JP2012199422A - 金属ベース配線板の製造方法及び金属ベース配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】スルー・ホール全体への樹脂の充填を、ボイドを抑制するなどして的確に行わせることを可能とした金属ベース配線板の製造方法及び金属ベース配線板を提供する。
【解決手段】配線部及びスルー・ホール９Ａを備え表面にパワー素子を実装する回路基板３Ａの裏面に、熱伝導性及び粘性を備えた絶縁材５Ａを介して金属ベース７Ａを積層し、回路基板３Ａ、絶縁材５Ａ、及び金属ベース７Ａの積層間を熱板２５，２７で加熱・加圧し、スルー・ホール９Ａの内圧上昇をシート３１を通したエア抜きにより抑制しつつ絶縁材５Ａをスルー・ホール９Ａ内へ移動させて充填し、回路基板、前記絶縁材５Ａが固化した絶縁層、及び金属ベースを積層形成することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パワー素子が実装される金属ベース配線板の製造方法及び金属ベース配線板に関する。

電気自動車の普及に伴い、パワー・トランジスタ等のパワー素子の需要が増大している。このパワー素子が実装される回路基板では、例えば１００Ａ等の大電流に伴う発熱をいかにして放熱するかが課題となる。

この課題に対し、特許文献１には、熱伝導用のスルー・ホールを形成し、このスルー・ホールにプリ・プレグの積層で樹脂を充填し、スルー・ホールを介して放熱性を高めた回路基板が示されている。

しかし、このプリ・プレグによるスルー・ホールへの樹脂の充填は、金属基板の両面にプリ・プレグを積層して行うため、スルー・ホール内に空気を巻き込むことでボイドが発生し易く、放熱性が十分でなくなるという問題があった。

特許文献２には、スルー・ホールを加工された材料間にプリ・プレグを挟んで積層し、スルー・ホールを樹脂で埋める方法が記載されている。

しかし、単にプリ・プレグを挟んで積層しただけでは、スルー・ホール全体を樹脂で的確に埋めることはできないという問題がある。

特開２００５−２７６９３６号公報 特開平６−１７７２７５号公報

解決しようとする問題点は、スルー・ホールへの樹脂の充填により放熱性を高める場合に、スルー・ホール内に空気を巻き込むことなどにより、スルー・ホール全体を樹脂で的確に埋めることはできなかった点である。

本発明は、スルー・ホール全体への樹脂の充填を、ボイドを抑制するなどして的確に行わせることを可能とするため、配線部及びスルー・ホールを備え表面に発熱部品を実装する回路基板の裏面に、熱伝導性及び粘性を備えた絶縁材を介して金属ベースを積層し、前記回路基板、絶縁材、及び金属ベースの積層間を加熱・加圧し、前記スルー・ホール内の内圧上昇を抑制しながら前記絶縁材を前記スルー・ホール内へ移動させて充填し、回路基板、前記絶縁材が固化した絶縁層、及び金属ベースを積層形成することを金属ベース配線板の製造方法の特徴とする。

前記金属ベース配線板の製造方法により製造された金属ベース配線板であって、 配線部及びスルー・ホールを備え表面に発熱部品を実装する回路基板と、この回路基板を熱伝導性の絶縁材を介して積層した金属ベースとを備え、前記絶縁材が、前記回路基板の裏面側から表面側に至って前記スルー・ホール内全体に充填されていることを金属ベース配線板の特徴とする。

本発明の金属ベース配線板の製造方法は、上記構成であるから、スルー・ホール内にボイドを発生させることなく絶縁材をスルー・ホール内全体に充填させることができる。

本発明の金属ベース配線板は、上記構成であるから、スルー・ホールおよびスルー・ホール内全体の絶縁材での熱伝導により、発熱部品の放熱を十分に行わせることが可能となる。

パワー素子が実装された金属ベース配線板を示す概略断面図である。（実施例） 金属ベース配線板を示す概略断面図である。（実施例） 金属ベース配線板の製造方法を示す工程図である。（実施例１） スルー・ホール径とフィラ粒径等の適用条件を示す図表である。（実施例１）

スルー・ホール全体への樹脂の充填を、ボイドを抑制するなどして的確に行わせることを可能とするという目的を、回路基板、絶縁材、及び金属ベースの積層間を加熱・加圧し、スルー・ホール内の内圧上昇を抑制しながら前記絶縁材を前記スルー・ホール内へ移動させて充填し、回路基板、前記絶縁材が固化した絶縁層、及び金属ベースを積層形成することにより実現した。

［金属ベース配線板］
図1は、パワー素子が実装された金属ベース配線板を示す概略断面図、図2は、金属ベース配線板を示す概略断面図である。

図1、図2のように、金属ベース配線板１は、回路基板３と、この回路基板３を熱伝導性の絶縁層５を介して積層した金属ベース７とを備え、放熱用のスルー・ホール９上に発熱部品であるパワー・トランジスタ等のパワー素子１１が実装されている。なお、図では、説明を簡単にするため、スルー・ホール９及びパワー素子１１の関係を一組のみ示すが、実際には、複数組形成されている。

