(57)【要約】【課題】グリースなどの中間部材を用いて放熱部材を基板に取り付けなくても基板の放熱性を向上させることができるようにする。【解決手段】電子部品２を実装する基板本体３と、基板本体３の放熱を促進する放熱促進部４とを一体形成する。基板本体３の外面に放熱促進部４を形成する。基板本体３の表面３ａが電子部品２が実装する部分とし、基板本体３の裏面３ｂを放熱促進部４を形成する部分とする。放熱促進部４の内部に冷却するための冷却媒体が通る冷却流路９を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を実装する基板本体と、前記基板本体の放熱を促進する放熱促進部とを有し、前記基板本体と前記放熱促進部とが一体成形されていることを特徴とする基板。
【請求項２】
前記基板本体の外面に前記放熱促進部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記基板本体の表面が前記電子部品が実装される部分とされ、前記基板本体の裏面が前記放熱促進部が形成される部分とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
前記基板本体の内部に前記放熱促進部が設けられ、この放熱促進部は、基板本体を冷却するための冷却媒体が通る冷却流路とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の基板を製造する方法であって、前記基板本体と放熱促進部とを粉末射出成形により一体成形することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項６】
前記粉末射出成形においては、窒化アルミ、アルミナ、炭化ケイ素の少なくとも１種類以上からなる材料を用いることを特徴とする請求項５に記載の基板の製造方法。
【請求項７】
前記窒化アルミは、イットリア、カルシア、マグネシアの少なくとも１種類以上を添加したものであることを特徴とする請求項６に記載の基板の製造方法。
【請求項８】
前記粉末射出成形において用いる有機バインダーは、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、スチレン・アクリル共重合体、アモルファスポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・ブチルアクリレート共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体より選ばれる少なくとも１種類以上からなる樹脂、並びに脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級脂肪酸、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる少なくとも１種類以上からなる有機化合物であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、パワーＬＳＩ、ＬＥＤ等の電子部品を実装するための基板及びその基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パワーＬＳＩ、ＬＥＤ等の電子部品を実装した基板として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１の半導体装置は、半導体素子が形成された半導体チップと、主面側に半導体チップを実装するための実装部材群とを備えた半導体装置であって、実装部材群は、無機絶縁性材料により構成されている放熱基板と、放熱基板の主面側に搭載された金属板と、放熱基板の裏面側に互いに離間して固定された複数のフィン状部材とを有したものである。即ち、特許文献１の半導体装置は、放熱基板に放熱部材であるフィンが別途取り付けられたものである。
【０００３】
また、電子部品の実装方法として特許文献２に示すものがある。
特許文献２の実装方法では、基板の一方の面に位置決め部位を備えた部品を搭載すること、基板の他方の面に放熱手段を設けること、基板を貫通して、部品の適所と前記放熱手段とを伝熱性の接続手段で接続することを行っている。即ち、特許文献２の実装方法でも、部品を実装していない他方の面に放熱手段を取り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４４３９４号公報
