WO2014199456A1 - 放熱基板の製造方法 - Google Patents

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典明 種子
高木　剛
秀吉 瀧井
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株式会社メイコー
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation board used, for example, in an electric control device of a vehicle, a home appliance, an LED part or an industrial appliance.
  • a semiconductor element in an electric circuit tends to have an increased amount of heat generation due to high density and high current.
  • a semiconductor using Si causes a malfunction or failure when the ambient temperature becomes 100 ° C. or more.
  • heat generating components such as semiconductor elements include switching elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and IPMs (Intelligent Power Modules).
  • a heat-dissipating substrate in which a heat-radiating path is formed on the opposite side of the mounting surface of the component to the substrate is used.
  • the heat generated from the heat-generating component is conducted to the back surface side (the opposite side to the component mounting surface (mounting surface)) of the substrate, and is cooled using a heat sink or the like on the back surface.
  • a heat conductive member made of metal (Cu, Al, etc.) having high heat conductivity is disposed in a through hole formed in a substrate, and this heat conductive member is fixed in the through hole.
  • Fixation of the metal to the through hole is performed by adhesion by press-fitting or plastic deformation, bonding by an adhesive or solder, or the like (see, for example, Patent Document 1).
  • heat dissipation of the heat generating component is performed by connecting the heat conducting member to the heat generating component and radiating heat generated from the component to the outside through the heat conducting member (for example, columnar copper).
  • the diameter of the heat conducting member is made smaller than the diameter of the through hole when inserted into the through hole, and plastic deformation is caused by pressure after insertion and fixed. It will be done. At this time, if the central position between the heat conducting member and the through hole is deviated, there is a possibility that a gap may be generated. Also, when the pressure for causing plastic deformation of the heat conducting member is large, the amount of plastic deformation spreading in the radial direction of the heat conducting member is not limited to a constant, and a gap is also generated between the heat conducting member and the through hole There is a risk of The presence of such a gap causes a failure due to penetration of the solder used to mount the heat-generating component. In addition, since a strong stress acts on the substrate in a portion where a gap is not generated, the insulating layer may be broken.
  • the present invention takes the above-mentioned prior art into consideration, and even when the heat conduction member is fixed in the through hole by plastic deformation, the stress of the heat conduction member causes the substrate to be broken or a crack is generated. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heat dissipating substrate without the heat.
  • a support plate is disposed on one side of the substrate intermediate so as to close the through hole, and a pressing piece is pressed from the other side of the substrate intermediate.
  • the pressing force of the pressing piece is smaller than the compressive breaking stress of the insulating layer in the direction perpendicular to the penetration direction of the through hole.
  • a gap of 100 ⁇ m or less is formed between the outer circumferential surface of the heat conducting member and the inner wall surface of the through hole.
  • the volume of the heat conducting member is 100% to 110% with respect to the space volume in the through hole.
  • the pressing piece when the pressing piece is pressed against the heat conducting member in the plastic deformation step, the pressing piece is within a range within the outer edge of the pressing surface.
  • the annealing step of annealing the heat conducting member since the annealing step of annealing the heat conducting member is performed in advance prior to the inserting step, internal stress possessed by the material having thermal conductivity can be removed.
  • the proof stress can be reduced by annealing the heat conducting member, the heat conducting member can be set so as to be plastically deformed by a pressing force that does not cause breakage of the substrate intermediate in the plastic deformation step.
  • the heat conducting member can be plastically deformed and fixed in the through hole without breaking the body.
  • the proof stress can be set, the size of the heat conducting member can be grasped when it is expanded by the amount of strain at which plastic deformation starts. Therefore, when the heat conduction member is plastically deformed in the plastic deformation step, the heat conduction member can be reliably fixed without generating a gap between the heat conduction member and the through hole.
  • the pressing force by the pressing piece is made smaller than the compressive breaking stress of the insulating layer in the direction perpendicular to the penetrating direction of the through hole in the plastic deformation step, the insulating layer is directly transferred to the insulating layer. There are no cracks in the
  • the heat conducting member and the through hole are in a range which spreads outward uniformly when the heat conducting member is pressed. And contact. That is, as viewed from the pressing direction, the heat conducting member spreads outward evenly while maintaining the circular shape. Further, by setting the volume of the heat conducting member to 100% to 110% with respect to the space volume in the through hole, the heat conducting member and the through hole can be brought into close contact with each other without gaps.
  • the pressing piece when the pressing piece is pressed against the heat conducting member in the plastic deformation step, the pressing piece is within the range within the outer edge of the pressing surface, so the pressing force by the pressing piece is directly applied to the substrate intermediate Not acted. For this reason, destruction of the substrate intermediate can be prevented. Further, even if the heat conducting member has a small volume and the entire circumferential surface of the heat conducting member does not adhere to the through holes, the pressing piece may be embedded in the heat conducting member to further push the heat conducting member radially. As a result, it is possible to realize a reliable fixing of the heat conducting member to the through hole.
