JP5430422B2 - 金属ベース回路基板の製造方法及び金属ベース回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの電子部品が取り付けられる金属ベース回路基板の製造方法及び金属ベース回路基板に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）などに代表される電子部品は、その利便性より広い分野で使用され、放熱性を高めるために金属ベ−ス回路基板が使用されている。

前記金属ベ−ス回路基板は、アルミニウムやアルミニウム合金製の金属ベースが用いられ、この金属ベースに絶縁層を介して金属箔、例えば銅箔により回路が形成されている。電子部品は、ワイヤ・ボンディングやハンダ付けなどにより前記回路に接続される構造となっている。

したがって、電子部品の発熱は、高い伝熱性を有する金属ベ−スを介して放熱させることができ、高密度実装を行わせることができる。

しかし、かかる構造では、電子部品の発熱が、絶縁層を介することで金属ベ−スに伝熱されるため、放熱性がその分低下し、高密度実装にも限界があった。

一方、電子部品を金属ベースに直付けするには、切削、研削等の機械加工やレーザー加工を用いて絶縁層を除去し、金属ベースを部分的に露出させる必要があった。

しかし、機械加工やレーザー加工では、加工費が高くなり、傷発生等の問題を招く恐れもある。

特開平８−２２８０５６号公報

解決しようとする問題点は、電子部品の発熱が、絶縁層を介することで金属ベ−スに伝熱されるため、放熱性がその分低下し、高密度実装の進展にも限界があり、反面、機械加工やレーザー加工により絶縁層を除去して電子部品を金属ベースに直付けする場合には、加工費が高くなり、傷発生等の問題を招く恐れがあった点である。

本発明は、電子部品を金属ベ−スに直付けして放熱性を高め、より高密度実装を可能としながら、安価に加工でき、傷発生等を抑制するために、絶縁層を介して回路用の金属箔を備えた金属ベースの一側面に、前記絶縁層及び金属箔の無い電子部品搭載部を形成する金属ベース回路基板の製造方法であって、前記金属ベースの他側面から肉厚方向の途中までパンチを打ち込み該金属ベースの一側面にダイの穴内へ押し込まれ少なくとも先端周縁部断面が湾曲形状の凸部を半抜き形成して前記絶縁層を打ち抜く凸部形成工程と、前記打ち抜かれた絶縁層を前記凸部の湾曲形状を利用して剥離除去し凸部先端を露出させる剥離工程と、前記凸部をプレス成型して前記電子部品搭載部を形成する搭載部形成工程とを備えたことを金属ベース回路基板の製造方法の主要な特徴とする。

前記金属ベース回路基板の製造方法により製造される金属ベース回路基板であって、前記絶縁層を介して回路用の金属箔を備えた金属ベースの一側面に、前記絶縁層及び金属箔の無い電子部品搭載部を備えたことを金属ベース回路基板の主要な特徴とする。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法では、パンチの打ち込みによる凸部の半抜き形成により、絶縁層を打ち抜くことができる。

この打ち抜きにより、前記凸部の少なくとも先端周縁部の断面の湾曲形状を利用して打ち抜かれた絶縁層を容易に剥離除去させることができる。

この剥離後に、電子部品を金属ベースに直付け可能とする電子部品搭載部を、プレスとにより容易に形成することができる。

このように、電子部品搭載部を、打ち込みとプレスとにより形成するため、機械加工やレーザー加工が不要となり、安価に加工することができ、傷発生等を抑制することができる。

この電子部品搭載部に電子部品を直付けすることで電子部品の発熱を電子部品搭載部へ直接伝熱させることができ、放熱性を高めることができ、高密度実装を進展させることができる。

金属ベース回路基板にＬＥＤを実装した要部平面図である。（実施例１） 金属ベース回路基板にＬＥＤを実装した要部断面図である。（実施例１） 金属ベース回路基板の要部断面図である。（実施例１） （ａ）は、凸部形成工程及び剥離工程を示す断面図、（ｂ）は、搭載部形成工程を示す断面図である。（実施例１） 電子部品搭載部の高さ調整を示す断面図である。（実施例１） 絶縁層及び銅箔の剥離を示す断面図である。（実施例１） 絶縁層及び銅箔の剥離を示す断面図である。（実施例１） 金属ベース回路基板の要部断面図である。（実施例２）

