JP4821854B2 - 放熱配線基板 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばＬＥＤ素子などの発熱性素子を実装する、金属配線板と熱伝導性樹脂層と放熱板とからなる放熱配線基板とその製造方法に関する。
図２０Ａは、従来の放熱配線基板の斜視図、図２０Ｂは同断面図である。
図２０Ａと図２０Ｂに示すように、従来の放熱配線基板１０１は、金属配線板１０３とフィラ入り樹脂層１０４と放熱板１０５とを備えている。金属配線板１０３は回路パターンを形成し、貫通溝１０２を有する。フィラ入り樹脂層１０４はこの金属配線板１０３の上面が表出するように同金属配線板１０３を埋め込んでいる。放熱板１０５はこのフィラ入り樹脂層１０４の下面に配置されている。この貫通溝１０２は、プレスによって金属配線板１０３の上面から下面までを打ち抜かれて形成され、金属配線板１０３の表面に対して略垂直な直線形となっている。
このような放熱配線基板１０１は、実装した電子部品の熱を、フィラ入り樹脂層１０４を介して放熱板１０５へと放出することができる。
したがって、ファインパターン化に伴い電子部品を高密度に実装する場合も、電子部品の熱信頼性の低下を抑制することができる。
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては以下の特許文献が挙げられる。
しかし、上述の従来の放熱配線基板１０１は、回路パターンを形成する貫通溝１０２に、フィラ入り樹脂を充填しきれなかった隙間が生じることがある。この隙間部分に塵埃などが入り込み、電気的絶縁に対する信頼性が低下することがある。
これは、貫通溝１０２が金属配線板１０３に対してほぼ垂直な直線形であるため、この金属配線板１０３の表面から貫通溝１０２内部に向けて、フィラ入り樹脂の流路が急速に狭くなり、流動抵抗が大きくなったり詰まり易くなったりするためである。
また貫通溝１０２が細くなるほど、又はフィラの含有率が高まるほど、フィラ入り樹脂の流動性はさらに悪化し、上記問題は顕著である。
また、図２１は、従来の貫通孔を拡大した模式断面図である。図２１に示すように、回路パターン用の貫通溝１１４はプレスによって形成しているため、貫通溝１１４は金属配線板１１５の表面に対してほぼ垂直な直線形となる。その結果、金属配線板１１５の表面から貫通溝１１４内部に向けてフィラ入り樹脂の流路が急速に狭くなり、流動性が悪くなっている。
また、ファインピッチ化の要請に応えるため、貫通溝１１４を狭くしたり、熱伝導性を向上するためフィラ１２２の含有率を上げたり、異なる粒径のフィラ１２２を混合するほど、フィラ１２２が入った樹脂の流動性はさらに悪化し、上記問題は顕著となっている。
特開２００３−１５２１４８号公報
放熱配線基板は、回路パターンが形成された金属配線板と、金属配線板の上面が表出するように金属配線板が埋め込まれたフィラ入り樹脂層と、フィラ入り樹脂層の下面に配置された放熱板とを備え、回路パターンの一部を分割する隙間は金属配線板に設けられた貫通溝によって形成され、貫通溝は、金属配線板の上面で開口する微細溝と、微細溝の下端部から金属配線板の下面に向かって広がる拡張溝とからなり、前記微細溝の内壁の表面粗度と前記拡張溝の内壁の表面粗度との差は、Ｒａで、０．１ミクロン以上で１０ミクロン以下としている。
本発明を、実施の形態１から６と共に以下に説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１では、発熱部品を高密度に隣接して実装する場合について説明する。ここで発熱部品としては、パワー半導体（パワートランジスタやパワーＦＥＴ、ＣＰＵ等）や、超小型のトランス、あるいはＬＥＤ等の電子部品である。こうした電子部品は小型化するほど、機器の小型化に貢献できる。しかしこうした電子部品は小型化するほど、あるいは電子部品の実装形態（例えばパッケージの形態）が小さくなるほど（更にはベアチップ実装した場合など）、発熱（あるいは放熱）が重要な課題となる。そこで実施の形態１では発熱部品の一例としてＬＥＤを選び、具体的に説明する。
実施の形態１では、ＬＥＤ実装用の基板であって、１００Ａ（アンペア）の大電流用の放熱配線基板１０を例にして説明する。
図１は、実施の形態１の放熱配線基板１０上に実装された発熱部品の一例としてのＬＥＤ１１、制御用ＩＣ１２、チップ部品１３を示している。なお、一部の電子部品及び配線パターンは省略して示している。図１において貫通溝１４は、ＬＥＤ１１に隠れて見えない。
初めに、実施の形態１の構造について述べる。
図２Ａは実施の形態１における放熱配線基板１０の上面図、図２Ｂはその断面図である。
図２Ａの放熱配線基板１０の上面図および図２Ｂの断面図に示すように、放熱配線基板１０は、回路パターン用の貫通溝１４が形成された金属配線板１５と、この金属配線板１５の下面に配置されたフィラ入り樹脂層１６と、このフィラ入り樹脂層１６の下面に配置された放熱板１７とを備えている。またこの金属配線板１５は接続端子１８を介し、外枠１９と繋がっている。
そして金属配線板１５は、その上面が表出するようにフィラ入り樹脂層１６に埋め込まれ、一体化されている。また金属配線板１５に形成された回路パターン用の貫通溝１４は、微細溝２０と拡張溝２１とが互いに上下に接続したものである。このように微細溝２０と拡張溝２１とが金属配線板１５の内部で接続し、貫通溝１４となる。
また微細溝２０の金属配線板１５の表面側（あるいは上面）における開口部を開口部２０ａ、微細溝２０の拡張溝２１側における開口部を下端部２０ｂとする。微細溝２０と拡張溝２１は、微細溝２０の下端部２０ｂにおいて互いに接続し、一つの貫通溝１４を形成する。
なお拡張溝２１の最大溝幅（拡張溝２１の金属配線板１５の下面における溝幅、あるいはフィラ入り樹脂層１６側の溝幅に相当）は、微細溝２０の下端部２０ｂや開口部２０ａにおける溝幅よりも大きくすることが望ましい。
図３は、貫通溝１４付近を拡大した模式断面図である。図３は、フィラ２２も表示している。微細溝２０は、その開口部２０ａ（金属配線板１５の上表面の露出部）から下端部２０ｂ（拡張溝２１との接続部分）にかけて溝幅が徐々に広がるように形成されている。開口部２０ａの溝幅より、下端部２０ｂの溝幅の方が広い。
そしてこの微細溝２０の下端部２０ｂは、拡張溝２１と明確な界面を持たず、なだらかにつながっている。この拡張溝２１は、微細溝２０の下端部２０ｂから金属配線板１５の下面に向けて、溝幅が徐々に広がる構造となっている。明確な界面を形成しないことで、フィラ入り樹脂層１６の充填が容易となり、充填品質を管理しやすい。
また、微細溝２０および拡張溝２１の内壁には酸化膜（図示せず）を設け、この微細溝２０の酸化膜は拡張溝２１の酸化膜の膜厚よりも小さい。また、微細溝２０の表面粗度は拡張溝２１の表面粗度より低く（平滑に）なるように形成されている。こうすることで、フィラ入り樹脂層１６の充填を容易にしている。
なお、実施の形態１では、金属配線板１５として厚みが０．３ｍｍの銅合金からなる基板を用いた。そしてこの金属配線板１５の組成は、銅（以降、Ｃｕとも記載する）を主体とし、錫（以降、Ｓｎとも記載する）を０．１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満添加し、ＣｕとＳｎを合わせると９９．９６ｗｔ％を越える。また線膨張係数は８×１０-6／℃〜２０×１０-6／℃のものが用いられている。
なお、金属配線板１５の厚みは、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが望ましい。厚すぎると後述のレーザ加工の加工性が悪くなり、薄すぎるとＬＥＤ１１を制御するのに必要な大電流（３０Ａ〜１５０Ａ程度）を流すことができなくなるためである。
また主成分をＣｕとしたのは、熱伝導性と導電性に優れるためであり、Ｓｎを添加したのは軟化温度を約４００℃まで高められるからである。軟化点が高いと、その後の部品実装時（半田付け時）や、ＬＥＤ１１の実装後の発熱／冷却の繰り返し等における信頼性を高く保つことができる。
Ｃｕに添加する元素としては、Ｓｎ以外にも、ジルコニウム（以降、Ｚｒとも記載する）、ニッケル（以降、Ｎｉとも記載する）、珪素（以降、Ｓｉとも記載する）、亜鉛（以降、Ｚｎとも記載する）、リン（以降、Ｐとも記載する）、鉄（以降、Ｆｅとも記載する）、クロム（以降、Ｃｒとも記載する）、などが挙げられ、それぞれ適した添加量がある。この添加量が少なすぎると、Ｃｕの軟化温度の上昇が少なく、添加量が多すぎると電気特性に影響を及ぼすことがある。これらの観点から、Ｚｒならば０．０１５ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満、Ｎｉは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％未満、Ｓｉは０．０１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、Ｚｎは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％未満、Ｐは０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満、Ｆｅは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｃｒは０．０５ｗｔ％以上１ｗｔ％以下とすることが望ましい。尚、ｗｔ％は重量パーセントを表している。またこれらの元素は、この含有率の範囲で単独、もしくは複数種を添加して用いることができる。
