JP2019140321A

JP2019140321A - 電子部品搭載用基板、及び、電子デバイス

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Publication number: JP2019140321A
Application number: JP2018024215A
Authority: JP
Inventors: 平澤　貴久; Takahisa Hirasawa; 貴久平澤; 貴之古野; Takayuki Furuno
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】放熱性に優れた電子部品搭載用基板を提供する。【解決手段】絶縁層と、上記絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備える電子部品搭載用基板であって、上記電子部品搭載用基板には上記絶縁層及び上記導体層を貫通する孔が形成されており、上記孔には、柱状の非金属放熱部材が挿し込まれていることを特徴とする電子部品搭載用基板。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品搭載用基板、及び、電子デバイスに関する。

特許文献１には、プリント配線基板をベースにした発光素子搭載用基板が開示されている。
かかる発光素子搭載用基板は、発光素子を搭載する素子搭載面と、その反対側の背面との間をつなぐスルーホールを有する。このスルーホールはめっきによって埋められてフィルドビアを構成し、発光素子の熱を発光素子搭載用基板の背面へ放熱するための経路としている。また、スルーホールにより基板の素子搭載面と背面の間の電気的な接続もされている。

特開２００５−１６６９３７号公報

特許文献１の発光素子搭載用基板は、発光素子搭載用基板の背面へ放熱するための経路としてスルーホールを備えているが、スルーホールを介した放熱では放熱性が不足しており、さらに放熱性に優れた構成を有する基板が望まれていた。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、放熱性に優れた電子部品搭載用基板を提供することである。

すなわち、本発明の電子部品搭載用基板は、絶縁層と、上記絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備える電子部品搭載用基板であって、上記電子部品搭載用基板には上記絶縁層及び上記導体層を貫通する孔が形成されており、上記孔には、柱状の非金属放熱部材が挿し込まれていることを特徴とする。

本発明の電子デバイスは、上記本発明の電子部品搭載用基板と、上記電子部品搭載用基板に配置された電子部品とを備える電子デバイスであって、上記電子部品搭載用基板は、さらに電子部品接続部を有し、上記電子部品は、上記電子部品接続部と電気的に接続しており、上記電子部品の下には、上記電子部品搭載用基板の非金属放熱部材が位置していることを特徴とする。

図１は、本発明の電子部品搭載用基板の一例を模式的に示す断面図である。図２は、めっき層が形成された本発明の電子部品搭載用基板の一例を模式的に示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子部品搭載用基板の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図４は、本発明の電子デバイスの一例を模式的に示す断面図である。

（発明の詳細な説明）
以下、本発明について具体的に説明する。本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。

以下、本発明の電子部品搭載用基板の構成について、さらに詳述する。
図１は、本発明の電子部品搭載用基板の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す電子部品搭載用基板１は、第１主面１１と第１主面１１の反対側の第２主面１２を有する絶縁層１０と、絶縁層１０の第１主面１１に形成された第１導体層２１及び第２主面１２に形成された第２導体層２２とを備える。
また、電子部品搭載用基板１には、第１導体層２１、絶縁層１０、及び、第２導体層２２を貫通する孔５０が形成されている。
さらに、孔５０には、柱状の非金属放熱部材６０が挿し込まれている。

絶縁層は絶縁樹脂からなることが望ましく、可撓性絶縁樹脂からなる可撓性絶縁層であることが望ましい。
絶縁層が可撓性絶縁層であると、本発明の電子部品搭載用基板はフレキシブル基板として機能する。
絶縁樹脂の構成材料は、ポリイミド、ガラスエポキシ等が挙げられ、これらの中ではポリイミドであることが望ましい。絶縁樹脂がポリイミドであると、その絶縁樹脂は柔軟性と絶縁性との双方を兼ね備える。従って、充分な絶縁性を確保しつつ用途に応じて形状を変形させることができる。

絶縁層の厚さは特に限定されないが、３０〜７０μｍであることが望ましい。３０μｍよりも小さいと曲がりやすく、さらに屈曲しやすい基板となるため、配線や他の部材との接合が破壊されやすくなる。また、７０μｍよりも大きいと、非金属放熱部材を挿し込むためにパンチングを行って孔を形成した場合に孔の周辺にクラックが生じやすくなり、信頼性を低下させることがある。

第１導体層及び第２導体層の構成材料は、特に限定されないが、銅、ニッケル等であることが望ましい。また、第１導体層の構成材料と、第２導体層の構成材料とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
これら構成材料は、電気伝導率が良好であり導体として適している。
第１導体層及び第２導体層の厚さは特に限定されないが、それぞれ絶縁層よりも厚いことが望ましい。また、それぞれ１０〜３００μｍであることが望ましい。１０μｍよりも小さいと、ハンドリングの際に導体層が破壊され易くなり、不良率が増加してしまう。また、３００μｍよりも大きいと、電子部品搭載用基板を曲げて使用する際に、曲げることで絶縁層への導体層からの圧縮応力が大きくかかるため、絶縁層が破壊されやすくなる。
なお、図１では、絶縁層１０の第１主面１１及び第２主面１２の両面に導体層（第１導体層２１及び第２導体層２２）が形成されているが、本発明の電子部品搭載用基板では、絶縁層の一方の主面にのみ導体層が形成されていてもよい。

