(57)【要約】【課題】配線基板を設けた機器を大型化または重量化させることなく、この配線基板に実装された部品を十分に冷却する。【解決手段】配線層２に冷却層３を積層し、この冷却層３に配線層４を積層し、この配線層４に電子部品１９を実装する。冷却層３内には管路３ａを形成する。この管路３ａで冷媒を循環させることにより、電子部品１９から発せられた熱が管路３ａ内の冷媒に伝導する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部品の配線パターンが形成される配線層を有する配線基板であって、
前記部品が有する熱を吸収する冷媒の管路を設けた冷却層を前記配線層と一体に設けたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記冷媒を前記管路内で循環させる循環機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記冷媒が有する熱を吸収する熱交換器を前記管路の近傍に設けたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項４】
前記冷媒が有する熱を吸収する部材を前記管路の近傍に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項５】
外部の管路と前記冷却層の管路とを接続するための手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項６】
前記循環機構は、
前記管路内に設けられ、前記冷媒を流動させる第１の機構と、
前記管路の外に設けられ、前記第１の機構を駆動させる第２の機構とを有することを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
【請求項７】
前記第１の機構は、回転軸に羽根状部材を取り付けた回転機構であり、
前記第２の機構は、前記回転機構の回転軸を磁力の作用により回転させることを特徴とする請求項６に記載の配線基板。
【請求項８】
部品の内部に形成された冷媒の管路と前記冷却層の管路とを接続する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項９】
実装部品の配線パターンが形成される配線層を有する配線基板であって、
前記部品が有する熱を吸収するヒートパイプを設けた冷却層を前記配線層と一体に設けたことを特徴とする配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品などを実装することができる配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板の配線層の配線パターンに実装された電子部品の発熱による過度の温度上昇を防止するために、例えば自然対流や、送風機による送風により配線基板上の電子部品を空冷する、または、ヒートパイプや冷却管などを配線基板の近傍に配設して電子部品を冷却する方法がとられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６３５６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した送風機や冷却管などを設けた場合には、配線基板を設けた機器が重量化あるいは大型化してしまう。特に、集積度の高い電子部品を配線基板上に実装した場合には発熱量が大きくなってしまうので、この場合には、冷却能力を高めるために、大型の送風機や冷却管などを設ける必要がある。このような理由により、電子部品に対する十分な冷却能力を確保し、かつ、電子部品を実装した基板を設けた機器を小型軽量化させることは困難であった。
【０００５】
本発明は、前記課題に鑑みなされたもので、大型化または重量化させることなく、実装された部品を十分に冷却することが可能になる配線基板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係わる配線基板は、実装部品の配線パターンが形成される配線層を有する配線基板であって、前記部品が有する熱を吸収する冷媒の管路を設けた冷却層を前記配線層と一体に設けたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、冷却層に設けた管路内の冷媒により、部品から発生した熱が吸収されるので、配線基板上またはその周囲に送風機や冷却管を実装する必要がなくなり、基板を設けた機器を小型軽量化させることができる。また、部品と冷媒との距離を近くすることができ、送風機や冷却管を実装する場合と比較して部品の冷却効果を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における配線基板の構造の一例を示す図である。図２は、図１に示した多層配線基板１をＡ−Ａ線に沿って切断した場合の断面図である。
