JP5394111B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品が実装される配線基板、特に発熱部品が実装される配線基板に関するものである。

配線基板に実装される電子部品の中には、発熱部品があり、電子部品からの発熱は、基板を介して放熱される様になっている。

図２０に於いて、従来の配線基板３０について説明する。

尚、図２０中、２はコア基板、３は発熱体である電子部品、４はスルーホール、５は銅製の放熱板、６，７はコア基板２の上面、下面に形成された銅パターン、１１，１２，１３は電子部品３の接点を示している。又、電子部品３は半田層８を介して銅パターン６に固着され、放熱板５は半田層９を介して銅パターン７に固着されており、銅パターン６と銅パターン７とはスルーホール４によって電気的、熱的に導通されている。

電子部品３から発せられる熱は接点１２、スルーホール４、銅パターン７を介して放熱板５に伝達され、放熱板５から放熱される様になっている。

斯かる従来の配線基板３０では、電子部品３から放熱板５への伝熱経路がスルーホール４となり、伝熱面はスルーホール４の内壁に形成された銅めっき層となり、電子部品３から放熱板５への伝熱量を大きくする為には、スルーホール４を多数設ける必要があるが、スペースの制限等の制約から、充分な伝熱量を得ることは難しい。

又、図２１は、従来の他の配線基板４０を示している。従来の他の配線基板４０では、１つのスルーホール４の伝熱量を大きくする為、スルーホール４に銅の芯材（以下銅柱１６）を圧入している。スルーホール４が銅柱１６により埋められ、中実となることから、伝熱量は大きく向上する。

然し乍ら、製造工程中の銅柱１６の保持は圧入によって生じる摩擦力であり、スルーホール４の加工誤差等が保持力に影響を与え、必ずしも確実な保持方法とは言えない。更に、銅柱１６を圧入した後の銅柱１６の端面と銅パターン６の表面とを面一とすることは難しく、銅柱１６の端面が突出している場合は、電子部品３の浮上がりを生じ、銅柱１６が凹んでいる場合は、電子部品３と銅柱１６の接触状態が不充分となり、伝熱量が低下する。

特開２００８−２１０８５１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、銅製の芯材を容易に貫通孔に挿入、保持可能とし、配線基板の生産性の向上と共に、製作コストの削減を図るものである。

又、本発明は、貫通孔に挿入した芯材の端面と基板表面との凹凸をなくして面一とすることで貫通孔の熱抵抗を下げ、配線基板の伝熱効率の向上を図るものである。

本発明は、発熱部品が搭載される配線基板において、基板に形成された孔と、前記孔に挿入された芯材と、前記孔と前記芯材との隙間に充填された樹脂とを備え、前記基板の前記発熱部品が搭載される面において前記芯材と前記樹脂が面一に形成されている配線基板に係るものである。
また、本発明は、基板に形成された孔に芯材を挿入する工程と、前記基板の少なくとも一方の面に樹脂を載置する工程と、前記載置した樹脂を圧下することによって前記孔と前記芯材との間隙に前記樹脂を充填させる工程とを備える配線基板の製造方法に係るものである。

本発明によれば、基板に穿設される孔は芯材が挿入可能な大きさがあれば隙間の大きさに対する制約がなく、孔と芯材の成形に高い加工精度を必要とせず、製作コストも削減できるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第１の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施例に於ける手順を示す配線基板の断面図である。 従来の配線基板を示す断面図である。 従来の他の配線基板を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１〜図９に於いて、本発明の第１の実施例について説明する。尚、図１〜図９中、図２１と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

配線基板１を製作するには、先ず、図１に示す様に、コア基板２の片面には銅箔１７が形成されている。コア基板２の裏面への導通、或は伝熱経路となる部位にはルータやドリルを用いて適当な大きさの貫通孔２０を穿設する。

