JP5614575B2 - 多層回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層回路基板の製造方法に関する。

片面のみに導体パターンを形成した複数層の樹脂フィルムを熱可塑性樹脂からなるシート部材を介してヒートシンクに積層した後、両面から加熱プレスして多層回路基板を得ることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、ヒートシンク付きの半導体素子が半田ボールを介して実装された多層回路基板が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特開２００３−１７８５９号公報 特開２００１−２４４３７９号公報

片面実装型の多層回路基板において、多層回路基板の表面に実装された電子部品の熱を多層回路基板の裏面側からヒートシンクへ逃がす場合、多層の分だけ放熱経路が長くなり、放熱性が低下する。
多層回路基板の本体をヒートシンクに接着するために両者間に介在する樹脂層の樹脂が、例えば熱硬化性樹脂である場合、加熱プレスの工程において、十分に硬化する前の樹脂が加圧の影響を受けるため、樹脂層の厚みが薄くなる。このため、熱硬化後の接着層の厚みが薄くなる傾向にある。

しかも、多層回路基板の本体の最下層には、導体パターンのある部分と無い部分で凹凸があるので、十分に硬化する前の上記の樹脂層が、導体パターンの特にエッジ部で強く加圧される。強く加圧された部分では、樹脂層の厚みが非常に薄くなり、場合によっては、導体パターンがヒートシンクに接触し、短絡故障の原因となる。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、放熱性が良く短絡故障のおそれがない多層回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の導体層（１１，１２，１３，１４）を絶縁層（２１，２２，２３）を介して積層してなる基板本体（２）と、放熱板（３）とが、絶縁性の第１および第２の接着層（４，５）を介して接合され、上記複数の導体層のうちの最下導体層（１４）は、上記基板本体の周縁から離隔した端面と、上記放熱板に対向する対向面と、上記対向面と上記端面とで形成されるエッジ部と、を有する導体パターン（１４１〜１４５）を含む、多層回路基板（１）の製造方法であって、第１の樹脂（４０）を硬化させて上記基板本体および上記放熱板の何れか一方に接合された第１の接着層を形成する工程と、上記基板本体および上記放熱板を積層方向（Ｘ１）に加圧しつつ、上記最下導体層の上記導体パターンの上記対向面と上記放熱板との間に上記第１の接着層が介在する状態で上記基板本体と上記第１の接着層との間に介在させた第２の樹脂（５０）を硬化させて第２の接着層を形成する工程と、を含むものである。

本発明によれば、第２の接着層を形成する工程では、既に硬化している第１の接着層は、基板本体と放熱板との間で加圧されても、所要の厚み（ｔ４）を確保することができる。したがって、第２の接着層を形成する工程において、第２の接着層の厚みが、加圧の影響で、具体的には最下層の導体パターンのエッジ部で特に強く加圧されることによる影響で、部分的に薄くなるようなことがあっても、基板本体と放熱板との間に、第１の接着層の上記所要の厚み以上の距離を確保することができる。したがって、製造された多層回路基板において、導体パターンと放熱板とを確実に絶縁しておくことができる。このように絶縁性の確保の信頼性が高いので、可及的に、両接着層の厚みを十分に薄くすることが可能となり、その結果、放熱板への放熱性を高くすることができる。

