JP4978235B2 - 混成実装用熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュール - Google Patents

Description

本発明は、プラズマテレビ等の電子機器のパワー半導体等を用いた電源回路や、高輝度の発光ダイオード等を用いたバックライト等の照明機器の製造に使用される混成実装用熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールに関するものである。

近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、プラズマテレビ用のパワー半導体を用いた電源回路や、高輝度の発光ダイオード（あるいは半導体レーザー）等を用いたバックライトに使用される熱伝導基板は、更なる小型化、高機能化が求められている。

そしてこのような熱伝導基板は、用途によっては、半田付け用の電子部品（チップ抵抗やチップコンデンサ等のチップ部品やパワートランジスタ）と、ワイヤーボンディング接続用の電子部品（半導体等のベアチップ）の、両方の実装形態（以下、混成実装と呼ぶ）に対応する、混成実装用熱伝導基板であることが求められる。

一枚の基板で混成実装に対応するものとしては、例えば特許文献１が知られている。次に図１２を用いて特許文献１について説明する。

図１２は、従来の混成実装用放熱基板の断面図である。図１２において、アルミニウム等から構成されたベース板１の上に、樹脂等からなる絶縁層２を形成し、この絶縁層２の表面に銅回路３やアルミニウム回路４を形成する。そして銅回路３の上に、半田５を介して、半導体６を実装し、半導体６と、アルミニウム回路４とを、ワイヤー７で接続することになる。
特開平８−２７４１２３号公報

しかし図１２の構成では、アルミニウム回路４と銅回路３の接続界面が表面に露出しているため、異種金属の接続部分に発生する異種金属接触腐食（種類の異なる金属を接触させた状態で水分が付着すると、両者の標準電極電位が異なるため、イオン化傾向の大きい金属（卑金属）と、小さい金属（貴金属）の間に形成された局部電池（あるいはガルバニ電池）によって局部電流が流れ、腐食する現象、局部電流腐食やガルバノ腐食とも呼ばれる）が発生する可能性がある。その結果、熱伝導基板の信頼性が低下する可能性がある。

そこで本発明は、上記課題を解決するために、信頼性の高い混成実装用熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、金属板と、前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線と、前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線と、からなる熱伝導基板であって、前記第１の配線と前記第２の配線の接続部が前記伝熱層の内部に埋め込まれ、前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる熱伝導基板である。

このような構成によって、半田付けに対応した銅を主体とした第１の配線と、ワイヤー接続に対応したアルミニウムを主体とした第２の配線との間での異種金属接触腐食の発生を防止することが可能となる。

以上のように本発明によれば、半田付けやワイヤー接続等の異なる実装形態に、一枚の熱伝導基板で対応することができるため、半田付け実装の電子部品や、ワイヤー実装の電子部品を互いに隣接して高密度に実装でき、各種回路モジュールやこれらを用いた機器の小型化が実現できる。

なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成形金型等を用いて行われる。但し説明するために必要な場合以外は、成形金型は図示していない。また図面は模式図であり、各位置関係を寸法的に正しく示したものではない。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における熱伝導基板について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、ともに本発明の実施の形態における放熱基板の斜視図である。図１（Ａ）（Ｂ）において、１０は第１の配線、１１は第２の配線、１２は伝熱層、１３は金属板、１４は封止部、１５は電子部品、１６はワイヤー、１７ａ、１７ｂは矢印、１８は半田である。ここで第１の配線１０は、銅を主体としたものであり、例えば銅板を所定配線パターン形状にプレス等で成形したものであって、必要に応じてその上に半田１８や錫等をめっきしたものである。

また第２の配線１１は、アルミニウムを主体としたものであり、例えばアルミニウム板を所定配線パターン形状にプレス等で成形したものである。このように第２の配線１１は、ワイヤーボンダー（例えばアルミワイヤーによるワイヤー接続）に対応した金属材料（アルミ合金を含む）で構成する。

