JP6852232B1 - Heat dissipation member and heat dissipation board using this - Google Patents
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Abstract
放熱部材(2)は、発熱部材が配されている基板(1)内に埋設されるべき柱形状体(2)の一面であり発熱部材が配されている側の面である吸熱面(2a)と、該吸熱面(2a)の反対側の面である放熱面(2b)と、柱形状体(2)の側面に形成されたテーパ形状であるテーパ部(11)とを備えている。これにより、基板(1)の一方向、特に発熱部材側に引張られるような応力が働いたとしても放熱部材(2)がスルーホール(6)から抜けることを防止できる。The heat radiating member (2) is one surface of the pillar-shaped body (2) to be embedded in the substrate (1) on which the heat generating member is arranged, and is the endothermic surface (2a) on the side on which the heat generating member is arranged. ), A heat radiating surface (2b) which is a surface opposite to the endothermic surface (2a), and a tapered portion (11) which is a tapered shape formed on the side surface of the pillar-shaped body (2). As a result, it is possible to prevent the heat radiating member (2) from coming out of the through hole (6) even if a stress such as tension is applied to one direction of the substrate (1), particularly to the heat generating member side.
Description
本発明は、熱伝導素子等からなる放熱部材及びこの放熱部材が埋設された放熱基板に関する。 The present invention relates to a heat radiating member made of a heat conductive element or the like and a heat radiating substrate in which the heat radiating member is embedded.
いわゆる基板に熱伝導素子を埋設したものが知られている(例えば特許文献1及び2参照)。特許文献1でも特許文献2でも、熱伝導素子により、パッケージキャリア上に配置された熱発生素子により発生される熱を外界に伝導させることができるとされている。放熱部材は、基板を貫通するスルーホール内に埋設されている。このとき、放熱部材は接着剤やプリプレグ等の接着基材を用いてスルーホール内に固定されている。
It is known that a heat conductive element is embedded in a so-called substrate (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In both Patent Document 1 and
特許文献1では、放熱部材として、金属且つ導体であって熱伝導率の大きいCuやAgが用いられると記載されている。また、放熱部材の形状は柱形状とされるが、円柱形状や四角柱形状でもよいと記載されている。特許文献2では、放熱部材の材料は例えばスルーシリコンビアを有する又は有さないセラミックス、TSVを有する又は有さないシリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドあるいは金属と記載されている。特許文献2では、放熱部材の形状について特に記載はない。
Patent Document 1 describes that Cu or Ag, which is a metal and a conductor and has a high thermal conductivity, is used as the heat radiating member. Further, although the shape of the heat radiating member is a pillar shape, it is described that a cylindrical shape or a square pillar shape may be used. In
しかしながら、接着基材と放熱部材との間では熱膨張率(CTE)が異なるため、接着界面で剥離が生じやすい。特に、放熱部材は電子部品等の発熱部材から発せられる熱を放熱するため、発熱部材の直下に配されることが多い。したがって、発熱部材を実装する際の半田による実装リフロー時や、発熱部材の動作時に、基板全体として発熱部材側に引張られるような応力が働く。また、このような発熱時のみだけでなく、基板搬送時の衝撃や、基板に対してビス留めをするときなどの組み立て時に、やはり基板のいずれかの面に向かって一方向に引張られるような応力が働くことがある。 However, since the coefficient of thermal expansion (CTE) differs between the adhesive base material and the heat radiating member, peeling is likely to occur at the adhesive interface. In particular, since the heat radiating member dissipates heat generated from the heat generating member such as an electronic component, it is often arranged directly under the heat generating member. Therefore, when the heat-generating member is mounted and reflowed by soldering, or when the heat-generating member is operated, a stress that causes the substrate as a whole to be pulled toward the heat-generating member acts. Further, not only at the time of such heat generation, but also at the time of impact during transfer of the board or at the time of assembly such as when screwing to the board, it is also pulled in one direction toward any surface of the board. Stress may work.
本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、基板の一方向、特に発熱部材側に引張られるような応力が働いたとしても放熱部材がスルーホールから抜けることを防止できる放熱部材及びこれを用いた放熱基板を提供することを目的とする。 The present invention takes into consideration the above-mentioned prior art, and is a heat-dissipating member capable of preventing the heat-dissipating member from coming out of the through hole even if a stress such as tension is applied to one direction of the substrate, particularly to the heat-generating member side. It is an object of the present invention to provide the heat dissipation substrate used.
