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特開2021-197509電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-197509(P2021-197509A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/36 20060101AFI20211129BHJP
   H01L 25/00 20060101ALI20211129BHJP
   H01L 23/12 20060101ALI20211129BHJP
【FI】
   H01L23/36 C
   H01L25/00 B
   H01L23/12 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2020-104607(P2020-104607)
(22)【出願日】2020年6月17日
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】TDK株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115738
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲頭 光宏
(74)【代理人】
【識別番号】100121681
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 和文
(72)【発明者】
【氏名】杉岡 照康
【テーマコード(参考)】
5F136
【Fターム(参考)】
5F136BB01
5F136DA41
5F136EA13
(57)【要約】
【課題】能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板において、基板上に搭載されたインダクタなどの受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱する。
【解決手段】電子部品内蔵基板1は、表面2aに電極パターンP1〜P3が形成された基板2と、基板2に埋め込まれ、出力端子が電極パターンP1に接続された能動電子部品と、基板2の表面2aに搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ電極パターンP1,P2に接続された受動電子部品と、電極パターンP1,P3と接する絶縁性放熱部材8とを備える。これにより、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱が電極パターンP3を介して放熱される。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に第1乃至第3の電極パターンが形成された基板と、
前記基板に埋め込まれ、出力端子が前記第1の電極パターンに接続された能動電子部品と、
前記基板の前記表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ前記第1及び第2の電極パターンに接続された受動電子部品と、
前記第1及び第3の電極パターンと接する絶縁性放熱部材と、を備えることを特徴とする電子部品内蔵基板。
【請求項2】
前記第3の電極パターンは、前記第1の電極パターンと前記第2の電極パターンの間に位置し、これにより少なくとも一部が前記受動電子部品で覆われることを特徴とする請求項1に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項3】
前記絶縁性放熱部材は、前記第1及び第3の電極パターンのうち前記受動電子部品と重ならない位置に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項4】
前記絶縁性放熱部材は、前記第1及び第3の電極パターンのうち前記受動電子部品と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項5】
前記基板の前記表面とは反対側に位置する裏面に形成された複数の外部端子をさらに備え、
前記第2の電極パターンは、前記複数の外部端子に含まれる第1の外部端子に接続され、
前記第1の電極パターンは、前記複数の外部端子のいずれにも接続されないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項6】
前記第3の電極パターンは、前記複数の外部端子に含まれる第2の外部端子に接続されることを特徴とする請求項5に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項7】
前記第2の外部端子は、グランド端子であることを特徴とする請求項6に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項8】
前記能動電子部品は電源用半導体ICであり、前記受動電子部品はインダクタであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電子部品内蔵基板。
【請求項9】
放熱パターンを有するマザーボードと、
前記マザーボードに搭載された電子部品内蔵基板と、
絶縁性放熱部材と、を備え、
前記電子部品内蔵基板は、
表面に第1及び第2の電極パターンが形成された基板と、
前記基板に埋め込まれ、出力端子が前記第1の電極パターンに接続された能動電子部品と、
前記基板の前記表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ前記第1及び第2の電極パターンに接続された受動電子部品と、を備え、
