JP2015018931A - 発熱素子搭載用配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子を搭載するための配線基板を効率よく製造できる発熱素子搭載用配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る発熱素子搭載用配線基板の製造方法は、凸状体を有する導体層に、内径が前記凸状体の外径よりも小さい貫通孔が形成された絶縁層を、前記貫通孔に前記凸状体を挿入するようにして積層することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、Light Emitting Diode（ＬＥＤ）やパワーモジュール等の発熱素子搭載用配線基板の製造方法に関する。

ＬＥＤやパワーモジュール等、発熱の大きな素子（以下、発熱素子）を発熱素子搭載用配線基板（以下、配線基板と記載する）に搭載する場合、その放熱が問題となる。発熱素子で発生する熱が十分に放熱されない場合、ＬＥＤやパワーモジュールの温度が上昇する。その結果、ＬＥＤの発光効率やパワーモジュールの変換効率が低下したり、熱膨張係数の違いにより熱応力が発生し、発熱素子や配線基板が回復不能なダメージを受けることがある。

このため、発熱素子を搭載する領域に、金属層／絶縁材料層／金属層を同順に積層して構成される放熱用の熱伝導素子を配置した配線基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される発明では、配線基板の発熱素子を搭載する領域に、表面から裏面へ貫通する開口を設け、この開口内に熱伝導素子を配置した後、熱伝導素子を絶縁材料で固定している。

特開２０１２−１５１４７３号公報

しかしながら、現在では、配線基板に搭載される発熱素子の小型化及び高密度実装化が進んでいる。このため、配線基板に搭載される発熱素子数が飛躍的に増加している。

特許文献１に開示される発明では、搭載する発熱素子ごとに配線基板の開口に熱伝導素子を配置した後、熱伝導素子を絶縁材料で固定する必要がある。上述したように、発熱素子の小型化が進んでいるため、特許文献１に開示される発明では、小さな開口に小さな熱伝導素子を配置する必要がある。また、配線基板に搭載する発熱素子数も増大している。つまり、小さな熱伝導素子を数多くの開口内に配置する必要がある。

さらに開口内に熱伝導素子を配置した後、開口内壁と熱伝導素子との隙間を埋める必要がある。このため、製造に必要な工数が多くなる。また、放熱板となる凸状体が複数形成された金属板に絶縁性樹脂を積層して熱硬化させることも考えられる。しかしながら、この場合も、凸状態の上面が露出するまで研磨を行う必要があり、製造に必要な工数が多くなる。この結果、発熱素子搭載用配線基板の製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記の事情に対処してなされたものであり、発熱素子を搭載するための配線基板を効率よく製造できる発熱素子搭載用配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の発熱素子搭載用配線基板の製造方法は、凸状体を有する導体層に、内径が前記凸状体の外径よりも小さい貫通孔が形成された絶縁層を、前記貫通孔に前記凸状体を挿入するようにして積層することを特徴とする。

本発明の発熱素子搭載用配線基板の製造方法によれば、凸状体を有する導体層に、内径が凸状体の外径よりも小さい貫通孔が形成された絶縁層を、貫通孔に凸状体を挿入するようにして積層しているので、凸状体を、絶縁層に設けた貫通孔に一括して挿入することができる。このため、発熱素子搭載用配線基板の製造工程を大幅に簡略化することができる。この結果、発熱素子搭載用配線基板を効率よく製造することができ、発熱素子搭載用配線基板の製造コストを低減することができる。

さらに、絶縁層に形成されている貫通孔の内径を、凸状体の外径よりも小さくしているので、凸状体と絶縁層との間に隙間ができない。このため、凸状体を絶縁層の貫通孔に挿入した後、凸状体と絶縁層との隙間を絶縁性樹脂等で埋める必要がない。この結果、発熱素子搭載用配線基板を効率よく製造することができ、発熱素子搭載用配線基板の製造コストを低減することができる。

本発明の一態様においては、前記絶縁層を前記導体層に積層した後、前記導体層に配線パターンを形成する工程を有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、絶縁層を導体層に積層した後、導体層に配線パターンを形成しているので、配線用の金属層を絶縁層上に形成する工程が不要となる。このため、発熱素子搭載用配線基板を効率よく製造することができ、発熱素子搭載用配線基板の製造コストを低減することができる。

