JP7117597B2

JP7117597B2 - 配線基板およびその製造方法とその配線基板を用いた自動車のヘッドライト

Info

Publication number: JP7117597B2
Application number: JP2018057379A
Authority: JP
Inventors: 達雄笹岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-08-15
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2019004132A

Description

本発明は、配線基板とその製造方法とその配線基板を用いた自動車のヘッドライトに関する。

近年、社会環境の省エネ要求が厳しくなる中、パワー半導体やＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）など消費電力低減を目的とした電子デバイスの普及が進んでいる。このような電子デバイスでは、搭載される筐体セットの小型化要求や電気的、光学的な設計容易性から、モジュールに搭載されるデバイスの数自体が減少している。結果として、素子一個当たりに対する投入電力量が増加する。このため、素子の高発熱化が問題になる。従って、高い放熱性を備えることが製品の信頼性を確保する上で重要になってきている。このため、放熱性の高い配線基板、特に金属をベースに樹脂配線基板を貼り合わせた高放熱基板が開発されている（例えば、特許文献１および２）。

金属をベースとした放熱基板は、放熱部である金属板と、電気的配線層を形成した樹脂配線基板とを貼り合わせた構造になっている。一般的に大判サイズで貼り合わせを実施した後に、所望のサイズに切り出され個片化される。

この個片化の方法には特許文献１に示されるようにルーター加工のような切削による方法や、金型によるせん断加工による方法が一般的である。しかし、基板の作成枚数が多くなり生産能力が必要になれば、主に金型によるせん断加工がコストを抑えるためにも有効である。

金型によるせん断加工では、金属ベース面にバリや返りが発生する。電子部品が搭載された放熱基板に、更に放熱フィンなどを、放熱グリスを介して設置する時、このバリや返りが原因で放熱グリス厚みが厚くなる。結果として、放熱特性が悪化することになる。

従って、せん断加工を実施する場合は、特許文献２に示されるように打ち抜く方向を一方向に規定して、バリや返りの発生方向を電子部品搭載面になることを回避している。

図５（ａ）～図５（ｃ）に従来のせん断加工による基板の個片化工程を示す。図５（ａ）に示す集合基板１００を、図５（ｂ）で示すように、ダイ金型１４で下方より支えつつパンチ金型１３で打ち抜く。結果、図５（ｃ）で示す個片基板３０が形成される。

その時、打ち抜かれた個片基板３０の全体断面を図６（ａ）に示す。個片基板３０は導体配線層１と絶縁樹脂層２と金属基板３から成り立っている。また、個片基板３０の端部拡大断面図を図６（ｂ）に示す。金属基板３の端部に、金属基板３の返りが発生する。この返りにより、絶縁樹脂層２と金属基板３とが一体化している構造となる。

特開２００７－２５８５９０号公報特開２００５－１６６８６８号公報

しかし、製品の信頼性観点で見てみると、このような発熱を繰り返す電子部品を搭載した放熱基板には、熱上昇と下降の繰り返しがかかる。この場合、絶縁樹脂層２と金属基板３の線膨張係数差による熱応力が発生する。更に、金属基板３の返りが存在することにより、絶縁樹脂層２に垂直方向の力がかかることになる。結果、絶縁樹脂層２と金属基板３の剥離が発生して放熱特性や絶縁特性に影響を与え品質を満たせなくなるという問題が発生する。

そこで、本発明は上記課題に鑑みて、生産性を重視して打ち抜きによるせん断加工でバリや返りが発生しても、樹脂部と金属部の剥離発生を抑えることができる配線基板およびその製造方法とその配線基板を用いた自動車のヘッドライトを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、導電配線層と、上記導電配線層を一方の面に有する絶縁樹脂層と、上記絶縁樹脂層の他方の面に配置され、上記絶縁樹脂層の端部を覆う金属基板と、を有する配線基板を用いる。

また、導電配線層と樹脂絶縁層と金属板とが積層された配線基板に、凹部を形成する凹部形成工程と、上記配線基板を金型により、平面視において上記凹部に対してせん断加工を行い、上記金属板により上記絶縁層の端部の一部を覆うように打ち抜く打ち抜き工程と、を含む配線基板の製造方法を用いる。

