板２０の平らな上に形成された導電パターン２２Ｂにワイヤボンドをしていた。
【００２０】
しかしながら、ここの導電パターン２２Ｂは、５０μｍの銅箔であり、抵抗分があり、前記トランジスタ１４の電流を流せば、導電パターンが溶断したり、実装基板２０自体が温度上昇する問題があった。
【００２１】
また実装基板１０や２０の場合、絶縁樹脂自体が熱抵抗が高く、また用いられる各層の導電パターンは、放熱対策が不十分であるため、基板が上昇してしまう課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、絶縁樹脂を材料とするコア層と、
前記コア層の表側に設けられた複数の第１の導電パターンと、
前記コア層の裏側に設けられ複数の第２の導電パターンと、
前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンとを電気的に接続するスルーホールとを有する多層の実装基板であり、
前記複数の第２の導電パターンは、お互いの間を一定の間隔になる様に拡張して構成する事で解決するものである。
【発明の効果】
【００２３】
実装基板の裏側には、導電パターンが広げられて形成されるため、放熱の効果が拡大する。
【００２４】
また表よりも裏側を厚くすれば、厚みを持ったヒートシンクとしての機能も持ち合わせることになり、更に放熱性が向上する。
【００２５】
しかも小信号系と大信号系を有するパワー回路に於いて、大信号系を裏側に流すことから、表側は、厚い膜と薄い膜の２種類を用意することも無い。よって構造も製造方法も簡単になり、コスト的にも有利な構造となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実装基板または回路装置を説明する図である。
【図２】本発明の実装基板または回路装置を説明する図である。
【図３】本発明の実装基板または回路装置を説明する図である。
【図４】本発明の実装基板または回路装置に採用される回路の一例を示す図である。
【図５】従来の実装基板または回路装置を説明する図である。
【図６】従来の実装基板または回路装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００２８】
まず本発明は、実装基板と回路装置という名称について説明する。ここで、回路装置５０Ａは、本発明の実装基板５０を採用したものである。仮に、半導体素子と受動素子を採用している場合は、一般には、混成集積回路装置と成る。しかし実装基板に半導体素子だけが実装された場合、一般には、半導体装置である。またＬＥＤを実装したら、発光装置または照明装置であり、更にパワートランジスタとその制御ＩＣを実装し、仮にインバータモジュールにしたらパワーモジュールである。ここでは、これらを総称して回路装置とした。更には、この回路装置を金属基板、プリント基板またはセラミック基板等のセット用の基板１に実装したものを基板モジュール５１とした。
【００２９】
では、図１の２層基板から成る実装基板５０、これを採用した回路装置５０Ａおよび基板モジユール５１について説明する。
【００３０】
尚、図１（Ａ）は、回路装置５０Ａで、実装基板５０の表側に回路素子が実装された図面を簡単に示した。図１（Ｂ）は、実装基板５０の表側から透視した、裏側の導電パターンを示す。更に図１（Ｃ）は、セット用の基板1に実装された基板モジユール５１を示す
。
【００３１】
先ずこの実装基板５０のコア層５２は、絶縁性樹脂から成り、熱硬化性、熱可塑性樹脂からなる。一例として、ポリイミド、エポキシ系樹脂、アラミド樹脂、ビスマイレイド樹
脂、フェノール樹脂等からなるが、特に材料にはこだわらない。また、この樹脂の中には、従来例で説明したように、フィラーが混入されても良い。このフィラーは、粒状、破砕状、繊維状で、材料としては、酸化Ｓｉ、酸化Ａｌまたはガラス等からなる。ここでは、ガラス繊維が織り込まれた、ガラスエポキシ樹脂が採用され、厚みは約１００μｍである。また、炭素繊維が織り込まれても良い。セット用の基板１と実装される半導体素子との間の熱膨張係数αの違いを小さくするために混入され、いわゆるインターポーザと言われる物である。
