JP3960280B2 - High thermal conductivity circuit component, manufacturing method thereof, and high heat dissipation module - Google Patents
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Description
本発明は、パワーエレクトロニクス分野やLED分野において使用されるパワーチップやLED等の電子部品を実装するための高熱伝導性回路部品及びその製造方法並びにこの高熱伝導性回路部品を用いて製造される高放熱モジュールに関するものである。 The present invention relates to a high thermal conductivity circuit component for mounting electronic components such as power chips and LEDs used in the power electronics field and the LED field, a manufacturing method thereof, and a high thermal conductivity circuit component manufactured using the high thermal conductivity circuit component. It relates to a heat dissipation module.
近年、電子機器の高機能化、小型薄型化の要求に伴い、半導体は高集積化され、回路基板に高密度に実装されている。特にパワーエレクトロニクスの分野においては、半導体として発熱しやすい電子部品(例えば、LED)が高密度に実装されることとなるため、回路基板に対しては、微細パターン(ファインパターン)による高密度配線の設計が容易である上に、高放熱性であることが要求される。 In recent years, with the demand for higher functionality and smaller size and thinner electronic devices, semiconductors are highly integrated and mounted on a circuit board at high density. Particularly in the field of power electronics, electronic components (for example, LEDs) that tend to generate heat as semiconductors are mounted at a high density. Therefore, high-density wiring with fine patterns (fine patterns) is applied to circuit boards. In addition to being easy to design, high heat dissipation is required.
従来、放熱性を改良するための技術としては、ガラスエポキシプリント配線板においてパワーチップを搭載する部分にのみアルミ放熱フィンを装着してパワーチップを実装するという技術や、アルミニウムや銅のように放熱性に優れる金属板の両面又は片面に絶縁層を介して回路を形成した金属基板を用いる技術などが知られている。 Conventionally, technologies for improving heat dissipation include technologies for mounting power chips by mounting aluminum heat sink fins only on the parts where glass chip printed wiring boards are mounted with power chips, and heat dissipation such as aluminum and copper. A technique using a metal substrate in which a circuit is formed on both surfaces or one surface of a metal plate having excellent properties via an insulating layer is known.
図10は上記のような金属基板11を用いて製造されるモジュールCを示すものであり、このモジュールCは、金属基板11の片面に絶縁層21を形成すると共にこの絶縁層21の表面に回路5を形成した後、この回路5と電子部品4(LED)とをバンプ13を介して電気的に接続することによって、製造されている。
FIG. 10 shows a module C manufactured using the
さらに放熱性改良技術においては、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板に銅板を直接接合したDBC(Direct Bonded Copper)基板も利用されている。また、リードフレームと金属板とを成形一体化した回路基板に電子部品を搭載することによって、熱を逃がしやすくした構造のものも提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。また、放熱性・信頼性を重視する車載用(メーター類やブレーキ等)のランプに用いられる表面実装型LEDも提供されている(例えば、特許文献4参照。)。
しかしながら、上述した従来の放熱性改良技術では、回路間の間隔を狭くした状態で高熱伝導性を十分に得ることができない。 However, the conventional heat dissipation improvement technology described above cannot sufficiently obtain high thermal conductivity in a state where the interval between circuits is narrowed.
すなわち、金属基板では回路を形成するための銅箔等の金属箔を厚くすることができず、例えば、銅箔では105μm程度が量産可能な厚みで、ファインパターン化自体が難しく、500μmの厚みの銅箔となるとエッチングに時間がかかりすぎて量産に不向きである等の問題がある。 That is, it is impossible to increase the thickness of a metal foil such as a copper foil for forming a circuit on a metal substrate. For example, a copper foil has a thickness that allows mass production of about 105 μm, and it is difficult to form a fine pattern. When it becomes a copper foil, there is a problem that etching takes too much time and is unsuitable for mass production.
またセラミック基板では、回路間隔の狭小化は可能であるが、金属基板と比較した場合には放熱性に劣り、DBC基板のように銅板などの金属板を厚付けすれば、ファイン加工性が低下してしまう。 In addition, although the circuit interval can be narrowed with a ceramic substrate, it is inferior in heat dissipation when compared with a metal substrate, and if a metal plate such as a copper plate is thickened like a DBC substrate, fine workability is reduced. Resulting in.
また放熱特性を改良するために、高熱伝導性フィラーを熱硬化性樹脂に高充填した混合物を電極となるリードフレームと成形により一体化させたモジュールが提案されているが、一般的にリードフレームは両面からエッチング加工することとなり、ファイン加工性を高めること(回路間隔の狭小化)には限界がある。 In addition, in order to improve the heat dissipation characteristics, a module in which a mixture in which a highly heat-conductive filler is highly filled in a thermosetting resin is integrated with a lead frame as an electrode by molding has been proposed. Etching is performed from both sides, and there is a limit to improving fine workability (narrowing the circuit interval).
また、LEDやIC等から発生する熱を効率よく放散するために、LEDやIC等を金属板へ直付けすることが行われているが、LEDやIC等の下面に接続端子がある場合には、プラス極とマイナス極等に電極を分けて導通・絶縁しなければならず、例えば、リードフレームを大電流回路として使用する方法では、回路間の距離を小さくするのには限界があり、また特殊な工法によりファイン化する場合には技術面及びコスト面で非常に大きな課題があった。 In addition, in order to efficiently dissipate the heat generated from the LED, IC, etc., the LED, IC, etc. is directly attached to the metal plate. The electrode must be divided into a positive pole and a negative pole to conduct and insulate. For example, in the method of using a lead frame as a large current circuit, there is a limit to reducing the distance between the circuits. In addition, in the case of refinement by a special construction method, there are very big problems in terms of technology and cost.
