TW201513738A - 印刷電路板、其製造方法及導熱體 - Google Patents

Abstract

零件內置基板(10)之特徵在於具有：絕緣基板(1)；形成在絕緣基板(1)的表面上的金屬層(3)；貫穿絕緣基板(1)的貫穿孔(2)；及填充貫穿孔(2)的導熱體(20)，導熱體(20)係包括有在表面塗佈有接著劑(5)的石墨薄片(4)被捲成捲筒狀的形狀。

Description

印刷電路板、其製造方法及導熱體

本發明係關於具有放熱路徑的印刷電路板、其製造方法、以及該印刷電路板所使用的導熱體。

因由被裝載在印刷電路板的半導體元件所發生的熱，該半導體元件及印刷電路板的溫度會上升，且產生該半導體元件的錯誤作動及破損自以往已眾所週知。因此，將由所裝載的半導體元件所發生的熱由印刷電路板放熱，以使該半導體元件的溫度降低的放熱對策即成為必要。以如上所示之放熱對策而言，有一種方法係由印刷電路板的元件裝載朝向與該元件裝載面為相反側的背面導熱，在該背面裝載如散熱片般的放熱零件而將由元件裝載面所被傳達的熱進行放熱。此外，亦有一種方法係將高熱傳導層設在印刷電路板內，將透過該高熱傳導層而由半導體元件所發生的熱擴散，使該半導體元件及印刷電路板的溫度降低。

以由印刷電路板的元件裝載面朝向其相反側的背面效率佳地導熱的方法而言，已知有：在貫穿孔內填充熱傳導性較高的樹脂的方法、或將銅或鋁等的熱傳導性為較高的金屬進行壓入的方法。使用如上所示之方法所製造的印刷電路板係被揭示在例如專利文獻1至3。

(先前技術文獻) (專利文獻)

【專利文獻1】日本特開2010-263003號公報

【專利文獻2】日本特開2010-205992號公報

【專利文獻3】日本專利第3758175號公報

在此，若將由金屬所成之導熱體進行壓入時，該導熱體的熱電阻依金屬所具有的固有的熱傳導率、導熱體的剖面積、印刷電路板的厚度來決定，按照半導體元件中的發熱量，來決定導熱體的尺寸。接著，由於有隨著近年來的半導體元件的複雜化及高性能化而發熱量增大的傾向，因此加大用以壓入該導熱體的貫穿孔，而且使印刷電路板的厚度更薄，藉此使在半導體元件所發生的熱良好地放熱。

但是，若加大用以壓入該導熱體的貫穿孔，而且使印刷電路板的厚度更薄時，相對於在印刷電路板上半導體元件所佔有的面積，貫穿孔變大，會產生構裝密度降低的問題。

此外，當將由金屬所成之導熱體進行壓入時，貫穿孔會因導熱體而變形，在印刷電路板的絕緣層產生裂痕，產生使印刷電路板的絕緣性明顯降低的問題。

本發明係鑑於如上所示之課題所研創者，其目的在提供一種不會有引起構裝密度降低的情形，抑制裂痕等發生而可靠性優異之印刷電路板、其製造方法及該印刷電路板所使用之導熱體。

為達成上述目的，本發明之印刷電路板具有：絕緣基板；形成在前述絕緣基板的表面上的金屬層；貫穿前述絕緣基板的貫穿孔；及填充前述貫穿孔的導熱體，其特徵在於：前述導熱體係包括有在表面塗佈有接著劑的石墨薄片被捲成捲筒狀的形狀。

在上述印刷電路板中，前述導熱體係前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率比與前述延伸方向呈正交的方向為更高。此外，較佳為前述導熱體係前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率為800W/mK~1200W/mK。

在上述任一印刷電路板中，較佳為前述導熱體係在與前述貫穿孔的延伸方向呈正交的方向包括伸縮性。

在上述任一印刷電路板中，前述導熱體亦可包括有以下構造：包括有柱狀芯材，且在前述芯材捲繞有前述石墨薄片。

此外，為達成上述目的，本發明之印刷電路板之製造方法之特徵在於：具有：在絕緣基板形成貫穿孔的工序；在前述絕緣基板的表面上形成金屬層的工序；將在表面塗佈有接著劑的石墨薄片捲成捲筒狀而形成導熱體的工序；及在前述貫穿孔填充前述導熱體的工序。

在上述印刷電路板之製造方法中，在填充前述導熱體的工序中，以前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率比與前述延伸方向呈正交的方向為更高的方式填充前述導熱體。

