(57)【要約】【課題】発熱部品が実装される箇所にスルーホールを開けて放熱体としての金属コインを埋め込んだ金属コイン埋設部を有する金属コイン埋込基板において、金属コイン埋設部の信頼性を高める。【解決手段】基板２０に形成されているスルーホール２１内に放熱体としての銅コイン（金属コイン）２０を埋め込んだ金属コイン埋設部２を有する金属コイン埋込基板１において、銅コイン２０とスルーホール２１との間に充填材３０が充填されているとともに、基板２０の少なくとも部品実装面側に金属コイン埋設部２を覆う蓋メッキ４０を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されているスルーホール内に放熱体としての金属コインを埋め込んだ金属コイン埋設部を有する金属コイン埋込基板において、
上記金属コインと上記スルーホールとの間に充填材が充填されているとともに、上記基板の少なくとも部品実装面側に上記金属コイン埋設部を覆う蓋メッキが形成されていることを特徴とする金属コイン埋込基板。
【請求項２】
上記充填材は放熱性を有していることを特徴とする請求項１に記載の金属コイン埋込基板。
【請求項３】
上記充填材には、エポキシ樹脂を含む樹脂成分、硬化剤および無機フィラーが含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属コイン埋込基板。
【請求項４】
上記充填材の８０℃における複素粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ〜５×１０６Ｐａ・ｓの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属コイン埋込基板。
【請求項５】
上記硬化剤として、イミダゾール系硬化剤、カチオン系硬化剤およびラジカル系硬化剤より選択される１種または２種以上が用いられることを特徴とする請求項３または４に記載の金属コイン埋込基板。
【請求項６】
上記無機フィラーには、金粉，銀粉，銅粉，ニッケル粉、金，銀，銅およびニッケルから選択される２種以上の金属からなる合金粉、銀コート銅粉、金コート銅粉、銀コートニッケル粉、金コートニッケル粉、シリカ，アルミナ，窒素ホウ素，グラフェンおよびカーボンより選択される１種または２種以上が用いられることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の金属コイン埋込基板。
【請求項７】
基板にスルーホールを穿設する工程と、上記スルーホール内に充填材が塗布された放熱体としての金属コインを挿入して金属コイン埋設部を形成する工程と、少なくとも上記基板の部品実装面側に蓋メッキを形成して上記金属コイン埋設部を覆う工程とを、この順序で行うことを特徴とする金属コイン埋込基板の製造方法。
【請求項８】
上記充填材には、エポキシ樹脂を含む樹脂成分、硬化剤および無機フィラーを含有してなり、８０℃における複素粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ〜５×１０６Ｐａ・ｓの範囲内である接着用組成物が用いられ、上記基板をあらかじめ所定温度に加熱したうえで、上記スルーホール内に上記充填材が塗布された金属コインを挿入し、加熱により上記充填材を硬化させたのち、上記基板の部品実装面側に蓋メッキを形成することを特徴とする請求項７に記載の金属コイン埋込基板の製造方法。
【請求項９】
上記金属コインの材質が銅であり、上記充填材に含まれる上記無機フィラーとして銅粉が用いられることを特徴とする請求項８に記載の金属コイン埋込基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱を要する発熱部品が実装される箇所にスルーホールを開けて放熱体としての金属コインを埋め込んだ金属コイン埋込基板に関し、さらに詳しく言えば、金属コイン埋設部の信頼性を高める技術に関するものである。
【０００２】
パワーモジュール等の発熱部品が実装される基板では、その発熱部品により発生する熱を放熱する機能が求められている。例えば、特許文献１には、基板にスルーホール（貫通孔）を穿設し、そのスルーホール内に放熱体としての金属コインを挿入した後、金属コインをプレスによって物理的に変形させることによってスルーホール内に圧着したインレイ部を有する金属インレイ基板が記載されている。
