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WO2019189647A1 - 回路基板 - Google Patents

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WO2019189647A1
WO2019189647A1 PCT/JP2019/013772 JP2019013772W WO2019189647A1 WO 2019189647 A1 WO2019189647 A1 WO 2019189647A1 JP 2019013772 W JP2019013772 W JP 2019013772W WO 2019189647 A1 WO2019189647 A1 WO 2019189647A1
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heat
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fet
substrate
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修 前島
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Nidec Elesys Corp
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Nidec Elesys Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H10W40/10—
    • H10W70/60—

Definitions

  • the present invention relates to a circuit board used for an electronic control unit of an electric power steering device, for example.
  • a built-in electronic component has a structure in which a thermal via is formed on the surface opposite to the electrode forming surface of the built-in electronic component, and the heat of the electronic component is radiated from the thermal via to the outside air through the surface heat dissipation substrate.
  • a wiring board is conventionally known.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-214548 discloses a heat dissipation composed of a heat dissipation plate in contact with the entire surface of one side of an active component built in a substrate and a plurality of heat dissipation bumps in contact with the surface of the heat dissipation plate.
  • produced in the active component to a motherboard via the heat radiating member is disclosed.
  • the control unit of the electric power steering device is equipped with a plurality of FETs (Field-effect Transistors) that are heat generating components, and it is important to dissipate the generated heat.
  • FETs Field-effect Transistors
  • As a circuit board of such a control unit for example, an aluminum board is excellent in heat dissipation, but is not suitable for miniaturization because of single-sided wiring and single-sided mounting.
  • ceramic substrates and FET modules it has excellent heat dissipation, and chip application and wire bonding can be used for component mounting, but because it is single-sided mounting, it can not be as small as a glass epoxy substrate, It becomes expensive.
  • the glass epoxy substrate can be reduced in size, but has a problem of poor heat dissipation.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to improve heat dissipation in a component-embedded circuit board and contribute to downsizing of the board.
  • the first exemplary invention of the present application is a circuit board made of an insulating base material and having an electronic component embedded on the inner layer side, and at least one surface of the electronic component in the thickness direction of the circuit board And a heat radiation means that penetrates the surface layer side of the circuit board and reaches the outside of the circuit board.
  • An exemplary second invention of the present application is a motor control device including a control unit that performs rotational drive control of an electric motor, and the control unit includes the circuit board according to the exemplary first invention. It is characterized by.
  • An exemplary third invention of the present application is an electric power steering device that assists a steering wheel operation of a driver of a vehicle or the like, the torque sensor detecting torque by the steering wheel operation, and the above exemplary second invention. And an electric motor driven by the motor control device based on the torque detected by the torque sensor.
  • the distance between the built-in heat generating component and the heat radiating portion can be shortened to improve the heat dissipation efficiency of the heat generated from the heat generating component, and the substrate can be miniaturized.
  • FIG. 1 is a schematic configuration of an electric power steering system equipped with an electronic control unit for an electric power steering apparatus equipped with a component built-in board according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of a conventional example and an example according to an embodiment of an electronic control unit for electric power steering.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the component-embedded substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a modification of the component-embedded substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing another modification of the component-embedded substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a cross-sectional structure of the component-embedded substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a component-embedded substrate according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the heat dissipation effect of the component built-in substrate according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of a substrate according to a conventional example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration of an electric power steering system equipped with an electronic control unit for an electric power steering apparatus on which a component built-in board according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • An electric power steering system 1 in FIG. 1 includes a steering handle 2 as a steering member, a rotating shaft 3 connected to the handle 2, a pinion gear 6, a rack shaft 7, an electric power steering device 10, and the like.
  • the electric power steering apparatus 10 includes an electronic control unit (ECU) 20, an electric motor 15, and the like.
  • the rotating shaft 3 is provided with a torque sensor 9 that detects a steering torque when the handle 2 is operated, and the detected steering torque is sent to the electronic control unit 20.
  • the rotating shaft 3 meshes with a pinion gear 6 provided at the tip thereof.
  • the pinion gear 6 converts the rotational motion of the rotary shaft 3 into linear motion of the rack shaft 7, and a pair of wheels 5 a and 5 b provided at both ends of the rack shaft 7 at an angle corresponding to the amount of displacement of the rack shaft 7. Is steered.
