(57)【要約】【課題】電気素子を装備するように設計された回路板（１００）が特定される。【解決手段】本回路板は、互いに積層された複数の導電性トラックレベル（１１０、１２０、１３０）を有し、各二つの隣接する導電性トラックレベルが、絶縁層（１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃ、１９０Ｄ）によって互いに絶縁される。セラミックを含む熱伝導素子（３００）が第一外側絶縁層と第二外側絶縁層との間に配置されることを本回路板は特徴とする。従って、このようにして構築された回路板は、優れた熱導電性と、電圧フラッシュオーバーに対する電気絶縁性の両方を可能にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気素子（２００）を装備するように設計された回路板（１００）であって、
積層された複数の導電性トラックレベル（１１０、１２０、１３０）を有し、
各二つの隣接する導電性トラックレベルが絶縁層（１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃ、１９０Ｄ）によって互いに絶縁されていて、
熱伝導素子（３００）が、第一外側絶縁層（１９０Ａ）と第二外側絶縁層（１９０Ｄ）との間に配置され、
前記熱伝導素子（３００）がセラミックを含む、回路板（１００）。
【請求項２】
前記熱伝導素子（３００）が窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載の回路板（１００）。
【請求項３】
前記熱伝導素子（３００）が電気絶縁性に設計されている、請求項１又は２に記載の回路板（１００）。
【請求項４】
前記熱伝導素子（３００）が絶縁層の凹部内に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の回路板（１００）。
【請求項５】
前記熱伝導素子（３００）の第一表面（３０２）が、前記回路板の深さ方向（１０４）において第一導電性トラックレベルに接する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路板（１００）。
【請求項６】
前記熱伝導素子（３００）の第二表面（３０４）が、前記回路板の深さ方向（１０４）において第二導電性トラックレベルに接する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回路板（１００）。
【請求項７】
前記熱伝導素子（３００）が、前記回路板の深さ方向（１０４）において一つよりも多くの絶縁層にわたって延在している、請求項１から６のいずれか一項に記載の回路板（１００）。
【請求項８】
人工衛星用の電気部品であって、
請求項１から７のいずれか一項に記載の回路板（１００）と、
前記回路板（１００）の装備層（１１０）に機械的且つ電気的に結合された電気素子（２００）とを有し、
前記熱伝導素子（３００）が、前記回路板の長手方向（１０２）において前記電気素子（２００）と重なるように配置されている、電気部品。
【請求項９】
前記熱伝導素子（３００）が、前記回路板の横方向において前記電気素子（２００）と重なるように配置されている、請求項８に記載の電気部品。
【請求項１０】
前記回路板の外側層（１３０）に熱的に結合され且つ前記回路板から熱を放出するように設計された熱結合素子（２１０）を更に有し、
前記熱伝導素子（３００）が、前記回路板の長手方向（１０２）において前記熱結合素子（２１０）と重なるように配置されている、請求項８又は９に記載の電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路板、特に、電気素子を収容する多層電気回路板に関し、また、そのような回路板を備えた電気部品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電気又は電子アセンブリ又はデバイスで使用される電気モジュール又は部品を実現するため、回路板には、電気又は電子素子が備わっている。この場合、回路板は、回路板に配置された素子の機械的固定及び電気的結合の役割を果たす。電気接続部は、導電性トラック、例えば銅導電性トラックを用いて生成される。
【０００３】
