JP2004179291A

JP2004179291A - 配線板および配線板の製造方法

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Publication number: JP2004179291A
Application number: JP2002342059A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Kawaguchi; 克雄川口
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】放熱性に優れた配線板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】配線板１００は，アルミ等の熱伝導性の高い金属をコア基板１５とする。そして，その板厚には十分な厚みがある。また，コア基板１５を貫通する貫通ビア１０が形成されている。また，コア基板１５は，表面を有機酸で陽極酸化処理することで形成された絶縁層１４，１６により覆われている。この絶縁層は非常に薄い膜であるため，配線層１３，１７や貫通ビア１０の壁面の導体層２２からコア基板１５までの間隔が狭い。従って，コア基板１５に熱が伝わりやすい。また，絶縁層１４，１６は，高い絶縁破壊電圧を有している。そのため，絶縁層１４，１６のみで絶縁層として利用することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，導体層と絶縁層とを積層してなる配線板およびその製造方法に関する。さらに詳細には，放熱性に優れた配線板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から，導体層と絶縁層とを積層してなる配線板には，図１０に示すように金属基板３５をコア基板としているものがある。この金属基板３５の材質は，アルミ等の熱伝導性の高い金属である。また，配線板には，貫通ビア３２が幾つか設けられている。この貫通ビア３２の壁面の導体層３９と導通している配線層３３には，ＩＣ等の電子部品４０が接続されている。そして，ＩＣ等の電子部品４０にて発生した熱を，貫通ビア３２の壁面の導体層３９を通じて金属基板３５に伝達するようにしている。これにより，金属基板３５への散熱を図っている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１０２５６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前記した従来の配線板には以下のような問題があった。すなわち，貫通ビア３２の壁面の導体層３９と金属基板３５との間には，絶縁のために樹脂層３８を形成する必要がある。そして，その樹脂層３８は，４００〜５００μｍ程度の厚みがある。すなわち，導体層３９と金属基板３５との間にはある程度の間隔がある。さらに，樹脂自体は熱伝導率が低い。そのため，金属基板３５までに熱が円滑に行き届かないのである。従って，金属基板３５の高い熱伝導性を十分に生かしきれていない。
【０００５】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，放熱性に優れた配線板およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決を目的としてなされた配線板は，金属基板と，金属基板の表面に有機酸による陽極酸化処理を行うことで形成された陽極酸化皮膜と，金属基板から陽極酸化皮膜によって絶縁された導体層とを有し，導体層同士を電気的に接続するスルーホールが形成されており，スルーホールの箇所では，金属基板と導体層とが陽極酸化皮膜のみを挟んで対向していることものである。
【０００７】
本発明の配線板は，金属基板をベース基板としている。また，金属基板の表面には，陽極酸化処理による陽極酸化皮膜が形成されている。また，スルーホールが形成されており，当該スルーホールの箇所では金属基板と導体層とが，陽極酸化皮膜のみを挟んで対向している。このスルーホールは，貫通しているもの，あるいは有底のもののいずれでもよい。また，内部が充填されているものであってもよいし，充填されていないものであってもよい。また，陽極酸化皮膜は，高い絶縁破壊電圧を有している。すなわち，陽極酸化皮膜のみで金属基板と導体層とが絶縁される。そのため，熱伝導性が低い樹脂層を形成する必要はなく，陽極酸化皮膜の直上に導体層が形成されている。また，陽極酸化皮膜は薄膜であり，導体層から金属基板までの間隔が狭い。従って，熱移動に対する抵抗が小さく，金属基板に熱が伝わりやすい。
