(57)【要約】【課題】放熱基板の放熱性を向上させることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、放熱板１０と、この放熱板１０上に形成された絶縁層１１と、この絶縁層１１に上面を露出するように埋め込まれた熱伝導体１２とを備え、この熱伝導体１２は、上面の電子部品実装部の下方に肉厚部１３を有するとともに、この肉厚部１３を中心に外周に向けて徐々に厚みが薄くなっているものとした。これにより本発明は、熱伝導体１２の下面全体から絶縁層１１へと効率よく熱を伝導させることができ、結果として放熱基板８の放熱性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
この放熱板上に形成された絶縁層と、
この絶縁層に上面を露出するように埋め込まれた熱伝導体とを備え、
この熱伝導体は、上面の電子部品実装部の下方に肉厚部を有するとともに、
この肉厚部を中心に外周に向けて徐々に厚みが薄くなっている放熱基板。
【請求項２】
前記熱伝導体は、
前記肉厚部を中心に、外周に向けて放射状に広がっている請求項１に記載の放熱基板。
【請求項３】
前記熱伝導体は、
板状体であるとともに、
その側面は、
前記肉厚部から肉薄部にかける面よりも表面粗度が大きい請求項１に記載の放熱基板。
【請求項４】
前記熱伝導体は、
その下面側に斜面または湾曲面を有する請求項１に記載の放熱基板。
【請求項５】
前記放熱板は、
前記熱伝導体の肉厚部から肉薄部に向けて形成される凸形状に対向するように凹形状に形成されている請求項１に記載の放熱基板。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の放熱基板と、
この放熱基板の前記熱伝導体における前記肉厚部上に実装された電子部品とを備えた部品ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱基板と、それに電子部品を実装した部品ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０に示すように、従来の放熱基板１は、放熱板２と、この放熱板２上に形成された絶縁層３とこの絶縁層３上に配置された熱伝導体４とを備えている。そして従来の部品ユニット５は、熱伝導体４上に電子部品６が実装され、この電子部品６からの熱は、熱伝導体４に伝達されて拡散し、その後絶縁層３を介して放熱板２で放熱される。
【０００３】
これに類似する例としては下記の特許文献１等が挙げられる。
【特許文献１】特開２００６−３０８６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の放熱基板１では、放熱性が低いという問題があった。
【０００５】
その理由は、従来の放熱基板１の熱伝導体４の形状では均熱性が低く、熱伝導体４から絶縁層３へと熱が効率よく伝わらなかったからである。
【０００６】
すなわち、電子部品６からの熱は熱伝導体４内部において、放射状に拡散していくため、従来は熱伝導体４が薄すぎると電子部品６直下にヒートスポットができ、一方で熱伝導体４を厚くしても、電子部品６から離れた部分には熱が伝わり難く、熱伝導体４の絶縁層３との接合面には温度ムラができていた。そしてその結果、熱伝導体４の下面全体から絶縁層３へと効率よく熱が伝導せず、放熱基板１の放熱性が低下してしまうのであった。
【０００７】
そこで本発明は、放熱基板の放熱性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するため本発明は、放熱板と、この放熱板上に形成された絶縁層と、この絶縁層に上面を露出するように埋め込まれた熱伝導体とを備え、熱伝導体が上面の電子部品実装部の下方に肉厚部を有するとともに、この肉厚部を中心に外周に向けて徐々に厚みが薄くなっているものとした。
【発明の効果】
【０００９】
これにより本発明は、放熱基板の放熱性を向上させることができる。
【００１０】
その理由は、上記構成により熱伝導体内部の均熱性が高まり、熱伝導体の絶縁層との接合面において温度ムラが低減するからである。
【００１１】
したがって本発明は、熱伝導体の表面積を有効に活かして熱伝導体の下面全体から絶縁層へと効率よく熱を伝導させることができ、結果として放熱基板の放熱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１（Ａ）の断面図に示すように、本実施の形態の部品ユニット７は、放熱基板８と、この放熱基板８上面に実装された電子部品９とを備え、放熱基板８は、放熱板１０と、この放熱板１０上に形成された絶縁層１１と、この絶縁層１１上に配置された熱伝導体１２とを有している。
【００１３】
本実施の形態では、電子部品９として動作時に発熱を伴う半導体素子等を用いた。そして電子部品９は熱伝導体１２上面のほぼ中心に実装されており、熱伝導体１２は、電子部品９の直下が肉厚部１３となって、この肉厚部１３を中心に、外周に向けて徐々に厚みが薄くなっている。
