(57)【要約】放熱基板(1)は、コア材(4)及び絶縁層(5)を有する基板本体(3)と、該基板本体(3)を貫通して形成されたキャビティ(6)内に収容されていて絶縁層(5)によりキャビティ(6)に固定されている放熱部材(2)と、基板本体(3)の両面を覆うように形成されている外層めっき(8)とを備え、外層めっき(8)は、放熱部材(2)の両面側に対応した位置に配されている放熱部(8a)、及び該放熱部(8a)以外のめっき部(8b)からなり、放熱部(8a)は、めっき部(8b)よりも基板本体(3)側にその表面が位置している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材を有し、その両面側に絶縁層をそれぞれ有する基板本体と、
該基板本体を貫通して形成されたキャビティ内に収容されていて前記絶縁層により前記キャビティに固定されている放熱部材と、
前記基板本体の両面に配されて前記基板本体の両面を覆うように形成されている外層めっきとを備え、
前記外層めっきは、前記放熱部材の両面側に対応した位置に配されている放熱部、及び該放熱部以外のめっき部からなり、
前記放熱部は、前記めっき部よりも前記基板本体側にその表面が位置していることを特徴とする放熱基板。
【請求項２】
前記放熱部材と前記キャビティとの距離は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項３】
前記放熱部材の材料は、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項４】
請求項１に記載の放熱基板の製造方法であって、
前記コア材及び前記絶縁層を重ねて前記放熱部材の両端面が前記キャビティの両端面よりも内側に位置するように支持して配設するレイアップ工程と、
前記絶縁層を溶融して積層方向に押圧し、前記キャビティと前記放熱部材との間に前記絶縁層を充填して前記放熱部材を前記キャビティ内に固定する積層工程と、
前記基板の両面にめっき処理を施して前記外層めっきを形成する外層めっき工程とを備えたことを特徴とする放熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板内に熱伝導性物質が埋設された放熱基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップパッケージとして、いわゆる基板に熱伝導素子を埋設したものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、熱伝導素子により、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱を外界に伝導させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３３１２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で示されている基板は、熱伝導素子が配されている位置も含めてその外表面は面一である。このような場合、熱伝導素子の製品誤差があった場合、外表面が盛り上がってしまうこともある。このような状態で部品を半田リフロー等により実装すると、盛り上がった部分により部品が立ち上がって（部品浮き）所望の位置に搭載することができない場合がある。すなわち、実装不良を招くおそれがある。【０００５】
また、特許文献１では熱伝導素子をキャビティに固定する際に接着剤を使用している。この固定用に別途接着剤を用いることは、物性（ガラス転移点（Ｔｇ）、熱膨張率（ＣＴＥ））等の異なる部材をさらに基板内に充填することになり、半田リフロー等により熱が加わった場合、発生する応力によりクラックが発生する確率が高くなる。また、接着剤の注入は例えばディスペンサーやスクリーン印刷を用いて行われるが、このような注入を行うと注入時や硬化収縮時にボイドが発生する要因となる。【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、部品実装時の実装不良を防止することができ、接着剤によるクラックやボイドの発生が起こることのない放熱基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明では、コア材を有し、その両面側に絶縁層をそれぞれ有する基板本体と、該基板本体を貫通して形成されたキャビティ内に収容されていて前記絶縁層により前記キャビティに固定されている放熱部材と、前記基板本体の両面に配されて前記基板本体の両面を覆うように形成されている外層めっきとを備え、前記外層めっきは、前記放熱部材の両面側に対応した位置に配されている放熱部、及び該放熱部以外のめっき部からなり、前記放熱部は、前記めっき部よりも前記基板本体側にその表面が位置していることを特徴とする放熱基板を提供する。【０００８】
