(57)【要約】【課題】配線基板表面の放熱性を向上させ、電子部品の温度上昇を抑制することを目的とする。【解決手段】この目的を達成する為本発明は、絶縁基材６と、この絶縁基材６上に形成された導体パターン７とを備えた配線基板５において、この配線基板５は、導体パターン７が形成された面の一部または全部を被覆する熱放射層８を有し、この熱放射層８は、５．０ｖｏｌ％以上のＮ型半導体粒子を含有するものとした。これにより本発明は、配線基板５表面の熱を光エネルギーとして放出でき、結果として配線基板５表面の放熱性を向上させ、電子部品９の温度上昇を抑制することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材と、
この絶縁基材上に形成された導体パターンとを備えた配線基板において、
この配線基板は、
前記導体パターンが形成された面の一部または全部を被覆する熱放射層を有し、
この熱放射層は、
５．０ｖｏｌ％以上のＮ型半導体粒子を含有する配線基板。
【請求項２】
絶縁基材と、
この絶縁基材上に形成された導体パターンとを備えた配線基板において、
この配線基板は、
前記導体パターンが形成された面の一部または全部を被覆する樹脂層と、
この樹脂層を被覆する熱放射層とを有し、
この熱放射層は、
５．０ｖｏｌ％以上のＮ型半導体粒子を含有する配線基板。
【請求項３】
前記熱放射層は、
前記配線パターン表面に選択的に形成された請求項１に記載の配線基板。
【請求項４】
前記熱放射層は、
５．０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下のＮ型半導体粒子を含有する請求項１に記載の配線基板。
【請求項５】
前記熱放射層は、
５．０ｖｏｌ％以上９５ｖｏｌ％以下のＮ型半導体粒子を含有する請求項２または３に記載の配線基板。
【請求項６】
前記導体パターンは、
前記絶縁基材上において、その表面が露出するように埋め込まれている請求項１から５のいずれか一つに記載の配線基板。
【請求項７】
前記Ｎ型半導体粒子の平均粒径は、
０．１μｍ以上２０μｍ以下とした請求項１から６のいずれか一つに記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単層または多層の回路基板などの配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、配線基板１は、絶縁基材２と、この絶縁基材２上に形成された導体パターン３とを備えている。そしてこの導体パターン３上には半導体などの電子部品４が実装される。
【０００３】
ここで近年、これらの電子部品４は、高性能化に伴い消費電力が増え、発熱量が増大する傾向にある。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００５−２５２１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成では、実装した電子部品４が高温になって、破損または誤作動することがあった。
【０００６】
それは、配線基板１の表面温度が上昇し、電子部品４の熱を効率よく拡散することができないためであった。
【０００７】
すなわち、電子部品４から発生した熱は、導体パターン３に伝わるが、この導体パターン３の熱放射性は低く、一方で、絶縁基材２の熱伝導性は一般に低いため、配線基板１の表面は徐々に温度が上昇し、結果として電子部品４が高温になってしまうのである。
【０００８】
そこで本発明は、配線基板表面の放熱性を向上させ、電子部品の温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため本発明は、導体パターンが形成された面の一部または全部を被覆する熱放射層を有し、この熱放射層は、５．０ｖｏｌ％以上のＮ型半導体粒子を含有するものとした。
【発明の効果】
【００１０】
これにより本発明は、配線基板表面の放熱性を向上させ、電子部品の温度上昇を抑制することが出来る。
【００１１】
それは熱放射層にＮ型半導体粒子を含有させることにより、配線基板表面の熱が光エネルギーとして放出されたためと考えられる。
【００１２】
すなわち、Ｎ型半導体粒子の電子が、電子部品や配線基板表面の熱によりエネルギーを得て、価電子帯から伝導帯へと励起される。そして励起された電子が低い軌道に落ちる際、光エネルギーとして放出されるのである。
【００１３】
そしてその結果、配線基板表面の放熱性を向上させ、電子部品の温度上昇を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態における配線基板５は、絶縁基材６と、この絶縁基材６上面に形成された導体パターン７とを備えた片面の配線基板である。
【００１５】