前記目的を達成するため、本発明では、発熱部材が配されている基板内に埋設されるべき柱形状体の一面であり前記発熱部材が配されている側の面である吸熱面と、該吸熱面の反対側の面である放熱面と、前記柱形状体の側面に形成されたテーパ形状であるテーパ部とを備えたことを特徴とする放熱部材を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, the endothermic surface which is one surface of the pillar-shaped body to be embedded in the substrate on which the heat generating member is arranged and which is the surface on the side where the heat generating member is arranged, and the endothermic surface. Provided is a heat radiating member including a heat radiating surface which is a surface opposite to an endothermic surface and a tapered portion having a tapered shape formed on a side surface of the pillar-shaped body.
好ましくは、前記柱形状体の側面に前記吸熱面と平行な面を有する段差部が形成されている。 Preferably, a stepped portion having a surface parallel to the endothermic surface is formed on the side surface of the pillar-shaped body.
好ましくは、前記テーパ部は、前記柱形状体の側面全域に形成されている。 Preferably, the tapered portion is formed over the entire side surface of the pillar-shaped body.
好ましくは、前記柱形状体の側面は粗面処理されている。 Preferably, the side surface of the pillar-shaped body is roughened.
また、本発明では、前記基板を貫通して形成されているスルーホールと、該スルーホール内に配設されている前記柱形状体と、該柱形状体と前記スルーホールの内壁との間に配されていて前記柱形状体を前記スルーホール内に固定するための接着基材とを備えたことを特徴とする放熱部材を用いた放熱基板を提供する。 Further, in the present invention, between the through hole formed through the substrate, the pillar-shaped body arranged in the through hole, and the pillar-shaped body and the inner wall of the through hole. Provided is a heat-dissipating substrate using a heat-dissipating member, which is arranged and includes an adhesive base material for fixing the pillar-shaped body in the through-hole.
好ましくは、前記柱形状体が有する前記吸熱面及び前記放熱面は、前記柱形状体の外側に配されているめっき膜である蓋めっきと非接触である。 Preferably, the endothermic surface and the heat radiating surface of the pillar-shaped body are not in contact with the lid plating which is a plating film arranged on the outside of the pillar-shaped body.
本発明によれば、柱形状体の側面にテーパ部が形成されている。このため、柱形状体は吸熱面から放熱面に向けてその側面にていずれかの位置で徐々に拡径する部位を有することになる。このため、発熱部材が配される側の吸熱面側に引張られるような応力が働いたとしても、柱形状体の側面に存する拡径する部位(テーパ部)により柱形状体がスルーホールから抜けることを防止できる。 According to the present invention, a tapered portion is formed on the side surface of the pillar-shaped body. Therefore, the pillar-shaped body has a portion whose diameter gradually increases at any position on the side surface from the endothermic surface toward the heat radiating surface. Therefore, even if a stress such as tension is applied to the endothermic surface side on the side where the heat generating member is arranged, the column shape body comes out of the through hole due to the diameter-expanding portion (tapered portion) existing on the side surface of the column shape body. Can be prevented.
また、柱形状体の側面に段差部を設けることで、柱形状体が吸熱面側に引張られたとしても段差部の面が抜け方向に対して垂直方向を向いているのでこの面にて引っかかりの作用を発揮する。このため、柱形状体がスルーホールから抜けることをさらに防止できる。 Further, by providing a stepped portion on the side surface of the pillar-shaped body, even if the pillar-shaped body is pulled toward the endothermic surface side, the surface of the stepped portion faces in the direction perpendicular to the pull-out direction, so that the pillar-shaped body is caught on this surface. Demonstrate the action of. Therefore, it is possible to further prevent the pillar-shaped body from coming out of the through hole.
一方で、柱形状体の側面全域をテーパ形状とすれば、柱形状体が吸熱面側に引張られたとしても放熱面側に向けて徐々に拡径する側面の全面にて満遍なく引っ張り応力を受け止めることができる。このため、柱形状体がスルーホールから抜けることをさらに防止できる。 On the other hand, if the entire side surface of the column shape is tapered, even if the column shape is pulled toward the endothermic surface side, the tensile stress is evenly received by the entire surface of the side surface that gradually expands in diameter toward the heat dissipation surface side. be able to. Therefore, it is possible to further prevent the pillar-shaped body from coming out of the through hole.