【００３２】
続いて導電パターンについて説明する。表側の第１の導電パターン５３および裏側の第２の導電パターン５４は、例えば、約３０μｍ〜５０μｍの膜厚で、その材料は、Ｃｕ、Ｃｕを主材料とする金属またはＣｕを主材料とする合金等から成る。方法は、メッキにより、実装基板に生成させても良いし、予めこれらの材料から成るＣｕ箔が用意され、コア層５２に貼り合わされても良い。ここで貼り合わせタイプのＣｕ箔は、メッキにより成長させたもの、またはメッキ膜を圧延した圧延Ｃｕでも良い。
【００３３】
実装基板５０の表の第１の導電パターン５３は、図１（Ａ）に示す様なパターンで成る。具体的には、半導体素子、ここではパワートランジスタ５５Ａやこれを制御する制御ＩＣ５５Ｂを実装する第１、第２のアイランド５６Ａ、５６Ｂが設けられている。また、前記半導体素子と電気的に接続されるパッド、仮にボンディングワイヤを採用であれば、ボンディングパッド５７Ａ〜５７Ｃ、フリップチップ実装であれば、半田ボール接続用のボンディングパッドが設けられ、これらパッドは、配線５８Ａ、５８Ｂを介して、入出力端子５９と接続されている。尚、この入出力端子５９には、リードが半田接続される場合がある。
【００３４】
続いて、実装基板５０裏面の第２の導電パターン５４について説明する。この導電パターン５４は、セット用の基板１の導電パターンと電気的に接続する外部電極または配線の機能がある。尚、図３で後述するが、アイランド５６Ａ、５６Ｂの裏側にスルーホールを介して電気的に接続されて配置される第１の裏面電極５４Ａ、５４Ｂ、入出力端子５９の裏側にスルーホールを介して電気的に接続されて配置される裏面電極５４Ｃ、また第１の裏面電極（５４Ａまたは５４Ｂ）または第２の裏面電極５４Ｃ自体が配線の機能として、更には、放熱用の拡張部分となる。
【００３５】
本発明の特徴は、この第２の導電パターン５４にある。図１（Ｂ）では、５つの電極で図示しているが、これら導電パターンは、電極または配線として機能させると同時に、拡張して実装基板５０の裏面の導電パターン自体の放熱機能を高めたことにある。電極を拡張すれば、その面積が拡大し、熱の伝わる経路、蓄熱量が確保できる。また場合によっては、更に厚みを表の導電パターンよりも厚く形成する事で、過渡的な熱の蓄熱が可能となる。
【００３６】
図４には、一例として、実装基板５０に形成される回路が示されているが、この電源電圧が、４００Ｖであれば、導電パターン５４同士の間隔を、約０．４ｍｍに設定し、仮に６００Vであれば、約０．６ｍｍとし、導電パターンの間の間隔は、ほぼ等間隔とした。
これによって、ある程度耐圧の確保は可能となるので、あとは、電極や配線を拡張している。
【００３７】
一般に、インバータ回路は、２００Ｖ〜６００Ｖが主流であり、１ｍｍ幅で１０００Ｖ耐圧として考え、導電パターンの間隔は、約０．２ｍｍ〜０．６（または０．７）ｍｍの中で選択する。尚、パターン配置の都合から、導電パターンの間を、選択した間隔で全く同一にする事はないが、殆どの間隔は、同じようにしたい。
【００３８】
その結果、例えば、電源が４００Ｖであるので、０．４ｍｍを選択し、実装基板の裏面は、第２の導電パターン５４の間のスリットが０．４ｍｍの間隔でエッチングされて配置される。よって第２の導電パターンは、拡張され、その分、熱伝導を良好にしている。
【００３９】
別の表現をすれば、実装基板５０の裏の第２の導電パターンの残存率は、表の第１の導電パターンの残存率よりも大きくなっている。実装基板自体は、裏面の方がＣｕパターンの面積が多く形成されているので、裏に向かって凸に反るが、この実装基板５０は、金属基板や厚くて大きいプリント基板など、セット用の基板１に貼り合わされるので、実装基板５０は、平坦と成る。
【００４０】
また実装基板５０が、アルミナの焼結体などのセラミック基板であれば、そのセラミック基板の剛性が大きいため、反りは、少なくなる。
【００４１】
尚、図1Ａ、図１Ｂに於いて、外側の点線は、セット用の基板１を示したものである。
【００４２】
続いて、図２を使ってセット用の基板１との貼り合わせについて説明する。前実施例と同様に、図２Ｂは、表側から透視した図である。
【００４３】
