JP2009111374A - パッドの熱管理のためのホール - Google Patents
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Abstract
【課題】表面実装型デバイス（ＳＭＤ）部品を放熱させるデバイス及び方法の提供。
【解決手段】方法は次の工程を含む。プリント基板（ＰＣＢ２０）にスルーホールを形成する；ホールに第一の銅層を無電解メッキする；ホール及びＰＣＢの包囲面に第二の銅層を標準メッキする；マスキングし、ホールに第三の銅層をパルス・メッキする；非導電性材料でホールを充填し、第二の銅層と同一平面に研磨する；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第四の銅層を無電解メッキする；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第五の銅層（又はパッド１８）をメッキする；そして、第五の銅層に表面実装型デバイスを取り付ける。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】方法は次の工程を含む。プリント基板（ＰＣＢ２０）にスルーホールを形成する；ホールに第一の銅層を無電解メッキする；ホール及びＰＣＢの包囲面に第二の銅層を標準メッキする；マスキングし、ホールに第三の銅層をパルス・メッキする；非導電性材料でホールを充填し、第二の銅層と同一平面に研磨する；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第四の銅層を無電解メッキする；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第五の銅層（又はパッド１８）をメッキする；そして、第五の銅層に表面実装型デバイスを取り付ける。
【選択図】図１Ａ
Description
[0001]発光ダイオード（ＬＥＤ）等の高い電力レベルを消費する表面実装型デバイス（ＳＭＤ）及びスルーホール部品のパッケージは、プリント基板（ＰＣＢ）の設計に独特の熱的問題を提供する。部品の製造業者は、デバイスの接合部からの熱の除去を促すため、パッケージからのタブ、スラグ、又はその他の金属突出物を提供している。設計の次のレベルでの課題は、部品から金属ヒートシンクに放熱することである。
[0002]表面実装型ＬＥＤ等のデバイスを含むＰＣＢの設計の際に、設計者は、ＬＥＤから発生する熱を消散させるために、より高価な金属コアボードの使用を余儀なくされることがある。必要なのは、電力レベルが高いＬＥＤ等のＳＭＤ部品に付随する大量の熱を取り去ることのできる、等価又は優れた熱的性能を備えた非金属コアボードを製造する方法である。
[0003]本発明は、表面実装型デバイス（ＳＭＤ）又はスルーホール部品のパッド、スラグ、タブ又は金属突出物からプリント基板（ＰＣＢ）の反対側への熱伝導性を付与するため、銅等の熱伝導材料の大きな断面領域を作製するパッド技術のビア（via）を用いる。ＰＣＢの反対側で、ヒートシンクが組立部品から熱が流れ去ることを可能にする。パッドは、熱を逃す（heat sinking）ことを必要とする部品の熱特性に応じて、銅の大きさ及び厚さが変化される。
[0004]本発明は、ＳＭＤ部品を放熱させる次の方法を含む。即ち、ＰＣＢにスルーホールを開ける；ホール内に第一の銅層を無電解メッキする；ホール内及び上下面に第二の銅層を標準メッキする；パッド・ホールにビアを含まないＰＣＢの領域をマスキングする；ホール内に第三の銅層をパルス・メッキする；導電性又は非導電性材料でホールを充填し、第二の銅層と同一平面まで埋める；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第四の銅層を無電解メッキする；ホール領域全体にわたってＰＣＢに第五の銅層（又はパッド）をメッキする；そして、パッドにＳＭＤ又はスルーホール部品を取り付ける。
