JP2007073648A - 配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】枠体と金属板からなるヒートシンクとを備え、両者の接合に際し、用いるロウ材がヒートシンクのネジ止めに支障になりにくい配線基板を提供する。
【解決手段】表面３および裏面４を有する金属板からなり、かかる表面３の中央部に電子部品ｃの搭載部５を有し且つかかる搭載部５の周辺に貫通孔６からなるネジ取付部を有するヒートシンク２と、かかるヒートシンク２の搭載部５を囲んで当該ヒートシンク２の表面３に接合される絶縁材からなる枠体１０と、を備え、かかる枠体１０の外側面１１，１２のうち、上記ネジ取付部の貫通孔６が近接する外側面１２には、上記搭載部５側に凹む凹部１４と、かかる凹部１４の内面を覆うメタライズ１６とが形成されている、配線基板１。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ネジ取付部を有するヒートシンクおよびこれに搭載される電子部品を囲みつつ該ヒートシンクと接合される枠体を有する配線基板に関する。

半導体素子などの電子部品を囲む枠体と、かかる枠体と接合されるネジ取付部を有するヒートシンクとからなる配線基板は、上記電子部品が直にヒートシンクに搭載されため、電子部品が発生する熱の放熱性の点で優れている。
かかる形態の配線基板として、ほぼ四角形の金属板の対向する辺部に切欠からなるネジ取付部を設けたヒートシンクの基体と、かかる基体の上面にロウ付けされ、対向する上記辺部側の側壁にメタライズ層が形成された絶縁性の枠体と、を備え、上記ネジ取付部に最も近接した枠体の上記側壁にロウ材溜りの形成を防ぐメタライズ層のない非形成部を設けた半導体素子収納用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３１８４２号公報（第１〜５頁、図１，２）

ところで、前記基体と枠体とをロウ付けするロウ材は、枠体の側壁のうち、メタライズ層が形成された部位では、かかるメタライズ層に沿って立ち上がるフィレットを生じると共に、当該フィレットに応じて基体の上面に沿って流れ出る傾向がある。このため、前記特許文献１のように、ネジ取付部に最も近接した前記枠体の側壁に非形成部を設けるだけでは、基体の上面を伝って流れ出たロウ材がネジ取付部の付近に達して凝固することがある。このため、基体を回路基板における所定の位置にネジ止めするに際し、ネジが前記切欠に挿通できなくなる、という不具合を生じることがあった。

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、枠体と金属板からなるヒートシンクとを備え、両者の接合に際して用いるロウ材がヒートシンクのネジ止めに支障になりにくい配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、枠体とヒートシンクとの接合に用いるロウ材が当該ヒートシンクのネジ取付部側に流れ出にくくする、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板（請求項１）は、表面および裏面を有する金属板からなり、かかる表面の中央部に電子部品の搭載部を有し且つかかる搭載部の周辺に貫通孔または切欠からなるネジ取付部を有するヒートシンクと、かかるヒートシンクの搭載部を囲んで当該ヒートシンクの表面に接合される絶縁材からなる枠体と、を備え、上記枠体の外側面のうち、少なくともヒートシンクのネジ取付部が近接する外側面には、上記搭載部側に凹む凹部と、かかる凹部の内面を覆うメタライズとが形成されている、ことを特徴とする。

一般に、枠体の底面とヒートシンクの表面とを例えばロウ材を介して接合する場合、ロウ材は、枠体の外側面に形成したメタライズに沿って、いわゆるフィレットとして立ち上がり、かかる立ち上がりに応じて、隣接するヒートシンクの表面に沿って流れ出ようとする。しかし、前記配線基板によれば、メタライズは、枠体の外側面の前記凹部の内面に被覆されているため、ロウ材が当該メタライズに沿って立ち上がり、且つ隣接するヒートシンクの表面に沿って流れ出しても、ネジ取付部に達しにくくなる。従って、枠体とヒートシンクとを接合した配線基板を外部電機回路基板などにおける所定の位置に確実にネジ止めすることができる。

