JP6408177B2 - 基板及び基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板等の基板であって金属片が嵌め込まれて大電流及び放熱特性に優れた基板及び基板の製造方法に関する。

電気回路における半導体素子は、高密度化や高電流化により発熱量が増加する傾向にある。特にＳｉを用いた半導体は周囲の温度が１００℃以上になると誤動作、故障の原因となる。このような半導体素子等の発熱部品としては例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やＩＰＭ(Intelligent Power Module)等のスイッチング素子がある。

発熱部品を効果的に冷却するため、発熱部品から発せられる熱を基板の反対側に向けて逃がすように放熱経路を形成している。具体的には、発熱部品から発生する熱を基板の背面側（部品搭載面（実装面）とは反対側）にあるヒートシンク等に伝導することで冷却している。

放熱経路としては、例えば熱伝導率の高い金属（Ｃｕ、Ａｌ等）からなる金属片が用いられる。この金属片は、基板に形成されたスルーホール内に固定されている。スルーホールへの金属片の固定は、圧入や塑性変形による密着、接着剤や半田による接合等で行われる（例えば特許文献１参照）。金属片が発熱部品と接することで、発熱部品から発生する熱はこの金属片（例えば柱状の銅）を介して外部に放熱される。

特開平２−１３４８９５号公報

しかしながら、金属片を放熱だけではなく、電気的な接続にも用いたいという要望がある。従来、スルーホールに固定された状態の金属片は、単にスルーホールと物理的に接しているのみであるので、電気的な導通が不安定である。すなわち、安定して確実に導電性を確保することができない。このため、従来は別途基板に電気的な導通のためのスルーホールを設け、このスルーホールの内壁に銅めっきを施して形成されたスルーホールめっきを用いている。しかしこのようなスルーホールめっきを施すことは、基板にそのためのスペースが必要となってしまい、部品実装の高密度化の観点から好ましくない。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、放熱特性を有するともに十分な電気的導通を図ることができる基板及び基板の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、導電材料からなる導電層が複数形成されている積層配線板と、該積層配線板を貫通して形成されているスルーホールと、該スルーホールの内壁を覆い、前記導電層と電気的に接続しているスルーホールめっきと、該スルーホールの全長に亘って前記スルーホールめっきの内側に配されている金属片とを備えた基板において、前記金属片の側面は、前記スルーホールめっきに直接接している突起部と、前記スルーホールめっきから間隔を存した位置にある離間部とが交互に周方向全周に亘って形成されていて、前記離間部と前記スルーホールめっきで囲まれた空間は、前記積層配線板を貫通する細孔として形成されていて、前記細孔の周壁は、金属製のめっき膜で覆われていて、該めっき膜の内側は、充填材にて埋められていることを特徴とする基板を提供する。

好ましくは、前記突起部は、前記スルーホールめっきに接する接触部と、該接触部から前記金属片の中心に向けて延びる茎部とからなり、前記スルーホールの貫通方向から視て、前記接触部は前記茎部よりも幅広に形成されている。

また、本発明では、絶縁樹脂材料からなる絶縁層と前記導電材料がパターンとして形成された前記導電層とを重ねて積層方向にプレスすることで前記積層配線板を形成する積層配線板形成工程と、前記積層配線板を貫通する前記スルーホールを形成し、めっき処理を施すことにより前記スルーホールの内壁に前記導電層と電気的に接続する前記スルーホールめっきを形成するスルーホールめっき形成工程と、前記突起部及び前記離間部を有する前記金属片を形成する金属片形成工程と、前記金属片を前記スルーホールに挿通して前記スルーホール内に配した状態で、前記金属片を押圧することにより前記金属片を拡径させ、前記突起部と前記スルーホールめっきとを接触させて仮保持する押圧工程と、前記細孔内をめっき処理して前記めっき膜を形成するめっき膜形成工程と、前記めっき膜の内側に前記充填材を充填する充填工程とを備えたことを特徴とする基板の製造方法を提供する。