図１（Ａ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、熱伝導基板の断面斜視図であり、熱伝導基板の一部を抜き取るようにして図示したものであり、第１の配線１０や、第２の配線１１による複雑なパターン部（あるいは配線部）や、取り出し電極部（外部機器との接続部分）等は図示していない。図１（Ａ）に示すように、熱伝導基板の表面を、電子部品１５等の配線部に相当する第１の配線１０や第２の配線１１で覆う。そして第１の配線１０と第２の配線１１とを、伝熱層１２や封止部１４で覆うことで、水分の浸入を防止し、異種金属接触腐食（いわゆるガルバノ腐食）の発生を防止する。そして図１（Ａ）に示すように、第１の配線１０や第２の配線１１の一部を折り曲げる（あるいはくりぬく、削り取る）ことで、電子部品１５の実装面に第１の配線１０や第２の配線１１の重なりによる凹凸発生を防止する。

なお封止部１４としては、シリコン樹脂やエポキシ樹脂のような市販の電子部品（あるいはベアチップ等の）封止材として使われる樹脂材料を用いることができる。

図１（Ａ）において、矢印１７ａは、電子部品１５が実装される様子を示す。電子部品１５は、その実装形態に応じて半田１８や、ワイヤー１６を用いて、第１の配線１０や第２の配線１１の表面に混成実装する（なお図１（Ａ）（Ｂ）において、一つの電子部品１５は、ワイヤー１６と半田１８の両方を用いて同時に実装する必要はない。例えば複数個の電子部品１５の内、何個かは半田１８で実装し、何個かはワイヤー１６を用いて実装すると言うように、半田実装もしくはワイヤー実装のどちらか最適な実装形態を選べば良い。また各図において、同じ回路や同じ電位の位置に複数の配線が接続しているように図示している場合もあるが、これは半田１８やワイヤー１６の実装形態を模式的に説明するものであるため、回路的には正確なものではない場合もある）。

次に図１（Ｂ）を用いて、電子部品１５に発生した熱を放熱する様子を説明する。図１（Ｂ）は、電子部品に発生した熱を放熱する様子を示す斜視断面図である。図１（Ｂ）において、矢印１７ｂは、電子部品１５に発生した熱が、第１の配線１０を介して広範囲に広がる（スプレッドする）様子を示す。

図１（Ａ）（Ｂ）において、熱伝導基板の特徴を説明するために、ソルダーレジスト（図示していない）や、一部の半田１８やワイヤー１６（ワイヤーボンドには市販のボンダー設備を使うことができる。なおワイヤー１６としては金を使うこともできるが、費用的にはアルミニウム製のワイヤー１６を使うことが望ましい）、あるいは電子部品１５の実装用端子部分等は図示していない。また必要に応じて、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の配線１０と、第２の配線１１の厚みを積極的に異ならせることで、その放熱効果を最適化設計する。

そして第１の配線１０と第２の配線１１は、前記伝熱層１２の表面と略同一平面とする。こうすることで、第１の配線１０と第２の配線１１の厚みに違いがあっても、伝熱層１２の表面には凹凸として発生させず、ソルダーレジスト（図示していない）や、各種電子部品１５の実装性を高める効果が得られる。

次に図２（Ａ）（Ｂ）を用いて、第１の配線１０と第２の配線１１を電気的に接続する様子について説明する。図２（Ａ）（Ｂ）は、ともに第１の配線と第２の配線を接続する様子を示す斜視図である。まず図２（Ａ）に示すように、第１の配線１０と、第２の配線１１を互いに位置決めした後、矢印１７に示すように互いを近づける。そして第１の配線１０と第２の配線１１を電気的に接続する。ここで電気的な接続方法としては、導電性ペーストや、ろう付け（銀ろう、金ろう等を含む）、半田付け（高温半田を含む）、超音波溶接やレーザー溶接、プロジェクション溶接やスポット溶接の中から、１種類以上のものを選ぶことができる。図２（Ｂ）は、第１の配線１０と第２の配線１１とを電気的に接続した後の様子を示す斜視図である。なお図２（Ｂ）において、一方の配線（図では第２の配線１１）を折り曲げることで、第１の配線１０の上面と、第２の配線１１の上面が略同一平面に来るようにしている。

図３は、第１の配線１０と第２の配線１１の接続部分を封止部で保護する様子を示す斜視図であり、図３において第１の配線１０や第２の配線１１の接続部を、伝熱層１２に埋め込むことによって発生した隙間（あるいは凹部）を、樹脂等の封止材で覆い、封止部１４としている。また封止部１４の表面を平滑化あるいは平坦化することで、図３に示すようにして、前述の図１（Ａ）（Ｂ）でも示したように、第１の配線１０と第２の配線１１と、封止部１４や伝熱層１２（後述する図５や図６でも示すように）との間に凹凸（あるいは段差）の発生を防止できる。