【０００９】
図１に示すように、多層配線基板１は、配線層２に冷却層３が一体に積層され、この冷却層３に配線層４が一体に積層されている。また、多層配線基板１の上面１ａには電子部品１９が実装される。配線層２および配線層４は、絶縁基板と配線パターン層とを積層したものである。また、多層配線基板１の上面１ａには、リード線（図示せず）を接続するためのコネクタ１９−２が実装される。
【００１０】
図２に示すように、配線層２は、第１の絶縁基板１１、第１の配線パターン層１２、第２の絶縁基板１３、第２の配線パターン層１４および第３の絶縁基板１５からなる。また、配線層４は、第４の絶縁基板１７および第３の配線パターン層１８からなる。なお、多層配線基板１の各配線パターン層１２，１４および１８を電気的に接続するためのスルーホールなどについては、本願の発明と直接関係がないので図示および説明を省略する。
【００１１】
多層配線基板１では、第１の絶縁基板１１上に第１の配線パターン層１２を積層し、この第１の配線パターン層１２上に第２の絶縁基板１３を積層し、この第２の絶縁基板１３上に第２の配線パターン層１４を積層し、この第２の配線パターン層１４上に第３の絶縁基板１５を積層する。そして、この第３の絶縁基板１５に冷却層３を積層し、この冷却層３に第４の絶縁基板１７を積層し、この第４の絶縁基板１７上に第３の配線パターン層１８を積層し、この第３の配線パターン層１８に電子部品１９を実装する。
【００１２】
冷却層３内には、冷媒を流動させるための管路３ａが形成される。冷媒は、例えば水であり、管路３ａに導入されて該管路３ａ内を循環することにより、電子部品１９から発生した熱を吸収する。この管路３ａは、例えば冷却層３に溝を形成し、この冷却層３に配線層４を積層して溝を閉塞することで形成することができる。
【００１３】
管路３ａは、図１に示すように冷却層３の平板方向に沿って形成される。電子部品１９の熱の吸収効果は、電子部品１９と冷媒の距離が短いほど高まるので、管路３ａは、電子部品１９の実装箇所の近傍を通るように形成されることが好ましい。つまり、管路３ａは、電子部品１９から発せられた熱を、第４の絶縁基板１７と第３の配線パターン層１８とを介して吸収できる箇所に形成される。図２に示した例では、管路３ａと電子部品１９とを、第４の絶縁基板１７と第３の配線パターン層１８を挟んで対向させている。
【００１４】
また、図１に示すように、多層配線基板１の上面１ａには、管路３ａ内の冷媒を循環させるための循環機構２０が設けられる。
図３は、図１に示した多層配線基板１の循環機構２０上を通過するＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の断面図である。
図３に示すように、多層配線基板１には、基板面に対して垂直方向に複数の孔３ｂ，３ｃが設けられている。孔３ｂ，３ｃは、第３の配線パターン層１８および第４の絶縁基板１７に連穿して設けられ、その一端が管路３ａに連通し、他端が開口している。循環機構２０の筐体２０ａには、下面２０ｈに２箇所の孔が形成され、これらの孔に冷媒管２０ｅ，２０ｆが取り付けられている。循環機構２０は、筐体２０ａに設けられた冷媒管２０ｅ，２０ｆを多層配線基板１の孔３ｂ，３ｃにそれぞれ挿入することで多層配線基板１に装着される。
【００１５】
また、循環機構２０には、電動機２０ｂ、回転軸２０ｃおよび羽根状部材２０ｄが設けられている。
電動機２０ｂは、筐体２０ａ外部に取り付けられ、回転軸２０ｃを回転可能に支持する。この回転軸２０ｃは、筐体２０ａの上面２０ｋに形成された孔を通じて筐体２０ａの内部に挿入される。回転軸２０ｃには羽根状部材２０ｄが取り付けられる。筐体２０ａの上面２０ｋには冷媒注入口２０ｇが設けられており、筐体２０ａ内に冷媒を注入することができる。この冷媒注入口２０ｇには、図示しない蓋が設けられており、任意に開閉することができる。
【００１６】
また、筐体２０ａの下面２０ｈに設けられた冷媒管２０ｅ，２０ｆは、その外径が孔３ｂ，３ｃの内径とほぼ同一となるように形成されており、冷媒が漏洩しないようになっている。また、電動機２０ｂは、リード線２０ｉ，２０ｊを介して電源部と接続される。例えば、リード線２０ｉ，２０ｊは、第３の配線パターン層１８に電気的に接続されており、第３の配線パターン層１８を介して電源部と接続される。
