JP4669392B2 - メタルコア多層プリント配線板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子（以下発熱素子と言う）から発生する熱を効率よく放散させるメタルコア多層プリント配線板に関する。

従来、この種のメタルコア多層プリント配線板は、プリント基板の表面と裏面の導体パターンとを接続した貫通めっきスルーホールを形成し、放熱用のスルーホールとして使用していた（例えば、特開平９−１４８６９１号公報）。また、内層回路が銅箔あるいは薄いめっき層を用いて表層の導体回路と内層に設ける非貫通穴に銅めっきを施したもの（以下「ＩＶＨ」と言う）に接続させ、放熱させているものであった（例えば、特開平１１−３３０７０８号公報）。更にまた、電子部品からの熱が外層に設ける非貫通穴に銅めっきを施したもの（以下「ＢＶＨ」と言う）を介して内部伝熱層を通り、表層絶縁層を介して筐体（ケース）へ伝わる放熱構造のものも提案されていた（例えば、特開２０００−２９９５６４号公報）。

貫通めっきスルーホールによる放熱は、片側に発熱素子が実装されるため、貫通めっきスルーホールを介して反対面には素子を実装することができなかった。また、貫通めっきスルーホールの周辺に他の配線を通すことができず、配線の高密度化の妨げにもなっていた。さらに、放熱性を上げる目的で、貫通めっきスルーホールの数を増やすことは配線がスルーホールを迂回して引き回すことになるためできなかった。また、内層回路が銅箔あるいは薄いめっき層で形成されＩＶＨ接続されているプリント配線板においても、金属である銅箔あるいはめっきが薄いため、ＩＶＨ接続させても熱の伝達が悪くあまり効果がなかった。また、ＢＶＨを介して内部伝熱層を通り、表層絶縁層を介して筐体へ伝わる放熱構造では、どんなに表層絶縁層が薄くとも絶縁材料である樹脂の熱伝導率が低く十分な放熱効果は期待できなかった。
本発明は、上記問題点に鑑み、発熱素子から放熱される熱を、効率よく配線板の外部に放出することを第１の目的とし、発熱素子と対称となる反対面（裏面）に素子を実装することができるメタルコア多層プリント配線板を提供することを第２の目的とする。
本発明は、絶縁層と導体層を交互に積層した積層板の少なくとも内層の一層以上を金属板とし、該金属板をコアとしたメタルコア多層プリント配線板において、発熱素子を実装する部位の下部に金属板を配置し、かつ発熱素子が実装される表層と前記内層の金属板をＢＶＨで接続せしめることにより、上記第１の目的を達成している。
すなわち、斯かる構造とすることにより、表層の導体回路の信号回路、部品実装部分を除いた余分なスペースに放熱層が形成できるので、発熱素子から発熱する熱は、内層の金属板を介してプリント配線板の表面に放熱される。さらに、上記構造をとることにより発熱素子と対称となる反対面に素子を実装することができ、部品の配置が容易になり設計の自由度が増しスペースを有効活用するという第２の目的を達成できる。
特に、ＢＶＨを熱伝導性の良い材料で充填したＢＶＨとすれば、放熱効果はより一層向上する。
また特に、表層の放熱層外周を、グランド層として設け、発熱素子の実装後当該グランド層に筐体を接続すれば、長い時間配線板に残る熱をすばやく筐体へ放熱することができる。
さらに、表層の放熱層に、発熱素子の実装用はんだ付けパッドを設け、当該はんだ付けパッドを介して発熱素子を前記表層に接合すれば、放熱効果がより優れたものになる。
本発明によれば、回路の実装密度を損なうことなく、発熱素子から放熱される熱を効率よく配線板の外部に放出し、発熱素子と対称となる反対面に素子を実装することが可能なメタルコア多層プリント配線板を提供でき、産業上の寄与には極めて大きいものがある。

