JP6648878B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板に関する。

電子機器の軽量化、小型化、高速化、多機能化、高性能化の傾向に対応するために、プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）などの回路基板に複数の配線層を形成する、いわゆる多層基板技術が開発され、さらに能動素子や受動素子などの電子部品を多層基板に搭載する技術も開発されている。

一方、多層基板に接続されるアプリケーションプロセッサ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＡＰ）などが多機能化及び高性能化されることにより、発熱量が著しく増加している実情である。

特開２０００−３４９４３５号公報 特開１９９９−２８４３００号公報

本発明の一側面によれば、回路基板の放熱性能の向上、軽薄短小化、信頼性の向上、ノイズの低減、製造効率の向上のうちの少なくとも一つが可能な回路基板を提供することができる。

本発明が果たそうとする技術的課題は、上述した技術的課題に限定されず、言及されていない他の技術的課題は、以下の記載から、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解できるであろう。

本発明の例示的な実施形態に係る回路基板は、第１熱伝達用構造体を含む。ここで、第１熱伝達用構造体は、熱伝導性の高い材質で形成される。

また、第１熱伝達用構造体には、キャビティまたはリセス（ｒｅｃｅｓｓ）部が備えられる。ここで、キャビティとは、第１熱伝達用構造体の一面から他面まで貫通された構造を意味し、リセス部とは、第１熱伝達用構造体の一面から他面方向に凹むが、貫通しない構造を意味する。また、このようなキャビティまたはリセス部の内部には、能動素子や受動素子などの電子素子の少なくとも一部が挿入されることができる。

一方、このような第１熱伝達用構造体は、絶縁部に備えられたまた他のキャビティの内部に挿入されることが可能である。

一実施形態において第１熱伝達用構造体は、銅などの金属材質で形成することができ、他の実施形態において第１熱伝達用構造体は、黒鉛、グラファイト、グラフェンなどの熱伝導性の高い非金属材質で形成することができる。

一方、第１熱伝達用構造体の表面には、プライマー（Ｐｒｉｍｅｒ）層を備えることができる。

本発明の一実施形態によれば、回路基板の軽薄短小化とともに放熱性能を向上することができる。

また、回路基板の信頼性を確保しながらも放熱性能を向上でき、電子製品の高性能化による発熱問題に効果的に対応することができる。

また、一実施形態において、電源ノイズなどの問題を低減しながらもホットスポットなど局地的領域の発熱による問題を解決することができる。

本発明の一実施形態に係る回路基板を概略的に示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る回路基板を概略的に示した断面図である。 第１熱伝達用構造体及び第２電子部品を概略的に示した分解斜視図である。 図３ａのＩ−Ｉ´線による断面図である。 第１構造層の平面形状を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板の平面形状を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板を概略的に示した水平断面図である。 本発明の他の実施形態に係る回路基板を概略的に示した水平断面図である。 本発明の一実施形態に係る回路基板の主要部を概略的に示した部分抜粋断面図である。 本発明の一実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図である。 本発明のまた他の実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図である。 熱伝達用構造体の表面にプライマー層を備えた状態でリフローテストを行った結果を概略的に示した図である。 熱伝達用構造体の表面にプライマー層を備えた状態で半田槽（Ｓｏｌｄｅｒ Ｐｏｔ）テストを行った結果を概略的に示した図である。 熱伝達用構造体に直接絶縁部を接触させた状態でリフローテストを行った結果を概略的に示した図である。 熱伝達用構造体に直接絶縁部を接触させた状態で半田槽テストを行った結果を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る熱伝達用構造体の製造過程を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る熱伝達用構造体の製造過程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るコア部を処理する過程を説明するための図である。

以下では、添付した図面に基づいて本発明の構成及び作用効果をより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回路基板１００を概略的に示した断面図であり、図２は、本発明の他の実施形態に係る回路基板１００を概略的に示した断面図であり、図３ａから図３ｃは、本発明の他の実施形態に係る第１熱伝達用構造体を説明するための図であって、図３ａは、第１熱伝達用構造体及び第２電子部品を概略的に示した分解斜視図であり、図３ｂは、図３ａのＩ−Ｉ´線による断面図であり、図３ｃは、第１構造層の平面形状を概略的に示した図である。そして、図４は、本発明の一実施形態に係る回路基板の平面形状を概略的に示した図であり、図５は、本発明の一実施形態に係る回路基板を概略的に示した水平断面図であり、図６は、本発明の他の実施形態に係る回路基板を概略的に示した水平断面図であり、図７は、本発明の一実施形態に係る回路基板の主要部を概略的に示した部分抜粋断面図であり、図８は、本発明の一実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図であり、図９は、本発明の他の実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図であり、図１０は、本発明のまた他の実施形態に係る第２熱伝達用構造体を説明するための図である。

本発明の一実施形態に係る回路基板１００は、第１熱伝達用構造体１１０を含み、第１熱伝達用構造体１１０は、少なくとも一部が絶縁部１２０に挿入される。ここで、第１熱伝達用構造体１１０は、熱伝導性の高い材料で形成される。そして、第１熱伝達用構造体１１０は、かたまり状に形成される。一実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０は、円柱または多角柱形状に形成されることができる。また、第１熱伝達用構造体１１０は、銅などの金属材質で形成されることができる。他の実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０は、黒鉛、グラファイト、グラフェンなどの熱伝導性の高い非金属材質で形成されることができる。

一実施形態では、第１熱伝達用構造体１１０の一面から他面まで貫通されたキャビティ１１０ｃが第１熱伝達用構造体に備えられる。他の実施形態では、第１熱伝達用構造体１１０の一面から他面方向に凹むが、貫通しないリセス部（図示せず）が第１熱伝達用構造体１１０に備えられることができる。