  • any of the substrate intermediate formation step (step S1) to the plating step (step S3) and the shape formation step (step S4) to the alignment step (step S6) may be performed first, or may be performed simultaneously.
  • a substrate intermediate 1 as shown in FIG. 2 is manufactured.
  • the substrate intermediate 1 is a so-called four-layer substrate, and four conductive layers 2 made of a conductive material which is a conductor pattern are formed via the insulating layer 3.
  • two so-called single-sided plates 4a having the conductive layer 2 formed only on one side of the insulating layer 3 are used to sandwich the so-called double-sided plate 4b having the conductive layer 2 formed on both sides of the insulating layer 3
  • the insulating layer 3 is made of an insulating resin material, and is, for example, a prepreg.
  • the conductive layer 2 is made of a conductive material, for example, copper. If the substrate intermediate 1 has the insulating layer 3 and the conductive layer 2 laminated, the number of laminated layers can be selected appropriately.
  • a through hole formation step (step S2) is performed.
  • through holes 5 penetrating the substrate intermediate 1 are formed.
  • the through hole 5 is drilled using, for example, a drill or a laser.
  • the hole shape after drilling is a substantially cylindrical shape, and therefore the inner wall surface of through hole 5 has a circular shape when viewed in the drilling direction.
  • step S3 a plating process (step S3) is performed.
  • the substrate intermediate 1 in which the through holes 5 are formed is plated. Since this plating process is applied to the entire surface of substrate intermediate 1, plating film 6 deposited by the plating process is formed on both surfaces of substrate intermediate 1 and the inner wall surface of through hole 5 as shown in FIG. It is formed.
  • the plating film 6 covers the entire surface of the substrate intermediate 1 and the through holes 5, even after being plated, the plating film 6 is substantially the same as the substrate intermediate 1 and the through holes 5 even if covered with the plating film 6. . Therefore, even when the plating film 6 intervenes on the surface of the substrate intermediate 1 and the inner wall surface of the through hole 5, the surface of the substrate intermediate 1 and the inner wall surface of the through hole 5 may be referred to.
  • This shape forming step is a step of forming the shape of the heat conducting member 7 inserted into the through hole 5. That is, it is a process of machining a plate material and a bar made of metal into a substantially cylindrical shape.
  • the shape of the heat conduction member 7 can be obtained by punching a metal plate into a substantially cylindrical shape, or cutting an elongated substantially cylindrical bar into a predetermined length as appropriate.
  • a material of the heat conduction member 7 a metal material having heat conductivity, for example, copper is used.
  • step S5 an annealing process
  • step S4 the heat conducting member 7 obtained in step S4 is annealed. Specifically, the heat conducting member 7 is heated in an inert gas and then cooled. Here, after annealing, the heat conducting member 7 has a 0.2% proof stress of 10 MPa or less.
  • step S6 an alignment step is performed. This step is a step of positioning the plurality of annealed heat conducting members 7 so as to match the positions of the through holes 5 of the substrate intermediate 1, respectively.
  • the alignment of the heat conducting members 7 is performed by inserting the heat conducting members 7 in a support member in which a recess is provided in advance at a position corresponding to the position of the through hole 5 for positioning. At this time, the heat conduction member 7 is automatically inserted into the recess by vibrating the support material.
  • This alignment step is performed using a commercially available alignment machine.
  • step S7 the insertion step (step S7) is performed.
  • the heat conducting member 7 is inserted into the through hole 5. Therefore, as shown in FIG. 5, the heat conducting member 7 is in the state of being disposed in the through hole 5.
  • a gap G of 100 ⁇ m or less is formed between the outer peripheral surface of the heat conducting member 7 and the inner wall surface of the through hole 5 (the plated film 6 in the through hole 5 in the example of FIG. 5).
  • the volume of the heat conducting member 7 is 100% to 110% with respect to the space volume in the through hole 5 (in the example of FIG. 5, the space volume in the plating film 6 in the through hole 5).
  • the heat conducting member 7 since the diameter of the heat conducting member 7 is smaller than the diameter of the through hole 5, the heat conducting member 7 protrudes from the through hole 5. Thus, the outer diameter of the heat conducting member 7 is smaller than the inner diameter of the through hole 5 (in the example of FIG. 5, the through hole formed by the plating film 6). Thus, the heat conduction member 7 is not pressed into the through hole 5 when the heat conduction member 7 is inserted. Therefore, the substrate intermediate 1 is not damaged at the time of insertion.
  • a plastic deformation step (step S8) is performed.
  • the heat conducting member 7 is fixed in the through hole 5, and the heat dissipation substrate 15 is manufactured.
  • the substrate intermediate 1 is set in a press.
  • the press is provided with a support plate 8 on which the substrate intermediate 1 is placed. That is, the support plate 8 is disposed on one side of the substrate intermediate 1 so as to close the through hole 5.