一方、電源回路に使用されるプリント配線板では、銅箔で回路を形成しており、厚み105μmが一般的であるが、回路間の距離を小さくするにはやはり回路の厚みによるサイドエッチ等による限界があり、ファイン化には問題があった。 On the other hand, in the printed wiring board used for the power supply circuit, the circuit is formed of copper foil, and the thickness is generally 105 μm. However, in order to reduce the distance between the circuits, the side etching due to the thickness of the circuit is also used. There was a limit and there was a problem in refinement.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回路間隔が狭い状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高熱伝導性回路部品及びその製造方法並びにこの高熱伝導性回路部品を用いて安価に製造することができる高放熱モジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and uses a high thermal conductivity circuit component capable of sufficiently obtaining high thermal conductivity with a narrow circuit interval, a method for manufacturing the same, and the high thermal conductivity circuit component. An object of the present invention is to provide a high heat dissipation module that can be manufactured at low cost.
本発明の請求項1に係る高熱伝導性回路部品Aは、少なくとも3枚以上の金属体1が絶縁層2を介して積層一体化された構造体3であって、この構造体3の少なくとも2枚以上の金属体1にまたがって1つ以上の電子部品4が実装されると共に上記金属体1の全部又は一部を回路5として用いて成ることを特徴とするものである。
また請求項1の発明は、耐UV性を有する材料を含有する絶縁性樹脂6によって絶縁層2を形成して成ることを特徴とするものである。
また請求項1の発明は、耐UV性を有する材料を含有する絶縁性樹脂6として、フッ素系及びシリコーン系樹脂組成物から選ばれるものを用いて成ることを特徴とするものである。
A highly heat conductive circuit component A according to
The invention of
The invention of
また請求項2の発明は、請求項1において、電子部品4を実装する部分を他の部分より凹ませることによって反射鏡8を形成して成ることを特徴とするものである。
The invention of
また請求項3の発明は、請求項1又は2において、絶縁層2の厚みが30〜150μmであると共に、金属体1として、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、及び少なくともこれらのうち1種以上のものを含む合金、並びに銅インバー銅の複層材から選ばれるものを用いて成ることを特徴とするものである。
In addition, the invention of
また、本発明の請求項4に係る高熱伝導性回路部品Aの製造方法は、少なくとも3枚以上の金属体1を絶縁性樹脂を介して積層一体化することによって、絶縁性樹脂で絶縁層2が形成された構造体3を作製し、次にこの構造体3を積層方向に切断することによって、この構造体3から複数の個片14を得た後、各個片14の少なくとも2枚以上の金属体1にまたがって1つ以上の電子部品4を実装することを特徴とするものである。
Further , in the method for manufacturing the high thermal conductivity circuit component A according to
また、本発明の請求項5に係る高放熱モジュールBは、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の高熱伝導性回路部品Aを少なくとも1つ以上回路基板10に実装して成ることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項6に係る高放熱モジュールBは、請求項4に記載の方法により製造された高熱伝導性回路部品Aを少なくとも1つ以上回路基板10に実装して成ることを特徴とするものである。
Further, high heat radiation module B according to
A high heat dissipation module B according to
上記のように本発明の請求項1に係る高熱伝導性回路部品によれば、高熱伝導性回路部品の金属体を回路の一部として使用することができる上に、この金属体にヒートシンク(ヒートスプレッダ)としての役目も持たせることができる。すなわち、金属基板を用いたモジュールやセラミック基板を用いたモジュールでは、電子部品から発する熱を回路、金属基板、セラミック基板から放散させることしか期待することができないが、本発明に係る高放熱モジュールであると、電子部品に比べて大きな金属体が電子部品と回路との間に存在するため、この金属体を通じて電子部品から発する熱を効率よく伝導・放散させることが可能となり、上記高放熱モジュールの熱放散性が格段に向上するのである。 As described above, according to the high thermal conductivity circuit component according to the first aspect of the present invention, the metal body of the high thermal conductivity circuit component can be used as a part of the circuit, and the heat sink (heat spreader) is attached to the metal body. ). That is, a module using a metal substrate or a module using a ceramic substrate can only be expected to dissipate heat generated from electronic components from the circuit, metal substrate, or ceramic substrate. In this case, since a large metal body exists between the electronic component and the circuit compared to the electronic component, it is possible to efficiently conduct and dissipate heat generated from the electronic component through the metal body. The heat dissipation is greatly improved.
もう少し具体的に説明すると、例えば、図10のような従来のモジュールCであると、電子部品4から発する熱は、回路5及び金属基板11から放散させることができる。ここで、回路5は直に電子部品4と接しているが、面積が小さいため熱を十分に放散させることができない。一方、金属基板11は面積が広い(又は体積が大きい)ため熱を十分に放散させることは可能であるが、電子部品4から発する熱を金属基板11へ到達させるためには必ず絶縁層21を通さなければならない。絶縁層21が熱を通しやすいものであればよいが、そうでなければ、面積の大きい金属基板11を用いても、結果として熱を十分に放散させることができない。
More specifically, for example, in the conventional module C as shown in FIG. 10, the heat generated from the
これに対して、図7のような本発明に係る高放熱モジュールBであると、電子部品4から発する熱は可及的速やかに金属体1に吸収されると共に伝達され、この広い面積(又は大きな体積)を有する金属体1から熱を放散させることができる。それは、上記の金属体1は直に電子部品4と接しており、しかも電子部品4に比べて上記のように面積が広い(又は体積が大きい)からである。よって、回路基板10の絶縁層21が熱を通しやすいものである必要はなく、回路基板10の選択の自由度も高まるものである。
On the other hand, in the case of the high heat dissipation module B according to the present invention as shown in FIG. 7, the heat generated from the
そして、高熱伝導性回路部品自体は安価に製造することができるので、この高熱伝導性回路部品を用いると、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高放熱モジュールも安価に製造することができるものである。
また請求項1の発明によれば、UV光を発するLED等を高熱伝導性回路部品に実装しても、絶縁層の絶縁劣化等を防止することができるものである。
また請求項1の発明によれば、UV光による絶縁層の絶縁劣化等をさらに確実に防止することができるものである。
ここで、図10のような従来のモジュールCであると、電子部品4としてUV光を発するLEDを用いた場合、UV光が回路基板10の絶縁層21に照射されるおそれがあるので、回路基板10としては、耐UV性能を備えた絶縁層21を有するものを用いなければならず、回路基板10を選択する自由度が低い。しかし、請求項1の発明によれば、電子部品4としてUV光を発するLEDを用いた場合でも、UV光は、図7のような高熱伝導性回路部品Aの絶縁層2及び金属体1で阻止され、回路基板10の絶縁層21に届かないようにすることができる。よって、回路基板10としては、特に耐UV性能を備えた絶縁層21を有するものを用いる必要がなく、回路基板10を選択する自由度が高く、高放熱モジュールBの設計も容易に行うことができるものである。
And since the high thermal conductivity circuit component itself can be manufactured at a low cost, the use of this high thermal conductivity circuit component also allows a low heat dissipation module that can sufficiently obtain high thermal conductivity in a narrow pitch state. Is something that can be done.