このように備えられたキャビティ１１０ｃまたはリセス部には、第２電子部品２００の少なくとも一部が挿入されることが可能である。ここで、第２電子部品２００としては、ＩＣなどの能動素子や、キャパシタ、インダクターなどの受動素子がある。このような観点から、第２電子部品２００を電子素子と称することもある。

図３ａから図３ｃを参照すると、第１熱伝達用構造体１１０は、第１構造層１１０−１、第２構造層１１０−２、第３構造層１１０−３で構成されることができる。ここで、第１構造層１１０−１を中心にして第１構造層１１０−１の上面に第２構造層１１０−２が備えられ、第１構造層１１０−１の下面に第３構造層１１０−３が備えられることが可能である。そして、第１構造層１１０−１には貫通孔１１０−１ｃが備えられることができる。ここで、第２構造層１１０−２と第３構造層１１０−３とが同一の材質で形成され、また第２構造層１１０−２及び第３構造層１１０−３を構成する物質が貫通孔１１０−１ｃの内部に充填されることにより、第２構造層１１０−２、連結部１１０ＣＮ、及び第３構造層１１０−３が一体になるようにすることができる。これにより、第２構造層１１０−２及び第３構造層１１０−３が第１構造層１１０−１に堅固に固定されることができる。

一実施形態において、インバー（Ｉｎｖａｒ）など剛性の大きい材質で第１構造層１１０−１が形成され、銅（Ｃｏｐｐｅｒ、Ｃｕ）などの材質により第２構造層１１０−２及び第３構造層１１０−３が形成されることができる。これにより、第１熱伝達用構造体１１０が、回路基板１００の歪み（Ｗａｒｐａｇｅ）を低減させる機能が強化され、ホットスポットなどの発熱現象を効果的に緩和させることができる。

他の実施形態では、グラファイトまたはグラフェンなど熱伝導性が著しく高い材質で第１構造層１１０−１を形成することができる。グラファイトやグラフェンは、ＸＹ方向への熱伝導度が非常に大きいので、要求される熱伝導方向に応じてグラファイトやグラフェンを配置することにより、所望の目的を達成することができる。一方、グラファイトやグラフェンを用いて水平方向への熱拡散を図る場合、グラファイトまたはグラフェンの層間結合力が相対的に弱い特性から、垂直方向への剥離現象が発生することがある。このとき、上述したように、第２構造層１１０−２と第３構造層１１０−３によりグラファイトまたはグラフェンを固定することにより剥離現象を緩和させることができる。

一実施形態において、絶縁部１２０は、一つの絶縁層で構成されることができ、複数の絶縁層で構成されることもできる。ここで、図１には、絶縁部１２０が３つの絶縁層１０、１２１、１２１´で構成され、中心部に位置する絶縁層がコア部１０である場合が例示されているが、これに限定されない。

一実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０は、絶縁部１２０の中間に位置する。図示されているように、コア部１０が備えられた場合、コア部１０を貫通する第１キャビティＣ１が形成され、第１キャビティＣ１内に第１熱伝達用構造体１１０が挿入されることが可能である。

一実施形態において、絶縁部１２０に形成されたビアが第１熱伝達用構造体１１０と接触することができる。以下では、第１熱伝達用構造体１１０の上部に位置するビアを第１ビアＶ１、下部に位置するビアを第２ビアＶ２と称する。このとき、絶縁部１２０には少なくとも一つの金属パターンが備えられてもよく、以下では、第１ビアＶ１と接触する金属パターンを第１金属パターン１３１、第２ビアＶ２と接触する金属パターンを第２金属パターン１４１と称する。また、絶縁部１２０には第４ビアＶ４及び第５ビアＶ５が備えられてもよく、第４ビアＶ４の一端と接触する金属パターンを第３金属パターン１３３、第５ビアＶ５の他端と接触する金属パターンを第４金属パターン１４２と称する。

一実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０は、熱を保持する機能を果たすことができ、このような機能は、第１熱伝達用構造体１１０の体積が大きいほど向上する。このため、図示されているように、第１熱伝達用構造体１１０は、柱形状に形成されることができる。このように柱形状に形成されることにより、下面の面積が同じであれば、第１熱伝達用構造体１１０の体積を最大化することができる。そして、第１熱伝達用構造体１１０の下面及び上面の形状が多角形、特に四角形であると、第１熱伝達用構造体１１０の下面及び上面の形状が円形や楕円形である場合に比べて第１電子部品５００の小型化の傾向や回路基板１００の小型化、パターンピッチの微細化などに応えることができる。

また、図示されているように、第１熱伝達用構造体１１０は、第１ビアＶ１から第７ビアＶ７のように一般的なビアに比べて体積が非常に大きい。このため、第１熱伝達用構造体１１０の表面、特に上面や下面にはビアが複数接触することができる。すなわち、第１熱伝達用構造体１１０の上面及び下面の面積自体が通常のビアより大きいだけでなく、全体の体積も２倍以上大きい。これにより、熱源から熱を迅速に吸収し、第１熱伝達用構造体１１０と接続している他の経路に分散させることができる。また、第１熱伝達用構造体１１０の厚さを増加させると、第１熱伝達用構造体１１０とホットスポットとの間の距離が減少し、ホットスポットの熱が第１熱伝達用構造体１１０に移動する時間をさらに短縮できる。

一実施形態において、回路基板１００の一方には、第１電子部品５００を実装することができる。また、回路基板１００は、メインボードなどの付加基板８００の一方に実装されることができる。ここで、第１電子部品５００は、アプリケーションプロセッサ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＡＰ）などの部品であってもよく、動作時に熱が発生することがある。

