(57)【要約】【課題】ハイパワーのトランジスタやＬＥＤを実装するために好適な回路基板と、それを用いた混成集積回路を提供する。【解決手段】金属板の一主面上又は両主面上に絶縁層を介して回路が設けられている回路基板であって、前記金属板の回路を設けている側の面の絶縁層の一部に窓を有し、金属板の一部が露出していることを特徴とする回路基板であり、好ましくは、絶縁層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上であり、導体回路と金属板又は両主面上の回路と金属板間の耐電圧が１．０ｋＶ以上である前記の回路基板であり、更に好ましくは、絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜６０体積％と、残部が最大粒子径７５μｍ以下からなる無機フィラーとからなる樹脂組成物の硬化体であることを特徴とする前記の回路基板であり、加えて、前記の回路基板を用い、当該回路基板の前記露出している部分に電子部品を搭載してなることを特徴とする混成集積回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の一主面上又は両主面上に絶縁層を介して回路が設けられている回路基板であって、前記金属板の回路を設けている側の面の絶縁層の一部が窓を有し、金属板の一部が露出していることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
絶縁層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上であり、導体回路と金属板又は両主面上の回路と金属板間の耐電圧が１．０ｋＶ以上である請求項１項記載の回路基板。
【請求項３】
絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜６０体積％と、残部が最大粒子径７５μｍ以下からなる無機フィラーとからなる樹脂組成物の硬化体であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路基板を用い、当該回路基板の前記露出している部分に電子部品を搭載してなることを特徴とする混成集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性に優れ、熱放散性が良好な回路基板と、それを用いた混成集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器等の小型化や軽量化に伴い、電子部品の小型化が進んでおり、電子部品を実装するため、回路基板の高密度化の要求が高まっている。また、電子部品の高機能化により消費電力が増加しており、この電子部品からの発熱が課題となっている。
【０００３】
金属板上に無機フィラーを充填したエポキシ樹脂などからなる絶縁層を設け、その上に回路パターンを形成した金属ベース回路基板は、熱放散性と電気絶縁性に優れることから高発熱性電子部品を実装する通信機及び自動車などの電子機器用回路基板として用いられている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２７１４４２号公報
【０００４】
金属ベース回路基板は、ガラスエポキシ基板等を用いた樹脂回路基板に比較すると熱伝導率が高く放熱性に優れている。しかし、絶縁層の熱伝導率が、金属、導電ペーストおよび半田等に比べ非常に低いため、ハイパワーのトランジスタや発光ダイオード（以下ＬＥＤ）を実装することができなかった。
【０００５】
そのため、ハイパワーのトランジスタやＬＥＤを実装するためには、放熱性を改善させるために、実装部品の直下にスルーホールを形成し、一方の主面側の金属パターンと他方の主面側の放熱用金属膜とを前記スルーホールを介して接続することで放熱性を改善する方が提案されている（特許文献２参照）。しかし、作業性やコストの面から問題がある。
【特許文献２】特開２００５−２８３８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来技術の状況に鑑みてなされたもので、絶縁性に優れ、熱放散性が良好な回路基板、特に、ハイパワーのトランジスタやＬＥＤを実装するために好適な回路基板と、それを用いた混成集積回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金属板の一主面上又は両主面上に絶縁層を介して回路が設けられている回路基板であって、前記金属板の回路を設けている側の面の絶縁層の一部に窓を有し、金属板の一部が露出していることを特徴とする回路基板であり、好ましくは、絶縁層の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫ以上であり、導体回路と金属板又は両主面上の回路と金属板間の耐電圧が１．０ｋＶ以上である前記の回路基板であり、更に好ましくは、絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜６０体積％と、残部が最大粒子径７５μｍ以下からなる無機フィラーとからなる樹脂組成物の硬化体であることを特徴とする前記の回路基板であり、加えて、前記の回路基板を用い、当該回路基板の前記露出している部分に電子部品を搭載してなることを特徴とする混成集積回路である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の回路基板は、金属板の一主面上又は両主面上に絶縁層を介して回路が設けられ、前記金属板の回路を設けている側の面の絶縁層の一部に窓を有し、金属板の一部が露出している構造を有するので、前記露出している部分に高発熱部品を実装することが可能となり、例えば、ハイパワーのトランジスタやＬＥＤ等の従来では搭載し得なかった高発熱の電子部品も実装できるという格別の効果を発揮できる。
