JP4992532B2 - 放熱基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）や車載用の電源回路等の作成、あるいは液晶テレビのバックライト（例えば高輝度の発光ダイオードの高密度実装）に用いられる放熱基板及びその製造方法に関するものである。

従来、ＰＤＰや車載用の電源等に使われる回路基板には、大電流、高放熱が要求されてきた。

図７（Ａ）（Ｂ）は、共に従来の張り合わせによる放熱基板の断面図である。図７は従来の回路基板（いわゆるプリント配線板）を用いて、放熱性を高めた例に相当する。図７（Ａ）は張り合わせる前、図７（Ｂ）は張り合わせた後である。図７（Ａ）において、ガラスエポキシ樹脂等からなる基材２の表面には銅箔１がパターン状に形成されている。またスルーホール３の内壁にも銅箔１がめっき等の手法で形成されている。そしてこうした基板は、矢印７ａが示すように、接着剤や放熱グリース等の樹脂５を介して金属板６に貼り付ける。図７（Ｂ）において、銅箔１が形成された基材２は、樹脂５によって金属板６に固定されている。そして銅箔１の表面には、半田８によって電子部品９が実装されている。そして電子部品９に発生した熱は、矢印７ｂが示すように、半田８から、基材２や樹脂５を介して金属板６に放熱される。しかし、こうした従来の張り合わせによる放熱基板では、基材２の熱伝導率が低いため、放熱効果が低かった。こうした課題に対して、基材２を省略する手法が、特許文献１等で提案されている。

図８（Ａ）（Ｂ）は、共に従来の放熱基板の断面図である。図８（Ａ）は放熱基板の断面図、図８（Ｂ）は部品実装跡の断面図である。図８（Ａ）において、金属板６の表面には、樹脂５を介して所定パターンに形成された銅箔１が形成されている。図８（Ｂ）において、銅箔１の上には、半田８を介して電子部品９が実装されている。そして、電子部品９に発生した熱は、半田８や銅箔１から、樹脂５を介して、矢印７ｂに示すようにして、放熱用の金属板６に伝わる。

しかし、こうした銅箔１を用いた放熱基板は、高密度実装に対応できるが、放熱性を高めるには、樹脂５の厚みをより一層、薄くする必要がある。一方、樹脂５の厚みが薄くなった場合、樹脂５にピンホールが発生し、耐電圧特性に影響を与える場合がある。
特開平０５−２８３８３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、銅箔から構成した配線パターンを用いた場合、微細化した配線パターンでは許容電流が低下してしまう課題を有していた。そのため許容電流を増加させるには配線パターンを微細化できなかった。

本発明では、上記の課題を解決するために、微細配線しながらも高放熱化や大電流対応が可能な放熱基板及びその製造方法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、本発明は、無機フィラーが７０重量％以上９５重量％以下、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下である伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部と、前記放熱部の上に絶縁樹脂部で固定したプリント基板部と、前記リードフレームと前記プリント基板部とを電気的に接続する低融点金属部と、からなる放熱基板である。

このような構成により、高密度実装と放熱が同時に要求される電子部品は、ファインパターン化が容易なプリント基板部に実装され、電子部品に発生した熱は、低融点金属部分を介して、リードフレームや伝熱樹脂部で放熱することになる。

更に電子部品への配線の一部をリードフレームとすることで、プリント配線板では対応できなかったような大電流（例えば１Ａを超える。あるいは１０Ａ以上の大電流）にも対応させられる。

本発明の放熱基板及びその製造方法によって、各種電子部品の高密度実装と高放熱化の要求を満たすことができ、更に従来の銅箔パターンでは対応できなかった大電流化にも対応できる。

（実施の形態）
実施の形態として、本発明の放熱基板について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態における放熱基板の斜視図及び断面図である。図１は、伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部の上に、絶縁樹脂を用いてプリント基板部を固定し、更に前記リードフレームと前記プリント基板部とを電気的に接続する低融点金属部を有する放熱基板の一例を示すものである。

図１において、１００は銅箔、１１０はスルーホール、１２０は銅めっき部、１３０は基材である。例えばガラスエポキシ樹脂等からなる基材１３０に形成されたスルーホール１１０の付近及び内壁には銅めっき部１２０を形成する。なお基材１３０には、スルーホール１１０（スルーホールは中身が空洞の層間接続部）やフィルドビア（フィルドビアは中身が銅やペースト等で詰まったスルーホールである。なお図１においてフィルドビアは図示していない）が形成されている。また基材１３０の少なくとも一面以上（あるいは１表面以上）、あるいはその内層に、銅箔１００からなるパターンを１層以上形成している。そしてこうした部分がプリント配線板部分（詳細は図２等で後述する）を構成する。