一方、第１電子部品５００が動作することにより熱が発生するが、発生した熱を感知すると、特に発熱がひどくて温度が高く測定される領域が存在する。このような領域をホットスポット（Ｈｏｔ ｓｐｏｔ）と称することもある。このようなホットスポットは、回路基板１００のうち所定の領域に形成されることがあり、特に第１電子部品５００の全体または一部にホットスポットが形成される。また、このようなホットスポットは、第１電子部品５００の電源端子付近や、スイチング素子が相対的に密集している領域に形成されたりする。

他の一方で、第１電子部品５００は、相対的に高性能スペックを有する領域と、相対的に低性能スペックを有する領域とをそれぞれ含むことができる。例えば、クロックスピード（Ｃｌｏｃｋ Ｓｐｅｅｄ）が １．８ＧＨｚであるコアが接続されているプロセッサと、クロックスピードが１．２ＧＨｚであるコアが接続されているプロセッサとが、第１電子部品５００での領域を異にして形成されることができる。

図４を参照すると、一実施形態においての第１電子部品５００は、第１単位領域５１０及び第２単位領域５２０を含むことができる。ここで、第１単位領域５１０は、第２単位領域５２０に比べてより速い速度で演算過程を行い、これにより、第２単位領域５２０よりも多い電力を消耗することになり、第２単位領域５２０よりも多い熱が発生することになる。

本発明の一実施形態に係る回路基板１００には、ホットスポットに隣接した領域に第１熱伝達用構造体１１０が位置する。これにより、ホットスポットで発生した熱を迅速に伝達受け、回路基板１００の他の領域や、回路基板１００が結合しているメインボードなどの他のデバイスに熱を分散させることができる。

一実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０の少なくとも一部は、第１電子部品５００の垂直下方領域に位置する。

また、本発明の一実施形態によれば、第１熱伝達用構造体のキャビティ１１０ｃに第２電子部品２００を挿入することができ、第２電子部品２００も少なくとも一部が第１電子部品５００の垂直下方領域に位置することができる。ここで、第１電子部品５００がアプリケーションプロセッサである場合、電源ノイズを低減するために、キャパシタなどをアプリケーションプロセッサに接続させることができる。このように、別途の電源部（図示せず）から電源の印加を受け、電子部品に提供して応答特性を改善し、ノイズを低減するなどの機能を行うキャパシタを、デカップリングキャパシタ（Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）またはバイパスキャパシタ（Ｂｙｐａｓｓ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）と称したりする。このとき、キャパシタとアプリケーションプロセッサとの間の経路が短くなるほど電源ノイズの低減効果が増大する。

したがって、第２電子部品２００の少なくとも一部は、第１電子部品５００の垂直下方領域に位置することができ、これにより、電源ノイズの低減効果を高めることができる。

一実施形態において、第１電子部品５００の垂直下方領域に第１熱伝達用構造体１１０の大部分が位置するようにすることができる。また、第１熱伝達用構造体１１０の上面の面積は、第１電子部品５００の上面の面積より小さくてもよい。さらに、第１熱伝達用構造体１１０の上面の面積は、第１電子部品５００のホットスポットの領域の幅に対応するように決められてもよい。

これにより、ホットスポットの熱が、第１熱伝達用構造体１１０に迅速に移動されることができる。また、回路基板１００の軽量化及びワーピジの低減に有利である。それだけではなく、第１熱伝達用構造体１１０を回路基板１００に配置する工程の効率性を高めることができる。

一方、第１電子部品５００の垂直下方領域に第２電子部品２００の大部分が位置してもよい。この場合、第１電子部品５００の垂直下方領域のうち、上述した第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃの内部に第２電子部品２００が位置することができる。また、第１熱伝達用構造体１１０は、第２電子部品２００に比べてホットスポットに近い領域に位置することができる。

図１から図５を参照すると、第１コア層１１に備えられたキャビティの内部に第１熱伝達用構造体１１０及び第２電子部品２００を挿入できることを理解することができる。すなわち、コア部１０に第１キャビティＣ１及び第２キャビティＣ２が備えられ、第１キャビティＣ１には第１熱伝達用構造体１１０が挿入され、第２キャビティＣ２には第２電子部品２００が挿入されることができる。また、第１熱伝達用構造体１１０に備えられたキャビティ１１０ｃの内部にも第２電子部品２００が挿入されることが可能である。特に、第１熱伝達用構造体１１０は、図４に示したホットスポット付近に集中的に配置できることを理解することができる。

これにより、第２電子部品２００による電源ノイズの低減効果を最大化しながらも、ホットスポットの熱を迅速に移動させることができる。

一方、第１電子部品５００の垂直下方領域において、第１熱伝達用構造体１１０と第２電子部品２００とが隣接するように配置可能であり、特に、本発明の一実施形態に係る回路基板１００においては、第２電子部品２００が第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃ内に配置されることにより、電源ノイズの低減効果とともに放熱性能を改善することができる。また、第１熱伝達用構造体１１０と第２電子部品２００とを離隔した位置に個別的に内蔵する場合に比べて、内蔵に必要な面積が低減されるだけでなく、要素を内蔵するためのキャビティの形成過程も簡素化することができる。勿論、第２電子部品２００がさらに必要な場合は、第１熱伝達用構造体１１０の外部にも第２電子部品２００を備えることができるが、少なくとも一つの第２電子部品２００が第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃ内に配置されることにより、上述した効果をより向上させることができる。

図面には、第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃ内部に第２電子部品２００の一つだけが挿入されたことが例示されているが、第１熱伝達用構造体１１０の大きさ、第２電子部品２００の大きさ、及び必要性などを総合的に考慮してキャビティ１１０ｃ内部に第２電子部品２００を複数挿入することもできる。

一実施形態において、第１電子部品５００は、ソルダＳなどにより回路基板１００に結合することができる。このとき、第１電子部品５００は、ソルダＳにより、第１金属パターン１３１、第３金属パターン１３３、第５金属パターン１３４などと結合することができる。