本開示における配線基板およびその製造方法によれば、生産性に優れた打ち抜きによるせん断加工でも樹脂部と金属部の剥離発生を抑えることができて高い信頼性を実現することができる。

（ａ）第１の実施形態に係る配線基板を示す断面図、（ｂ）第１の実施形態に係る配線基板を示す端部拡大図、（ｃ）～（ｅ）第１の実施形態に係る配線基板の平面図（ａ）～（ｄ）第１の実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（ａ）第２の実施形態に係る配線基板を示す断面図、（ｂ）第２の実施形態に係る配線基板を示す端部拡大図（ａ）～（ｄ）第２の実施形態に係る配線基板の製造方法を示す断面図（ａ）～（ｃ）従来技術に係る配線基板の製造方法を示す断面図（ａ）従来技術に係る配線基板を示す断面図、（ｂ）従来技術に係る配線基板を示す端部拡大図実施の形態の配線基板を用いたヘッドライトの断面図

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、実質的に同一の構成に対して同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、以下で説明する実施形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。更に、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面及び以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（第１の実施形態）
＜構造＞
以下、図１を用いて、本発明の第１の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る配線基板１０の構成を模式的に示す概略断面図の図１（ａ）と端部拡大断面図の図１（ｂ）である。

図１（ａ）において配線基板１０は、電子部品を電気的に接続するために形成された導体配線層１と、導体配線層１と金属基板３の間に形成されている絶縁樹脂層２で形成されている。

導体配線層１は、その上に、電子部品をはんだ付けなどで接続される。このために、導体配線層１は、一般的には銅材質の配線に、はんだの濡れを確保すべく金や錫などのめっきが施されている。また、はんだの余分な濡れ広がりを防止するために、ソルダーレジストなどの樹脂が形成されている。導体配線層１は、一般的な樹脂配線基板に準ずる構成となっている。

また、絶縁樹脂層２は一般的にエポキシ樹脂からなる工業プラスチック材料から構成されており、高温時の膨張を抑制するためにガラスクロスやアラミド繊維、シリカやアルミナなど線膨張係数の低い材料を複合させていることが多い。

更に金属基板３は一般的な放熱用途では銅やアルミニウム、またはその合金で構成されることが多く、モリブデンやタングステンなどとの合金で熱伝導率と低膨張の両立を図ることがある。

図１（ｂ）に、配線基板１０端部拡大図を示す。絶縁樹脂層２の端部は、金属基板３の端部の鉛直方向または絶縁樹脂層２の上下面に対して、角度を持った傾斜面２ａであり、下部は金属基板３の一部分である保持部４で覆われている。金属基板３の材料の一部が絶縁樹脂層２の端部の傾斜面２ａの一部に覆い重なった構造になっている。絶縁樹脂層２の厚みは８０μｍである。絶縁樹脂層２の端部の傾斜面２ａは、金属基板３の端部の鉛直方向または絶縁樹脂層２の上下面に対して、４５度の角度を成す。保持部４は１０～６０μｍの高さとなる。

ここで、角度θは１度以上９０度未満が好ましい。保持部４が傾斜面２ａを覆う割合は１０％以上１００％未満が好ましい。保持部４の高さは絶縁樹脂層２の上面と同じまたはそれより低いのが好ましい。保持部４の高さが絶縁樹脂層２の上面より高くなる場合は、保持部４は平面的に導体配線層１と接触しないのが好ましい。保持部４は平面的に導体配線層１とは、それぞれの熱膨張を加味して０．５ｍｍ以上は離すのが好ましい。

この保持部４があることで、熱による絶縁樹脂層２と金属基板３の線膨張差による剥離が発生しようとしても、絶縁樹脂層２と金属基板３とを保持部４が押さえ込むので、剥離の発生を回避することが出来る。

また、この保持部４の形成箇所は、実施の形態１に係る個片の配線基板１０の端部全周に形成されることが好ましい。しかし、剥離が発生しやすいコーナー部（図１（ｄ））のみに形成されてもよい。また、発熱部品が搭載されていて熱による膨張が大きい部分にのみ形成されてもよい。