  • the pressing piece 9 is pressed against the heat conducting member 7 from the other side where the support plate 8 is disposed.
  • the end face on the side where the heat conducting member 7 protrudes from the through hole 5 is the pressing surface 10, and the pressing piece 9 is pressed against the pressing surface 10.
  • the pressing piece 9 further presses the heat conducting member 7 in the longitudinal direction of the through hole 5, that is, in the arrow P direction.
  • the heat conducting member 7 abuts against the support plate 8 by the pressure of the pressing piece 9 and is further spread outward by being further pressed. That is, the heat conducting member 7 spreads in the radial direction and contacts the inner wall surface of the through hole 5.
  • the metal heat conducting member 7 is plastically deformed when pressed beyond the 0.2% proof stress, and is fixed in close contact with the through hole 5 as shown in FIG.
  • the annealing step of annealing the heat conducting member 7 is performed in advance prior to the above-mentioned insertion step, internal stress of the material having thermal conductivity is removed, and the above-described proof stress can be set. it can. That is, the load resistance of the material to be the heat conducting member 7 is lowered by the annealing process. Therefore, the heat conduction member 7 can be set so as to be plastically deformed by a pressing force that the substrate intermediate 1 is not broken in the plastic deformation step, and the heat conduction member 7 is plastically deformed without breaking the substrate intermediate 1 It can be fixed in the through hole 5.
  • the proof stress can be set by the annealing process
  • the size of the heat conducting member 7 can be grasped when it is expanded by the amount of strain at which plastic deformation starts. Therefore, the inner diameter of through hole 5 can be set in consideration of the amount of expansion, so that when heat conduction member 7 is plastically deformed in the plastic deformation step, a gap is not generated between through hole 5 reliably. It can be fixed.
  • the gap G as described above as narrow as 100 ⁇ m or less, the heat conducting member 7 spreads in the radial direction while maintaining the roundness (even while maintaining the circular shape as viewed from the pressing direction), The heat conduction member 7 and the through holes 5 contact in the process of spreading the outside evenly as such.
  • the volume of the heat conducting member 7 is 100% to 110% with respect to the space volume in the through hole 5. .
  • a heat conduction member and a through hole can be stuck closely so that a clearance gap may not be carried out reliably.
  • the gap G of 100 ⁇ m or less in the case of the heat conducting member 7 made of a copper cylinder having a 0.2% proof stress of 10 MPa or less, when it is pressed by the pressing piece 9 and compressed and deformed, it is viewed from the pressing direction The roundness of the heat conduction member 7 is gradually reduced. At this time, since a difference of 100 ⁇ m appears from the center to the outer edge of the heat conducting member 7 at a strain amount of 10%, the strain amount generated in the heat conducting member 7 in the plastic deformation step is preferably 10% or less.
  • the gap G is preferably 100 ⁇ m or less. Furthermore, if the gap G is set to 100 ⁇ m or less, even if there is a gap with the through hole 5 after plastic deformation of the thermal conduction member 7, the gap is about several tens of ⁇ m, so the plating treatment is sufficient Since the interval can be closed, post-processing in case of emergency can be easily performed (lid plating step described later).
  • the pressing force by the pressing piece 9 is set smaller than the compressive breaking stress of the insulating layer 3 in the direction perpendicular to the penetrating direction (longitudinal direction) of the through hole 5. By doing so, even if the pressing force is directly transmitted to the insulating layer, the insulating layer 3 is not cracked or the like. Further, if the pressing force is set smaller than the compressive breaking stress of the plating film 6 formed on the inner wall surface of the through hole 5, the plating film 6 in the through hole 5 is not affected.
  • the pressing force by the pressing piece 9 is preferably 250 MPa or less .
  • the pressing piece 9 is in the range within the outer edge of the pressing surface 10. That is, the pressing piece 9 does not protrude outward from the pressing surface 10 at the time of pressing. Therefore, even if the pressing pieces 9 reach the line of the surface of the substrate intermediate 1, the pressing pieces 9 do not hit the surface of the substrate intermediate 1. In other words, the pressing force by the pressing piece 9 is not directly applied to the substrate intermediate. Therefore, the breakage of the substrate intermediate 1 in the plastic deformation step can be prevented.
  • the heat conducting member 7 can be further expanded in the radial direction by inserting the heat conducting member 9 into the heat conducting member 7. For this reason, reliable fixation with respect to the through hole 5 of the heat conductive member 7 is realizable.
  • the pressing by the pressing piece 9 is performed by tapping the pressing piece 9 on the heat conducting member 7 by reciprocating motion. That is, the heat conducting member 7 is subjected to a dynamic plastic deformation process. In this dynamic plastic deformation process, the instantaneous stress is greater than that of the static one.