また、回路基板１００の第２金属パターン１４１、第４金属パターン１４２、第６金属パターン１４４などは、ソルダＳを媒介にしてメインボードなどの付加基板８００に接続することができる。

一実施形態において、第２金属パターン１４１と付加基板８００との間には一般的なソルダＳではなく、第１熱伝達用構造体１１０と類似の材質及び形状に形成される第３熱伝達用構造体Ｌ１が備えられることができる。すなわち、第１熱伝達用構造体１１０の熱を付加基板８００へ迅速に伝達するために、一般的なソルダＳよりも熱伝導性の大きい物質で形成され、かたまり状の第３熱伝達用構造体Ｌ１を用いて第２金属パターン１４１と付加基板８００とを接続させることができる。また、第３熱伝達用構造体Ｌ１の熱を迅速に受けて分散または発散するように、付加基板８００に放熱部Ｌ２を備えることができる。この放熱部Ｌ２は、付加基板８００の上面方向に露出し、必要によって下面方向にも露出して熱発散効率を向上させることができる。

これにより、ホットスポットで発生した熱が、第１金属パターン１３１−第１ビアＶ１−第１熱伝達用構造体１１０−第２ビアＶ２−第２金属パターン１４１の経路を経て付加基板８００へ迅速に伝達されることができる。

一方、図１に例示されたように、第１金属パターン１３１から第６金属パターン１４４が絶縁部１２０の外面に露出するように備えられた場合、金属パターンは、一種の接続パッドとしての機能を果たすことができる。また、図示されていないが、金属パターンの一部を露出させながら金属パターンの他の部分と絶縁部１２０などとを保護するために、ソルダレジスト層を備えることができる。また、ソルダレジスト層の外部に露出された金属パターンの表面には、ニッケル−金メッキ層など様々な表面処理層が備えられてもよい。

他の一方で、第１電子部品５００の端子中、第１金属パターン１３１に接続する端子が信号の送受信用端子である場合、第１ビアＶ１、第１熱伝達用構造体１１０、第２ビアＶ２、第２金属パターン１４１を含む経路は、信号伝送機能を果たすことができる。このとき、第２金属パターン１４１に接続される付加基板８００の接続パッドまたは端子も信号伝送機能を果たすことができる。

これに対して、第１電子部品５００の端子中、第１金属パターン１３１に接続する端子が信号送受信用端子ではない場合、第１ビアＶ１、第１熱伝達用構造体１１０、第２ビアＶ２、第２金属パターン１４１を含む経路は、図示されていない別の接地端子（Ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｒｍｉｎａｌ）と電気的に接続することができる。このとき、第２金属パターン１４１に接続される付加基板８００の接続パッドまたは端子も、図示されていない別の接地端子と電気的に接続することができる。ここで、接地端子は回路基板１００または付加基板８００のうちの少なくとも一つに備えられることができる。

また、第１電子部品５００の端子中、第１金属パターン１３１に接続する端子が電源端子である場合、第１ビアＶ１、第１熱伝達用構造体１１０、第２ビアＶ２、第２金属パターン１４１を含む経路は、図示されていない別の電源提供回路と電気的に接続することができる。このとき、第２金属パターン１４１に接続される付加基板８００の接続パッドまたは端子も、図示されていない別の電源提供回路と電気的に接続することができる。ここで、電源提供回路は、回路基板１００または付加基板８００のうちの少なくとも一つに備えられることができる。

また、第１電子部品５００の端子中、第１金属パターン１３１に接続する端子は、ダミー端子であってもよい。このとき、ダミー端子は、第１電子部品５００の熱を第１電子部品５００の外部へ伝達する通路としての機能のみを果たすものであってもよい。

図１から図１０を参照すると、本発明の一実施形態に係る回路基板１００は、コア部１０を含むことができる。コア部１０は、回路基板１００の剛性を補強して、歪みによる問題を緩和させる役割をすることができる。また、熱伝導性の大きい物質をコア部１０に含ませることにより、上述したホットスポットなどの局地的領域で発生した熱を回路基板１００の他の部分に迅速に分散させ、過熱による問題を緩和させることもできる。

一方、コア部１０の上面には第１上部絶縁層１２１が備えられ、コア部１０の下面には第１下部絶縁層１２１´が備えられることができる。また、必要によって、第２上部絶縁層１２２及び第２下部絶縁層１２２´がさらに備えられることができる。

一実施形態において、コア部１０には第２熱伝達用構造体が含まれることができる。例えば、コア部１０は、グラファイトまたはグラフェンなどで形成された第１コア層１１を含むことができる。ここで、グラファイトなどは、ＸＹ平面方向への熱伝導度が非常に高く、これにより、熱を効果的かつ迅速に拡散させることができる。

一実施形態において、第２熱伝達用構造体は、第１熱伝達用構造体１１０の側面に直接接触することができる。例えば、コア部１０に備えられた第１キャビティＣ１から第２熱伝達用構造体の側面が露出され、第１熱伝達用構造体１１０が第１キャビティＣ１に接触することができる。他の実施形態では、第２熱伝達用構造体と第１熱伝達用構造体１１０との間の領域に、熱伝導性の高い物質が備えられることができる。ここで、熱伝導性の高い物質として、サーマルインターフェースマテリアル（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ；ＴＩＭ）を使用することができる。このＴＩＭには、高分子−金属複合材料、セラミック複合材料及び炭素系複合材料などが含まれ得る。例えば、エポキシ及び炭素繊維充填剤が混合された物質（熱伝導度、約６６０Ｗ／ｍK）、窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ；Ｓｉ３Ｎ４、熱伝導度、約２００〜３２０Ｗ／ｍK）、エポキシ及び窒化ホウ素（Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ；ＢＮ、熱伝導度、約１９Ｗ／ｍK）がサーマルインターフェースマテリアルとして使用できる。これにより、第１熱伝達用構造体１１０に流入された熱が、垂直方向に移動するだけでなく、第２熱伝達用構造体を介して水平方向にも迅速に分散することができる。