また、上記第１の接着層および上記第２の接着層は、第１の樹脂（４０）および第２の樹脂（５０）を熱硬化させて形成される場合がある（請求項２）。この場合、第１の接着層を形成する工程において、基板本体に熱負荷をかけないで済むので、基板本体の絶縁層を構成する樹脂に悪影響を及ぼすおそれがない。
また、本発明は、複数の導体層（１１，１２，１３，１４）を絶縁層（２１，２２，２３）を介して積層してなる基板本体（２）と、放熱板（３）とが、絶縁性の第１および第２の接着層（４Ａ，５Ａ）を介して接合され、上記複数の導体層のうちの最下導体層（１４）は、上記基板本体の周縁から離隔した端面と、上記放熱板に対向する対向面と、上記対向面と上記端面とで形成されるエッジ部と、を有する導体パターン（１４１〜１４５）を含む、多層回路基板（１）の製造方法であって、第１の樹脂を硬化させて、上記最下絶縁層の上記下面と上記導体パターンの上記端面および上記対向面とを覆うように上記基板本体に接合された第１の接着層を形成する工程と、上記基板本体および上記放熱板を積層方向に加圧しつつ上記放熱板と上記第１の接着層との間に介在させた第２の樹脂を硬化させて第２の接着層を形成する工程と、を含むものである（請求項３）。
本発明によれば、第２の接着層を形成する工程では、既に硬化している第１の接着層は、基板本体と放熱板との間で加圧されても、所要の厚み（ｔ４Ａ）を確保することができる。したがって、第２の接着層を形成する工程において、第２の接着層の厚みが、加圧の影響で、具体的には最下層の導体パターンのエッジ部で特に強く加圧されることによる影響で、部分的に薄くなるようなことがあっても、基板本体と放熱板との間に、第１の接着層の上記所要の厚み以上の距離を確保することができる。したがって、製造された多層回路基板において、導体パターンと放熱板とを確実に絶縁しておくことができる。このように絶縁性の確保の信頼性が高いので、可及的に、両接着層の厚みを十分に薄くすることが可能となり、その結果、放熱板への放熱性を高くすることができる。
また、上記第１の接着層および上記第２の接着層の合計厚みの最大値（ｔsummax）が、上記基板本体の各絶縁層の厚み（ｔ１，ｔ２，ｔ３）よりも薄くされている場合がある（請求項４）。上述したように、基板本体と放熱板との間には、第１の接着層の上記所要の厚み（ｔ４；ｔ４Ａ）以上の距離を確保することができる。したがって、上記第１の接着層および上記第２の接着層の合計厚みの最大値を基板本体の各絶縁層の厚みよりも薄くすることが実質的に可能となり、その結果、基板本体を放熱板に十分に近づけて配置することができ、放熱性をより向上することができる。

上記第１の樹脂および上記第２の樹脂は異なる材料からなっていてもよいが、上記第１の樹脂および上記第２の樹脂は同じ材料からなる場合には（請求項５）、両樹脂のなじみがよいので、第１の接着層と第２の接着層の間の接着力を高くできるうえで好ましい。
上記第１の樹脂および上記第２の樹脂の少なくとも一方として、接着剤として公知のエポキシ系樹脂を用いることができる。また、第１の樹脂および第２の樹脂の少なくとも一方に、熱伝導性を高めるためにセラミックが含有されていてもよい。また、第１および第２の樹脂の少なくとも一方に、絶縁抵抗を下げない範囲で熱伝導性を高めるために、金属およびカーボンの少なくとも一方が含有されていてもよい。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態に係る多層回路基板の製造方法により製造された多層回路基板の概略断面図である。 図１の実施の形態の多層回路基板の製造工程を順次に示す概略断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る多層回路基板の製造工程を順次に示す概略断面図である。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の多層回路基板の製造方法により製造された多層回路基板の断面図である。図１に示すように、多層回路基板１は、基板本体２と、例えばアルミニウム板からなる放熱板３とを備えている。基板本体２と放熱板３とが、絶縁性の２層の接着層としての第１の接着層４および第２の接着層５を介して接続されている。