好ましくは、前記放熱部材と前記キャビティとの距離は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。【０００９】
好ましくは、前記放熱部材の材料は、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンである。【００１０】
また、本発明では、前記コア材及び前記絶縁層を重ねて前記放熱部材の両端面が前記キャビティの両端面よりも内側に位置するように支持して配設するレイアップ工程と、前記絶縁層を溶融して積層方向に押圧し、前記キャビティと前記放熱部材との間に前記絶縁層を充填して前記放熱部材を前記キャビティ内に固定する積層工程と、前記基板の両面にめっき処理を施して前記外層めっきを形成する外層めっき工程とを備えたことを特徴とする放熱基板の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外層めっきの放熱部がめっき部よりも基板側に位置している。すなわち、放熱部の表面がめっき部の表面に比べてへこんだ状態として形成されている。これにより、放熱部に電子部品等のＩＣを搭載する際にはんだが溶融したとき、このはんだペーストが放熱部に流れ込み、ペースト表面は平滑のまま広がっていく。このため、ＩＣもその搭載角度を維持したままはんだペーストとともに沈んでいき、所望の位置及び角度に実装される。したがって、部品実装時の実装不良を防止することができる。このように予め放熱部をへこんだ状態として設計しておくことで、放熱部材に製品誤差があったとしても、放熱部が盛り上がることを極力抑制することができ、生産性が向上する。【００１２】
また、放熱部材はキャビティに対して絶縁層を介して固定されている。したがって放熱部材を固定するために別途接着剤を用いる必要がないので、接着剤を使用することによるクラックやボイドの発生を防止できる。このとき、絶縁層は基板本体の両面側に配されているので、基板製造プロセスにおける積層プレス時に絶縁層は基板本体の両面側から放熱部材とキャビティとの間の隙間に充填される。したがって充填性がよく、例えば両面側にコア材を設けてその間から絶縁層を充填することに比べて効率的、迅速且つ確実に作業を行うことができる。【００１３】
また、放熱部材とキャビティとの距離は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であるため、非常に狭小である。このような値に設定することで基板本体の内層にあるコア材の配線エリアを広くすることができ、外層めっきと絶縁層との接着面積を狭くすることができるので密着強度を向上させることができる。また絶縁層の充填量も少なくすることができるので、硬化収縮の際に放熱部材の移動が少なくなる。このため放熱部材の位置精度も向上する。【００１４】
また、放熱部材の材料を、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンとすることで、効率よく放熱することを確認している。【００１５】
また、本発明によれば、レイアップ工程にて放熱部材の両端面がキャビティの両端面よりも内側に位置するように支持するので、次なる積層工程でプレスしても放熱部材がキャビティから突出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る放熱基板の概略断面図である。
【図２】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。
【図３】レイアップ工程の説明図である。
【図４】積層工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照すれば明らかなように、本発明に係る放熱基板１は、内部にブロック状の放熱部材２が埋設されているものである。以下、その構造について説明する。放熱基板１は、基板本体３を有している。この基板本体３はいわゆる多層板であり、図の例ではコア材４が芯材として形成され、その両面側にプリプレグ等の絶縁層５がそれぞれ配された導電層７を４層有している４面板である。この基板本体３としてはコア材４及び絶縁層５の数に限定はないが、絶縁層５は必ず外側に配されるように形成される。なお、コア材４は多層板の内部に芯として入れるための金属材料、あるいは両面にパターンである導電層７を形成したものである。
【００１８】