在上述任一印刷電路板之製造方法中，亦可在形 成前述導熱體的工序中，在柱狀芯材捲繞前述石墨薄片。

上述任一印刷電路板之製造方法亦可另外具有：以前述導熱體與前述金屬層成為同一平面的方式將前述導熱體進行研磨的工序。此外，上述任一印刷電路板之製造方法亦可另外具有在填充前述導熱體之後，在前述導熱體的露出面上被覆金屬的工序。

為達成上述目的，本發明之導熱體之特徵在於：具有：石墨薄片；及被塗佈在前述石墨薄片的表面上的接著劑，藉由前述接著劑，將前述石墨薄片捲繞成捲筒狀。

上述導熱體係捲繞的軸方向中的熱傳導率比與前述軸方向呈正交的方向為更高。此外，較佳為前述導熱體係前述軸方向中的熱傳導率為800W/mK~1200W/mK。

上述任一導熱體較佳為在與前述軸方向呈正交的方向包括伸縮性。

上述任一導熱體亦可具有以下構造：包括有柱狀芯材，且在前述芯材捲繞有前述石墨薄片。

在本發明之印刷電路板及其製造方法中，由於在貫穿孔填充捲繞有石墨薄片的狀態的導熱體，因此形成有在貫穿印刷電路板的方向具有優異的熱傳導性的放熱路徑。藉此，被裝載在印刷電路板的半導體元件及散熱片中的發熱量即使增加，亦不會加大導熱體的尺寸，而可充分放熱，因此可防止印刷電路板中的構裝密度降低。

此外，在本發明之印刷電路板及其製造方法中， 導熱體係由於包含接著劑，因此包括有伸縮性，因此在導熱體填充時，不會有在位於貫穿孔周圍的絕緣基板發生破損及損傷的情形。藉此，在印刷電路板的使用中亦可維持優異的絕緣耐性，可達成印刷電路板本身的可靠性的提升。

此外，本發明之導熱體係具有使用接著劑而捲繞有石墨薄片的構造，因此在捲繞的軸線方向具有優異的熱傳導性。亦即，本發明之導熱體係在導熱體的延伸方向利用石墨薄片的平面方向中的優異的熱傳導性，在該延伸方向實現優異的熱傳導性。

1‧‧‧絕緣基板

1a‧‧‧第1面

1b‧‧‧第2面

2‧‧‧貫穿孔

3‧‧‧金屬層

4‧‧‧石墨薄片

5‧‧‧接著劑

6‧‧‧導熱薄片

7‧‧‧芯材

8‧‧‧金屬層

10‧‧‧印刷電路板

20‧‧‧導熱體

第1圖係本發明之印刷電路板之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

第2圖係本發明之印刷電路板之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

第3圖係本發明之印刷電路板所使用之導熱體之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

第4圖係本發明之印刷電路板所使用之導熱體之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

第5圖係本發明之導熱體的斜視圖。

第6圖係沿著第5圖中的VI-VI線的剖面圖。

第7圖係本發明之印刷電路板之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

第8圖係本發明之印刷電路板之製造方法之各製造工序中 的剖面圖。

第9圖係本發明之印刷電路板之製造方法之各製造工序中的剖面圖。

以下參照圖示，根據實施例，詳加說明本發明之實施形態。其中，本發明並非限定於以下說明的內容，在未變更其要旨的範圍內，可任意變更來實施。此外，實施例之說明所使用的圖示均為以模式顯示藉由本發明所得之印刷電路板及導熱體者，為加深理解，進行局部的強調、放大、縮小、或省略等，會有並未成為正確表示印刷電路板及導熱體的縮尺或形狀等者的情形。此外，在實施例中所使用的各種數值均係顯示一例者，可視需要作各種變更。

<實施例>

以下參照第1圖至第9圖，詳加說明本發明之實施例之印刷電路板10之製造方法。在此，第1圖、第2圖、及第7圖至第9圖係本實施例之印刷電路板10之製造方法之各製造工序中的剖面圖。此外，第3圖及第4圖係本實施例之印刷電路板10所使用之導熱體20之製造方法之各製造工序中的剖面圖。此外，第5圖係本實施例之導熱體20的斜視圖，第6圖係沿著第5圖中之VI-VI線的剖面圖。

首先，如第1圖所示，進行在備妥的絕緣基板1形成貫穿孔2的貫穿孔形成工序。具體而言，準備板厚為1.6mm的玻璃環氧基板作為絕緣基板1，使用鑽孔機等，在絕緣基板1形成直徑1mm的貫穿孔2。在此，在第1圖係顯示1個貫穿 孔2，但是實際上係在絕緣基板1形成複數貫穿孔2。貫穿孔2的數量及開口直徑係可對應被構裝在所完成的印刷電路板的半導體元件的發熱量等來作適當變更。例如，貫穿孔2的開口直徑亦可在1mm~15mm的範圍內作適當選擇。

