JP2008004942A - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、絶縁層と、絶縁層の一面に形成される回路パターンと、絶縁層を貫いて絶縁層に結合されて、回路パターンと電気的に繋がる層間導通部と、絶縁層の他面に積層される放熱層と、絶縁層と放熱層の間に介在されて、層間導通部と繋がる放熱コーティング層と、を含む印刷回路基板は、絶縁層に含有されている熱を放熱層に効果的に伝達して放熱効果を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷回路基板及びその製造方法（ＰＣＢ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅｒｅｏｆ）に関する。

現在、電子製品の薄型化及び機能化により、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）にはさらに多い数の受動素子及び高密度、高多層のパッケージが実装されており、このような趨勢は今後にも持続されるだろう。基本的に印刷回路基板は、印刷回路原板に電気配線の回路設計に応じて各種電子部品を連結したり、部品を支持する役目をした。しかし、実装される受動部品及びパッケージングの個数が多くなるほど、部品では電力消耗が多くなり激しい熱が発生して、製品の信頼性の側面、消費者の製品選好度の側面でも重要な判断基準となっている。結果的に高機能化に応じて発生する熱を効果的に放熱及び放出することができる機能性印刷回路基板が要求されている。

放熱ＰＣＢとは、内部に挿入された放熱金属の一部が空気中に露出されて基板の温度を低めたり、高密度に実装された部分から発生した熱を他の部分に分散させて全体ＰＣＢ基板の温度を低める役目をする機能性基板を言う。

既存の放熱ＰＣＢは、両／単面基板を製造するために、金属を多層に挿入する方法、内層（Ｃｏｒｅ）部分に厚い金属を挿入する方法、一面に厚い金属板を重ねた方法、またはこれらの構造を混合した形態であった。このような構成の放熱ＰＣＢでは、Ｐｒｅｐｒｅｇ（ＦＲ−４エポキシＲｅｓｉｎ）、電気伝導性接着剤（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ、ＥＣＡ）及び/または絶縁性樹脂などを用いて接合した。

しかし、Ｐｒｅｐｒｅｇ（ＦＲ−４エポキシＲｅｓｉｎ）、電気伝導性接着剤（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）、そして絶縁性樹脂などの基本構成はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）成分からなるため、放熱金属板に熱を効果的に伝達させにくい。その結果、意図した放熱効果が減少されるという問題点が提起された。

本発明は、熱伝導性の高い放熱コーティング層を放熱層にコーティングすることにより、絶縁層に含有された熱を放熱層に効果的に伝達して放熱効果の向上された印刷回路基板及びその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、絶縁層と、絶縁層の一面に形成される回路パターンと、絶縁層を貫いて絶縁層に結合されて回路パターンと電気的に繋がる層間導通部と、絶縁層の他面に積層される放熱層と、絶縁層と放熱層の間に介在されて層間導通部と繋がる放熱コーティング層と、を含む印刷回路基板が提供される。

放熱層はアルミニウム基板からなっても良いし、放熱コーティング層は、金（ｇｏｌｄ）、銀（ｓｉｌｖｅｒ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の中の一つ以上からなることができ、放熱コーティング層は放熱層の両面にコーティングされることができる。

一方、絶縁層の一面には積層される追加絶縁層と、追加絶縁層を貫いて追加絶縁層に結合されて回路パターンと電気的に繋がる追加層間導通部と、絶縁層と追加絶縁層の間に介在されて追加層間導通部と繋がる追加放熱コーティング層がさらに形成されることができる。

絶縁層と追加絶縁層の間には、アルミニウム材質からなる追加放熱層が介在されても良いし、追加放熱層の両面には追加放熱コーティング層がコーティングされても良い。

一方、層間導通部は回路パターンに結合されて硬化されたペーストバンプ（ｐａｓｔｅ ｂｕｍｐ）であっても良いし、これはＢ２ｉｔ工法により形成されることができる。

また、本発明の別の実施形態によれば、（ａ）放熱層の表面に放熱コーティング層を形成する段階と、（ｂ）絶縁層の表面に回路パターンを形成して、絶縁層を貫いて絶縁層に結合されて回路パターンと電気的に繋がる層間導通部を形成する段階と、及び（ｃ）層間導通部が放熱コーティング層に接するように絶縁層を放熱層に積層する段階と、を含む印刷回路基板の製造方法が提供される。