回路基板３は、基板１３の表面及び裏面に配線部として銅箔の回路パターン１５，１７が形成されたものである。基板１３は、例えば、ガラス・エポキシ等で形成され、絶縁層となっている。回路基板３には、所定箇所にスルー・ホール９，１９が形成されている。スルー・ホール９，１９の内周面には、銅メッキ２１，２３が施され、回路パターン１５，１７を接続している。

放熱用のスルー・ホール９の銅メッキ２１を含めた直径は、０．３ｍｍ以上必要限度以下とする。この場合の必要限度以下とは、回路基板の製造要件およびパワー素子１１の実装要件等により相対的に決定されるものであり、実施例では３ｍｍ以下としている。

絶縁層５は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ＳＢＳ樹脂等の絶縁材で形成され、絶縁材層５を形成する絶縁材の一部５ａが、回路基板３の裏面側から表面側に至ってスルー・ホール９内全体を満たしている。スルー・ホール９内での絶縁材の一部５ａは、露出面５ｂが回路パターン１５とほぼ面一となっている。パワー素子１１は、スルー・ホール９に対し露出面５ｂに接するように実装されている。

絶縁層５及び一部５ａには、アルミナ、窒化アルミ、シリカ、又はＢＮ等の放熱用のフィラが混在されている。このフィラは、平均粒径２５μｍ以下で絶縁層5の絶縁耐電圧特性と熱伝導特性の関係等により相対的に決定されるものであり、４０〜７５体積%の充填率である。フィラ平均粒径の下限は、例えば、１μｍである。

金属ベース７は、アルミ等で形成されている。

したがって、パワー素子１１の発熱は、絶縁材の露出面５ｂから一部５ａを介して絶縁層５に伝導し、さらに金属ベース７に伝導して放熱される。

この放熱作用では、絶縁層５及び一部５ａでのフィラの混入により高い熱伝導性を持たせることができる。
［金属ベース配線板の製造方法］
図３は、金属ベース配線板の製造方法を示す工程図、図４は、スルー・ホール径とフィラ粒径等の実施条件を示す図表である。なお、図３の各構成部品は、金属ベース配線板として完成していない半製品状態であり、図２と対応する構成部分にＡを付して対応を示す。

図３では、２組の金属ベース配線板を一度に熱プレス積層形成する状態を示している。

図３のように、熱プレス用の上下の熱板２５，２７間で、熱板２７上に、金属ベース７Ａ、絶縁材５Ａ、回路基板（多層基板）３Ａ、シート３１、金属ベース７Ａ、絶縁材５Ａ、回路基板（多層基板）３Ａ、シート３３、当て板３５を順次積層配置する。

ここで使用するシート３１は、合成樹脂などのクッション・シート３１ａを離型紙３１ｂで挟んだものである。

スルー・ホール９Ａの直径は、上記のように０．３ｍｍ以上必要限度以下、例えば３ｍｍ以下としている。 絶縁材５Ａの樹脂は、８０〜１４０℃の温度域で１００ｋＰａ・Ｓ以下で、かつ自由状態で形状保持可能な粘度以上とする。 絶縁材５Ａは、アルミナ、窒化アルミ、シリカ、又はＢＮ等の放熱用のフィラを混在させる。

フィラは、平均粒径２５μｍ以下で熱伝導性を発揮し得る粒径以上、例えば１μｍ以上とし、４０〜７５体積%の充填率とする。

図４のように適用例１でのスルー・ホール９Ａ、絶縁材５Ａ、フィラ、及び工程の条件は、スルー・ホール９Ａの穴径：０．３ｍｍ、絶縁材５Ａの樹脂：ＳＢＳ、フィラ：アルミナ、フィラ平均粒径：１０〜１５μｍ、フィラ充填率：５６Ｖｏｌ％、加熱温度１８０℃、加圧力：５ＭＰａ、加圧時間：３０分、雰囲気：真空とした。

適用例２では、スルー・ホール９Ａの穴径：０．５ｍｍ、絶縁材５Ａの樹脂：エポキシ、フィラ：シリカ、フィラ平均粒径：１５μｍ、フィラ充填率：５５Ｖｏｌ％、加熱温度１８０℃、加圧力：５ＭＰａ、加圧時間：３０分、雰囲気：真空とした。

次いで、回路基板３Ａ、絶縁材５Ａ、及び金属ベース７Ａのシート３１を介した積層間を熱板２５，２７間で加熱・加圧する。

この加熱・加圧により絶縁材５Ａが回路基板３Ａの裏面側からスルー・ホール９Ａ内へ移動する。

この移動によりスルー・ホール９Ａ内のエアも離型紙およびクッション・シートを通して真空雰囲気中へ逃がされ、絶縁材５Ａがスルー・ホール９Ａ内へさらに移動し、回路基板３Ａの表面側にまで至ることができる。

その後、冷えると、絶縁材５Ａが固化して絶縁層５となり、図２のように回路基板３、前記絶縁材５Ａが固化した絶縁層５、及び金属ベース７を積層した金属ベース配線板１が完成する。

