(57)【要約】【課題】実装される発熱体の放熱性を高め得るプリント配線基板および電子回路装置を提供する。【解決手段】絶縁層２１に設けられる複数のビアは、電子部品１２に接触するように上側基板面２２に露出し下側基板面２３に露出しない高電位側ビア２４と、下側基板面２３に露出し上側基板面２２に露出しない低電位側ビア２５とのいずれかに区分けされ、高電位側ビア２４および低電位側ビア２５は、絶縁層２１を介して互いに熱交換可能に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体（１２）が一方の基板面（２２）に実装されるプリント配線基板（２０）であって、
前記一方の基板面から他方の基板面（２３）にかけて絶縁層（２１ａ〜２１ｅ）を貫通もしくは埋め込まれる複数のビア（２４，２５）を備え、
前記複数のビアは、前記発熱体に接触するように前記一方の基板面に露出し前記他方の基板面に露出しない高電位側ビア（２４）と、前記他方の基板面に露出し前記一方の基板面に露出しない低電位側ビア（２５）とのいずれかに区分けされ、
前記高電位側ビアおよび前記低電位側ビアは、前記絶縁層を介して互いに熱交換可能に配置されることを特徴とするプリント配線基板。
【請求項２】
前記高電位側ビアおよび前記低電位側ビアは、前記絶縁層を介して互いに熱交換可能に前記基板面の法線方向からみて交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
【請求項３】
前記複数のビアが貫通する１または２以上の導体層（２７ａ〜２７ｄ）が前記絶縁層内に形成され、
１つの前記導体層に対して前記高電位側ビアおよび前記低電位側ビアのうちの一方のビアが接触し、当該導体層に対して他方のビアが接触しないように当該他方のビアと前記導体層との間に絶縁部（２８，２８ａ）が介在することを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線基板。
【請求項４】
前記絶縁部は、前記基板面の法線方向からみて前記他方のビアを囲うようにくし歯状に形成されることを特徴とする請求項３に記載のプリント配線基板。
【請求項５】
前記複数のビアのうち前記基板面の法線方向からみて外縁側に配置されるビアは、前記低電位側ビアとして形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプリント配線基板。
【請求項６】
前記発熱体が前記一方の基板面に実装された請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリント配線基板と、
前記プリント配線基板が収容される金属製の筐体（１１）と、
を備える電子回路装置（１０）であって、
前記プリント配線基板は、前記低電位側ビアの前記他方の基板面への露出部（２５ｂ）が前記筐体に接触するように配置されることを特徴とする電子回路装置。
【請求項７】
前記他方の基板面と前記筐体と間には、ゲル状の熱伝導部材が塗布されることを特徴とする請求項６に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、基板表面に発熱体が実装されるプリント配線基板およびこのプリント配線基板を採用する電子回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線基板の基板表面に実装される発熱体からの熱を放熱する技術として、例えば、下記特許文献１に開示されるプリント配線基板が知られている。このプリント配線基板には、ガラスエポキシ樹脂から成るプリント基板の上面と下面とを貫通する複数の熱伝導バイヤホールが隣接するように形成されており、これら各バイヤホールにより、上面に形成された銅箔平面パターンと下面に形成された銅箔平面パターンとが電気的に接続されている。