JP2012023283A - 放熱基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の高出力化、高集積化、大容量化等に伴う発熱量増大に対応できる、放熱性に優れた放熱基板を提供することを目的とする。
【解決手段】
電子部品が実装される放熱基板１００は、少なくとも一の貫通孔２が設けられた絶縁基板１と、貫通孔２の内部に設けられ、絶縁基板１の厚みに相当する厚みを有する金属片３と、絶縁基板１のおもて面に設けられ、貫通孔２から露出した金属片３のおもて面側の端面および貫通孔２のおもて面側の周縁を覆うように形成されたランド４と、絶縁基板１の裏面に設けられ、少なくとも貫通孔２から露出した金属片３の裏面側の端面および貫通孔２の裏面側の周縁を覆うように形成されたセラミックス層８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品が実装される放熱基板およびその製造方法に関し、特に、放熱性能を向上させる技術に関する。

近年の電子部品の高出力化、高集積化、大容量化等に伴って、これらの電子部品の動作時に発生する熱量も増加傾向にあり、電子部品が実装される放熱基板には優れた放熱性が強く求められている。
このような要求に対応するため、放熱基板の放熱性を高める種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

図１２は特許文献１に係る電子部品搭載用基板５００の要部断面図を示す図である。
絶縁基板となるガラスエポキシ基材５１には貫通孔５２が設けられており、貫通孔５２
の内壁には銅めっきからなる第１の導体部５３が形成されている。ガラスエポキシ基材５１の表面および裏面には銅箔からなる第２の導体部５４がパターニングされており、この第２の導体部５４は配線として機能する部分である。第１の導体部５３により区画された中空部内および電子部品搭載用基板５００の裏面には、第１の導体部５３および第２の導体部５４よりも熱放射率の高いセラミックス材料からなる絶縁部５５が設けられている。

第２の導体部５４上には、電子部品として電子部品５７が搭載されており、電子部品５７が備える半田ボール５６により、電子部品５７と第２の導体部５４が電気接続される。
したがって、電子部品５７から発生した熱は、第２の導体部５４および第１の導体部５３を介して絶縁部５５に伝えられた後、絶縁部５５から電子部品搭載用基板５００の裏面側の空気中へ向けて赤外線として放射される。

特開２００５−２２８８６０号公報

特許文献１をはじめとして、放熱性を向上させるための様々な技術が提案されているが、電子部品の高出力化、高集積化、大容量化等による発熱量増大に対して、十分な放熱性が得られていないというのが現状である。
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたもので、電子部品の高出力化等に伴う発熱量増大に対応できる、放熱性に優れた放熱基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る放熱基板は、電子部品が実装される放熱基板であって、少なくとも一の貫通孔が設けられた絶縁基板と、前記貫通孔の内部に設けられ、前記絶縁基板の厚みに相当する厚みを有する金属片と、前記絶縁基板のおもて面に設けられ、前記貫通孔から露出した前記金属片の前記おもて面側の端面および前記貫通孔の前記おもて面側の周縁を覆うように形成されたランドと、前記絶縁基板の裏面に設けられ、少なくとも前記貫通孔から露出した前記金属片の前記裏面側の端面および前記貫通孔の前記裏面側の周縁を覆うように形成されたセラミックス層とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁基板に形成された貫通孔の内部に金属片が充填されている。金属は一般的にセラミックスよりも熱伝導率が高いため、特許文献１の構成と比較して、絶縁基板の表面側から裏面側への厚さ方向の熱の移動をより促進させることができる。
また、絶縁基板の裏面には、貫通孔から露出した金属片の端面および貫通孔の周縁部分を覆うようにセラミックス層が形成されている。セラミックスは絶縁性を有しているため、上記の金属対象物に当該放熱基板を取り付けて使用する際に、それらの金属対象物と金属片の間で絶縁層として機能させることができる。また、セラミックスには比較的高い熱伝導性を有するものが多いため、放熱シート等を介してではなく、金属片から金属対象物への熱の移動を効率的に行うことができ、より放熱性を向上させることができる。

したがって、電子部品の高出力化、高集積化、大容量化等に伴う発熱量増大に対応し得る、放熱性に優れた電子機器の筺体を提供することができる。
さらに、前記貫通孔の内壁面が凹凸形状に形成されており、当該凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凸部と、前記金属片の外壁面とが接触していることとしてもよい。
このような構成により、絶縁基板と金属片との接触面積を増やすことができる。これにより、金属片から直接、セラミックス層に伝熱する経路だけでなく、金属片から絶縁基板を介してセラミックス層に伝熱する経路によっても、放熱を促進させることができる。