次に、図４〜図５を用いて、本発明の実施の形態における熱伝導基板の製造方法の一例について説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の配線１０と第２の配線１１とを組み合わせた放熱基板の一例を示す上面図及び断面図である。図４（Ａ）（Ｂ）において、１９ａ、１９ｂは補助線である。図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の配線１０や第２の配線１１の一部は、伝熱層１２からはみ出し、外部接続用のリード端子を構成する。図４（Ａ）において、補助線１９ａを用いて、複雑な第１の配線１０や第２の配線１１の一部を省略している（図示していない）。また図４（Ａ）における矢印１７の位置での断面図が、図４（Ｂ）に相当する。図４（Ｂ）より、金属板１３と、前記金属板１３の上に固定したシート状の伝熱層１２と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ第１の金属からなる第１の配線１０と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ第２の金属からなる第２の配線１１と、からなる熱伝導基板であって、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１の一部は、前記伝熱層１２の内部で接続していることが判る。なお図４（Ｂ）において、第１の配線１０と、第２の配線１１の電気的な接続部分は、伝熱層１２の中に埋め込まれ、外気（あるいは湿度）等の影響を受けにくくなっている。

次に図５（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、第１の配線１０と第２の配線１１との電気的な接続部分の保護について説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、ともに第１の配線１０と第２の配線１１との接続部分を保護する様子を説明する断面図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）において、２０は隙間、２１はソルダーレジストである。図５（Ａ）は、前記接続部を伝熱層１２に埋め込んだ様子を説明する断面図である。こうして接続部（あるいはその周辺）を伝熱層１２やソルダーレジスト２１、あるいは封止部１４（例えば図１）等で、多重に保護することで、接続部分の信頼性を高めることができる。図５（Ｂ）は、第１の配線１０と第２の配線１１との接続部分付近に隙間２０（あるいは窪み）が発生した様子を示す断面図である。例えば第１の配線１０や第２の配線１１のパターン幅が広い場合、このような隙間２０が発生する可能性が考えられる。こうした場合は、図５（Ｃ）に示すように、隙間２０をソルダーレジスト２１（あるいは図１等で示した封止部１４）で覆う（保護する）ことで、接続部分への水分の浸入を抑えられ、信頼性を高めることができる。

ここで第１の配線１０に銅を、第２の配線１１にアルミニウムを用いた場合のように、異なる腐食電位を有する金属材料を接合するとき、特に水分の存在下で、ガルバニ腐食（ＪＩＳ用語辞典によると、迷走電流腐食と呼ばれるが、ここでは一般的な名称であるガルバニ腐食と呼ぶ）が発生する可能性がある。ここでガルバニ腐食とは、異種金属が電気的に接続された場合に、両者間に電池が構成された時に生じる腐食である。そしてこの腐食は、間に水分があると電位が発生して、マイナス側の金属が腐食するというものである。本実施の形態では、アルミニウム（卑または負電位に相当）と銅の接続部分は、伝熱層１２や封止部１４、ソルダーレジスト２１等で保護されているため、ガルバニ腐食の影響を受けにくい。また銅とアルミニウムを直接接続するのではなくて、途中に導電体（例えば、導電性ペーストやろう付け材、半田等で）を介して接続することでも、ガルバニ腐食の防止効果が得られる。ここで導電性ペーストに添加する導電粉としては、銀や黒鉛、金、白金等の不活性な材料（貴または正電位）を用いることで更に防止効果が得られる。あるいは犠牲亜鉛を利用することも有効である。このようにして局部電池腐食を防止する。

またろう付けすることもできる。ここで“ろう付け”とは“約４５０℃以上の液相点を有する溶加材（ろう材）を用い、母材をその固相点以下の温度に加熱し、ろう材を密着させて継手面の隙間へ毛管作用で引き入れることによって結合を行う溶接法”と定義する。そしてろう付けでは、母材となる金属（例えば第１の配線１０）を溶かすことなく結合させることになる。なおろう付け温度は４５０℃以上となる（これはろう付けの定義による）。また使用するろう材は、母材となる金属を濡らし、毛管作用によって引き入れられるものを用いることが望ましい。また必要に応じて、母材となる金属（例えば第１の配線１０や第２の配線１１）の表面を適切に浄化し、フラックス（あるいは適当な雰囲気）で余分に酸化されないようにして行う。なおろう材としては、銀ろう（例えばろう付け温度６１８〜８７１℃）、りん銅ろう（例えばろう付け温度７０４〜８１６℃）を使うことができる。また必要に応じて黄銅ろう、りん銅ろう、金ろう、銀ろう等を選ぶことができるが、いずれも母材となる第１の配線１０等より融点の低いものが適している。