電子部品を金属ベ−スに直付けして放熱性を高め、高密度実装の進展を可能としながら、安価に加工でき、傷発生等を抑制するという目的を、絶縁層を介して回路用の金属箔を備えた金属ベースの凸部の半抜き形成による絶縁層の打ち抜きと凸部のプレスとにより実現した。

［金属ベース回路基板］
図１は、金属ベース回路基板にＬＥＤを実装した要部平面図、図２は、金属ベース回路基板にＬＥＤを実装した要部断面図、図３は、金属ベース回路基板の要部断面図である。

図１〜図３のように、金属ベース回路基板１は、後述の製造方法により製造され、例えばアルミニウム製或いはアルミニウム合金製の金属ベース３の一側面に、絶縁層５を介し回路用の金属箔として銅箔パターン７を備えている。この金属ベース３は、前記絶縁層５及び銅箔パターン７の無い電子部品搭載部９を備えている。この電子部品搭載部９は、平坦な底部の搭載面９ａ及び傾斜した側壁部９ｂを有して断面が凹状に形成されている。

電子部品搭載部９の周囲には、捨て銅箔１１が周回状に形成されている。この捨て銅箔１１は、絶縁層５の打ち抜きを容易にするために残ったものであり、回路は構成しない。但し、捨て銅箔１１をアース回路等として利用することもできる。

電子部品搭載部９には、搭載面９ａの中央部に電子部品として例えばＬＥＤ１３が導電性ペースト（銀粉＋エポキシ樹脂）等により取り付けられている。ＬＥＤ１３は、ワイヤ・ボンディングなどにより形成された金属ワイヤ１５により回路用の銅箔パターン７に接続されている。

このようにＬＥＤ１３が電子部品搭載部９に直付けされることでＬＥＤ１３の発熱を電子部品搭載部９へ直接、効率よく伝熱させることができる。

また、ＬＥＤ１３が凹状の電子部品搭載部９内部に配置されることでＬＥＤ１３の保護を行わせることができ、金属ベース３上への突出も規制することができる。

ＬＥＤ１３を保護するためにシリコーン樹脂１４等をポッティングするとき、電子部品搭載部９が凹状であるため、ダム効果により樹脂流れを抑制することができ、確実なコーティングを行わせることができる。
［金属ベース回路基板の製造方法］
図４（ａ）は、凸部形成工程及び剥離工程を示し、（ｂ）は、搭載部形成工程を示す断面図である。

本発明実施例の金属ベース回路基板の製造方法は、絶縁層５を介して回路用の銅箔パターン７を備えた金属ベース３の一側面に、前記絶縁層５及び銅箔パターン７の無い電子部品搭載部９を形成するものであり、凸部形成工程Ｓ１と、剥離工程Ｓ２と、搭載部形成工程Ｓ３とを備えている。

図４（ａ）の金属ベース３の一側面には、半抜き形成前、全面の絶縁層５を介して回路用の銅箔パターン７が備えられる他、打ち抜かれる対象の金属箔として、前記絶縁層５の打ち抜きを補助するダミーの銅箔パターン２１が円形状に備えられている。

なお、絶縁層５及び銅箔パターン７，２１の形成は、例えば、次のようにして行う。すなわち、半硬化状態の絶縁材の一方の面に金属ベース３を配置し、他方の面に銅箔を配置し、積層プレスにより一体化し、銅張り積層構造とし、この銅箔面をエッチングにより所望の銅箔パターン７，２１を形成する。

図４（ａ）のように、凸部形成工程Ｓ１では、例えば丸棒状のパンチ１６と穴１７を備えたダイ１９とが用いられる。パンチ１６と穴１７との間のクリアランスは、例えば２．５％以下に設定している。但し、このクリアランスは、他の設定にすることもできる。

この凸部形成工程Ｓ１では、先ずダイ１９上に金属ベース３を配置、固定する。このときダミーの銅箔パターン２１の中心がダイ１９の穴１７の中心となるように位置決められる。

