JP2007243079A - 放熱型プリント配線板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱型プリント配線板の放熱を担う機能部位において、放熱性の良い接続ビアを容易な製造方法で設けることのできる放熱型プリント配線板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 放熱型プリント配線板及びその製造方法において、ベース基板を回路形成する工程と、あらかじめ用意された樹脂付き銅箔の所望の位置に抜き部を設ける工程と、前記ベース基板に前記樹脂付き銅箔を積層し、前記抜き部からなる凹部を形成する工程と、当該凹部を充填材により埋設する工程と、回路形成によりビア構造を形成する工程により、ビアが実装パッドと下層の導体層との間に１つのビアだけで構成される放熱型プリント配線板を製造・実現した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱部品の放熱用途で使用されるプリント配線板の製造方法に関し、特に発熱部品が配置される部品搭載パッド部と下層の導体層との間に、放熱性の良い接続ビアを容易に設けることのできる放熱型プリント配線板の製造方法に関するものである。

近年、自動車のブレーキやパワーステアリングなどに代表される油圧制御部が電子制御化され、また、ハイブリッド化されることなどにより、その電子制御を支える個々の部品の発熱量は高くなっている。それに伴ない、部品の搭載に使用される、はんだ材料などの接続部材が熱的な疲労を受けることが生じていた。

このような接続部材の熱的な疲労は、当該接続部材の内部や接続接点箇所において、ひび割れするようなクラック不具合を発生させ、電気的な接続不良を生じるものであった。これは、プリント配線板の品質を低下させることのみならず、電気的な誤作動が生じるため、特に車載用のプリント配線板などにおいては人的被害を発生させるおそれがあるため問題とされていた。

このような背景において、車載用途に使用されるプリント配線板は、搭載される部品からの発熱を効率良く放熱することができる、いわゆる放熱型のプリント配線板が要求されている。

従来の放熱型のプリント配線板としては、例えば図７に示されるような放熱構造のプリント配線板が使用されていた。

図７（ａ）に示される図は、前記放熱型のプリント配線板を表面より観察した状態図である。このように、従来の放熱型のプリント配線板は、ベース基板７０の上に部品搭載パッド７１が設けられ、その部品搭載パッド７１に多数個の接続ビア７２が設けられている。この部品搭載パッド７１の上部に各種の発熱部品を搭載する構造である。

また、図７（ｂ）に示される図は、図７（ａ）のに示されるＢ１−Ｂ２断面として、部品搭載パッド７１上にはんだ材７８を介して部品７５を搭載した放熱型のプリント配線板の断面を示す状態図である。

図７（ｂ）に示されるように、従来の放熱型のプリント配線板は、部品７５からの発熱を部品搭載パッド７１の下面に設けられた接続ビア７２を介して、下層の導体パターン７６に伝熱し、プリント配線板に接続される冷却匿体に放熱することが行なわれていた。

さらに、放熱性を向上させることを目的として、図８に示されるようなプリント配線板の構造が開示されている（参考特許文献１）。この構造は、半導体チップ８０からの発熱を下層に伝熱する媒体として、テーパー状スルーホール８１を使用し、さらに、テーパー状スルーホール８１を同方向及び逆方向に配列し、伝熱もしくは放熱機能を効果的に上昇させること行なわれた。

しかしながら、このような従来の放熱型のプリント配線板においては、次のような問題が生じていた。

第１の問題点としては、前記自動車で使用される各種部品に代表されるように、部品の機能の増加に伴い発熱量がさらに増加することを背景とした場合、より効果的な放熱がなされる構造が必要とされるが、前記接続ビアもしくはテーパー状スルーホールの数を増加させたのみでは、放熱効率に限度があり、部品からの発熱を効果的に放熱することは困難であった。

また、図８に示されるような放熱を目的とするテーパー状スルーホールを製造することは、レーザタイプのビア加工が必要となり、また、その個数や構造に応じて複雑な加工が必要となる。さらに、前記加工後には、ビア内を洗浄することが必要とするために、放熱を担う機能部位の製造工程数が多く、製造に時間を必要とするものであった。

