JP6773366B2 - 回路基板及び回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板及び回路基板の製造方法に関する。

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がある。

特開２０００−３４９４３５号公報 特開平１１−２８４３００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、上述の技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は、後述する記載から、本発明が属する技術分野における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、熱伝達用構造体を含み、熱伝達用構造体は、構造体絶縁部を境界にして互いに絶縁される第１構造体及び第２構造体を含む。

一実施形態では、熱伝達用構造体の外面に密着力向上部が備えられて、熱伝達用構造体と絶縁部との間の密着力を高めることができる。

一実施形態において、第１構造体及び第２構造体のうちの少なくとも一つは、金属材質などの伝導性材質で形成される。

本発明の例示的な実施形態に係る回路基板の製造方法は、第１構造体と、構造体絶縁部と、第２構造体とが備えられた熱伝達用構造体の少なくとも一部が絶縁部に挿入されるステップを含む。

一実施形態では、第１金属層、絶縁材層及び第２金属層が積層された状態でダイシング工程を行うことにより、第１構造体、絶縁部及び第２構造体を含む熱伝達用構造体を大量に製造することができる。

一実施形態において熱伝達用構造体は、第１構造体及び第２構造体のうちの一つを経由する信号伝送経路と、他の一つを経由する信号伝送経路とが互いに絶縁されるように回路基板に配置される。

本発明の一実施形態によれば、回路基板の放熱性能を向上させながらも、信号伝送経路をさらに確保することができる。

また、回路基板の放熱性能を向上させながらも、製造効率を高めることができる。

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。 本発明の一実施形態に係る回路基板の製造方法の一部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の製造方法の一部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の製造方法の一部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。 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。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面とともに後述する実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されず、他の様々な実施形態で実現することができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に伝達するために提供されることができる。明細書の全般にかけて同一の参照符号は、同一の構成要素を指称する。

本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書において、単数形は、文章で特に言及しない限り複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、ステップ、動作及び／または素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。

図示の簡略化及び明瞭化のために、図面は一般的な構成方式を図示し、本発明の説明において実施形態の論議を不明瞭にすることを避けるために、公知の特徴及び技術に関する詳細な説明を省略する。さらに、図面の構成要素は必ずしも縮尺に応じて図示されたものではない。例えば、本発明の実施形態の理解を容易にするために、図面の一部の構成要素のサイズを他の構成要素より誇張して示すことができる。互いに異なる図面における同一の参照符号は、同一の構成要素を示し、必ずしもそうではないが、類似した参照符号は類似した構成要素を示す。

明細書及び請求範囲において、「第１」、「第２」、「第３」及び「第４」などの用語が記載している場合、類似した構成要素同士を区別するために用いられ、必ずしもそうではないが、特定の順次または発生順序を記述するために用いられる。そのように用いられる用語は、ここに記述された本発明の実施形態が、例えば、ここに図示または説明されたものではなく、他のシーケンスで動作できるように適切な環境下で互換可能であることを理解することができる。同様に、ここで、方法が一連のステップを含むものとして記述される場合、ここに提示されたそのようなステップの順序は、必ずしもそのようなステップが実行される順序ではなく、任意に記述されたステップは省略可能であり、及び／またはここに記述されていない任意の他のステップをその方法に付加することができる。

明細書及び請求範囲において、「左側」、「右側」、「前」、「後」、「上部」、「底部」、「上に」、「下に」などの用語が記載されている場合は、説明のために用いられるものであり、必ずしも不変の相対的な位置を記述するためのものではない。そのように用いられる用語は、ここに記載された本発明の実施形態が、例えば、ここに図示または説明されたものではなく他の方向に動作するように適切な環境下で互換可能であることが理解できよう。ここで用いられた用語の「接続された」は、電気的または非電気的な方式で直接または間接的に接続されることに定義される。ここで、互いに 「隣接する」と記述された対象は、その文章が用いられる文脈に対して適切に、互いに物理的に接触するか、互いに近接するか、互いに同一の一般的範囲または領域に存在するものであることができる。