また図１において、１４０は絶縁樹脂部、１５０はリードフレーム、１６０は伝熱樹脂部、１７０は低融点金属部である。そしてリードフレーム１５０は、伝熱樹脂部１６０に埋め込まれている。そしてリードフレーム１５０が埋め込まれた伝熱樹脂部１６０の表面に、前記基材１３０が、絶縁樹脂部１４０を一種の接着剤として貼り付ける。そして前記リードフレーム１５０の上に形成された、銅めっきされたスルーホール１１０の中に、低融点金属部１７０を充填することで、リードフレーム１５０と、スルーホール１１０や銅めっき部１２０、あるいは銅箔１００と電気的に接続させる。そしてこうした部分が、放熱部（詳細は後述する図３や図４等で説明する）を構成する。

図１（Ａ）に示すように、伝熱樹脂部１６０に、リードフレーム１５０を埋め込む。そして基材１３０上に形成した銅箔１００は、絶縁樹脂部１４０によって、リードフレーム１５０から絶縁する。そして絶縁樹脂部１４０によって、基材１３０に固定された銅箔１００や、基材１３０をリードフレーム１５０や伝熱樹脂部１６０に固定する。なお図１（Ａ）には、スルーホール１１０や銅めっき部１２０を説明するために、低融点金属部１７０は図示していない。

図１（Ｂ）において、スルーホール１１０の側面やその付近に形成した銅めっき部１２０を利用して、低融点金属部１７０をスルーホール１１０の中に充填している。そして低融点金属部１７０は、リードフレーム１５０を濡らす。こうすることでリードフレーム１５０と銅めっき部１２０、あるいは銅箔１００が電気的に接続する。なお銅めっき部１２０の一部を、銅箔１００に重ねるように形成することで、実質的に同一の導体とできる。

なお低融点金属部１７０としては、例えば半田（鉛フリー半田を含む）を用いることができる。なお図１等に示すスルーホール１１０は、その内部に空間があるが、内部が詰まったフィルドビアと呼ばれるスルーホール１１０もスルーホール１１０の一形態とする。ここでフィルドビアとは、スルーホール１１０の内部が導電性ペーストやめっき銅で埋められたものであって、スルーホール１１０のバリエーションの一つである。なおフィルドビアの場合、低融点金属部１７０を、スルーホール１１０の内部に充填するのではなく、その下部（例えばフィルドビアとリードフレーム１５０の隙間部分）に充填することで、放熱効果（詳細は後述する図４（Ｂ）等で説明する）が得られる。またフィルドビアとすることで、スルーホール１１０を一種のサーマルビア（熱伝導用を目的としたスルーホール１１０の一形態）とすることもできる。

なお絶縁樹脂部１４０としては、接着剤（例えば熱硬化型のエポキシ樹脂）を用いることができる。あるいはプリント配線板の部材となるプリプレグ（例えば半硬化状態にある樹脂フィルム材料）、あるいは伝熱樹脂部１６０そのもの、あるいは伝熱樹脂部１６０を構成する樹脂成分を用いることができる。

なお絶縁樹脂部１４０の厚みは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下（望ましくは０．３ｍｍ以下）が望ましい。厚みが０．０５ｍｍ以下の場合、放熱部２００やプリント基板部１９０の表面の凹凸（この凹凸は例えば銅箔１００やソルダーレジストによって発生する。なおソルダーレジストは図示していない）の影響を吸収できない場合がある。またその厚みが０．５ｍｍを超えると、低融点金属部１７０の厚みを厚くする必要があり、その分、配線抵抗や熱伝導に影響を与える場合がある。

なお図１（Ａ）（Ｂ）において、伝熱樹脂部１６０の裏面側（基材１３０やスルーホール１１０からなるプリント配線板を形成していない側）に放熱用の金属板や放熱フィン（共に図示していない）を形成することで、伝熱樹脂部１６０の放熱性を高められる。

