JP2021177535A - Manufacturing method of circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a circuit board.
IGBT素子等の電子部品を搭載したパワーモジュールの市場が拡大している。パワーモジュールは、高信頼性・高耐熱が要求される。この種の技術として、これまで放熱機能を有する回路基板(放熱基板ともいう)において様々な開発がなされており、例えば、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1には、半導体素子をリードフレーム等の支持体に搭載し、支持体と、ヒートシンクに接続される放熱板とを、絶縁樹脂層とで接着したパワーモジュールが開示されている。 The market for power modules equipped with electronic components such as IGBT elements is expanding. Power modules are required to have high reliability and high heat resistance. As a technique of this kind, various developments have been made in a circuit board having a heat dissipation function (also referred to as a heat dissipation board), and for example, the technique described in Patent Document 1 is known. Patent Document 1 discloses a power module in which a semiconductor element is mounted on a support such as a lead frame, and the support and a heat radiating plate connected to a heat sink are bonded by an insulating resin layer.
近年、そのような回路基板に対する需要が高まっており、それに伴いコストダウンの要請を強まっている。特許文献1に開示の技術では、コストダウンを考慮した技術ではなく、そのような要求に対して十分に応えられず新たな技術が求められていた。 In recent years, the demand for such circuit boards has been increasing, and the demand for cost reduction is increasing accordingly. The technology disclosed in Patent Document 1 is not a technology in consideration of cost reduction, and a new technology has been required because it cannot sufficiently meet such a demand.
本発明はこのような状況に鑑みなされたものであって、放熱機能を有する回路基板の製造方法において、効率よく回路パターンを形成する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique for efficiently forming a circuit pattern in a method for manufacturing a circuit board having a heat dissipation function.
本発明によれば、
絶縁基板上に金属層を設ける工程と、
前記金属層をパターンニングにして回路パターンを形成する工程と、
を有し、
前記回路パターンを形成する工程は、切削幅が20mm以上の切削刃を直線状に移動させて前記金属層を切削する工程を含む、
回路基板の製造方法を提供できる。
According to the present invention
The process of providing a metal layer on the insulating substrate and
The process of forming a circuit pattern by patterning the metal layer and
Have,
The step of forming the circuit pattern includes a step of cutting the metal layer by linearly moving a cutting blade having a cutting width of 20 mm or more.
A method for manufacturing a circuit board can be provided.
本発明によれば、放熱機能を有する回路基板の製造方法において、効率よく回路パターンを形成する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for efficiently forming a circuit pattern in a method for manufacturing a circuit board having a heat dissipation function.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
<放熱基板の概要>
図1は放熱基板10の平面図である。図2は放熱基板10の断面図である。