尚、前記ヒートシンクを形成する金属板は、銅合金またはアルミニウム合金などの金属板からなり、例えば平面視がほぼ長方形またはほぼ正方形を呈する。
また、ヒートシンクに設けるネジ取付部は、ヒートシンクが上記ほぼ長方形の形態では、対向する一対の短辺寄りの位置に設けるほか、ヒートシンクが上記ほぼ正方形の形態では、対向する一対の辺ごと寄りの位置、あるいは、全ての辺寄りの位置に設けても良い。
更に、前記枠体を形成する絶縁材には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどのセラミックのほか、低温焼成セラミックの一種であるガラス−セラミックも含まれる。
また、前記凹部は、平面視でほぼ長方形、台形、ほぼ半円形、長軸に沿った半長円形、同様の半楕円形を呈する。
更に、前記メタライズは、枠体の内部配線をヒートシンクに導通させてアースを取るために用いられ、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕなどからなる。
加えて、前記電子部品は、例えば、ＩＣチップなどであり、ハンダまたはエポキシ系の樹脂を介して、ヒートシンクの搭載部に搭載される。

また、本発明には、前記枠体の外側面に形成される凹部およびメタライズは、前記ヒートシンクのネジ取付部が最接近する上記枠体の外側面から離間して位置している、配線基板（請求項２）も含まれる。
これによれば、内面をメタライズが覆う凹部は、ヒートシンクの前記ネジ取付部が最接近する前記枠体の外側面から離間した位置にあるため、枠体とヒートシンクとを接合するロウ材が上記メタライズに沿って立ち上がり、且つ隣接するヒートシンクの表面に沿って流れ出しても、前記ネジ取付部に一層達しにくくなる。従って、配線基板を回路基板などに容易且つ確実にネジ止めすることができる。

付言すれば、本発明には、前記凹部は、前記枠体の外側面で且つ前記ヒートシンク寄りの下層側にのみ形成されている、配線基板も含まれ得る。
これによる場合、内面をメタライズに被覆された凹部が、枠体の外側面におけるヒートシンク寄りの下層側に形成されるため、枠体とヒートシンクとを接合するロウ材が上記メタライズに沿って立ち上がり、且つ隣接するヒートシンクの表面に沿って流れ出しても、前記ネジ取付部に達しにくくすることが可能となる。しかも、枠体の上面に凹部が露出しないため、かかる枠体の上にロウ付けする蓋板の気密性を確保することも容易となる。尚、上記凹部の高さは、ロウ材が立ち上がるフィレットを許容する高さであることが必要である。

また、本発明には、前記メタライズの上に金属メッキ膜が被覆されている、配線基板も含まれ得る。これによる場合、メタライズとロウ材との密着が得られると共に、外部に露出するメタライズの耐食性を高めることが可能となる。
更に、本発明には、前記枠体の上面には、ヒートシンクの搭載部に搭載した電子部品を封止するための蓋板がロウ付けされる、配線基板も含まれ得る。
これによる場合、ヒートシンクの搭載部に搭載された電子部品は、発生する熱をヒートシンクを介して放熱できる一方、蓋板により外部から封止されため、その誤動作を低減することが可能となる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の一形態である配線基板１を示す斜視図、図２は、その平面図である。
配線基板１は、図１，図２に示すように、平面視がほぼ長方形で表面３および裏面４を有するヒートシンク２と、かかるヒートシンク２の表面３におけるほぼ中央部にロウ付けで接合される枠体１０と、を備えている。
ヒートシンク２は、銅合金（例えば、Ｃｕ−Ｗ系合金）の圧延板を長方形に切断加工し、各コーナを面取りすると共に、対向する一対の短辺の中央寄りに一対の貫通孔（ネジ取付部）６を孔明け加工したものである。表面３の中央部には、追ってＩＣチップ（電子部品）ｃを搭載する搭載部５が位置している。尚、ヒートシンク２は、約１８ｍｍ×約８ｍｍ×約０．８ｍｍのサイズである。