特開２０００−７７５６８号公報

このような背景に基づき本発明が解決しようとする課題は、放熱型プリント配線板の放熱を担う機能部位において、放熱性の良い接続ビアを容易な製造方法で設けることのできる放熱型プリント配線板及びその製造方法を提供することである。

発明者らは上記目的を達成するために検討を重ねた。その結果、放熱性の良い接続ビアを作製する箇所に、あらかじめ用意された絶縁材及び導体に抜き部を設け、積層することで有底凹部構造を形成する。次いで、当該凹部に充填材により埋設し、回路形成により接続ビアを形成する放熱型プリント配線板の製造方法が有効であることを見出して発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、プリント配線板の表層に設けられた実装パッドと当該実装パッドの下層の導体層とを接続するビアを有する放熱型プリント配線板において、前記ビアは、前記実装パッドと下層の導体層との間に、１つのビアのみにより構成されていることを特徴とする放熱型プリント配線板により課題を解決したものである。

また、本発明は、前記ビアが銅めっきにより埋設されていることを特徴とする放熱型プリント配線板により課題を解決したものである。

また、本発明は、前記ビアが無機フィラーもしくは金属フィラーが含有された樹脂により埋設されていることを特徴とする放熱型プリント配線板により課題を解決したものである。

また、本発明は、ベース基板を回路形成する工程と、あらかじめ用意された絶縁材と銅箔のそれそれの所望の位置に抜き部を設ける工程と、前記ベース基板に前記絶縁材と銅箔を積層し、前記抜き部からなる凹部を形成する工程と、当該凹部を充填材により埋設する工程と、回路形成によりビア構造を形成する工程とを備えた、放熱型プリント配線板の製造方法により課題を解決したものである。

また、本発明は、ベース基板を回路形成する工程と、あらかじめ用意された樹脂付き銅箔の所望の位置に抜き部を設ける工程と、前記ベース基板に前記樹脂付き銅箔を積層し、前記抜き部からなる凹部を形成する工程と、当該凹部を充填材により埋設する工程と、回路形成によりビア構造を形成する工程とを備えた、放熱型プリント配線板の製造方法により課題を解決したものである。

また、本発明は、前記充填材は銅めっきであることを特徴とする放熱型プリント配線板の製造方法により課題を解決したものである。

また、本発明は、前記充填材は無機フィラーもしくは金属フィラーが含有された樹脂であることを特徴とする放熱型プリント配線板の製造方法により課題を解決したものである。

本発明における放熱型プリント配線板及びその製造方法は、発熱部品が配置される部品搭載パッド部と下層の導体層との間に設けられた接続ビアが高い放熱性を有し、かつ容易に製造することができる効果を有する。

発明を実施するための最良の形態に関し、図面を使用すると共に説明する。

図１から図５においては本発明の実施の形態を示す図面であり、その中で、図１と図２においては第一の実施の形態、図３においては第二の実施の形態、図４においては第三の実施の形態、図５においては部品実装の際の形態を示す図面である。

（本発明の第一の実施の形態）
図１は、本発明における放熱型プリント配線板に使用する凹部１０を表層に有するプリント配線板Ｐ１の製造方法について示したものである。以下、図１とを使用してプリント配線板Ｐ１の製造方法について説明する。

始めに、図１（ａ）に示されるように回路形成により底部パッド２及び導体パターン３を形成したベース基板１を用意する。

ここで、図１（ａ）に示されるベース基板１は一例として片面銅張板の場合を示しているが、ベース基板１は目的とする放熱型プリント配線板のベース骨格となる基板であるために、要求される放熱型プリント配線板の設計構造に基づき、片面もしくは両面銅張板を使用しても良く、例えば４層ないし６層などの多層構造からなる多層板を使用しても良い。

次いで、図１（ａ）に示されるベース基板１の導体パターン３の上方面側より、あらかじめ抜き部５を設けた半硬化なＢステージ状態の絶縁材４と銅箔６とを順に積み重ね、図１（ｂ）に示される積層プレス前の配置準備を行なう。