そしてこの配線基板５は、導体パターン７が形成された面を被覆する熱放射層８を有し、この熱放射層８は、Ｎ型半導体粒子が、熱放射層８を構成する樹脂組成物中において、５．０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下程度含有されているものである。
【００１６】
また本実施の形態では、配線基板５上には発熱性の高い半導体素子などの電子部品９が半田付けされており、この電子部品９直下と、半田付けする部分を除き、その外周から配線基板５の上面（素子実装面）の略全域に熱放射層８が形成されている。
【００１７】
以下本実施の形態における配線基板５の材料を説明する。
【００１８】
絶縁基材６としては、酸化アルミなどの無機フィラを５Ｖｏｌ％〜６０Ｖｏｌ％程度含有させたエポキシ樹脂を、ガラスクロスに含浸させたプリプレグ（ガラスエポキシ基材）を用いた。またこの絶縁基材６の厚みは０．９ｍｍとした。
【００１９】
導体パターン７としては、厚み約０．１ｍｍの銅箔を用い、この銅箔は絶縁基材６上に接着されている。銅箔を用いると、エッチング等により微細な回路パターンを容易に形成できる。特に銅箔はコストも安く、電気伝導性も高いため好ましい。
【００２０】
熱放射層８としては、エポキシ系あるいはアクリル系等の樹脂等に、平均粒径１．０μｍの酸化チタン（Ｎ型半導体粒子）粉末を５．０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下程度に混練したものを用いた。本実施の形態では、この熱放射層８の厚みは５０μｍ程度とした。またＮ型半導体粒子の平均粒径は０．１μｍ以上２０μｍ以下程度の範囲であれば、所望の放射率や粘度、感光性が得られるよう、適宜調整することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、絶縁基材６としてガラスエポキシを用いたが、その他種々の樹脂単体、あるいは樹脂と補強材の混合物、またはセラミック等を用いることもできる。
【００２２】
樹脂としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等、熱硬化性樹脂や、熱可塑樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。
【００２３】
エポキシ樹脂やフェノール樹脂、イソシアネート樹脂を用いる場合は、絶縁基材６の耐熱性をあげることができる。
【００２４】
また本実施の形態では、補強材として酸化アルミからなる無機フィラとガラスクロスを用いたが、その他シリカや窒化アルミ、窒化硼素、窒化珪素、水酸化アルミ等からなるフィラ形状のものや、アルミナクロス、炭素繊維やアラミドクロスアラミド不織布といった構造体を用いることで、強度の向上が図れる。
【００２５】
さらに上記補強材以外にも、分散剤、着色剤、カップリング剤又は離型剤を含んでいてもよい。
【００２６】
絶縁基材６がセラミックの場合は、アルミナや窒化珪素、窒化アルミといった材料を用いることができる。
【００２７】
熱放射層８としては、本実施の形態では、エポキシ系あるいはアクリル系等の樹脂にＮ型半導体である酸化チタン粉末を混練したものを用いたが、その他後述の材料を用いることができる。
【００２８】
例えば樹脂としては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等、熱硬化性樹脂や、熱可塑樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられる。
【００２９】
光硬化性の樹脂は露光−現像といったフォトレジスト工程やスクリーン印刷等の方法を用いれば、所望のパターンに形成することができる。
【００３０】
Ｎ型半導体粒子としては、酸化チタンの他に、砒素やリンを混ぜたシリコンやゲルマニウム等が挙げられる。
【００３１】
また、Ｎ型半導体粒子の粒径を小さくすることで、表面積を増やすことができるため、平均粒径としては２０μｍ以下が望ましい。またＮ型半導体粒子は２０μｍ以下の範囲で、所望の放射率や粘度、感光性が得られるよう、適宜調整する。また粒径の異なるＮ型半導体粒子を組み合わせれば、高濃度で含有させることができる。
【００３２】
なお、絶縁基材６及び導体パターン７は多層に形成されていてもよく、層間をスルーホールやメッキ、導体ペースト等で接続されたビルドアップ基板等の多層基板を用いてもよい。その際、熱放射層８を両面に形成することで更に放射効率を高めることができる。
【００３３】
以下本実施の形態における配線基板５の製造方法例を述べる。
【００３４】
はじめに、上述の未硬化の絶縁基材６ (プリプレグ)の全面に導体パターン７となる銅箔を積層し、熱プレス機で加熱・加圧し硬化する。
