JP2019140181A

JP2019140181A - 多層プリント配線板

Info

Publication number: JP2019140181A
Application number: JP2018020374A
Authority: JP
Inventors: 裕二小林; Yuji Kobayashi; 正幸塩原; Masayuki Shiobara; 市川　純一; Junichi Ichikawa; 純一市川
Original assignee: Nippon CMK Corp; CMK Corp
Current assignee: Nippon CMK Corp; CMK Corp
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】高熱伝導性絶縁層を備え、表層からの放熱を可能としながら、層間及び内層導体回路間の絶縁性に優れた多層プリント配線板の提供。【解決手段】少なくとも、表裏面に内層導体回路を有するコア基板と、当該コア基板の上下に、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したプリプレグを介して積層された高熱伝導性絶縁層とを備えていることを特徴とする多層プリント配線板。【選択図】図１

Description

本発明は、高熱伝導性絶縁層を備えた多層プリント配線板であって、特に、表層からの放熱を可能としながら、層間及び内層導体回路間の絶縁性を向上させた多層プリント配線板に関する。

最近、パワートランジスタや電子機器の高機能化に伴い、プリント配線板に実装される電子部品の放熱対策が益々重要になってきた。車載基板の分野においてもハイブリッド車、ＥＶ車の普及に伴い、大電流・高電圧・放熱部品と放熱に関連する要求が高まる傾向にある。

従来の電子部品については放熱対策を講じる部品点数が少なかったこともあり、プリント配線板の片側に放熱機能を持たせることで対処していた。
例えば、図４は、第１のプリント配線板を示すもので、金属板４０の片側に熱導電率の高い接着層４１を介して導体層を配置し、当該導体層から表層導体回路４２を形成して、発熱素子４３を部品実装パッド４４に実装した金属ベース基板４００となっている（特許文献１参照）。
しかし、当該金属ベース基板４００のように片側に接着層４１を介して表層導体回路４２が形成されていると部品実装の点数や基板の大きさに制約があるだけでなく、接着層４１の絶縁性を向上させるために接着剤の厚みを厚くすると金属板４０及び表層導体回路４２からの放熱性に影響が出てしまうため、金属ベース基板の絶縁性を高めることは難しかった。
更に、金属板４０と発熱素子４３の特性差（線膨張係数の差）から、発熱素子４３を部品実装パッド４４にはんだ（図示せず）を介して実装する際に、はんだ部にクラックが発生する問題があった。

また、図５は、第２のプリント配線板を示すもので、絶縁基板５０の中心に金属板５１を配置し、発熱素子５３を表層の部品実装パッド５４に実装した金属コア基板５００となっている（特許文献２参照）。
当該金属コア基板５００では、貫通めっきスルーホール５２やブラインドバイアホール（ＢＶＨ、図示せず）を介して、発熱素子５３から熱を逃がすものであるが、貫通めっきスルーホール５２を介する場合は、配線パターン５５を迂回させるため、配線パターン５５の高密度化・基板の小型化には向かない仕様となっていた。

一方、電子部品の放熱対策の一つとして高放熱材料の開発が進み、例えば、図３に示すような、表裏面に内層導体回路３２が形成されたコア基板３３（導体回路を２層以上備えた絶縁基板）の上下に、アルミナ等のフィラー３１を混合して熱伝導率を高めた絶縁材料からなる高熱伝導性絶縁層３０を積層した多層プリント配線板３００が検討されている。
しかしながら、当該多層プリント配線板３００では、内層導体回路３２の近傍、及び内層導体回路３２と内層導体回路３２の間隙に、高熱伝導性のフィラー３１が配置されるため、層間及び内層導体回路間の絶縁性が懸念される。特に、車載用に使用される場合、多層プリント配線板の層間及び内層導体回路間の絶縁性の信頼性試験は厳しく、例えば、高温高湿バイアス試験条件として、恒温槽に温度８５℃、湿度８５％、電圧５０Ｖで２０００時間の絶縁信頼性を満足する必要がある。
また、当該多層プリント配線板３００においても、高熱伝導性を有する絶縁材料３０と発熱素子３４の特性差（線膨張係数の差）から、発熱素子３４を部品実装パッド３５にはんだ（図示せず）を介して実装する際に、はんだ部にクラックが発生する問題があった。