其中，在本實施例中，係使用玻璃環氧基板作為絕緣基板1，但是亦可使用紙酚醛基板、紙環氧基板、鐵氟龍(註冊商標)基板、氧化鋁基板、或LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)基板等其他絕緣基體。接著，亦可按照所使用的絕緣基板的種類，來適當變更貫穿孔2的形成方法。例如，可照射雷射來形成貫穿孔2，或者亦可藉由蝕刻等化學方法來形成貫穿孔2。

接著，如第2圖所示，進行在絕緣基板1的表面上(更具體而言為第1面1a、第2面1b、及貫穿孔2的側部)形成金屬層3的金屬層形成工序。具體而言，藉由電場鍍敷法，在絕緣基板1的表面上形成由銅鍍敷膜所成之金屬層3。其中，以形成作為金屬層3的薄膜的方法而言，並非限定於電解鍍敷法，亦可採用無電解鍍敷法、化學氣相沈積法(CVD法)、或物理氣相沈積法(PVD法)等一般成膜方法。

接著，進行形成用以填充形成在絕緣基板1的貫穿孔2的導熱體的導熱體形成工序。具體而言，如第3圖所示，在石墨薄片4的表面上塗佈接著劑5，在石墨薄片4的表面上形成接著劑5的薄膜。亦即，首先準備由石墨薄片4及接著劑5所成之導熱薄片6。

在此，石墨薄片4係使用與天然石墨相比較為柔 軟性較為優異的人工石墨。此外，石墨薄片4雖然其厚度方向中的熱傳導率為約10W/mK，但是與厚度方向呈正交之平面中的熱傳導率為約1000W/mK~2000W/mK。此外，石墨薄片4係以可承受一般的耐折性試驗(R=2mm、270°、1萬次)者為佳。此係在之後的工序中，使石墨薄片4連同接著劑5一起彎曲之故。在本實施例中，係使用Kaneka股份有限公司製的Graphinity(註冊商標)作為石墨薄片4。

以接著劑5而言，例如可使用環氧樹脂系的接著劑。接著劑5並非限定於環氧樹脂系，亦可使用包括柔軟性及伸縮性之一般接著劑。此外，接著劑5形成薄膜在石墨薄片4的表面上並非限定於塗佈接著劑5，亦可將形成為薄片狀的接著劑5黏貼在石墨薄片4的表面上。

以形成導熱體20的接下來的工序而言，如第4圖所示，進行將備妥的柱狀芯材7作為捲繞的中心軸，在芯材7捲繞導熱薄片6而形成導熱體20的工序。在此，以芯材7而言，係使用銅或鋁等具有較高熱傳導率的金屬。此係基於防止導熱體20的合成熱傳導率降低之故。

由第5圖及第6圖可知，若將導熱薄片6捲繞在芯材7時，以芯材7為中心軸，交替配置石墨薄片4與接著劑5的薄膜，在芯材7的周圍以筒狀形成導熱薄片6。此外，如第6圖所示，石墨薄片4係藉由貼合內側之層、及相對於該內側之層為位於1層外側之層，而形成為螺旋狀，藉由如上所示之貼合，可將導熱薄片6的形狀維持為筒狀。

此外，石墨薄片4係其厚度方向中的熱傳導率為 約10W/mK，因此在導熱體20中，係以芯材7為中心，熱不易朝向放射線方向傳達。另一方面，石墨薄片4係由於與厚度方向呈正交的平面中的熱傳導率為約1000W/mK~2000W/mK，因此在導熱體20中，熱變得容易沿著芯材7的延伸方向傳導。亦即，導熱體20係捲繞的軸方向中的熱傳導率比與該軸方向呈正交的方向為更高。本實施例之導熱體20由於含有接著劑5，因此雖然比石墨薄片4單體的熱傳導率較為降低，但是該軸線方向中的熱傳導率為約900W/mK。

在此，導熱體20的熱傳導率係依石墨薄片4、接著劑5、及芯材7的各熱傳導率的合成來決定。因此，藉由變更第6圖中之各構件的剖面積的比率，可輕易變更導熱體20的熱傳導率。例如，導熱體20的熱傳導率係可在400W/mK~1200W/mK的範圍內適當調整。其中，芯材7的單體的熱傳導率為約400W/mK，因此以在800W/mK~1200W/mK的範圍內調整導熱體20的熱傳導率為佳，藉此可充分活用石墨薄片4的特性。