また、前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凹部と、前記金属片の外壁面との間に間隙があることとしてもよい。
電子部品の使用状況によっては、貫通孔内の金属片が室温よりもかなり高温になる可能性がある。一方、金属の熱膨張率は絶縁基板（例えばガラスエポキシ樹脂製の基板）の熱膨張率よりも大きいことが知られている。したがって、貫通孔の内壁面と金属片の外壁面同士が完全に密着していると、電子部品使用時に金属片が熱膨張することによって絶縁基板の内壁面に圧力がかかり、絶縁基板にクラックが発生することがある。そこで、凹凸形状に形成された内壁面の凹部と金属片の外壁面とを接触させず、貫通孔の内壁面と金属片の外壁面の間に間隙を設けることによって、金属片の熱膨張した分がその間隙に入り込むことによって、絶縁基板の内壁面にかかる圧力が低減され、絶縁基板にクラックが発生するのを防ぐことができる。

また、前記絶縁基板と前記セラミックス層との間に、さらに、少なくとも前記金属片を覆うように形成された金属箔を備え、前記セラミックス層が、少なくとも前記金属箔を覆うように前記絶縁基板の裏面に延設されていることとしてもよい。
金属片を覆うようにさらに金属箔を形成することで、金属片から伝えられた熱をセラミックス層全体へスムーズに伝導させ、より放熱効果を向上させることができる。また、金属箔を覆うようにセラミックス層が延設されているので、金属対象物に当該放熱基板を取り付けて使用する場合であっても、金属箔と金属対象物との間を絶縁することが可能である。

そして、前記セラミックス層は、さらに、前記絶縁基板の裏面全体にわたって形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、放熱器や筺体等の対象物に放熱基板を取り付けて使用する際に、それらの金属対象物とセラミックス層との間の凹凸を減らすことができ、結果として、両者の間の密着性を向上させることが可能である。

さらに、前記セラミックス層は、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分として含有することとしてもよい。
セラミックス層としてＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）を使用することで、絶縁性を有し、かつ熱伝導性、熱放射率が高いセラミックス層を形成することができる。さらに、アルミナは原料コスト面でも有利である。
また、前記金属片は銅製であることとしてもよい。

このようにすることで、熱伝導率が高く、加工の容易な銅を金属片として使用することができる。
そして、電子部品が実装される放熱基板の製造方法であって、絶縁基板を準備する工程と、前記絶縁基板の表面から裏面にかけて少なくとも一の貫通孔を設ける工程と、前記貫通孔の内部に、前記絶縁基板の厚みに相当する厚みを有する金属片を設ける工程と、前記絶縁基板のおもて面に、前記貫通孔から露出した前記金属片の前記おもて面側の端面および前記貫通孔の前記おもて面側の周縁を覆うようにランドを設ける工程と、前記絶縁基板の裏面に、少なくとも前記貫通孔から露出した前記金属片の前記裏面側の端面および前記貫通孔の前記裏面側の周縁を覆うようにセラミックス層を設ける工程とを含むこととしてもよい。

このような製造方法を採用することで、複雑な製造工程を経ることなく、従来よりも放熱性能の高い放熱基板を製造することできる。結果として、作業コストおよび製造コストを下げることが可能となる。
さらに、前記貫通孔を設ける工程において、前記貫通孔をドリルで穿孔しながら、前記貫通孔の内壁面を凹凸形状に形成することとしてもよい。
ことを特徴とする請求項６に記載の放熱基板の製造方法。

このようにすることで、簡易な工程で凹凸面を作成することが可能である。
また、前記金属片を設ける工程において、前記金属片をその上下から固定した状態で、貫通孔の内壁面を凹凸形状に形成した前記絶縁基板を回転させながら前記金属片を前記貫通孔に押入することにより、前記内壁面の凹凸形状に対応して前記金属片の外壁面が凹凸形状に形成されることとしてもよい。

金属材料は展性を有しているため、絶縁基板（例えばガラスエポキシ樹脂製の基板）と比較して柔軟な材料である。したがって、絶縁基板を回転させながら金属片を前記貫通孔に押入することにより、金属片に加工を施すことなく、貫通孔の内壁面に形成された凹凸形状に対応するように、金属片の外壁面を凹凸形状に形成することができる。
さらに、前記金属片を設ける工程において、前記凹凸形状に形成された一の貫通孔における最小径よりも大きい径を有する金属片を前記貫通孔に押入することにより、前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凸部と、前記金属片の外壁面とが接触するように形成されることとしてもよい。

貫通孔における最小径よりも大きい径の金属片を選択した上で、当該金属片を貫通孔に押入することで、容易に貫通孔の内壁面の凸部と金属片の外壁面とを接触させることができる。これにより、絶縁基板と金属片との接触面積を増やすことができ、結果として、金属片から直接、セラミックス層に伝熱する経路だけでなく、金属片から絶縁基板を介してセラミックス層に伝熱する経路によっても、放熱を促進させることができる。

