JP2005012156A

JP2005012156A - 高熱伝導性回路部品及び高放熱モジュール

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Publication number: JP2005012156A
Application number: JP2003301915A
Authority: JP
Inventors: Daizo Baba; 大三馬場; Takayoshi Koseki; 高好小関
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP3960280B2

Abstract

【課題】狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高熱伝導性回路部品を提供する。
【解決手段】少なくとも３枚以上の金属体１が絶縁層２を介して積層一体化された構造体３である。この構造体３の少なくとも２枚以上の金属体１にまたがって１つ以上の電子部品が実装される。上記金属体１の全部又は一部を回路として用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーエレクトロニクス分野やＬＥＤ分野において使用されるパワーチップやＬＥＤ等の電子部品を実装するための高熱伝導性回路部品及びこの高熱伝導性回路部品を用いて製造される高放熱モジュールに関するものである。

近年、電子機器の高機能化、小型薄型化の要求に伴い、半導体は高集積化され、回路基板に高密度に実装されている。特にパワーエレクトロニクスの分野においては、半導体として発熱しやすい電子部品（例えば、ＬＥＤ）が高密度に実装されることとなるため、回路基板に対しては、微細パターン（ファインパターン）による高密度配線の設計が容易である上に、高放熱性であることが要求される。

従来、放熱性を改良するための技術としては、ガラスエポキシプリント配線板においてパワーチップを搭載する部分にのみアルミ放熱フィンを装着してパワーチップを実装するという技術や、アルミニウムや銅のように放熱性に優れる金属板の両面又は片面に絶縁層を介して回路を形成した金属基板を用いる技術などが知られている。

図１０は上記のような金属基板１１を用いて製造されるモジュールＣを示すものであり、このモジュールＣは、金属基板１１の片面に絶縁層２１を形成すると共にこの絶縁層２１の表面に回路５を形成した後、この回路５と電子部品４（ＬＥＤ）とをバンプ１３を介して電気的に接続することによって、製造されている。

さらに放熱性改良技術においては、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板に銅板を直接接合したＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板も利用されている。また、リードフレームと金属板とを成形一体化した回路基板に電子部品を搭載することによって、熱を逃がしやすくした構造のものも提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、放熱性・信頼性を重視する車載用（メーター類やブレーキ等）のランプに用いられる表面実装型ＬＥＤも提供されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平１０−１７３０９７号公報特開平１１−４６０４９号公報特開２００１−２３７５０８号公報特開２００３−１６３３７８号公報

しかしながら、上述した従来の放熱性改良技術では、回路間の間隔を狭くした状態で高熱伝導性を十分に得ることができない。

すなわち、金属基板では回路を形成するための銅箔等の金属箔を厚くすることができず、例えば、銅箔では１０５μｍ程度が量産可能な厚みで、ファインパターン化自体が難しく、５００μｍの厚みの銅箔となるとエッチングに時間がかかりすぎて量産に不向きである等の問題がある。

またセラミック基板では、回路間隔の狭小化は可能であるが、金属基板と比較した場合には放熱性に劣り、ＤＢＣ基板のように銅板などの金属板を厚付けすれば、ファイン加工性が低下してしまう。

また放熱特性を改良するために、高熱伝導性フィラーを熱硬化性樹脂に高充填した混合物を電極となるリードフレームと成形により一体化させたモジュールが提案されているが、一般的にリードフレームは両面からエッチング加工することとなり、ファイン加工性を高めること（回路間隔の狭小化）には限界がある。

また、ＬＥＤやＩＣ等から発生する熱を効率よく放散するために、ＬＥＤやＩＣ等を金属板へ直付けすることが行われているが、ＬＥＤやＩＣ等の下面に接続端子がある場合には、プラス極とマイナス極等に電極を分けて導通・絶縁しなければならず、例えば、リードフレームを大電流回路として使用する方法では、回路間の距離を小さくするのには限界があり、また特殊な工法によりファイン化する場合には技術面及びコスト面で非常に大きな課題があった。

一方、電源回路に使用されるプリント配線板では、銅箔で回路を形成しており、厚み１０５μｍが一般的であるが、回路間の距離を小さくするにはやはり回路の厚みによるサイドエッチ等による限界があり、ファイン化には問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回路間隔が狭い状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高熱伝導性回路部品及びこの高熱伝導性回路部品を用いて安価に製造することができる高放熱モジュールを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る高熱伝導性回路部品Ａは、少なくとも３枚以上の金属体１が絶縁層２を介して積層一体化された構造体３であって、この構造体３の少なくとも２枚以上の金属体１にまたがって１つ以上の電子部品４が実装されると共に上記金属体１の全部又は一部を回路５として用いて成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、電子部品４を実装する部分を他の部分より凹ませることによって反射鏡８を形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、絶縁層２の厚みが３０〜１５０μｍであると共に、金属体１として、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、及び少なくともこれらのうち１種以上のものを含む合金、並びに銅インバー銅の複層材から選ばれるものを用いて成ることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂６によって絶縁層２を形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項５の発明は、請求項４において、耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂６として、フッ素系及びシリコーン系樹脂組成物から選ばれるものを用いて成ることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に係る高放熱モジュールＢは、請求項１乃至５のいずれかに記載の高熱伝導性回路部品Ａのみを少なくとも１つ以上、又は少なくとも１つ以上の上記高熱伝導性回路部品Ａとその他の回路部品９とを、回路基板１０に実装して成ることを特徴とするものである。