【特許文献２】特開平５−３４３８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に示したように、電子部品を実装する基板にフィンなどの放熱部材を取り付けることは従来より行われており、基板に放熱部材を取り付ける場合には、基板と放熱部材との間にグリース等を介在させる構造（以降、放熱構造ということがある）としているのが一般的である。
従来のような放熱構造では、基板と放熱部材とが互いに位置ズレが生じる場合がある。また、基板と放熱部材との間にグリースを介在させる際に、グリース中にボイドが形成し易く、ボイドが形成されてしまうと、グリースの熱伝導率の向上を図ったとしても、期待した効果が得られない場合がある。
【０００６】
加えて、放熱構造では、高温で長時間使用した場合、グリースと基板との界面、グリースと放熱部材との界面が剥離が生じる可能性があるし、グリス自体の熱伝導性も金属などに比べて悪く熱抵抗となり得る。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、グリースなどの中間部材を用いて放熱部材を基板に取り付けなくても基板の放熱性を向上させることができる基板及び基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、電子部品を実装する基板本体と、前記基板本体の放熱を促進する放熱促進部とを有し、前記基板本体と前記放熱促進部とが一体成形されている点にある。
前記基板本体の外面に前記放熱促進部が形成されていることが好ましい。
【０００８】
前記基板本体の表面が前記電子部品が実装される部分とされ、前記基板本体の裏面が前記放熱促進部が形成される部分とされていることが好ましい。
前記基板本体の内部に前記放熱促進部が設けられ、この放熱促進部は、基板本体を冷却するための冷却媒体が通る冷却流路とされていることが好ましい。
前記基板を製造する方法であっては、前記基板本体と放熱促進部とを粉末射出成形により一体成形することが好ましい。
【０００９】
前記粉末射出成形においては、窒化アルミ、アルミナ、炭化ケイ素の少なくとも１種類以上からなる材料を用いることをことが好ましい。
前記窒化アルミは、イットリア、カルシア、マグネシアの少なくとも１種以上を添加したものであることが好ましい。
前記粉末射出成形において用いる有機バインダーは、ポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、スチレン・アクリル共重合体、アモルファスポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、、エチレン・ブチルアクリレート共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体より選ばれる少なくとも一種以上からなる樹脂、並びに脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級脂肪酸、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる一種以上からなる有機化合物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、グリースなどの中間部材を用いて放熱部材を基板に取り付けなくても基板の放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の基板の斜視図である。
【図２】基板の側面図である。
【図３】冷却流路を有する基板の平面図である。
【図４】冷却流路を有する基板の側面図である。
【図５】冷却流路を形成場合の説明図である。
【図６】冷却流路に抵抗部材を設けた斜視図である。
【図７】冷却流路の変形例の図であって、（ａ）第１変形例、（ｂ）第２変形例、（ｃ）第３変形例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１〜７は、本発明の基板を示したものである。
図１、２に示すように、本発明の基板１は、電子部品２を実装する基板本体３と、この基板本体３の熱を放出する放熱促進部４とを備えたものである。
従来では、基板本体３と放熱促進部４とを別体に形成していたが、本発明は、基板本体３と放熱促進部４とを一体化形成したことを特徴としたものである。また、基板１に実装する電子部品２は、特に限定されないが、発熱量が多いパワーＬＳＩ、ＬＥＤ等の電子部品２を実装する場合に適している。
【００１３】
以下、本発明の基板１について詳しく説明する。なお、説明の便宜上、図１の左右方向を横方向、図１の上下方向を縦方向とする。