  • the fact that the pressing pieces 9 do not directly hit the substrate intermediate 1 is also for preventing such breakage of the substrate intermediate 1 without exerting such a large pressing stress on the substrate intermediate 1.
  • the portion of the heat conducting member 7 protruding from the through hole 5 in the plastic deformation step is processed to be flush with the surface of the substrate intermediate 1 by physical polishing such as buffing.
  • a lid plating step (step S9) is performed. As shown in FIG. 8, this step is performed when the thermally conductive member 7 and the plating film 6 formed on the inner wall surface of the through hole 5 do not adhere completely in the plastic deformation step, and a space is left. It will be.
  • the lid plating 19 is formed by performing a copper plating process on the heat dissipation substrate 15. At this time, the lid plating 19 is also filled in the interval. By the lid plating process, the space between the heat conducting member 7 and the through hole 5 is completely sealed. This completely prevents the solder for mounting components from intruding into the through hole 5 through the interval in the post process.
  • Lid plating 19 is suitably removed. In the following drawings, the lid plating 19 is omitted for convenience.
  • step S10 a circuit formation step is performed.
  • the plating film 6 formed on the surface of the heat dissipation substrate 15 is removed by etching or the like to form a conductor pattern 11 as shown in FIG.
  • step S11 a solder resist application step.
  • the solder resist 12 made of an insulator is applied to both surfaces of the heat dissipation substrate 15.
  • a land formation step (step S12) is performed.
  • a part of the solder resist 12 is removed to expose the area on which the electrical or electronic component 13 is to be mounted as a land 14.
  • the lands 14 are formed corresponding to both surfaces of the heat dissipation substrate 15, respectively.
  • the removal of the solder resist 12 is performed in a 150 ° C. environment for about one hour. Although this temperature exceeds the glass transition temperature Tg (140 ° C.) of the insulating layer 3 made of prepreg, as described above, since the heat conducting member 7 is annealed, strong internal stress is present in the heat conducting member 7 No, and therefore, the insulating layer 3 is not cracked.
  • step S13 the component mounting process
  • the component 13 is mounted on the land 14 via the solder 16.