上記のように本発明の請求項１に係る高熱伝導性回路部品によれば、高熱伝導性回路部品の金属体を回路の一部として使用することができる上に、この金属体にヒートシンク（ヒートスプレッダ）としての役目も持たせることができる。すなわち、金属基板を用いたモジュールやセラミック基板を用いたモジュールでは、電子部品から発する熱を回路、金属基板、セラミック基板から放散させることしか期待することができないが、本発明に係る高放熱モジュールであると、電子部品に比べて大きな金属体が電子部品と回路との間に存在するため、この金属体を通じて電子部品から発する熱を効率よく伝導・放散させることが可能となり、上記高放熱モジュールの熱放散性が格段に向上するのである。

もう少し具体的に説明すると、例えば、図１０のような従来のモジュールＣであると、電子部品４から発する熱は、回路５及び金属基板１１から放散させることができる。ここで、回路５は直に電子部品４と接しているが、面積が小さいため熱を十分に放散させることができない。一方、金属基板１１は面積が広い（又は体積が大きい）ため熱を十分に放散させることは可能であるが、電子部品４から発する熱を金属基板１１へ到達させるためには必ず絶縁層２１を通さなければならない。絶縁層２１が熱を通しやすいものであればよいが、そうでなければ、面積の大きい金属基板１１を用いても、結果として熱を十分に放散させることができない。

これに対して、図７のような本発明に係る高放熱モジュールＢであると、電子部品４から発する熱は可及的速やかに金属体１に吸収されると共に伝達され、この広い面積（又は大きな体積）を有する金属体１から熱を放散させることができる。それは、上記の金属体１は直に電子部品４と接しており、しかも電子部品４に比べて上記のように面積が広い（又は体積が大きい）からである。よって、回路基板１０の絶縁層２１が熱を通しやすいものである必要はなく、回路基板１０の選択の自由度も高まるものである。

そして、高熱伝導性回路部品自体は安価に製造することができるので、この高熱伝導性回路部品を用いると、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高放熱モジュールも安価に製造することができるものである。

また請求項２の発明によれば、光透過性がなく光劣化の非常に少ない金属体を反射鏡として利用することができるものである。

また請求項３の発明によれば、熱伝導性をさらに高く得ることができるものである。

また請求項４の発明によれば、ＵＶ光を発するＬＥＤ等を高熱伝導性回路部品に実装しても、絶縁層の絶縁劣化等を防止することができるものである。

また請求項５の発明によれば、ＵＶ光による絶縁層の絶縁劣化等をさらに確実に防止することができるものである。

ここで、図１０のような従来のモジュールＣであると、電子部品４としてＵＶ光を発するＬＥＤを用いた場合、ＵＶ光が回路基板１０の絶縁層２１に照射されるおそれがあるので、回路基板１０としては、耐ＵＶ性能を備えた絶縁層２１を有するものを用いなければならず、回路基板１０を選択する自由度が低い。しかし、請求項４及び５の発明によれば、電子部品４としてＵＶ光を発するＬＥＤを用いた場合でも、ＵＶ光は、図７のような高熱伝導性回路部品Ａの絶縁層２及び金属体１で阻止され、回路基板１０の絶縁層２１に届かないようにすることができる。よって、回路基板１０としては、特に耐ＵＶ性能を備えた絶縁層２１を有するものを用いる必要がなく、回路基板１０を選択する自由度が高く、高放熱モジュールＢの設計も容易に行うことができるものである。

また、本発明の請求項６に係る高放熱モジュールによれば、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係る高熱伝導性回路部品Ａは、次のようにして製造することができる。まず、少なくとも３枚以上の金属体１を絶縁性樹脂６を介して積層一体化（クラッド化）することによって、絶縁性樹脂６で絶縁層２が形成された構造体３（クラッド板）を作製する。積層一体化は、例えば、大気圧下、減圧下又は真空下における加熱加圧成形により行うことができる。また、金属体１と絶縁層２との密着性を得るため、金属体１の表面をあらかじめ粗面化処理しておくのが好ましい。例えば、金属体１の表面に酸化被膜を形成して化学的に粗面化処理したり、金属体１の表面をサンドブラストにより物理的に粗面化処理したりすることができる。図４（ａ）は３枚の金属体１を用いて作製した構造体３（３層回路板）、図６（ａ）は４枚の金属体１を用いて作製した構造体３（４層回路板）を示すものである。各構造体３における各金属体１の全部又は一部は、後に回路５の一部（電極など）を形成することとなる。使用する金属体１の枚数は、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜に設定することができる。

