銅インレイ基板(銅コイン基板) 高放熱・高電力用途向けPCB
概要
銅インレイ基板は、高発熱デバイス(パワーデバイス、AI向け通信デバイス、イメージセンサーなど)、発熱部品の直下へ銅インレイを配置し、高効率でヒートシンクや筐体へ熱を伝える放熱ソリューションです。発熱量やデバイスのサイズに応じ銅コイン径(最大40㎜)や厚み、形状などをカスタム可能です。試作から量産まで対応しております。
また、ヤマトマテリアルでは基板だけでなく、熱シミュレーションや実装、ペルチェやべーパーチャンバーなど部材手配も合わせてご提案もできます。
このような課題はありませんか？
＼ 設計担当者様のこんな課題を解決します ／
・パワー半導体の発熱が大きい
・通信デバイスの発熱が大きい
・ジャンクション温度を下げたい
・厚銅基板だけでは放熱性能が足りない
・EV/充電器/産業機器向けの高放熱基板を探している
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✓ ヤマトマテリアルの解決策
スルーホール基板比、熱抵抗 1/72 の圧倒的放熱性
SiCやGaNなど化合物半導体を採用した、車載・通信・AIサーバーの深刻な熱課題。
ヤマトマテリアルの「銅インレイ基板」が、その問題を解決します
ヤマトマテリアルの「銅インレイ基板」が、その問題を解決します
銅インレイ基板とは
銅インレイ基板とは、熱伝導率に優れている銅コインを基板上のIC部品直下に埋め込みIC部品と接触させることで銅コインを通じて「IC部品の放熱を目的」とした基板になります(銅コイン基板や銅コイン埋込み基板とも呼ばれます)ICの高性能化・高機能化に伴い、発熱量は増加の一途を辿っていますがIC部品の小型化から部品本体での放熱は期待できません発熱は、電子機器の性能や寿命などを決定する要素の一つであるため放熱策の重要性はますます重要になってきています。
このような背景から銅インレイ基板が開発されました。銅インレイを発熱部品の直下に配置することで、
基板上スペースを取らず銅インレイを通じてヒートシンクや筐体へ放熱することが可能です。
銅インレイ基板および銅コイン構造イメージ
基板の特徴と比較
スルーホール基板【基板A】と銅インレイ基板【基板B】で熱抵抗計算による放熱性の比較を行いました。
それぞれ環境温度は20℃として各条件と計算結果は下記の通りです。
それぞれの工法の特徴は表の通りです。
【基板A】スルーホール基板
・スルーホール径Φ0.3ｍｍ×42個
・基板厚みt 1.6
・はんだの熱伝導率49W/m・K（環境温度20℃）
・基板厚みt 1.6
・はんだの熱伝導率49W/m・K（環境温度20℃）
スルーホールの熱抵抗値R(TH) ⇒ 約11.0℃/W
【基板B】銅インレイ基板
・銅コイン径Φ6.0ｍｍ×1個
・基板厚みt 1.6
・銅コインの熱伝導率372W/m・K（環境温度20℃）
・基板厚みt 1.6
・銅コインの熱伝導率372W/m・K（環境温度20℃）
銅の熱抵抗値R(CU) ⇒ 約0.152℃/W
⇒ 比較結果：スルーホール42個に対して 銅コイン1個で熱抵抗約1/72となり放熱性が向上
基板の特徴と比較②
各種 放熱基板の比較表
使用環境、発熱量に応じ最適な銅コインのサイズ、形状をご提案いたします。
| 評価項目 | 銅コイン基板 （銅インレイ） | 厚銅基板 （大電流基板） | スルーホール基板 （サーマルビア） |
|---|---|---|---|
| 得意な熱源 |
高速通信、デバイス直下の局所放熱
（RFデバイス、高輝度LED、パワー素子）
|
大電流、全体で放熱
（モーター駆動、大容量電源など）
|
低〜中程度の熱源
（小型IC、制御用MOSFETなど）
|
| 放熱性 | ◎ （局所放熱） | ◎ （基板全体で放熱） | 〇 |
| 基板設計の自由度 | ◎ （多層化可能） | △ | 〇 |
