JP2008205344A - 熱伝導基板とその製造方法及びこれを用いた回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導基板に実装された発熱部品の放熱効果を高めた熱伝導基板とその製造方法及びこれを用いた回路モジュールを提供する。
【解決手段】金属板１２に孔１５を形成し、発熱部品１０を孔１５の中に挿入し、発熱部品１０の底面を機器の筐体であるシャーシ１８に押し付ける構造とする。発熱部品１０の上下面だけでなく、折り曲げ部１６により側面からも取り付け部を介して、放熱することができるため、発熱部品１０の冷却効果を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器のパワー半導体等を用いた電源回路等に使用される熱伝導基板とその製造方法及びこれを用いた回路モジュール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、パワー半導体等を用いた電源回路には、更なる小型化が求められている。しかしパワー系電子部品（例えばパワー半導体素子等）は大電流、高発熱を伴うため、大電流、高放熱に対応する熱伝導基板の上に実装する必要がある。こうした用途に、金属ベース回路基板（以下、熱伝導基板と呼ぶ）が提案されている。

図７（Ａ）（Ｂ）は、共に従来の熱伝導基板の断面図である。図７（Ａ）（Ｂ）において、熱伝導基板１は、金属板２の上に、絶縁層３を介して固定された配線４から構成されている。そしてこの配線４の上に、パワー半導体等の発熱部品５が、そのリード線６等を介して実装される。そして発熱部品５に発生した熱は、矢印７に示すように熱伝導性の高い接着剤８等を介して、放熱する。

図７（Ａ）と図７（Ｂ）の違いは、配線４を絶縁層３の上に形成している（図７（Ａ）に相当）、埋め込んでいる（図７（Ｂ）に相当）かの違いである。

こうした熱伝導基板としては、更に金属板１に凹部を形成することが特開２００５−９３７９５号公報で提案されている。特開２００５−９３７９５号公報では、発熱部品５の実装部に、凹部（空隙部）を形成し、その凹部の内部にも絶縁層３を充填することが提案されている。
特開２００６−３０８６２０号公報

このように図７（Ａ）（Ｂ）の構成では、発熱部品５に発生した熱は、矢印７に示すようにその取り付け面だけでしか（例えば下面の一面だけでしか）放熱することができないため、その放熱効果を高めることに限界があった。

そこで本発明は、発熱部品の取り付け方を工夫し、その放熱効果を高めることを目的とする。

そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、孔を有する金属板と、前記金属板に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層の上に固定した配線と、からなる熱伝導基板であって、前記孔の中に挿入した電子部品を、前記金属板の一部で固定する構造部を有する熱伝導基板としたものである。

以上のように本発明によれば、金属板に形成した孔に発熱部品を挿入し、これを前記金属板の一部で固定することで、発熱部品をその下面だけでなく、その上面や側面からも放熱することができ、発熱部品の放熱効果を高めることができる。

なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成形金型等を用いて行われる。但し説明するために必要な場合以外は、成形金型は図示していない。また図面は模式図であり、各位置関係を寸法的に正しく示したものではない。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における熱伝導基板について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）は、共に本発明の実施の形態における発熱部品や熱伝導基板の斜視図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）において、１０は発熱部品、１１はリード線、１２は金属板、１３は伝熱層、１４は配線、１５は孔、１６は折り曲げ部である。

まず図１（Ａ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、パワー半導体（例えばパワートランジスタやパワーＦＥＴ等）からなる発熱部品１０の斜視図である。この発熱部品１０は、例えば絶縁性の樹脂等でパッケージされたもの（あるいは耐電圧保証された放熱用の金属板と一体化されたもの等）であり、その側面には電極として、複数本のリード線１１が突き出している。

図１（Ｂ）は、本発明の熱伝導基板の一部を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、熱伝導基板（例えば１０ｃｍ角）の一部（例えば１ｃｍ角）を抜き出して示している。図１（Ｂ）において、金属板１２の上に、シート状の伝熱層１３を介して、リードフレーム等からなる配線１４を形成している。図１（Ｂ）において、配線１４は、シート状の伝熱層１３にその一部以上を埋め込んで形成しているが、これは配線１４の厚みを伝熱層１３で吸収するためである。このように配線１４の一部以上を伝熱層１３に埋め込むことで、その実装面をフラット（凹凸を減らせる）にできるため、各種電子部品の実装性を高めることができる。また配線１４等の上に形成するソルダーレジスト（図示していない）の薄層化やファインパターン化を容易にするという効果が得られる。