エポキシガラス混合物が、回路板の材料として一般的に使用される。この場合、回路板は、多層構造のものとなり得て、複数の導電性トラックレベル又は層を有し得る。このようにして、各導電性トラックレベル又は層に個別に導電性トラックを設けることが可能になり、回路板に配置される素子間の可能な電気接続部の数を増大させることができる。
【０００４】
導電性トラックレベル又は層は、異なる導電性トラックレベルに対する導電性トラック間の電気接続部の形成を可能にする凹部又は開口部を有し得て、例えば、凹部又は開口部が導電性材料でコーティングされ、又は、導電性材料が凹部又は開口部内に配置されて、接続させたい導電性トラックに電気的に接続される。
【０００５】
特許文献１には、互いに積層され且つ絶縁体層によって分離された複数の導電性トラックレベルを備えた多層回路板が開示されている。多層回路板の熱膨張性を、多層回路板に配置される素子の熱膨張性に適合させるコア基板が、外側絶縁体層間に配置される。コア基板はモリブデン製である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９２６９２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題として、高い熱伝導性及び改善された高電圧絶縁性を特徴とする回路板を提供することが考えられる。
【０００８】
独立請求項の特徴に係る回路板及び電気部品が特定される。本発明に対する修正が、従属請求項及び以下の説明から明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一態様によると、電気素子を装備するように設計された回路板が特定される。回路板は、互いに積層された複数の導電性トラックレベルを備え、各二つの隣接する導電性トラックレベルが絶縁層によって互いに絶縁される。熱伝導素子が第一外側絶縁層と第二外側絶縁層との間に配置され、熱伝導素子がセラミックを含むことを本回路板は特徴とする。
【００１０】
回路板の基本的な幾何学的構造はいわゆるサンドウィッチ（挟み込み）構造に相当し、回路板の深さ方向において、導電性層（導電性トラックレベル）は、電気絶縁層（絶縁層）と交互にされる。
【００１１】
熱伝導性であり且つセラミック製のコアが回路板内に配置され、つまり、深さ方向において、第一外側絶縁層と第二外側絶縁層との間に配置される。
【００１２】
この場合、電気素子は、第一外側表面上に配置され得る。熱伝導素子は、その回路板内での特性及び配置によって、熱伝導、特に、第一外側表面及び電気素子から、第二外側表面（例えば、第一外側表面の反対側、また、それに対して横方向に配置される）への放熱を可能にする。
【００１３】
セラミックは、優れた熱伝導特性だけではなく、一般的に優れた電圧絶縁、特に高電圧絶縁も可能にし、また、剛性に関する有利な機械的特性を有するので、熱伝導素子としての使用に適している。
【００１４】
従って、上述及び後述の回路板は、高電圧絶縁条件や真空条件での使用に特に有利となり得る。こうした状況は、例えば、空気の無い空間に置かれる人工衛星が使用される分野において生じる。
【００１５】
熱エネルギーは、温度差（熱拡散又は伝導）の結果として固体内の熱流束として、又は、熱源からヒートシンクへの方向への巨視的な物質の流れ（対流）によって、散逸し得る。また、熱は、熱放射によっても輸送され得る。
【００１６】
空気の無い、又はほとんど空気の無い空間では、例えば、熱エネルギーを輸送するための気流が存在しないので、熱エネルギーを対流によって伝えることができない。従って、技術的及び／又は電気的設備が、空気の無い空間で使用される場合には、電気素子に必要とされる冷却を、対流によって行うことができない。従って、空気の無い空間での熱伝導は、伝導及び熱放射に限定される。
【００１７】
セラミックは、一方では、優れた熱伝導体であるので、それ自体が伝導によって熱エネルギーを輸送するものと考えられる。セラミックは、他方では、高電圧絶縁に関する要求にも合致するので、上述及び後述の回路板が、人工衛星のパワーアンプでの使用に特に適したものとなる。
【００１８】
熱伝導素子のセラミックは、特に、回路板の絶縁層の物質よりも高い熱伝導率を有し得る。
【００１９】
一実施形態によると、熱伝導素子は窒化アルミニウムを含む。窒化アルミニウムは、特に優れた熱伝導性を特徴とする。
【００２０】
