特許 5812086 電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5812086

(24)【登録日】2015年10月2日

(45)【発行日】2015年11月11日

(54)【発明の名称】電子機器

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20151022BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20151022BHJP

   H01L 23/34 20060101ALI20151022BHJP

【ＦＩ】

   H05K1/02 F

   H05K1/02 N

   H05K1/02 J

   H05K7/20 C

   H01L23/34 A

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-269561(P2013-269561)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-126108(P2015-126108A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2014年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 公教

【審査官】 吉澤 秀明

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１５０２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６３１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３０６８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／３４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０５Ｋ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

グランドに接続される放熱部材と、
前記放熱部材に対してボルトにより締結されるとともに電子部品が搭載される基板と、を有する電子機器であって、
前記基板は、
前記電子部品に電気的に接続される第１配線パターンと、
前記電子部品に電気的に接続される第２配線パターンと、
前記第１配線パターンと前記第２配線パターンとを絶縁する絶縁層と、
前記絶縁層の内側に埋設され、前記電子部品と熱的に結合される金属層と、
前記ボルトが通過可能な貫通孔と、を有し、
前記貫通孔の内側には導電性を有する熱伝達部が設けられており、
前記金属層は、前記基板の厚さ方向において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔に向けて延びて前記熱伝達部と連結されており、前記熱伝達部と前記放熱部材とが接触しており、
前記基板において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔までの範囲内は前記第１配線パターンと前記金属層との間に前記絶縁層が介在されて絶縁されており、
前記基板において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔までの範囲内は前記第２配線パターンと前記金属層との間に前記絶縁層が介在されて絶縁されていることを特徴とする電子機器。

【請求項2】

前記熱伝達部は、少なくとも前記貫通孔の内周面に金属メッキが施されることにより形成される金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記第１配線パターンは、前記電子部品のプラス電極と電気的に接続され、
前記第２配線パターンは、前記電子部品のグランド電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器は、例えば、グランドに接続される放熱部材である筐体と、筐体に対してボルトにより締結されるとともに電子部品が搭載される基板とを有している。基板は、電子部品のプラス電極と電気的に接続される第１配線パターンと、電子部品のグランド電極と電気的に接続される第２配線パターンと、第１配線パターンと第２配線パターンとを絶縁する絶縁層とを有する。ここで、筐体はグランド電位であるため、第１配線パターンを筐体に接触させて、電子部品から発せられてプラス電極及び第１配線パターンに伝達された熱を、筐体に伝達させて放熱することができない。

【0003】

そこで、特許文献１では、図３に示すように、多層基板１００（基板）の厚さ方向において、発熱電子素子１０１（電子部品）の放熱用電極１０１ａ（プラス電極）に電気的に接続されている表面導体層１０２（第１配線パターン）と重なるように絶縁部材１０３（絶縁層）の内層に内層側伝熱導体１０４が設けられている。すなわち、表面導体層１０２と内層側伝熱導体１０４との間には、絶縁部材１０３が介在されており、表面導体層１０２と内層側伝熱導体１０４とは絶縁部材１０３により絶縁されている。

【0004】

さらに、多層基板１００の一面におけるボルト１０５の周辺には、筐体１０６に電気的に接続される接地導体１０７が設けられている。筐体１０６と接地導体１０７との接触は、ボルト１０５によって多層基板１００と筐体１０６とが締結されることにより確保されている。さらに、多層基板１００において、接地導体１０７と内層側伝熱導体１０４との間にはビア１０８が形成されており、接地導体１０７と内層側伝熱導体１０４とがビア１０８を介して電気的に接続されている。そして、発熱電子素子１０１から発せられて放熱用電極１０１ａ及び表面導体層１０２に伝達される熱は、絶縁部材１０３、内層側伝熱導体１０４、ビア１０８及び接地導体１０７を介して筐体１０６に伝達され、筐体１０６により放熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１３０６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１のように、多層基板１００にビア１０８を形成すると、多層基板１００において、ビア１０８が形成された周辺の部位は、その他の部位に比べて強度が低下する。このため、多層基板１００を筐体１０６に対してボルト１０５で締結する構成において、ボルト１０５の周辺にビア１０８が形成されていると、ボルト１０５の締結に伴う軸力によって、多層基板１００の変形が生じる虞がある。

