特開 2024-64055 高放熱プリント配線板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064055

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】高放熱プリント配線板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20240507BHJP

   H05K 1/11 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H05K1/02 Q

H05K1/11 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172359

(22)【出願日】2022-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000228833

【氏名又は名称】日本シイエムケイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000084

【氏名又は名称】弁理士法人アルガ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 龍雄

【テーマコード（参考）】

5E317

5E338

【Ｆターム（参考）】

5E317AA24

5E317BB12

5E317CC32

5E317CC33

5E317CD27

5E317CD32

5E317GG14

5E338AA03

5E338AA16

5E338BB05

5E338BB13

5E338CC08

5E338EE02

(57)【要約】

【課題】発熱するデバイスや大電流に対応可能な新たな高放熱プリント配線板の製造方法の提供。
【解決手段】２層以上の多層プリント配線板とプリプレグに、それぞれビアポスト挿入用のウインドウを形成する工程と、次いで、ウインドウとビアポストとが重なるように、当該ウインドウを形成した多層プリント配線板とプリプレグとビアポストを備えた金属シートとをこの順に配置し、この配置状態で積層プレスを行い、積層体を得る工程と、次いで、当該積層体に貫通穴を穿孔する工程と、次いで、全面に無電解・電解めっき処理を行った後、外層回路とビアポスト回路とを形成する工程と、次いで、当該外層回路を保護するソルダーレジストを形成する工程とを有することを特徴とする高放熱プリント配線板の製造方法。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２層以上の多層プリント配線板とプリプレグに、それぞれビアポスト挿入用のウインドウを形成する工程と、次いで、ウインドウとビアポストとが重なるように、当該ウインドウを形成した多層プリント配線板とプリプレグとビアポストを備えた金属シートとをこの順に配置し、この配置状態で積層プレスを行い、積層体を得る工程と、次いで、当該積層体に貫通穴を穿孔する工程と、次いで、全面に無電解・電解めっき処理を行った後、外層回路とビアポスト回路とを形成する工程と、次いで、当該外層回路を保護するソルダーレジストを形成する工程とを有することを特徴とする高放熱プリント配線板の製造方法。

【請求項2】

前記ビアポストを備えた金属シートが、金属板の片面からハーフエッチングしてビアポストを形成した金属シートであることを特徴とする請求項１に記載の高放熱多層プリント配線板の製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２記載の製造方法で得られる高放熱多層プリント配線板のビアポスト回路とめっき膜の接続部上に導電体を配置し、次いで、当該導電体上に部品を実装する工程を更に有することを特徴とする高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法。

【請求項4】

前記導電体の厚みは、ビアポスト回路のめっき接続側の面積値（μｍ^２）に対して、ビアポスト回路のめっき接続側の外周の長さ（μｍ）に導電体の厚み（μｍ）を乗じた値が等しいか又は大きくなる厚みであることを特徴とする請求項３記載の高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法。

【請求項5】

前記導電体の厚みは、ビアポスト回路のめっき接続側の面積値（μｍ^２）に対して、ビアポスト回路のめっき接続側の外周の長さ（μｍ）に導電体の厚み（μｍ）を乗じ、更に導電体の抵抗値（Ω）をめっき金属の抵抗値（Ω）で除した値を乗じた値が等しいか又は大きくなる厚みであることを特徴とする請求項３記載の高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法。

【請求項6】

前記導電体を、インクジェット印刷方式により配置することを特徴とする請求項３記載の高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワー半導体等の発熱するデバイスや大電流に対応する高放熱プリント配線板の製造方法、及び高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体等の発熱するデバイスを使用する場合や大電流に対応するプリント配線板の場合、高い放熱性が求められる。また、電源系、制御系のプリント配線板を１枚のプリント配線板に集約するために、電源系の特定部分の導体を厚くする若しくは制御系の回路幅、間隙を狭くするために部分的に導体を薄くする等の市場要求が増えつつある。