段階（ｃ）を行うことにおいて、（ｄ）絶縁層に追加絶縁層を積層する段階を並行して行うことができ、追加絶縁層には追加絶縁層を貫いて結合されて回路パターンと電気的に繋がる追加層間導通部が形成されることができる。

一方、段階（ｄ）を行う前に、（ｅ）絶縁層と追加絶縁層の間に、追加層間導通部と繋がる追加放熱コーティング層を介在する段階を行うこともでき、段階（ｅ）を行う前に、（ｆ）絶縁層と追加絶縁層の間に追加放熱層を介在する段階を追加で行い、追加放熱コーティング層は追加放熱層の表面に形成されるようにすることができる。

段階（ｂ）は、（ｂ１）金属層にペーストバンプを結合して硬化させる段階と、（ｂ２）ペーストバンプが絶縁層を貫くように絶縁層を金属層に積層する段階と、及び（ｂ３）金属層の一部を除去して回路パターンを形成する段階を経ることにより行われることができる。

上述した以外の別の実施形態、特徴、利点が以下の図面、特許請求の範囲を含む発明の詳細な説明により明確となる。

本発明の好ましい実施例による印刷回路基板及びその製造方法は、熱伝導性の高い放熱コーティング層を放熱層にコーティングすることにより絶縁層に含有されている熱を放熱層に効果的に伝達して放熱効果を向上させることができる。

以下、本発明による印刷回路基板及びその製造方法の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるかまたは対応する構成要素は同一な図面番号を付与して、これに対する重複される説明は略する。

図１は、本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板を示す断面図であり、図２は本発明の好ましい第２実施例による印刷回路基板を示す断面図である。図１及び図２を参照すると、絶縁層１０、回路パターン１２、バンプ（ｂｕｍｐ）１４、放熱層２０、放熱コーティング層３０が示されている。

絶縁層１０は、プリプレグ（Ｐｒｅｐｒｅｇ）からなっても良いし、絶縁層１０には以下で順次説明する回路パターン１２及びバンプ１４が介在されることができる。

一方、本実施例では絶縁層１０の材質としてプリプレグ（Ｐｒｅｐｒｅｇ）を提示したが、設計上の必要により電気伝導性接着剤（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）や絶縁性樹脂などに変更することもできる。

回路パターン１２は、絶縁層１０の一面に形成されることができ、使用者の設計によりその模様が決定されることができる。回路パターン１２は、別途のキャリアフィルムに印刷した後、絶縁層１０にキャリアフィルムを付着し加圧して移す方法により形成されることができる。これだけではなく、露光及びエッチングにより形成されることもできるなど、設計上の必要により多様な方法で形成されることができる。一方、回路パターン１２は、電気的信号が移動することができる道であって、銅または銀のような伝導性物質で形成されることができる。勿論、銅（Ｃｏｐｐｅｒ）または銀（Ｓｉｌｖｅｒ）以外の伝導性ペーストでパターンを形成することもできる。回路パターン１２の所定の位置には以下で説明するバンプ１４が形成されることができる。

バンプ１４は、回路パターン１２の所定の位置に形成され得るし、その位置は印刷回路基板の機能に応ずる設計により決定される。バンプ１４は銅または銀のような伝導性物質からなることができる。

バンプ１４は、絶縁層１０の面方向に、絶縁層１０を貫くように形成されることができる。バンプ１４を別途のキャリアフィルムに回路パターン１２と共に形成した後、絶縁層１０にキャリアフィルムを付着し加圧して移すことによりバンプ１４が絶縁層１０を貫くようにすることができる。これだけでなく、設計上の必要により多様な方法で変更することができる。

