(57)【要約】【課題】全体としての放熱性を向上することができる多層回路基板を提供する。【解決手段】多層回路基板(1) が、交互に積層された複数の絶縁層（21,22,23) 及び複数の導体層(11,12,13,14) を含む。前記導体層は、複数の導体パターン(111,112,113,114,115,116) を含む最上導体層(11)と、複数の導体パターン(141,142,143,144,145,146) を含む最下導体層(14)とを含む。最上導体層(11)の各導体パターンに、半導体素子(51,52,53,54,55,56) が実装される。最下導体層(14)の導体パターンは、複数の放熱パターン(141,142,143,144,145,146) を含む。各放熱パターンは、放熱ビア(61)を介して半導体素子に１対１で接続される。各放熱パターンの面積は対応する半導体素子の面積以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に積層された複数の導体層および複数の絶縁層を含む基板本体と、
複数の放熱ビアと、を備え、
前記複数の導体層は、最上導体層と、最下導体層と、を含み、
前記最上導体層は、複数の半導体素子が、それぞれ、実装された複数の導体パターンを含み、
前記最下導体層は、複数の放熱パターンを含む複数の導体パターンを含み、
前記複数の放熱パターンは、それぞれ、前記複数の半導体素子に１対１で対応するように設けられ、
各前記放熱パターンは、それぞれ対応する半導体素子の面積以上の面積を有しており、  各前記放熱パターンは、それぞれ対応する放熱ビアを介してそれぞれ対応する半導体素子に接続されている多層回路基板。
【請求項２】
請求項１において、前記放熱パターンは、絶縁性の樹脂層を介して前記放熱板に接続されている多層回路基板。
【請求項３】
請求項２において、前記樹脂層に、熱伝導向上材が添加されている多層回路基板。
【請求項４】
請求項３において、前記熱伝導向上材は、絶縁性セラミックスを含む多層回路基板。
【請求項５】
請求項３または４において、前記熱伝導向上材は、金属またはカーボンを含む多層回路基板。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項において、前記最上導体層の各前記導体パターンと、前記最上導体層の各前記導体パターンにそれぞれ対応する放熱パターンとが、複数の前記放熱ビアを介して接続されている多層回路基板。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項において、前記半導体素子は、スイッチング素子のベアチップである多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に提案された多層回路基板は、積層回路部と、金属基板と、放熱ビアとを備えている。前記積層回路部は、導体層と樹脂製の絶縁層とを交互に積層して形成されている。前記金属基板は、最下層の絶縁層に接して設けられている。前記放熱ビアの内面には、導体層が形成され、その導体層は、電子部品が搭載される最上層の導体層と前記最下層の絶縁層とを接続している。
【０００３】
また、特許文献２には、半導体ベアチップを埋め込んだ多層回路基板が提案されている。その多層回路基板の最下層の基材に、前記半導体ベアチップの放熱のための放熱パターンが設けられている。その放熱パターンは、前記半導体ベアチップと一体的に形成されている。
また、特許文献３に提案された多層基板は、複数の電力増幅回路を実装した誘電体層を有している。その誘電体層の上層又は下層に相当する誘電体層には、それぞれ電力増幅回路に対応した干渉防止用接地パターンが、互いに分離して設けられている。これら干渉防止用接地パターンが、何れかの誘電体層に設けられた共通接地パターンに、ビアを介して接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８２１８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５３０８４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ビアを用いることで最下層の導体層までの放熱の効率は上がる。一方、その最下層の導体層から絶縁樹脂層を介して金属板に放熱する経路の放熱効率の高低が、多層回路基板全体としての放熱性を向上するときのボトルネックとなっている。
