(57)【要約】【課題】発熱素子の絶縁と放熱を両立できる電子装置を提供すること。【解決手段】電子装置１００は、回路基板１０と、回路基板１０に実装された発熱素子２０と、発熱素子２０から発せられた熱を放熱する部材であり発熱素子２０の電極に電気的及び機械的に接続された放熱基板３０とを備えて構成されている。放熱基板３０は、積層された複数の樹脂層と、複数の樹脂層の表面に露出して発熱素子２０の電極と接続された対向側導体と、対向側導体とは反対側の表面に露出した反対側導体と、を含んでいる。反対側導体は、第３樹脂層によって対向側導体と電気的に絶縁されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板（１０）と、
前記回路基板に実装され、前記回路基板との対向面の反対面に電極が形成されており、動作することで発熱する発熱素子（２０）と、
前記発熱素子から発せられた熱を放熱する部材であり、前記電極に電気的及び機械的に接続された放熱基板（３０，３０ａ，３０ｂ）と、を備え、
前記放熱基板は、
積層された複数の樹脂層（３１１，３２１，３３１）と、
複数の前記樹脂層における前記発熱素子と対向した表面に露出し、前記電極と接続された対向側導体（３２２）と、
複数の前記樹脂層における前記対向側導体とは反対側の表面に露出した反対側導体（３３２）と、を含み、
前記反対側導体は、複数の前記樹脂層の一部によって前記対向側導体と電気的に絶縁されていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記放熱基板（３０ａ）は、前記回路基板と対向した位置に、前記対向側導体と電気的に接続された接続ランド（３４ａ）を有し、
前記接続ランドは、前記回路基板の配線の一部に、導電性の接続部材（５０）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記回路基板は、複数の前記発熱素子が実装されており、
前記放熱基板（３０ｂ）は、各発熱素子に個別に対向した複数の前記対向側導体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記放熱基板は、
コア層（３１）と、前記コア層の前記発熱素子側に積層された第１ビルドアップ層（３２）と、前記コア層の前記発熱素子とは反対側に積層された第２ビルドアップ層（３３）と、を備えており、
前記コア層は、複数の前記樹脂層のうちの一層である第１樹脂層（３１１）と、前記第１樹脂層の両面に形成された内層導体（３１２）と、前記第１樹脂層を貫通して両内層導体を接続している導体で形成された第１層間接続部（３１３）と、を含み、
前記第１ビルドアップ層は、複数の前記樹脂層のうちの一層である第２樹脂層（３２１）と、両内層導体の一方に対向して前記第２樹脂層の表面に形成された前記対向側導体（３２２）と、前記第２樹脂層に埋設され、前記対向側導体と対向している前記内層導体とを接続している導体で形成された第２層間接続部（３２３）と、を含み、
前記第２ビルドアップ層は、複数の前記樹脂層のうちの一層である第３樹脂層（３３１）と、前記第３樹脂層を介して、両内層導体の他方に対向して配置された前記反対側導体（３３２）と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に発熱素子が実装された電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記電子装置の一例として、特許文献１に開示された電子部品モジュールがある。この電子部品モジュールは、基板と、基板の第１面に設けられた複数の外部端子と、複数の外部端子に囲まれた領域に設けられた半導体チップ（以下、発熱素子）とを備えている。また、電子部品モジュールは、実装基板に実装されている。
【０００３】
実装基板は、自身を貫通する放熱ビアと、放熱ビア上に接続された熱拡散パターンとが設けられている。そして、電子部品モジュールは、発熱素子の背面が熱拡散パターンに接続された状態で実装基板に実装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／２０７８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発熱素子は、背面に電極が形成されているものもある。このような場合、電子部品モジュールが実装基板に実装された電子装置は、発熱素子の電極が熱拡散パターンに接続されることになる。また、電子装置は、実装基板を貫通している放熱ビアに熱拡散パターンが接続されている。よって、電子装置は、発熱素子から発せられた熱を熱拡散パターンから放熱ビアを介して放熱できる。
【０００６】