基板本体２は、複数の導体層１１〜１４が絶縁層２１〜２３を介して積層されてなる。すなわち、基板本体２は、表面層としての第１の導体層１１、第１の絶縁層２１、第２の導体層１２、第２の絶縁層２２、第３の導体層１３、第３の絶縁層２３および第４の導体層１４が、この順で積層されることにより形成されている。
表面層としての第１の導体層１１の導体パターン１１１，１１２には、電子部品（図示せず）が実装される。基板本体２の最下層の導体層である第４の導体層１４には、複数の導体パターン１４１〜１４５が形成されている。第１の導体層１１の導体パターン１１１は、ビアホール６１，６２を介して、第４の導体層１４の導体パターン１４１，１４２に接続されている。また、第１の導体層１１の導体パターン１１２は、ビアホール６３，６４を介して、第４の導体層１４の導体パターン１４３、１４４に接続されている。発熱する電子部品を実装している表面層としての第１の導体層１１から、ビアホール６１〜６４を介して、基板本体２の最下層の第４の導体層１４へ熱が逃がされ、ひいては、放熱板３側へ放熱されるようになっている。

第１の接着層４および第２の接着層５の合計厚みの最大値ｔsummaxは、各絶縁層２１〜２３の厚みｔ１，ｔ２，ｔ３よりも薄くされている。すなわち、ｔsummax＜ｔ１、ｔsummax＜ｔ２、およびｔsummax＜ｔ３の関係がそれぞれ満たされている。これにより、基板本体２と放熱板３との間の距離を短くして、放熱板３側への放熱性を高めている。
次いで、図２を参照して、本多層回路基板１の製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、放熱板３の表面３ａに、硬化前の状態（すなわち，未硬化または半硬化の状態）にある熱硬化性樹脂としての第１の樹脂４０を例えば層状に塗布する。未硬化状態の第１の樹脂４０を繊維束に含浸させている、いわゆるプリプレグの場合は、そのプリプレグを放熱板３に貼り付けることになる。

放熱板３に例えば塗布された第１の樹脂４０を減圧下（例えば真空状態）で加熱して第１の樹脂４０を熱硬化させ、これにより、図２（ｂ）に示すように、放熱板３に接合された第１の接着層４を形成する。減圧するのは、第１の樹脂４０内の気泡を取り除くためである。これにより、硬化後の第１の接着層４内に不要な空隙が残存することを防止でき、ひいては、絶縁不良の発生を防止することができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、既に硬化された第１の接着層４の表面に、硬化前の状態（すなわち，未硬化または半硬化の状態）にある熱硬化性樹脂としての第２の樹脂５０を例えば塗布する。未硬化の第１の樹脂５０を繊維束に含浸させている、いわゆるプリプレグの場合は、そのプリプレグを第１の接着層４に貼り付けることになる。
次いで、図２（ｄ）に示すように、第１の接着層４の表面に例えば塗布された第２の樹脂５０の上に、予め形成されたサブアセンブリとしての基板本体２を載せて、真空状態とする。そして、互いの間に、第１の接着層４および硬化前の第２の樹脂５０の層を介在させた基板本体２および放熱板３を上下から積層方向Ｘ１に加圧しつつ加熱する。これにより、第２の樹脂５０を熱硬化させて、図２（ｅ）に示すように、第４の導体層１４および第１の接着層４間を接合した第２の接着層５を形成するとともに、多層回路基板１を形成する。

第１の樹脂４０および第２の樹脂５０の少なくとも一方として、接着剤として公知のエポキシ系樹脂を用いることができる。また、第１の樹脂４０および第２の樹脂５０の少なくとも一方に、熱伝導性を高めるためにセラミックが含有されていてもよい。また、第１の樹脂４０および第２の樹脂５０の少なくとも一方に、絶縁抵抗を下げない範囲で熱伝導性を高めるために、金属およびカーボンの少なくとも一方が含有されていてもよい。

本実施の形態によれば、下記の作用効果を奏する。すなわち、図２（ｄ）に示した第２の接着層５を形成する加熱プレス工程では、既に硬化している第１の接着層４は、基板本体２と放熱板３との間で加圧されても、所要の厚みを確保することができる。
したがって、第２の接着層５を形成する工程において、加圧の影響で第２の接着層５の厚みが、例えば基板本体２の最下層である第４の導体層１４の導体パターン１４１〜１４５のエッジ部分の影響で、部分的に薄くなるようなことがあっても、基板本体２と放熱板３との間に、既に硬化している第１の接着層４の厚みｔ４〔図２（ｅ）を参照〕以上の距離を確保することができる。したがって、製造された多層回路基板において、導体パターン１４１〜１４４と放熱板３とを確実に絶縁しておくことができる。このように絶縁性の確保の信頼性を高くすることができるので、可及的に、両接着層４，５の厚みを十分に薄くすることが可能となり、その結果、放熱板３への放熱性を高くすることができる。