また、柱形状体の側面を粗面処理することで、柱形状体が基板内に埋設された際に接する接着基材との間の密着性が高まる。このため、柱形状体が接着基材から剥離することを防止し、さらなる抜け防止の効果を得ることができる。 Further, by roughening the side surface of the column-shaped body, the adhesion between the column-shaped body and the adhesive base material that comes into contact with the column-shaped body when it is embedded in the substrate is enhanced. Therefore, it is possible to prevent the pillar-shaped body from peeling off from the adhesive base material, and to obtain a further effect of preventing the pillar shape from coming off.
また、本発明では、このような柱形状体からなる放熱部材を用いてスルーホール内に接着基材にて埋設することで、確実に一方向(吸熱面側)に向けて放熱部材が抜けてしまうことが防止された放熱基板を得ることができる。 Further, in the present invention, by embedding the heat radiating member made of such a pillar-shaped body in the through hole with the adhesive base material, the heat radiating member can be surely pulled out in one direction (heat absorbing surface side). It is possible to obtain a heat radiating substrate that is prevented from being stowed.
また、吸熱面及び放熱面が蓋めっきと非接触であるため、放熱部材がスルーホールから抜けてしまうことを防止するためにわざわざ蓋めっきを形成して吸熱面側や放熱面側から押えることが不要となる。さらに、蓋めっきがなかったとしても吸熱面側への抜け防止機能が放熱部材には備わっているので、蓋めっきを不要として基板設計の自由度を増すことができる。 In addition, since the heat absorbing surface and the heat radiating surface are not in contact with the lid plating, it is possible to form a lid plating to prevent the heat radiating member from coming out of the through hole and press it from the heat absorbing surface side or the heat radiating surface side. It becomes unnecessary. Further, even if there is no lid plating, the heat radiating member is provided with a function of preventing the heat absorbing surface from coming off, so that the lid plating is not required and the degree of freedom in substrate design can be increased.
図1を参照すれば明らかなように、本発明に係る放熱基板1は、内部にブロック状の放熱部材(柱形状体)2が埋設されているものである。以下、その構造について説明する。放熱基板1としては、図に示すような両面に導電層としての導体3が形成された両面板でもよいし、いわゆる多層板であってもよい。図1では、コア材4の両面に銅箔が形成された基板について、この銅箔が導体3として加工された例を示している。なお、コア材4とは、多層板の内部に芯として入れるための金属材料、あるいは両面にパターンである導体3を形成したものである。
As is clear from FIG. 1, the heat radiating substrate 1 according to the present invention has a block-shaped heat radiating member (pillar-shaped body) 2 embedded therein. The structure will be described below. The heat radiating substrate 1 may be a double-sided plate in which
放熱基板1には、その両面方向にて貫通する貫通孔としてのスルーホール6が形成されている。具体的には、スルーホール6は放熱基板1のコア材4がくり抜かれて形成されている。このスルーホール6内に上述した放熱部材2が収容されている。したがってスルーホール6は放熱部材2にとってキャビティということもできる。スルーホール6の内壁と放熱部材2との間には接着基材5が充填されていて、この接着基材5により放熱部材2はスルーホール6内に固定されている。図1の例では、接着基材5は接着剤である。そして、放熱基板1はその両面に蓋めっき8を有している。この蓋めっき8は例えば金めっきや銅めっきであり、少なくとも放熱部材2の両面全域を覆うように形成されている。
The heat radiating substrate 1 is formed with a through
この放熱基板1には、はんだリフロー等を介して発熱する部品(発熱部材)である例えば電子部品が搭載される(不図示)。放熱部材2は通常、このような発熱部材の直下であって放熱基板1内に埋設される。図示したように、放熱部材2は柱形状体である。放熱部材2の一面(一方の面)は、発熱部材が配された側の面としての吸熱面2aとなっている(図1の上側)。そして、この吸熱面2aの反対側の面は放熱面2bとなっている(図1の下側)。
