DE112004000007T5 - Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern - Google Patents
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Abstract
Mehrschicht-Leiterplatte
mit Metallkern, erhalten durch Bilden einer oder mehrerer zumindest innerer
Schichten eines Laminates, bei dem eine isolierende Schicht und
eine Leiterschicht abwechselnd auf einer Metallplatte gestapelt
sind und die Metallplatte als einen Kern aufweist, wobei die Metallplatte
unterhalb einer Stelle angeordnet ist, auf der ein Halbleiterelement
montiert werden soll, eine Oberflächenschicht, über der
das Halbleiterelement montiert ist, und die Metallplatte als die
innere Schicht durch ein BVH verbunden sind, und eine Wärmestrahlungs-Schicht über der
Oberflächenschicht
gebildet ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern, die zur wirksamen Abgabe von Wärme in der Lage ist, die durch ein Halbleiterelement (im Folgenden als "Heizelement" bezeichnet) erzeugt wird.
- Stand der Technik
- Konventionell wurde bei einer solchen Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern ein plattiertes Durchgangsloch, das zum Verbinden eines Leitermusters auf der Oberfläche einer Leiterplatte mit einem Leitermuster auf deren Rückseite gebildet wurde, als ein Durchgangsloch für Wärmestrahlung benutzt (z.B. JP-OS Hei 9-148691). Ein anderes Verfahren zum Bewirken von Wärmestrahlung ist ein Verfahren des Bildens einer Innenschicht-Schaltung aus einer Kupferfolie oder einer dünnen plattierten Schicht und des Verbindens der Innenschicht-Schaltung mit einer Leiterschaltung einer Oberflächenschicht und einem Kupfer-plattierten Blindloch (das im Folgenden als "IVH" bezeichnet wird), das in einer Innenschicht angeordnet ist (z.B. JP-OS Hei 11-330 708). Vorgeschlagen wurde auch eine Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern, die eine Wärmestrahlungs-Struktur aufweist, in der durch elektronische Teile abgegebene Wärme durch eine interne Wärmeübertragungsschicht über ein Kupfer-plattiertes Blindloch (im Folgenden als "BVH" bezeichnet) geleitet wird, das in einer äußeren Schicht gebildet ist und dann durch eine dielektrische Oberflächenschicht zu einem Chassis (Gehäuse) übertragen wird (z.B. JP-OS 2000-299 564).
- Offenbarung der Erfindung
- Wird Wärme über ein plattiertes Durchgangsloch abgestrahlt, dann stört ein Heizelement, das auf einer Seite montiert ist, das Montieren eines anderen Elementes auf der anderen Seite des Durchgangsloches. Zusätzlich kann eine weitere Verdrahtung nicht in der Nähe des plattierten Durchgangsloches angeordnet werden und dies stört eine Erhöhung der Verdrahtungsdichte. Darüber hinaus ist es unmöglich, die Wärmestrahlung durch Erhöhen der Anzahl plattierter Durchgangslöcher zu verbessern, weil bei Erhöhung der Anzahl ein Verdrahten unter Umgehen vieler Durchgangslöcher erforderlich ist. Selbst in einer Leiterplatte, in der Innenschicht-Schaltungen aus einer Kupferfolie oder einer dünnen plattierten Schicht hergestellt und über IVH verbunden sind, ist diese IVH-Verbindung nicht wirksam für die Wärmeübertragung, weil eine Kupferfolie oder eine plattierte Schicht ein dünnes Metall ist. In einer Wärmestrahlungs-Struktur zur Übertragung von Wärme aus einer internen Wärmeübertragungs-Schicht via BVH und Übertragen zu einem Chassis über eine dielektrische Oberflächenschicht ist die thermische Leitfähigkeit eines Harzes, das ein isolierendes Material ist, ungeachtet der Dicke der dielektrischen Oberflächenschicht gering und es können keine genügenden Wärmestrahlungs-Wirkungen erwartet werden.
- In Anbetracht der vorstehenden Probleme ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wirksam Wärme, die von einem Heizelement abgegeben wurde, zur Außenseite einer Leiterplatte zu emittieren, während es eine zweite Aufgabe ist, eine Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern bereitzustellen, die das Montieren eines anderen Elementes auf der Seite der Leiterplatte gestattet, die der Seite gegenüber liegt, auf der das Heizelement vorhanden ist (auf der Rückseite der Platte).
- Die erste Aufgabe wird bei einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern, erhalten durch Bilden einer oder mehrerer mindestens innerer Schichten eines Laminates, bei dem eine isolierende Schicht und eine Leiterschicht abwechselnd auf einer Metallplatte gestapelt sind, und das die eine Metallplatte als einen Kern aufweist, Anordnen der Metallplatte unter einer Stelle, auf der ein Halbleiterelement zu montieren ist, und Verbinden einer Oberflächenschicht, über der ein Halbleiterelement montiert ist, und der Metallplatte, als der inneren Schicht, über ein BVH gelöst.