前記抜き部５は、図１（ｂ）の点線にて示される箇所であり、表面からの観察では絶縁材４と銅箔６の当該箇所が開口した状態となる。ここでの抜き部５の形成方法としては、ビク型の金型やルーターを使用すると容易に形成することができる。また、抜き部５のサイズは、要求されるプリント配線板の設計構造によるが、長方形のサイズ仕様であれば一例として、縦方向が８〜２０ｍｍで、横方向が４〜８ｍｍ程度の大きさで抜き部を設ける。

前記絶縁材４は、積層加熱の際にフロー量が少ない材料を使用することが良い。ここでフロー量とは、絶縁材４は図１（ｂ）に示される積層プレス前の配置においては、半硬化なＢステージ状態の材料を使用し、次工程の積層加熱の際に本硬化し、接着材として上面の銅箔６とベース基板１とを接着する。この積層加熱の際に、約２００℃の加熱が行なわれるために、絶縁材４は硬化する前に一時的に溶融し、低粘度となり、流動性を帯びる。この流動に伴い流れた樹脂成分の量が、いわゆるフロー量とされる。

ここでフロー量が少ない材料を使用することにより、積層時の際に流動に伴い流れる樹脂成分の量が少なく、抜き部５の箇所に樹脂が流れないために、本発明の放熱型プリント配線板においては良好である。

また、絶縁材４はエポキシ系の絶縁樹脂を使用し、当該絶縁樹脂の内部にはガラスクロスや無機フィラーなどの含有する材料を使用することが好適である。これは、ガラスクロスや無機フィラーなどが補強材となり、プリント配線板の剛性を向上させるためである。

このような態様で使用される絶縁材４は、一例として、松下電工株式会社製のローフロープリプレグ（Ｒ−１６６１Ｌ、Ｒ−１５５１Ｌ）で、厚み６０μｍの材料が好適である。

さらに、前記絶縁材４と銅箔６との組み合わせの代替品として、樹脂付き銅箔を使用することが良い。樹脂付き銅箔とは、銅箔の一方の面に樹脂をあらかじめ付着させてなる材料であり、当該樹脂も前記同様に半硬化なＢステージ状態である。

このような樹脂付き銅箔を使用することの利点としては、積層の際に位置合わせが容易に行なえることと、抜き部５を形成する際に位置ずれが無く形成できる点である。

他方、絶縁材４と銅箔６との組み合わせによれば、絶縁材４の選定に複数の材料が使用でき、これは樹脂の種類が限定される樹脂付き銅箔を使用する場合よりも利点がある。

このように、絶縁材４と銅箔６との組み合わせによる使用、もしくは樹脂付き銅箔の使用においては、使用する樹脂の特性などを考慮し、適宜使い分けることが良い。

次いで、図１（ｂ）に示される積層プレス前の配置の状態で、積層プレスを行ない一体化し、図１（ｃ）に示される凹部１０を有するプリント配線板Ｐ１を作成する。

ここで使用する積層加熱の条件の一例としては、減圧条件下において、第１加熱保持（条件：１２０℃、１時間）を行なった後に、第２加熱保持（条件：２００℃、２時間）を行なう２段階での加熱方法を使用する。

上記第１加熱保持での主な目的としては、絶縁材４のガラス点移転（Ｔｇ）以下の温度で加熱することで、流動性を抑制し、かつ銅箔６ないし導体パターン３との親和性などを向上させる意味があり、本加熱前の予備硬化として用いられる。また、第２加熱保持での主な目的としては、絶縁材４を本硬化させることが主目的であり、この第２加熱保持条件において図１（ｂ）に示される各材料が一体化され、図１（ｃ）に示される構造体のプリント配線板Ｐ１を得る。

次いで、図１（ｃ）に示されるプリント配線板Ｐ１を使用して、その表面部に銅めっき１１を行ない、凹部１０内に銅めっき１１を充填し、図２（ａ）に示される構造体を得る。

前記凹部１０を銅めっき１１にて充填し、埋設する際には、いわゆるフィルドビア機能を有するめっき液を使用することが良い。これは、従来の一般的な銅めっきを使用した場合よりも凹部１０の埋設が容易になるためである。また、銅めっき１１により凹部１０を埋設する際に、表層のめっき厚みが増した状態になった場合もしくは平坦性が損なわれた状態になった場合は、例えばバフ研磨などにより銅めっきの研磨を行なうことにより表層部分の銅めっき１１が平坦になり、図２（ａ）に示される構造体を得る。

