JPH10261847A - 電子部品搭載用放熱基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は多数の電子部品が高密度実装された
パワー電子回路において発熱部品の放熱を効果的に行う
電子部品搭載用放熱基板を提供することを目的とする。 【解決手段】 金属板１を所定の配線パターン状に打ち
抜き、この金属板１を高熱伝導性の複合絶縁材料２によ
り少なくとも部品搭載部分を露出した状態で金属板１と
複合絶縁材料２を密着一体成形した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ回路や電
源回路のように大電力を扱う電子回路モジュール等に用
いられるパワー半導体及び各種電子部品等を搭載する電
子部品搭載用放熱基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インバータ回路や電源回路のよう
に大電力を扱う電子回路は機器の小型化にともないモジ
ュール化が進んでいる。このパワー電子回路のモジュー
ル化を達成するためには、高密度実装されたパワー半導
体等の損失による発熱をいかに放熱するかが重要な課題
である。従来この種の電子回路モジュールには、金属支
持板上の表面に薄い絶縁体層を介して導体箔を張り合わ
せ、この導体箔をエッチングすることにより配線パター
ンを形成する基板（以下金属ベース基板と称す）が用い
られ、これにパワー半導体および各種電子部品を搭載し
て回路を形成していた。

【０００３】この従来の電子回路モジュールについて図
８，図９により説明する。図８及び図９は従来の金属ベ
ース基板を用いた電子回路モジュールを示すものであ
る。同図によると、９１は金属支持板、９２は絶縁体
層、９３は導体箔、９４はパワー半導体を含む電子部品
である。導体箔９３は金属支持板９１に絶縁体層９２を
介して張り合わされている。この導体箔９３はエッチン
グにより配線パターン状に形成され、これに電子部品９
４を搭載し回路を構成する。９５は外部接続端子であり
電子部品９４と同様に搭載される。電子部品９４での発
熱は絶縁体層９２を介して金属支持板９１に伝えられ
る。９６はパターンの配線抵抗を低減するためのバスバ
ー、９７は放熱器であり金属支持板９１のみの放熱では
不十分な場合に放熱を補うために用いるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、配線パターン形成をエッチングにより行う
ため、導体箔９３には３５μｍや７０μｍといった薄い
ものが用いられており、大電流が流れるようなパワー回
路を構成する際にその配線抵抗が問題となる。このため
電流の多く流れる部分にはバスバー９６を基板に実装し
ている。

【０００５】またこの金属ベース基板の放熱特性は金属
支持板９１と導体箔９３の間に形成された絶縁体層９２
により決定され、一般的にこの種の絶縁体層９２はエポ
キシ樹脂の塗布により形成しており、放熱特性を良くす
るために薄く成形されている。このため絶縁特性が高く
できないことや、導体箔９３と金属支持板９１との間に
発生する分布容量が大きくなるために、回路の高周波化
を阻害したり、金属支持板９１を介してノイズが伝搬し
易いといった課題があった。

【０００６】さらに、モジュールを構成する場合の外部
接続端子９５は別パーツで基板に実装する必要があり、
複数の外部接続端子９５の位置決めが難しいといった問
題も有していた。

【０００７】本発明は上記従来の解題を解決するもの
で、放熱基板の重要な特性である放熱特性と絶縁特性の
両方を改善すると同時に大電力の電子回路を構成する上
で重要となる配線抵抗の低減やノイズの原因となる配線
パターンの分布容量の低減を達成し、外部接続端子など
も一体化できる立体構造の可能な放熱基板であって、し
かも容易に実現することのできる電子部品搭載用放熱基
板を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、金属板を所定の配線パターン状に打ち抜
き、この金属板を高熱伝導性の複合絶縁材料により少な
くとも部品搭載部分を露出した状態で一体成形し放熱基
板を構成するものである。

【０００９】この構成により、配線パターンは金属板で
あるために当然のことながら配線抵抗は低く、大電流回
路に適している。またこの基板に実装された部品の発熱
は一旦金属板により熱拡散された後、高熱伝導性の複合
絶縁材料により放熱されるため放熱性が良好であり、ま
た、高熱伝導性の複合絶縁材料で構成されるため絶縁層
は厚くできるので絶縁性が向上し、パターン間の分布容
量も低減が可能となる。さらに金属板は打ち抜き加工法
を用い、これに高熱伝導性の複合絶縁材料を一体成形す
るので容易に実施可能であり、従来の放熱基板では困難
である立体的な構造も可能となるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、所定の配線パターン状に打ち抜いた金属板と高熱伝
導性の複合絶縁材料とにより構成され、前記高熱伝導性
の複合絶縁材料は前記金属板をこの金属板の少なくとも
部品搭載部分を露出させた状態で一体形成したことによ
り、前記金属板によって熱拡散した後、高熱伝導性の絶
縁材料によって放熱されるため、放熱性が良好となると
ともに前記配線パターンの分布容量も低減できるもので
ある。

