JP2013239631A - 回路基板、回路基板の製造方法、電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回路基板10Aの内部に熱拡散層12を設け、回路基板10Aの表面に多孔質の放熱層13を設けて、熱拡散層12と放熱層13とを、ビア11b及び配線層11aを用いて接続する。熱拡散層12に伝熱された熱は、ビア11b及び配線層11aを通じて放熱層13に伝熱され、放熱される。多孔質の放熱層13を設けることで、放熱面積が大きく、放熱効果の高い回路基板10Aが実現される。このような回路基板10Aを用いることにより、放熱効果の高い電子装置が実現される。
【選択図】図1
Description
図1に示す回路基板10Aは、配線層11a及びビア11bが設けられた基板11、基板11の内部に設けられた熱拡散層12、基板11上に設けられた多孔質の放熱層13、及び基板11上に設けられた保護膜14を有する。
放熱層13には、気孔率が、好ましくは体積比率で50%以上、より好ましくは体積比率で80%以上の多孔質材料が用いられる。気孔率が体積比率で50%を下回るような場合には、外気が気孔内を流れ難くなり、効果的に放熱が行えない可能性がある。
また、熱拡散層12としては多層基板に設けられるGNDプレーン配線を利用してもよく、或いは熱拡散層12を多層基板に設けられるGNDプレーン配線として利用してもよい。
図2に示す電子装置20は、回路基板10A、回路基板10Aに実装された半導体パッケージ(半導体装置(電子部品))30、及び半導体パッケージ30に搭載された放熱フィン(放熱体)40を有する。
半導体パッケージ30に放熱フィン40を搭載し、回路基板10Aに多孔質の放熱層13を設けることで、半導体パッケージ30で発生した熱を効果的に放熱し、その過熱を抑え、寿命や性能の低下を抑えることができる。
図3に示す回路基板10Bは、一方の面(表面)側に設けられた多孔質の放熱層13、及び他方の面(裏面)側に設けられた多孔質の放熱層15を有する。放熱層15は、基板11の裏面に設けられて熱拡散層12にビア11bで接続された配線層11aの上に、設けられる。例えば、放熱層15は、そのような配線層11aの上に、熱伝導性を有する接合材料(図示せず)を用いて接合される。放熱層15は、保護膜14から露出する所定の配線層11a上に設けられる。放熱層15には、放熱層13と同様、金属材料、炭素材料等を用いることができ、その気孔率は、好ましくは体積比率で50%以上、より好ましくは体積比率で80%以上とすることができる。
また、回路基板10Bの表面側に放熱層13を設けず、裏面側にのみ放熱層15を設けることもできる。
図4は回路基板表面側の放熱層の一例を示す図である。図4には、回路基板表面側の平面配置の一例を模式的に図示している。
回路基板10(例えば上記の回路基板10B)の裏面側にも同様に、一定広さの領域に多孔質の放熱層15を設けることができる。図5には、回路基板10の四辺の端部にそれぞれ平面ライン状の放熱層15を設け、更に、それらに繋がる平面十字状の放熱層15を設けた例を示している。回路基板10には、例えば、放熱層15を設ける領域の下に、保護膜14から露出する配線層11aが設けられ、その配線層11aの上に、放熱層15が設けられる。ここでは図示を省略するが、回路基板10の裏面側に保護膜14から露出する外部接続端子(配線層11a)が存在する場合には、そのような外部接続端子の領域以外の領域に、放熱層15が設けられる。
図6に示す回路基板10Cは、基板11の表層(表面側)の配線層11aに隣接して、基板11の表面に、多孔質の放熱層13が設けられている点で、上記図1に示した回路基板10Aと相違する。この回路基板10Cにおいて、放熱層13は、隣接する配線層11aに、例えば、導電性ペースト等、熱伝導性を有する接合材料(図示せず)を用いて接合され、熱的に接続される。このように放熱層13に接続された配線層11aは、ビア11bを介して熱拡散層12に接続される。
図7は回路基板の第4構成例を示す図である。図7には、回路基板の一例の断面を模式的に図示している。
また、回路基板10Dの表面側に放熱層13を設けず、裏面側にのみ放熱層15を設けることもできる。