  • the electronic control unit 20 outputs auxiliary torque for assisting steering of the handle 2 from the electric motor 15 based on signals such as steering torque acquired from the torque sensor 9 and vehicle speed from a vehicle speed sensor (not shown), and decelerates. This is transmitted to the rotary shaft 3 via the gear 4. That is, the rotation of the rotary shaft 3 is assisted by the torque generated by the electric motor 15 to assist the driver's handle operation.
  • FIG. 2 is an external view of the electronic control unit for electric power steering, and shows a comparison between the conventional electronic control unit 100 and the electronic control unit 20 using the component-embedded substrate according to the present embodiment.
  • a plurality of FETs or the like which are heat generating components, are mounted on the substrate surface.
  • a heat generating component is used using a component built-in substrate described later. (FET) is built in the substrate 31. Therefore, it can be seen that the electronic control unit 20 can reduce the size of the circuit board itself, so that the size of the entire unit (part mounting area) can be reduced as compared with the electronic control unit 100.
  • a component-embedded substrate used in an electronic control unit for an electric power steering apparatus is taken as an example, but the device on which such a component-embedded substrate is mounted is not limited to this.
  • FIG. 3 is a cross-sectional structure of the component built-in substrate according to the first embodiment of the present invention, and is a partial view when the substrate 31 of the electronic control unit 20 shown in FIG. 2 is cut along the line AA ′.
  • FIG. 3 In the component-embedded substrate 31 (hereinafter also simply referred to as a substrate) shown in FIG. 3, the FET 38, which is a heat-generating component, is disposed in the central portion in the thickness direction of the substrate 31, that is, in the inner insulating layer 34 of the substrate.
  • the FET is preferably a MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).
  • the thickness of the FET 38 is, for example, about 1 mm.
  • a glass epoxy substrate having a thickness of, for example, 1.6 mm is used as the substrate 31, the FET 38 can be built in the substrate while ensuring insulation.
  • a first heat dissipating member 30a is disposed on the upper surface portion S1 of the FET 38 built in the substrate 31 in the thickness direction, and a second heat dissipating member 30b is disposed on the lower surface portion of the lower surface portion S2 of the FET 38 in the thickness direction. Yes.
  • the first heat radiating member 30a extends in the thickness direction of the substrate 31 and radiates vias (heat radiating through holes) 32 penetrating the substrate 31.
  • a heat receiving pattern 33 and a heat radiating pattern 35 are formed.
  • the heat receiving pattern 33 and the heat radiating pattern 35 are integrated with the heat radiating via 32 while having substantially the same area as the upper surface portion S1 or an area wider than the upper surface portion S1, in accordance with the shape of the upper surface portion S1 of the FET 38. . Therefore, the heat generated from the upper surface portion of the FET 38 is received by the heat receiving pattern 33 and is conducted through the heat radiating via 32 to the outside (specifically, the heat radiating material 41 and the heat sink 45 disposed on the upper surface of the substrate 31). Heat is dissipated.
  • a second heat dissipating member 30b composed of a heat receiving pattern 37 and a heat dissipating pattern 39 integrated with the heat dissipating via 36 is also arranged in the lower part of the lower surface portion S2 of the FET 38 in the thickness direction.
  • the heat receiving pattern 37 and the heat radiation pattern 39 also have substantially the same area as the lower surface part S2 or an area wider than the lower surface part S2, in accordance with the shape of the lower surface part S2 of the FET 38.
  • the heat from the lower surface portion of the FET 38 is conducted to the heat receiving pattern 37, and then outside the heat radiating pattern 39 via the heat radiating via 36 (here, the substrate 31).
  • the heat is dissipated to the heat dissipating material 43 and the heat sink 47) disposed on the lower surface of the heat sink.
  • the heat radiation vias 32 and 36, the heat receiving patterns 33 and 37, and the heat radiation patterns 35 and 39 are made of a metal material having a high thermal conductivity such as copper or aluminum.
  • the upper surface portion S1 of the thick FET 38a is brought into close contact with the heat receiving pattern of the first heat radiation member 30a.
  • the lower surface portion S2 of the FET 38a may be in close contact with the heat receiving pattern of the second heat radiating member 30b.