【００１４】
ここで本実施の形態では、熱伝導体１２は、四角推の先端を水平に切り落としたような板状体に加工され、熱伝導体１２の下面は、肉厚部１３を中心に、外周に向けて放射状に広がりかつ薄くなっていくよう、斜面で形成されているものとした。
【００１５】
また本実施の形態では、熱伝導体１２の下面１２Ａと側面１２Ｂとは絶縁層１１に埋め込まれ、上面１２Ｃが絶縁層１１上において露出し、絶縁層１１と熱伝導体１２のそれぞれの上面はほぼ面一となっている。そしてこの熱伝導体１２の側面１２Ｂは、熱伝導体１２の下面１２Ａである肉厚部１３から肉薄部１４にかけて形成された斜面よりも表面粗度が大きくなるように加工されている。
【００１６】
また本実施の形態で用いた放熱板１０は、熱伝導体１２の斜面（下面１２Ａ）とほぼ平行に傾斜を設け、熱伝導体１２の肉厚部１３から肉薄部１４に向けて形成される凸形状に対向するように、凹形状に加工され、放熱板１０と熱伝導体１２との距離をほぼ一定に保っている。
【００１７】
なお、図１（Ｂ）の上面図に示すように、本実施の形態の熱伝導体１２は、上から見ると長方形であるが、図２に示すように、熱伝導体１２の一部を接続端子１５として引き伸ばしてもよい。この接続端子１５は曲げ起こして他の回路基板（図示せず）や電子部品（図示せず）と接続させることができる。
【００１８】
以下に本実施の形態における部材の材料等について説明する。
【００１９】
本実施の形態では、放熱板１０として最大厚みが１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度のアルミニウム板または銅板などの熱伝導性に優れた金属板を用いた。
【００２０】
絶縁層１１としては、エポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂に、平均粒径１μｍ〜５０μｍのアルミナあるいは窒化アルミなどの無機フィラを７０重量％〜９５重量％程度含有させた熱伝導性の良い（熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上）伝熱樹脂を用いた。
【００２１】
なおこの伝熱樹脂には、熱可塑性樹脂粉末からなるプレゲル材を添加した。このプレゲル材は、未硬化の熱硬化性樹脂の液状成分を吸収して膨張し、素早くゲル化させるため、樹脂が硬化する前に金型から取り出すことが出来る。
【００２２】
また本実施の形態では、絶縁層１１の基材として熱硬化性樹脂を用いたが、液晶ポリマーやＰＰＳなどの高熱伝導性熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００２３】
熱伝導体１２としては、肉薄部１４が厚み０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、肉厚部１３が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の銅板を用いた。銅板はタフピッチ銅、あるいは無酸素銅からなるものがプレス加工に適している。
【００２４】
以下に、本実施の形態の放熱基板８の製造工程を説明する。
【００２５】
まず、図３に示すように、放熱板１０を、金型１６を用いてプレスし、凹形状に加工する。
【００２６】
また図４（Ａ）に示すように、熱伝導体１２も金型１７を用いてプレスし、放熱板１０の凹形状に対応するように凸形状に加工する。その後、図４（Ｂ）に示すように、熱伝導体１２の外周を、表面に対してほぼ垂直方向に打抜いて切断し、側面１２Ｂを形成する。この側面１２Ｂを上面１２Ｃと垂直に形成することによって、熱伝導体１２の実装が容易になる。打抜く場合は、図４（Ｂ）の矢印Ｙに示すように、熱伝導体１２の斜面側（図１（Ａ）で示す下面１２Ａ側）から平坦面側（図１（Ａ）で示す上面１２Ｃ側）に向けて切断するとよい。これにより平坦面を下にして容易に打抜き加工ができ、加工が容易となる。さらに図５に示すように、熱伝導体１２の下面１２Ａ側（絶縁層１１に埋め込まれる側）の角部１８は、上面側の角部１９より湾曲するため、熱伝導体１２の下面１２Ａ側では絶縁層１１となる伝熱樹脂の流動性が向上し、絶縁層１１と熱伝導体１２との密着性が向上する。
【００２７】
なお、熱伝導体１２の外周の一部に接続端子（図２の１５）を引き伸ばしておく場合は、この接続端子１５部分を残して切断する。
【００２８】
次に、図６に示すように、放熱板１０の凹部に絶縁層１１となる伝熱樹脂の塊２０を置き、その上に熱伝導体１２を下に凸となるように配置し、金型（図示せず）を用いて加熱プレス、あるいは真空加熱プレス等によってシート状となるように延伸し、絶縁層（図１の１１）を形成する。
【００２９】