【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、金属板
の少なくとも部品搭載部分を露出させた部分の近傍側面
にゲート部を設けた金型を用いて部品収納可能なキャビ
ティを構成するように前記金属板の上下両面に複合絶縁
材料を一体成形したもので、請求項１に記載の金属板部
品搭載部分の底面における複合絶縁材料の流動特性を制
御して放熱特性を阻害する空気層形成を防止して複合絶
縁材料と金属板の密着性を高めることを容易とするもの
である。

【００１２】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の金属板の部品搭載部に厚さ方向に傾斜を持つ
穴を設け、一体成形時に複合絶縁材料が穴に楔状に食い
込み複合絶縁材料と金属板の密着性をより強固にできる
ものである。

【００１３】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１に記載の所定の配線パターン状に打ち抜いた金属板と
高熱伝導性の複合絶縁材料を一体形成し、成形体表面の
樹脂分がリッチなスキン層を除去して放熱特性を向上さ
せるものである。

【００１４】以下、本発明の一実施の形態について、図
１〜図７により説明する。図１，図２は第１の実施の形
態の電子部品搭載用放熱基板を示す図であり、図１は斜
視図、図２は側断面図である。図１において、１は配線
パターン状に打ち抜いた金属板で、金属板１としては熱
伝導率及び導電率の良好な銅板が望ましく、配線パター
ン状に打ち抜き加工する手段としてはプレス機を用いる
ことにより容易に実現できる。

【００１５】２は高熱伝導性の複合絶縁材料で、これは
射出成形やトランスファ成形により金属板１のインサー
ト成形ができる材料であり、ベースの樹脂材料として電
子部品の半田付けが可能なように高耐熱性を有する熱硬
化性のエポキシ樹脂あるいは、熱可塑性のポリフェニレ
ンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスチレン、ナイロ
ンのいずれかあるいはこれらの混合物を用い、このベー
ス樹脂材料に絶縁性と高熱伝導率を有する酸化アルミ、
窒化アルミ、酸化マグネシウム、窒化ボロン、酸化亜
鉛、シリカ、チタニア、スピネル等のいずれかあるいは
これらの中より選択された混合物をチタニウム、シラン
などのカップリング剤で表面処理した粉体フィラーとガ
ラスやウィスカーなどの繊維状のフィラーとを主体とす
る充填剤を混練して熱伝導性と強度を高めた複合絶縁材
料である。

【００１６】３は放熱基板に搭載された電子部品、４は
電子部品３を電気的に接続するための金属板１の露出
部、５は電子部品３を搭載するためのキャビティ、６は
金属板１を用いた端子部である。

【００１７】図２において、７は放熱基板のみでは放熱
が十分でない時に用いる外付けの放熱器である。このよ
うな高熱伝導性の複合絶縁材料２により配線パターン状
に打ち抜いた金属板１を電子部品３の搭載部分を露出さ
せた状態で一体成形している。

【００１８】以上のように構成された電子部品搭載用放
熱基板は配線パターンが打ち抜き加工された金属板１で
あるため配線抵抗が低く、実装された電子部品３の発熱
は配線パターン状に打ち抜いた金属板１により熱拡散さ
れた後、高熱伝導性の複合絶縁材料２によって放熱され
るため放熱特性が優れている。また外付けの放熱器７を
用いる場合においても絶縁層が厚いため絶縁特性は良好
であり、パターン間の分布容量も低減が可能となる。さ
らに金属板１の部品実装部分を露出させ、高熱伝導性の
複合絶縁材料２により搭載用のキャビティ５を構成する
ことにより部品の位置決めが容易となるとともに、半田
ブリッジの防止用のレジストが不要となる。

【００１９】また、金属板１は高熱伝導性の複合絶縁材
料２によりモールドされるため密着度が向上するととも
に、金属板１の両側に高熱伝導性の複合絶縁材料２が配
置されるので成形後の樹脂の収縮に伴う基板のソリが低
減されるといった基板構成上の利点を有するものであ
る。さらに従来の基板表面に形成された配線パターンは
パターン間の絶縁確保のため、所定の沿面距離を確保す
る必要があったが、本構成によれば配線パターンは高熱
伝導性の複合絶縁材料２に埋め込まれるのでパターン間
隔を狭めることも可能となる。