  • the first heat radiating member 30a is omitted from the substrate 31 and only the second heat radiating member 30b is provided, and the lower surface portion S2 of the FET 38 is brought into close contact with the heat receiving pattern of the second heat radiating member 30b. It is good also as a structure.
  • the heat radiating material 41 and the heat sink 45 on the upper surface of the substrate 31 are omitted, and the first heat radiating is performed.
  • the heat radiation pattern 35 of the member 30a may be exposed to a gas such as air to radiate heat.
  • the configurations shown in FIGS. 3 to 5 and the like on the same substrate may be mixed in accordance with the heat generation amount of a plurality of built-in FETs, the embedded position on the inner layer side, the thickness of the FET, and the like.
  • the heat receiving pattern constituting the heat radiating member can be used not only as a heat conducting part but also as a signal pattern (for example, a ground (GND) pattern) of other components mounted on the substrate.
  • a signal pattern for example, a ground (GND) pattern
  • the component built-in substrate according to the first embodiment includes the heat radiation via, the heat receiving pattern, and the heat radiation pattern provided on the upper surface side and the lower surface portion side or the lower surface portion side of the heat generating component (FET) built in the substrate.
  • the heat radiating member is made to radiate heat from the FET.
  • the component mounting area on the board surface increases, and by placing (mounting) parts in the vicinity of the heat dissipation pattern, the circuit board is miniaturized and the parts are integrated on the circuit board. (Improvement of mounting density) becomes possible.
  • Such a component-embedded circuit board is used in an electronic control unit for an electric power steering device, for example, and an electric motor formed integrally with an electric motor by incorporating an FET bridge circuit and a switching FET with a large amount of heat generation into the board.
  • an electric control unit for power steering it is possible to effectively dissipate heat, and the electronic control unit can be downsized.
  • the amount of warpage of the inner layer of the substrate is smaller than that of the surface layer, for example, when the substrate warps when the external temperature changes, the stress applied to the soldered portion of the built-in component is suppressed. As a result, the solder crack resistance is improved in the component-embedded substrate.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional structure of a component-embedded substrate according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. the component-embedded substrate 51 according to the second embodiment has a first heat radiating member 30 a including a heat radiating via 32, a heat receiving pattern 33, and a heat radiating pattern 35 on the upper surface S ⁇ b> 1 side of the FET 38.
  • a heat radiation bump 49 made of, for example, solder is disposed almost at the center of the heat receiving pattern 37, and a heat radiation via 36a is disposed around the heat radiation bump 49.
  • the heat dissipation material 43 is sandwiched between the heat receiving pattern 37 and the upper portion of the heat dissipation bump 49.
  • the upper portion of the heat dissipation bump 49 may be in direct contact with the heat receiving pattern 37. Good.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional structure of a component built-in substrate according to the third embodiment of the present invention.
  • heat is radiated to the upper surface side and the lower surface side of the FET group 78a as heat radiation means common to the FET group 78a that generates heat at high temperature.
  • the members 70a and 70b are arranged.
  • heat dissipation members 72a and 72b are disposed on the upper surface side and the lower surface side of the FET group 78b, respectively.
  • the FETs are divided into a plurality of groups according to the heat generation amount (heat generation temperature), and a common heat radiating member is arranged in each group, so that more efficient heat dissipation. Is possible.
  • a common heat dissipating means may be arranged for the FET group 78b having a low heat generation temperature, and the heat dissipating means may be arranged for each FET for the FET group 78a generating a high temperature.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the heat dissipation effect of the component built-in substrate according to the present embodiment.
  • the substrate having the cross-sectional structure shown in FIG. 9 is a conventional example, and the substrate having the cross-sectional structure shown in FIG.
  • the heat from the FET 98 mounted on the outer upper surface of the substrate is conducted to the heat receiving pattern 93 in contact with the FET 98 on the upper surface of the substrate, and through the heat dissipation via 92 penetrating the substrate 91, Heat is radiated from the heat radiation material 83 and the heat sink 87 from the heat radiation pattern 95 arranged on the lower layer side.
  • the constant current shown in FIG. 8B was passed through the FET, and the temperature rise of the FET due to the heat generation of the FET over time was compared.
  • a characteristic curve 80 corresponds to the conventional example, and a characteristic curve 83 corresponds to the embodiment.