このように、第１熱伝達用構造体１１０と第２熱伝達用構造体とが直接接触したり、またはＴＩＭを媒介として接続したりすることにより、第１電子部品５００などの熱が第１熱伝達用構造体１１０に迅速に移動された後、下方のみに伝達される場合に比べて、熱がより迅速に分散することができる。また、回路基板１００の観点から、ホットスポットなどの特定領域のみに過度に温度が上昇する場合に比べて、回路基板１００の全体に熱が均等に分散されることにより、回路基板１００に搭載された各種部品や要素それぞれの温度偏差が緩和できるので、信頼性が向上することができる。また、回路基板１００の全体に熱が迅速に分散されるので、回路基板１００の全体が一種の放熱板の役割をし、結果的に放熱面積が増加する効果を実現することができる。

一実施形態において、コア部１０の表面には、第１回路パターンＰ１及び第２回路パターンＰ２などが備えられることができ、コア部１０を貫通するスルービアＴＶにより、第１回路パターンＰ１と第２回路パターンＰ２とが電気的に接続されることができる。また、第１回路パターンＰ１は、第４ビアＶ４により第３金属パターン１３３と接続することができ、第２回路パターンＰ２は、第５ビアＶ５により第４金属パターン１４２と接続することができる。そして、第３金属パターン１３３は、ソルダＳにより第１電子部品５００と接続することができ、第４金属パターン１４２は、ソルダＳにより付加基板８００の接続パッド８１０と接続することができる。これにより、第１電子部品５００と付加基板８００との間に電気的信号を送受信できる経路をさらに確保することができる。

一方、第１コア層１１の一面には、第２コア層１２が備えられ、第１コア層１１の他面には、第３コア層１３が備えられることができる。一実施形態において、第２コア層１２及び第３コア層１３のうち少なくとも一つは、ＰＰＧなどの絶縁物質で形成されることができる。他の実施形態では、第２コア層１２及び第３コア層１３は、銅やインバー（Ｉｎｖａｒ）などの金属で形成されることもできる。また他の実施形態では、第１コア層１１がインバー（Ｉｎｖａｒ）で形成され、第２コア層１２及び第３コア層１３が銅で形成されることもできる。ここで、第２コア層１２及び第３コア層１３のうちの少なくとも一つが導電性物質で形成された場合は、コア部１０の表面に第１回路パターンＰ１や第２回路パターンＰ２などが備えられることにより、意図しない経路に信号が伝送される問題が発生することもあるので、コア部１０の表面に絶縁性を確保するための手段を備えることができる。

一実施形態において、第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃには、第２電子部品２００が挿入される。そして、第２電子部品２００は、第６ビアＶ６により第５金属パターン１３４と接続し、第７ビアＶ７により第６金属パターン１４４と接続することができる。一方、第２電子部品２００は、インダクター、キャパシタなどの受動素子であってもよく、必要によって、ＩＣなどの能動素子を第２電子部品２００として搭載することも可能である。特に、第２電子部品２００がキャパシタである場合、第５金属パターン１３４と接続する第１電子部品５００の端子は、電源端子であることができる。すなわち、第２電子部品２００がデカップリングキャパシタとして搭載され、第１電子部品５００の電源ノイズを低減させる役割をすることができる。

この場合、第２電子部品２００と第１電子部品５００との間の経路が短くなるほどノイズの低減効果は向上し、これのために、本発明の一実施形態に係る回路基板１００では第２電子部品２００の少なくとも一部を第１電子部品５００の垂直下方領域に配置する。

図示されていないが、コア部１０を貫通するキャビティの代わりにコア部１０の一部が凹んだリセス部を備えることが可能であり、このリセス部に第１熱伝達用構造体１１０や第２電子部品２００を挿入することができる。

一方、図１を参照すると、第１熱伝達用構造体１１０の厚さは、第２回路パターンＰ２の下面から第１回路パターンＰ１の上面までの厚さよりも厚く形成することができる。さらに、第１熱伝達用構造体１１０の上面は、第１回路パターンＰ１の上面よりも回路基板１００の上面に近く位置することができる。これにより、第１熱伝達用構造体１１０の熱容量が増加し、熱を保持する機能を向上させることができる。また、第１熱伝達用構造体１１０とホットスポットとの間の距離が減少し、ホットスポットの熱が第１熱伝達用構造体１１０に移動される時間をより短縮することができる。

また、図２を参照すると、第１上部絶縁層１２１上に第２上部絶縁層１２２を形成することができ、この場合にも、回路基板１００の外面と第１熱伝達用構造体１１０との間に備えられた第１ビアＶ１または第２ビアＶ２の高さを、回路基板１００の外面と内層パターンＰ１´、Ｐ２´との間を接続させるビアＶ４´、Ｖ５´の高さより小さくすることにより、第１熱伝達用構造体１１０の熱容量を増加させるとともに熱分散速度を向上させることができることを理解できる。

図７を参照すると、コア部１０の表面に絶縁膜１４を備えることができる。一実施形態において、第１コア層１１から第３コア層１３が熱伝導性を有するだけでなく、電気伝導性を有することもできる。したがって、コア部１０の表面に第１回路パターンＰ１などを備える場合、コア部１０により、所望しない経路に通電されることを防止する必要がある。ここで、絶縁膜１４は、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）などをコア部１０の表面に気相蒸着して形成することができる。すなわち、図７に示されているスルービアＴＶを形成するためのスルービアホールをコア部１０に加工した状態で、コア部１０の表面に絶縁物質を提供することにより、スルービアＴＶホールの内部にも絶縁膜１４を形成することができる。これにより、スルービアＴＶや第１回路パターンＰ１、第２回路パターンＰ２などとコア部１０との間の絶縁性を確保することができる。