次に、図２を用いて、伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０について説明する。

図２は、実施の形態における放熱基板の内部構造を示す斜視図である。図２において、１８０は矢印である。図２において、基材１３０の少なくとも片面以上には、銅箔１００からなるファインパターンが形成されている。そしてこの銅箔１００の一部は、スルーホール１１０付近に形成された銅めっき部１２０と一体化している。図２より、リードフレーム１５０は１個の板状のものではなく、複雑な所定形状に加工されたものである。このように、リードフレーム１５０は、一種の回路パターンとしてプレス加工等で成型（あるいは打ち抜き）したものである。そしてこのリードフレーム１５０を、伝熱樹脂部１６０（図２において、伝熱樹脂部１６０は図示していない）に埋め込むことで、パターン状に加工したリードフレーム１５０を互いに絶縁した状態で、互いに熱伝導できるようにする。そしてリードフレーム１５０を伝熱樹脂部１６０に埋め込む（あるいはリードフレーム１５０の一面だけが伝熱樹脂部１６０から露出するようにする）。そして伝熱樹脂部１６０から露出したリードフレーム１５０の上に、スルーホール１１０に充填された低融点金属部１７０を接続する。なお図２における矢印１８０は、スルーホール１１０や銅箔１００の形成された基材１３０と、予め所定形状に加工されたリードフレーム１５０と、が伝熱樹脂部１６０（伝熱樹脂部１６０は図示していない）や絶縁樹脂部１４０によって一体化する様子を示す。次に図３を用いて、放熱基板の製造方法の一例について説明する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、共に放熱基板の製造方法の一例を示す断面図である。図３において、１９０はプリント基板部、２００は放熱部である。図３（Ａ）に示すように、プリント基板部１９０は、スルーホール１１０の形成された基材１３０と、その表面に形成された銅箔１００や銅めっき部１２０等から形成されている。そしてプリント基板部１９０の銅箔１００を覆うようにして、絶縁樹脂部１４０が形成されている。また放熱部２００は、所定形状に加工された複数のリードフレーム１５０が、伝熱樹脂部１６０の中に埋め込んだものである。そして、図３（Ａ）の矢印１８０に示すように、プリント基板部１９０と放熱部２００とを一体化する。

図３（Ｂ）は、プリント基板部１９０と放熱部２００が一体化された後の断面図である。図３（Ｂ）において、絶縁樹脂部１４０は、一種の接着層となって、放熱部２００とプリント基板部１９０を固定している。更に絶縁樹脂部１４０は、リードフレーム１５０と、銅箔１００の間を絶縁する絶縁層の役割を有する。またスルーホール１１０の下部に、リードフレーム１５０が来るように、互いのパターン設計や位置合わせを行う。

なお、プリント基板部１９０と、放熱部２００の隙間は０．５ｍｍ以下（望ましくは０．３ｍｍ以下、更に望ましくは０．１ｍｍ以下、更には０．０５ｍｍ以下）が望ましい。０．５ｍｍより厚い場合は、放熱効果に影響を与える可能性がある。またこの厚みは、プリント基板部１９０と放熱部２００を固定する絶縁樹脂部１４０の厚みに相当する。この厚みは薄いほど、低融点金属部１７０を介した放熱効果は高いが、薄くなりすぎると、銅箔１００とリードフレーム１５０の絶縁性に影響を与える可能性がある。そのため絶縁樹脂部１４０の厚みは５ミクロン以上（可能なれば１０ミクロン以上）が望ましい。

また銅箔１００の厚みは、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下、リードフレーム１５０の厚みは０．１５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下が望ましい。銅箔１００の厚みが０．０１ｍｍ未満の場合、特殊で高価となる。また銅箔１００の厚みが０．１０ｍｍを超えると、ファインパターン化が難しい。またリードフレーム１５０の厚みが０．１５ｍｍ未満の場合、取り扱いが難しい。またリードフレーム１５０の厚みが１．００ｍｍを超えると、加工性に影響が出る。

またリードフレーム１５０の伝熱樹脂部１６０からの露出面と、前記伝熱樹脂部１６０の表面は、互いに±５０ミクロン以内（望ましくは±３０ミクロン以下、更には±２０ミクロン以下）の同一平面上であることが望ましい。リードフレーム１５０と伝熱樹脂部１６０の表面の高さ（あるいはツラの高さ）が５０ミクロンより大きい場合、絶縁樹脂部１４０による接続に影響を与える場合がある。またその厚みバラツキ分だけ絶縁樹脂部１４０が厚くなってしまうため、放熱性（あるいはスルーホールを通じた熱伝導）に影響を与える可能性がある。あるいはリードフレーム１５０や銅箔１００の上に形成するソルダーレジストの薄層化にも影響を与える可能性がある。

図３（Ｃ）は、スルーホール１１０に低融点金属部１７０を充填した後の断面図である。図３（Ｃ）において、低融点金属部１７０としては、融点２００℃以上４００℃以下が望ましく、例えば一般の半田（高融点半田、鉛フリー半田も含む）を使うこともできる。ここで融点が２００℃未満の場合、半田リフローに対応できない可能性がある。また融点が４００℃を超えると、各種樹脂に影響を与える。こうして、スルーホール１１０の内壁に形成された銅めっき部１２０や銅箔１００と、リードフレーム１５０とを低融点金属部１７０で接続する。このように低融点金属部１７０を用いることで、プリント基板部１９０と放熱部２００を固定できる。例えば、絶縁樹脂部１４０として接着力に欠けるソルダーレジスト等を用いたとしても、低融点金属部１７０だけで、プリント基板部１９０と放熱部２００を固定できる。