特開平６−１２０６２９号公報実開平１−１７４９６１号公報

本発明は、上記の如き従来の問題と実状に鑑みなされたものであり、高熱伝導性絶縁層を備え、表層からの放熱を可能としながら、層間及び内層導体回路間の絶縁性に優れた多層プリント配線板を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題を解決すべく種々研究を重ねた結果、内層導体回路を有するコア基板と高熱伝導性絶縁層との間に、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したプリプレグを介在させれば、極めて良い結果が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、少なくとも、表裏面に内層導体回路を有するコア基板と、当該コア基板の上下に、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したプリプレグを介して積層された高熱伝導性絶縁層とを備えていることを特徴とする多層プリント配線板により上記課題を解決したものである。

本発明の多層プリント配線板によれば、表裏面に内層導体回路を有するコア基板と高熱伝導性絶縁層との間にガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したプリプレグが介在するため、高熱伝導性絶縁層内のフィラーが内層導体回路の近傍及び内層導体回路間に存するのを防ぐことができ、表層からの放熱を可能としながら、良好な層間及び内層導体回路間の絶縁性を保つことができる。また、基板への発熱部品の実装点数を増やすことができる。さらに、当該絶縁樹脂層内のガラス繊維によって線膨張係数の差が吸収されるため、はんだ部でクラックを発生させることなく、発熱素子を部品実装パッドにはんだを介して実装することができる。

本発明多層プリント配線板の実施の形態を示す概略断面説明図。本発明多層プリント配線板を筐体に組み込んだ状態を示す概略断面説明図。従来検討されている高熱伝導性絶縁層を備えた多層プリント配線板を示す概略断説明図。第１の従来プリント配線板を示す概略断面説明図。第２の従来プリント配線板を示す概略断面説明図。

以下本発明多層プリント配線板の実施の形態を、図１を用いて説明する。尚、「プリプレグ」とは本来ガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態で接着機能を有するものを指し、硬化した状態ではもはや「プリプレグ」と呼べるものではないが、説明の便宜上、本明細書においては「半硬化状態」、「積層後の硬化状態」に関係なく、内部にガラス繊維を有する絶縁樹脂層を「プリプレグ」と表記する。

図１において、多層プリント配線板１００は、表裏面に内層導体回路１１が形成されたコア基板１２と、当該コア基板１２の上下に、それぞれプリプレグ１３（すなわち、内部にガラス繊維１９を有する絶縁樹脂層）を介して積層された高熱伝導性絶縁層１０と、当該高熱伝導性絶縁層１０の外層側に形成された部品実装パッド１４及び表層導体回路１５と、当該表層導体回路１５及び内層導体回路１１を上下方向で接続する貫通めっきスルーホール１６とから構成されている。当該表層導体回路１５は、厚みが１８〜３５μｍ程度の銅箔１５ａと、２０〜３０μｍ程度の無電解・電解銅めっき（パネルめっき）１５ｂからなる。
また、当該部品実装パッド１４には、発熱部品である発熱素子１７がはんだ（図示せず）により実装されている。

コア基板１２は、絶縁基材から形成され、その表裏面の内層導体回路１１は、金属箔から形成されている。金属箔としては、一般的な銅箔が、導電性や加工性、コスト的な面で好適に用いられる。銅箔に、無電解・電解銅めっきを施しても構わない。
コア基板１２の表裏面における導体層の厚みは、３５μｍ以上であることが貫通めっきスルーホール１６との接続により放熱性を向上させられる点で好ましい。

プリプレグ１３は、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したものであれば特に限定されないが、絶縁信頼性条件に合わせて、例えば、ＦＲ−４材、ハロゲンフリー材、高Ｔｇ材等を選択することができる。ガラス繊維１９は、ガラス織布またはガラス不織布である。また、ガラス繊維１９に含浸させる絶縁樹脂２０としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。

高熱伝導性絶縁層１０は、高熱伝導性を有する絶縁材料から形成されている。当該絶縁材料の熱伝導率は、１．５Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１．５Ｗ／ｍＫ〜５．０Ｗ／ｍＫの範囲である。
高熱伝導性を有する絶縁材料としては、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂に、アルミナ等の絶縁性放熱フィラーを混合した材料が用いられる。そのため、図３に示したように、内層導体回路の近傍、及び内層導体回路と内層導体回路の間隙にフィラーが存すると、特に車載用基板特有の試験を実施すると絶縁不良が発生する恐れがあるが、本発明多層プリント配線板１００のように、コア基板１２と高熱伝導性絶縁層１０との間にプリプレグ１３を介在させることで、フィラー１８が内層導体回路１１の近傍、及び内層導体回路１１間に存するのを防ぐことができるため、層間および内層導体回路間の絶縁性を向上させることができる。

