JP5515755B2 - 放熱多層基板、電子装置及び放熱多層基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の導体層を有するとともに電子部品及び放熱板が実装される放熱多層基板等に関する。

図６は、関連技術としてのＲＦ（Radio Frequency）用トランジスタ実装基板の一例を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、本明細書における各断面図は、断面構造をわかりやすくするために、厚さ方向を他の方向よりも拡大して示している。

ＲＦ用トランジスタ実装基板８０は、基板８１と放熱板８２との積層構造になっている。基板８１は、高周波材料からなる本体部８１０と、表面のマイクロストリップライン８１１と、裏面のグランドライン８１２と、電子部品８３を収容する貫通孔８１３とを有する。放熱板８２は、熱伝導性に優れた金属からなり、図示しないはんだや樹脂を介して、基板８１及び電子部品８３が載置されている。電子部品８３は、ＲＦ用トランジスタが内蔵されたパッケージ８３１と、パッケージ８３１に設けられたヒートシンク８３２と、パッケージ８３１内のＲＦ用トランジスタから導き出されたリード端子８３３とを有する。リード端子８３３とマイクロストリップライン８１１とは、はんだ８４によって電気的に接続されている。マイクロストリップライン８１１及びグランドライン８１２は、高周波回路のパターンを形成している。

電子部品８３内のＲＦ用トランジスタから発生した熱は、ヒートシンク８３２及び放熱板８２を介して外へ放出される。これにより、ＲＦ用トランジスタが冷却されるので、ＲＦ用トランジスタの動作が安定する。例えば、マイクロストリップライン８１１とグランドライン８１２との間の電気的接続を得るには、基板８１にスルーホール（図示せず）を穿設して、スルーホールの内壁を導体で覆う。

その他の関連技術として、特許文献１〜３が挙げられる。

特許文献１には、図６における基板と放熱板とを、スルーホール内を通したビスによって貼り合せた例が開示されている。マイクロストリップラインとグランドラインとの間は、スルーホール及びビスによって電気的に接続されている。

特許文献２、３には、図６と類似の構成が開示されている。複数の導体層間は、スルーホールによって電気的に接続されている。

特開２００９−１２３７３６号公報 特開２００２−３５３３６６号公報 特開平０４−１２７４９７号公報

上記関連技術では、複数の導体層間をスルーホールによって電気的に接続するために、次のような問題があった。１．基板にスルーホールを設けるための面積を必要とするため、基板の小型化を妨げていた。２．基板にスルーホールを穿設するための特別の工程を必要とするため、製造工程が複雑になっていた。近年、更なる小型化の要請に伴い、スルーホールの直径も小さくなっているので、スルーホールの形成がますます難しくなっている。

そこで、本発明の目的は、小型化を達成しつつ複数の導体層間の電気的接続を可能にする放熱多層基板を提供することにある。

本発明に係る放熱多層基板は、
表面及び裏面の少なくとも一方に基板導体層を有する第一の基板と、
表面及び裏面の少なくとも一方に基板導体層を有する第二の基板と、
前記第一の基板の表面と前記第二の基板の裏面とを貼り合わせる貼り合わせ層と、
前記第一の基板に形成された第一の貫通孔と、
この第一の貫通孔に埋め込まれた放熱板と、
前記放熱板上に載置する電子部品を収容するために前記貼り合せ層及び前記第二の基板に形成された第二の貫通孔と、
この第二の貫通孔の内壁面において複数の前記基板導体層のうちの少なくとも二つの基板導体層同士を電気的に接続する内壁面導体層と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係る電子装置は、
本発明に係る放熱多層基板と、
前記放熱板上に載置された前記電子部品と、
を備えたことを特徴とする電子装置。