また第１の配線１０と第２の配線１１との接合材（図示していないが、例えば半田等）としては半田１８（鉛フリー半田も含む）を用いることができる。また接合材として半田１８を用いる場合、高温半田やろう材を用いることで、本実施の形態の熱伝導基板の上に、各種電子部品１５を半田付けする際に、第１の配線１０と第２の配線１１の接続用半田１８（あるいは接合材）が融けて剥がれることがない。ここで高温半田とは、融点が２５０℃以上のものである。こうしたものとしては、鉛を使ったものを使うこともできるが、鉛フリーの高温半田を用いることもできる。この場合、Ｃｕを含んだ高温半田を用いることが望ましい。Ｃｕ（熱伝導率が大きい）を含むことで、高温半田からなる接合材（図示していない）の熱伝導率を高めることができる。例えば、Ｓｎ（錫）−Ａｇ（銀）−Ｃｕ（銅）を組み合わせたものを使うことができる。あるいはＣｕ−Ｓｎの合金（Ｃｕの融点は１０８３℃、Ｓｎの融点は２３２℃であるが、これを組み合わせることで、最初は低温で融けて、反応した後は高融点化するものを作製することができる）を用いた接合材（あるいは高温半田）を用いても良い。なおＣｕ−Ｓｎ系の高温半田を結合材（あるいはろう材）に用いるときは、その厚みは１ミクロン以上が望ましい。１ミクロン未満の場合、高温半田に添加したＣｕの粒子を小さくする必要があり、高温半田が高価なものになる可能性がある。

そして第１の配線１０と第２の配線１１を、伝熱層１２や封止部１４で覆うことで、その信頼性を高める。

次に、第１の配線１０と第２の配線１１の積層について、図６〜図７を用いて説明する。図６（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の配線と第２の配線の積層状態を説明する上面図と断面図である。図６（Ａ）において、第１の配線１０と第２の配線１１の間は、伝熱層１２で絶縁していることが判る。図６（Ａ）の矢印１７における断面が、図６（Ｂ）である。図６（Ｂ）より、第１の配線１０と第２の配線１１は、共に伝熱層１２と略同一平面（あるいは凹凸や段差が無い状態）で形成している（あるいは露出している）ことが判る。また図６（Ｂ）に示すように、第２の配線１１の下部には、第１の配線１０を埋め込んでいる。このように第２の配線１１に、第１の配線１０を略同じパターン（あるいは略同じ幅）として組み合わせる（あるいは互いを電気的に接続する）ことで、第２の配線１１の伝導性や放熱性を高めることができる。なお図６（Ｂ）において、第１の配線１０の上に、第２の配線１１を形成しているが、必要に応じてこの順序を逆転しても良い。

図７（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の配線と第２の配線の積層状態を説明する上面図と断面図である。図７（Ａ）の矢印１７における断面図が、図７（Ｂ）（Ｃ）である。図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように、第１の配線１０と第２の配線１１の大きさや順番を自由に調整することができる。なお図６（Ａ）（Ｂ）や図７（Ａ）〜（Ｃ）において、第１の配線１０と第２の配線１１の接続部分（あるいは接続している界面部分）は、共に伝熱層１２に埋め込むことで、その信頼性を高めている。

次に図８〜図１１を用いて、本実施の形態における伝熱基板の製造方法の一例を説明する。図８〜図１１は、伝熱基板の製造方法の一例を説明する断面図である。

図８（Ａ）（Ｂ）は、ともに第１の配線と第２の配線の一部を一体化する様子を説明する断面図である。まず図８（Ａ）に示すように、第１の配線１０と第２の配線１１を互いに位置決めし、矢印１７ａに示すようにしてこれらを一体化（あるいは一部を電気的に接続）する。なお図８（Ａ）（Ｂ）における隙間２０は、後述する図９、図１０において、伝熱シート２４が充填され絶縁する部分に相当する。こうして図８（Ｂ）に示すように、第１の配線１０と第２の配線１１との一部を電気的に接続する。また必要に応じて、これら電気的に接続する部分（例えば図８（Ｂ）の矢印１７ｂに示す部分）を、プロジェクション溶接やスポット溶接、超音波溶接等で一体化しても良い。また半田（ろう付けや高温半田）や導電性接着剤を用いて接続しても良い（これら部材は図示していない）。また図８において、第１の配線１０や第２の配線１１を成形するための金型は図示していない。