また、高熱伝導性を有する絶縁材料は、材料の特性上非常に硬い材料であるため、当該高熱伝導性を有する絶縁材料と発熱素子１７と間に特性差（線膨張係数の差）が生じ易いが、プリプレグ１３に含まれるガラス繊維１９によって当該特性差（線膨張係数の差）が柔軟に吸収されるため、発熱素子１７を部品実装パッド１４にはんだ（図示せず）を介して実装する際にはんだ部にクラックが発生するのを抑制することができる。

さらに、コア基板１２の最表層に高熱伝導性絶縁層１０を有せば、部品実装パッド１４に実装された発熱素子１７から発生する熱を表層ですばやく放熱することができる。これによって、多層プリント配線板１００に発熱部品の熱が籠るのを抑制することができる。

なお、本発明を説明するに当たって、４層貫通めっきスルーホール基板を例にとって説明してきたが、ビルドアップ多層プリント配線板にも、本発明は利用可能である。

続いて、筐体に組み込まれた本発明多層プリント配線板の実施の形態について図２を用いて説明する。
図２において、多層プリント配線板２００は、その表層のグランド層２１が筐体２２に接続して構成されている。当該多層プリント配線板２００では、すばやく表層の発熱素子２７からの熱を当該グランド層２１を経由して、筐体２２に逃がすことができる。
グランド層２１は、発熱素子２７が実装されている部品実装パッド２４と接続されていてもいなくても構わない。

試験例１
図１に示した本発明多層プリント配線板１００において、表層導体回路１５と内層導体回路１１との絶縁層の厚みを約１８０μｍ、内層導体回路１１間のライン＆スペースを７５／７５μｍにしたものについて、高温高湿バイアス試験（温度８５℃、湿度８５％、電圧５０Ｖで２０００時間）を行った際の絶縁抵抗値を測定した。
また、図３に示した従来の多層プリント配線板３００において、表層導体回路３６と内層導体回路３２との絶縁層の厚みを約８０μｍ、内層導体回路３２間のライン＆スペースを７５／７５μｍにしたものを比較品として用いた。
表１及び表２に試験結果を示す。尚、絶縁抵抗値が１×１０⁷超の場合は「良好」、絶縁抵抗値が１×１０⁷以下になった場合は「不良」とした。また、「不良」となったｎ数を示した。

上記結果から分かるように、本発明多層プリント配線板は、２０００時間を経過しても層間及び内層導体回路間共に絶縁抵抗値は良好であった。
これに対して、比較品の多層プリント配線板は、層間絶縁抵抗値テスト基板１０個のうち１７５０時間で５個に、２０００時間で７個に絶縁不良が発生した。また、内層導体回路間では１０個のうち１７５０時間で４個に、２０００時間で６個に絶縁不良が発生した。

１０、３０：高熱伝導性絶縁層
１１、３２：内層導体回路
１２、３３：コア基板
１３：プリプレグ
１４、２４、３５、４４、５４：部品実装パッド
１５、３６、４２、５５：表層導体回路
１５ａ：銅箔
１５ｂ：無電解・電解銅めっき（パネルめっき）
１６、５２：貫通めっきスルーホール
１７、２７、３４、４３、５３：発熱素子
１８、３１：フィラー
１９：ガラス繊維（ガラス織布又はガラス不織布を含む）
２０：絶縁樹脂
２１：表層グランド層
２２：筐体
４０：金属板
４１：接着層
５０：絶縁基板
５１：金属板（金属コア）
５５：配線パターン
１００、２００、３００：多層プリント配線板
４００：金属ベース基板
５００：金属コア基板

Claims

少なくとも、表裏面に内層導体回路を有するコア基板と、当該コア基板の上下に、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸したプリプレグを介して積層された高熱伝導性絶縁層とを備えていることを特徴とする多層プリント配線板。
当該コア基板の導体層の厚みが３５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多層プリント配線板。