- Mit einer solchen Struktur kann eine Wärmestrahlungsschicht in einem anderen Raum der Oberflächenschicht gebildet werden als dem für Signal-Schaltungen und Abschnitte, auf denen Teile montiert werden sollen, sodass von dem Heizelement emittierte Wärme über die Innenschicht-Metallplatte zur Oberfläche der Leiterplatte abgegeben werden kann. Durch die oben beschriebene Struktur können zusätzlich Elemente auf der Seite der Leiterplatte montiert werden, die der Seite gegenüber liegt, auf der das Heizelement vorhanden ist, was die Anordnung von Teilen erleichtert, die Design-Freiheit vergrößert und dadurch die wirksame Nutzung des Raumes der Leiterplatte ermöglicht. Auf diese Weise kann die zweite Aufgabe gelöst werden.
- Die Wärmestrahlungs-Wirkungen können weiter durch Füllen des BVH mit einem Material gefördert werden, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
- Im Besonderen kann Wärme, die sonst für viele Stunden in der Leiterplatte verbleibt, durch Anordnen einer Grund- bzw. Erdungsschicht an der Peripherie der Wärmestrahlungs-Schicht der Oberflächenschicht und durch Verbinden des Chassis mit der Erdungsschicht nach dem Montieren des Heizelementes rasch emittiert werden.
- Wärmestrahlungs-Wirkungen können weiter durch Bilden eines Lötkissens zum Montieren des Heizelementes auf der Wärmestrahlungs-Schicht der Oberflächenschicht und Verbinden des Heizelementes mit der Oberflächenschicht über das Lötkissen verbessert werden.
- Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Bereitstellen einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern, die zum wirksamen Abstrahlen von Wärme, die von einem Heizelement abgegeben wurde, zur Außenseite der Leiterplatte in der Lage ist und das Montieren von Elementen auf der Seite der Leiterplatte gestattet, die der Seite gegenüber liegt, auf der das Heizelement vorhanden ist, ohne die Packungsdichte der Schaltungen zu beeinträchtigen. Diese Erfindung stellt einen großen industriellen Beitrag dar.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der vorliegenden Erfindung; -
3 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung der Herstellungsstufen (a) bis (d) der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der vorliegenden Erfindung; -
4 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern der Herstellungsstufen (e) bis (f) der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der vorliegenden Erfindung; und -
5 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer konventionellen Leiterplatte. -
- 1
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern (Erfindungsprodukt 1)
- 2
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern (Erfindungsprodukt 2)
- 10, 40
- Heizelement (Halbleiterelement)
- 11, 33, 41
- Lötkissen
- 12, 12a, 34
- BVH
- 13
- Metallplatte
- 14, 35
- Wärmestrahlungs-Schicht
- 15, 36
- Erdungsschicht
- 16
- Chassis
- 17
- Wärmeübertragungs-Material
- 18
- Element (Halbleiterelement)
- 21
- elektrolytische Kupferfolie
- 22, 42
- Prepreg
- 23
- gewalzte Kupferplatte
- 24, 43
- Kupfer-kaschierte Glas-Epoxy-Laminatplatte
- 25, 32, 44
- plattiertes Durchgangsloch
- 26
- Schaltung
- 27
- Laminat
- 28
- Öffnung
- 29
- Durchgangsloch
- 30
- Blindloch
- 31
- Verkupferung
- Beste Art der Ausführung der Erfindung
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden spezifisch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Aufbau der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Diagramm ist ein Heizelement10 auf einem Lötkissen11 einer Mehrschicht-Leiterplatte1 mit Metallkern mit einer Metallplatte13 als einem Kern innerer Schichten eines Laminates montiert, bei dem eine dielektrische Schicht und eine Leiterschicht abwechselnd gestapelt sind. - Direkt unter dem Heizelement
10 ist ein BVH12 gebildet und gleichzeitig ist ein BVH12a nicht direkt unter, aber unterhalb des Heizelementes gebildet. Das Heizelement10 ist über das BVH12 mit der Metallplatte13 der inneren Schicht verbunden, während das BVH12a und die Wärmestrahlungs-Schicht14 und darüber hinaus die Erdungsschicht15 an der Peripherie elektrisch über die Metallplatte13 verbunden sind. Diese Wärmestrahlungs-Schicht14 ist als ein festes Muster angeordnet, das einen anderen Raum nutzt als eine Signal-Schaltung (nicht dargestellt), die eine Leiterschaltung einer Oberflächenschicht ist und als ein Lötkissen, und sie wirkt wie eine Erdungsschaltung. Die Erdungsschicht15 an der Peripherie der Wärmestrahlungs-Schicht ist mit einem Chassis16 verbunden. - Ein Element