【００２０】なお、金属板１としての銅板の厚みは熱拡
散効果と端子を構成したときの強度を考慮すると０．５
mm以上が望ましく、プレス機を用いて金型によりパター
ン形成する場合の加工性を考慮すると１．０mm以下が望
ましい。また銅板の部品実装面は鍍金することにより半
田付け性を良好とすることができ、底面を黒化処理やブ
ラスト処理により表面を荒らすことで金属板１と高熱伝
導性の複合絶縁材料２との密着性は改善される。

【００２１】図３，図４，図５，図６，図７に第１の実
施の形態に改善を行った例を示す。図３は放熱基板の部
品搭載部分の近傍側面にゲート部を設けた金型を用いた
電子部品搭載用放熱基板の製造方法例を示す。図３にお
いて、１は配線パターン状に打ち抜いた金属板、１１は
第１の金型、１２は第２の金型、１３は第１の金型１１
及び第２の金型１２に設けたキャビティ、１４は第１の
金型１１に設けた金属板１を固定するための突起部、１
５は第２の金型１２に設けた金属板１を固定するための
突起部、１６は突起部１５の先端部に設けた切り欠き
部、１７は突起部１５が第２の金型１２より突出した状
態を保持するためのバネであり、１８は第２の金型１２
に設けたゲート部である。図４において２はキャビティ
１３に流し込んだ高熱伝導性の複合絶縁材料である。

【００２２】以上のように構成された金型を用いての一
体成形方法について具体的に説明する。金属板１は第１
の金型１１に設けられた突起部１４と第２の金型１２に
設けられた突起部１５によりキャビティ１３内で保持さ
れる。この状態でキャビティ１３に溶融した高熱伝導性
の複合絶縁材料２を流し込むことにより金属板１と高熱
伝導性の複合絶縁材料２の一体成形が達成される。ここ
で突起部１４を部品収納可能な形状とすることにより金
属板１の一部を露出させかつ高熱伝導性の複合絶縁材料
２の成形体に部品収納可能なキャビティ１３を構成でき
る。また突起部１５はその先端部に設けた切り欠き部１
６に溶融した高熱伝導性の複合絶縁材料２がキャビティ
１３内に充填完了した後圧力が加わり押し下げられる。
これにより金属板１には突起部１５の移動量に応じた厚
みの高熱伝導性の複合絶縁材料２が配置されるので金属
板１はこの面で露出しない。

【００２３】なお、突起部１５は外部より機械的にスラ
イドさせることも可能でありこの時切り欠き部１６は不
要となる。

【００２４】この時、部品搭載部分の近傍側面にゲート
部を配置することが重要で、部品搭載部分の底部からず
らした位置から複合絶縁材料２を流し込んで成形するこ
とにより放熱基板の部品搭載部分下部における複合絶縁
材料の流動特性を制御して放熱特性を阻害する空気層形
成を防止して複合絶縁材料２と金属板１の密着性を高め
ることを容易に達成可能である。逆に、部品搭載部分の
真下にゲート部を設けると複合絶縁材料成形体が下部の
みに形成される部品搭載部分の真下は、成形サイクルに
おいてゲートシールされた後ゲート部を中心として不均
一な収縮が生じるため、図４に示すように金属板１と複
合絶縁材料２の間に空気層が形成されて大幅に熱伝導特
性が損なわれる。

【００２５】図５は金属板１の部品搭載部に部品搭載側
の径が大きな傾斜を持つ穴を設けた例を示す。金属板１
の部品搭載部になる露出部４には部品搭載側の径が大き
な傾斜を持つ穴８が設けられており、その径は部品搭載
側に大きく一体成形される複合絶縁材料２側に小となっ
ている。図６に示すように複合絶縁材料２は部品搭載部
分の金属板１の部品搭載部底側と穴８に射出成形される
が、穴８の直径が金属板１の厚さ方向に傾斜を持つため
楔効果により強固に一体化する。このような穴８により
複合絶縁材料２と部品搭載部分の金属板１の密着性をよ
り高めることを容易に行うことができる。

【００２６】図７は成形された放熱基板複合絶縁材料の
表面状態を示す拡大断面図である。上部は顕微鏡観察用
にラッピングするためにモールドしたエポキシ樹脂１９
であり、下部が複合絶縁材料２であるが、粒状の物が高
熱伝導性粉体フィラー２０である。粒状の高熱伝導性粉
体フィラー２０と母材樹脂２１を主成分とした混合物を
均一組成になるように混練した後成形した板形状である
が、その厚さ方向で複合状態が異なり、表面層は母材樹
脂２１がリッチないわゆるスキン層２２の形成が認めら
れる。計測の結果スキン層２２は約１０ミクロンであ
る。