【0007】

そこで、多層基板１００において、ボルト１０５の締結時の軸力が及ばない位置にビア１０８を形成することが考えられる。しかし、ボルト１０５の締結時の軸力が及ばない位置にビア１０８を形成すると、接地導体１０７をビア１０８の形成位置まで延ばす必要がある。さらに、表面導体層１０２の配置位置が、接地導体１０７が延びた分だけ、ボルト１０５の周辺から離れた位置となり、発熱電子素子１０１の配置位置も、ボルト１０５の周辺から離れた位置に配置されることになる。その結果、多層基板１００が大型化するとともに、発熱電子素子１０１から筐体１０６までの熱伝達経路も長くなって発熱電子素子１０１から発せられる熱の放熱効率が悪化する。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、基板が大型化することなく、電子部品から発せられる熱を効率良く放熱することができる電子機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決する電子機器は、グランドに接続される放熱部材と、前記放熱部材に対してボルトにより締結されるとともに電子部品が搭載される基板と、を有する電子機器であって、前記基板は、前記電子部品に電気的に接続される第１配線パターンと、前記電子部品に電気的に接続される第２配線パターンと、前記第１配線パターンと前記第２配線パターンとを絶縁する絶縁層と、前記絶縁層の内側に埋設され、前記電子部品と熱的に結合される金属層と、前記ボルトが通過可能な貫通孔と、を有し、前記貫通孔の内側には導電性を有する熱伝達部が設けられており、前記金属層は、前記基板の厚さ方向において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔に向けて延びて前記熱伝達部と連結されており、前記熱伝達部と前記放熱部材とが接触しており、前記基板において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔までの範囲内は前記第１配線パターンと前記金属層との間に前記絶縁層が介在されて絶縁されており、前記基板において前記電子部品と重なる位置から前記貫通孔までの範囲内は前記第２配線パターンと前記金属層との間に前記絶縁層が介在されて絶縁されている。

【0010】

これによれば、電子部品から発せられる熱が、金属層及び熱伝達部を介して放熱部材に伝達され、放熱部材により放熱される。よって、ボルトが通過可能な貫通孔の内側に設けられた熱伝達部を熱伝達経路として利用しているため、電子部品から発せられる熱を放熱するために、基板にビアを形成する必要が無い。したがって、基板にビアを形成して電子部品から発せられる熱を放熱する構成に比べると、基板が大型化することなく、電子部品から発せられる熱を効率良く放熱することができる。

【0011】

上記電子機器において、前記熱伝達部は、少なくとも前記貫通孔の内周面に金属メッキが施されることにより形成される金属膜であることが好ましい。これによれば、例えば、貫通孔の内側に、熱伝達部として、導電性を有する筒部材を配置する場合に比べると、熱伝達経路を確保し易くすることができる。

【0012】

上記電子機器において、前記第１配線パターンは、前記電子部品のプラス電極と電気的に接続され、前記第２配線パターンは、前記電子部品のグランド電極と電気的に接続されていることが好ましい。

【0013】

金属層はグランド電位であるため、例えば、第１配線パターンを金属層に接触させて、プラス電極及び第１配線パターンに伝達した熱を、金属層に伝達させることはできない。しかし、第１配線パターンと金属層との間に絶縁層が介在されているため、第１配線パターンと金属層とを絶縁層により絶縁した状態で、電子部品から発せられてプラス電極及び第１配線パターンに伝達された熱を、絶縁層、金属層及び熱伝達部を介して放熱部材に伝達させて、放熱部材により放熱することができる。

【発明の効果】

【0014】

この発明によれば、基板が大型化することなく、電子部品から発せられる熱を効率良く放熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態における電子機器を示す断面図。

【図2】別の実施形態における電子機器を示す断面図。

【図3】従来例における電子機器を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、電子機器を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１に示すように、電子機器１０は、グランドに接続される放熱部材としての筐体１１と、筐体１１に対してボルト１２により締結されるとともに電子部品１３が搭載される基板としての制御基板２０とを有する。筐体１１は、アルミニウムにより形成されるとともに、一面が開口された有底筒状の基部１１ａと、基部１１ａの開口を塞ぐ蓋部１１ｂとから構成されている。基部１１ａの内底面には、ボルト１２がねじ込まれるボス部１１ｆが突設されている。制御基板２０は、筐体１１の内部に収容されている。

【0017】

また、電子機器１０は、制御基板２０とは種類（構造）が異なる厚銅基板であるパワー基板４０を備えている。パワー基板４０は、パワー素子４０ａが搭載される第１金属板４１と、第１金属板４１の一部の上面に積層される絶縁基板４３と、絶縁基板４３の上面に積層される第２金属板４２とからなる。

【0018】

第１金属板４１は、基部１１ａと接触しており、基部１１ａと熱的に結合されている。第１金属板４１は、厚さ０．５ｍｍの平板状の銅板からなるとともに、所定の形状にパターニングされている。また、第１金属板４１は、その一部が折り曲げられている。第２金属板４２は厚さ０．５ｍｍの平板状の銅板からなるとともに、所定の形状にパターニングされている。そして、第１金属板４１及び第２金属板４２は、大電流（例えば１２０Ａ）に対応可能な回路パターンを構成している。絶縁基板４３は、第１金属板４１と第２金属板４２とを絶縁している。