本発明の電子部品搭載用基板では、絶縁層及び導体層を貫通する孔が形成されている。また、孔には、柱状の非金属放熱部材が挿し込まれている。
電子部品搭載用基板において、放熱用の部材として、めっき等のケミカルプロセスを経てスルーホールに形成されるフィルドビア等を形成する場合、フィルドビアの内部にボイドが形成されたり、表面に陥没や盛り上がり等が生じたりすることがある。フィルドビアにこのようなボイドや陥没があると、伝熱効率が小さくなり充分な放熱性が充分に確保できないことがある。
本発明の電子部品搭載用基板には電子部品が搭載されることになる。この際、電子部品の下に非金属放熱部材が位置するように電子部品は搭載される。
電子部品が機能する際には電子部品から熱が発生する。本発明の電子部品搭載用基板は非金属放熱部材を備えるので、電子部品から発生する熱を電子部品が搭載された面と反対側の面に放熱することができる。

非金属放熱部材の形状は、柱状であれば特に限定されないが、円柱、四角柱、六角柱、八角柱等であってもよい。

本発明の電子部品搭載用基板では、上記非金属放熱部材の熱伝導率は、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
非金属放熱部材の熱伝導率は、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると充分な放熱性を確保することができる。

非金属放熱部材の材料としては、特に限定されないが、グラファイトからなることが望ましい。
グラファイトは、熱伝導率が高く放熱性に優れる。

本発明の電子部品搭載用基板において、非金属放熱部材の長手方向に垂直な方向の断面積は０．０５〜３．２ｍｍ^２であることが望ましい。
非金属放熱部材の断面積が０．０５ｍｍ^２未満であると、非金属放熱部材の質量が小さくなり、充分な放熱性を確保しにくくなる。
非金属放熱部材の断面積として３．２ｍｍ^２を超える大きな非金属放熱部材は、電子部品搭載用基板から抜け落ちやすくなる。

本発明の電子部品搭載用基板では、導体層及び非金属放熱部材を覆うように、さらにめっき層が形成されていることが望ましい。
このようなめっき層が形成された電子部品搭載用基板について図面を用いて説明する。
図２は、めっき層が形成された本発明の電子部品搭載用基板の一例を模式的に示す断面図である。

図２に示す電子部品搭載用基板は、上記図１に示す電子部品搭載用基板１において、第１導体層２１、非金属放熱部材６０及び第２導体層２２を覆うように、さらにめっき層７０が形成されている。

このようなめっき層が形成されていると、非金属放熱部材が、電子部品搭載用基板の第１導体層側又は第２導体層側から抜け落ちることを防止することができる。
なお、めっき層は、第１導体層側及び第２導体層側のいずれか一方にのみ形成されていてもよい。

めっき層の材料としては、特に限定されないが、ニッケル、銅等であってもよい。
このようなめっき層は、非電解めっき法により形成することができる。

次に、本発明の電子部品搭載用基板の製造方法を図面を用いながら説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の電子部品搭載用基板の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。

（１）導体基板準備工程
まず、導体基板準備工程として、絶縁層の少なくとも一方の面に導体層が形成されてなる導体基板を準備する。
図３（ａ）には、絶縁層１０の第１主面１１に第１導体層２１が形成され、第１主面１１の反対側の第２主面１２に第２導体層２２が形成された両面導体基板５を準備する工程を示している。
絶縁層１０、第１導体層２１及び第２導体層２２を構成する材料としては上記本発明の電子部品搭載用基板の説明で述べたものと同様であるためその説明は省略する。

（２）孔形成工程
次に、第１導体層２１、絶縁層１０及び第２導体層２２を貫通する孔５０を形成する。
孔はパンチングにより形成することが望ましく、図３（ａ）にはパンチングに用いるパンチ８０が第１導体層２１側に配置された様子を示している。
図３（ｂ）には、孔５０が形成された両面導体基板を示している。

（３）非金属放熱部材挿し込み工程
次に、柱状の非金属放熱部材を孔に挿し込む。非金属放熱部材の挿し込みは、パンチングを行った側の面とは逆側の面から行うことが望ましい。
図３（ｃ）には、第２導体層２２側から非金属放熱部材６０を孔５０に挿し込む例を示している。
また、非金属放熱部材６０の底面の平面度を向上させるためのコイニングを行うことも望ましい。
上記工程によって、図３（ｄ）に示すような本発明の電子部品搭載用基板を製造することができる。

本発明の電子部品搭載用基板は、電子デバイスの部品として使用され、電子部品が搭載されることになる。
本発明の電子部品搭載用基板と、該電子部品搭載用基板の導体層に搭載された電子部品とを備える電子デバイスは、本発明の電子デバイスでもある。