上面の銅箔平面パターンには発熱素子がはんだ等により固着されており、発熱素子から発生する熱が、上面の銅箔平面パターンおよび各バイヤホールを介して、放熱用の下面の銅箔平面パターンに伝熱されることで、発熱素子の放熱が促されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１４８６９１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、プリント配線基板の放熱性をさらに高めるために、プリント配線基板が収容される金属製の筐体の一部に対してプリント配線基板の裏面から熱を放熱することが考えられる。しかしながら、上記特許文献１のような構成では、発熱素子が固着される上面の銅箔平面パターンが筐体と比較して高電圧となる。このため、上面の銅箔平面パターンが電気的に接続される下面の銅箔平面パターンと筐体との短絡を防止する必要があり、そのために両部材間に一定の隙間を設けて絶縁を確保し、その隙間に熱伝導率の高い絶縁物を放熱材として充填する必要がある。
【０００５】
すなわち、プリント配線基板の裏面と筐体の内面との間に所定の厚さの放熱材を介在させる必要があり、この所定の厚さの放熱材が介在するために筐体への放熱が十分に達成できないという問題がある。特に、グリースなど寸法精度を確保しにくい放熱材を採用する場合には、上記所定の厚さが有する寸法公差によって放熱材の接着面積が変化する為に、さらに放熱性が悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、実装される発熱体の放熱性を高め得るプリント配線基板および電子回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、発熱体（１２）が一方の基板面（２２）に実装されるプリント配線基板（２０）であって、前記一方の基板面から他方の基板面（２３）にかけて絶縁層（２１ａ〜２１ｅ）を貫通もしくは埋め込まれる複数のビア（２４，２５）を備え、前記複数のビアは、前記発熱体に接触するように前記一方の基板面に露出し前記他方の基板面に露出しない高電位側ビア（２４）と、前記他方の基板面に露出し前記一方の基板面に露出しない低電位側ビア（２５）とのいずれかに区分けされ、前記高電位側ビアおよび前記低電位側ビアは、前記絶縁層を介して互いに熱交換可能に配置されることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、複数のビアは、発熱体に接触するように一方の基板面に露出し他方の基板面に露出しない高電位側ビアと、他方の基板面に露出し一方の基板面に露出しない低電位側ビアとのいずれかに区分けされ、高電位側ビアおよび低電位側ビアは、絶縁層を介して互いに熱交換可能に配置される。
【０００９】
これにより、発熱体からの熱が伝わる高電位側ビアと低電位側ビアとの間で円滑に熱交換がなされて発熱体の放熱が促される。特に、高電位側ビアと低電位側ビアとが一方の基板面から他方の基板面にかけて隣り合うため熱交換可能な領域を広く確保でき、実装される発熱体の放熱性をさらに高めることができる。さらに、低電位側ビアは、絶縁層により高電位側ビアと絶縁されているため、他方の基板面への低電位側ビアの露出部分を筐体などの金属製の部材に直接接触させることができ、この結果、実装される発熱体の放熱性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るプリント配線基板を備える電子回路装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】プリント配線基板の詳細構成を説明するための説明図である。
【図３】図２に示す各ビアを介した放熱経路を示す断面図である。
【図４】下側基板面における基板面の法線方向からみた高電位側ビアと低電位側ビアとの配置関係を示す平面図である。
【図５】高電位側ビアの下側端部の露出を防止する構成を示す拡大断面図である。
【図６】基板面の法線方向からみた高電位側ビアと絶縁部との配置関係を示す説明図である。
【図７】絶縁部の幅と電子部品の温度との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態の第１変形例の要部を示す説明図である。