また上記の銅合金の引張り強度は、６００Ｎ／ｍｍ2以下が望ましい。この程度の引張り強度（柔らかさ）が、加工性に適しているためである。またＣｕの含有率が高いと導電率が高くなり、ＬＥＤ１１等の大電流用途に向いている。
なお金属配線板１５としてタフピッチ銅（Electrolytic tough pitch copper）を選んでも良い。これはタフピッチ銅が、電気や熱の伝導性に優れ、展延性や絞り加工性がよいためである。
また金属配線板１５として無酸素銅（Oxygen free copper）を選んでも良い。これは無酸素銅が、電気や熱の伝導性に優れ、溶接性が良いためである。
なお実施の形態１では、金属配線板１５の上面すなわち図１のフィラ入り樹脂層１６から露出し、ＬＥＤ１１や制御用ＩＣ１２、チップ部品１３が実装された面には、予め半田層（図示せず）が形成されている。これにより半田付け性が向上し、部品を実装しやすくなる。また配線の錆を抑制することができる。この半田層の代わりに、錫層を形成してもよい。ただし、金属配線板１５の下面すなわちフィラ入り樹脂層１６に埋め込まれた面には、半田層や錫層は形成しない方がよい。半田付け時などにおける熱工程でこの半田層あるいは錫層が柔らかくなり、金属配線板１５とフィラ入り樹脂層１６との接着性が低下する場合があるためである。
また実施の形態１では微細溝２０の深さは０．０５ｍｍとした。この微細溝２０の深さは加工性を考慮して、０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とすることが望ましい。
微細溝２０の深さが０．０３ｍｍ未満になるように制御することは技術的に難しい。また微細溝２０の厚みを０．１５ｍｍ以上とした場合、微細溝２０の溝幅を狭く加工することが技術的に難しい。
そして実施の形態１では、図３に示すように、微細溝２０の幅は開口部２０ａが０．０３ｍｍで最小となり、下端部２０ｂが０．０５ｍｍで最大となるようなテーパ構造である。この微細溝２０の最小幅は０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下、微細溝２０の最大幅は０．０１５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下に形成することが望ましい。
なお微細溝２０の側面を形成するテーパ形状は、直線状（例えばすり鉢型）、あるいは曲線状（例えばベルジャー型あるいは釣鐘型）であっても良い。そしてこのような先細りの断面形状とすることで、フィラ入り樹脂層１６の加圧注入性を高める。
なお微細溝２０の開口部２０ａの幅と、微細溝２０の下端部２０ｂの溝幅の差は５ミクロン以上とすることが望ましい。この溝幅の差が５ミクロン以下の場合、テーパ（釣鐘型等も含む）として機能しない場合があり、フィラ入り樹脂層１６の充填性に影響を与える場合がある。
また、実施の形態１では、拡張溝２１の最大幅は０．３ｍｍとした。この拡張溝２１の最大幅は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
なお拡張溝２１の最大幅（例えば図３における金属配線板１５の下面側、あるいは微細溝２０の逆側）は、微細溝２０の開口部２０ａにおける溝幅より大きい。互いの位置ズレを吸収するためには０．０５０ｍｍ以上大きいことが望ましい。
また一つの貫通溝１４を形成する微細溝２０と拡張溝２１を比べた場合、拡張溝２１の最大幅より、微細溝２０の最大幅（特に微細溝２０の開口部２０ａにおける溝幅）を小さくすることが望ましい。こうすることで、拡張溝２１と、微細溝２０を、別々の工程で互いに重なるように形成する場合の、互いの位置ズレ（アライメントずれ、寸法ズレ等）を吸収することができる。
また、実施の形態１は、フィラ入り樹脂層１６としてエポキシ樹脂にＡｌ2Ｏ3からなるフィラ２２を充填させたものを用いた。エポキシ樹脂が用いられたのは、耐熱性や電気絶縁性に優れているためである。
その他フィラ入り樹脂層１６用の樹脂として、フェノール樹脂やシアネート樹脂などの熱硬化性樹脂を用いてもよい。
そしてフィラ２２としては、Ａｌ2Ｏ3の他に、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＢＮ及びＡｌＮの少なくとも何れか一つからなる無機フィラを充填させたものを用いてもよい。これらの無機成分からなるフィラ２２によって放熱性を高めることができる。また特にＭｇＯを用いると線熱膨張係数を大きくすることができ、ＢＮを用いると線熱膨張係数を小さくできる。このように、充填するフィラ２２の種類などでフィラ入り樹脂層１６の熱膨張係数を調整することによって、金属配線板１５や回路パターンに用いる金属との熱膨張係数を近似させ、放熱配線基板１０全体の熱信頼性を向上させることができる。またＳｉＯ2を用いると誘電率を小さくでき、絶縁性を向上させることができる。
また実施の形態１で用いたＡｌ2Ｏ3からなるフィラ２２は、平均粒径３ミクロンと平均粒径１２ミクロンの２種類のＡｌ2Ｏ3を混合したものである。この大小２種類の粒径のＡｌ2Ｏ3を用いることによって、大きな粒径のＡｌ2Ｏ3の隙間に小さな粒径のＡｌ2Ｏ3を充填できるので、Ａｌ2Ｏ3を９０ｗｔ％近くまで高濃度に充填できる。この結果、フィラ入り樹脂層１６の熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ程度となる。なお、図３に示すフィラ２２は、一種類の大きさのフィラ２２のみ示し、簡略化している。
また無機フィラやエポキシ樹脂に、熱伝導率の高い材料を用いることで、フィラ入り樹脂層１６の熱伝導率を１０〜２０Ｗ／ｍＫ程度とすることもできる。
そして、このフィラ２２は、直径が０．１〜１００μｍの範囲でできるだけ小さいものを用い、７０〜９５ｗｔ％程度に高濃度に充填すれば、熱伝導率を上げることができる。ここで、フィラ２２の充填率が９５ｗｔ％を超えると成形し難くなり、フィラ入り樹脂層１６と金属配線板１５との接着性も低下する。
なおフィラ入り樹脂層１６の厚さは、薄くすれば、金属配線板１５からの熱を放熱板１７へ伝えやすくなるが、絶縁耐圧が低下する。一方、厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さに設定すれば良い。
なお、実施の形態１では、この熱硬化性樹脂からなるフィラ入り樹脂層１６に予め熱可塑性樹脂粉末からなるプレゲル材を添加した。このプレゲル材は、未硬化の熱硬化性樹脂の液状成分を吸収して膨張し、素早くゲル化させるため、フィラ入り樹脂層１６が半硬化状態で金型から取り出すことができる。
ここでプレゲル材とは、例えばアクリル樹脂、ビニル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂であり、液状のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に対して、容易に溶解する相溶性の良い樹脂材料を用いることが望ましい。またプレゲル材を粉状にするのは、液状成分の吸収性を高めるためであり、その粒径は２〜５０μｍ、更には１〜１０μｍ程度の粉体とすることが望ましい。またゲル化状態（あるいは半硬化状態）となったフィラ入り樹脂層１６は、本硬化前（あるいは熱硬化前）であるので、例え金型等の表面にその一部が汚れとして付着しても、容易に除去することができ、作業性を改善する効果がある。
このプレゲル材は、フィラ入り樹脂層１６に対して０．１ｗｔ％から３．０ｗｔ％の割合で添加される。プレゲル材をフィラ入り樹脂層１６に対して０．５ｗｔ％から１．５ｗｔ％の割合で添加するのが望ましい。プレゲルの添加割合を０．１ｗｔ％未満にすると、添加効果が得られない。一方、プレゲルの添加割合が３．０ｗｔ％を超すと、成形性に影響を与えてしまう。
そして金型から取り出した半硬化状態のサンプルを、別に用意した硬化設備で一括して硬化することができ、その生産性を高めることができる。
また、実施の形態１は、放熱板１７として厚みが１ｍｍの銅基板を用いた。銅の他には、アルミニウム、銅やアルミニウムを主成分とした合金などの熱伝導の良い金属を用いることもできる。
また、放熱板１７の下面（フィラ入り樹脂層１６を積層した面と反対側の面）に、表面積を広げるためにフィン部（図示せず）を形成すれば、より放熱性を高めることができる。