次いで、図２（ａ）に示されるような構造体の前記銅めっき１１が付着した表面部の回路形成を行なう。ここでの回路形成方法としては、主にサブトラクティブ方法により回路を形成することができ、ドライフィルムを張り付けた後に、所望の回路形成用のマスクを設置し、露光、現像、エッチング、ドライフィルム剥離の工程順により回路形成を行ない、図２（ｂ）に示されるような接続ビア２０を形成する。

接続ビア２０は発熱部品を搭載し、部品より生じた熱を下層の導体層に伝熱もしくは放熱することができる。しかも、接続ビア２０自身が、図７に示されるような従来の接続ビア７２と比較して大きいため、図２（ｂ）に示されるような１つの接続ビア２０にて、部品より生じた熱を効率良く下層の導体層に伝熱もしくは放熱することができる。

図２（ｂ）に示されるような接続ビア２０は、このような態様により製造することができるが、図７に示されるような従来の接続ビア７２と比較すると、レーザ穴あけ工程及びレーザ穴あけ後の洗浄が省略できるために簡易的に作製することが出来る。

（本発明の第二の実施の形態）
図３は、本発明における放熱型プリント配線板の第二の実施の形態について示したものである。以下、図３を使用して製造方法について説明する。

始めに、前記図１（ｃ）に示されるプリント配線板Ｐ１を用意する。次いで、プリント配線板Ｐ１の凹部１０を樹脂１２により埋設し、図３（ａ）に示される構造体を得る。

凹部１０の埋設に使用する樹脂１２には、エポキシ系熱硬化性樹脂もしくはフェノール系熱硬化性樹脂をベース樹脂にした絶縁樹脂もしくは導電性樹脂を好適に使用する。これは、絶縁材４の熱膨張係数などの熱的特性を近似させるためである。また、加工性や埋設後の品質を向上させるために、当該樹脂１２には無機もしくは金属フィラーを含有させることが良い。これは前記材料を含有させることにより、熱伝導性を向上させ、かつ硬化物の熱膨張係数が低下するためである。さらに、無機もしくは金属フィラーを含有させることで、導電性の樹脂組成としても良い。

また、凹部１０の埋設する方法としては、減圧と大気圧との差圧を利用したスクリーン印刷方式による封止方法を使用する。当該封止方法は、スクリーン印刷の際の印刷環境内を減圧し、スクリーン印刷による前記樹脂１２を使用した凹部１０の封止を行ない、次いで印刷環境内を大気圧に戻すことで圧力差を得て、当該圧力差を利用して、有底構造で立体的に複雑な構造となる凹部１０に空隙やボイドを生じることのない埋設を行なう。

凹部１０の埋設を終了した後には、樹脂１２の仕様に基づいて加熱を行ない、樹脂１２の硬化を行なう。加熱硬化終了後には、表層部に残る余分な樹脂１２をバフ研磨などにより研磨し、切削による除去をすることで、表面が平滑な図３（ａ）に示される構造体を得る。

また、図３（ａ）に示される樹脂１２を凹部１０へ埋設した部位は、表層部分に樹脂１２が存在する。そのため、後述する部品を実装する際に、はんだ材料が弾くおそれがある。そのため、図３（ａ）に示される構造体に銅めっき１３を表層部分に付着させ、図３（ｂ）に示される構造体を得る。

次いで、図３（ｂ）に示される構造体の回路形成を行なう。ここでの回路形成方法としては、前記同様にサブトラクティブ方法により回路を形成することができ、ドライフィルムを張り付けた後に、所望の回路形成用のマスクを設置し、露光、現像、エッチング、ドライフィルム剥離の工程順により回路形成を行ない、図３（ｃ）に示されるような接続ビア２０を形成する。

（本発明の第三の実施の形態）
図４は、本発明における放熱型プリント配線板の第三の実施の形態について示したものである。以下、図４を使用して製造方法について説明する。