According to the invention of
According to the invention of
Here, in the case of the conventional module C as shown in FIG. 10, when an LED that emits UV light is used as the
また請求項2の発明によれば、光透過性がなく光劣化の非常に少ない金属体を反射鏡として利用することができるものである。 According to the second aspect of the present invention, a metal body that does not transmit light and has very little light deterioration can be used as a reflecting mirror.
また請求項3の発明によれば、熱伝導性をさらに高く得ることができるものである。
According to the invention of
また、本発明の請求項5に係る高放熱モジュールによれば、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができるものである。
また、本発明の請求項6に係る高放熱モジュールによれば、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができるものである。
Moreover, according to the high heat dissipation module which concerns on
Moreover, according to the high heat radiation module which concerns on
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明に係る高熱伝導性回路部品Aは、次のようにして製造することができる。まず、少なくとも3枚以上の金属体1を絶縁性樹脂6を介して積層一体化(クラッド化)することによって、絶縁性樹脂6で絶縁層2が形成された構造体3(クラッド板)を作製する。積層一体化は、例えば、大気圧下、減圧下又は真空下における加熱加圧成形により行うことができる。また、金属体1と絶縁層2との密着性を得るため、金属体1の表面をあらかじめ粗面化処理しておくのが好ましい。例えば、金属体1の表面に酸化被膜を形成して化学的に粗面化処理したり、金属体1の表面をサンドブラストにより物理的に粗面化処理したりすることができる。図4(a)は3枚の金属体1を用いて作製した構造体3(3層回路板)、図6(a)は4枚の金属体1を用いて作製した構造体3(4層回路板)を示すものである。各構造体3における各金属体1の全部又は一部は、後に回路5の一部(電極など)を形成することとなる。使用する金属体1の枚数は、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜に設定することができる。
The high thermal conductivity circuit component A according to the present invention can be manufactured as follows. First, a structure 3 (cladding plate) in which the insulating
金属体1としては、特に限定されるものではないが、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、及び少なくともこれらのうち1種以上のものを含む合金、並びに銅・インバー・銅の複層材(銅、各種インバー合金、銅をこの順に重ね合わせて得られるクラッド材)から選ばれるものを用いるのが好ましい。これらの金属体1を用いると、その他の金属体を用いるよりも、熱伝導性をさらに高く得ることができるからである。また、上記の好ましい金属体1は、反射率を上げたり軽量化したりすることができ、用途・ニーズに応じて適宜に選択することができる。絶縁層2の両側の金属体1の材質は同種でも異種でもよい。金属体1の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、0.5〜20mmの範囲に設定することができる。
Although it does not specifically limit as the
一方、絶縁層2を形成するための絶縁性樹脂6としては、熱硬化性樹脂組成物や熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。これらの組成物としては、フィラー入りでないものを用いてもよいが、流動性を調整したり熱伝導性をさらに高めたりするため無機フィラー入りのものを用いるのが好ましい。このような組成物は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂に公知の無機フィラー、硬化剤、硬化促進剤、溶剤、表面処理剤、顔料などを添加することによって、調製することができる。絶縁性樹脂6の形態は、特に限定されるものではないが、シート状であることが好ましい。具体的には、絶縁性樹脂6をPETフィルム等に塗布乾燥して得られるBステージの接着フィルムや、絶縁性樹脂6をガラス布などの基材に含浸乾燥して得られるBステージのプリプレグであることが好ましい。上記の接着フィルムやプリプレグのような接着シートを用いると、薄くて均一な厚みの絶縁層2を容易に形成することができるからである。絶縁層2は次のようにして形成してもよい。まず、熱硬化性樹脂(又は熱可塑性樹脂)に公知の無機フィラー、硬化剤、硬化促進剤、溶剤、表面処理剤、顔料などを添加することによって熱硬化性樹脂組成物(又は熱可塑性樹脂組成物)を調製し、次にこの組成物を混練機でスラリー化することによってペーストを調製した後、このペーストを金属体1の表面に印刷塗布することによって絶縁層2を形成することができる。
On the other hand, as the insulating
絶縁層2の厚みは具体的には30〜150μmであることが好ましい。絶縁層2の両側の金属体1は、後に回路5の一部を形成することとなり、また上記の絶縁層2の厚みは、回路5間の間隔よりも狭くしたり(例えば、図8の破線で囲んだ部分を参照)、あるいは回路5間の間隔と等しくしたりすることができる。なお、絶縁層2の厚みが30μm未満であると、絶縁層2に混入した気泡や金属体1表面の微細な突起による絶縁不良の可能性が高くなり、絶縁性を十分に確保することができなくなるおそれがある。逆に絶縁層2の厚みが150μmを超えると、回路5の一部となる金属体1間の間隔がそれだけ広くなり、電子部品4に設けてあるバンプ13間の間隔が狭い場合には一部のバンプ13の導通を取ることができなくなるおそれがある。
Specifically, the thickness of the insulating
特に、絶縁性樹脂6として熱硬化性樹脂組成物を用いる場合において、主成分となる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂等を用いることができ、また、難燃性を付与するため臭素化された樹脂やリン変性された樹脂を用いることもできる。なお、添加型難燃剤を使用すると絶縁層2の耐熱性や機械的強度の低下を招くおそれがあるが、耐熱性等に影響が出ない程度であれば上記難燃剤を熱硬化性樹脂に添加して使用してもよい。
In particular, when a thermosetting resin composition is used as the insulating
絶縁性樹脂6として用いる熱硬化性樹脂組成物としては、無機フィラーを高充填したものが好ましい。このように無機フィラーを高充填することによって、絶縁層2の熱伝導性をさらに高めることができ、電子部品4からの発熱をより効率よく放散させることができると共に、絶縁層2の熱膨張係数が金属体1の熱膨張係数に近付き、高熱伝導性回路部品Aの熱的な信頼性を向上させることができるものである。このように無機フィラーの高充填により、絶縁層2の熱膨張係数を低下させたり、熱伝導性を向上させたりすることを非常に簡単に行うことができるものであるが、必要に応じて無機フィラーの充填量を調整することにより、構造体3の作製時における熱硬化性樹脂組成物の流動特性を調整することもできる。
The thermosetting resin composition used as the insulating
上記の無機フィラーとしては、特に限定されるものではないが、Al2O3、MgO、BN、AlN、SiO2、TiO2、CaCO3等から選ばれるものを用いることができ、Al2O3、MgO、BN、AlNは、その他の無機フィラーよりも熱伝導性に優れているので好ましい。なお、無機フィラーの熱硬化性樹脂への分散性を向上させるため、カップリング剤や分散剤等を併用するのが好ましい。 Examples of the inorganic filler include, but are not particularly limited, Al 2 O 3, MgO, BN, AlN, can be used those selected from SiO 2, TiO 2, CaCO 3, etc., Al 2 O 3 , MgO, BN, and AlN are preferable because they have better thermal conductivity than other inorganic fillers. In addition, in order to improve the dispersibility to the thermosetting resin of an inorganic filler, it is preferable to use a coupling agent, a dispersing agent, etc. together.