そこで、本発明の目的は、全体としての放熱性を向上することができる多層回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、交互に積層された複数の導体層(11,12,13,14) および複数の絶縁層(21,22,23)を含む基板本体(2) と、複数の放熱ビア(61)と、を備え、前記複数の導体層(11,12,13,14) は、最上導体層(11)と、最下導体層(14)と、を含み、前記最上導体層(11)は、複数の半導体素子(51,52,53,54,55,56) が、それぞれ、実装された複数の導体パターン(111,112,113,114,115,116) を含み、前記最下導体層(14)は、複数の放熱パターン(141,142,143,144,145,146) を含む複数の導体パターン(141,142,143,144,145,146) を含み、前記複数の放熱パターン(141,142,143,144,145,146) は、それぞれ、前記複数の半導体素子(51,52,53,54,55,56) に１対１で対応するように設けられ、各前記放熱パターン(141,142,143,144,145,146) は、それぞれ対応する半導体素子(51,52,53,54,55,56) の面積以上の面積を有しており、各前記放熱パターン(141,142,143,144,145,146) は、それぞれ対応する放熱ビア(61)を介してそれぞれ対応する半導体素子(51,52,53,54,55,56) に接続されている多層回路基板を提供する。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記放熱パターン(141,142,143,144,145,146) は、絶縁性の樹脂層(4) を介して放熱板(3) に接続されていてもよい。
【０００８】
また、請求項３のように、前記樹脂層(4) に、熱伝導向上材(42)が添加されていてもよい。
また、請求項４のように、前記熱伝導向上材(42)は、絶縁性セラミックスを含んでいてもよい。
また、請求項５のように、前記熱伝導向上材(42)は、金属またはカーボンを含んでいてもよい。
【０００９】
また、請求項６のように、前記最上導体層(11)の各前記導体パターン(111,112,113,114,115,116) と、前記最上導体層(11)の各前記導体パターン(111,112,113,114,115,116) にそれぞれ対応する放熱パターン(141,142,143,144,145,146) とが、複数の前記放熱ビア(61)を介して接続されていてもよい。
また、請求項７のように、前記半導体素子(51,52,53,54,55,56) は、スイッチング素子のベアチップであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、それぞれ半導体素子が実装される最上導体層の導体パターンから、各別の放熱ビアを介して、最下導体層のそれぞれ対応する放熱パターンに熱を効率的に逃がすことができる。しかも、最下導体層の各放熱パターンの面積が、最上導体層のそれぞれ対応する導体パターンのそれぞれ対応する半導体素子の面積以上としてあるので、下記の利点がある。すなわち、本多層回路基板が絶縁樹脂層を介して放熱板（例えばアルミニウム板等の金属板）によって支持される場合に、最下導体層の放熱パターンから前記放熱板側へ効率良く熱を逃がすことができる。したがって、多層回路基板全体としての放熱性が向上する。
【００１１】
また、請求項２の発明によれば、放熱パターンが樹脂層を介して放熱板に接続されているので、多層回路基板全体としての放熱効果を高くすることができる。
また、請求項３の発明によれば、放熱パターンを放熱板に接続する樹脂層に、熱伝導向上材が添加されているので、樹脂層の熱伝導性を向上することより、放熱効果を高くすることができる。
【００１２】
また、請求項４の発明によれば、樹脂層に添加する熱伝導向上材として絶縁性セラミックスを用いることにより、樹脂層として絶縁性を維持しつつ熱伝導性を高めて放熱効果を高くすることができる。
また、請求項５の発明によれば、樹脂層に添加する熱伝導向上材として金属またはカーボンを用いることにより、樹脂層の熱伝導性を向上することができるので、放熱効果を高くすることができる。ただし、通例、金属およびカーボンは導電性を有するので、母材の絶縁抵抗を下げない範囲の添加率で添加されることが好ましい。これにより、樹脂層として絶縁性を維持しつつで熱伝導性を高めて放熱効果を高くすることができる。
【００１３】
また、請求項６の発明によれば、最上導体層の各導体パターンと、各導体パターンにそれぞれ対応する放熱パターンとが複数の放熱ビアを介して接続されているので、各導体パターンから対応する放熱パターンへの熱伝導性を格段に高くすることができ、ひいては、全体としての放熱効果を格段に高くすることができる。
また、請求項７の発明によれば、半導体素子がスイッチング素子のベアチップであるので、スイッチング素子の高温化を防止することができ、例えば電動モータを安定して駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る多層回路基板の概略断面図であり、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図に相当する。
【図２】前記多層回路基板の概略平面図である。