しかしながら、電子装置は、熱拡散パターンを介して発熱素子の電極と接続された放熱ビアが実装基板を貫通している。このため、電子装置は、発熱素子の電極が外部と絶縁されていない。よって、電子部品モジュールは、発熱素子の放熱と絶縁とが両立されていないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、発熱素子の絶縁と放熱を両立できる電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、
回路基板（１０）と、
回路基板に実装され、回路基板との対向面の反対面に電極が形成されており、動作することで発熱する発熱素子（２０）と、
発熱素子から発せられた熱を放熱する部材であり、電極に電気的及び機械的に接続された放熱基板（３０，３０ａ，３０ｂ）と、を備え、
放熱基板は、
積層された複数の樹脂層（３１１，３２１，３３１）と、
複数の樹脂層における発熱素子と対向した表面に露出し、電極と接続された対向側導体（３２２）と、
複数の樹脂層における対向側導体とは反対側の表面に露出した反対側導体（３３２）と、を含み、
反対側導体は、複数の樹脂層の一部によって対向側導体と電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明は、回路基板と、回路基板に実装された発熱素子と、発熱素子から発せられた熱を放熱する放熱基板とを備えている。放熱基板は、積層された複数の樹脂層と、複数の樹脂層の両面に露出した対向側導体と反対側導体とが設けられている。そして、本発明は、対向側導体が発熱素子の電極と接続され、反対側導体が複数の樹脂層の一部によって対向側導体と電気的に絶縁されている。
【００１０】
このため、本発明は、発熱素子から発せられた熱を対向側導体から樹脂層の一部及び反対側導体を介して放熱できる。更に、本発明は、発熱素子の電極が接続された対向側導体と反対側導体とが樹脂層の一部によって電気的に絶縁されているため、発熱素子の電極を外部と絶縁できる。このように、本発明は、発熱素子の絶縁と放熱を両立できる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施形態における電子装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】実施形態における放熱基板の概略構成を示す断面図である。
【図４】実施形態における回路基板の概略構成を示す断面図である。
【図５】実施形態における発熱素子が実装された放熱基板を示す断面図である。
【図６】変形例１における電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】変形例２における電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】変形例３における電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】変形例３における放熱基板の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、図面を参照しながら、発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
【００１４】
図１に示すように、電子装置１００は、回路基板１０と、回路基板１０に実装された発熱素子２０と、発熱素子２０から発せられた熱を放熱する放熱基板３０と、を備えて構成されている。この電子装置１００は、たとえば自動車に搭載される電子制御装置等に適用される。
【００１５】
回路基板１０は、一面と、一面の反対面とを有しており、一面に発熱素子２０が実装されている。よって、回路基板１０の一面は、実装面と言い換えることができる。また、回路基板１０は、反対面に、発熱素子２０や、その他の回路素子などの電子部品が実装されていてもよい。
【００１６】
回路基板１０は、複数層の絶縁層が積層された絶縁基材１１と配線とが形成されている。絶縁基材１１は、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂やセラミックスなどを主成分とするものを採用できる。
【００１７】
回路基板１０は、配線の一部として、内層配線１２、表層配線１３、ランド１５が形成されている。内層配線１２は、絶縁基材１１を介して積層されている。表層配線１３は、絶縁基材１１に設けられた貫通穴の表面に形成されためっきなどである。ランド１５は、絶縁基材１１の一面及び反対面に形成されている。内層配線１２、表層配線１３、ランド１５は、銅などの金属を主成分とするものを採用できる。
【００１８】