【０００９】
更に、本発明によれば、絶縁層が露出している部分に高発熱の電子部品を搭載できる上、絶縁層がある部分についても熱伝導率が高いことから、ある程度の発熱する部品を絶縁層上の回路部分にも実装することが可能となり、小型な混成集積回路を得ることが出来るという効果をも奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の回路基板とそれを用いた混成集積回路の一例である。本発明の混成集積回路においては、金属板１と絶縁層２と、回路３とからなる金属ベース回路基板の回路３上に、複数の半導体、すなわち、制御用半導体４やチップ部品等が半田などにより接合搭載されている。また、絶縁層２に窓を設け、金属板１を露出させた部分には、放熱を必要する出力用半導体５を熱伝導性接着剤６により接合し搭載している。
【００１１】
金属板１としては、良好な熱伝導性を持つ銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、鉄ならびにステンレスなどの金属が使用可能である。
【００１２】
図１と異なり、出力用半導体５を金属板１に直接に半田接合する場合は、金属板１の表面をニッケルめっき、ニッケル−金めっき、銀めっき或いははんだめっき等を施すことが好ましい。
【００１３】
金属板１の厚みとしては、０．００５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下のものが使用できる。金属板１の厚みが、０．００５ｍｍ以上であれば金属ベース回路基板の剛性が低下するため使用できなくなることもなく、金属板１の厚みが５．０ｍｍ以下であれば、回路基板の加工用金型又はプレス機などに大型な設備が必要となることもない。金属板１の厚みは、０．０３５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が金属ベース回路基板の剛性、加工性などが確保できることからより好ましい。
【００１４】
絶縁層２の厚さについては、３０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。３０μｍ以上であれば電気的絶縁性が確保できるし、２００μｍ以下で十分な熱放散性を確保できる。
【００１５】
絶縁層２を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などが使用できる。中でも、無機フィラーを含みながらも、硬化状態において金属板１、回路３との接合力に優れるエポキシ樹脂を主成分とするものが好ましい。また、必要に応じて、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤等の表面改質剤、更に安定剤および硬化促進剤等を用いることができる。
【００１６】
絶縁層２に含有される無機フィラーとしては、電気絶縁性で熱伝導性の良好なものが好ましく、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素などが用いられる。
【００１７】
絶縁層２中の無機フィラーの含有量は、４０〜７５体積％が好ましく、無機フィラーの粒度は最大粒子径が７５μｍであることが好ましい。最大粒子径については、特に、回路基板の熱放散性を重視して、絶縁層を５０μｍ以下と薄くする場合には、最大粒子径を４５μｍ以下にすることで、絶縁層上の突起なのどの不具合を防止できるので一層好ましい。また、無機フィラーを５０体積％以上含有して対応したい場合には、破砕粒子や球状粒子を単独で用いるよりも球状粗粒子と球状微粒子とを適宜混ぜ合わせることで無機フィラーと熱硬化性樹脂との混合が容易にすることが可能になり好ましい。
【００１８】
回路３の厚みは、５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。５μｍ以上であれば回路としての機能が十分確保できるし、５００μｍ以下であれば回路形成に難しくなるようなことがない。
【００１９】
本発明において、絶縁層の一部に窓を有するようにする方法については、特に制限はないが、金属板１上に全面に無機フィラーを含有する硬化性樹脂を塗布し、金属箔を貼り付け、前熱硬化性樹脂を硬化し、前記金属箔から回路形成した後に、露出している絶縁層２の所定部分を除去する方法が、高品質の回路基板を安定して得られることから好ましい方法である。また、前記絶縁層を除去する方法としては、コストおよび作業性の問題からエンドミルなどによる機械加工や炭酸ガスレーザー等のレーザー加工などが好ましく用いられる。尚、本発明に於いて、窓の部分は必ずしも絶縁層に囲まれている必要はなく、一部が解放されている状態であっても良い。
【００２０】
出力用半導体５を固定する熱伝導性接着剤６としては、半田、銀ペースト、銅ペーストといった熱伝導性を重視した接着剤が用いられる。また、絶縁層２の窓の部分に存在する金属板１上に実装する出力用半導体５は、電気絶縁性を必要としない部品であるため、熱伝導性接着剤６として導電性の材料を使用することができるが、部品を固定する必要があるため、熱や湿度によって劣化しない材料であることを重視して選定すべきである。
【００２１】
尚、本発明の回路基板は、図１に例示した通りに、全体として平板状を呈しているものに限定されず、全体として可撓性を有するものも含まれる。この場合において、絶縁層の窓の部分の金属板の表面が平面であれば良い。前記可撓性を有する回路基板としては、例えば、金属板１の厚さが５〜２１０μｍ、絶縁層２の厚さが２５〜２００μｍ、回路３の厚さが９〜１４０μｍと限定するとき、曲率半径１〜５ｍｍで約９０度以上の折り曲げ加工できる回路基板が例示できる。
【００２２】
