JP2023060634A

JP2023060634A - 放熱基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2023060634A
Application number: JP2021170341A
Authority: JP
Inventors: 吾郎仲谷; Goro Nakaya
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-28

Abstract

【課題】熱伝導性が高く、かつ安価な放熱基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】電子部品を搭載可能な放熱基板であって、放熱基板は、電子部品を搭載する搭載領域が定義された第１面と、第１面に対向する第２面とを備え、熱伝導性がガラスよりも高い主原料がガラスを結合剤として結合された構造であって、絶縁性を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を搭載する放熱基板およびその製造方法に関する。

熱伝導性を有する基板に電子部品を搭載することにより、電子部品から発生する熱を電子部品の外部に放出できる。以下において、電子部品からの熱を放出する基板を「放熱基板」と称する。電子部品の外部に熱を放出することにより、熱の影響を排除した安定した状態で電子部品を使用できる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を焼結して形成されるＡｌＮ基板などが、放熱基板に用いられている。

特開平０７－１６５４７２号公報

電子部品を使用した製品のコストを下げるために、安価な放熱基板が望まれている。本発明は、熱伝導性が高く、かつ安価な放熱基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様によれば、電子部品を搭載する搭載領域が定義された第１面と、第１面に対向する第２面を備え、熱伝導性がガラスよりも高い主原料がガラスを結合剤として結合された構造であって、絶縁性を有する放熱基板が提供される。

本開示の他の態様によれば、結合剤であるガラスおよび熱伝導性がガラスよりも高い主原料を含む原材料ペーストを準備し、原材料ペーストを焼成して、ガラスを結合剤として主原料を結合し、絶縁性を有する放熱基板を形成する、放熱基板の製造方法が提供される。

本発明によれば、熱伝導性が高く、かつ安価な放熱基板およびその製造方法を提供することできる。

図１は、実施形態に係る放熱基板の構成を示す模式図である。図２は、実施形態に係る放熱基板の製造方法を説明するための模式的な断面図である（その１）。図３は、実施形態に係る放熱基板の製造方法を説明するための模式的な斜視図である（その２）。図４は、実施形態の変形例に係る放熱基板の構成を示す模式図である。図５は、その他の実施形態に係る放熱基板の構成を示す模式図である。図６は、その他の実施形態に係る放熱基板の他の構成を示す模式図である。

次に、図面を参照して実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係または比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置または方法を例示するものであって、構成部品の形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この実施形態は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

実施形態の一態様は、以下の通りである。

＜１＞電子部品を搭載可能な放熱基板であって、前記電子部品を搭載する搭載領域が定義された第１面と、前記第１面に対向する第２面とを備え、熱伝導性がガラスよりも高い主原料が前記ガラスを結合剤として結合された構造であって、絶縁性を有する放熱基板。ガラスを結合剤に使用して主原料が結合された放熱基板は、焼成により形成される。焼成により形成された放熱基板は、焼結により形成されるＡｌＮ基板などの放熱基板よりも、形成工程の加熱温度を低くして製造コストを低減することができる。

＜２＞前記主原料の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、＜１＞に記載の放熱基板。熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の主原料を用いることにより、熱伝導性が高い放熱基板を提供できる。

＜３＞前記主原料が、窒化アルミニウム、シリコンカーバイトおよびシリコンからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、＜１＞又は＜２＞に記載の放熱基板。熱伝導率が高い主原料を用いた絶縁性を有する放熱基板を提供できる。

＜４＞前記ガラスの含有率よりも前記主原料の含有率が高い、＜１＞乃至＜３＞のいずれか１項に記載の放熱基板。熱伝導率の低いガラスの含有率を熱伝導率の高い主原料の含有率より低くすることにより、熱伝導率の高い放熱基板を提供できる。

＜５＞前記第２面に配置された金属板を更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放熱基板。放熱基板の裏側に金属板を配置した剛性の高い放熱基板を提供できる。金属板を電極端子としても使用できる。

＜６＞結合剤であるガラスおよび熱伝導性が前記ガラスよりも高い主原料を含む原材料ペーストを準備し、前記原材料ペーストを焼成して、前記ガラスを結合剤として前記主原料を結合し、絶縁性を有する放熱基板を形成する、放熱基板の製造方法。ガラスを結合剤に使用して主原料を結合することにより、絶縁性を有する放熱基板を焼成により形成することができる。焼成により放熱基板を形成するため、ＡｌＮなどの焼結により放熱基板を形成する場合よりも、形成工程の加熱温度を低くできる。このため、製造コストを低減した放熱基板の製造方法を提供できる。