図９は、第１の配線や第２の配線を、同時に伝熱材に埋め込む様子を説明する断面図である。図９において、２２はフィルム、２３はプレス、２４は伝熱シートである。フィルム２２は、プレス２３や金型（金型は図示していない）の表面が、伝熱シート２４が付着して汚れてしまうことを防止するためのものである。図９において、伝熱シート２４は、後述する伝熱材をシート状（なお図９においては、プレス時に空気が残りにくくなるように、伝熱シート２４の中央部を厚めに加工している）に加工したものである。そして、フィルム２２の表面に固定した第１の配線１０や第２の配線１１の側に、伝熱シート２４や金属板１３をセットする。そしてプレス２３を矢印１７に示すように駆動する。図１０は、プレスの作業中の様子を説明する断面図である。

図１０に示すように、第１の配線１０や第２の配線１１を伝熱シート２４に埋め込み、同時に金属板１３と伝熱シート２４を密着させる。そして第１の配線１０と第２の配線１１の接続部分を、伝熱シート２４に埋め込む。こうすることで、第１の配線１０と第２の配線１１の接続部に発生した窪み（図１（Ａ）（Ｂ）や図３、図４において封止部１４で保護した部分）を、伝熱シート２４（あるいは伝熱シート２４が硬化してなる伝熱層１２）で覆い保護する。

図１１は、プレスが終了した後の様子を説明する断面図である。図１０より、金属板１３の上に固定したシート状の伝熱シート２４と、伝熱シート２４に少なくとも一部を埋め込んだ第１の金属からなる第１の配線１０と、第２の配線１１とが固定していることが判る。また第１の配線１０と第２の配線１１の接続部を、伝熱シート２４で保護する。そしてフィルム２２を剥離した後、伝熱シート２４を加熱炉の中等で熱硬化させ、伝熱層１２とする。

更に詳しく説明する。伝熱層１２と、第１の配線１０や第２の配線１１との表面は、略同一平面（望ましくは互いの段差５０ミクロン以下、更に望ましくは２０ミクロン以下、更には１０ミクロン未満）とすることで、ソルダーレジスト２１（図示していない）の形成が容易となる。なお第１の配線１０の半田付けしない面に、ソルダーレジストを形成することで、第１の配線１０の上で半田１８が濡れ広がり過ぎることを防止できる。また伝熱層１２と第１の配線１０との間の厚み段差が小さい分、ソルダーレジストの厚みバラツキが発生しにくく、ソルダーレジストの厚みを薄く設定できる。その結果、ソルダーレジストの膜厚が放熱性に影響を与えにくくなり、電子部品１５の実装性を高められる。またフィルム２２を剥がした後、第１の配線１０や伝熱層１２の表面をバフ研磨等を行って、更にバリ取りや汚れ除去することが望ましい。

またシート状の伝熱層１２としては、樹脂とフィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることができる。例えば無機フィラー７０重量％以上９５重量％以下と、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下からなる部材が望ましい。ここで無機フィラーは略球形状で、その直径は０．１ミクロン以上１００ミクロン以下が適当である（０．１ミクロン未満の場合、樹脂への分散が難しくなり、また１００ミクロンを超えると伝熱層１２の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱層１２における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために７０から９５重量％と高濃度に充填している。特に、本実施の形態では、無機フィラーは、平均粒径３ミクロンと平均粒径１２ミクロンの２種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小２種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを９０重量％近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、伝熱層１２の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。なお無機フィラーとしてはアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。

なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱層１２としての熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合、熱伝導基板の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス２３の加工性に影響を与える場合がある。

なお熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも１種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。伝熱層１２の厚みは、薄くすれば、第１の配線１０や第２の配線１１からの熱を金属板１３に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１２の厚みが厚すぎると、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である５０ミクロン以上１０００ミクロン以下に設定すれば良い。

