(57)【要約】【課題】高効率での放熱が可能であるとともに、軽量，薄型，且つ安価な配線基板を提供する。【解決手段】配線基板は、金属箔からなる金属層１と、ポリイミドフィルムからなる絶縁層２と、が積層されてなり、金属層１には配線パターンが形成されている。そして、自己発熱等による熱を効率良く放熱するために、金属等で構成された放熱材１０に固着される。放熱材１０には絶縁層２が固着されるので、金属層１と放熱材１０との絶縁性が確保される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが形成された金属層と、絶縁層と、が積層されてなる配線基板において、配線基板が有する熱を放熱するための放熱材に固着されるとともに前記金属層と前記放熱材との絶縁を確保する前記絶縁層を、ポリイミドで構成したことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
配線基板が屈曲可能なように、前記絶縁層を略直線的に切断して複数に分断したことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記絶縁層の一部分を除去した上、前記金属層のうち前記絶縁層の除去により露出した部分の少なくとも一部分を除去することにより、前記絶縁層側から前記金属層に電気的接合が可能になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記絶縁層のうち、発熱を伴う半導体素子又はチップ部品が実装される位置に相対する部分を除去したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用電子制御ユニットは大電流の制御を必要とする用途に使用されることが多いので、車載用電子制御ユニットに組み込まれる配線基板は、大電流が通電されることが多い。また、高温下で使用されることが多く、特に、エンジンルーム内に配される場合やモータ等に組み込まれる場合は、高温となりやすい。そのため、高温下における大電流の通電に伴う電気的損失が低く、自己発熱等による熱を効率良く放熱可能な配線基板が求められている。
【０００３】
このような配線基板としては、セラミックス板の一方の面にアルミ合金からなる配線金属層を形成し、他方の面に同じアルミ合金からなる裏面金属層を形成したものが知られている（特許文献１を参照）。
この配線基板は、裏面金属層が金属材である放熱材に接着，ネジ等で固着され、この放熱材を介して放熱するようになっている。また、放熱材との絶縁を確保するために、配線金属層は絶縁材であるセラミックス板（例えば窒化アルミ板，窒化ケイ素板）に形成されている。さらに、大電流の通電を必要最小限の面積で実現できるように、配線金属層の厚さは可能な限り大きく設定されている（例えば、配線金属層を構成する金属が銅である場合は５００μｍである）。
【０００４】
さらに、金属材と絶縁材とでは線膨張係数が異なるので、温度の急激な変化による熱衝撃を受けると、機械強度が最も弱い接着層に応力が集中して、接着層が破断するおそれがある。そのため、上記のような従来の配線基板においては、応力の相殺を目的として、絶縁材であるセラミックス板の両面に同種の（すなわち同一の線膨張係数を有する）金属材（すなわち配線金属層及び裏面金属層）を配していた。
【特許文献１】特開２００３−２４３８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の配線基板は、熱衝撃の緩和のために裏面金属層を備えているので、コストと質量が増加するという問題点を有していた。特に、大電流を通電する用途においては、配線金属層の厚さを大きくする必要があるので、上記のような問題が顕著であった。
また、材料の製造や配線基板の製造の工法上、平板状の配線基板しか製造することができない。さらに、絶縁材であるセラミックス板は硬く柔軟性がないため、部品を実装した後に配線基板に折り曲げ加工を施すことは不可能である。よって、モータ等の被制御体へ配線基板を組み込む際に、配置の制約が大きくなる傾向にある。
【０００６】
さらに、モータ等の被制御体と配線基板との電気的配線は、外部ターミナルを介して行う必要があるため、付随して必要となるワイヤーボンディングを含めて、配線抵抗の増加、工程増に伴う品質確保の困難性、及び部品費の増加が問題となる。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高効率での放熱が可能であるとともに、軽量，薄型，且つ安価な配線基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る配線基板は、配線パターンが形成された金属層と、絶縁層と、が積層されてなる配線基板において、配線基板が有する熱を放熱するための放熱材に固着されるとともに前記金属層と前記放熱材との絶縁を確保する前記絶縁層を、ポリイミドで構成したことを特徴とする。
【０００８】
ポリイミドの線膨張係数は金属とほぼ同等で、温度の急激な変化による熱衝撃を受けたとしても大きな応力は発生しないため、金属層と絶縁層との間の境界部分（例えば接着層）への応力集中が生じにくい。したがって、接着層の破断等による金属層と絶縁層との剥離が生じにくい。
また、熱衝撃を受けた際の応力を相殺するために絶縁層の両面に同種の金属材を配する必要がなく、金属材は配線パターンが形成された金属層のみなので、本発明の配線基板は軽量，薄型，且つ安価である。
【０００９】