本発明の他の態様においては、前記導体層は、前記凸状体を有する第１の導体層と、前記第１の導体層に積層された第２の導体層とを有し、前記絶縁層を前記第１の導体層に積層した後、前記第２の導体層を剥離することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、導体層は、凸状体を有する第１の導体層と、第１の導体層に積層された第２の導体層とを有し、絶縁層を第１の導体層に積層した後、第２の導体層を剥離しているので、配線パターンの厚みを容易に調整することができる。また、配線パターンを形成する場合に必要なエッチング時間を短縮することができる。さらに、第１の導体層と第２の導体層とが積層された厚みのある状態で絶縁層と積層することができる。このため、導体層のハンドリング等、取扱いが容易となり、配線基板を効率よく製造することができる。

本発明の他の態様においては、前記第２の導体層を剥離した後、前記第１の導体層に配線パターンを形成する工程を有することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、第２の導体層を剥離した後、第１の導体層に配線パターンを形成しているので、配線用の金属層を絶縁層上に形成する工程が不要となる。このため、発熱素子搭載用配線基板を効率よく製造することができ、発熱素子搭載用配線基板の製造コストを低減することができる。

本発明の他の態様においては、前記導体層は、放熱板として機能することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、発熱素子を搭載するための配線基板を効率よく製造できる発熱素子搭載用配線基板の製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板の製造工程図である。 第１の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板の製造工程図である（サブトラクティブ法）。 第１の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板の製造工程図である（セミアディティブ法）。 第１の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板に発熱素子を搭載した断面図である。 第２の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板の製造工程図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、発熱素子とは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、パワーモジュール、パワーアンプ等の発熱の比較的大きな素子のことであるが、これらに限る事は無い。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板１００（以下、単に配線基板１００と記載する）の製造工程図である。以下、図１を参照して、配線基板１００の製造方法について説明する。

複数の貫通孔１０ａが形成された半硬化状態の絶縁層１０と、複数の凸状体２０ａを有する導体層２０とを準備する（図１（ａ）参照）。貫通孔１０ａは、絶縁層１０のＬＥＤ、パワーモジュール、パワーアンプ等の発熱素子が搭載される領域（以下、搭載領域）に、対応するように形成されている。貫通孔１０ａは、パンチング（打ち抜き）加工等により絶縁層１０に形成することができる。なお、貫通孔１０ａの上面視における形状は、後述する凸状体２０ａの上面視における形状と同じとなるよう成形されている。

絶縁層１０は、例えば、ガラス繊維等にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたものである。なお、絶縁層を半硬化状態とするのは、未硬化の状態では、ハンドリングが難しくなるためである。

凸状体２０ａは、絶縁層１０の各貫通孔１０ａに対応する位置に設けられている。この凸状体２０ａは、配線基板１００に搭載される発熱素子の放熱板となる。凸状体２０ａは、導体層２０のエッチング、もしくは、導体層２０へのめっき（無電解めっき、電解めっきを含む）により形成することができる。また、凸状体２０ａの上面Ｓ１の形状は、搭載する発熱素子の形状（例えば、矩形や円形）に合わせて成形されている。

導体層２０は、熱伝導性の高い材料、例えば、銅やアルミ等の金属材料で構成することが好ましい。なお、絶縁層１０の貫通孔１０ａの内径Ｄ１は、導体層２０の凸状体２０ａの外径Ｄ２よりも小さく形成されている。また、絶縁層１０の厚みＴ１と、導体層２０の凸状体２０ａの厚みＴ２とは、略同じにしておくことが好ましい。

次に、絶縁層１０の貫通孔１０ａに導体層２０の凸状体２０ａを挿入するようにして、絶縁層１０と導体層２０とを積層する（図１（ｂ）参照）。上述したように、絶縁層１０の貫通孔１０ａの内径Ｄ１は、導体層２０の凸状体２０ａの外径Ｄ２よりも小さい。しかし、絶縁層１０が半硬化状態であるため、絶縁層１０の貫通孔１０ａが広がることにより、導体層２０の凸状体２０ａが貫通孔１０ａに挿入される。

絶縁層１０と導体層２０とを積層した後は、熱処理を行い、絶縁層１０を熱硬化させる。

絶縁層１０の貫通孔１０ａの内径Ｄ１を導体層２０の凸状体２０ａの外径Ｄ２よりも小さくする利点として、積層後に、導体層２０の凸状体２０ａと絶縁層１０との間に隙間ができないことが挙げられる。つまり、絶縁層１０と導体層２０とを積層した後、絶縁層１０と、導体層２０の凸状体２０ａとの間を絶縁性樹脂等で埋める必要がない。このため、配線基板１００の製造に必要な工程を削減することができ、配線基板１００を効率よく製造することができる。

次に、導体層２０をパターニングして、配線や接続端子（以下、単に配線等Ｌ１と記載する）を形成する（図１（ｃ）参照）。配線等Ｌ１の形成には、サブトラクティブ法（金属箔が全面に張られた基板から金属箔の不要な部分を取り除いて回路を残す方法）等、既存の手法を用いることができる。なお、配線基板１００の厚みＴ３は、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、３０μｍ程度であることがより好ましい。