あるいは事前に用意したプリント基板部１９０と、事前に用意した放熱部２００を、低融点金属部１７０によって固定すると同時に電気的にも接続できる。放熱部２００とプリント基板部１９０の固定には、低融点金属部１７０と絶縁樹脂部１４０の両方を接着層とすることで、更に接合強度を高められる。低融点金属部１７０の量を多くすることで、図３（Ｃ）に示すように、低融点金属部１７０を、スルーホール１１０の上に凸状に盛り上げても良い。次に図４を用いて、放熱基板に部品実装する様子を説明する。

図４（Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板に部品実装する様子を示す断面図である。図４（Ａ）は部品実装する前の断面図、図４（Ｂ）は部品実装した後の断面図に相当する。図４において、２１０は電子部品であり、例えば放熱が要求されるパワーデバイス（例えばパワー系の半導体部品、あるいは高輝度発光ダイオード等）である。また２２０は外部電極であり、電子部品２１０の外壁に形成された半田実装部に相当する。そして、図４（Ａ）に示すように、電子部品２１０を矢印１８０ａに示すように、所定位置にセットする。その後、図４（Ｂ）に示すように、半田１７０によって、外部電極２２０を濡らす（あるいは半田１７０によるメニスカスを形成する）。こうした実装には、一般的なＳＭＤ（サーフェスマウントデバイス）と呼ばれる技術や手法が使える。

図４（Ｂ）における矢印１８０ｂは、電子部品２１０に発生した熱が伝わる方向を示す。高放熱を要求される電子部品２１０に発生した熱は、矢印１８０ｂが示すように、外部電極２２０から、半田１７０に伝わる。そして基材１３０に形成されたスルーホール１１０を介して、リードフレーム１５０に伝わる。そしてリードフレーム１５０に伝わった熱は、伝熱樹脂部１６０を介して、他のリードフレーム１５０、あるいは放熱フィン（図示していない）等に広がることになる。

なお、例えば（放熱部２００の面積）＞（プリント配線板１９０の面積）とすることができる。この場合、大面積の放熱部２００の上で局所的にファインパターンが必要な部分に、絶縁樹脂部１４０を用いて小面積のプリント配線板１９０を固定する構成となる。

また（放熱部２００の面積）＞（プリント配線板１９０の面積）とすることができる。この場合、大面積のプリント配線板１９０において、局所的に放熱が必要な部分（あるいは大電流が必要な部分）に、絶縁樹脂部１４０を用いて小面積の放熱部２００を固定することになる。

そして前記プリント配線板１９０の銅箔１００からなる配線パターンと、放熱部２００のリードフレーム１５０を、半田等の低融点金属部１７０で電気的に接続する。なおリードフレーム１５０と銅箔１００を直接、低融点金属部１７０で接続しても良いが、プリント配線板１９０のスルーホール部分（例えば、スルーホール１１０で示した部分）とすることで、前記スルーホール部分（あるいはスルーホール１１０、あるいはフィルドビア）を、一種のサーマルビアとすることができ、その熱伝導効率を高められる。またスルーホール部分（あるいはスルーホール１１０部分やフィルドビア部分）は、プリント配線板１９０の内部に深く（例えば貫通して）食い込んでいるため、銅箔１００部分よりも、ピール強度（引張り強度、あるいは剥離強度）が高いため、電子部品２１０より重たくなる放熱部２００を、プリント配線板１９０に固定しても、特に電気的接続部分においてプリント配線板１９０側の負担とならない。なおフィルドビアは図示していない。

このようにして、（放熱部２００の面積）＞（プリント配線板１９０の面積）、あるいは（放熱部２００の面積）＜（プリント配線板１９０の面積）と、用途に応じて使い分けることができる。

なお図４（Ａ）（Ｂ）において、伝熱樹脂部１６０の裏面側（基材１３０やスルーホール１１０からなるプリント配線板を形成していない側）に放熱用の金属板や放熱フィン（共に図示していない）を形成することで、伝熱樹脂部１６０の放熱性を高められる。

例えば市販のプリント配線板１９０に実装した発熱部品（例えば、パワー系の半導体やトランス等の発熱が課題となる電子部品２１０）を局所的に放熱する必要がある場合、従来は発熱部品の上に放熱用のフィン等を接着剤で貼り付けていた。しかし本実施の形態（例えば図４（Ａ）（Ｂ））に示すようにこれら発熱部品を実装したプリント配線板１９０の裏面側に、リードフレーム１５０や伝熱樹脂部１６０からなる放熱部２００を絶縁樹脂剤で固定し、プリント配線板の裏面側からも放熱することができ、その放熱効果を高めることができる。