後述するように、上記の構造体3を切断加工することによって、電子部品4を実装するための高熱伝導性回路部品Aを製造するのであるが、上記電子部品4として例えばUV光(紫外線)を発するLED等を用いる場合においては、金属体1間における絶縁層2に十分な耐UV性能が要求される。このような場合には、耐UV性を有する材料を含有する絶縁性樹脂6を用い、この絶縁性樹脂6によって絶縁層2を形成すればよい。そうすると、UV光を発するLED等を高熱伝導性回路部品Aに実装しても、絶縁層2の絶縁劣化等を防止することができるものである。上記の耐UV性を有する材料を含有する絶縁性樹脂6としては、フッ素系樹脂組成物(例えば、テフロン(登録商標)を主成分とするもの)及びシリコーン系樹脂組成物(例えば、シリコーン樹脂を主成分とするもの)から選ばれるものを用いる。すなわち、フッ素系樹脂組成物とシリコーン系樹脂組成物のいずれか一方又は両方を用いる。なお、フッ素系樹脂組成物としては、市販のフッ素樹脂シートを用いるようにしてもよい。
As will be described later, the
そして、上記のようにして構造体3を作製した後に、図4(a)において破線イ,ロで示すように、この構造体3を積層方向に切断することによって、すなわち金属体1と絶縁層2の積層面と交叉する面で切断することによって、この構造体3から図4(b)に示すような個片14を得ることができる(図6についても同様である)。構造体3から複数の個片14を得ることができるが、各個片14の大きさは任意である。例えば、個片14が直方体である場合にあっては、その厚み及び幅の寸法は任意である。1つの個片14から1つの高熱伝導性回路部品Aを得ることができるほか、図4(a)に示す構造体3を破線イ(又はロ)で切断して得られるものを個片14とし、この1つの個片14から複数の高熱伝導性回路部品Aを得ることもできる。図4(b)において切断面を斜線で示してあるが、この切断面を電子部品4を実装するための実装面7として使用することができる。このように実装面7は切断加工により形成されるものであるが、電子部品4を実装できる程度の平滑性や粗度を有する切断面を得るため、切断方法としては、ワイヤーカット加工、スライス加工、半導体シリコーンウエハの切断加工等の方法を用いるのが好ましい。なお、電子部品4を実装するにあたっては、あらかじめ実装面7に金めっき等を施しておくのが好ましい。
Then, after the
次に、上記のようにして個片化された構造体3の少なくとも2枚以上の金属体1にまたがるように1つ以上の電子部品4を実装することによって、高熱伝導性回路部品Aを製造することができる。図1は高熱伝導性回路部品Aの一例を示すものであり、直方体状の個片14(図4(b)参照)の一面において3枚の金属体1にまたがるように1つの電子部品4を実装したものである。この電子部品4はパワートランジスタであってバンプ13を介して3枚の金属体1と電気的に接続されており、各金属体1がそれぞれエミッタ、コレクタ、ベースとなる電極(回路5の一部)として使用される。なお、本発明においては、上記のように、電子部品4と接続される金属体1の全部を電極(回路5の一部)として使用することができるが、このような使用法以外に、電子部品4と接続される金属体1の一部を電極(回路5の一部)として使用すると共に残部を放熱板として使用することもできる。また、電子部品4の実装方法は、バンプ実装に限定されるものではなく、ワイヤーボンディング、半田リフローなど、各電子部品4の構造に応じて最適な実装方法を選択すればよい。また、個片化された構造体3に実装する電子部品4の個数は、電子部品4の大きさや実装面7の面積などに依存するが、特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜に設定することができる。
Next, a highly thermally conductive circuit component A is manufactured by mounting one or more
また、電子部品4として発光ダイオード(LED)を用いる場合には、この電子部品4を実装する部分を他の部分より凹ませることによって反射鏡8を形成するのが好ましい。図2はこの反射鏡8を備えた高熱伝導性回路部品Aの一例を示すものであり、直方体状の個片14(図4(b)参照)の一面において3枚の金属体1に亘って1つの凹部15を形成すると共に、この凹部15の底面16において4つのLEDをそれぞれ2枚の金属体1にまたがるように実装したものである。LEDを実装する部分となる凹部15について、その形状、形成方法、個数及び形成箇所は、1つの高熱伝導性回路部品Aにおいて限定されるものではない。ちなみに図2に示すものにおいては、円形の凹部15を座ぐり加工により形成してある。そして凹部15の内面が反射鏡8として機能するものであり、LEDの側方から発する光を凹部15の開口から外部へ反射させるため、凹部15の内側面17は、図2(a)に示すように凹部15の底面16から凹部15の開口へ広がるようにテーパー状に傾斜させている。ここで、図2においては図示省略しているが、例えば、図3のように凹部15には蛍光剤入りの封止材18を充填することができ、LEDから発する光でこの蛍光剤を励起させるようにしてもよい。また、個片14の凹部15を形成した側の面に蛍光剤入りのシートを配設し、このシートで凹部15の開口を塞ぐようにしてもよい。上記の封止材18やシートとしては、透明性を有するものも用いることができる。金属体1は光を非常に透過させにくいものであり、受けた光のほぼすべてを反射させることができ、しかも光による劣化が非常に少ないので、反射鏡8として優れているものである。よって、現在、LED業界において検討されているUV発光による高輝度化にも十分対応できるものである。また、LEDはバンプ13を介して2枚の金属体1と電気的に接続されており、各金属体1がそれぞれプラス極、マイナス極となる電極(回路5の一部)として使用される。なお、上記のバンプ13は金バンプに限定されるものではなく、またバンプ13の代わりに半田、ニッケル等の導電ペーストを用いたり、さらにワイヤー20によるボンディングを用いたりしてもよい(例えば、図3参照)。
Moreover, when using a light emitting diode (LED) as the
なお、図示による具体例は省略しているが、上記の図2のように反射鏡8を一体に備えた高熱伝導性回路部品Aを製造する以外に、別途反射鏡を高熱伝導性回路部品Aに取り付けるようにしてもよい。このような反射鏡としては、一般的なものを用いることができ、例えば、プラスチックに銀メッキやアルミニウムメッキ等を施すことによって作製される反射板を用いることができる。この反射板は反射率が非常に高いので図2に示す反射鏡8と比べても遜色がない。なお、反射鏡と高熱伝導性回路部品Aとを別体としておくと、電子部品4を実装した後に反射鏡を取り付けることが可能となるので、反射鏡には十分な耐熱性を要求されることがないというメリットがある。
In addition, although the specific example by illustration is abbreviate | omitted, in addition to manufacturing the high thermal conductivity circuit component A integrally provided with the
