JP2010016334A - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板内部に放熱層を選択的に介在することにより、高放熱効果及び曲げ剛性を有することができ、放熱層と回路パターンとの間に信頼性の高い電気的な接続を実現して放熱効果を高めることができ、かつ放熱層を電源層またはグラウンド層として利用することができる印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による印刷回路基板の製造方法は、表面に回路パターンが形成された複数の絶縁層の間に放熱層が選択的に介在されるように複数の絶縁層を積層して回路基板を形成するステップと、回路基板の一面及び他面を貫通する貫通孔を形成するステップと、貫通孔の内壁にＣｕダイレクトメッキでシード層を形成するステップと、シード層を電極として電解メッキを行って貫通孔の内壁にメッキ層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷回路基板及びその製造方法に関する。

近年、印刷回路基板に要求される技術は電子産業市場における高速化、高密度化と密接な関係があり、これらを満足させるためには印刷回路基板の微細回路化、優れた電気的特性、高信頼性、高速信号伝達構造、高機能化などに関する問題点を解決しなければならない。

特に、高速化、高電力消費、高密度化、及び小型化される携帯電話、サーバ、ネットワークなどの装備における製品信頼性の向上及び誤作動防止のための効率的な放熱は大変重要なテーマとなっている。印刷回路基板における高い発熱温度はセットの誤作動や故障発生の原因となる。

従来、印刷回路基板の温度を低めるために製品に適用した技術は、高熱が発生する印刷回路基板に放熱板（heat sink）を設置するか、冷却ファン（cooling fan）を駆動させてチップから発生する高熱を強制排気することであった。このような放熱方法は構造が複雑で、大きい空間を必要とするため、電子機器の体積が増加するという問題点があった。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、回路基板内部に放熱層を選択的に介在して放熱効果及び曲げ剛性を高めることができる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。

本発明の他の目的は、放熱層と回路パターンとの間に信頼性の高い電気的な接続を実現して放熱効果を高めることができ、かつ放熱層を電源層またはグラウンド層として利用できる印刷回路基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、表面に回路パターンが形成された複数の絶縁層の間に放熱層が選択的に介在されるように複数の絶縁層を積層して回路基板を形成するステップと、回路基板の一面及び他面を貫通する貫通孔を形成するステップと、貫通孔の内壁にＣｕダイレクトメッキでシード層を形成するステップと、シード層を電極として電解メッキを行って貫通孔の内壁にメッキ層を形成するステップと、を含む印刷回路基板の製造方法が提供される。

貫通孔の形成ステップの後に、貫通孔にプラズマ処理を行うステップをさらに含むことができる。

貫通孔を形成するステップはＣＮＣドリルで行われることができる。

放熱層はアルミニウム（Ａｌ）を含む材質からなることができる。

メッキ層の形成ステップの後に、回路基板の表面に外層回路パターンを形成するステップをさらに含むことができる。

放熱層はメッキ層と電気的に接続されることができる。

本発明の他の実施形態によれば、表面に回路パターンが形成された複数の絶縁層が積層され、複数の絶縁層の間に放熱層が選択的に介在された回路基板と、回路基板の一面及び他面を貫通する貫通孔と、貫通孔の内壁にＣｕダイレクトメッキで形成されたシード層と、シード層の上に形成されたメッキ層と、を含む印刷回路基板が提供される。

ここで、回路基板の表面に形成される外層回路パターンをさらに含むことができる。

放熱層はアルミニウム（Ａｌ）を含む材質からなることができる。

放熱層はメッキ層と電気的に接続されることができる。

回路基板内部に放熱層を選択的に介在することにより、高い放熱効果及び曲げ剛性を有することができ、放熱層と回路パターンとの間に信頼性の高い電気的な接続を実現して放熱効果を高めることができ、かつ放熱層を電源層またはグラウンド層として利用することができる。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定することではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。

以下、本発明による印刷回路基板及びその製造方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面を参照して説明することに当たって、同一かつ対応する構成要素は、同一の図面符号を付し、これに対する重複説明は省略する。

図１は、本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法の順序図であり、図２乃至図６は、本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。図２乃至図６を参照すると、回路パターン２、絶縁層３、回路基板４、ビア５、放熱層６、貫通孔８、シード層１０、メッキ層１２、外層回路パターン１４が示されている。

本実施例による印刷回路基板の製造方法は、表面に回路パターン２が形成された複数の絶縁層３の間に放熱層６が選択的に介在されるように複数の絶縁層３を積層して回路基板４を形成するステップと、回路基板４の一面及び他面を貫通する貫通孔８を形成するステップと、貫通孔８の内壁にＣｕダイレクトメッキでシード層１０を形成するステップと、シード層１０を電極として電解メッキを行って貫通孔８の内壁にメッキ層１２を形成するステップと、を含み、回路基板４内部に放熱層６を選択的に介在することで、高い放熱効果及び曲げ剛性を有することができる。また、放熱層６と回路パターン２との間に信頼性の高い電気的な接続を実現して放熱効果を高めることができ、かつ放熱層６を電源層またはグラウンド層として利用することができる。

