JP2010272836A - 放熱基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性能が向上した放熱基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁部材１１４と、絶縁部材１１４の上部に取り付けられた、第１ビアホール１０４ａおよび第１スルーホール１０６ａの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜１０８ａが形成された第１のメタルコア１０２ａに第１回路層１１０ａが形成された第１コア基板１１２ａと、第１コア基板１１２ａと電気的に連結され、絶縁部材１１４の下部に取り付けられた、第２ビアホール１０４ｂおよび第２スルーホール１０６ｂの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜１０８ｂが形成された第２メタルコア１０２ｂに第２回路層１１０ｂが形成された第２コア基板１１２ｂとを含んでなる、放熱基板を提供する。
【選択図】図７

Description

本発明は、放熱性能が向上した放熱基板およびその製造方法に関する。
一般に、プリント基板は、各種熱硬化性合成樹脂からなるボードの一面または両面に銅線で配線した後、ボード上にＩＣまたは電子部品を配置固定し、これら間の電気的配線を実現して絶縁体でコートしたものである。
このようなプリント基板上にＩＣまたは電子部品を用いて電子回路を構成するときに最も重要な課題の一つが、熱が発生する部品の熱に対する対策である。すなわち、電子部品に所定の電圧が加えられると、電流が流れることになり、これは必然的に抵抗損失による発熱につながる。この際、発熱が微弱であって自然空冷でも動作に支障がない電子部品もあるが、発熱が激しくて自然空冷のみでは限界があって電子部品の温度が上がり続ける発熱部品の場合には、温度上昇による電子部品の誤動作および破損が問題となることがある。このような発熱は全体電子製品の信頼性に問題を生じる。
かかる問題点を解決するために、発生した熱を放熱および冷却させるための様々な構造が提案されている。例えば、特許文献１には放熱板を備えたプリント基板が開示されている。
ところが、特許文献１のプリント基板は、放熱のために別途の追加的な構造体を含まなければならないため、各種電子製品のスリム化／微細化の趨勢に適切に対応することができないという問題点がある。
よって、かかる問題点を発生することなく放熱効率を高めるために、追加的な構造体を付加する代わりに、プリント基板の内部に熱伝導度の高い金属を挿入して放熱効率を改善する方法が提案されている。
図１〜図６はこのような従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造工程を示す。以下、図１〜図６を参照して、従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造工程について説明する。
まず、図１に示すように、熱伝導度の高いメタルコア１にＣＮＣドリルを用いてスルーホール２を加工する。
次に、図２に示すように、メタルコア１に絶縁材３および銅箔層４を積層する。
その後、図３に示すように、層間連結のためにメタルコア１のスルーホール２に機械的加工を介してビアホール５を形成する。ここで、ビアホール５は、銅メッキによるビアホール５の内壁の銅メッキ層と絶縁させるために、メタルコア１のスルーホール２より小さい大きさに加工されなければならない。
次いで、図４に示すように、化学銅メッキ、すなわち無電解銅メッキ工程と電解銅メッキ工程によって、層間連結のために、ビアホール５の内壁に銅メッキ層を形成するとともに、露光、現像およびエッチングによって内層回路パターン６を形成する。
その次に、図５に示すように、一般なビルドアップ(Build-up)工法で絶縁層７ａ、７ｂと回路層８を形成して所望層数の外層を形成する。
最後に、図６に示すように、外層表面の保護および絶縁性のために、外層の表面にオープン部付き半田レジスト層９を形成することにより、多層プリント基板を製造する。
このような従来の多層プリント基板は、内層コアとして、熱伝導性に優れたメタルコアを挿入することにより、放熱効率を改善している。
ところが、従来の多層プリント基板は、その内部にメタルコア１を挿入して放熱を試みているが、一つのメタルコア１のみでは多層プリント基板から発生する熱を放出するには限界があった。
韓国実用新案公報第２０−１９９１−０００５７４８号
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的とするところは、放熱性能が向上した放熱基板およびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、絶縁部材と、前記絶縁部材の上部に取り付けられた、第１ビアホールおよび第１スルーホールの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜が形成された第１のメタルコアに第１回路層が形成された第１コア基板と、前記第１コア基板と電気的に連結され、前記絶縁部材の下部に取り付けられた、第２ビアホールおよび第２スルーホールの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜が形成された第２メタルコアに第２回路層が形成された第２コア基板とを含んでなる、放熱基板を提供する。
ここで、前記第１スルーホールと前記第２スルーホールとの間の前記絶縁部材が除去されることにより、前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールに連結される全層貫通ホールを形成する。また、前記全層貫通ホールに導電性材料を介在することにより、前記第１コア基板の前記第１回路層と前記第２コア回路層の前記第２回路層とは電気的に連結されてもよい。