図２Ａの点線で示す丸は、実装基板５０に設けられたスルーホール７０、７１であり、図２Ｂに於いて点線で示す矩形は、半田塗布部分である。実装基板５０の裏面にソルダーレジスト７２が設けられ、矩形の部分がエッチングにより取り除かれ、第２の導電パターン５４が露出している。この矩形や丸は、区別するために用いたもので、矩形または丸どちらでも良い。
【００４４】
図２Ｃは、セット用の基板１に前記実装基板が貼りあわされた図面を示す。セット用の基板１に設けられた点線で示す矩形の第３の導電パターン７３は、第２の導電パターン５４と同一にしたが、特に限定しない。図２Ｂで設けられている５つの電極５４に対応して、電気的接続される第３の導電パターン７３が設けられるのであり、この夫々の第３の導電パターン７３は、図２Ａで示す、入出力端子５９と接続される。そしてこの端子は、リードが別途設けられ、リード付きの回路モジュールとなる。
【００４５】
また夫々の第３の導電パターン７３は、配線７４で基板の上の側辺まで延在され、入出力端子７５と電気的に接続されても良い。尚、セット用の基板１が金属基板である場合、全面に設けられた絶縁層の上に貼着される。
【００４６】
この場合、基板モジュールとしては、実装基板５０側の入出力端子、またはセット用の基板１側の入出力端子７５のどちらか一方が、少なくとも設けられれば良い。例えば、実装基板５０側の入出力端子５９を選択した場合、セット用の基板１には、端子７５は無い。チップ５５の裏面からスルーホール７０を介して導電パターン５４Ｃに流れ込み、７１Ａを介して入出力端子５９Ａに戻る。この場合、裏側の配線が拡張された形になる。また入出力端子５９Ｂは、スルーホールスルーホール７０Ｂを介して裏側の導電パターン５４Ａに流れ込み、電気的に必要とされる表の導電パターンとスルーホール７１Ｂを介して表の電極と接続されたり、セット用の電極と接続される。この場合、電極または配線が拡張されたことに成る。
【００４７】
続いて、図４のインバータ回路が実装された場合について図３で説明する。
【００４８】
先ず図４
を参照して、インバータ回路装置およびその制御回路の動作を簡単に説明する。マイクロコンピュータあるいはＤＳＰにより構成された制御回路８０には回転速度設定信号に応じ
た周波数の基準信号が入力され、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波とこのパルス幅変調された正弦波に対して１８０度位相が遅れた３つのパルスが生成されている。それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波はドライバ回路８０を介して、インバータ回路を構成する上側アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の制御電極に入力され、このスイッチング素子をオン・オフ制御する。
【００４９】
また、このパルス幅変調された正弦波に対して１８０度位相が遅れたパルス幅変調された正弦波は同様に下側アームのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をオン・オフ制御する。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は回生ダイオードである。
【００５０】
従って、それぞれ１２０度の位相差を有する３つのパルス幅変調された正弦波とこのパルス幅変調された正弦波に対してそれぞれ１８０度位相が遅れた３つのパルス幅変調された正弦波によりオン・オフ制御されるインバータ回路の出力端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とＱ４、スイッチング素子Ｑ２とＱ５、スイッチング素子Ｑ３とＱ６の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗには３相のパルス幅変調された正弦波電圧が得られ、モータＭに流れる負荷電流は正弦波に近似したものとなる。
【００５１】
