JP4725581B2 - 放熱配線基板とそれを用いた電気機器 - Google Patents

放熱配線基板とそれを用いた電気機器 Download PDF

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Description

本発明は放熱配線基板とその製造方法と放熱配線基板を用いた電気機器に関するものである。
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、電子部品の高密度、高機能化が一層要求されている。そのため、電子部品の小型化、高機能化、高実装化により、電子部品の温度上昇が大きな問題となり、電子部品の放熱を高める方法が重要となっている。以下、発熱が課題となる電子部品としてＬＥＤを例にして説明する。
電子部品の中でもＬＥＤは温度が上がりすぎると発光量が減少するという特性があり、発光量を上げるためには放熱が不可欠である。ＬＥＤの放熱を高める技術として、ＬＥＤを金属基板に装着し、ＬＥＤの背面から熱を拡散する方法が知られている。
図１０は、従来の放熱配線基板の一例を示す斜視図である。図１０において、リードフレーム２０２は、樹脂２０４の中に埋め込まれている。そして、この上にＬＥＤ２０６等が実装されることになる。ここでＬＥＤ２０６の放熱は、樹脂２０４を介して放熱板２０８に伝わる。こうして放熱は、リードフレーム２０２や放熱板２０８を介して行われることになる。このような技術が、例えば特開２００１−５７４０８号公報に記載されている。
ここで、ＬＥＤ２０６を多数個実装して駆動する場合、例えば３０Ａ〜１５０Ａといった大電流が要求される。こうした大電流に対応するには、リードフレーム２０２の厚み（断面積）を大きくする必要があり、結果的にリードフレーム２０２の高肉厚化が必要となる。しかしリードフレーム２０２を厚くした場合、リードフレーム２０２をより微細な配線形状にプレス加工することが難しくなる。具体的にはリードフレーム２０２をプレス加工する際、その微細化は、肉厚程度が限界である。つまり肉厚０．５ｍｍの場合、パターン幅は０．５ｍｍが限界であり、肉厚０．５ｍｍでパターン幅を０．３ｍｍ、０．４ｍｍといった微細化を行うことは極めて難しい。一般的なプリント配線回路のようなパターン幅を０．２ｍｍ、０．１ｍｍとするためには、リードフレーム２０２の厚みを０．２ｍｍ、０．１ｍｍと薄くする必要があるが、こうした厚み（あるいは断面積）では、ＬＥＤ２０６を駆動するための大電流に対応できない。
一方、ユーザー側からは、ＬＥＤ２０６に対して高度な制御回路を有して用途に応じた発光状態を実現したいというニーズがある。こうした場合、ＬＥＤ２０６の周りにＬＥＤ２０６の制御回路及び制御用半導体を実装する必要がある。しかし、従来の高放熱基板では、リードフレーム２０２から構成された回路パターンは、大電流対応の疎なパターンであり、半導体等を実装する密なパターンを形成できなかった。そのためＬＥＤ２０６の周辺回路を同じ基板の上に表面実装することができず、他の基板に別途実装されていた。
特に最近ニーズの多い各種バックライトや照明用の場合、複数個のＬＥＤ２０６が配列されてなるアレイ状のＬＥＤ２０６を電子回路によって高度に制御する必要があり、低コスト化、コンパクト化の面から、大電流と放熱が要求されるＬＥＤ２０６等の発熱電子部品と、一般回路部品を同一基板に実装することが望まれていた。
また、上記従来の構成では、ＬＥＤ２０６を駆動するために１００Ａ（Ａはアンペアで、電流の単位）といった大電流が必要で、更に、ＬＥＤ２０６を放熱するためには、リードフレーム２０２からなる配線基板では、リードフレーム２０２の更なる高肉厚化が進められた結果、リードフレーム２０２のパターンが疎となり、ＬＥＤ２０６の駆動用の半導体回路部品を同じ基板に実装することが難しいという問題点を有していた。
本発明は上記問題点を解決するもので、大電流対応と高放熱性化を更に進めると共に、半導体やチップ部品といった微細な部品も同じ基板に実装可能な放熱配線基板を提供するものである。
また、上記課題を解決するために、金属配線板からなる回路パターンと、フィラーを混錬した絶縁体と、平板状の放熱板とを備え、前記回路パターンは前記絶縁体の一面側に前記回路パターンの上面部が前記絶縁体の一面と同一平面に露出させるよう埋設し、前記放熱板は前記絶縁体他面側に前記回路パターンの上面部と平行に貼り付けられ、前記回路パターンは複数の肉厚部と複数の肉薄部とを有し、少なくとも前記肉薄部の一部どうしは、互いの前記肉薄部の間に成形する貫通溝部へ充填した前記絶縁体を介して隣接し、前記溝部の断面形状は前記回路パターンの上面部側から前記放熱板の方向へと広がるよう形成したものである。