また、枠体１０は、例えばアルミナを主成分するセラミック（絶縁材）からなる多層基板で、図１，図２に示すように、平面視がほぼ正方形を呈すると共に、内側に前記ヒートシンク２の搭載部５を露出させるほぼ四角柱のキャビティ１５を形成している。枠体１０のキャビティ１５側には、搭載部５に搭載されるＩＣチップｃと導通するための接続端子（図示せず）が形成されている。尚、かかる枠体１０は、一辺が約９ｍｍ×厚さ約１ｍｍのサイズである。
枠体１０のうち、一対の外側面１１は、ヒートシンク２の各長辺に沿って平行に位置すると共に、一対の外側面１２は、ヒートシンク２の各貫通孔６に近接している。かかる外側面１２には、平面視がほぼ長方形を呈し、前記搭載部５側に凹む一対の凹部１４が垂直方向に沿って形成され、各凹部１４の内面には、例えばＷまたはＭｏからなるメタライズ１６が被覆されている。外側面１２ごとにおける一対の凹部１４の間に、ヒートシンク２の貫通孔６が最接近している。換言すると、各凹部１４は、貫通孔６が最接近する外側面１２から離間した位置に設けられている。

前記メタライズ１６は、枠体１０の図示しない内部配線と導通されていると共に、次述するロウ材２０を介して上記内部配線をヒートシンク２と導通させ、当該内部配線のアースを取るために用いられる。かかるメタライズ１６の表面には、図示しないＮｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜が被覆されている。尚、キャビティ１５側の前記接続端子にも、上記同様のメッキ膜が被覆される。
図１，図２に示すように、枠体１０とヒートシンク２とは、ロウ材２０，２２を介して接合されることで、配線基板１を形成している。かかるロウ材２０，２２は、枠体１０の底面に倣った四角枠形状のシートからなるＡｇロウを枠体１０とヒートシンク２との間に挟持し、所定の温度帯に加熱・保持した後、溶融・凝固させたものである。尚、ロウ材２０，２２の表面にも、前記Ａｕメッキ膜が被覆されている。

図３は、凹部１４およびメタライズ１６のない外側面１２における枠体１０とヒートシンク２とのロウ付け後の垂直断面図である。かかる位置におけるロウ材２２は、前記シート状のロウ材が枠体１０の底面とヒートシンク２の表面３とに挟まれ、両者の間から一部が外側面１２の底辺およびキャビティ１５側の底辺に沿って僅かに外部に盛り出た形態となっている。
一方、図４は、凹部１４およびメタライズ１６が位置する外側面１２における枠体１０とヒートシンク１０とのロウ付け後の垂直断面図である。かかる位置におけるロウ材２０は、凹部１４のメタライズ１６に立ち上がったフィレット２０ａと、これに応じてヒートシンク２の表面３に沿って流れ出た流出部２０ｂとからなり、垂直断面でほぼ直角三角形を呈している。かかる流出部２０ｂを含むロウ材２０は、ヒートシンク２の貫通孔６から比較的離れた位置にある。

尚、凹部１４の外側面１２から搭載部５側に引き下がる距離（深さ）ｄは、０．１〜０．２５ｍｍの範囲が望ましい。かかる距離ｄが０．１ｍｍ未満では、流出部２０ｂを貫通孔６から引き離す効果がなくなり、一方、０．２５ｍｍを越えると、枠体１０の上面に蓋板をロウ付けする際の気密性が低下するためである。
この結果、図１，２、図４に示すように、流出部２０ｂを含むロウ材２０は、ヒートシンク２の各貫通孔６から比較的離れているため、配線基板１を外部回路基板などに固定する際、各貫通孔６にネジを容易に貫通させて固定することができる。即ち、枠体１０の外側面１２にメタライズ１６が形成されていると、かかるメタライズ１６に沿ってロウ材２０のフィレット２０ａが立ち上がる共に、これに応じてヒートシンク２の表面３に沿って流出部２０ｂが形成され易い。しかし、配線基板１のように、メタライズ１６は、枠体１０の外側面１２における凹部１４の内面に形成されている共に、各凹部１４は、ヒートシンク２の各貫通孔６から離れた位置に形成されている。このため、たとえロウ材２０の流出部２０ｂがヒートシンク２の表面３に沿って形成されても、貫通孔６の付近に達することを確実に防止することができる。