次に、図２に示す様に、上面に離型フィルム１８を敷いたステンレス製の定盤１９上に、銅箔１７を下側としてコア基板２を載置する。コア基板２の載置後、芯材である銅柱１６を、下面が離型フィルム１８と当接する様に貫通孔２０に挿入する。この時、貫通孔２０の孔径は、銅柱１６の径よりも大きくし、銅柱１６が自由に挿入できる様にする。又、貫通孔２０の孔の形状は銅柱１６と同じである必要はなく、例えば銅柱１６の断面が円形で、貫通孔２０の断面が矩形であってもよい。又、銅柱１６の長さはコア基板２と銅箔１７を合わせた厚さと同じ長さであり、銅柱１６の形状は貫通孔２０に挿入可能であれば円柱や方柱等任意の形状でよい。尚、離型フィルム１８は後述する半製品樹脂２１を定盤１９に付着させない為のものであり、コア基板２を、離型フィルム１８を介さずに定盤１９に直接設置することも可能である。

図３に示す様に、銅柱１６の挿入後、プリプレグ等のゲル状の半製品樹脂２１と銅箔２２を一体化させた樹脂付銅箔２３を、半製品樹脂２１側を下方としてコア基板２上に載置する。尚、半製品樹脂２１の体積は、貫通孔２０と銅柱１６の隙間を充填し、更にコア基板２と銅箔２２との間に硬化層を形成するに足りる体積となっている。

図４に示す様に、樹脂付銅箔２３の上面、即ち銅箔２２上にステンレス製の定盤２４を載置し、定盤１９と定盤２４とを配線基板用真空熱プレスを用いて真空状態で圧下し、加熱する。樹脂付銅箔２３が圧下されることで、銅柱１６が押圧されて下面が離型フィルム１８に押付けられ、銅柱１６の下面と銅箔１７の下面とが略面一となる。又、半製品樹脂２１が圧下されることで流動し、貫通孔２０と銅柱１６の隙間を充填する。真空状態で圧下しているので、半製品樹脂２１が貫通孔２０と銅柱１６の隙間を満たす際に半製品樹脂２１に混入した気泡、即ち隙間に残置した空気が除去される。又、圧下後、加熱されることで、半製品樹脂２１が硬化し、銅箔２２がコア基板２に接着される。又、浸入した半製品樹脂２１の硬化により銅柱１６が貫通孔２０内で固定保持される。

配線基板１の圧下、加熱後、離型フィルム１８と定盤１９、及び定盤２４を取外す。この時、銅柱１６は硬化した半製品樹脂２１によって貫通孔２０内で固定保持されているものの、銅箔２２と銅柱１６の間には、半製品樹脂２１が硬化した硬化層が介在している。この為、銅箔２２と銅柱１６とは絶縁体である半製品樹脂２１によって遮られており、導通していない。銅箔２２と銅柱１６を導通させる為に、先ず図５に示す様にレーザやドリル、エンドミル等で銅箔２２から銅柱１６に向って垂直方向にブラインド穴２５を穿設して銅柱１６を露出させ、絶縁層である半製品樹脂２１を除去する。

次に、図６に示す様に、ブラインド穴２５及び銅箔２２上が平面となる様に銅めっきを施すことで、ブラインド穴２５を銅で埋め、更に銅箔２２上に銅めっき層２６を形成することで、銅めっき層２６を介して銅箔２２と銅柱１６が導通される。尚、ブラインド穴２５により銅柱１６が露出すれば、銅柱１６の高さはコア基板２の厚さと銅箔１７の厚さを加えたものより低くてもよい。

銅めっき層２６を形成した後、図７に示す様に、配線基板１の上下を反転させ、銅箔１７の表面を上面、銅めっき層２６の表面を下面とする。その後、露出した銅柱１６の表面と、銅箔１７の導体パターン形成箇所、及び導体パターン形成箇所に連続する電子部品３の載置箇所に対して有機フィルムからなるエッチングレジスト２７を形成する。尚、エッチングレジスト２７は作製したいパターンとなっている。又、載置箇所と銅柱１６の表面が連続しない様にする。

エッチングレジスト２７形成後、図８に示す様に、銅箔１７に対してエッチング処理を施し、銅箔１７のエッチングレジスト２７を塗布しなかった箇所を除去し、エッチングレジスト２７を取除くことでコア基板２の表面に導体パターン２８が形成される。又、銅柱１６と銅箔２２と銅めっき層２６とでアースパターン２９が形成される。