図１は、本発明のメタルコア多層プリント配線板の概略断面図。
図２は、本発明の他のメタルコア多層プリント配線板の概略断面図
図３は、本発明のメタルコア多層プリント配線板の製造工程（ａ）〜（ｄ）を示す概略断面説明図。
図４は、本発明のメタルコア多層プリント配線板の製造工程（ｅ）〜（ｆ）を示す概略断面説明図。
図５は、従来のプリント配線板の概略断面説明図。

符号の説明

１：メタルコア多層プリント配線板（発明品１）
２：メタルコア多層プリント配線板（発明品２）
１０、４０：発熱素子（半導体素子）
１１、３３、４１：はんだ付けパッド
１２、１２ａ、３４：ＢＶＨ
１３：金属板
１４、３５：放熱層
１５、３６：グランド層
１６：筐体
１７：熱伝導材料
１８：素子（半導体素子）
２１：電解銅箔
２２、４２：プリプレグ
２３：圧延銅板
２４、４３：ガラスエポキシ銅張積層板
２５、３２、４４：貫通めっきスルーホール
２６：回路
２７：積層体
２８：開口部
２９：貫通穴
３０：非貫通穴
３１：銅めっき

以下本発明を具体化した実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るメタルコア多層プリント配線板の構成を示す概略断面図である。この図において、発熱素子１０は、絶縁層と導体層を交互に積層した積層板の内層に、金属板１３をコアとして有するメタルコア多層プリント配線板１のはんだ付けパッド１１に実装されている。
また、発熱素子１０の下部にＢＶＨ１２が形成されると共に、非下部にＢＶＨ１２ａが形成され、当該発熱素子１０は当該下部のＢＶＨ１２を介して内層の金属板１３と接続されていると共に、当該金属板１３を介して非下部のＢＶＨ１２ａと放熱層１４さらには外周のグランド層１５が電気的に接続されている。放熱層１４は、表層の導体回路で信号回路（図示せず）、はんだ付けパッド以外の空きスペースを利用したベタパターンとして設けられグランド回路の機能を果たす。さらに、外周のグランド層１５は、筐体１６と接続されている。
発熱素子１０と対称となる反対面に素子１８がメタルコア多層プリント配線板１のはんだ付けパッド１１に実装されている。
ここで発熱素子１０の下部にＢＶＨ１２が形成されているが、直下部であればより放熱性が向上するために好適に設けられる。
次に、上記の実施の形態に係るメタルコア多層プリント配線板の作用について説明する。図１の発熱素子１０で発生した熱は、その下部に形成されたＢＶＨ１２を介して内層の金属板１３に達する。到達した熱は、当該金属板１３を通って非下部のＢＶＨ１２ａと放熱層１４に伝達・放熱されると共に、さらにグランド層１５並びにこれと接続された筐体１６を通って外部にすばやく放散される。
また、上記構造をとることにより発熱素子１０と対称となる反対面に素子１８を実装することができ、部品の配置が容易になり、設計の自由度が増し、スペースを有効活用することができる。
図２は、ＢＶＨ１２及び１２ａが熱伝導性の良い熱伝導材料１７で充填された本発明の実施の形態に係るメタルコア多層プリント配線板の構成を示す概略断面説明図である。
ここに熱伝導材料１７としては、例えば銅やはんだ等の金属あるいは無機材料例えばセラミックス粒子（アルミナ、シリカ）などを樹脂に混ぜ合わせた樹脂ペーストの熱伝導性の良い材料が好適に使用される。
この実施の形態によれば、ＢＶＨ１２及び１２ａに熱伝導材料１７が充填されているので、熱が伝わる体積が増え、放熱効果はより一層向上する。
次に本発明のメタルコア多層プリント配線板の製造例を図３及び４に基づいて詳細に説明する。
製造例１
まず、図３（ａ）に示すように、厚さ１８μｍ電解銅箔２１、積層前の厚さ６０μｍプリプレグ２２、厚さ２５０μｍ圧延銅板２３を積層した。次いで図３（ｃ）の積層板２７に示されるように、圧延銅板２３側のみ、後工程での貫通穴２９径よりも大きい開口部２８と回路パターン（図示せず）を同時にエッチング法により形成した。
次に図３（ｂ）に示すように、一方の電解銅箔厚１８μｍガラスエポキシ両面銅張積層板２４に貫通穴を設けた後、銅めっきを施して貫通めっきスルーホール２５を形成し、次いで、写真法にて回路２６を形成した。また、他方の電解銅箔厚１８μｍガラスエポキシ銅張積層板２４には、片面のみ写真法にて回路２６を形成した。
次に図３（ｃ）に示すように、前記図３（ａ）と図３（ｂ）で得られた基板を、プリプレグ２２を用いて積層した。
次に図３（ｄ）に示すように、ドリル加工により貫通穴２９を施し、レーザ加工で表層に非貫通穴３０を設けた。
次に図４（ｅ）に示すように、貫通穴２９及び非貫通穴３０に銅めっき３１を施した。
次に図４（ｆ）に示すように、表層の回路形成を写真法にて施し、貫通めっきスルーホール３２と、ＢＶＨ３４と、はんだ付けパッド３３と、外周のグランド層３６が形成された本発明のメタルコア多層プリント配線板（本発明品１）を得た。
製造例２
表層にレーザ加工にて非貫通穴３０を設けた後、銅めっきをＢＶＨ１２に充填した以外は製造例１と同様にして、熱伝導材料（銅）充填ＢＶＨを有する本発明のメタルコア多層プリント配線板（本発明品２）を得た。
従来品
電解銅箔１８μｍ厚のガラスエポキシ銅張積層板４３を３枚用意し、プリプレグ４２を用いて積層し、ドリル加工にて貫通穴を施し、銅めっき処理し貫通めっきスルーホール４４表層に部品実装はんだ付けパッド４１を形成し、発熱素子４０を当該はんだ付けパッド４１に実装して、図５に示す従来の６層プリント配線板（従来品）を得た。
試験例
上述の方法で得られた本発明品１、２（何れもＢＶＨの径は、φ０．１５ｍｍ）と従来品の６層プリント配線板（サイズ１８０×９３ｍｍ）のほぼ中央に発熱素子であるＩＣを４個実装し、３Ｗずつ、計１２Ｗの負荷を５分間掛けた。
その時のＩＣの表面温度を比較した結果を表１に示す。