図５は、異なる形態の凹部１７を有する枠体１０ａを示す部分斜視図、図６は、かかる凹部１８を含む位置における枠体１０ａとヒートシンク２とのロウ付け後の垂直断面図である。
図５，図６に示すように、平面視がほぼ長方形の凹部１７は、枠体１０ａの外側面１２におけるヒートシンク２の表面３寄りの下層側で搭載部５側に凹んでおり、その内面には、前記同様のメタライズ１８が被覆されている。また、凹部１７は、枠体１０ａの外側面１２において、前記凹部１４と同様に、ヒートシンク２の貫通孔６が最接近する外側面１２から離れた位置に形成される。
尚、上記メタライズ１８およびキャビティ１５側の接続端子の表面には、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜（何れも図示せず）が被覆されている。

かかる位置におけるロウ材２０は、図６に示すように、凹部１７のメタライズ１８に沿って立ち上がったフィレット２０ａと、ヒートシンク２の表面３に沿って流れ出た流出部２０ｂとからなり、垂直断面でほぼ直角三角形を呈する。流出部２０ｂを含むロウ材２０は、ヒートシンク２の貫通孔６から比較的離れた位置にとなるため、枠体１０ａを含む配線基板１を外部回路基板などに固定する際、各貫通孔６にネジを容易に貫通させて固定することができる。しかも、枠体１０ａによれば、その上面に凹部１７が露出しないため、搭載部５にＩＣチップｃを搭載した後で、これを封止する蓋板との接合を気密性を保って行うことができる。
尚、凹部１７の高さは、ロウ材２０のフィレット２０ａを許容できれば良い。

ここで、前記配線基板１の製造方法について説明する。
図７は、アルミナなどを含む複数枚のグリーンシートを積層し、これらの間にＷ粉末などを含む導電性ペーストを所定のパターンで印刷した大版のグリーンシート積層体Ｓの部分平面図である。かかるグリーンシート積層体Ｓは、図７中の破線で示す切断予定線ｒに囲まれ、追って配線基板１の前記枠体１０となる製品部分ｐを縦・横の平面方向に沿って複数個併有していると共に、これらの周囲を耳部ｍが囲んでいる。
先ず、図８に示すように、グリーンシート積層体Ｓの切断予定線ｒに沿って、平面視がほぼ長方形を呈する貫通孔１４ａを、隣接する製品部分ｐ，ｐ間、または製品部分ｐと耳部ｍとの間に一対ずつポンチとダイとによる打ち抜き加工で形成する。

次に、各製品部分ｐごとの平面視で中央部付近を、ほぼ正方形の貫通孔を打ち抜き加工で形成して、前記キャビティ１５を形成する。尚、かかるキャビティ１５と前記貫通孔１４ａとは、同時に打ち抜いても良い。
次いで、図９の左側に示すように、各貫通孔１４ａの内面にＷ粉末などを含む導電性ペースト１６ａを印刷・形成する。この導電性ペースト１６ａは、各貫通孔１４ａを除いてグリーンシート積層体Ｓの表面をマスクで覆うと共に、かかる積層体Ｓの裏面側からエア吸引した状態で、上記表面に沿って導電性ペースト１６ａをスキージ（何れも図示せず）により、各貫通孔１４ａの内面に吸引・印刷される。
更に、各貫通孔１４ａの内面に導電性ペースト１６ａを形成したグリーンシート積層体Ｓを、前記切断予定線ｒに沿って切断・分割した後、所定の温度帯で焼成する。その結果、図９の右側に示すように、一対の外側面１２に凹部１４およびメタライズ１６を一対ずつ有する複数の枠体１０が得られる。