次に、銅柱１６の表面と、導体パターン２８の電子部品３の載置箇所にペースト状の半田３１を印刷し、図９に示す様に、半田３１を印刷した箇所に電子部品３を載置することで、導体パターン２８とアースパターン２９が、半田３１を介して接点３２，３３，３４の３点で接触する。

最後に、半田３１を加熱し、溶融させることで電子部品３と導体パターン２８及びアースパターン２９が接点３２，３３，３４で電気的に接続され、又電子部品３が配線基板１に実装される。尚、接点３２，３３，３４は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のそれぞれゲート端子、ソース端子、ドレイン端子をなしている。

電子部品３が配線基板１に実装されることで、電子部品３からの発熱はアースパターン２９、即ち銅柱１６を介して銅箔２２及び銅めっき層２６に伝えられ、銅めっき層２６より放熱される。

尚、銅めっき層２６に放熱板５を取付けることで更に放熱効率の向上を図ることができるのは言う迄もない。

上述の様に、本実施例の配線基板１に於いて、コア基板２に穿設される貫通孔２０は、銅柱１６が挿入可能な大きさがあればよく、貫通孔２０と銅柱１６の隙間は半製品樹脂２１によって満たされるので隙間に対する制約がなく、更に銅柱１６と銅箔２２は、ブラインド穴２５に埋められた銅めっき層２６を介して導通される為、ブラインド穴２５により銅柱１６が露出すれば銅柱１６の高さはコア基板２の厚さと銅箔１７の厚さを加えたものより低くてもよい等、貫通孔２０と銅柱１６の成形に高い加工精度を必要とせず、コストも削減できる。

又、コア基板２を定盤１９に載置し、その後貫通孔２０に銅柱１６を挿入して、銅柱１６の下面を定盤１９に当接させ、且つ樹脂付銅箔２３を介して上面から定盤１９の方向へと押圧されるので、銅柱１６の位置決めが容易であり、コア基板２の表面と銅柱１６の表面との凹凸を極めて小さくすることが可能となる。

又、銅柱１６の上面に半製品樹脂２１を載置したので、配線基板用真空熱プレスを用いた配線基板１の通常の製造工程で貫通孔２０と銅柱１６の隙間を半製品樹脂２１で満たし、半製品樹脂２１を硬化させて銅柱１６を固定保持することができ、作業工程を減少させて作業効率の向上を図ることができる。

次に、図１０〜図１９に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図１０〜図１９中、図１〜図９と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

配線基板１０を製造する際には、図１０に示す様に、先ず、芯材である銅柱１６を設ける箇所を除いて、銅製の放熱板５上にソルダレジストフィルム３５を被覆する。ソルダレジストフィルム３５被覆後、放熱板５にペースト状の半田３６を印刷することで、ソルダレジストフィルム３５が被覆されなかった箇所のみに半田３６が印刷される。

次に、図１１に示す様に、ソルダレジストフィルム３５を取除き、半田３６上に銅柱１６を載置し、半田３６を加熱して溶融させることで銅柱１６を仮止めする。尚、半田３６が印刷された面積は、銅柱１６の底面積よりも大きくなっている。

銅柱１６の仮止め後、図１２に示す様に、放熱板５上に下面にプリプレグ等のゲル状の半製品樹脂３７が貼付けられたコア基板２を載置する。コア基板２には、予め銅柱１６の径よりも大きい適当な大きさの貫通孔２０′が穿設されており、銅柱１６が貫通孔２０′に挿入されることで、コア基板２が放熱板５上に載置される。又、銅柱１６の長さはコア基板２の厚さに半製品樹脂３７の厚さを加えたものと同じ長さであり、銅柱１６の形状は貫通孔２０′に挿入可能であれば円柱や方柱等、任意の形状でよい。又、貫通孔２０′を銅柱１６に対して充分大きくすることで、銅柱１６の仮止め時の位置決め誤差を吸収でき、作業性が向上する。

銅柱１６の挿入後、図１３に示す様に、プリプレグ等のゲル状の半製品樹脂３８と銅箔３９を一体化させた樹脂付銅箔４１を、半製品樹脂３８側を下方としてコア基板２上に載置する。尚、半製品樹脂３７と半製品樹脂３８の体積の合計は、貫通孔２０′と銅柱１６の隙間を充填し、更にコア基板２と銅箔３９との間に硬化層を形成するに足りる体積となっている。