基板本体３には、その両面方向にて貫通する貫通孔であるキャビティ６が形成されている。具体的には、キャビティ６は基板本体３のコア材４及び絶縁層５がくり抜かれて形成されている。このキャビティ６内に上述した放熱部材２が収容されている。キャビティ６の内壁面と放熱部材２との間には絶縁層５が充填されていて、この絶縁層５により放熱部材２はキャビティ６に固定されている。そして、基板本体３の両面には外層めっき８が形成されている。この外層めっき８は例えば金めっきや銅めっきであり、導電層７や絶縁層５，あるいは放熱部材２を含めて基板本体３の両面全域を覆うように形成されている。この外層めっき８は、放熱部材２の両面側に対応した位置に配されている放熱部８ａ、及びこの放熱部８ａ以外のめっき部８ｂからなる。すなわち、図の例では放熱部材２の上下両側に位置している部分が放熱部８ａとなり、絶縁層５の上下両側に位置している部分がめっき部８ｂとなる。
【００１９】
放熱部８ａはめっき部８ｂよりも基板本体３側にその表面が位置している。すなわち、放熱部８ａとめっき部８ｂとの間には段差があり、放熱部８ａの表面はめっき部８ｂの表面に対してへこんだ状態で形成されている。電子部品等のＩＣ（不図示）がこの放熱基板１に搭載される際は、放熱特性の観点から放熱部８ａの位置に搭載される。このときははんだリフロー等を利用して行われるが、ＩＣを搭載する際のはんだが溶融したとき、このはんだペーストが放熱部８ａに流れ込み、ペースト表面は平滑のまま広がっていく。このため、ＩＣもその搭載角度を維持したままはんだペーストとともに沈んでいき、所望の位置及び角度に実装される。したがって、部品実装時の実装不良（はんだ印刷不良や部品浮き）を防止することができる。このように予め放熱部８ａをへこんだ状態として設計しておくことで、放熱部材２に製品誤差があったとしても、放熱部８ａが盛り上がることを極力抑制することができ、生産性が向上する。なお、本発明に係る放熱基板１では、両面側の放熱部８ａがへこんだ状態である。ＩＣ実装は両面に行われるため、上記部品浮き等の問題は両面側で発生するからである。なお、放熱部材２の材料は、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンである。このような材料を用いることで、効率よく放熱されることを確認している。
【００２０】
また、放熱部材２はキャビティ６に対して絶縁層５を介して固定されている。したがって放熱部材２を固定するために別途接着剤を用いる必要がないので、接着剤を使用することによるクラックやボイドの発生を防止できる。このとき、絶縁層５は基板本体３の両面外側に配されているので、基板製造プロセスにおける積層プレス時に絶縁層５は基板本体３の両面外側から放熱部材２とキャビティ６との間の隙間に充填される。したがって充填性がよく、例えば両面外側にコア材４を設けてその間から絶縁層５を充填することに比べて効率的、迅速且つ確実に作業を行うことができる。
【００２１】
ここで、放熱部材２とキャビティ６との間の距離（隙間）は０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることが好ましい。このように、キャビティ６内に放熱部材２を収容するにしては狭小な範囲を採用している。この数値は単なる設計事項ではなく、以下のような新たな課題を基にして採用されたものである。まずは内層であるコア材４の配線エリアのスペース確保である。放熱部材２とキャビティ６との距離が大きいと、それに伴いコア材４の面積も狭くなってしまう。これは配線パターンの制約につながり、したがって配線量を確保するためにコア材４を増加するなどして内層の数を増加させて対応しなければならなかったが、放熱部材２とキャビティ６との間の距離を０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることで、これが防止される。次に、外層である絶縁層５の露出面積の狭小化である。本発明では、絶縁層５を放熱部材２とキャビティ６との間に充填するため、この間に位置して接着の役割を果たす部分が両面外側に露出してしまう。基板本体３の外側には外層めっき８が形成されることから、樹脂である絶縁層５に対して直接外層めっき８を施すことは密着強度の観点から好ましくない。このような箇所を極力減少させる意味でも、放熱部材２とキャビティ６との間の距離を狭小化させることは効果的である。次に、接着のための絶縁層５の量の減少である。隙間を狭小化することで、この隙間に流入する絶縁層５の量を減少させ、接着の際の放熱部材２の移動量を極力小さくすることができる。このため、精度よく放熱部材２の位置決めを行うことができる。またこの部分の絶縁層５の量を減少させることで、後の部品実装の際のはんだリフローによる加熱の際にクラック発生を極力抑制させることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る放熱基板の製造方法について説明する。この放熱基板の製造方法は、これまでに説明した放熱基板１を製造する方法である。