バンプ１４は絶縁層１０を貫いて接する回路パターン１２と繋がることができ、これにより積層の各層を電気的に連結することができる、層間導通部の役目をすることができる。これで多層印刷回路基板を形成することができる。

一方、本実施例では各層を電気的に連結する層間導通部として伝導性物質からなるバンプ１４を提示したが、絶縁層１０を貫くビアホールと、ビアホールの内壁にコーティングされた伝導性物質により層間導通部を形成することもできるなど、設計上の必要により多様に変更することができる。

放熱層２０は、印刷回路基板の内部から発生する熱を収容し、空気中に放出させたり、または他の部分に伝達することで、全体的に印刷回路基板の温度を低める機能をする手段である。放熱層２０は、伝熱性の優れた物質からなることが好ましく、アルミニウムからなっても良い。

一方、放熱層２０は、印刷回路基板の放熱効果を全体的に向上させるために、図２に示した実施例のように、積層されて印刷回路基板の各層を形成する複数の絶縁層１０の間に選択的に介在されて積層されることができる。

放熱層２０が厚いほど印刷回路基板の内部から発生する熱を収容できる容量が増加するので、放熱層２０は厚いほど良い。しかし、放熱層２０が厚過ぎると、これに応じて印刷回路基板も厚くなるおそれがあるので、放熱層２０の厚さを増加させる場合、それに相応して絶縁層１０の厚さを減少させることができる。これにより放熱効果を増加させることができる。放熱層２０の厚さ及びこれに相応する絶縁層１０の厚さは設計上の必要及び条件に応じて決定されることができる。

印刷回路基板内部に放熱層２０を形成することで、放熱効果の向上を期待することができる。しかし、絶縁層として用いられるＰｒｅｐｒｅｇ（ＦＲ−４エポキシＲｅｓｉｎ）、電気伝導性接着剤（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）または絶縁性樹脂などの基本構成はポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）成分であるため、放熱層２０に熱を効果的に伝達させにくいので放熱効率があまり高くない。これを克服するために、放熱層２０の表面には放熱効果を高めるための放熱コーティング層３０が形成されることができる。

放熱コーティング層３０は、印刷回路基板内部から発生する熱を吸収する絶縁層１０と放熱層２０の間に介在されることができるし、これらの間の熱伝逹が円滑に行われるようにして放熱効果を向上させることができる。また、絶縁層１０と絶縁層１０の間に層間導通部と繋がるように介在されることにより、これを介して熱伝逹が円滑に行われるようにして、結果的に放熱効果を向上させることができる。

放熱コーティング層３０は、伝熱性の優れた金（ｇｏｌｄ）、銀（ｓｉｌｖｅｒ）、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、ダイヤモンドライクカーボン）の中の一つまたはこれらの結合物を含む物質からなることができ、放熱層２０の一面または両面にコーティングをすることにより形成されることができる。

一方、図１及び図２に示した実施例は一つの例示に過ぎなく、積層される絶縁層１０及び放熱層２０の個数、層間導通部の形状などは設計上の必要により多様に変更することができる。

次に、本発明の別の実施形態による印刷回路基板の製造方法に対して図３を参照して説明する。図３は、本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す順序図である。

段階ｓ１は、放熱層２０と絶縁層１０を積層して印刷回路基板を製造する前に、放熱層２０の表面に放熱コーティング層３０を形成する段階である。例えば、伝熱性の優れた金（ｇｏｌｄ）、銀（ｓｉｌｖｅｒ）、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、ダイヤモンドライクカーボン）の中の一つまたはこれらの結合物を含む物質からなる放熱コーティング層３０を放熱層２０の両面ともに形成することができる。

放熱コーティング層３０は、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃなどの方法により形成されることができる。