【００１７】
冷媒注入口２０ｇから筐体２０ａ内に冷媒を注入した場合には、この冷媒は冷媒管２０ｅ，２０ｆおよび孔３ｂ，３ｃを通じて管路３ａ内に導入される。電動機２０ｂは、リード線２０ｉ，２０ｊを通じて電力が供給されると、回転軸２０ｃを回転駆動させる。これにより回転軸２０ｃに取り付けられた羽根状部材２０ｄにより、筐体２０ａ内に導入された冷媒に流れが発生する。すると、管路３ａ内の冷媒は、例えば孔３ｂから筐体２０ａ内に流入し、孔３ｃから流出することで循環する。なお、羽根状部材２０ｄは、回転軸２０ｃの回転にともなって管路３ａ内の冷媒を循環させることができれば、羽根状に限らず他の形状の部材であっても良い。
【００１８】
図４は、図３に示した循環機構２０を電動機２１および回転機構２２により構成した図である。
図４に示すように、電動機２１と回転機構２２とを、第４の絶縁基板１７および第３の配線パターン層１８を介して対向させる。この場合、冷媒は、多層配線基板１の上面１ａから管路３ａに貫通させた孔を通じて管路３ａに導入する。
【００１９】
電動機２１は、取り付け部材２３を介して上面１ａに取り付けられる。電動機２１は回転軸２１ａを有し、この回転軸２１ａの端部２１ｂに永久磁石２４が取り付けられる。この永久磁石２４は、その端部２４ａがＳ極であり、端部２４ｂがＮ極である。永久磁石２４は、端面２４ｃが第４の絶縁基板１７の平板方向に平行となるように回転軸２１ａに取り付けられている。
【００２０】
回転機構２２は管路３ａ内に設けられる。この回転機構２２は、軸受け台２２ａ、回転軸２２ｂ、羽根状部材２２ｃおよび永久磁石２２ｄを有する。
【００２１】
軸受け台２２ａは、管路３ａの底部３ｄに設置され、また、回転軸２２ｂを回転可能に支持する。この回転軸２２ｂに羽根状部材２２ｃが取り付けられ、回転軸２２ｂの端部２２ｇには、永久磁石２２ｄが取り付けられる。この永久磁石２２ｄは、その端部２２ｅがＳ極であり、端部２２ｆがＮ極である。永久磁石２２ｄは、端面２２ｈが第４の絶縁基板１７の平板方向に平行となるように回転軸２２ａに取り付けられている。
【００２２】
電動機２１の駆動により、回転軸２１ａおよびこれに取り付けられた永久磁石２４が回転する。すると、この永久磁石２４と回転機構２２の永久磁石２２ｄとの間の磁力の作用により永久磁石２２ｄが回転し、この回転により回転軸２２ｂに取り付けられた羽根状部材２２ｃが回転する。管路３ａ内に冷媒が導入された場合には、この冷媒が回転軸２２ｂの回転方向に沿って管路３ａ内を循環する。なお、羽根状部材２２ｃは、回転軸２２ｂの回転にともない管路３ａ内の冷媒を循環させる部材であれば、羽根状に限らず他の形状の部材であっても良い。
【００２３】
次に、図４に示した機構の変形例を、図５を参照して説明する。
図５に示した変形例では、図４に示した電動機２１に代えて、複数の電磁石２５ａ，２５ｂを上面１ａに設置する。
【００２４】
ここで、電磁石２５ａ，２５ｂの端部２５ｇ，２５ｈと、回転機構２２の永久磁石２２ｄの端部２２ｅ，２２ｆとを、第４の絶縁基板１７と第３の配線パターン層１８とを挟んで対向させることによりモータを形成する。また、電磁石２５ａ，２５ｂは、リード線２５ｃ〜２５ｆを介して第３の配線パターン層１８に電気的に接続される。
【００２５】
そして、電磁石２５ａの端部２５ｇおよび電磁石２５ｂの端部２５ｈの極性を所定の時間間隔でそれぞれ変化させると、電磁石２５ａ，２５ｂと永久磁石２２ｄとの間の磁力の作用により、前述した図４に示した形態と同様に、回転軸２２ｂを介して羽根状部材２２ｃが回転し、管路３ａ内に冷媒が導入された場合には、この冷媒が回転軸２２ｂの回転方向に沿って管路３ａ内を循環する。
【００２６】
このように、管路３ａを設けた冷却層３を多層配線基板１のうちの一層として積層した構造とすれば、電子部品１９から発生した熱が配線層４を介して管路３ａ内の冷媒に伝導して、該電子部品１９が冷却される。従って、送風機や冷却管を実装した場合と比較して、基板の大型化および重量化を防ぐことができる。また、冷却層３上に積層した配線層４に電子部品１９を実装することになるので、電子部品１９が設置されている箇所つまり熱の発生箇所と冷媒との距離が配線層４の厚さとなり、前述した送風機や冷却管を実装した場合と比較して短くすることができる。よって電子部品１９から発生した熱の吸収効率を高めることができる。また、冷媒の管路３ａは、冷却層３を加工して形成することができるので、送風機や冷却管を製造してこれを実装する場合と比較して実装部品数を削減することができ、量産効果により製造コストを低くすることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態における多層配線基板１の構造の一例を示す図である。以下の各実施形態において、図１〜図３に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。