【0003】

従来、高い放熱性を有するプリント配線板として、めっきスルーホールに銅ピンを挿入して、機械的に圧力を掛けて塑性変形させながらめっきスルーホールに銅ピンを圧入させたプリント配線板がある（特許文献１参照）。当該プリント配線板では、電子部品の直下に銅を圧入することによって、電子部品実装側面と反対の面側に配置された放熱体（ヒートシンク等）へと電子部品からの発熱を伝熱させる。しかしながら、銅ピンをめっきスルーホール１穴、１穴に挿入して圧入することから、埋め込む銅ピンの数が増えると生産性が低下する問題が発生している。また、銅ピンを圧入する関係から絶縁層にクラックが入り易い。

【0004】

また、銅板の片面を部分的にハーフエッチングした後、ハーフエッチング面に回路形成した銅張積層板を接着し、銅板をヒートシンクとしてシート全面に配置した銅ベース基板が知られている。しかし、この場合、ヒートシンクが同電位となることから、異電位を有する回路として使用できない。
また、層間接続において、銅めっきを施し、スルーホール内を銅で充填する場合、スルーホール径、板厚、穴形状に制約が生じたり、めっき時間が長時間に渡ったりする。さらに、銅板をエッチングしてビアとする場合は、銅めっきにおけるボイドが発生し易いという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－２６３００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記の如き従来の問題に鑑みなされたものであり、発熱するデバイスや大電流に対応可能な高放熱プリント配線板を生産性良く製造する方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、上記の課題を解決すべく種々研究を重ねた結果、通常ヒートシンクとして用いていた金属板を放熱用のビアポストと回路として利用すれば極めて良い結果が得られることを見い出し、本発明を完成した。

【0008】

すなわち、本発明は、２層以上の多層プリント配線板とプリプレグに、それぞれビアポスト挿入用のウインドウを形成する工程と、次いで、ウインドウとビアポストとが重なるように、当該ウインドウを形成した多層プリント配線板とプリプレグとビアポストを備えた金属シートとをこの順に配置し、この配置状態で積層プレスを行い、積層体を得る工程と、次いで、当該積層体に貫通穴を穿孔する工程と、次いで、全面に無電解・電解めっき処理を行った後、外層回路とビアポスト回路とを形成する工程と、次いで、当該外層回路を保護するソルダーレジストを形成する工程とを有することを特徴とする高放熱プリント配線板の製造方法により上記課題を解決したものである。
また、本発明は、上記の製造方法で得られる高放熱多層プリント配線板のビアポスト回路とめっき膜の接続部上に導電体を配置し、次いで、当該導電体上に部品を実装する工程を更に有することを特徴とする高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法により上記課題を解決したものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ビアポストにより表裏の導通が得られることから、高放熱と大電流を一体化したプリント配線板を生産性良く得ることができる。当該ビアポストは導通部の面積が大きくとれることから許容電流が大きい。このためスルーホールを並行して多く設置する必要がないことから、省スペースが可能となり設計の自由度が向上する。また、ビアポスト回路と他の外層回路を利用することにより、電源系、制御系回路を１枚のプリント配線板に両立させることが可能となる。
さらに、両面実装が可能となり、実装密度が増加する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明高放熱プリント配線板の製造方法を説明するための概略断面工程図。

【図2】図１に引き続く概略断面工程図。

【図3】図２に引き続く概略断面工程図。

【図4】図３に引き続く概略断面工程図。

【図5】図４に引き続く概略断面工程図。

【図6】（ｋ）本発明で得られた高放熱プリント配線板のビアポスト回路とめっき膜の接続部上にはんだ塗布した例を示す概略断面説明図。（ｌ）本発明で得られた高放熱プリント配線板のビアポスト回路とめっき膜の接続部上にはんだを介して導電体を配置した例を示す概略断面説明図。

【図7】本発明で得られた高放熱プリント配線板のビアポスト回路とめっき膜の接続部上に導電体を配置し、部品を実装した高放熱プリント配線板実装ユニットの概略断面説明図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明高放熱プリント配線板の製造方法を、図１～図５を用いて説明する。