基板本体３は、詳細は後述するように、放熱性に優れたセラミックス等の材料により板状に形成されたものである。この基板本体３において、電子部品２を実装する一方の面（表面３ａ）には電子回路を構成する回路部５が設けられている。
【００１４】
この回路部５上に電子部品２が半田等により実装されている。回路部５は、例えば、絶縁性のフィルムに、銅、銀、タングステン、モリブデン等の導電性の材料から形成された回路パターンを印刷することにより構成されたものである。なお、回路部５は、基板本体３の表面に、直接、回路パターンを一体的に成形したものであってもよい。例えば、タングステン、モリブデンを用いて回路パターンを形成する場合には、基板本体３をセラミックス等にて形成する際に当該セラミックスとタングステン又はモリブデンとを焼結することにより回路パターンを一体成形することができる。
【００１５】
電子部品２を実装していない他方の面（裏面３ｂ）には、放熱促進部４が形成されている。この放熱促進部４は、基板本体３と同じように放熱性に優れたセラミックス等の材料（例えば、基板本体３と同一材料）により形成されたものである。具体的には、この放熱促進部４は、基板本体３の裏面から外方（例えば、下方）に突出した複数のフィン７から構成されたものである。放熱促進部４を構成する各フィン７は、基板本体３の横方向に所定の間隔で配置されている。また、各フィン７は、基板本体３の縦方向又は横方向に延設して形成されている。
【００１６】
なお、図１、２に示すように、各フィン７は、基板本体３の裏面３ｂから下方に突出しているが、これに代え、基板本体３の側面から左右方向に突出しても基板本体３の表面３ａから上方に突出したものであってもよく、基板本体３の露出面（外面であって、表面、裏面、側面を含む）に設けるようにすればよい。さらに、基板本体３の表面３ａにフィン７を設ける場合には、発熱量の多い電子部品２間に設けることが好ましい。放熱促進部４はピンであってもよい。
【００１７】
本発明によれば、基板本体３と放熱を促進する放熱促進部４とが一体形成され、その放熱促進部４は、基板本体３の外面に形成されていることから、従来のように、グリースなどの中間部材を用いて放熱部材を基板１に取り付けなくてもよく、基板１全体の放熱性を向上させることができる。
しかも、本発明の基板１では、基板本体３の表面３ａが電子部品２が実装される部分とされ、基板本体３の裏面３ｂが放熱促進部４が形成される部分とされている。そのため、発熱量が多いパワーＬＳＩやＬＥＤを表面に実装した場合（片面実装の場合）、裏面側を放熱するための部分として有効利用することが可能となり、基板１の筐体への収まりも良く、この基板１を備えたモジュールをコンパクトにすることができる。
【００１８】
加えて、図３、４に示すように、基板本体３の内部にも放熱促進部４を設けることが好ましい。基板本体３の内部に設けられた放熱促進部４は、基板自体（基板本体３）を冷却するための冷却媒体が通る冷却流路９を有している。即ち、図３、４に示した基板１には、フィン７と冷却流路９とからなる放熱促進部４を有するものとなっている。
冷却流路９は、基板本体３の内部に冷却媒体が流れる孔を設けることにより構成されている。この冷却流路９は、平面視で、特に放熱量の多い電子部品２の下側を通過するように構成されていることが好ましい。言い換えるならば、電子部品２がパワーＬＳＩ、ＬＥＤ等であるとき、冷却流路９と電子部品２とが平面視でオーバラップするように、冷却流路９及び電子部品２が基板１に配置されることが好ましい。
【００１９】
冷却流路９の一方側は、冷却媒体を入れる注入口１１とされ、この注入口１１は、基板本体３の側面に設けられている。また、冷却流路９の他方側は冷却媒体を排出する排出口１２とされ、この排出口１２も基板本体３の側面に設けられている。注入口１１や排出口１２にパイプ等を接続すると共に、パイプと冷却媒体を循環させるポンプとを接続して、ポンプの動力により冷却媒体を循環させることが好ましい。
【００２０】
冷却媒体は、特に限定されないが、水、アルコール、フッ素系不活性等の液体並びに空気、窒素、アルゴン等の気体を用いることが好ましい。また、基板１に窒化アルミを用い、冷媒に水を用いた場合には、窒化アルミが耐水性に劣ることから、水が接する箇所を耐水性の高い酸化物セラミックスによりコーティングするか、蒸着もしくはメッキにより金属メッキを行っても良い。この場合、銅を用いると熱伝導性も損なわれず、放熱性を確保することができる。
【００２１】
