(57)【要約】【課題】ＬＥＤ等の放熱が要求される電子部品用の放熱基板としてセラミック基板を用いた場合、セラミック基板の加工が難しかった。【解決手段】放熱が要求される発光素子１０６のような電子部品を、金属板１０４の上に形成したセラミック配線基板１０８に実装することで、発光素子１０６から発せられた熱を、セラミック配線基板１０８を介して加工性と熱伝導性の優れた金属板１０４に放熱することができ、更にセラミック配線基板１０８に接続された加工性と熱伝導性の優れたリードフレーム１００に伝わった熱は、導熱樹脂１０２を介して前記金属板１０４へ、更に外部回路（図示していない）へも放熱できるため、放熱基板の加工性と放熱性を高められる。【選択図】図１
2007227489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板と、前記セラミック配線基板を固定する金属板と、
前記セラミック配線基板上の配線と、電気的に接続した複数本のリードフレームと、を、
セラミックフィラー及び熱硬化性樹脂からなる伝熱樹脂により固定した放熱基板。
【請求項２】
金属板の上に固定された、少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板と、
複数本のリードフレームと、
セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂と、
からなる放熱基板の、
前記リードフレームは前記伝熱樹脂によって金属板から絶縁された状態で、その一端はセラミック配線基板の上に形成された配線と電気的に接続され、他の一端は前記伝熱樹脂から突き出して取出し電極となっている放熱基板。
【請求項３】
セラミック配線基板は、その表面に銀または銅を主体とした配線と、
前記配線を保護する樹脂またはガラスを主体とした絶縁層からなる保護層と、を、
有している請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項４】
セラミック配線基板は、その表面に形成した複数本の配線と、
前記配線の間を接続する抵抗素子もしくは保護素子と、を、
有している請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項５】
セラミック配線基板と、前記金属板とが、金属部材もしくは樹脂材料もしくはガラス材料で接合されている請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項６】
セラミック配線基板に比べ、金属板の方が大きい請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項７】
セラミック配線基板の配線と、リードフレームは、半田付け、溶接、バンプ、もしくは物理的な方法で電気的に接続されている請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項８】
伝熱樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化性樹脂とＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、及びＢＮから選ばれた少なくとも一種からなるフィラーの混合物であり、その熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項９】
Ｓｎは０．１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下、Ｚｒは０．０１５ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％以下、Ｎｉは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｓｉは０．０１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下、Ｚｎは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｐは０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｆｅは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下である群から選択される少なくとも一種を含む銅を主体とするリードフレームを用いる請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項１０】
所定パターンに加工されたリードフレームと、
金属板の間に、
表面に予め配線が形成されたセラミック配線基板と、
セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂をセットし、
金型を使って前記伝熱樹脂を所定形状に熱硬化させ、
前記金属板と前記リードフレームと前記セラミック配線基板を、前記伝熱樹脂で一体化する放熱基板の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも一表面以上に配線を形成したセラミック配線基板を、表面に固定した金属板の上に、
所定パターンに加工したリードフレームと、
セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂をセットし、
金型を用いて前記伝熱樹脂を所定形状に熱硬化させ、
前記金属板と前記リードフレームと前記セラミック配線基板を、前記伝熱樹脂で一体化する放熱基板の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板と、前記セラミック配線基板を固定する金属板と、
前記セラミック配線基板上の配線と、電気的に接続した複数本のリードフレームと、を、
セラミックフィラー及び熱硬化性樹脂からなる伝熱樹脂により固定した放熱基板の、
前記セラミック配線基板上に複数の発光素子を実装した発光モジュール。
【請求項１３】
金属板の上に固定された、少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板と、
複数本のリードフレームと、
セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂と、
からなる放熱基板の、
前記リードフレームは前記伝熱樹脂によって金属板から絶縁された状態で、その一端はセラミック配線基板の上に形成された配線と電気的に接続され、他の一端は前記伝熱樹脂から突き出して取出し電極となっている放熱基板の、
前記セラミック配線基板上に複数の発光素子を実装した発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマテレビや携帯電話の基地局用に高放熱が要求される電源回路モジュール等の回路基板の用途や、液晶テレビ等のバックライトあるいは自動車のヘッドライト等に使われる放熱が要求される発光モジュールの用途に使われる放熱基板及びその製造方法並びにそれを用いた発光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放熱基板としては、セラミック基板が使われている。そこで従来の放熱基板としては、ＬＥＤを用いた発光モジュールを例に説明する。
【０００３】
従来、液晶テレビ等のバックライトには、冷陰極管等が使われてきたが、近年、ＬＥＤやレーザー等の半導体発光素子を、放熱性の基板の上に実装することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９は、従来の発光モジュールの一例を示す断面図である。図９において、セラミック基板１に形成された凹部には、発光素子２が実装されている。また複数のセラミック基板１は、放熱板３の上に固定されている。また複数のセラミック基板１は、窓部４を有する接続基板５で電気的に接続されている。そしてＬＥＤから放射される光６は、接続基板５に形成された窓部４を介して、外部に放出される。なお図９において、凹部を有するセラミック基板１や接続基板５における配線及びＬＥＤの配線等は図示していない。そしてこうした発光モジュールは、液晶等のバックライトとして使われている。
【０００５】
しかしＬＥＤ等の発光素子２は、その発熱温度によって発光効率、発光色が影響を受ける。そのため発光素子２の冷却が重要となるが、セラミック基板１は放熱性が高くても、色々な形状に加工することが難しく高価であるため、より安価で加工性に優れた放熱基板が求められていた。
【０００６】
なおここでは発光モジュールを例にしたが、プラズマテレビや車載用の各種放熱が要求される基板でも同様であることは言うまでもない。
【特許文献１】特開２００４−３１１７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、その用途に応じて様々な形状のセラミック部材を使用する必要があるが、セラミック素材を複雑な形状に加工する必要があり、コストアップしやすいという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、セラミック部材の高放熱性を活かしながらも、セラミック部材自体を殆ど加工する必要のない、加工性に優れた高放熱基板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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板と、前記セラミック配線基板を固定する金属板と、前記セラミック配線基板上の配線と、電気的に接続した複数本のリードフレームとを、セラミックフィラー及び熱硬化性樹脂からなる伝熱樹脂により固定した放熱基板とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の放熱基板及びその製造方法並びにそれを用いた発光モジュールは、高放熱が要求される部分だけにセラミック配線基板を用いることで、セラミック素材の複雑な加工を不要とすることができる。
【００１１】
つまり本発明の放熱基板では、高放熱が要求される部品だけを選択的に高価だが熱伝導性に優れたセラミック配線基板の上に実装し、更に前記セラミック配線基板を加工が容易で放熱性の優れた金属板の上に固定することで、セラミック配線基板に伝わった熱を、効率的に放熱できる。またセラミック配線基板には必要最小限の配線だけを残し、残りの面積を占める配線を、加工が容易で熱伝導性に優れたリードフレームとする。そしてこのリードフレームを、伝熱樹脂を用いて金属板から絶縁し、放熱基板の配線の一部とすることで、セラミック基板の小型化、低コスト化が可能となる。
【００１２】
このように従来のセラミック主体の放熱基板では寸法的、形状的、コスト的に対応しきれなかった用途に対しても、本発明の高放熱基板の場合は、リードフレームや金属板を所定形状に加工し、伝熱樹脂で固定するという特徴を活かすことで対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における放熱基板について、発光モジュールを例に説明する。なお発光モジュールとしては、例えばＬＥＤや半導体レーザーのような発熱が課題となる発光素子を実装するものであるが、発光素子の代わりに発熱が課題となるトランス、半導体、トランジスタ、センサ部品等に対しても対応可能であり、プラズマテレビや車載用の放熱基板として使えることは言うまでもない。
【００１４】
図１は実施の形態１における放熱基板の斜視図と断面図であり、放熱部品の上に発光素子を実装した場合について説明するものである。
【００１５】
図１（Ａ）は放熱基板の斜視図、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）は放熱基板の断面図である。図１において、１００はリードフレーム、１０２は伝熱樹脂、１０４は金属板、１０６は発光素子、１０８はセラミック配線基板、１１０は矢印である。
【００１６】
図１（Ａ）において、発光素子１０６は、例えば発熱が課題となるＬＥＤや半導体レーザー等である。発光素子１０６はセラミック配線基板１０８の上に高密度に実装することが望ましい。発光素子１０６を高密度に実装することで、複数の発光素子１０６を互いに異なる発光色で発光させた場合での混色（あるいは色の混合によるホワイトバランス）を容易にでき、互いの温度バラツキも小さくできる。またセラミック配線基板１０８の小型化により、製品コストを抑えられる。