【0012】

まず、Ｌ１－Ｌ４の４層貫通めっきスルーホール１３を備えた多層プリント配線板ＰＷ（中間体）を用意する。当該多層プリント配線板ＰＷは、図１（ａ）に示したように、表裏面に内層回路１１が形成されたコア基板１０と、当該コア基板１０の上下にそれぞれ積層された絶縁層Ｓと、最外層に積層された金属層（金属箔１２（例えば、銅箔）とめっき膜１４（例えば、銅めっき膜）からなる金属層）と、表裏面を貫通するめっきスルーホール１３とからなる。

【0013】

次に、貫通めっきスルーホール１３に充填材１５を充填した後（図１（ｂ）参照）、多層プリント配線板ＰＷに、ルータ加工にてビアポスト挿入用のウインドウ１６を形成し（図１（ｃ）参照）、次いで、多層プリント配線板ＰＷのＬ４面に写真法にて回路１７を形成する（図２（ｄ）参照）。ここで、ビアポスト挿入用のウインドウ１６の形成にルータを使用することによって、より精度よく加工することが可能である。また、当該ウインドウ１６の内壁面において、ルータビットによる切削加工を施すことにより、加工面の粉落ち等の発生もなくなる。

【0014】

充填材１５を充填し、当該充填材１５を硬化した後は、表層にはみ出した充填材１５をベルトサンダー等で研磨してもよい（図示なし）。充填材１５は、適宜選択が可能であるが、ボイドが発生し難い、小径スルーホールにも対応可能、効果時間が短い等の点から、金属フィラーを備えた非導電性ペースト（タツタ電線（株）製、太陽ホールディング製等）や絶縁性の充填材が用いられる。
尚、充填材１５の充填工程は、任意であり、後工程の積層工程でのプリプレグから溶融した絶縁樹脂をめっきスルーホール１３へ充填しても構わない。また、印刷機にて印刷充填してもよい。

【0015】

写真法による回路１７の形成は、具体的には、感光性のエッチングレジストをラミネートした後、露光、現像処理を行ってエッチングレジストパターンを形成し、次いで、当該エッチングレジストパターンから露出した部分をエッチング処理によって除去した後、不要となったエッチングレジストパターンを剥離する。

【0016】

次に、図２（ｄ）～図３（ｅ）に示したように、ビアポスト挿入用のウインドウ１６を形成した多層プリント配線板ＰＷと、ルータ加工にてビアポスト挿入用のウインドウ１９を形成したプリプレグ（例えば、ガラスクロス等の補強繊維基材にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ）１８と、金属板（例えば、銅板）を片面からハーフエッチングしてビアポスト２６ａを形成した金属シート２０を用意し、ウインドウ１６、１９とビアポスト２６ａとが重なるように、多層プリント配線板ＰＷ、プリプレグ１８、金属シート２０の順でレイアップした後、昇温温度工程を経て、温度１８０℃から２００℃圧力２０ＭＰａから５０ＭＰａの範囲内で１時間３０分から２時間積層することによって、図３（ｆ）に示したＬ１－Ｌ５の５層多層プリント配線板中間体ＰＸを得る。
尚、当該ウインドウ１６とウインドウ１９は、ビアポスト２６ａ挿入用のウインドウであり、略同一径の貫通穴である。

【0017】

次に、Ｌ１－Ｌ５の５層多層プリント配線板中間体ＰＸに、ドリル加工にて貫通穴２１を穿孔した後（図４（ｇ）参照）、全面に無電解めっき処理及び電解めっき処理を順次行うことによって、当該貫通穴２１を含む基板全面にめっき膜２２（例えば、銅めっき膜）を析出させて、貫通めっきスルーホール２５を形成する（図４（ｈ）参照）。
次いで、写真法にて、５層多層プリント配線板中間体ＰＸのＬ１面に外層回路２３、Ｌ５面に外層回路２４及びビアポスト回路２６を形成する（図５（ｉ）参照）。
ここで、図５（ｉ）に示したように、ビアポスト回路２６と、他の外層回路２４を分離して形成することで、ビアポスト回路２６を異電位を有する導体回路として使用することが可能である。そのため、ビアポスト回路２６を独立した大電流回路として使用することができる。

【0018】

そして最後に、５層多層プリント配線板中間体ＰＸのＬ１面の外層回路２３と、Ｌ５面の外層回路２４にそれぞれソルダーレジスト２７を写真法にて形成することによって、図５（ｊ）に示した高放熱プリント配線板１００を得る。

