JPH0636475B2 - 多層プリント配線板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、放熱性の良好な多層プリント配線板に関す
る。

〔従来技術〕

従来、多層プリント配線板は、第３図に示すように複数
層の導電回路を絶縁層を介して積層させた構造となって
いる。第３図において、１は導電回路を形成する最も外
側の導体回路面、２はそのすぐ内側の導体回路面、３は
その内側の導体回路面である。これらの導体回路面は、
絶縁層であるプリプレグ４を介して積層している。５
は、上面から下面に連通するスルーホールである。この
スルーホール５は、部品を取り付けたり、導体回路面間
に電気的回路を形成したりするための穴である。プリプ
レグ４としては、ガラスクロスを基材とし、これにエポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド樹脂等を含
浸させたものである。

しかしながら、このようなプリプレグ４を絶縁層とした
ものは、放熱性の点で劣り、このために最も外側の導体
回路面１の表面に発熱部品を搭載した場合や高密度実装
の場合などに発熱又は蓄熱による故障が発生したりする
などの欠点があった。また、この故障防止のために発熱
部品の搭載に限界がある等の問題があった。そこで、熱
の放散を促進させるために、搭載する発熱部品の上に放
熱フィンを設けたり、導体回路面１の端部に放熱フィン
を設けたりしているが、これでは放熱フィン自体が嵩張
るために、得られる電子機器の小型化に限界があった
り、カードアッセンブリーの実装密度を高められない等
の問題が生じてしまう。

したがって、最近では、第３図の構成に加えて第２図に
示すように、最も外側の導体回路面１とそのすぐ内側の
導体回路面２との間に熱伝導性の金属性板状体６を配置
した多層プリント配線板が提案されている（特開昭61-2
41999 号参照）。しかし、この場合においても放熱性の
点においては十分でないという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した欠点および問題点を解消するために
なされたものであって、放熱性の良好な多層プリント配
線板を提供することを目的とする。この多層プリント配
線板は、特に高速・高密度集積回路素子を用いた電子機
器、例えば高速コンピュータ、ＬＳＩテスター等に好適
に利用可能である。

〔発明の構成〕

このため、本発明は、複数層の導体回路を非熱伝導性物
質の絶縁層を介して積層させてなる多層プリント配線板
において、最も外側の導体回路面とそのすぐ内側の導体
回路面との間に限定して、熱伝導性の金属性板状体を配
置し、さらに、該金属性板状体の周囲に、熱伝導率が0.
5 ×10^-3cal/cm・sec・℃以上の絶縁性の放熱材料を配
置し、前記すぐ内側の導体回路面の内側には複数層の導
体回路を設けたことを特徴とする。

以下、図を参照して本発明の構成につき詳しく説明す
る。なお、第２図および第３図におけると同様な箇所お
よび部品は同じ番号で表わす。

第１図は、本発明の多層プリント配線板の一例の断面説
明図である。第１図においては、最も外側の導体回路面
１とそのすぐ内側の導体回路面２との間に、熱伝導性の
金属性板状体６が配置されている。導体回路面２の内側
には、プリプレグ４で示す非熱伝導性物質の絶縁層を介
して複数層の導体回路が設けられている。

金属性板状体６の配置は、上面の導体回路面１とそのす
ぐ内側の導体回路面２との間でも下面の導体回路面１と
そのすぐ内側の導体回路面２との間でもいずれでもよ
く、また、上面の導体回路面１とそのすぐ内側の導体回
路面２との間および下面の導体回路面１とそのすぐ内側
の導体回路面２との間の両方であってもよい。

金属性板状体６は、放熱性の良好な熱伝導性のよいもの
であり、例えば、アルミニウム板、ケイ素鋼板、鉄板、
ステンレス板、銅板等で代表される金属板、又はこれら
金属を粉末化、繊維化、もしくはカットファイバー化し
たものを少量のバインダーで固めてシート状或いは層状
としたものである。金属性板状体６の厚さは、特に限定
されるものではないが、薄すぎると放熱効果が少なくな
り厚すぎると重くなるので、10μｍ〜5.0mm、好ましく
は50μｍ〜2mmであることが適当である。この金属性板
状体６には、スルーホール５が貫通する部分に予めクリ
アランス加工が施されている。すなわち、スルーホール
５の穴径よりも若干大きめの径で金属性板状体６の適当
箇所に予め穴が開けられている。

このように金属性板状体６を配置することにより、搭載
した電子部品が発熱した場合でも配線板全体に熱を分散
させることができるため熱の集中を避けることができ、
したがって配線板全体が放熱エリアとなるので放熱効果
が向上する。