[0005]本発明の更なる態様によれば、複数のスルーホールを有するＰＣＢを含み、ホールが、３つの銅層でメッキされると共に、非導電性又は導電性充填材で充填され、パッドを形成する２つの銅層でホールの両端部が更に被覆された、ＳＭＤ又はスルーホール部品を放熱させるデバイスが提供される。[0006]以上の概要から容易に分かるように、本発明はＳＭＤ又はスルーホール部品を放熱させる改良されたデバイス及び方法を提供する。
[0007]添付の図面を参照して、以下に本発明の好ましいかつ従来のものに代わる実施例を詳細に説明する。[0011]図１Ａはプリント基板（ＰＣＢ）２０の一部の上面図を示し、ＰＣＢはスラグ・パッド１８と多重銅内張り・非導電性材料充填のビア（又はホール）２２とを含む。スラグ・パッド１８は、銅を含みビア２２を被覆する。パッド１８は、全てのビア２２に熱伝導路を提供し、パッド１８で被覆されたＰＣＢ２０の領域を通る熱の流れの均一な流通を促進するのに役立つ。図１Ｂは図１Ａにおけるビア２２の拡大図を示す。ビア２２は銅の内張り（２層以上の銅を含んでもよい）１７及び充填材料１９を含む。図１Ｃはビア２２を有するＰＣＢ２０の側断面図を示す。図１Ｄは図１ＣにおけるＰＣＢ２０の拡大図である。
[0012]図２は、基板２０を貫通する１以上のビア２２を穴開けした後に、上面２１及び底面２３を有する本発明に係るＦＲ４回路基板材料から作製できるＰＣＢ２０を示す。ビア２２は、表面実装型デバイス（図示せず）が搭載されるべき箇所のＰＣＢ２０領域に穴開けされる。目下のところ好ましい一実施の形態では、０．２５４ｍｍ（0.01インチ）ほど交互にジグザグ状の各列と．５０８ｍｍ（0.02インチ）の間隔で直径０．３０５ｍｍ（0.012インチ）のビア２２が用いられる。この配置では直径７．７４７ｍｍ（0.305インチ）のスラグ・パッド１８が用いられ、全部で約１７０のビア２２が開けられている。
[0013]図３は、薄膜（約５０μｍ）の第一の銅層２４がビア２２内及び上下面２１，２３に貼り付けられた後のＰＣＢ２０を示す。第一の層２４は無電解銅メッキ技法により貼り付けられる。無電解銅メッキ技法により堆積された全ての銅層は厚さが約５０μｍである。[0014]図４は、最小厚が約０．０１２７ｍｍ（0.0005インチ）の第二の銅層２６をビア２２内及び上下面２１，２３に堆積した後のＰＣＢ２０を示す。層第二の２６は標準ＰＣＢ電気メッキ法により貼り付けられる。図５はマスキング層２８が貼り付けられた後のＰＣＢ２０を示す。マスキング層２８は、標準ＰＣＢフォトレジスト法により貼り付けられ、ビア２２領域以外のＰＣＢ２０の両面２１，２３を含む。
[0015]図６は、マスキングして、厚さ約０．０７６２ｍｍ（0.003インチ）の第三の銅層３０をパルス・メッキした後のＰＣＢ２０を示す。第三の銅層３０の実厚さは、基板２０の上面２１から底面２３への熱移動がどれくらい効果を発揮するか、の一次決定因子であると考えられる。次工程が充填剤によるビア２２の充填と研磨を伴うので、層３０の壁面をほぼ一様に保つことが重要である。ビア２２が適切に充填されないと、後の処理工程時に多くの問題に遭遇するかも知れない。
[0016]図７は、充填材料１９でビア２２を充填した後のＰＣＢ２０を示し、図８は、第二の銅層２６まで埋めた後のＰＣＢ２０を示す。充填材料１９としては、［実例は？ 好ましい材料は？］を含む導電性又は非導電性材料を挙げることができる。