一方、一実施形態において、第２コア層１２と第３コア層１３とを貫通し、第１コア層１１の一部を露出させるコアビアホールを形成することができる。このコアビアホールに導電性物質が備えられて形成される第８ビアＶ８は、第１コア層１１と直接接触することができる。ここで、コアビアホールが備えられた状態でコア部１０の表面に絶縁膜１４を形成する場合、露出された第１コア層１１の表面にも絶縁膜１４が形成されるので、第１コア層１１と第８ビアＶ８とは、絶縁膜１４を隔てて接触することができる。このように、第１コア層１１と直接（または絶縁膜１４がある場合は間接）的に接触する第８ビアＶ８に熱が移動される場合、第１コア層１１に沿って回路基板１００に水平の方向へ熱が迅速に分散されることができる。

一実施形態において、第２熱伝達用構造体がグラファイトまたはグラフェンで形成されることができるが、この場合、グラファイトまたはグラフェンなどは、層間結合力が相対的に低い方である。このため、回路基板１００を製造する過程中に第２熱伝達用構造体が破損したり、回路基板１００が完成された後であっても層間結合力が弱化したりして信頼性の問題を誘発することがある。

図７に示すように、第１コア層１１に貫通孔１１ｃが備えられ、第２コア層１２及び第３コア層１３が貫通孔１１ｃを介して一体に接続され、第１コア層１１を堅固に支持することができる。これにより、第１コア層１１がグラファイトなどで形成されても層間結合力を強化することができる。

一方、図８を参照すると、第１コア層１１の外面にプライマー層１１１が備えられている。すなわち、グラファイトシートの外面にプライマー層１１１を備えることにより、層間の結合力を向上させることができる。このとき、プライマー層１１１は、グラファイト同士間の層間結合力を向上させるだけでなく、第１コア層１１と第２コア層１２との間及び第１コア層１１と第３コア層１３との間の層間結合力を向上させる機能も果たすことができる。

他の実施形態では、図９を参照すると、グラファイトの表面にプライマー層１１１が備えられて形成される単位体１１−１、１１−２、１１−３、１１−４を垂直方向に積層して第１コア層１１を形成することができる。この場合、第１コア層１１の水平放熱機能が減少することを最小化しながらも第１コア層１１の垂直方向の剥離問題を緩和することができる。

また他の実施形態では、図１０を参照すると、グラファイトの表面にプライマー層１１１が備えられて形成される単位体１１−１´、１１−２´、１１−３´、１１−４´を水平方向に結合して第１コア層１１を形成することができる。ここで、グラファイトのＸＹ平面は、垂直方向に平行に配置することができる。この場合、水平方向への放熱機能は多少低下するものの、第１コア層１１を用いた垂直放熱機能が向上することができる。

一方、本発明の一実施形態に係る回路基板１００に含まれる第１熱伝達用構造体１１０は、絶縁部１２０との密着力を向上させるための手段を備える。

第１熱伝達用構造体１１０の表面が絶縁部１２０と直接接触する場合、リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程や半田槽（Ｓｏｌｄｅｒ ｐｏｔ）工程などを行う過程で第１熱伝達用構造体１１０と絶縁部１２０との間に透き間が発生することがあり、このようなことをデラミネーション（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）と称することもある。このとき、絶縁部１２０との密着力を向上させる手段として、第１熱伝達用構造体１１０の表面に備えられたプライマー層１１１を含むことができる。一実施形態において、プライマー層１１１は、イソプロピルアルコール（Ｉｓｏ Ｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）及びアクリル（Ａｃｒｙｌ）系シラン（Ｓｉｌａｎ）を含むプライマーで形成することができる。

また、プライマー層１１１は、ＭＰＳ（３−（ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌ）ｐｒｏｐｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）で形成することができ、シラン系添加剤を加えることができる。

図１１ａは、熱伝達用構造体の表面にプライマー層１１１が備えられた状態でリフローテストを行った結果を概略的に示し、図１１ｂは、熱伝達用構造体の表面にプライマー層１１１が備えられた状態で半田槽テストを行った結果を概略的に示す図である。そして、図１２ａは、熱伝達用構造体に直接絶縁部１２０を接触させた状態でリフローテストを行った結果を概略的に示し、図１２ｂは、熱伝達用構造体に直接絶縁部１２０を接触させた状態で半田槽テストを行った結果を概略的に示す図である。

図１１ａから図１２ｂを参照すると、プライマー層１１１がない場合、リフロー工程を行ったり、半田槽工程を行ったりすると、熱伝達用構造体と絶縁部１２０との間に透き間Ｄが形成されるが、熱伝達用構造体の表面にプライマーを備えることにより、熱伝達用構造体と絶縁部１２０との間の密着力が向上できることを理解することができる。ここで、熱伝達用構造体は、上述した第１熱伝達用構造体１１０または第２熱伝達用構造体のうちの少なくとも一つを意味する。

一方、第１熱伝達用構造体１１０の表面に黒化処理及び粗面化処理などの表面処理を行うことにより、第１熱伝達用構造体１１０と絶縁部１２０との間の密着力を向上させることもできる。

但し、第１熱伝達用構造体１１０の表面に、上述したような表面処理を行うと、製造工程中に次のような問題が発生することがある。例えば、表面処理により第１熱伝達用構造体１１０の色相が変わることがあり、この場合、第１熱伝達用構造体１１０などを絶縁部１２０上の所定の位置に実装する自動化装備が第１熱伝達用構造体１１０を認識する過程でエラーを起こすことがある。