＜７＞前記ガラスの含有率よりも前記主原料の含有率が高い、＜６＞に記載の放熱基板の製造方法。熱伝導率の低いガラスの含有率を熱伝導率の高い主原料の含有率より低くすることにより、熱伝導率の高い放熱基板を製造できる。

＜８＞前記主原料が、窒化アルミニウム、シリコンカーバイトおよびシリコンからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、＜６＞又は＜７＞に記載の放熱基板の製造方法。熱伝導率が高い主原料を用いて、絶縁性を有する放熱基板を製造することができる。

＜９＞８００度～１０００度の焼成温度で前記原材料ペーストを焼成する、＜６＞乃至＜８＞のいずれか１項に記載の放熱基板の製造方法。焼結の場合よりも低い加熱温度で放熱基板を製造できる。

＜１０＞前記原材料ペーストを金属板の表面に形成した状態で焼成する、＜６＞乃至＜９＞のいずれか１項に記載の放熱基板の製造方法。原材料ペーストを金属板の表面に形成することにより、形状が安定した状態で原材料ペーストを焼成することができる。

図１を参照して、実施形態に係る放熱基板１０の構成を説明する。放熱基板１０は、電子部品２００を搭載可能である。放熱基板１０は、電子部品２００を搭載する搭載領域が定義された第１面１１と、第１面１１に対向する第２面１２を備える。放熱基板１０は、ガラスを結合剤として、熱伝導性がガラスよりも高い主原料を結合した構造を有する絶縁性の放熱基板である。

放熱基板１０の主原料は、絶縁性を有し、かつ、熱伝導率が高いほど好ましい。例えば、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料を、放熱基板１０の主原料に使用してもよい。より具体的には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）およびシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される少なくとも一種の材料を、放熱基板１０の主原料に使用してもよい。なお、放熱基板１０の主原料は１種類の材料でもよいし、複数種の材料を混合した材料でもよい。

放熱基板１０では、結合剤であるガラスの含有率よりも主原料の含有率を高くすることが好ましい。主原料よりも熱伝導性が低いガラスの含有率を低くするほど、放熱基板１０の熱伝導性を高くすることができる。放熱基板１０の熱伝導性を高くすることにより、電子部品２００から発生する熱を効率的に電子部品２００の外部に放出することができる。その結果、熱の影響を抑制した状態で電子部品を動作させることができる。

図１に示す放熱基板１０の第１面１１には、第１配線パターン２１と第２配線パターン２２が相互に離間して配置されている。第１配線パターン２１は、電子部品２００の上面に配置された第１電極端子２０１と第１導電性ワイヤ４１１によって電気的に接続されている。第２配線パターン２２の上に電子部品２００が配置され、電子部品２００の下面に配置された第２電極端子２０２と第２配線パターン２２が電気的に接続されている。ここで、電子部品２００の下面は放熱基板１０に対向する面であり、電子部品２００の上面は下面に対向する面である。電子部品２００は、例えば導電性の接着剤または半田などにより、第２配線パターン２２に固着される。

上記のように、放熱基板１０は回路基板としても機能する。図１に示す放熱基板１０では、第２配線パターン２２が配置された領域が、電子部品２００を搭載する搭載領域である。

電子部品２００は、例えば、半導体基板に形成されたトランジスタなどの電子デバイスである。第１電極端子２０１と第２電極端子２０２に対して電圧を印加若しくは電流を供給することにより、電子部品２００は動作する。例えば、電子部品２００は、第１電極端子２０１と第２電極端子２０２を主電極とするダイオードである。或いは、電子部品２００は、抵抗素子またはコンデンサなどの２端子素子である。

図１に示す放熱基板１０の第２面１２には、金属板３０が配置されている。金属板３０には、電子部品２００から発生する熱を電子部品２００の外部に放出するために、熱伝導性が高い材料を使用することが好ましい。例えば、金属板３０に銅（Ｃｕ）板などが好適に使用される。

図１に示す放熱基板１０では、放熱基板１０の全体を電子部品２００から発生した熱が伝搬する。したがって、放熱基板１０によれば、放熱経路を広く設計することにより、電子部品２００からの放熱性を高くすることができる。また、放熱基板１０の全体が放熱経路であるため、放熱基板１０は熱容量が大きいヒートシンクとして機能する。

以下に、図面を参照して図１に示した放熱基板１０の製造方法を説明する。なお、以下に述べる放熱基板１０の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能である。