【００１７】
なお図１において、セラミック配線基板１０８の上に形成した配線や絶縁層（あるいは保護層）は共に図示していない。そして図１（Ａ）に示すように複数本のリードフレーム１００は、伝熱樹脂１０２に埋め込まれ（リードフレーム１００の表面だけが露出する状態で）ている。このようにリードフレーム１００を伝熱樹脂１０２に埋め込むことで、リードフレーム１００と伝熱樹脂１０２の接着強度を高めると共に、リードフレーム１００から伝熱樹脂１０２への熱伝導性を高められる。そしてリードフレーム１００の一端を、セラミック配線基板１０８の上に形成された配線（図示していない）に電気的に接続する。そしてリードフレーム１００の残された一端を、伝熱樹脂１０２から外部へ突き出すことで、この部分を取出し電極（外部電極、あるいは取付け用の電極端子）とする。こうして、数アンペアから数十アンペアの大電流に対応する。またリードフレーム１００を実装の形態に合わせて折り曲げることもでき、折り曲げた状態でも発熱基板に必要な強度を確保できる。またリードフレーム１００を通じて、セラミック配線基板１０８の熱を外部に伝導することができる。
【００１８】
図１（Ａ）において、リードフレーム１００を、伝熱樹脂１０２によって金属板１０４から絶縁する。なお図１（Ａ）において、伝熱樹脂１０２は、セラミック配線基板１０８の周りを、あたかも額縁のように囲んでいるが、この形状にこだわる必要はない。
【００１９】
次に図１（Ｂ）、図１（Ｃ）を用いて説明する。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示した放熱部品の任意の位置での断面図である。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、セラミック配線基板１０８を、金属板１０４の上に固定する。セラミック配線基板１０８は、その面積全体で金属板１０４の上に固定することが望ましい。このようにセラミック配線基板１０８と金属板１０４とを固定する面積を大きくするほど、セラミック配線基板１０８の熱を効果的に金属板１０４へ逃がすことができる。ここでセラミック配線基板１０８に比べ、金属板１０４の方を大きくすることが望ましい。セラミック配線基板１０８に比べ、金属板１０４の方を大きくすることで、セラミック配線基板１０８と金属板１０４の接触（もしくは固定）面積を最大とできる。
【００２０】
図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すようにリードフレーム１００を、伝熱樹脂１０２によって金属板１０４から絶縁する。ここで伝熱樹脂１０２としては、後に詳細を説明するように、セラミックフィラーを熱硬化性樹脂に添加してなる熱伝導性の高い材料を使うことが望ましい。伝熱樹脂１０２にセラミックフィラーを添加し、その熱伝導性を高めることで、セラミック配線基板１０８からリードフレーム１００に伝わった熱を、伝熱樹脂１０２を介して金属板１０４に伝えられる。
【００２１】
なお発熱が課題となる発光素子１０６は、セラミック配線基板１０８の表面に実装することが望ましい。これは図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、セラミック配線基板１０８は金属板１０４の上に固定されているため、セラミック配線基板１０８の放熱特性が優れているためである。そして発熱部品である発光素子１０６を、セラミック配線基板１０８に実装する。発光素子１０６が樹脂封止された場合は半田付け、ベアチップ状態の場合はワイヤーボンダーやフリップチップ、バンプ等を用いた実装方法を選ぶことができる。このように発熱が課題となる発光素子１０６を、選択的にセラミック配線基板１０８の上に実装することで、発光素子１０６同士での熱バランスを均一に保てるため、発光モジュール全体内での発光バランスをとりやすくなる。
【００２２】
なお、図１（Ｃ）では、リードフレーム１００を伝熱樹脂１０２に埋め込むと同時に、伝熱樹脂１０２の発光素子１０６に面した側に所定の傾きを形成している。図１（Ｃ）において、矢印１１０は発光素子１０６から放射された光が、伝熱樹脂１０２を反射面（あるいはリフレクター）として、前方に反射される様子を示すものである。
【００２３】
次に図２を用いて、本発明の放熱基板の放熱メカニズムについて説明する。図２は、放熱基板の放熱メカニズムを説明する平面図と断面図である。ここで発熱部品としては、発光素子１０６を例にとり説明する。
【００２４】
図２（Ａ）は平面方向における放熱メカニズムを説明する平面図である。図２（Ａ）において発光素子１０６から発生した熱は、矢印１１０ａに示すように発光素子１０６を搭載するセラミック配線基板１０８に伝わる。そしてセラミック配線基板１０８に伝わった熱は、リードフレーム１００に伝わる。そしてリードフレーム１００に伝わった熱は、リードフレーム１００を埋め込む伝熱樹脂１０２に伝わる。またこの熱はリードフレーム１００につながる外部回路（図示していない）に伝える。
【００２５】
図２（Ｂ）は、厚み方向における放熱メカニズムを説明する断面図である。図２（Ｂ）において、矢印１１０ｂは、発光素子１０６から発生する光を意味する。そして発光素子１０６は矢印１１０ｂのように発光すると共に、前記発光素子１０６に発生した熱は、矢印１１０ｃに示すようにセラミック配線基板１０８へ伝わる。そしてセラミック配線基板１０８に伝わった熱は、セラミック配線基板１０８を固定する金属板１０４に伝える。そして必要に応じて金属板１０４から放熱板（例えば、フィン等の放熱素子を取り付けたもの等、放熱板は図示していない）に伝える。このようにして、発光素子１０６を効果的に冷却できる。またリードフレーム１００に伝わった熱は、伝熱樹脂１０２を介して金属板１０４に伝える。このように発光素子１０６に発生した熱を、放熱性に優れたセラミック配線基板１０８を介して、四方八方に（あるいは金属板１０４に）放熱することができる。
【００２６】
なおセラミック配線基板１０８の面積に比べ、金属板１０４の面積の方を大きくすることが望ましい。金属板１０４の面積を、セラミック配線基板１０８の面積よりも大きくすることで、セラミック配線基板１０８と金属板１０４の接合面積を最大にできるため、最小のコストで最大の放熱効果が得られる。
【００２７】