上記の方法のうち、Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇに対して簡略に説明する。

イオンプレーティング（Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ）法は、真空容器中で金属を蒸発させ、基板（母材）に（−）極をかけてグロー放電（ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）によりイオン化が促進されるようにして、真空蒸着より密着力の優れた被膜を得る方法である。このようにイオン化させる時には、一般的にグロー放電が用いられるが、放電される途中には非常に多様な粒子が生成される。イオンプレーティングの効果を向上させるためには、イオン化率（基板に到逹した蒸発粒子の中のイオン化された原子の比率）を高めることが必要である。

真空容器中の圧力を１×１０-^２〜１×１０-^３Ｔｏｒｒ程度のＡｒガス雰囲気下で、基板には蒸発源及び真空容器の壁（接地電位）に対して−０．５〜２ｋＶ程度の（−）電圧を印加すると基板と基板の周りにグロー放電が発生する。この時、基板の周りには強いダークスペース（ｄａｒｋ ｓｐａｃｅ）が生じる。この状態で蒸発源から金属（または化合物）を蒸発させると、蒸発原子はグロー放電のプラズマの中から電離されてイオン化される。イオン化された蒸発原子は、ガスイオンとともにダークスペースにて加速されて基板に衝撃的に入射することで被覆される。これがＭａｔｔｏｘ法であって、イオン化率は０．１〜０．３％程に過ぎない。

したがって、イオン化率を増加させる様々な方法として、（１）基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の周りに熱陰極を設置し、これにより発生する熱電子を蒸発原子に衝突させてイオン化させる多陰極法と、（２）蒸発源の真上に高周波コイルを設置して高周波磁界によりイオン化を促進する高周波励起法と、（３）蒸発源の加速に高周波を用いて漏洩磁束によりイオン化を促進する誘導加熱法と、（４）蒸発空間に蒸発原子と反応しやすいガスを取り入れて化合物被覆をする反応性蒸着法に放電を加えて化学両論的に好ましい化合物を得る活性化反応蒸着法（ＡＲＥ法）と、（５）蒸発源に密閉型容器を用いて細いノズルから数百個の原子及び分子の塊として得られた蒸発粒子（クラスタ）の一部をイオン化して基板に衝突させるクラスタ法（ｃｌｕｓｔｅｒ法）と、（６）低電圧大電流の特殊電子銃（ＨＣＤ電子銃）を用いてプラズマ電子ビームにより物質を蒸発させる同時にイオン化するＨＣＤ法（ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ法）と、（７）蒸発物質の金属を陰極ターゲットとして用いて、アーク放電により冷却された金属を局部的にとかす同時にイオン化するアーク放電法などが提示されている。

上述のイオンプレートは、被膜と基板との密着性及び被膜の緻密性が良好であり、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮ、ＣｒＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの特異な化合物の被膜を得ることができ、コーティング温度が低いので基板を変形させないという特徴を有する。

段階ｓ２は、絶縁層１０に回路パターン１２及び層間導通部を形成する段階である。

例えば、銅箔層に伝導性ペーストバンプ１４を結合して硬化させ、ペーストバンプ１４が絶縁層１０を貫くように絶縁層１０を銅箔層に積層した後、銅箔層の一部を除去することにより、回路パターン１２を形成すると同時に層間導通部を形成することができる。

この以外にも、回路パターン１２とは別途で、絶縁層１０を貫くビアホールを形成し、ビアホールの内壁を伝導性物質でコーティングすることにより層間導通部を形成することもできる。

段階ｓ３は、絶縁層１０と放熱層２０を積層して印刷回路基板の製造を仕上げる段階である。回路パターン１２、層間導通部が形成されている絶縁層１０と放熱コーティング層３０が形成されている放熱層２０を段階的に積層することで印刷回路基板を製造することもでき、予備積層の後に一括積層することで印刷回路基板を製造することもできる。絶縁層１０の数及び放熱層２０の数は設計上の条件及び必要により多様に変更することができる。