なお図３において、金属配線板１５の表面に実装したＬＥＤ１１は、一つの貫通溝１４の左右に１個ずつ実装するように図示しているが、例えば、一つの貫通溝１４の上に一つのＬＥＤ１１が跨るように実装することも可能である。このように一つの貫通溝１４によって電気的に絶縁した金属配線板１５の上に、その貫通溝１４を跨るようにＬＥＤ１１をバンプやワイヤーボンド（共に図示していない）で実装することで、ＬＥＤ１１に発生した熱を効率良く放熱できる。これはＬＥＤ１１に発生した熱を、金属配線板１５の厚み方向に放熱するだけでなく、金属配線板１５の平面方向に放熱することができるためである。これは、平面的なヒートスプレッド効果とも呼ばれる。
次に、レーザを用いた製造方法の一例について説明する。
以下に、実施の形態１における放熱配線基板１０の製造方法を説明する。
まず、図２Ｂに示す金属配線板の１５下面側を、第一のレーザとしてのＹＡＧレーザあるいはＣＯ２レーザで照射して、拡張溝２１が形成される。
次に、この拡張溝２１の最深部を、第二のレーザとしての波長１．０６μｍ、パルス幅３０ｎｓのＹＡＧを用いたグリーンレーザで照射して、微細溝２０が形成され、金属配線板１５の上面まで貫通させられる。
なお実施の形態１では、第二のレーザのスポット径を小さくするため、このグリーンレーザ（例えば波長５３２nｍ）を光ファイバから放射し、微細加工を実現した。この第二のレーザとしては、６００nｍ以下、更にはグリーンレーザあるいはより短い波長のレーザを用いてもよい。
またこの第二のレーザは、非常にパルス幅が短いため、レーザ照射で発生した熱が被加工物、例えば金属配線板１５のレーザ照射部分の近傍に拡散する前に、レーザ照射が終了することになる。そのため、熱ダメージ、例えば金属配線板の熱変形等が発生しにくくなる。その結果、微細な溝を高精度に形成することができる。加えて、第二のレーザの波長は短いので配線を構成する金属材料（特に銅）へのエネルギー吸収効果が高く、金属配線板１５のレーザ照射部分を局所的に急速に昇温でき、レーザ照射部分の近傍への熱拡散も少ない。そのため、熱ダメージが発生しにくくなる。その結果、微細な溝を高精度に形成することができる。こうして、加工面の熱的変質を抑制し、微細な貫通溝１４を高精度かつ高アスペクト比で形成することができる。
なお、第一のレーザおよび第二のレーザを用いて拡張溝２１および微細溝２０を加工すると同時に、微細溝２０および拡張溝２１の内壁が酸化し、表面に酸化銅からなる絶縁性酸化膜（図示せず）を形成することができる。
この時、実施の形態１の製造方法では、拡張溝２１より微細溝２０の方が膜厚の小さい（薄い）酸化膜を形成することができる。
この理由としては、微細溝２０を形成する第二のレーザの方が、拡張溝２１を形成する第一のレーザより波長が短く、パルス幅が小さい為と考えられる。
次に図４を用いてレーザについてさらに説明する。図４はレーザのパルス幅と出力の関係を示す図であり、横軸は時間（単位はｓｅｃ）、縦軸はレーザ出力（単位はＷ）である。
なお、図４での第一のレーザ４１と第二のレーザ４２は、それぞれ照射されるレーザのエンベロープを現している。第一のレーザ４１としては２種類のエンベロープが記載されている。すなわち、矩形状のエンベロープと、階段状のエンベロープである。図４には記載していないが、第一のレーザ４１のエンベロープは正規分布的な形状であっても良い。
すなわち、図４に示すように、第二のレーザ４２は第一のレーザ４１よりピーク時のエネルギーが大きくなり、瞬時に基質すなわち金属配線板１５を蒸発させることができるため、最小限のエネルギーで加工が進行し、熱酸化反応を抑制することができると考えられる。
なお第二のレーザ４２のパルス幅は短いほど、その熱ダメージを低く抑えられる。これはレーザ加熱が瞬間に終わるため、熱ダメージが広がりを抑えられる。
なお酸化膜は、レーザ照射によって発生した変質部分、あるいはダメージ部分も含むものであり、こうした変質部分の発生は、金属配線板１５の電気抵抗や熱伝導性に影響を与える可能性がある。そのため微細溝２０における酸化膜を積極的に薄くすることで、微細溝２０付近の電気抵抗や熱伝導性に対する酸化膜あるいは変質部分の影響を抑えられる。
なお金属配線板１５に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いた場合、微細溝２０における表面層を金属酸化物、例えばアルミニウム酸化膜とすることもできる。
このように貫通溝１４を形成した後、金属配線板１５の上面にフィルム２３を貼り付け、金属配線板１５が金型に設置される。
次に、フィラ入り樹脂の塊を、中央が凸になるように丸型あるいは蒲鉾型、台形、円柱、球状にまとめ、金属配線板１５の下面側に置かれる。そしてこのフィラ入り樹脂を加熱プレス、あるいは真空加熱プレス等によって拡張溝２１および微細溝２０の内部に隙間ができないように充填し、フィラ入り樹脂層１６が形成される。
なお、フィルム２３は、このプレス時に上記フィラ入り樹脂が回路パターン上に回り込むのを抑制するためのものである。またプレス時に空気が残ると、熱伝導性や絶縁性が低下するため、フィルム２３には多数の孔を形成しておき、通気性を高められている。実施の形態１では、フィルム２３として、ポリプロピレンにレーザで複数の孔を形成したものを用いたが、その他不織布に粘着剤を薄く塗布したものなどを使うこともできる。
そして次に、前述のフィラ入り樹脂層１６の下面に放熱板１７が配置されて、金型で押さえられる。
その後この放熱配線基板１０は２００℃で１分間加熱される。この加熱によって、フィラ入り樹脂層１６を半硬化させ、金型から取り外すことができる。
そして、さらにこの放熱配線基板１０を２００℃のオーブンに入れ、フィラ入り樹脂層１６を本硬化させると実施の形態１の放熱配線基板１０が完成する。
なお、実施の形態１では、微細溝２０および拡張溝２１を形成する工程でレーザを用いたが、溝幅が０．２ｍｍ以上の比較的粗いパターンの部分は打ち抜きプレスなどの手法を用いてもよい。
例えば金属配線板１５を、溝幅０．２ｍｍ以上の比較的粗いパターンとし、この部分はプレスで一括成形される。微細溝２０が必要な部分に、微細溝２０及び拡張溝２１からなる貫通溝１４を形成することで、生産性を高めることができる。このように金属配線板１５の必要部分、あるいは局所的に微細溝を形成することで、放熱配線基板１０の生産性を高め、低コスト化を実現する。
実施の形態１では、フィラ入り樹脂の充填を容易にし、塵埃などによる電気的絶縁に対する信頼性を向上させることができる。
この理由を以下に説明する。
図３に示すように、微細溝２０と拡張溝２１は明確な界面がないなだらかな面で繋がっており、微細溝２０の開口部２０ａから金属配線板１５の下面に向かって溝幅が広がるように形成されている。したがって、金属配線板１５の下面からフィラ入り樹脂を充填すれば、このフィラ２２入り樹脂の流路を除々に狭めていくことができ、流動性が良好となる。そしてその結果、微細溝２０へ隙間のないようにフィラ２２入り樹脂を充填していくことができ、塵埃などによる電気的絶縁に対する信頼性を向上させることが出来る。
また圧力をかけてフィラ２２入り樹脂を充填する際、貫通溝１４とフィラ入り樹脂層１６の界面に空気残り（ボイドと呼ばれる）が発生しにくくでき、ＬＥＤ１１等に発生した熱を金属配線板１５からフィラ入り樹脂層１６へ伝えやすくなる。またフィラ入り樹脂層１６と金属配線板１５との接着面積を広げることで、接着力を高める効果もある。
この構造は、近年の回路パターンのファインピッチ化の要望にも対応するため微細溝２０の溝幅を狭くする場合や、熱伝導性を向上させる為フィラ２２の含有率を増加させる場合も、フィラ入り樹脂層１６を高充填しやすくなり有用である。
なお、微細溝２０を加工する際、第二のレーザを拡張溝２１の下方から照射したため、上記のように微細溝２０の下端部２０ｂに多くのエネルギーが吸収される。そうして、拡張溝２１との界面をなだらかにし、さらに下端部２０ｂの方が開口部２０ａより溝幅が大きくなるように形成できる。
また、開口部２０ａには余剰なエネルギーが吸収されないため、下端部２０ｂよりさらに平滑に形成することができる。したがって、ＬＥＤ１１などの電子部品の実装面である金属配線板１５の上面のバリやドロスの発生を低減することができる。
また、微細溝２０の内壁を平滑に加工することができ、フィラ２２を高濃度（７０〜９５ｗｔ％）含有したフィラ２２入り樹脂の充填率をより向上させることができる。
この理由を以下に説明する。
すなわち、微細溝２０を加工する際、拡張溝２１を形成するＹＡＧレーザやＣＯ2レーザと比較し、波長が１／２以下となるＹＡＧを用いたグリーンレーザを用いている。したがって、スポット径を小さくすることで、微細な加工をより高精度に行うことができ、その結果微細溝２０の内壁の表面形状も平滑になる。
また、微細溝２０を形成する際の第二のレーザとして、パルス幅が従来の一般的なレーザと比較し１／１０程度の３０ｎｓのＹＡＧを用いたグリーンレーザを用いていることから、微細溝２０の内壁をより平滑にすることができる。