本発明に係る放熱多層基板の製造方法は、本発明に係る放熱多層基板を製造する方法において、
前記第一及び第二の基板にそれぞれ前記第一及び第二の貫通孔を形成し、
前記第一の貫通孔に前記放熱板を埋め込み、
前記放熱板が埋め込まれた前記第一の基板と前記第二の貫通孔が形成された前記第二の基板とを前記貼り合わせ層を介して貼り合せ、
前記内壁面に前記内壁面導体層を形成する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品を収納するための貫通孔の内壁面導体層によって、スルーホールを設けなくても複数の基板導体層間を電気的に接続できるので、小型化を達成できる。

本発明に係る放熱多層基板の一実施形態を示す断面図である。 図１の放熱多層基板の各製造工程における状態（その１）を示し、図２［１］は平面図であり、図２［２］は図２［１］におけるII-II線縦断面図である。 図１の放熱多層基板の各製造工程における状態（その２）を示し、図３［１］は平面図であり、図３［２］は図３［１］におけるIII-III線縦断面図である。 図１の放熱多層基板の各製造工程における状態（その３）を示し、図４［１］は平面図であり、図４［２］は図４［１］におけるIV-IV線縦断面図である。 図１の放熱多層基板の各製造工程における状態（その４）を示し、図５［１］は平面図であり、図５［２］は図５［１］におけるV-V線縦断面図である。 関連技術としてのＲＦ用トランジスタ実装基板の一例を示す断面図である。

図１は、本発明に係る放熱多層基板の一実施形態を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。図において、上側の面を「表面」、下側の面を「裏面」と呼ぶ。

本実施形態の放熱多層基板１０は、表面及び裏面にそれぞれ基板導体層１１１，１１２を有する第一の基板１１と、表面及び裏面にそれぞれ基板導体層１２１，１２２を有する第二の基板１２と、基板１１の表面と基板１２の裏面とを貼り合わせる貼り合わせ層１３と、基板１１に形成された第一の貫通孔１１３と、貫通孔１１３に埋め込まれた放熱板１４と、放熱板１４上に載置する電子部品１５を収容するために貼り合せ層１３及び基板１２に形成された第二の貫通孔１６と、貫通孔１６の内壁面において基板導体層１２１，１２２，１１１，１１２のうち少なくとも二つの基板導体層同士を電気的に接続する内壁面導体層１６１と、を備えている。本実施形態の電子装置２０は、放熱多層基板１０と、放熱板１４上に載置された電子部品１５と、を備えている。

本実施形態の放熱多層基板１０及び電子装置２０によれば、電子部品１５を収納するための貫通孔１６内の内壁面導体層１６１を用いることによって、スルーホールを設けなくても基板導体層１２１，１２２，１１１，１１２間を電気的に接続できるので、小型化を達成できる。しかも、電子部品１５を収容するために設けられた既存の貫通孔１６を利用するので、基板１２にスルーホールを穿設するための特別の工程が不要となり、これによって製造工程を簡素化できる。

放熱板１４は導電性を有する。内壁面導体層１６１は、基板導体層１２２と放熱板１４とを電気的に接続している。電子部品１５はＲＦ高出力トランジスタである。基板導体層１２１からマイクロストリップラインが形成され、基板導体層１２２からグランドラインが形成されている。このグランドラインを成す基板導体層１２２は、内壁面導体層１６１を介して放熱板１４に電気的に接続されている。内壁面導体層１６１は銅めっき皮膜からなる。

マイクロストリップラインを成す基板導体層１２１には、電子部品１５のリード端子１５３が電気的に接続される。リード端子１５３の近傍となる貫通孔１６の周縁には切り欠き部１２３が形成されている。この場合は、リード端子１５３と内壁面導体層１６１との距離を切り欠き部１２３によって十分に得られるので、これらの電気的な短絡を防止できる。

貫通孔１１３と放熱板１４との間隙には、放熱板１４と基板１１との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収する樹脂１１４が充填されている。この場合は、放熱板１４と基板１１との熱膨張係数の差に起因する応力を樹脂１１４が吸収することにより、放熱多層基板１０の信頼性を向上できる。