金属層を構成する金属の種類は特に限定されるものではないが、銅，アルミニウム，金，アルミニウム合金等が好ましい。また、ポリイミドの種類は特に限定されるものではないが、金属層を構成する金属の線膨張係数と同等の線膨張係数を有するものを選択することが好ましい。
このような本発明の配線基板においては、絶縁層を略直線的に切断して複数に分断することが好ましい。そうすれば、金属層と絶縁層との間の突っ張り残留荷重の問題が回避できるので、略直線的に切断することにより生じた分断部分に沿って配線基板を自由に折り曲げ加工することが容易となる。このような配線基板は、半導体素子やチップ部品を実装した後に折り曲げ加工することも可能であるので、モータ等の被制御体へ配線基板を組み込む際に配置の制約が小さい。
【００１０】
また、本発明の配線基板においては、絶縁層の一部分を除去した上、金属層のうち絶縁層の除去により露出した部分の少なくとも一部分を除去することが好ましい。そうすれば、前記除去により金属層に設けられた穴を介して、絶縁層側から金属層に直接的に電気的接合が可能であるので（例えば、ネジ締めによる導通の確保）、モータ等の被制御体と配線基板との電気的接合のために外部ターミナルを設ける必要がなく、したがってワイヤーボンディングも不要となる。そのため、配線抵抗を低減できる、製造工程が少なくなり品質確保が容易となる、部品費が削減できる等の利点がある。
【００１１】
さらに、本発明の配線基板においては、絶縁層のうち、発熱を伴う半導体素子又はチップ部品が実装される位置に相対する部分を除去することが好ましい。そうすれば、配線基板（絶縁層）が放熱材に固着された際には、金属層のうち半導体素子又はチップ部品が実装された部分が、放熱材に直接接触することとなるので、配線基板の有する熱を極めて効率的に放熱することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の配線基板は、高効率での放熱が可能であるとともに、軽量，薄型，且つ安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る配線基板の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る配線基板の一実施形態を説明する断面図である。図１の配線基板は、金属箔からなる金属層１と、ポリイミドフィルムからなる絶縁層２と、が積層されてなり、金属層１には配線パターンが形成されている。
このような配線基板は、金属箔とポリイミドフィルムとを熱圧着又は接着剤により固着した後に、エッチング等により金属層１に配線パターンを形成して製造される。あるいは、金属箔にポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液を塗布して加熱することにより金属箔上にポリイミド被膜を形成した後に、エッチング等により金属層１に配線パターンを形成して製造してもよい。
【００１４】
金属層１は厚さが例えば４００μｍ以上５００μｍ以下の電解銅箔又は圧延銅箔からなり、線膨張係数は１７．３ｐｐｍ／℃である。ポリイミドフィルムの厚さは例えば２０μｍ以上５０μｍ以下であり、線膨張係数は１６ｐｐｍ／℃である。このように、金属層１と絶縁層２との線膨張係数がほぼ同等であるので、温度の急激な変化による熱衝撃を受けたとしても応力がほとんど発生しない。よって、金属層１と絶縁層２との間の境界部分（例えば接着層）への応力集中がほとんど発生しないので、金属層１と絶縁層２との剥離が生じにくい。
【００１５】
従来のように絶縁層としてセラミックス板を用いた場合は、金属層と絶縁層とで線膨張係数がかけ離れているので（例えば窒化アルミニウム及び窒化ケイ素の線膨張係数は、それぞれ４．６ｐｐｍ／℃、２．７ｐｐｍ／℃である）、熱衝撃を受けた際の応力を相殺するために絶縁層の両面に同種の金属材を配する必要がある。しかしながら、本実施形態の配線基板は、線膨張係数が金属層とほぼ同等であるポリイミドフィルムを絶縁層として用いているので、絶縁層の両面に同種の金属材を配する必要がなく、金属材は配線パターンが形成された金属層のみである。よって、本実施形態の配線基板は、従来のものと比べて軽量，薄型，且つ安価である。特に、金属箔とポリイミドフィルムとを熱圧着により固着した場合は、接着剤が不要であるため、部品の構成や製造工程が簡素であるとともに、製造時の品質確保においても有利である。
【００１６】
なお、金属層１を構成する金属の種類は銅に限定されるものではなく、アルミニウム，金，アルミニウム合金等も使用可能であるが、銅が最も一般的である。また、ポリイミドの種類は特に限定されるものではないが、金属層１を構成する金属の線膨張係数と同等の線膨張係数を有するものを選択することが好ましい。
また、このポリイミドフィルムを構成するポリイミドの材料物性としての熱抵抗は比較的高いが、厚さが前述のように非常に薄いため、配線基板としての熱抵抗は良好な値である。このポリイミドフィルムの熱抵抗を、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ２０μｍのサンプルを用いて測定したところ、０．６９℃／Ｗであった。アルミニウムの熱抵抗を、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのサンプルを用いて測定したところ、０．５℃／Ｗであったことから、ポリイミドフィルムはアルミニウム板と比べて遜色ない性能を有していると言える。アルミニウムと同サイズのサンプルを用いて測定した窒化アルミニウム及び窒化ケイ素の熱抵抗は、それぞれ０．０３７℃／Ｗ、０．０５３℃／Ｗであった。
【００１７】