【００２８】
前述した電子部品１９から発せられた熱は管路３ａ内の冷媒に吸収されたのち、この冷媒から管路３ａの管壁および各配線層を介して外部に放出されるが、管路３ａの管壁および各配線層の熱伝導率が低いなどの理由により、十分に放出できない場合がある。
【００２９】
そこで、多層配線基板１の上面１ａにおいて、冷却層３の管路３ａの近傍に熱交換器２６を設ける。図６に示した例では、熱交換器２６を管路３ａの一部と配線層４を挟んで対向する位置に設けている。
【００３０】
熱交換器２６は、冷却層３の管路３ａ内を流れる冷媒が有する熱を、配線層４を介して吸収し、これをファン（図示せず）などにより外部に放出する。これにより、図１に示した形態と比較して、冷媒が有する熱の放熱効率を向上させることが出来る。
【００３１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態における多層配線基板１の構造の一例を示す図である。
図７に示した多層配線基板１は、多層配線基板１の側面１ｂ，１ｃが放熱部材２７に接触して設けられている。放熱部材２７は、複数の放熱板が設けられており、管路３ａ内の冷媒が有する熱を吸収して外部に放出する。これにより、図１に示した形態と比較して、冷媒が有する熱の放熱効率を向上させることが出来る。
【００３２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態における多層配線基板１の構造の一例を示す図である。図９は、図８に示した多層配線基板１をＣ−Ｃ線に沿って切断した場合の断面図である。
図９に示すように、管路３ａは、冷却層３の平板方向に沿って形成された管路に加え、この管路に連通し、冷却層３の平板方向に垂直な方向に沿って第４の絶縁基板１７および第３の配線パターン層１８とに連穿した管路を有する。この連穿した管路の一端は開口部３ｅとなっている。図８に示した例では、管路３ａの開口部３ｅは、多層配線基板１の側面１ｂ側および側面１ｃ側に設けられる。
【００３３】
そして、図８に示すように、上面１ａにおいて、管路３ａの開口部３ｅが形成されている箇所に流体コネクタ２８ａ，２８ｂを設ける。流体コネクタ２８ａ，２８ｂは、管路３ａと外部の管路とを接続し、管路３ａと外部の管路との間で冷媒を流出入させる。
【００３４】
流体コネクタ２８ａ，２８ｂには、外部の管路である配管２９ａ，２９ｂが接続され、配管２９ａ，２９ｂには冷媒供給装置（図示せず）が接続される。
【００３５】
また、冷媒供給装置は、冷媒の循環機構を備える。この循環機構により、配管２９ａを通じて流体コネクタ２８ａ側から管路３ａに冷媒を導入し、これを流体コネクタ２８ｂ側から流出させて配管２９ｂを介して前述した冷媒供給装置に戻し、このサイクルを繰り返させる。なお、冷媒供給装置は電子部品１９の熱を吸収して循環させた冷媒の熱を外部に放出する機構を備えている。
【００３６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第５の実施形態における多層配線基板１の構造の一例を示す図である。
本実施形態では、冷却層３において、図１に示した管路３ａに代えて、複数のヒートパイプ３０を設けた構成を有する。図１０に示した例では、ヒートパイプ３０は、冷却層３内に埋設されている。ヒートパイプ３０は、その端部３０ａが電子部品１９の近傍に位置し、端部３０ｂが電子部品１９から離隔した位置となるように設けられている。
【００３７】
ヒートパイプ３０は、内部が真空にされた上で、例えば水などの冷媒が少量封入されている。ヒートパイプ３０内の端部３０ａ近傍にある冷媒は、ヒートパイプ３０の管壁を介して電子部品１９の熱を吸収すると気化し、ヒートパイプ３０内の圧力差により端部３０ｂ方向に移動する。この端部３０ｂ方向に移動した冷媒は、熱を放出して液化する。すると、冷媒はヒートパイプ３０の端部３０ａに還流する。放出された熱は、管壁および各配線層を介して外部に放出される。このサイクルを繰り返すことにより、電子部品１９の熱を常に吸収し、これを放出させることができる。
【００３８】
このように、冷却層３にヒートパイプ３０を設けた構造とすれば、冷媒の管路３ａを形成する場合と比較して、冷媒の循環機構および冷却機構を搭載する必要がなくなる。