金属体１としては、特に限定されるものではないが、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、及び少なくともこれらのうち１種以上のものを含む合金、並びに銅・インバー・銅の複層材（銅、各種インバー合金、銅をこの順に重ね合わせて得られるクラッド材）から選ばれるものを用いるのが好ましい。これらの金属体１を用いると、その他の金属体を用いるよりも、熱伝導性をさらに高く得ることができるからである。また、上記の好ましい金属体１は、反射率を上げたり軽量化したりすることができ、用途・ニーズに応じて適宜に選択することができる。絶縁層２の両側の金属体１の材質は同種でも異種でもよい。金属体１の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．５〜２０ｍｍの範囲に設定することができる。

一方、絶縁層２を形成するための絶縁性樹脂６としては、熱硬化性樹脂組成物や熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。これらの組成物としては、フィラー入りでないものを用いてもよいが、流動性を調整したり熱伝導性をさらに高めたりするため無機フィラー入りのものを用いるのが好ましい。このような組成物は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂に公知の無機フィラー、硬化剤、硬化促進剤、溶剤、表面処理剤、顔料などを添加することによって、調製することができる。絶縁性樹脂６の形態は、特に限定されるものではないが、シート状であることが好ましい。具体的には、絶縁性樹脂６をＰＥＴフィルム等に塗布乾燥して得られるＢステージの接着フィルムや、絶縁性樹脂６をガラス布などの基材に含浸乾燥して得られるＢステージのプリプレグであることが好ましい。上記の接着フィルムやプリプレグのような接着シートを用いると、薄くて均一な厚みの絶縁層２を容易に形成することができるからである。絶縁層２は次のようにして形成してもよい。まず、熱硬化性樹脂（又は熱可塑性樹脂）に公知の無機フィラー、硬化剤、硬化促進剤、溶剤、表面処理剤、顔料などを添加することによって熱硬化性樹脂組成物（又は熱可塑性樹脂組成物）を調製し、次にこの組成物を混練機でスラリー化することによってペーストを調製した後、このペーストを金属体１の表面に印刷塗布することによって絶縁層２を形成することができる。

絶縁層２の厚みは具体的には３０〜１５０μｍであることが好ましい。絶縁層２の両側の金属体１は、後に回路５の一部を形成することとなり、また上記の絶縁層２の厚みは、回路５間の間隔よりも狭くしたり（例えば、図８の破線で囲んだ部分を参照）、あるいは回路５間の間隔と等しくしたりすることができる。なお、絶縁層２の厚みが３０μｍ未満であると、絶縁層２に混入した気泡や金属体１表面の微細な突起による絶縁不良の可能性が高くなり、絶縁性を十分に確保することができなくなるおそれがある。逆に絶縁層２の厚みが１５０μｍを超えると、回路５の一部となる金属体１間の間隔がそれだけ広くなり、電子部品４に設けてあるバンプ１３間の間隔が狭い場合には一部のバンプ１３の導通を取ることができなくなるおそれがある。

特に、絶縁性樹脂６として熱硬化性樹脂組成物を用いる場合において、主成分となる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂等を用いることができ、また、難燃性を付与するため臭素化された樹脂やリン変性された樹脂を用いることもできる。なお、添加型難燃剤を使用すると絶縁層２の耐熱性や機械的強度の低下を招くおそれがあるが、耐熱性等に影響が出ない程度であれば上記難燃剤を熱硬化性樹脂に添加して使用してもよい。

絶縁性樹脂６として用いる熱硬化性樹脂組成物としては、無機フィラーを高充填したものが好ましい。このように無機フィラーを高充填することによって、絶縁層２の熱伝導性をさらに高めることができ、電子部品４からの発熱をより効率よく放散させることができると共に、絶縁層２の熱膨張係数が金属体１の熱膨張係数に近付き、高熱伝導性回路部品Ａの熱的な信頼性を向上させることができるものである。このように無機フィラーの高充填により、絶縁層２の熱膨張係数を低下させたり、熱伝導性を向上させたりすることを非常に簡単に行うことができるものであるが、必要に応じて無機フィラーの充填量を調整することにより、構造体３の作製時における熱硬化性樹脂組成物の流動特性を調整することもできる。

上記の無機フィラーとしては、特に限定されるものではないが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣａＣＯ_３等から選ばれるものを用いることができ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮは、その他の無機フィラーよりも熱伝導性に優れているので好ましい。なお、無機フィラーの熱硬化性樹脂への分散性を向上させるため、カップリング剤や分散剤等を併用するのが好ましい。