また、図１を参照して、基板本体２と放熱板３との間に、第１の接着層４の厚みｔ４以上の距離を確保することができるので、第１の接着層４および第２の接着層５の合計厚みの最大値ｔsummaxを、基板本体２の各絶縁層２１〜２３の厚みｔ１，ｔ２，ｔ３よりも薄くすることが実質的に可能となり、その結果、基板本体２を放熱板３に十分に近づけて配置することができ、放熱性をより向上することができる。

また、第１の接着層４および第２の接着層５のうち放熱板３に接合される第１の接着層４を構成する第１の樹脂４０を、先に硬化させるようにしているで、第１の接着層４を形成する工程において、基板本体２に熱負荷をかけないで済む。したがって、基板本体２の各絶縁層２１〜２３を構成する樹脂に悪影響を及ぼすおそれがない。
なお、第１の接着層４および第２の接着層５を形成するための第１の樹脂４０および第２の樹脂５０は、異なる材料からなっていてもよいが、同じ材料からなっていることが好ましい。すなわち、同じ材料からなっている場合、両樹脂４０，５０のなじみがよいので、第１の接着層４と第２の接着層５の間の接着力を高くできるうえで好ましい。

また、本実施の形態では、図２（ｃ）に示すように第１の接着層４に第２の樹脂５０を塗布等したが、これに代えて、基板本体２の下面に第２の樹脂５０を塗布等するようにしてもよい。
次いで、図３は本発明の別の実施の形態に係る多層回路基板の製造方法を示している。その製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように基板本体２の下面に第１の樹脂４０を塗布等する。次いで、塗布等した第１の樹脂４０を硬化させて、図３（ｂ）に示すように、基板本体２の最下層に接合された第１の接着層４Ａを形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、第１の接着層４Ａおよび放熱板３の間に第２の樹脂５０を介在させた状態で、加熱プレスすることにより、第２の樹脂５０を熱硬化させる。これにより、図３（ｄ）に示すように、第２の接着層５Ａを形成して、多層回路基板１Ａを製造する。図３（ｃ）のように第１の接着層４Ａおよび放熱板３の間に第２の樹脂５０を介在させる前段階として、第２の樹脂５０を、第１の接着層４Ａまたは放熱板３の何れか一方に塗布等しておけばよい。図３の実施の形態の構成要素において、図２の実施の形態と同じ構成要素には、図２の実施の形態と同じ参照符号を付してある。

本実施の形態によれば、下記の作用効果を奏する。すなわち、図３（ｃ）に示す加熱プレス工程では、既に硬化している第１の接着層４Ａは、基板本体２と放熱板３との間で加圧されても、所要の厚みを確保することができる。
したがって、次の第２の接着層５Ａを形成する工程において、加圧の影響で第２の接着層５Ａの厚みが、例えば基板本体２の最下層である第４の導体層１４の導体パターン１４１〜１４５のエッジ部分の影響で、部分的に薄くなるようなことがあっても、基板本体２と放熱板３との間に、既に硬化している第１の接着層４Ａの厚みｔ４〔図２（ｅ）を参照〕以上の距離を確保することができる。したがって、製造された多層回路基板１Ａにおいて、導体パターン１４１〜１４５と放熱板３とを確実に絶縁しておくことができる。このように絶縁性の確保の信頼性を高くすることができるので、可及的に、両接着層４Ａ，５Ａの厚みを十分に薄くすることが可能となり、その結果、放熱板３への放熱性を高くすることができる。