この時、本実施の形態では、図１（Ａ）に示すように、熱伝導体１２の上面１２Ｃが絶縁層１１の上面で露出するように熱伝導体１２を絶縁層１１に埋め込んでいる。このように埋め込むと、熱伝導体１２の側面１２Ｂおよび下面１２Ａが熱伝導性樹脂で被覆され、かつ放熱板１０との距離が短くなって熱伝導性が向上する。
【００３０】
その後、この絶縁層１１を２００℃で１〜２分間加熱し、形状が維持できる程度に固まった後金型から取り外し、さらに２００℃の炉に８〜１０分程度入れ、本硬化させると本実施の形態で用いた放熱基板８を形成することができる。
【００３１】
なお、絶縁層１１を形成する場合、上記方法以外でも、放熱板１０上に伝熱樹脂の塊（図６の２０）を置き、金型を用いてある程度延伸して放熱板１０の凹部に伝熱樹脂を沿わせてから熱伝導体１２を配置し、さらにプレス加工を施してもよく、あるいは予め伝熱樹脂をシート状に加工し、その後放熱板１０と熱伝導体１２との間に挟みこんでプレス加工してもよい。
【００３２】
さらに熱伝導体１２が厚み、幅ともに小さい場合は、金属板の一面側にＶ溝を設け、反対面側から切断することによって、肉厚部を中心に、外周に向けて徐々に厚みが薄くなる熱伝導体を形成することができる。
【００３３】
本実施の形態の効果を以下に説明する。
【００３４】
本実施の形態では、放熱基板８の放熱効率を向上させることができる。
【００３５】
その理由は、図１（Ａ）に示すように、熱伝導体１２の肉厚部１３に電子部品９を実装すれば、熱伝導体１２の厚みが電子部品９の熱拡散分布に適合するように変化しているからである。
【００３６】
すなわち、電子部品９からの熱は熱伝導体１２内部において、放射状に拡散していく。しかし図１０に示すように従来の熱伝導体４は平面構造が一般的であり、薄い熱伝導体４を用いると、熱が伝達されにくく、また熱容量も小さくなり、電子部品６直下にヒートスポットができてしまう。一方で、厚い熱伝導体４を用いても、電子部品６から離れた部分には熱が伝わりにくく、無駄な領域となる。つまり熱伝導体４の絶縁層３との接合面には温度ムラができ、結果として、熱伝導体４から絶縁層３へと熱が効率よく熱が伝導せず、放熱基板１の放熱性が低下していた。
【００３７】
これに対し本実施の形態では、図１に示すように、熱伝導体１２を、電子部品９に近い領域ほど厚く、電子部品９から遠い領域ほど薄くすることによって、熱伝導体１２の形状と熱拡散分布とを適合させている。
【００３８】
これにより本実施の形態では、熱伝導体１２内部の均熱性が向上し、熱伝導体１２の絶縁層１１との接合面において温度ムラを低減することができる。したがって熱伝導体１２の表面積を有効に活かし、熱伝導体１２から絶縁層１１へと効率よく熱を伝導させることができ、結果として放熱基板８の放熱性を向上させることができる。
【００３９】
また放熱基板８の放熱性が向上することによって、実装する電子部品９の温度上昇を抑え、部品ユニット７としての放熱性も向上し、熱劣化を抑制することができる。
【００４０】
また本実施の形態では、熱伝導体１２の下面１２Ａが、肉厚部１３から肉薄部１４に向けて斜め上に傾いた斜面となっている。したがって、図６に示すようにこの肉厚部１３に伝熱樹脂の塊２０を押し当て延伸していけば、熱伝導体１２の斜面に沿って気泡が外方へと排出される。よって熱伝導体１２と絶縁層１１との界面において、熱伝達の阻害要因となる気泡の発生を低減でき、結果として熱伝導性を向上させることができる。
【００４１】
さらに本実施の形態では、絶縁層１１となる伝熱樹脂の流動性が向上するため、熱伝導体１２と絶縁層１１との密着性が向上し、熱伝導性を向上させることができる。すなわち本実施の形態では、熱伝導体１２の下面１２Ａが斜め上方に傾いているため、この下面１２Ａから側面１２Ｂに掛けて角度が９０度よりも大きくなる。したがって伝熱樹脂の流動性が向上し、熱伝導体１２の角部に沿ってなだらかに変形し、密着させることができる。また本実施の形態では、図５に示すように、熱伝導体１２の下面１２Ａ側の角部１８はより湾曲しているため、この角部１８近傍ではさらに伝熱樹脂の流動性が向上し、熱伝導体１２と絶縁層１１との密着性が向上する。
【００４２】
また本実施の形態では、伝熱樹脂の流動性が高まるため、伝熱樹脂を延伸する際のプレス圧力を下げることができ、生産性を向上させることが出来る。
【００４３】
また本実施の形態では、熱伝導体１２は厚みを徐々に薄くしているため、軽量化かつ低コスト化につながる。
【００４４】
さらに本実施の形態では、熱伝導体１２の側面１２Ｂは、この熱伝導体１２の下面１２Ａよりも表面粗度が大きい（粗い）ものとしたため、絶縁層１１と熱伝導体１２との接着強度が増し、熱伝導体１２の外周が薄くなっている場合でも剥離を抑制でき、結果として放熱性向上に寄与する。なお、本実施の形態では熱伝導体１２には熱伝導性に優れた銅を用いたが、銅はアルミニウムと比較すると安定した酸化皮膜が形成されにくく、表面が平滑になりがちであり、樹脂との接着性が低下する。したがって、本実施の形態のように、熱伝導体１２と絶縁層との密着性を向上させることは放熱性および信頼性向上のため有効である。