これは、非常に短いパルス幅（パルス幅３０ｎｓ）のレーザを用いた場合は、金属配線板１５の熱拡散長も約５μｍと短くなり、熱的変質を抑制できるためである。これにより、微細溝２０を高精度に加工することができ、その結果微細溝２０の内壁形状をより平滑にすることができる。
なお、実施の形態１では、微細溝２０の内壁は拡張溝２１の内壁よりも表面粗度が低くなる（平滑になる）ように形成している。
これは、微細でフィラ２２入り樹脂が入り込みにくい微細溝２０の内壁は、より平滑にして樹脂の流動抵抗を小さくし、フィラ入り樹脂層１６の充填率を向上させる為である。
そして拡張溝２１の内壁は、粗度を大きくすることによって、アンカー効果が発生し、フィラ入り樹脂層１６の密着性を向上させることができる。また、拡張溝２１の内壁を粗面とすることによって、フィラ２２と複数の点で接触させることが出来、熱伝導性を向上させることが出来る。
また実施の形態１では、一旦拡張溝２１を形成し、金属配線基板の厚みを薄肉化してから微細溝２０を形成するため、この微細溝２０をよりファインピッチに形成することができる。
すなわち、基質が分厚すぎると、レーザビームが的確に貫通せず、微細な溝を形成することが困難である。しかし実施の形態１では、一旦拡張溝２１を形成していることから、この拡張溝２１の深さを調整することによって微細溝２０の深さを小さくすることができる。
たとえば、微細溝２０の深さを０．１５ｍｍ以下にすることができれば、実施の形態１における製法を用いることによって、最小幅０．０３ｍｍの微細溝２０も容易に形成することができる。
また金属配線板１５全体の厚みは０．３ｍｍ以上に出来ることから、熱伝導性を向上させることが出来る。
またこのように拡張溝２１を形成することによって、微細溝２０のアスペクト比を小さくすることができ、加工時間も短縮できるため、レーザ加工時に発生するドロス（飛び散った溶融物が冷却固着したもの）を低減することができ、加工面がより平滑になる。
このように微細溝２０の内壁を、ドロス（汚れ）が少なく、平滑な面とすることによってフィラ入り樹脂の流動性が良好となり、その結果信頼性および絶縁性を向上させることができる。さらに、微細溝２０のアスペクト比が小さくなることによって、フィラ入り樹脂を充填しやすくなる。
なおフィラ２２の粒径を大小異なるものとすることで、フィラ２２の充填率を高められるが、この場合、粒径の大きなフィラ２２は、狭い隙間に充填するのが難しい課題がある。しかし貫通溝１４を拡張溝２１及び微細溝２０から構成することで、粒径の大きなフィラ２２であっても、狭い隙間に充填しやすくなる。安価なアルミナと、高価なＢＮ等を組み合わせた場合での、微細な隙間への充填性を高められる。
さらに、実施の形態１では、微細溝２０および拡張溝２１の内壁には酸化膜が形成されているため、絶縁性を向上させることができる。またこの酸化膜は、レーザ加工時の熱で形成することができるため、実施の形態１のように微細溝２０および拡張溝２１をレーザで加工すれば、それぞれの内壁に、貫通溝１４形成と同時に酸化膜を形成することができ、生産性に優れる。
ここで、微細溝２０の酸化膜は薄い方が望ましい。これは、微細溝２０の開口部２０ａは部品の実装面に露出しているため、脆性の大きい酸化膜の劈開による影響を抑制するためである。なお、劈開による影響とは、劈開により金属配線板１５の表面が荒れ、電子部品が実装しにくくなったり、残渣により信頼性を損なったりすることが挙げられる。
更に微細溝２０の内壁と、拡張溝２１の内壁に形成する酸化膜の厚みを変化させることで、それぞれの内壁に対するフィラ入り樹脂層１６に対する濡れ性も調整できる。この場合、それぞれの内壁に形成する酸化膜の厚みは０．０１ミクロン以上異なるものとすることが望ましい。厚みが０．０１ミクロン未満の場合、酸化膜にピンホールが発生しやすく、酸化膜の形成効果が得られない場合がある。
実施の形態１では、前述のように、レーザの波長とパルス幅の条件によって、微細溝２０の酸化膜を拡張溝２１の酸化膜よりも膜厚を小さく（薄く）しているため、絶縁性を確保しつつ、劈開を低減し、信頼性を向上させることができる。
また、実施の形態１では、拡張溝２１の形状をアーチ状としたため、フィラ入り樹脂の充填時の熱膨張あるいは硬化収縮の際の応力を効果的に分散することが出来、放熱配線基板１０の熱変形を抑制することができる。
（実施の形態２）
次に図５を用いて、実施の形態２について説明する。尚、実施の形態１での説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
実施の形態２は、例えば拡張溝２１をエッチングや機械加工等で形成し、微細溝２０をレーザで形成した場合に相当する。
図５は、微細溝２０の表面に酸化膜２４を形成した様子を示す模式断面図である。ここで絶縁膜とは、微細溝２０の表面に酸化膜２４を形成することで、絶縁膜を併用することによる絶縁効果を高めることができる。酸化膜２４としては、金属配線板１５の表面を酸化して形成した金属酸化膜を用いることができる。
図５において貫通溝１４の一部は、金属配線板１５の上面に開口部２０ａを有する微細溝２０と、この微細溝２０の下端部２０ｂから前記金属配線板１５の下面に向かって広がる拡張溝２１とから形成されている。また、微細溝２０の内壁には、拡張溝２１の内壁に形成された酸化膜（図示せず）よりも膜厚の大きい絶縁膜２４が形成されている。さらに拡張溝２１の内壁は、微細溝２０の内壁よりも表面粗度が小さく（平滑に）なるように形成されている。
図５に示すような拡張溝２１は、金属配線板１５の裏面側から、例えば化学エッチングや、金型の押し付け加工で形成することができる。そしてこの金属配線板１５の同じく裏面側から、拡張溝２１に重なるように、レーザ等で微細溝２０を形成して、貫通溝１４が形成される。こうすることで、下から上に向けて溝幅が狭くなる２段構成の溝、あるいは大小の溝が重なった溝が形成される。
そしてこの微細溝２０の下端部２０ｂは、拡張溝２１と明確な界面を持たず、なだらかにつながる。この拡張溝２１は、微細溝２０の下端部２０ｂから金属配線板１５の下面に向けて、溝幅が徐々に広がる構造となっている。また、微細溝２０の内壁には、拡張溝２１の内壁に形成された酸化膜（図示せず）よりも膜厚の大きい酸化膜２４が形成されている。さらに拡張溝２１の内壁は、微細溝２０の内壁よりも表面粗度が小さく（平滑に）なるように形成されている。
このように微細溝２０を形成するに当たり、レーザ加工等により積極的に微細溝２０の内壁には、拡張溝２１の内壁と比較し、膜厚の大きい酸化膜２４を形成することができる。これは、レーザ加工することによって加工面が熱酸化されるためである。そしてこの酸化膜２４によって、微細溝２０における電気絶縁性をさらに向上させることができる。なお、この酸化膜２４は、樹脂の充填がし難い微小な微細溝２０において、電気絶縁性を強化させるのに有用である。
ここで、微細溝２０の酸化膜２４の膜厚は均質な方が好ましい。これは、膜厚が不均質であると、脆性の大きい酸化膜２４は容易に劈開してしまうためである。そしてこの劈開によって金属配線板１５の表面が荒れると、電子部品が実装しにくくなったり、残渣により信頼性を損なったりする。
なお、実施の形態２でも、図４に示すように、非常に短いパルスのレーザを用いたため、急激な蒸発で基質材料を飛散させ、熱が基質の周囲に拡散する前に、溝を形成することができる。よって、加工面の熱的変質を抑制し、比較的均質な酸化膜２４を形成することができる。
また実施の形態２では、実施の形態１で述べたように、レーザの波長とパルス幅の条件によって、微細溝２０の酸化膜２４を拡張溝２１の酸化膜よりも膜厚を小さく（薄く）している。そのため、絶縁性を確保しつつ、劈開を低減し、信頼性を向上させることができる。
例えば、金属配線板１５にアルミニウムやアルミニウム合金を用いた場合、微細溝２０の表面に酸化膜２４としてアルミニウムの酸化膜を形成することができる。そしてこの酸化膜２４を絶縁層とすることができる。
また酸化膜２４を形成することで、金属配線板１５と、フィラ入り樹脂層１６との接着力例えばピール強度を高めることができる。例えば、フィラ入り樹脂層１６と金属配線板１５、例えば銅やアルミニウム、あるいはこれらのクラッド合金等の接着力が低い場合、積極的に酸化膜２４を形成することで、樹脂との接着力を高めることができる。
特にエッチングや機械加工で拡張溝２１を形成した場合、金属配線板１５やフィラ入り樹脂層１６の組合せによっては、互いの接着強度が低下する場合がある。こうした場合、例えば図５に示すように、微細溝２０の表面に酸化膜２４を形成することで、フィラ入り樹脂層１６との接着力を高めることができる。