図５に示すように、冷却流路９を基板本体３の内部に形成するにあたっては、基板本体３の表面側（電子部品２を実装する側）となる第１基板本体部１３に、溝１０ａが形成されるように当該第１基板本体１３を粉末射出成形により作成する。また、基板本体３の裏面側（電子部品２を実装しない側）となる第２基板本体部１４に、溝１０ａと合わせることができるような溝１０ｂが形成されるように当該第２基板本体１４を粉末射出成形により作成する。
【００２２】
そして、基板本体３を形成する際に、第１基板本体部１３の溝１０ａと、第２基板本体部１４の溝１０ｂとを合わせて、第１基板本体部１３及び第２基板本体部１４を焼結することにより、溝１０ａと溝１０ｂとからなる冷却流路９を形成する。
なお、図６に示すように、冷却流路９、即ち、溝１０ａや溝１０ｂを形成する際、冷却媒体の流れを阻害することによって抵抗となる抵抗部材１５を設けるようにすることが好ましい。具体的には、抵抗部材１５は、冷却流路９の内壁から内方へ突出する矩形状又は棒状等のものであって、冷却流路９に沿って複数設けられている。これにより、冷却媒体が冷却流路９内を流れた際に抵抗部材１５に当たるため、乱流が生じることとなり、冷却効率を向上させることができる
図７は、冷却流路の変形例を示したものである。図７に示した矢印は、冷却媒体の流れを示したものである。
【００２３】
図７（ａ）に示すように、基板本体３内には、渦巻き状の冷却流路９ａが形成されている。即ち、渦巻き状の冷却流路９ａとは、基板本体３の中心部から次第に径外方向に延設される連続した円弧状の孔により構成されたものである。基板本体３の中心部側に位置する冷却流路９ａ内には複数の抵抗部材１５が設けられている。なお、冷却流路９ａの一方側が冷却媒体を注入する注入口１１とされ、他方側が冷却媒体を排出する排出口１２とされている。
【００２４】
図７（ｂ）に示すように、基板本体３は内部が空間（空間部分）Ｓとなる箱状に形成されたもので、空間部分Ｓが冷却流路９ｂとされている。基板本体３の横方向の一方側に冷却流路９ｂの注入口１１が形成され、横方向の他方側に冷却流路９ｂの排出口１２が形成されている。空間部分の幅Ｄは、注入口１１から排出口１２に亘って一定となっている。
図７（ｃ）に示すように、基板本体３は箱状に形成され、その内部には、複数の仕切板１６（例えば、２枚）に仕切られた複数の空間部分（例えば、３つの空間部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が形成されている。各仕切板１６には仕切られた空間部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を連通させる連通孔１７が設けられている。３つの空間部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及び連通孔１７により冷却流路９ｃが形成されている。基板本体３の横方向の一方側に裏面３ｂ側の空間部分Ｓ１と連通する注入口１１が形成され、横方向の他方側に裏面３ｂ側の空間部分Ｓ１と連通する排出口１２が形成されている。空間部分の幅Ｄは、注入口１１から排出口１２に亘って次第に小さくなっている。表面３ａ側の空間部分Ｓ３には、複数の抵抗部材１５が設けられている。
【００２５】
このような基板１は粉末射出成形により成形されている。即ち、基板本体３と放熱促進部４とは粉末射出成形により一体成形されている。
以下、基板１の製造方法について説明する。
基板本体３と放熱促進部４とを形成するにあたっては、放熱性の高いセラミックス材料が用いられる。この材料には窒化アルミ、炭化ケイ素、アルミナの少なくとも１種類以上を用いることが好適である。成形するにあたっては、平均粒子径０．１〜５μｍ程度の粉末状の材料を用いることが望ましい。窒化アルミには焼結助剤としてイットリアを用いる事が望ましく、カルシア及びマグネシアを焼結助剤に用いても良い。
【００２６】
炭化ケイ素を用いる場合は、炭化ケイ素に対して焼結助剤として窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭素及び金属シリコンの添加により、常圧での焼結が可能である。
粉末射出成形で用いられる有機バンダには熱可塑性樹脂、ワックス、滑剤、可塑剤等が用いられる。