始めに、前記図１（ｃ）に示されるプリント配線板Ｐ１を用意する。次いで、プリント配線板Ｐ１の凹部１０を含む全面に銅めっき１５を付着させ、図４（ａ）に示される構造体を得る。

次いで、図４（ａ）に示されるように凹部１０を樹脂１２により埋設し、図４（ｂ）に示される構造体を得る。凹部１０の埋設に使用する樹脂１２には、エポキシ系熱硬化性樹脂もしくはフェノール系熱硬化性樹脂をベース樹脂にした絶縁樹脂もしくは導電性樹脂を好適に使用する。これは、絶縁材４の熱膨張係数などの熱的特性を近似させるためである。また、加工性や埋設後の品質を向上させるために、当該樹脂１２には無機もしくは金属フィラーを含有させることが良い。これは前記材料を含有させることにより、熱伝導性を向上させ、かつ硬化物の熱膨張係数が低下するためである。さらに、無機もしくは金属フィラーを含有させることで、導電性の樹脂組成としても良い。

また、凹部１０の埋設する方法としては、前記同様に減圧と大気圧との差圧を利用したスクリーン印刷方式による封止方法を使用する。

凹部１０の埋設を終了した後には、樹脂１２の仕様に基づいて加熱を行ない、樹脂１２の硬化を行なう。加熱硬化終了後には、表層部に残る余分な樹脂１２をバフ研磨などにより研磨し、切削による除去をすることで、表面が平滑な図４（ｂ）に示される構造体を得る。

また、図４（ｂ）に示される樹脂１２を凹部１０へ埋設した部位は、表層部分に樹脂１２が存在する。そのため、後述する部品を実装する際に、はんだ材料が弾くおそれがある。そのため、図４（ｂ）に示される構造体に銅めっき１３を表層部分に付着させ、図４（ｃ）に示される構造体を得る。

次いで、図４（ｃ）に示される構造体の回路形成を行なう。ここでの回路形成方法としては、前記同様にサブトラクティブ方法により回路を形成することができ、ドライフィルムを張り付けた後に、所望の回路形成用のマスクを設置し、露光、現像、エッチング、ドライフィルム剥離の工程順により回路形成を行ない、図４（ｄ）に示されるような接続ビア２０を形成する。

図５（ａ）に示される図は、前記本発明の放熱型のプリント配線板を表面より観察した状態図である。このように、本発明の放熱型プリント配線板は、ベース基板１の上に接続ビア２０が設けられ、当該接続ビア２０の表面は部品が搭載される部品搭載パッド２２として使用する。それゆえ、１つの接続ビア２０に対して、部品搭載パッド２２は１つが設けられているため、従来の複数のビア接続を必要とせず、加えて高い放熱性を成すことができる。

また、図５（ｂ）に示される図は、図５（ａ）のに示されるＡ１−Ａ２断面として、部品搭載パッド２２上にはんだ材３１を介して、発熱するパワーＩＣやパワートタンジスタなどの部品３０を搭載した放熱型のプリント配線板の断面を示す状態図である。

図５（ｂ）に示されるように、本発明の放熱型のプリント配線板は、部品３０からの発熱を部品搭載パッド２２の下面に設けられた接続ビア２０を介して、下層の底部パッド２及び当該底部パッド２に接続される導体パターンに伝熱し、プリント配線板に接続される冷却匿体に放熱することができる。

この構造によれば、部品からの発熱を効果的に放熱することが出来るために、従来の問題点、すなわち、自動車で使用される各種部品に代表されるように、部品の機能の増加に伴い発熱量がさらに増加することを背景とした場合、より効果的な放熱がなされる構造が必要とされるが、従来の接続ビア数を増加させたのみでは、放熱効率に限度があり、部品からの発熱を効果的に放熱することは難しかった課題を解決することができる。

図６に示されるフローチャート図は、本発明の放熱型プリント配線板の製造方法について示したものである。

始めに、ベース基板用意（Ｆ１）を行ない、回路形成（Ｆ２）を行なう。このＦ１、Ｆ２の製造工程は、図面では図１（ａ）に対応する。次いで、絶縁材、銅箔用意（Ｆ３）を行ない、抜き部加工（Ｆ４）を行なう。このＦ３、Ｆ４の製造工程は、図面では図１（ｂ）に対応する。