【0019】

基部１１ａの底部の内部には、冷却媒体としての流体（例えば水）が通過する流体経路１１ｃが形成されている。基部１１ａは、制御基板２０及びパワー基板４０等から基部１１ａに伝達される熱を、流体経路１１ｃを通過する流体により奪うことで放熱する。

【0020】

制御基板２０は、電子部品１３のプラス電極１３ａと電気的に接続される第１配線パターン２１と、電子部品１３のグランド電極１３ｂと電気的に接続される第２配線パターン２２と、第１配線パターン２１と第２配線パターン２２とを絶縁する絶縁層２３とを有する。第１配線パターン２１及び第２配線パターン２２は、厚さ７０μｍ〜１０５μｍのシート状の銅箔からなるとともに、所定の形状にパターニングされている。第１配線パターン２１及び第２配線パターン２２は、絶縁層２３の表面（一面）に設けられている。絶縁層２３は、厚さ１．６ｍｍの板状のガラスエポキシ樹脂からなる。

【0021】

制御基板２０には、ボルト１２が通過可能な貫通孔３０が形成されている。貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位には、熱伝達部としての金属膜３１が形成されている。金属膜３１は銅からなるとともに、貫通孔３０の内周面に形成される内周部３１ａと、内周部３１ａに連なるとともに絶縁層２３の裏面に露出する裏面部３１ｂと、内周部３１ａに連なるとともに絶縁層２３の表面に露出する表面部３１ｃとから形成されている。

【0022】

金属膜３１は、貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に金属メッキが施されることで形成されている。具体的には、まず、無電解メッキを施して貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位にメッキ層を形成し、その後、メッキ層に対してさらに電解メッキを施すことで金属膜３１が形成される。

【0023】

絶縁層２３の内側には、制御基板２０の厚さ方向において電子部品１３と重なるように金属層２４が埋設されている。よって、第１配線パターン２１と金属層２４との間には、絶縁層２３が介在されており、第１配線パターン２１と金属層２４とは絶縁層２３により絶縁されている。金属層２４は、厚さ７０μｍ〜１０５μｍのシート状の銅箔からなる。金属層２４は、絶縁層２３を介して第１配線パターン２１（電子部品１３）と熱的に結合されている。金属層２４は、制御基板２０の厚さ方向において電子部品１３と重なる位置から貫通孔３０に向けて延びており、金属層２４における貫通孔３０側の端部は金属膜３１の内周部３１ａに連結されている。よって、金属層２４と金属膜３１の内周部３１ａとは電気的に接続されている。

【0024】

電子機器１０において、ボス部１１ｆ上には制御基板２０が載置されるとともに、蓋部１１ｂによって基部１１ａの開口が閉鎖され、ボルト１２がボス部１１ｆにねじ込まれることより、制御基板２０及び蓋部１１ｂが基部１１ａに対して取り付けられている。そして、ボルト１２の締結によって、金属膜３１の裏面部３１ｂと基部１１ａのボス部１１ｆとの接触が確保されるとともに、金属膜３１の表面部３１ｃと蓋部１１ｂとの接触が確保されている。よって、金属膜３１の裏面部３１ｂと基部１１ａのボス部１１ｆとが接触しているとともに、金属膜３１の表面部３１ｃと蓋部１１ｂとが接触している。よって、金属膜３１及び金属層２４はグランド電位である。

【0025】

次に、本実施形態の作用について説明する。
電子部品１３から発せられてプラス電極１３ａ及び第１配線パターン２１に伝達された熱は、絶縁層２３、金属層２４、金属膜３１の内周部３１ａ及び裏面部３１ｂを介して基部１１ａのボス部１１ｆに伝達され、基部１１ａにより放熱される。また、電子部品１３から発せられてプラス電極１３ａ及び第１配線パターン２１に伝達された熱は、絶縁層２３、金属層２４、金属膜３１の内周部３１ａ及び表面部３１ｃを介して蓋部１１ｂに伝達され、蓋部１１ｂにより放熱される。すなわち、金属膜３１を熱伝達経路として、電子部品１３から発せられる熱が放熱される。

【0026】

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に、熱伝達部としての金属膜３１を形成した。そして、金属膜３１と金属層２４とを連結するとともに、金属膜３１と筐体１１とを接触させた。これによれば、電子部品１３から発せられる熱が、金属層２４及び金属膜３１を介して筐体１１に伝達され、筐体１１により放熱される。よって、貫通孔３０の内側、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に設けられた金属膜３１を熱伝達経路として利用しているため、電子部品１３から発せられる熱を放熱するために、制御基板２０にビアを形成する必要が無い。しがたって、制御基板２０にビアを形成して電子部品１３から発せられる熱を放熱する構成に比べると、制御基板２０が大型化することなく、電子部品１３から発せられる熱を効率良く放熱することができる。

