JP2009016795A - 放熱印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】放熱印刷回路基板の製造方法は、（ａ）絶縁層２１１に銅箔２１２が積層された銅張積層板２１を用意する段階と、（ｂ）前記銅箔の表面に炭素ナノチューブを主成分とするペーストでコーティング層２２を形成する段階と、（ｃ）前記コーティング層２２の一部及び前記銅箔２１２の一部を除去して回路パターン２６を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は印刷回路基板の内部熱を効果的に放熱できる放熱印刷回路基板及びその製造方法に関する。

現在、電子製品の薄型化及び機能化のために、印刷回路基板にはさらに多数の受動素子、及び、高密度の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も引き続き発展する見込みである。

基本的に印刷回路基板は、印刷回路の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、部品を支持したりする役割を果たしている。しかし、実装される受動部品及びパッケージングの数が増加するほど部品の電力消耗が多くなり、熱が激しく発生して、この問題は製品の信頼性の側面、消費者の製品選択の優先性の側面において重要な判断基準になっている。

このようなことから、高機能化から発生される熱を効果的に放熱及び放出することができる機能性の高い印刷回路基板が求められるようになった。

放熱印刷回路基板は、基板内部に挿入された放熱金属の一部を空気中に露出させることにより、基板の温度を低めたり高密度に実装されている部分から発生された熱を他の部分に広めて熱放散し印刷回路基板の温度を全体的に低める役割をする機能性基板である。

放熱印刷回路基板に用いられる放熱金属としては、ステンレス、アルミニウム、銅などがある。アルミニウムは銅に比べて熱伝導度はよくないが、価格的な利点があるため、広く用いられている。しかし、銅とは異なって、酸性及び塩基性の溶液両方とも反応するので、既存工程及び装備を用いるには製造工程上に問題があった。結果的には、アルミニウムを放熱金属として用いるためには、アルミニウム金属専用のエッチング、酸洗及びデスミア溶液、及び装備が必要であった。

また、既存の放熱印刷回路基板の構造によれば、熱が発生する部分と放熱金属板とを接続する際に、プリプレグ、電気伝導性接着剤、及び、絶縁性樹脂などを用いて接合或いは結合している。しかし、このような接合方法に用いられた材料の基本構成は、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）成分であったため、放熱金属板に熱を効果的に伝達することは困難であった。例えば、エポキシの熱伝導率は０．１７〜０．２３Ｗ／ｍｋである。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、既存アルミニウムの使用を代替しながらも放熱効果が優れた放熱印刷回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、（ａ）絶縁層に銅箔が積層されている銅張積層板を用意する段階と、（ｂ）前記銅箔の表面に炭素ナノチューブを主成分とするペーストでコーティング層を形成する段階と、（ｃ）前記コーティング層の一部及び前記銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する段階と、を含む放熱印刷回路基板の製造方法が提供される。

前記（ｂ）段階と前記（ｃ）段階との間に、（ｂ１）前記コーティング層を乾燥する段階をさらに含むことができる。

また、前記（ｂ１）段階と（ｃ）段階との間に、（ｂ２）前記銅張積層板と前記コーティング層とを穿孔して貫通孔を形成する段階と、（ｂ３）前記貫通孔の内部にメッキ層を形成する段階と、をさらに含み、また、前記（ｃ）段階は、前記メッキ層を一部除去する段階をさらに含むことができる。

本発明の他の実施形態によれば、（ｄ）第１銅箔に炭素ナノチューブを主成分とするペーストで第１コーティング層を形成する段階と、（ｅ）前記第１コーティング層の表面に炭素ナノチューブを主成分とするバンプを形成する段階と、（ｆ）前記バンプに貫通されるように絶縁層を積層し、前記絶縁層に第２銅箔を積層する段階と、（ｇ）前記第１銅箔の一部、前記第１コーティング層の一部、及び前記第２銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する段階と、を含む放熱印刷回路基板の製造方法が提供される。

前記（ｄ）段階と前記（ｅ）段階との間に、（ｄ１）前記第１コーティング層を乾燥する段階をさらに含むことができる。

また、前記第２銅箔には、炭素ナノチューブを主成分とする第２コーティング層が形成されており、前記（ｆ）段階は、第２コーティング層が前記絶縁層を向くように前記第２銅箔を前記絶縁層に積層し、前記（ｇ）段階は、前記第２コーティング層を一部除去する段階をさらに行って、前記回路パターンを形成することができる。