これにより、本発明の一実施形態に係る回路基板１００は、第１熱伝達用構造体１１０と絶縁部１２０との間のデラミネーション現象を低減することができる。

一方、図１などを再び参照すると、第１熱伝達用構造体１１０の表面にプライマー層１１１が備えられた場合、上述した第１ビアＶ１や第２ビアＶ２は、プライマー層１１１も貫通して第１熱伝達用構造体１１０と直接接触することができる。これにより、プライマー層１１１による熱伝達機能の低下を最小化することができる。

図１３は、本発明の一実施形態に係る第１熱伝達用構造体１１０の製造過程を説明するための図である。

図１３を参照すると、銅などの金属材質で形成される金属板１１０−１を提供し、その後、金属板１１０−１上にレジスト層Ｒを形成する。

次に、第１熱伝達用構造体１１０の形状に対応するようにレジスト層Ｒをパターニングして開口部Ｈ１−１、Ｈ１−２、Ｈ２−１、Ｈ２−２を形成した後に、エッチング工程を行うことによりエッチングホールＥ１、Ｅ２、Ｅ１−１、Ｅ２−１を形成する。このとき、一つの金属板１１０−１で複数の第１熱伝達用構造体１１０を形成しようとする場合、後続工程を容易にするために、コネクティング部ＣＮが残っている状態までエッチング工程を行う。その後、レジスト層Ｒを除去した後、エッチングされた金属板１１０−１を別途のプレートＰに配置し、コネクティング部ＣＮを除去する。これにより、第１熱伝達用構造体１１０を製造することができる。ここで、開口部Ｈ２−１、Ｈ２−２により形成されるエッチングホールＥ１−１、Ｅ２−１は、最終的に第１熱伝達用構造体１１０のキャビティ１１０ｃを形成することになる。

図１４は、本発明の他の実施形態に係る第１熱伝達用構造体１１０の製造過程を説明するための図である。

図１４を参照すると、シード層ＳＥ上にレジスト層Ｒを形成した後に、第１熱伝達用構造体１１０の形状に対応する部分がオープンするようにレジスト層Ｒをパターニングする。その後、１回以上のメッキを施して第１熱伝達用構造体１１０を形成し、その後、レジスト層Ｒと残余シード層とを除去して第１熱伝達用構造体１１０を製造することができる。このとき、第１熱伝達用構造体１１０の厚さを増加させるためには、数回から数百回のメッキを多段で行うこともでき、このように多段メッキを行った場合は、その断面から層状構造を確認することができる。ここで、Ｉは、シード層ＳＥを支持するための要素であって、金属または非金属材質から形成される一種のプレートであることができる。

図１３を参照して説明した実施形態によると、第１熱伝達用構造体１１０における厚さの均一性は高くなるものの、第１熱伝達用構造体１１０の側面部の形状が相対的に不規則になる。また、その結果、第１熱伝達用構造体１１０の横幅、縦幅の偏差が相対的に大きくなる。

したがって、第１熱伝達用構造体１１０において厚さの制御が重要である場合は、本実施形態に係る方法により第１熱伝達用構造体１１０を製造することができる。

これに対して、図１４を参照して説明した実施形態によると、第１熱伝達用構造体１１０の幅の均一性は向上できるものの、メッキ工程の偏差により厚さの偏差が相対的に増加することになる。

したがって、第１熱伝達用構造体１１０における幅の制御が重要である場合は、本実施形態に係る方法により第１熱伝達用構造体１１０を製造することができる。

図１５は、本発明の一実施形態に係るコア部１０を処理する過程を説明するための図である。

図１５を参照すると、第１コア層１１、第２コア層１２及び第３コア層１３を含むコアにビアホールＶＨ１を形成し、ビアホールＶＨ１の内面を含んでコア表面に絶縁膜１４を形成し、その後、第１回路パターンＰ１、スルービアＴＶ、第２回路パターンＰ２を形成することができる。これにより、第１回路パターンＰ１などとコア部１０との間に絶縁性を確保することができる。

１００ 回路基板
１１０ 第１熱伝達用構造体
１１１ プライマー層
１２０ 絶縁部
１２１ 第１上部絶縁層
１２１´ 第１下部絶縁層
１２２ 第２上部絶縁層
１２２´ 第２下部絶縁層
１３１ 第１金属パターン
１３３ 第３金属パターン
１３４ 第５金属パターン
１４１ 第２金属パターン
１４２ 第４金属パターン
１４４ 第６金属パターン
Ｓ ソルダ
２００ 第２電子部品
Ｖ１ 第１ビア
Ｖ２ 第２ビア
Ｖ４ 第４ビア
Ｖ５ 第５ビア
Ｖ６ 第６ビア
Ｖ７ 第７ビア
Ｖ８ 第８ビア
１０ コア部
１１ 第１コア層
１２ 第２コア層
１３ 第３コア層
１４ 絶縁膜
Ｐ１ 第１回路パターン
Ｐ２ 第２回路パターン
ＴＶ スルービア
５００ 第１電子部品
８００ 付加基板
８１０ 接続パッド
Ｌ１ 第３熱伝達用構造体
Ｌ２ 放熱部
Ｃ１ 第１キャビティ
Ｃ２ 第２キャビティ

Claims (19)