【００３９】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第６の実施形態における多層配線基板１の構造の一例を示す図である。
第６実施形態では、電子部品の内部に冷媒の管路を設け、これを多層配線基板１の上面１ａに実装している。図１１に示すように、電子部品３１は、その内部に冷媒の管路３１ａが設けられている。管路３１ａは、電子部品３１の下部から突出して設けられている冷媒管３１ｂ，３１ｃと連通している。
【００４０】
電子部品３１が多層配線基板１に実装されることにより、冷媒管３１ｂ，３１ｃは、冷却層３の管路３ａと連通する孔３ｆ，３ｇに挿入され、電子部品３１の管路３１ａと連通される。孔３ｆ，３ｇは、冷却層３の平板方向に対して垂直な方向に沿って第３の配線パターン層１８および第４の絶縁基板１７に連穿されている。冷媒管３１ｂ，３１ｃは、その外径が孔３ｆ，３ｇの径とほぼ同一となるように形成されており、冷媒が漏洩しないようになっている。
【００４１】
第６実施形態においても、前述した循環機構２０などにより、冷却層３の管路３ａに冷媒を循環させると、電子部品３１の管路３１ａにも冷媒が循環する。すると、電子部品３１の内部から発生した熱が管路３１ａ内の冷媒により吸収され、冷媒管３１ｂ，３１ｃおよび孔３ｆ，３ｇを介して管路３ａに移動される。これにより電子部品３１の熱を吸収、放出させることができる。このような構造とすれば、電子部品３１から発生された熱を部品内部から冷媒により直接吸収することができるので、図１に示した多層配線基板１と比較して電子部品の放熱効果をより向上させることができる。
【００４２】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電子部品から発生した熱を冷却層に設けられた管路内を循環する冷媒により吸収されるので、大型の冷却用機器を実装することなく電子部品を十分に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【図２】図１に示した多層配線基板をＡ−Ａ線に沿って切断した場合の断面図。
【図３】図１に示した多層配線基板をＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の断面図。
【図４】図３に示した循環機構を、電動機および回転機構により構成した図。
【図５】図４に示した循環機構の変形例。
【図６】本発明の第２の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【図８】本発明の第４の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【図９】図８に示した多層配線基板をＣ−Ｃ線に沿って切断した場合の断面図。
【図１０】本発明の第５の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【図１１】本発明の第６の実施形態における多層配線基板の構造の一例を示す図。
【符号の説明】
１…多層配線基板、１ａ…上面、１ｂ，１ｃ…側面、２…配線層、３…冷却層、３ａ…管路、３ｂ，３ｃ…孔、３ｄ…底面、３ｅ…開口部、３ｆ，３ｇ…孔、４…配線層、１１…第１の絶縁基板、１２…第１の配線パターン層、１３…第２の絶縁基板、１４…第２の配線パターン層、１５…第３の絶縁基板、１７…第４の絶縁基板、１８…第３の配線パターン層、１９…電子部品、１９−２…コネクタ、２０…循環機構、２０ａ…筐体、２０ｂ…電動機、２０ｃ…回転軸、２０ｄ…羽根状部材、２０ｅ，２０ｆ…冷媒管、２０ｇ…冷媒注入口、２０ｈ…底面、２０ｉ，２０ｊ…リード線、２０ｋ…上面、２１…電動機、２１ａ…回転軸、２１ｂ…端部、２２…回転機構、２２ａ…軸受け台、２２ｂ…回転軸、２２ｃ…羽根状部材、２２ｄ…永久磁石、２２ｅ，２２ｆ…端部、２３…取り付け部材、２４…永久磁石、２４ａ，２４ｂ…端部、２５ａ，２５ｂ…電磁石、２５ｃ〜２５ｆ…リード線、２６…熱交換器、２７…放熱部材、２８ａ，２８ｂ…流体コネクタ、２９ａ，２９ｂ…配管、３０…ヒートパイプ、３０ａ，３０ｂ…ヒートパイプの端部、３１…電子部品、３１ａ…管路、３１ｂ，３１ｃ…冷媒管。
【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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【図１１】
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