電子部品１５は、ＲＦ高出力トランジスタが内蔵されたパッケージ１５１と、パッケージ１５１に設けられたヒートシンク１５２と、パッケージ１５１内のＲＦ高出力トランジスタから導き出されたリード端子１５３とを有する。

なお、基板１１は、基板導体層１１１，１１２のどちらか一方のみを有するものでもよい。同様に、基板１２は、基板導体層１２１，１２２のどちらか一方のみを有するものでもよい。内壁面導体層１６１は、基板導体層１１１，１１２，１２１，１２２及び放熱板１４のうち、いずれか二つを電気的に接続するものでもよい。

次に、本実施形態の放熱多層基板の製造方法について、図１乃至図５に基づき説明する。

図２に示すように、コア基板となる基板１２を用意する。まず、高周波材料からなる本体部１２０を用意する。高周波材料としては、誘電正接が小さいという特長を有するポリテトラフルオロエチレンやアルミナコンポジットが好適である。続いて、無電解銅めっきなどの方法によって、本体部１２０の全体を銅めっき皮膜で覆う。続いて、不要な銅めっき皮膜をフォトリソグラフィ及びエッチングによって取り除くことにより、基板導体層１２１，１２２を得る。このとき、基板導体層１２１からマイクロストリップラインを形成し、基板導体層１２２からグランドラインを形成する。つまり、基板導体層１２１，１２２によって高周波回路のパターンを形成する。その後、本体部１２０及び基板導体層１２１，１を穿設して貫通孔１６を形成する。

図３に示すように、コア基板となる基板１１を用意する。まず、ガラスエポキシ樹脂からなる本体部１１０を用意する。続いて、本体部１１０に貫通孔１１３を穿設し、貫通孔１１３内に樹脂１１４及び放熱板１４を埋め込む。続いて、無電解銅めっきなどの方法によって、本体部１１０、樹脂１１４及び放熱板１４の全体を銅めっき皮膜で覆う。続いて、不要な銅めっき皮膜をフォトリソグラフィ及びエッチングによって取り除くことにより、基板導体層１１１，１１２を得る。このとき、基板導体層１１１，１１２によって低周波回路のパターンを形成してもよい。

続いて、図４に示すように、図２の基板１２と図３の基板１１とを貼り合せ層１３を介して貼り合わせる。貼り合せ層１３は、ガラスエポキシ樹脂などのプリプレグからなり、熱圧着によって基板１１の表面と基板１２の裏面とを貼り合わせる。プリプレグとは、補強材のガラス布に熱硬化性樹脂を含浸させた接着シートのことである。続いて、無電解銅めっきなどの方法によって、基板１１、貼り合せ層１３及び基板１２の全体を、銅めっき皮膜で覆う。続いて、不要な銅めっき皮膜をフォトリソグラフィ及びエッチングによって取り除くことにより、内壁面導体層１６１を得る。

続いて、図５に示すように、貫通孔１６の周縁に切り欠き部１２３を形成する。切り欠き部１２３の形成方法としては、機械的な切削方法、例えばエンドミル加工が挙げられる。切り欠き部１２３の大きさ及び形状は、リード端子の大きさ、形状及び本数に応じて、任意に設計してよい。これによって、放熱多層基板１０が完成する。

続いて、図１に示すように、電子部品１５を放熱多層基板１０に実装する。つまり、はんだや樹脂（図示せず）を介して良好な熱伝導性を保ちつつ、ヒートシンク１５２を放熱板１４上に固定する。続いて、リード端子１５３とマイクロストリップラインを成す基板導体層１２１とを、はんだ１７によって電気的に接続する。これによって、電子装置２０が完成する。

本実施形態の放熱多層基板の製造方法によれば、電子部品１５を収納するための貫通孔１６内の内壁面導体層１６１を用いることによって、スルーホールを設けなくても基板導体層１２１，１２２，１１１，１１２間を電気的に接続できるので、小型化を達成できる。しかも、電子部品１５を収容するために設けられた既存の貫通孔１６を利用するので、基板１２にスルーホールを穿設するための特別の工程が不要となり、これによって製造工程を簡素化できる。