本発明によれば、金属片とスルーホールめっきとは、直接接している突起部の他、離間部がめっき膜を介して接続されている。これにより、金属片は導電層と電気的に接続される。しかもこの接続がめっき膜を介しているので、安定した電気的導通を得ることができる。すなわち、放熱特性を有するとともに十分な電気的導通を図ることができる基板を得ることができる。またこのようなめっき膜を通じて導電性を確保できるので、積層配線板に別途電気導通のためのスルーホールめっきを形成する必要がなくなる。このためこのようなスルーホール形成のためのスペースが不要となり、近年求められている基板における部品実装の高密度化に寄与することができる。さらに、めっき膜の内側は充填材にて埋められているので、部品実装時にはんだがこのめっき膜内側を流れて基板の反対側の面に漏洩してしまうことを防止できる。また、積層配線板の両面はその全面がめっき処理されて形成された蓋めっき層で覆われていてもよい。これにより、金属片と積層配線板との一体化が強まり、金属片がスルーホールから抜けてしまうことを確実に防止し、基板としての一体性を確保できる。穴埋め部を蓋めっきで覆うことにより部品との接触面積を大きくすることができ、放熱性、導電性を向上させることができる。また、部品実装時に穴埋め部がはんだ不濡れによるはんだボイドの発生を防ぐことができる。

また、突起部を幅広の接触部及び接触部より幅が狭い茎部で形成することで、金属片とスルーホールめっきとの接触面積を広く確保することができるとともに、めっき膜を形成する際のめっき性も優れる。さらに、めっき膜が形成される細孔はほとんどの周囲が金属片で形成されることになり（隣り合う茎部と接触部にて形成される）、めっき膜の内側はスルーホールの貫通方向から視て略円形状に形成される。したがって、充填材による孔埋め性も優れる。

また、本発明によれば、金属片形成工程にて、金属片に対して突起部と離間部を形成するので、その後の押圧工程にて金属片を押圧した際に突起部のみがスルーホールめっきに当接し、金属片がスルーホール内に仮保持された状態を形成することができる。したがって後工程で細孔へのめっき処理や充填材の充填作業がやりやすくなる。また、押圧工程を行うことで初めて金属片はスルーホールめっきに接触するので、スルーホール内に金属片を挿入する際には金属片とスルーホールめっきとは接触しない。このため、スルーホールめっきが傷つくことを防止できる。

本発明に係る基板の概略断面図である。 スルーホールの貫通方向から視た金属片周辺の概略図である。 別の例でのスルーホールの貫通方向から視た金属片周辺の一部概略図である。 本発明に係る基板の製造方法のフローチャートである。 積層配線板形成工程の説明図である。 スルーホールめっき形成工程の説明図である。 スルーホールめっき形成工程の説明図である。 押圧工程の説明図である。 押圧工程の説明図である。 図９の状態のスルーホールの貫通方向から視た金属片周辺の概略図である。 めっき膜形成工程にてスルーホールの貫通方向から視た金属片周辺の概略図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係る基板１は、導電層２が複数形成されている多層板（両面板も含む）と称される積層配線板３を主な構造として有している。図１の例では、導電層２が４層形成されているいわゆる４層板が示されている。導電層２は導体パターンとして各層に形成されている。導電層２の間には絶縁層４が配されている。絶縁層４は例えばプリプレグ等の絶縁材料で形成されている。より詳しくは、絶縁層４は、例えばエポキシ樹脂内にガラス繊維の糸で織った布であるシート状のガラスクロス５が配されているプリプレグが用いられる。

積層配線板３にはスルーホール６が形成されている。このスルーホール６は、積層配線板３を貫通している。このスルーホール６の孔形状は略円柱形状である。積層配線板３を上方向（スルーホール６の貫通方向）から視た平面視では、スルーホール６は円形を描いている。スルーホール６の内壁にはスルーホールめっき７が形成されている。このスルーホールめっき７はスルーホール６の内壁に接して形成されるので、スルーホール６の内壁に通じている導電層２とスルーホールめっき７とは電気的に接続される。このため、めっき材料としては導電性の観点から銅が好ましい。スルーホールめっき７は、積層配線板３の両面とスルーホール６の内壁面に形成されている。