また、前記金属片を設ける工程において、前記凹凸形状に形成された一の貫通孔における平均径よりも小さい径を有する金属片を前記貫通孔に押入することにより、前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凹部と、前記金属片の外壁面との間に間隙があることとしてもよい。
貫通孔における平均径よりも小さい径の金属片を選択した上で、当該金属片を貫通孔に押入することで、容易に貫通孔の内壁面の凹部と、金属片の外壁面とを接触させないようにすることができる。貫通孔の内壁面と金属片の外壁面の間に間隙を設けることによって、電子部品使用時に金属片が熱膨張した場合であっても、金属片の熱膨張した分がその間隙に入り込むことによって絶縁基板の内壁面にかかる圧力が低減され、絶縁基板にクラックが発生するのを防ぐことができる。

そして、前記セラミックス層は、Ａｌ₂Ｏ₃を含有する塗料を塗布することにより形成されることとしてもよい。
セラミックス層としてＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）を使用することで、絶縁性を有し、かつ熱伝導性、熱放射率が高いセラミックス層を形成することができる。さらに、塗布によりセラミックス層を形成することで、製造コスト面を抑えることができる。

第１の実施形態に係る放熱基板１００の（ａ）表面図と（ｂ）裏面図である。 第１の実施形態に係る放熱基板１００の（ａ）要部断面図と（ｂ）その模式的な部分拡大図である。 第１の実施形態に係る放熱基板１００にＬＥＤ素子２１を実装した状態を示す要部断面図である。 第１の実施形態に係る放熱基板１００の製造工程例を示す図である。 第１の実施形態に係る放熱基板１００の製造工程例を示す図である。 貫通孔２と貫通孔２に押入される前の金属片３を示す断面図である。 第１の実施形態に係る放熱基板１００の製造工程例を示す図である。 第２の実施形態に係る放熱基板１００Ａの要部断面図である。 金属片３からセラミックス層８への熱の移動経路を模式的に表した図である。 変形例を示す要部断面図である。 変形例を示す要部断面図である。 従来の電子部品搭載用基板の構成を示す断面図である。

本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。先ず、放熱基板１００の概略を述べ、その後、放熱基板１００の要部について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
（放熱基板１００の構成）
図１（ａ）は一実施形態に係る放熱基板１００の表面図であり、放熱基板１００の電子部品実装面を示すものである。図１（ｂ）は放熱基板１００の裏面図であり、ヒートシンク、放熱基板１００を収容する筺体に取り付けられる面である。図２（ａ）は放熱基板１００の要部断面図であり、図１におけるＡ−Ａ’断面図に相当する。本実施形態においては、発熱する電子部品の一例としてＬＥＤ素子が実装される例を説明する。

〈絶縁基板１〉
絶縁基板１は放熱基板１００の基材となるものである。絶縁基板１の材料としては、熱膨張率の小さい絶縁材料を用いることが望ましく、そのような材料としては、例えばガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。なお、ガラスエポキシ樹脂を選択する利点としては、同じく放熱基板の基材として汎用されているアルミニウムと比べて材料費が安い点が挙げられる。

〈金属片３、ランド４〉
図２（ａ）に示すように、絶縁基板１に設けられた貫通孔２の内部には、絶縁基板１の厚みに相当する厚みを有する金属片３が設けられている。金属片３は、絶縁基板１の表面側から裏面側への厚さ方向の熱の移動を促進させる目的で設けられている。そのため、金属片３としては、熱伝導性が高く加工の容易な材料を選択することが望ましく、そのような材料としては、例えば、銅、アルミニウム等が挙げられる。また、金属片３の形状としては、図１に示すように円柱状または円板状であることが望ましい。この理由の詳細は製造工程の項で述べることとする。

図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、絶縁基板１のおもて面には、貫通孔２から露出した金属片３の端面および貫通孔２のおもて面側の周縁を覆うようにランド４が形成されている。ランド４はＬＥＤ素子で発生した熱を受ける領域であり、例えば、銅めっき等で形成されている。
ランド４で受けたＬＥＤ素子からの熱は、金属片３を介して絶縁基板１の裏面側へ伝えられる。ここで、一般的なセラミックス材料であるアルミナの熱伝導率は２０〜４０Ｗ／ｍ・ｋであるのに対し、銅の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・ｋ程度、アルミニウムの熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・ｋ程度である。すなわち、本実施形態では、セラミックス（アルミナ）よりも熱伝導率が高い金属を貫通孔２に設けているため、従来と比較して、絶縁基板１の表面側から裏面側への厚さ方向の熱の移動をより促進させることができる。