次いで、金属ベース３の他側面から肉厚方向の途中までパンチ１６が打ち込まれ該金属ベース３の肉をダイ１９の穴１７内へ押し込む。

この押し込みによりダイ１９の穴１７内に凸部２３が半抜き形成され、金属ベース３の他側面に打ち込み凹部２５が形成される。凸部２３の半抜き形成により、ダミーの銅箔パターン２１の有る箇所で絶縁層５及びダミーの銅箔パターン２１の一部が打ち抜かれる。

このとき、ダミーの銅箔パターン２１により凸部２３の周囲に捨て銅箔１１が残り、絶縁層５の部分的な打ち抜きを図４（ａ）のように補助し、打ち込みを容易にしている。

パンチ１６の押し込み量は、本実施例において金属ベース３の板厚の半分程度にしている。但し、押し込み量は、他の設定にすることもできる。

剥離工程Ｓ２は、前記パンチ１６と穴１７との間のクリアランスの設定、パンチ１６の押し込み量の設定により実施され、パンチ後の金属ベース３をダイ１９から引き上げ、凸部２３をダイ１９の穴１７から引き抜くことで実行される。

すなわち、凸部２３には、前記パンチ１６による押し込みにより先端周縁部２３ａの断面が湾曲形状に形状変化し、抜きカス２７の周縁が凸部２３の先端周縁部２３ａから剥がれる。

この剥がれにより凸部２３をダイ１９の穴１７から引き抜くとき、抜きカス２７の周縁が穴１７の内周に係合し、抜きカス２７が自動的に引き剥がされる。

引き剥がされた抜きカス２７は、ダイ１９の穴１７に接続した吸引装置などにより吸引することができる。

こうして、剥離工程Ｓ２では、絶縁層５及び銅箔パターン２１の一部である抜きカス２７を前記凸部２３の湾曲形状の周縁部２３ａを利用して剥離除去し、凸部２３先端を露出させる。

図４（ｂ）のように、搭載部形成工程Ｓ３では、例えば平板状のパンチ２９とコーン部３１を備えたダイ３３とが用いられる。

図４（ａ）の凸部形成工程Ｓ１及び剥離工程Ｓ２を経て先端を露出させた金属ベース３の凸部２３を、図４（ｂ）のようにパンチ２９及びダイ３３によりプレス成型して前記絶縁層５及び銅箔パターン７，２１の無い断面が凹状の電子部品搭載部９を形成する。

凸部２３をパンチ２９及びダイ３３によりプレス成型したとき、肉は図２矢印のように他側面側へ移動して打ち込み凹部２５内へ戻され、打ち込み凹部２５が浅くなる。また、一側面へ盛り上がるようにも肉が移動し、捨て銅箔１１は、図２のように外周側へ下降傾斜する。

図５は、電子部品搭載部の高さ調整を示す断面図である。

図２で示す一側面及び他側面の両方向への肉移動のバランスは、搭載部形成工程Ｓ３において、図５のようなパンチ２９及びダイ３５により調整することができる。すなわち、ダイ３５には、金属ベース３に形成された打ち込み凹部２５内に入る調整凸部３７が形成され、この調整凸部３７の高さ設定により前記双方向の肉移動のバランスを調整することができる。

前記凸部形成工程Ｓ１において、凸部２３の先端周縁部２３ａの断面湾曲形状の度合いは、パンチ１６の径及びダイ１９の穴１７の径の選択及びパンチの押し込み量の選択により調整できる。

図６、図７は、絶縁層及び銅箔の剥離を示す断面図である。

図６の例では、径の小さなパンチにより打ち込み凹部２５Ａを形成して凸部２３Ａの先端を半球状とし、先端周縁部２３Ａａを形成した。この半球状の凸部２３Ａでは、凸部２３Ａを形成するだけで絶縁層５及び銅箔パターン２１Ａの抜きカス２７Ａが完全に剥がれる。

