JP2019195039A - プリント回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱特性が向上したプリント回路基板を提供する。【解決手段】プリント回路基板は、第１絶縁層１１０と、第１絶縁層の上面に複数積層される第２絶縁層１２０と、第１絶縁層の下面に複数積層される第３絶縁層１３０と、第１絶縁層内に形成された第１ビア２１０と、第１ビアに上下に接続されるように、第２絶縁層の全層を一括貫通して形成される第２ビア２２０と、を含む。第１ビア及び第２ビアのそれぞれの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は１より大きく、第１ビアの上面と下面との面積差は、第２ビアの上面と下面との面積差よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）に関する。

電子製品の高密度化及び高性能化により、プリント回路基板の放熱を解決できる技術が重要となっている。熱を放出するためにはビアの大きさが大きくなる必要があり、この場合、ビアは複数の単位ビアがスタック（ｓｔａｃｋ）された構造を有することができる。

特開２００６−２５３１８９号公報

本発明は、放熱特性が向上したプリント回路基板を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、第１絶縁層と、上記第１絶縁層の上面に複数積層される第２絶縁層と、上記第１絶縁層の下面に複数積層される第３絶縁層と、上記第１絶縁層内に形成された第１ビアと、上記第１ビアに上下に接続されるように、上記第２絶縁層の全層を一括貫通して形成される第２ビアとを含み、上記第１ビア及び上記第２ビアのそれぞれの横断面において短軸に対する長軸の長さの比が１よりも大きく、上記第１ビアの上面と下面との面積差は、上記第２ビアの上面と下面との面積差よりも大きいプリント回路基板が提供される。

本発明の他の側面によれば、第１絶縁層と、上記第１絶縁層の上面に複数積層される第２絶縁層と、上記第１絶縁層の下面に複数積層される第３絶縁層と、上記第１絶縁層、上記第２絶縁層及び上記第３絶縁層のすべてを貫通する放熱ビアと、上記第１絶縁層、上記第２絶縁層及び上記第３絶縁層のうちのいずれか１つを貫通する信号ビアとを含み、上記放熱ビアの横断面積は、上記信号ビアの横断面積よりも大きく、上記放熱ビアの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は１よりも大きく、上記放熱ビアは、上記第１絶縁層内に形成された第１ビアと、上記第１ビアに上下に接続されるように、上記第２絶縁層の全層を一括貫通して形成される第２ビアとを含むプリント回路基板が提供される。

本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。 本発明の実施例に係るプリント回路基板を含むパッケージを示す図である。 本発明の実施例に係るプリント回路基板の放熱ビアの横断面を示す図である。

本発明に係るプリント回路基板の実施例を添付図面を参照して詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素には同一の図面符号を付し、これに関する重複説明を省略する。

また、以下で使用する第１、第２等の用語は、同一または相応する構成要素を区別するための識別記号に過ぎず、同一または相応する構成要素が第１、第２等の用語により限定されることはない。

また、「結合」とは、各構成要素の間の接触関係において、各構成要素が物理的に直接接触する場合のみを意味するものではなく、他の構成が各構成要素の間に介在され、その他の構成に構成要素がそれぞれ接触している場合まで包括する概念として使用する。

図１は、本発明の実施例に係るプリント回路基板を示す図である。

図１を参照すると本発明の実施例に係るプリント回路基板は、第１絶縁層１１０と、第２絶縁層１２０と、第３絶縁層１３０と、放熱ビア２００と、信号ビア３００と、を含む。

プリント回路基板は、複数の絶縁層が積層された多層基板であり、複数の絶縁層のうちの第１絶縁層１１０はプリント回路基板の中央に位置し、コア（ｃｏｒｅ）として支持の役割を果たすことができる。

第１絶縁層１１０は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂等の絶縁材料で形成され、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｃｌｏｔｈ）等の補強材を含有することができる。具体的に、第１絶縁層１１０は、ＰＰＧ（ｐｒｅｐｒｅｇ）であってもよい。この補強材により第１絶縁層１１０は、プリント回路基板のコアとして作用することができる。しかし、第１絶縁層１１０に必ずしも補強材が含有されることに限定されることはない。

第２絶縁層１２０は、第１絶縁層１１０の上面に積層された複数の層である。第２絶縁層１２０は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂などの絶縁材料で形成され、第２絶縁層１２０は、第１絶縁層１１０と同一の絶縁材料で形成されてもよく、異なる絶縁材料で形成されてもよい。第２絶縁層１２０は無機フィラーを含有することができ、具体的に、第２絶縁層１２０は ＡＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ Ｆｉｌｍ）等のビルドアップフィルム（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ ｆｉｌｍ）であってもよい。第２絶縁層１２０に含有される無機フィラーの種類に制限はなく、例えばシリカ（ｓｉｌｉｃａ）であってもよい。