図示のように、放熱基板10は、発熱体の電子部品等を実装する回路基板であって、金属基板12と、絶縁層11と、回路パターン20とから構成されており、図2で示すように下からこの順で積層された積層板(積層体)である。回路パターン20の上に電子部品等が実装される。また、放熱基板10は、回路パターン20が形成される図示右側の第1の領域80と、回路パターン20が形成されていない図示の左側の第2の領域90とからなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Outline of heat dissipation board>
FIG. 1 is a plan view of the
As shown in the figure, the
放熱基板10の総厚T0は、特に限定されないが、例えば、300μm以上5000μm以下であることが好ましく、1000μm以上4000μm以下であることがより好ましい。
The total thickness T0 of the
<金属基板12>
金属基板12は、金属材料で構成された層であって、本実施形態では、この上面に絶縁層11が形成され、下面に放熱フィンやラジエータなどの放熱手段が適宜取り付けられる。
<
The
金属基板12の厚さT1は、特に限定されないが、放熱基板10で積層される要素(絶縁層11、金属基板12、回路パターン20)の中で最も厚く、総厚T0に対して10〜90%が好ましい。
The thickness T1 of the
金属基板12を構成する金属材料としては、特定の種類に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることができる。
金属基板12の厚さT1の上限値は、例えば、20.0mm以下であり、好ましくは5.0mm以下である。この数値以下の厚さT1の金属基板12を用いることで、放熱基板10全体としての薄型化を行うことができる。また、放熱基板10の外形加工や切り出し加工等における加工性を向上させることができる。
また、金属基板12の厚さT1の下限値は、例えば、0.1mm以上であり、好ましくは0.5mm以上であり、さらに好ましくは1.0mm以上である。この数値以上の金属基板12を用いることで、放熱基板10全体としての放熱性を向上させることができる。
The metal material constituting the
The upper limit of the thickness T1 of the
The lower limit of the thickness T1 of the
<絶縁層11>
絶縁層11は、主として樹脂材料で構成された樹脂基板の層であって、金属基板12と回路パターン20とを絶縁する機能を有する。なお、絶縁層11として、セラミック基板(窒化アルミ基板や窒化ケイ素基板など)が用いられてもよい。
<
The
絶縁層11を構成する樹脂材料としては、特定の種類に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂である、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル(不飽和ポリエステル)樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。なお、樹脂材料には、これらの樹脂のうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
The resin material constituting the
絶縁層11を構成する樹脂材料中には、電気絶縁性かつ高熱伝導性を有する粒子で構成されるフィラーを混合することもできる。かかるフィラーの粒子の構成材料としては、例えば、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物が挙げられる。
A filler composed of particles having electrical insulation and high thermal conductivity can also be mixed in the resin material constituting the
絶縁層11の厚さT2は目的に合わせて適宜設定されるが、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、電子部品からの熱をより効果的に金属基板12へ伝えることができる観点から、絶縁層11の厚さT2は40μm以上400μm以下が好ましく、放熱基板10全体における放熱性と絶縁性のバランスがより一層優れる観点から、80μm以上300μm以下に設定することがより好ましい。絶縁層11の厚さT2を上記上限値以下とすることで、電子部品からの熱を金属基板12に伝達させやすくすることができる。また、絶縁層11の厚さT2を上記下限値以上とすることで、金属基板12と絶縁層11との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁層11で緩和することが十分にできる。さらに、放熱基板10の絶縁性が向上する。
The thickness T2 of the
なお、本実施形態では、上述した回路パターン20が形成される第1の領域80に対応する絶縁層11の上面の領域を第1の絶縁層上面11a、回路パターン20が形成されない第2の領域90に対応する絶縁層11の領域を第2の絶縁層上面11bとして説明する。
In the present embodiment, the region of the upper surface of the
<回路パターン20>
回路パターン20は、導電性を有する金属材料で構成され、例えば半田により発熱体の電子部品(LED等)と電気的に接続されている。回路パターン20を構成する金属材料には、例えば、銅を好適に用いることができる。これにより、回路パターン20は、比較的抵抗値が小さくなる。なお、回路パターン20は、その少なくとも一部がソルダーレジスト層で覆われていてもよい。
<
The
