JP6963269B1 - 放熱基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

コストを削減しつつ、安定した密着性を有するとともに全体を薄型化することができる立体的な放熱基板、及びその製造方法を提供する。樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、基材を貫通して配置された発光素子、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップのいずれかを含む発熱体と、発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、基材の一面を覆い放熱体を発熱体に密着して接触するように基材と一体的に固定する樹脂体と、発熱体と導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた。

Description

本発明は、放熱基板及びその製造方法に関する。

フレキシブル配線基板に発光ダイオードのダイスを実装する発光ダイオード照明モジュ
ールにおいて、フレキシブル配線基板を貫通して設けられ、発光ダイオードのダイスを搭載するヒートスプレッダを備え、ダイスとフレキシブル配線基板が接続される接続部の範囲まで、ヒートスプレッダが延長されている発光ダイオード照明モジュールが知られている（特許文献１）。

第一の面と第二の面を備えるベース基材と、第一の面上に形成された導電路と、第一の面から第二の面までを貫通する貫通孔と、貫通孔に挿入され、少なくとも一部が第一の面から突出している放熱部材と、放熱部材の側面を覆うとともに、貫通孔の内周面と、この内周面に囲まれた放熱部材の外周面との間に隙間なく介在する熱伝導性樹脂組成物と、第一の面から突出している放熱部材を覆う金属層と、を有し、金属層の外側表面と導電路の外側表面とがほぼ同一平面上にある放熱基板も知られている（特許文献２）。

特開２００５−１３６２２４号公報 国際公開ＷＯ２０１８／１２３４８０

本発明は、コストを削減しつつ、安定した密着性を有するとともに全体を薄型化することができる立体的な放熱基板、及びその製造方法を提供する。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の放熱基板は、
樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
前記基材を貫通して配置された発熱体と、
前記基材の前記導電性パターンが配置された面に配置され、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項２に記載の放熱基板は、
樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
前記基材を貫通して配置された発熱体と、
前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備え、
前記放熱体は、前記樹脂体の側面に配置されている、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項３に記載の放熱基板は、
樹脂からなる変形可能なフィルムであり、立体的な形状に賦形され、導電性パターンが配置された基材と、
前記基材を貫通して配置された発熱体と、
前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、
ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放熱基板において、
前記樹脂体は、光透過性を有する、
ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放熱基板において、
前記基材の一面と前記放熱体との間に熱伝導性接着層が配置されている、
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放熱基板において、
前記基材の一面と前記樹脂体との間にバインダー層が設けられている、
ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放熱基板において、
前記発熱体と前記放熱体との間に熱伝導性接着層が設けられている、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項４に記載の放熱基板は、
樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
前記基材を貫通して配置された発熱体と、
熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性樹脂からなり、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、
ことを特徴とする。

前記課題を解決するために、請求項１０に記載の放熱基板の製造方法は、
樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
前記基材を貫通して配置された発熱体と、
前記基材の前記導電性パターンが配置された面に配置され、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備える放熱基板の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材に貫通孔を形成する工程と、
前記基材上に前記導電性パターンを配置する工程と、
前記貫通孔が形成され前記導電性パターンが配置された前記基材と前記発熱体と前記放熱体を金型に載置して前記樹脂体を射出成形する工程と、
前記導電性パターンと前記発熱体とを電気的に接合する工程と、を含む、
ことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放熱基板において、
前記発熱体は、発光素子、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップのいずれかを含む、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、密着性を向上させるとともに導電パターンと同じ側に発熱体及び放熱体を位置精度よく実装して全体を薄型化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、部品の位置精度及び密着性を向上させるとともに放熱体を樹脂層の側面に配置して全体を薄型化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、部品の位置精度及び密着性を向上させるとともに複数の発熱体と放熱体を備えた立体的な放熱基板を構成ことができる。

請求項５に記載の発明によれば、樹脂体に他の部品を一体化して部品点数を削減することができる。

請求項６に記載の発明によれば、基材に放熱体を安定して固定するとともに放熱体から基材への熱伝導を高めることができる。

請求項７に記載の発明によれば、基材と樹脂体の接着強度を高めることができる。

請求項８に記載の発明によれば、発熱体から放熱体への熱伝導を高めることができる。

請求項４に記載の発明によれば、部品の位置精度及び密着性を向上させるとともに放熱体を低コスト化することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、密着性を向上させるとともに全体を薄型化することができる。