なおセラミック配線基板１０８と、金属板１０４は、金属部材もしくは樹脂材料もしくはガラス材料等の熱伝導性の高い部材で接合することで、セラミック配線基板１０８から金属板１０４への熱伝導性を高められる。ここでセラミック配線基板１０８の一面以上に配線を形成することが望ましい。そしてセラミック配線基板１０８の片面には、発光素子１０６やリードフレーム１００を実装し、残りの片面（金属板１０４に面した側）に形成した配線（例えば、ベタパターンで）を形成しておき、この配線を利用して金属板１０４とセラミック配線基板１０８を接合することができる。例えば、金属板１０４との間を半田もしくは銀ロウもしくは２００℃以上９００℃未満で焼結もしくは溶融する金属部材で接合することができる。このように予めセラミック配線基板１０８の、金属板１０４側に配線を形成しておくことで、こうした金属部材のセラミック配線基板１０８に対する濡れ性を高めることができる。こうしたセラミック配線基板１０８の表面処理としては、焼成型の厚膜配線材料以外に、有機金属（金属の有機化合物であり熱処理することで金属薄膜をできる）や、薄膜（スパッタ等）を用いることもできる。このようにセラミック配線基板１０８の表面処理（配線形成もその一つ）を行っておくことで、またここで半田もしくは銀ロウもしくは２００℃以上９００℃以下で焼結もしくは溶融する金属部材に対しての濡れ性を高める。なおこうした金属部材としては市販のものを選ぶことができ、必要に応じてフラックス処理（あるいはフラックス材）を使うこともできる。また金属板１０４を表面処理やめっき（例えば、スパッタ等で金属蒸着したり錫めっきしたり）しておくことで、金属板１０４に銅のように熱伝導性は高いが、酸化しやすい部材に対してもその濡れ性を高めることできる。なおここでセラミック配線基板１０８と金属板１０４の接合を金属部材で行うのは、金属部材の熱伝導率が高いことが望ましい。なお必要に応じてガラス材料、樹脂材料を使うことができるが、この場合、できるだけ熱伝導率の高いもの（あるいは金属系あるいはセラミック系、あるいはグラファイトのような熱伝導の優れたフィラーを添加すること）を選ぶことが望ましい。なお金属板１０４とセラミック配線基板１０８の間を接合する部材は絶縁体である必要はない。これはセラミック配線基板１０８が絶縁体だからである。なお接合する部材に金属部材を用いる場合、その融点もしくは溶融温度が２００℃未満の場合、セラミック配線基板１０８や、リードフレーム１００に発光素子１０６を半田付けした場合に、再溶解してしまう可能性がある。また９００℃より高くなる場合、金属板１０４の酸化を防止するために、より高価な部材を選ぶ必要がある。
【００２８】
次にセラミック配線基板１０８について図３〜図５を用いて説明する。図３は、複数のＬＥＤ等の発光素子を発光させる回路図である。図３（Ａ）は複数個の発光素子を個別に駆動する回路図、図３（Ｂ）は複数個の発光素子を同時に（並列に）駆動する回路図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）において、１１２は抵抗であり、発光素子１０６に直列に挿入されている。このように発光素子１０６を駆動する場合、発光素子１０６に直列に抵抗１１２を挿入することが望ましい。抵抗１１２を直列に挿入することで、個々の発光素子１０６に印加される電圧が、発光素子１０６の最大定格未満に保つことができる。なお抵抗１１２としては、抵抗体あるいは抵抗素子（例えばチップ抵抗器や酸化ルテニウム等を用いた焼成タイプの厚膜抵抗体）を用いることができる。保護用の抵抗１１２としては発光素子１０６の特性にもよるが、例えば３〜４Ｖ程度の場合、数Ωから１ＫΩ程度が適当である。このように抵抗１１２を挿入することで、発光を安定化できると共に発光素子１０６の高寿命化を実現する。また図３（Ｂ）に示すように複数個の発光素子１０６を並列接続する場合、抵抗１１２を挿入することでは発光素子１０６に流れる電流（あるいは発光）のバラツキを抑えられる。なお抵抗１１２は、発光素子１０６の発光を安定化させるデバイスであれば、抵抗１１２として、他の保護素子（サーミスタ、半導体、ツエナーダイオード等）を使うことができることは言うまでもない。
【００２９】
次に、セラミック配線基板１０８に抵抗１１２を形成する場合について、図４を用いて説明する。図４は、セラミック配線基板について説明する斜視図及び上面図である。図４（Ａ）は、セラミック配線基板の斜視図であり、図１（Ａ）から伝熱樹脂１０２を除いた状態に相当する。図４（Ａ）において、セラミック配線基板１０８はその全面にわたって金属板１０４に固定している。これはセラミック配線基板１０８から金属板１０４への熱伝導を高めるためである。セラミック配線基板１０８の上には、発光素子１０６を複数個実装しているが、これは発熱が課題となる発光素子１０６をセラミック配線基板１０８の上に実装することで、その放熱効果を高めようとするものである。またリードフレーム１００の一部を、セラミック配線基板１０８に接続することで、必要な配線の一部をリードフレーム１００に置き換えることができ、セラミック配線基板１０８を小型化、低コスト化する。またセラミック配線基板１０８の上に配線１２０を形成する割合が低下するため、銀パラジウム等の高価な部材の使用量を減らすことができる。なお図４（Ａ）において、セラミック配線基板１０８の表面の配線等は図示していない。
【００３０】
図４（Ｂ）は、セラミック配線基板の上面図である。図４（Ｂ）において、１１４はオーバーコート、１１６は窓、１１８は点線、１２０は配線である。ここでオーバーコート１１４としては、樹脂やガラス等の絶縁体であり、セラミック配線基板１０８上に形成された配線１２０を保護するものである。またオーバーコート１１４に形成された窓１１６を介して、配線１２０を外部に露出することができる。そしてこの窓１１６に露出した配線１２０の上に、発光素子１０６を実装することができる。なお配線１２０としては、銀や銀パラジウム、銅等の配線部材を使うことができる。
【００３１】
