(57)【要約】【課題】電子部品直下に設けることができる熱伝導部材の数が少ない場合であっても、電子部品から発せられる熱を十分に放熱可能とする。【解決手段】基板１の搭載面１ａに配置された発光素子１１およびドライバＩＣ１２から発せられる熱が熱伝導部材を介して基板１の裏面側へ伝えられる放熱構造であって、基板１の搭載面１ａ上であって、かつ、搭載面１ａと発光素子１１およびドライバＩＣ１２の下面との重複領域の外側に設けられたサーマルシート４１と、前記重複領域の外側に設けられ、かつ、基板１を貫通するサーマルビア４２と、を有し、サーマルビア４２は、サーマルシート４１を介して発光素子１１およびドライバＩＣ１２の側面と熱的に接続される。【選択図】図１
2015092524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第一面に配置された電子部品から発せられる熱が熱伝導部材を介して前記基板の第二面側へ伝えられる電子部品の放熱構造であって、
前記基板の前記第一面上であって、かつ、該第一面と前記電子部品の下面との重複領域の外側に設けられた第１熱伝導部材と、
前記重複領域の外側に設けられ、かつ、前記基板を貫通する第２熱伝導部材と、を有し、
前記第２熱伝導部材には、サーマルビア，内面に金属膜が形成された中空スルーホール，内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールまたはグランド配線の少なくとも１つが含まれ、
前記第２熱伝導部材は、前記第１熱伝導部材を介して前記電子部品の側面と熱的に接続される、
電子部品の放熱構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品の放熱構造であって、
前記重複領域の内側に設けられ、かつ、前記基板を貫通する第３熱伝導部材を有し、
前記第３熱伝導部材には、サーマルビア，内面に金属膜が形成された中空スルーホール，内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールまたはグランド配線の少なくとも１つが含まれ、
前記第３熱伝導部材は、前記電子部品の前記下面と熱的に接続される、
電子部品の放熱構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子部品の放熱構造であって、
前記基板は、コア層を含む多層基板であり、
前記第２熱伝導部材は、前記コア層よりも下の層を貫通する下側サーマルビアと、前記コア層よりも上の層を貫通する上側サーマルビアと、前記コア層を貫通し、前記下側サーマルビアと前記上側サーマルビアとを繋ぐスルーホールと、から構成され、
前記スルーホールは、内面に金属膜が形成された中空スルーホールまたは内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールのいずれかである、
電子部品の放熱構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品の放熱構造であって、
前記基板の前記第二面側に配置された放熱部材を有し、
前記電子部品と前記放熱部材とが前記第１熱伝導部材および前記第２熱伝導部材を介して熱的に接続される、
電子部品の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に搭載された電子部品から発せられる熱を放熱するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に搭載される電子部品の多くは動作中に熱を発生する。例えば、光トランシーバに含まれる発光素子（例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser））は、動作中に熱を発生する電子部品の一種である。また、発光素子を駆動するためのドライバＩＣも動作中に熱を発生する電子部品の一種である。さらに、光レシーバに含まれる受光素子や受光素子から出力される信号を増幅するＴＩＡ（Trance Impedance Amplifier）も動作中に熱を発生する電子部品の一種である。もっとも、上記光トランシーバや光レシーバは動作中に熱を発生する電子部品の一例であり、殆どの電子部品がその動作中に熱を発生する。
【０００３】