後述するように、上記の構造体３を切断加工することによって、電子部品４を実装するための高熱伝導性回路部品Ａを製造するのであるが、上記電子部品４として例えばＵＶ光（紫外線）を発するＬＥＤ等を用いる場合においては、金属体１間における絶縁層２に十分な耐ＵＶ性能が要求される。このような場合には、耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂６を用い、この絶縁性樹脂６によって絶縁層２を形成すればよい。そうすると、ＵＶ光を発するＬＥＤ等を高熱伝導性回路部品Ａに実装しても、絶縁層２の絶縁劣化等を防止することができるものである。上記の耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂６としては、フッ素系樹脂組成物（例えば、テフロン（登録商標）を主成分とするもの）及びシリコーン系樹脂組成物（例えば、シリコーン樹脂を主成分とするもの）から選ばれるものを用いるのが好ましい。すなわち、フッ素系樹脂組成物とシリコーン系樹脂組成物のいずれか一方又は両方を用いるのが好ましい。なお、フッ素系樹脂組成物としては、市販のフッ素樹脂シートを用いるようにしてもよい。

そして、上記のようにして構造体３を作製した後に、図４（ａ）において破線イ，ロで示すように、この構造体３を積層方向に切断することによって、すなわち金属体１と絶縁層２の積層面と交叉する面で切断することによって、この構造体３から図４（ｂ）に示すような個片１４を得ることができる（図６についても同様である）。構造体３から複数の個片１４を得ることができるが、各個片１４の大きさは任意である。例えば、個片１４が直方体である場合にあっては、その厚み及び幅の寸法は任意である。１つの個片１４から１つの高熱伝導性回路部品Ａを得ることができるほか、図４（ａ）に示す構造体３を破線イ（又はロ）で切断して得られるものを個片１４とし、この１つの個片１４から複数の高熱伝導性回路部品Ａを得ることもできる。図４（ｂ）において切断面を斜線で示してあるが、この切断面を電子部品４を実装するための実装面７として使用することができる。このように実装面７は切断加工により形成されるものであるが、電子部品４を実装できる程度の平滑性や粗度を有する切断面を得るため、切断方法としては、ワイヤーカット加工、スライス加工、半導体シリコーンウエハの切断加工等の方法を用いるのが好ましい。なお、電子部品４を実装するにあたっては、あらかじめ実装面７に金めっき等を施しておくのが好ましい。

次に、上記のようにして個片化された構造体３の少なくとも２枚以上の金属体１にまたがるように１つ以上の電子部品４を実装することによって、高熱伝導性回路部品Ａを製造することができる。図１は高熱伝導性回路部品Ａの一例を示すものであり、直方体状の個片１４（図４（ｂ）参照）の一面において３枚の金属体１にまたがるように１つの電子部品４を実装したものである。この電子部品４はパワートランジスタであってバンプ１３を介して３枚の金属体１と電気的に接続されており、各金属体１がそれぞれエミッタ、コレクタ、ベースとなる電極（回路５の一部）として使用される。なお、本発明においては、上記のように、電子部品４と接続される金属体１の全部を電極（回路５の一部）として使用することができるが、このような使用法以外に、電子部品４と接続される金属体１の一部を電極（回路５の一部）として使用すると共に残部を放熱板として使用することもできる。また、電子部品４の実装方法は、バンプ実装に限定されるものではなく、ワイヤーボンディング、半田リフローなど、各電子部品４の構造に応じて最適な実装方法を選択すればよい。また、個片化された構造体３に実装する電子部品４の個数は、電子部品４の大きさや実装面７の面積などに依存するが、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に設定することができる。

また、電子部品４として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合には、この電子部品４を実装する部分を他の部分より凹ませることによって反射鏡８を形成するのが好ましい。図２はこの反射鏡８を備えた高熱伝導性回路部品Ａの一例を示すものであり、直方体状の個片１４（図４（ｂ）参照）の一面において３枚の金属体１に亘って１つの凹部１５を形成すると共に、この凹部１５の底面１６において４つのＬＥＤをそれぞれ２枚の金属体１にまたがるように実装したものである。ＬＥＤを実装する部分となる凹部１５について、その形状、形成方法、個数及び形成箇所は、１つの高熱伝導性回路部品Ａにおいて限定されるものではない。ちなみに図２に示すものにおいては、円形の凹部１５を座ぐり加工により形成してある。そして凹部１５の内面が反射鏡８として機能するものであり、ＬＥＤの側方から発する光を凹部１５の開口から外部へ反射させるため、凹部１５の内側面１７は、図２（ａ）に示すように凹部１５の底面１６から凹部１５の開口へ広がるようにテーパー状に傾斜させている。ここで、図２においては図示省略しているが、例えば、図３のように凹部１５には蛍光剤入りの封止材１８を充填することができ、ＬＥＤから発する光でこの蛍光剤を励起させるようにしてもよい。また、個片１４の凹部１５を形成した側の面に蛍光剤入りのシートを配設し、このシートで凹部１５の開口を塞ぐようにしてもよい。上記の封止材１８やシートとしては、透明性を有するものも用いることができる。金属体１は光を非常に透過させにくいものであり、受けた光のほぼすべてを反射させることができ、しかも光による劣化が非常に少ないので、反射鏡８として優れているものである。よって、現在、ＬＥＤ業界において検討されているＵＶ発光による高輝度化にも十分対応できるものである。また、ＬＥＤはバンプ１３を介して２枚の金属体１と電気的に接続されており、各金属体１がそれぞれプラス極、マイナス極となる電極（回路５の一部）として使用される。なお、上記のバンプ１３は金バンプに限定されるものではなく、またバンプ１３の代わりに半田、ニッケル等の導電ペーストを用いたり、さらにワイヤー２０によるボンディングを用いたりしてもよい（例えば、図３参照）。