本発明の電子デバイスは、上記本発明の電子部品搭載用基板と電子部品とを備える。また、電子部品の下には、非金属放熱部材が位置している。
そのため、電子部品から発生した熱を、電子部品が配置された電子部品搭載用基板の面から、反対側の面に効率よく放熱することができる。

このような本発明の電子デバイスについて図面を用いて説明する。
図４は、本発明の電子デバイスの一例を模式的に示す断面図である。
図４に示す本発明の電子デバイス１００は、電子部品搭載用基板１０１と、電子部品１９０とを備える。
電子部品搭載用基板１０１は、第１主面１１１と第１主面１１１の反対側の第２主面１１２を有する絶縁層１１０と、絶縁層１１０の第１主面１１１に形成された第１導体層１２１及び第２主面１１２に形成された第２導体層１２２とを備える。
また、電子部品搭載用基板１０１には、第１導体層１２１、絶縁層１１０、及び、第２導体層１２２を貫通する孔１５０が形成されている。
孔１５０には、柱状の非金属放熱部材１６０が挿し込まれている。
さらに、第１導体層１２１、非金属放熱部材１６０及び第２導体層１２２を覆うように、めっき層１７０が形成されており、第１導体層１２１側のめっき層１７０の上には、電子部品接続部１８０が形成されている。

図４に示すように、電子部品１９０は、半田１４０によって電子部品搭載用基板１０１の第１導体層１２１の上に接着されて配置されている。
なお、電子部品１９０の端子（図示せず）は、電子部品接続部１８０と電気的に接続しており、電子部品１９０の下には、非金属放熱部材１６０が位置している。

本発明の電子デバイスでは、電子部品１９０から発生した熱は、非金属放熱部材１６０を通じ第２導体層１２２側に放熱することができる。

本発明の電子デバイスにおいて、電子部品は、特に限定されないが、発光素子、トランジスタ、コンデンサ、ＩＣチップ等であってもよい。これらの電子部品の場合も面実装型であることが望ましい。

図４に示す電子デバイス１００において、電子部品１９０は、半田１４０により電子部品搭載用基板１０１に接着されている。
このように、電子部品１９０が、半田１４０により電子部品搭載用基板１０１に接着されていると、電子部品１９０から発生した熱は、半田１４０を介し、非金属放熱部材１６０に伝わり、さらに、非金属放熱部材１６０を通じ第２導体層１２２側から放出されることになる。つまり、電子デバイス１００の放熱性が向上する。

なお、本発明の電子デバイスにおいて、半田は必須の構成ではなく、放熱性を向上させたい場合に使用すればよい。
また、本発明の電子デバイスでは、電子部品は、伝熱性接着剤により電子部品搭載用基板に接続されていてもよい。

本発明の電子デバイスにおいて、電子部品接続部は、電子部品と電子部品搭載用基板とを電気的に接続させるための部位であり、例えば、配線パターンに形成された金属パッド等のことを意味する。
電子部品接続部としては、通常のニッケルや金からなる金属パッドであることが望ましい。

電子部品の端子と、電子部品接続部とを接続する方法としては、特に限定されないが、通常のはんだ付け等の方法を適用することができる。

本発明の電子デバイスでは、電子部品搭載用基板の両主面を電気的に接続する為に、導体層及び絶縁層を貫通するスルーホール等が設けられていてもよい。
スルーホールを形成する方法としては、従来の方法を用いることができる。

１、１０１電子部品搭載用基板
５両面導体基板
１０、１１０絶縁層
１１、１１１第１主面
１２、１１２第２主面
２１、１２１第１導体層
２２、１２２第２導体層
５０、１５０孔
６０、１６０非金属放熱部材
７０、１７０めっき層
８０パンチ
１００電子デバイス
１４０半田
１８０電子部品接続部
１９０電子部品

Claims

絶縁層と、
前記絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備える電子部品搭載用基板であって、
前記電子部品搭載用基板には前記絶縁層及び前記導体層を貫通する孔が形成されており、
前記孔には、柱状の非金属放熱部材が挿し込まれていることを特徴とする電子部品搭載用基板。
前記非金属放熱部材の長手方向に垂直な方向の断面積が０．０５〜３．２ｍｍ^２である請求項１に記載の電子部品搭載用基板。
前記非金属放熱部材の熱伝導率は、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１又は２に記載の電子部品搭載用基板。
前記非金属放熱部材がグラファイトからなる請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品搭載用基板。
前記導体層及び前記非金属放熱部材を覆うように、さらにめっき層が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品搭載用基板。
請求項１〜５のいずれかに記載の電子部品搭載用基板と、
前記電子部品搭載用基板に配置された電子部品とを備える電子デバイスであって、
前記電子部品搭載用基板は、さらに電子部品接続部を有し、
前記電子部品は、前記電子部品接続部と電気的に接続しており、
前記電子部品の下には、前記電子部品搭載用基板の非金属放熱部材が位置していることを特徴とする電子デバイス。