そして、上記のようにして製造した高熱伝導性回路部品Aを回路基板10(マザーボード)に実装することによって、高放熱モジュールBを製造することができる。ここで、図7に示すように高熱伝導性回路部品Aの絶縁層2はあらかじめ上述した方法により、狭小化された回路5間の間隔とほぼ等しい厚みで形成してあるので、回路基板10において狭い間隔で回路5が形成されていても、高熱伝導性回路部品Aの各金属体1をそれぞれ、対応する回路5に容易に電気的に接続することができるものである。回路基板10に実装する高熱伝導性回路部品Aの個数は少なくとも1つ以上であれば任意であり、高放熱モジュールBの設計に応じて適宜に設定することができる。回路基板10には、高熱伝導性回路部品Aのみを実装するほか、その他の回路部品9(例えば、チップ抵抗)を実装してもよい。回路基板10に実装するその他の回路部品9の個数も任意であり、高放熱モジュールBの設計に応じて適宜に設定することができる。図7は高放熱モジュールBの一例を示すものであり、この高放熱モジュールBは1つの高熱伝導性回路部品Aと2つのチップ抵抗とが半田19により回路基板10に実装されている。半田19の代わりに無機系などの導電性(高熱伝導性)接着剤を用いてもよい。高熱伝導性回路部品Aの金属体1はLED等の電子部品4に比べて大きいため電極として使用することができ、電子部品4を実装した状態で良品又は不良品の検品が可能となり、不良品が回路基板10へ実装されるのを確実に防止することができる。
And the high thermal radiation module B can be manufactured by mounting the high thermal conductivity circuit component A manufactured as mentioned above on the circuit board 10 (mother board). Here, as shown in FIG. 7, the insulating
ここで、図7のような高放熱モジュールBを製造するにあたって、高熱伝導性回路部品Aとしては、電子部品4を実装していない側の面(実装面7と反対側の面、回路5と接続される面)が平坦なものを用いるようにしている。この平坦な面は、図7に示すように半田19により回路5と接続される。しかし、上記の面は平坦であるがゆえに、半田19が移動しやすいものとなっており、場合によっては、金属体1と回路5とを接続するための半田19が、上記の面を伝って、他の金属体1に接触することにより、短絡(いわゆる半田ブリッジ)を生じさせるおそれがある。そこで、このような問題の発生を確実に防止するため、図9に示す高放熱モジュールBにおいては、高熱伝導性回路部品Aとして、電子部品4を実装していない側の面に凹設部22を形成したものを用いるようにしている。この凹設部22は、上記の面において絶縁層2を挟む2枚の金属体1に亘るように形成してある。このようにして凹設部22が形成されていると、この凹設部22により半田19の移動が制限され、金属体1と回路5とを接続するための半田19が他の金属体1に接触するようなことがなくなり、半田ブリッジの発生を確実に防止することができるものである。なお、凹設部22も既述の凹部15と同様に座ぐり加工などにより形成することができる。
Here, in manufacturing the high heat dissipation module B as shown in FIG. 7, as the high thermal conductivity circuit component A, the surface on which the
上記の回路基板10としては、特に限定されるものではなく、例えば、FR−4等の樹脂系基板に回路5を形成したものやリードフレームに回路5を形成したものを用いることができる。放熱特性を高く得るためには図7に示すような、金属基板11に絶縁層21を介して回路5を形成したものを用いるのが好ましい。特に、このような回路基板10として、熱伝導率2.0W/mk以上の絶縁層21が表面に形成された金属基板11を用いると、放熱特性をさらに高く得ることができる。絶縁層21の熱伝導率は高ければ高いほどよく、上限は特に限定されるものではない。絶縁層21の熱伝導率が2.0W/mk未満であると、放熱特性のさらなる向上は期待できないおそれがある。なお、回路5の形成方法としては、ファインライン(狭ピッチの回路5)を形成することができる方法であれば、特に限定されるものではなく、例えば、銅箔などの金属箔をエッチングする方法を用いることができる。また回路5の厚みは、ファインラインを形成できる35μm程度以下の厚みが好ましいが、この厚みに限定されるものではない。
The
上記のようにして製造した高放熱モジュールBにあって、高熱伝導性回路部品Aの絶縁層2を回路5間の絶縁として活用でき、この絶縁層2(回路5間隔)は図4及び図6に示す方法により非常に高い精度で形成することができるので、回路基板10の回路5が狭い間隔で形成されていても特に問題はない。逆に図8に示すように回路基板10の回路5が広い間隔で形成されると共に絶縁層2が狭い間隔で形成されている場合において、高熱伝導性回路部品Aが多少ずれて回路基板10に実装されても、同図の破線で囲んだ部分のように各金属体1が対応する回路5に電気的に接続されていれば、金属体1間の絶縁は絶縁層2によって確実に確保されているので、短絡などの問題が発生することもない。
In the high heat dissipation module B manufactured as described above, the insulating
また、使用する電子部品4によっては、回路5に大きな電流を流さなければならない場合が生じる。このとき回路5としては、抵抗を小さくするため、厚みの厚いものを形成することとなるが、厚みの厚い回路を形成すると、回路5間の間隔を狭くすることができない。しかし、そうであるからといって、回路5間の間隔を逆に広くすると、今度は電子部品4に設けたバンプ13を回路5に載せることができなくなるおそれがある。よって、図10に示す従来のモジュールCにあっては、設計上、回路5a,5b間の間隔とバンプ13a,13b間の間隔との両方を十分に考慮に入れねばならず、煩雑な面があった。
Further, depending on the
しかし、本発明によれば、上記のような煩雑な面は一切ない。すなわち、大きな電流を必要とする電子部品4を使用する場合には、回路5としては、厚みの厚いものを形成すればよい。そうすると、図8に示すように回路5a,5b間の間隔及び回路5b,5c間の間隔は広くなるが(破線で囲んだ部分を参照)、本発明においては、このような回路5に直に電子部品4を実装するものではなく、金属体1を介して間接的に実装するものであるため、電子部品4に設けたバンプ13a,13b間の間隔及びバンプ13c,13d間の間隔が狭くても、これは全く関係がない。つまり、図8に示す本発明に係る高放熱モジュールBにあっては、回路5a,5b間の間隔及び回路5b,5c間の間隔とバンプ13a,13b間の間隔及びバンプ13c,13d間の間隔とが相互に制限を受けることがなく、高放熱モジュールBの設計の自由度が高まるものである。
However, according to the present invention, there is no complicated aspect as described above. That is, when the
また、高熱伝導性回路部品Aの金属体1を回路5の一部として使用することができる上に、この金属体1にヒートシンク(ヒートスプレッダ)としての役目も持たせることができる。すなわち、図10に示すような金属基板11を用いたモジュールCやセラミック基板を用いたモジュールでは、電子部品4から発する熱を回路5、金属基板11、セラミック基板から放散させることしか期待することができないが、図7に示すような高放熱モジュールBであると、電子部品4に比べて大きな金属体1が電子部品4と回路5との間に存在するため、電子部品4から発する熱をこの金属体1を通じて効率よく伝達すると共に放散させることが可能となり、熱放散性が格段に向上するのである。この熱放散性はセラミック基板以上である。そして、高熱伝導性回路部品A自体は上述の方法により安価に製造することができるので、この高熱伝導性回路部品Aを用いると、狭ピッチの状態で高熱伝導性を十分に得ることができる高放熱モジュールBも安価に製造することができるものである。
Further, the