なお、図示による具体例は省略しているが、上記の図２のように反射鏡８を一体に備えた高熱伝導性回路部品Ａを製造する以外に、別途反射鏡を高熱伝導性回路部品Ａに取り付けるようにしてもよい。このような反射鏡としては、一般的なものを用いることができ、例えば、プラスチックに銀メッキやアルミニウムメッキ等を施すことによって作製される反射板を用いることができる。この反射板は反射率が非常に高いので図２に示す反射鏡８と比べても遜色がない。なお、反射鏡と高熱伝導性回路部品Ａとを別体としておくと、電子部品４を実装した後に反射鏡を取り付けることが可能となるので、反射鏡には十分な耐熱性を要求されることがないというメリットがある。

そして、上記のようにして製造した高熱伝導性回路部品Ａを回路基板１０（マザーボード）に実装することによって、高放熱モジュールＢを製造することができる。ここで、図７に示すように高熱伝導性回路部品Ａの絶縁層２はあらかじめ上述した方法により、狭小化された回路５間の間隔とほぼ等しい厚みで形成してあるので、回路基板１０において狭い間隔で回路５が形成されていても、高熱伝導性回路部品Ａの各金属体１をそれぞれ、対応する回路５に容易に電気的に接続することができるものである。回路基板１０に実装する高熱伝導性回路部品Ａの個数は少なくとも１つ以上であれば任意であり、高放熱モジュールＢの設計に応じて適宜に設定することができる。回路基板１０には、高熱伝導性回路部品Ａのみを実装するほか、その他の回路部品９（例えば、チップ抵抗）を実装してもよい。回路基板１０に実装するその他の回路部品９の個数も任意であり、高放熱モジュールＢの設計に応じて適宜に設定することができる。図７は高放熱モジュールＢの一例を示すものであり、この高放熱モジュールＢは１つの高熱伝導性回路部品Ａと２つのチップ抵抗とが半田１９により回路基板１０に実装されている。半田１９の代わりに無機系などの導電性（高熱伝導性）接着剤を用いてもよい。高熱伝導性回路部品Ａの金属体１はＬＥＤ等の電子部品４に比べて大きいため電極として使用することができ、電子部品４を実装した状態で良品又は不良品の検品が可能となり、不良品が回路基板１０へ実装されるのを確実に防止することができる。

ここで、図７のような高放熱モジュールＢを製造するにあたって、高熱伝導性回路部品Ａとしては、電子部品４を実装していない側の面（実装面７と反対側の面、回路５と接続される面）が平坦なものを用いるようにしている。この平坦な面は、図７に示すように半田１９により回路５と接続される。しかし、上記の面は平坦であるがゆえに、半田１９が移動しやすいものとなっており、場合によっては、金属体１と回路５とを接続するための半田１９が、上記の面を伝って、他の金属体１に接触することにより、短絡（いわゆる半田ブリッジ）を生じさせるおそれがある。そこで、このような問題の発生を確実に防止するため、図９に示す高放熱モジュールＢにおいては、高熱伝導性回路部品Ａとして、電子部品４を実装していない側の面に凹設部２２を形成したものを用いるようにしている。この凹設部２２は、上記の面において絶縁層２を挟む２枚の金属体１に亘るように形成してある。このようにして凹設部２２が形成されていると、この凹設部２２により半田１９の移動が制限され、金属体１と回路５とを接続するための半田１９が他の金属体１に接触するようなことがなくなり、半田ブリッジの発生を確実に防止することができるものである。なお、凹設部２２も既述の凹部１５と同様に座ぐり加工などにより形成することができる。

上記の回路基板１０としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＦＲ−４等の樹脂系基板に回路５を形成したものやリードフレームに回路５を形成したものを用いることができる。放熱特性を高く得るためには図７に示すような、金属基板１１に絶縁層２１を介して回路５を形成したものを用いるのが好ましい。特に、このような回路基板１０として、熱伝導率２．０Ｗ／ｍｋ以上の絶縁層２１が表面に形成された金属基板１１を用いると、放熱特性をさらに高く得ることができる。絶縁層２１の熱伝導率は高ければ高いほどよく、上限は特に限定されるものではない。絶縁層２１の熱伝導率が２．０Ｗ／ｍｋ未満であると、放熱特性のさらなる向上は期待できないおそれがある。なお、回路５の形成方法としては、ファインライン（狭ピッチの回路５）を形成することができる方法であれば、特に限定されるものではなく、例えば、銅箔などの金属箔をエッチングする方法を用いることができる。また回路５の厚みは、ファインラインを形成できる３５μｍ程度以下の厚みが好ましいが、この厚みに限定されるものではない。