【図９】本実施形態の第２変形例の要部を示す平面図である。
【図１０】本実施形態の第３変形例の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のプリント配線基板２０を備える電子回路装置１０を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る電子回路装置１０は、例えば、自動車に搭載されて車載機器を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）として構成されている。この電子回路装置１０は、図１に示すように、金属製の筐体１１と、この筐体１１に収容されるプリント配線基板２０や他の電子部品等とを備えている。なお、図１では、便宜上、筐体１１のうちの底壁１１ａ近傍を図示している。
【００１２】
筐体１１は、その底壁１１ａにプリント配線基板２０をねじ止めなどによって固定するための複数の台座１１ｂや突起形状が複数設けられるとともに、各台座１１ｂの内方に凸部１１ｃが設けられている。凸部１１ｃは、各台座１１ｂにねじ止めされたプリント配線基板２０の下側基板面２３の所定の領域に対して下方から直接接触するように形成されている。なお、下側基板面２３は、「他方の基板面」の一例に相当し得る。
【００１３】
次に、プリント配線基板２０の詳細構成について、図２〜図６を用いて詳述する。なお、図２は、プリント配線基板２０の詳細構成を説明するための説明図である。図３（Ａ）は、図２に示す各ビア２４，２５を介した放熱経路を示す断面図であり、図３（Ｂ）は、下側端部２４ｂ近傍を拡大して示す拡大断面図である。図４は、下側基板面２３における基板面の法線方向からみた高電位側ビア２４と低電位側ビア２５との配置関係を示す平面図である。図５は、高電位側ビア２４の下側端部２４ｂの露出を防止する構成を示す拡大断面図である。図６は、導体層２７ａにおける基板面の法線方向からみた高電位側ビア２４と絶縁部２８との配置関係を示す説明図である。なお、図２では、便宜上、複数のビアのうち３つのビアのみ図示している。また、図３（Ａ）では、便宜上、絶縁部分にのみハッチングを付している。
【００１４】
図２および図３（Ａ）に示すように、プリント配線基板２０は、配線層と絶縁性の樹脂等からなる絶縁層（２１ａ〜２１ｅ）とが交互に積層される多層基板であって、上側基板面２２には、所定の制御処理を実施することに伴い発熱するＩＣ，トランジスタ等の電子部品１２が実装されている。なお、上側基板面２２は、「一方の基板面」の一例に相当し、電子部品１２は、「発熱体」の一例に相当し得る。
【００１５】
各絶縁層２１ａ〜２１ｅのうち電子部品１２の実装領域およびその周辺に相当する部位には、上側基板面２２から下側基板面２３にかけて各絶縁層２１ａ〜２１ｅを貫通するように複数のビアが設けられている。各ビアは、例えば、φ８のビアホールの内面に厚さ２０μｍ程度の銅メッキ等が施されることで形成されている。これら各ビアは、電子部品１２に直接接触することで電位が高くなる高電位側ビア２４と、電子部品１２に直接接触せずに筐体１１に接触することで電位がＧＮＤ電位レベルになる低電位側ビア２５とのいずれかに区分けされる。
【００１６】
各高電位側ビア２４および各低電位側ビア２５は、図３からわかるように、各絶縁層２１ａ〜２１ｅを介して互いに熱交換可能になるように基板面２２，２３の法線方向からみて交互に接近して配置されている。本実施形態では、図４に例示するように、電子部品１２の長手方向に５つのビアが配置され、短手方向に３つのビアが配置されている。なお、各高電位側ビア２４および各低電位側ビア２５は、図４に例示するように５行３列に配置されることに限らず、その個数や電子部品１２の形状等に応じて、ｍ行ｎ列に配置されてもよい。
【００１７】
高電位側ビア２４は、電子部品１２に直接接触するように上側基板面２２に上側端部２４ａが露出し、下側基板面２３に下側端部２４ｂが露出しないように形成されている。特に、図４および図５に示すように、下側基板面２３へのレジスト生成時に下側端部２４ｂ上までレジスト２６を生成することで、下側端部２４ｂの露出を防止している。