なお第１の配線１０や第２の配線１１の厚みは０．１０〜２．００ｍｍ（望ましくは０．２〜１．００ｍｍ、更に望ましくは０．３〜０．５ｍｍ）が良好である。厚みが０．１０未満の場合、放熱効果が低い場合がある。また厚みが２．００ｍｍを超えた場合、加工性に課題が発生する可能性がある。

次に第１の配線１０や第２の配線１１の材質について説明する。これら配線材料としては、銅を主体とするものやアルミを主体とするものである。

これは銅やアルミが熱伝導性と導電率が共に優れているためである。銅材料としては、例えばタフピッチ銅（合金記号：Ｃ１１００）や無酸素銅（合金記号：Ｃ１０２０）等を用いることが望ましい。こうした材料は原料の電気銅を溶解して製造したものである。ここでタフピッチ銅は、銅中に酸素を残した精錬銅であり、電気伝導性や加工性に優れている。タフピッチ銅の場合、例えばＣｕ９９．９０ｗｔ％以上、無酸素銅の場合、例えばＣｕ９９．９６ｗｔ％以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物（例えば酸素の影響によるＣｕ₂Ｏの含有量が大きくなるので）の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。

更に必要に応じて各種銅合金を選ぶことも出来る。例えば、第１の配線１０として、加工性や、熱伝導性を高めるためには、銅素材に銅以外の少なくともＳｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｆｅ等の群から選択される少なくとも１種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、銅材料（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ銅材料（あるいは銅合金）の場合、例えばＳｎを０．１重量％以上０．１５重量％未満添加することで、その軟化温度を４００℃まで高められる。比較のためＳｎ無しの銅（Ｃｕ＞９９．９６重量％）を用いて、第１の配線１０を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に歪が発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が２００℃程度と低いため、後の部品実装時（半田付け時）に変形する可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６重量％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、４００℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Ｚｒの場合、０．０１５重量％以上０．１５重量％の範囲が望ましい。添加量が０．０１５重量％未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が０．１５重量％より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％未満、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％未満、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Ｆｅの場合０．１重量％以上５重量％以下、Ｃｒの場合０．０５重量％以上１重量％以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。

なおこれらリードフレームに使う銅やアルミニウムの引張り強度は、６００Ｎ／平方ｍｍ以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍを超える材料の場合、これらリードフレームの加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍ以下（更にこれらリードフレームに微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／平方ｍｍ以下）とすることでスプリングバック（必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと）の発生を抑えられ、形成精度を高められる。

なお第１の配線１０の伝熱層１２から露出している面（電子部品１５等の実装面）に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことも有用である。なお第１の配線１０の伝熱層１２に接する面（もしくは埋め込まれた面）には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱層１２と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、第１の配線１０と、伝熱層１２との接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。

また金属板１３は、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金等からできている。特に本実施の形態では、金属板１３の厚みを１ｍｍ（望ましくは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の厚み）としているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる（なお金属板１３の厚みが０．１ｍｍ以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また金属板１３の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１３としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、伝熱層１２を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部（あるいは凹凸部）を形成しても良い。全膨張係数は８〜２０ｐｐｍ／℃としており、本発明の熱伝導基板や、これを用いた電源ユニット全体の反りや歪みを小さくできる。またこれらの部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。

次に本発明の放熱基板を用いた回路モジュールについて説明する。回路モジュールによっては、一つの熱伝導基板の上に、放熱を必要とする電子部品１５（例えば、電源回路等で大電流で駆動するパワー半導体等、以下、パワー電子部品と呼ぶ）と、一般電子部品（信号処理を行うための、微弱電流で駆動する信号用半導体等であり、以下、一般電子部品と呼ぶ）とを、隣接して高密度実装する必要がある。これはパワー電子部品と、一般電子部品を別々の基板（例えばパワー電子部品等を放熱基板、一般電子部品等をガラスエポキシ基板）に実装した場合、互いの基板を配線を介して接続する必要が生じ、この配線がノイズの影響を受けやすくなる。その結果、回路モジュールが誤動作する可能性が増加する。