上記のようにして製造した高放熱モジュールＢにあって、高熱伝導性回路部品Ａの絶縁層２を回路５間の絶縁として活用でき、この絶縁層２（回路５間隔）は図４及び図６に示す方法により非常に高い精度で形成することができるので、回路基板１０の回路５が狭い間隔で形成されていても特に問題はない。逆に図８に示すように回路基板１０の回路５が広い間隔で形成されると共に絶縁層２が狭い間隔で形成されている場合において、高熱伝導性回路部品Ａが多少ずれて回路基板１０に実装されても、同図の破線で囲んだ部分のように各金属体１が対応する回路５に電気的に接続されていれば、金属体１間の絶縁は絶縁層２によって確実に確保されているので、短絡などの問題が発生することもない。

また、使用する電子部品４によっては、回路５に大きな電流を流さなければならない場合が生じる。このとき回路５としては、抵抗を小さくするため、厚みの厚いものを形成することとなるが、厚みの厚い回路を形成すると、回路５間の間隔を狭くすることができない。しかし、そうであるからといって、回路５間の間隔を逆に広くすると、今度は電子部品４に設けたバンプ１３を回路５に載せることができなくなるおそれがある。よって、図１０に示す従来のモジュールＣにあっては、設計上、回路５ａ，５ｂ間の間隔とバンプ１３ａ，１３ｂ間の間隔との両方を十分に考慮に入れねばならず、煩雑な面があった。

しかし、本発明によれば、上記のような煩雑な面は一切ない。すなわち、大きな電流を必要とする電子部品４を使用する場合には、回路５としては、厚みの厚いものを形成すればよい。そうすると、図８に示すように回路５ａ，５ｂ間の間隔及び回路５ｂ，５ｃ間の間隔は広くなるが（破線で囲んだ部分を参照）、本発明においては、このような回路５に直に電子部品４を実装するものではなく、金属体１を介して間接的に実装するものであるため、電子部品４に設けたバンプ１３ａ，１３ｂ間の間隔及びバンプ１３ｃ，１３ｄ間の間隔が狭くても、これは全く関係がない。つまり、図８に示す本発明に係る高放熱モジュールＢにあっては、回路５ａ，５ｂ間の間隔及び回路５ｂ，５ｃ間の間隔とバンプ１３ａ，１３ｂ間の間隔及びバンプ１３ｃ，１３ｄ間の間隔とが相互に制限を受けることがなく、高放熱モジュールＢの設計の自由度が高まるものである。

また、高熱伝導性回路部品Ａの金属体１を回路５の一部として使用することができる上に、この金属体１にヒートシンク（ヒートスプレッダ）としての役目も持たせることができる。すなわち、図１０に示すような金属基板１１を用いたモジュールＣやセラミック基板を用いたモジュールでは、電子部品４から発する熱を回路５、金属基板１１、セラミック基板から放散させることしか期待することができないが、図７に示すような高放熱モジュールＢであると、電子部品４に比べて大きな金属体１が電子部品４と回路５との間に存在するため、電子部品４から発する熱をこの金属体１を通じて効率よく伝達すると共に放散させることが可能となり、熱放散性が格段に向上するのである。この熱放散性はセラミック基板以上である。そして、高熱伝導性回路部品Ａ自体は上述の方法により安価に製造することができるので、この高熱伝導性回路部品Ａを用いると、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高放熱モジュールＢも安価に製造することができるものである。

高放熱モジュールＢの熱放散性をさらに高めるには、高熱伝導性回路部品Ａを実装した回路基板１０に放熱フィン１２を形成することによって、高放熱モジュールＢを製造すればよい。例えば、図８に示すように金属基板１１の一部を放熱フィン１２の形状にしたり、金属基板１１とは別体である放熱フィン１２を熱伝導グリースや熱伝導シートを介して金属基板１１にネジ止めしたりすることによって、高放熱モジュールＢに放熱フィン１２を形成することができる。金属基板１１と放熱フィン１２とが別体であると、両者の間に隙間ができ、これにより放熱性が低下したりコストが高くなったりするおそれがあるので、放熱フィン１２が金属基板１１と一体である図８に示すような高放熱モジュールＢの方が好ましい。