【図３】前記多層回路基板の最下導体層としての第４の導体層の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の一実施の形態の多層回路基板の断面図である。図１に示すように、多層回路基板１は、基板本体２と、例えばアルミニウム板からなる放熱板３とを備えている。基板本体２と放熱板３とが、例えばエポキシ樹脂を主成分とする絶縁性の接着層４を介して接続されている。
【００１６】
基板本体２は、交互に積層された複数の導体層１１〜１４および複数の絶縁層２１〜２３を含む。すなわち、基板本体２は、最上導体層としての第１の導体層１１、第１の絶縁層２１、第２の導体層１２、第２の絶縁層２２、第３の導体層１３、第３の絶縁層２３および最下導体層としての第４の導体層１４が、この順で積層されることにより形成されている。
【００１７】
各導体層１１〜１４は、銅、アルミニウム、ニッケル、銀、チタン、金等の金属、またはそれらの金属の合金で形成されていてもよいし、それらの金属の表面、またはそれらの金属の合金の表面に、ニッケルメッキまたはニッケル／金メッキが施されたもので形成されていてもよい。各絶縁層２１〜２４は、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂の合成物で形成されていてもよい。
【００１８】
接着層４は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂を含む母材４１に、熱伝導性を高めるために熱伝導向上材４２を添加して構成されていてもよい。熱伝導向上材４２は、熱伝導率が高い素材の粉体または粒体である。熱伝導向上材４２として、絶縁性セラミックスを用いてもよい。その絶縁性セラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化珪素（ＳｉＯ２）の少なくとも１つを用いてもよい。
【００１９】
熱伝導向上材４２として、絶縁性セラミックスを用いた場合、接着層４として絶縁性を維持しつつ熱伝導性を高めて、多層回路基板１全体としての放熱効果を高くすることができる。
また、熱伝導向上材４２として、金属およびカーボンの少なくとも一方を用いてもよい。通例、金属およびカーボンは導電性を有するので、母材の絶縁抵抗を下げない範囲の添加率で添加されることが好ましい。これにより、接着層４として絶縁性を維持しつつで熱伝導性を高めることができる。また、熱伝導向上材４２として、金属およびカーボンの少なくとも一方と、前記絶縁性セラミックスとを併用してもよい。
【００２０】
図２に示すように、最上導体層としての第１の導体層１１には、第１の導体パターン１１１、第２の導体パターン１１２、第３の導体パターン１１３、第４の導体パターン１１４、第５の導体パターン１１５および第６の導体パターン１１６が含まれている。各導体パターン１１１〜１１６には、それぞれ対応する半導体素子５１〜５６が実装されている。
【００２１】
すなわち、第１の導体パターン１１１に、第１の半導体素子５１が実装されている。第２の導体パターン１１２に、第２の半導体素子５２が実装されている。第３の導体パターン１１２に、第３の半導体素子５３が実装されている。第４の導体パターン１１４に、第４の半導体素子５４が実装されている。第５の導体パターン１１５に、第５の半導体素子５５が実装されている。第６の導体パターン１１６に、第６の半導体素子５６が実装されている。各半導体素子５１〜５６は、例えば電動モータを駆動するためのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子のベアチップであってもよい。
【００２２】
また、模式的平面図である図３に示すように、基板本体２の最下導体層としての第４の導体層１４には、導体パターンとして、第１の放熱パターン１４１、第２の放熱パターン１４２、第３の放熱パターン１４３、第４の放熱パターン１４４、第５の放熱パターン１４５および第６の放熱パターン１４６が含まれている。
図２に示す最上導体層としての第１の導体層１１の各導体パターン１１１〜１１６が、図３に示す最下導体層としての第４の導体層１４の、それぞれ対応する放熱パターン１４１〜１４６に、１対１で接続されている。換言すると、半導体素子５１〜５６のそれぞれが、最下層の第４の導体層１４の、それぞれ対応する放熱パターン１４１〜１４６に、１対１で対応して接続されている。
【００２３】
すなわち、第１の半導体素子５１が、複数の放熱ビア６１を介して第１の放熱パターン１４１に接続されている。第２の半導体素子５２が、複数の放熱ビア６１を介して第２の放熱パターン１４２に接続されている。また、図示していないが、第３半導体素子５３が、複数の放熱ビアを介して第３の放熱パターン１４３に接続されている。第４の半導体素子５４が、複数の放熱ビアを介して第４の放熱パターン１４４に接続されている。第５の半導体素子５５が、複数の放熱ビアを介して第５の放熱パターン１４５に接続されている。第６の半導体素子５６が、複数の放熱ビアを介して第６の放熱パターン１４６に接続されている。  