なお、回路基板１０は、貫通穴に埋め込み樹脂１４が埋設されている。また、回路基板１０は、ランド１５の一部が露出するように、ランド１５の縁部を覆っているソルダーレジスト１６が形成されている。
【００１９】
発熱素子２０は、動作することで発熱する回路素子である。発熱素子２０は、例えば、パワートランジスタやＩＧＢＴなどの半導体素子を採用できる。また、発熱素子２０は、回路基板１０との対向面の反対面に電極が形成されている。発熱素子２０は、ベアチップ状態であってもよいし、パッケージ状態であってもよい。
【００２０】
なお、発熱素子２０は、回路基板１０との対向面にも電極が形成されていてもよい。本実施形態では、発熱素子２０の対向面側の電極が、接合材を介して回路基板１０に実装されている例を採用している。詳述すると、発熱素子２０の対向面側の電極が、回路基板１０のランド１５に接合材を介して電気的及び機械的に接続されている。なお、接合材は、はんだや銀ペーストなどの導電性の接合部材を適用できる。
【００２１】
放熱基板３０は、発熱素子２０の電極に電気的及び機械的に接続されている。また、電子装置１００は、図２に示すように、発熱素子２０に対向して放熱基板３０が設けられていればよい。つまり、放熱基板３０は、発熱素子２０上に設けられていればよい。言い換えると、電子装置１００は、回路基板１０の実装面全域に対向して放熱基板３０を設ける必要がない。よって、電子装置１００は、自身の体格を大きくなることを抑制できる。
【００２２】
放熱基板３０は、図３に示すように、コア層３１と、第１ビルドアップ層３２と、第２ビルドアップ層３３とを備えて構成されている。このように、本実施形態では、ビルドアップ基板を放熱基板３０として採用している。
【００２３】
コア層３１は、第１樹脂層３１１と、内層導体３１２と、めっき部３１３とを備えて構成されている。第１樹脂層３１１は、エポキシ樹脂などを主成分として構成された電気絶縁性の樹脂層である。第１樹脂層３１１は、特許請求の範囲における複数の樹脂層のうちの一層である。内層導体３１２は、銅などの金属を主成分として形成されており、第１樹脂層３１１の両面に形成されている。内層導体３１２は、例えば、平板形状を有している。
【００２４】
めっき部３１３は、銅などの金属を主成分として形成されており、第１樹脂層３１１を貫通して両内層導体３１２を接続している。めっき部３１３は、特許請求の範囲における第１層間接続部３１３に相当する。なお、符号３１４は、第１樹脂層３１１の貫通穴に埋設された充填部３１４である。充填部３１４は、埋め込み樹脂部とも言える。
【００２５】
第１ビルドアップ層３２は、第２樹脂層３２１と、対向側導体３２２と、レーザビア３２３とを備えて構成されている。第１ビルドアップ層３２は、コア層３１の発熱素子２０側に積層されている。第２樹脂層３２１は、エポキシ樹脂などを主成分として構成された電気絶縁性の樹脂層である。第２樹脂層３２１は、特許請求の範囲における複数の樹脂層のうちの一層である。
【００２６】
対向側導体３２２は、銅などの金属を主成分として形成されており、二層の内層導体３１２の一方に対向して第２樹脂層３２１の表面に形成されている。対向側導体３２２は、発熱素子２０の電極に電気的及び機械的に接続されている部位である。対向側導体３２２は、例えば、平板形状を有している。また、対向側導体３２２は、発熱素子２０の電極と対向する面が矩形形状を有しており、発熱素子２０の電極における対向側導体３２２との対向面の全域と接続されている。
【００２７】
レーザビア３２３は、銅などの金属を主成分として形成されており、第２樹脂層３２１に埋設されている。そして、レーザビア３２３は、対向側導体３２２と、対向側導体３２２と対向している内層導体３１２とを接続している。なお、レーザビア３２３は、特許請求の範囲における第２層間接続部に相当する。また、レーザビア３２３は、発熱素子２０の電極に対向する領域に集中して複数個設けると、放熱性を向上できるので好ましい。
【００２８】
第２ビルドアップ層３３は、第３樹脂層３３１と、反対側導体３３２とを備えて構成されている。第２ビルドアップ層３３は、コア層３１の発熱素子とは反対側に積層されている。第３樹脂層３３１は、エポキシ樹脂などを主成分として構成された電気絶縁性の樹脂層である。第３樹脂層３３１は、特許請求の範囲における複数の樹脂層のうちの一層である。反対側導体３３２は、第３樹脂層３３１を介して、内層導体３１２の他方に対向して配置されている。反対側導体３３２は、第３樹脂層３３１の外部に露出している。また、反対側導体３３２は、放熱基板３０における主放熱部と言うことができる。反対側導体３３２は、例えば、平板形状を有している。
【００２９】