そこで、電子部品から発生する熱を放熱し、電子部品の温度を所定の動作温度範囲内に維持するための様々な構造が提案されている。かかる放熱構造の１つにサーマルビアを用いた放熱構造がある。サーマルビアを用いた放熱構造では、電子部品が搭載された基板にサーマルビアが設けられる。サーマルビアは、電子部品が搭載されている基板の一面と、該一面と反対側の他の一面とに連通している。すなわち、サーマルビアは基板を貫通している。以下の説明では、電子部品が搭載されている基板の一面を“搭載面”と呼び、搭載面と反対側に位置する基板の一面を“裏面”と呼ぶ。基板に搭載されている電子部品から発せられた熱は、サーマルビアを介して基板の搭載面側から裏面側へ逃がされ、裏面側から空気中に放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サーマルビアを用いた従来の放熱構造では、基板の電子部品直下にサーマルビアが設けられていた。具体的には、基板の搭載面と電子部品の下面との重複領域内にサーマルビアが形成されていた。このため、電子部品の小型化に伴ってサーマルビアの形成領域が小さくなり（狭くなり）、十分な数のサーマルビアを形成することが困難になっている。
【０００６】
本発明の目的は、電子部品直下に設けることができる熱伝導部材の数が少ない場合であっても、電子部品から発せられる熱を十分に放熱可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子部品の放熱構造では、基板の第一面に配置された電子部品から発せられる熱が熱伝導部材を介して前記基板の第二面側へ伝えられる。本発明の電子部品の放熱構造は、基板の第一面上であって、かつ、該第一面と電子部品の下面との重複領域の外側に設けられた第１熱伝導部材と、前記重複領域の外側に設けられ、かつ、前記基板を貫通する第２熱伝導部材と、を有する。前記第２熱伝導部材には、サーマルビア，内面に金属膜が形成された中空スルーホール，内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールまたはグランド配線の少なくとも１つが含まれる。また、前記第２熱伝導部材は、前記第１熱伝導部材を介して前記電子部品の側面と熱的に接続される。
【０００８】
本発明の電子部品の放熱構造の一態様では、前記重複領域の内側に設けられ、かつ、前記基板を貫通する第３熱伝導部材が設けられる。前記第３熱伝導部材には、サーマルビア，内面に金属膜が形成された中空スルーホール，内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールまたはグランド配線の少なくとも１つが含まれ、前記第３熱伝導部材は、前記電子部品の前記下面と熱的に接続される。
【０００９】
本発明の電子部品の放熱構造の他の態様では、前記基板は、コア層を含む多層基板である。また、前記第２熱伝導部材は、前記コア層よりも下の層を貫通する下側サーマルビアと、前記コア層よりも上の層を貫通する上側サーマルビアと、前記コア層を貫通し、前記下側サーマルビアと前記上側サーマルビアとを繋ぐスルーホールと、から構成される。さらに、前記スルーホールは、内面に金属膜が形成された中空スルーホールまたは内側に熱伝導性樹脂が充填された中実スルーホールのいずれかである。
【００１０】
本発明の電子部品の放熱構造の他の態様では、前記基板の前記第二面側に配置された放熱部材が設けられる。前記電子部品と前記放熱部材とは、前記第１熱伝導部材および前記第２熱伝導部材を介して熱的に接続される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子部品直下に設けることができる熱伝導部材の数が少ない場合であっても、電子部品から発せられる熱を十分に放熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示されるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】実施形態の変形例の１つを示す部分拡大断面図である。
【図５】実施形態の変形例の他の１つを示す部分拡大断面図である。
【図６】実施形態の変形例の他の１つを示す部分拡大断面図である。
【図７】実施形態の変形例の他の１つを示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
本発明の電子部品の放熱構造では、基板の第一面に配置された電子部品から発せられる熱が熱伝導部材を介して基板の第二面側へ伝えられて放熱される。以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。図１〜図３に示されるように、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等からなる基板１の第一面１ａには、電子部品としての発光素子（本実施形態ではＶＣＳＥＬ）１１およびドライバＩＣ１２が配置されている。発光素子１１およびドライバＩＣ１２は、不図示の半田バンプを介して基板１に固定されている。
【００１４】