パウダースペースホルダー法では、まず、放熱層13及び放熱層15に用いる粉末状の金属材料110と、バインダとなる粉末状の樹脂等の材料(バインダ材料)120を混合し(図8(A))、所定の形状に成形して成形体130aとする(図8(B))。そして、その成形体130aからバインダ材料120を選択的に溶融除去(脱脂)し、その後、焼結する(図8(C))。これにより、バインダ材料120が脱脂された部分が気孔131となった焼結体130、即ち多孔質の放熱層13及び放熱層15が得られる。
次に、上記のような多孔質の放熱層を設けた回路基板の製造方法の一例について、図9〜図15を参照して説明する。ここでは、表裏面にそれぞれ放熱層13及び放熱層15を設ける回路基板10Bの製造を例に、その工程を説明する。
図9は両面配線板形成工程の説明図である。図9において、(A)は両面銅張板の一例の断面模式図、(B)はレジスト形成工程の一例の断面模式図、(C)はレジストパターニング工程の一例の断面模式図、(D)はエッチング工程の一例の断面模式図、(E)はレジスト剥離工程の一例の断面模式図である。
図10及び図11は熱拡散層形成工程の説明図である。図10及び図11において、(A)は銅箔ラミネート工程の一例の断面模式図、(B)はレジストパターニング工程の一例の断面模式図、(C)はエッチング工程の一例の断面模式図、(D)はレジスト剥離工程の一例の断面模式図、(E)は銅箔剥離工程の一例の断面模式図である。
図12は積層工程の説明図である。図12において、(A)はレイアップ工程の一例の断面模式図、(B)はプレス工程の一例の断面模式図である。
図13及び図14はビア形成工程の説明図である。図13において、(A)は貫通孔形成工程の一例の断面模式図、(B)は無電解めっき工程の一例の断面模式図、(C)は電解めっき工程の一例の断面模式図である。図14において、(A)はレジストパターニング工程の一例の断面模式図、(B)はエッチング工程の一例の断面模式図、(C)はレジスト剥離工程の一例の断面模式図である。
図15は保護膜形成工程及び放熱層配設工程の説明図である。図15において、(A)は保護膜形成工程の一例の断面模式図、(B)は接合材料形成工程の一例の断面模式図、(C)は放熱層配設工程の一例の断面模式図である。
以上のようにして得られた回路基板10Bに、半導体チップに見立てた消費電力150Wのヒータを、BGA(Ball Grid Array)型のパッケージ基板を介して搭載し、そのヒータを発熱させると共に、風量2m/sのファンで空冷した。この時のヒータ温度を測定した。放熱層13及び放熱層15には、気孔率が90%の多孔質銅シートを用いている。比較のため、放熱層13及び放熱層15に替えてアルミニウム製の放熱フィンを設けた回路基板を準備し、BGA型のパッケージ基板を介してヒータを搭載し、同条件でヒータを発熱させると共にファンで空冷した。
また、上記のようにして得られる回路基板10Bに、電子部品が実装され、電子装置が製造される。
図1に示したように表面側に放熱層13を設けた回路基板10Aも、この回路基板10Bと同様に製造することができる。即ち、回路基板10Aの場合には、上記回路基板10Bの裏面側に設けていた放熱層15を省略することができる。また、この場合、基板11の裏面側の放熱層15下に設けていた配線層11aの形成を省略することもできる。
(付記1) 基板と、
前記基板の内部に設けられた熱拡散層と、
前記基板の表面に設けられた多孔質の放熱層と、
前記熱拡散層と前記放熱層とに接続された伝熱部と
を含むことを特徴とする回路基板。
前記基板の表面に設けられ、前記放熱層が接続された配線層と、
前記熱拡散層と前記配線層とに接続されたビアと
を含むことを特徴とする付記1に記載の回路基板。
(付記4) 前記放熱層は、前記配線層に隣接して設けられていることを特徴とする付記2に記載の回路基板。
(付記6) 前記放熱層は、
前記基板の第1表面に設けられた多孔質の第1放熱層と、
前記基板の第2表面に設けられた多孔質の第2放熱層と
を含むことを特徴とする付記1乃至5のいずれかに記載の回路基板。
前記基板に、前記熱拡散層に接続される伝熱部を設ける工程と、
前記基板の表面に、前記伝熱部に接続される多孔質の放熱層を設ける工程と
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
前記回路基板に実装された電子部品と