An electronic component, for example, a component (heating member) that generates heat via solder reflow or the like is mounted on the heat radiating substrate 1 (not shown). The
放熱部材2の側面には、テーパ形状のテーパ部11が形成されている。図2に示すように、テーパ部11は側面の一部(下側)に形成されている。放熱部材2にはさらに段差部7が形成されている。この段差部7は吸熱面2aと平行な面として放熱部材2の側面に形成されている。すなわち、図の例では吸熱面2aの外縁から鉛直下方に向けて側面が延び、途中にて段差部7により径が広がり、この段差部7の外縁からさらにテーパ部11によって徐々に拡径しながら下方に向けて側面が延びている。したがって、図の例では放熱面2bの径は吸熱面2aの径よりも広がって形成される。なお、図2では円柱形状の放熱部材2を示しているが、図3に示すように角柱形状であってもテーパ部11及び段差部7は形成可能であり、このような形状を採用してもよい。
A tapered
このように、放熱部材2は吸熱面2aから放熱面2bに向けてその側面にていずれかの位置で拡径する部位(テーパ部11)を有することになる。このため、発熱部材が配される側の吸熱面2a側に引張られるような応力が放熱基板1に働いたとしても、放熱部材2の側面に存する拡径する部位により放熱部材2がスルーホール6から抜けることを防止できる。この拡径する部位は、段差部7よりもまずはテーパ部11があった方が好ましい。段差部7のみだと、接着基材5が段差部7の角にて充填されないことがあるからである。しかしながら抜け止め防止という観点では段差部7も効果を奏するので、テーパ部11に付随して設けるとさらに効果的である。
As described above, the
このようにテーパ部11に加えて段差部7を設けることで、放熱部材2が吸熱面2a側に引張られたとしても段差部7の面が抜け方向(吸熱面2a側方向)に対して垂直方向を向いているので、この面にて引っかかりの作用を発揮する。具体的には、段差部7が接着基材5としっかりと噛み合い、応力による引っ張りをその引っ張り方向に対して段差部7の全面にて受け止めることができる。このため、放熱部材2が接着基材5から剥離することはなく、スルーホール6から抜けてしまうことを防止できる。これは、一方向に向けて抜けることを実現するものであり、機械的な作用によって一方向に力が働いたときも同様に抜け止めとしての機能を有する。
By providing the stepped
段差部7としては、その幅が5μm以上100μm以下あれば十分である。放熱部材2を銅などの金属で形成する場合は、段差部7の形状を有する成型金型を用いて製造可能である。放熱部材2をセラミックで形成する場合は、ダイシング時にハーフカットを行って段差部7を形成すれば製造可能である。なお、放熱部材2の材料は、セラミック、金属、カーボンナノチューブ、又はシリコンを適用可能である。このような材料を用いることで、効率よく放熱されることを確認している。
It is sufficient that the width of the
なお、図4に示すように、放熱部材2の側面全域がテーパ形状であってもよい。このように放熱部材2の側面をテーパ形状とすれば、放熱部材2が吸熱面2a側に引張られたとしても放熱面2b側に向けて徐々に拡径する側面の全面にて満遍なく引っ張り応力を受け止めることができる。このため、放熱部材2が接着基材5からやはり剥離することはなく、スルーホール6から抜けてしまうことを防止できる。なお、図4では柱形状体の一種としての円錐台形状の放熱部材2を示したが、図5のような角柱形状を用いた錐台としてもよい。また、テーパ形状は図4のように放熱部材2の側面全体に形成してもよいし、図5のように一部にのみ形成してもよい。図4のように側面全体にテーパ形状を形成すれば、側面の全域において応力を受け止めることができる。また図5のように段差部7がなくてもテーパ部11が一部にあっても応力を受け止めることができる。さらに、図6のように、吸熱面2a側にテーパ部11があり、放熱面2b側の側面が鉛直下方に延びている形状でもよい。どのような形状によってもテーパ形状が側面のどこかにある以上は放熱面2bは吸熱面2aよりも広く形成されるので、テーパ形状が抜け止め防止機能を発揮することになる。
As shown in FIG. 4, the entire side surface of the
ここで、放熱部材2の表面が粗面処理されていてもよい(図1参照)。このように放熱部材2の表面を粗面処理することで、放熱部材2がスルーホール6内に埋設された際に接する接着基材5との間の密着性を高めることができる。このため、放熱部材2が接着基材5から剥離することを防止し、さらなる抜け防止の効果を得ることができる。この粗面処理としては、放熱部材2の表面に1μm以上5μm未満の凹凸を設ければ足りる。このような凹凸は、機械的にブラストやスクラブにて形成してもよいし、エッチング等の化学的処理を用いて形成してもよい。これにより放熱部材2の吸熱面2a、放熱面2b、及び側面に凹凸形状が形成され、しっかりと接着基材5と噛み合って剥離することが防止される。この効果は、少なくとも放熱部材2の側面のみに粗面処理がなされていれば奏される。表面の全面に形成されていればなお好ましい。なお、他の例ではこの粗面処理された表面について図示を省略しているが、粗面処理するかしないかは適用する場面に応じて適宜決定できる。
Here, the surface of the
本発明に係る放熱基板1としては、図7に示すような例でも適用可能である。図の例では芯材たるコア材4が上下に二層形成され、その間にプリプレグ等の絶縁層たる接着基材5がそれぞれ配されているものを示している。コア材4の両面に導体3が形成されていれば、4層板ということになる。この例では、放熱部材2はスルーホール6に対して絶縁層を用いた接着基材5を介して固定されている。基板製造プロセスにおける積層プレスの際に、コア材4の間のプリプレグがスルーホール6内に流入し、充填される。したがって放熱部材2を固定するために別途接着剤を用いる必要がないので、接着剤を使用することによるクラックやボイドの発生を防止できる。このような構造の基板であっても、本発明の放熱部材2により、確実に一方向(吸熱面2a側)に向けて放熱部材2が抜けてしまうことが防止される。