前記絶縁性放熱部材は、前記放熱パターン及び前記第1の電極パターンと接することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器に関し、特に、能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板及びこれを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ICなどの能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板としては、特許文献1に記載された電子部品内蔵基板が知られている。特許文献1に記載された電子部品内蔵基板は、基板の表面に放熱パターンを設けることにより、基板に埋め込まれた半導体ICから発生する熱をインダクタに伝達している。これにより、インダクタがヒートシンクとして機能することから、半導体ICの放熱性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010−129877号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、電源モジュールなどの電子部品内蔵基板においては、インダクタに大きな電流が流れるため、インダクタ自体の発熱も大きい。このため、この種の電子部品内蔵基板においては、インダクタから発生する熱を効率よく放熱する必要があった。
【0005】
したがって、本発明は、能動電子部品が埋め込まれた電子部品内蔵基板において、基板上に搭載されたインダクタなどの受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱することを目的とする。また、本発明は、このような電子部品内蔵基板を備える電子機器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】
【0006】
本発明による電子部品内蔵基板は、表面に第1乃至第3の電極パターンが形成された基板と、基板に埋め込まれ、出力端子が第1の電極パターンに接続された能動電子部品と、基板の表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ第1及び第2の電極パターンに接続された受動電子部品と、第1及び第3の電極パターンと接する絶縁性放熱部材とを備えることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱を第3の電極パターンを介して放熱することが可能となる。
【0008】
本発明において、第3の電極パターンは、第1の電極パターンと第2の電極パターンの間に位置し、これにより少なくとも一部が受動電子部品で覆われていても構わない。これによれば、第3の電極パターンを設けることによる基板サイズの増大が生じない。この場合、絶縁性放熱部材は、第1及び第3の電極パターンのうち受動電子部品と重ならない位置に設けられていても構わないし、第1及び第3の電極パターンのうち受動電子部品と重なる位置に設けられていても構わない。
【0009】
本発明による電子部品内蔵基板は、基板の表面とは反対側に位置する裏面に形成された複数の外部端子をさらに備え、第2の電極パターンは、複数の外部端子に含まれる第1の外部端子に接続され、第1の電極パターンは、複数の外部端子のいずれにも接続されないものであっても構わない。このような場合、第1の電極パターンは外部端子への直接的な放熱経路を持たないことから高温になりやすいが、上記の構成によれば、第3の電極パターンを介して放熱することが可能となる。この場合、第3の電極パターンは、複数の外部端子に含まれる第2の外部端子に接続されていても構わない。これによれば、第1の電極パターンの熱を第2の外部端子から放熱することが可能となる。さらにこの場合、第2の外部端子はグランド端子であっても構わない。これによれば、第1の電極パターンの熱をより効率的に放熱することが可能となる。
【0010】
本発明において、能動電子部品は電源用半導体ICであり、受動電子部品はインダクタであっても構わない。これによれば、インダクタに流れる大電流によって発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。
【0011】
本発明による電子機器は、放熱パターンを有するマザーボードと、マザーボードに搭載された電子部品内蔵基板と、絶縁性放熱部材とを備え、電子部品内蔵基板は、表面に第1及び第2の電極パターンが形成された基板と、基板に埋め込まれ、出力端子が第1の電極パターンに接続された能動電子部品と、基板の表面に搭載され、入力端子及び出力端子がそれぞれ第1及び第2の電極パターンに接続された受動電子部品とを備え、絶縁性放熱部材は、放熱パターン及び第1の電極パターンと接することを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、能動電子部品及び受動電子部品から発生する熱をマザーボード上の放熱パターンに放熱することが可能となる。
【発明の効果】
【0013】
このように、本発明によれば、基板に埋め込まれた能動電子部品及び基板の表面に搭載された受動電子部品から発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1図1は、本発明の第1の実施形態による電子部品内蔵基板1の外観を示す略斜視図である。
図2図2は、電子部品内蔵基板1の模式的な断面図である。
図3図3は、電子部品内蔵基板1の回路図である。
図4図4は、基板2の表面2aを示す略平面図である。
図5図5は、変形例による基板2の表面2aを示す略平面図である。
図6図6は、本発明の第2の実施形態による電子機器40の主要部を示す模式的な平面図である。