18 ist auf dem Lötkissen11 auf der Seite der Mehrschicht-Leiterplatte1 mit Metallkern gegenüber der Seite montiert, auf der das Heizelement10 vorhanden ist. - Direkt unter dem Heizelement
10 ist das BVH12 gebildet. Die Anordnung des BVH12 direkt unter dem Heizelement ist zur Verbesserung der Wärmestrahlung bevorzugt. - Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Wirkungen der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. Die im Heizelement
10 von1 erzeugte Wärme erreicht die Metallplatte13 der inneren Schicht über das unter dem Heizelement gebildete BVH12 . Die Wärme fließt durch die Metallplatte13 , wird zum BVH12a und der Wärmestrahlungs-Schicht14 übertragen und abgegeben, fließt durch die Erdungsschicht15 und das damit verbundene Chassis16 und wird dann rasch nach außen abgestrahlt. - Durch die oben beschriebene Struktur kann das Element
18 auf der Seite der Leiterplatte montiert werden, die der Seite gegenüber liegt, auf der das Heizelement vorhanden ist, was die Anordnung von Teilen erleichtert, die Design-Freiheit vergrößert und dadurch die wirksame Nutzung des Raumes der Platte ermöglicht. -
2 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern des Aufbaus der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem die BVH12 und12a mit einem Wärme leitenden Material17 gefüllt sind, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. - Als das Wärme leitende Material
17 sind Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einschließlich Metallen, wie Kupfer und Lotmaterial, sowie Harzpasten bevorzugt, die erhalten sind durch Vermischen eines anorganischen Materials, z.B. von Keramikteilchen (Aluminiumoxid, Siliciumdioxid) mit einem Harz. - Gemäß dieser Ausführungsform sind die BVH
12 und12a mit dem Wärme leitenden Material17 gefüllt, sodass Wärme zu einem größeren Volumen übertragen wird, was zur weiteren Verbesserung der Wärmestrahlungs-Wirkungen führt. - Die Herstellungs-Beispiele der Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern der vorliegenden Erfindung werden als Nächstes detailliert unter Bezugnahme auf die
3 und4 beschrieben. - Herstellungs-Beispiel 1
- Wie in
3(a) veranschaulicht, werden eine elektrolytische Kupferfolie21 mit einer Dicke von 18 μm, ein Prepreg22 mit einer Vorlaminationsdicke von 60 μm und eine gewalzte Kupferfolie23 mit einer Dicke von 250 μm aufeinander gestapelt. Wie im Laminat27 der3(c) gezeigt, wurde nur die Seite der gewalzten Kupferfolie geätzt, um gleichzeitig eine Öffnung28 zu bilden, die größer ist als der Durchmesser eines Durchgangsloches29 , das in einer späteren Stufe gebildet wurde, und von (nicht gezeigten) Schaltungsmustern. - Wie in
3(b) gezeigt, wurde nach der Bildung eines Durchgangsloches in einem von zwei doppelseitig Kupfer-kaschierten Glas-Epoxy-Laminaten24 mit einer elektrolytischen Kupferfolie mit einer Dicke von 18 μm, ein plattiertes Durchgangsloch25 durch Kupfer-Plattieren gebildet. - Dann wurden Schaltungen
26 nach dem fotografischen Verfahren gebildet. Bei dem anderen Kupfer-kaschierten Glas-Epoxy-Laminat24 mit einer elektrolytischen Kupferfolie mit einer Dicke von 18 μm wurden Schaltungen26 nur auf einer Seite nach dem fotografischen Verfahren gebildet. - Wie in
3(c) dargestellt, wurden die in den3(a) und3(b) erhaltenen Substrate unter Benutzung eines Prepregs22 aufeinander gestapelt. - Wie in
3(d) gezeigt, wurde dann ein Durchgangsloch29 in den resultierenden Stapel gebohrt, während in der Oberflächenschicht mittels Laser ein Blindloch30 gebildet wurde. - Wie in
4(e) gezeigt, wurde dann eine Kupfer-Plattierung31 auf das Durchgangsloch29 und das Blindloch30 aufgebracht. - Wie in
4(f) gezeigt, wurden Schaltungen über der Oberflächenschicht nach dem fotografischen Verfahren gebildet, wodurch die Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern (Erfindungsprodukt 1) gefertigt wurde, die das plat tierte Durchgangsloch32 , BVH34 , Lötkissen33 und periphere Erdungsschicht36 aufwies. - Herstellungs-Beispiel 2
- In einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern mit der Ausnahme erhalten, dass nach der Bildung des Blindloches