図１に示されるように、ドライバＩＣ１２は、基板１に設けられている配線２を介して不図示の制御部と電気的に接続され、発光素子１１は、基板１に設けられている配線３を介してドライバＩＣ１２と電気的に接続されている。ドライバＩＣ１２は、制御部から出力される信号（電気信号）に従って発光素子１１を駆動する。発光素子１１は、ドライバＩＣ１２によって駆動され、光（光信号）を出力する。すなわち、発光素子１１およびドライバＩＣ１２は、電気信号を光信号に変換する光トランシーバとして機能する。
【００１５】
図２，図３に示されるように、基板１の第二面１ｂには、熱伝導シート（サーマルシート２０）を介して放熱部材としてのヒートシンク２１が配置されている。さらに、発光素子１１およびドライバＩＣ１２の上方には、レンズブロック３０が配置されている。図２に示されるように、発光素子１１から出力された光（光信号）は、レンズブロック３０によって進行方向が９０°変換されて光ファイバ３１に入射される。尚、図１では、レンズブロック３０および光ファイバ３１は仮想線（一点鎖線）で示されている。また、図２，図３では、図１に示される配線２，３の図示は省略されている。以下の説明では、発光素子１１およびドライバＩＣ１２が配置されている基板１の第一面１ａを“搭載面１ａ”と呼び、ヒートシンク２１が配置されている基板１の第二面１ｂを“裏面１ｂ”と呼んで区別する場合がある。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００１６】
図１，図３に示されるように、基板１の搭載面１ａ上であって、かつ、搭載面１ａと発光素子１１の下面との重複領域の外側（重複領域の周囲）には、第１熱伝導部材としてのサーマルシート４１が設けられている。また、基板１の搭載面１ａ上であって、かつ、搭載面１ａとドライバＩＣ１２の下面との重複領域の外側（重複領域の周囲）にも、第１熱伝導部材としてのサーマルシート４１が設けられている。具体的には、図１に示されるように、発光素子１１の両側にサーマルシート４１ａ，４１ｂが設けられ、ドライバＩＣ１２の両側にサーマルシート４１ｃ，４１ｄが設けられている。図１において、サーマルシート４１ａは、発光素子１１の右側面に沿って設けられ、かつ、発光素子１１の右側面に接触している。一方、サーマルシート４１ｂは、発光素子１１の左側面に沿って設けられ、かつ、発光素子１１の左側面に接触している。また、図１において、サーマルシート４１ｃは、ドライバＩＣ１２の右側面に沿って設けられ、かつ、ドライバＩＣ１２の右側面に接触している。一方、サーマルシート４１ｄは、ドライバＩＣ１２の左側面に沿って設けられ、かつ、ドライバＩＣ１２の左側面に接触している。すなわち、サーマルシート４１ａは発光素子１１の右側面と熱的に接続され、サーマルシート４１ｂは発光素子１１の左側面と熱的に接続されている。一方、サーマルシート４１ｃはドライバＩＣ１２の右側面と熱的に接続され、サーマルシート４１ｄはドライバＩＣ１２の左側面と熱的に接続されている。尚、ドライバＩＣ１２とサーマルシート４１ｃ，４１ｄとの接触状態については、図３にも示されている。また、発光素子１１とサーマルシート４１ａとの位置関係およびドライバＩＣ１２とサーマルシート４１ｃとの位置関係については、図２にも示されている。尚、以下の説明では、サーマルシート４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを“サーマルシート４１”と総称する場合がある。
【００１７】
再び図１を参照する。基板１の搭載面１ａと発光素子１１の下面との重複領域の外側（重複領域の周囲）には、第２熱伝導部材としてのサーマルビア４２が設けられている。また、基板１の搭載面１ａとドライバＩＣ１２の下面との重複領域の外側（重複領域の周囲）にも、第２熱伝導部材としてのサーマルビア４２が設けられている。具体的には、発光素子１１の両側にサーマルビア４２ａ，４２ｂが設けられ、ドライバＩＣ１２の両側にサーマルビア４２ｃ，４２ｄが設けられている。より具体的には、発光素子１１の右側面に沿って２本のサーマルビア４２ａが配置され、発光素子１１の左側面に沿って２本のサーマルビア４２ｂが配置されている。また、ドライバＩＣ１２の右側面に沿って３本のサーマルビア４２ｃが配置され、ドライバＩＣ１２の左側面に沿って３本のサーマルビア４２ｄが配置されている。尚、以下の説明では、サーマルビア４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを“サーマルビア４２”と総称する場合がある。
【００１８】