請求項９に記載の発明によれば、実装される様々な発熱体及び導電性パターンからの熱を放熱することができる。

図１Ａは第１実施形態に係る放熱基板を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図１Ｂは第１実施形態に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 図２Ａは発熱体の一例を示す平面模式図、図２Ｂは断面模式図である。 図３Ａは変形例１に係る放熱基板を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図３Ｂは変形例１に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 図４Ａは変形例２に係る放熱基板を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図４Ｂは変形例２に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 図５Ａは変形例３に係る放熱基板を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図５Ｂは変形例３に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 変形例４に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 放熱基板の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図である。 導電性パターンが配置された基材、発熱体及び放熱体を樹脂体を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図である。 基材の準備工程から発熱体と導電性パターンを電気的に接合するまでの各工程を示す図である。 導電性パターンが配置された基材、複数の発熱体及び放熱体を樹脂体を充填する金型にセットして基材の連結部を３次元形状に賦形した状態を示す断面模式図である。 図１１Ａは第２実施形態に係る放熱基板を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図１１Ｂは第２実施形態に係る放熱基板の一例を示す断面模式図である。 第２実施形態に係る放熱基板の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図である。 貫通孔が形成され導電性パターンが配置された基材、発熱体及び放熱体を樹脂体を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図である。 基材の準備工程から発熱体と導電性パターンを電気的に接合するまでの各工程を示す図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

「第１実施形態」
（１）放熱基板の全体構成
図１Ａは本実施形態に係る放熱基板１を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図１Ｂは本実施形態に係る放熱基板１の一例を示す断面模式図、図２Ａは発熱体４の一例を示す平面模式図、図２Ｂは断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る放熱基板１の構成について説明する。

放熱基板１は、図１に示すように、樹脂からなり導電性パターン３が配置された基材２と、基材２を貫通して配置された発熱体４と、発熱体４から伝達される熱を外部に放出する放熱体５と、基材２の一面を覆い放熱体５を発熱体４に密着して接触するように基材２と一体的に固定する樹脂体６と、発熱体４と導電性パターン３を電気的に接合する接合体７と、を備えて構成されている。

（基材）
本実施形態において使用する導電性パターン３が形成される基材２は、絶縁性を有し、後述する樹脂体６との接着性を有する基材が好ましく、樹脂からなる基材（以下樹脂基材という）を使用することができる。なお、樹脂基材には、下記の変形可能なフィルム基材も含まれる。

樹脂基材の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ナイロン６−１０、ナイロン４６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
特にポリエステルがより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。

基材２は、変形可能なフィルム基材であってもよく、フィルム基材上に導電性パターン３を配置して変形可能なフィルム基板としてもよい。
ここで、「変形可能なフィルム基材」は、導電性パターン３を配置後に変形できる、すなわち、熱成形、真空成形または圧空成形等によって実質的に平坦な２次元形状から実質的に３次元形状に形成されることができる基材を意味する。

樹脂基材としては、融点Ｔｍが存在する場合は１５０℃以上であることが好ましく、２００℃以上であることがより好ましい。また、ガラス転移点Ｔｇの範囲は２０℃〜２５０℃が好ましく、５０℃〜２００℃がより好ましく、７０℃〜１５０℃が最も好ましい。ガラス転移点Ｔｇが低すぎる場合、導電性パターン３の形成時に基材２の歪みが大きくなる虞がある。

基材２の厚み（ｍｍ）は特に制限されないが、取り扱い性及び薄型化のバランスの点から、樹脂基材では０．０１〜３ｍｍが好ましく、０．０２〜１ｍｍがより好ましく、０．０３〜０．１ｍｍが更に好ましい。
特にフィルム基材では、０．００５〜０．２５ｍｍが好ましく、０．０１〜０．２ｍｍがより好ましく、０．０５〜０．１８８ｍｍが最も好ましい。基材２の厚みが薄すぎる場合、強度が不十分になるとともに、導電性パターン３のめっき工程時に基材２の歪みが大きくなる虞がある。

基材２の表面には、金属ナノ粒子等の触媒インクを均一に塗布するために、表面処理を施すことが好ましい。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理を用いることができる。

（導電性パターン）
基材２の表面に導電性パターン３を配置する場合、さきに、金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒からなる下地層（不図示）を所定のパターン状に形成する。
下地層は、基材２上に金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布したあと、乾燥および焼成を行うことにより形成する。

下地層の厚み（μｍ）は、０．１〜２０μｍが好ましく、０．２〜５μｍがさらに好ましく、０．５〜２μｍが最も好ましい。下地層が薄すぎると、下地層の強度が低下するおそれがある。また、下地層が厚すぎると、金属ナノ粒子は通常の金属よりも高価であるため、製造コストが増大する虞がある。

触媒の材料としては、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルなどが用いられ、導電性の観点から金、銀、銅が好ましく、金、銀に比べて安価な銅が最も好ましい。

触媒の粒子径（ｎｍ）は１〜５００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。粒子径が小さすぎる場合、粒子の反応性が高くなりインクの保存性・安定性に悪影響を与える虞がある。粒子径が大きすぎる場合、薄膜の均一形成が困難になるとともに、インクの粒子の沈殿が起こりやすくなる虞がある。

導電性パターン３は、下地層の上に電解めっきまたは無電解めっきにより形成される。めっき金属としては、銅、ニッケル、錫、銀、金などを用いることができるが、伸長性、導電性および価格の観点から銅を用いることが最も好ましい。