図４（Ｂ）において、点線１１８ａは、リードフレームの実装位置を示すものであり、オーバーコート１１４に形成した窓１１６に点線１１８ａで示すようにしてリードフレーム１００（図示していない）を実装する。また点線１１８ｂは、発光素子１０６の実装位置を示すものであり、オーバーコート１１４に形成した窓１１６に点線１１８ｂで示すようにして発光素子１０６（図示していない）を実装する。なおオーバーコート１１４を一種のソルダーレジストとして用いることで、発光素子１０６やリードフレーム１００を実装しやすいが、オーバーコート１１４は必須ではない。例えば、発光素子１０６をベアチップ実装した後、透明な封止樹脂（シリコンゴム等の弾力性が有るものが望ましい。硬い樹脂の場合、発光素子１０６の熱膨張係数等によって配線ワイヤー等が断線する可能性がある）を保護材として使い前記発光素子１０６を埋めることができる。こうした場合、必要に応じてオーバーコート１１４を省略することもできる。またオーバーコート１１４として白色の光反射率の高い部材を選ぶことで、発光素子１０６から発生した光を効率的に前方に反射でき、その反射効率を高められる。
【００３２】
図４（Ｂ）において、抵抗１１２は、セラミック配線基板１０８の上に形成され、オーバーコート１１４で保護されている。ここで抵抗１１２としては、酸化ルテニウム等を用いた焼成タイプの厚膜タイプを用いることができる。厚膜タイプを用いることで、ＴＣＲ（抵抗値の温度特性）の小さい（例えば２００ｐｐｍ／℃以下）ものを選べる。ＴＣＲの小さいものを選ぶことで、発光素子１０６の発熱によってセラミック配線基板１０８が温度上昇した場合でも、抵抗値の影響を少なくできる。なお抵抗１１２は、市販の角チップ抵抗器をセラミック配線基板１０８の上に半田実装しても良い。また図４（Ｂ）に示すように、ＨＩＣ（ハイブリッド集積回路）のように、セラミック配線基板１０８の表面に印刷焼成や薄膜等の手法を用いて抵抗１１２を形成してもよい。このように抵抗１１２を直接、セラミック配線基板１０８の上に形成することで、角チップ抵抗器を用いる場合（角チップ抵抗器の場合、２０１２５タイプで１／８〜１／４Ｗとその寸法でワット数が決まってしまう）に比べて、よりワット数を見かけ上増やすことができる。その結果、実質的に抵抗体のＴＣＲを小さく保てるため、発光素子１０６の駆動を安定化できる。
【００３３】
次に図５を用いて、セラミック配線基板の構造について説明する。図５は、セラミック配線基板の構造を示す断面図である。図５において、１２２はセラミック板であり、例えばアルミナ基板（Ａｌ2Ｏ3基板）や窒化アルミ基板（ＡｌＮ基板）である。こうした基板は、グリーンシート法やキャスティング法、押し出し法等を用いて、厚み０．１ｍｍから１ｍｍ程度（厚みは０．２ｍｍ〜０．６５ｍｍ程度の範囲が使いやすい）までの範囲で安価なものが市販されている。またこうした基板の上に、形成する抵抗１１２、配線１２０、オーバーコート１１４等も市販されている。
【００３４】
図５において、セラミック板１２２の上には、配線１２０が形成され、一部の複数の配線１２０間に抵抗１１２を形成する。配線１２０は、銀や銅を主体とした市販の部材を印刷もしくは薄膜、めっき等の手法を用いて形成する。そして配線１２０や抵抗１１２の上に、オーバーコート１１４を形成できる。そしてオーバーコート１１４に形成した窓１１６の内部に、配線１２０を露出することで、図５の矢印１１０が示すようにリードフレーム１００や発光素子１０６を実装できる。なおこれらの実装には半田実装、溶接、バンプ等の物理的な接続方法を使うことができる。この場合オーバーコート１１４はソルダーレジストとしての効果も期待できる。また配線１２０をオーバーコート１１４で保護することで、オーバーコート１１４の上に、リードフレーム１００や発光素子１０６を形成できることで、一種のブリッジ（あるいはジャンパーあるいは、多層配線）となるため、回路設計の自由度も上げられる。
【００３５】
次に図６を用いて、本発明の放熱基板の製造方法の一例について説明する。図６は、放熱基板の製造方法を説明する断面図である。図６において、１２４は板材である。まず図６に示すように、市販の板材１２４を用意する。なお板材１２４は図５（Ａ）に示すように取り扱いやすいようにコイル状に巻いたものを使うことできる。次に金型等（図示していない）を用いて、図６（Ｂ）に示すように板材１２４を所定形状に打抜き、リードフレーム１００とする。次に、図６（Ｃ）に示すように、リードフレーム１００と、金属板１０４の間に、セラミック配線基板１０８（図５に示したように、予め配線１２０等が形成されたもの）、伝熱樹脂１０２をセットする。なお伝熱樹脂１０２は予めシート状（あるいは板状、蒲鉾状、ドーナツ状）等に予備成型しておくことが望ましい。このように伝熱樹脂１０２を、板状、あるいは蒲鉾状等と、予めプリ成型しておくことで、プレス時に金属板１０４やリードフレーム１００との界面に空気残りが発生することを防止でき、その放熱効果を高められる。
【００３６】
そして矢印１１０が示すように、プレスや金型（共に図示していない）を用いて、金属板１０４とセラミック配線基板１０８、リードフレーム１００を伝熱樹脂１０２によって固定する。この時、プレスや金型（共に図示していない）を加熱しておくことで、伝熱樹脂１０２を軟化させ、金属板１０４やリードフレーム１００に対する密着を高めることができ、その状態で伝熱樹脂１０２を熱硬化させる。こうして、図６（Ｄ）に示すように、伝熱樹脂１０２で一体化した放熱基板を製造する。
【００３７】
なお、図６（Ｃ）において、金属板１０４の表面にセラミック配線基板１０８を予め固定しておいても良い。この場合、例えばセラミック配線基板１０８の裏面側（金属板１０４に接する側）に配線１２０を厚膜や薄膜で形成しておき、この配線１２０と金属板１０４を半田や錫等の低融点金属で固定しておくことで、セラミック配線基板１０８から金属板１０４への熱伝導を高められる。
【００３８】
図７は、金属板、セラミック配線基板、リードフレーム等を伝熱樹脂で固定する様子を示す斜視図であり、図６（Ｃ）の斜視図に相当する。図７において、金属板１０４の上に、予め所定パターンを形成したセラミック配線基板１０８や伝熱樹脂１０２、リードフレーム１００等をセットする。そして矢印１１０で示すようにして加熱プレスする（加熱プレス装置は図示していない）ことで、これら部材を強固に一体化する。なお金属板１０４の上にセラミック配線基板１０８を銀ロウや半田、あるいは錫等を一種の接着層とすることで、これらを予め固定しておいても良い。またセラミック配線基板１０８の上にリードフレーム１００を固定しておき、この状態で図７に示すように、伝熱樹脂１０２によって金属板１０４に固定しても良い。このようにして図８に示すように、リードフレーム１００を伝熱樹脂１０２に埋め込んだ放熱基板を製造できる。