図7図7は、図6に示すA−A線に沿った模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【0016】
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態による電子部品内蔵基板1の外観を示す略斜視図である。また、図2は、電子部品内蔵基板1の模式的な断面図である。
【0017】
第1の実施形態による電子部品内蔵基板1はDCDCコンバータをモジュール化した電源モジュールであり、図1及び図2に示すように、基板2と、基板2の表面2aに搭載されたキャパシタ3及びインダクタ10と、基板2に埋め込まれた電源用半導体IC4とを備えている。基板2の内部には、複数の導体層5と、上下の導体層5を相互に接続するビア導体6が設けられている。インダクタ10は、一対の端子電極11,12を有している。端子電極11,12は、ハンダ7を介して、基板2の表面2a上に設けられた電極パターンP1,P2にそれぞれ接続されている。電極パターンP1は、導体層5及びビア導体6を介して、電源用半導体IC4の出力端子OUTに接続されている。電極パターンP2は、導体層5及びビア導体6を介して、基板2の裏面2bに形成された外部端子E1に接続されている。
【0018】
電源用半導体IC4は、グランド端子VSSをさらに備えている。グランド端子VSSは、導体層5及びビア導体6を介して、基板2の表面2a上に設けられた電極パターンP3に接続されるとともに、基板2の裏面2bに形成された外部端子E2に接続されている。その他、基板2の裏面2bには、外部端子E3も設けられている。
【0019】
さらに、基板2の表面2aには絶縁性放熱部材8が搭載されている。絶縁性放熱部材8の詳細については後述する。
【0020】
図3は、本実施形態による電子部品内蔵基板1の回路図である。
【0021】
図3に示すように、電源用半導体IC4は、入力端子IN、出力端子OUT、グランド端子VSS、フィードバック端子FB及び制御端子ENを有しており、スイッチング動作によって、外部端子E3を介して入力端子INに供給される直流入力電圧Vinから三角波を生成し、これを出力端子OUTから出力する。出力端子OUTと外部端子E1の間にはインダクタ10が接続されるとともに、外部端子E1と外部端子E2の間にはキャパシタ3が接続される。これにより、出力端子OUTから出力される三角波が平滑化され、直流入力電圧Vinとは電圧レベルの異なる直流出力電圧Voutが生成される。キャパシタ3は、外部端子E2と外部端子E3の間にも接続されている。
【0022】
直流出力電圧Voutはフィードバック端子FBにフィードバックされ、これにより電源用半導体IC4は、直流出力電圧Voutが所定のレベルに保たれるよう、スイッチング動作を制御する。また、電源用半導体IC4の制御端子ENには、外部端子E4を介して制御信号が供給される。制御信号は、例えば、電源用半導体IC4の活性/非活性を選択するチップイネーブル信号や、電源用半導体IC4の動作モードを選択するモード信号である。
【0023】
インダクタ10の端子電極11は、電極パターンP1を介して電源用半導体IC4の出力端子OUTに接続される。また、インダクタ10の端子電極12は、電極パターンP2を介して外部端子E1に接続される。インダクタ10の端子電極11,12が方向性を有している必要はないが、上記のように接続されることにより、端子電極11から端子電極12に電流が流れる。つまり、端子電極11が入力端子を構成し、端子電極12が出力端子を構成する。
【0024】
図3には、絶縁性放熱部材8についても模式的に示されている。図3に示すように、絶縁性放熱部材8は、電極パターンP1と電極パターンP3を熱的に接続するものである。
【0025】
図4は、基板2の表面2aを示す略平面図である。
【0026】
図4に示すように、基板2の表面2aには、電極パターンP0〜P3と、ソルダーレジストSRが設けられている。電極パターンP0〜P3は、最上層に位置する導体層5によって構成され、その一部がソルダーレジストSRによって覆われている。電極パターンP0は、キャパシタ3に接続されるランドパターンである。
【0027】
電極パターンP1は、電源用半導体IC4の出力端子OUT及びインダクタ10の端子電極11に接続される導体パターンであり、いずれの外部端子にも直接接続されることがない。しかも、電極パターンP1には、電源用半導体IC4から発生する熱とインダクタ10から発生する熱の両方が加わることから、最も高温になりやすい導体パターンである。図4に示すように、電極パターンP1は、露出領域31,32を除いて大部分がソルダーレジストSRで覆われている。露出領域31は、インダクタ10の端子電極11に接続されるランドパターンである。
【0028】
電極パターンP2は、インダクタ10の端子電極12及び外部端子E1に接続される導体パターンである。電極パターンP2に加わる熱は、外部端子E1を介して放熱されるため、電極パターンP2は比較的放熱性が高い。図4に示すように、電極パターンP2は、露出領域33を除いて大部分がソルダーレジストSRで覆われている。露出領域34は、インダクタ10の端子電極12に接続されるランドパターンである。
【0029】
電極パターンP3は、外部端子E2に接続される導体パターンであり、平面視で電極パターンP1と電極パターンP2の間に位置する。このため、電極パターンP3の大部分はインダクタ10で覆われる。外部端子E2は、外部からグランド電位GNDが供給されるグランド端子である。外部端子E2は、基板2の裏面2bに多数設けられる。また、基板2の内部に設けられる導体層5の多くは、外部端子E2に接続されるグランドパターンである。このため、電極パターンP3は非常に放熱性が高い。図4に示すように、電極パターンP3は、露出領域34を除いて大部分がソルダーレジストSRで覆われている。