本発明の他の実施形態によれば、絶縁層に回路パターンが交互に積層された多層の放熱印刷回路基板において、前記回路パターンは、銅箔パターンと、前記銅箔パターンの表面に積層された炭素ナノチューブとを主成分とするコーティング層を備えることを特徴とする放熱印刷回路基板が提供される。

前記絶縁層には炭素ナノチューブを含んだバンプが貫通されて、重なり方向に隣り合う回路パターンと接続することができる。

前記の課題を解決するために、炭素ナノチューブを主成分とするコーティング層を含んで回路パターンを形成することにより、印刷回路基板の内部熱を効果的に外部に放熱することができる。

以下、添付された図面に基づいて本発明に係る放熱印刷回路基板及びその製造方法の実施例をより詳しく説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、図面符号にかかわらず同一かつ対応する構成要素は同一の参照番号を付し、これに対する重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１実施例に係る放熱印刷回路基板の製造方法のフローチャートであり、図２は本発明の第１実施例に係る放熱印刷回路基板の製造工程図である。図２を参照すると、放熱印刷回路基板２０、銅張積層板２１、絶縁層２１１、銅箔２１２、コーティング層２２、メッキ層２３、貫通孔２４、ドライフィルム２５、回路パターン２６が示されている。

段階Ｓ１１で、図２の（ａ）に示すように、絶縁層２１１の両面にそれぞれ銅箔２１２が積層された銅張積層板を用意する。絶縁層２１１としてはプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）が一般的に使用される。銅張積層板２１は一般的に使用される電気材料である。

段階Ｓ１２で、図２の（ｂ）に示すように、銅箔の表面に炭素ナノチューブを主成分とするペーストでコーティング層を形成する。

本段階は、炭素ナノチューブを主成分とするペーストを用いて各銅箔２１２表面にコーティング層２２を形成する段階である。

炭素ナノチューブをペーストにしてコーティング層２２を形成すれば、熱伝導効果が優れる。炭素ナノチューブをペーストに製造する方法は多様である。ペーストに用いられる炭素ナノチューブは、単一壁（ｓｉｎｇｌｅ ｗａｌｌ）、多重壁（ｍｕｌｔｉ ｗａｌｌ）の炭素ナノチューブを全て使用可能である。

炭素ナノチューブペーストの製造方法としては、銀（Ａｇ）ペースト完成品に炭素ナノチューブを適切に分散させる方法がある。

他の炭素ナノチューブペーストの製造方法は、銀（Ａｇ）、バインダ、炭素ナノチューブを適切に混合することで、製造可能である。

以上の炭素ナノチューブペーストを製造する工程及び製品は、従来技術より充分に製造することができ、また市販のものから得ることができるため、これに対する詳細な説明は省略する。

段階Ｓ１２でのコーティング層２２は、前述した炭素ナノチューブペーストをスピンコーティング処理して形成する。スピン（ｓｐｉｎ）コーティングは同一厚みに大型コーティング層を形成するのに適している。

一方、コーティング層２２は乾燥する段階をさらに行うことができる。乾燥は約１５０℃〜３００℃の間で行われるのがよい。

段階Ｓ１３は、コーティング層の一部及び前記銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する段階を含む放熱印刷回路基板の製造方法である。

段階Ｓ１３の前に、コーティング層２２と銅張積層板２１とを穿孔して貫通孔２４を形成することができる。このような貫通孔２４は、内部にメッキ層２３を形成することで、上下の回路パターンを接続させるビアの役割をすることができる。このような貫通孔２４は機械的なドリリングで形成することができ、メッキ層２３は無電解メッキ法によりシード層を形成した後に、シード層の上面に電解メッキ法を用いて形成することができる。このような貫通孔２４のメッキ工程を経ると、図２の（ｃ）のような形態になる。

以後、図２の（ｄ）のように、ドライフィルム２５をメッキ層２３の表面に積層し、回路パターン２６が形成される部分を考慮して、ドライフィルム２５を露光及び現像工程を経て除去する。

ドライフィルム２５が除去された後、露出されたメッキ層２３をエッチング液で処理すれば、金属（通常銅）からなったメッキ層２３が除去され、コーティング層２２の内部にエッチング液が浸透してその下部の銅箔２１２が除去される。結果的に、図２の（ｅ）のように、回路パターン２６が形成された放熱印刷回路基板２０を作製することができる。