| 高密度配置 | ◎ | △ | 〇 |
| 小型化(省スペース) | ◎ | △ | ◎ |
| 電流容量 | 〇 | ◎ | 〇 |
| 重量 | 〇 | ✕ | ◎ |
| コスト | 〇 | 〇 | ◎ |
銅インレイ基板(銅コイン基板)以外にも「厚銅基板」「スルーホール基板」のご提案も可能です。
当社の特徴・製作実績
ヤマトマテリアルの銅インレイ基板（銅コイン基板）の特長
ヤマトマテリアルでは、銅インレイ基板の初期評価用の試作から量産まで一貫して対応しております。
当社の最大の特徴は、銅コイン自体の製作から自社で行っている点にあります。そのため、他社様では対応が難しいような銅インレイ径や高さを自由自在に設定することが可能です。
当社の最大の特徴は、銅コイン自体の製作から自社で行っている点にあります。そのため、他社様では対応が難しいような銅インレイ径や高さを自由自在に設定することが可能です。
高い加工自由度（形状・サイズ）
一般的な円柱コインだけでなく、角柱（四角形状）の銅インレイにも対応可能。用途に合わせた最適な形状をご提案します。
精密な圧入技術と隙間の極小化
銅コインと基板との隙間を限りなく埋める精密加工技術により、高い信頼性と熱伝導率を実現しています。
ヒートシンク一体型構造
ヒートシンクと一体型の銅コイン作成にも対応。部品点数の削減や熱抵抗のさらなる低減に貢献します。
トータルソリューション提案
基板単体だけでなく、ヒートシンクやペルチェ素子などの設計・部材手配までワンストップで承ります。
銅インレイ加工・形状サンプル事例
円柱、角柱銅インレイ（左側基板表面 右側基板裏面）
各種サイズの円柱・角柱銅インレイ配置サンプル（基板の厚み 3.3mm）
開発要素の強い特殊仕様・豊富な製作実績
- BGAなどの裏面電極デバイスへの実装実績：裏面に電極がある高密度デバイスの放熱対策にも実績がございます。
- 筐体接地（飛び出し構造）：銅インレイを基板から飛び出させ、直接筐体に接地させる構造に対応。
- マルチインレイ対応：1枚の基板上に大小さまざまな銅インレイを複数個埋め込む高放熱レイアウトが可能。
- レジスト開口制御：銅インレイ上にレジストの開口を設けるなど、用途に応じたパターン形成に対応。
特殊な形状や仕様のご相談など、まずはどんなことでもお気軽にお問い合わせください。
用途・分野
| 基板層数 | ２層基板・多層基板 |
|---|---|
| 特殊基板 | ビルドアップ基板・キャビティ基板 仕様に応じて検討可能 |
| 基板最小板厚み | １．０ｔ |
| 基板最大板厚み | ４．２ｔ 超える場合でもご相談下さい |
| 銅インレイ径 | Φ１．０ｍｍ～４０．０ｍｍ 超える場合でも御相談下さい |
| 銅インレイ挿入部 の平坦度 |
±５０μｍ 銅インレイの飛出しも検討可能 |
| 銅インレイピッチ | 最小１．０ｍｍ～ |
| 対応生産ロット | 初期評価用の試作(小ロット)から量産(大ロット)まで対応 |
| ほか特殊仕様 | 四角形状の銅インレイ基板も仕様によっては 対応できる可能性がございます |
用途
- パワーデバイス／モジュールやIC部品の局所放熱
対応分野
- カーエレクトロニクス（車載パワーデバイス／電源用キャパシタ）
- 産業機器
- LED照明
- 高発熱部品（IC・イメージセンサー）
- AIサーバー
- 通信デバイス
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Q&A よくあるご質問
- Q.銅インレイ基板とは
- A.銅インレイ基板とは、熱伝導率に優れている銅コインを基板上のIC部品直下に埋め込みIC部品と接触させることで銅コインを通じて「IC部品の放熱を目的」とした基板になります(銅コイン基板や銅コイン埋込み基板とも呼ばれます)ICの高性能化・高機能化に伴い、発熱量は増加の一途を辿っていますがIC部品の小型化から部品本体での放熱は期待できません発熱は、電子機器の性能や寿命などを決定する要素の一つであるため放熱策の重要性はますます重要になってきています。