また、さらに放熱効果を高めるために、本発明では、第
１図において７で示すように金属性板状体６の周囲に、
絶縁性の放熱材料を配置している。この放熱材料として
は、熱伝導率が0.5 ×10^-3cal/cm・sec・℃以上のもの
であり、例えば、アルミナやチッ化アルミニウム等のセ
ラミックの粉末、マイカなどを有機材料に配合したもの
である。有機材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹
脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド樹脂、シリコーン
樹脂等である。この放熱材料の配置により、搭載した電
子部品から発生した熱を該放熱材料を通して金属性板状
体６に放散させ易くなり、また、金属性板状体６に放散
した熱を該放熱材料を通して配線板の表面から放散させ
易くなる。

本発明において、絶縁性の放熱材料７は金属性板状体６
と共に、最も外側の導体回路面１とそのすぐ内側の導体
回路面２との間に限定して配置している。すなわち、多
層プリント配線板の外側部分だけに放熱材料７を配置し
ている。これは、放熱材料（例えば、アルミナ）は多層
プリント配線板の誘電率を上昇させたり、インピーダン
スを変化させたりする性質があるため、これを内層部に
配置すると、内層部回路の信号伝播速度を遅らせる等配
線板の電気特性を変化させ、回路特性の設計値からのズ
レを起こさせる原因になるからである。

また、電子部品は多層プリント配線板の表面に配置され
るのが一般的であるため、金属性板状体６と放熱材料７
とを最も外側の導体回路面１とそのすぐ内側の導体回路
面２との間に限定して配置すれば、上記配線板の電気特
性を阻害することを極力抑え得ると共に、最小量の材料
で電子部品の放熱効果を最大限に発揮させることができ
る。

いっそう放熱効果を高めるために、第４図に示すよう
に、搭載した電子部品と配線板の表面との間に放熱性を
有する材料を配置してその空隙をなくしてもよい。第４
図において、フラット型ＩＣである電子部品８と導体回
路面１との間およびＤＩＰ型ＩＣである電子部品９と導
体回路面１との間に、それぞれ、放熱材料７が配置され
ている。これにより、電子部品で発生した熱を放熱材料
７を介して配線板に、ひいては金属性板状体６に放散さ
せることができ、いっそう放熱効果を高めることができ
る。なお、放熱材料７は、スクリーン印刷或いはディス
ペンサーなどにより配置すればよい。

また、最も外側の導体回路面１には、その適当箇所（端
部でも中央部でもいずれの箇所でもよい）に回路を形成
しない部分を放熱促進エリアとして残しておくとよい。
これにより、金属性板状体６に放散された熱をこの放熱
促進エリアに誘導して外部に放散させることができるの
で、放熱効果をさらにいっそう高めることができる。

つぎに、本発明の多層プリント配線板を製造する手順の
一例を具体的に説明する。

内層材の調製。

内層材は、通常の多層板の製造方法によって製造すれば
よい。例えば、両面銅張り積層板を整面し、その面に感
光性フォトレジストをラミネートし、露光、現像、エッ
チング、フォトレジスト剥離等の工程を経て両面に回路
を形成させ、さらに必要に応じて黒色酸化銅処理して乾
燥させる。このようにして両面に回路を形成させた積層
板の１枚が内層材であり、或いはその複数枚を、ガラス
クロスにエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリイミ
ド樹脂等を含浸させてなるプリプレグを介して積層させ
たものが内層材である。

外層材の調製。

第５図に示されるように、金属性板状体６（例えば、ア
ルミニウム板）にスルーホールが貫通する部分のクリア
ランス加工を行う。すなわち、スルーホールの穴径より
も若干大きめの径で穴10を開ける。この穴10を開けるに
は、ドリル加工による方法やエッチングによる方法によ
ればよい。つぎに、好ましくは接着性を安定させるため
に、金属性板状体６の表面をエッチング処理したりプラ
イマー処理したりする等の表面処理を行う。

この金属性板状体６の表面には、第５図に示されるよう
に、周囲に絶縁性の放熱材料７を配置する。その上に銅
箔11を張り合わせる。銅箔11の張り合わせは、ホットロ
ールラミネータや加熱プレスを適宜用いて行えばよい。
このようにして、外層材が得られる。

内層材と外層材との積層。

第５図に示される外層材は、第６図に示されるように、
プリプレグ４を介して内層材に重ね合わされる。つぎ
に、加熱圧着することにより、両面に銅箔11を貼り合わ
せた多層板が得られる。