なお、銅の代わりに他の金属を用いてもよく、めっきの代わりに蒸着、スパッタなどを用いてもよい。プリプレグの代わりに接着剤などを用いてもよい。

本実施形態の放熱多層基板の製造方法は、次のように表現することができる。

本実施形態の放熱多層基板の製造方法は、放熱多層基板１０を製造する方法において、
基板１１，１２にそれぞれ貫通孔１１３，１６を形成し、貫通孔１１３に放熱板１４を埋め込み、放熱板１４が埋め込まれた基板１１と貫通孔１６が形成された基板１２とを貼り合わせ層１３を介して貼り合せ、貫通孔１６の内壁面に内壁面導体層１６１を形成する、ことを特徴とする。

貫通孔１６の内壁面に内壁面導体層１６１を形成する際に、銅めっきを用いる、としてもよい。貫通孔１１３に放熱板１４を埋め込む際に、貫通孔１１３と放熱板１４との間隙に、放熱板１４と基板１１との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収する樹脂１１４を充填する、としてもよい。

次に、本発明についての補足説明を付記する。

本発明は、基板１１の放熱が必要な部分にのみ、金属からなる放熱板１４を埋め込み、基板１２の裏面の導体層をＲＦマイクロストリップラインのＧＮＤ部とすることにより、低価格化及び小型化を達成することができる。導体層は４層であり、上から１、２層目が高周波材料からなる基板１２に設けられ、３、４層目がガラスエポキシ樹脂からなる基板１１に設けられている。図１において、ＲＦトランジスタからなる電子部品１５を実装する箇所の基板１２を切り抜き、基板１１の放熱が必要な部分のみに放熱板１４を埋め込むことにより、ＲＦトランジスタを実装可能となる。また、放熱板１４と基板１２の２層目とをつなぎ、２層目をＲＦマイクロストリップラインのＧＮＤ部分とすることにより、高価な高周波材料を用いる基板を１、２層目の基板１２のみにできる。更に、３、４層目を自由に配線できるので、表層部にあった配線を内層部に変更することにより、基板の小型化が可能となる。

本発明は、二つのコア基板材料をプリプレグで貼り付けた４層の導体層を有する基板構成となっている。図２に示すように、ＲＦトランジスタを実装する箇所において１、２層目を有するコア基板を切り抜く。図３に示すように、貫通孔に金属からなる放熱板を埋め込み、放熱板の周りを樹脂で埋め、全体にメッキをつける。図４に示すように二つのコア基板をプリプレグで積層して、放熱板と２層目とをメッキでつなぐ。図５に示すように、１、２層目を有するコア基板に切り込みを入れる。

本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。第１の効果：金属からなる放熱板を基板に埋め込んでいるので、ＲＦ用高出力トランジスタを実装できる。第２の効果：放熱板と２層目とを接続しているので、３、４層目に配線の引き回しができ、全体を小型化できる。第３の効果：放熱板と２層目とを接続しているので、二つのコア基板を積層するのに高価な高周波用プリプレグを使わなくてよくなり、これによって価格を低減できる。第４の効果：切り込みがあるのでトランジスタのリードとＧＮＤとのショートを防止可能である。第５の効果：埋め込まれた放熱板を樹脂で埋めてメッキ及びプリプレグで固定しているので、放熱板の放熱性が良く、かつ機械的な保持力も強い。