また金属配線板１５に銅を用いた場合、フィラ入り樹脂層１６との接着力が影響を受ける場合がある。こうした場合、図５に示す酸化膜２４を、酸化膜２４としてではなく、表面粗さを粗くした層あるいは粗面化層、あるいは接着改善層としても良い。例えば短波長のレーザで微細溝２０を形成する場合、前述したように、その加工面の表面粗さは小さくなる傾向があるが、レーザ照射パルスやレーザの送り速度を調整、例えば高速加工することで、その加工面あるいは切断面に積極的に凹凸を形成することができる。そしてこうして形成した凹凸面を酸化膜２４の代わりに微細溝２０とフィラ入り樹脂層１６との界面部分として形成することができる。そしてこの凹凸面（酸化膜２４と併用してもよい）を、一種のアンカー層とすることで、微細溝２０とフィラ入り樹脂層１６との接着強度を高めることもできる。
（実施の形態３）
次に図６から図９を用いて、実施の形態３について説明する。
図６は、金属配線板１５の両側から溝加工し、貫通溝１４を形成する様子を説明する模式断面図である。尚、実施の形態１から実施の形態２までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
まず銅板やアルミニウム板あるいはこれらの積層板、あるいはクラッド板でも良いが用意される。なお必要部分をプレスで打ち抜いたものを使っても良い。そしてこれを金属配線板１５とする。
次に図６に示すように、金属配線板１５の裏面側から矢印２５ａに示すように、エッチングやレーザ加工によって拡張溝２１が形成される。次に金属配線板１５の表面側から、矢印２５ｂに示すようにエッチングやレーザによって、微細溝２０が拡張溝２１に重なるように形成され、貫通溝１４が形成される。こうして金属配線板１５の両面から溝を形成することで、その生産性を高めることができる。なおレーザ加工の場合、拡張溝２１を形成した後で、微細溝２０を形成することが望ましい。こうすることで、拡張溝２１を形成する際に発生するドロス（汚れ）が、微細溝２０に影響を抑えない。
またエッチングで貫通溝１４を形成する場合、微細溝２０と拡張溝２１を同時に形成することで、エッチングコストを抑えられる。この場合、微細溝２０の最大幅すなわち図８における開口部２０ａの溝幅より、拡張溝２１の最大幅（放熱板１７側の溝幅）を大きくしておくことで、エッチング用マスクパターンの位置ズレを吸収でき、製品の歩留まり向上が可能になる。
次に図７と図８を用いて放熱基板を作成する様子を説明する。尚、実施の形態１から実施の形態２までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図７は、放熱配線基板１０の作成途中を示す模式断面図である。図７に示すように、金属配線板１５の裏面側あるいは拡張溝２１を形成した側に、第１のフィラ入り樹脂層２６を介して放熱板１７が固定される。この時、微細溝２０の溝幅は、下端部２０ｂより開口部２０ａの方が広いため、第１のフィラ入り樹脂層２６が微細溝２０の中に充填しにくい場合がある。
こうした場合、図８に示すようにして、第２のフィラ入り樹脂層２７を用いて微細溝２０の処理を行うことができる。図８は、微細溝２０を埋める様子を説明する模式断面図である。尚、実施の形態１から実施の形態２までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図８の矢印２５に示すように、微細溝２０に第２のフィラ入り樹脂層２７が充填される。この時、積極的に第２のフィラ入り樹脂層２７を、微細溝２０の表面に溢れ出るように、あるいは微細溝２０の開口部２０ａを覆うようにすることで、微細溝２０への第２のフィラ入り樹脂層２７の充填を確実なものにできる。なお微細溝２０のパターンを工夫すること、例えば、図示していないが空気抜き用のパターンや孔を形成する等で、第２のフィラ入り樹脂層２７の充填性を高めることもできる。また第２のフィラ入り樹脂層２７の充填方法の工夫、例えばスキージ等のゴム板を使って刷り込む、あるいは真空中で充填する等も有効である。この時、内部に空気が泡となって残らないようにすることが重要である。
なお第１のフィラ入り樹脂層２６と、第２のフィラ入り樹脂層２７を同一のもの、例えばフィラ入り樹脂層１６としても良い。あるいは別々のものとしても良い。
次に図９を用いて更に詳しく説明する。図９は、ＬＥＤ１１を実装した後の様子を説明する模式断面図である。尚、実施の形態１から実施の形態２までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。図９において、貫通溝１４は、微細溝２０と拡張溝２１から形成されている。そして拡張溝２１の内部には第１のフィラ２８を含有した第１のフィラ入り樹脂層２６が充填されており、微細溝２０の内部には第２のフィラ２９を含有した第２のフィラ入り樹脂層２７が充填されている。このように貫通溝１４の両側から、更には広い開口部側からフィラ入り樹脂充填することで、その充填性を高めている。
図９の断面図で示されるように、開口部２０ａの溝幅を下端部２０ｂより広げることで、微細溝２０の断面の形状は上部が広く下部が狭い台形となっている。その結果、微細溝２０の下部を形成する金属配線板１５が、あたかも第１のフィラ入り樹脂層２６や第２のフィラ入り樹脂層２７の側に張り出した状態、あるいは楔型にはみ出した状態となる。そして、この部分的に張り出し金属配線板の一部、例えば下端部２０ｂを一種のアンカーあるいは楔とすることで、金属配線板１５が第１のフィラ入り樹脂層２６や第２のフィラ入り樹脂層２７から物理的に剥がれにくくする構造部となる。また、この構造により、絶縁距離あるいは沿面距離を増加させる効果も得られる。
なお図９に示すように、拡張溝２１の表面粗さを大きくすることで、金属配線板１５と第１のフィラ入り樹脂層２６との接着強度を高める効果が得られる。例えば、図６に示す微細溝２０や拡張溝２１の形成を、２種類のレーザで行うことで、こうした効果が得られる。しかし２種類のレーザを用意することはコストアップする可能性がある。
こうした場合、同じレーザ、あるいは同じ波長を用いて、レーザのスポット径を変化させることで、対応できる。すなわち、拡張溝２１を形成するときは大きなスポット径が、微細溝２０を形成するときは小さなスポット径が用いられる。
なおレーザのスポット径を変化させる以外に、レーザの駆動パルスを変化さても、レンズ系や光学系を変化させても同様な効果が得られる。
（実施の形態４）
次に実施の形態４として、図１０Ａから図１５を用いて、放熱配線基板１０の一部のパターンを切り離し、独立型配線パターンとする場合について説明する。尚、実施の形態１から実施の形態３までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図１０Ａは一部に独立型配線パターンを有する放熱配線基板１０を説明する斜視図、図１０Ｂは１０Ｂ−１０Ｂにおける断面図である。
図１０Ａと図１０Ｂにおいて、独立型配線パターン３０は、他の金属配線板１５から電気的に絶縁された配線パターン部分に相当する。このように金属配線板１５の一部を独立型配線パターン３０とすることで、パターン設計の自由度を高められる。
例えば、図２Ｂ等で示した放熱配線基板１０の場合、金属配線板１５の外枠１９、いわゆる額縁部分に相当する周縁部を切り取ることで、それまで外枠１９で接続され一体化していた金属配線板１５をバラバラにする、あるいは互いに電気的に絶縁することができる。しかしこうした場合、金属配線板１５の一端は、接続端子１８を介して外枠１９につなげる必要がある。
実施の形態４で説明する独立型配線パターン３０は、この外枠１９につながる接続端子１８を有しないものに相当する。
図１０Ａにおいて、独立型配線パターン３０は、例えばＹ−Ｙで示した部分において、金属配線板１５と一体化していたものをこのＹ−Ｙ部分をレーザ等で切断し、独立型配線パターン３０として電気的に絶縁し、この切断部分付近を第２のフィラ入り樹脂層２７で保護したものである。
図１０Ｂは、図１０Ａの１０Ｂ−１０Ｂにおける断面図に相当する。図１０Ｂに示すように、独立型配線パターン３０の一部には、拡張溝２１を有する貫通溝１４が形成されている。そして独立型配線パターン３０は、元々、金属配線板１５の一部であり、金属配線板１５に拡張溝２１を介して、あるいは拡張溝２１を一種の繋ぎ桟として一体化していたものである。そして拡張溝２１に重なるように、微細溝２０を形成することで、金属配線板１５の一部を、独立、分離させて、独立型配線パターン３０が形成されている。
次に図１１〜図１５を用いて、一部に独立型配線パターン３０を有する放熱配線基板１０の製造方法について説明する。尚、実施の形態１から実施の形態３までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図１１は、金型を用いて金属配線板１５の一部に拡張溝（図示せず）を形成する様子を説明する模式断面図である。表面に凹部３１や凸部３２を有した金型３３を、矢印２５に示す方向に金属配線板１５に押し当て、金属配線板１５の一部が窪まされる。金属配線板１５は、事前に、プレスや、レーザ、エッチングによって所定形状にパターニングしたものを使うことが望ましい。なお金属配線板１５を窪ませる際に、その反対側に発生する隆起部分等は研磨等で除去される。こうすることで金属配線板１５における加工性を高めることができる。こうして図１２に示すような一部に拡張溝２１を有した金属配線板１５が用意される。