【００３９】
図８は完成した放熱基板に部品を実装する様子を説明する斜視図である。図８において、金属板１０４の上にはセラミック配線基板１０８が固定されている。そして金属板１０４上には、リードフレーム１００が伝熱樹脂１０２に埋め込まれた状態で、その一端がセラミック配線基板１０８の配線１２０（図示していない）に接続されている。図８において、矢印１１０は、電子部品を実装する様子を示すものであり、例えば発光素子１０６を複数個、セラミック配線基板１０８の表面に実装することを示す。こうして発光素子１０６をセラミック配線基板１０８の表面に実装した後、発光素子１０６を透明な保護用樹脂（図示していない）で覆う（もしくは封止する）ことで、発光素子１０６を保護できる。またこの樹脂による発光素子１０６の封止時に、伝熱樹脂１０２が一種のダム（あるいは前記保護用樹脂が零れない土手）の役割をさせることもできるため、その作業性を高められる。
【００４０】
なお伝熱樹脂１０２として、硬化型樹脂中に高放熱性の無機フィラーが分散されたものを用いることが望ましい。なお無機フィラーは略球形状で、その直径は０．１ミクロン以上１００ミクロン以下が適当である（０．１ミクロン未満の場合、樹脂への分散が難しくなる場合があり、また１００ミクロンを超えると伝熱樹脂１０２の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱樹脂１０２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７０〜９５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、伝熱樹脂１０２の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。
【００４１】
なおフィラーの充填率が７０重量％未満の場合、熱伝導性が低下する場合が有る。またフィラーの充填率（もしくは含有率）が９５重量％を超えると、未硬化の伝熱樹脂１０２の成型性に影響を与える場合があり、伝熱樹脂１０２とリードフレーム１００の接着性（例えば埋め込んだ場合や、その表面に貼り付けた場合）に影響を与える可能性がある。なお無機フィラーとしてはＡｌ2Ｏ3代わりに、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、及びＡｌＮ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。
【００４２】
なお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。こうして伝熱樹脂１０２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、発光モジュール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。
【００４３】
なお伝熱樹脂１０２からなる絶縁体の厚さは、薄くすれば、リードフレーム１００に装着した発光素子１０６に生じる熱を金属板１０４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最適な厚さに設定すれば良い。
【００４４】
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種類の樹脂を含むことが望ましい。具体的にはエポキシ樹脂、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を含むことが望ましい。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。伝熱樹脂１０２の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１００に装着した発光素子１０６に生じる熱を金属板１０４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である５０ミクロン以上５００ミクロン以下に設定すれば良い。
【００４５】
このように、伝熱樹脂１０２としては熱伝導性の良いフィラーを使うことができる。またフィラーとしては光反射性の優れた材料を選ぶことで、発光モジュールのような光学部品の場合、熱伝導性と光反射性（あるいは異なる単色光同士の混合による白色光の形成）を同時に高められる。なおプラズマＴＶや車載用の場合、黒色等の赤外線（あるいは遠赤外線）の放射率の高い色（例えば黒色）にすることが望ましい。
【００４６】
次にリードフレーム１００の材質について説明する。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。またリードフレーム１００としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム１００となる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が望ましい。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた合金（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ合金の場合、例えばＳｎを０．１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％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＞９９．９６ｗｔ％）を用いて、リードフレーム１００を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった放熱基板において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、発光素子１０６の実装後の信頼性確認時（発熱／冷却の繰り返し試験等）に変形する可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６ｗｔ％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品や複数個の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％以下の範囲が望ましい。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。