次に、図２（ｂ）を参照しながら、貫通孔２の内壁面および金属片３の外壁面の様子について詳細に説明する。
図２（ｂ）は、図２（ａ）における二点鎖線で囲った領域を拡大した模式図である。図２（ｂ）に示すように、貫通孔２の内壁面２ａは凹凸形状に形成されており、これに対応するように金属片３の外壁面３ａも凹凸形状に形成されている。これらの寸法は、絶縁基板１の厚さが１ｍｍ程度であるのに対し、内壁面２ａに形成されている凹凸はその深さが数１０〜１００μｍ程度である。また、凹凸形状に形成された内壁面２ａの少なくとも凹部と、金属片３の外壁面３ａの間には間隙１０が設けられている。この間隙１０により、電子部品使用時において絶縁基板１にクラックが発生を防止できる効果が奏される。

この効果について具体的に説明すると、電子部品の使用状況によっては、金属片３が室温よりもかなり高温になる可能性がある。また、金属の熱膨張率は、絶縁基板（例えばガラスエポキシ樹脂製の基板）の熱膨張率よりも大きいことが知られている。このとき、内壁面２ａと外壁面３ａが完全に密着していると、電子部品使用時に金属片３が熱膨張することによって内壁面２ａに圧力がかかり、結果として、絶縁基板１にクラックが発生することがある。本実施形態においては、内壁面２ａの凹部と外壁面３ａの間に間隙１０が設けられているので、金属片３の熱膨張した体積分をこの間隙１０に逃がすことができる。その結果、内壁面２ａにかかる圧力が低減され、絶縁基板１にクラックが発生するのを防ぐことができる。

さらに、凹凸形状に形成された内壁面２ａの凸部が金属片３の外壁面３ａにめり込んでいることにより、内壁面２ａの凸部と外壁面３ａが互いに密着した部分１１が形成されている。密着部分１１を形成することで、内壁面２ａおよび外壁面３ａを、全面にわたって間隙１０を有するように構成した場合と比較して、絶縁基板１と金属片３との接触面積を増やすことができる。これにより、金属片３から直接、セラミックス層８に伝熱する経路だけでなく、金属片３から絶縁基板１を介してセラミックス層８に伝熱する経路によっても、放熱を促進させることができる。

なお、間隙１０の体積は、金属片の熱膨張による体積増加分に相当する体積であればよく、電子部品の種類、電子部品の使用温度、金属片の熱膨張率等を考慮して決定することができる。
図１（ａ）および図２（ａ）に戻り、放熱基板１００の要部断面図についての説明を続ける。

〈ランド５ａ、５ｂ〉
ランド５ａ、５ｂはＬＥＤ素子の外部端子と接続される領域であり、ランド４と同じく銅めっき等で形成されている。
〈パッド６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ〉
絶縁基板１の表面の外側の領域には、パッド６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられている。これらのパッドは、ＬＥＤ素子を点灯させるための点灯回路から延設された端子が接続される部分であり、ランド４、５ａ、５ｂと同様に銅めっき等で形成されている。図１（ａ）に示すように、パッド６ａ、６ｄはそれぞれ導体回路７を介してランド５ａと接続されてり、パッド６ｂ、６ｃも同様に導体回路７を介してランド５ｂと接続されている。

〈セラミックス層８〉
図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、放熱基板１００の裏面にはその全体にわたって、貫通孔から露出した金属片３を覆うようにセラミックス層８が形成されている。このセラミックス層８は主として、放熱基板１００を金属対象物に取り付けに際して、金属片３と当該金属対象物とを絶縁する目的で設けられる。ここで、金属対象物とは、ヒートシンク等の放熱器、放熱基板１００を収容する筺体等の、放熱基板１００が取り付けられて同時に使用される金属部材等を指す。セラミックス層８に用いる材料としては、絶縁性を有し、かつ、熱伝導性が高い材料が望ましい。そのような材料としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）をはじめとして、特開平１０−２７９８４５号に記載の各種セラミックス材料等を採用することができる。

また、セラミックス層８が絶縁性だけでなく、高い熱伝導性を有していることにより、金属片３に伝えられた電子部品からの熱を、金属対象物に効率良く放熱させることができる。また、絶縁基板１の裏面全体にわたってセラミックス層８が形成されていることで、貫通孔２から露出した金属片３の端面および貫通孔２の周縁部分のみを覆うようにセラミックス層８が形成されている場合と比較して、セラミックス層８と金属対象物との間の凹凸を減らすことができる。結果として、両者の間の密着性が向上することで、セラミックス層８から金属対象物への熱の移動を効率的に行うことが可能となる。