また、予め外層材だけを加熱或いは加熱圧着して放熱材
料や穴埋め材等を硬化させた後、プリプレグ４を介して
内層材に重ね合わせ、加熱圧着して同様に両面に銅箔11
を貼り合わせた多層板を得ることができる。

なお、金属性板状体６の穴10の深さが深い場合、すなわ
ち金属性板状体６の厚さが厚い場合には、プリプレグ４
を介して外層材と内層材を重ね合わせて積層させると穴
10への樹脂等の流れ込み不足により穴10にエアー溜りが
生じることがある。このエアー溜りを防ぐために、真空
プレスやオートクレーブを用いて真空成形を行うと穴10
に相当する銅箔11の面に凹みが生じてしまう。これらの
不具合は金属性板状体６が薄い場合には問題とはならな
いが、金属性板状体６の厚さが0.2 mmを超えると顕在化
してくる。この対策としては、例えば、穴10の容積に見
合った樹脂配合物を穴10内に注入すればよい。樹脂配合
物としては、放熱材料７と同様の組成のものが好ましい
が樹脂配合物内におけるセラミックの粉末やマイカなど
の配合量が多い場合には注入しにくいので、この場合に
は、その量を少なくしたものがよい。また、溶剤量が多
い場合には溶剤が乾燥するとその部分の凹みが多くなる
ため、好ましくは無溶剤型のエポキシ樹脂等を用いるの
が最良である。樹脂配合物を穴10内に注入する方法とし
ては、例えば、最近市販されている微量成分を高精度に
注入することができるデスペンサーを用いることもでき
るし、また、簡易な方法として樹脂配合物をスキージー
で埋め込み、その表面を平滑にしてもよい。このように
穴10内に樹脂配合物を注入した場合には、その樹脂配合
物が穴10から流出しないようにするために、銅箔11の反
対側の金属性板状体６の表面に１層の流動しない樹脂配
合物層を貼り合わせた方がよい。この樹脂配合物層とし
ては、前述した絶縁性の放熱材料を用いることができ
る。

積層後の加工。

このようにして得られた多層板の上面から下面に、第７
図（Ａ）に示すようにスルーホール５を貫通させ、デス
ミア処理し（スルーホール５内に付着した樹脂分等の残
渣を除去すること）、スルーホール５内を化学銅メッキ
前処理する。つぎに、第７図（Ｂ）に示すようにスルー
ホール５内を化学銅メッキして銅20を付着させ、その上
に第７図（Ｃ）に示すようにパネルメッキ（電気銅メッ
キ）して電気銅21を付着させる。ついで、第７図（Ｄ）
に示すように電気銅21の上にフォトレジスト22を設けて
回路のイメージング（焼付）を行い、第７図（Ｅ）に示
すようにパターンメッキ（電気メッキ＝銅メッキおよび
はんだメッキ）を行って銅・はんだ23を付着させ、第７
図（Ｆ）に示すようにフォトレジスト22を剥離してエッ
チングを行い、第７図（Ｇ）に示すようにはんだリフロ
ー（フェージング）を行うか又は第７図（Ｈ）に示すよ
うにはんだ落としを行う。つぎに、第７図（Ｉ）に示す
ようにソルダーレジスト印刷し（発熱部品が搭載される
箇所はクリアとするか又は印刷しない場合がある）、シ
ンポル印刷24を設け、その上に第７図（Ｊ）に示すよう
にはんだ25（はんだレベラー）を設ける。このようにし
て、多層プリント配線板を得ることができる。

以下に実施例および比較例を示す。

実施例 18μの厚さの電解銅箔の非光沢面に、放熱材料を乾燥後
の固形分の厚さが50μとなるようにコンマコーターを用
いて塗布し、乾燥させた。なお、ここで用いた放熱材料
は、熱伝導率が5.1 ×10^-3cal/cm・sec・℃であって、
平均粒径５μのアルミナ粉末80重量部、ＣＴＢＮ変性ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量250）25
重量部、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量260）20重量部、ジアミノジフェニルスルホン５
重量部、メチルエチルケトン100 重量部を高速撹拌機を
用いて混合し、乾燥、硬化させたものである。

このようにして得られた放熱材料付き銅箔の放熱材料表
面に、予め所定の場所に直径２mmの穴をドリルで多数個
あけ、硫酸・クロム酸混合液でエッチング処理した厚さ
150 μのアルミ板を合わせ、その後、該穴に樹脂配合物
を埋め込むために、液状のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂（エポキシ当量190）50重量部とジアミノジフェニ
ルスルホン５重量部の２成分を用いて無溶剤型エポキシ
樹脂配合物を作製し、これをスキージーにて該穴に埋め
込み、その表面を平滑にした。