図２に示すように、まずはレイアップ工程を行う（ステップＳ１）。このレイアップ工程は、コア材４及び絶縁層５を重ねて放熱部材２の両端面がキャビティ６の両端面よりも内側に位置するように支持して配設する工程である。具体的には、図３を参照すれば明らかなように、最も下側にＳＵＳ板等の支持板９を配し、その上に捨て銅箔あるいは粘着シートからなる支持体１０が載置される。そしてその上に、予めキャビティ６が形成された基板本体のレイアップ体１１（プレスされる前の絶縁層５が溶融されていない状態）が載置される。図の例では、レイアップ体１１は片面に導電層７が形成された絶縁層５を両側に外層として配し、両面に導電層７が形成されたコア材４を内層として配したものである。そして、レイアップ体１１の上には捨て銅箔１２が配され、その上に離形フィルム１３が配される。
【００２３】
支持体１０の放熱部材２を載置する部分（キャビティ６に対応する部分）は、支持体１０の他の部分に比べて高くなるように形成されている。このため、放熱部材２の両端はキャビティ６の両端に対して内側に配されることになる。したがって、放熱部材２の全長はキャビティ６の全長よりも短く設定されている。
【００２４】
このようなレイアップ工程の後、積層工程が行われる（ステップＳ２）。この積層工程は、絶縁層５を溶融してレイアップ体１１を積層方向に押圧し、キャビティ６と放熱部材２との間の隙間に絶縁層５を充填して放熱部材２をキャビティ６内に固定する工程である。これにより、基板本体３が形成される。この積層工程は、真空状態で行われる。このため、絶縁層５が隙間に流入してもボイドが発生することはない。また、上述したように支持体１０により予め放熱部材２の両端をキャビティ６内に収まるように配設しておくことで、積層工程を経た状態では図４に示すように、放熱部材２の両端はすでに外側の導電層７の表面よりも内側に配されることになる。製品誤差により放熱部材２の全長が長くなってしまった場合でも、ある程度はキャビティ６内にその両端が出ないように許容することができる。実際の工程では、捨て銅箔１２が放熱部材２及び隙間部分の絶縁層５の外側に積層されてしまうので、これをレーザ等でトリミングすることで放熱部材２と隙間部分の絶縁層５の外側を露出させる。
【００２５】
そして、外層めっき工程を行う（ステップＳ３）。この外層めっき工程は、基板本体３の両面にめっき処理を施して外層めっき８を形成する工程である。この工程は、通常のめっき工程である。これにより、図１に示す放熱基板１が製造される。
【符号の説明】
【００２６】
１：放熱基板、２：放熱部材、３：基板本体、４：コア材、５：絶縁層、６：キャビティ、７：導電層、８：外層めっき、８ａ：放熱部、８ｂ：めっき部、９：支持板、１０：支持体、１１：レイアップ体、１２：捨て銅箔、１３：離形フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月7日(2020.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材を有し、その両面側に絶縁層をそれぞれ有する基板本体と、
該基板本体を貫通して形成されたキャビティ内に収容されていて前記絶縁層により前記キャビティに固定されている放熱部材と、
前記基板本体の両面に配されて前記基板本体の両面全域を覆うように形成されている外層めっきとを備え、
前記外層めっきは、前記放熱部材の両面側に対応した位置に配されている放熱部、及び該放熱部以外のめっき部からなり、
前記放熱部は、前記めっき部よりも前記基板本体側にその表面が位置し、
前記コア材の配線エリアのスペース確保のため、前記絶縁層の露出面積の狭小化のため、及び接着のための前記絶縁層の量の減少のために、前記放熱部材と前記キャビティとの距離は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする放熱基板。
【請求項２】
前記放熱部材の材料は、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項３】
請求項１に記載の放熱基板の製造方法であって、
前記コア材及び前記絶縁層を重ねて前記放熱部材の両端面が前記キャビティの両端面よりも内側に位置するように支持して配設するレイアップ工程と、
前記絶縁層を溶融して積層方向に押圧し、前記キャビティと前記放熱部材との間に前記絶縁層を充填して前記放熱部材を前記キャビティ内に固定する積層工程と、
前記基板の両面にめっき処理を施して前記外層めっきを形成する外層めっき工程とを備えたことを特徴とする放熱基板の製造方法。
【国際調査報告】
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