このように、放熱基板１００を放熱器となる金属対象物に取り付けることにより放熱性を上げるとともに、放熱基板１００と金属対象物間の密着性を上げることで、さらなる放熱性の向上を図ることができる。
〈レジスト膜９〉
図２（ａ）に示すように、絶縁基板１の表面には絶縁性材料からなるレジスト膜９が形成されており、パッド６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、ランド４、５ａ、５ｂの上面はレジスト膜９から露出して形成されている。なお、図１（ａ）ではレジスト膜９の図示を省略している。

（ＬＥＤ素子２１を実装した放熱基板１００）
図３は、放熱基板１００にＬＥＤ素子を実装した状態を示す要部断面図である。
図３に示すように、ＬＥＤ素子２１のＬＥＤパッケージ筺体２３にＬＥＤ基板２５が取り付けられている。ＬＥＤパッケージ筺体２３に植設された外部端子２４ｂにＬＥＤ基板２５の一方の電極（図示せず）が接続されており、外部端子２４ａにＬＥＤ基板２５の他方の電極（図示せず）が金属細線２７を介して接続されている。ＬＥＤ素子２１の外部端子２４ａは、半田２２ａによりランド５ａと電気的に接続されており、外部端子２４ｂも同様に、半田２２ｂによりランド５ｂと電気的に接続されている。また、ＬＥＤパッケージ筺体２３上には、表面がレンズ形状を呈する樹脂製レンズ２８が設けられている。

ヒートスラグ２６は、ＬＥＤ基板２５から発生した熱を外部に放熱させるために設けられており、半田２２ｃによりランド４と熱的に接続されている。ＬＥＤ基板２５からの発熱は、ヒートスラグ２６およびランド４を介して金属片３に伝えられた後、前述の金属対象物へ放熱されることとなる。
（放熱基板１００の製造工程）
図４〜図７を用いて放熱基板１００の製造するための各工程について説明する。

〈絶縁基板１を準備する工程〜貫通孔２を設ける工程〉
まず、絶縁基板１を準備する（図４（ａ））。そして、ドリル１２を用いて絶縁基板１の表面から裏面にかけて貫通孔２を形成する（図４（ｂ）、（ｃ））。このとき用いるドリル１２は一般的な穴あけ用のドリルでよい。図４（ｄ）は、図４（ｃ）における二点鎖線で囲った領域を拡大した模式図である。図４（ｂ）で示したような方法で貫通孔２を形成することにより、図２（ｂ）で述べたように、厚さ１ｍｍ程度の絶縁基板１に対し深さ数１０〜１００μｍ程度の凹凸形状を、内壁面２ａに簡易に、かつ特別なドリルを用いることなく形成することができる。

〈金属片３を設ける工程〉
図５（ａ）に示すように、金属片３を貫通孔２に押入していくのだが、このとき、絶縁基板１を固定しておいて金属片３の方を回転させるのではなく、金属片３をその上下から固定しておいて絶縁基板１の方を回転させることが望ましい。絶縁基板１の大きさは金属片３と比較して非常に大きいので、金属片３を固定しておいて絶縁基板１の方を回転させた場合の方が少ない力で金属片３を押入することができる。また、上述したように、金属片３の形状は円柱状または円板状であるので、回転させながら押入するのに適した形状である。

次に、図５（ｂ）〜図５（ｄ）を用いて金属片３が貫通孔２に押入されていく様子を詳細に説明する。
図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、図５（ａ）における二点鎖線で囲った領域を拡大した模式図であり、図５（ｂ）は、金属片３が貫通孔２に押入される前の状態を示している。図５（ｂ）に示すように、この段階においては、金属片３の外壁面３ａは凹凸形状に形成されていないのが特徴である。この金属片３は、あらかじめ絶縁基板１の厚みに相当する厚みを有するように加工されたものである。このような金属片を得る方法としては、例えば、所望の径（図５（ｂ）のＲ_Ｍ、金属片３の径に相当）を有するとともに、外周に絶縁基板１の厚みに相当する長さの間隔でＶ溝が形成された金属線を用意し、この金属線をＶ溝の底部に沿って切断する方法や、絶縁基板１の厚さと略同じ厚さを有する金属板を所定の形状に打ち抜く方法等がある。

図２（ｂ）で示したような、貫通孔２の内壁面２ａと金属片３の外壁面３ａの間を、間隙１０および密着部分１１を有するように形成する方法としては、例えば、図６に示すように、金属片３の径Ｒ_Ｍを、貫通孔２における最小径Ｒ_ｍｉｎと平均径Ｒ_ａｖｇの範囲内になるようにする方法が挙げられる。ここで、最小径Ｒ_ｍｉｎとは、内壁面２ａの凹凸形状を考慮したときの、貫通孔２の内径が最小となる断面の直径を表している。図５（ｂ）に示した最大径Ｒ_ｍａｘは、内壁面２ａの凹凸形状を考慮したときの、貫通孔２の内径が最大となる断面の直径を表している。また、平均径Ｒ_ａｖｇとは、最小径Ｒ_ｍｉｎと最大径Ｒ_ｍａｘの平均値である。次に、図５（ｃ）を用いて、このような径を有する金属片３が貫通孔２に押入される過程について説明する。