【００１８】
また、低電位側ビア２５は、下側基板面２３に下側端部２５ｂが露出し、上側基板面２２に上側端部２５ａが露出しないように形成されている。特に、上側基板面２２へのレジスト生成時に上側端部２５ａ上までレジスト２６を生成することで、上側端部２５ａの露出を防止している。なお、下側端部２５ｂは、「露出部」の一例に相当し得る。
【００１９】
また、各絶縁層２１ａ〜２１ｅ間には上記配線層の一部として、各ビア２４，２５が貫通する４つの導体層２７ａ〜２７ｄが設けられている。これら各導体層２７ａ〜２７ｄは、例えば銅箔状に形成されて、他の配線層に接続されないように配置されている。このように形成される各導体層２７ａ〜２７ｄには、各低電位側ビア２５がその貫通部分にてそれぞれ接続されている。
【００２０】
一方、各高電位側ビア２４の貫通部分と各導体層２７ａ〜２７ｄとの間には、各絶縁層２１ａ〜２１ｅの一部として形成される絶縁部２８がそれぞれ設けられている。各絶縁部２８は、図６に示すように、基板面２２，２３の法線方向からみて高電位側ビア２４を囲うように円環状に形成されており、その幅Ｗは、高電位側ビア２４と各導体層２７ａ〜２７ｄとを絶縁しつつ熱交換可能な値に設定されている。
【００２１】
このように形成されるプリント配線基板２０の上側基板面２２に電子部品１２が実装されることで、各高電位側ビア２４は、上側端部２４ａにて電子部品１２に直接接触する。一方で、各低電位側ビア２５は、上側端部２５ａ上に形成されるレジスト２６により電子部品１２に対して絶縁される。
【００２２】
なお、上側端部２５ａ上のレジスト２６は、基板製造技術により高精度に形成することができるため、従来プリント配線基板の裏面と筐体の内面との間に塗布していた放熱材よりも小さな厚みに出来る為、放熱性を高めることができる。
【００２３】
そして、下側基板面２３のうち各低電位側ビア２５の下側端部２５ｂが露出する領域を凸部１１ｃに直接接触させるように、プリント配線基板２０を各台座１１ｂにねじ止めすることで、プリント配線基板２０が筐体１１に組み付けられて収容される。このとき、各高電位側ビア２４は、下側端部２４ｂ上に形成されるレジスト２６により凸部１１ｃに対して絶縁される。
【００２４】
次に、上述のように筐体１１に収容されるプリント配線基板２０の放熱効果について、図３および図７を用いて説明する。図７は、絶縁部２８の幅Ｗと電子部品１２の温度Ｔとの関係を示すグラフである。なお、図７では、実線Ｌ１にて、本発明に係る絶縁部２８の幅Ｗと電子部品１２の温度Ｔとの関係を示し、一点鎖線Ｌ２にて、プリント配線基板と筐体との間に３Ｗ／ｍｋの放熱材が配置される従来構成での電子部品１２の温度Ｔを示し、二点鎖線Ｌ３にて、プリント配線基板と筐体との間に１Ｗ／ｍｋの放熱材が配置される従来構成での電子部品１２の温度Ｔを示す。ここで、上記従来構成でのプリント配線基板は、本発明と同数のビアが本発明と同じ厚みの各絶縁層を貫通するように形成されているものとする。
【００２５】
電子部品１２が発熱すると、この熱は、電子部品１２の下面から上側基板面２２を介して各高電位側ビア２４の上側端部２４ａに伝わる。この各高電位側ビア２４に伝わる熱は、下方に向かうとともに（図３の矢印α１参照）、各絶縁部２８を介して各導体層２７ａ〜２７ｄに伝わる（矢印α２参照）。各導体層２７ａ〜２７ｄに伝わった熱は、各低電位側ビア２５に伝わり下方に向かい（矢印α３参照）、レジスト２６を介して上側端部２５ａに伝わった熱とともに、下側端部２５ｂを介して凸部１１ｃに伝わり放熱される。また、各高電位側ビア２４を下方に伝わる熱は、図３（Ｂ）に示すように、下側端部２４ｂからレジスト２６を介して凸部１１ｃに伝わり放熱される（矢印α４参照）。上述のように、電子部品１２からの熱が、各高電位側ビア２４や各低電位側ビア２５等の複数の放熱経路を介して筐体１１に放熱されることとなる。
【００２６】