更なる実施形態によると、熱伝導素子は電気絶縁性であるように設計される。一般的に、熱伝導体は電気伝導性でもある。このことは、一般的にセラミックには当てはまらず、この物質は、優れた熱伝導性と電気絶縁性との有利な組み合わせをなす。
【００２１】
更なる実施形態によると、熱伝導素子は、絶縁層の凹部内に配置される。
【００２２】
回路板は多層構造のものとなり得て、絶縁層は、深さ方向において、導電性トラックよりも厚い。複数の内側絶縁層のうち一つに、凹部又は開口部が設けられる場合、回路板の外観の幾何学的寸法を変化させることなく、熱伝導素子を回路板のコアとして配置することができる。更に、熱伝導素子は、凹部によって適所に固定される。凹部は、絶縁層のくぼみ、又は絶縁層を貫通する開口部であり得る。
【００２３】
また、凹部は、回路板の深さ方向において、一つよりも多くの絶縁層にわたって延在し得る。
【００２４】
更なる実施形態では、熱伝導素子の第一表面は、回路板の深さ方向（１０４）において、第一導電性トラックレベルと接する。
【００２５】
第一導電性トラックレベルは、通常、導電性物質を備えるので、高い熱伝導性も有する。従って、熱エネルギーを、回路板の第一表面から、導電性トラックレベルの導電性トラックを介して、熱伝導素子に伝えそこから更に輸送することができる。
【００２６】
一実施形態では、導電性トラックレベルの導電性トラックは、熱伝導素子の第一表面上に又は第一表面に沿って延在する。
【００２７】
更なる実施形態によると、熱伝導素子の第二表面は、回路板の深さ方向において、第二導電性トラックレベルと接する。
【００２８】
この点については、熱伝導素子の第一表面についての同様の説明が当てはまり、特に、第二表面に対する第二導電性トラックレベルの導電性トラックの配置に関して、同様の説明が当てはまる。
【００２９】
つまり、熱エネルギーを、第一導電性トラックレベルの導電性トラックを介して、熱伝導素子に流すことができ、また、熱エネルギーを、第二導電性トラックレベルの導電性トラックを介して、熱伝導素子から離れるように流すことができる。
【００３０】
更なる実施形態によると、熱伝導素子は、回路板の深さ方向において、一つよりも多くの絶縁層にわたって延在する。
【００３１】
更なる態様によると、人工衛星用の電気部品が特定される。電気部品は、上述又は後述の回路板と、回路板の装備層に機械的且つ電気的に結合される電気素子とを有する。この場合、熱伝導素子は、回路板の長手方向において電気素子と重なるように配置される。
【００３２】
電気部品は、例えば、人工衛星用のパワーアンプであり得て、例えば、進行波増幅管状のパワーアンプであり得る。こうしたアンプの一つは、ＨＦ特性を主に決定する進行波管と、供給電圧（主に、高電圧）を発生させる電流供給源とで構成され、人工衛星に対する遠隔測定及び遠隔命令インターフェースを構成する。
【００３３】
直列接続整流ステージを、動作に必要な高電圧を発生させるのに使用することができる。これは、損失性の整流ダイオードを含み、この部分は、ヒートシンク、例えば、筐体に対する直列接続によって、高電圧に対して絶縁される。空気又は他の環境ガスが存在せず、つまり、対流冷却の可能性がないため、宇宙船については、結果としての電気部品の電力損失、つまり過剰な熱エネルギーを、回路板を介して、つまり、伝導及び熱放射によって、放出しなければならない。
【００３４】
重なりとは、回路板の表面上への電気素子の垂直投影（投影表面と指称され、また、長手方向に限っては、長手方向投影と指称される）が、回路板の同じ表面上への熱伝導素子の垂直投影と重なる領域を有することを意味する。
【００３５】
この場合、熱伝導素子は、少なくとも部分的に、完全に又は厳密に導電性素子と重なり得る。完全な重なりとは、熱伝導素子が、電気素子の長手方向投影よりも大きな長手方向投影を有することを意味する。厳密な重なりとは、これら二つの長手方向投影が同一であり、はみ出さずに重なり、つまり、合同であることを意味する。部分的な重なりの場合、これらの長手方向投影は、同一であるか又は異なり得て、互いにずれている。
【００３６】
一実施形態によると、熱伝導素子は、回路板の横方向において電気素子と重なるように配置される。
【００３７】
これは、横方向投影の重なりを含み、長手方向投影の重なりに関する説明が同様に当てはまり、また、部分的、完全、又は厳密に関する説明も同様に当てはまる。