図７の例では、径の大きなパンチにより打ち込み凹部２５Ｂを形成して凸部２３Ｂの先端周縁部２３Ｂａの断面にコーナーアールを備え、凸部２３Ｂを扁平な台状に形成する。この台状の凸部２３Ｂでは、絶縁層５及び銅箔パターン２１Ｂの抜きカス２７Ｂの周縁部のみが剥がれる。
［実施例１の効果］
本発明実施例１では、絶縁層５を介して回路用の銅箔パターン７を備えた金属ベース３の一側面に、前記絶縁層５及び銅箔パターン７の無い電子部品搭載部９を形成する金属ベース回路基板１の製造方法であって、前記金属ベース３の他側面から肉厚方向の途中までパンチ１６を打ち込み該金属ベース３の一側面にダイ１９の穴１７内へ押し込まれ先端周縁部２３ａの断面が湾曲形状の凸部２３を半抜き形成して前記ダミーの銅箔パターン２１の有る箇所で絶縁層５及びダミーの銅箔パターン２１の一部を打ち抜く凸部形成工程Ｓ１と、前記打ち抜けかれた絶縁層５及びダミーの銅箔パターン２１の一部である抜きカス２７を前記凸部２３の湾曲形状を利用して剥離除去し凸部２３先端を露出させる剥離工程Ｓ２と、前記凸部２３をプレス成型して前記電子部品搭載部９を形成する搭載部形成工程Ｓ３とを備えた。

このため、パンチ１６の打ち込みによる凸部２３の半抜き形成により、ダミーの銅箔パターン２１の有る箇所で絶縁層５及びダミーの銅箔パターン２１の一部を打ち抜くことができる。

この打ち抜き後に、絶縁層５及びダミーの銅箔パターン２１の一部である抜きカス２７を凸部２３の先端周縁部２３ａの断面の湾曲形状を利用して容易に剥離除去させることができる。

この剥離後に、ＬＥＤ１３を金属ベース３に直付け可能とする電子部品搭載部９をプレスにより容易に形成することができる。

このように、電子部品搭載部９を、打ち込みとプレスとにより形成するため、機械加工やレーザー加工が不要となり、安価に加工することができ、電子部品搭載部９での傷発生等を抑制することができる。

この電子部品搭載部９にＬＥＤ１３を直付けすることでＬＥＤ１３の発熱を電子部品搭載部９へ直接伝熱させることができ、放熱性を高めることができ、高密度実装を進展させることができる。

前記金属ベース３は、前記絶縁層５の打ち抜きを補助するダミーの銅箔パターン２１を備えた。

このため、捨て銅箔１１を形成して絶縁層５の打ち抜きを補助し、打ち抜きを容易に行わせることができる。

前記凸部形成工程Ｓ１は、前記パンチ１６の径及びダイ１９の穴１７の径の選択及びパンチ１６の押し込み量の選択により前記凸部２３の先端を半球状又は先端周縁部２３Ｂａの断面にコーナーアールを備えた台状に形成する。

このため、抜きカス２７Ａを完全に剥がし、或いは抜きカス２７Ｂの周縁部のみを剥がすことができる。

前記搭載部形成工程Ｓ３は、前記電子部品搭載部９を凹状に形成した。

このため、ＬＥＤ１３が凹状の電子部品搭載部９内部に配置されることでＬＥＤ１３の保護を行わせることができ、金属ベース３上への突出も規制することができる。

電子部品搭載部９は、平坦な底部の搭載面９ａ及び傾斜した側壁部９ｂからなり、搭載面９ａに搭載されたＬＥＤ１３と一側面の銅箔パターン７とのワイヤ１５による接続を側壁部９ｂの傾斜を利用して容易に行わせることができる。

電子部品搭載部９は、凹状に形成されているため、ＬＥＤ１３から発行する光を傾斜した側壁部９ｂで矢印Ａのように前面に反射させることができ、照度アップを期待することができる。

前記搭載部形成工程Ｓ３は、前記他側面に前記パンチ１６の打ち込みにより形成された打ち込み凹部２５内に前記凸部２３側の肉を戻しつつ電子部品搭載部９を凹状に形成した。

このため、電子部品搭載部９の深さの設定を自由に行わせることができる。

図８は、実施例２に係り、金属ベース回路基板の要部断面図である。

本実施例では、凸部形成工程Ｓ１と、剥離工程Ｓ２と、搭載部形成工程Ｓ３とを備えることは、実施例１と同様であり、搭載部形成工程Ｓ３において、電子部品搭載部９Ｃを平坦状に形成した。電子部品搭載部９Ｃの平坦な搭載面９Ｃａは、捨て銅箔１１と一体化し、銅箔パターン７の上面と同高さに設定されている。電子部品搭載部９Ｃにおいて絶縁層５の抜き穴周縁５ａは、他側面側へ向けて変形し、金属ベース３Ｃの肉内に食い込んでいる。