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Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の電子制御ユニット等に使用する部品内蔵基板の放熱を効率化し、小型化する。 【解決手段】基板３１では、内蔵した発熱部品（ＦＥＴ）３８の上面部Ｓ１側に設けた、放熱ビア３２、受熱パターン３３、および放熱パターン３５からなる第１の放熱部材３０ａと、下面部Ｓ２側に設けた、放熱ビア３６、受熱パターン３７、および放熱パターン３９からなる第２の放熱部材３０ｂによりＦＥＴ３８で発生した熱を放熱する。

Description

回路基板
　本発明は、例えば電動パワーステアリング装置の電子制御ユニットに使用する回路基板に関する。
　電子機器、制御機器等の小型化の要求により、これらの機器に搭載される回路基板の小型化も必要となる。そのため、回路基板内部に集積回路等の能動部品、抵抗、コンデンサ等の受動部品といった電子部品を内蔵した部品内蔵基板を使用して、基板表面における部品実装面積を減少させ、基板全体を高密度化、小型化している。
　一方、電子機器、制御機器等の高性能化、多機能化に伴って、回路基板に実装される電子部品が高集積化され、さらなる高速駆動化にともなって電子部品の発熱量も増大している。
　自動車等の車両に搭載され、運転者のステアリングハンドル操作に対して補助トルクを発生する電動モータの制御装置等を備える電動パワーステアリング装置においても、装置全体の小型化傾向にともない、搭載される制御基板の小型化、薄型化が求められている。
　発熱部品を基板に内蔵する場合、基板内部で部品より発生した熱を基板の外部に効率良く放出する必要がある。そのため、内蔵された電子部品の電極形成面と反対側の面にサーマルビアを形成して、サーマルビアから表層の放熱基板を介して電子部品の熱を外気に放熱する構造を有する電子部品内蔵型の配線基板が従来より知られている。
　例えば、日本国公開公報特開２００４－２１４５４８号公報は、基板に内蔵された能動部品の一方面側の全面に接する放熱板と、その放熱板の表面に接する複数個の放熱バンプとからなる放熱部材を備え、能動部品で発生した熱を、その放熱部材を介してマザーボードへ放出する構成を開示している。
日本国公開公報：特開２００４－２１４５４８号公報
　電動パワーステアリング装置の制御ユニットには、発熱部品であるＦＥＴ(Field-effect Transistor)が複数個実装されており、発生する熱の放熱が重要となる。このような制御ユニットの回路基板として、例えばアルミ基板は、放熱性に優れるが片面配線、片面実装のため小型化に不向きである。セラミック基板、ＦＥＴモジュールの場合、放熱性に優れ、部品実装にチップの適用、ワイヤボンディングの使用が可能であるが、片面実装であることからガラスエポキシ基板ほどの小型化はできないことに加えて、高価となる。一方、ガラスエポキシ基板は小型化が可能であるが、放熱性が悪いという問題がある。
　また、回路基板には従来より銅インレイを用いた放熱も採用されているが、高価であることのみならず、銅インレイの径が大きくなると基板サイズの小型化が難しくなることに加えて、基板への圧入に伴い生じる応力により貫通孔周辺に亀裂が生じるという問題がある。
　一方、上記の日本国公開公報特開２００４－２１４５４８号公報に開示された部品内蔵型の配線基板では、能動部品の他方面側にも放熱用の孔を設け、それらの孔を覆う放熱板を介してヒートシンクから放熱する構成を有するが、発熱部品（内蔵部品）から基板上面の放熱部位に至るまでの距離が長い。そのため放熱効率が悪く、内蔵部品で発生した熱を効率よく放熱できないことに加えて、基板の小形化、薄型化への要求に応えることができないという問題がある。
　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品内蔵型の回路基板における放熱性を改善して、基板の小型化に資することである。
　上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、絶縁性の基材からなり内層側に電子部品を埋設した回路基板であって、前記電子部品の当該回路基板の厚さ方向の少なくとも一方の面と接するとともに、当該回路基板の表層側を貫通して当該回路基板の外部に至る放熱手段を備えることを特徴とする。
　本願の例示的な第２の発明は、電動モータの回転駆動制御を行う制御部を備えたモータ制御装置であって、前記制御部は上記例示的な第１の発明に係る回路基板を備えることを特徴とする。