このような放熱印刷回路基板２０には、図２の（ｅ）のように、回路パターン２６の一部として炭素ナノチューブを主成分とするコーティング層２２が塗布されている。炭素ナノチューブは、熱伝導率が６０００Ｗ／ｍｋであって、放熱材料として優れる。結果的に、炭素ナノチューブを主成分とするコーティング層２２が回路パターン２６の一部を形成することにより、放熱効果が顕著になる。

図３は、本発明の第２実施例に係る放熱印刷回路基板製造のフローチャートであり、図４は、本発明の第２実施例に係る放熱印刷回路基板の製造工程図である。図４を参照すると、第１銅箔４１、第２銅箔４２、第１コーティング層４３、第２コーティング層４４、バンプ４５、絶縁層４６、回路パターン４７が示されている。

段階Ｓ３１で、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１銅箔４１に炭素ナノチューブを主成分とするペーストで第１コーティング層４３を形成する。炭素ナノチューブを主成分とするペーストの製造方法は、前述した第１実施例で説明したので、詳しい説明は省略する。第１コーティング層４３は乾燥段階をさらに行うことができる。

一方、図４の（ａ’）及び（ｂ’）に示すように、第１銅箔４１に第１コーティング層４３を積層する方法と同じく、第２銅箔４２に第２コーティング層４４を形成することができる。

段階Ｓ３２で、図４の（ｃ）に示すように、第１コーティング層の表面に炭素ナノチューブを主成分とするバンプを形成する。段階Ｓ３１の工程から、第１銅箔４１の表面には第１コーティング層４３が積層されている。このような第１コーティング層４３に炭素ナノチューブを主成分とするペーストでバンプ４５を形成することができる。バンプ４５は硬化工程を経て後追工程で絶縁層４６を貫通する程度の硬度を維持する。バンプ４５を形成する際に上部を尖り状或いは尖鋭な棘状にすれば、後追工程で絶縁層４６を積層するのに適する。バンプ４５は第１コーティング層４３にだけ形成し、第２コーティング層４４には形成しない。

段階Ｓ３３で、図４の（ｄ）に示すように、バンプ４５に貫通されるように絶縁層４６を積層し、絶縁層４６に第２銅箔を積層する。このとき、バンプ４５が形成されている側の方向に絶縁層４６を積層する。絶縁層４６はバンプ４５より硬度が低い方がよい。そこで、ガラス纎維が少なく含まれたレジンを主成分とすることがよい。また、絶縁層４６は半硬化状態である方がよい。絶縁層４６には第２銅箔４２を積層する。このとき、本実施例のように、第２銅箔４２に第２コーティング層４４が積層されている場合、第２コーティング層４４をバンプ４５の側の方向にして第２銅箔４２を積層することがよい。このように積層すれば、バンプ４５、第１コーティング層４３、及び、第２コーティング層４４が同じ炭素ナノチューブ材質からなり、直接的に連結される。

一方、本実施例では、第２銅箔４２に炭素ナノチューブを主成分とする第２コーティング層４４を形成したが、第２コーティング層４４が積層されていない第２銅箔４２を絶縁層４６の上面に積層することもできる。

段階Ｓ３４で、第１銅箔の一部、第１コーティング層の一部、及び、前記第２銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する。第２銅箔４２に第２コーティング層４４が積層されている場合には、第２コーティング層４４の一部も除去される。

図４の（ｄ）に示すように、第１銅箔４１と第２銅箔４２との表面にそれぞれドライフィルム（図示せず）を積層する。回路パターン４７が形成される位置を考慮してドライフィルムの一部を露光及び現像工程を経て除去する。ドライフィルムを除去した後、露出された第１銅箔４１及び第２銅箔４２をエッチング液で除去する。第１銅箔４１及び第２銅箔４２の一部が除去されて露出する第１コーティング層４３及び第２コーティング層４４も除去して、図４の（ｅ）に示すような放熱印刷回路基板４０を完成する。放熱印刷回路基板４０の回路パターン４７は、熱伝導率に優れたカーボンナノチューブを一部含んでいるので放熱効果が顕著になる。

図５は、本発明の第３実施例に係る多層放熱印刷回路基板の断面図である。図５を参照すると、放熱印刷回路基板５０、バンプ５５、絶縁層５６、回路パターン５７、銅箔パターン５７ａ、コーティング層５７ｂが示されている。