- Q.銅コイン基板とのちがいは何ですか？
- A.銅コイン基板と銅インレイ基板は同じです。
一般的に、基板の板厚方向に部分的に銅の塊（金属ブロック）を埋め込む工法全体のことを「銅インレイ基板」と呼び、その埋め込む銅のプレスカット品が硬貨（コイン）のような形状をしていることから、通称として「銅コイン基板（または銅ピン基板）」とも呼ばれています。
当社の「銅インレイ基板」は、内製化による高い製造技術を活かし、一般的な丸型コインだけでなく、以下のような他社では対応が難しい独自の金属インレイ（埋め込み）工法にも対応しています。 「角柱（四角形状）」のインレイ： 大型ICや細長いパワーデバイスの形状に合わせた最適な放熱面を作れます。 「最大Φ40mmの大径」インレイ： 通常の数ミリ径のコインではカバーできない、大型パワーモジュールや変圧器（トランス）直下への埋め込みが可能です。 「飛び出し（凸形状）」仕様： インレイを基板面から意図的に突出させ、筐体やヒートシンクにダイレクトタッチ（直接接地）させる特殊な放熱構造も実現できます。 対応できるインレイの「サイズ」「形状」「高さ（平坦度）」の設計自由度において、当社の銅インレイ技術は一般的な銅コイン基板の枠を超えた柔軟な対応が可能です。
「こんな形状・サイズの銅を埋め込みたい」というご要望がございましたら、ぜひお気軽にご相談ください。
- Q.基板設計から依頼できますか？
- A.回路図をご支給いただければ、基板設計から対応いたします。
- Q.図面がなくても相談できますか？
- A.ご要望や用途をお伺いし、仕様検討からご相談を承ります。
- Q.実装まで依頼できますか？
- A.部品調達・実装・検査まで一貫して対応可能です。
- Q.試作可能ですか？
- A.試作・量産ともに対応可能でございます。詳細仕様についてお聞かせください。
- Q.アルミ基板・厚銅基板と比べて何がいいの？
- A.アルミ基板では多層配線（高密度実装）や絶縁性の確保が難しい」「厚銅基板では微細な回路パターン（ファインピッチ）が形成できない」といった課題に対し、「多層回路基板の利便性」と「銅コインの圧倒的な局所放熱性」を両立できるソリューションとしてご紹介させて頂いております。
- Q.対応可能な「最大基板板厚」や「銅インレイのサイズ」を教えてください。
- A.社の銅コイン基板は、銅コイン（インレイ）自体の製造から内製化しているため、他社では対応が難しい特殊仕様やサイズ設計にも柔軟に対応可能です。
• 基板板厚： 標準の1.0mm厚〜4.2mm厚（4.2t）の極厚基板まで対応可能でございます。
• 銅インレイ径： 最小Φ1.0mmから、最大Φ40.0mmの大径インレイまで埋め込み可能です。形状も一般的な円柱型だけでなく、角柱（四角形状）のインレイにも対応しております。
• 両面（2層）はもちろん、多層基板、ビルドアップ基板、キャビティ構造基板など、回路設計に応じた仕様でご提案いたします。
- Q.SiCやGaNなどの次世代パワー半導体や、車載ECU・イメージセンサーの熱対策に有効ですか？
- A.近年、熱密度が極めて高いSiC（シリコンカーバイド）やGaN（ガリウムナイトライド）を採用した車載パワーデバイス、高出力パワーモジュール、キャパシタ電源用バスバー また、高画素・高機能化により発熱量が上がっている産業機器用のイメージセンサー基板の熱対策としてもご検討頂いております。 さらに、筐体（ヒートシンク）へ直接熱を逃がしたい場合などの開発要素の強い特殊仕様についても是非ご相談ください。
- Q.打合せは可能ですか？
- A.可能です。
東日本は本社（東京）、中京、関西、四国、中国地区は大阪支店、九州地区は九州営業所（福岡）からお伺いさせて頂きます。