上記構成により、本発明の放熱配線基板は、部分的に厚みを薄くした金属配線板からなる回路パターンを用いることで、肉薄部にＬＥＤ等の発熱電子部品を実装しても、肉薄部と一体となっている肉厚部へ熱が伝わるため、効率よく放熱させることができる。あるいはＬＥＤ等の大電流と放熱性が要求される部分には肉厚部を適用し、半導体やチップ部品といった回路部品を高密度に表面実装することが要求される部分には肉薄部を適用した場合は、ＬＥＤ等のように数十Ａ〜１００Ａ以上の大電流を流すことは肉厚部分で対応でき、またその肉厚を利用してＬＥＤを効率的に冷却できる。更に肉薄部を利用してＬＥＤ等を制御する半導体部品等をＬＥＤ等の近傍に高密度実装できる。こうして一つの放熱配線基板にＬＥＤ等とその周辺回路部品等を実装できるため、例えばＬＥＤのモジュール化やユニット化が可能となり、製品の小型化、低コスト化が可能となる。
以下、実施の形態を用いて、本発明について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１について、図を用いて説明する。
図１Ａは実施の形態１における放熱配線基板にＬＥＤを実装した状態の斜視図、図１Ｂは図１Ａの部分断面図である。
図１Ａにおいて、回路パターンとして用いた異厚リードフレーム１００の上には、ＬＥＤ１０２のような高発熱、大電流素子が実装される。またＬＥＤ１０２の制御用の制御用ＩＣ１０４やチップ部品１０６も同じ異厚リードフレーム１００の上に実装される。また異厚リードフレーム１００は、コンポジット樹脂板１０８を介して、このコンポジット樹脂板１０８の下面に配置されている放熱板１１０と一体化されている。この放熱板１１０は、異厚リードフレーム１００とは非導通状態でコンポジット樹脂板１０８に貼り付けられたものである。なおＬＥＤ１０２や制御用ＩＣ１０４等の実装用の端子電極は、図示していない。また図１Ａ、図１ＢにおいてＬＥＤ１０２や制御用ＩＣ１０４等を表面実装することで、より緻密化できることはいうまでもない。
図１Ｂにおいて、斜線部は実施の形態１における放熱配線基板の部分断面である。図１Ｂより、異厚リードフレーム１００は、部分的に厚い部分と薄い部分があることが判る。従来のリードフレームは一様な厚みで作られている。一方、本実施の形態１の放熱配線基板では、リードフレームとして、同一板でありながら部分的に厚みを変化させてなる異厚リードフレーム１００を組み合わせて用いることになる。そして異厚リードフレーム１００は、コンポジット樹脂板１０８に埋め込まれ、コンポジット樹脂板１０８の上面と異厚リードフレーム１００の上面とが略面一となって、放熱板１１０と一体化されている。
次に図２を用いて更に詳しく説明する。図２は実施の形態１における放熱配線基板の拡大断面図である。図２に示すように、異厚リードフレーム１００は、肉厚部１１２と肉薄部１１４から構成されている。そして本実施の形態では、隣接するリードフレーム１００は、それぞれのリードフレーム１００の肉薄部１１４が対向するように配置され、これらの肉薄部１１４はほぼ同じ厚みとした。なお、肉薄部１１４の厚みは隣接するリードフレーム１００相互で異なっていてもよい。その場合は厚みの大きい方と電子部品の発熱部分とが対向するように実装すれば、配線パターンの微細化と高放熱性とを同時に実現することができる。
またコンポジット樹脂板１０８は、フィラー１１８と樹脂１１６から構成されている。なおフィラー１１８としては、無機フィラーが望ましい。無機フィラーとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれる少なくとも一つを含むことが望ましい。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。
また矢印１２０は、肉厚部１１２と肉薄部１１４の段差の角度であり、垂直面からの角度である。矢印１２０に示す角度は、０度以上４５度以下が望ましく、０度以上３０度以下がより望ましい。生産性と寸法安定性に優れた圧延方法を用いる場合、０度未満を実現することは困難である。また４５度より大きくした場合、その制御が難しくなる。そのため矢印１２０に示す角度は、５度前後（望ましくは３度から１０度、更にはあるいは５度から７度）にすることで一枚の板から、安定した厚み寸法（及び最小の残留ひずみ）で、肉厚部１１２と肉薄部１１４を同時に有する異厚リードフレーム１００を製造できる。
なお異厚リードフレーム１００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。またこの場合、異厚リードフレーム１００となる銅素材として、本実施の形態では銅の含有率が９９．９０％以上９９．９９％未満で微量（０．０２％〜０．０５％）の酸素を含むタフピッチ銅を用いた。このタフピッチ銅は熱伝導性および導電性に優れる上に、酸素を含むことで例えば無酸素銅（硬さ１１２ＨＢ以下）と比較して硬度が低くなり（硬さ８７ＨＢ以下）、レーザ加工やプレス加工などによる加工性に優れている。なお、熱伝導性や導電性よりも加工性を優先して向上させたい場合は軟銅を用いればよく、加工性よりも熱伝導性および導電性を優先したい場合は無酸素銅を用いればよい。