なお、本発明に係る高放熱モジュールＢは、例えば、小型のＬＥＤ実装済み高熱伝導性回路部品Ａを回路基板１０全面に実装することにより非常に明るい照明用基板モジュールとして使用可能である。また、小型の高熱伝導性回路部品Ａ１個にＬＥＤを複数個実装することも可能であり、点光源としての高輝度化に非常に有利であり、実装部品点数を減らすことも容易である。結果として非常に低コストな高放熱モジュールＢを製造することができるようになるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
接着シートを次のようにして作製した。まず、エポキシ樹脂１００重量部、ジシアンジアミド（硬化剤）５重量部、２−エチル−４−メチルイミダゾール（硬化促進剤）０．１重量部、エポキシシランカップリング剤１０重量部、メチルエチルケトン及びジメチルフォルムアミドからなる溶剤（ＭＥＫ：ＤＭＦ＝１：２（重量比））７０重量部をあらかじめ混合して溶解させた溶液を準備した。次に、この溶液にさらに平均粒径５μｍのアルミナフィラー（無機フィラー）７００重量部を混合し、これをディスパーで撹拌することにより、固形分９３ｗｔ％、粘度３０００ｃｐｓのスラリーとした。そしてこのスラリーをＰＥＴフィルムの上に塗布し、これを１５０℃で１０分間乾燥することによって、厚み５０μｍの接着性を有するＢステージ状態の接着シート（無機フィラー８５ｗｔ％含有）を作製した。

次に、厚み５ｍｍのアルミニウム板３枚と接着シート２枚とを図４（ａ）のように積層して成形することにより、３層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧０．２９ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ^２）、１３０℃×１０分＋１７５℃×６０分、６．６７ｈＰａ（５トール）以下の減圧下とした。次に、上記のようにして得た３層回路板を図４（ｂ）のように厚み５ｍｍ、幅１０ｍｍの直方体に切断加工した。そして、このように個片化された構造体の切断面に一般的な方法により金メッキを施した後、図１に示すように金バンプを介してパワートランジスタを実装した。このようにして得た高熱伝導性回路部品において３個の金属体をそれぞれエミッタ、コレクタ、ベースとする電極として使用することにより、パワートランジスタの実装状態の合否確認を行った。その結果、パワートランジスタの実装状態には何ら問題がないことを確認した。

（実施例２）
アルミニウム板の代わりに銅板を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして個片化された構造体を得た。次に、この構造体の切断面の中央部に座ぐり加工により円形の凹部を形成し、この凹部の底面を電子部品が実装可能な程度に平滑化した。そして、この凹部の底面に一般的な半田実装による方法で、図２に示すように４個のＬＥＤを面実装した。各金属体をそれぞれ電極として使用することによりＬＥＤを発光させることができた。このようにして得た高熱伝導性回路部品は、全点灯・半点灯が切り替え可能な３層回路ＬＥＤモデルである。

また、図２に示すものより銅板を１枚多くすると共に３個のＬＥＤ（青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ））を面実装することにより、図５に示すような、青・赤・緑の表示による色の切り替えが可能な高熱伝導性回路部品を製造した。これは４層回路ＬＥＤモデルであり、白色発光も可能としたものである。

上記のどのモデルについても良好な発光を得ることができた。

（実施例３）
厚み５ｍｍの銅板３枚と厚み５０μｍの市販のフッ素樹脂シート２枚とを図４（ａ）のように積層して成形することにより、３層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）、１３０℃×１０分＋２５０℃×６０分、６．６７ｈＰａ（５トール）以下の減圧下）とした。次に、上記のようにして得た３層回路板を図４（ｂ）のように厚み５ｍｍ、幅１０ｍｍの直方体に切断加工した。そして、このように個片化された構造体に実施例２と同様に凹部を形成すると共に一般的な方法により金メッキを施した後に、図２に示すように金バンプを介してＬＥＤを実装した。

次に、上記のようにして得た高熱伝導性回路部品をチップ抵抗と共に図７に示すように、一般的な金属基板（銅箔からなる回路の厚み９μｍ、アルミナフィラーを８０ｗｔ％含有するエポキシ樹脂からなる絶縁層の厚み８０μｍ、アルミニウム板１．５ｍｍ）に半田実装することにより、機能回路としての高放熱モジュールを製造した。そしてこの高放熱モジュールの動作確認を行ったところ、ＬＥＤを良好に発光させることができた。

（実施例４）
厚み３ｍｍの銅板、厚み５０μｍの接着シート（実施例１と同じもの）、厚み５ｍｍのステンレス板、上記と同じ接着シート、厚み３ｍｍの銅板をこの順に積層して成形することにより、図４（ａ）のような３層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧０．２９ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ^２）、１３０℃×１０分＋１７５℃×６０分、６．６７ｈＰａ（５トール）以下の減圧下とした。次に、上記のようにして得た３層回路板を図４（ｂ）のように厚み５ｍｍ、幅８ｍｍの直方体に切断加工した。

上記のように個片化した構造体に次のようにして段差を有する凹部を形成した。まず、図３に示すように両端の銅板に亘る面積で座ぐり加工により第１の凹部１５ａを形成した。次に、この凹部１５ａの底面のうち中央のステンレス板のみにさらに座ぐり加工により第２の凹部１５ｂを形成した。