1. 絶縁部と、
   熱伝導性物質で形成され、キャビティまたはリセス（ｒｅｃｅｓｓ）部が備えられ、少なくとも一部が前記絶縁部に挿入される第１熱伝達用構造体と、
   前記キャビティまたはリセス部の内部に少なくとも一部が挿入される電子素子と、
   を含み、
   前記絶縁部は、コア部及び前記コア部の上部と下部に配置された絶縁層を含み、前記第１熱伝達用構造体は、前記コア部よりも厚く、前記コア部に形成されたキャビティに配置された、回路基板。
2. 前記電子素子に一面が接触する信号ビアと、
   前記第１熱伝達用構造体に一面が接触する放熱ビアと、をさらに含む請求項１に記載の回路基板。
3. 前記放熱ビアの他面に接触する第１金属パターンと、
   前記信号ビアの他面に接触する第２金属パターンと、をさらに含み、
   前記第１金属パターンに流入する熱量が、前記第２金属パターンに流入する熱量より大きい請求項２に記載の回路基板。
4. 前記回路基板の上部には第１電子部品が搭載され、
   前記第１電子部品は、第１領域と、前記第１電子部品の動作時に前記第１領域よりも温度が高くなる第２領域とを含み、前記第２領域の少なくとも一部は、結合部材を媒介にして前記第１金属パターンと接続する請求項３に記載の回路基板。
5. 前記回路基板の上部には第１電子部品が搭載され、
   前記第１熱伝達用構造体の少なくとも一部は、前記第１電子部品の垂直下方に位置する請求項２に記載の回路基板。
6. 前記電子素子の少なくとも一部は、前記第１電子部品の垂直下方に位置する請求項５に記載の回路基板。
7. 前記第１熱伝達用構造体の表面には、
   前記第１熱伝達用構造体と前記絶縁部との間の密着力を高める密着力向上部が備えられる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回路基板。
8. 前記密着力向上部は、アクリル系シランを含むプライマーで形成される請求項７に記載の回路基板。
9. 前記第１熱伝達用構造体は、上面及び下面を含む六面体に形成され、
   前記第１熱伝達用構造体の上面に 一面が接触する第１ビアと、
   前記第１ビアの他面に接触する第１金属パターンと、
   前記第１熱伝達用構造体の下面に一面が接触する第２ビアと、
   前記第２ビアの他面に接触する第２金属パターンと、
   前記電子素子の上面に一面が接触する第３ビアと、
   前記第３ビアの他面に接触する第３金属パターンと、
   前記電子素子の下面に一面が接触する第４ビアと、
   前記第４ビアの他面に接触する第４金属パターンと、をさらに含む請求項１に記載の回路基板。
10. 前記第１金属パターンに第１結合部材が接触し、
    前記第１結合部材には、第１電子部品が接触する請求項９に記載の回路基板。
11. 前記第２金属パターンに第２結合部材が接触し、前記第２結合部材には付加基板が接触し、
    前記第１電子部品で発生した熱が、前記第１結合部材、前記第１金属パターン、前記第１ビア、前記第１熱伝達用構造体、前記第２ビア、前記第２金属パターン及び前記第２結合部材を経て前記付加基板に伝達される請求項１０に記載の回路基板。
12. 前記付加基板を貫通して上部面及び下部面が露出され、熱伝導性物質で形成される放熱部をさらに含み、
    前記第２結合部材は、前記放熱部の上面と結合する請求項１１に記載の回路基板。
13. 前記第１電子部品は、第１領域と、前記第１領域よりクロックスピード（ｃｌｏｃｋ ｓｐｅｅｄ）の高い第２領域とを含み、
    前記第２領域から前記第１結合部材までの距離が前記第１領域から前記第１結合部材までの距離より小さい請求項１１または請求項１２に記載の回路基板。
14. 前記コア部は、熱伝導性物質を含む、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の回路基板。
15. 絶縁部と、
    熱伝導性物質で形成され、キャビティまたはリセス部が備えられ、少なくとも一部が前記絶縁部に挿入される第１熱伝達用構造体と、を含み、
    前記第１熱伝達用構造体は、
    少なくとも一つの貫通孔が備えられた第１構造層と、
    前記貫通孔の内部に充填される物質が前記第１構造層の上面及び前記第１構造層の下面に備えられて一体に形成された第２構造層と、
    を含み、
    前記絶縁部は、コア部及び前記コア部の上部と下部に配置された絶縁層を含み、前記第１熱伝達用構造体は、前記コア部よりも厚く、前記コア部に形成されたキャビティに配置された、回路基板。
16. 前記第１構造層は、インバー（Ｉｎｖａｒ）で形成され、
    前記第２構造層は、銅（Ｃｕ）で形成される請求項１５に記載の回路基板。
17. 前記第１構造層は、グラファイトまたはグラフェンで形成される請求項１５に記載の回路基板。
18. 前記コア部は、熱伝導性物質を含む、請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載の回路基板。
19. 回路基板であって、
    第１キャビティが備えられた第１絶縁層と、
    前記第１キャビティに少なくとも一部が挿入され、第２キャビティが備えられた第１熱伝達用構造体と、
    前記第２キャビティに少なくとも一部が挿入される電子素子と、
    前記第１絶縁層、前記第１熱伝達用構造体、及び前記電子素子の上部を覆う第２絶縁層と、
    前記第１絶縁層、前記第１熱伝達用構造体、及び前記電子素子の下部を覆う第３絶縁層と、
    前記第２絶縁層を貫通し、前記第１熱伝達用構造体に一端が接触する第１ビアと、
    前記第３絶縁層を貫通し、前記第１熱伝達用構造体に一端が接触する第２ビアと、
    前記第２絶縁層を貫通し、前記電子素子に一端が接触する第３ビアと、
    前記第３絶縁層を貫通し、前記電子素子に一端が接触する第４ビアと、
    を含み、
    前記回路基板の上部には第１電子部品が搭載され、
    前記電子素子の少なくとも一部は、前記第１電子部品の垂直下方に位置し、
    前記電子素子は、デカップリングキャパシタであり、前記第３ビアは、前記第１電子部品の電源端子に接続し、
    前記第１電子部品は、第１領域と、前記第１電子部品の動作時に前記第１領域よりも温度が高くなる第２領域と、を含み、
    前記第２領域の少なくとも一部に接触する結合部材と接触する金属パターンが、前記第１ビアの他端と接触する、回路基板。

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