この搭載部形成工程Ｓ３では、金属ベース３Ｃの他側面にパンチ１６の打ち込みにより形成された打ち込み凹部２５Ｃ内に前記凸部２３（図４参照）側の肉を戻しつつ電子部品搭載部９Ｃを平坦状に形成する。肉の戻し量の設定は、図５のようにして行うことができる。

電子部品搭載部９Ｃの平坦な搭載面９Ｃａにより、高発熱性半導体、例えばパワースイッチング素子等のベアーチップを金属ベース３Ｃに広い範囲で直付けし、効率よく放熱させることができる。
［その他］
上記各実施例において、絶縁層５、銅箔パターン７、ダミーの銅箔パターン２１、捨て銅箔１１及び電子部品搭載部９は、金属ベース３の両面に設けることもできる。

上記銅箔パターン２１の有る箇所で絶縁層５の一部を打ち抜く方法に代えて、銅箔パターン７，２１の無い箇所で絶縁層５の一部を打ち抜く方法にすることもできる。

抜きカス２７，２７Ａ，２７Ｂ等の引き剥がしは、凸部２３等をダイ１９の穴１７から引き抜いた後に行わせることもできる。

１ 金属ベース回路基板
３，３Ｃ 金属ベース
５ 絶縁層
７ 回路用の銅箔パターン（金属箔）
９，９Ｃ 電子部品搭載部
１１ 捨て銅箔
１３ ＬＥＤ（電子部品）
１７ ダイの穴
１９ ダイ
２１ ダミーの銅箔パターン
２３，２３Ａ，２３Ｂ 凸部
２５，２５Ｃ 打ち込み凹部
２７，２７Ａ，２７Ｂ 抜きカス（絶縁層及び金属箔の一部）

Claims (6)

1. 絶縁層を介して回路用の金属箔を備えた金属ベースの一側面に、前記絶縁層及び金属箔の無い電子部品搭載部を形成する金属ベース回路基板の製造方法であって、
   前記金属ベースの他側面から肉厚方向の途中までパンチを打ち込み該金属ベースの一側面にダイの穴内へ押し込まれ少なくとも先端周縁部の断面が湾曲形状の凸部を半抜き形成して前記絶縁層を打ち抜く凸部形成工程と、
   前記打ち抜かれた絶縁層を前記凸部の湾曲形状を利用して剥離除去し凸部先端を露出させる剥離工程と、
   前記凸部をプレス成型して前記電子部品搭載部を形成する搭載部形成工程と、
   を備えたことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
2. 請求項１記載の金属ベース回路基板の製造方法であって、
   前記金属ベースは、前記打ち抜かれた絶縁層の前記剥離除去を補助するダミーの金属箔を有する、
   ことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の金属ベース回路基板の製造方法であって、
   前記凸部形成工程は、前記パンチの径及びダイの穴の径の選択及びパンチの押し込み量の選択により前記凸部の先端を半球状又は先端周縁部の断面にコーナーアールを備えた台状に形成する、
   ことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の金属ベース回路基板の製造方法であって、
   前記搭載部形成工程は、前記電子部品搭載部を凹状又は平坦状に形成した、
   ことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
5. 請求項１〜４のずれかに記載の金属ベース回路基板の製造方法であって、
   前記搭載部形成工程は、前記他側面に前記パンチの打ち込みにより形成された打ち込み凹部内に前記凸部側の肉を戻しつつ電子部品搭載部を凹状又は平坦状に形成した、
   ことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の金属ベース回路基板の製造方法により製造される金属ベース回路基板であって、
   前記絶縁層を介して回路用の金属箔を備えた金属ベースの一側面に、前記絶縁層及び金属箔の無い電子部品搭載部を備えた、
   ことを特徴とする金属ベース回路基板。

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