また上記銅素材には、銅以外の添加剤を加えることが望ましい。例えばＣｕ＋Ｓｎの銅素材を用いることができる。Ｓｎの場合、例えばＳｎを０．１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満添加することで、銅素材の軟化温度を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、図１Ａ、図１Ｂに示す異厚リードフレーム１００を作製したところ、導電率は高いが、出来上がった放熱配線基板において特に肉薄部１１４（更に肉薄部１１４と肉厚部１１２の接続部分）で歪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）や、ＬＥＤの実装後の信頼性試験（発熱／冷却の繰り返し等）において変形する可能性があることが予想された。
一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６ｗｔ％の銅素材を用いた場合、部品実装やＬＥＤ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％未満の範囲が望ましい。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、異厚リードフレーム１００の加工性に影響を与える場合がある。またこうした引っ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ＬＥＤ１０２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以下の材料は、Ｃｕの含有率が高く、導電率が高いため実施の形態１で用いるようなＬＥＤ等の大電流用途には向いている。また柔らかいため、加工性にも優れており、実施の形態１で用いるようなＬＥＤ１０２等の大電流用途に適切である。
なお異厚リードフレーム１００の、コンポジット樹脂板１０８から露出している面（ＬＥＤ１０２や制御用ＩＣ１０４、チップ部品１０６の実装された面）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で、異厚リードフレーム１００への部品実装性を高められると共に、配線の錆び防止が可能となる。なお異厚リードフレーム１００のコンポジット樹脂板１０８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。このようにコンポジット樹脂板１０８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、異厚リードフレーム１００とコンポジット樹脂板１０８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１Ａ、図１Ｂ、図２において、半田層や錫層は図示していない。
なお無機フィラーは略球形状で、その直径は０．１〜１００μｍであるが、粒径が小さいほど樹脂１１６への充填率を向上できる。そのためコンポジット樹脂板１０８における無機フィラーの充填量（もしくは含有率）は、熱伝導率を上げるために７０〜９５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、コンポジット樹脂板１０８の熱伝導率は５Ｗ／ｍＫ程度となる。なおフィラー１１８の充填率が７０重量％未満の場合、熱伝導性が低下する場合がある。またフィラー１１８の充填率（もしくは含有率）が９５重量％を超えると、未硬化前のコンポジット樹脂板１０８の成型性に影響を与える場合があり、コンポジット樹脂板１０８と異厚リードフレーム１００の接着性（例えば、異厚リードフレーム１００をコンポジット樹脂板１０８に埋め込んだ場合や、その表面に貼り付けた場合）に影響を与え、肉薄部１１４に形成された微細な配線部分への回り込みに影響を与える可能性がある。
なお熱硬化性の絶縁樹脂は、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。
なおコンポジット樹脂板１０８からなる絶縁体の厚さは、薄くすれば、異厚リードフレーム１００に装着したＬＥＤ１０２に生じる熱を放熱板１１０に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となり、厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さに設定すれば良い。