　本願の例示的な第３の発明は、車両等の運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、上記例示的な第２の発明に係るモータ制御装置と、前記トルクセンサで検出されたトルクをもとに前記モータ制御装置により駆動される電動モータとを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、回路基板において、内蔵した発熱部品と放熱部間の距離を短くして発熱部品から発生した熱の放熱効率を向上させるとともに、基板を小型化できる。
図１は本発明の実施形態に係る部品内蔵基板を搭載した、電動パワーステアリング装置用の電子制御ユニットを備える電動パワーステアリングシステムの概略構成である。 図２は電動パワーステアリング用の電子制御ユニットについて従来例および実施形態に係る例の外観を示す図である。 図３は第１の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造を示す図である。 図４は第１の実施形態に係る部品内蔵基板の変形例を示す図である。 図５は第１の実施形態に係る部品内蔵基板の他の変形例を示す図である。 図６は第２の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造を示す図である。 図７は第３の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造を示す図である。 図８は実施形態に係る部品内蔵基板の放熱効果を示すグラフである。 図９は従来例に係る基板の断面構造を示す図である。
　以下、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る部品内蔵基板を搭載した、電動パワーステアリング装置用の電子制御ユニットを備える電動パワーステアリングシステムの概略構成である。図１の電動パワーステアリングシステム１は、操舵部材であるステアリングハンドル２、ハンドル２に接続された回転軸３、ピニオンギア６、ラック軸７、電動パワーステアリング装置１０等を備える。
　電動パワーステアリング装置１０は、電子制御ユニット(Electronic Control Unit: ECU)２０、電動モータ１５等で構成される。回転軸３には、ハンドル２が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ９が設けられ、検出された操舵トルクは電子制御ユニット２０へ送られる。
　回転軸３は、その先端に設けられたピニオンギア６に噛み合っている。ピニオンギア６により、回転軸３の回転運動がラック軸７の直線運動に変換され、ラック軸７の変位量に応じた角度に、そのラック軸７の両端に設けられた一対の車輪５ａ，５ｂが操舵される。
　電子制御ユニット２０は、トルクセンサ９から取得した操舵トルク、車速センサ（不図示）からの車速等の信号に基づき、ハンドル２の操舵を補助するための補助トルクを電動モータ１５から出力し、減速ギア４を介して回転軸３に伝達する。すなわち、電動モータ１５で発生したトルクによって回転軸３の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。
　図２は、電動パワーステアリング用電子制御ユニットの外観図であり、従来の電子制御ユニット１００と、本実施形態に係る部品内蔵基板を使用した電子制御ユニット２０とを対比して示している。図２に示すように従来の電子制御ユニット１００では、発熱部品である複数個のＦＥＴ等が基板表面に実装されているが、電子制御ユニット２０では、後述する部品内蔵基板を使用して発熱部品（ＦＥＴ）を基板３１内に内蔵している。したがって、電子制御ユニット２０は、回路基板そのものを小型化できるので、電子制御ユニット１００と比べてユニット全体のサイズ（部品実装面積）も小型化が可能であることが分かる。
　次に、本発明の実施形態に係る部品内蔵基板について説明する。ここでは、電動パワーステアリング装置用の電子制御ユニットに使用される部品内蔵基板を例に挙げるが、かかる部品内蔵基板が搭載される装置はこれに限定されない。
＜第１の実施形態＞
　図３は、本発明の第１の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造であり、図２に示す電子制御ユニット２０の基板３１をＡ－Ａ´矢視線に沿って切断したときの部分的な断面図である。図３に示す部品内蔵基板３１（以下、単に基板ともいう。）において、発熱部品であるＦＥＴ３８が基板３１の厚さ方向の中心部、すなわち、基板の内層側絶縁層３４に配置されている。
　なお、図３では、ＦＥＴ３８の端子に接続される導体パターン、およびその導体パターンに接続されるビア導体等の図示を省略している。ＦＥＴは、ＭＯＳ－ＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)が望ましい。