以下では、添付の図面を参照して、本発明の構成及び作用効果を説明する。

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３は、本発明の一実施形態に係る回路基板の製造方法の一部を説明するための図面であり、図４は、本発明の一実施形態に係る回路基板の製造方法の一部を説明するための図面であり、図５は、本発明の一実施形態に係る回路基板の製造方法の一部を説明するための図面であり、図６は、本発明の一実施形態に係る回路基板１００の平面形状を概略的に示した図面であり、図７は、本発明の一実施形態に係る回路基板１００を概略的に示した水平断面図であり、図８は、本発明の他の実施形態に係る回路基板１００を概略的に示した水平断面図である。

本発明の一実施形態に係る回路基板１００は、熱伝達用構造体１１０を含み、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、熱伝達用構造体１１０は、熱伝導性の高い材料で形成される。また、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、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。

一実施形態では、絶縁部１２０は、一つの絶縁層で形成されるか、複数の絶縁層で形成される。ここで、図１には、絶縁部１２０が３つの絶縁層１０、１２１、１２１'で形成され、中心部に位置する絶縁層がコア部１０とな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、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を貫通するキャビティＣ１が形成され、キャビティＣ１内に熱伝達用構造体１１０が挿入されることができる。

一実施形態において、熱伝達用構造体１１０は、第１構造体１１２と、第２構造体１１３と、構造体絶縁部１１４とを含むことができる。ここで、第１構造体１１２及び第２構造体１１３は、それぞれ金属材質で形成されることができ、熱伝導度及び電気伝導度が高い銅材質で形成されることが可能である。そして、構造体絶縁部１１４は、一般的な絶縁物質で形成されることができる。また、構造体絶縁部１１４には、ガラス繊維（Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）などの補強材が含まれることができる。

一方、構造体絶縁部１１４は、第１構造体１１２と第２構造体１１３との間の絶縁性を確保する機能をする。すなわち、構造体絶縁部１１４は、第１構造体１１２に印加された電気信号と第２構造体１１３に印加された電気信号とが混線しないようにする機能を果たす。

一方、図３から図５を参照すると、本発明の一実施形態に係る回路基板の製造方法は、絶縁材層の両面に金属層を形成することにより、上述の熱伝達用構造体１１０を形成することができる。

このとき、所定の面積を有する金属層と絶縁材層とを用いて熱伝達用構造体を大量に製造することができる。例えば、厚さに比して相対的に面積の広いシート状となるように金属層及び絶縁材層を形成することができ、これらを用いて、第１金属層１１２−１−絶縁材層１１４−１−第２金属層１１３−１を積層した状態でダイシング工程を行うことにより、第１構造体１１２と、構造体絶縁部１１４ と、第２構造体１１３とを含む熱伝達用構造体１１０を大量に製造することができる。ここで、第１金属層１１２−１に対応する部分は、ダイシング工程を行った後に第１構造体１１２となり、第２金属層１１３−１に対応する部分は、ダイシング工程を行った後に第２構造体１１３となり、絶縁材層１１４−１に対応する部分は、ダイシング工程後に、構造体絶縁部１１４となることができる。図面には、第１金属層１１２−１−絶縁材層１１４−１−第２金属層１１３−１の積層方式により形成されたように示されているが、絶縁材層１１４−１の上面及び下面方向にそれぞれメッキ工程を行い、第１金属層１１２−１及び第２金属層１１３−１を形成することもできる。また、第１金属層１１２−１及び第２金属層１１３−１のうちの一つは、シート状に予め提供された状態で絶縁材層１１４−１が形成され、その後、残りの一つの金属層がメッキ方式により形成されることも可能である。