金属製の放熱板１１０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できていることが望ましい。特に、本実施の形態では、放熱板１１０の厚みを１ｍｍとしている。また、放熱板１１０としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、コンポジット樹脂板１０８を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるために放熱フィン部を形成しても良い。放熱配線基板の線膨張係数は８×１０−６／℃〜２０×１０−６／℃としており、放熱板１１０やＬＥＤ１０２の線膨張係数に近づけることにより、基板全体の反りや歪みを小さくできる。またこれらの部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。
また異厚リードフレーム１００の肉厚部１１２の厚みは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下（更に望ましくは０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下）が望ましい。これはＬＥＤ１０２を制御するには大電流（例えば３０Ａ〜１５０Ａであり、これは駆動するＬＥＤ１０２の数によって更に増加する場合もある）が必要であるためである。また異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４の厚みは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が望ましい。肉薄部１１４の厚みが０．０５ｍｍ未満の場合、プレスが難しくなる場合がある。また肉薄部１１４の厚みが０．３ｍｍを超えると、プレスによる打ち抜き時にパターンの微細化が影響を受ける。なお異厚リードフレーム１００は、肉厚部１１２と肉薄部１１４の厚み差が０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下あれば良い。厚み差が０．１ｍｍ未満の場合、厚みを変えている効果が得られない場合がある。また厚み差が０．７ｍｍを超えると、一枚の板をロール成型（あるいは抜き成型）する際に、その加工精度が影響を受ける可能性がある。このようにして、例えば肉厚部１１２を０．５ｍｍ厚、肉薄部１１４を０．２ｍｍとした場合、肉厚部１１２を金型加工またはプレスによってパターン幅０．５ｍｍに薄肉化できる。その他、エッチング、レーザ加工、切削、放電加工などの手法を用いると、さらにパターン幅を広げることができる。レーザで加工する場合は、加工面を粗面とすれば、コンポジット樹脂板１０８に対するアンカー効果が得られる。
さらに、肉薄部１１４はパターンの隙間の幅０．２ｍｍに金型加工できる。なお金型加工は一度で行っても良いし、複数回（フープの外形加工他も含む）に分けても良い。その他、上記肉薄部１１４にレーザを照射したり、エッチングしたりすることによって、配線回路を形成することもできる。レーザを用いて肉薄部１１４を形成する場合、肉厚部１１２を薄肉化する時よりも波長が短く、パルス幅も短いレーザを用いることによって、金属配線板の熱変質を抑制し、微細な回路パターンを高精度に形成することができる。このようなレーザとしては、ＳＨＧレーザが挙げられる。このレーザは波長が赤外光の半分（５３２ｎｍ）と短く、銅の吸収率が高いため、切断が短時間で行え、加工部の熱変質をより低減することができる。レーザで加工する場合は、加工面に酸化膜を形成することができ、微細な回路パターン間の電気絶縁性を向上させることができる。
なお、上記のＳＨＧレーザを用いると、厚み０．１ｍｍの肉薄部１１４ならばパターンの隙間幅を０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下、厚み０．２ｍｍの肉薄部１１４ならばパターンの隙間幅を０．０３mm以上０．２ｍｍ以下に容易に形成することができ、加工精度も−０．００５ｍｍから＋０．０１ｍｍの範囲となる。なお、レーザを用いると、レーザの入射部から加工の端部（レーザの出射部）に向けて徐々に開口径が狭くなるように加工することができる。すなわち、加工面をテーパ構造とすることができ、開口径の広い方から樹脂を充填すれば、微細な回路パターン間において樹脂が充填しやすくなり、電気絶縁性を向上させることができる。
こうしてＬＥＤ１０２のような発熱部品は上記の肉厚部１１２に実装することで、例えば１００Ａのような大電流に対応でき、更にその発熱面も肉厚部１１２を、更にコンポジット樹脂板１０８や放熱板１１０を介して放熱できる。同時にＬＥＤ１０２の制御用ＩＣ１０４やチップ部品１０６等は、肉薄部１１４に実装できる。