回路パターン20は、例えば、絶縁層11の絶縁層上面11aに積層された金属層(金属箔)を切削及びエッチングにより所定のパターンに加工することにより形成される。形成プロセスについては図3、4において後述するが、本実施形態では、金属層20A(図3、4参照)として圧延銅が用いられる。
回路パターン20の厚さT3の下限値は、例えば、0.3mm以上である。このような数値以上であれば、高電流を要する用途であっても、回路パターンの発熱を抑えることができる。また、回路パターン20の厚さT3の上限値は、例えば、5.0mm以下であり、好ましくは4.0mm以下であり、さらに好ましくは3.0mm以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、基板全体としての薄型化を図ることができる。
The
The lower limit of the thickness T3 of the
<回路パターン20の特長>
ここで、回路パターン20の具体的な形状について説明する。本実施形態では、図4の製造プロセスで説明するように、切削およびエッチングにより、絶縁層11上に設けられた圧延銅の金属層20Aを効率的に加工し、所望の回路パターン20に形成することができる。
<Features of
Here, the specific shape of the
一般に、回路パターン20を形成する際のエッチング工程により、金属層側面23には、絶縁層11(第1の絶縁層上面11a)との境界領域(界面から所定高さまでの領域)にスソ引き部23aが形成される。このスソ引き部23aは、絶縁層上面11a側ほど緩やかな面(断面では緩やかな曲線)となるスソ引き形状となっている。スソ引き形状が形成される位置は、本実施形態では、次に説明するように、エッチング工程の前に切削工程を行うことで、スソ引き形状の領域を小さくする。言い換えると、金属層側面23の略垂直となる領域を大きくする。例えば、絶縁層11の絶縁層上面11aから垂直方向0.4Dの位置までの領域であり、好ましくは0.3Dの位置、より好ましくは0.2Dの位置までの領域である。
Generally, due to the etching process when forming the
金属層側面23のスソ引き形状の領域より上側の領域には、断面において面の平均荒さ以下で連続して上記傾斜角θの直線となっている領域として直線部が形成される。すなわち、直線部は、接線が上述の傾斜角度θ(例えば80度以上100度以下)の略垂直に形成されている領域(すなわち垂直部)とも言える。 A straight line portion is formed in a region above the sewn-shaped region of the metal layer side surface 23 as a region having a straight line having the inclination angle θ continuously below the average roughness of the surface in the cross section. That is, the straight line portion can be said to be a region (that is, a vertical portion) in which the tangent line is formed substantially perpendicular to the above-mentioned inclination angle θ (for example, 80 degrees or more and 100 degrees or less).
ここで、回路パターン20の高さ(厚さ)をb、隣接する回路パターン20間の幅をaとする。ただし、幅aは、各回路パターン20の金属層側面において高さ方向中央部分の間の距離とする。この条件において、アスペクト比b/aが0.2以上5以下の領域を有する。言い換えると、その領域は、回路パターン20の高さD(b)に対して回路パターン20間の幅aが相対的に狭い領域である。この結果、回路パターン20間の幅を従来と比較して狭い幅で設けることができるので、回路パターン20の面積を大きくとることができ、放熱性能を向上させることができる。また、回路パターン20のパターン形状の自由度が高くなる。すなわち、放熱設計の自由度が高まり、回路パターン20に電子部品等を実装し駆動させたときの放熱基板10全体の熱分布のコントロール性が向上する。
Here, the height (thickness) of the
<放熱基板10の製造方法>
図3及び図4は放熱基板10の製造プロセスを示すチャート図である。図3は平面図、図4は断面図で示す。
<Manufacturing method of
3 and 4 are charts showing a manufacturing process of the
(S10:積層体準備工程)
下から順に金属基板12と、絶縁層11と、金属層20Aとが積層された積層板10Aを用意する。金属層20Aが、以下の工程(S12〜S16)により加工することで回路パターン20となる。
積層板10Aの製造方法は、公知の手法を用いることができる。例えば、金属基板12をキャリアとして、厚さT1の金属基板12上に、絶縁層11の構成材料としての液状材料(ワニス状材料)を、例えばスプレー法等により付与する。
その後、金属基板12上の液状材料を自然乾燥または強制乾燥により乾燥される。これにより、厚さT2の絶縁層11が得られる。このとき絶縁層11が完全に硬化していない状態(いわゆるBステージの状態)であってもよい。
(S10: Laminated body preparation step)
A
As a method for producing the
Then, the liquid material on the
つぎに、絶縁層11(すなわち絶縁層上面11a)上に厚さT3’の金属層20Aを形成する。すなわち、絶縁層11の第1の絶縁層上面11a及び第2の絶縁層上面11bに、回路パターン20となる金属層20A、例えば圧延銅を熱圧プレス等により積層する。これにより、積層板10Aが得られる。金属層20Aの厚さT3’は、後述するエッチング工程を考慮して設定される。