以上、上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。

本発明は、複数の導体層を有するとともに電子部品及び放熱板が実装される放熱多層基板を用いる装置、例えば、無線基地局などのパワーアンプ基板などに利用可能である。

１０ 放熱多層基板
１１ 第一の基板
１１０ 本体部
１１１ 基板導体層（表面）
１１２ 基板導体層（裏面）
１１３ 第一の貫通孔
１１４ 樹脂
１２ 第二の基板
１２０ 本体部
１２１ 基板導体層（表面）
１２２ 基板導体層（裏面）
１２３ 切り欠き部
１３ 貼り合わせ層
１４ 放熱板
１５ 電子部品
１５１ パッケージ
１５２ ヒートシンク
１５３ リード端子
１６ 第二の貫通孔
１６１ 内壁面導体層
１７ はんだ
２０ 電子装置
８０ ＲＦ用トランジスタ実装基板
８１ 基板
８１０ 本体部
８１１ マイクロストリップライン
８１２ グランドライン
８１３ 貫通孔
８２ 放熱板
８３ 電子部品
８３１ パッケージ
８３２ ヒートシンク
８３３ リード端子
８４ はんだ

Claims (9)

1. 表面及び裏面の少なくとも一方に基板導体層を有する第一の基板と、
   表面及び裏面の少なくとも表面に基板導体層を有する第二の基板と、
   前記第一の基板の表面と前記第二の基板の裏面とを貼り合わせる貼り合わせ層と、
   前記第一の基板に形成された第一の貫通孔と、
   この第一の貫通孔に埋め込まれた放熱板と、
   前記放熱板上に載置する電子部品としてのＲＦ高出力トランジスタを収容するために前記貼り合せ層及び前記第二の基板に形成された第二の貫通孔と、
   この第二の貫通孔の内壁面において複数の前記基板導体層のうちの少なくとも二つの基板導体層同士を電気的に接続する内壁面導体層と、
   を備え、
   前記第二の基板の前記表面の前記基板導体層からマイクロストリップラインが形成され、
   このマイクロストリップラインは前記ＲＦ高出力トランジスタのリード端子が電気的に接続されるものであり、
   前記リード端子の近傍となる前記第二の貫通孔の周縁には切り欠き部が形成された、
   ことを特徴とする放熱多層基板。
2. 請求項１記載の放熱多層基板において、
   前記放熱板は導電性を有し、
   前記内壁面導体層は、複数の前記基板導体層のうちの少なくとも一つの基板導体層と前記放熱板とを電気的に接続する、
   ことを特徴とする放熱多層基板。
3. 請求項２記載の放熱多層基板において、
   前記第二の基板は表面及び裏面の両方に基板導体層を有し、
   当該裏面の基板導体層からグランドラインが形成され、
   このグランドラインが前記内壁面導体層を介して前記放熱板に電気的に接続された、
   ことを特徴とする放熱多層基板。
4. 請求項３記載の放熱多層基板において、
   前記内壁面導体層が銅めっき皮膜からなる、
   ことを特徴とする放熱多層基板。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の放熱多層基板において、
   前記第一の貫通孔と前記放熱板との間隙に、前記放熱板と前記第一の基板との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収する樹脂が充填された、
   ことを特徴とする放熱多層基板。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の放熱多層基板と、
   前記放熱板上に載置された前記電子部品と、
   を備えたことを特徴とする電子装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の放熱多層基板を製造する方法において、
   前記第一及び第二の基板にそれぞれ前記第一及び第二の貫通孔を形成し、
   前記第一の貫通孔に前記放熱板を埋め込み、
   前記放熱板が埋め込まれた前記第一の基板と前記第二の貫通孔が形成された前記第二の基板とを前記貼り合わせ層を介して貼り合せ、
   前記内壁面に前記内壁面導体層を形成し、
   前記第二の貫通孔の周縁に前記切り欠き部を形成する、
   ことを特徴とする放熱多層基板の製造方法。
8. 請求項７記載の放熱多層基板の製造方法において、
   前記内壁面に前記内壁面導体層を形成する際に銅めっきを用いる、
   ことを特徴とする放熱多層基板の製造方法。
9. 請求項７又は８記載の放熱多層基板の製造方法において、
   前記第一の貫通孔に前記放熱板を埋め込む際に、前記第一の貫通孔と前記放熱板との間隙に、前記放熱板と前記第一の基板との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収する樹脂を充填する、
   ことを特徴とする放熱多層基板の製造方法。

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