図１２は、拡張溝２１を有した金属配線板１５と放熱板１７とを、第１のフィラ入り樹脂層２６を用いて一体化する様子を説明する模式断面図である。
図１２の矢印２５に示すようにプレス装置や金型（共に図示していない）を用いて、これら部材を積層、一体化し、図１３の状態とする。
図１３は、各種部材を積層一体化した様子を示す模式断面図である。図１３に示すように、放熱板１７と一部に拡張溝２１を有する金属配線板１５とが、第１のフィラ入り樹脂層２６を介して固定される。
次に図１３の矢印２５に示す方向に、レーザを金属配線板１５の拡張溝２１部分に重なるように照射し、微細溝（図示せず）が形成される。
図１４は、微細溝２０を形成した様子を説明する模式断面図である。図１４の矢印２５に示すように、レーザを金属配線板１５の拡張溝２１部分に照射し、金属配線板１５の一部は、独立型配線パターン３０として電気的あるいは機械的に切り離される。なおこの場合、微細溝２０の直下の第１のフィラ入り樹脂層２６の一部も、レーザによって分解することがある。なお第１のフィラ入り樹脂層２６の一部がレーザで分解しても、第１のフィラ２８は分解されずに残ることがある。あるいは第１のフィラ２８の一部は、レーザによって部分的に焼結、あるいは凝集することがある。ここで第１のフィラ入り樹脂層２６における第１のフィラ２８の含有率を高めることで、第１のフィラ入り樹脂層２６に形成される孔の大きさを小さくできる。第１のフィラ２８の含有率は、望ましくは７０〜９５ｗｔ％が望ましい。次にこの孔を、第２のフィラ入り樹脂層２７で埋める様子について図１５を用いて説明する。
図１５は、微細溝２０の形成時に発生した孔を、第２のフィラ入り樹脂層２７で埋めた状態を説明する模式断面図である。図１５において、バンプ３４は金や半田等で形成されており、例えばＬＥＤ１１と金属配線板１５や独立型配線パターン３０との接続部部分、あるいは外部電極部分等に相当する。
図１５において、第２のフィラ入り樹脂層２７は、微細溝２０や拡張溝２１部分まで充填されている。なお微細溝２０の加工時に発生した残渣、例えば第１のフィラ入り樹脂層２６の一部等は、洗浄除去、圧縮空気によるクリーニング等で除去することも可能であるが、そのまま残して第２のフィラ入り樹脂層２７の一部としても良い。あるいは、この残渣を第２のフィラ入り樹脂層２７のフィラ成分としても良い。また、第２のフィラ２９としても良い。なお第２のフィラ２９は図１５に図示していない。
図１５に示すように、第１のフィラ入り樹脂層２６に形成した穴の中にも、第２のフィラ入り樹脂層２７を充填することで、第１のフィラ入り樹脂層２６との接合面積を広げる効果がある。
また図１５における微細溝２０は、図１４に示すように、放熱配線基板１０の表面側から形成したものであるため、開口部２０ａの幅の方が下端部２０ｂの幅より広くしている。この結果、第２のフィラ入り樹脂層２７の充填性を高められる。
なお図１４では、微細溝２０の形成にレーザを用いたが、エッチング等を用いても良い。こうして、開口部２０ａの幅の方が下端部２０ｂの幅より広くすることで、微細溝２０の下端部２０ｂを、第１のフィラ入り樹脂層２６や第２のフィラ入り樹脂層２７に喰い込ませる（あるいはアンカーする）ことができる。その結果、開口部２０ａ付近の肉薄になった金属配線板１５の剥離防止効果が得られる。なお図１５に示すように、第２のフィラ入り樹脂層２７の一部を、開口部２０ａ付近の肉薄になった金属配線板１５の上も覆うようにすることで、金属配線板１５と独立型配線パターン３０との絶縁距離（沿面距離）を増加させる効果が得られる。
その後、図１５の矢印２５に示すように、金属配線板１５や独立型配線パターン３０の上に、ＬＥＤ１１が実装される。
（実施の形態５）
次に実施の形態５を図１６、図１７、図１８を用いて、放熱配線基板１０における独立型配線パターン３０の形成方法について説明する。尚、実施の形態１から実施の形態４までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図１６と図１７は、金属配線板１５に拡張溝２１を形成する様子を説明する模式断面図である。図１６に示すように、一部に凸部３２を有する金型３３を、矢印２５ａに示す方向に、金属配線板１５の両側に押し付けることで、拡張溝２１が形成される。
なお図１６の矢印２５ｄに示す拡張溝２１の側面の角度は、１度以上３０度以下、望ましくは２度以上１０度以下とすることが望ましい。１度未満とした場合、金型３３の“抜き”性に影響を与える可能性がある。また３０度より大きくすると、プレス圧力が高くする必要がある。
なお、矢印２５ｃで示される拡張溝２１の天井部の溝幅は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が望ましい。こうすることで、この部分に微細溝２０を形成する際の位置ズレを吸収できる。この天井部部分に、微細溝２０が形成される。なお図１６において微細溝２０は図示していない。
その後、図１７に示すように、拡張溝２１の一部に重なるように微細溝２０が形成される。図１７は、微細溝２０を形成する様子を説明する模式断面図であり、図１７において放熱板１７等は図示していない。図１７における矢印２５は、レーザやエッチングによって微細溝２０を形成する方向を示すものである。拡張溝２１を台形とすることで、拡張溝２１と微細溝２０の形成位置に位置ズレが発生した場合でも、微細溝２０部分における金属配線板１５の厚みを略一定にすることができる。そのため微細溝２０を形成するエッチング条件（例えばエッチング時間）や、レーザ条件、例えばレーザパワー等の微調整が不要になり、生産性を高める効果が得られる。
図１８は微細溝２０に第２のフィラ入り樹脂層２７を充填した様子を説明する断面図である。図１８に示すように、第２のフィラ２９が入った第２のフィラ入り樹脂層２７は微細溝２０の中に第２のフィラ入り樹脂層２７の一部が表面にはみ出すように充填される。この様にはみ出すことで、金属配線板１５と独立型配線パターン３０との絶縁距離（沿面距離）を増加させる効果が得られる。
なお第２のフィラ入り樹脂層２７は、例えばソルダーレジストとしても良い。そしてソルダーレジストを第２のフィラ入り樹脂層２７として、金属配線板１５の表面に印刷等で形成することで、金属配線板１５に半田付け実装する際に半田の広がり過ぎを防止できる。
こうして金属配線板１５と独立型配線パターン３０を、微細溝２０や第２のフィラ入り樹脂層２７で分断することで、放熱配線基板１０の配線パターンの設計自由度を高められる。
なお拡張溝２１や微細溝２０のパターン、例えば放熱配線基板１０の部品実装面から見た状態は、直線状であっても、曲線状であっても、Ｌ字型、あるいはジグザグであっても良い。これは拡張溝２１や微細溝２０は、レーザやエッチング等で作成するためであり、金型を用いたプレスによる打ち抜き加工では対応できない微細な、あるいは複雑な、もしくは少量多品種のパターンにも対応できる。その結果、放熱配線基板１０における金属配線板１５の配線パターンは、一般のガラスエポキシ樹脂を用いたプリント配線板並みの設計自由度が得られる。
なお図１８において、微細溝２０は、拡張溝２１の中央部よりずれた状態で図示している。これは、図１８の構造が、微細溝２０と、拡張溝２１と位置ズレを吸収できることを意味する。
（実施の形態６）
実施の形態６では、拡張溝２１や微細溝２０の形成を化学的エッチングで形成した場合について説明する。例えば、拡張溝２１をエッチングする工程は以下のようなものである。
はじめに金属配線板１５の下面側に、拡張溝２１の開口部２０ａにエッチングホールを設けたレジストマスクが形成される。
次に、この金属配線板１５を塩化第二鉄あるいは塩化第二銅からなる水溶液に含浸させ、所望する拡張溝２１が形成されるまで加熱される。
その後レジストマスクを取り除くと、拡張溝２１を有する金属配線板１５が形成される。その他の構造および製造方法については実施の形態１などと同様であるため省略する。
こうして実施の形態１〜６で提案する放熱配線基板１０を、高密度実装に対応させることができる。例えばベアチップ対応したプリント配線板、あるいは放熱用配線板の代用品、あるいは高放熱用の対応品とし使うことができる。
従来のプリント配線板は、配線となる銅箔が３５ミクロン以下、ファインパターンが要求される場合は１５ミクロン以下であるため、大電流に対応できない。またベアチップに発生した熱が、銅箔を介して放熱、あるいはヒートスプレッドされにくい。
しかし実施の形態１〜６で説明したように、金属配線板１５として肉厚の厚いもの、例えば１００ミクロン以上、望ましくは２００ミクロン以上、更に高放熱や配線抵抗の低抵抗化が必要な場合３００ミクロン以上の銅板を使って、放熱配線基板１０を作成できる。