【００４７】
なおリードフレーム１００に使う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、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ＬＥＤ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（更にリードフレーム１００に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／ｍｍ2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。このようにリードフレーム１００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、更にリードフレーム１００による放熱効果も高められる。なおリードフレーム１００に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／ｍｍ2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／ｍｍ2程度）に対して、リードフレーム１００に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム１００に用いる銅合金の引張り強度が１０Ｎ／ｍｍ2未満の場合、リードフレーム１００に発光素子１０６や駆動用半導体部品、チップ部品等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてリードフレーム１００部分で凝集破壊する可能性がある。
【００４８】
なおリードフレーム１００の、伝熱樹脂１０２から露出している面（発光素子１０６や、図示していないが制御用ＩＣやチップ部品等の実装面）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で、ガラエポ基板等に比べて熱容量が大きく半田付けしにくいリードフレーム１００に対する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。なおリードフレーム１００の伝熱樹脂１０２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。このように伝熱樹脂１０２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、リードフレーム１００と伝熱樹脂１０２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１から図８において、半田層や錫層は図示していない。
【００４９】
金属製の金属板１０４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。特に、本実施の形態では、金属板１０４の厚みを１ｍｍとしているが、その厚みはバックライト等の仕様に応じて設計できる（なお金属板１０４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１０４の厚みが５ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１０４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、伝熱樹脂１０２を形成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。線膨張係数は８×１０-6／℃〜２０×１０-6／℃としており、金属板１０４や発光素子１０６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。また金属板１０４を他の放熱板（図示していない）にネジ止めできる。
【００５０】
またリードフレーム１００としては、銅を主体とした板材１２４を、少なくともその一部が事前に打抜かれたものを用いることができる。そしてリードフレーム１００の厚みは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下（更に望ましくは０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下）が望ましい。これはＬＥＤ等の発光素子１０６を多数個制御するには大電流（例えば３０Ａ〜１５０Ａであり、これは駆動するＬＥＤ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。またリードフレーム１００の肉厚が０．１０ｍｍ未満の場合、プレスが難しくなる場合がある。またリードフレーム１００の肉厚が１ｍｍ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場合がある。しかし本発明の場合、発光素子１０６を微細に実装する場合、リードフレーム１００の上ではなくて、微細パターンの形成が可能なセラミック配線基板１０８の上に実装することができる。
【００５１】
なおリードフレーム１００の代わりに銅箔（例えば、厚み１０ミクロン以上５０ミクロン以下）を使うことは望ましくない。本発明の場合、ＬＥＤ等の発光素子１０６で発生する熱は、リードフレーム１００を通じて広く拡散されることになる。そのためリードフレーム１００の厚みが厚いほど、リードフレーム１００を介しての熱拡散が有効となる。一方、リードフレーム１００の代わりに銅箔を用いた場合、銅箔の厚みがリードフレーム１００に比べて薄い分、熱拡散しにくくなる可能性があるためである。
【００５２】
