(57)【要約】【課題】  積層基板での延焼を抑制すること。【解決手段】積層基板１は、３つの基板１１（１１−１〜１１−３）を積層し、第１層１２（１２−１）、及び最下層である第４層１２（１２−４）を表層とする４層である。電源となるコネクタ１３と、発火源と想定するモータドライバ１４との間は、４つのビア１７〜２０、配線パターン２１、２２、及び放熱機構１５により電気的に接続されている。第１層１２−１に設けられた放熱機構１５は、基板１１−１の燃焼部分からの熱を放熱して、延焼を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を積層配置した積層基板であって、
前記積層基板の表層に設けられた電子部品と、
前記電子部品と前記積層基板上の電源とを電気的に接続する、複数の層を介した給電路と、
前記表層における前記給電路上に設けられた放熱機構と、
を備えることを特徴とする積層基板。
【請求項２】
前記放熱機構は、放熱用の突起が設けられた機構である、ことを特徴とする請求項１記載の積層基板。
【請求項３】
前記放熱機構は、ジャンパ線を含む機構である、ことを特徴とする請求項１記載の積層基板。
【請求項４】
前記放熱機構には、基板上に形成される配線パターンの材料よりも熱伝導率の高い材料が用いられている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の積層基板。
【請求項５】
複数の基板を積層配置した積層基板での延焼を抑制するための方法であって、
前記積層基板の２つの表層のうちの一方に設けられた電子部品と電源を電気的に接続する、複数の層を介した給電路を形成し、
前記表層における前記給電路上に放熱機構を設け、前記給電路に沿った延焼を前記放熱機構により抑制する、
ことを特徴とする積層基板の延焼抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層基板、及びその延焼抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）等の配線基板は、高密度実装化が進み、複数の基板を積層した積層基板となっているのが普通である。その配線基板では、配線パターン間のトラッキング、実装された電子部品の異常発熱（例えばクラックによるもの）、等が発生する場合がある。基板に樹脂性基板等が採用されている場合、高温により基板が炭化して層間を短絡する電導路が形成され、その電導路を短絡電流が流れることにより、燃焼することがある。
【０００３】
一旦、形成された電導路が燃焼した場合、その電導路を挟む層の各配線パターンに沿って、燃焼部分（ホットポイント）が移動する延焼が発生することが多い。これは、燃焼によって新たな電導路が形成され、新たに形成された電導路に短絡電流が流れるからである。
【０００４】
延焼を抑制する従来の配線基板としては、例えば本来の配線パターンに加えて、その配線パターンから分岐させた配線パターン、及び空隙を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。この配線基板では、分岐させた配線パターンにより延焼方向を制御し、空隙はその延焼方向上に設けられている。それにより、空隙で延焼を止めるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の配線基板での延焼方向の制御は、配線パターンによる燃焼のし難さを利用している。基本的には、配線パターンが形成されていない部分の基板は、その配線パターンが形成されている部分の基板よりも燃焼し易い。
【０００６】
しかし、積層基板では、上記のように、各層に配線パターンが形成されており、２つの層の配線パターン間を短絡電流が流れることによって、延焼は配線パターンに沿って進行する。このことから、積層基板では、配線パターンによる燃焼のし難さは基本的に期待できない。それにより、積層基板での延焼では、層間を流れる短絡電流を想定することが重要である。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、積層基板での延焼を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、複数の基板を積層配置した積層基板であって、前記積層基板の２つの表層のうちの一方に設けられた電子部品と、前記電子部品と前記積層基板上の電源とを電気的に接続する、複数の層を介した給電路と、前記表層における前記給電路上に設けられた放熱機構と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、積層基板での延焼を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による積層基板の概略断面を説明する図である。