本実施例による印刷回路基板の製造方法は、先ず、ステップＳ１００で、図２に示すように、表面に回路パターン２が形成された複数の絶縁層３の間に放熱層６を選択的に介在して回路基板４を形成する。回路基板４の形成方法は、先ず放熱層６に絶縁層３を積層し、その絶縁層３の上に回路パターン２を形成する。そして、回路パターン２が形成された絶縁層３に再び絶縁層３を積層し回路パターン２を形成する過程を繰り返すことにより放熱層６が介在された多層回路基板４を形成することができる。ここで、回路パターン２間の電気的導通のためにビア５（via）を形成してもよい。

本実施例では、図２に示されたように、回路パターン２が形成された複数の絶縁層３の間に一つの放熱層６を介在したが、印刷回路基板の放熱性能を考慮して複数の絶縁層３の間に一つ以上の放熱層６を介在してもよい。また、放熱性能を考慮して複数の絶縁層３の層間に放熱層６を選択的に介在することもできる。

このように、複数の絶縁層３の間に放熱層６を選択的に介在することで、電子機器作動時に印刷回路基板から発生する熱を効果的に放出でき、印刷回路基板の曲げ剛性を高めることができる。

絶縁層３は放熱層６に液状の絶縁性物質を塗布するか、フィルム形態の絶縁性物質を接合することにより形成できる。例えば、液状ＰＩレジン（polyimide resin）を塗布して硬化させるか、半硬化状態のプリプレグ（prepreg）フィルムを積層して形成できる。

放熱層６は、熱伝導率の良い金、銀、銅、アルミニウムなどからなることができる。本実施例ではアルミニウム（Ａｌ）を放熱層６の材料として用いた。アルミニウムは金、銀、銅などに比べて熱伝導率は小さいが、その差があまり大きくなく、安価である。

以下、アルミニウムを放熱層６の材料として用いた場合について説明する。

ステップＳ２００で、図３に示すように、回路基板４の一面及び他面を貫通する貫通孔８を形成し、ステップＳ３００で、貫通孔８にプラズマ処理を行う。放熱層６により分離された回路基板４の層間に電気的な接続を実現し、回路基板４から発生する熱を放熱層６を通して外部に放出するために、放熱層６が介在された回路基板４の一面及び他面を貫通する貫通孔８を形成し、貫通孔８の内壁にメッキ層１２を形成する。

貫通孔８は、ＣＮＣ（computer numerical control）ドリルを用いて形成することができる。ドリルで貫通孔８を形成すると、絶縁層３の一部が溶けて貫通孔８の内壁に付着することがあるが、これをスミア（smear）という。このスミアは、貫通孔８にメッキ層１２の形成時に、絶縁層３とメッキ層１２との間の付着力を低下させる恐れがあるため、これを除去しなくてはならない。このようにスミアを除去する工程をデスミア（desmear）という。スミアを除去するためには、化学的方法の湿式デスミア及び物理的方法の乾式デスミア処理がある。

湿式デスミア処理をしてスミアを除去する場合、貫通孔８の内壁に露出された放熱層６の一部が化学液により溶けて陥入することがあり、このような放熱層６の陥入により貫通孔８の内壁に形成されるメッキ層１２と放熱層６とが接触せず、これによって、熱の移動が遮断されて放熱効果が落ち、電気的接続が切れるという問題点がある。

特に、放熱層６としてアルミニウム（Ａｌ）を用いる場合、アルミニウムは湿式デスミアに用いられる強アルカリ性の化学液と反応して過度に陥入するという問題点がある。

したがって、本実施例では放熱層６の陥入を防ぐために乾式デスミア処理をする。すなわち、貫通孔８の内壁にプラズマ処理を行ってスミアを除去することにより湿式デスミアによる放熱層６の陥入を防ぐことができる。

プラズマの処理方法は、真空チャンバ内部にアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）などのガスを単独または混合して投入しながら電気的エネルギーを加えると、加速された電子の衝突により、投入されたガスがプラズマ状態に活性化され、このようなプラズマ状態で発生したガスのイオンまたはラジカルなどを貫通孔８の内壁に衝突させて貫通孔８の内壁に残留しているスミアを除去する。

一方、設計上の必要によって、レーザードリルを用いて貫通孔８を形成することもできる。

次に、ステップＳ４００で、図４に示すように、貫通孔８の内壁にＣｕダイレクトメッキでシード層１０を形成する。回路基板４に貫通孔８を形成すると、貫通孔８の内壁面に放熱層６の一部が露出する。貫通孔８の内壁面から露出した放熱層６は、以後工程で貫通孔８の内壁面に形成されるメッキ層１２と電気的に接続されて回路パターン２から発生する熱を放熱層６を通して外部に放出することになる。また、放熱層６とメッキ層１２が電気的に接続されることにより、放熱層６を通して印刷回路基板に電源を印加したり、グラウンド（ground）したりすることができる。