30 in einer Oberflächenschicht mittels Laser, das BVH12 mit Kupfer-Plattierung gefüllt wurde, sodass die erhaltene Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern ein mit Wärme leitendem Material (Kupfer) gefülltes BVH aufwies. - Konventionelles Produkt
- Drei Kupfer-kaschierte Glas-Epoxy-Laminate
43 mit einer elektrolytischen Kupferfolie mit einer Dicke von 18 μm wurden hergestellt. Sie wurden unter Benutzung eines Prepregs42 aufeinander gestapelt. In das Laminat wurde ein Durchgangsloch gebohrt, gefolgt von einer Kupfer-Plattierung. Ein Lötkissen41 zum Montieren von Teilen darauf wurde auf der Oberflächenschicht des plattierten Durchgangsloches44 gebildet. Ein Heizelement40 wurde auf dem Lötkissen41 montiert, wodurch die Leiterplatte mit sechs Schichten (konventionelles Produkt), wie in5 gezeigt, erhalten wurde. - Test
- Auf fast dem Zentrum jedes der Erfindungsprodukte 1 und 2, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt waren (der Durchmesser des BVH jedes Produktes betrug 0,15 mm) und der Leiterplatte mit sechs Schichten (Größe: 180×93 mm) als dem konventionellen Produkt wurden vier ICs (integrierte Schaltungen), die Heizelemente waren, montiert. Eine Leistung von 3W, insgesamt 12W, wurde für 5 Minuten angelegt.
- Die Vergleichsresultate der Oberflächen-Temperatur der IC sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Aus den Testresultaten der Tabelle 1 wurde bestätigt, dass die Oberflächen-Temperatur (86°C) des auf dem Erfindungsprodukt 1 montierten IC geringer ist als die (102°C) auf dem konventionellen Produkt, sodass das Erfindungsprodukt 1 verbesserte Wärmestrahlungs-Wirkungen hat. Es wurde auch bestätigt, dass die Oberflächen-Temperatur (79°C) des auf dem Erfindungsprodukt 2 montierten IC, dessen BVH mit einem Wärme leitenden Material gefüllt war, geringer ist als die (86°C), die auf dem Erfindungsprodukt 1 montiert ist, und dass das Erfindungsprodukt 2 weiter verbesserte Wärmestrahlungs-Wirkungen zeigt.
- Zusammenfassung
- Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrschicht-Leiterplatte (
1 ) mit Metallkern, die erhalten ist durch Bilden einer oder mehrerer zumindest innerer Schichten eines Laminates, bei dem eine isolierende Schicht und eine Leiterschicht abwechselnd auf einer Metallplatte gestapelt sind und das die Metallplatte als einen Kern aufweist, die Metallplatte (13 ) unterhalb einer Stelle angeordnet ist, auf der ein Heizelement (10 ) montiert werden soll, und eine Oberflächenschicht, über der das Heizelement (10 ) montiert werden soll, mit der Metallplatte (13 ) der inneren Schicht über ein BVH (12 ) verbunden ist, und eine Wärmestrahlungs-Schicht (14 ) über der Oberflächenschicht gebildet ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die wirksame Abstrahlung von Wärme, die von dem Heizelement abgegeben wurde, zur Außenseite der Leiterplatte ohne die Packungsdichte der Schaltungen zu beeinträchtigen, und gleichzeitig das Montieren eines anderen Elementes auf der Seite, die der Seite gegenüber liegt, auf der das Heizelement vorhanden ist.
Claims (4)
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern, erhalten durch Bilden einer oder mehrerer zumindest innerer Schichten eines Laminates, bei dem eine isolierende Schicht und eine Leiterschicht abwechselnd auf einer Metallplatte gestapelt sind und die Metallplatte als einen Kern aufweist, wobei die Metallplatte unterhalb einer Stelle angeordnet ist, auf der ein Halbleiterelement montiert werden soll, eine Oberflächenschicht, über der das Halbleiterelement montiert ist, und die Metallplatte als die innere Schicht durch ein BVH verbunden sind, und eine Wärmestrahlungs-Schicht über der Oberflächenschicht gebildet ist.
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern nach Anspruch 1, worin das BVH mit einem Wärme leitenden Material gefüllt ist.
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern nach Anspruch 1 oder 2, worin eine Erdungsschicht an der Peripherie der Wärmestrahlungs-Schicht über der Oberflächenschicht angeordnet und mit einem Chassis verbunden ist, nachdem das Halbleiterelement montiert ist.
- Mehrschicht-Leiterplatte mit Metallkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Wärmestrahlungs-Schicht mit einem Lötkissen zum Montieren des Halbleiterelementes ausgerüstet ist und das Halbleiterelement durch das Lötkissen mit der Oberflächenschicht verbunden ist.
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