図１（Ｂ）において、金属板１２の一部には、１箇所以上の孔１５を形成している。そして孔１５の近くには、金属板１２の一部（例えば孔１５の部分の金属板１２の一部）を折り曲げてなる折り曲げ部１６を形成している。

次に、図１（Ｂ）で形成した孔１５の中に、図１（Ａ）で説明した発熱素子１０をセットする様子について、図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ｃ）は、本発明の熱伝導基板に発熱素子を実装した状態を示す斜視図である。図１（Ｃ）において、金属板１２に形成した孔１５の中に、図１（Ａ）で示した発熱部品１０がすっぽり収まっている。そして、発熱部品１０の側面に形成されたリード線１１は、伝熱層１３に埋め込まれた配線１４の上に半田等で固定している（図１（Ｃ）において半田は図示していない）。

このようにして、孔１５を有する金属板１２と、前記金属板１２の上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層に固定した配線１４と、からなる熱伝導基板であって、前記孔１５の中に挿入した発熱部品１０を、前記金属板１２の一部を折り曲げてなる折り曲げ部１６で固定する構造を有する熱伝導基板を提供する。図１（Ｃ）において、発熱部品１０は、その一側面とその上面が、折り曲げ部１６で固定しているが、更に折り曲げ部１６を工夫して（例えば、鳥が左右に翼を広げるようにして）、発熱部品１０の他の側面（例えば、リード線１１が形成されていない他の側面）までも、折り曲げ部１６で覆う（あるいは左右から翼のような部分で挟み込む、あるいは立体的な形状で包み込む）ようにしても良い（図示していない）。そしてこうして発熱部１０のリード線１１の形成されていない一面以上の側面やその上面を、金属板１２の一部を加工してなる折り曲げ部１６で囲う。ここで発熱部品１０のリード線１１の形成された面には、折り曲げ部１６が来ないようにすることが望ましい。リード線１１の形成された面まで、折り曲げ部１６が来るようにすると、リード線１１と、金属板１２からなる折り曲げ部１６でショートしてしまう可能性があるためである。

次に図２を用いて、本実施の形態における熱伝導基板に発熱部品１０を取り付ける様子について説明する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、共に発熱部品１０を熱伝導基板に取り付ける様子を説明する断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、１８はシャーシであり、例えばプラズマＴＶ等の内部筐体に相当する。また１９は伝熱体であり、例えば伝熱体１９は熱伝導性の高い接着剤や弾性体等である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）で示した発熱部品１０の側面図に相当する。発熱部品１０の側面には、リード線１１が形成されている。例えば、リード線１１の一部を凸（あるいは逆Ｕの字）に折り曲げておくことで、後述する図２（Ｃ）や図３において、応力が発熱部品１０の内部（例えば、半導体素子部分。なお図２（Ａ）において半導体素子部分までは図示していない）まで伝わることを防止することができる。

図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）に示した熱伝導基板の断面図に相当する。図２（Ｂ）において、金属板１２の上には、伝熱層１３を介して複数の配線１４を固定している。また金属板１２には一箇所以上の孔１５を形成している。そして孔１５の側面には、孔１５の部分にあった金属板１２を折り曲げて構成した折り曲げ部１６を形成している。

図２（Ｃ）は、図１（Ｂ）で説明した孔１５の内部に、発熱素子１０を収めた様子を説明する断面図である。図２（Ｃ）において、発熱素子１０から伸びるリード線１１の一端は、伝熱層１３に固定した配線１４の上に半田付け等で固定している（半田部分は図示していない）。図２（Ｃ）における矢印１７は、金属板１２の底面よりも、孔１５に挿入した半導体素子の底面が、一定寸法以上突き出している様子を示すものである。ここで矢印１７で示す突き出し量は、０ｍｍ以上２ｍｍ以下（更には０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下）が望ましい。矢印１７で示すように、一定寸法だけ、発熱部品１０の底面を突き出させることで、後述する図３等での、発熱部品１０とシャーシ１８との密着性を高める効果が得られる。