　ＦＥＴ３８の厚さは、例えば約１ｍｍであり、基板３１として、厚さが例えば１．６ｍｍのガラスエポキシ基板を使用した場合、絶縁性を確保しながら基板内にＦＥＴ３８を内蔵できる。基板３１に内蔵されたＦＥＴ３８の上面部Ｓ１の厚さ方向上部には第１の放熱部材３０ａが配置され、ＦＥＴ３８の下面部Ｓ２の厚さ方向下部には第２の放熱部材３０ｂが配置されている。
　第１の放熱部材３０ａは、基板３１の厚さ方向に延び、基板３１を貫通する放熱ビア（放熱用スルーホール）３２と、放熱ビア３２の下端部と上端部それぞれにおいて基板３１の面方向に沿って形成された受熱パターン３３および放熱パターン３５とを有する。
　受熱パターン３３および放熱パターン３５は、ＦＥＴ３８の上面部Ｓ１の形状に合わせて、上面部Ｓ１とほぼ同一の面積、あるいは上面部Ｓ１よりも広い面積を有しながら放熱ビア３２と一体化されている。よって、ＦＥＴ３８の上面部分からの発熱は受熱パターン３３で受熱され、放熱ビア３２を伝導して放熱パターン３５より外部（具体的には、基板３１の上面に配置した放熱材４１とヒートシンク４５）へ放熱される。
　同様に、ＦＥＴ３８の下面部Ｓ２の厚さ方向下部においても、放熱ビア３６と一体化された受熱パターン３７および放熱パターン３９からなる第２の放熱部材３０ｂが配置されている。これらの受熱パターン３７と放熱パターン３９も、ＦＥＴ３８の下面部Ｓ２の形状に合わせて、下面部Ｓ２とほぼ同一の面積、あるいは下面部Ｓ２よりも広い面積を有する。
　ＦＥＴ３８の下面部Ｓ２は受熱パターン３７と密着しているので、ＦＥＴ３８の下面部分からの熱は受熱パターン３７に伝導された後、放熱ビア３６を介して放熱パターン３９より外部（ここでは、基板３１の下面に配置した放熱材４３とヒートシンク４７）へ放熱される。
　これら放熱ビア３２，３６、受熱パターン３３，３７、放熱パターン３５，３９は、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材からなる。
　なお、ＦＥＴからの発熱量がＦＥＴの厚さにより異なる点に着目した場合、図４に示すように、厚さが厚いＦＥＴ３８ａの上面部Ｓ１を第１の放熱部材３０ａの受熱パターンと密着させ、ＦＥＴ３８ａの下面部Ｓ２を第２の放熱部材３０ｂの受熱パターンと密着させた構成としてもよい。
　また、図５に示すように、基板３１において第１の放熱部材３０ａを省略して第２の放熱部材３０ｂのみを備え、ＦＥＴ３８の下面部Ｓ２を第２の放熱部材３０ｂの受熱パターンと密着させた構成としてもよい。
　さらには、図示を省略するが、第１の放熱部材３０ａと第２の放熱部材３０ｂの双方を備える場合において、基板３１の上部表面の放熱材４１とヒートシンク４５を省略して、第１の放熱部材３０ａの放熱パターン３５を空気等の気体に晒して放熱する構成としてもよい。また、同一基板において、これら図３～図５等に示す構成を、内蔵する複数のＦＥＴの発熱量、内層側での埋設位置、ＦＥＴの厚さ等に応じて混在させた構成としてもよい。
　放熱部材を構成する受熱パターンは、熱伝導部としての用途のみならず、基板に搭載した他の部品の信号パターン（例えば、グランド（ＧＮＤ）パターン)としても使用することが可能である。
　このように第１の実施形態に係る部品内蔵基板は、基板に内蔵した発熱部品（ＦＥＴ）の上面部側と下面部側、あるいは下面部側に設けた、放熱ビア、受熱パターン、および放熱パターンからなる放熱部材によりＦＥＴからの熱を放熱する構成を有する。かかる構成により、従前の回路基板の厚さを維持しながら、内蔵した発熱部品と放熱部との距離が短くなり、発熱部品の周囲にある内層側絶縁層への放熱と相俟って、基板における内蔵部品からの放熱効率を向上できる。
　また、基板内への部品の内蔵化にともない基板表面の部品実装領域が増加し、放熱パターンの近傍にも部品を配置（実装）することで、基板の小型化とともに回路基板における部品の集積化（実装密度の向上）が可能となる。
　このような部品内蔵回路基板を、例えば電動パワーステアリング装置用の電子制御ユニットで使用し、特に発熱量の多いＦＥＴブリッジ回路、スイッチングＦＥＴを基板に内蔵することで、電動モータと一体に形成した電動パワーステアリング用の電子制御ユニットにおいて効果的な放熱ができ、電子制御ユニットの小型化を実現できる。
　さらには、基板の内層は表層よりも反り量が小さいことから、例えば、外部温度変化時等において基板に反りが生じた場合、内蔵部品のはんだ付け部分等に印加される応力が抑制される。その結果、部品内蔵基板において、はんだクラック耐性が向上する。
＜第２の実施形態＞
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造である。図６では、図３等と同一構成要素には同一符号を付してある。図６に示すように、第２の実施形態に係る部品内蔵基板５１は、ＦＥＴ３８の上面Ｓ１側に放熱ビア３２、受熱パターン３３、および放熱パターン３５からなる第１の放熱部材３０ａを有する。