【０００３】
以下に説明する従来技術の金属コインを埋め込んだ金属インレイ基板において、スルーホール内に金属コインを挿入し、その金属コインをプレスにて圧縮・拡径してスルーホール内に圧着した箇所を「インレイ部」と言う。
【０００４】
また、多くの場合、金属コインには銅の円柱体もしくは円盤体が用いられ、これらは銅コインと呼ばれるていることから、本明細書においても、金属コインを銅コインと言うことがある。
【０００５】
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来の金属インレイ基板において、銅コイン１０は基板２０に穿設されているスルーホール２１よりも小径で、基板２０の厚さ（＝スルーホール２１の軸長）よりも若干厚い厚さを有し、スルーホール２１内に挿入した後、プレス等により上から圧力をかけて、基板２０の厚さと同じになるように塑性変形（圧縮・拡径）することによりスルーホール２１内に取り付けられる。
【０００６】
その際、銅コイン１０がスルーホール２１から抜け落ちないようにするため、銅コイン１０の体積をスルーホール２１の容積よりも大きめとし、プレスにより銅コイン１０を押し潰してスルーホール２１の内径よりも広がるように拡径することにより、銅コイン１０をスルーホール２１内に圧着するようにしている。
【０００７】
しかしながら、銅コイン１０の体積がスルーホール２１の容積よりも大きすぎると、スルーホール２１の孔壁に必要以上の力が加えられ、図６（ａ）に示すように、基板２０のプリプレグ基材２０ａにクラックが入ることがある。
【０００８】
そのため、内層回路を有する基板においては、クラックが発生したとしても、内層回路にまでクラックが及ばないように、その内層回路とスルーホール２１の孔壁との間に約３ｍｍ程度のクリアランスを確保するようにしている。
【０００９】
なお、このクラックは、その後の熱プロセスにより拡大し、最悪、基材剥離にまで至ることがある。また、上記のようにしてインレイ部を形成した後に、回路パターン形成用の薬液にてエッチングを行ったり、蓋メッキ加工を行うと、銅コイン１０とスルーホール２１の孔壁との間にそれらの薬液が浸透し、腐食の発生原因となる。
【００１０】
銅コイン１０の体積がスルーホール２１の容積よりも小さい場合には、図６（ｂ）に示すように、銅コイン１０とスルーホール２１との間に隙間Ｇが生じ、この隙間Ｇ内に例えばエッチング液等の薬剤が入り込み腐食の発生原因となる。
【００１１】
そこで、従来の金属インレイ基板の製造工程では、図７に概略的に示すように、（ａ）回路パターンを形成し、（ｂ）続いてソルダーレジストを形成してベアボード基板を作成したのちに、（ｃ）銅コインをインレイ部のスルーホール内に挿入し、（ｄ）プレス等により銅コインに圧力を加えて塑性変形させてスルーホール内に圧着するようにしている。
【００１２】
しかしながら、このようにベアボード基板の作成後に銅コインを入れるようにしても、その後のリフローハンダによる部品実装工程において、インレイ部の隙間やクラックにハンダペーストやハンダ材が入り込むおそれがある。
【００１３】
このように、従来のインレイ部、すなわち銅コインをスルーホール内に挿入した後、プレスにより圧縮し拡径させてなるインレイ部では、クラックや隙間が発生しやすいため、金属インレイ基板の信頼性を低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−１７０４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の課題は、発熱部品が実装される箇所にスルーホールを開けて放熱体としての金属コインを埋め込んだ金属コイン埋込基板において、その金属コイン埋設部の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、基板に形成されているスルーホール内に放熱体としての金属コインを埋め込んだ金属コイン埋設部を有する金属コイン埋込基板において、
上記金属コインと上記スルーホールとの間に充填材が充填されているとともに、上記基板の少なくとも部品実装面側に上記金属コイン埋設部を覆う蓋メッキが形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記充填材は放熱性を有していることが好ましい。