次いで、積層加工（Ｆ５）を行なう。このＦ５の製造工程は、図面では図１（ｃ）に対応する。ここで、凹部１０を有するプリント配線板Ｐ１を得る。

次いで、銅めっき（Ｆ６）を行ない、凹部内めっき充填（Ｆ７）を行なう。このＦ６、Ｆ７の製造工程は、図面では図２（ａ）に対応する。

もしくは、銅めっき（Ｆ６）を省略し、凹部内に樹脂充填（Ｆ８）を行なう。このＦ８の製造工程は、図面では図３（ａ）に対応する。

もしくは、銅めっき（Ｆ６）を行ない、凹部内にめっき付着を行なった後に、樹脂充填（Ｆ８）を行なう。このＦ６、Ｆ８の製造工程は、図面では図４（ａ）及び図４（ｂ）に対応する。

次いで、回路形成（Ｆ９）を行なう。このＦ９の製造工程は、図面では図２（ｂ）、図３（ｃ）、図４（ｄ）に対応する。

次いで、ソルダーレジストが要求されるプリント配線板においては、ソルダーレジスト（Ｆ１０）を行なう。

このような態様で製造される本発明の放熱型プリント配線によれば、部品からの発熱を効果的に放熱することが可能な接続ビア２０を形成することが出来る。

この製造方法によれば、簡易的に接続ビア２０を形成することが出来るために、従来の問題点、すなわち、な放熱を目的とするビアないしスルーホールを製造することは、レーザタイプのビア加工が必要となり、また、その個数や構造に応じて複雑な加工が必要となる。さらに、前記加工後には、ビア内を洗浄することが必要とするために、放熱を担う機能部位の製造工程数が多く、製造に時間を必要とする課題を解決することができる。

本発明の実施の形態を示す断面工程図 本発明の実施の形態を示す断面工程図 本発明の実施の形態を示す断面工程図 本発明の実施の形態を示す断面工程図 本発明の実施の形態を示す表面図 本発明の実施の形態を示す製造工程 従来方法による概略図 従来方法による概略図

符号の説明

１．ベース基板
２．底部パッド
３．導体パターン
４．絶縁材
５．抜き部
６．銅箔
１０．凹部
１１．銅めっき
１２．樹脂
１３．銅めっき
１５．銅めっき
２０．接続ビア
２２．部品搭載パッド
３０．部品
３１．はんだ材
７０．ベース基板
７１．部品搭載パッド
７２．接続ビア
７５．部品
７６．導体パターン
７８．はんだ材

Claims (7)

1. プリント配線板の表層に設けられた実装パッドと当該実装パッドの下層の導体層とを接続するビアを有する放熱型プリント配線板において、前記ビアは、前記実装パッドと下層の導体層との間に、１つのビアのみにより構成されていることを特徴とする放熱型プリント配線板。
2. 前記ビアが銅めっきにより埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱型プリント配線板。
3. 前記ビアが無機フィラーもしくは金属フィラーが含有された樹脂により埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱型プリント配線板。
4. ベース基板を回路形成する工程と、あらかじめ用意された絶縁材と銅箔のそれそれの所望の位置に抜き部を設ける工程と、前記ベース基板に前記絶縁材と銅箔を積層し、前記抜き部からなる凹部を形成する工程と、当該凹部を充填材により埋設する工程と、回路形成によりビア構造を形成する工程とを備えた、放熱型プリント配線板の製造方法。
5. ベース基板を回路形成する工程と、あらかじめ用意された樹脂付き銅箔の所望の位置に抜き部を設ける工程と、前記ベース基板に前記樹脂付き銅箔を積層し、前記抜き部からなる凹部を形成する工程と、当該凹部を充填材により埋設する工程と、回路形成によりビア構造を形成する工程とを備えた、放熱型プリント配線板の製造方法。
6. 前記充填材は銅めっきであることを特徴とする請求項４又は５に記載の放熱型プリント配線板の製造方法。
7. 前記充填材は無機フィラーもしくは金属フィラーが含有された樹脂であることを特徴とする請求項４又は５に記載の放熱型プリント配線板の製造方法。

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