【0027】

（２）金属膜３１は、貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に金属メッキが施されることで設けられている。これによれば、例えば、貫通孔３０の内側に、熱伝達部として、導電性を有する筒部材を配置する場合に比べると、熱伝達経路を確保し易くすることができる。

【0028】

（３）金属層２４はグランド電位であるため、例えば、第１配線パターン２１を金属層２４に接触させて、プラス電極１３ａ及び第１配線パターン２１に伝達した熱を、金属層２４に伝達させることはできない。しかし、本実施形態では、第１配線パターン２１と金属層２４との間に絶縁層２３が介在されている。このため、第１配線パターン２１と金属層２４とを絶縁層２３により絶縁した状態で、電子部品１３から発せられてプラス電極１３ａ及び第１配線パターン２１に伝達された熱を、絶縁層２３、金属層２４及び金属膜３１を介して筐体１１に伝達させて、筐体１１により放熱することができる。

【0029】

（４）絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に、金属膜３１の裏面部３１ｂ及び表面部３１ｃを形成した。これによれば、金属膜３１の裏面部３１ｂ及び表面部３１ｃを形成せずに、金属膜３１の内周部３１ａにおける絶縁層２３の表面側及び裏面側の端部を、蓋部１１ｂ及びボス部１１ｆにそれぞれ接触させる場合に比べると、蓋部１１ｂ及びボス部１１ｆに対する接触面積が確保し易くなる。

【0030】

（５）本実施形態では、電子部品１３から発せられる熱を放熱するための熱伝達経路を確保するために、制御基板２０にビアが形成されていないため、制御基板２０自体の強度を確保することができる。

【0031】

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図２に示すように、電子部品１３のグランド電極１３ｂに電気的に接続される第２配線パターン２２を、金属膜３１に接触させて、電子部品１３から発せられてグランド電極１３ｂ及び第２配線パターン２２に伝達された熱を、金属膜３１を介して筐体１１に伝達させ、筐体１１により放熱してもよい。この場合、第２配線パターン２２は、電子部品１３と熱的に結合されるとともに金属膜３１と連結される金属層として機能する。

【0032】

○ 実施形態において、金属膜３１の裏面部３１ｂ及び表面部３１ｃを削除してもよく、少なくとも貫通孔３０の内周面に金属メッキが施されることにより、貫通孔３０の内周面に金属膜３１の内周部３１ａが形成されていればよい。この場合、金属膜３１の内周部３１ａにおける絶縁層２３の表面側及び裏面側の端部が、蓋部１１ｂ及びボス部１１ｆにそれぞれ接触している必要がある。

【0033】

○ 実施形態において、貫通孔３０の内周面、絶縁層２３の表面及び裏面における貫通孔３０周りの部位に、金属膜３１に代えて、熱伝達部として、導電性接着剤を塗布してもよい。

【0034】

○ 実施形態において、金属膜３１の内側に、熱伝達部として、導電性を有する筒部材を配置してもよい。
○ 実施形態において、金属膜３１に代えて、熱伝達部として、導電性を有する筒部材を配置してもよい。

【0035】

○ 実施形態において、金属膜３１は、銅以外の導電性を有する材質で形成されていてもよい。
○ 実施形態において、筐体１１は、アルミニウム以外の導電性材料により形成されていてもよい。

【0036】

○ 実施形態において、第１配線パターン２１及び第２配線パターン２２は、銅箔以外の導電性材料により形成されていてもよい。
○ 実施形態において、絶縁層２３は、ガラスエポキシ樹脂以外の樹脂材料により形成されていてもよい。

【0037】

○ 実施形態において、第１配線パターン２１、第２配線パターン２２及び絶縁層２３の厚さは、特に限定されるものではない。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

【0038】

（イ）前記金属膜は、前記貫通孔の内周面に形成される内周部と、前記内周部に連なるとともに前記絶縁層の裏面に露出する裏面部と、前記内周部に連なるとともに前記絶縁層の表面に露出する表面部とから形成されている。

【0039】

（ロ）前記基板は制御基板である。

【符号の説明】

【0040】

１０…電子機器、１１…放熱部材としての筐体、１２…ボルト、１３…電子部品、１３ａ…プラス電極、１３ｂ…グランド電極、２０…基板としての制御基板、２１…第１配線パターン、２２…第２配線パターン、２３…絶縁層、２４…金属層、３０…貫通孔、３１…熱伝達部としての金属膜。

【図1】

【図2】

【図3】