図５（ｃ）は、絶縁基板１の厚みに対し、およそ半分の厚みに相当する部分まで金属片３が押入された状態を示している。金属材料は展性を有しているため、比較的柔軟な材料である一方、絶縁基板１の材料であるガラスエポキシ樹脂は、文字通りガラスを含有する樹脂であるため、比較的強硬な材料である。このため、本実施形態のように絶縁基板１を回転させながら金属片３を貫通孔２に押入することで、強硬な凹凸面を有する内壁面２ａに対応して、金属片３の外壁面３ａを凹凸形状に形成することができる。このような内壁面２ａの凹凸を利用した金属片３の加工を行うためには、金属片３の材料となる金属は加工の容易な銅やアルミニウムを選択することが望ましい。

このとき、外壁面３ａの凹凸形状は、自身が削られることにより形成されるのではなく、金属片３が有する展性により外壁面３ａの表面形状が変形することにより形成される。すなわち、金属片３の体積は押入前と押入後で変化しない。そのため、金属片３の径Ｒ_Ｍと平均径Ｒ_ａｖｇが同一である場合には、内壁面２ａと外壁面３ａの全面にわたって、密着部分１１が形成されることになる。しかし、本実施形態においては、金属片３の径Ｒ_Ｍが貫通孔２における最小径Ｒ_ｍｉｎより大きく、平均径Ｒ_ａｖｇより小さい。したがって、平均径Ｒ_ａｖｇから算出される貫通孔２の体積から、金属片３の体積を差し引いた体積分に相当する隙間が、内壁面２ａと外壁面３ａの間に形成されることとなり、この隙間が間隙１０として機能する（図５（ｄ））。言うまでもないが、金属片３の径Ｒ_Ｍが最小径Ｒ_ｍｉｎより小さい場合には、貫通孔２の内部に金属片３が固定されなくなる問題が生じる。

このように、金属片３の外壁面３ａに別途凹凸加工を施すことなく、内壁面２ａの凹凸形状に形成することができる。また、貫通孔２の最小径Ｒ_ｍｉｎおよび平均径Ｒ_ａｖｇに基づいて金属片３の径Ｒ_Ｍを選択することにより、内壁面２ａと外壁面３ａの間に間隙１０と密着部分１１を同時形成することが可能である。
〈ランド４、５ａ、５ｂを設ける工程〉
図７（ａ）は、金属片３を設ける工程が完了した状態の放熱基板を示すものである。次に、貫通孔２から露出した金属片３の端面および貫通孔２の周縁部分を覆うように、銅めっきからなるランド４、５ａ、５ｂを形成する（図７（ｂ））。ランド４、５ａ、５ｂは、例えば、硫酸銅浴を使用した無電解銅めっき処理等により形成される。

次に、図７（ｃ）に示すように、絶縁基板１の表面にパッド６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、ランド４、５ａ、５ｂの上面が露出するように、絶縁性材料からなるレジスト膜９を塗布形成する。続いて、絶縁基板１の裏面全体にわたってセラミックス層８を形成する（図７（ｃ））。セラミックス層８を構成する材料を含有する塗料を公知の各種塗布法により塗布することで、セラミックス層８を形成することができる。セラミックス層８を塗布法により形成することで、製造コストの削減を図るとともに、絶縁性の放熱シート等を用いる場合よりも薄くかつ高い絶縁性を有するように形成することが可能である。

（放熱基板１００への実装方法）
図７（ｄ）に示すように、半田２２ａ、２２ｂ、２２ｃを対応するランド４、５ａ、５ｂ上に対し、例えば、印刷によって形成する。
次に、半田２２ａ、２２ｂ、２２ｃに、外部端子２４ａ、２４ｂおよびヒートスラグ２６の各々が当接するようにＬＥＤ素子２１を載置し（図７（ｅ））、半田を溶融させて半田付けする。以上の工程により、図３に示すＬＥＤ素子２１を実装した放熱基板１００が完成する。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る放熱基板１００Ａの要部断面図である。第１の実施形態に係る放熱基板１００（図２（ａ））との相違点は、絶縁基板１の裏面とセラミックス層８との間に、金属箔２９を新たに設けた点である。
金属箔２９は、絶縁基板１の裏面において金属片３を覆うように形成されており、金属箔２９と金属片３は熱的に結合されている。金属箔２９は金属片３と同様に、銅、アルミニウム等の熱伝導性が高く加工の容易な材料で形成されるのが望ましい。金属箔２９の形成方法としては、例えば、金属をエッチングすることで形成でき、複雑な工程を必要としない。