図１（ｃ）～図１（ｅ）に、配線基板１０の平面図を示す。

図１（ｃ）では、保持部４が全周に存在する。図１（ｄ）では、保持部４がコーナ部６に存在する。保持部４は、コーナ部６のみに存在してもよい。図１（ｅ）では、保持部４が発熱部品５の近傍の配線基板１０の端部に位置する。保持部４は、発熱部品５の近傍のみでもよい。なお、保持部４の位置は、下記のクリアランスを設ける場所を変化させることで配線基板１０の全体、部分のいずれにも、設定できる。

なお、保持部４は絶縁樹脂層２の上面を超えることはない。なぜなら、以下で説明するように、上面をパンチ金型１３で押さえているからである。

なお、発熱部品５は、ＬＥＤなどである。配線基板１０は、たとえば、自動車用のＬＥＤヘッドライトの基板である。
なお、発熱部品５はＬＥＤやレーザーダイオード、パワーデバイスなどの発熱素子である。配線基板１０は、発熱部品５が複数個搭載されたモジュール基板の場合もある。配線基板１０は、たとえば、自動車用のＬＥＤヘッドライトや建物の航空障害灯、高輝度サーチライト、大型プロジェクタに搭載される発光部に用いられる配線基板である。

＜製造方法＞
次に、図２（ａ）～図２（ｄ）を用いて、第１の実施形態における配線基板の製造方法について説明する。

図２（ａ）において、集合基板１００は個片化前の基板サイスであり一般的には１００ｍｍから３００ｍｍのサイズであり、絶縁樹脂層の厚みは８０μｍ、金属板の厚みは１．５ｍｍで同材質である。なお、図１（ａ）にて示している導体配線層１は図の簡略化の為に図２（ａ）～図２（ｄ）では省略している。

まず、図２（ｂ）に示すように、突起部１２が形成されている凹部形成金型１１により、集合基板１００に押し当てて、集合基板１００に凹部１５ａを形成する。突起部１２の形状は押し当てる方向に対して１度以上９０度未満の角度を成している。本実施例では突起部１２の形状は高さ８０μｍ、角度４５度とし、凹部形成金型１１を切削して形成した。これにより絶縁樹脂層２に角度を持った凹部１５ａを形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、ダイ金型１４により集合基板１００を支えながらパンチ金型１３により打ち抜く。この時、パンチ金型１３とダイ金型１４によるせん断箇所は予め形成された凹部１５ａに一致するようにすることでせん断加工によって生じた金属基板３の返り部が絶縁樹脂層２の凹部斜面に覆いかぶさる。

結果、図２（ｄ）で示すように、個片の配線基板１０が形成され、保持部４（図１（ｂ））が形成される。本実施の形態ではクリアランスは約７５μｍである。これは金属板厚み１．５ｍｍと銅材質からくる適正クリアランス値である。

また、保持部４の形成高さや形成箇所はパンチ金型１３とダイ金型１４のクリアランスにより制御することが可能である。例えば、保持部４の高さを高くする場合は、クリアランスを大きくして、流動する材料を多くすることで実現する。

（第２の実施形態）
＜構造＞
以下、図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。図３（ａ）は、配線基板２０の断面図である。図３（ｂ）は、配線基板２０の端部拡大断面図である。説明しない事項は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態に係る配線基板２０の特徴は、絶縁樹脂層２の端部が金属基板３の端部と平行に、または、絶縁樹脂層２の上下面に対して垂直に、垂直面２ｂが設けられていることである。また、絶縁樹脂層２は、金属基板３の保持部４によって側面方向から拘束されていることである。

このような構成にすることにより、実施の形態１に比べて上下方向の拘束がなくなり、側面の拘束のみで、絶縁樹脂層２の剥離発生を防ぐことになる。さらに、配線基板２０の平面方向からの外観は良くなる。つまり、保持部４が、絶縁樹脂層２を覆う部分は、複数の配線基板２０間でばらつきが少ない。実施の形態１の図１（ｂ）の場合、絶縁樹脂層２の端部が傾斜しているため、保持部４で覆われる範囲がばらつきやすい。

＜製造方法＞
次に、図４（ａ）～図４（ｄ）を用いて第２の実施形態における配線基板の製造方法について説明する。

図４（ａ）において、集合基板１００は、個片化前の大きな基板サイズである。集合基板１００は、実施の形態１と同様のサイズ、材質である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）にて示している導体配線層１は、図の簡略化の為に、図４（ａ）～図４（ｄ）では省略している。