此外，在本實施例之導熱體20中，在芯材7的周圍捲繞有較為柔軟的接著劑5，因此可以芯材7為中心來將導熱體20以放射線方向進行伸縮。換言之，導熱體20係在與芯材7的延伸方向呈正交的方向包括有伸縮性。

接著，進行將經由上述工序所形成的導熱體20配合絕緣基板1的貫穿孔2的尺寸進行切斷，如第7圖所示，將該切斷的導熱體20填充在絕緣基板1的貫穿孔2內的導熱體填充工序。在此，在導熱體20的切斷係使用一般的金屬用切 斷機，導熱體20係比貫穿孔2的深度稍微加長。此係為了藉由之後的研磨工序，使導熱體20與金屬層3成為同一平面之故。

此外，當填充導熱體20時，以導熱體20的芯材7的延伸方向與貫穿孔2的延伸方向(深度方向)成為平行的方式調整導熱體20的方向。換言之，以貫穿孔2的延伸方向中的熱傳導率比與該延伸方向呈正交的方向為更高的方式，將導熱體20填充在貫穿孔2。藉此，可透過導熱體20，由絕緣基板1的第1面1a及第2面1b的其中一方朝向另一方良好地傳達熱。亦即，形成貫穿絕緣基板1的放熱路徑。

在此，導熱體20的直徑係設定地比貫穿孔2的直徑稍大，但是如上所述由於導熱體20在與芯材7的延伸方向呈正交的方向包括有伸縮性，因此不會破壞貫穿孔2的周邊，即可將導熱體20輕易地填充在貫穿孔2內。接著，在導熱體20填充在貫穿孔2內之後，導熱體20的直徑係比貫穿孔2的直徑稍大，因此不會有導熱體20由貫穿孔2脫落的情形。其中，若導熱體20的直徑小於貫穿孔2的直徑時，亦可在導熱體20的表面塗佈其他接著劑，透過該接著劑而將導熱體20固定在貫穿孔2內。

接著，如第8圖所示，進行以金屬層3與導熱體20成為同一平面的方式將導熱體20進行研磨的研磨工序。研磨係使用一般的研磨裝置，將導熱體20的突出部分切削，使導熱體20的露出面位於與金屬層3的表面為同一面。施行如上所示之研磨工序的理由係基於當對印刷電路板10裝載半導 體元件或散熱片時，由使放熱效率提升的觀點來看，在導熱體20的正上方或正下方配置該半導體元件或散熱片之故。亦即，為了使半導體元件或散熱片等構裝零件的構裝面成為平坦，而施行研磨工序。

接著，如第9圖所示，進行在導熱體20的露出面上被覆金屬的工序。具體而言，與金屬層3的形成同樣地，藉由電場鍍敷法，在導熱體20的露出面及金屬層3的表面上形成由銅鍍敷膜所成之金屬層8。如上所示，藉由形成金屬層8，不僅在導熱體20的正上方或正下方所發生的熱，連在其周圍所發生的熱亦可透過金屬層8及導熱體20來放熱，以印刷電路板10而言，可包括有更為優異的放熱性。此外，藉由形成金屬層8，可確實地防止導熱體20由貫穿孔2內脫落。

其中，以形成作為金屬層8的薄膜的方法而言，亦可採用無電解鍍敷法、化學氣相沈積法(CVD法)、或物理氣相沈積法(PVD法)等一般成膜方法。

經由上述製造工序，如第9圖所示，印刷電路板10即完成。本實施例之印刷電路板10係由：絕緣基板1、形成在絕緣基板1的表面上(第1面1a、第2面1b、貫穿孔2的側方)的金屬層3、貫穿絕緣基板1的貫穿孔2、及填充貫穿孔2的導熱體20所構成。在此，導熱體20係如上所述，在其表面塗佈有接著劑5的石墨薄片4包括有以芯材7作為捲繞的中心軸而捲成捲筒狀的形狀。

此外，在印刷電路板10中，被填充在貫穿孔2內的導熱體20的熱傳導率係在貫穿孔的延伸方向為約900W/ mK，在與貫穿孔的延伸方向呈正交的方向為約10W/mK。亦即，在本實施例之印刷電路板10中，沿著導熱體20的延伸方向具有優異的放熱，可將在印刷電路板10的其中一面所產生的熱良好地傳達至另一面，甚至可在該另一面進行放熱。