次に、この金属箔２９を設ける効果について図９を用いて説明する。
図９は金属片３からセラミックス層８への熱の移動経路を模式的に表した図であり、図９（ａ）は第１の実施形態に係る放熱基板１００を、図９（ｂ）は第２の実施形態に係る放熱基板１００Ａをそれぞれ示している。
図９（ａ）に示すように、放熱基板１００では熱伝導率が高い金属部分（金属片３）とセラミックス層８との接触面積は小さく、セラミックス層８へ効率良く放熱することができない。一方、図９（ｂ）に示すように、本実施形態に係る放熱基板１００Ａでは、放熱基板１００と比較して熱伝導率が高い金属部分（金属箔２９）とセラミックス層８との接触面積は大きい。さらに、上述したように、金属箔２９は金属片３と熱的に結合されるように形成されているため、金属片３から伝えられた発熱部品からの熱を、金属箔２９を介してセラミックス層８へ効率良く放熱することが可能である。

なお、金属箔２９は、絶縁基板１の裏面において可能な限り広く設けられていることが放熱性向上の観点からは望ましい。
［変形例］
（１）上記の実施形態では、ランド４に対応する領域に貫通孔２および金属片３が設ける例を説明したが、本発明はこれに限られない。図１０に示すように、ランド４、５ａ、５ｂに対応する各領域に貫通孔２および金属片３を設けることとしてもよい。このような構成にすることによって、ＬＥＤ基板２５から発生した熱を、外部端子２４ａ、２４ｂからも放熱を行うことができ、放熱基板全体の放熱性能をより向上させることが可能である。

（２）放熱基板１００の金属対象物への取り付け方法について、一例を紹介する。図１１は、ＬＥＤ素子２１を実装した放熱基板１００（図３）の下部に、金属対象物１５を取り付けた状態を示す断面図である。図１１において、セラミックス層８から上側の構成は図３と同様である。セラミックス層８の裏面側には、セラミックス層８と金属対象物１５を接着するための接着層１４が設けられている。接着層１４に用いる材料としては、熱伝導性が高く、かつ柔軟性を有する材料が望ましく、そのような材料としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボンを含有するゴム系接着材料、微小な金属を含有する接着剤、炭素フィラーを含有する接着剤等が挙げられる。

接着層１４が高い熱伝導性を有していることにより、ＬＥＤ素子２１から伝えられた熱を接着層１４に滞らせることなく、セラミックス層８から金属対象物１５へ効率良く放熱させることができる。また、接着層１４が柔軟性を有していることにより、セラミックス層８および金属対象物１５の熱膨張、熱収縮などの熱歪を吸収することができる。
（３）上記の実施形態で説明したように、放熱基板１００はその裏面にセラミックス層８を備えている。セラミックス材料には、絶縁性および熱伝導性だけでなく、熱放射性も高いものが多い。このため、セラミックス層８に伝えられた電子部品からの熱を、放熱基板１００の裏面側から赤外線として効率的に放射させることができるので、上記の金属対象物へ取りつけずに放熱基板１００を使用する場合であっても、良好な放熱性を得ることが可能である。

（４）上記の実施形態では、発熱する電子部品としてＬＥＤ素子を放熱基板１００に実装する例を示したが、本発明はこれに限られず、動作時における発熱量が多い電子部品を好適に実装することができる。
（５）上記実施形態にでは、絶縁基板１の材料としてガラスエポキシ樹脂を用いた例を説明したが、ガラスエポキシ樹脂は単なる例示であり、他の絶縁性材料を用いて絶縁基板１を構成することもできる。

（６）上記の実施形態では、熱伝導率が高く加工の容易な銅のめっきによりランドが構成される例を示したが、この例に限定されるものではなく、例えば、金などの銅以外の金属素材からなるめっきにより構成されることとしてもよい。また、ランドは必ずしもめっき処理により形成されている必要はなく、例えば、金属箔を貼着することなどにより形成されることとしてもよい。

（７）セラミックス層８の絶縁破壊を防止するために、セラミックス層８を構成する材料にガラス粉末を混ぜることとしてもよい。
（８）上記の実施形態のように、セラミックス層８は絶縁基板１の裏面全体に形成されている必要はなく、絶縁基板１の裏面における少なくともランド４、５ａ、５ｂに対応する領域に設けられていれば、セラミックス層としての最低限の機能を果たすことができる。

（９）上記の実施形態のように、必ずしも貫通孔の内壁面を凹凸形状とする必要はなく、内壁面を平坦にすることとしても、放熱基板の厚み方向への熱の移動には影響しない。また、凹凸形状に形成した内壁面に、さらに金属めっきを施すことも可能である。