【図２】第１の実施形態における放熱機構による延焼を防止する仕組みを説明する図である。
【図３】放熱機構として採用可能な他の第１の例を説明する図である。
【図４】放熱機構として採用可能な他の第２の例を説明する図である。
【図５】放熱機構として採用可能な他の第３の例を説明する図である。
【図６】第２の実施形態による積層基板の概略断面を説明する図である。
【図７】第２の実施形態で採用された放熱機構、及びその放熱機構による延焼を防止する仕組みを説明する図である。
【図８】第２の実施形態における放熱機構として採用可能な他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施形態による積層基板の概略断面を説明する図である。
【００１２】
この積層基板１は、図１に示すように、３つの基板１１（１１−１〜１１−３）を積層し、第１層１２（１２−１）、及び最下層である第４層１２（１２−４）を表層とする４層の配線基板である。各基板１１は、樹脂性（例えばガラスエポキシ）である。
【００１３】
第１層１２−１は、実装すべき各種電子部品の実装用であり、第４層１２−４は、第１層１２−１に実装できない電子部品、及びその第１層１２−１の実装対象ではない電子部品（主に素子）の実装に用いられる。図１では、第１層１２−１に実装された電子部品として、コネクタ１３、及びモータドライバ１４を示している。
【００１４】
コネクタ１３は、外部電源と接続されている。それにより、コネクタ１３は、積層基板１における電源となっている。モータドライバ１４は、モータを駆動するためのデバイスである。ここでは、モータドライバ１４は、トラッキング、或いは異常発熱により、基板１１を炭化させて層間の電導路を発生させる発火源の例として示している。
【００１５】
第２層１２−２には、全体に渡り、グランドと接続された配線パターン（以降「グランドパターン」と表記する）が形成されている。それにより、第２層１２−２は、グランド層となっている。第３層１２−３には、全体に渡り、コネクタ１３と接続された配線パターン（以降「電源パターン」と表記する）が形成されている。それにより、第３層は電源層となっている。
【００１６】
コネクタ１３と第３層１２−３の配線パターン２２とは、ビア２０により接続されている。モータドライバ１４は、ビア１６により第２層１２−２と接続され、ビア１７により第３層１２−３の配線パターン２１と接続されている。
【００１７】
第１層１２−１には、放熱機構１５が実装されている。この放熱機構１５（或いは直接、若しくは間接的に接する配線パターン）の２つの端子のうちの一方は、ビア１８により第３層１２−３の配線パターン２１と接続され、他方は、ビア１９により第３層１２−３の配線パターン２２と接続されている。それにより、コネクタ１３からの電流は、ビア２０、配線パターン２２、ビア１９、放熱機構１５、ビア１８、配線パターン２１、及びビア１７を介してモータドライバ１４に供給される。
【００１８】
この放熱機構１５は、ビア１８とビア１９を電気的に接続するものとして図１に示しているが、そのビア１８とビア１９間の電気的な接続は配線パターンにより行っても良い。つまり、放熱機構１５は、その配線パターン上に設けたものであっても良い。
【００１９】
コネクタ１３からの電流は、電源層である第３層１２−３の全体に渡って形成された電源パターンに供給される。配線パターン２２は、その一部である。図１では、コネクタ１３からモータドライバ１４までの電流の供給経路を明確に示すために、配線パターン２２を電源パターンと区別する形で示している。
【００２０】
一方の配線パターン２１は、配線パターン２２（電源パターン）とは別の配線パターンである。この配線パターン２１を第３層１２−３に形成させたことにより、モータドライバ１４と放熱機構１５間は、ビア１７、配線パターン２１、及びビア１８を含む１つの給電路により接続される。
【００２１】
上記のように、モータドライバ１４は、基板１１を炭化させて電導路を発生させる発火源の例として図１に示している。その発火源となったモータドライバ１４は、その直下部分の基板１１−１を炭化させる。発熱量が大きい場合、更にその下に位置する基板１１−２をも炭化させる。