このようなシード層１０は貫通孔８の内壁だけに形成されてもよく、回路基板４の表面と貫通孔８の内壁とに共に形成されてもよい。本実施例では貫通孔８の内壁及び回路基板４の表面に形成される場合を提示する。この場合、後工程でシード層１０を電極として電解メッキを行うことにより貫通孔８の内壁及び回路基板４の表面にメッキ層１２が形成されると、シード層１０及びメッキ層１２を選択的にエッチングして回路基板４の表面に外層回路パターン１４を形成することができる。

Ｃｕダイレクトメッキ法は、貫通孔８の内壁にカーボン（carbon）処理を行ってカーボンイオン膜（図示せず）を前着した後、カーボンイオン膜に銅メッキをする。カーボンの代りにパラジウム（palladium）、カーボングラファイト（carbon graphite）、その他の導電性物質を用いることもできる。

回路基板４に貫通孔８を形成すると貫通孔８の内壁面に放熱層６の一部が露出され、露出された放熱層６は薬品により容易に腐食されたり酸化されたりするので、放熱層６とメッキ層１２との接合強度が低下されることがある。したがって、外部に露出された放熱層６の腐食や酸化を防止するために、Ｃｕダイレクトメッキで貫通孔８の内壁にカーボンイオン膜を形成し、その上に銅メッキをする。

カーボン処理は、貫通孔８の形成により外部に露出されたアルミニウム材質の放熱層６の表面にカーボンイオン膜を形成する工程であって、イオン化されたアルミニウム表面にカーボンナノ粒子が付着されてカーボンイオン膜を形成することになる。このようなカーボンイオン膜はアルミニウム材質の放熱層６とメッキ層１２との接合強度を高める。

次に、ステップＳ５００で、図５に示すように、シード層１０を電極として電解メッキを行って貫通孔８の内壁にメッキ層１２を形成する。

上述したように、貫通孔８の形成により外部に露出された放熱層６にＣｕダイレクトメッキでシード層１０を形成し、これを電極として電解メッキを行って貫通孔８の内壁にメッキ層１２を形成することにより、放熱層６とメッキ層１２との接合強度を高めることができる。これにより、放熱層６とメッキ層１２とが信頼性の高い電気的な接続が可能となり、電子機器の作動により印刷回路基板から発生する熱を放熱層６を通して効果的に放出することができる。また、放熱層６とメッキ層１２とが電気的に接続されることにより、放熱層６を通して印刷回路基板に電源を印加したり、グラウンドしたりすることができるため、印刷回路基板に電源を供給する電源層または印刷回路基板をグラウンドするグラウンド層を別途に形成しなくてもよい。

次に、ステップＳ６００で、図６に示すように、回路基板４の表面に外層回路パターン１４を形成する。このために、Ｃｕダイレクトメッキで貫通孔８の内壁にシード層１０を形成する過程にて回路基板４の表面にもシード層１０を形成し、シード層１０を電極として電解メッキを行って貫通孔８の内壁及び回路基板４の表面にメッキ層１２を形成した後、回路基板４の表面に形成されたシード層１０及びメッキ層１２を選択的にエッチングすることにより外層回路パターン１４を形成することができる。

また、貫通孔８の内壁だけにシード層１０及びメッキ層１２を形成して、アディティブ法（additive process）またはサブトラクティブ法（subtractive process）を用いて回路基板４の表面に外層回路パターン１４を形成することも可能である。

図７は、本発明の一実施例による印刷回路基板の断面図である。図７を参照すると、回路パターン２、絶縁層３、回路基板４、放熱層６、ビア５、貫通孔８、シード層１０、メッキ層１２、外層回路パターン１４が示されている。

本実施例の印刷回路基板は、表面に回路パターン２が形成された複数の絶縁層３が積層され、複数の絶縁層３の間に放熱層６が選択的に介在された回路基板４、回路基板４の一面及び他面を貫通している貫通孔８、貫通孔８の内壁にＣｕダイレクトメッキで形成されたシード層１０、及び貫通孔８の内壁に形成され、シード層１０の上に形成されたメッキ層１２を構成要素とし、回路基板４内部に放熱層６が選択的に介在されることにより、高放熱効果及び曲げ剛性を有することができる。また、放熱層６と回路パターン２との間に信頼性の高い電気的な接続を実現して放熱効果を高めることができ、かつ放熱層６を電源層またはグラウンド層として利用することができる。