本発明の回路基板を用いた混成集積回路は、上記構成を有しており、絶縁層が、熱硬化性樹脂を２５〜６０体積％と、残部が最大粒子径７５μｍ以下からなる無機フィラーとからなる樹脂組成物の硬化体であることから、絶縁を必要し、且つ放熱性を有する半導体素子や抵抗チップなどの電機部品を実装することができる上、絶縁層の窓の部分には、従来は発熱量が大きすぎて実装するこのできなかった出力用半導体などの電子部品を搭載することが可能となり、回路設計に於いて電子部品に関する制限があったのを解除でき、より自由な設計を可能とするものである。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板上に、アルミナフィラー（昭和電工社製「ＡＬ―１７３」）を４５体積％含有したエポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製「ＥＰＩＣＬＯＮ８３０−Ｓ」）を混合した絶縁材料を、硬化後の厚さが８０μｍとなるように塗布し、更に３５μｍ銅箔（古河サーキットホイル社製「ＧＴＳ」）を貼り合わせし、加熱硬化し、金属ベース基板を得た。
【００２４】
前記アルミナフィラーを含有するエポキシ樹脂を、加熱硬化して、２５×２５ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの試片を作製し、これを用いて熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測定した（使用機器（真空理工社製「ＴＣ−７０００」））ところ、１．５Ｗ／ｍＫであった。
【００２５】
また、金属ベース基板について、耐電圧を測定した。耐電圧の測定は、ＪＩＳ  Ｃ２１１０に基づき（菊水電子工業社製「ＴＯＳ−８７００形」を用いた）測定した。その結果、耐電圧は３.６ｋＶであった。
【００２６】
前記金属ベース基板に、エッチング法により、所望の回路を形成して、金属ベース回路基板を作製した。更に、出力用半導体を実装する部分の絶縁層を、エンドミル加工により除去した後、アルミニウム板の露出部にニッケルメッキを施した。更に、前記ニッケルメッキ上に出力用半導体としてＭＯＳ−ＦＥＴをはんだ（千住金属社製「Ｍ７０５」）で実装し、出力用半導体を制御する制御用半導体としてデジタル信号ＩＣを搭載したデジタルアンプ（混成集積回路）を試作し、動作周波数８００ｋＨｚで動作させたところ、正常に動作することを確認した。
【００２７】
（実施例２）
実施例１において、アルミナフィラーの量を６０体積％含有したエポキシ樹脂からなる絶縁材料を用いたこと以外は、実施例１と同じ手順で金属ベース回路基板を作製した。このとき、絶縁層を構成する樹脂の硬化体の熱伝導率は、２．８Ｗ／ｍＫで耐電圧は３．２ｋＶであった。
【００２８】
更に実施例１と同様にデジタルアンプを作製して動作させたところ、動作周波数１ＧＨｚで１時間以上継続して正常に動作することを確認した。
【００２９】
（実施例３）
実施例１と同じ手順で金属ベース回路基板を作製し、所望の回路を形成し金属ベース回路基板を作製した。ＬＥＤを実装する部分の絶縁層を炭酸ガスレーザーにより除去し、実施例1同様にニッケルメッキを施した。前記ニッケルメッキ上にＬＥＤ（日亜化学社製「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」）をはんだで実装し、ＬＥＤ光源ユニットを得た。
【００３０】
温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、得られたＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流して１５分間ＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１１．８Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱電対により測定したところ、ＬＥＤの温度は４５℃であった。
【００３１】
（比較例１）
実施例１において、絶縁層除去のないこと以外は、実施例１と同じ手順で金属ベース回路基板を作製した。
【００３２】
前記金属ベース回路基板について、実施例１同様にデジタルアンプを作製し、動作確認を行った。その結果、動作周波数８００ｋＨｚで動作させた当初は正常に動作したが、パワートランジスタの発熱により、５秒動作後に動作しなくなった。
【００３３】
（比較例２）
実施例３において、絶縁層除去のないこと以外は、実施例１と同じ手順で金属ベース回路基板を作製した。
【００３４】
前記金属ベース回路基板について、実施例３同様にＬＥＤ光源ユニットを作製し、温度２３℃、湿度３０％の環境下にて、ＬＥＤ光源ユニットに安定化電源を接続して電流４５０ｍＡ流してＬＥＤを点灯させた。そのときの電圧は１２．５Ｖであった。点灯させたＬＥＤの温度を熱伝対により測定したところ、ＬＥＤの温度は６５℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ＬＥＤ等実装部品から発熱する熱を、効率よく基板裏面側に放熱しすることが可能となり、実装部品の温度上昇を抑制できるため、誤作動や蓄熱を低減し、高信頼性の混成集積回路を提供できる。また、混成集積回路の小型化が可能になるため、いろいろな用途分野に適用できるので、例えば、ハイパワーのトランジスタや発光ダイオード（以下ＬＥＤ）を実装することができ、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る金属ベース回路基板と混成集積回路の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１    金属板
２    絶縁層
３    回路
４    制御用半導体
５    出力用半導体
６    熱伝導性接着剤
７    ボンディング用ワイヤー
【図１】
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