一実施形態において、絶縁部１２０に形成されたビアが熱伝達用構造体１１０に接触することができる。以下では、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。ここで、第１ビアＶ１のうちの第１構造体１１２に接触するものを第１接触ビアＶｃ１、第２構造体１１３に接触するものを第２接触ビアＶｃ２と称する。また、第２ビアＶ２のうち第１構造体１１２に接触するものを第３接触ビアＶｃ３、第２構造体１１３に接触するものを第４接触ビアＶｃ４と称する。

一方、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ることができ、以下では、第１ビアＶ１に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に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が備えられることができ、第４ビアＶ４の一端に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の他端に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、熱伝達用構造体１１０は、熱を保持する機能を行うことができ、このような機能は、熱伝達用構造体１１０の体積が大きいほど増加する。したがって、図１などに示すように、熱伝達用構造体１１０は、柱形状に形成することができる。このように柱形状に形成することにより、下面の面積が同じであれば、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、熱伝達用構造体１１０の下面及び上面の形状が多角形、特に四角形になると、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、熱伝達用構造体１１０は、第１ビアＶ１から第７ビアＶ７等の一般のビアに比べて体積が非常に大きい。このため、熱伝達用構造体１１０の表面、特に上面や下面には複数のビアが接触することができる。すなわち、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、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、熱伝達用構造体１１０の厚さを増加させると、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熱伝達用構造体１１０に移動する時間をさらに短縮することができる。

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可能である。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）などの電子部品であってもよく、動作時に熱が発生する。

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、発生された熱を感知すると、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、スイッチング素子が相対的に密集している領域に形成される。

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たプロセッサと、クロックスピードが１．２ＧＨｚであるコアが接続されたプロセッサとが、第１電子部品５００において、領域を異にして形成されることができる。

図６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。このとき、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１単位領域５１０は、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１単位領域５１０は、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（例えば、図１の付加基板８００）などの他のデバイスに熱を迅速に分散させることができる。

一実施形態において、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。

一方、本発明の一実施形態に係る回路基板１００には、第２電子部品２００がさらに備えられることができる。第２電子部品２００としては、キャパシタ、インダクター、抵抗などがある。

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、熱伝達用構造体１１０の上面の面積は、第１電子部品５００の上面の面積よりも小さくてもよい。さらに、熱伝達用構造体１１０の上面の面積は、第１電子部品５００のホットスポット領域の幅に対応するように決めることができる。

これにより、ホットスポットの熱が、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（Ｗａｒｐａｇｅ）の低減に有利である。それだけではなく、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向上させることができる。

一方、第１電子部品５００の垂直下方領域に第２電子部品２００の大部分が位置してもよい。このとき、第１電子部品５００の垂直下方領域のうち、上述した熱伝達用構造体１１０が位置しない領域に第２電子部品２００を配置することができる。また、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などを参照すると、コア部１０に備えられたキャビティＣ１、Ｃ２の内部に熱伝達用構造体１１０及び第２電子部品２００が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電子部品５００の垂直下方領域において、熱伝達用構造体１１０と第２電子部品２００とを隣接するように配置でき、特に熱伝達用構造体１１０は、図６に例示されたホットスポットの近所に集中的に配置できることを理解することができる。

一方、図７には、絶縁部１２０にコア部１０がない場合の平面形状を概略的に例示している。

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、上述の第１金属パターン１３１、第３金属パターン１３３、第７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５金属パターン１４３、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に接続されることができる。

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、一般のソルダＳではなく、熱伝達用構造体１１０と類似の材質及び形状で形成された第３熱伝達用構造体Ｌ１を備えることができる。すなわち、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、一般のソルダ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できるように、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の上面方向に露出され、必要によって下面方向にも露出され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−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。それだけでなく、第１構造体１１２と第２構造体１１３とが構造体絶縁部１１４により絶縁された状態であるため、第１接触ビアＶｃ１−第１構造体１１２−第３接触ビアＶｃ３で形成される経路と、第２接触ビアＶｃ２−第２構造体１１３−第４接触ビアＶｃ４で形成される経路のそれぞれに、互いに異なる電気信号が通過することができる。すなわち、第１電子部品５００で発生した熱が熱伝達用構造体１１０を介して移動することができるだけでなく、第１電子部品５００から出力されたり、第１電子部品５００に入力されたりする信号も熱伝達用構造体１１０を経由することができる。これにより、熱伝達用構造体１１０の占める空間を信号伝送のためにも活用できるので、放熱目的だけに活用される場合に比べて空間効率や信号伝送経路設計の自由度が向上され、その結果、回路基板の小型化に寄与することができる。