まず、熱伝導性がガラスよりも高い主原料およびガラスを結合剤として含む原材料ペーストを準備する。主原料は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣおよびＳｉからなる群から選択される少なくとも一種の材料である。そして、図２に示すように、原材料ペースト１００を金属板３０の表面に形成する。例えば、スクリーン印刷などにより、原材料ペースト１００を金属板３０の表面に塗布する。金属板３０は、原材料ペースト１００の形状を安定させる基台としても機能する。

次いで、原材料ペースト１００を金属板３０に配置した状態で焼成して、ガラスを結合剤として主原料を結合した絶縁性の焼成体を形成する。原材料ペースト１００を焼成する焼成温度は、例えば８００度～１０００度程度である。焼成温度は、ガラスが溶解して結合剤として主原料を結合する温度に設定される。金属板３０の材料は、焼成温度に対して耐熱性を有する材料を使用する。

その後、原材料ペースト１００を焼成した焼成体１１０と金属板３０の積層体を所定のサイズに切断する。例えば、図３に示すように、切断線Ｃに沿って焼成体１１０と金属板３０の積層体を切断する。

必要に応じて、放熱基板１０の表面に配線パターンを形成する。そして、放熱基板１０の配線パターンと電子部品２００の電極端子を電気的に接続する。例えば、放熱基板１０の第１面１１に第１配線パターン２１と第２配線パターン２２を形成する。そして、放熱基板１０の第１面１１に、第２配線パターン２２と電子部品２００の第２電極端子２０２が電気的に接続するように、電子部品２００を搭載する。更に、放熱基板１０の第１配線パターン２１と電子部品２００の第１電極端子２０１を、第１導電性ワイヤ４１１により電気的に接続する。これにより、図１に示す放熱基板１０が完成する。

ガラスを結合剤として含む原材料ペースト１００を焼成することにより、原材料の粉末を結合することができる。つまり、ガラスを結合剤として使用することにより、ほぼＡｌＮ膜であるような放熱基板１０又はほぼＳｉＣ膜であるような放熱基板１０を製造することができる。原材料ペースト１００を焼成する焼成温度は、結合剤を用いずにＡｌＮ又はＳｉＣだけを焼結するための焼結温度よりも低い。つまり、焼結温度よりも低い温度で放熱基板１０を製造できる。このため、ガラスを結合剤に使用して主原料を焼成する製造方法によれば、放熱基板１０の製造コストを低減できる。したがって、上記に説明した放熱基板１０の製造方法によれば、熱伝導性が高く安価で絶縁性を有する放熱基板１０を製造することができる。

既に述べたように、相対的に熱伝導性が高い主原料よりも相対的に熱伝導性が低いガラスの含有率を低くするほど、放熱基板１０の熱伝導性を高くすることができる。したがって、放熱基板１０のガラスの含有率は、ガラスを結合剤として主原料を結合できる範囲において、できるだけ低いことが好ましい。ガラスの含有率よりも主原料の含有率を高くすることにより、熱伝導性の高い放熱基板１０を製造することができる。

なお、上記では、第２面１２に金属板３０を有する放熱基板１０の製造方法を説明したが、放熱基板１０の第２面１２に金属板３０を配置しない場合には、原材料ペースト１００を焼成した後に焼成体１１０から金属板３０を剥離してもよい。

また、放熱基板１０の第２面１２に導電性を有する部材を配置する必要がない場合には、金属以外の材料の基台に原材料ペースト１００を形成してもよい。また、原材料ペースト１００の形状が安定していれば、基台に原材料ペースト１００を形成せずに、原材料ペースト１００のみを焼成してもよい。

＜変形例＞
図４に示す変形例の放熱基板１０の第２面１２に配置された金属板３０は、電子部品２００と電気的に接続されている。すなわち、金属板３０は、放熱基板１０の第１面１１に配置された第２配線パターン２２と、放熱基板１０の第１面１１から第２面１２まで貫通するコンタクトホールの内部に配置された内部配線３１によって、電気的に接続されてもよい。図４に示す放熱基板１０では、金属板３０を電極端子として使用することができる。

図４に示す放熱基板１０によれば、電子部品２００で発生する熱を電子部品２００の外部に効率的に放出すると共に、放熱基板１０を挟んで電子部品２００と金属板３０の間で電気信号を伝搬することができる。或いは、金属板３０から電子部品２００に電圧を印加したり電流を供給したりできる。金属板３０には、熱伝導性が高く、かつ導電性の高い材料を使用することが好ましい。例えば、金属板３０に銅板などが好適に使用される。