図３は、シャーシ１８上に熱伝導基板を固定する様子を説明する断面図である。図３において、シャーシ１８は、例えばプラズマＴＶ等の筐体（例えば、アルミニウムで形成した筐体部分）に相当する。図３において、熱伝導性基板は、シャーシ１８にネジ止め等によって密着するように固定している（図３において、ネジ止め部分は図示していない）。図３において、矢印１７は、発熱素子１０に発生した熱が、折り曲げ部１６や、シャーシ１８に伝わる様子を示す。図３に示すように、発熱素子１０を、折り曲げ部１６に密着させる（あるいは伝熱体１９を介して固定する。なお伝熱体１９は図示していない）ことで、発熱素子１０の複数面からの放熱が可能である。具体的には、発熱素子１０の底面は、シャーシ１８に接しているため、シャーシ１８へ放熱する。発熱素子１０の側面（少なくともリード線１１を形成していない側面）も、折り曲げ部１６に密着させることで、側面からも折り曲げ部１６へ放熱する。また発熱素子１０の上面は、折り曲げ部１６に密着している（更には図２（Ｃ）で説明した突き出し分だけ押し付けている）ため、その上面からも折り曲げ部１６へ放熱する。そして折り曲げ部１６へ伝わった熱は、矢印１７で示すように、金属板１２を介して、シャーシ１８へと伝わり、放熱する。なお発熱素子１０に発生した熱の一部は、リード線１１を介して、配線１４に伝わり、配線１４の底面や側面（配線１４は伝熱層１３に埋め込んでいるため）を介して、矢印１７に示すように、シャーシ１８へと放熱する。ここで伝熱体１９は必要に応じて使うことが良い。また折り曲げ部１６を構成している金属板１２の弾性（例えば、バネ弾性）を利用することで、発熱部品１０をシャーシ１８に密着させることができる。なお図３に示すように、必要に応じてリード線１１を曲げる（あるいは屈曲させる）ことで、発熱部品１０をシャーシ１８に密着させた場合の応力や、半田付け部分の応力が、半導体素子の内部まで伝わりにくくすることができ、取り付け信頼性を高めることができる。

次に図４を用いて、更に放熱性を高める場合について説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は、共に取り付け部１６に放熱用のフィンを取り付ける様子を説明する断面図である。図４（Ａ）（Ｂ）において、２０は放熱用のフィンである。図４（Ａ）の矢印１７ａは、フィン２０を折り曲げ部１６の表面へ取り付ける様子を説明する断面図、図４（Ｂ）は、フィン２０を取り付けた場合の放熱効果を説明する断面図である。図４（Ｂ）の矢印１７ｂに示すように、発熱部品１０に発生した熱の一部は、折り曲げ部１６を介して、フィン２０へ伝わり、更に放熱効果を高めることができる。

次に図５（Ａ）（Ｂ）を用いて、実施の形態の絶縁放熱板の製造方法の一例について説明する。図５（Ａ）（Ｂ）は、共に熱伝導基板の製造方法を説明する断面図である。図５（Ａ）（Ｂ）において、２１はフィルムであり、汚れ防止用のフィルムである、２２はプレスである。まず図５（Ａ）に示すように、プレス２２に、金属板１２や、伝熱層１３や汚れ防止用にフィルム２１をセットする。なお図５（Ａ）（Ｂ）において、プレス２２にセットする金型等は図示していない。また配線１４は、所定の銅板や銅箔等の金属材を配線パターン状に打抜き加工したものである。また金属板１２の所定位置に一個以上の孔１５を形成しやすいような切り込み（例えば、コの字状の切り欠き、あるいはＶ溝加工等）を行っておくことができる。また伝熱層１３の一部にも孔１５相当を形成しておいても良い。ここで伝熱層１３とは、後述する伝熱材料を例えばシート状に予備成形したものである。なお図５（Ａ）において、伝熱層１３の中央部を、プレス時に空気を抜けやすくするために、中央部を僅かに凸状としても良い。

図５（Ｂ）は、プレスが終了した後の様子を説明する断面図である。図５（Ｂ）に示すように、フィルム２１を用いることで、プレス２２や金型（図示していない）の表面に、伝熱層１３が汚れとして付着しない。またフィルム２１をプレス２２や金型と、配線１４との間の緩衝材（あるいは、パッキング、あるいはシール材）とすることで、配線１４の表面への、伝熱層１３の回り込みを防止したり、プレス圧力を高めることができる。その結果、配線１４間に形成された狭い隙間まで伝熱層１３を回り込ませることができる。