次に、図１４に示す様に、銅箔３９の上面と、放熱板５の下面にそれぞれステンレス製の定盤４２，４３を当接させ、配線基板用真空熱プレスを用いて真空状態で定盤４２，４３を圧下し、加熱する。放熱板５と樹脂付銅箔４１が押圧されることで、半製品樹脂３７と半製品樹脂３８が押下されて流動し、貫通孔２０′と銅柱１６の隙間を充填する。又、真空状態で圧下しているので、半製品樹脂３７と半製品樹脂３８が貫通孔２０′と銅柱１６の隙間を満たす際に半製品樹脂３７と半製品樹脂３８に混入した気泡、即ち隙間に残置した空気が除去される。又、圧下後、加熱されることで、半製品樹脂３７と半製品樹脂３８が硬化し、銅箔３９と放熱板５がコア基板２に接着される。又、浸入した半製品樹脂３７と半製品樹脂３８の硬化により、銅柱１６が貫通孔２０′内で固定保持される。

配線基板１０の圧下、加熱後、定盤４２，４３を取外す。この時、銅柱１６は隙間に浸入した半製品樹脂３７と半製品樹脂３８が硬化することによって貫通孔２０′内で固定保持されている。又、銅箔３９と銅柱１６の間には半製品樹脂３８が硬化した硬化層が介在している。この為、絶縁体である半製品樹脂３８によって遮られており、絶縁状態となっている。銅箔３９と銅柱１６を導通させる為に、図１５に示す様に、先ずレーザやドリル、エンドミル等で銅箔３９から銅柱１６に向って垂直方向にブラインド穴４４を穿設して銅柱１６を露出させ、絶縁層である半製品樹脂３８を除去する。

次に、図１６に示す様に、ブラインド穴４４及び銅箔３９上が平面となる様に銅めっきを施すことで、ブラインド穴４４を銅で埋め、更に銅箔３９上に銅めっき層４５を形成することで、銅めっき層４５を介して銅箔３９と銅柱１６が導通される。尚、ブラインド穴４４により銅柱１６が露出すればよいので、銅柱１６の高さはコア基板２の厚さと半製品樹脂３７の厚さを加えたものより低くてもよい。

続いて、図１７に示す様に、銅めっき層４５上の銅柱１６の埋設箇所と導体パターン形成箇所、及び導体パターン形成箇所に連続する電子部品３の載置箇所に対して有機フィルムからなるエッチングレジスト４６を形成する。尚、エッチングレジスト４６は作製したいパターンとなっている。又、銅柱１６の埋設箇所と電子部品３の載置箇所が連続しない様にする。

エッチングレジスト４６形成後、銅めっき層４５に対してエッチング処理を施し、銅めっき層４５及び銅箔３９のエッチングレジスト４６を形成しなかった箇所を除去し、更にエッチングレジスト４６を取除くことで半製品樹脂３８の表面に導体パターン４７が形成される。又、放熱板５と銅柱１６と、銅柱１６に連続する銅めっき層４５及び銅箔３９とでアースパターン４８が形成される。

次に、図１９に示す様に、アースパターン４８と、導体パターン４７の電子部品３の載置箇所にペースト状の半田４９を印刷し、半田４９を印刷した箇所に電子部品３を載置することで、導体パターン４７とアースパターン４８が、半田４９を介して接点５１，５２，５３の３点で接触する。

最後に、半田４９を加熱し、溶融させることで電子部品３と導体パターン４７及びアースパターン４８が接点５１，５２，５３で電気的に接続され、又電子部品３が配線基板１０に実装される。尚、接点５１，５２，５３は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のそれぞれゲート端子、ソース端子、ドレイン端子をなしている。

電子部品３が配線基板１０に実装されることで、電子部品３からの発熱はアースパターン４８、即ち銅めっき層４５、銅箔３９、銅柱１６を介して放熱板５に伝えられ、放熱板５より放熱される。