【００１８】
上記充填材には、好ましくは、エポキシ樹脂を含む樹脂成分、硬化剤および無機フィラーが含まれているとよい。
【００１９】
また、上記充填材の８０℃における複素粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ〜５×１０６Ｐａ・ｓの範囲内であることが好ましい。
【００２０】
上記硬化剤として、好ましくは、イミダゾール系硬化剤、カチオン系硬化剤およびラジカル系硬化剤より選択される１種または２種以上が用いられる。
【００２１】
また、上記無機フィラーには、金粉，銀粉，銅粉，ニッケル粉、金，銀，銅およびニッケルから選択される２種以上の金属からなる合金粉、銀コート銅粉、金コート銅粉、銀コートニッケル粉、金コートニッケル粉、シリカ，アルミナ，窒素ホウ素，グラフェンおよびカーボンより選択される１種または２種以上が好ましく用いられる。
【００２２】
また、本発明には金属コイン埋込基板の製造方法も含まれる。本発明の金属コイン埋込基板の製造方法は、基板にスルーホールを穿設する工程と、上記スルーホール内に充填材が塗布された放熱体としての金属コインを挿入して金属コイン埋設部を形成する工程と、少なくとも上記基板の部品実装面側に蓋メッキを形成して上記金属コイン埋設部を覆う工程とを、この順序で行うことを特徴としている。
【００２３】
本発明の金属コイン埋込基板の製造方法においても、上記充填材には、エポキシ樹脂を含む樹脂成分、硬化剤および無機フィラーを含有してなり、８０℃における複素粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ〜５×１０６Ｐａ・ｓの範囲内である接着用組成物が用いられ、上記基板をあらかじめ所定温度に加熱したうえで、上記スルーホール内に上記充填材が塗布された金属コインを挿入し、加熱により上記充填材を硬化させたのち、上記基板の部品実装面側に蓋メッキを形成する。
【００２４】
また、本発明の金属コイン埋込基板の製造方法においても、上記放熱体の材質が銅であり、上記充填材に含まれる上記無機フィラーとして銅粉が用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、金属コインとスルーホールとの間に充填材（好ましくは放熱性を有する充填材）が充填されているとともに、金属コイン埋設部が蓋メッキにて覆われていることにより、蓋メッキ形成後に回路パターン形成工程やリフローハンダによる部品実装工程等を行っても、金属コイン埋設部にエッチング時の薬液、ソルダレジスト、ハンダペーストやリフローハンダ等が入り込むことがないため、腐食や基材剥離等が生じない信頼性の高い金属コイン埋設部を有する金属コイン埋込基板を提供することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、金属コインの埋込工程を例えば回路パターン形成のエッチング前に行うことができる等、工程の自由度が高くなる。また、金属コイン埋設部に対して蓋メッキを形成することもできる。
【００２７】
また、金属コインは充填材によってスルーホール内に固着され、従来のインレイ部のようにプレスによって金属コインを圧縮・拡径してスルーホール内に圧着する必要がないため、基板のスルーホールの周りにクラックが発生するおそれがない。
【００２８】
そのため、内層回路を有する基板においては、クラックの発生を想定して、その内層回路とスルーホールの孔壁との間に約３ｍｍ程度のクリアランスを確保する必要がなく、一般的な内層回路を有する多層基板と同じく、内層回路とスルーホールの孔壁との間のクリアランスは０．５ｍｍ程度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による金属コイン埋込基板の（ａ）要部（金属コイン埋設部）を示す分解斜視図、（ｂ）要部を示す分解断面図。
【図２】上記金属コイン埋込基板の（ａ）要部を一部蓋メッキを外して示す斜視図、（ｂ）要部を示す断面図。
【図３】（ａ）〜（ｊ）上記金属コイン埋込基板の製造工程を示す模式図。