放熱基板３０は、周知のビルドアップ基板の製造方法によって製造できる。このため、第２樹脂層３２１及び第３樹脂層３３１は、１００μｍ以下の厚みで形成できる。例えば、ビルドアップ層は、６０μｍ程度の厚みで形成できる。
【００３０】
なお、放熱基板３０は、本出願人による特開２０１４−８２４７４号公報に記載された基板１０を採用できる。よって、放熱基板３０の構成及び製造方法に関しては、特開２０１４−８２４７４号公報を参照されたい。
【００３１】
また、放熱基板３０は、本発明の一例に過ぎない。つまり、本発明は、これに限定されない。本発明は、積層された複数の樹脂層と、複数の樹脂層における発熱素子２０と対向した表面に露出し発熱素子２０の電極と接続された対向側導体と、複数の樹脂層における対向側導体とは反対側の表面に露出した反対側導体とを含む放熱基板であれば採用できる。そして、本発明は、放熱基板の反対側導体が、複数の樹脂層の一部によって対向側導体と電気的に絶縁されていれば目的と達成できる。よって、本発明の放熱基板は、ＰＡＬＡＰとして知られる一括熱プレスにて製造された樹脂基板であっても採用できる。なお、ＰＡＬＡＰは登録商標である。
【００３２】
ここで、電子装置１００の製造方法に関して説明する。まず、本製造方法では、図４に示すように、回路基板１０を準備する。回路基板１０は、周知の製造方法で製造できる。次に、本製造方法では、図５に示すように、発熱素子２０を放熱基板３０に実装する。つまり、本製造方法では、発熱素子２０の電極と、放熱基板３０の対向側導体３２２とを電気的及び機械的に接続する。その後、本製造方法は、放熱基板３０が接続された発熱素子２０を回路基板に実装する。これによって、本製造方法は、電子装置１００を製造できる。
【００３３】
以上のように、電子装置１００は、回路基板１０と、回路基板１０に実装された発熱素子２０と、発熱素子２０から発せられた熱を放熱する放熱基板３０とを備えている。放熱基板３０は、積層された複数の樹脂層３１１，３２１，３３１と、複数の樹脂層３１１，３２１，３３１の両面に露出した対向側導体３２２と反対側導体３３２とが設けられている。そして、電子装置１００は、対向側導体３２２が発熱素子２０の電極と接続され、反対側導体３３２が第３樹脂層３３１によって対向側導体３２２と電気的に絶縁されている。
【００３４】
このため、電子装置１００は、発熱素子２０から発せられた熱を対向側導体３２２から第３樹脂層３３１及び反対側導体３３２などを介して放熱できる。更に、電子装置１００は、発熱素子２０の電極が接続された対向側導体３２２と反対側導体３３２とが第３樹脂層３３１によって電気的に絶縁されているため、発熱素子２０の電極を外部と絶縁できる。このように、電子装置１００は、発熱素子２０の絶縁と放熱を両立できる。
【００３５】
言い換えると、電子装置１００は、６０〜１００μｍ程度のビルドアップ層である第３樹脂層３３１で、放熱基板３０における対向側導体３２２に電気的に接続された部位と、反対側導体３３２とを電気的に絶縁できる。よって、電子装置１００は、発熱素子２０から放熱基板３０における対向側導体３２２に電気的に接続された部位に伝達された熱を、反対側導体３３２に熱伝達しやすい。このため、電子装置１００は、発熱素子２０の絶縁と放熱を両立できる。
【００３６】
更に、電子装置１００は、放熱基板３０を備えているため、回路基板１０に放熱経路を設ける必要がない。この場合、電子装置１００は、放熱経路を確保するために、回路基板１０における配線の引き回しを変更する必要がない。つまり、回路基板１０は、放熱経路を考慮した配線の引き回しとする必要がない。よって、電子装置１００は、回路基板１０に放熱経路が設けられた場合よりもコストを抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本発明の変形例１〜３に関して説明する。上述の実施形態及び変形例１〜３は、夫々単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。
【００３８】
（変形例１）
変形例１の電子装置１１０は、図６に示すように、モールド樹脂４０が形成されている点が電子装置１００と異なる。
【００３９】
電子装置１１０は、回路基板１０の実装面にモールド樹脂４０が設けられている。モールド樹脂４０は、回路基板１０の実装面と、発熱素子２０と、放熱基板３０の一部とに密着した状態で、これらを封止している。言い換えると、モールド樹脂４０は、回路基板１０の実装面と、発熱素子２０と、放熱基板３０の一部を覆っている。また、モールド樹脂４０は、放熱基板３０の反対側導体３３２が露出した状態で、回路基板１０の実装面などを封止している。更に、モールド樹脂４０は、回路基板１０と発熱素子２０との接合部や、発熱素子２０と放熱基板３０との接合部などにも密着して封止している。