  • the component 13 and the heat conducting member 7 are thermally connected via the solder 16. That is, the heat radiation path of the heat generated from the component 13 is secured.
  • the component 13 and the heat conducting member 7 may be thermally connected using a resin or heat transfer sheet having heat conductivity other than the solder 16.
  • a sheet-like thermally conductive sheet 17 made of a conductive material is attached to the land 14 on the surface opposite to the surface on which the component 13 is mounted.
  • the heat sink 18 is attached in contact with the heat conduction sheet 17.

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Abstract

本発明に係る放熱基板の製造方法は、絶縁樹脂材料からなる絶縁層に導電材料からなる導電層が形成された基板中間体を形成する基板中間体形成工程と、前記基板中間体を貫通する略円柱形状のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、前記スルーホール内に金属からなる略円柱形状の熱伝導部材を挿入して配する挿入工程と、前記熱伝導部材を塑性変形させて前記スルーホール内に固定する塑性変形工程とを備え、前記挿入工程よりも前に、前記熱伝導部材を焼き鈍す焼き鈍し工程を行う。

Description

放熱基板の製造方法
　本発明は、例えば車両の電気的制御機器や家庭用機器やＬＥＤ部品又は産業用機器に使用される放熱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、基板に対して部品の実装面とは反対側に放熱経路を形成した放熱基板が用いられている。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）に伝導し、背面側にてヒートシンク等を用いて冷却している。
　放熱経路の形成手法としては、例えば基板に形成されたスルーホール内に熱伝導率の高い金属（Ｃｕ、Ａｌ等）からなる熱伝導部材を配設し、この熱伝導部材をスルーホール内に固定する方法がある。スルーホールへの金属の固定は、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）。そして発熱部品の放熱は、熱伝導部材を発熱部品と接続して部品から発生する熱を熱伝導部材（例えば柱状の銅）を介して外部に放熱することで行われている。
特開２０１０-２６３００３号公報
　しかしながら、熱伝導部材を圧入によってスルーホール内に固定すると、圧入に伴って応力が生じるので、基板の絶縁層を形成しているプリプレグ（ガラスクロスとエポキシ樹脂からなる複合材料）にクラックが発生するおそれがある。
　また、熱伝導部材を塑性変形によってスルーホール内に固定すると、スルーホール内に挿入する際には熱伝導部材の径をスルーホールの径よりも小さくし、挿入後に加圧により塑性変形させて固定することになる。このとき、熱伝導部材とスルーホールとの中心位置がずれていると、隙間が発生するおそれがある。また、熱伝導部材の塑性変形を生じさせるための圧力が大きい場合、熱伝導部材の径方向へ広がる塑性変形量が一定とは限らず、やはり熱伝導部材とスルーホールとの間に隙間が発生するおそれがある。このような隙間の存在は、発熱部品を実装させるために用いる半田が浸透することで不具合を招く。また、隙間が発生していない部分では強い応力が基板に対して働くため、絶縁層破壊を招くおそれがある。
　本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、塑性変形させて熱伝導部材をスルーホール内に固定した場合でも、熱伝導部材が有する応力によって基板が破壊されたりクラックが発生したりすることがない放熱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、絶縁樹脂材料からなる絶縁層に導電材料からなる導電層が形成された基板中間体を形成する基板中間体形成工程と、前記基板中間体を貫通する略円柱形状のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、前記スルーホール内に金属からなる略円柱形状の熱伝導部材を挿入して配する挿入工程と、前記熱伝導部材を塑性変形させて前記スルーホール内に固定する塑性変形工程とを備え、前記挿入工程よりも前に、前記熱伝導部材を焼き鈍す焼き鈍し工程を行うことを特徴とする放熱基板の製造方法を提供する。
　好ましくは、前記塑性変形工程は、前記基板中間体の一方の側に前記スルーホールを閉塞するように支持板を配し、前記基板中間体の他方の側から押圧片を前記熱伝導部材の押し当て面に押し当てて押圧して行われ、前記押圧片による押圧力は、前記スルーホールの貫通方向に対して垂直方向での前記絶縁層の圧縮破断応力よりも小さい。
　好ましくは、前記挿入工程にて、前記熱伝導部材が前記スルーホールに挿入された際に、前記熱伝導部材の外周面と前記スルーホールの内壁面との間には１００μｍ以下の隙間が形成され、かつ前記熱伝導部材の体積は前記スルーホール内の空間体積に対して１００％～１１０％である。