【図４】（ａ）図３（ａ）工程における基板を示す断面図、（ｂ）図３（ｂ）工程における基板を示す断面図、（ｃ）図３（ｃ）工程における基板を示す断面図、（ｄ）図３（ｄ）工程における基板を示す断面図、（ｅ）図３（ｈ）工程における基板を示す断面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）従来のインレイ部の作成手順を示す説明図。
【図６】（ａ）（ｂ）従来の金属インレイ基板で発生する欠陥を示す説明図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）従来の金属インレイ基板の製造工程を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、図１ないし図４により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
まず、図１，図２を参照して、この実施形態に係る金属コイン埋込基板１は、先の図５で説明した従来例と同じく、基板２０に穿設されているスルーホール（貫通孔）２１内に、放熱体としての銅コイン（金属コイン）１０を埋め込んだ金属コイン埋設部２を備えている。
【００３２】
銅コイン１０の形状とスルーホール２１の形状は相似形の関係にあり、円形，角形のいずでもよいが、この実施形態では、銅コイン１０を円柱状（ピン状、円盤状）とし、スルーホール２１を円形孔としている。なお、この実施形態では、金属コインを銅コインとしているが、銅と同程度の熱伝導性を有していれば、銅以外の金属が用いられてもよい。
【００３３】
図１（ｂ）に示すように、銅コイン１０の直径をφ１，厚さ（軸方向長さ）をｄ１、スルーホール２１の孔径をφ２，基板２０の板厚（スルーホール２１の深さ）をｄ２として、当初、φ１＜φ２，ｄ１＞ｄ２であるが、銅コイン１０はスルーホール２１内に挿入後、プレス等によりｄ１＝ｄ２になるように圧縮される。
【００３４】
この実施形態では、銅コイン１０の体積をスルーホール２１の容積よりも小さくし、これにより生ずる隙間を充填材３０にて埋め、その後、図２（ａ），（ｂ）に示すように、蓋メッキ４０を形成して金属コイン埋設部２を蓋メッキ４０にて覆う。なお、銅コイン１０をスルーホール２１内に挿入後、プレス等によりｄ１＝ｄ２になるように圧縮しているのは、金属コイン埋設部２の平坦度を出すためである。
【００３５】
この金属コイン埋込基板１は、このように蓋メッキ４０にて金属コイン埋設部２を覆った後、回路パターン形成工程、リフローハンダによる部品実装工程等に流される。
【００３６】
充填材３０は放熱性がなくてもよいが、好ましくは放熱ペーストとして放熱性を有していることが好ましい。充填材３０には、例えば国際公開ＷＯ２０１７／００２３１５Ａ１に記載されている放熱材料接着用組成物を使用することができる。
【００３７】
充填材３０として使用する放熱材料接着用組成物には、エポキシ樹脂を含む樹脂成分、硬化剤および無機フィラーが含まれ、８０℃における複素粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ〜５×１０６Ｐａ・ｓの範囲内である。
【００３８】
上記硬化剤として、好ましくは、イミダゾール系硬化剤、カチオン系硬化剤およびラジカル系硬化剤より選択される１種または２種以上が用いられる。
【００３９】
また、上記無機フィラーには、金粉，銀粉，銅粉，ニッケル粉、金，銀，銅およびニッケルから選択される２種以上の金属からなる合金粉、銀コート銅粉、金コート銅粉、銀コートニッケル粉、金コートニッケル粉、シリカ，アルミナ，窒素ホウ素，グラフェンおよびカーボンより選択される１種または２種以上が好ましく用いられる。
【００４０】
この実施形態において、充填材３０は、図１（ｂ）に示すように、銅コイン１０に付着した状態で銅コイン１０とともにスルーホール２１内に入れられるが、先に充填材３０をスルーホール２１内に塗布しておき、その後に銅コイン１０をスルーホール２１内に挿入するようにしてもよい。
【００４１】
いずれにしても、充填材３０は、銅コイン１０とスルーホール２１との間に生ずるであろう隙間の容積よりも多めに用いられ、銅コイン１０のプレス時にスルーホール２１からはみ出した充填材は蓋メッキ４０を形成する前に研磨等により除去される。
【００４２】