　一方、ＦＥＴ３８の下面Ｓ２側には、受熱パターン３７のほぼ中心部に、例えば、はんだからなる放熱バンプ４９を配置し、その放熱バンプ４９の周囲に放熱ビア３６ａが配置されている。このような構成としたことで、ＦＥＴ３８から受熱パターン３７に伝導した熱が、放熱バンプ４９を介してヒートシンク４７に放熱される。よって、ＦＥＴの発熱を、より表面積の大きい放熱バンプを介してヒートシンクに放熱でき、ＦＥＴで発生した熱の効率的な放熱が可能となる。
　なお、図６に示す放熱構成では、受熱パターン３７と放熱バンプ４９の上部との間に放熱材４３を挟む構成となっている、放熱バンプ４９の上部が直接、受熱パターン３７に接する構成としてもよい。
＜第３の実施形態＞
　図７は、本発明の第３の実施形態に係る部品内蔵基板の断面構造である。第３の実施形態では、図７に示すように基板７１に内蔵された複数のＦＥＴのうち、高温発熱するＦＥＴ群７８ａに共通する放熱手段として、ＦＥＴ群７８ａの上面側と下面側それぞれに放熱部材７０ａ，７０ｂを配置する。また、高温で発熱するもＦＥＴ群７８ａよりも発熱温度の低いＦＥＴ群７８ｂに共通する放熱手段として、ＦＥＴ群７８ｂの上面側と下面側それぞれに放熱部材７２ａ，７２ｂを配置する。
　このように第３の実施形態に係る部品内蔵基板では、ＦＥＴを発熱量（発熱温度）に応じて複数のグループに分け、各グループに共通の放熱部材を配置することで、より効率的な放熱が可能となる。
　なお、図７に示す例において、発熱温度の低いＦＥＴ群７８ｂに対しては共通する放熱手段を配置し、高温発熱するＦＥＴ群７８ａについては、ＦＥＴ個別に放熱手段を配置する構成としてもよい。
　図８は、本実施形態に係る部品内蔵基板の放熱効果の一例を示すグラフである。ここでは、図９に示す断面構造を有する基板を従来例とし、図５に示す断面構造の基板を実施例として、それぞれの放熱効果を比較した。図９に示す従来例の基板９１では、基板の外部上面に実装したＦＥＴ９８からの熱を、基板上面でＦＥＴ９８と接する受熱パターン９３に伝導し、基板９１を貫通する放熱ビア９２を介して、基板下層側に配置した放熱パターン９５より放熱材８３とヒートシンク８７より放熱する。
　従来例と実施例ともに、図８（ｂ）に示す一定電流をＦＥＴに流し、時間経過にともなう、ＦＥＴの発熱によるＦＥＴの温度上昇を対比した。特性曲線８０は従来例に、特性曲線８３は実施例にそれぞれ対応する。
　これらの特性曲線８０，８３より、実施例に係る基板は放熱の効率化によってＦＥＴの発熱量が抑制されたと解される。これは、実施例に係る部品内蔵基板では、部品から基板の内層側絶縁層への放熱に加えて、従来例のように基板の上面部から下面部にわたって貫通する放熱ビア９２からなる放熱構造と比べて、発熱部位（ＦＥＴ）と放熱部位（ヒートシンク）との距離が短いため、ＦＥＴとヒートシンク間の熱伝導性が改善されたことによる。
１　電動パワーステアリングシステム２　ステアリングハンドル３　回転軸４　減速ギア６　ピニオンギア７　ラック軸１０　電動パワーステアリング装置１５　電動モータ２０　電子制御ユニット３０ａ　第１の放熱部材３０ｂ　第２の放熱部材３１，５１，７１　基板３２，３６　放熱ビア（放熱用スルーホール）３３，３７　受熱パターン３４　内層側絶縁層３５，３９　放熱パターン３８，３８ａ　ＦＥＴ４１，４３　放熱材４５，４７　ヒートシンク４９　放熱バンプ７２ａ，７２ｂ　放熱部材７８ａ，７８ｂ　ＦＥＴ群

Claims (13)

  1. 　絶縁性の基材からなり内層側に電子部品を埋設した回路基板であって、
    　前記電子部品の当該回路基板の厚さ方向の少なくとも一方の面と接するとともに、当該回路基板の表層側を貫通して当該回路基板の外部に至る放熱手段を備えることを特徴とする回路基板。
  2. 　前記放熱手段は複数のビアホールからなることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  3. 　前記放熱手段の前記電子部品に対向する側に受熱用パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
  4. 　当該回路基板の外表面に設けられ前記放熱手段と接する放熱体をさらに有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の回路基板。
  5. 　前記内層側に前記電子部品が複数埋設されており、前記放熱手段は、これら複数の電子部品各々の少なくとも一方の面と接する単一の放熱手段として機能することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の回路基板。
  6. 　前記複数の電子部品を前記内層側での埋設位置に合わせて群に分け、該群ごとに前記放熱手段を配置することを特徴とする請求項５に記載の回路基板。