またプリント配線板１９０単体では、１Ａを超える大電流（例えば１０〜５０Ａ等）には対応できないが、リードフレーム１５０を併用する（あるいはリードフレーム１５０部分に１Ａを超える大電流を流す）ことで、大電流にも対応できる。またこの場合、プリント配線板１９０のスルーホール１１０部分を、フィルドビアとすることも効果的である。

なお図６（Ａ）（Ｂ）において、電子部品２１０の上面（プリント配線板の逆側）に放熱用のフィン等を接着剤で固定することで、その放熱効果を高められることは言うまでもない（フィン等は図示していない）。このように電子部品２１０の上面に貼り付けたフィン（図示していない）と、電子部品２１０のプリント配線板１９０の逆面に固定した放熱部２００の両面から、放熱を行う。なお放熱部２００のプリント配線板１９０でない側に（例えば伝熱樹脂部１６０の表面）に、放熱用の金属板やフィン（共に図示していない）を固定しても良い。

図５（Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板の斜視図であり、例えば（放熱部２００の面積）＞（プリント配線板１９０の面積）としたものである。図５において、２３０は点線である。図５（Ａ）に示すように、放熱基板は、大きな放熱部２００と、その上に固定された小さな島状のプリント基板部１９０から形成されている。そして一部の大型の電子部品２１０ｂは、放熱部２００の上に直接、半田付け等で実装されている。このように放熱部２００の表面に直接実装した電子部品２１０ｂに発生した熱は、矢印１８０ａに示すように放熱する。電子部品２１０ｂは、リードフレーム１５０の配線ピッチでは対応できない高密度実装が要求される電子部品である。こうした電子部品２１０ｂは、高密度実装に対応できるプリント基板部１９０の上に実装する。そしてプリント基板部１９０の上に実装した電子部品２１０ａに発生した熱は、矢印１８０ｂに示すように、スルーホール（図５（Ａ）では図示していない）を介してリードフレーム１５０に放熱させる。なお図５（Ａ）において、プリント基板部１９０には半田１７０等は図示していない。またこの放熱メカニズムは、図４で説明したものである。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるプリント基板部１９０の拡大斜視図である。図５（Ｂ）において、プリント基板部１９０の上に半田１７０を形成する。そしてこの半田１７０を利用して、電子部品２１０ａを固定する。図５（Ｂ）における点線２３０は、これから実装しようとする電子部品２１０ｃの実装位置を示すものである。これから実装しようとする電子部品２１０ｃは、矢印１８０ｃに示すようにして、点線２３０に示す位置に固定し、半田付けする。また図５（Ｂ）における電子部品２１０ａは、こうして半田１７０で半田付けされたものである。また放熱が必要な電子部品２１０ｃの半田１７０を、図４（Ｂ）等で図示したように、基材１３０に形成したスルーホール１１０を介して、リードフレーム１５０まで落すことで、電子部品２１０ｃに発生した熱は、半田１７０を介して伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０へ逃がせる。またリードフレーム１５０に供給された大電流は、スルーホール１１０に充填した半田１７０を介して電子部品２１０ｃに供給できる。

このようにして、電子部品２１０の実装面を一般の電子部品実装に使われるプリント配線基板（例えば、基材１３０としてガラスエポキシやポリイミドフィルム等）を使える。その結果、放熱が要求される部分は、スルーホールを介してリードフレーム１５０や伝熱樹脂部１６０に逃がすことができるため、従来のプリント配線基板では対応できなかった高放熱、大電流にも対応できる。また基材１３０を一種の断熱材として活用することで、発熱する電子部品２１０に隣接して発熱が課題となる電子部品２１０を高密度実装した場合でも、一般電子部品への熱伝播を抑えられる。その結果、発熱する複数個の電子部品２１０（例えば、複数個の高輝度発光ダイオード）と、発熱が課題となる電子部品２１０（例えば、複数個の発光ダイオードの輝度や温度を測定して、電流制御を行う半導体素子等）を互いに近づけて実装できる。

また基材１３０の上に形成する銅箔１００はファインパターンに対応できる。そのため線間／線幅＝１００ミクロン／１０００ミクロン、あるいは３０ミクロン／３０ミクロンといった高密度配線の引き回しも可能となる。こうしたファインパターンの実現は、従来のリードフレームでは対応できなかった（リードフレーム１５０は、プレス等の打ち抜き加工で形成するため）が、基材１３０の上に形成した銅箔１００によって実現できる。一方、リードフレーム１５０を使うことで、銅箔１００では対応できなかったような熱伝導、あるいは大電流にも対応できる。更にリードフレーム１５０を伝熱樹脂部１６０に埋め込むことで、リードフレーム１５０からの放熱性を高めると共に、放熱が要求される電子部品２１０との間のスルーホールを介した距離を短くできる。