【００３５】
次に銅箔の上にレジストを積層し、露光・現像した後、エッチングにより導体パターン７を形成する。
【００３６】
その後導体パターン７上のレジストを除去し、配線基板５上を、熱放射層８となるＮ型半導体粒子を混練した樹脂組成物で被覆する。
【００３７】
次に、この樹脂組成物を露光・現像し、半田付け部分など、熱放射層８の不要な部分は除去する。なお、熱放射層８の形成は印刷等の方法を用いてもよい。
【００３８】
このようにして本実施の形態の配線基板５を形成することができる。
【００３９】
以下に本実施の形態における効果を説明する。
【００４０】
本実施の形態では、配線基板５表面（部品実装面）の放熱性を向上させ、実装した電子部品９の温度上昇を抑制することが出来る。
【００４１】
それは配線基板５上の熱放射層８にＮ型半導体粒子を含有させることにより、配線基板５表面の熱が光エネルギーとして放出されたためと考えられる。
【００４２】
すなわち、従来から、図５に示すように、実装した電子部品４から発生した熱は、空気を介した対流や、放射（輻射）、配線基板１への熱伝導等により拡散される。この中で、熱伝導による熱の伝搬が最も効率が高い。したがって、電子部品４の熱は、比較的すみやかに導体パターン３に伝わることになる。
【００４３】
しかしこの導体パターン３の熱放射性は低く、一方で、絶縁基材２の熱伝導性は一般に低いため、配線基板１の表面は徐々に温度が上昇し、結果として電子部品４を効率よく放熱することができず、高温になってしまうという問題があった。そして高温になった電子部品４は、誤作動を起こしたり、半導体素子などの場合は破損したりするおそれもあった。
【００４４】
それに対し図１に示す本実施の形態では、配線基板５上面の熱放射層８に含まれるＮ型半導体粒子の電子が、電子部品９や配線基板５表面の熱によりエネルギーを得て、価電子帯から伝導帯へと励起される。そして励起された電子が低い軌道に落ちる際、そのバンドギャップに応じた波長の光エネルギーとして放出される。
【００４５】
そしてその結果、配線基板５表面の放熱性を向上させ、電子部品９の温度上昇を抑制することが出来るのである。
【００４６】
なお、導体パターン７の熱放射性が一般的に低いのは、導体パターン７が入射エネルギーを反射しやすい金属で形成されているためである。
【００４７】
すなわち、物体表面に入射した放射エネルギーは物体に吸収されるか(吸収率α)、表面で反射されるか(反射率ρ)、あるいは物体を透過するか(透過率τ)に分かれるため、入射したエネルギーを1とするとα＋ｐ＋τ＝１となる。ここで放射率と吸収率は等しいため、ε＝αの法則が成り立ち (キルヒホッフの法則)、前述の式よりε＋ｐ＋τ＝１が成立する。
【００４８】
したがって、たとえば、金属からなる導体パターン７は、光は透過しないので透過率τは０．１程度と小さいものの、反射率ｐが０．９程度と大きくなり、放射率は一般に小さくなるのである。また、樹脂は相対的に放射率が大きいものが多いが、既存のソルダレジストのみでは十分な放熱を得ることは難しい。それは、ソルダレジストのように非常に厚みが薄い場合、透過率が大きいため、放射率は小さくなる傾向にある為である。さらに、既存のソルダーレジストは、パターニング性や密着性を向上させることを主目的に設計されており、放射率を高くするためには、適切な材料・粒径のフィラを含有する新規な発想が必要である為である。
【００４９】
また本実施の形態では、熱放射層８にＮ型半導体粒子を５．０ｖｏｌ％以上混練したことにより、感光性樹脂としての露光しやすさを損なうことなく、十分な放熱性を得ることが出来る。
【００５０】
なお、Ｎ型半導体粒子の含有率を４０ｖｏｌ％以下としたのは、導体パターン７間における電気的絶縁性を確保するためであり、Ｎ型半導体粒子を絶縁処理等した場合は、粘度によって制限を受けるが、６０ｖｏｌ％程度まで含有率を向上させることができる。また、Ｎ型半導体粒子を６０ｖｏｌ％より多く含有させたい場合は、粘性のより低い樹脂を用いるか、あるいは溶剤等の添加物などにより粘度を下げることが必要である。
【００５１】
さらに本実施の形態では、熱放射層８に平均粒径０．１μｍ以上２０μｍ以下のＮ型半導体粒子を含有させたことにより、樹脂組成物の粘性を過剰に増大させることなく、高濃度にＮ型半導体粒子を混練することができ、放熱性向上に寄与する。なお、粘性のより低い樹脂を用いる場合は、あるいは溶剤等の添加物などにより粘度を下げることが出来る場合は、Ｎ型半導体粒子の粒径を０．１μｍより小さくすることができ、放熱に寄与する表面積をより広くすることができる。
【００５２】