このような本実施形態の配線基板は、自己発熱等による熱を効率良く放熱するために、金属等で構成された放熱材１０に固着される。放熱材１０には絶縁層２が固着されるので、金属層１と放熱材１０との絶縁性が確保される。配線基板が有する熱は放熱材１０を介して効率良く放熱されるので、配線基板が自己発熱する場合、発熱を伴う半導体素子やチップ部品が実装される場合、高温下で使用される場合でも、熱による問題が生じにくい。よって、高温となりやすい車載用電子制御ユニットにも問題なく使用することができ、特に、エンジンルーム内に配される場合やモータ等に組み込まれる場合でも好適に使用可能である。
【００１８】
〔第二実施形態〕
図２は、本発明の第二実施形態に係る配線基板を説明する図である。第二実施形態の配線基板の構成及び作用効果は第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図２においては、図１と同一又は相当する部分には、図１と同一の符号を付してある。
【００１９】
第二実施形態の配線基板は、図２（ａ）の平面図及び（ｂ）の断面図に示すように、絶縁層２が直線に沿って切断されて２つに分断されており、絶縁層２のない分断部分４が形成されている。これにより、金属層１と絶縁層２との間の突っ張り残留荷重の問題が回避できるので、分断部分４に沿って配線基板を自由に折り曲げ加工することが容易となる。このような配線基板は、半導体素子やチップ部品を実装した後に折り曲げ加工することも可能であるので、モータ等の被制御体へ配線基板を組み込む際に配置の制約が小さい。
【００２０】
一般的なフレキシブル基板は、金属層の厚さが９〜３５μｍと薄いので、突っ張り残留荷重の問題は生じないが、厚さが４００μｍ以上５００μｍ以下であると、絶縁層を外側にして折り曲げた場合は、ポリイミドフィルムの伸び率の限界によって基板の折り曲げ角度にも限界が生じ、金属層を外側にして折り曲げた場合は、ポリイミドフィルムの部分収縮によって金属層の配線パターンに損傷が生じるおそれがあった。
なお、絶縁層２のない分断部分４を形成する方法は特に限定されるものではないが、例えばエッチングによる絶縁層２の除去があげられる。また、分断部分４は１箇所に限定されるものではなく、２箇所以上設けて絶縁層２を３つ以上に分断してもよい。さらに、分断部分４の幅は、特に限定されるものではない。
【００２１】
〔第三実施形態〕
図３は、本発明の第三実施形態に係る配線基板を説明する図である。第三実施形態の配線基板の構成及び作用効果は第一及び第二実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図３においては、図１，２と同一又は相当する部分には、図１，２と同一の符号を付してある。
【００２２】
第三実施形態の配線基板は、図３（ａ）の平面図及び（ｂ）の裏面図に示すように、絶縁層２の一部分が除去されている。そして、その絶縁層２の除去により裏面側に露出した金属層１ａの一部分が除去されて穴５が形成されている。これにより、穴５を介して、裏面側（すなわち絶縁層２側）から金属層１に直接的に電気的接合が可能であるので（例えば、ネジ締めによる導通の確保）、モータ等の被制御体と配線基板との電気的接合のために外部ターミナルを設ける必要がなく、したがってワイヤーボンディングも不要となる。そのため、配線抵抗を低減できる、製造工程が少なくなり品質確保が容易となる、部品費が削減できる等の利点がある。
なお、絶縁層２の除去方法や穴５の形成方法は特に限定されるものではないが、例えばエッチングによる絶縁層２や金属層１の除去があげられる。
【００２３】
〔第四実施形態〕
図４は、本発明の第四実施形態に係る配線基板を説明する図である。第四実施形態の配線基板の構成及び作用効果は第一〜第三実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図４においては、図１〜３と同一又は相当する部分には、図１〜３と同一の符号を付してある。
【００２４】
第四実施形態の配線基板は、金属層１上に半導体素子（又はチップ部品）２０が実装されているが、図４の裏面図に示すように、絶縁層２のうち半導体素子２０が実装された位置に相対する部分が除去されている。これにより、配線基板（絶縁層２）が放熱材１０に固着された際には、金属層１のうち半導体素子２０が実装された部分が放熱材１０に直接接触することとなるので、半導体素子２０が発する熱を絶縁層２を介することなく極めて効率的に放熱することができる。
なお、絶縁層２の除去方法は特に限定されるものではないが、例えばエッチングがあげられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る配線基板を説明する図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る配線基板を説明する図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る配線基板を説明する図である。
【図４】本発明の第四実施形態に係る配線基板を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      金属層
２      絶縁層
４      分断部分
５      穴
１０      放熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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