【０００８】
また，本発明の配線板は，導体層うち，金属基板との対向箇所につながっている部分に接続された発熱体を有することとするとよりよい。これにより，発熱体にて発生した熱が，スルーホールを通じて金属基板に円滑に伝えられる。よって，発熱体の温度上昇が抑制される。
【０００９】
また，本発明の配線板の製造方法は，絶縁層と導体層とを有する配線板の製造方法であって，金属の基板に貫通穴を形成する穴あけ工程と，穴あけ工程後の基板に有機酸にて陽極酸化処理を行うことで，貫通穴内の壁面に陽極酸化皮膜を形成する皮膜工程と，皮膜工程後の基板に，めっき処理を行うことで貫通ビアを形成するめっき工程とを含んでいる。
【００１０】
本発明の配線板の製造方法では，まず，金属基板に貫通穴を形成する。なお，金属基板の表面上には，樹脂層や導体層が形成されていてもよい。次に，貫通穴が形成された金属基板に陽極酸化処理を行う。これにより，少なくとも貫通穴の壁面に陽極酸化皮膜が形成される。次に，陽極酸化皮膜が形成された基板にめっき処理を行う。これにより，貫通穴の壁面に導体層が形成される。ここで，貫通穴の壁面の導体層と金属基板との間に形成されている陽極酸化皮膜は，非常に薄い膜である。そのため，導体層に伝えられる熱が金属基板に伝わりやすい。従って，本製造方法にて製造された配線板は，放熱性に優れている。
【００１１】
また，本発明の配線板の製造方法には，穴あけ工程前に，基板に有機酸にて陽極酸化処理を行うことで陽極酸化皮膜を形成する前皮膜工程と，前皮膜工程後であって穴あけ工程前に，基板の少なくとも一方の面上に導体層を形成し，その導体層上に絶縁層を形成する積層工程とを含んでいるとよりよい。
【００１２】
また，本発明の配線板の製造方法には，皮膜工程後であってめっき工程前に，基板の少なくとも一方の面上に導体層を形成し，その導体層上に絶縁層を形成する積層工程と，積層工程後であってめっき工程前に，穴あけ工程にて貫通穴が形成された位置に再び貫通穴を形成する再穴あけ工程とを含んでいるとよりよい。この場合の配線板の製造方法では，積層工程にて貫通穴の壁面に導体層を形成することとするとよりよい。これにより，貫通穴の壁面の陽極酸化皮膜は導体層に覆われた状態になる。そのため，再穴あけ工程の際には，陽極酸化皮膜がレーザ等の穴あけの影響を受けない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
［第１の形態］
第１の形態に係る配線板１００は，図１に示す断面構造を有している。具体的には，配線板１００は，コア基板１５と，配線層１１，１３，１７，１９と，樹脂層１２，１８とを有するものである。各配線層には，必要に応じてパターニングが施されている。そして，表面の配線層１１，１９には，必要に応じてＩＣ等の電子部品４０が接続されている。また，配線板１００には，貫通ビア１０が形成されている。そして，配線層１１と配線層１９とは，貫通ビア１０の場所では壁面の導体層２２を通じて互いに導通している。また，配線板１００の内部には内層ビア２０が形成されている。そして，配線層１３と配線層１７とは，内層ビア２０の場所では互いに導通している。
【００１５】
また，コア基板１５の表面上には，図２に示すように陽極酸化処理による薄膜（厚さ：１０〜１００μｍ程度）の絶縁層１４，１６，２１が形成されている。そのため，コア基板１５と配線層１３，１７とは絶縁されている。同様に，コア基板１５と配線層１１，１９および導体層２２とについても絶縁されている。なお，陽極酸化処理については後述する。
【００１６】
また，コア基板１５と貫通ビア１０の壁面の導体層２２との間には熱伝導性が低い樹脂の層が存在しない。そして，コア基板１５と貫通ビア１０との間に存在する絶縁層２１は，非常に薄い膜である。すなわち，コア基板１５と導体層２２との間の熱移動に対する抵抗が小さい。そのため，電子部品４０から導体層２２に伝達された熱は，絶縁層２１を介して円滑にコア基板１５に伝達される。また，コア基板１５自体は，アルミ等の熱伝導性に優れた金属基板である。そして，その板厚は，０．５〜２．０ｍｍ程度の厚みがある。そのため，コア基板１５全体への散熱効果が発揮される。従って，電子部品４０の温度上昇が抑制される。
【００１７】
次に，配線板１００の製造プロセスについて図３を基に説明する。配線板１００は，図３（Ａ）に示すようなコア基板１５を出発材として製造される。このコア基板１５の板厚には前述の通り，０．５〜２．０ｍｍ程度の厚みがあり，全体としてある程度の剛性がある。
【００１８】