以上のようにして、配線基板１００を製造することができる。なお、図１（ｃ）に示す配線基板１００をさらに加工し、絶縁層１０の導体層２０とは反対側の主面に配線や接続端子（以下、単に配線等Ｌ２と記載する）を形成して、配線等Ｌ１と接続してもよい。以下、図２を参照して、絶縁層１０の導体層２０とは反対側の主面に配線等Ｌ２を形成する製造方法について説明する。

図１（ｃ）に示す配線基板１００の表面側からレーザー光を照射し、絶縁層１０にビアホール１０ｂを形成する（図２（ａ）参照）。なお、ビアホール１０ｂは、レーザー以外の方法（例えば、ドリルやエッチングによる穴あけ）により形成してもよい。

次に、無電解めっき及び電解めっきを実施し、ビアホール１０ｂ内にビア導体１０ｃを形成するとともに、絶縁層１０上に導体層３０を形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、導体層３０をパターニングして、配線や接続端子（以下、単に配線等Ｌ２と記載する）を形成する（図２（ｃ）参照）。

なお、上記説明では、全面に金属箔が張られた基板から、金属箔の不要な部分を取り除いて回路を残すサブトラクティブ法により配線等Ｌ２を形成しているが、セミアディテブ法により配線等Ｌ２を形成してもよい。

図３は、セミアディテブ法により配線等Ｌ２を形成する場合の製造工程図である。以下図３を参照して、セミアディテブ法による配線等Ｌ２の形成について説明するが、図２（ａ）のビアホール１０ｂが形成されているものとして説明する。

セミアディテブ法により配線等Ｌ２を形成する場合、ビアホール１０ｂ内を含む絶縁層１０上に無電解めっきを行い無電解めっき層Ｍ１を形成する（図３（ａ）参照）。次に、配線等Ｌ２を形成しない領域にめっきレジストＲを形成する（図３（ｂ）参照）。

次に、電解めっきを行い、めっきレジストＲで被覆されていない無電解めっき層Ｍ１上に電解めっき層Ｍ２を形成する（図３（ｃ）参照）。次に、めっきレジストＲを除去し、さらに、めっきレジストＲの除去により露出した無電解めっき層Ｍ１を除去する。このようにして、配線等Ｌ２が形成される（図３（ｄ）参照）。

図４は、図１を参照して製造した配線基板１００に、発熱素子Ｅを搭載した断面図である。発熱素子Ｅは、放熱板として機能する凸状体２０ａの裏面（搭載領域）に搭載された後、ワイヤＷ等により導体層２０をパターニングして形成した配線等Ｌ１と電気的に接続される。

以上のように、この実施形態では、凸状体２０ａを有する導体層２０に、内径Ｄ１が凸状体２０ａの外径Ｄ２よりも小さい貫通孔１０ａが形成された絶縁層１０を、貫通孔１０ａに凸状体２０ａを挿入するようにして積層して配線基板１００を製造している。

このため、放熱板として機能する凸状体２０ａを、絶縁層１０に設けた貫通孔１０ａに一括して挿入することができる。このため、配線基板１００の製造工程を大幅に簡略化することができる。この結果、配線基板１００を効率よく製造することができ、配線基板１００の製造コストを低減することができる。

さらに、絶縁層１０に形成されている貫通孔１０ａの内径Ｄ１を、凸状体２０ａの外径Ｄ２よりも小さくしているので、凸状体２０ａと絶縁層１０との間に隙間ができない。このため、凸状体２０ａを絶縁層１０の貫通孔１０ａに挿入した後、凸状体２０ａと絶縁層１０との隙間を絶縁性樹脂等で埋める必要がない。この結果、配線基板１００を効率よく製造することができ、配線基板１００の製造コストを低減することができる。

さらに、絶縁層１０を導体層２０に積層した後、導体層２０に配線等Ｌ１（配線パターン）を形成しているので、配線用の金属層を絶縁層上に形成する工程が不要となる。このため、配線基板１００を効率よく製造することができ、配線基板１００の製造コストを低減することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る発熱素子搭載用配線基板２００（以下、単に配線基板２００と記載する）の製造工程図である。以下、図５を参照して、配線基板２００の製造方法について説明する。なお、図１〜図４を参照して説明した配線基板１００と同じ構成には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