【００３８】
更なる実施形態によると、電気部品は熱結合素子を有し、その熱結合素子は、回路板の外側層に熱的に結合され、回路板から熱を放出するように設計される。熱伝導素子は、回路板の長手方向において、熱結合素子と重なるように配置される。
【００３９】
外側層は、装備層の反対側に配置される。これが、電気素子から、装備層、熱伝導素子、外側層、及び熱結合素子を介する熱流束を生じさせる。
【００４０】
熱結合素子は、例えば、電気部品の筐体に電気的、機械的及び熱的に結合されるように設計される。
【００４１】
熱伝導素子及び熱結合素子の重なりについては、電気素子及び熱伝導素子の長手方向及び横方向の重なりに関する説明が同様に当てはまる。
【００４２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施形態に係る回路板の概略断面図を示す。
【図２】更なる実施形態に係る回路板の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、導電性層として構成された複数の導電性トラックレベル１８０（例えば、銅又は銅箔製）を備えた層に構築された回路板１００を示す。絶縁層１９０Ａ、１９０Ｂ、１９０Ｃ、１９０Ｄが、回路板の深さ方向において、二つの隣接する導電性トラックレベル１８０間にそれぞれ配置される。
【００４５】
隣接する導電性トラックレベル間の電気接続部は、例えば、層接続部１７０によって形成され得る。層接続部１７０は、導電性トラックレベル間において回路板１００の深さ方向に延在する。
【００４６】
電気素子２００が装備層１１０に結合される。内側層１２０は、装備層に対して層間隔１５０を有する。層間隔１５０は、絶縁層１９０Ａの厚さに対応する。
【００４７】
電気素子２００は、回路板の固定スリーブ１４０に対して横方向に延伸する絶縁間隔１６０を有する。
【００４８】
外側層１３０が、装備層１１０の反対側の回路板１００の表面に配置される。
【００４９】
図示される実施形態では、回路板１００は、六つの絶縁層を有する。熱伝導素子３００が配置される凹部が、深さ方向において中心に配置された二つの絶縁層内に配置される。
【００５０】
熱伝導素子３００は、回路板１００の深さ方向において二つの絶縁層にわたって延在する。
【００５１】
図２は、電気素子２００から、回路板１００及び熱伝導素子３００を通って熱結合素子２１０に向かう回路板１００内の熱流束を示す。
【００５２】
回路板１００の長手方向１０２は、図２の紙面内において左から右に延伸する。装備層上への熱伝導素子３００の投影は、長手方向において、装備層上への電気素子２００の投影と重ねる。同様に、外側層１３０上への熱伝導素子３００の投影も、外側層１３０上への熱結合素子２１０の投影と重なる。
【００５３】
回路板１００の深さ方向１０４は、図２の紙面内において上から下に延伸する。熱流束２０５Ａ、２０５Ｂは矢印で示されている。
【００５４】
回路板の横方向は、深さ方向及び長手方向に対して垂直に延伸し、つまり、図２の紙面内に延伸する。
【００５５】
熱伝導素子３００の第一表面３０２及び第二表面３０４はそれぞれ、二つの隣接する絶縁層の間の導電性トラックレベルに接する。
【００５６】
つまり、熱流束２０５Ａ、２０５Ｂは以下のように説明される。高電圧で動作する損失性の素子２００の電力損失は、装備層１１０及び内側層１２０を介して、また、絶縁層を介してセラミックコア３００に導入され得る。放出される熱の有利な広がりを、導電性トラックを形成する銅箔の厚さの変化によって制御することができる。セラミックコアは、所定の高電圧負荷又は電場強度一定の負荷を超過させることなく、次に広がる銅箔、つまり第二表面３０４に、また、熱結合素子２１０に熱を向ける。表面及びそれに付随する絶縁間隔１６０並びに層内間隔１５０に対する沿面距離の要求を考慮することによって、素子２００と機械的／熱的アタッチメント１４０との間の電圧フラッシュオーバーを防止することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００  回路板
２００  電気素子
２１０  熱結合素子
３００  熱伝導素子
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2015103809000001.pdf