その後、中央のステンレス板に形成した凹部１５ｂの底面に銀ペーストでＬＥＤを実装すると共にこのＬＥＤと両端の銅板とを金ワイヤー２０によりボンディングした。そして、第１及び第２の凹部１５ａ，１５ｂに蛍光剤入りの封止材１８を充填することにより、図３に示すようなＬＥＤ発光体としての高熱伝導性回路部品を製造した。このようにして得たＬＥＤ発光体の両端の銅板に直流３Ｖの電圧を印加すると、白色に良好に輝くことが確認された。

（実施例５）
実施例２における３層回路ＬＥＤモデル（図２参照）と同様にして、３層回路板から厚み５ｍｍ、幅１０ｍｍの直方体を得た。次に、この個片化された構造体の表面に実施例２と同様にして凹部を形成した後、一般的な方法により金メッキを施し、金バンプを介してＬＥＤを実装することにより、高熱伝導性回路部品を製造した。

一方、回路となる銅リードフレーム（厚み５０μｍ）、実施例１と同様の接着シート、放熱フィンを形成した金属基板（全体の厚み１０ｍｍ、放熱フィン部分の厚み７ｍｍ）をこの順に積層して成形することにより、放熱フィン一体型のリードフレーム基板を作製した。積層成形時の条件は、実圧０．２９ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ^２）、１３０℃×１０分＋１７５℃×６０分、６．６７ｈＰａ（５トール）以下の減圧下とした。

そして、上記のリードフレーム基板の放熱フィンを形成した側と反対側の面に、半田リフローによりＬＥＤ実装済みの高熱伝導性回路部品を実装した（図８参照）。このようにして得た高放熱モジュールにおいて、電圧を５Ｖ印加すると、ＬＥＤが良好に発光することが確認された。

（比較例）
一般的な金属基板（銅箔からなる回路の厚み９μｍ、アルミナフィラーを８０ｗｔ％含有するエポキシ樹脂からなる絶縁層の厚み８０μｍ、アルミニウム板１．５ｍｍ）に形成した回路上に金メッキを施した後に、金バンプを介してＬＥＤを実装することにより、モジュールを製造した。２Ｖの電圧を印加することにより、ＬＥＤの発光を確認した。

そして、実施例１、２、４の高熱伝導性回路部品を実施例３と同様の回路基板に実装して高放熱モジュールを製造した。このようにして得た実施例１〜５の高放熱モジュール及び比較例のモジュールに、それぞれ３Ｖの電圧を印加することにより、熱抵抗を測定した。表１にその測定結果と回路間隔を示す。

表１にみられるように、実施例１〜５の高放熱モジュールは比較例のモジュールに比べて回路間隔が狭いにもかかわらず、熱抵抗が著しく低いことが確認される。

本発明に係る高熱伝導性回路部品の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。本発明に係る高熱伝導性回路部品の他例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。本発明に係る高熱伝導性回路部品の他例を示す断面図である。本発明に係る高熱伝導性回路部品を製造するための構造体の一例（３層回路板）を示すものであり、（ａ）は切断加工前の斜視図、（ｂ）は切断加工後の斜視図である。本発明に係る高熱伝導性回路部品の他例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。本発明に係る高熱伝導性回路部品を製造するための構造体の他例（４層回路板）を示すものであり、（ａ）は切断加工前の斜視図、（ｂ）は切断加工後の斜視図である。本発明に係る高放熱モジュールの一例を示す断面図である。本発明に係る高放熱モジュールの他例を示す断面図である。本発明に係る高放熱モジュールの他例を示す断面図である。従来のモジュールを示す断面図である。

符号の説明

Ａ高熱伝導性回路部品
Ｂ高放熱モジュール
１金属体
２絶縁層
３構造体
４電子部品
５回路
６絶縁性樹脂
８反射鏡
９その他の回路部品
１０回路基板

Claims

少なくとも３枚以上の金属体が絶縁層を介して積層一体化された構造体であって、この構造体の少なくとも２枚以上の金属体にまたがって１つ以上の電子部品が実装されると共に上記金属体の全部又は一部を回路として用いて成ることを特徴とする高熱伝導性回路部品。
電子部品を実装する部分を他の部分より凹ませることによって反射鏡を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の高熱伝導性回路部品。
絶縁層の厚みが３０〜１５０μｍであると共に、金属体として、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、及び少なくともこれらのうち１種以上のものを含む合金、並びに銅インバー銅の複層材から選ばれるものを用いて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の高熱伝導性回路部品。
耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂によって絶縁層を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高熱伝導性回路部品。
耐ＵＶ性を有する材料を含有する絶縁性樹脂として、フッ素系及びシリコーン系樹脂組成物から選ばれるものを用いて成ることを特徴とする請求項４に記載の高熱伝導性回路部品。
請求項１乃至５のいずれかに記載の高熱伝導性回路部品のみを少なくとも１つ以上、又は少なくとも１つ以上の上記高熱伝導性回路部品とその他の回路部品とを、回路基板に実装して成ることを特徴とする高放熱モジュール。