なお、別の実施形態として、銅コイン１０の直径φ１＜スルーホール２１の孔径φ２、銅コイン１０の厚さｄ１＝基板２０の板厚（スルーホール２１の深さ）ｄ２として、銅コイン１０をスルーホール２１内に挿入し、銅コイン１０をプレス等により圧縮することなく、銅コイン１０とスルーホール２１との間の隙間に充填材３０を充填し、加熱により固化させて、銅コイン１０をスルーホール２１内に固定してもよく、このような態様も本発明に含まれる。
【００４３】
次に、図３と図４を参照して、この実施形態に係る金属コイン埋込基板１の製造工程の一例について説明する。なお、基板２０は片面基板、両面基板のいずれでもよいが、この実施形態で用いているのは両面基板である。
【００４４】
まず、図３（ａ），図４（ａ）に示すように、基板２０としての銅張り積層基板に基板表裏の配線パターン同士を接続する配線接続用のスルーホール２２を穿設する。作図の都合上、図３（ａ）には配線接続用のスルーホール２２は一つしか示されていない。
【００４５】
次に、図３（ｂ），図４（ｂ）に示すように、配線接続用のスルーホール２２の内面を含めて基板２０の両面に銅メッキ２３を形成する。この銅メッキ２３は、無電解メッキ、電解メッキ等の常法により形成されてよい。
【００４６】
そして、図３（ｃ），図４（ｃ）に示すように、発熱部品が搭載される箇所に銅コイン１０を埋め込むためのスルーホール２１をドリル等により穿設した後、図３（ｄ），図４（ｄ）に示すように、充填材３０が塗布された銅コイン１０をスルーホール２１内に入れて金属コイン埋設部２とする。このとき、基板２０を予め加熱しておくことが好ましい。
【００４７】
その後、図３（ｅ）に示すように、基板２０を平坦なアンビル５１上に載置し、プレス板５２にて銅コイン１０の表面が銅メッキ２３と面一となるように銅コイン１０を圧縮して金属コイン埋設部２の平坦度出しを行う。
【００４８】
そして、金属コイン埋設部２からはみ出た余剰の充填材３０を除去するため、図３（ｆ）に示すように、基板２０の表面（銅メッキ２３の面）を例えば研磨ロール５３等の研磨手段にて研磨した後、図３（ｇ）に示すように、加熱して銅コイン１０とスルーホール２１の隙間内に充填されている充填材３０を硬化させる。
【００４９】
その後、図３（ｈ）、図４（ｅ）に示すように、基板２０の両面に蓋メッキ４０を形成し、蓋メッキ４０にて金属コイン埋設部２を覆う（図２（ａ），（ｂ）併せて参照）。蓋メッキ４０は、先に形成した銅メッキ２３と同じく、無電解メッキ、電解メッキ等の常法により形成されてよい。
【００５０】
通常、蓋メッキ４０は、配線接続用のスルーホール２２の部分には設けられないが、配線接続用のスルーホール２２までも蓋メッキ４０にて覆う場合には、あらかじめ配線接続用のスルーホール２２には穴埋めが施される。
【００５１】
このようにして金属コイン埋込基板１が得られ、その後、金属コイン埋込基板１は回路パターン形成工程に流され、ドライフィルム貼り、露光、現像等の各工程を経て、図３（ｉ）に示すように回路パターンが形成され、続いて図３（ｊ）に示すように回路パターン上にソルダレジストが形成される。図示しないが、その後、リフローハンダ法による部品実装工程に流される。
【００５２】
上記実施形態によれば、銅コイン（金属コイン）１０とスルーホール２１との間の隙間が充填材（好ましくは放熱性を有する充填材）３０によって埋められており、しかも金属コイン埋設部２が蓋メッキ４０にて覆われていることにより、蓋メッキ形成後に回路パターン形成工程やリフローハンダによる部品実装工程等を行っても、金属コイン埋設部２にエッチング時の薬液、ソルダレジスト、ハンダペーストやリフローハンダ等が入り込むことがないため、腐食や基材剥離等が生じない信頼性の高い金属コイン埋設部２を有する金属コイン埋込基板を提供することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  金属コイン埋込基板
２  金属コイン埋設部
１０  銅コイン（金属コイン、放熱体）
２０  基板（銅張り積層基板）
２１  金属コイン埋込用のスルーホール
２２  配線接続用のスルーホール
２３  銅メッキ
３０  充填材（放熱ペースト）
４０  蓋メッキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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