　好ましくは、前記塑性変形工程にて、前記押圧片が前記熱伝導部材に押し当てられた際に、前記押圧片は前記押し当て面の外縁以内の範囲に収まっている。
　本発明によれば、挿入工程に先立って、予め熱伝導部材を焼き鈍す焼き鈍し工程を行うので、熱伝導性を有する材料が有する内部応力を除去することができる。また、熱伝導部材を焼き鈍すことで耐力を低下させることができるので、塑性変形工程で基板中間体が破壊されることのない押圧力で熱伝導部材が塑性変形するように設定でき、基板中間体を破壊することなく熱伝導部材を塑性変形させてスルーホール内に固定することができる。また、耐力が設定できるので、塑性変形が始まるひずみ量だけ膨らんだ場合の熱伝導部材の大きさを把握できる。したがって、塑性変形工程で熱伝導部材を塑性変形させた際にスルーホールとの間に隙間を発生させることなく確実に固定させることができる。
　また、塑性変形工程で押圧片による押圧力をスルーホールの貫通方向に対して垂直方向での絶縁層の圧縮破断応力よりも小さくするので、押圧力が直接絶縁層に伝わったとしても、絶縁層にクラック等が生じることはない。
　また、塑性変形前の熱伝導部材とスルーホールとの間の隙間を１００μｍ以下とすることで、熱伝導部材が押圧された際に均等に外側に広がっていく範囲内で熱伝導部材とスルーホールとが接触する。すなわち、押圧方向から見て熱伝導部材は円形状を保持したまま均等に外側に広がっていく。さらに、熱伝導部材の体積をスルーホール内の空間体積に対して１００％～１１０％とすることで確実に隙間のないように熱伝導部材とスルーホールとを密着させることができる。
　また、塑性変形工程にて、押圧片が熱伝導部材に押し当てられた際に、押圧片は押し当て面の外縁以内の範囲に収まっているため、押圧片による押圧力が直接基板中間体に作用されない。このため、基板中間体の破壊を防止できる。また、熱伝導部材の体積が小さく、熱伝導部材の全周面がスルーホールに密着しない場合でも、押圧片を熱伝導部材にめり込ませてさらに熱伝導部材を径方向に押し広げることができるので、熱伝導部材のスルーホールに対する確実な固定を実現できる。
本発明に係る放熱基板の製造方法のフローチャートである。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。 本発明に係る放熱基板の製造方法を順番に説明する概略図である。
　図１のフローチャートを参照しながら本発明に係る放熱基板の製造方法について説明する。基板中間体形成工程（ステップＳ１）～めっき工程（ステップＳ３）と形状形成工程（ステップＳ４）～整列工程（ステップＳ６）は、いずれかを先にやってもよいし、同時に行ってもよい。
　基板中間体形成工程（ステップＳ１）で、図２に示すような基板中間体１を製造する。図１の例では、基板中間体１はいわゆる４層基板であり、導体パターンとなっている導電材料からなる導電層２が絶縁層３を介して４層形成されている。詳しく言えば、絶縁層３の片面にのみ導電層２が形成されたいわゆる片面板４ａを２枚用いて絶縁層３の両面に導電層２が形成されたいわゆる両面板４ｂを挟み込み、これを積層することで４層の多層板としている。ここで、絶縁層３は絶縁樹脂材料からなり、例えばプリプレグである。導電層２は導電材料からなり、例えば銅である。基板中間体１は、この絶縁層３と導電層２とを積層していれば、その積層枚数は適宜選択可能である。
　次にスルーホール形成工程（ステップＳ２）を行う。この工程では、図３に示すように、基板中間体１を貫通するスルーホール５を形成する。このスルーホール５は、例えばドリルやレーザ等を用いて穿設される。穿設後の孔形状は略円柱形状であり、したがって穿設方向で見るとスルーホール５の内壁面は円形を描いている。
　次にめっき工程（ステップＳ３）を行う。この工程では、スルーホール５が形成された基板中間体１に対してめっき処理を施す。このめっき処理は基板中間体１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めっき膜６は、図４に示すように、基板中間体１の両面とスルーホール５の内壁面に形成される。このように、めっき膜６は基板中間体１及びスルーホール５の全面を覆うため、めっき処理後も外形としてはめっき膜６で覆われても基板中間体１及びスルーホール５と略同一である。したがって、基板中間体１の表面やスルーホール５の内壁面に対してめっき膜６が介在した状態でも基板中間体１の表面、スルーホール５の内壁面と称する場合がある。
　一方で、形状形成工程（ステップＳ４）が行われる。この形状形成工程は、スルーホール５内に挿入される熱伝導部材７の形状を形成する工程である。すなわち、金属製の板材や棒材を機械加工して、略円柱形状とする工程である。例えば、金属板を略円柱形状となるように打ち抜いたり、長尺の略円柱形状の棒材を適宜所定長さに切断して熱伝導部材７の形状を得ることができる。熱伝導部材７の材料としては、伝熱性を有する金属材料、例えば銅が用いられる。
　次に焼き鈍し工程（ステップＳ５）を行う。この工程では、ステップＳ４で得られた熱伝導部材７を焼き鈍す。具体的には、熱伝導部材７を不活性ガス中で加熱し、その後冷却する。ここで、焼き鈍し後に熱伝導部材７は０．２％耐力が１０ＭＰａ以下とされる。そして整列工程（ステップＳ６）を行う。この工程は、焼き鈍された複数の熱伝導部材７を基板中間体１のスルーホール５の位置にそれぞれ合うように位置決めする工程である。この熱伝導部材７の整列は予めスルーホール５の位置に対応した位置に凹みが設けられた支持材に熱伝導部材７をそれぞれ入れ込んで位置決めするものである。このとき、支持材を振動させることにより自動で熱伝導部材７が凹みに入り込む。この整列工程は、市販の整列機を用いて行われる。