なお図５（Ａ）（Ｂ）において、伝熱層１３等をプレス時に加熱することで、伝熱層１３を軟化でき、金属板１２との密着効果を高めている。

そして図５（Ｂ）に示すように、所定形状に成形した後、フィルム２１を、伝熱層１３の表面から引き剥がす。そして金属板１２の上に、配線１４を埋め込んで一体化した伝熱層１３を、加熱装置の中で加熱し、硬化させ、図１（Ａ）（Ｂ）等で示した伝熱層１３とする。なおフィルム２１を剥離した状態で、加熱することで、フィルム２１の熱収縮（シワ発生）が、伝熱層１３の硬化に影響を与えなくできる。

ここでシート状の伝熱層１３としては、熱硬化性樹脂とフィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることができる。例えば無機フィラー７０重量％以上９５重量％以下と、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下から部材が望ましい。ここで無機フィラーは略球形状で、その直径は０．１μｍ以上１００μｍ以下が適当である（０．１μｍ未満の場合、樹脂への分散が難しくなり、また１００μｍを超えると伝熱層１３の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱層１３における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために７０から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３μｍと平均粒径１２μｍの２種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小２種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを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、伝熱層１３の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。なお無機フィラーとしてはアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。

なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱層１３としての熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合、熱伝導基板の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。

なお熱硬化性樹脂は、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。

また伝熱層１３としては、無機フィラーと樹脂（熱硬化性、あるいは熱軟化性）からなる、キャスティング法等で作製した熱伝導性のフィルムを用いることもできる。なおここで使うフィルム素材としては、ＰＰＳやＰＰＥ、ＰＥＮ、ポリイミド等の高耐熱性の（あるいは液晶ポリマー等の）フィルム素材を選ぶことができる。伝熱層１３の厚みは、薄くすれば、配線１４の熱を金属板１２に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１３の厚みが厚すぎると、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である５０μｍ以上１０００μｍ以下（望ましくは２００μｍ以上６００μｍ以下）に設定すれば良い。

次に配線１４の材質について説明する。ここで配線１４の材料としては、銅を主体とするもの（例えば銅箔や銅板）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。配線１４用の銅板としては、例えば厚み１００、２００、３００、５００μｍ等を利用できる。こうしたリードフレーム用の銅板としては、例えばタフピッチ銅（合金記号：Ｃ１１００）や無酸素銅（合金記号：Ｃ１０２０）等を用いることが望ましい。こうした材料は原料の電気銅を溶解して製造したものである。ここでタフピッチ銅は、銅中に酸素を残した精錬銅であり、電気伝導性や加工性に優れている。タフピッチ銅は例えばＣｕ９９．９０ｗｔ％以上、無酸素銅は例えばＣｕ９９．９６ｗｔ％以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物（例えば酸素の影響によるＣｕ₂Ｏの含有量が大きくなるので）の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。なお配線１４のパターニング方法としては、エッチングでも良いが、プレス２２（あるいは金型）による打ち抜きがパターンの同一性、量産性の面から適している。

更に必要に応じて各種銅合金を選ぶことも出来る。例えば、配線１４として、加工性や、熱伝導性を高めるためには、銅素材に銅以外の少なくともＳｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｆｅ等の群から選択される少なくとも１種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、銅材料（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ銅材料（あるいは銅合金）の場合、例えばＳｎを０．１重量％以上０．１５重量％未満添加することで、その軟化温度を４００℃まで高められる。比較のためＳｎ無しの銅（Ｃｕ＞９９．９６重量％）を用いて、配線１４を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に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）に変形する可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６重量％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の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、０．０１５重量％以上０．１５重量％の範囲が望ましい。添加量が０．０１５重量％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０．１５重量％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０．１重量％以上５重量％未満、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％未満、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％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０．１重量％以上５重量％以下、Ｃｒの場合０．０５重量％以上１重量％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。

なおこれら配線１４に使う銅材料の引張り強度は、６００Ｎ／平方ｍｍ以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍを超える材料の場合、これら配線１４の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍ以下（更にこれら配線１４に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／平方ｍｍ以下）とすることでスプリングバック（必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと）の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにこれら配線１４の材料としては、Ｃｕを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にこれら配線１４による放熱効果も高められる。なおこれら配線１４に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／平方ｍｍ以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度（３０〜７０Ｎ／平方ｍｍ程度）に対して、これら配線１４に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。これら配線１４に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／平方ｍｍ未満の場合、これら配線１４の上に発熱部品１０等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてこれら配線１４の部分で凝集破壊する可能性がある。