つぎに、別に離型フィルムに塗布して得られた放熱材料
の厚さ100 μのシートを、上記アルミ板の表面に、120
℃に加熱したホットロールラミネータで貼り合わせ、ア
ルミ板の周囲をその放熱材料で被覆した。得られた積層
物をプレスで200 ℃で２時間、加熱圧着させて硬化させ
た。これにより、アルミコア外層材が得られた。このア
ルミコア外層材の表面は、銅箔面も放熱材料面も平滑で
あった。

ついで、すでに両面に回路を形成した内層材にプリプレ
グ（厚さ100 μ）を介して上記外層材を両側に重ね、プ
レスにて170 ℃で２時間、40kg/cm₂の圧力で硬化させ、
両面に銅箔を貼り合わせた多層板を得た。この多層板の
銅箔表面には、凹みや膨れは見られなかった。

この多層板に、通常の多層プリント配線板の製造法によ
り、直径１mmのスルーホールの穴あけ等を行って本発明
の多層プリント配線板を得た。ただし、最も外側の導体
回路面の端部に、回路を形成しない部分を放熱促進エリ
アとして残した。この放熱促進エリアの面積は、放熱促
進エリアと最も外側の導体回路面とを合わせた全体の面
積の15％であった。

比較例１ 予め所定の場所に直径２mmの穴をドリルで多数個あけ、
脱脂処理した厚さ50μのアルミ板を作製した。

つぎに、すでに両面に回路を形成した内層材にプリプレ
グ（厚さ100 μ、２枚）を介して上記アルミ板を重ね、
そのアルミ板の上にプリプレグ（厚さ100 μ、２枚）を
重ね、その上に18μの銅箔を重ねて、プレスにて170℃
で２時間、40kg/cm²の圧力でプリプレグを硬化させ、両
面に銅箔を貼り合わせた多層板を得た。この多層板の銅
箔表面には、凹みや膨れは見られなかった。

この多層板に、通常の多層プリント配線板の製造法によ
り、直径１mmのスルーホールの穴あけ等を行って多層プ
リント配線板を得た。

比較例２ 18μの厚さの電解銅箔の非光沢面に、放熱材料を乾燥後
の固形分の厚さが50μとなるようにコンマコーターを用
いて塗布し、乾燥させた。なお、ここで用いた放熱材料
は、平均粒径３μのアルミナ粉末80重量部、ＣＴＢＮ変
性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量25
0）45重量部、ジアミノジフェニルメタン５重量部、メ
チルエチルケトン100重量部を高速撹拌機を用いて混合
したものである。

このようにして得られた放熱材料付き銅箔の放熱材料表
面に、予め所定の場所に直径２mmの穴をドリルで多数個
あけ、脱脂処理した厚さ150 μのアルミ板を合わせ、12
0 ℃の加熱したホットロールラミネータを通して貼り合
わせて外層材を作製した。

つぎに、すでに両面に回路を形成した内層材にプリプレ
グ（厚さ100 μ、２枚）を介して上記外層材を両側に重
ね、プレスにて170℃で２時間、40kg/cm²の圧力でプリ
プレグを硬化させ、両面に銅箔を貼り合わせた多層板を
得た。この多層板の銅箔表面には、凹みや膨れは見られ
なかった。

この多層板に、通常の多層プリント配線板の製造法によ
り、直径１mmのスルーホールの穴あけ等を行って多層プ
リント配線板を得た。ただし、最も外側の導体回路面の
端部に、回路を形成しない部分を放熱促進エリアとして
残した。この放熱促進エリアの面積は、放熱促進エリア
と最も外側の導体回路面とを合わせた全体の面積の15％
であった。

比較例３ 金属板（層）を入れないで従来の方法により多層プリン
ト配線板を得た。

この際、両側の最外層に用いた銅箔の厚さは18μであ
り、その下の回路間の絶縁層として実施例および比較例
１〜２におけると同様に100 μのプリプレグ２枚を用い
た。