まず，図３（Ｂ）に示すように図１中の内層ビア２０となる位置に穴が形成される。その後，コア基板１５の表面に絶縁層１４，１６が形成される。この絶縁層１４，１６は，コア基板１５に対して，有機酸を主成分とする電解液にて陽極酸化処理を行うことで形成される。有機酸としては，例えば蓚酸が使用可能である。この絶縁層１４，１６は，例えば，膜厚が３０μｍである場合には１０００Ｖという高い絶縁破壊電圧を有している。すなわち，この陽極酸化処理を行うことにより，高い絶縁破壊電圧を有する絶縁層１４，１６が形成される（陽極酸化処理の具体的な方法については，例えば特願平９−２６６３７４号公報参照）。
【００１９】
次に，図３（Ｃ）に示すように金属めっき処理を行うことで，配線層１３，１７が形成される。金属めっき処理では，まず，無電解めっきにて配線層が形成され，引き続き電解めっきにてさらに配線層が形成される。無電解めっきにて形成される配線層の材質としては銅等がある。また，電解めっきにて形成される配線層の材質としては銅等がある。また，配線層１３，１７とコア基板１５との間には絶縁層１４，１６が形成されているため，配線層１３，１７とコア基板１５とは絶縁されている。一方，金属めっき処理の際には，穴２０の壁面にも導体層が形成される。このため，配線層１３と配線層１７とは，穴２０の壁面の導体層を通じて導通している。また，必要に応じて配線層１３，１７にパターニングを行う。なお，図３（Ｃ）は，パターニング後の基板を示す図である。なお，この状態の基板でも，金属コア両面基板として使用することができる。
【００２０】
次に，図３（Ｄ）に示すように配線層１３，１７上に樹脂層１２，１８が形成される。次に，図３（Ｅ）に示すように図１中の貫通ビア１０を形成する位置にドリルにより貫通穴が形成される。これにより，貫通穴１０の壁面には，絶縁層が形成されていないコア基板１５の一部が露出する。貫通穴１０の穴径は，０．１〜１．０ｍｍ程度である。
【００２１】
次に，図３（Ｆ）に示すように貫通穴１０が形成されたコア基板１５の壁面に絶縁層２１が形成される。この絶縁層２１は，前述した陽極酸化処理を行うことで形成される。これにより，再びコア基板１５全体が陽極酸化処理による絶縁層で覆われる。
【００２２】
次に，図３（Ｇ）に示すように金属めっき処理を行うことで，表面上に配線層１１，１９が形成される。このとき，貫通穴１０の壁面にも導体層２２が形成され，配線層１１と配線層１９とが導通する。コア基板１５と導体層２２との間には絶縁層２１が形成されているため，コア基板１５と導体層２２とは絶縁されている。また，必要に応じて配線層１１，１９にパターニングを行う。なお，図３（Ｇ）は，パターニング後の基板を示す図である。この状態の基板に電子部品４０を搭載することにより，配線板１００が製造される。
【００２３】
なお，本形態の配線板１００は，コア基板１５の表面に陽極酸化処理による絶縁層１４，１６（図３（Ｂ））を形成した後に配線層１３，１７（図３（Ｃ））および樹脂層１２，１８（図３（Ｄ））を積層しているが，絶縁層１４，１６を形成しなくてもよい。この場合には，図３（Ｂ），（Ｃ）の工程はなく，図１中の絶縁層１４，１６，その直上にある配線層１３，１７，および内層ビア２０は形成されない。すなわち，出発材であるコア基板１５（図３（Ａ）に相当）の直上に，樹脂層を積層（図３（Ｄ）に相当）する。その後，その基板に貫通穴を形成（図３（Ｅ）に相当）する。その後，その基板に陽極酸化処理を行う（図３（Ｆ）に相当）ことにより，図４に示すように導体層２２に対向しているコア基板１５の壁面のみに絶縁層２１が形成される。
【００２４】
次に，配線板の耐久試験の結果について説明する。本試験では，本形態の配線板の他に比較例として，金属コア基板を設けていない従来の配線板と，図１０に示したような金属コア基板を設けた従来の配線板とについても試験対象とした。図５は，ＩＣチップを実装して電流２０Ａで通電した場合の配線板の温度を，経過時間ごとに示したグラフである。なお，どの配線板についても試験開始時（０ｈ）の温度は２０℃とした。本形態の配線板は，２時間経過した段階での温度は３２℃であり，温度の上昇幅は１２℃であった。一方，従来の配線板（金属コア基板なし）は，２時間経過した段階での温度は７５℃であり，温度の上昇幅は５５℃であった。また，従来の配線板（金属コア基板あり）は，２時間経過した段階での温度は５２℃であり，温度の上昇幅は３２℃であった。結果として，本形態の配線板は，比較例よりも温度の上昇幅が狭い。従って，本形態の配線板が放熱性に優れていることが認められる。
【００２５】