【００２２】
基板１１−１の炭化により、ビア１６とビア１７間に短絡電流が流れる部分（ホットポイント）が発生する。基板１１−１のなかで短絡電流により燃焼した部分は電導しなくなる。しかし、燃焼によって熱量が伝達される周辺部分は炭化し、新たに電導路が形成される。基板１１−１のビア１６とビア１７間の部分における燃焼は、その基板１１−１のビア１７の図１に向かって右側の部分を炭化させ、ビア１７とビア１８間の延焼を可能にさせる。これは、第２層１２−２のグランドパターンとビア１７間、更にはそのグランドパターンとビア１８間に短絡電流が流れることが可能になるからである。それにより、モータドライバ１４の下方で発生した基板１１−１のホットポイントは、モータドライバ１４から放熱機構１５に向けて移動する。
【００２３】
放熱機構１５には、放熱機構１５の下方を含む周辺の熱量が伝導する。その熱量の伝導により、放熱機構１５は放熱を行う。
【００２４】
その放熱により、放熱機構１５の下方を含む周辺部分の基板１１−１の温度上昇は、放熱機構１５が存在しない部分と比較して緩やかになる。それにより、ホットポイントの温度上昇もより穏やかになる。
【００２５】
ホットポイントの温度上昇が抑制されることにより、基板１１−１の炭化の進行もより穏やかになる。それにより、燃焼により発生する熱量自体も抑制される。この結果、ホットポイントが放熱機構１５に達した場合、言い換えれば放熱機構１５に大きい熱量が流入する状況になった場合、そのホットポイントの移動速度、つまり延焼の進行速度は徐々に低下していき、最後に燃焼自体も止まることになる。そのように延焼が止まることにより、積層基板１の燃焼による被害（悪影響）も抑えられることとなる。
【００２６】
一方、基板１１−２まで炭化し、電導路が形成された場合、その電導路が形成された部分（ホットポイント）が燃焼することがある。しかし、グランドパターン、及び電源パターンは共に、幅広い配線パターンである。ホットポイントの燃焼により新たに炭化するのは、そのホットポイントの周囲である。これらのことから、基板１１−２が燃焼しても、その燃焼によってより幅広い部分が炭化して、新たに形成されるホットポイントはより大きくなる。
【００２７】
ホットポイント（電導路）が大きくなるほど、発生する熱量は抑制される。それにより、基板１１−２は、例え燃焼したとしても、延焼が持続し難くなっている。
【００２８】
その基板１１−２の燃焼により発生する熱量は、基板１１−１だけでなく、ビア１８、及び１９を介して放熱機構１５に伝達される。その熱量の伝達により、基板１１−２のホットポイント、及びその周囲の温度の上昇が抑制される。このことから、放熱機構１５は、基板１１−２での延焼も抑制することができる。
【００２９】
第２層１２−２、及び第３層１２−３は、デバイス間、素子間、或いはデバイスと素子間を接続する配線パターンの形成に用いられる場合がある。その場合であっても、放熱機構１５は、ホットポイント、及び周囲の温度の上昇を抑制することができる。それにより、放熱機構１５は、基板１１の位置に係わらず、ホットポイントが発生した基板１１の延焼を抑制することになる。
【００３０】
図２は、第１の実施形態における放熱機構による延焼を防止する仕組みを説明する図である。この図２において、２０１は発火箇所、２０２はホットポイント、２０３は放熱機構１５として採用された放熱板、２０４は放熱機構１５と電源であるコネクタ１３間の給電路、２０５は放熱機構１５とモータドライバ１４間の給電路、である。
【００３１】
給電路２０４は、ビア２０、配線パターン２２（電源パターン）、及びビア１９を含む電流の供給経路である。他方の給電路２０５は、ビア１８、配線パターン２１、及びビア１７を含む電流の供給経路である。ここでは、説明上、便宜的に放熱板２０３（放熱機構１５）の上流側（コネクタ１３側）、及び下流側（発火源と想定するモータドライバ１４側）に分け、給電路を示している。
【００３２】
モータドライバ１４自身の異常発熱、或いはクラック、若しくはトラッキング等により、モータドライバ１４の下方部分の基板１１−１が炭化して、ホットポイント２０２が発生する。そのホットポイント２０２が最初に発生した箇所が発火箇所２０１であり、ホットポイント２０２は、図２に示すように、給電路２０５に沿って、発火箇所２０１から放熱板２０３に向けて移動する。図２中に示す矢印は、ホットポイント２０２の移動する方向を表している。
【００３３】