スルーホール６内には、金属片１０が配されている。金属片１０の側面の一部はスルーホールめっき７に接しているが、接していない部分もある。この金属片１０は基板１の放熱及び導通の役割を一部として担うため、コア部８にはこれら放熱及び導通特性に優れた金属が用いられる。ここで、図２を参照すれば明らかなように、金属片１０の側面は、スルーホールめっき７に直接接している突起部８と、スルーホールめっき７から間隔を存した位置にある離間部９とが交互に周方向全周に亘って形成されている。すなわち、一例としては金属片１０の側面は周方向全周に亘って凹凸形状が繰り返し形成されている。離間部９とスルーホールめっき７で囲まれた空間は、積層配線板３を貫通する細孔１１（後述）として形成されている。この細孔１１の周壁は、金属製のめっき膜１３で覆われている。めっき膜１３は、例えばめっき処理によって析出した銅で形成されている。そしてこのめっき膜１３の内側は、充填材１４にて埋められている。

金属片１０は、スルーホール６内で外方に径が押し広げられて突起部８がスルーホールめっき７に押圧されることでスルーホール６に対して係合して保持されている。積層配線板３の両面には、蓋めっき層１２が配されている。蓋めっき層１２は積層配線板３の両面を覆っている。この蓋めっき層１２はめっき処理により形成されるので金属が積層配線板３の表面に析出したものである。なお、コア部８としては高い電気的導通特性と放熱特性を有する銅、銀、又はアルミニウムのいずれかの金属製であることが好ましい。

上記構造の基板１を採用することで、金属片１０とスルーホールめっき７とは、直接接している突起部８の他、離間部９がめっき膜１３を介して接続されることになる。すなわち、突起部８はスルーホールめっき７と直接接しているが、離間部９はめっき膜１３を介してスルーホールめっき７と接する。これにより、金属片１０は導電層２と電気的に接続されることになる。電気的な接続は、主にめっき膜１３を介して行われる。このように、めっき膜１３を介して金属片１０と導電層２とが接続されているので、両者の間に安定した電気的導通を得ることができる。すなわち、放熱特性を有するともに十分な電気的導通を図ることができる基板１を得ることができる。またこのようなめっき膜１３を通じて導電性を確保できるので、積層配線板３に別途電気的導通のためのスルーホール及びスルーホールめっきを形成する必要がなくなる。このためこのようなスルーホール形成のためのスペースが不要となり、近年求められている基板１における部品実装の高密度化に寄与することができる。さらに、めっき膜１３の内側は充填材１４にて埋められているので、部品実装時にはんだがこのめっき膜１３の内側を流れて基板１の反対側の面に漏洩してしまうことを防止できる。また、積層配線板３の両面の全面をめっき処理されて形成された蓋めっき層１２で覆うことで、金属片１０と積層配線板３との一体化が強まり、金属片１０がスルーホール６から抜けてしまうことを確実に防止し、基板１としての一体性を確保できる。穴埋め部を蓋めっきで覆うことにより部品との接触面積を大きくすることができ、放熱性、導電性を向上させることができる。また、部品実装時に穴埋め部がはんだ不濡れによるはんだボイドの発生を防ぐことができる。

図３に示すように、突起部８を、スルーホールめっき７に接する接触部１５と、この接触部１５から金属片１０の中心に向けて延びる茎部１６とで形成してもよい。このとき、スルーホール６の貫通方向から視て、接触部１５は茎部１６よりも幅広に形成されている。このように、突起部８を幅広の接触部１５及び接触部１５より幅が狭い茎部１６で形成することで、金属片１０とスルーホールめっき７との接触面積を広く確保することができるとともに、めっき膜１３を形成する際のめっき性も優れる。さらに、めっき膜１３が形成される細孔１１（後述）はほとんどの周囲が金属片１０で形成されることになり（隣り合う茎部１６と接触部１５にて形成される）、めっき膜１３の内側はスルーホール６の貫通方向から視て略円形状に形成される。したがって、充填材１４による孔埋め性も優れる。