さらに本実施の形態では、熱放射層８にＮ型半導体粒子を含有させたことにより、この粒子が熱伝導フィラとして作用し、熱放射層８の熱伝導率が樹脂単体よりも高くなっている。したがって、この熱放射層８の内部でも熱が伝導しやすくなり、熱源からの熱が拡散し面積が広がることで、より効率よく放熱することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、熱放射層８には、Ｎ型半導体粒子のみを含有させたが、その他酸化アルミなどの絶縁性の熱伝導性フィラと併用することもできる。この場合も、熱放射層８の内部で熱が伝導しやすくなり、配線基板５表面における放熱性をより向上させることができる。
【００５４】
また本実施の形態では、絶縁基材６に無機フィラを含有させたことにより、この絶縁基材６の熱伝導率が向上し、配線基板５の表面温度を低下させることができる。
【００５５】
なお、配線基板５としては、単層だけでなく、両面配線基板でも、多層配線基板でもよい。いずれも、配線基板５の部品実装面側に熱放射層８を形成すれば、配線基板５表面からの放熱性を向上させることができる。また一方の面が過剰に発熱した場合も、表層の熱放射層８により迅速に放熱することができるため、他方の面へ伝導する熱容量が減少し、他方の面の温度上昇を抑制することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図２に示すように、導体パターン７が厚い銅板で形成され、さらに絶縁基材６上において、その表面が露出するように埋め込まれている点と、熱放射層８が、選択的に導体パターン７上を被覆している点である。また本実施の形態では、導体パターン７の下面には放熱板１０を配置している。
【００５７】
以下に、本実施の形態の部材の組成等について説明する。
【００５８】
熱放射層８の材料等は、実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態では、Ｎ型半導体粒子の絶縁処理の有無に関わらず、その含有率を４０ｖｏｌ％以上とすることができる。
【００５９】
導体パターン７としては、厚み０．１ｍｍ〜２．０ｍｍのタフピッチ銅板を用いた。
【００６０】
また、絶縁基材６としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シアネート樹脂など熱硬化性樹脂にＡｌ2Ｏ3やＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＢＮ、ＡｌＮからなるフィラを７０〜９５重量％充填させたものを用いた。フィラの粒径は、高濃度充填のため、０．１〜１００μｍの範囲で、平均粒径の大きいものと小さいものを組み合わせて用いた。このようにフィラを高濃度に充填すれば、絶縁基材６の熱伝導率を２.０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に向上させることができる。
【００６１】
なお、絶縁基材６の厚みは、絶縁耐圧を強化するため、０．６ｍｍ以上とした。
【００６２】
放熱板１０としては厚み０.５〜３.０ｍｍ程度のアルミ板を用いた。
【００６３】
本実施の形態における製造方法を以下に説明する。
【００６４】
まず導体パターン７となるタフピッチ銅板に、プレスなどで配線をパターニングする。このように、厚みのある金属板は打ち抜き加工やエッチング加工によって配線を形成することができ、また厚みが大きいと導体抵抗が低くなり、大電流に対応できる。
【００６５】
次に導体パターン７上に絶縁基材６となるフィラ入りの樹脂の塊を置き、押し伸ばす。この時、導体パターン７の上面（部品実装面）が絶縁基材６の上面に表出するように埋め込む。また絶縁基材６上に放熱板１０を配置し、絶縁基材６を導体パターン７と放熱板１０とで挟み込むように形成する。
【００６６】
その後２００℃程度で絶縁基材６の樹脂成分を重合させ、硬化させる。
【００６７】
そして最後に、スクリーン印刷によって、熱放射層８を形成する。この時、熱放射層８は導体パターン７上に沿って形成する。
【００６８】
以下に本実施の形態における効果を説明する。
【００６９】
本実施の形態では、導体パターン７として、厚みの大きい（０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ）板状の導体パターン７を用い、この導体パターン７上に熱放射層８を形成したことにより、より効率よく配線基板５表面の放熱性を向上させることができる。
【００７０】
すなわち、本実施の形態では、熱伝導性に優れた導体パターン７（熱伝導率約４００Ｗ／ｍ・Ｋ）を厚くしたため、熱抵抗がさらに小さくなり、導体パターン７は電子部品９の熱をより効率よく導体パターン７全体に拡散することができるとともに、この導体パターン７上でその熱エネルギーを光エネルギーとして放射することができる。
【００７１】
そしてその結果、配線基板５表面の放熱性を向上させることができるのである。
【００７２】