放熱板２０３に到達したホットポイント２０２からの熱量は、その放熱板２０３に伝達され、放熱される。その熱量の伝達によって、ホットポイント２０２の温度上昇は抑制される。その温度上昇の抑制に伴い、ホットポイント２０２の移動速度は徐々に低下し、基板１１−１のなかで新たに炭化される部分も徐々に減少する。周辺への熱伝導により、基板１１−１のなかで高温となっている範囲は拡大する。
【００３４】
図２では、放熱板２０３上に描いたホットポイント２０２は、他のホットポイント２０２と網掛けの内容、及び大きさを異ならせている。これは、ホットポイント２０２の温度がより低くなる、ホットポイント２０２の周辺で温度が通常よりも高温となる部分が拡大する、ということを示すためである。実際には、ホットポイント２０２の大きさが一時的により大きくなっても、最終的にはホットポイント２０２は消滅することから、図２に示すようにはホットポイント２０２自体は拡大しない。
【００３５】
熱伝達量の向上自体は、図３に示すように、フィン（放熱用の突起）３０１ａを設けた放熱板３０１を採用することで実現させることができる。また、図４に示すように、穴４０１ａを多数、設けた放熱板４０１を採用することでも実現させることができる。放熱板として、既存の素子、例えば平面形状の抵抗器を採用しても良い。
【００３６】
放熱機構１５として放熱板を採用した場合、その幅（電流の流れる方向の交差方向上の長さ）Ｗ、及びその長さ（電流の流れる方向上の長さ）Ｌは、積層基板１に供給する電流量を考慮して決定する必要がある。その電流量として、一般的な電流量を想定した場合、幅Ｗ、及び長さＬは共に１０ｍｍ以上とするのが望ましい。抵抗器であれば、１６０８（１６ｍｍ×８ｍｍ）サイズ以上のものを採用するのが望ましい。
【００３７】
上記放熱機構１５として採用可能な各放熱板２０３、３０１及び４０１は、何れもホットポイント２０２（例えば基板１１−１）からの熱量を放熱するためのものである。そのホットポイント２０２自体は、短絡電流によって燃焼する。このことから、図５に示すように、給電路２０４と給電路２０５間を電気的に接続するジャンパ線５０１を放熱機構１５として設けても良い。
【００３８】
給電路２０５を介して流れる短絡電流は、その給電路２０５を外れた位置では流れない。このことから、図５に示すように、基板１１−１上で給電路２０５と給電路２０４の電気的な接続を遮断させた場合、短絡電流による延焼を給電路２０５で止めることができる。
【００３９】
ジャンパ線５０１は、放熱板２０３、３０１、及び４０１とは異なり、その表面の大部分が露出していることから、より効率的な放熱が可能である。このことから、給電路２０５のなかでジャンパ線５０１と接続させた箇所、及びその周辺での温度上昇も、そのジャンパ線５０１によって抑制される。その温度上昇の抑制により、給電路２０５で延焼を止めることはより確実に行えるようになる。このジャンパ線５０１は、放熱板、或いは後述する幅を広くした配線パターン等と組み合わせても良い。
【００４０】
なお、延焼抑制方法を含む本実施形態では、給電路２０５は第３層１２−３を介してモータドライバ１４と放熱機構１５（或いはそれが接する配線パターン）を接続しているが、それらを第１層１２−１で接続するものであっても良い。このことから、複数の層１２を介してモータドライバ１４と放熱機構１５とを接続しなくとも良い。
【００４１】
放熱機構１５については、熱伝導率、及び熱伝達率が共に高い材料を用いて作製されたものであるのが望ましい。配線パターンに流れる熱量を考慮した場合、その材料は、配線パターンに採用された材料よりも熱伝導率が高いのが望ましい。配線パターンに採用された材料が銅であった場合、放熱機構１５に用いる材料として、例えば銀を挙げることができる。
【００４２】
以降は、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態では、放熱機構１５は積層基板１の表層（ここでは第１層１２−１）に設けることを想定している。これに対し、第２の実施形態は、表層以外の層に設けることが可能な放熱機構１５を採用したものである。
【００４３】
この第２の実施形態では、多くの構成要素は第１の実施形態と同じである。このことから、第１の実施形態と同じ、或いは同じと見なせる構成要素には同じ符号を用いて、第１の実施形態から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。
【００４４】