また、基板本体２と放熱板３との間に、第１の接着層４Ａの厚みｔ４Ａ以上の距離を確保することができるので、第１の接着層４Ａおよび第２の接着層５Ａの合計厚みの最大値ｔＡsummaxを、基板本体２の各絶縁層２１〜２３の厚みｔ１，ｔ２，ｔ３よりも薄くすることが実質的に可能となり、その結果、基板本体２を放熱板３に十分に近づけて配置することができ、放熱性をより向上することができる。

なお、第１の接着層４Ａおよび第２の接着層５Ａを形成するための第１の樹脂４０および第２の樹脂５０は、異なる材料からなっていてもよいが、同じ材料からなっていることが好ましい。すなわち、同じ材料からなっている場合、両樹脂４０，５０のなじみがよいので、第１の接着層４Ａと第２の接着層５Ａの間の接着力を高くできるうえで好ましい。 本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１；１Ａ…多層回路基板、２…基板本体、３…放熱板、４；４Ａ…第１の接着層、５；５Ａ…第２の接着層、１１…第１の導体層、１１１，１１２…導体パターン、１２…第２の導体層、１３…第３の導体層、１４…第４の導体層、１４１〜１４５…導体パターン、２１…第１の絶縁層、２２…第２の絶縁層、２３…第３の絶縁層、４０…第１の樹脂、５０…第２の樹脂、Ｘ１…積層方向、ｔ１，ｔ２，ｔ３…（各絶縁層の）厚み、ｔ４；ｔ４Ａ…（第１の接着層の）厚み、ｔsummax；ｔＡsummax…（第１の接着層および第２の接着層の）合計厚みの最大値

Claims (5)

1. 複数の導体層を絶縁層を介して積層してなる基板本体と、放熱板とが、絶縁性の第１および第２の接着層を介して接合され、
   上記複数の導体層のうちの最下導体層は、上記基板本体の周縁から離隔した端面と、上記放熱板に対向する対向面と、上記対向面と上記端面とで形成されるエッジ部と、を有する導体パターンを含む、多層回路基板
   の製造方法であって、
   第１の樹脂を硬化させて放熱板に接合された第１の接着層を形成する工程と、
   上記基板本体および上記放熱板を積層方向に加圧しつつ、上記最下導体層の上記導体パターンの上記対向面と上記放熱板との間に上記第１の接着層が介在する状態で上記基板本体と上記第１の接着層との間に介在させた第２の樹脂を硬化させて第２の接着層を形成する工程と、を含む多層回路基板の製造方法。
2. 請求項１において、上記第１の接着層および上記第２の接着層は、第１の樹脂および第２の樹脂を熱硬化させて形成される多層回路基板の製造方法。
3. 複数の導体層を絶縁層を介して積層してなる基板本体と、放熱板とが、絶縁性の第１および第２の接着層を介して接合され、
   最下絶縁層の下面に形成された最下導体層は、上記基板本体の周縁から離隔した端面と、上記放熱板に対向する対向面と、上記対向面と上記端面とで形成されるエッジ部と、を有する導体パターンを含む、多層回路基板
   の製造方法であって、
   第１の樹脂を硬化させて、上記最下絶縁層の上記下面と上記導体パターンの上記端面および上記対向面とを覆うように上記基板本体に接合された第１の接着層を形成する工程と、
   上記基板本体および上記放熱板を積層方向に加圧しつつ上記放熱板と上記第１の接着層との間に介在させた第２の樹脂を硬化させて第２の接着層を形成する工程と、を含む多層回路基板の製造方法。
4. 請求項１から３の何れか一項において、上記第１の接着層および上記第２の接着層の合計厚みの最大値が、上記基板本体の各絶縁層の厚みよりも薄くされている多層回路基板の製造方法。
5. 請求項１から４の何れか１項において、上記第１の樹脂および上記第２の樹脂は同じ材料からなる多層回路基板の製造方法。

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