また、前記導電性材料は、前記全層貫通ホールの内壁または内部に形成されたメッキ層、または導電性ペーストであってもよい。
また、前記メタルコアは、アルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。
また、前記陽極酸化絶縁膜は、アルミニウム陽極酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。
本発明の他の観点によれば、（Ａ）第１ビアホールおよび第１スルーホールの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜が形成された第１メタルコアに第１回路層が形成された第１コア基板を製造する段階と、（Ｂ）第２ビアホールおよび第２スルーホールの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜が形成された第２メタルコアに第２回路層が形成された第２コア基板を製造する段階と、（Ｃ）前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールが上下一致するように前記第１コア基板および前記第２コア基板を配置した後、絶縁部材を用いて前記第１コア基板および前記第２基板を取り付ける段階と、（Ｄ）前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールに充填された前記絶縁部材を除去し、前記第１スルーホールと前記第２スルーホールとの間の前記絶縁部材を除去することにより、全層貫通ホールを形成する段階と、（Ｅ）前記全層貫通ホールに導電性材料をメッキまたは充填することにより、前記第１コア基板の第１回路層と前記第２コア基板の第２回路層とを連結する段階とを含んでなる、放熱基板の製造方法を提供する。
ここで、前記メタルコアはアルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。
また、前記陽極酸化絶縁膜はアルミニウム陽極酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）であってもよい。
本発明の特徴および利点らは、添付図面に基づいた次の詳細な説明からさらに明白になるであろう。
これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的で辞典的な意味で解釈されてはならず、発明者が自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
本発明は、メタルコアを含む２層構造のコア基板を積層して４層構造の放熱基板を製造するが、４層構造に２つのメタルコアが含まれることにより、放熱性能が向上する。
また、本発明によれば、メタルコアに陽極酸化絶縁膜を形成して回路層を形成することにより、放熱基板の薄型化を図ると同時に、一般な絶縁材に比べて熱伝導度に優れた陽極酸化絶縁膜によって放熱性能が向上する。
従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 従来の放熱金属を備えた多層プリント基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。 本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。
本発明の目的、特定の利点および新規の特徴は添付図面に連関する以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明白になるであろう。本発明において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても、出来る限り同一の番号を付することに留意すべきであろう。なお、本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
放熱基板の構造
図７は本発明の好適な実施例に係る放熱基板の断面図である。次に、図７を参照して本実施例に係る放熱基板１００について説明する。
図７に示すように、本実施例に係る放熱基板１００は、絶縁部材１１４を挟んで、メタルコアを有する２つのコア基板１１２ａ、１１２ｂが積層された構造を持つ。
ここで、コア基板は、第１ビアホール１０４ａおよび第１スルーホール１０６ａの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜１０８ａが形成された第１メタルコア１０２ａに第１回路層１１０ａが形成された第１コア基板１１２ａと、前記第１コア基板１１２ａと電気的に連結され、絶縁部材１１４の下部に取り付けられた、第２ビアホール１０４ｂおよび第２スルーホール１０６ｂの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜１０８ｂが形成された第２メタルコア１０２ｂに第２回路層１１０ｂが形成された第２コア基板１１２ｂとを含む。
この際、第１コア基板１１２ａおよび第２コア基板１１２ｂは、第１スルーホール１０６ａと第２スルーホール１０６ｂとの間の絶縁部材１１４を除去することにより、第１スルーホール１０６ａおよび第２スルーホール１０６ｂに連結される全層貫通ホール１１８を形成し、全層貫通ホール１１８に導電性材料１２０を介在することにより、互いに電気的に連結される。ここで、導電性材料１２０は、全層貫通ホール１１８の内壁または内部に形成されたメッキ層または導電性ペーストであってもよい。