[0017]図９は、他の全てのビアと熱管理ホールでないホール（図示せず）とを作り出す第二の穴開け操作後のＰＣＢ２０を示し、第四の銅層３４が無電解銅メッキ技法により堆積される。図１０は、ＰＣＢ２０の両面２１，２３のパッド領域に第五の銅層３６を堆積した後のＰＣＢ２０を示す。第五の銅層３６が堆積された後に、図１１Ａ及び１１Ｂに示すように、ＬＥＤ３７等のＳＭＤ部品が第五の銅層３６に取り付けられる。
[0018]図１２は、本発明の実施例による方法のブロック図３８である。最初のブロック４０では、ＰＣＢにビアが開けられ、図２の構造体を製造する。ブロック４２では、無電解銅メッキ技法により第一の銅層がビア内に堆積され、図３の構造体を製造する。ブロック４４では、標準ＰＣＢメッキ技法が用いられ、約０．０１２７ｍｍ（0.0005インチ）厚の第二の銅層をビア内に堆積して、図４の構造体を製造する。ブロック４６では、熱管理ホールを含有するパッド配置部分を除く上下面にマスク層が設けられ、図５の構造体を製造する。ブロック４８では、パルス・メッキ工程により約０．０７６ｍｍ（0.003インチ）厚の第三の銅層がビア内に堆積され、図６の構造体を製造する。ブロック５０では、ビアが充填材料で充填されて、図７の構造体を製造し、構造体は研磨されてパッド配置部分を銅の残りの第二層と同一平面にして、図８の構造体を製造する。
[0019]ブロック５２では、残りの全てのビアと熱管理ホールでないホールとが開けられ、無電解銅メッキ技法により第四の銅層がＰＣＢ表面に堆積される。最後に、ブロック５４では、標準ＰＣＢメッキ技法が用いられ、第五の銅層をＰＣＢの全面に堆積する。第五の銅層が堆積され、ＰＣＢを製造する残りの標準処理が行われた後に、ブロック５６においてＬＥＤ等のＳＭＤ部品が第五の銅層に取り付けられる。
Claims (3)
- プリント基板（ＰＣＢ）を通る効率的な熱移動を提供する方法であって、
上面及び底面を有するＰＣＢを貫通する少なくとも１つのホールを形成する工程と、前記少なくとも１つのホールに少なくとも第一の銅層を堆積する工程と、充填材料で前記少なくとも１つのホールを充填する工程と、前記少なくとも１つのホール領域の上面及び底面全体にわたって少なくとも追加の銅層を堆積する工程とを含み、
前記第一の銅層を堆積する工程が無電解銅メッキ技法により前記第一の銅層の堆積する工程を含み、
前記第一の銅層を堆積する工程が、前記少なくとも１つのホール及び該少なくとも１つのホールを包囲するＰＣＢの上面及び底面領域に、標準ＰＣＢメッキ技法により第二の銅層を堆積する工程を含み、
前記第一の銅層を堆積する工程が、前記少なくとも１つのホール領域の外側のＰＣＢ領域をマスキングする工程、及び前記少なくとも１つのホールにパルス・メッキにより第三の銅層を堆積する工程を含み、
前記充填する工程が前記第二の銅層のレベルの高さまで埋める工程を含み、
追加の銅層を堆積する工程が、ＰＣＢ上面及び底面のスラグ・パッドの所望の領域に対応する領域に第四の銅層を堆積する工程を含み、
追加の銅層を堆積する工程が、スラグ・パッドの所望の領域に対応するＰＣＢの上面及び底面に標準ＰＣＢメッキ技法により第五の銅層を堆積する工程を含むことを特徴とする方法。 - 少なくとも１つのスルーホールを画成するプリント基板（ＰＣＢ）を含むデバイスであって、
前記少なくとも１つのスルーホールが２つの端部を画定し、
前記少なくとも１つのスルーホールが銅の少なくとも１つの層を含むと共に充填材料で充填され、前記少なくとも１つのスルーホールの端部及びＰＣＢの領域が第二の少なくとも１つの銅層で被覆された、デバイス。 - 前記第二の少なくとも１つの銅層の１つの領域が、所望のスラグ・パッド領域に対応する請求項２に記載のデバイス。
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