なお配線１４の発熱部品１０等の実装面に、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も有用である。なお配線１４の伝熱層１３に接する面には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱層１３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、配線１４と、伝熱層１３との接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。

また金属板１２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。特に本実施の形態では、金属板１２の厚みを１ｍｍ（望ましくは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の厚み）としているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる（なお金属板１２の厚みが０．１ｍｍ以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また金属板１２の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１２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、伝熱層１３を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部（あるいは凹凸部）を形成しても良い。全膨張係数は８〜２０ｐｐｍ／℃としており、本発明の熱伝導基板や、これを用いた電源ユニット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。

次に図６を用いて、折り曲げ部１６の製造方法の一例について説明する。図６（Ａ）（Ｂ）は、共に折り曲げ部１６の製造方法について説明する断面図であり、２３は点線である。例えば、図６（Ａ）に示すように、折り曲げ部１６は、金属板１２の孔１５付近から、略垂直に立ち上げたものとしても良い。そして折り曲げ部１６の所定位置に、例えばＶ溝のような加工部を形成しておくことで、矢印１７と点線２３に示すように折り曲げ部１６の一部を更に略９０度折り曲げることができる。なおこうしたＶ溝を用いた折り曲げは、発熱部品１０を孔１５にセットした後（あるいは孔１５にセットした発熱部品１０のリード線１１を配線１４に半田付けした後）でも可能であり、用途に応じて使い分けることができる。

なお図６（Ａ）と図６（Ｂ）の違いは、配線１４の一部以上を伝熱層１３に埋め込んだ場合（図６（Ａ））、配線１４を伝熱層１３の表面に形成した場合（図６（Ｂ））であり、用途に応じて使い分けることができる。具体的には、配線１４の厚みが１００μｍ以上２ｍｍ以下（望ましくは、２００μｍ以上１０００μｍ以下）の場合、図６（Ａ）のように埋め込むことが望ましい。これは配線１４の厚みが厚いほど、配線１４を介して（あるいは配線１４をヒートスプレッダーとして）の放熱効果が得られるからであるが、配線１４の厚みが厚いほど、発熱部品１０等の実装性が低下する。こうした場合、図６（Ａ）に示すように埋め込むことが望ましい。

なお折り曲げ部１６を点線２３で示すように折り曲げる前に、図６（Ｂ）に示すように発熱部品１０を孔１５の中に挿入しておいても良い。なおこのとき、リード線１１の一部を、配線１４に半田付けしておいても良い。

一方、配線１４の厚みが１０μｍ以上１００μｍ未満の場合、図６（Ｂ）の形状とすることが望ましい。これは配線１４の厚みが薄いほど、発熱部品１０等の実装性に影響を与えにくいためであるが、配線１４の厚みが薄いほど配線１４のファインパターン化が容易となる利点がある。しかしこの場合、配線１４が薄く、ファイン（例えばパターン幅が狭い）なほど、配線１４を介しての放熱（ヒートスプレッダー効果）が低下するが、図６（Ｂ）や図１（Ｃ）に示すように、折り曲げ部１６を併用することで、その放熱効果を高めることができる。

なお折り曲げ部１６の各折り曲げ角度（或いは複数の折り曲げ部１６は各々）は、略垂直（望ましくは垂直±２０度以下、望ましくは±１０度以下、更には±５％以下）が望ましい。垂直±２０度を超えた場合、発熱部品１０等の挿入性に影響を与えてしまう。

以上のようにして、孔１５を有する金属板１２と、前記金属板１２の上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層１３に固定した（あるいは必要に応じてその一部以上を伝熱層１３に埋め込んだリードフレームからなる）配線１４と、からなる熱伝導基板であって、前記孔１５の中に挿入したパワー半導体等の発熱部品１０を、前記金属板１２の一部で固定する構造部（例えば、折り曲げ部１６）を有する熱伝導基板を提案することによって、発熱部品１０に発生した熱を発熱部品１０の複数面から放熱することができ、発熱部品１０の放熱効果を高め、回路の小型化、高性能化が可能となる。