以上詳細に説明したように本形態の配線板１００は，アルミ等の熱伝導性の高い金属をコア基板１５とすることとしている。また，コア基板１５を貫通する貫通ビア１０を形成することとしている。また，コア基板１５は，表面を有機酸で陽極酸化処理することで形成された絶縁層１４，１６，２１により覆われている。絶縁層１４，１６，２１は，高い絶縁破壊電圧を有している。すなわち，これらの絶縁層のみで絶縁される。そのため，樹脂による絶縁層を形成する必要はなく，絶縁層１４，１６，２１の直上に配線層１３，１７および導体層２１が形成されている。また，絶縁層２１は非常に薄い膜であり，導体層２２からコア基板１５までの間隔が狭い。従って，コア基板１５に熱が伝わりやすい。また，コア基板１５に開けられる貫通穴の穴径は０．１〜１．０ｍｍであって，従来のコア基板３５に開けられる穴と比較して小さい。また，貫通ビア１０は，層間導通ビアとしての機能とサーマルビアとしての機能とを併せ持っている。そしてそのことを回路の設計にも反映できる。これにより，コンパクトな回路を有し，放熱性に優れた配線板およびその製造方法が実現されている。
【００２６】
［第２の形態］
第２の形態に係る配線板２００は，図６に示す断面構造を有している。具体的には，配線板２００は第１の形態の配線板１００と同様に，コア基板１５と，配線層１１，１３，１７，１９と，樹脂層１２，１８とを有する配線板である。また，コア基板１５は，図７に示すように陽極酸化処理による絶縁層１４，１６，２１に覆われている。また，配線板２００にも，貫通ビア１０が形成されている。なお，本形態の配線板２００は，コア基板１５と導体層２２との間に，絶縁層２１の他に導体層２３が形成されているところが第１の形態と異なる。当該導体層２３は，導体層２２と絶縁層２１との間に形成されている。
【００２７】
次に，配線板２００の製造プロセスについて図８を基に説明する。配線板２００も，図８（Ａ）に示すようなコア基板１５を出発材として製造される。次に，図８（Ｂ）に示すように図６中の貫通ビア２０となるべき位置に貫通穴が形成される。また，図６中の貫通ビア１０となるべき位置にも貫通穴が形成される。
【００２８】
次に，図８（Ｃ）に示すように陽極酸化処理を行うことでコア基板１５の表面上に絶縁層１４，１６，２１が形成される。次に，図８（Ｄ）に示すように金属めっき処理を行うことで，配線層１３，１７が形成される。また，金属めっき処理の際には，貫通穴１０，２０の壁面にも導体層２３が形成される。また，必要に応じて配線層１３，１７にパターニングを行う。なお，図８（Ｄ）は，パターニング後の基板を示す図である。
【００２９】
次に，図８（Ｅ）に示すように配線層１３，１７上に樹脂層１２，１８が形成される。これにより，貫通ビア１０，２０が樹脂で充填される。次に，図８（Ｆ）に示すように図６中の貫通ビア１０をとなるべき位置，すなわち図８（Ｂ）の工程にて形成された貫通穴の位置に，レーザにより再び貫通穴が形成される。これにより，貫通穴１０の壁面には配線層１３および導体層２３が露出する。このとき，絶縁層１４，１６，２１は，配線層１３および導体層２３により覆われているため，レーザの影響を受けない。
【００３０】
次に，図８（Ｇ）に示すように金属めっき処理を行うことで，表裏面上に配線層１１，１９が形成される。このとき，貫通穴１０の壁面にも導体層２２が形成され，配線層１１と配線層１９とが導通する。すなわち，貫通ビア１０が内層ビアの直上に形成される。また，コア基板１５と導体層２２との間には絶縁のために絶縁層２１が形成されている。また，必要に応じて配線層１１，１９にパターニングを行う。なお，図８（Ｇ）は，パターニング後の基板を示す図である。この状態の基板に電子部品４０を搭載することにより，配線板２００が製造される。
【００３１】
なお，本形態の配線板２００は，コア基板１５を貫通するビア１０により電子部品の熱をコア基板１５に伝達させているが，図９に示すように配線層１３を底とする有底ビア２５を形成し，当該ビアから熱を伝達することとしてもよい。有底ビア２５では，壁面の導体層２３からコア基板１５に熱を伝える貫通ビアとは異なり，底面の導体層２４からコア基板１５に熱を伝えることになる。この場合には，図８（Ｆ）の工程にて有低ビア２５の底となる配線層１３の位置に，レーザによる穴を形成する。
【００３２】
以上詳細に説明したように本形態の配線板２００は，アルミ等の熱伝導性の高い金属をコア基板１５とすることとしている。また，コア基板１５を貫通する貫通ビア１０を形成することとしている。また，コア基板１５は，表面を有機酸で陽極酸化処理することで形成された絶縁層１４，１６，２１により覆われている。この絶縁層は非常に薄い膜であるため，配線層１３，１７，２２からコア基板１５までの間隔が狭い。また，絶縁層２１の直上に内層ビアが形成され，さらにその直上に貫通ビア１０が形成されている。従って，コア基板１５に熱が伝わりやすい。また，貫通穴１０の形成時には，絶縁層１４，１６，２１は内層ビアに覆われているため，レーザ等の穴あけの影響を受けない。これにより，放熱性に優れた配線板およびその製造方法が実現されている。