図２，図３に示されるように、サーマルビア４２は基板１を貫通しており、サーマルビア４２の一端はサーマルシート４１に接触し、サーマルビア４２の他端はサーマルシート２０に接触している。具体的には、図２に示されるように、サーマルビア４２ａの上端面はサーマルシート４１ａに接触し、サーマルビア４２ａの下端面はサーマルシート２０に接触している。一方、図２に示されるように、サーマルビア４２ｃの上端面はサーマルシート４１ｃに接触し、サーマルビア４２ｃの下端面はサーマルシート２０に接触している。また、図３に示されるように、サーマルビア４２ｄの上端面はサーマルシート４１ｄに接触し、サーマルビア４２ｄの下端面はサーマルシート２０に接触している。尚、図２には示されていないが、サーマルビア４２ｂ（図１）もサーマルビア４２ａと同様に、サーマルシート４１ｂ（図１）およびサーマルシート２０（図２，図３）に接触している。
【００１９】
すなわち、図１に示されるサーマルビア４２は、サーマルシート４１を介して発光素子１１およびドライバＩＣ１２の側面と熱的に接続されている。具体的には、サーマルビア４２ａは、サーマルシート４１ａを介して発光素子１１の右側面と熱的に接続されている。サーマルビア４２ｂは、サーマルシート４１ｂを介して発光素子１１の左側面と熱的に接続されている。サーマルビア４２ｃは、サーマルシート４１ｃを介してドライバＩＣ１２の右側面と熱的に接続されている。サーマルビア４２ｄは、サーマルシート４１ｄを介してドライバＩＣ１２の左側面と熱的に接続されている。
【００２０】
図１に示されるように、基板１の搭載面１ａとドライバＩＣ１２の下面との重複領域の内側には、第３熱伝導部材としてのサーマルビア４３が設けられている。具体的には、ドライバＩＣ１２の直下に５本のサーマルビア４３が設けられている。
【００２１】
図３に示されるように、サーマルビア４３は基板１を貫通しており、サーマルビア４３の一端はドライバＩＣ１２に接触し、サーマルビア４３の他端はサーマルシート２０に接触している。具体的には、サーマルビア４３の上端面はドライバＩＣ１２の下面に接触し、サーマルビア４３の下端面はサーマルシート２０に接触している。すなわち、図１に示されるサーマルビア４３は、ドライバＩＣ１２の下面と熱的に接続されている。
【００２２】
以上のように、ドライバＩＣ１２は、基板１の搭載面１ａとドライバＩＣ１２の下面との重複領域内に設けられたサーマルビア４３を介して、基板１の裏面側に配置されているヒートシンク２１と熱的に接続されている。さらに、発光素子１１およびドライバＩＣ１２は、基板１の搭載面１ａとこれらの下面との重複領域外に設けられたサーマルシート４１およびサーマルビア４２を介してヒートシンク２１と熱的に接続されている。よって、ドライバＩＣ１２から発せられた熱は、ドライバＩＣ１２の下面からサーマルビア４３を介してヒートシンク２１へ伝えられる。また、発光素子１１およびドライバＩＣ１２から発せられた熱は、これらの側面からサーマルシート４１およびサーマルビア４２を介してヒートシンク２１へ伝えられる。したがって、発光素子１１やドライバＩＣ１２の小型化に伴って前記重複領域が小さくなり（狭くなり）、十分な数のサーマルビア４３を形成できない場合であっても、発光素子１１やドライバＩＣ１２から発せられた熱を十分に放熱させることができる。また、発光素子１１およびドライバＩＣ１２の上面の大部分はレンズブロック３０によって覆われており、発光素子１１やドライバＩＣ１２から発せられた熱を上方へ効率的に放熱させることは困難である。しかし、本実施形態では、発光素子１１やドライバＩＣ１２から発せられた熱の大部分が基板１の裏面側へ伝えられるので、発光素子１１やドライバＩＣ１２から発せられた熱を十分に放熱させることができる。尚、発光素子１１やドライバＩＣ１２から発せられた熱が伝えられるヒートシンク２１には複数の放熱フィン２１ａが一体成形されている。
【００２３】
（変形例１）
図１〜図３に示されるサーマルビア４２，４３の全部または一部は、スルーホールやグランド配線に置換することができる。すなわち、本発明における第２熱伝導部材および第３熱伝導部材には、スルーホールやグランド配線が含まれる。
【００２４】
例えば、図２に示されるサーマルビア４２は、図４に示される中空スルーホール５０に置換することができる。図４に示される中空スルーホール５０の内面には金属膜５１が形成されており、この金属膜５１を介して熱が伝達される。また、図２に示されるサーマルビア４２は、図５に示される中実スルーホール６０に置換することもできる。図５に示される中実スルーホール６０の内面には金属膜６１が形成され、内側には熱伝導性樹脂６２が充填されており、金属膜６１および熱伝導性樹脂６２を介して熱が伝達される。
【００２５】
（変形例２）
図１〜図３に示される基板１は、多層基板（ビルドアップ基板）に置換することができる。例えば、図１〜図３に示される基板１は、図６に示される多層基板７０に置換することができる。図６に示される多層基板７０は、コア層７１と、コア層７１の裏面に形成された下層７２と、コア層７１の表面に形成された上層７３と、を含む３層構造の多層基板である。