なお発熱部品１０を固定する構造部（例えば、折り曲げ部１６）は、前記孔１５相当部分の金属板１２で構成することで、図３等に図示したように、発熱部品１０に発生した熱を、折り曲げ部１６を一体物の（あるいは接続部分の無い）ヒートスプレッダーして使うことができるため、その放熱効果（あるいは伝熱効果）を高めることができる。

また伝熱層１３は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、を含む熱伝導基板とすることで、伝熱層１３の熱伝導性を高めることができ、回路の小型化、高性能化が可能となる。

伝熱層１３は、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーを含む耐熱樹脂フィルムである熱伝導基板とすることで、伝熱層１３としてキャスティング等で作製した熱伝導性の高いフィルム材を用いることができ、回路の小型化、高性能化が可能となる。

配線１４は、リードフレームもしくは、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である熱伝導基板とすることで、配線１４の熱伝導性を高め、その配線抵抗を低く抑えることができ、回路の小型化、高性能化が可能となる。

配線１４は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である熱伝導基板とすることで、配線１４をリードフレームで作製した場合でも、その加工性を高めることができ、回路の小型化、高性能化が可能となる。

少なくとも、一部に孔１５を有する金属板１２と、配線１４と、伝熱層１３を一体化する工程と、前記伝熱層１３を硬化させる工程と、前記孔１５に発熱部品１０等を固定する工程と、を含む熱伝導基板の製造方法とすることで、小型化、高性能化が可能な放熱性の高い熱伝導基板を製造することができる。

熱伝導基板と、そこに実装した発熱部品１０等の電子部品とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板は、一部に孔１５を有する金属板１２と、前記金属板１２上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層１３に固定した配線１４とから構成したものであって、前記発熱部品１０の一部は、前記孔１５の中に、金属板１２よりも僅かに突き出すように固定している回路モジュールとすることで、この回路モジュールを機器の筐体（例えばシャーシ１８）に、ネジ等で固定した時、発熱部品１０の一側面をシャーシ１８に弾性的に押し付けることができるため、発熱部品１０からシャーシ１８への放熱効果を高めることができる。またこのとき、必要部に弾性体（あるいは伝熱性の高い樹脂やゴム等からなる伝熱体１９を挟むことで、あるいは折り曲げ部１６の金属弾性を利用することで）、発熱部品１０の内部に発生する応力を抑えることができ、回路モジュールの取り付け容易性を高めることができる。

以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とその製造方法及びこれを用いた回路モジュールによって、プラズマテレビ、液晶テレビ、あるいは車載用各種電装品、あるいは産業用の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。

（Ａ）〜（Ｃ）は、共に本発明の実施の形態における発熱部品や熱伝導基板の斜視図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に発熱部品を熱伝導基板に取り付ける様子を説明する断面図 シャーシ上に熱伝導基板を固定する様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に取り付け部に放熱用のフィンを取り付ける様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に熱伝導基板の製造方法を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に折り曲げ部１６の製造方法について説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に従来の熱伝導基板の断面図

符号の説明

１０ 発熱部品
１１ リード線
１２ 金属板
１３ 伝熱層
１４ 配線
１５ 孔
１６ 折り曲げ部
１７ 矢印
１８ シャーシ
１９ 伝熱体
２０ フィン
２１ フィルム
２２ プレス
２３ 点線

Claims (8)

1. 孔を有する金属板と、前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に固定した配線と、からなる熱伝導基板であって、
   前記孔の中に挿入した電子部品を、前記金属板の一部で固定する構造部を有する熱伝導基板。
2. 構造部は、前記孔相当部分の金属板で構成している請求項１記載の熱伝導基板。
3. 伝熱層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、
   アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、
   を含む請求項１に記載の熱伝導基板。
4. 伝熱層は、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーを含む耐熱樹脂フィルムである請求項１に記載の熱伝導基板。
5. リードフレームは、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である請求項１記載の熱伝導基板。
6. リードフレームは、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項１に記載の熱伝導基板。
7. 少なくとも、一部に孔を有する金属板と、配線と、伝熱層を一体化する工程と、
   前記伝熱層を硬化させる工程と、
   前記孔に電子部品を固定する工程と、
   を含む熱伝導基板の製造方法。
8. 熱伝導基板と、そこに実装した電子部品とからなる回路モジュールであって、
   前記熱伝導基板は、一部に孔を有する金属板と、前記金属板上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に固定した配線とから構成したものであって、
   前記電子部品の一部は、前記孔の中に、金属板よりも突き出すように固定している回路モジュール。

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