また、第１メタルコア１０２ａおよび第２メタルコア１０２ｂは、比較的低価で容易に入手可能であり、熱伝達特性が非常に優れるうえ、陽極酸化処理可能な(anodisable)金属からなり、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金が使用できる。
また、第１陽極酸化絶縁膜１０８ａおよび第２陽極酸化絶縁膜１０８ｂは、例えば約１０〜３０Ｗ／ｍＫの比較的高い熱伝達特性を有するアルミニウム陽極酸化絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３）が使用されることが好ましい。
放熱基板の製造方法
図８〜図１５は本発明の好適な実施例に係る放熱基板の製造方法を工程の順序通りに示す工程断面図である。本発明に係る放熱基板の製造方法は、メタルコアに陽極酸化絶縁膜が形成された２層構造のコア基板を２つ製造し、この２つのコア基板を、絶縁部材を介して付着させた後、互いに連結することにより、２つのメタルコアを備えた４層構造の放熱基板を製造することを特徴とする。以下では４層構造の放熱基板を製造することを中心に記述されるが、同一の原理によって６層または８層などの多層構造の放熱基板を製造することができるのは当然であろう。以下、図８〜図１５を参照して、本実施例に係る放熱基板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図８に示すように、第１メタルコア１０２ａに第１ビアホール１０４ａおよび第１スルーホール１０６ａを形成する。
ここで、第１ビアホール１０４ａは第１コア基板１１２ａの層間回路層の連結のためのものであり、第１スルーホール１０６ａは第１コア基板１１２ａと第２コア基板１１２ｂの層間連結のためのものである。
このような第１ビアホール１０４ａおよび第１スルーホール１０６ａは、ＣＮＣドリル(Computer Numerical Control drill)などの機械的ドリリングまたはレーザー（たとえば、ＣＯ2レーザーやＹａｇレーザーなど）によって加工される。
この際、使用される第１メタルコア１０２ａは、比較的低価で容易に入手可能であり、熱伝達特性が非常に優れるうえ、陽極酸化処理可能な金属からなり、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金が使用できる。
次に、図９に示すように、第１メタルコア１０２ａの表面全体に第１陽極酸化絶縁膜１０８ａを形成する。
ここで、第１陽極酸化絶縁膜１０８ａは陽極酸化処理(anodizing)工程によって形成される。具体的に、第１陽極酸化絶縁膜１０８ａは第１メタルコア１０２ａをホウ酸、リン酸、硫酸、クロム酸などの電解液に漬けた後、第１メタルコア１０２ａに陽極を印加し、電解液に陰極を印加することにより形成される。
この際、第１陽極酸化絶縁膜１０８ａは、例えば約１０〜３０Ｗ／ｍＫの比較的高い熱伝達特性を有するアルミニウム陽極酸化絶縁膜（Ａｌ２Ｏ３）が使用されることが好ましい。
本発明では、従来の絶縁層に比べて薄い厚さおよび優れた熱伝達特性を有する第１陽極酸化絶縁膜１０８ａを採用することにより、放熱基板の薄型化および放熱効率増大を図ることができる。
次に、図１０に示すように、第１陽極酸化絶縁膜１０８ａの形成された第１メタルコア１０２ａにメッキ工程（無電解銅メッキ工程および電解銅メッキ工程）によってメッキ層を形成した後、パターニング工程を行って第１回路層１１０ａを形成する。これにより、第１コア基板１１２ａが製造される。
この際、第１回路層１１０ａは、例えば、メッキ層にドライフィルムを積層し、露光、現像工程によってドライフィルムにオープン部を形成した後、前記オープン部によって露出されたメッキ層をエッチングによって除去することにより形成される。
次いで、図１１に示すように、第２ビアホール１０４ｂおよび第２スルーホール１０６ｂの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜１０８ｂが形成された第２メタルコア１０２ｂに第２回路層１１０ｂが形成された第２コア基板１１２ｂを製造する。
この際、第２コア基板１１２ｂは、図８〜図１０に示した第１コア基板１１２ａを形成する方法と同様に製造可能なので、重複する説明は省略する。
その後、図１２に示すように、絶縁部材１１４を挟んで第１コア基板１１２ａの第１スルーホール１０６ａと第２コア基板１１２ｂの第２スルーホール１０６ｂｔが上下に一致するように配置した後、加圧して第１コア基板１１２ａと第２コア基板１１２ｂを付着させる。
この際、第１コア基板１１２ａと第２コア基板１１２ｂを加圧する場合、半硬化状態の絶縁部材１１４は第１および第２コア基板１１２ａ、１１２ｂの第１および第２ビアホール１０４ａ、１０４ｂと第１および第２スルーホール１０６ａ、１０６ｂに挿入充填される。特に、第１および第２ビアホール１０４ａ、１０４ｂに挿入充填された絶縁部材１１４は、埋め込み樹脂の役割を果たすことができるため、以後の工程では第１および第２ビアホール１０４ａ、１０４ｂの内部に信頼性の向上のために別途の充填剤を充填する必要がなくなる。ところが、第１および第２ビアホール１０４ａ、１０４ｂに絶縁部材１１４が完全に充填されていない場合、以後の工程で追加の埋め込み樹脂を充填することができる。
次いで、図１３に示すように、第１スルーホール１０６ａおよび第２スルーホール１０６ｂに充填された絶縁部材１１４を含んで、第１スルーホール１０６ａと第２スルーホール１０６ｂに存在する前記絶縁部材１１４を除去する。
ここで、絶縁部材１１４はドリリング作業などによって除去可能であり、本段階によって、第１スルーホール１０６ａと第２スルーホール１０６ｂを全体的に貫通する全層貫通ホール１１８が形成される。
一方、以下では、説明の便宜上、全層貫通ホール１１８のうち、第１スルーホール１０６ａと第２スルーホール１０６ｂとの間の絶縁部材１１４を除去して形成されたスルーホール領域を第３スルーホール１１６と称する。