上述した段階ｓ１ないしｓ３を段階的に行うことで、高い放熱効果を有する印刷回路基板を製造することができる。

上述した実施例の以外の多くの実施例が本発明の請求の範囲内に存在する。

本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板を示す断面図である。 本発明の好ましい第２実施例による印刷回路基板を示す断面図である。 本発明の好ましい一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す順序図である。

符号の説明

１０ 絶縁層
１２ 回路パターン
１４ バンプ（ｂｕｍｐ）
２０ 放熱層
３０ 放熱コーティング層

Claims (18)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の一面に形成される回路パターンと、
   前記絶縁層を貫いて前記絶縁層に結合されるし、前記回路パターンと電気的に繋がる層間導通部と、
   前記絶縁層の他面に積層される放熱層と、
   前記絶縁層と前記放熱層の間に介在されるし、前記層間導通部と繋がる放熱コーティング層と、
   を含む印刷回路基板。
2. 前記放熱層が、アルミニウム基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板。
3. 前記放熱コーティング層は、 ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板。
4. 前記放熱コーティング層は、前記放熱層の両面にコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板。
5. 前記絶縁層の一面に積層される追加絶縁層と、
   前記追加絶縁層を貫いて前記追加絶縁層に結合されるし、前記回路パターンと電気的に繋がる追加層間導通部と、
   前記絶縁層と前記追加絶縁層の間に介在されるし、前記追加層間導通部と繋がる追加放熱コーティング層と、
   をさらに含む請求項１に記載の印刷回路基板。
6. 前記追加放熱コーティング層は、 ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含むことを特徴とする請求項５に記載の印刷回路基板。
7. 前記絶縁層と前記追加絶縁層の間に追加放熱層が介在されることを特徴とする請求項５に記載の印刷回路基板。
8. 前記追加放熱層は、アルミニウム基板を含むことを特徴とする請求項７に記載の印刷回路基板。
9. 前記追加放熱コーティング層は、前記追加放熱層の両面にコーティングされることを特徴とする請求項７に記載の印刷回路基板。
10. 前記層間導通部は、前記回路パターンに結合されて硬化されたペーストバンプ（ｐａｓｔｅ ｂｕｍｐ）であることを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板。
11. （ａ）放熱層の表面に放熱コーティング層を形成する段階と、
    （ｂ）絶縁層の表面に回路パターンを形成し、前記絶縁層を貫いて前記絶縁層に結合されるし前記回路パターンと電気的に繋がる層間導通部を形成する段階と、及び
    （ｃ）前記層間導通部が前記放熱コーティング層に接するように前記絶縁層を前記放熱層に積層する段階と、
    を含む印刷回路基板の製造方法。
12. 前記放熱層はアルミニウム基板を含むことを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板の製造方法。
13. 前記放熱コーティング層は、 ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板の製造方法。
14. 前記段階（ａ）は、前記放熱層の両面に放熱コーティング層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板の製造方法。
15. 前記段階（ｃ）は、
    （ｄ）前記絶縁層に追加絶縁層を積層する段階をさらに含み、
    前記追加絶縁層は、前記追加絶縁層を貫いて結合されるし前記回路パターンと電気的に繋がる追加層間導通部を含むことを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板の製造方法。
16. 前記段階（ｄ）の以前に、
    （ｅ）前記絶縁層と前記追加絶縁層の間に、前記追加層間導通部と繋がる追加放熱コーティング層を介在させる段階をさらに含む請求項１５に記載の印刷回路基板の製造方法。
17. 前記段階（ｅ）の以前に、
    （ｆ）前記絶縁層と前記追加絶縁層の間に、追加放熱層を介在させる段階をさらに含み、前記追加放熱コーティング層は前記追加放熱層の表面に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の印刷回路基板の製造方法。
18. 前記段階（ｂ）は
    （ｂ１）金属層にペーストバンプを結合して硬化させる段階と、
    （ｂ２）前記ペーストバンプが前記絶縁層を貫くように前記絶縁層を前記金属層に積層する段階と、及び
    （ｂ３）前記金属層の一部を除去して前記回路パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の印刷回路基板の製造方法。

Images