【００２４】
最上導体層としての第１の導体層１１の各導体パターン１１１〜１１６と、最下導体層としての第４の導体層１４のそれぞれ対応する放熱パターン１４１〜１４６とが、それぞれ複数の放熱ビア６１を介して接続されていることが、最下導体層としての第４の導体層１４の放熱パターン１４１〜１４６への熱伝達を良くするうえで好ましい。
各放熱ビア６１は、サーマルビアホールに、導電性金属材料、例えば銅を充填して構成されている。また、サーマルビアホールに充填される導電性金属材料として、銅に代えて、アルミニウム、ニッケル、銀、チタン、金等の金属、またはそれらの金属の合金が用いられていてもよい。
【００２５】
図３に示すように、各放熱パターン１４１〜１４６の面積は、それぞれ対応する半導体素子５１〜５６の面積以上とされている。すなわち、第１の放熱パターン１４１の面積は、第１の半導体素子５１の面積よりも大きい。第２の放熱パターン１４２の面積は、第２の半導体素子５２の面積よりも大きい。第３の放熱パターン１４３の面積は、第３の半導体素子５３の面積よりも大きい。第４の放熱パターン１４４の面積は、第４の半導体素子５４の面積よりも大きい。第５の放熱パターン１４５の面積は、第５の半導体素子５５の面積よりも大きい。第６の放熱パターン１４６の面積は、第６の半導体素子５６の面積よりも大きい。
【００２６】
また、図３に示すように、半導体素子５１〜５６を最下導体層としての第４の導体層１４に投影した場合、各放熱パターン１４１〜１４６は、それぞれ対応する半導体素子５１〜５６の投影像（図３において、一点鎖線で示されている）を包括する構成となっている。
再び、図１を参照して、最上導体層としての第１の導体層１１の第１の導体パターン１１１は、複数の放熱ビア６１を介して、第４の導体層１４の第１の放熱パターン１４１に接続されている。同様に、第１の導体層１１の第２の導体パターン１１２は、複数の放熱ビア６１を介して、第４の導体層１４の第２の放熱パターン１４２に接続されている。
【００２７】
図１では図示していないが、第１の導体層１１の他の導体パターン１１３〜１１６のそれぞれも、対応する放熱ビア６１を介して、第４の導体層１４のそれぞれ対応する放熱パターン１４３〜１４６に接続されている。放熱ビア６１は、第１の導体層１１の直下の第１の絶縁層２１から、最下導体層としての第４の導体層１４の直上の第３の絶縁層２３までを貫く孔の内面に導体層を形成したものである。図示していないが、前記孔の内面に形成された導体層の内部に樹脂を充填したものであってもよい。
【００２８】
本実施の形態によれば、各半導体素子５１〜５６が実装される最上導体層としての第１の導体層１１の各導体パターン１１１〜１１６から、各別の複数の放熱ビア６１を介して、最下導体層としての第４の導体層１４のそれぞれ対応する放熱パターン１４１〜１４６に熱を効率的に逃がすことができる。
しかも、最下導体層としての第４の導体層１４の各放熱パターン１４１〜１４６の面積が、最上導体層としての第１の導体層１１のそれぞれ対応する半導体素子５１〜５６の面積以上とされている。したがって、最下導体層としての第４の導体層１４の各放熱パターン１４１〜１４６から、高熱伝導率を有する接着層４を介して放熱板３側へ効率良く熱を逃がすことができる。したがって、多層回路基板１全体としての放熱性が向上する。
【００２９】
すなわち、第１〜第６の放熱パターン１４１〜１４６が、絶縁性の樹脂層である接着層４を介して放熱板３に接続されているので、多層回路基板１全体としての放熱効果を高くすることができる。
また、半導体素子５１〜５６がスイッチング素子のベアチップであるので、スイッチング素子の高温化を防止することができ、これらのスイッチング素子を用いて例えば電動モータを安定して駆動することができる。
【００３０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば放熱ビアは、配線ビアの少なくとも一部を兼用していてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…多層回路基板、２…基板本体、３…放熱板、４…接着層、１１…第１の導体層（最上導体層）、１１１１〜１１６…第１〜第６の導体パターン、１２…第２の導体層、１３…第３の導体層、１４…第４の導体層（最下導体層）、１４１〜１４６…第１〜第６の放熱パターン（導体パターン）、２１…第１の絶縁層、２２…第２の絶縁層、２３…第３の絶縁層、４１…母材、４２…熱伝導向上材、５１〜５６…第１〜第６の半導体素子、６１…放熱ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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