複数の貫通孔１０ａが形成された半硬化状態の絶縁層１０及び複数の凸状体３０ａを有する導体層３０を準備する（図５（ａ）参照）。導体層３０は、第１の導体層３０Ａと第２の導体層３０Ｂが積層されたピーラブル銅箔であり、第１の導体層３０Ａと第２の導体層３０Ｂとは、簡単に剥離することができる。また、第１の導体層３０Ａの厚みは、例えば、１８μｍであり、第２の導体層３０Ｂの厚みは、例えば、３μｍである。

凸状体３０ａは、絶縁層１０の各貫通孔１０ａに対応する位置に設けられている。この凸状体３０ａは、搭載される発熱素子の放熱板となる。凸状体３０ａは、第１の導体層３０Ａのエッチング、もしくは、第１の導体層３０Ａへのめっき（無電解めっき、電解めっきを含む）により形成することができる。

導体層３０は、熱伝導性の高い材料、例えば、銅やアルミ等の金属材料で構成されている。なお、絶縁層１０の貫通孔１０ａの内径Ｄ１は、導体層３０の凸状体３０ａの外径Ｄ３よりも小さく形成されている。また、絶縁層１０の厚みＴ１と、第１の導体層３０Ａの凸状体３０ａの厚みＴ４とは、略同じにしておくことが好ましい。

次に、絶縁層１０の貫通孔１０ａに第１の導体層３０Ａの凸状体３０ａを挿入するようにして、絶縁層１０と導体層３０とを積層する（図５（ｂ）参照）。上述したように、絶縁層１０の貫通孔１０ａの内径Ｄ１は、第１の導体層３０Ａの凸状体３０ａの外径Ｄ３よりも小さい。しかし、絶縁層１０が半硬化状態であるため、絶縁層１０の貫通孔１０ａが広がることにより、第１の導体層３０Ａの凸状体３０ａが貫通孔１０ａに挿入される

次に、導体層３０のうち、第２の導体層３０Ｂを剥離する（図５（ｃ）参照）。第２の導体層３０Ｂを剥離した後は、図１（ｃ）を参照して説明した工程と同様に、第１の導体層３０Ａをパターニングして、配線や接続端子を形成する。

なお、図２，図３を参照して説明したように、第１の導体層３０Ａをパターニングして配線や接続端子を形成した後、配線基板２００をさらに加工し、導体層３０とは反対側の主面に配線や接続端子を形成してもよい。

以上のように、この実施形態では、導体層３０は、凸状体３０ａを有する第１の導体層３０Ａと、第１の導体層３０Ａに積層された第２の導体層３０Ｂとを有し、絶縁層１０を第１の導体層３０Ａ上に積層した後、第２の導体層３０Ｂを剥離している。このため、配線や接続端子（配線パターン）の厚みを容易に調整することができる。このため、配線パターンの形成に必要なエッチング時間を短縮することができ、配線基板２００を効率よく製造することができる。

また、導体層３０は、第１の導体層３０Ａと第２の導体層３０Ｂとが積層された厚みのある状態で絶縁層１０と積層される。このため、導体層３０の取扱いが容易となり、配線基板２００を効率よく製造することができる。その他の効果は、第１の実施形態に係る配線基板１００と同じである。

（その他の実施形態）
以上、本発明を、具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、本発明の配線基板は、搭載領域１つ又は複数毎に対応するように配線基板を切断するため、多数個取りの配線基板としてもよい。

１０…絶縁層
１０ａ…貫通孔
１０ｂ…ビアホール
１０ｃ…ビア導体
２０，３０…導体層
３０Ａ…第１の導体層
３０Ｂ…第２の導体層
２０ａ，３０ａ…凸状体
１００，２００…発熱素子搭載用配線基板
Ｄ１…内径
Ｄ２，Ｄ３…外径
Ｅ…発熱素子
Ｌ１，Ｌ２…配線等
Ｗ…ワイヤ

Claims (5)

1. 凸状体を有する導体層に、内径が前記凸状体の外径よりも小さい貫通孔が形成された絶縁層を、前記貫通孔に前記凸状体を挿入するようにして積層することを特徴とする発熱素子搭載用配線基板の製造方法。
2. 前記絶縁層を前記導体層に積層した後、前記導体層に配線パターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の発熱素子搭載用配線基板の製造方法。
3. 前記導体層は、前記凸状体を有する第１の導体層と、前記第１の導体層に積層された第２の導体層とを有し、
   前記絶縁層を前記第１の導体層に積層した後、前記第２の導体層を剥離することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発熱素子搭載用配線基板の製造方法。
4. 前記第２の導体層を剥離した後、前記第１の導体層に配線パターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項３に記載の発熱素子搭載用配線基板の製造方法。
5. 前記導体層は、放熱板として機能することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発熱素子搭載用配線基板の製造方法。

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