回路基板４は回路パターン２が形成された複数の絶縁層３の間に放熱層６を選択的に介在することにより形成でき、放熱層６が介在された印刷回路基板は熱を効果的に放出することができ、かつ印刷回路基板の曲げ剛性を高めることができる。

回路基板４を形成する方法は、先ず、放熱層６に絶縁層３を積層し、絶縁層３に回路パターン２を形成する。そして、回路パターン２が形成された絶縁層３に再び絶縁層３を積層し回路パターン２を形成する過程を繰り返すことにより多層回路基板４を形成することができる。この場合、回路パターン２間の電気的導通のためにビア５を形成してもよい。

本実施例では、図７に示すように、回路パターン２が形成された複数の絶縁層３の間に一つの放熱層６が介在されているが、印刷回路基板の放熱性能を考慮して複数の絶縁層３の間に一つ以上の放熱層６を介在してもよく、放熱性能を考慮して複数の絶縁層３の層間に放熱層６を選択的に介在してもよい。

放熱層６は、熱伝導率の良い金、銀、銅、アルミニウムなどからなることができる。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を放熱層６の材料として用いた。アルミニウムは、金、銀、銅などに比べて熱伝導率は小さいが、その差はあまり大きくなく、安価である。

貫通孔８は、メッキ層１２が形成されて放熱層６により分離された回路基板４の層間が電気的に接続され、回路基板４から発生する熱を放熱層６を通して外部に放出する。

Ｃｕダイレクトメッキで形成されるシード層１０は、貫通孔８の形成により外部に露出された放熱層６とメッキ層１２との接合強度を高める。

メッキ層１２は放熱層６と電気的に接続されて、機器の作動により印刷回路基板から発生する熱を放熱層６を通して外部に放出する。また、放熱層６とメッキ層１２とが電気的に接続されることにより、放熱層６を通して印刷回路基板に電源を印加したり、グラウンドしたりすることができるため、印刷回路基板に電源を供給する電源層または印刷回路基板をグラウンドするグラウンド層を別途に形成しなくてもよい。

回路基板４の表面に外層回路パターン１４を形成する方法は、Ｃｕダイレクトメッキで貫通孔８の内壁にシード層１０を形成する過程にて回路基板４の表面にもシード層１０を形成し、シード層１０を電極として電解メッキを行って貫通孔８の内壁及び回路基板４の表面にメッキ層１２を形成した後、回路基板４の表面に形成されたシード層１０及びメッキ層１２を選択的にエッチングすることにより、外層回路パターン１４を形成することができる。

また、貫通孔８の内壁だけにシード層１０及びメッキ層１２を形成して、アディティブ法またはサブトラクティブ法を用いて回路基板４の表面に外層回路パターン１４を形成することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載され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させることができることを理解できよう。

本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法の順序図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板の断面図である。

符号の説明

２ 回路パターン
４ 回路基板
６ 放熱層
８ 貫通孔
１０ シード層
１２ メッキ層
１４ 外層回路パターン

Claims (10)

1. 表面に回路パターンが形成された複数の絶縁層の間に放熱層が選択的に介在されるように前記複数の絶縁層を積層して回路基板を形成するステップと、
   前記回路基板の一面及び他面を貫通する貫通孔を形成するステップと、
   前記貫通孔の内壁にＣｕダイレクトメッキ（Copper Direct Plating）でシード層を形成するステップと、
   前記シード層を電極として電解メッキを行って前記貫通孔の内壁にメッキ層を形成するステップと、
   を含む印刷回路基板の製造方法。
2. 前記貫通孔を形成するステップの後に、
   前記貫通孔にプラズマ処理を行うステップをさらに含む、請求項１に記載の印刷回路基板の製造方法。
3. 前記貫通孔を形成するステップが、
   コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ドリルで行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷回路基板の製造方法。
4. 前記放熱層がアルミニウム（Ａｌ）を含む材質からなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の印刷回路基板の製造方法。
5. 前記メッキ層を形成するステップの後に、
   前記回路基板の表面に外層回路パターンを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の印刷回路基板の製造方法。
6. 前記放熱層が前記メッキ層と電気的に接続されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の印刷回路基板の製造方法。
7. 表面に回路パターンが形成された複数の絶縁層が積層され、前記複数の絶縁層の間に放熱層が選択的に介在された回路基板と、
   前記回路基板の一面及び他面を貫通している貫通孔と、
   前記貫通孔の内壁にＣｕダイレクトメッキで形成されたシード層と、
   前記シード層の上に形成されたメッキ層と、
   を含む印刷回路基板。
8. 前記回路基板の表面に形成される外層回路パターンをさらに含む、請求項７に記載の印刷回路基板。
9. 前記放熱層がアルミニウム（Ａｌ）を含む材質からなることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の印刷回路基板。
10. 前記放熱層が前記メッキ層と電気的に接続されることを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の印刷回路基板。

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