更に詳しく説明する。リードフレーム１５０としては、銅箔１００の２倍以上（望ましくは３倍以上、更に望ましくは４倍以上）の肉厚が望ましい。例えば銅箔１００の厚みが３６ミクロンの場合、リードフレーム１５０の厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度が望ましい。なお銅箔１００の厚みは１００ミクロン以下（望ましくは７０ミクロン未満、更に望ましくは５０ミクロン未満）が望ましい。銅箔１００の厚みが１００ミクロンを超えた場合、エッチング等による微細パターンの形成が難しくなる。一方、リードフレーム１５０の厚みは０．１５〜２．００ｍｍ（望ましくは１．００ｍｍ以下）程度が望ましい。リードフレーム１５０の厚みが０．１５ｍｍ未満の場合、フニャフニャしたり、折曲がったりしやすく、その取り扱いが難しい。リードフレーム１５０の厚みが２．００ｍｍを超えると、プレスによる打ち抜きが難しくなり、リードフレーム１５０自体のパターン精度が低下する。そのため加工精度の面から、リードフレーム１５０としては０．２〜１．００ｍｍ（望ましくは０．３０〜０．５０ｍｍ）が望ましい。

なお伝熱樹脂部１６０としては、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％以下からなることが望ましい。無機フィラーの割合が７０重量％未満の場合、熱伝導性が低下する場合がある。また無機フィラーの割合が９５重量％を超えると、混練が難しくなる場合がある。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、熱硬化性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樹脂部１６０の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱樹脂部１６０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Ａｌ₂Ｏ₃を混合したものを用いている。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、伝熱樹脂部１６０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Ａｌ₂Ｏ₃の代わりに、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＡｌＮ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ＭｇＯを用いると線熱膨張係数を大きくできる。またＳｉＯ₂を用いると誘電率を小さくでき、ＢＮを用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱樹脂部１６０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、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、プレス時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。

次に図６を用いて、ソルダーレジストについて説明する。図６（Ａ）（Ｂ）は、共に部品実装面にも配線パターンを形成した放熱基板の断面図である。図６において、２４０はソルダーレジストである。また図６（Ａ）は電子部品を実装する前、図６（Ｂ）は電子部品を実装した後に相当する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）と、図４（Ａ）、図４（Ｂ）の違いは、部品実装面での配線パターンの有無である。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基材１３０の両面に銅箔１００からなる配線パターンを形成した場合、少なくとも電子部品２１０の実装面側には、ソルダーレジスト２４０を形成することが望ましい。図６（Ａ）に示すように、ソルダーレジスト２４０を形成することで、基材１３０の電子部品２１０の実装された側にも、銅箔１００からなる配線を形成できる。そして銅箔１００の上にソルダーレジスト２４０を形成することで、半田の濡れ広がりによるパターン間のショート（短絡）を防止できる。

なお必要に応じて、図１や、図２、図３等においても、基材１３０の電子部品２１０が実装される側にソルダーレジスト２４０を形成しても良い。また図１や図２、図３等における絶縁樹脂部１４０として、ソルダーレジスト２４０を使っても良い。また図１や図２、図３等において、絶縁樹脂部１４０をソルダーレジスト２４０として、この上に更に別の樹脂を接着用に多層に形成しても良い。このように絶縁樹脂部１４０を複数層化することで、ピンホールの発生確率を激減できるため、リードフレーム１５０と銅箔１００との間の絶縁性を保てる。

次にリードフレーム１５０の材質について説明する。リードフレーム１５０の材質としては、銅を主体とするものが望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。またリードフレーム１５０としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム１５０となる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が望ましい。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、合金（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ合金の場合、例えばＳｎを０．１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％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＞９９．９６ｗｔ％）を用いて、リードフレーム１５０を作成したところ、導電率は低いが、出来上がった放熱基板において特に形成部等に歪み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＞９９．９６ｗｔ％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品による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、０．０１５ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下の範囲が望ましい。添加量が０．０１５ｗｔ％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０．１５ｗｔ％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０．１ｗｔ％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０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｃｒの場合０．０５ｗｔ％以上１ｗｔ％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。