　そして、挿入工程（ステップＳ７）を行う。この工程では、スルーホール５内に熱伝導部材７が挿入される。したがって、図５に示すように、熱伝導部材７はスルーホール５内に配された状態となる。このとき、熱伝導部材７の外周面とスルーホール５（図５の例ではスルーホール５内のめっき膜６）の内壁面との間には１００μｍ以下の隙間Ｇが形成されている。そして、熱伝導部材７の体積はスルーホール５内の空間体積（図５の例ではスルーホール５内のめっき膜６内の空間体積）に対して１００％～１１０％となっている。したがって、熱伝導部材７の径がスルーホール５の径よりも小さいため、熱伝導部材７はスルーホール５からはみ出ている。このように、熱伝導部材７の外径はスルーホール５（図５の例ではめっき膜６で形成されたスルーホール）の内径よりも小さい。これにより、熱伝導部材７の挿入時にスルーホール５に圧入されることはない。したがって、挿入時に基板中間体１が損傷することはない。
　次に、塑性変形工程（ステップＳ８）を行う。この塑性変形工程を経て、熱伝導部材７はスルーホール５内に固定され、放熱基板１５が製造される。熱伝導部材７を塑性変形するために、基板中間体１はプレス機にセットされる。プレス機には支持板８が備わっていて、基板中間体１はこの支持板８上に載置される。すなわち、支持板８は基板中間体１の一方の側にスルーホール５を閉塞するように配されている。この状態で、支持板８が配された他方の側から押圧片９が熱伝導部材７に押し当てられる。具体的には、図６に示すように、熱伝導部材７がスルーホール５から突出している側の端面が押し当て面１０となり、この押し当て面１０に押圧片９が押し当てられる。押圧片９はさらに熱伝導部材７をスルーホール５の長手方向、すなわち矢印Ｐ方向に押圧する。
　押圧片９による押圧により、熱伝導部材７は支持板８に突き当たり、さらに押圧されることで外方に押し広げられる。すなわち、熱伝導部材７は径方向に広がってスルーホール５の内壁面に接触する。金属製の熱伝導部材７は、０．２％耐力を超えて押圧されると塑性変形し、図７に示すようにスルーホール５内に密着しながら固定されることになる。
　このとき、上述した挿入工程に先立って、予め熱伝導部材７を焼き鈍す焼き鈍し工程を行ったので、熱伝導性を有する材料が有する内部応力が除去され、上述したような耐力を設定することができる。すなわち、熱伝導部材７となる材料は焼き鈍し工程により耐力が低下させられている。したがって、塑性変形工程で基板中間体１が破壊されることのない押圧力で熱伝導部材７が塑性変形するように設定でき、基板中間体１を破壊することなく熱伝導部材７を塑性変形させてスルーホール５内に固定することができる。また、焼き鈍し工程により耐力を設定できるので、塑性変形が始まるひずみ量だけ膨らんだ場合の熱伝導部材７の大きさを把握できる。したがって、その膨らみ量を考慮に入れてスルーホール５の内径を設定できるので、塑性変形工程で熱伝導部材７を塑性変形させた際にスルーホール５との間に隙間を発生させることなく確実に固定させることができる。特に、上述したような隙間Ｇを１００μｍ以下と狭く設定したことで、熱伝導部材７は真円性を保ったまま（押圧方向から見て円形状を保持したまま均等に）径方向に広がり、そのように均等に外側に広がっていく過程で熱伝導部材７とスルーホール５とが接触する。確実に熱伝導部材７をスルーホール５の内壁面に接触させるために、上述したように、熱伝導部材７の体積はスルーホール５内の空間体積に対して１００％～１１０％となっている。このような体積とすることで、確実に隙間のないように熱伝導部材とスルーホールとを密着させることができる。
　隙間Ｇを１００μｍ以下としたことについてさらにいえば、０．２％耐力が１０ＭＰａ以下の銅円柱からなる熱伝導部材７の場合、押圧片９によって押圧して圧縮変形させると押圧方向から見たときの熱伝導部材７の真円性は低下していく。このとき、１０％のひずみ量で熱伝導部材７の中心から外縁まで１００μｍの差が現れることから、塑性変形工程で熱伝導部材７に生じるひずみ量は１０％以下であることが好ましい。このようなひずみ量において、隙間Ｇが１００μｍ以上あると真円性が押圧によりさらに崩れる結果となり、挿入工程で熱伝導部材７を挿入したときにスルーホール５との中心位置が大きくずれる原因となり、押圧後に熱伝導部材７とスルーホール５とに密着しない部分が生じてしまう。したがって、隙間Ｇは１００μｍ以下であることが好ましいといえる。さらに、隙間Ｇを１００μｍ以下としておけば、万が一熱伝導部材７の塑性変形後にスルーホール５と間隔が存在してしまったとしても、その間隔は数十μｍ程度であるから、めっき処理により十分その間隔を塞ぐことができるので、万が一の場合の後処理も容易に行うことができる（後述する蓋めっき工程）。
　また、押圧片９による押圧力はスルーホール５の貫通方向（長手方向）に対して垂直方向での絶縁層３の圧縮破断応力よりも小さく設定される。このようにすることで、押圧力が直接絶縁層に伝わったとしても、絶縁層３にクラック等が生じることはない。さらにこの押圧力をスルーホール５の内壁面に形成されているめっき膜６の圧縮破断応力よりも小さく設定すれば、スルーホール５内のめっき膜６にも影響を与えることはない。具体的には、めっき膜６の圧縮破断応力は約３００ＭＰａであり、プリプレグからなる絶縁層３の圧縮破断応力は２５０ＭＰａ～３５０ＭＰａであるため、押圧片９による押圧力は２５０ＭＰａ以下であることが好ましい。