しかし本実施の形態では、半田付けする電子部品１５も、ワイヤー接続する電子部品１５も、同じ基板上に実装することができるため、互いの配線長さ（あるいは線路長）を短くでき、配線部分がアンテナになってノイズの影響を拾う可能性を小さくできる。その結果、モジュール化した回路の耐ノイズ特性が増加し（誤動作を抑えられ）、電子機器の安定化や低消費電力化を実現する。

次に発光ダイオード等を用いた回路モジュールへの応用例について説明する。例えば前述の図１（Ａ）（Ｂ）において、電子部品１５を例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の単色発光の発光ダイオードとすることができる。そしてこの発光ダイオードの実装方法として、ワイヤーボンドや半田付け等を自由に選ぶことができる。その結果、発光ダイオードの実装密度を高めることができ、単色発光の発光ダイオード（あるいは半導体レーザー）の混色による白色合成（あるいは白色合成のための光学部分の小型化）が容易になる。そしてこれら発光ダイオードの近辺に実装する制御用素子（半導体チップや温度センサーや色センサー等）の実装の設計自由度を高めることができ、製品の低コスト化が可能となる。

なお図１（Ａ）（Ｂ）や図３において、封止部１４を用いているが、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、封止部１４の代わりに伝熱層１２を用いることも可能である。また図５（Ｃ）に示すように、ソルダーレジスト２１等を用いることも可能である。

以上のようにして、金属板１３と、前記金属板１３の上に固定したシート状の伝熱層１２と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線１０と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線１１と、からなる熱伝導基板であって、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１の接続部を、前記伝熱層１２の内部に埋め込んだ熱伝導基板を提供することで、半田付けとワイヤー接続の両方に対応できる混成実装用熱伝導基板を提供し、各種電子機器の小型化、高性能化を実現する。

金属板１３と、前記金属板１３の上に固定したシート状の伝熱層１２と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線１０と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線１１と、前記第１の配線１０の表面と、前記第２の配線１１の表面と、前記伝熱層１２の表面とは、略同一平面であり、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１の接続部を、前記伝熱層１２の内部に埋め込んだ熱伝導基板とすることで、ソルダーレジストの薄層化によってそのファインパターン化が容易となり、半田付けとワイヤー接続の両方に対応しながらも、その放熱効果やファインパターン化に対応できる熱伝導基板を提供し、各種電子機器の小型化、高性能化を実現する。

金属板１３と、前記金属板１３の上に固定したシート状の伝熱層１２と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線１０と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線１１と、封止部１４と、からなる熱伝導基板であって、少なくとも、前記第１の配線１０と、前記第２の配線１１とは、略同一平面であり、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１の接続部を前記伝熱層１２に埋め込み、前記封止部１４で保護している熱伝導基板とすることで、ソルダーレジスト薄層化によってファインパターン化が容易となり、半田付けとワイヤー接続の両方に対応しながらも、その放熱効果やファインパターン化に対応できる熱伝導基板を提供し、各種電子機器の小型化、高性能化を実現する。

伝熱層１２は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、を含む熱伝導基板とすることで、熱伝導基板の放熱性を高めることができる。

第１の配線１０の配線は、タフピッチ銅もしくは無酸素銅からなるリードフレームであるとすることで、第１の配線１０の電気抵抗を下げられ、更に熱伝導率を高められるため、熱伝導基板の電気特性を高められる。またこれら銅を主体とした金属部材を、プレス２３や金型を用いて所定形状に加工することで、エッチング等の工法に比べ、より肉厚で放熱性や電気特性や半田付け性に優れた配線部分を有する熱伝導基板を実現できる。また配線の一部をアルミニウムを主体とした第２の配線１１とすることで、軽量化、低コスト化の効果も得られる。

銅を主体とした第１の配線１０は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料とすることで、プレス２３や金型を用いて所定形状に加工することで、エッチング等の工法に比べ、より肉厚で放熱性や電気特性や半田付け性に優れた配線部分を有する熱伝導基板を実現できる。

銅を主体とした第１の配線１０と、アルミニウムを主体とした第２の配線１１の一部を電気的に接続する工程と、その一部を電気的に接続した状態で、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１を、同時に金属板１３上の伝熱層１２に埋め込む工程と、前記伝熱層１２を硬化させる工程と、を含む熱伝導基板の混成実装用熱伝導基板の製造方法とすることで、熱伝導基板を安定して製造することができる。