なおリードフレーム１５０に使う銅合金の引張り強度は、６００Ｎ／ｍｍ²以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／ｍｍ²を超える材料の場合、リードフレーム１５０の加工性に影響を与える場合がある。またこうした引張り強度の高い材料は、その電気抵抗が増加する傾向にあるため、実施の形態１で用いるようなＬＥＤ等の大電流用途には向かない場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／ｍｍ²以下（更にリードフレーム１５０に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／ｍｍ²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。このようにリードフレーム１５０材料としては、Ｃｕを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にリードフレーム１５０による放熱効果も高められる。なおリードフレーム１５０に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／ｍｍ²以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度（３０〜７０Ｎ／ｍｍ²程度）に対して、リードフレーム１５０に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム１５０に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／ｍｍ²未満の場合、リードフレーム１５０にスルーホールを介して半田付けする場合、半田部分ではなくてリードフレーム１５０部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１５０の、伝熱樹脂部１６０から露出している面に、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。なおリードフレーム１５０の伝熱樹脂部１６０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。このように伝熱樹脂部１６０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、リードフレーム１５０と伝熱樹脂部１６０の接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。なお図１、図２等において、リードフレーム１５０の（伝熱樹脂部１６０から露出した面の）半田層や錫層は図示していない。

また伝熱樹脂部１６０の、リードフレーム１５０が埋め込まれていない側に、金属製の放熱機構（例えば、羽状の放熱フィン）を貼り付けても良い。こうした放熱機構としては、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からなる市販の放熱フィンを流用できる。

また図１〜図６等に示したように、リードフレーム１５０は、伝熱樹脂部１６０に埋め込む場合、それらの表面を実質的に同一平面上とすることが望ましい。リードフレーム１５０が埋め込まれた放熱部２００の表面をフラット面とすることで、低融点金属部１７０や樹脂１３０の成形性が容易にできる。

また図５（Ａ）に示したように、リードフレーム１５０の表面に直接、電子部品２１０ｂを実装してもよく、電子部品２１０ａの熱を、効率よくリードフレーム１５０に逃がせる。

また銅箔１００の場合、数Ａ〜数十Ａといった大電流に対応できない。一方、本発明の放熱基板の場合、こうした大電流は、伝熱樹脂部１６０に埋め込んだリードフレーム１５０で対応できる。この結果、信号回路の微弱な電流から、大電流まで一枚の放熱基板で対応できるため、機器の小型化、低コスト化が可能となる。

以上のようにして、無機フィラーが７０重量％以上９５重量％以下、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下である伝熱樹脂部１６０と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０と、からなる放熱部２００と、前記放熱部２００の上に絶縁樹脂部１４０で固定したプリント基板部１９０と、前記リードフレーム１５０と前記プリント基板部１９０とを電気的に接続する低融点金属部１７０と、からなる放熱基板を提供することで、プリント基板部１９０によって微細配線を、放熱部２００（あるいはリードフレーム１５０部分）によって高放熱化や大電流対応が可能な放熱基板を提供することができる。

また無機フィラー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％以下からなる伝熱樹脂部１６０と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０と、からなる放熱部２００と、前記放熱部２００の上に絶縁樹脂部１４０で固定したスルーホール１１０を有するプリント基板部１９０と、前記リードフレーム１５０と前記プリント配線板のスルーホール１１０を、電気的に接続する低融点金属部１７０と、からなる放熱基板を提供することで、プリント基板部１９０によって微細配線を、放熱部２００（あるいはリードフレーム１５０部分）によって高放熱化や大電流対応が可能な放熱基板を提供することができる。

また無機フィラー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％以下からなる伝熱樹脂部１６０と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０と、からなる放熱部２００と、前記放熱部２００の上に絶縁樹脂部１４０で固定したスルーホール１１０を有するプリント基板部１９０と、からなる放熱基板であって、前記放熱部２００と前記プリント基板部１９０は、前記スルーホール１１０に充填した低融点金属部１７０によって電気的に接続している放熱基板を提供することで、プリント基板部１９０によって微細配線を、放熱部２００（あるいはリードフレーム１５０部分）によって高放熱化や大電流対応が可能な放熱基板を提供することができる。

また無機フィラー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％以下からなる伝熱樹脂部１６０と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部１６０に埋め込まれたリードフレーム１５０と、からなる放熱部２００と、前記放熱部２００の上に絶縁樹脂部１４０で固定したフィルドビアを有するプリント基板部１９０と、からなる放熱基板であって、前記リードフレーム１５０と、前記フィルドビアとが、低融点金属部１７０によって電気的に接続している放熱基板を提供することで、プリント基板部１９０によって微細配線を、放熱部２００（あるいはリードフレーム１５０部分）によって高放熱化や大電流対応が可能な放熱基板を提供することができる。

なお絶縁樹脂部１４０の厚みは、隙間が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることで、低融点金属部１７０の影響を抑えられる。

また伝熱樹脂部１６０は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、無機フィラーは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一種を含むものとすることで、伝熱樹脂部１６０の熱伝導性を高めることができる。

また熱硬化性樹脂は、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を含むものとすることで、伝熱樹脂部１６０の信頼性、強度等を高められる。