　また、図６を参照すれば明らかなように、押圧片９は押し当て面１０の外縁以内の範囲に収まっている。すなわち、押圧時に押圧片９は押し当て面１０から外側にはみ出ていない。このため、押圧片９が基板中間体１の表面のラインまで到達しても、押圧片９は基板中間体１の表面に突き当たることはない。換言すれば、押圧片９による押圧力は直接基板中間体に作用されることはない。このため、塑性変形工程における基板中間体１の破壊を防止できる。また、熱伝導部材７の体積が小さく、押圧片９を基板中間体１の表面のラインまで押し下げて押圧したとしても、熱伝導部材７の全周面がスルーホールに密着しない場合でも、押圧片９を熱伝導部材７にめり込ませてさらに熱伝導部材７を径方向に押し広げることができる。このため、熱伝導部材７のスルーホール５に対する確実な固定を実現できる。この押圧片９による押圧は熱伝導部材７に押圧片９を往復運動によって叩きつけることで行われる。すなわち、熱伝導部材７は動的な塑性変形処理が施される。この動的な塑性変形処理は静的なものより瞬間にかかる応力は大きい。押圧片９が直接基板中間体１に当たらないようにすることは、このような大きい押圧応力を基板中間体１に作用させず、基板中間体１の破壊を防ぐためでもある。
　塑性変形工程にてスルーホール５からはみ出ている熱伝導部材７の部分は、バフ研磨等の物理研磨により基板中間体１の表面と面一となるように加工される。
　次に、蓋めっき工程（ステップＳ９）を行う。この工程は、図８に示すように、塑性変形工程で熱伝導部材７とスルーホール５の内壁面に形成されためっき膜６とが完全に密着せず、間隔があいてしまった場合に行われる。具体的には、放熱基板１５に銅めっき処理を施すことで、蓋めっき１９を形成する。この際、蓋めっき１９は当該間隔にも充填される。この蓋めっき工程により、熱伝導部材７とスルーホール５との間は完全に封止されることになる。これにより、後工程で部品搭載のための半田が間隔を通じてスルーホール５内に浸入してしまうことが完全に防止される。半田の浸入防止を図ることで、部品搭載のための半田量減少を防止でき、半田が浸入して反対側の面から突出することも防止できるので反対側の面の平坦性も確保できる。蓋めっき１９は適宜除去される。なお、以降の図では便宜上蓋めっき１９を省略して記載する。
　次に回路形成工程（ステップＳ１０）を行う。この工程では、放熱基板１５の表面に形成されているめっき膜６をエッチング処理等で除去し、図９に示すような導体パターン１１を形成する。
　そして、ソルダレジスト塗布工程（ステップＳ１１）を行う。この工程では、図１０に示すように、放熱基板１５の両面に絶縁体からなるソルダレジスト１２を塗布する。
　そして、ランド形成工程（ステップＳ１２）を行う。この工程では、図１１に示すように、ソルダレジスト１２の一部を除去し、電気又は電子的な部品１３を搭載するべき領域をランド１４として露出させる。なお、ランド１４は放熱基板１５の両面にそれぞれ対応して形成される。このソルダレジスト１２の除去は１５０℃環境下で約１時間かけて行われる。この温度はプリプレグからなる絶縁層３のガラス転移温度Ｔｇ（１４０℃）を上回っているが、上述したように熱伝導部材７に焼き鈍し工程を行っているので熱伝導部材７に強い内部応力は存在せず、したがって絶縁層３にクラックが生じることはない。
　そして、部品搭載工程（ステップＳ１３）を行う。この工程では、図１２に示すように、半田１６を介してランド１４に部品１３を搭載する。これにより、部品１３と熱伝導部材７とは半田１６を介して熱的に接続される。すなわち、部品１３から発生した熱の放熱経路が確保される。なお、半田１６ではなく他の伝熱性を有する樹脂や伝熱シート等を用いて熱的に部品１３と熱伝導部材７とを接続してもよい。部品１３が搭載された面と反対側の面のランド１４には、導電性材料からなるシート状の熱伝導シート１７が貼り付けられる。この熱伝導シート１７と接して、ヒートシンク１８が取り付けられる。
１：基板中間体、２：導電層、３：絶縁層、４ａ：片面板、４ｂ：両面板、５：スルーホール、６：めっき膜、７：熱伝導部材、８：支持板、９：押圧片、１０：押し当て面、１１：導体パターン、１２：ソルダレジスト、１３：部品、１４：ランド、１５：放熱基板、１６：半田、１７：熱伝導シート、１８：ヒートシンク、１９：蓋めっき

Claims (4)

  1. 　絶縁樹脂材料からなる絶縁層に導電材料からなる導電層が形成された基板中間体を形成する基板中間体形成工程と、
    　前記基板中間体を貫通する略円柱形状のスルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
    　前記スルーホール内に金属からなる略円柱形状の熱伝導部材を挿入して配する挿入工程と、
    　前記熱伝導部材を塑性変形させて前記スルーホール内に固定する塑性変形工程と
    を備え、
    　前記挿入工程よりも前に、前記熱伝導部材を焼き鈍す焼き鈍し工程を行うことを特徴とする放熱基板の製造方法。
  2. 　前記塑性変形工程は、前記基板中間体の一方の側に前記スルーホールを閉塞するように支持板を配し、前記基板中間体の他方の側から押圧片を前記熱伝導部材の押し当て面に押し当てて押圧して行われ、
    　前記押圧片による押圧力は、前記スルーホールの貫通方向に対して垂直方向での前記絶縁層の圧縮破断応力よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の放熱基板の製造方法。
  3. 　前記挿入工程にて、前記熱伝導部材が前記スルーホールに挿入された際に、前記熱伝導部材の外周面と前記スルーホールの内壁面との間には１００μｍ以下の隙間が形成され、かつ前記熱伝導部材の体積は前記スルーホール内の空間体積に対して１００％～１１０％であることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板の製造方法。
  4. 　前記塑性変形工程にて、前記押圧片が前記熱伝導部材に押し当てられた際に、前記押圧片は前記押し当て面の外縁以内の範囲に収まっていることを特徴とする請求項２に記載の放熱基板の製造方法。
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