また全ての発熱素子をセラミック配線基板１０８の上に実装する必要は無い。発熱が課題となる素子だけを選んで、セラミック配線基板１０８の上に実装することでセラミック配線基板１０８の小型化が可能となる。また複数個の素子の素子温度のバラツキを抑えられる。また一部の発熱素子を、リードフレーム１００の上に実装しても良い。このように、セラミック配線基板１０８に実装する部分とリードフレーム１００の上に実装する部分とを分けることで、更に低コスト化が可能になる。またセラミック板１２２として、市販のアルミナ基板、窒化アルミナ基板等の高熱電導性の部材を使うことができる。またこうしたセラミック板１２２を、数ｃｍ角から十数ｃｍ角の大きさとし、この中に、例えば１ｍｍ角から１０ｍｍ角程度の回路パターン（例えば図４（Ｂ）に示したようなもの）を、一括で多数個を作り込むことができる。こうして複数個を一括作製した後、ブレイク溝（切断用の割れ口）やレーザーで個片に分割することで、図４（Ｂ）に示したようなセラミック配線基板１０８を多数個製造できる。
【００５３】
このように、本発明の場合、発熱が課題となる電子部品は、放熱性の高いセラミック配線基板１０８の上に実装し、電子部品に発生した熱は、前記セラミック配線基板１０８介して、金属板１０４に逃がすことになる。また配線１２０の一部をリードフレーム１００とすることで、セラミック配線基板１０８の面積を小さくできると共に、リードフレーム１００の特徴である大電流対応、加工性の良さ、放熱性の高さ等を活かすことができ、放熱基板の更なる用途の拡大が可能になる。
【００５４】
こうして少なくとも一面以上に配線を形成したセラミック配線基板１０８と、前記セラミック配線基板１０８を固定する金属板１０４と、前記セラミック配線基板１０８上の配線１２０と、電気的に接続した複数本のリードフレーム１００と、をセラミックフィラー及び熱硬化性樹脂からなる伝熱樹脂１０２により固定することで放熱基板の放熱性と加工性を改善する。
【００５５】
また金属板１０４の上に固定された、少なくとも一面以上に配線１２０を形成したセラミック配線基板１０８と、複数本のリードフレーム１００と、セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂１０２と、からなる放熱基板の、前記リードフレーム１００は前記伝熱樹脂１０２によって前記金属板１０４から絶縁された状態で、その一端はセラミック配線基板１０８の上に形成された配線１２０と電気的に接続され、他の一端は前記伝熱樹脂１０２から突き出して取出し電極とすることで放熱基板の放熱性と加工性を改善する。
【００５６】
そして所定パターンに加工されたリードフレーム１００と、金属板１０４の間に、表面に予め配線が形成されたセラミック配線基板１０８と、セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂１０２をセットし、金型を使って前記伝熱樹脂１０２を所定形状に熱硬化させ、前記金属板１０４と前記リードフレーム１００と前記セラミック配線基板１０８を、前記伝熱樹脂１０２で一体化することで放熱基板を製造する。
【００５７】
また少なくとも一表面以上に配線を形成したセラミック配線基板１０８を、表面に固定した金属板１０４の上に、所定パターンに加工したリードフレーム１００と、セラミックフィラーと熱硬化性樹脂とからなる伝熱樹脂１０２をセットし、金型を用いて前記伝熱樹脂１０２を所定形状に熱硬化させ、前記金属板１０４と前記リードフレーム１００と前記セラミック配線基板１０８を、前記伝熱樹脂１０２で一体化することで放熱基板を製造する。こうして、放熱基板の取り扱い性を高めることができる。
【００５８】
なお全てのリードフレーム１００の一端をセラミック配線基板１０８、あるいは取出し電極とする必要は無い。リードフレーム１００を浮島状（あるいはセラミック配線基板１０８にも、外部電源にも接続されていない浮いた状態）としても良い。このように一部のリードフレーム１００を浮島状とすることで、リードフレーム１００自身で様々な回路パターンを形成できるため、その分、セラミック配線基板１０８の面積を小さくできる。
【００５９】
また全ての部品をセラミック配線基板１０８の上に実装する必要はない。リードフレーム１００の上にも部品を実装することでセラミック配線基板１０８の小型化が可能になる。またリードフレーム１００の上に実装した部品から発生した熱も、リードフレーム１００からセラミック配線基板１０８を介して、あるいは伝熱樹脂１０２を介して金属板１０４に放熱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる高放熱基板及びその製造方法並びにそれを用いた発光モジュールを用いることで、プラズマテレビや車載用の放熱が要求される電源回路、あるいは液晶テレビのバックライト用の発光モジュール等を提供でき、機器の小型化や、高演色化の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１における放熱基板の斜視図と断面図
【図２】放熱基板の放熱メカニズムを説明する上面図と断面図
【図３】複数のＬＥＤ等の発光素子を発光させる回路図
【図４】セラミック配線基板について説明する斜視図及び上面図
【図５】セラミック配線基板の構造を示す断面図
【図６】放熱基板の製造方法を説明する断面図
【図７】金属板、セラミック配線基板、リードフレーム等を伝熱樹脂で固定する様子を示す斜視図
【図８】完成した放熱基板に部品を実装する様子を説明する斜視図
【図９】従来の発光モジュールの一例を示す断面図
【符号の説明】
【００６２】
１００  リードフレーム
１０２  伝熱樹脂
１０４  金属板
１０６  発光素子
１０８  セラミック配線基板
１１０  矢印
１１２  抵抗
１１４  オーバーコート
１１６  窓
１１８  点線
１２０  配線
１２２  セラミック板
１２４  板材
【図１】
2007227489.tif 000003
【図２】
2007227489.tif 000004
【図３】
2007227489.tif 000005
【図４】
2007227489.tif 000006
【図５】
2007227489.tif 000007
【図６】
2007227489.tif 000008
【図７】
2007227489.tif 000009
【図８】
2007227489.tif 000010
【図９】
2007227489.tif 000011