上述した基板１は、以下に説明する基板の製造方法により製造可能である。この製造方法は図４に示すフローチャートに表される。この方法では、まず積層配線板形成工程が行われる（ステップＳ１）。この工程では、絶縁層４と導電層２とをそれぞれ複数重ねて積層方向にプレスすることで図５に示すような積層配線板３が得られる。絶縁層４は例えば絶縁樹脂材料からなり、導電層２は導電材料がパターンとして形成されている。導電層２が４層の積層配線板を形成するには、例えば絶縁層４の片面にのみ導電層２が形成されたいわゆる片面板（片面にのみ銅箔が形成された銅張積層板）の２枚で、絶縁層４の両面に導電層２が形成されたいわゆる両面板（両面に銅箔が形成された銅張積層板）を挟み込み、これを積層する。

次に、スルーホールめっき形成工程を行う（ステップＳ２）。この工程では、まず積層配線板３を貫通する図６に示すようなスルーホール６が形成される。このスルーホール６はドリルやパンチプレス、あるいはレーザ等により積層配線板３に対して孔あけ加工することで形成される。スルーホール６の孔形状は略円柱形状である。積層配線板３を上方向から視た平面視では、スルーホール６は円形を描いている。

スルーホール６が形成された後、このスルーホール６にはめっき処理が施される。このめっき処理により、スルーホール６の内壁には図７に示すようなスルーホールめっき７が形成される。このスルーホールめっき７はスルーホール６の内壁に接して形成されるので、スルーホール６の内壁に通じている導電層２とスルーホールめっき７とは電気的に接続される。このため、めっき材料としては銅が好ましい。なお、このめっき処理は積層配線板３の全表面に対して施されるため、めっき処理によって析出するスルーホールめっき７は、積層配線板３の両面とスルーホール６の内壁面に形成される。

次に、金属片形成工程を行う（ステップＳ３）。この金属片形成工程は、上述した積層配線板形成工程及びスルーホールめっき形成工程よりも前に行ってもよい。この工程では、突起部８及び離間部９を有する金属片１０を形成する。具体的には、略円柱形状の銅の側面を周方向全周に亘って凹凸形状が形成されるように切削していく。金属片１０を上下面から見た際に、その側面が凹凸形状の繰り返しからなる波形であってもよいし、あるいは矩形形状でもよい。要するに、金属片１０の中心からの距離が長い地点と短い地点を形成することで、長い地点が突起部８となり、短い地点が離間部９となる。

次に、押圧工程を行う（ステップＳ４）。この工程では、まず図８に示すようにスルーホール６に対して金属片１０を挿通させる。したがって、金属片１０の径はスルーホール６（具体的にはスルーホールめっき７）の径よりも小さい。そして、金属片１０がスルーホール６内に配された状態で、金属片１０を上下方向（スルーホールの貫通方向両側）から押圧する。これにより、図９に示すように金属片１０は外方に拡径される。また、図１０に示すように、金属片１０が拡径されることで、突起部８はスルーホールめっき７に接触する。この状態で、金属片１０はスルーホール６内に仮保持される。このとき、スルーホールめっき７と離間部９との間は空間になっていて、積層配線板３を貫通する細孔１１として形成されている。なお、押圧は金属片１０の一方の面に押さえるための板を配し、他方の側からのみプレス部材を用いて押圧してもよい。

次に、めっき膜形成工程を行う（ステップＳ５）。この工程では、細孔１１内をめっき処理してめっき膜１３を形成する。この工程により、図１１に示すように、細孔１１の周囲にめっき膜１３が形成される。めっき膜１３は、細孔１１の内壁に沿って形成される。したがって、めっき膜１３の内側にはまだ空間が残っている状態である。