このように、放熱経路の一部を筐体１１に直接接触させることで、図７に示すように、プリント配線基板の裏面と筐体との間に設けられる絶縁隙間に放熱材を介在させる場合（図７のＬ２，Ｌ３参照）と比較して、電子部品１２の温度上昇の抑制、すなわち、放熱性の向上を図ることができる（図７のＬ１参照）。特に、図７からわかるように、絶縁部２８の幅Ｗを小さくするほど、放熱性をさらに向上させることができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係るプリント配線基板２０では、各絶縁層２１ａ〜２１ｅに設けられる複数のビアは、電子部品１２に接触するように上側基板面２２に露出し下側基板面２３に露出しない高電位側ビア２４と、下側基板面２３に露出し上側基板面２２に露出しない低電位側ビア２５とのいずれかに区分けされ、高電位側ビア２４および低電位側ビア２５は、各絶縁層２１ａ〜２１ｅを介して互いに熱交換可能に配置されている。
【００２８】
これにより、電子部品１２からの熱が伝わる高温部としての高電位側ビア２４と低温部としての低電位側ビア２５との間で円滑に熱交換がなされて電子部品１２の放熱が促される。特に、高温部側の高電位側ビア２４と低温部側の低電位側ビア２５とが上側基板面２２から下側基板面２３にかけて隣り合うため熱交換可能な領域を広く確保でき、実装される電子部品１２の放熱性をさらに高めることができる。さらに、低電位側ビア２５は、各絶縁層２１ａ〜２１ｅにより高電位側ビア２４と絶縁されているため、下側基板面２３への低電位側ビア２５の露出部分である下側端部２５ｂを金属製の筐体１１に直接接触させることができ、この結果、実装される電子部品１２の放熱性をさらに高めることができる。
【００２９】
また、高電位側ビア２４および低電位側ビア２５は、各絶縁層２１ａ〜２１ｅを介して互いに熱交換可能に基板面２２，２３の法線方向からみて交互に配置されている。このため、限られた範囲であっても多くの高電位側ビア２４および低電位側ビア２５を絶縁を確保しつつ配置できるので、高電位側ビア２４および低電位側ビア２５を設けることによるプリント配線基板２０の大型化を抑制することができる。
【００３０】
さらに、各絶縁層２１ａ〜２１ｅ内に形成される各導体層２７ａ〜２７ｄに対して、各低電位側ビア２５がそれぞれ接触し、各高電位側ビア２４が接触しないように各高電位側ビア２４と各導体層２７ａ〜２７ｄとの間に絶縁部２８がそれぞれ介在している。
【００３１】
これにより、高電位側ビア２４の熱が絶縁部２８を介して各導体層２７ａ〜２７ｄに伝わることでこの熱が低電位側ビア２５に伝わるので、各導体層２７ａ〜２７ｄが設けられない場合と比較して、両ビア２４，２５間の熱交換が促進されて、実装される電子部品１２の放熱性をさらに高めることができる。
【００３２】
図８は、本実施形態の第１変形例の要部を示す説明図であり、基板面の法線方向からみた高電位側ビア２４と絶縁部２８ａとの配置関係を示している。
本実施形態の第１変形例として、絶縁部２８に代えて、熱交換する領域を増加させるように形成される絶縁部を、各導体層２７ａ〜２７ｄと高電位側ビア２４との間に設けてもよい。
【００３３】
熱交換する領域を増加させるように形成される絶縁部としては、例えば、図８に示すように形成される絶縁部２８ａがある。この絶縁部２８ａは、基板面２２，２３の法線方向からみて高電位側ビア２４を囲うようにくし歯状に形成されている。また、絶縁部２８ａの内方には、高電位側ビア２４に接続されて高温部側となる導体層２９が形成されている。
【００３４】
これにより、限られた範囲であっても、高温部側（導体層２９）と低温部側（各導体層２７ａ〜２７ｄ）とが熱交換する領域を、絶縁部２８の場合よりも増加させることができ、両ビア２４，２５間の熱交換がさらに促進されて、実装される電子部品１２の放熱性をさらに高めることができる。
【００３５】
なお、絶縁部２８や絶縁部２８ａの幅Ｗや厚みは、電子部品１２の電位に応じて必要耐圧を考慮して設定することができる。また、上述した第１変形例の特徴的構成は、他の変形例にも適用することができる。