【００２７】このスキン層２２は母材樹脂２１の比率が
高い分熱抵抗が高く放熱特性を低下させている部分であ
るが、このスキン層２２を研削手段などにより除去する
ことにより高熱伝導性粉体フィラー２０が所定の高割合
に複合された層が露出して直接的に放熱が行われ、放熱
特性が改善される。

【００２８】金属板１の裏面に高熱伝導性の複合絶縁材
料２により形成される絶縁層はその絶縁特性及び樹脂強
度より０．４mm以上が望ましい。しかし金属板１の全て
の裏面を０．４mmとした場合充填剤の添加によって粘度
の高くなった高熱伝導性の複合絶縁材料２を充填させる
ことが困難であると同時に基板強度が弱くなる。また前
記絶縁層を厚くすると放熱特性が悪化するため極力薄く
したいといった相反の課題を有している。絶縁層厚みの
最小値は０．４mmから０．６mmの間に設定すれば絶縁特
性、成形性に問題なく、これ以上では放熱特性が劣化す
るだけであるが、図７は絶縁層厚みを０．５mmに設定し
た時のものである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の電子部品搭載用放
熱基板は金属板を所定の配線パターン状に打ち抜き、こ
の金属板を高熱伝導性の複合絶縁材料により少なくとも
部品搭載部分を露出させた状態で一体成形して構成して
いるために、配線パターンは金属板であるために当然の
ことながら配線抵抗は低く大電流回路に適している。

【００３０】また、この基板に実装された電子部品の発
熱は一旦金属板により熱拡散された後、高熱伝導性の複
合絶縁材料により放熱されるため放熱性が良好であり、
この基板に外付けの放熱器を取り付ける場合においても
前記発熱部品と放熱器の間の熱抵抗は低い。前記高熱伝
導性の複合絶縁材料で構成される絶縁層は厚くできるの
で絶縁性が向上し、パターン間の分布容量も低減が可能
となる。さらに金属板は打ち抜き加工を用いこれに高熱
伝導性の複合絶縁材料を一体成形するので容易に実施可
能であり、従来の放熱基板では困難である立体的な構造
も可能となるものである。更に、ゲート位置の最適化と
テーパー形状の穴加工を施して金属板と高熱伝導性の複
合絶縁材料の密着性をより完全にし、又、母材樹脂の比
率が高く放熱特性を低下させている成形体の表面層を除
去する事で放熱性が飛躍的に改善されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子部品搭載用放熱基
板の斜視図

【図２】同側断面図

【図３】本発明の他の実施の形態の電子部品搭載用放熱
基板の製造方法を示す側断面図

【図４】本発明の上記実施の製造方法を示す側断面図

【図５】本発明実施の形態の要部金属板の斜視図

【図６】同複合絶縁材料の充填時の図５Ａ−Ｂ部成形状
態の側断面図

【図７】同複合絶縁材料の成形表面状態を示す拡大断面
図

【図８】従来の電子部品搭載用放熱基板の斜視図

【図９】同側断面図

【符号の説明】

１ 金属板 ２ 複合絶縁材料 ３ 電子部品 ４ 露出部 ５ キャビティ ６ 端子部 ７ 放熱器 ８ 穴 １１ 第１の金型 １２ 第２の金型 １３ キャビティ １４ 突起部 １５ 突起部 １６ 切り欠き部 １７ バネ １８ ゲート部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の配線パターン状に打ち抜いた金属
   板と高熱伝導性の複合絶縁材料とにより構成され、前記
   高熱伝導性の複合絶縁材料は前記金属板をこの金属板の
   少なくとも部品搭載部分を露出させた状態で一体形成し
   た電子部品搭載用放熱基板。
2. 【請求項２】 金属板の少なくとも部品搭載部分を露出
   させた部分の近傍側面にゲート部を設けた金型を用いて
   部品収納可能なキャビティを構成するように前記金属板
   の上下両面に複合絶縁材料を一体形成した請求項１に記
   載の電子部品搭載用放熱基板。
3. 【請求項３】 金属板は所定の配線パターン状に打ち抜
   くとともに、部品搭載側に径の大きな傾斜を持つ穴を部
   品搭載部に設け、少なくとも部品搭載部分を露出させた
   状態で複合絶縁材料を一体形成した請求項１に記載の電
   子部品搭載用放熱基板。
4. 【請求項４】 金属板の少なくとも一部を露出させた状
   態で複合絶縁材料を一体形成し、前記成形体の表面スキ
   ン層を除去した請求項１に記載の電子部品搭載用放熱基
   板。