在本實施例之印刷電路板10中，將包括有比僅由金屬(例如銅)所成之導熱體為更高的熱傳導率的石墨薄片4對芯材7捲繞成螺旋狀，藉此將石墨薄片4的平面狀中的熱傳導率作為導熱體20的延伸方向的熱傳導率加以利用，沿著印刷電路板10的厚度方向形成包括有比由金屬單體所構成的放熱路徑為更高的熱傳導率的放熱路徑(亦即導熱體20)。藉由如上所示之印刷電路板10的構造，即使所裝載的半導體元件及散熱片的發熱量增加，與金屬單體的情形相比較，亦沒有加大導熱體20的必要性，不會有構裝密度降低的情形。接著，藉由變更構成導熱體20的石墨薄片4、接著劑5、及芯材7的構成比率，可將導熱體20的熱傳導率在400W/mK~1200W/mK的範圍內隨意地設定，因此無須變更導熱體20的尺寸(亦即保持較小尺寸的情況)，可形成最適於半導體元件及散熱片的特性的放熱路徑。

此外，在本實施例之印刷電路板10中，由於在導熱體20含有包括柔軟性的接著劑5，因此在導熱體20填充時，不會有在位於貫穿孔2周圍的絕緣基板1產生破損及損傷的情形。因此，在使用印刷電路板10時，亦維持優異的絕緣耐性，可達成印刷電路板10本身可靠性的提升。

其中，在上述實施例中，係使用芯材7來形成導 熱體20，但是亦可未使用芯材7，而由石墨薄片4及接著劑5形成導熱體20。藉由採用如上所示之構造，作為導熱體20的熱傳導率變高，印刷電路板10的放熱性會提升。

1‧‧‧絕緣基板

3‧‧‧金屬層

4‧‧‧石墨薄片

5‧‧‧接著劑

7‧‧‧芯材

8‧‧‧金屬層

10‧‧‧印刷電路板

20‧‧‧導熱體

Claims (15)

1. 一種印刷電路板，具有：絕緣基板；形成在前述絕緣基板的表面上的金屬層；貫穿前述絕緣基板的貫穿孔；及填充前述貫穿孔的導熱體，其特徵在於：前述導熱體係包括有在表面塗佈有接著劑的石墨薄片被捲成捲筒狀的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項之印刷電路板，其中，前述導熱體係前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率比與前述延伸方向呈正交的方向為更高。
3. 如申請專利範圍第1或2項之印刷電路板，其中，前述導熱體係前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率為800W/mK~1200W/mK。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之印刷電路板，其中，前述導熱體係在與前述貫穿孔的延伸方向呈正交的方向包括伸縮性。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之印刷電路板，其中，前述導熱體係包括有以下構造：包括有柱狀芯材，且在前述芯材捲繞有前述石墨薄片。
6. 一種印刷電路板之製造方法，其特徵在於具有：在絕緣基板形成貫穿孔的工序；在前述絕緣基板的表面上形成金屬層的工序； 將在表面塗佈有接著劑的石墨薄片捲成捲筒狀而形成導熱體的工序；及在前述貫穿孔填充前述導熱體的工序。
7. 如申請專利範圍第6項之印刷電路板之製造方法，其中，在填充前述導熱體的工序中，以前述貫穿孔的延伸方向中的熱傳導率比與前述延伸方向呈正交的方向為更高的方式填充前述導熱體。
8. 如申請專利範圍第6或7項之印刷電路板之製造方法，其中，在形成前述導熱體的工序中，在柱狀芯材捲繞前述石墨薄片。
9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項之印刷電路板之製造方法，其中，具有：以前述導熱體與前述金屬層成為同一平面的方式將前述導熱體進行研磨的工序。
10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項之印刷電路板之製造方法，其中，具有在填充前述導熱體之後，在前述導熱體的露出面上被覆金屬的工序。
11. 一種導熱體，具有：石墨薄片；及被塗佈在前述石墨薄片的表面上的接著劑，其特徵在於：藉由前述接著劑，將前述石墨薄片捲繞成捲筒狀。
12. 如申請專利範圍第11項之導熱體，其中，捲繞的軸方向中的熱傳導率比與前述軸方向呈正交的方向為更高。
13. 如申請專利範圍第11或12項之導熱體，其中，前述軸方 向中的熱傳導率為800W/mK~1200W/mK。
14. 如申請專利範圍第11至13項中任一項之導熱體，其中，在與前述軸方向呈正交的方向包括伸縮性。
15. 如申請專利範圍第11至14項中任一項之導熱體，其中，具有以下構造：包括有柱狀芯材，且在前述芯材捲繞有前述石墨薄片。