高放熱モジュールBの熱放散性をさらに高めるには、高熱伝導性回路部品Aを実装した回路基板10に放熱フィン12を形成することによって、高放熱モジュールBを製造すればよい。例えば、図8に示すように金属基板11の一部を放熱フィン12の形状にしたり、金属基板11とは別体である放熱フィン12を熱伝導グリースや熱伝導シートを介して金属基板11にネジ止めしたりすることによって、高放熱モジュールBに放熱フィン12を形成することができる。金属基板11と放熱フィン12とが別体であると、両者の間に隙間ができ、これにより放熱性が低下したりコストが高くなったりするおそれがあるので、放熱フィン12が金属基板11と一体である図8に示すような高放熱モジュールBの方が好ましい。
In order to further enhance the heat dissipation of the high heat dissipation module B, the high heat dissipation module B may be manufactured by forming the
なお、本発明に係る高放熱モジュールBは、例えば、小型のLED実装済み高熱伝導性回路部品Aを回路基板10全面に実装することにより非常に明るい照明用基板モジュールとして使用可能である。また、小型の高熱伝導性回路部品A1個にLEDを複数個実装することも可能であり、点光源としての高輝度化に非常に有利であり、実装部品点数を減らすことも容易である。結果として非常に低コストな高放熱モジュールBを製造することができるようになるものである。
The high heat dissipation module B according to the present invention can be used as a very bright illumination board module by mounting a small LED-mounted high thermal conductivity circuit component A on the entire surface of the
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
(実施例1)
接着シートを次のようにして作製した。まず、エポキシ樹脂100重量部、ジシアンジアミド(硬化剤)5重量部、2−エチル−4−メチルイミダゾール(硬化促進剤)0.1重量部、エポキシシランカップリング剤10重量部、メチルエチルケトン及びジメチルフォルムアミドからなる溶剤(MEK:DMF=1:2(重量比))70重量部をあらかじめ混合して溶解させた溶液を準備した。次に、この溶液にさらに平均粒径5μmのアルミナフィラー(無機フィラー)700重量部を混合し、これをディスパーで撹拌することにより、固形分93wt%、粘度3000cpsのスラリーとした。そしてこのスラリーをPETフィルムの上に塗布し、これを150℃で10分間乾燥することによって、厚み50μmの接着性を有するBステージ状態の接着シート(無機フィラー85wt%含有)を作製した。
Example 1
An adhesive sheet was prepared as follows. First, 100 parts by weight of epoxy resin, 5 parts by weight of dicyandiamide (curing agent), 0.1 part by weight of 2-ethyl-4-methylimidazole (curing accelerator), 10 parts by weight of epoxy silane coupling agent, methyl ethyl ketone and dimethylformamide A solution was prepared by previously mixing 70 parts by weight of a solvent (MEK: DMF = 1: 2 (weight ratio)). Next, 700 parts by weight of an alumina filler (inorganic filler) having an average particle diameter of 5 μm was further mixed with this solution, and this was stirred with a disper to obtain a slurry having a solid content of 93 wt% and a viscosity of 3000 cps. And this slurry was apply | coated on PET film, this was dried at 150 degreeC for 10 minute (s), and the adhesive sheet of B stage state (85 wt% of inorganic fillers) which has adhesiveness of
次に、厚み5mmのアルミニウム板3枚と接着シート2枚とを図4(a)のように積層して成形することにより、3層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧0.29MPa(3kgf/cm2)、130℃×10分+175℃×60分、6.67hPa(5トール)以下の減圧下とした。次に、上記のようにして得た3層回路板を図4(b)のように厚み5mm、幅10mmの直方体に切断加工した。そして、このように個片化された構造体の切断面に一般的な方法により金メッキを施した後、図1に示すように金バンプを介してパワートランジスタを実装した。このようにして得た高熱伝導性回路部品において3個の金属体をそれぞれエミッタ、コレクタ、ベースとする電極として使用することにより、パワートランジスタの実装状態の合否確認を行った。その結果、パワートランジスタの実装状態には何ら問題がないことを確認した。 Next, three aluminum plates having a thickness of 5 mm and two adhesive sheets were laminated and molded as shown in FIG. 4A to produce a three-layer circuit board. The conditions at the time of lamination molding were an actual pressure of 0.29 MPa (3 kgf / cm 2 ), 130 ° C. × 10 minutes + 175 ° C. × 60 minutes, and a reduced pressure of 6.67 hPa (5 Torr) or less. Next, the three-layer circuit board obtained as described above was cut into a rectangular parallelepiped having a thickness of 5 mm and a width of 10 mm as shown in FIG. And after gold-plating was performed to the cut surface of the structure separated in this way by the general method, the power transistor was mounted via the gold bump as shown in FIG. By using three metal bodies as the emitter, collector, and base electrodes in the thus obtained high thermal conductivity circuit component, the pass / fail state of the power transistor was confirmed. As a result, it was confirmed that there was no problem in the mounting state of the power transistor.