一方、図１に例示されたように、第１から第７金属パターンが絶縁部１２０の外面に露出するように備えられる場合、第１から第７金属パターンは、一種の接続パッドとしての機能をすることができる。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及び絶縁部１２０などを保護するために、ソルダレレジスト層を備えることもできる。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を備えることができる。

他の一方で、第１電子部品５００の端子のうち、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ある場合は、第１ビアＶ１、熱伝達用構造体１１０、第２ビアＶ２、第２金属パターン１４１を含む経路が、信号伝送機能を行うことができる。このとき、第２金属パターン１４１に接続する付加基板８００の接続パッドまたは端子も信号伝送機能を行うことができる。

これに対して、第１電子部品５００の端子のうち、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は、第１ビアＶ１、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に接続する付加基板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や付加基板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の端子のうち、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は、第１ビアＶ１、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に接続する付加基板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や付加基板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の端子のうち、第１金属パターン１３１に接続する端子がダミー端子であることもできる。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の外部に伝達する通路としての機能のみを行うものであってもよい。

図１などを参照すると、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、ワーピジ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もできる。

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、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、熱伝達用構造体１１０が第１キャビティＣ１と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てもよい。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）を用いることができる。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、エポキシと炭素繊維充填剤とが混合された物質（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、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されることができる。

このように、熱伝達用構造体１１０と第２熱伝達用構造体とが直接接触するか、ＴＩＭを媒介として接続することにより、第１電子部品５００などの熱が熱伝達用構造体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されることができる。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のそれぞれの温度偏差が緩和できるので、信頼性が向上されることができる。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ような役割を果たし、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とが電気的に接続することができる。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することが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のうちの少なくとも一つは、ＰＰＧ（ｐｒｅｐｒｅｇ）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）などの金属で形成することもできる。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、コア部１０の第２キャビティＣ２には、第２電子部品２００が挿入される。また、第２電子部品２００は、第６ビアＶ６により第７金属パターン１３４に接続し、第７ビアＶ７により第６金属パターン１４４に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７金属パターン１３４に接続する第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す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においては、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（ｒｅｃｅｓｓ）部を備えることができ、このリセス部に熱伝達用構造体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、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、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、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、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。

一実施形態において、熱伝達用構造体１１０の底面は、第２回路パターンＰ２の下面と同一水平面上に位置することができる。この場合も、熱伝達用構造体１１０の厚さを、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大きくすることにより、熱伝達用構造体の熱容量をより増加させて、ホットスポットとの距離を短縮することができる。

図示されていないが、他の実施形態では、熱伝達用構造体１１０の上面が、第１回路パターンＰ１の上面と同一水平面に位置することができる。この場合も、熱伝達用構造体１１０の厚さを、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大きくすることにより、熱伝達用構造体の熱容量をさらに増加させることができる。

以上では、理論的や理想的な幾何学的関係について説明したが、このような構造を実際の設計に反映して製品として実現する場合、製造工程に反映される各種偏差が生じる。例えば、コア部の両面が完全な平面ではないことや、コア部に回路パターンを形成する過程で回路パターン間の厚さの偏差が発生することがある。したがって、本発明の権利範囲を解釈するに当たって、現実的な工程偏差などを考慮する必要がある。また、電子製品のスリム化及び配線パターンの高密度化の傾向に合わせて回路基板を製造する過程では、ある程度のワーピジ（Ｗａｒｐａｇｅ）が発生し得る。このようなワーピジが深化すると、配線の短絡やクラックなどの問題を誘発するので、ワーピジを最小化しようとする努力が行われつつある。しかし、現実的にワーピジを完全に排除することは難しく、所定の許容範囲内ではワーピジ現象が発生しても良品として扱うことができる。