（その他の実施形態）
上記のように、本実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は本実施形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記では、上面に第１電極端子２０１が配置され、下面に第２電極端子２０２が配置された電子部品２００を、放熱基板１０に搭載した実施形態を示した。しかし、放熱基板１０に搭載される電子部品２００の構成は上記の構成に限られない。例えば、図５および図６に示した構成の電子部品２００と放熱基板１０の組み合わせも可能である。

図５は、上面に第１電極端子２０１と第２電極端子２０２を配置した電子部品２００が、放熱基板１０に搭載された構成を示す。図５に示した放熱基板１０の第１面１１には、第１配線パターン２１と第２配線パターン２２が相互に離間して配置されている。電子部品２００は、第１配線パターン２１と第２配線パターン２２が配置された領域を除いた残余の領域で、放熱基板１０の第１面１１に配置されている。第１電極端子２０１と第１配線パターン２１は、第１導電性ワイヤ４１１によって電気的に接続されている。第２電極端子２０２と第２配線パターン２２は、第２導電性ワイヤ４１２によって電気的に接続されている。電子部品２００の下面に電極端子が配置されていない場合、電子部品２００の下面に配線パターンを配置する必要はない。

図６は、上面に第１電極端子２０１と第２電極端子２０２が配置され、下面に第３電極端子２０３が配置された電子部品２００が、放熱基板１０に搭載された構成を示す。図６に示した放熱基板１０の第１面１１には、第１配線パターン２１、第２配線パターン２２および第３配線パターン２３が相互に離間して配置されている。第１電極端子２０１と第１配線パターン２１は、第１導電性ワイヤ４１１によって電気的に接続されている。第２電極端子２０２と第２配線パターン２２は、第２導電性ワイヤ４１２によって電気的に接続されている。第３配線パターン２３の上に電子部品２００が配置され、電子部品２００の下面に配置された第３電極端子２０３と第３配線パターン２３が電気的に接続されている。第３配線パターン２３は、放熱基板１０の第１面１１から第２面１２まで貫通するコンタクトホールの内部に配置された内部配線によって、金属板３０と電気的に接続されてもよい。例えば、電子部品２００は、第１電極端子２０１がソース電極端子、第２電極端子２０２がゲート電極端子、第３電極端子２０３がドレイン電極端子であるトランジスタであってもよい。上記のように、３端子素子である電子部品２００を放熱基板１０に搭載してもよい。

また、上記では、放熱基板１０に搭載される電子部品が１個である実施形態を説明したが、放熱基板１０に搭載される電子部品が複数であってもよい。

このように、本実施形態はここでは記載していない様々な実施形態などを含む。

１０…放熱基板
１１…第１面
１２…第２面
２１…第１配線パターン
２２…第２配線パターン
２３…第３配線パターン
３０…金属板
３１…内部配線
１００…原材料ペースト
１１０…焼成体
２００…電子部品
２０１…第１電極端子
２０２…第２電極端子
２０３…第３電極端子

Claims

電子部品を搭載可能な放熱基板であって、
前記電子部品を搭載する搭載領域が定義された第１面と、
前記第１面に対向する第２面と
を備え、
熱伝導性がガラスよりも高い主原料が前記ガラスを結合剤として結合された構造であって、絶縁性を有する放熱基板。
前記主原料の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１に記載の放熱基板。
前記主原料が、窒化アルミニウム、シリコンカーバイトおよびシリコンからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、請求項１又は２に記載の放熱基板。
前記ガラスの含有率よりも前記主原料の含有率が高い、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱基板。
前記第２面に配置された金属板を更に備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放熱基板。
結合剤であるガラスおよび熱伝導性が前記ガラスよりも高い主原料を含む原材料ペーストを準備し、
前記原材料ペーストを焼成して、前記ガラスを結合剤として前記主原料を結合し、絶縁性を有する放熱基板を形成する、
放熱基板の製造方法。
前記原材料ペーストは、前記ガラスの含有率よりも前記主原料の含有率が高い、請求項６に記載の放熱基板の製造方法。
前記主原料が、窒化アルミニウム、シリコンカーバイトおよびシリコンからなる群から選択される少なくとも一種の材料である、請求項６又は７に記載の放熱基板の製造方法。
８００度～１０００度の焼成温度で前記原材料ペーストを焼成する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の放熱基板の製造方法。
前記原材料ペーストを金属板の表面に形成した状態で焼成する、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の放熱基板の製造方法。