図２の金属ベース配線板１では、前記のように絶縁材層５を形成する絶縁材の一部５ａが、回路基板３の裏面側から表面側に至ってスルー・ホール９内全体を満たし、固化している。

このような、スルー・ホール９内全体への絶縁材の一部５ａの充填は、図４の条件設定により、実現することができた。
［実施例の効果］
本発明の金属ベース配線板１の製造方法では、配線部１５，１７及びスルー・ホール９Ａを備え表面にパワー素子１１を実装する回路基板３Ａの裏面に、熱伝導性及び粘性を備えた絶縁材５Ａを介して金属ベース７Ａを積層し、回路基板３Ａ、絶縁材５Ａ、及び金属ベース７Ａの積層間を熱板２５，２７で加熱・加圧し、スルー・ホール９Ａの内圧上昇を、シート３１を通したエア抜きにより抑制しつつ絶縁材５Ａをスルー・ホール９Ａ内へ移動させて充填し、回路基板３、前記絶縁材５Ａが固化した絶縁層５、及び金属ベース９を積層形成する。

このため、図２のように完成した金属ベース配線板１のスルー・ホール９内にボイドを発生させることなく絶縁材の一部５ａをスルー・ホール９内全体に充填させることができる。

スルー・ホール９の直径は、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下とした。

このため、平均粒径２５μｍ以下のフィラを含む絶縁材５Ａがスルー・ホール９内へ円滑に移動し、全体に行き渡らせることができる。

絶縁材５Ａは、８０〜１４０℃の温度域で１００ｋＰａ・Ｓ以下で、かつ自由状態で形状保持可能な粘度以上である。

このため、上下の熱板２５，２７による加熱・加圧により絶縁材５Ａをスルー・ホール９内へ円滑に移動させ、全体に行き渡らせることができる。

フィラは、４０〜７５体積%の充填率である。

このため、絶縁層５の熱伝導性を十分に高めながら、絶縁材５Ａとしてスルー・ホール９内への移動を円滑に行わせ、全体に行き渡らせることができる。

前記回路基板３Ａの表面側に対する加熱・加圧は、前記内圧上昇の抑制を可能とするシート３１を介して行う。

このため、スルー・ホール９Ａ内のエアは真空雰囲気中へ逃がされスルー・ホール９Ａ内の内圧上昇を抑制することができる。

［その他］
本発明実施例では、絶縁材５Ａを、８０〜１４０℃の温度域で１００ｋＰａ・Ｓ以下で、かつ自由状態で形状保持可能な粘度以上の樹脂とし、回路基板３Ａ、絶縁材５Ａ、及び金属ベース７Ａのシート３１を介した積層間を熱板２５，２７間で加熱・加圧したが、温度域に係わらず粘性を備え、積層後に経時的に固化、或いは加熱又は冷却により固化する絶縁材であれば、加圧のみで積層成形することも可能である。

１ 金属ベース配線板
３，３Ａ 回路基板
５ 絶縁層
５Ａ 絶縁材
７，７Ａ 金属ベース
９，９Ａ スルー・ホール
２５，２７ 熱板
３１ シート

Claims (9)

1. 配線部及びスルー・ホールを備え表面に発熱部品を実装する回路基板の裏面に、熱伝導性及び粘性を備えた絶縁材を介して金属ベースを積層し、
   前記回路基板、絶縁材、及び金属ベースの積層間を加圧し、
   前記スルー・ホール内の内圧上昇を抑制しながら前記絶縁材を前記スルー・ホール内へ移動させて充填し、
   回路基板、前記絶縁材が固化した絶縁層、及び金属ベースを積層形成する、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
2. 請求項１記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記スルー・ホールの直径は、０．３ｍｍ以上必要限度以下とする、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記絶縁材は、８０〜１４０℃の温度域で１００ｋＰａ・Ｓ以下の粘度であり且つ自由状態で形状保持可能な粘度以上であり、
   前記加圧時に加熱する、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記絶縁材は、放熱用のフィラを混在させた、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
5. 請求項４記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記フィラは、平均粒径２５μｍ以下で熱伝導性を発揮し得る粒径以上である、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
6. 請求項４又は５記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記フィラは、４０〜７５体積%の充填率である、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
7. 請求項４〜６の何れかに記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記フィラは、アルミナ、窒化アルミ、シリカ、又はＢＮである、
   ことを特徴とする金属ベース配線板の製造方法。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の金属ベース配線板の製造方法であって、
   前記回路基板の表面側に対する加圧は、前記内圧上昇の抑制を可能とするシートを介して行う、
9. 請求項１〜８の何れかに記載の金属ベース配線板の製造方法により製造された金属ベース配線板であって、
   配線部及びスルー・ホールを備え表面に発熱部品を実装する回路基板と、
   この回路基板を熱伝導性の絶縁層を介して積層した金属ベースとを備え、
   前記絶縁層を形成する絶縁材の一部が、前記回路基板の裏面側から表面側に至って前記スルー・ホール内全体を満たし固化している、
   ことを特徴とする金属ベース配線板。

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