例えば、前述の図１８に示すように、独立型配線パターン３０の形成を容易にすることで、放熱配線基板１０の応用分野を広げられる。つまり放熱配線基板１０の上に実装する発熱部品としては、ＬＥＤ１１以外にパワートランジスタやパワー半導体、あるいはＣＰＵ等の半導体も実装できる。またこれらの半導体をベアチップ実装することも可能である。例えば、半導体のベアチップ周辺に形成した数十〜数百個のバンプを、肉厚１００〜５００ミクロンのような高肉厚の金属配線板１５に対して、５０〜１００ミクロンピッチで高密度実装することができる。
図１９Ａと図１９Ｂは、共に高密度実装に対応した放熱配線基板１０の一例を示す断面図である。図１９Ａは実装前、図１９Ｂは実装後の断面に相当する。尚、実施の形態１から実施の形態５までの説明に使用した図面と同一の箇所は同一の参照番号を付している。
図１９Ａにおいて、リードフレーム等の高肉厚、望ましくは１００ミクロン以上の金属配線板１５が、狭ピッチで複数本、互いにフィラ入り樹脂層１６を介して絶縁された状態で、放熱板１７の上に固定されている。そして金属配線板１５は、少なくともその一部以上に微細溝２０と拡張溝２１を形成した貫通溝１４で互いに分割されている。このようにすることで、高肉厚のリードフレーム等の金属配線板１５の隙間にフィラ入り樹脂層１６の充填性を高めている。
また図１９Ａにおいて、ＬＥＤ１１の代わりに、例えばパワー半導体、例えば複数のバンプ３４の外部接続端子を有するＣＰＵやマイクロトランスの発熱を伴う電子部品とすることができる。なおＬＥＤ１１の代わりにこうした複数の端子を有する発熱を伴う電子部品の実装方法は、バンプ３４に限定する必要はなく、アルミニウム線を用いたワイヤー接続、金属結合等とすることもできる。また、金金接合（Ｇｏｌｄ Ｇｏｌｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）であっても構わない。図１９Ａにおける矢印２５ｅは、実装方向を示すものである。
図１９Ｂは、実装後の断面図に相当する。こうして金属配線板１５の一部に形成した独立型配線パターン３０を、ファインピッチで形成することで、ＣＰＵ等を高密度に実装できる。なお独立型配線パターン３０は、金属配線板１５の前面に形成する必要はなく、必要部分に局所的に形成することで、歩留まりを高めることができ、放熱配線基板１０で安価に実現できる。金属配線板１５は、例えば３００ミクロン厚であり、上述のファインピッチは、例えば、（線幅／線間）＝（１００ミクロン／５０ミクロン）である。上述の配線パターンは、例えば、インターポーザ等の配線パターンである。その結果、従来のプリント配線板、あるいは従来のインターポーザ等では対応しきれなかった配線の低抵抗化、あるいは配線部分の断面積の拡大によるジュール熱の低減が可能になる。そうして、電源回路（ＤＣ−ＤＣコンバータやＡＣ−ＤＣコンバータも含む）や、プラズマテレビのサステイン回路等の小型化や、高密度実装による高性能化を実現できる。
その結果、実施の形態５に記載のファインパターン、更にはファインピッチにも対応した放熱配線基板１０に、各種半導体たとえば半導体レーザやパワー半導体等や発熱電子部品たとえば超小型トランス等を高密度に実装できるため、ＰＤＰテレビや液晶テレビ等の電源回路を超小型にすることができる。またレーザ光源等の半導体発光素子を用いた投射型のテレビや、超小型で高輝度のプロジェクターの発光モジュール（いわゆるエンジン部分）やその周辺回路の高密度化、高放熱化に対応でき、これら電子機器の小型を実現できる。
以上のようにして、実施の形態１から６で示した本発明の放熱配線基板は、貫通溝１４へのフィラ入り樹脂層１６等の充填性を高めることができ、放熱配線基板１０の信頼性を高めることができる。
また前記微細溝２０の開口部２０ａの幅と、下端部２０ｂの幅は５ミクロン以上、望ましくは１０ミクロン以上１００ミクロン以下異なっている放熱配線基板１０とすることで、以下の効果が得られる。すなわち、微細溝２０に、フィラ入り樹脂層１６を充填する際、開口部２０ａと下端部２０ｂの幅を比べてその幅の広い方からフィラ入り樹脂層１６を充填することができ、微細部分までフィラ入り樹脂層１６を効率良く充填できる。ここで幅が５ミクロン未満の場合、微細溝２０のテーパー、あるいは傾きが小さくなるため、フィラ入り樹脂層１６の充填が難しくなる場合がある。また１００μｍ以上の場合、微細溝２０の加工が難しくなる。
また微細溝２０の内壁と、拡張溝２１の内壁の表面粗度はＲａで０．０１ミクロン以上異なっている放熱配線基板１０とすることで、微細溝２０もしくは拡張溝２１毎に、フィラ入り樹脂層との密着強度を高めることができる。なお表面粗度の違いは、Ｒａで０．１ミクロン以上１０ミクロン以下が望ましい。０．１ミクロン未満の場合、表面粗さのバラツキの範囲内に入る可能性がある。また１０ミクロンを超えた場合、放熱配線基板１０のファインパターン化が難しい場合がある。
また微細溝２０もしくは拡張溝２１のいずれか一方の内壁には、酸化膜２４が、０．０１ミクロン以上形成されている（あるいは酸化膜の厚み差が０．０１ミクロン以上１０ミクロン以下とする）放熱配線基板１０とすることで、微細溝２０や拡張溝２１の形状等に応じてフィラ入り樹脂層１６との接着強度等を向上できる。なお酸化膜の厚みの差が０．０１ミクロン未満の場合、差が発生しない場合がある。また酸化膜の厚み差が１０ミクロンを超えた場合、放熱特性に影響が出る場合がある。
また金属配線板１５の上面における微細溝２０の溝幅は、金属配線板１５の下面における拡張溝２１の溝幅より５ミクロン以上（望ましくは１０ミクロン以上）小さい放熱配線基板１０とすることで、微細溝２０と拡張溝２１の位置ズレを吸収できる。そのため、加工歩留まりを高められる。なお溝幅の違いが１０ミクロン未満の場合、加工が難しくコストアップの原因になる可能性がある。また溝幅自体は２００ミクロン以下（望ましくは１００ミクロン以下）が望ましい。溝幅が２００ミクロンを超えた場合、放熱配線基板１０のファイパターン化に対応できない場合がある。
また拡張溝２１と微細溝２０とは共に、同じもしくはその組成の一部以上が異なるフィラ入り樹脂層１６が充填されている放熱配線基板１０とすることで、拡張溝２１と微細溝２０とが積層されてなる貫通溝１４への塵埃などの混入を防ぐことができ、信頼性を高めることができる。
金属配線板１５の上面における微細溝２０の溝幅は、前記金属配線板１５の下面における拡張溝２１の溝幅より５ミクロン以上（望ましくは１０ミクロン以上）小さい放熱配線基板１０とすることで、微細溝２０と拡張溝２１の位置ズレを吸収できるため、加工歩留まりを高められる。なお溝幅の違いが５ミクロン未満の場合、加工が難しくコストアップの原因になる可能性がある。溝幅自体は２００ミクロン以下（望ましくは１００ミクロン以下）が望ましい。溝幅が２００ミクロンを超えた場合、放熱配線基板１０のファイパターン化に対応できない場合がある。
なお、第２のフィラ入り樹脂層２６は４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光域において、３０％以上９９．５％以下の反射率を有している放熱配線基板１０とすることも可能である。こうすることで、放熱配線基板１０の表面にＬＥＤ１１等の発光素子を実装した場合、第２のフィラ入り樹脂層２７部分での光反射率を高めることができ、その発光効率の改善効果が得られる。なお波長４００nｍ未満や８００nｍより長い波長は発光素子の効率アップにつながらない場合がある。また反射率が３０％未満の場合は、発光効率の改善につながらない場合がある。また反射率を９９．５％より大きくするには、高価な部材を使う必要があり、実用的でない場合がある。
第２のフィラ入り樹脂層２７は、第１のフィラ入り樹脂層２６より、フィラ２２の含有率が少ない（望ましくは第１のフィラ入り樹脂層２６より１０重量％以下少ない）放熱配線基板１０とすることで、微細溝２０への第２のフィラ入り樹脂層２７の充填性を高めることができる。１０重量％未満のフィラ２２の添加量の差では、第１のフィラ入り樹脂層２６と第２のフィラ入り樹脂層２７の使い分け効果が得られない場合があり、こうした場合は第１のフィラ入り樹脂層２６と第２のフィラ入り樹脂層２７を同じものとすることがコスト的に有利となる場合がある。
また第１のフィラ入り樹脂層２６よりも、第２のフィラ入り樹脂層２７の弾性率が小さい放熱配線基板１０とすることで、ＬＥＤ１１等の発熱部品による金属配線板１５による熱膨張を吸収でき、金属配線板１５の端部の剥離防止効果が得られる。これは第２のフィラ入り樹脂層２７より、第１のフィラ入り樹脂層２６が熱の影響を受けやすい場合が有るためである。なお弾性率は、マイロビッカース（例えばＪＩＳ−Ｚ２２５１）、ディロメータ（例えばＩＳＯ−８６８）、ＴＭＡ（Thermal Mechanical Analysis）等によって測定可能である。なおガラス転移温度（Ｔｇ）の違いを弾性率の違いとしても良い。この場合、第２のフィラ入り樹脂層２７のＴｇを、第１のフィラ入り樹脂層２６のＴｇより１０℃以上（望ましくは２０℃以上）低いものとする。Ｔｇの差が１０℃未満では、金属配線板１５の熱膨張による応力を緩和仕切れない場合がある。なお第１のフィラ入り樹脂層２６のＴｇは１００℃以上、さらに望ましくは１３０℃以上、更には１５０度以上が望ましい。１００℃未満の場合、動作時等における機械的な強度が影響を受ける場合がある。