また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を含む銅を主体とするリードフレーム１５０を用いることで、リードフレーム１５０の成形性、熱伝導率等を高められる。

またリードフレーム１５０の伝熱樹脂部１６０からの露出面と、前記伝熱樹脂部１６０の表面は、互いに±５０ミクロン以内の同一平面にあるものとすることで、伝熱樹脂部１６０とプリント基板部１９０との絶縁樹脂部１４０による固定性を高められる。

また銅箔１００の厚みは０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下であり、リードフレーム１５０の厚みは、０．１５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であるものとすることで、銅箔１００やリードフレーム１５０をそれぞれの用途に応じて最適化できるため、放熱基板のファイン化、大電流化、高放熱化に対応できる。

また少なくとも、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％以下からなる伝熱樹脂部１６０に、一部表面が露出するようにリードフレーム１５０を埋め込み放熱部２００を作る工程と、スルーホール１１０もしくはフィルドビアを、有するプリント基板部１９０を、前記放熱部２００に絶縁樹脂部１４０を介して固定する工程と、前記スルーホール１１０もしくはフィルドビアと、前記リードフレーム１５０を低融点金属部１７０で電気的に接続する工程とを、有する放熱基板の製造方法とすることで、放熱基板を安定して製造できる。

なおスルーホール１１０もしくはフィルドビアと、リードフレーム１５０を低融点金属部１７０で接続する際、同時に銅箔１００の一部も同様に電気的に接続することで、接続抵抗を減らすことができる。

以上のように、本発明にかかる放熱基板とその製造方法は、ＰＤＰ用の電源ユニット、車載用の電源、あるいは液晶テレビのバックライト等の放熱基板として使うことができ、機器の小型化、高性能化が可能となる。

実施の形態における放熱基板の斜視図及び断面図 実施の形態における放熱基板の内部構造を示す斜視図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に放熱基板の製造方法の一例を示す断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板に部品実装する様子を示す断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板の斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、共に部品実装面にも配線パターンを形成した放熱基板の断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に従来の張り合わせによる放熱基板の断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に従来の放熱基板の断面図

符号の説明

１００ 銅箔
１１０ スルーホール
１２０ 銅めっき部
１３０ 基材
１４０ 絶縁樹脂部
１５０ リードフレーム
１６０ 伝熱樹脂部
１７０ 低融点金属部
１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ 矢印
１９０ プリント基板部
２００ 放熱部
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 電子部品
２２０ 外部電極
２３０ 点線
２４０ ソルダーレジスト

Claims (9)

1. 無機フィラーが７０重量％以上９５重量％以下、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下である伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部と、
   前記放熱部の上に絶縁樹脂部で固定したプリント基板部と、
   前記リードフレームと前記プリント基板部とを電気的に接続する低融点金属部と、からなる放熱基板。
2. 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％以下からなる伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部と、
   前記放熱部の上に絶縁樹脂部で固定したスルーホールを有するプリント基板部と、
   前記リードフレームと前記プリント配線板のスルーホールを、電気的に接続する低融点金属部と、からなる放熱基板。
3. 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％以下からなる伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部と、
   前記放熱部の上に絶縁樹脂部で固定したスルーホールを有するプリント基板部と、からなる放熱基板であって、
   前記放熱部と前記プリント基板部は、前記スルーホールに充填した低融点金属部によって電気的に接続している放熱基板。
4. 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％以下からなる伝熱樹脂部と、一部表面が露出するように前記伝熱樹脂部に埋め込まれたリードフレームと、からなる放熱部と、
   前記放熱部の上に絶縁樹脂部で固定したフィルドビアを有するプリント基板部と、からなる放熱基板であって、
   前記リードフレームと、前記フィルドビアとが、低融点金属部によって電気的に接続している放熱基板。
5. 伝熱樹脂部は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、無機フィラーは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一種を含むものである請求項１から４のいずれか一つに記載の放熱基板。
6. 熱硬化性樹脂は、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を含むものである請求項１から４のいずれか一つに記載の放熱基板。
7. 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を含む銅を主体とするリードフレームを用いる請求項１から４のいずれか一つに記載の放熱基板。
8. リードフレームの伝熱樹脂部からの露出面と、前記伝熱樹脂部の表面は、互いに±５０ミクロン以内の同一平面にある請求項１から４のいずれか一つに記載の放熱基板。
9. 少なくとも、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％以下からなる伝熱樹脂部に、一部表面が露出するようにリードフレームを埋め込み放熱部を作る工程と、
   スルーホールもしくはフィルドビアを、有するプリント基板部を、前記放熱部に絶縁樹脂部を介して固定する工程と、
   前記スルーホールもしくはフィルドビアと、前記リードフレームを低融点金属部で電気的に接続する工程とを、有する放熱基板の製造方法。

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