次に、図１４に示すように、全層貫通ホール１１８の内壁または内部にメッキ層または導電性ペーストなどの導電性材料１２０をメッキまたは充填することにより、第１コア基板１１２ａの第１回路層１１０ａと第２コア基板１１２ｂの第２回路層１１０ｂとを連結させる。
例えば、導電性材料１２０を全層貫通ホール１１８の内壁にスパッタリング工程によって形成することにより、第１コア基板１１２ａの第１回路層１１０ａと第２コア基板１１２ｂの第２回路層１１０ｂとが連結できる。
ところが、図１４に示した方法はほんの一例に過ぎない。メッキ工程を行って全層貫通ホール１１８に全層貫通ビアを形成し、あるいは導電性ペーストを内部に充填することなど、様々な方法が適用できる。これもまた本発明の範疇内に含まれると理解される。この際、全層貫通ホール１１８の内部には埋め込み樹脂(plugging ink)１２２が注入できる。
最後に、図１５に示すように、第１コア基板１１２ａの外層に形成された第１回路層１１０ａ、および第２コア基板１１２ｂの外層に形成された第２回路層１１０ｂに、パッド部を露出させるオープン部を有する半田レジスト層１２４を形成する。
このような製造工程によって２つのメタルコア１０２ａ、１０２ｂを有する４層構造の放熱基板１００が製造される。
以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、これらの実施例は本発明を具体的に説明するためのものである。本発明に係る放熱基板およびその製造方法はこれらに限定されない。本発明の技術的思想内において、当該分野における通常の知識を有する者によってその変形または改良が可能なのは明白であろう。
本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の領域に属するものである。本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明確になるであろう。
１０２ａ、１０２ｂ メタルコア
１０４ａ、１０４ｂ ビアホール
１０６ａ、１０６ｂ スルーホール
１０８ａ、１０８ｂ 陽極酸化絶縁膜
１１０ａ、１１０ｂ 回路層
１１２ａ、１１２ｂ コア基板
１１４ 絶縁部材
１１６ 第３スルーホール
１１８ 全層貫通ホール
１２０ 導電性材料

Claims (8)

  1. 絶縁部材と、
    前記絶縁部材の上部に取り付けられた、第１ビアホールおよび第１スルーホールの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜が形成された第１のメタルコアに第１回路層が形成された第１コア基板と、
    前記第１コア基板と電気的に連結され、前記絶縁部材の下部に取り付けられた、第２ビアホールおよび第２スルーホールの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜が形成された第２メタルコアに第２回路層が形成された第２コア基板とを含んでなることを特徴とする、放熱基板。
  2. 前記第１スルーホールと前記第２スルーホールとの間の前記絶縁部材が除去されることにより、前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールに連結される全層貫通ホールを形成し、
    前記全層貫通ホールに導電性材料が介在されることにより、前記第１コア基板の前記第１回路層と前記第２コア回路層の前記第２回路層とは電気的に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の放熱基板。
  3. 前記導電性材料は前記全層貫通ホールの内壁または内部に形成されたメッキ層、または導電性ペーストであることを特徴とする、請求項２に記載の放熱基板。
  4. 前記メタルコアはアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱基板。
  5. 前記陽極酸化絶縁膜はアルミニウム陽極酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱基板。
  6. （Ａ）第１ビアホールおよび第１スルーホールの内壁を含んで表面に第１陽極酸化絶縁膜が形成された第１メタルコアに第１回路層が形成された第１コア基板を製造する段階と、
    （Ｂ）第２ビアホールおよび第２スルーホールの内壁を含んで表面に第２陽極酸化絶縁膜が形成された第２メタルコアに第２回路層が形成された第２コア基板を製造する段階と、
    （Ｃ）前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールが上下一致するように、前記第１コア基板および前記第２コア基板を配置した後、絶縁部材を用いて前記第１コア基板および前記第２基板を取り付ける段階と、
    （Ｄ）前記第１スルーホールおよび前記第２スルーホールに充填された前記絶縁部材を除去し、前記第１スルーホールと前記第２スルーホールとの間の前記絶縁部材を除去することにより、全層貫通ホールを形成する段階と、
    （Ｅ）前記全層貫通ホールに導電性材料をメッキまたは充填することにより、前記第１コア基板の第１回路層と前記第２コア基板の第２回路層とを連結する段階とを含んでなる、放熱基板の製造方法。
  7. 前記メタルコアはアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項６に記載の放熱基板の製造方法。
  8. 前記陽極酸化絶縁膜はアルミニウム陽極酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする、請求項６に記載の放熱基板の製造方法。
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