またＬＥＤ１０２を非常に微細な配線回路上に実装する必要がある時は、微細な配線回路パターンが形成された肉薄部１１４上にＬＥＤ１０２を実装してもよい。この場合も、肉薄部１１４からこの肉薄部１１４と一体となっている肉厚部１１２に向けて熱がすばやく伝わり、効率よく放熱することができ、ＬＥＤ１０２の輝度を向上させることができる。この時、肉厚部１１２となる異厚リードフレーム１００（金属配線板）の上面の面積は、肉薄部１１４となる異厚リードフレーム１００の上面の面積よりも大きくしておくことによって、熱が拡散しやすくなり、放熱効果を高めることができる。
なお、本実施の形態では図２に示すように、肉厚部１１２を、断面が台形になるように薄肉化したが、異厚リードフレーム１００（回路パターン）の側面となる肉薄部１１４から肉厚部１１２までを繋ぐ面を斜面で構成し、断面が略三角になるように加工してもよい。この場合は、回路パターンの微細化を実現するとともに、異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４において、厚みの薄い部分を極力少なくすることができ、大電流対応で高放熱性を実現することができる。
また、異厚リードフレーム１００の側面となる肉薄部１１４から肉厚部１１２までを繋ぐ面を、肉薄部１１４から肉厚部１１２に向かって外方に広がる湾曲面で構成する場合は、肉薄部１１４の下方に充填した樹脂が熱膨張した時の応力を効率よく分散することができ、熱信頼性を向上させることができる。
さらに本実施の形態では、図２に示すように、肉薄部１１４の略中央を打ち抜いて回路パターンを形成したが、この打ち抜く部分はいずれか一方の異厚リードフレーム１００に偏っても良い。この場合、隣接する異厚リードフレーム１００の対向する肉薄部１１４の上面の面積は、相互に異なる構造となる。この時、肉薄部１１４の面積が小さい方に電子部品の発熱部分が対向するように実装すれば、熱はすぐに肉厚部１１２へとつながるため放熱性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、隣接する異厚リードフレーム１００は、それぞれの異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４が対向するように配置したが、いずれか一方の異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４と他方の異厚リードフレーム１００の肉厚部１１２とが対向するように配置してもよい。この場合、電子部品の発熱部分が肉厚部１１２と対向するように実装すれば、放熱性の向上とパターンの微細化とを同時に実現することができる。
また発光モジュール以外にも、ＰＤＰなどに用いる電源ユニットやインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、車載用の大電流電気機器などにも応用が可能で、肉厚部１１２上に、放熱性の向上が要求されるパワートランジスタ、パワーチョークコイル、パワー半導体などのパワー素子を実装し、肉薄部１１４上に高密度実装が要求される制御用ＩＣ、信号用ＩＣなどを実装することでモジュールの一体化・小型化が実現できる。
さらに肉厚部１１２上に実装する素子としては、発熱性の高いレーザ素子なども挙げられる。また、肉薄部１１４上に実装する素子としては、微細パターンが要求されるダイオードなども挙げられる。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２として、異厚リードフレームを用いた放熱配線基板の製造方法の一例について、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５を用いて説明する。
図３Ａ、図３Ｂは異厚リードフレーム１００を作る様子を説明する斜視図であり、図３Ａはプレスする前の銅素材１２２の状態を示し、図３Ｂはプレス後の銅素材１２２の状態を示している。図３Ａにおいて、銅素材１２２は、例えばロール成型等によって、銅を主体とする薄板を連続的な異形銅条としたものである。次に図３Ｂに示すように、この銅素材１２２をプレスによって所定形状に成型する。ここでプレスは、裏面側から表側（図３Ｂでは下側から上側）に行うことが望ましい。こうすることで、プレス時に発生するバリを表面側に逃がせる（更に後述する図５の通気性汚れ防止フィルム１２４の効果も高められる）ため、加工精度を高められる。また肉厚部１１２、肉薄部１１４での変形も少なくできる。
図４は異厚リードフレームと放熱板の関係を示す斜視図である。図４において、１２４Ａは補助線であり、次の工程で、補助線１２４Ａで示す空間にコンポジット樹脂板１０８を構成する樹脂が充填されることを示している。また図４より、隣接する肉厚部１１２のパターン幅は広く（例えば、肉厚０．５ｍｍでパターン幅０．５ｍｍ）大電流用途に、隣接する肉薄部１１４のパターン幅が狭く（例えば、肉厚０．１ｍｍでパターン幅０．１ｍｍ）信号用途に使いやすくなっていることが判る。すなわち、本実施の形態では、大電流対応かつ微細パターンを実現する為、肉厚部１１２の厚み対肉薄部１１４のパターンの隙間幅の比が１対１未満に形成されている。次に矢印１２０Ａの方向から見た図を図５に示す。