【００２６】
ここで、多層基板７０のコア層７１は、下層７２および上層７３よりも厚みが厚く、コア層７１にサーマルビアを形成することは困難である。そこで、図１〜図３に示される基板１を多層基板７０に置換する場合には、図１〜図３に示されるサーマルビア４２，４３の全部または一部をサーマルビアとスルーホールとが組み合わされた熱伝導部材に置換することが好ましい。すなわち、本発明における第２熱伝導部材および第３熱伝導部材には、サーマルビアとスルーホールとが組み合わされた熱伝導部材が含まれる。以下の説明では、サーマルビアとスルーホールとが組み合わされた熱伝導部材を“複合型熱伝導部材”と呼ぶ。
【００２７】
例えば、図２に示されるサーマルビア４２は、図６に示される複合型熱伝導部材８０に置換することができる。複合型熱伝導部材８０は、多層基板７０の下層７２を貫通する下側サーマルビア８２と、上層７３を貫通する上側サーマルビア８３と、コア層７１を貫通して下側サーマルビア８２と上側サーマルビア８３とを繋ぐスルーホール８１と、から構成されている。図６に示されるように、複合型熱伝導部材８０を構成するスルーホール８１の内面には金属膜８１ａが形成されており、この金属膜８１ａを介して上側サーマルビア８３と下側サーマルビア８２とが熱的に接続されている。すなわち、図６に示されるスルーホール８１は、図４に示される中空スルーホール５０と実質的に同一の構造を有する。
【００２８】
図７に示されるように、複合型熱伝導部材８０を構成するスルーホール８１の内側に熱伝導性樹脂８１ｂを充填してもよい。この場合、金属膜８１ａおよび熱伝導性樹脂８１ｂを介して上側サーマルビア８３と下側サーマルビア８２とが熱的に接続される。すなわち、図７に示されるスルーホール８１は、図５に示される中実スルーホール６０と実質的に同一の構造を有する。
【００２９】
上記のように、他の層よりも厚いコア層７１を貫通する熱伝導部材の一部は、サーマルビアではなくスルーホールによって形成することが好ましい。尚、多層基板の層数は３層に限られず、４層以上であってもよい。多層基板が４層以上である場合には、コア層よりも下の層およびコア層よりも上の層を貫通する熱伝導部材の一部はサーマルビアによって形成し、コア層を貫通する熱伝導部材の他の一部はスルーホールによって形成することが好ましい。
【００３０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１熱伝導部材，第２熱伝導部材および第３熱伝導部材の数や配置は適宜変更することができる。また、放熱部材は空冷式に限られず、液冷式であってもよい。電子部品はＶＣＳＥＬを含む光トランシーバに限られず、受光素子や該受光素子から出力される信号を増幅するＴＩＡを含む光レシーバであってもよい。さらに、電子部品は通信用の電子部品に限られない。電子部品には、基板に搭載される電子部品であって、動作中に熱を発する全ての電子部品が含まれる。
【００３１】
第１熱伝導部材はサーマルシートに限られない。例えば、金属や熱伝導性樹脂によって第１熱伝導部材を形成してもよい。また、サーマルシートに代えて基板と放熱部材との間にグリースを塗布してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１    基板
１ａ    第一面(搭載面)
１ｂ    第二面(裏面)
２，３    配線
１１    発光素子
２０    サーマルシート
２１    ヒートシンク
２１ａ    放熱フィン
３０    レンズブロック
３１    光ファイバ
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ    サーマルシート
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４３    サーマルビア
５０    中空スルーホール
５１，６１，８１ａ    金属膜
６０    中実スルーホール
６２，８１ｂ    熱伝導性樹脂
７０    多層基板
７１    コア層
７２    下層
７３    上層
８０    複合型熱伝導部材
８１    スルーホール
８２    下側サーマルビア
８３    上側サーマルビア
【図１】
2015092524.tif 000003
【図２】
2015092524.tif 000004
【図３】
2015092524.tif 000005
【図４】
2015092524.tif 000006
【図５】
2015092524.tif 000007
【図６】
2015092524.tif 000008
【図７】
2015092524.tif 000009