JP2004179291A - 配線板および配線板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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
【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 (6)
- 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。
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