まず、図４（ｂ）に示すように、ルーター２１など切削加工により、集合基板１００に凹部１５ｂを形成する。本実施の形態ではルーター径６ｍｍ、先端形状は平坦であり、角部は半径０．２ｍｍである。絶縁樹脂層の厚み８０μｍに対して、切り込み深さを９０μｍとして金属基板３まで加工を行った。この時の凹部１５ｂの加工手段としては、ルーター２１のみならずレーザーや刃物による加工によるものでもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、ダイ金型１４により集合基板１００を支えながら、パンチ金型１３により、集合基板１００を打ち抜く。この時、パンチ金型１３とダイ金型１４によるせん断箇所は、予め形成された凹部１５ｂに一致するようにする。このことでせん断加工によって生じた金属基板３の保持部４が絶縁樹脂層２の側面に接触する。

結果、図４（ｄ）で示すように、個片の配線基板２０が形成され、図３（ｂ）の保持部４が形成される。

（全体として）
以上、一つまたは複数の態様にかかる配線基板および配線基板の製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

なお、配線基板１０，２０は、図７に示す自動車、バイクなどのヘッドライト７０に用いることができる。図７は、ヘッドライド７０の断面図である。ヘッドライト７０は、反射鏡７１（リフレクター）と配線基板１０または２０と、レンズ７２を有する。配線基板１０、２０上の発熱部品５であるＬＥＤからの光が、反射鏡７１で反射され、レンズ７２を通過し、外部へ照射される。

本発明は、高出力ＬＥＤを用いた車載照明や産業機器、大電流駆動を行うパワーデバイスを用いたＤＣ－ＤＣコンバータやＤＣ－ＡＣインバータなどの電力変換機器、高周波駆動を行うシステムＬＳＩ、において有用である。

１導体配線層
２絶縁樹脂層
２ａ傾斜面
２ｂ垂直面
３金属基板
４保持部
５発熱部品
６コーナ部
１０配線基板
１１凹部形成金型
１２突起部
１３パンチ金型
１４ダイ金型
１５ａ、１５ｂ凹部
２０配線基板
２１ルーター
３０個片基板
１００集合基板

Claims

導電配線層と、
前記導電配線層を一方の面に有する絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の他方の面に配置され、前記絶縁樹脂層の端部を覆う金属基板と、を有する配線基板であり、
前記絶縁樹脂層の端部のコーナ部が、前記金属基板で覆われる配線基板。
導電配線層と、
前記導電配線層を一方の面に有する絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の他方の面に配置され、前記絶縁樹脂層の端部を覆う金属基板と、を有する配線基板であり、
前記導電配線層に、発熱部品が搭載され、
前記発熱部品の近傍部の前記絶縁樹脂層の端部が、前記金属基板で覆われる配置された配線基板。
前記発熱部品は、ＬＥＤである請求項２記載の配線基板。
導電配線層と、
前記導電配線層を一方の面に有する絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の他方の面に配置され、前記絶縁樹脂層の端部を覆う金属基板と、を有する配線基板であり、
前記絶縁樹脂層の端部の全周が、前記金属基板で覆われる配線基板。
前記絶縁樹脂層の端部は、前記絶縁樹脂層の上下面に対して、傾斜面を有する請求項１～４のいずれか１項に記載の配線基板。
前記絶縁樹脂層の端部は、前記絶縁樹脂層の上下面に対して、垂直面を有する請求項１～４のいずれか１項に記載の配線基板。
請求項１～６のいずれか１項に記載の配線基板を用いた自動車のヘッドライト。
導電配線層と樹脂絶縁層と金属板とが積層された配線基板に、凹部を形成する凹部形成工程と、
前記配線基板を金型により、平面視において前記凹部に対してせん断加工を行い、前記金属板により前記絶縁層の端部の一部を覆うように打ち抜く打ち抜き工程と、
を含む配線基板の製造方法。
前記凹部形成工程では、突起部を有した金型を前記配線基板に押さえつけることにより前記凹部形成する請求項８記載の配線基板の製造方法。
前記突起部は前記配線基板の面に対して、頂角が９０度未満である請求項９に記載の配線基板の製造方法。
前記凹部形成工程は、切削加工により形成する請求項８記載の配線基板の製造方法。
前記凹部形成工程は、レーザーにより形成する請求項８記載の配線基板の製造方法。