金属板１３と、前記金属板１３の上に固定したシート状の伝熱層１２と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線１０と、前記伝熱層１２に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線１１と、からなる熱伝導基板であって、前記第１の配線１０と前記第２の配線１１の接続部を、前記伝熱層１２の内部に埋め込んだ熱伝導基板と、前記熱伝導基板の上に実装した複数個の電子部品１５と、からなる回路モジュールであって、複数個の前記電子部品１５は、ワイヤー１６及び半田付けで実装している回路モジュールとすることで、回路モジュールの実装形態の設計自由度を高めることができ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

以上のようにして、半田付けが可能な銅を主成分とした第１の配線１０と、ワイヤーボンディングに適したアルミニウムを主成分とした第２の配線１１を、互いにその一部を伝熱層１２に埋め込み、更にその第１の配線１０と第２の配線１１の接続部分を伝熱層１２や封止部１４で覆うことで、半田付けとワイヤーボンディングの両方に対応できる熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールを提供する。

以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールによって、プラズマテレビ、液晶テレビ、あるいは車載用各種電装品、あるいは産業用の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。

（Ａ）（Ｂ）は、ともに本発明の実施の形態における放熱基板の斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、ともに第１の配線と第２の配線を接続する様子を示す斜視図 第１の配線と第２の配線の接続部分を封止部で保護する様子を示す斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の配線と第２の配線とを組み合わせた放熱基板の一例を示す上面図及び断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、ともに第１の配線と第２の配線との接続部分を保護する様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ第１の配線と第２の配線の積層状態を説明する上面図と断面図 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ第１の配線と第２の配線の積層状態を説明する上面図と断面図と断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともに第１の配線と第２の配線の一部を一体化する様子を説明する断面図 第１の配線や第２の配線を、同時に伝熱材に埋め込む様子を説明する断面図 プレスの作業中の様子を説明する断面図 プレス終了後の様子を説明する断面図 従来の混成実装用放熱基板の断面図

１０ 第１の配線
１１ 第２の配線
１２ 伝熱層
１３ 金属板
１４ 封止部
１５ 電子部品
１６ ワイヤー
１７ 矢印
１８ 半田
１９ 補助線
２０ 隙間
２１ ソルダーレジスト
２２ フィルム
２３ プレス
２４ 伝熱シート

Claims (8)

1. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線と、
   からなる熱伝導基板であって、
   前記第１の配線と前記第２の配線の接続部が前記伝熱層の内部に埋め込まれ、前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる混成実装用熱伝導基板。
2. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線とを備え、
   前記第１の配線の表面と、前記第２の配線の表面と、前記伝熱層の表面とは、略同一平面であり、
   前記第１の配線と前記第２の配線の接続部が前記伝熱層の内部に埋め込まれ、前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる混成実装用熱伝導基板。
3. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線と、
   からなる熱伝導基板であって、
   少なくとも、前記第１の配線と、前記第２の配線とは、略同一平面であり、
   前記第１の配線と前記第２の配線の接続部が前記伝熱層に埋め込まれ、封止部で保護され、
   前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる混成実装用熱伝導基板。
4. 伝熱層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、
   アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、
   を含む請求項１〜３のいずれか一つに記載の混成実装用熱伝導基板。
5. 第１の配線は、タフピッチ銅もしくは無酸素銅からなるリードフレームである請求項１〜３のいずれか一つに記載の混成実装用熱伝導基板。
6. 銅を主体とした第１の配線は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項１〜３のいずれか一つに記載の混成実装用熱伝導基板。
7. 銅を主体とした第１の配線と、アルミニウムを主体とした第２の配線の一部を電気的に接続する工程と、
   その一部を電気的に接続した状態で、前記第１の配線と前記第２の配線を、同時に金属板上の伝熱層に埋め込む工程と、
   前記伝熱層を硬化させる工程と、
   を含む、前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる混成実装用熱伝導基板の製造方法。
8. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだ銅を主体とした第１の配線と、
   前記伝熱層に少なくとも一部を埋め込んだアルミニウムを主体とした第２の配線とを備え、
   前記第１の配線と前記第２の配線の接続部が前記伝熱層の内部に埋め込まれ、前記第１の配線または前記第２の配線の前記伝熱層から露出している面のみが実装面となる熱伝導基板を構成し、
   前記熱伝導基板の上に電子部品をワイヤー及び半田付けで実装している回路モジュール。

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