As the heat radiating substrate 1 according to the present invention, the example shown in FIG. 7 can also be applied. In the example of the figure, two
また、本発明に係る放熱基板1としては、図8に示すような例でも適用可能である。この例では、図7の放熱基板1の上下に、それぞれ絶縁層9を配している。絶縁層9の外側には導体3及び銅めっき12が形成されている。そして、放熱部材2の吸熱面2aにはフィルドビア10がスタックされている。このように、放熱部材2はどのような構造の基板であっても適用可能であるが、この例のように、吸熱面2a及び放熱面2bがその外側に配されているめっき膜である蓋めっき8と非接触であってもよい(放熱部材2の吸熱面2a及び放熱面2bは直接プリプレグ等の接着基材5に接している)。すなわち、本願発明は図8のような蓋めっき8が存在しない基板にも適用可能ということになる。上述したように放熱部材2の形状のみでスルーホール6からの抜け防止が図られているので、吸熱面2a及び放熱面2bを蓋めっき8と非接触(蓋めっき8が不存在)としても、放熱部材2がスルーホール6から抜けてしまうことを防止するためにわざわざ放熱部材2に直接接する蓋めっき8を形成して吸熱面2a側や放熱面2b側から押えなくてもよい。このように、蓋めっき8がなかったとしても吸熱面2a側への抜け防止機能が放熱部材2には備わっているので、放熱部材2に直接接する蓋めっき8を不要として基板設計の自由度を増すことができる。
Further, as the heat radiating substrate 1 according to the present invention, the example shown in FIG. 8 can also be applied. In this example, the insulating
1:放熱基板、2:放熱部材(柱形状体)、2a:吸熱面、2b:放熱面、3:導体、4:コア材、5:接着基材、6:スルーホール、7:段差部、8:蓋めっき、9:絶縁層、10:フィルドビア、11:テーパ部、12:銅めっき 1: Heat dissipation substrate 2: Heat dissipation member (pillar-shaped body), 2a: Endothermic surface, 2b: Heat dissipation surface, 3: Conductor, 4: Core material, 5: Adhesive base material, 6: Through hole, 7: Stepped portion, 8: Lid plating, 9: Insulation layer, 10: Filled via, 11: Tapered part, 12: Copper plating
Claims (5)
該吸熱面の反対側の面である放熱面と、
前記柱形状体の側面に形成されたテーパ形状であり、前記吸熱面から前記放熱面に向けて拡径するテーパ部とを備え、
前記柱形状体の側面に前記吸熱面と平行な面を有する段差部が形成されていることを特徴とする放熱部材。 The endothermic surface, which is one surface of the pillar-shaped body to be embedded in the substrate on which the heat generating member is arranged, and the surface on the side on which the heat generating member is arranged,
The heat dissipation surface, which is the surface opposite to the endothermic surface,
It has a tapered shape formed on the side surface of the pillar-shaped body, and includes a tapered portion whose diameter increases from the endothermic surface toward the heat radiating surface .
A heat radiating member characterized in that a stepped portion having a surface parallel to the endothermic surface is formed on a side surface of the pillar-shaped body.
該スルーホール内に配設されている前記柱形状体と、
該柱形状体と前記スルーホールの内壁との間に配されていて前記柱形状体を前記スルーホール内に固定するための接着基材とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の放熱部材を用いた放熱基板。 Through holes formed through the substrate and
The pillar-shaped body arranged in the through hole and
The first aspect of the present invention, wherein the pillar-shaped body is provided between the pillar-shaped body and the inner wall of the through hole, and an adhesive base material for fixing the pillar-shaped body in the through hole is provided. A heat dissipation board that uses a heat dissipation member.
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