本発明は、放熱基板、特に、動作時における発熱量が多い電子部品が実装される放熱基板等に好適に利用可能である。

１００、１００Ａ 放熱基板
１ 絶縁基板
２ 貫通孔
２ａ 貫通孔の内壁面
３ 金属片
３ａ 金属片の外壁面
４ ランド
５ａ、５ｂ ランド
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ パッド
７ 導体回路
８ セラミックス層
９ レジスト膜
１０ 間隙
１１ 密着部分
１２ ドリル
１４ 接着層
１５ 金属対象物
２１ ＬＥＤ素子
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 半田
２３ ＬＥＤパッケージ筺体
２４ａ、２４ｂ 外部端子
２５ ＬＥＤ基板
２６ ヒートスラグ
２７ 金属細線
２８ レンズ
２９ 金属箔
５００ 電子部品搭載用基板
５１ ガラスエポキシ基材
５２ 貫通孔
５３ 第１の導体部
５４ 第２の導体部
５５ 絶縁部
５６ 半田ボール
５７ 電子部品

Claims (13)

1. 電子部品が実装される放熱基板であって、
   少なくとも一の貫通孔が設けられた絶縁基板と、
   前記貫通孔の内部に設けられ、前記絶縁基板の厚みに相当する厚みを有する金属片と、
   前記絶縁基板のおもて面に設けられ、前記貫通孔から露出した前記金属片の前記おもて面側の端面および前記貫通孔の前記おもて面側の周縁を覆うように形成されたランドと、
   前記絶縁基板の裏面に設けられ、少なくとも前記貫通孔から露出した前記金属片の前記裏面側の端面および前記貫通孔の前記裏面側の周縁を覆うように形成されたセラミックス層と
   を備えることを特徴とする放熱基板。
2. 前記貫通孔の内壁面が凹凸形状に形成されており、当該凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凸部と、前記金属片の外壁面とが接触していることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
3. 前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凹部と、前記金属片の外壁面との間に間隙があることを特徴とする請求項２に記載の放熱基板。
4. 前記絶縁基板と前記セラミックス層との間に、さらに、
   少なくとも前記金属片を覆うように形成された金属箔を備え、
   前記セラミックス層が、少なくとも前記金属箔を覆うように前記絶縁基板の裏面に延設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
5. 前記セラミックス層は、さらに、前記絶縁基板の裏面全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項４のいずれか一項に記載の放熱基板。
6. 前記セラミックス層は、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分として含有することを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
7. 前記金属片は銅製であることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
8. 電子部品が実装される放熱基板の製造方法であって、
   絶縁基板を準備する工程と、
   前記絶縁基板の表面から裏面にかけて少なくとも一の貫通孔を設ける工程と、
   前記貫通孔の内部に、前記絶縁基板の厚みに相当する厚みを有する金属片を設ける工程と、
   前記絶縁基板のおもて面に、前記貫通孔から露出した前記金属片の前記おもて面側の端面および前記貫通孔の前記おもて面側の周縁を覆うようにランドを設ける工程と、
   前記絶縁基板の裏面に、少なくとも前記貫通孔から露出した前記金属片の前記裏面側の端面および前記貫通孔の前記裏面側の周縁を覆うようにセラミックス層を設ける工程と
   を含むことを特徴とする放熱基板の製造方法。
9. 前記貫通孔を設ける工程において、
   前記貫通孔をドリルで穿孔しながら、前記貫通孔の内壁面を凹凸形状に形成することを特徴とする請求項８に記載の放熱基板の製造方法。
10. 前記金属片を設ける工程において、
    前記金属片をその上下から固定した状態で、貫通孔の内壁面を凹凸形状に形成した前記絶縁基板を回転させながら前記金属片を前記貫通孔に押入することにより、前記内壁面の凹凸形状に対応して前記金属片の外壁面が凹凸形状に形成される
    ことを特徴とする請求項９に記載の放熱基板の製造方法。
11. 前記金属片を設ける工程において、
    前記凹凸形状に形成された一の貫通孔における最小径よりも大きい径を有する金属片を前記貫通孔に押入することにより、
    前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凸部と、前記金属片の外壁面とが接触するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の放熱基板の製造方法。
12. 前記金属片を設ける工程において、
    前記凹凸形状に形成された一の貫通孔における平均径よりも小さい径を有する金属片を前記貫通孔に押入することにより、
    前記凹凸形状に形成された内壁面の少なくとも凹部と、前記金属片の外壁面との間に間隙があることを特徴とする請求項１１に記載の放熱基板の製造方法。
13. 前記セラミックス層は、Ａｌ₂Ｏ₃を含有する塗料を塗布することにより形成されることを特徴とする請求項８に記載の放熱基板の製造方法。

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