本実施例の放熱印刷回路基板５０は、回路パターン５７と絶縁層５６とが交互に積層された多層基板である。隣り合った回路パターン５７を連結するためにバンプ５５が絶縁層５６を貫通して形成されている。バンプ５５は炭素ナノチューブを主成分とするので熱伝導性に優れる。

また、回路パターン５７は、銅箔パターン５７ａにコーティング層５７ｂが積層された形態である。コーティング層５７ｂも炭素ナノチューブペーストをスピンコーティングして硬化した形態である。

このような、炭素ナノチューブペーストの製法については、前述の第１実施例で説明した通りである。

このように、本実施例の放熱印刷回路基板５０は、回路パターン５７の一部として炭素ナノチューブを主成分とするコーティング層５７ｂを含んでいるので、熱伝導性に優れる。

前記では本発明の好ましい実施例について説明したが、当該技術分野での通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解できよう。

本発明の第１実施例に係る放熱印刷回路基板の製造方法のフローチャートである。 本発明の第１実施例に係る放熱印刷回路基板の製造工程図である。 本発明の第２実施例に係る放熱印刷回路基板の製造フローチャートである。 本発明の第２実施例に係る放熱印刷回路基板の製造工程図である。 本発明の第３実施例に係る多層の放熱印刷回路基板の断面図である。

符号の説明

２０ 放熱印刷回路基板
２１ 銅張積層板
２１１ 絶縁層
２１２ 銅箔
２２ コーティング層
２３ メッキ層
２４ 貫通孔
２５ ドライフィルム
２６ 回路パターン

Claims (8)

1. （ａ）絶縁層に銅箔が積層された銅張積層板を用意する段階と、
   （ｂ）前記銅箔の表面に炭素ナノチューブを主成分とするペーストでコーティング層を形成する段階と、
   （ｃ）前記コーティング層の一部及び前記銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する段階と、
   を含む放熱印刷回路基板の製造方法。
2. 前記（ｂ）段階と前記（ｃ）段階との間に、
   （ｂ１）前記コーティング層を乾燥する段階をさらに含む請求項１に記載の放熱印刷回路基板の製造方法。
3. 前記（ｂ１）段階と（ｃ）段階との間に、
   （ｂ２）前記銅張積層板と前記コーティング層とを穿孔して貫通孔を形成する段階と、
   （ｂ３）前記貫通孔の内部にメッキ層を形成する段階と、をさらに含み、
   前記（ｃ）段階は、
   前記メッキ層を一部除去する段階をさらに含む請求項２に記載の放熱印刷回路基板の製造方法。
4. （ｄ）第１銅箔に炭素ナノチューブを主成分とするペーストで第１コーティング層を形成する段階と、
   （ｅ）前記第１コーティング層の表面に炭素ナノチューブを主成分とするバンプを形成する段階と、
   （ｆ）前記バンプに貫通されるように絶縁層を積層し、前記絶縁層に第２銅箔を積層する段階と、
   （ｇ）前記第１銅箔の一部、前記第１コーティング層の一部、及び、前記第２銅箔の一部を除去して回路パターンを形成する段階と、
   を含む放熱印刷回路基板の製造方法。
5. 前記（ｄ）段階と前記（ｅ）段階との間に、
   （ｄ１）前記第１コーティング層を乾燥する段階をさらに含む請求項４に記載の放熱印刷回路基板の製造方法。
6. 前記第２銅箔には炭素ナノチューブを主成分とする第２コーティング層が形成されており、
   前記（ｆ）段階は、第２コーティング層が前記絶縁層を向くように前記第２銅箔を前記絶縁層に積層し、
   前記（ｇ）段階は、前記第２コーティング層を一部除去する段階をさらに行って、前記回路パターンを形成することを特徴とする請求項４に記載の放熱印刷回路基板の製造方法。
7. 絶縁層に回路パターンが交互に積層された多層の放熱印刷回路基板において、
   前記回路パターンが、銅箔パターンと、前記銅箔パターンの表面に積層された炭素ナノチューブを主成分とするコーティング層と、を備えることを特徴とする放熱印刷回路基板。
8. 前記絶縁層に炭素ナノチューブを含むバンプが貫通されて、隣り合った回路パターンを接続させることを特徴とする請求項７に記載の放熱印刷回路基板。

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