かかる枠体１０の各メタライズ１６の表面に対し、電解メッキによりＮｉメッキ膜を被覆する。同時に、枠体１０のキャビティ１５側に位置する図示しない接続端子にも上記と同じＮｉメッキ膜が被覆される。また、枠体１０の上面および底面には、Ｗなどからなる導体層（図示せず）が全面に印刷・形成され、追って搭載部５に搭載するＩＣチップｃを封止する蓋板とのロウ付けや、ヒートシンク２とのロウ付けを容易化している。
そして、かかる枠体１０を前記同様に、ヒートシンク２とロウ材２０，２２を介して接合した後、各メタライズ１６、上記接続端子、およびロウ材２０，２２の表面に対し、Ａｕメッキ膜を被覆することで、配線基板１を得ることができる。
尚、前記凹部１７およびメタライズ１８を有する枠体１０ａは、前記貫通孔１４ａを下層側のグリーンシートのみに形成し、その上に平坦なグリーンシートを積層したグリーンシート積層体に対し、前記キャビティ１５を打ち抜いた後、前記同様の各工程を施すことによって得ることができる。

図１０は、異なる形態の配線基板１ａを示す平面図である。かかる配線基板１ａは、前記配線基板１に対し、ヒートシンク２ａに平面視がほぼＵ字形の切欠（ネジ取付部）８を、各短辺の中央部に開口するように、一対形成した点で相違している。
また、図１１は、更に異なる形態の配線基板１ｂを示す平面図で、一対の切欠８を設けたヒートシンク２ａの表面３上に、前記凹部１７およびメタライズ１８を各外側面１２に形成した枠体１０ａを、ロウ材２０，２２によって前記同様に接合したものである。
以上のような配線基板１ａ，１ｂによっても、凹部１４，１７付近におけるロウ材２０の流出部２０ｂがヒートシンク２ａの切欠８の付近に達しないため、各切欠８を挿通するネジにより、前記配線基板１と同様にして、外部回路基板などにおける所定の位置に容易且つ確実に固定することができる。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
前記枠体１０，１０ａが、例えばガラス−アルミナなどのガラス−セラミック（絶縁材）からなる場合には、これらとヒートシンク２，２ａとの接合には、融点が比較的低温のハンダ、例えばＳｎ−Ｓｂ合金などが用いられる。
また、ヒートシンクは、平面視がほぼ正方形を呈し、且つその四辺の各中央部付近に前記貫通孔６または切欠８を形成した形態とする共に、これと接合する枠体の各外側面に一対ずつの凹部１４，１７およびメタライズ１６，１８を形成するようにしても良い。
更に、凹部およびメタライズは、平面視がほぼ長方形またはほぼ正方形を呈する枠体の外側面における水平方向の中央付近に１個ずつ形成しても良い。かかる形態の場合、ヒートシンクに設けるネジ取付部の貫通孔または切欠は、上記凹部およびメタライズから比較的離れた位置に配設される。

本発明における一形態の配線基板を示す斜視図。 上記配線基板の平面図。 上記配線基板で枠体の凹部のない位置における部分垂直断面図。 上記配線基板で枠体の凹部のある位置における部分垂直断面図。 異なる形態の枠体を示す部分斜視図。 図５の枠体を用いた配線基板の図４と同様な位置での部分垂直断面図。 図１〜図４に示す配線基板の一製造工程を示す平面図。 図７に続く製造工程を示す平面図。 図８に続く製造工程を示す平面図。 異なる形態の配線基板を示す平面図。 更に異なる形態の配線基板を示す平面図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…配線基板
２，２ａ…………ヒートシンク
３…………………表面
４…………………裏面
５…………………搭載部
６…………………貫通孔（ネジ取付部）
８…………………切欠（ネジ取付部）
１０，１０ａ……枠体
１１，１２………外側面
１４，１７………凹部
１６，１８………メタライズ
ｃ…………………ＩＣチップ（電子部品）

Claims (2)

1. 表面および裏面を有する金属板からなり、かかる表面の中央部に電子部品の搭載部を有し且つかかる搭載部の周辺に貫通孔または切欠からなるネジ取付部を有するヒートシンクと、
   上記ヒートシンクの搭載部を囲んで当該ヒートシンクの表面に接合される絶縁材からなる枠体と、を備え、
   上記枠体の外側面のうち、少なくともヒートシンクのネジ取付部が近接する外側面には、上記搭載部側に凹む凹部と、かかる凹部の内面を覆うメタライズとが形成されている、
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記枠体の外側面に形成される凹部およびメタライズは、前記ヒートシンクのネジ取付部が最接近する上記枠体の外側面から離間して位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
   

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