したがって、本発明の一実施形態に係る回路基板も、実際に実現される場合には、所定の範囲内でのワーピジが許容され、上述の熱伝達用構造体１１０の厚さや位置に関する説明を理解するに当たって、ワーピジの許容範囲も考慮しなければならない。

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の外面と熱伝達用構造体１１０との間に備えられる第１ビアＶ１または第２ビアＶ２の高さは、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の高さよりも小さくすることにより、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の速度を向上させることができることを理解することができる。

図示されていないが、熱伝達用構造体の上部面が第１上部絶縁層により覆われることができる。また、熱伝達用構造体と一面が接触するビアの他面は、第１上部絶縁層に備えられる回路パターンと接触することができる。そして、第２上部絶縁層を貫通する他のビア及び第２上部絶縁層の表面に備えられる他の回路パターン及びソルダボールを経て第１電子部品と接続することもできる。すなわち、熱伝達用構造体１１０上に形成されるビルドアップ層数は、必要によって変更可能であり、但し、少なくとも熱容量の側面からは、熱伝達用構造体の厚さが大きいほど有利であることは理解できる。

一方、本発明の一実施形態に係る回路基板１００に含まれる熱伝達用構造体１１０は、絶縁部１２０との密着力向上のための密着力向上部を備える。

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熱伝達用構造体１１０と絶縁部１２０との間に透き間ができることがあり、このような現象をデラミネーション（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）とも称する。ここで、絶縁部１２０との密着力を向上させる手段として、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されることができる。

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

図９ａ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９ｂ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１０ａ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１０ｂ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９ａから図１０ｂを参照すると、プライマー層１１１がない場合は、リフロー工程や半田槽工程を行うと、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との間の密着力を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、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、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、熱伝達用構造体１１０の表面に上述のような表面処理を行うと、製造工程から下記のような問題が発生する場合がある。例えば、表面処理により熱伝達用構造体１１０の色相が変わることがあり、この場合、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、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、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、上述の第１ビアＶ１や第２ビアＶ２は、プライマー層１１１も貫通して熱伝達用構造体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による熱伝達機能及び信号伝送機能の減少を最小化することができる。ここで、プライマー層１１１に関する理解を容易にするために、図面にはプライマー層１１１の厚さを誇張して表現した場合がある。しかし、プライマー層１１１は薄膜状に形成することができ、実際に製造された回路基板においては、図示されたものよりも著しく薄い厚さを有することができる。

したがって、本発明を理解するに当たって、図面の誇張された表現も考慮しなければならない。特に、図１には、プライマー層１１１の下面が第２回路パターンＰ２と同一平面に位置することに示されており、このため、プライマー層１１１を除いた熱伝達用構造体１１０の底面が第２回路パターンＰ２よりも多少高い位置に位置することに示されている。しかし、プライマー層１１１の厚さは、第２回路パターンＰ２の厚さや熱伝達用構造体１１０の厚さに比べて非常に小さいので、熱伝達用構造体１１０と第２回路パターンＰ２との位置関係を理解するに当たってはプライマー層１１１の厚さを無視することが可能である。

１００ 回路基板
１１０ 熱伝達用構造体
１１１ プライマー層
１１２ 第１構造体
１１３ 第２構造体
１１４ 構造体絶縁部
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７金属パターン
１４１ 第２金属パターン
１４２ 第４金属パターン
１４３ 第５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
Ｖｃ１ 第１接触ビア
Ｖｃ２ 第２接触ビア
Ｖ２ 第２ビア
Ｖｃ３ 第３接触ビア
Ｖｃ４ 第４接触ビア
Ｖ４ 第４ビア
Ｖ５ 第５ビア
Ｖ６ 第６ビア
Ｖ７ 第７ビア
１０ コア部
１１ 第１コア層
１２ 第２コア層
１３ 第３コア層
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 (11)