第３絶縁層１３０は、第１絶縁層１１０の下面に積層された複数の層であって、第２絶縁層１２０と同一であってもよい。すなわち、第３絶縁層１３０の絶縁材料は、第２絶縁層１２０の絶縁材料と同一であることができる。また、第３絶縁層１３０の層数は、第２絶縁層１２０の層数と同一であってもよく、この場合、第２絶縁層１２０及び第３絶縁層１３０は、第１絶縁層１１０を基準にして対称をなすことができる。

放熱ビア２００は、電子部品５００等のホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）（熱が発生する地点）から発生する熱を移動、分散及び放出させるビアである。放熱ビア２００は、熱伝導性の高い金属で形成可能であり、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属またはこれらの合金で形成されることができる。

放熱ビア２００の横断面は、短軸ｙ及び長軸ｘを有し、短軸ｙに対する長軸ｘの長さの比が１よりも大きい。すなわち、放熱ビア２００の横断面は、横に長い円（図３の（ａ）参照）に近く、具体的には、複数の円が横に重なって配置（図３の（ｂ）参照）される場合に作られる形状であることができる。すなわち、放熱ビア２００の横断面は、長方形から変形された形状であって、二つの辺は直線に維持され、残りの二つの辺が曲線に変更された形状であることができる。

放熱ビア２００の横断面において、短軸ｙに対する長軸ｘの長さの比は、２以上であってもよい。例えば、長軸（ｘ）は、８０５μｍ、短軸（ｙ）は、１００μｍであってもよい。このように長軸（ｘ）が短軸（ｙ）よりも長い形状のビアは、バービア（ｂａｒ ｖｉａ）と称されることができる。放熱ビア２００として円形ビアを用いる場合よりもバービアを用いる場合が、空間活用度が高くなる。

放熱ビア２００は、第１絶縁層１１０、第２絶縁層１２０及び第３絶縁層１３０の全層を貫通する。放熱ビア２００は、第１絶縁層１１０を貫通する第１ビア２１０、第２絶縁層１２０を貫通する第２ビア２２０及び第３絶縁層１３０を貫通する第３ビア２３０を含む。

第１ビア２１０は、第１絶縁層１１０を貫通して第１絶縁層１１０内に形成され、放熱ビア２００のコアとなることができる。

第２ビア２２０は、第１ビア２１０とは上下に接続されるように第１ビア２１０上に配置され、複数の第２絶縁層１２０を一括貫通する。第２ビア２２０は、複数の第２絶縁層１２０の全層を一括貫通するので、第２ビア２２０は複数の第２絶縁層１２０の間にパッドを含まない。ここで、「上下に接続される」とは、第１ビア２１０及び第２ビア２２０の少なくとも一部が互いに上下に重なるということを意味する。好ましくは、第１ビア２１０の上面と第２ビア２２０の下面とが同心円構造をなすことができる。

第３ビア２３０は、第１ビア２１０と上下に接続されるように、第１ビア２１０の下に配置され、複数の第３絶縁層１３０を一括貫通する。第３ビア２３０は、複数の第３絶縁層１３０の全層を一括貫通するので、第３ビア２３０は、複数の第３絶縁層１３０の間にパッドを含まない。ここで、「上下に接続される」とは、第１ビア２１０及び第３ビア２３０の少なくとも一部が互いに上下に重なるということを意味する。好ましくは、第１ビア２１０の下面と第３ビア２３０の上面とが同心円構造をなす。

第１ビア２１０の上面と下面との面積差は、第２ビア２２０の上面と下面との面積差よりも大きい。また、第１ビア２１０の上面と下面との面積差は、第３ビア２３０の上面と下面との面積差よりも大きい。

すなわち、第１ビア２１０の縦断面形状は、正台形または逆台形に近く、第２ビア２２０及び第３ビア２３０の縦断面形状は、長方形に近い。この場合、第１ビア２１０の横断面積は、第１絶縁層１１０の上面から下面に行くほど大きくなるか、または小さくなり、第２ビア２２０及び第３ビア２３０のそれぞれの横断面積は、プリント回路基板の外側から内側に行くほど略一定である。このように第２ビア２２０及び第３ビア２３０の縦断面形状が長方形に近いほど、第２ビア２２０及び第３ビア２３０を含む放熱ビア２００の放熱効果が増大することができる。

ただし、第２ビア２２０の横断面積と第３ビア２３０の横断面積とが必ずしも同一である必要はなく、第１ビア２１０の横断面積が第１絶縁層１１０の上面から下面に行くほど大きくなる場合は、第２ビア２２０の横断面積よりも第３ビア２３０の横断面積が大きいことが可能である。また、反対に第１ビア２１０の横断面積が第１絶縁層１１０の上面から下面に行くほど小さくなる場合は、第２ビア２２０の横断面積よりも第３ビア２３０の横断面積が小さいことが可能である。