  7. 　前記複数の電子部品を該電子部品の厚さ寸法に応じて群に分け、該群ごとに前記放熱手段を配置することを特徴とする請求項５に記載の回路基板。
  8. 　前記複数の電子部品を該電子部品から放出される熱量に応じて群に分け、該群ごとに前記放熱手段を配置することを特徴とする請求項５に記載の回路基板。
  9. 　前記群に属する前記複数の電子部品のうち前記放出熱量の少ない群ごとに前記放熱手段を配置するとともに、前記放出熱量の多い電子部品に対して個別に前記放熱手段を配置することを特徴とする請求項８に記載の回路基板。
  10. 　前記放熱手段の一部を、前記電子部品の前記一方の面と前記放熱体との間に配置したバンプ部よって置き換えたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の回路基板。
  11. 　前記放熱手段は、前記電子部品の前記一方の面と接するとともに当該回路基板の一方の表層側を貫通して当該回路基板の外部に至る第１の放熱手段と、前記電子部品の他方の面の近傍より当該回路基板の他方の表層側を貫通して当該回路基板の外部に至る第２の放熱手段とからなることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の回路基板。
  12. 　電動モータの回転駆動制御を行う制御部を備えたモータ制御装置であって、
    　前記制御部は請求項１～１１のいずれか１項に記載の回路基板を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  13. 　車両等の運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、
    　前記ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、
    　請求項１２に記載のモータ制御装置と、
    　前記トルクセンサで検出されたトルクをもとに前記モータ制御装置により駆動される電動モータと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0883867A (ja) * 1994-07-15 1996-03-26 Mitsubishi Materials Corp 高放熱性セラミックパッケージ
JPH08213520A (ja) * 1995-02-03 1996-08-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JPH0955459A (ja) * 1995-06-06 1997-02-25 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP2008218669A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Nec Electronics Corp 半導体装置
JP2008243966A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toyota Industries Corp 電子部品が実装されたプリント基板及びその製造方法
JP2013042030A (ja) * 2011-08-18 2013-02-28 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0883867A (ja) * 1994-07-15 1996-03-26 Mitsubishi Materials Corp 高放熱性セラミックパッケージ
JPH08213520A (ja) * 1995-02-03 1996-08-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JPH0955459A (ja) * 1995-06-06 1997-02-25 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP2008218669A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Nec Electronics Corp 半導体装置
JP2008243966A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toyota Industries Corp 電子部品が実装されたプリント基板及びその製造方法
JP2013042030A (ja) * 2011-08-18 2013-02-28 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置

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