上述の様に、本実施例の配線基板１０に於いて、コア基板２に穿設される貫通孔２０′は、銅柱１６が挿入可能な大きさがあればよく、貫通孔２０′と銅柱１６の隙間は半製品樹脂３７，３８によって満たされるので隙間に対する制約がなく、更に銅柱１６と銅箔３９は、ブラインド穴４４を埋める銅めっき層４５を介して導通される為、ブラインド穴４４により銅柱１６が露出すれば銅柱１６の高さはコア基板２の厚さより低くてもよい等、貫通孔２０′と銅柱１６の成形に高い加工精度を必要とせず、コストも削減できる。

又、放熱板５上の、銅柱１６を設ける位置に予め半田３６を印刷しているので、銅柱１６を多数放熱板５に設ける必要がある際には、銅柱１６を１本ずつ設けることなく機械を用いて纏めて設けることができ、配線基板１０を製造する労力を大幅に軽減できる。

又、コア基板２の上面と下面には、それぞれ半製品樹脂３８と半製品樹脂３７が設けられているので、配線基板用真空熱プレスを用いた配線基板１０の通常の製造工程で貫通孔２０′と銅柱１６の隙間を圧下により半製品樹脂３７と半製品樹脂３８で満たし、又半製品樹脂３７と半製品樹脂３８を硬化させて銅柱１６を固定保持することができ、作業工程を減少させて作業効率の向上を図ることができる。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）定盤の上に載置された適当な大きさの貫通孔が穿設された基板と、前記貫通孔に上方から挿入された銅製の芯材と、前記基板の上面に載置された半製品樹脂を有し、前記貫通孔は前記芯材を挿入するのに充分な孔径を有し、前記貫通孔と前記芯材との間には隙間が形成され、前記半製品樹脂の上に別の定盤を載置し、２つの定盤を両面から圧下することで前記半製品樹脂を前記隙間に充填し、更に加熱することで前記半製品樹脂を硬化させ前記芯材を固定したことを特徴とする配線基板。

（付記２）放熱板の上に立設された銅製の芯材と、適当な大きさの貫通孔が穿設され、該貫通孔に前記芯材が挿入されることで前記放熱板の上に載置された基板と、該基板の上面と下面に載置された半製品樹脂を有し、前記貫通孔は前記芯材を挿入するのに充分な孔径を有し、前記貫通孔と前記芯材との間には隙間が形成され、前記放熱板と前記半製品樹脂とを両面から圧下することで前記半製品樹脂を前記隙間に充填し、更に加熱することで前記半製品樹脂を硬化させ前記芯材を固定することを特徴とする配線基板。

（付記３）基板に穿設された適当な大きさの貫通孔に銅製の芯材を挿入する工程と、前記基板の上面と下面の何れか一方に半製品樹脂を載置する工程と、前記基板と前記半製品樹脂を両面から圧下する工程と、前記基板を加熱する工程とを有することを特徴とする配線基板の製造方法。

１ 配線基板
２ コア基板
３ 電子部品
４ スルーホール
５ 放熱板
１０ 配線基板
１６ 銅柱
２０ 貫通孔
２１ 半製品樹脂
２２ 銅箔
２５ ブラインド穴
２６ 銅めっき層
２８ 導体パターン
２９ アースパターン
３７ 半製品樹脂
３８ 半製品樹脂
４４ ブラインド穴
４５ 銅めっき層
４７ 導体パターン
４８ アースパターン

Claims (2)

1. 発熱部品が搭載される配線基板において、
   基板に形成された孔と、
   該孔に挿入された芯材と、
   前記孔と前記芯材との隙間に充填された樹脂と、
   前記芯材を覆う様前記基板の前記発熱部品が搭載される面の裏面に形成された樹脂層と、
   該樹脂層の上に形成された銅箔と、
   該銅箔から前記芯材に向って穿設され前記樹脂層を除去して前記芯材を露出させる穴と、
   該穴を充填すると共に前記銅箔上に形成された銅めっき層とを備え、
   前記基板の前記発熱部品が搭載される面において前記芯材と前記樹脂が面一に形成されたことを特徴とする配線基板。
2. 前記基板の前記発熱部品が搭載される面から前記樹脂と前記芯材が突出していることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。

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