【0019】

続いて、高放熱プリント配線板実装ユニットの製造方法を、図６～７を用いて説明する。

【0020】

まず、図６（ｋ）に示したように、高放熱プリント配線板１００のビアポスト回路２６とめっき膜２２の接続部上に、後述する部品（発熱・大電流部品）３０を実装するためのはんだ２８を配置する。

【0021】

次に、図６（ｌ）に示したように、はんだ２８上に、インクジェット印刷方式により導電体２９を配置する。
当該導電体２９の形成は、３Ｄプリンタを用いて、設計データを元に２次元の層を順次積み上げて立体モデルを造形する方法にて形成しても構わない。また、導電体２９の形成には、導電性インクとして金属（銀、銅等）ナノペーストが使用される。なかでも、導通抵抗値の安定化を考慮して、銀ナノインクを使用することが好ましい。銀ナノインクには、適宜溶媒が含まれている。銀ナノインクの粒径は、２０ｎｍから１５０ｎｍであることが好ましい。
印刷ヘッドから導電性インクを塗布し、赤外線硬化する工程は、導電体２９が所定の厚みになるまで繰り返す。１回の導電性インクの塗布と赤外線硬化により０．１μｍから１．０μｍの厚みの導体層が形成される。例えば、最低導体厚（１μｍから）の導体層を形成するには、通常、１０回導電性インクの塗布と赤外線硬化を繰り返すことになる。

【0022】

当該導電体２９の厚み（μｍ）は、許容電流を大きくできることから、ビアポスト回路２６のめっき接続側の面積値（μｍ^２）に対して、ビアポスト回路２６のめっき接続側の外周の長さ（μｍ）に導電体２９の厚み（μｍ）を乗じた値が等しいか又は大きくなる厚みであることが好ましい。
また、導電体２９の厚み（μｍ）は、ビアポスト回路２６のめっき接続側の面積値（μｍ^２）に対して、ビアポスト回路２６のめっき接続側の外周の長さ（μｍ）に導電体２９の厚み（μｍ）を乗じ、更に導電体２９の抵抗値（Ω）をめっき金属の抵抗値（Ω）で除した値を乗じた値が等しいか又は大きくなる厚みであることが好ましい。

【0023】

図６（ｌ）に示したように、この実施の形態では、導電体２９は、ビアポスト回路２６と、当該ビアポスト回路２６の周辺回路の両方に接している。導電体２９が、ビアポスト回路とその周辺回路の両方に接することで、安定的に接続することが可能である。

【0024】

そして最後に、図７（ｍ）に示したように、導電体２９上に、部品３０（発熱・大電流部品）を実装した高放熱プリント配線板実装ユニット４００を得る。

【0025】

本発明を説明するに当たって、４層貫通めっきスルーホールを備えた多層プリント配線板を用いて説明してきたが、本発明を逸脱しない範囲であれば、２層基板、６層基板、８層基板、又はそれ以上の層数基板が使用できることは言うまでもない。さらにまた、板厚、材料等も本発明の範囲内で変更が可能である。

【符号の説明】

【0026】

１０：コア基板
１１：内層回路
１２：金属箔
１３、２５：貫通めっきスルーホール
１４、２２：めっき膜
１５：充填材
１６、１９：ビアポスト挿入用のウインドウ
１７：Ｌ４の導体回路
１８：プリプレグ
２０：金属シート
２１：貫通穴
２３：Ｌ１面の外層回路
２４：Ｌ５面の外層回路
２６ａ：ビアポスト
２６：ビアポスト回路
２７：ソルダーレジスト
２８：はんだ
２９：導電体
３０：部品（発熱・大電流）
ＰＷ：Ｌ１－Ｌ４ ４層多層プリント配線板中間体
ＰＸ：Ｌ１－Ｌ５ ５層多層プリント配線板中間体
１００：高放熱プリント配線板
２００：はんだを備えた高放熱プリント配線板
３００：導電体を備えた高放熱プリント配線板
４００：部品を備えた高放熱プリント配線板実装ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】