を備えることを特徴とする電子装置。
ことを特徴とする付記8に記載の電子装置。
前記基板の表面に設けられ、前記放熱層が接続された配線層と、
前記熱拡散層と前記配線層とに接続されたビアと
を含むことを特徴とする付記8又は9に記載の電子装置。
(付記12) 前記放熱層は、前記配線層に隣接して設けられていることを特徴とする付記10に記載の電子装置。
(付記14) 前記放熱層は、
前記基板の第1表面に設けられた多孔質の第1放熱層と、
前記基板の第2表面に設けられた多孔質の第2放熱層と
を含むことを特徴とする付記8乃至13のいずれかに記載の電子装置。
(付記16) 回路基板を形成する工程と、
形成された前記回路基板に電子部品を実装する工程と
を含み、
前記回路基板を形成する工程は、
内部に熱拡散層が設けられた基板を準備する工程と、
前記基板に、前記熱拡散層に接続される伝熱部を設ける工程と、
前記基板の表面に、前記伝熱部に接続される多孔質の放熱層を設ける工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
11 基板
11a 配線層
11aa,12aa 銅箔
11b ビア
11c 基材
11d 両面配線板
11da 両面銅張板
11e 絶縁層
11ea プリプレグ
11f 積層板
11h 貫通孔
11i 銅シード層
11k 銅層
12 熱拡散層
12a 孔
12ab 凹部
13,15 放熱層
14 保護膜
16 接合材料
20,90 電子装置
30 半導体パッケージ
31 パッケージ基板
32 半導体チップ
33 バンプ
40 放熱フィン
41 フィン
50,70 電子部品
51 CPUモジュール
52 メモリモジュール
53 I/Oコントロールモジュール
54 コネクタ
60 レジスト
61,64,65,66 レジストパターン
62 発泡テープ
63 支持体
71 電極端子
80 放熱体
110 金属材料
120 バインダ材料
130 焼結体
130a 成形体
131 気孔
Claims (8)
- 基板と、
前記基板の内部に設けられた熱拡散層と、
前記基板の表面に設けられた多孔質の放熱層と、
前記熱拡散層と前記放熱層とに接続された伝熱部と
を含むことを特徴とする回路基板。 - 前記伝熱部は、
前記基板の表面に設けられ、前記放熱層が接続された配線層と、
前記熱拡散層と前記配線層とに接続されたビアと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 - 前記基板の表面に設けられた保護膜を更に含み、前記放熱層が前記保護膜から露出することを特徴とする請求項1又は2に記載の回路基板。
- 前記放熱層は、
前記基板の第1表面に設けられた多孔質の第1放熱層と、
前記基板の第2表面に設けられた多孔質の第2放熱層と
を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の回路基板。 - 内部に熱拡散層が設けられた基板を準備する工程と、
前記基板に、前記熱拡散層に接続される伝熱部を設ける工程と、
前記基板の表面に、前記伝熱部に接続される多孔質の放熱層を設ける工程と
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。 - 基板と、前記基板の内部に設けられた熱拡散層と、前記基板の表面に設けられた多孔質の放熱層と、前記熱拡散層と前記放熱層とに接続された伝熱部とを含む回路基板と、
前記回路基板に実装された電子部品と
を備えることを特徴とする電子装置。 - 前記伝熱部は、
前記基板の表面に設けられ、前記放熱層が接続された配線層と、
前記熱拡散層と前記配線層とに接続されたビアと
を含むことを特徴とする請求項6に記載の電子装置。 - 回路基板を形成する工程と、
形成された前記回路基板に電子部品を実装する工程と
を含み、
前記回路基板を形成する工程は、
内部に熱拡散層が設けられた基板を準備する工程と、
前記基板に、前記熱拡散層に接続される伝熱部を設ける工程と、
前記基板の表面に、前記伝熱部に接続される多孔質の放熱層を設ける工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
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