一方、第１ビア２１０及び第２ビア２２０のそれぞれの縦断面において、第２ビア２２０の側面の傾きは第１ビア２１０の側面の傾きよりも垂直に近く、第１ビア２１０及び第３ビア２３０のそれぞれの縦断面において、第３ビア２３０の側面の傾きは第１ビア２１０の側面の傾きよりも垂直に近い。

第２ビア２２０及び第３ビア２３０は、その縦断面が長方形に近いビアホールが形成された後に上記ビアホール内に伝導性物質を充填することにより形成できるが、第２ビア２２０及び第３ビア２３０のためのそれぞれのビアホールは、第２絶縁層１２０の全層及び第３絶縁層１３０の全層を貫通する。伝導性物質の充填はメッキ方法により行われることができ、これに使用されるメッキ液の成分（添加剤等）を調整することで、ビアホール内でのメッキによるディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）の発生を防止することができる。

第２ビア２２０及び第３ビア２３０のように、メッキされる体積が大きくて、メッキされる領域の横断面積が大きい場合は、一般の等方性メッキによると中央部が陥没するディンプルが発生することがあるが、本発明ではメッキ液の成分調整によりディンプルのないメッキ層を成長させることができる。

第１ビア２１０の上下面には、第１パッド２１１ａ、２１１ｂが形成され、第２ビア２２０の上面には、第２パッド２２１が形成されることができる。また、第３ビア２３０の下面には、第３パッド２３１が形成されることができる。第１ビア２１０上面の第１パッド２１１ａは、第２ビア２２０と接触し、第１ビア２１０の下面の第１パッド２１１ｂは、第３ビア２３０と接触する。

信号ビア３００は、複数の絶縁層において各絶縁層ごとに形成された回路を層間接続させるビアである。複数の絶縁層の表面には回路が形成され、回路は電気信号を伝達する通路である。同一層においては回路に沿って電気信号が伝達されることができ、互いに異なる層の回路間には信号ビア３００を介して電気信号が伝達されることができる。この回路は、電気伝導性を考慮して、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属またはこれらの合金等で形成することができる。また信号ビア３００も、回路と同様に、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属またはこれらの合金で形成することができる。

信号ビア３００は、電気信号の伝達を主な目的としており、放熱ビア２００は、熱の放出を主な目的としている。信号ビア３００と放熱ビア２００はプリント回路基板の内部で電気的に接続されない。同様に、回路と放熱ビア２００もプリント回路基板の内部で電気的に接続されない。

信号ビア３００は、第１絶縁層１１０、第２絶縁層１２０及び第３絶縁層１３０のうちのいずれか一層を貫通する。互いに異なる層に形成された信号ビア３００は、パッドを介在してスタック（ｓｔａｃｋ）されることができるが、複数の絶縁層を一括貫通することはない。したがって、信号ビア３００は、第１絶縁層１１０、第２絶縁層１２０及び第３絶縁層１３０の全層を一括貫通する放熱ビア２００とは異なる。

放熱ビア２００の横断面積は、信号ビア３００の横断面積よりも大きい。放熱ビア２００の横断面積が信号ビア３００の横断面積よりも大きいため、放熱ビア２００の放熱効果が増大できる。

放熱ビア２００の短軸ｙに対する長軸ｘの長さの比は１よりも大きく、放熱ビア２００の短軸ｙに対する長軸ｘの長さの比は、信号ビア３００の短軸ｗに対する長軸ｚの長さの比よりも大きいことが可能である。この場合、放熱ビア２００の横断面は左右に伸びた円であり、信号ビア３００の横断面は円により近い形状を有することができる。信号ビア３００が完全な円である場合、短軸ｗと長軸ｚとの長さが同一（二つの軸の長さは同一であるが、説明の便宜上、任意の「第１軸」を短軸、第１軸と異なる方向を有する「第２軸」を長軸と称する）であり、短軸ｗに対する長軸ｚの長さの比は１と言える。

一方、プリント回路基板は、最上面及び最下面にソルダーレジスト層４００をさらに含むことができる。ソルダーレジスト層４００は、図２に示されている。ソルダーレジスト層４００は、第２ビア２２０の第２パッド２２１を露出させ、第３ビア２３０の第３パッド２３１を露出させることができる。またソルダーレジスト層４００は、信号ビア３００のパッドを露出させることができる。