つぎに、これらの多層プリント配線板（実施例、比較例
１〜３）の放熱効果を見るために、第８図に示すように
比較例３の多層プリント配線板30にフラット型ＩＣであ
る電子部品８とＤＩＰ型ＩＣである電子部品９とを載せ
た場合、第９図に示すように比較例３の多層プリント配
線板30にフラット型ＩＣである電子部品８とＤＩＰ型Ｉ
Ｃである電子部品９とを載せ、さらにこれらの電子部品
８，９の上に放熱フィン（ヒートシンク）31を設けた場
合、第10図に示すように比較例１の多層プリント配線板
30にフラット型ＩＣである電子部品８とＤＩＰ型ＩＣで
ある電子部品９とを載せた場合、第11図に示すように比
較例２の加熱促進エリア32付き多層プリント配線板30に
フラット型ＩＣである電子部品８とＤＩＰ型ＩＣである
電子部品９とを載せた場合、第12図に示すように実施例
の放熱促進エリア32付き多層プリント配線板30にフラッ
ト型ＩＣである電子部品８とＤＩＰ型ＩＣである電子部
品９とを載せ、さらにこれらの電子部品８，９と多層プ
リント配線板30との間に放熱材料７を200 μの厚さにス
クリーン印刷して設けた場合、および第13図に示すよう
に実施例の放熱促進エリア32付き多層プリント配線板30
にフラット型ＩＣである電子部品８とＤＩＰ型ＩＣであ
る電子部品９とを載せた場合のそれぞれについて、電子
部品８，９が発生した熱の放散性を評価した。この結果
を表１に示す。第８図〜第13図中、矢印は放熱の様子を
示す。

熱の放散性の評価方法： 電子部品８，９を実装した多層プリント配線板を23±２
℃の室内の机の上に水平に置き、電源を入れ、熱平衡状
態となるまで30分間放置した。つぎに、電子部品８，９
の表面に温度測定用プローブを当て、約５分間後の温度
を測定した。第８図の場合（放熱フィンなし）を０％と
し、第９図の場合（放熱フィンあり）を100 ％として評
価した。

表１から明らかなように、本発明の多層プリント配線板
（第12図、第13図）は、従来の多層プリント配線板（第
８図の放熱フィンなしの場合および第10図の放熱材料な
しの場合）および第11図の最も外側の導体回路面と金属
性板状体との間だけに放熱材料が存在する場合に比して
熱の放散性、すなわち放熱性に優れていることが判る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば下記の効果を奏する
ことができる。

多層プリント配線板全体に熱が分散されるため、熱
の集中が避けられる。

多層プリント配線板全体が放熱エリアとなり、放熱
効果が大きくなる。

放熱促進エリアを設けることにより放熱エリアから
外部に熱を誘導することができ、さらに放熱効果を高め
ることができる。

放熱フィンが不要となるので、カードアッセンブリ
の実装密度を高めることができる。

多層プリント配線板を設けた機器内温度が高くなら
ないので、機器の信頼性が向上する。

多層プリント配線板の信号伝播速度その他の電気的
特性を阻害することを極力抑え、効果的に高い放熱効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多層プリント配線板の一例の断面説明
図、第２図および第３図はそれぞれ従来の多層プリント
配線板の一例の断面説明図、第４図は多層プリント配線
板に電子部品を搭載した様子を示す説明図である。 第５図、第６図、および第７図（Ａ）〜（Ｊ）は本発明
の多層プリント配線板の製造工程の一例を示す説明図で
ある。 第８図〜第13図は多層プリント配線板に電子部品を搭載
して放熱試験を行う様子を示した説明図である。 １，２，３……導体回路面、４……プリプレグ、５……
スルーホール、６……金属性板状体、７……放熱材料、
８，９……電子部品、11……銅箔、30……多層プリント
配線板、31……放熱フィン、32……放熱促進エリア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 萬喜男 神奈川県平塚市南原１―28―１ (72)発明者 古木 暁 東京都目黒区自由が丘３―12―18 (72)発明者 古瀬 武弘 神奈川県中郡二宮町山西1427 (72)発明者 橋場 兵四郎 神奈川県横浜市南区東永谷１―１―28 (72)発明者 寺田 正一 東京都大田区多摩川２―４―６ (72)発明者 小峰 俊男 神奈川県海老名市大谷3970―４ (72)発明者 藤井 博 神奈川県藤沢市菖蒲沢213 (56)参考文献 特開 昭61−241999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−171791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−171792（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数層の導体回路を非熱伝導性物質の絶縁
   層を介して積層させてなる多層プリント配線板におい
   て、最も外側の導体回路面とそのすぐ内側の導体回路面
   との間に限定して、熱伝導性の金属性板状体を配置し、
   さらに、該金属性板状体の周囲に、熱伝導率が0.5 ×10
   ^-3cal/cm・sec ・℃以上の絶縁性の放熱材料を配置し、
   前記すぐ内側の導体回路面の内側には複数層の導体回路
   を設けた多層プリント配線板。