(実施例2)
アルミニウム板の代わりに銅板を用いるようにした以外は、実施例1と同様にして個片化された構造体を得た。次に、この構造体の切断面の中央部に座ぐり加工により円形の凹部を形成し、この凹部の底面を電子部品が実装可能な程度に平滑化した。そして、この凹部の底面に一般的な半田実装による方法で、図2に示すように4個のLEDを面実装した。各金属体をそれぞれ電極として使用することによりLEDを発光させることができた。このようにして得た高熱伝導性回路部品は、全点灯・半点灯が切り替え可能な3層回路LEDモデルである。
(Example 2)
A separated structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that a copper plate was used instead of the aluminum plate. Next, a circular recess was formed in the center portion of the cut surface of the structure by spot facing, and the bottom surface of the recess was smoothed to the extent that an electronic component can be mounted. Then, four LEDs were surface-mounted on the bottom surface of the recess by a general solder mounting method as shown in FIG. The LED could emit light by using each metal body as an electrode. The high thermal conductivity circuit component thus obtained is a three-layer circuit LED model that can be switched between full lighting and half lighting.
また、図2に示すものより銅板を1枚多くすると共に3個のLED(青色(B)、赤色(R)、緑色(G))を面実装することにより、図5に示すような、青・赤・緑の表示による色の切り替えが可能な高熱伝導性回路部品を製造した。これは4層回路LEDモデルであり、白色発光も可能としたものである。 Further, by adding one copper plate to that shown in FIG. 2 and surface-mounting three LEDs (blue (B), red (R), and green (G)), a blue plate as shown in FIG.・ Manufactured high thermal conductivity circuit components that can switch colors by displaying red and green. This is a four-layer circuit LED model that enables white light emission.
上記のどのモデルについても良好な発光を得ることができた。 Good light emission could be obtained for any of the above models.
(実施例3)
厚み5mmの銅板3枚と厚み50μmの市販のフッ素樹脂シート2枚とを図4(a)のように積層して成形することにより、3層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧0.98MPa(10kgf/cm2)、130℃×10分+250℃×60分、6.67hPa(5トール)以下の減圧下)とした。次に、上記のようにして得た3層回路板を図4(b)のように厚み5mm、幅10mmの直方体に切断加工した。そして、このように個片化された構造体に実施例2と同様に凹部を形成すると共に一般的な方法により金メッキを施した後に、図2に示すように金バンプを介してLEDを実装した。
(Example 3)
A three-layer circuit board was produced by laminating three copper plates having a thickness of 5 mm and two commercially available fluororesin sheets having a thickness of 50 μm as shown in FIG. The conditions at the time of lamination molding were set to an actual pressure of 0.98 MPa (10 kgf / cm 2 ), 130 ° C. × 10 minutes + 250 ° C. × 60 minutes, under a reduced pressure of 6.67 hPa (5 Torr) or less). Next, the three-layer circuit board obtained as described above was cut into a rectangular parallelepiped having a thickness of 5 mm and a width of 10 mm as shown in FIG. And after forming the recessed part in the structure separated in this way similarly to Example 2, and giving gold plating by a general method, as shown in FIG. 2, it mounted LED via the gold bump .
次に、上記のようにして得た高熱伝導性回路部品をチップ抵抗と共に図7に示すように、一般的な金属基板(銅箔からなる回路の厚み9μm、アルミナフィラーを80wt%含有するエポキシ樹脂からなる絶縁層の厚み80μm、アルミニウム板1.5mm)に半田実装することにより、機能回路としての高放熱モジュールを製造した。そしてこの高放熱モジュールの動作確認を行ったところ、LEDを良好に発光させることができた。 Next, as shown in FIG. 7 together with the chip resistance, the high thermal conductivity circuit component obtained as described above is a general metal substrate (epoxy resin containing a 9 μm thick copper foil and 80 wt% alumina filler). A high heat dissipation module as a functional circuit was manufactured by solder mounting on an insulating layer of 80 μm thick and 1.5 mm aluminum plate). When the operation of the high heat dissipation module was confirmed, the LED was able to emit light satisfactorily.