図５は、コンポジット樹脂板１０８を構成する樹脂を充填する様子を示す断面図であり、図４の矢印１２０Ａの方向から観察したものに相当する。図５において、少なくとも無機系の粉からなるフィラー１１８と、絶縁性の樹脂１１６からなるコンポジット樹脂板１０８用の樹脂を、放熱板１１０と異厚リードフレーム１００の間にセットする。そして矢印１２０ｂの方向にプレス（加熱プレス、あるいは真空加熱プレス等）機を用いて、プレスする。この際、異厚リードフレーム１００の表面に通気性汚れ防止フィルム１２４を貼り付けておく。ここで通気性汚れ防止フィルム１２４を貼り付けておくことで、プレス時に異厚リードフレーム１００の隙間（例えば肉厚部１１２と肉薄部１１４の段差部や、ファインピッチとなる肉薄部１１４）に空気が残りにくくなる。もし空気が残っても、通気性汚れ防止フィルム１２４を介して逃げることができる。ここで矢印１２０ａは、プレス時に空気が逃げる様子を図示したものである。こうした部分に空気が残った場合、コンポジット樹脂板１０８部分の中にボイド（空隙）を発生させてしまい、こうした部分での熱伝導性に影響を与え、異厚リードフレーム１００と放熱板１１０の絶縁性に影響を与える場合がある。また予めコンポジット樹脂板１０８用の樹脂は、図５に示すように、丸型（あるいは蒲鉾型、台形、円柱、球状）にしておくことが望ましい。こうした形状とすることで、異厚リードフレーム１００の隅々まで、空気残りを発生させることなくコンポジット樹脂板１０８用の樹脂を確実に回り込ませることができる。なお、通気性汚れ防止フィルム１２４としては、不織布に粘着剤を薄く塗布したようなものを使うことができる。
またバリ１２６は、銅素材１２２を金型で抜いたときに発生したものであるが、このバリ１２６の方向を通気性汚れ防止フィルム１２４側にしておくことで、プレス時にバリ１２６が通気性汚れ防止フィルム１２４に食い込み、異厚リードフレーム１００表面へのコンポジット樹脂板１０８用の樹脂の流れ込みを防止できる。特に実施の形態２では、異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４は、ファインピッチで形成されているため、このバリ１２６を利用することで、肉薄部１１４の実装面（制御用ＩＣ１０４やチップ部品１０６が半田実装される面）にコンポジット樹脂板１０８用の樹脂が回り込むことを防ぐことができる。
なおコンポジット樹脂板１０８用の樹脂として、熱硬化性樹脂を使うことができる。例えば、未硬化の熱硬化性樹脂を金型から取り出すに十分な硬さに硬化させるには１２０℃で１０分以上の時間を有する。そこでこの時間を短縮して生産性を上げるためにプレゲル剤を混ぜる。プレゲル剤は、熱可塑性樹脂パウダーであり、未硬化の熱硬化性の絶縁樹脂の液状成分を吸収して膨張し、未硬化の絶縁樹脂がゲルとなるように作用する働きをする。プレゲル剤は１２０℃の温度では１分程度で作用し、金型から取り出すに十分な硬さにすることができるため生産性を上げることができる。
（実施の形態３）
以下、実施の形態３として、放熱配線基板への各種電子部品の最適実装の一例について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、放熱配線基板に部品を実装する位置を説明する斜視図である。
図６において、異厚リードフレーム１００の肉厚部１１２は、大電流と放熱性に優れており、この部分が大電流放熱部１２８となり、ＬＥＤのようなパワー部品１３４を実装することが望ましい。一方、異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４は、細かく複雑な配線を形成できるため、信号回路部１３０として最適であり、制御部品１３２の実装に向いている。
なお図６の異厚リードフレーム１００の表面（部品実装面）にはニッケル下地の錫めっき処理が施されている。このように、半田付けのために、錫めっきや半田めっきを行うことができる。
図７は、それぞれの部品を実装した様子を示す斜視図である。図７に示すように、ＬＥＤ等の放熱や大電流の要求されるパワー部品１３４を肉厚部１１２に、制御部品１３２を肉薄部１１４に実装することで、互いに回路を近づけることができ、コストダウンと小型化が可能となる。
また図８は別の方向から見た斜視図である。図８に示すように、異厚リードフレーム１００を形成する肉薄部１１４の配線厚みは、肉厚部１１２に比べて薄い反面、その配線ルールは細かく微細であることが判る。
（実施の形態４）
以下、実施の形態４として、放熱配線基板の放熱性を高めた一例について、図９を用いて説明する。図９は実施の形態４における放熱配線基板の一例を示す斜視図である。図９において、本発明の特徴である大電流と高放熱が要求される電子部品と、一般の表面実装電子部品を同時に実装した例を示す。