【0030】
そして、本実施形態による電子部品内蔵基板1は、電極パターンP1の露出領域32と、電極パターンP3の露出領域34の両方と接する絶縁性放熱部材8を備えている。絶縁性放熱部材8は、熱伝導性の高い絶縁材料からなり、露出領域32,34の両方と接することにより、両者間の絶縁性を確保しつつ、電極パターンP1の熱を電極パターンP3に伝達する役割を果たす。絶縁性放熱部材8の具体的な材料については、十分な絶縁性を有し、且つ、基板2の熱伝導率よりも高い材料であれば特に限定されないが、熱伝導率が1〜50W/m・Kであり、導電性が1×10〜1016Ω・cmである材料を選択することが好ましい。
【0031】
このように、本実施形態による電子部品内蔵基板1は、電極パターンP1,P3に露出領域32,34を設け、これらと接するよう絶縁性放熱部材8を配置している。これにより、電源用半導体IC4とインダクタ10の両方からの熱を受け、且つ、いずれの外部端子にも直接接続されない電極パターンP1の放熱性を高めることが可能となる。しかも、電極パターンP3を電極パターンP1と電極パターンP2の間に配置していることから、インダクタ10で覆われる領域が放熱ルートとして有効活用されるばかりでなく、電極パターンP3を設けることによる基板2の面積増加も生じない。
【0032】
さらに、図4に示す例では、絶縁性放熱部材8をインダクタ10と重ならない位置に設けていることから、インダクタ10を実装した後に絶縁性放熱部材8を実装することができる。これにより、インダクタ10の実装プロセスにおいて、インダクタ10と絶縁性放熱部材8の干渉を防止することが可能となる。
【0033】
尚、図4に示す例では、露出領域32,34がインダクタ10の搭載領域の両側に存在しているが、一方側のみに存在しても構わない。
【0034】
図5は、変形例による基板2の表面2aを示す略平面図である。
【0035】
図5に示す例では、電極パターンP1が平面視で凸形状を有しており、凸形状部の先端が露出領域35を構成しているとともに、電極パターンP3が平面視で凹形状を有しており、凹形状部の周囲が露出領域36を構成している。凸型の露出領域35は、凹型の露出領域36で囲まれる領域に入り込んでいる。そして、露出領域35,36と接するよう、絶縁性放熱部材8が設けられている。図5に示す例では、絶縁性放熱部材8が露出領域32,34〜36と接しているが、絶縁性放熱部材8を露出領域32,34と接する部分と、露出領域35,36と接する部分に分けても構わない。
【0036】
本例によれば、絶縁性放熱部材8がさらに露出領域35,36と接していることから、電極パターンP1の放熱性をよりいっそう高めることが可能となる。しかも、露出領域35,36が平面視で凹凸形状を有していることから、ランドパターンである露出領域31からの距離を十分に確保することが可能となる。但し、絶縁性放熱部材8は、インダクタ10と重なる位置に配置されることから、インダクタ10と干渉しない薄さに設定する必要がある。
【0037】
図5に示す例では、絶縁性放熱部材8が露出領域32,34〜36と接しているが、露出領域35,36と接する部分のみを設けても構わない。この場合には、露出領域32,34と接する絶縁性放熱部材8を設けるためのスペースが不要となることから、基板2のサイズをより縮小することができる。
【0038】
<第2の実施形態>
図6は、本発明の第2の実施形態による電子機器40の主要部を示す模式的な平面図である。また、図7は、図6に示すA−A線に沿った模式的な断面図である。
【0039】
図6及び図7に示すように、本実施形態による電子機器40は、マザーボード41と、マザーボード41に搭載された電子部品内蔵基板1とを備える。電子部品内蔵基板1の基本的な構成は第1の実施形態において説明したとおりである。
【0040】
マザーボード41の表面には、グランドパターンなどからなる放熱パターン42が設けられている。そして、絶縁性放熱部材8は、露出領域32,34のみならずマザーボード41上の放熱パターン42にも接している。これにより、電極パターンP1の熱は、絶縁性放熱部材8を介してマザーボード41上の放熱パターン42に直接放熱されることから、より高い放熱特性を得ることが可能となる。しかも、電子部品内蔵基板1とマザーボード41が絶縁性放熱部材8によって固定されることから、製品の信頼性も高められる。
【0041】
図6及び図7に示す例では、絶縁性放熱部材8が電極パターンP3にも接しているが、この点は必須でなく、絶縁性放熱部材8が電極パターンP1と放熱パターン42の両方と接していれば足りる。
【0042】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【0043】
例えば、上記各実施形態においては、能動電子部品が電源用半導体IC4であり、受動電子部品がインダクタ10である場合を例に説明したが、本発明において能動電子部品及び受動電子部品の種類がこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0044】
1 電子部品内蔵基板
2 基板
2a 基板の表面
2b 基板の裏面
3 キャパシタ
4 電源用半導体IC
5 導体層
6 ビア導体
7 ハンダ
8 絶縁性放熱部材
10 インダクタ
11 端子電極(入力端子)
12 端子電極(出力端子)
31〜36 露出領域
40 電子機器
41 マザーボード
42 放熱パターン
E1〜E4 外部端子
P0〜P3 電極パターン
SR ソルダーレジスト
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7