なお拡張溝２１の溝内部にフィラ２２のみならず、セラミック焼結体等を積極的に充填しても良い。こうすることで拡張溝２１部分における熱伝導率を高められる。また拡張溝２１に重なるように微細溝２０をレーザ加工で形成する際、フィラ等の一部を焼結（あるいは凝集）させることで、熱伝導率を高めることができる。あるいは拡張溝２１の溝内部に、事前にセラミック粉やセラミック焼結体等のレーザに対する耐久性のある部材を添加（あるいは充填）しておくことで、例えば図１３〜図１４等で説明した場合における微細溝２０のレーザ加工時の、フィラ入り樹脂層１６へのレーザ照射の影響を低く抑える効果が得られる。
また、金属配線板１５の下面に拡張溝２１を形成するステップと、この拡張溝２１にその一部が重なるように金属配線板１５の上面もしくは下面側より微細溝２０を形成し、貫通溝１４とするステップと、金属配線板１５の下方からフィラ入り樹脂１６を充填するステップと、を含む放熱配線基板１０の製造方法を示した。この製造方法によって効率良く生産できる。なおこれらの工程の作業順番は、設備の能力等に応じて入れ替えても良い。
また金属配線板１５の下面に拡張溝２１を形成するステップと、金属配線板１５の下方から拡張溝２１の内部に第１のフィラ２８を含有する樹脂を充填するステップと、金属配線板１５の上面に微細溝２０を形成して金属配線板１５の一部を電気的に絶縁するステップと、微細溝２０の内部に第２のフィラ２９を含有する樹脂を充填するステップと、を含む放熱配線基板１０の製造方法を示した。この製造方法よって、図９に示したようにその一部に独立型配線パターン３０を有する放熱配線基板１０を安定して製造できる。
なお拡張溝２１を形成する第一のレーザは、パルス幅が１００ｎｓ以上で連続発振（ＣＷ）までのレーザ、ＹＡＧレーザあるいはＣＯ2レーザを用いることで、放熱配線基板１０の製造工程において、そのリードタイムの短縮や少量多品種対応が可能となる。また、図４に示すように、一般的なＱスイッチを用いたレーザや、パルス幅が１００ｎｓ以上のパルス幅の長いレーザ、ＣＷレーザ（Continuous Wave Laser）等の安価な、あるいは汎用のレーザを用いることで、拡張溝２１を安価に作成できる。なお１００ｎｓ未満のパルス幅が短いレーザは高価である。
また微細溝２０を形成する前記第二のレーザは、パルス幅が５０ｎｓ以下または／かつ波長が６００ｎｍ以下のレーザを用いることで、放熱配線基板１０の製造工程において、そのリードタイムの短縮や少量多品種対応が可能となる。ここでパルス幅を１ｎｓ以上で５０ｎｓ以下とすることで、レーザ照射を瞬時に終わらせることができ、フィラ入り樹脂層１６等への熱ダメージが広がりにくい。なお５０ｎｓ以上とした場合、フィラ入り樹脂層１６等へ熱ダメージが広がる場合がある。またパルス幅を１ｎｓ未満とすることは技術的、コスト的に難しい場合がある。また波長が６００nｍ以下の短波長のレーザを用いることで、微細溝２０の微細加工が可能になる。またこうした短波長のレーザを、５０ｎｓ以下のパルス幅の短い状態で利用することで、フィラ入り樹脂層１６等への熱影響の発生も抑えやすい。
また金属配線板１５の下面にエッチングで拡張溝２１を形成し、次にこの拡張溝２１の一部にレーザを照射し微細溝２０を形成し、その後前記金属配線板１５の下方からフィラを含有する樹脂を充填する放熱配線基板１０の製造方法のように、エッチングやレーザ等を組合せることで、より多品種の放熱配線基板１０を安定して市場に提供できる。
本発明の放熱性配線基板は、ファインピッチな回路パターン間にも絶縁性のフィラ入り樹脂を隙間なく充填することができ、塵埃などによる電気的絶縁に対する信頼性を向上するのに有用である。
放熱配線基板の斜視図 放熱配線基板の上面図 放熱配線基板の断面図 貫通溝付近を拡大した模式断面図 レーザのパルス幅と出力との関係を示す図 微細溝の表面に酸化膜を形成した様子を示す模式断面図 金属配線板の両側から溝加工し、貫通溝を形成する様子を説明する模式断面図 放熱配線基板の作成途中を示す模式断面図 微細溝を埋める様子を説明する模式断面図 発熱部品を実装した後の様子を説明する模式断面図 一部に独立型配線パターンを有する放熱配線基板を説明する図 １０Ｂ−１０Ｂにおける断面図 金型を用いて金属配線板の一部に拡張溝を形成する様子を説明する模式断面図 拡張溝を有した配線板と、放熱板とを、第１のフィラ入り樹脂層を用いて、一体化する様子を説明する模式断面図 各種部材を積層一体化した様子を示す模式断面図 微細溝を形成した様子を説明する模式断面図 微細孔の形成時に発生した孔を、第２のフィラ入り樹脂で埋めた状態を説明する模式断面図 金属配線板に拡張溝を形成する様子を説明する模式断面図 微細溝を形成する様子を説明する模式断面図 微細溝に第２のフィラ入り樹脂層を充填した様子を説明する断面図 共に高密度実装に対応した放熱配線板に一例を示す断面図 共に高密度実装に対応した放熱配線板に一例を示す断面図 従来の放熱配線基板の斜視図 同断面図 従来の貫通溝を拡大した摸式断面図
符号の説明
１０ 放熱配線基板
１１ ＬＥＤ
１２ 制御用ＩＣ
１３ チップ部品
１４ 貫通溝
１５ 金属配線板
１６ フィラ入り樹脂層
１７ 放熱板
１８ 接続端子
１９ 外枠
２０ 微細溝
２０ａ 開口部
２０ｂ 下端部
２１ 拡張溝
２２ フィラ
２３ フィルム
２４ 酸化膜
２５ 矢印
２６ 第１のフィラ入り樹脂層
２７ 第２のフィラ入り樹脂層
２８ 第１のフィラ
２９ 第２のフィラ
３０ 独立型配線パターン
３１ 凹部
３２ 凸部
３３ 金型
３４ バンプ

Claims (10)

  1. 回路パターンが形成された金属配線板と、前記金属配線板の上面が表出するように前記金属配線板が埋め込まれたフィラ入り樹脂層と、前記フィラ入り樹脂層の下面に配置された放熱板とを備え、前記回路パターンの一部を分割する隙間は前記金属配線板に設けられた貫通溝によって形成され、前記貫通溝は、前記金属配線板の上面で開口する微細溝と、前記微細溝の下端部から前記金属配線板の下面に向かって広がる拡張溝とからなり、前記微細溝の内壁の表面粗度と前記拡張溝の内壁の表面粗度との差は、Ｒａで、０．１ミクロン以上で１０ミクロン以下とした放熱配線基板。
  2. 回路パターンが形成された金属配線板と、前記金属配線板の上面が表出するように前記金属配線板が埋め込まれたフィラ入り樹脂層と、前記フィラ入り樹脂層の下面に配置された放熱板とを備え、前記回路パターンの一部を分割する隙間は前記金属配線板に設けられた貫通溝によって形成され、前記貫通溝は、前記金属配線板の上面で開口する微細溝と、前記微細溝の下端部から前記金属配線板の下面に向かって広がる拡張溝とからなり、前記微細溝の内壁に形成した酸化膜の厚みと、前記拡張溝の内壁に形成した酸化膜の厚みとの差は、０．０１ミクロン以上で１０ミクロン以下とした放熱配線基板。
  3. 回路パターンが形成された金属配線板と、前記金属配線板の上面が表出するように前記金属配線板が埋め込まれた第１のフィラ入り樹脂層と、前記第１のフィラ入り樹脂層の下面に配置された放熱板とを備え、前記回路パターンは前記金属配線板に設けられた貫通溝によって形成され、前記貫通溝は、前記金属配線板の上面で開口する微細溝と、前記微細溝の下端部から前記金属配線板の下面に向かって広がる拡張溝とからなり、前記微細溝は第２のフィラ入り樹脂層が充填されている放熱配線基板。
  4. 前記微細溝の開口部の幅と前記下端部の幅との差は５ミクロン以上で１００ミクロン以下である請求項３に記載の放熱配線基板。
  5. 前記微細溝の内壁の表面粗度と前記拡張溝の内壁の表面粗度との差は、Ｒａで、０．１ミクロン以上で１０ミクロン以下である請求項３に記載の放熱配線基板。
  6. 前記微細溝に形成した酸化膜の厚みと前記拡張溝の内壁に形成した酸化膜の厚みとの差は、０．０１ミクロン以上で１０ミクロン以下である請求項３に記載の放熱配線基板。
  7. 前記第２のフィラ入り樹脂層は、４００ｎｍ以上で８００ｎｍ以下の可視光域において、３０％以上で９９．５％以下の反射率を有している請求項３に記載の放熱配線基板。
  8. 前記第２のフィラ入り樹脂層は、前記第１のフィラ入り樹脂層よりもフィラの含有率が少ない請求項３に記載の放熱配線基板。
  9. 前記第１のフィラ入り樹脂層の弾性率よりも、前記第２のフィラ入り樹脂層の弾性率が小さい請求項３に記載の放熱配線基板。
  10. 前記拡張溝の溝内部にセラミック焼結体を有する請求項３に記載の放熱配線基板。
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