図９のように、異厚リードフレーム１００の一部を折り曲げて端子電極１３６とし、この部分に放熱フィン１３８等を取り付けることで、更に本発明の放熱配線基板の放熱性を高めることができる。また図９に示すように、異厚リードフレーム１００をコの字（もしくはブリッジ状）に形成することができる。このような形状とすることで、放熱配線基板を他の回路基板（図９で他の回路基板は図示していない）の上に実装できると共に、他の回路基板と放熱配線基板との間に隙間を設けることができ、放熱配線基板の熱を他の回路基板に伝えにくくできる。更に図９に示すように、この隙間に他の部品１４０を実装することもできる。
なお異厚リードフレーム１００は、その断面が略四角形であることが望ましい。略四角形とすることで限られた面積で、最大の密度で大電流を流すことができる。また異厚リードフレーム１００は、その一面以上がコンポジット樹脂板１０８と接していることが必要である。また異厚リードフレーム１００の３面をコンポジット樹脂板１０８と接することで、異厚リードフレーム１００からコンポジット樹脂板１０８への熱伝導効率を高めることができ、更に異厚リードフレーム１００とコンポジット樹脂板１０８の密着性（剥がれにくさ）を高めることができる。特に異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４では、その配線パターンが微細化するにつれて、相対的にコンポジット樹脂板１０８との接触面積が低下するため、その３面をコンポジット樹脂板１０８と接するようにすることが望ましい。そして残り１面を図７、図８等で示すようにコンポジット樹脂板１０８から露出するようにすることで、その実装強度を高められる。
なお銅素材１２２を機械加工にて異厚リードフレーム１００の形状にする場合、１０ｍ〜１００ｍといった長尺の金属薄板コイルを連続的に加工することができる。この加工の際、異厚リードフレーム１００の部品実装面でない側（つまりコンポジット樹脂板１０８と接する面）の表面を粗く（表面を粗面化）することが望ましい。このように少なくともコンポジット樹脂板１０８と接する面を粗面化することで、異厚リードフレーム１００を更に微細パターン化した場合に、コンポジット樹脂板１０８との喰い付き（あるいはアンカー効果）を高めることができる。
以上のように無機セラミック等のフィラーを混錬した絶縁性を有する樹脂板に貼り付けられ、基板を形成している回路パターンの肉厚の一部が他の部分よりも薄い異厚リードフレーム１００を用いることで、肉薄部１１４を更にファインパターンとして形成できる放熱配線基板を実現できる。またコンポジット樹脂板１０８の上に異厚リードフレーム１００を貼り付けることで、略四角形の断面を有する異厚リードフレーム１００の１面のみをコンポジット樹脂板１０８と接するものとすることもできる。
またフィラー１１８を混錬した絶縁性を有するコンポジット樹脂板１０８に異厚リードフレーム１００を埋め込むことで、異厚リードフレーム１００の略四角形の断面の３面をコンポジット樹脂板１０８と接することができ、その放熱性や接合性を高めることができる。
また異厚リードフレーム１００の肉薄部１１４の厚みを薄くすることで、異厚リードフレーム１００の一部の肉薄部１１４を局所的にファインパターンに形成することができ、各種表面実装部品を高密度に実装できることになる。
また異厚リードフレーム１００を用いることで、回路パターンが厚さ０．０５ｍｍ以上の導電性金属板を加工する際にも、肉厚部１１２を有することで加工時の取り扱い性を高めると共に、大電流化とファインパターン化を両立できる放熱配線基板を提供できる。
また異厚リードフレーム１００を用いることで、回路パターンの肉厚が異なる２以上の厚さで形成することができるため、大電流化とファインパターン化を両立できる放熱配線基板を提供できる。
また異厚リードフレーム１００の成型をローラーによる圧延工程にて異なる肉厚の形成された導電性金属板を加工して行うことで、回路パターンを大電流化とファインパターン化の両方に対応できる放熱配線基板を安価に提供できる。
また異厚リードフレーム１００を、導電性金属板の一部をプレス及び金型を用いて加圧し、薄肉化することで作製できるため、大電流化とファインパターン化を両立できる放熱配線基板を提供できる。
また異厚リードフレーム１００を構成する肉薄部１１４となる薄肉の部分をプレス及び金型を用いて打ち抜いてファインパターンとして形成することで、大電流化とファインパターン化を両立できる放熱配線基板を提供できる。
また異厚リードフレーム１００を構成する肉薄部１１４の部分をエッチングあるいはレーザー加工あるいはワイヤー放電加工によりファインパターンとして形成することで大電流化とファインパターン化を両立できる放熱配線基板を提供できる。