Next, a
本実施形態では、金属層20Aとして、回路パターン20となる図示で右側の領域の第1の金属層20A1と、最終的に取り除かれる第2の金属層20A2とが一体に設けられる。第2の金属層20A2の面積は、絶縁層11の面積の5%以上50%以下である。
In the present embodiment, as the
(S12:非回路パターン領域切削工程)
つづいて、幅広の切削刃を用いて、直線状に移動させて、第2の金属層20A2を切削することで、所定厚さの金属層を残存させた非回路パターン切削領域20A3を得る。
ここで、幅広とは、切削幅が20mm以上を意味する。そのような切削刃として、刃幅20mm以上の平削型切削刃がある。また、刃径(直径)20mm以上のエンドミルが用いられてもよい。
なお、非回路パターン切削領域20A3は、後述するエッチング工程で溶かされ除去されるので、面粗さ等を考慮する必要が無い。したがって、幅広の切削幅で、スピーディーに第2の金属層20A2を切削することができる。
(S12: Non-circuit pattern area cutting process)
Subsequently, the second metal layer 20A2 is cut by moving it linearly using a wide cutting blade to obtain a non-circuit pattern cutting region 20A3 in which a metal layer having a predetermined thickness remains.
Here, "wide" means that the cutting width is 20 mm or more. As such a cutting blade, there is a flat cutting type cutting blade having a blade width of 20 mm or more. Further, an end mill having a blade diameter (diameter) of 20 mm or more may be used.
Since the non-circuit pattern cutting region 20A3 is melted and removed in the etching process described later, it is not necessary to consider the surface roughness and the like. Therefore, the second metal layer 20A2 can be quickly cut with a wide cutting width.
(S14:回路パターン切削工程)
つづいて、ルータを用いて、上述の積層板10Aの金属層20A、ここでは第1の金属層20Aを所望のパターンとなるように切削する。パターンでない部分については、所定厚さの金属層(薄銅部20B1)を残すことで、絶縁層11上には暫定回路パターン20A4が形成される。すなわち、切削で全てのパターンを形成すると、絶縁層11を破損させる虞があるので、余裕を持たせて所定厚さの金属層(薄銅部20B1)を残存させる。これにより、絶縁層11の図示で右側の領域に暫定回路パターン20A4を有する積層板10Cが得られる。なお、薄銅部20B1の厚さと非回路パターン切削領域20A3は、エッチング工程の効率を考慮して同程度とすることが望ましい。
(S14: Circuit pattern cutting process)
Subsequently, using a router, the
(S16:エッチング工程)
さらに、暫定回路パターン20A4を有する積層板10Bをエッチング処理することで、残存している非回路パターン切削領域20A3の金属層及び暫定回路パターン20A4の金属層(薄銅部20B1)を溶かし、所望のパターンを形成することで最終的な回路パターン20が得られる。
すなわち、図示で右側の絶縁層11の第1の絶縁層上面11aには回路パターン20が積層された状態となり、図示で左側の第1の絶縁層上面11aは金属層で覆われず絶縁層11が完全に露出した状態となる。
(S16: Etching process)
Further, by etching the laminated plate 10B having the provisional circuit pattern 20A4, the remaining metal layer of the non-circuit pattern cutting region 20A3 and the metal layer of the provisional circuit pattern 20A4 (thin copper portion 20B1) are melted, and a desired one is desired. By forming the pattern, the
That is, the
<実施形態の効果>
実施形態の特徴および効果をまとめると次の通りである。
(1)放熱基板10(回路基板の)の製造方法は、
絶縁層11(絶縁基板)上に金属層20Aを設ける工程(積層体準備工程S10)と、
金属層20Aをパターンニングにして回路パターンを形成する工程(S12〜S16)と、
を有し、
回路パターン20を形成する工程は、切削幅が20mm以上の切削刃を直線状に移動させて金属層20Aを切削する工程(非回路パターン領域切削工程S12)を含む。
すなわち、回路パターン20を形成する際に、金属層20Aのうち比較的に大きな領域を除去する場合には、エッチング工程S16に先駆けて、その領域を幅広の切削刃を用いて除去し(非回路パターン領域切削工程S12)、その後に、回路パターン20に対応する領域をルータで精細に切削し(回路パターン切削工程S14)、エッチングを行う(エッチング工程S16)。