1. 絶縁部と、
   熱伝導性物質で形成される第１構造体と、
   熱伝導性物質で形成される第２構造体と、
   前記第１構造体と前記第２構造体との間を絶縁する構造体絶縁部と、
   を含む熱伝達用構造体の少なくとも一部が前記絶縁部に挿入され、
   前記熱伝達用構造体の表面に、前記熱伝達用構造体と前記絶縁部との間の密着力を高めるための密着力向上部が備えられ、
   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回路基板。
2. 前記構造体絶縁部にガラス繊維が含まれる請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第１構造体の上面に接触する第１接触ビアと、
   前記第２構造体の上面に接触する第２接触ビアと、
   前記第１構造体の下面に接触する第３接触ビアと、
   前記第２構造体の下面に接触する第４接触ビアと、を含む請求項１または請求項２に記載の回路基板。
4. 前記第１接触ビア、前記第１構造体及び前記第３接触ビアを経由する第１信号伝送経路と、前記第２接触ビア、前記第２構造体及び前記第４接触ビアを経由する第２信号伝送経路とは、互いに絶縁される請求項３に記載の回路基板。
5. 第１絶縁層のキャビティに少なくとも一部が挿入される熱伝達用構造体と、
   前記第１絶縁層の上面に備えられる第１導体パターンと、
   前記第１絶縁層の下面に備えられる第２導体パターンと、
   前記第１絶縁層の上方に備えられる第２絶縁層を通過する上部ビアと、
   前記第１絶縁層の下方に備えられる第３絶縁層を通過する下部ビアと、
   前記第２絶縁層の外面に備えられ、前記上部ビアの一端と接触する第１接続パッドと、
   前記第３絶縁層の外面に備えられ、前記下部ビアの一端と接触する第２接続パッドと、を含み、
   前記熱伝達用構造体は、
   前記第２絶縁層、前記第１絶縁層及び前記第３絶縁層が積層された方向に垂直な方向に、第１構造体、構造体絶縁部及び第２構造体が順次結合され形成され、
   前記熱伝達用構造体の表面に、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層を形成する物質と前記熱伝達用構造体との間の密着力を高める密着力向上部が備えられ、
   前記構造体絶縁部にガラス繊維が含まれ、
   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を含む回路基板。
6. 前記上部ビアは、前記第１構造体と接触する第１ビア及び前記第２構造体と接触する第２ビアを含み、
   前記下部ビアは、前記第１構造体と接触する第３ビア及び前記第２構造体と接触する第４ビアを含む請求項５に記載の回路基板。
7. 前記上部ビア及び前記下部ビアは、前記密着力向上部を貫通し、前記第１構造体及び前記第２構造体とそれぞれ接触する請求項５または請求項６に記載の回路基板。
8. 請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の回路基板を製造する回路基板の製造方法において、
   絶縁材層の一面には第１金属層を形成し、前記絶縁材層の他面には第２金属層を形成する基礎ユニット形成ステップと、
   前記基礎ユニット形成ステップで製造された基礎ユニットを予め決められた大きさにダイシングして前記熱伝達用構造体を形成するステップと、
   前記熱伝達用構造体の少なくとも一部を前記絶縁部に挿入するステップと、
   を含む回路基板の製造方法。
9. 前記基礎ユニットをダイシングすると、複数の前記熱伝達用構造体が形成される請求項８に記載の回路基板の製造方法。
10. 前記熱伝達用構造体の表面に密着力向上部を形成するステップをさらに含む請求項８または請求項９に記載の回路基板の製造方法。
11. 前記第１構造体及び前記構造体絶縁部の境界面、または前記第２構造体及び前記構造体絶縁部の境界面は、前記回路基板の上面または下面と垂直をなすように前記熱伝達用構造体が配置される請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。

Images