次に、充填工程を行う（ステップＳ６）。この工程では、めっき膜１３の内側に充填材１４を充填する。充填材１４はめっき膜１３の内側空間の全てを埋めるように充填される。この充填材１４としては絶縁性のエポキシ樹脂の他、導電性のインクを用いることもできる。充填工程を終えると、図２のような状態となる。

次に、蓋めっき層形成工程を行う（ステップＳ７）。この工程では、積層配線板３の両面に蓋めっき層１２を形成する。この蓋めっき層１２が形成されて、図１に示すような基板１となる。蓋めっき層１２は積層配線板３の両面にめっき処理を施すことにより形成される。

このように、本発明に係る基板１の製造方法によれば、金属片形成工程にて、金属片１０に対して突起部８と離間部９を形成するので、その後の押圧工程にて金属片１０を押圧した際に突起部８のみがスルーホールめっき７に当接し、金属片１０がスルーホール６内に仮保持された状態を形成することができる。したがって後工程で細孔１１へのめっき処理や充填材１４の充填作業がやりやすくなる。また、押圧工程を行うことで初めて金属片１０はスルーホールめっき７に接触するので、スルーホール６内に金属片１０を挿入する際には金属片１０とスルーホールめっき７とは接触しない。このため、スルーホールめっき７が傷つくことを防止できる。

１：基板、２：導電層、３：積層配線板、４：絶縁層、５：ガラスクロス、６：スルーホール、７：スルーホールめっき、８：突起部、９：離間部、１０：金属片、１１：細孔、１２：蓋めっき層、１３：めっき膜、１４：充填材、１５：接触部、１６：茎部

Claims (3)

1. 導電材料からなる導電層が複数形成されている積層配線板と、
   該積層配線板を貫通して形成されているスルーホールと、
   該スルーホールの内壁を覆い、前記導電層と電気的に接続しているスルーホールめっきと、
   該スルーホールの全長に亘って前記スルーホールめっきの内側に配されている金属片とを備えた基板において、
   前記金属片の側面は、前記スルーホールめっきに直接接している突起部と、前記スルーホールめっきから間隔を存した位置にある離間部とからなる凹凸形状が交互に周方向全周に亘って形成されていて、
   前記離間部と前記スルーホールめっきで囲まれた空間は、前記積層配線板を貫通する細孔として形成されていて、
   前記細孔の周壁は、金属製のめっき膜で覆われていて、
   該めっき膜の内側は、充填材にて埋められていて、
   前記金属片は、前記スルーホールの貫通方向から視て円形状となる外周面を有し、
   前記突起部の前記スルーホールめっきに対向する面の全面は前記金属片の外周面と一致し、
   前記離間部は、前記金属片の外周面よりも内側に形成されていることを特徴とする基板。
2. 前記突起部は、前記スルーホールめっきに接する接触部と、該接触部から前記金属片の中心に向けて延びる茎部とからなり、
   前記スルーホールの貫通方向から視て、前記接触部は前記茎部よりも幅広に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 絶縁樹脂材料からなる絶縁層と前記導電材料がパターンとして形成された前記導電層とを重ねて積層方向にプレスすることで前記積層配線板を形成する積層配線板形成工程と、
   前記積層配線板を貫通する前記スルーホールを形成し、めっき処理を施すことにより前記スルーホールの内壁に前記導電層と電気的に接続する前記スルーホールめっきを形成するスルーホールめっき形成工程と、
   前記突起部及び前記離間部を有する前記金属片を形成する金属片形成工程と、
   前記金属片を前記スルーホールに挿通して前記スルーホール内に配した状態で、前記金属片を押圧することにより前記金属片を拡径させ、前記突起部と前記スルーホールめっきとを接触させて仮保持する押圧工程と、
   前記細孔内をめっき処理して前記めっき膜を形成するめっき膜形成工程と、
   前記めっき膜の内側に前記充填材を充填する充填工程とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の製造方法。

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