この結果、回路パターン20を密集化させ、かつ、回路パターン20が形成されない領域はスピーディーに金属層を除去できる。したがって、放熱基板10の品質を維持しつつ、コストダウンが可能となる。
(2)切削刃により金属層20Aを切削する工程(S12)は、絶縁層11の面積の5%以上50%以下の金属層(最終的に取り除かれる第2の金属層20A2)を切削する。
(3)切削刃により金属層20Aを切削する工程(非回路パターン領域切削工程S12)は、切削刃が平削型切削刃である場合、刃幅20mm以上の切削刃により切削する。
(4)切削刃により金属層20Aを切削する工程(非回路パターン領域切削工程S12)は、切削刃がエンドミルである場合、直径20mm以上の切削刃により切削する。
(5)絶縁層11は樹脂基板からなる。
(6)金属層20Aは圧延銅からなる。
<Effect of embodiment>
The features and effects of the embodiments are summarized as follows.
(1) The method of manufacturing the heat radiating board 10 (of the circuit board) is as follows.
A step of providing the
The steps (S12 to S16) of forming a circuit pattern by patterning the
Have,
The step of forming the
That is, when forming a
As a result, the metal layer can be quickly removed in the region where the
(2) In the step (S12) of cutting the
(3) In the step of cutting the
(4) In the step of cutting the
(5) The insulating
(6) The
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted.
10 放熱基板
10A、10B、10C 積層板
11 絶縁層
11a 第1の絶縁層上面
11b 第2の絶縁層上面
12 金属基板
20 回路パターン
20A1 第1の金属層
20A2 第2の金属層
20A3 非回路パターン切削領域
20A4 暫定回路パターン
80 第1の領域
90 第2の領域
10
Claims (6)
前記金属層をパターンニングにして回路パターンを形成する工程と、
を有し、
前記回路パターンを形成する工程は、切削幅が20mm以上の切削刃を直線状に移動させて前記金属層を切削する工程を含む、
回路基板の製造方法。 The process of providing a metal layer on the insulating substrate and
The process of forming a circuit pattern by patterning the metal layer and
Have,
The step of forming the circuit pattern includes a step of cutting the metal layer by linearly moving a cutting blade having a cutting width of 20 mm or more.
How to manufacture a circuit board.
前記絶縁基板の面積の5%以上50%以下の前記金属層を切削する、請求項1に記載の回路基板の製造方法。 The step of cutting the metal layer with the cutting blade is
The method for manufacturing a circuit board according to claim 1, wherein the metal layer of 5% or more and 50% or less of the area of the insulating substrate is cut.
前記切削刃が平削型切削刃である場合、刃幅20mm以上の切削刃により切削する、請求項1または2に記載の回路基板の製造方法。 The step of cutting the metal layer with the cutting blade is
The method for manufacturing a circuit board according to claim 1 or 2, wherein when the cutting blade is a flat cutting type cutting blade, the cutting blade is used for cutting with a cutting blade having a blade width of 20 mm or more.
前記切削刃がエンドミルである場合、直径20mm以上の切削刃により切削する、請求項1または2に記載の回路基板の製造方法。 The step of cutting the metal layer with the cutting blade is
The method for manufacturing a circuit board according to claim 1 or 2, wherein when the cutting blade is an end mill, the cutting blade is used for cutting with a cutting blade having a diameter of 20 mm or more.
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