表１の実験結果から、本発明の発明品１と従来品を比較するとＩＣの表面温度が従来品（１０２℃）より本発明品１（８６℃）の方が低くなっているため、放熱効果が増したことが確認できた。また、ＢＶＨに熱伝導材料を充填することで、本発明品１（８６℃）と本発明品２（７９℃）を比較して、本発明品２の方がＩＣの表面温度が低いため、放熱効果がさらに増したことが確認できた。

Claims (1)

1. 絶縁層と導体層を交互に積層した積層板の少なくとも内層の一層以上を金属板とし、該金属板をコアとした、貫通めっきスルーホールを有するメタルコア多層プリント配線板において、半導体素子を実装する部位の下部に金属板が配置され、かつ半導体素子が実装される表層と前記内層の金属板が、半導体素子を実装する部位の下部及び非下部に形成されたＢＶＨで接続されているとともに、当該ＢＶＨと接続する表層に形成された放熱層が、前記半導体素子の実装用はんだ付けパッドを備え、かつ当該はんだ付けパッドを介して前記半導体素子が表層に接合せしめられているものであって、前記放熱層が、表層の導体回路で信号回路と前記はんだ付けパッド以外の空きスペースを利用したベタパターンとして設けられ、かつ前記表層の放熱層の外周が、グランド層として設けられ、半導体素子実装後、筺体と接合せしめられ、前記内層の金属板が貫通めっきスルーホールとは接続せず、前記ＢＶＨのみと接続されていることを特徴とするメタルコア多層プリント配線板。

Images