(実施例4)
厚み3mmの銅板、厚み50μmの接着シート(実施例1と同じもの)、厚み5mmのステンレス板、上記と同じ接着シート、厚み3mmの銅板をこの順に積層して成形することにより、図4(a)のような3層回路板を作製した。積層成形時の条件は、実圧0.29MPa(3kgf/cm2)、130℃×10分+175℃×60分、6.67hPa(5トール)以下の減圧下とした。次に、上記のようにして得た3層回路板を図4(b)のように厚み5mm、幅8mmの直方体に切断加工した。
Example 4
A 3 mm thick copper plate, a 50 μm thick adhesive sheet (same as in Example 1), a 5 mm thick stainless steel plate, the same adhesive sheet as above, and a 3 mm thick copper plate are laminated in this order to form FIG. A three-layer circuit board as shown in FIG. The conditions at the time of lamination molding were an actual pressure of 0.29 MPa (3 kgf / cm 2 ), 130 ° C. × 10 minutes + 175 ° C. × 60 minutes, and a reduced pressure of 6.67 hPa (5 Torr) or less. Next, the three-layer circuit board obtained as described above was cut into a rectangular parallelepiped having a thickness of 5 mm and a width of 8 mm as shown in FIG.
上記のように個片化した構造体に次のようにして段差を有する凹部を形成した。まず、図3に示すように両端の銅板に亘る面積で座ぐり加工により第1の凹部15aを形成した。次に、この凹部15aの底面のうち中央のステンレス板のみにさらに座ぐり加工により第2の凹部15bを形成した。
A concave portion having a step was formed in the structure separated as described above as follows. First, as shown in FIG. 3, the 1st recessed
その後、中央のステンレス板に形成した凹部15bの底面に銀ペーストでLEDを実装すると共にこのLEDと両端の銅板とを金ワイヤー20によりボンディングした。そして、第1及び第2の凹部15a,15bに蛍光剤入りの封止材18を充填することにより、図3に示すようなLED発光体としての高熱伝導性回路部品を製造した。このようにして得たLED発光体の両端の銅板に直流3Vの電圧を印加すると、白色に良好に輝くことが確認された。
Thereafter, an LED was mounted with a silver paste on the bottom surface of the
(実施例5)
実施例2における3層回路LEDモデル(図2参照)と同様にして、3層回路板から厚み5mm、幅10mmの直方体を得た。次に、この個片化された構造体の表面に実施例2と同様にして凹部を形成した後、一般的な方法により金メッキを施し、金バンプを介してLEDを実装することにより、高熱伝導性回路部品を製造した。
(Example 5)
A rectangular parallelepiped having a thickness of 5 mm and a width of 10 mm was obtained from the three-layer circuit board in the same manner as the three-layer circuit LED model in Example 2 (see FIG. 2). Next, after forming a concave portion on the surface of the separated structure in the same manner as in Example 2, gold plating is performed by a general method, and an LED is mounted via a gold bump, thereby achieving high thermal conductivity. Circuit components were manufactured.
一方、回路となる銅リードフレーム(厚み50μm)、実施例1と同様の接着シート、放熱フィンを形成した金属基板(全体の厚み10mm、放熱フィン部分の厚み7mm)をこの順に積層して成形することにより、放熱フィン一体型のリードフレーム基板を作製した。積層成形時の条件は、実圧0.29MPa(3kgf/cm2)、130℃×10分+175℃×60分、6.67hPa(5トール)以下の減圧下とした。
On the other hand, a copper lead frame (thickness: 50 μm) serving as a circuit, an adhesive sheet similar to that in Example 1, and a metal substrate on which heat dissipating fins are formed (
そして、上記のリードフレーム基板の放熱フィンを形成した側と反対側の面に、半田リフローによりLED実装済みの高熱伝導性回路部品を実装した(図8参照)。このようにして得た高放熱モジュールにおいて、電圧を5V印加すると、LEDが良好に発光することが確認された。 And the high thermal conductivity circuit component mounted with LED was mounted by solder reflow on the surface opposite to the side where the heat dissipating fins of the lead frame substrate were formed (see FIG. 8). In the high heat dissipation module thus obtained, it was confirmed that when a voltage of 5 V was applied, the LED emitted light satisfactorily.
(比較例)
一般的な金属基板(銅箔からなる回路の厚み9μm、アルミナフィラーを80wt%含有するエポキシ樹脂からなる絶縁層の厚み80μm、アルミニウム板1.5mm)に形成した回路上に金メッキを施した後に、金バンプを介してLEDを実装することにより、モジュールを製造した。2Vの電圧を印加することにより、LEDの発光を確認した。
(Comparative example)
After gold plating is performed on a circuit formed on a general metal substrate (thickness of a circuit made of
そして、実施例1、2、4の高熱伝導性回路部品を実施例3と同様の回路基板に実装して高放熱モジュールを製造した。このようにして得た実施例1〜5の高放熱モジュール及び比較例のモジュールに、それぞれ3Vの電圧を印加することにより、熱抵抗を測定した。表1にその測定結果と回路間隔を示す。 And the high thermal conductivity circuit component of Examples 1, 2, and 4 was mounted on the circuit board similar to Example 3, and the high thermal radiation module was manufactured. The thermal resistance was measured by applying a voltage of 3 V to the high heat dissipation modules of Examples 1 to 5 and the module of the comparative example thus obtained. Table 1 shows the measurement results and circuit intervals.
表1にみられるように、実施例1〜5の高放熱モジュールは比較例のモジュールに比べて回路間隔が狭いにもかかわらず、熱抵抗が著しく低いことが確認される。 As can be seen in Table 1, it is confirmed that the high heat dissipation modules of Examples 1 to 5 have remarkably low thermal resistance even though the circuit interval is narrower than the module of the comparative example.
A 高熱伝導性回路部品
B 高放熱モジュール
1 金属体
2 絶縁層
3 構造体
4 電子部品
5 回路
6 絶縁性樹脂
8 反射鏡
9 その他の回路部品
10 回路基板
A High thermal conductivity circuit component B High
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