熱可塑性樹脂（有機バインダ）にはポリスチレン、ポリブチルメタクリレート、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、スチレン・アクリル共重合体、アモルファスポリオレフィン７、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、、エチレン・ブチルアクリレート共重合体、エチレングリシジルメタクリレート共重合体より選ばれる少なくとも一種以上からなる高分子化合物、ワックス、滑剤、可塑剤には脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、高級脂肪酸、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、パラフィン７ワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、モンタン系ワックス、ウレタン化ワックス、無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる一種以上からなる有機化合物を用いる。特に熱可塑性樹脂ではポリスチレン、ブチルメタクリレート、エチレン・酢酸ビニル共重合体並びにエチレン・ブチルアクリレート共重合体が望ましく、ワックス、可塑剤並びに滑剤にはパラフィン７ワックス、脂肪酸アミド並びにフタル酸エステルが望ましい。
【００２７】
有機バインダの添加量は、粉末射出成形では用いるセラミックス材料に対して３５〜６０vol％が最適である。
セラミックスと熱可塑性樹脂及びワックス、滑剤、可塑剤とを混合分散して材料を混練する場合（混合分散を行う場合）には加熱混練機、多軸押出機および加熱ロール等を用いることが好ましい。材料を予め直径１〜５ｍｍ、長さ１〜１０ｍｍ程度にペレット化して成形用の材料とすることが望ましい。その他、粉末射出成形は、一般的な方法により行う。
【００２８】
基板本体３及び放熱促進部４とを成形するための成形体（元材料）に対して脱脂を行うには、使用する粉末状の材料に応じて、アルミナでは大気中で行い、窒化アルミでは窒素中で行う。また、炭化珪素では窒素中もしくは不活性ガス中が望ましい。
また、脱脂時のバインダの分解ガスをスムースに除去するために脱脂及び焼結時に幅５ｍｍ以下、高さ０．５ｍｍ以上、ピッチ間隔０．５ｍｍ以上の矩形形状を有するセラミックスプレートをセッターに用いることにより、脱脂時に生じるクラック、ボイド等の不具合を解消する。アルミナの場合用いるセラミックスプレートはアルミナ系セラミックスであり、窒化アルミでは窒化ホウ素、炭化珪素ではグラファイトが望ましい。
【００２９】
焼結には使用する粉末に合わせて空気、窒素、アルゴン、水素等のガス雰囲気下で行い、焼結密度を９３％以上にして、内部に連続気孔が残留しないように焼結温度を適宜調整する。内部に連続気孔が残留すると用いる基板１の熱拡散が損なわれ、十分な冷却効果が得られない。
回路パターン（回路部５）は、上述したように、銅、銀、タングステン、モリブデン等の材料を用いて形成する。また、２つに分割した基板本体３を貼り合わせて冷却流路９を形成する場合には、（１）接着させる面を焼結の際の粒子間の拡散により界面を接着させる方法、（２）接着させる面に用いた粉末材料と同じセラミックス材料粉末をアクリル樹脂等とともに溶剤に分散させた材料を用いて、張り合わせる界面に塗布して乾燥させた後、脱脂焼結を行い、界面を接着させる方法、（３）上下を張り合わせた成形体を金型に挿入し界面部分を成形材料で成形を行った後、脱脂焼結工程において粒子間の拡散により界面を接着させる方法などがある。
【００３０】
なお、図７に示すように、基板本体３に注入口１１や排出口１２に連通するノズル１８を設ける場合には、ノズル１８をネジにより基板本体３に締結させてもよい。また、基板本体３や放熱促進部４を作成する際にノズル１８もあわせて形成して燒結させることで一体的に形成してもよい。ノズル１８の温度が常時使用温度で１００℃以下になる場合には、プラスチック材料を用いても良い。
【００３１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  電子部品
３  基板本体
３ａ  表面
３ｂ  裏面
４  放熱促進部
５  回路部
７  フィン
９  冷却流路
９ａ  冷却流路
９ｂ  冷却流路
９ｃ  冷却流路
１０ａ  溝
１０ｂ  溝
１１  注入口
１２  排出口
１３  第１基板本体部
１４  第２基板本体部
１５  抵抗部材
１６  仕切板
１７  連通孔
Ｄ    幅
Ｓ    空間部分
Ｓ１  空間部分
Ｓ２  空間部分
Ｓ３  空間部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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