【００３６】
図９は、本実施形態の第２変形例の要部を示す平面図であり、下側基板面２３における基板面の法線方向からみた高電位側ビア２４と低電位側ビア２５との配置関係を示している。なお、図９に示す波線領域は、電子部品１２が下側基板面２３に投影された領域を示している。
本実施形態の第２変形例として、図９に示すように、各ビア２４，２５のうち基板面２２，２３の法線方向からみて外縁側に低電位側ビア２５を配置してもよい。
【００３７】
このように、各ビア２４，２５のうち基板面２２，２３の法線方向からみて外縁側に配置されるビアがＧＮＤ電位レベルの低電位側ビア２５として形成されることで、内方の高電位側ビア２４を介して発生するノイズを外縁側の低電位側ビア２５により遮蔽することができる。
【００３８】
なお、上述した第２変形例の特徴的構成は、他の変形例にも適用することができる。
【００３９】
図１０は、本実施形態の第３変形例の要部を示す平面図であり、各ビア２４，２５を介した放熱経路を示す断面図である。
本実施形態の第３変形例として、図１０に示すように、導体層２７ａ，２７ｃに対して各低電位側ビア２５がそれぞれ接触し、導体層２７ｂ，２７ｄに対して各高電位側ビア２４がそれぞれ接触するように形成されてもよい。この場合、絶縁部２８は、各高電位側ビア２４と導体層２７ａ，２７ｃとの間と、各低電位側ビア２５と導体層２７ｂ，２７ｄとの間とに介在するように配置される。
【００４０】
すなわち、１つの導体層（例えば、導体層２７ａ）に対して高電位側ビア２４および低電位側ビア２５のうちの一方のビアが接触し、当該１つの導体層に対して他方のビアが接触しないように当該他方のビアと導体層との間に絶縁部２８が介在するように配置される。このようにしても、高電位側ビア２４の熱が絶縁部２８を介して低電位側ビア２５に伝わるので、各導体層２７ａ〜２７ｄが設けられない場合と比較して、両ビア２４，２５間の熱交換が促進されて、実装される電子部品１２の放熱性をさらに高めることができる。
【００４１】
なお、上述した第３変形例の特徴的構成は、他の変形例にも適用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態および各変形例に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）下側基板面２３と筐体１１の凸部１１ｃと間には、ゲル状の熱伝導部材が塗布されてもよい。これにより、仮に下側端部２５ｂと凸部１１ｃとの間に僅かな隙間があったとしても、この隙間にゲル状の熱伝導部材が充填されるため、隙間に起因する筐体１１への放熱性の低下を抑制することができる。
【００４３】
（２）本発明に係るプリント配線基板２０の放熱対象は、ＩＣ，トランジスタ等の電子部品１２に限らず、上側基板面２２に取り付けられて発熱する発熱体であってもよい。
【００４４】
（３）各高電位側ビア２４および各低電位側ビア２５は、基板面２２，２３の法線方向からみて交互に接近して配置されることに限らず、各絶縁層２１ａ〜２１ｅを介して互いに熱交換可能な位置に配置されてもよい。
【００４５】
（４）各高電位側ビア２４および各低電位側ビア２５は、各絶縁層２１ａ〜２１ｅを貫通するビアホールの内面に施される銅メッキ等により形成されることに限らず、例えば、各絶縁層２１ａ〜２１ｅに所定の導体を埋め込むことで形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…電子回路装置
１１…筐体
１２…電子部品（発熱体）
２０…プリント配線基板
２１ａ〜２１ｅ…絶縁層
２２…上側基板面（一方の基板面）  ２３…下側基板面（他方の基板面）
２４…高電位側ビア  ２５…低電位側ビア
２７ａ〜２７ｄ…導体層
２８，２８ａ…絶縁部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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