【００４０】
電子装置１１０は、電子装置１００と同様の効果を奏することができる。更に、電子装置１１０は、モールド樹脂４０を備えているため、発熱素子２０などを保護できると共に、電子装置１００よりも、回路基板１０と発熱素子２０との接合部や発熱素子２０と放熱基板３０との接合部の寿命を延ばすことができる。なお、モールド樹脂４０は、後程説明する変形例２の電子装置１２０、変形例３の電子装置１３０に設けることもできる。
【００４１】
（変形例２）
変形例２の電子装置１２０は、図７に示すように、放熱基板３０ａの構成、及び放熱基板３０ａと回路基板１０の接続構造が電子装置１００と異なる。
【００４２】
放熱基板３０ａは、回路基板１０と対向した位置に、対向側導体３２２と電気的に接続された接続ランド３４ａを有している。接続ランド３４ａは、例えば、内層導体３１２やレーザビア３２３を介して、対向側導体３２２と電気的に接続されている。
【００４３】
放熱基板３０ａは、接続ランド３４ａが、回路基板１０の配線の一部であるランド１５に導電性のはんだ５０を介して電気的に接続されている。このように、電子装置１２０は、放熱基板３０ａと回路基板１０とが、接続ランド３４ａ及びはんだ５０を介して接続されている。なお、はんだ５０は、特許請求の範囲における接続部材に相当する。電子装置１２０は、はんだ５０のかわりに、銀ペーストなども採用できる。
【００４４】
また、電子装置１２０は、図７に示すように、ランド１５と、はんだ５０との間にターミナル６０が設けられていてもよい。つまり、電子装置１２０は、はんだ５０の厚みを厚くすることなく、接続ランド３４ａとランド１５とを接続するために、ターミナル６０を備えていてもよい。言い換えると、電子装置１２０は、はんだ５０によって接続ランド３４ａとランド１５とを確実に接続できるように、ターミナル６０を備えている。よって、ターミナル６０の厚みは、発熱素子２０の厚みから、はんだ５０の厚みを引いた程度の厚みである。これによって、電子装置１２０は、はんだ５０の厚みを抑えつつ、はんだ５０によって接続ランド３４ａとランド１５とを機械的に接続できる。
【００４５】
電子装置１２０は、電子装置１００と同様の効果を奏することができる。更に、電子装置１２０は、発熱素子２０の電極と、電子装置１２０の外部機器とを電気的に接続するための取り出し部を回路基板１０に形成できる。
【００４６】
（変形例３）
変形例３の電子装置１３０は、図８に示すように、放熱基板３０ｂの構成、及び放熱基板３０ｂと回路基板１０の接続構造が電子装置１００と異なる。
【００４７】
回路基板１０は、複数の発熱素子２０が実装されている。これに対して、放熱基板３０ｂは、各発熱素子２０に個別に対向した複数の対向側導体３２２が設けられている。なお、各対向側導体３２２は、図９に示すように、第１樹脂層３１１、第２樹脂層３２１、第３樹脂層３３１によって互いに絶縁されている。
【００４８】
一方、反対側導体３３２は、第３樹脂層３３１によって、各対向側導体３２２と電気的に絶縁されている。このため、反対側導体３３２は、複数の発熱素子２０に対して一つ設けられていればよい。つまり、反対側導体３３２は、複数の対向側導体３２２の反対側導体３３２への投影領域の全域をカバーするように設けられている。
【００４９】
電子装置１３０は、電子装置１００と同様の効果を奏することができる。更に、電子装置１３０は、複数の発熱素子２０を互いに絶縁しつつ、一括で放熱することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  回路基板、１１  樹脂基材、１２  内層配線、１３  表層配線、１４  埋め込み樹脂、１５  ランド、１６ソルダーレジスト、２０  発熱素子、３０  放熱基板、３１  コア層、３１１  第１樹脂層、３１２  内層導体、３１３  めっき部、３１４  充填部、３２  第１ビルドアップ層、３２１  第２樹脂層、３２２  対向側導体、３２３  レーザビア、３３  第２ビルドアップ層、３３１  第３樹脂層、３３２  反対側導体、１００〜１３０  電子装置
【図１】
2016171202.tif 000003
【図２】
2016171202.tif 000004
【図３】
2016171202.tif 000005
【図４】
2016171202.tif 000006
【図５】
2016171202.tif 000007
【図６】
2016171202.tif 000008
【図７】
2016171202.tif 000009
【図８】
2016171202.tif 000010
【図９】
2016171202.tif 000011