また異厚リードフレーム１００の一部を回路パターンとして、その回路パターンの一部が基板の外側にも張り出し、本発明に係る放熱部を構成し、これに放熱機能を持たせることで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
また異厚リードフレーム１００の一部を張り出したパターンとし、この張り出したパターンが端子の機能を有していることで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
また異厚リードフレーム１００の一部を張り出したパターンとし、この張り出したパターンの少なくとも片面に削りだし加工などを用いて放熱フィンを形成することで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
また張り出したパターンの少なくとも片面以上に放熱フィンを貼り付けることで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
またエポキシを主剤とした樹脂にＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯのフィラーを少なくとも１種類含有するコンポジット樹脂板を用いることで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
また前記フィラーを７０〜９５重量％含有することで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。
また異厚リードフレーム１００の一部を張り出したパターンとし、この張り出した端子の機能を有しているパターンを曲げて基板をマザー基板から浮かせて実装することで、放熱性と大電流化とファインパターン化と、実装性に優れたものとできる。
また部分的に厚みを異ならせてなる異厚リードフレームを、フィラーが添加された樹脂とプレスを用いて、加熱一体化することで、放熱性と大電流化とファインパターン化に優れた放熱配線基板を安価に製造することができる。
以上のように本発明の放熱配線基板とその製造方法を用いることで、ＬＥＤ等の大電流で高放熱が必要とされる各種電子部品と、それを駆動させるための周辺回路部品を同一基板上に隣接して実装できるため、これら回路のユニット化、モジュール化が可能となり、製品の小型化、高性能化、低コスト化に貢献することができる。従って、その産業上の利用可能性は極めて高い。
本発明の実施の形態１の放熱配線基板の斜視図 本発明の実施の形態１の放熱配線基板の一部切欠斜視図 実施の形態１における放熱配線基板の拡大断面図 異厚リードフレームを作る工程でのプレス前の様子を説明する斜視図 異厚リードフレームを作る工程でのプレス後の様子を説明する斜視図 異厚リードフレームと放熱板の関係を示す斜視図 コンポジット樹脂板を構成する樹脂を充填する様子を示す断面図 放熱配線基板に部品を実装する位置を説明する斜視図 放熱配線基板にそれぞれの部品を実装した様子を示す斜視図 図７を別の方向から見た斜視図 実施の形態４における放熱配線基板を示す斜視図 従来の放熱配線基板の一例を示す斜視図
符号の説明
１００ 異厚リードフレーム
１０２ ＬＥＤ
１０４ 制御用ＩＣ
１０６ チップ部品
１０８ コンポジット樹脂板
１１０ 放熱板
１１２ 肉厚部
１１４ 肉薄部
１１６ 樹脂
１１８ フィラー
１２２ 銅素材
１２４ 通気性汚れ防止フィルム
１２６ バリ
１２８ 大電流放熱部
１３０ 信号回路部
１３２ 制御部品
１３４ パワー部品
１３６ 端子電極
１３８ 放熱フィン
１４０ 別の部品

Claims (3)

  1. 金属配線板からなる回路パターンと、フィラーを混錬した絶縁体と、平板状の放熱板とを備え、前記回路パターンは前記絶縁体の一面側に前記回路パターンの上面部が前記絶縁体の一面と同一平面に露出させるよう埋設し、前記放熱板は前記絶縁体他面側に前記回路パターンの上面部と平行に貼り付けられ、前記回路パターンは複数の肉厚部と複数の肉薄部とを有し、少なくとも前記肉薄部の一部どうしは、互いの前記肉薄部の間に成形する貫通溝部へ充填した前記絶縁体を介して隣接し、前記溝部の断面形状は前記回路パターンの上面部側から前記放熱板の方向へと広がるよう形成した放熱配線基板。
  2. 請求項１に記載の放熱配線基板の回路パターンの肉厚部上には、
    前記回路パターンの肉薄部上に実装された素子よりも発熱性の高い素子が実装されている電気機器。
  3. 請求項１に記載の放熱配線基板の回路パターンの肉厚部上には、レーザ素子、ＬＥＤ、パワートランジスタ、パワーチョークコイル、パワー半導体の少なくともいずれか一つが実装され、前記回路パターンの肉薄部上には、
    制御用ＩＣ、信号用ＩＣ、ダイオード、微小ＬＥＤの少なくともいずれか一つが実装されている電気機器。
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