図２は、本発明の実施例に係るプリント回路基板を含むパッケージを示す図である。

パッケージは、プリント回路基板と、電子部品５００等とを含み、電子部品５００は、プリント回路基板に実装される。電子部品５００は、能動素子、受動素子、ＩＣ等様々である。電子部品５００は、熱を発生するため、放熱ビア２００に近く実装されることができる。特に、電子部品５００は、放熱ビア２００の第２ビア２２０に接続されるように第２パッド２２１上に実装されることができ、接着剤により第２パッド２２１に接合されることができる。一方、電子部品５００は、回路及び信号ビア３００に接続されることができ、図２に示されているワイヤ等を介して接続されることができる。ワイヤは、金属（例えば、金）等の伝導体で形成され、ワイヤはソルダーレジスト層４００により露出するパッドに接合されることができる。ただし、電子部品５００が必ずしもワイヤボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）される必要はなく、ソルダー（ｓｏｌｄｅｒ）を介してフリップチップボンディング（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｂｏｎｄｉｎｇ）されることも可能であり、電子部品５００の実装方式に制限はない。

パッケージは、モールディング材６００をさらに含むことができる。モールディング材６００は、電子部品５００を取り囲むようにプリント回路基板上に形成されることができ、このモールディング材６００は、ＥＭＣコンパウンド（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であってもよい。

電子部品５００から発生する熱は、放熱ビア２００を介してプリント回路基板の下方に分散されることができ、さらに、放熱ビア２００に別途の放熱体（金属等）を付着可能であり、この場合、放熱体は第３パッド２３１に接合可能である。

上述したパッケージは、メインボード等の追加基板にソルダー等により実装可能であり、上記放熱体は、追加基板と離隔したもの、追加基板上に実装されたもの、追加基板に内蔵されたもの等様々であることができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加等により本発明を様々に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれるものといえよう。

１１０ 第１絶縁層
１２０ 第２絶縁層
１３０ 第３絶縁層
２００ 放熱ビア
２１０ 第１ビア
２２０ 第２ビア
２３０ 第３ビア
２１１ａ、２１１ｂ 第１パッド
２２１ 第２パッド
２３１ 第３パッド
３００ 信号ビア
４００ ソルダーレジスト層
５００ 電子部品
６００ モールディング材

Claims (11)

1. 第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の上面に複数積層される第２絶縁層と、
   前記第１絶縁層の下面に複数積層される第３絶縁層と、
   前記第１絶縁層内に形成された第１ビアと、
   前記第１ビアに上下に接続されるように、前記第２絶縁層の全層を一括貫通して形成される第２ビアと、を含み、
   前記第１ビア及び前記第２ビアのそれぞれの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は１よりも大きく、
   前記第１ビアの上面と下面との面積差は、前記第２ビアの上面と下面との面積差よりも大きいプリント回路基板。
2. 前記第１ビアに上下に接続されるように、前記第３絶縁層の全層を一括貫通して形成される第３ビアをさらに含む請求項１に記載のプリント回路基板。
3. 前記第１ビア及び前記第２ビアのそれぞれの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は２以上である請求項１に記載のプリント回路基板。
4. 前記第１ビア及び前記第２ビアのそれぞれの縦断面において、
   前記第２ビアの側面の傾きは、前記第１ビアの側面の傾きよりも垂直に近い請求項１に記載のプリント回路基板。
5. 前記第１ビアの上下面にそれぞれ形成される第１パッドと、
   前記第２ビアの上面に形成される第２パッドとをさらに含む請求項１に記載のプリント回路基板。
6. 第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の上面に複数積層される第２絶縁層と、
   前記第１絶縁層の下面に複数積層される第３絶縁層と、
   前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層のすべてを貫通する放熱ビアと、
   前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層のうちのいずれか一つを貫通する信号ビアと、を含み、
   前記放熱ビアの横断面積は、前記信号ビアの横断面積よりも大きく、
   前記放熱ビアの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は１よりも大きく、
   前記放熱ビアは、
   前記第１絶縁層内に形成された第１ビアと、
   前記第１ビアに上下に接続されるように、前記第２絶縁層の全層を一括貫通して形成される第２ビアとを含むプリント回路基板。
7. 前記信号ビアの横断面は、前記放熱ビアの横断面よりも円に近い請求項６に記載のプリント回路基板。
8. 前記放熱ビアは、前記第１ビアに上下に接続されるように、前記第３絶縁層の全層を一括貫通して形成される第３ビアをさらに含む請求項６または７に記載のプリント回路基板。
9. 前記第１ビア及び前記第２ビアのそれぞれの横断面において短軸に対する長軸の長さの比は２以上である請求項６から８のいずれか一項に記載のプリント回路基板。
10. 前記第１ビア及び前記第２ビアのそれぞれの縦断面において、
    前記第２ビアの側面の傾きは、前記第１ビアの側面の傾きよりも垂直に近い請求項６から９のいずれか一項に記載のプリント回路基板。
11. 前記第１ビアの上下面にそれぞれ形成される第１パッドと、
    前記第２ビアの上面に形成される第２パッドとをさらに含む請求項６から１０のいずれか一項に記載のプリント回路基板。