【００３３】
なお，第１の形態では，レーザによる穴あけを行う必要がない。そのため，コストが安い。一方，第２の形態では，陽極酸化処理を行う回数が少ない。そのため，生産効率がよい。
【００３４】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本形態のコア基板１５はアルミに限るものではない。例えば，銅が使用可能である。また，陽極酸化処理に使用される有機酸としては蓚酸のほかにリン酸等も使用可能である。
【００３５】
また，実施の形態では，コア基板１５の両面に積層しているがこれに限るものではない。すなわち，一方の面上のみに積層してもよい。また，陽極酸化処理後のコア基板１５上には，２層の配線層１１，１３を形成しているがこれに限るものではない。すなわち，さらに多層の配線層を形成してもよい。
【００３６】
また，実施の形態では，配線板から露出している貫通ビア１０にＩＣ等の電子部品を接続するとしているが，これに限るものではない。例えば，配線板内部にあるビア２０に接続してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば，金属基板をベースに陽極酸化皮膜によって絶縁層を形成し，かつ金属基板を貫通するスルーホールによって金属基板の両面に回路を形成し，放熱性に優れた配線板およびその製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の形態に係る配線板を示す断面図である。
【図２】第１の形態に係る配線板の貫通ビア付近を示す断面の拡大図である。
【図３】第１の形態に係る配線板の製造工程を示す断面図である。
【図４】第１の形態に係る配線板（応用例）の貫通ビア付近を示す断面の拡大図である。
【図５】第１の形態に係る配線板の耐久試験の結果を示すグラフである。
【図６】第２の形態に係る配線板を示す断面図である。
【図７】第２の形態に係る配線板の貫通ビア付近を示す断面の拡大図である。
【図８】第２の形態に係る配線板の製造工程を示す断面図である。
【図９】実施の形態に係る配線板の有低ビア付近を示す断面の拡大図である。
【図１０】従来の形態に係る配線板を示す断面図である。
【符号の説明】
１０貫通ビア（貫通穴）
１１，１９配線層
１２，１８樹脂層
１３，１７配線層
１４，１６絶縁層
１５コア基板
２１絶縁層
２２，２３導体層

Claims

金属基板と，
前記金属基板の表面に有機酸による陽極酸化処理を行うことで形成された陽極酸化皮膜と，
前記金属基板から前記陽極酸化皮膜によって絶縁された導体層とを有し，
導体層同士を電気的に接続するスルーホールが形成されており，
前記スルーホールの箇所では，前記金属基板と導体層とが前記陽極酸化皮膜のみを挟んで対向していることを特徴とする配線板。
請求項１に記載する配線板において，
前記スルーホールは前記金属基板を貫通していることを特徴とする配線板。
請求項１または請求項２に記載する配線板において，
前記導体層うち，前記金属基板との対向箇所につながっている部分に接続された発熱体を有することを特徴とする配線板。
絶縁層と導体層とを有する配線板の製造方法において，
金属の基板に貫通穴を形成する穴あけ工程と，
前記穴あけ工程後の基板に有機酸にて陽極酸化処理を行うことで，前記貫通穴内の壁面に陽極酸化皮膜を形成する皮膜工程と，
前記皮膜工程後の基板に，めっき処理を行うことで貫通ビアを形成するめっき工程とを有することを特徴とする配線板の製造方法。
請求項４に記載する配線板の製造方法において，
前記穴あけ工程前に，前記基板に，有機酸にて陽極酸化処理を行うことで陽極酸化皮膜を形成する前皮膜工程と，
前記前皮膜工程後であって前記穴あけ工程前に，基板の少なくとも一方の面上に導体層を形成し，その導体層上に絶縁層を形成する積層工程とを有することを特徴とする配線板の製造方法。
請求項４に記載する配線板の製造方法において，
前記皮膜工程後であって前記めっき工程前に，基板の少なくとも一方の面上に導体層を形成し，その導体層上に絶縁層を形成する積層工程と，
前記積層工程後であって前記めっき工程前に，前記穴あけ工程にて貫通穴が形成された位置に再び貫通穴を形成する再穴あけ工程とを有することを特徴とする配線板の製造方法。