図３は、実装基板５０に図４の回路素子が実装され、図４で付した素子記号Ｑ１〜Ｑ６、Ｄ１〜Ｄ６、ＩＣ８０を使って図示されている。尚、図３Ａは、実装基板５０の表、図３Ｂは、実装基板５０の裏側で、表側から見た透視図である。前述した様に、実装基板５０裏面の第２の導電パターン９０は、夫々が拡張されて形成されている。
【００５２】
先ず図３Ａは、全てのパターンを書き込んだわけではなく、主なものを図示したものである。図面では、特にアイランド８１〜８５、電極、電極または前記アイランドと一体で延在された配線、またリードが取り付けられる入出力端子８６が示されている。
【００５３】
一方、図３Ｂは、図４に於いて、大電流が通過する領域には、黒丸で示すスルーホールが設けられ、このスルーホールを介して裏面側に設けられた第２の導電パターン９０が設けられている。前実施例と同様に、実装基板５０の裏側の第２の導電パターンは、耐圧が考慮されて間隔ｄが選択され、実質間隔dを設けつつ拡張されたパターンとした。
【００５４】
放熱性だけを考慮すれば、表と裏は実質同じ膜厚で良い。しかし本実施例では、表の配線パターンは、薄いもの採用し、小信号系の低電圧、小電流を主に流すようにした。薄い膜厚であるため、高密度、ファインパターンで構成できるからである。一方、大電流を裏側に流す構成としたため、スルーホールをチップの真下、ワイヤボンドの真下に設け、裏側の導電パターンの厚みを表の導電パターンよりも厚く形成する事で、大電流を裏側に流す構成とした。具体的には、表が３０〜５０μｍ、裏側が７０〜１００μｍ程度である。
【００５５】
こうすることで、表側には、厚いパターンと薄い導電パターンを設けなくても良い。その結果、表の導電パターンは、エッチングが一回で済む。結果、コストダウンにつながる。具体的には、大電流発生箇所、トランジスタＱ１〜Ｑ６の裏側、大電流が流れる太線のコンタクト部分は、真下にスルーホールが複数設けられ、抵抗値を小さくしているため、表の薄い導電パターンに流れず、裏側に流れる。
【００５６】
アイランド８１Ａは、Ｑ1〜Ｑ３の電流流入電極部（チップ裏面）が接続され、スルー
ホールを介して裏面側の電極９２Ａと接続されている。また電極９２Ａは、配線９３Ａを介して電極９３Ｂと一体で形成され、更に電極９３Ｂは、スルーホールを介して表側の入出力端子８６と接続されている。尚、表の配線９４は、取り除かれても良い。図４のコレ
クタ接地の部分であり、裏面側が導電パターンが厚いこと、またスルーホールが真下にあることから、アイランド８１Ａ、電極９２Ａ、配線９３Ａ、電極９３Ｂ、表の入出力端子８６へと流れていく。
【００５７】
アイランド８２Ａ、８３Ａ、８４Ａは、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の電流流入電極部（チップ裏面）が接続され、夫々は、裏側の電極９２Ｂ、９２Ｃ、９２Ｄに、直下のスルーホールを介して接続され、電極９２Ａを左回りで囲みながら、下側辺の電極９３Ｃ〜９３Ｄへと延在している。そしてこの電極は、スルーホールを介して入出力端子８６と接続されている。
【００５８】
この様に、裏面側の配線、電極は、選択された間隔ｄで拡張され、実装基板のほぼ全面に設けられている。表の導電パターンの面積と比べ、かなり広がっていることが判る。また裏側の導電パターンの厚みもあることから、ヒートシンクとしての機能も持ち合わせることができる。しかもスルーホールの位置から、大電流を裏側の導電パターンに流すことができる。
【００５９】
よって仮にセット用の基板が金属基板で、その上に導電パターンが設けられていれば、実装基板の大電流は、実装基板の裏側で、再配線で任意の所へ延在でき、その上で、金属基板側の導電パターンに接続する事が可能と成る。更に、裏面の導電パターンから金属基板へと良好に放熱ができる。
【００６０】
尚、図３Ｂからも明らかなように、基板周囲は、前記ｄよりも若干広い、マージンエリアがあり、このマージンの中に配置される。
【図１】
2014049604.tif 000003
【図２】
2014049604.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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