図６は、第２の実施形態による積層基板の概略断面を説明する図である。図６に示すように、第２の実施形態による積層基板１は、上記第１の実施形態と同様に、３つの基板１１（１１−１〜１１−３）を積層し、第１層１２（１２−１）、及び最下層である第４層１２（１２−４）を表層とする４層の配線基板である。第１層１２−１に実装のモータドライバ１４は、ここでも発火源の想定例として示している。
【００４５】
第２の実施形態では、放熱機構１５は、図６に示すように、第３層１２−３に設けられている。コネクタ１３からの電流は、ビア２０、配線パターン２２（電源パターン）、放熱機構１５、配線パターン２１、及びビア１７を介してモータドライバ１４に供給される。それにより、放熱機構１５の上流側（コネクタ１３側）の給電路２０４は、ビア２０、及び配線パターン２２を含む給電路となっている。放熱機構１５の下流側（モータドライバ１４側）の給電路２０５は、配線パターン２１、及びビア１７を含む給電路となっている。
【００４６】
図７は、第２の実施形態で採用された放熱機構１５、及びその放熱機構による延焼を防止する仕組みを説明する図である。
【００４７】
第２の実施形態では、放熱機構１５として、配線パターン７０１を採用している。この配線パターン７０１の幅Ｗは、モータドライバ１４への電流の供給に必要とする配線パターン２１の幅Ａの３倍以上としている。その配線パターン７０１の長さＬは、２０ｍｍ以上としている。このとき、幅Ａは３ｍｍである。
【００４８】
発生したホットポイント２０２は、図７に示すように、給電路２０５に沿って、発火箇所２０１から配線パターン７０１に向けて移動する。上記のような幅Ｗ、及び長さＬの配線パターン７０１を放熱機構１５として設けることにより、配線パターン７０１による放熱、及び短絡電流の流れる範囲の拡大が実現される。その結果、第１の実施形態と同様に、配線パターン７０１に到達したホットポイント２０２の移動速度は徐々に低下すると共に、炭化される部分も徐々に減少して、最終的に燃焼が止まることになる。
【００４９】
放熱機構１５として用いる配線パターンの形状、つまり幅Ｗと長さＬの関係は、図７に示す配線パターン７０１に限定されない。例えば図８に示すように、幅Ｗを幅Ａの６倍以上とし、長さＬを１０ｍｍ以上とする配線パターン８０１を放熱機構１５として採用しても良い。そのような形状の配線パターン８０１を採用しても、基板１１の炭化を抑制して、延焼を止められることが実験により確認されている。このときも幅Ａは３ｍｍである。
【００５０】
なお、上記のような配線パターン７０１、或いは８０１は、表層に設けても良い。或いは、表層に設ける放熱機構１５とは別に設けても良い。このことから、想定する発火源と電源（ここではコネクタ１３）間の給電路上に設ける放熱機構１５の数は１つに限定されない。配線パターンを放熱機構１５として用いる場合、上記のように、幅Ｗは幅Ａの３倍以上とする必要がある。その給電路の内容自体も特に限定されない。
【００５１】
また、本実施形態（第１の実施形態、及び第２の実施形態）では、発火源としてモータドライバ１４を想定しているが、これは、積層基板１に実装される電子部品のなかで必要とする電流量が比較的に大きいからである。放熱機構１５を設ける給電路は、電子部品が必要とする電流量の他に、信頼性、発火した場合の影響、等を考慮して選択するのが望ましい。その給電路は、２つ以上であっても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１    積層基板
１１、１１−１〜１１−３    基板
１２    層
１２−１    第１層
１２−２    第２層
１２−３    第３層
１２−４    第４層
１３    コネクタ
１４    モータドライバ
１５    放熱機構
１６〜２０    ビア
２１、２２、７０１、８０１    配線パターン
２０１    発火箇所
２０２    ホットポイント
２０３、３０１、４０１    放熱板
２０４、２０５    給電路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５３】
【特許文献１】特開２０１１−２４３９１８号公報
【図１】
2018037459.tif 000003
【図２】
2018037459.tif 000004
【図３】
2018037459.tif 000005
【図４】
2018037459.tif 000006
【図５】
2018037459.tif 000007
【図６】
2018037459.tif 000008
【図７】
2018037459.tif 000009
【図８】
2018037459.tif 000010