また本実施の形態では、熱伝導性が低い絶縁基材６表面には熱放射層８を形成せず、より高温となる導体パターン７上に選択的に熱放射層８を形成すればよいため、コストダウンにつながる。
【００７３】
また導体パターン７上に選択的に形成するため、電気的絶縁性を考慮することなく、６０ｖｏｌ％程度までＮ型半導体粒子を含有させることができ、放熱性が向上する。
【００７４】
また本実施の形態では、導体パターン７を絶縁基材６に埋め込んでいるため、配線基板５の表面が略面一となっている。このように配線基板５表面の凹凸が小さいと、熱放射層８をスクリーン印刷で容易に形成することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、熱放射層８を形成する際、スクリーン印刷方法を用いたが、電着塗装などを用いても良い。この場合は、本実施の形態のように、導体パターン７が一枚板からなり、全体が導通されていると、一度に塗装することができ、生産性向上に寄与する。
【００７６】
また電着塗装の場合は、Ｎ型半導体粒子の含有量を９５ｖｏｌ％程度まで向上させることができ、放熱性向上に寄与する。
【００７７】
さらに本実施の形態では、絶縁基材６の熱伝導性を２Ｗ／ｍ・Ｋ以上にまで向上させ、さらに絶縁基材６の下面に放熱板１０を形成したことにより、熱放射層８で放熱しきれなかった熱を、絶縁基材６を介して放熱板１０で放出することができ、配線基板５表面の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態のように、比較的熱伝導率のよい配線基板５では、図３に示すように、放熱板１０の下面にも熱放射層１１を形成することで、より配線基板５全体の放熱性を向上させることができる。
【００７９】
また、放熱性を向上させるには、放熱面積を拡大することが有効であるため、熱放射層８、１１に凹凸を形成することも有効である。
【００８０】
なお、本実施の形態では導体パターン７を絶縁基材６に埋め込む構成としたが、導体パターン７を絶縁基材６上に接着剤などで貼り付けても良い。また導体パターン７は回路を形成してなくてもよく、単なる熱拡散用の導体でもよい。
【００８１】
その他の構成・効果については、実施の形態１と同様であるため省略する。
【００８２】
（実施の形態３）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図４に示すように、配線基板５の導体パターン７が形成された面が、樹脂層１２（ソルダレジスト）で被覆されており、この樹脂層１２の上面を、さらに熱放射層８が被覆している点である。
【００８３】
すなわち、本実施の形態では、配線基板５上面と熱放射層８との間に樹脂層１２（ソルダレジスト）が形成されているものである。
【００８４】
そしてこの樹脂層１２および熱放射層８は、電子部品９直下と、電子部品９の半田付け部分を除き、部品実装面の略全域を被覆している。
【００８５】
上記構成とすることにより、導体パターン７間の電気的絶縁性を保ちつつ、熱放射層８を配線基板５上面の略全域に形成することができ、導体パターン７が非常に微細な場合も容易に形成することができる。
【００８６】
また熱放射層８の下方には絶縁体である樹脂層が形成されているため、熱放射層８に混練するＮ型半導体粒子の含有量を４０ｖｏｌ％以上とすることができ、配線基板５表面の放熱性をより向上させることができる。
【００８７】
なお、Ｎ型半導体粒子の含有量を増やす場合は、導体パターン７の電気的絶縁性を向上させるため、熱放射層８は、樹脂層１２よりやや内方に形成することが望ましい。
【００８８】
その他の構成・効果については、実施の形態１と同様であるため省略する。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、配線基板に実装した電子部品の熱を、光エネルギーとして放出させることができるため、熱により動作効率が低減したり、破損したりしてしまう半導体素子などの実装用に非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施の形態における配線基板の断面図
【図２】本実施の形態における配線基板の断面図
【図３】本実施の形態における配線基板の断面図
【図４】本実施の形態における配線基板の断面図
【図５】従来の配線基板の断面図
【符号の説明】
【００９１】
５  配線基板
６  絶縁基材
７  導体パターン
８  熱放射層
９  電子部品
１０  放熱板
１１  熱放射層
１２  樹脂層
【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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