【００４５】
また放熱板１０は平坦でもよいが、本実施の形態のように、熱伝導体１２の凸形状に合わせて放熱板１０に凹形状を設けた場合、熱伝導体１２の下面１２Ａと放熱板１０の上面とがほぼ平行となり、絶縁層１１の厚みもほぼ一定にすることができる。
【００４６】
ここで伝熱樹脂材料からなる絶縁層１１は、金属からなる熱伝導体１２や放熱板１０よりも熱伝導性が劣るため、絶縁層１１の厚みを薄く一定に保つことで、電気的絶縁性と放熱性を高く維持することができる。
【００４７】
またこのように熱伝導体１２の下面１２Ａと放熱板１０の下面とをほぼ平行にし、その間の距離を一定にすることにより、絶縁体１１となる伝熱樹脂を均等に延伸させることができ、気泡の発生を抑制し、熱伝導体１２と密着させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、熱伝導体１２は、四角推の先端を切り落としたような形状としたが、図７に示すように、下面を湾曲面で形成し、肉厚部１３から肉薄部１４までをほぼ半球形状としてもよい。このように半球形状とすると、電子部品９の熱拡散分布と熱伝導体１２の形状とがより適合するため、放熱効率の向上に寄与する。また半球形状とすると四角推のように角部がないので、金型を用いて加工するのが容易である。なお、半球形状にした場合も、熱伝導体１２の外周は垂直に切断し、側面を形成することによって、熱伝導体１２の実装が容易になる。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態と実施の形態１との違いは、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように熱伝導体１２を上面から見た場合に、円形となるように、熱伝導体１２上面が肉厚部１３に相当する部分を中心に、円心状に広がっている点である。すなわち、本実施の形態の熱伝導体１２は、円錐の先端を切り落としたような形状をしている。
【００５０】
これにより本実施の形態では、熱伝導体１２の厚み方向だけでなく、水平方向においても、熱伝導体１２の形状と電子部品９の熱拡散分布とを適合させることができ、熱伝導体１２の上面全体から外気へと熱を伝達させることによって放熱基板８の放熱効率を向上させることができる。
【００５１】
なお、熱伝導体１２の一部を引きのばし、接続端子（図示せず）として用いる場合は、熱伝導体１２の上面を六角形あるいは八角形にするなどして熱伝導体１２の外周に直線部分を設けておくと、接続端子１５を曲げ起こしやすくなる。
【００５２】
また図９に示すように、熱伝導体１２を半球形状とすれば、電子部品９の熱拡散分布と適合し、さらに放熱基板８の放熱効率を高めることができる。この場合も、側面を打抜き加工することによって表面粗度が大きくなり、熱伝導体１２と絶縁層１１との接着強度が増すとともに、熱伝導体１２の実装が容易になる。
【００５３】
その他の実施の形態１と同様の構成、効果については説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように本発明は、放熱基板の放熱性を向上させることができ、発熱性の高いパワーインダクタ部品やパワー半導体素子を実装した部品ユニットに応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態１における部品ユニットの断面図（図１（Ｂ）のＸＸ断面）、（Ｂ）同上面図
【図２】本発明の実施の形態１における部品ユニットの上面図
【図３】本発明の実施の形態１における放熱基板の製造工程を示す断面図
【図４】（Ａ）本発明の実施の形態１における放熱基板の製造工程を示す断面図、（Ｂ）同断面図
【図５】本発明の実施の形態１における熱伝導体の要部拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態１における放熱基板の製造工程を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態１における部品ユニットの断面図
【図８】（Ａ）本発明の実施の形態２における部品ユニットの断面図（図８（Ｂ）のＸＸ断面）、（Ｂ）同上面図
【図９】本発明の実施の形態２における部品ユニットの断面図
【図１０】従来の部品ユニットの断面図
【符号の説明】
【００５６】
７  部品ユニット
８  放熱基板
９  電子部品
１０  放熱板
１１  絶縁層
１２  熱伝導体
１２Ａ  下面
１２Ｂ  側面
１２Ｃ  上面
１３  肉厚部
１４  肉薄部
１５  接続端子
１６  金型
１７  金型
１８  角部
１９  角部
２０  伝熱樹脂の塊
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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