めっき層の厚さ（μｍ）は、０．０３〜１００μｍが好ましく、１〜３５μｍがより好ましく、３〜１８μｍが最も好ましい。めっき層が薄すぎると、機械的強度が不足するとともに、導電性が実用上十分に得られない虞がある。めっき層が厚すぎると、めっきに必要な時間が長くなり、製造コストが増大する虞がある。

（発熱体）
放熱対象となる発熱体としては、特に限定されないが、放熱基板１に実装された、例えば、発光素子としてのＬＥＤ、半導体デバイス、ディスプレイ、、電灯、自動車用パワーモジュール及び産業用パワーモジュール、コンデンサ、抵抗チップ等を挙げることができる。

本実施形態においては、発熱体４の一例として、放熱基材付きパワーＬＥＤ（以降単にＬＥＤと記す）４Ａを実装している。ＬＥＤ４Ａは、図２に示すように、金属製の基板である金属ベース４１と、中央に開口部を有するように金属ベース４１の表面に形成された囲い４２と、囲い４２の開口部で露出した金属ベース４１の表面上に実装された複数のＬＥＤチップ４３と、金属ベース４１の表面上に形成され、一端側４４ａが導電性パターン３と電気的に接合され他端側４４ｂがＬＥＤチップ４３とワイヤ４５で電気的に接合される金属配線４４と、囲い４２が囲む開口部を覆う封止樹脂４８とを備えている。

（放熱体）
放熱体５は、基材２の導電性パターン３が配置された面とは反対側の一面２ａ側に配置されている。
放熱体５としては、例えば、アルミ又は銅のフィン、板等を利用したヒートシンク、ヒートパイプに接続されているアルミ又は銅のブロック、内部に冷却液体をポンプで循環させているアルミ又は銅のブロック、及びペルチェ素子ならびにこれを備えたアルミ又は銅のブロック等が挙げられる。
本実施形態においては、図１Ｂに示すように、放熱体５は、発熱体４としてのＬＥＤ４Ａの金属ベース４１と接触してＬＥＤ４Ａで発生する熱を熱伝導によって受け取るベース体５１と、ベース体５１に短冊状に立設された放熱フィン４２からなる、アルミニウム、銅等の金属製ヒートシンクである。

また、放熱体５は、熱伝導率が１（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性樹脂からなるヒートシンクであってもよい。熱伝導性樹脂としては、例えば、粒子状又はフィラー状の炭素系材料からなる高熱伝導性材料を所定の基材樹脂、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）等の樹脂に混合した熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの熱伝導性樹脂は、熱伝導率が概ね１Ｗ／ｍ・Ｋないし１０Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミニウム、銅等の金属材料に比べて低いが、放熱体５を金属製に比べて低コスト化することができる。

発熱体４と放熱体５との間には熱伝導性接着層８が設けられている。熱伝導性接着層８を介して発熱体４と放熱体５とが接触することで、発熱体４からの熱を放熱体５に効率よく伝導することができる。熱伝導性接着層８を形成する高熱伝導接着剤としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、または、各種エンジニアリングプラスチック等をベースとし銀粉、カーボン、銅、アルミニウム、鉄、セラミック等、熱伝導率の大きい材料の粉末や繊維を混入したものを使用できる。熱伝導性接着層８は、熱伝導率が高いほど好ましく、具体的には、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。これにより、発熱体４から放熱体５への熱伝導をより高めることが可能となる。

（変形例１）
図３Ａは変形例１に係る放熱基板１を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図３Ｂは変形例１に係る放熱基板１の一例を示す断面模式図である。
放熱体５Ａは、図３に示すように、基材２の導電性パターン３が配置された一面２ｂ側に配置されてもよい。放熱体５Ａは、発熱体としてのＬＥＤ４Ａの金属ベース４１と接触してＬＥＤ４Ａで発生する熱を熱伝導によって受け取るベース体５１と、ベース体５１から側方に延びて基材２の導電性パターン３が配置された一面２ｂから上方に突出するように短冊状に立設された放熱フィン５２Ａからなる、アルミニウム、銅等の金属製ヒートシンクである。

放熱体５Ａは、基材２の一面２ａを覆う樹脂体６で発熱体４に密着して接触するように基材２と一体的に固定されている。このように、導電性パターン３と同じ側に発熱体４及び放熱体５Ａを実装することでコストを抑制しつつ放熱基板１を薄型化することができる。

（変形例２）
図４Ａは変形例２に係る放熱基板１を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図４Ｂは変形例２に係る放熱基板１の一例を示す断面模式図である。
放熱体５Ｂは、図４に示すように、放熱フィン５２Ｂが放熱基板１の側部１ａから突出するように配置されてもよい。放熱体５Ｂは、発熱体としてのＬＥＤ４Ａの金属ベース４１と接触してＬＥＤ４Ａで発生する熱を熱伝導によって受け取るベース体５１と、ベース体５１から側方に延びて樹脂体６の端面６ａから突出するように短冊状に形成された放熱フィン５２Ｂからなる、アルミニウム、銅等の金属製ヒートシンクである。

放熱体５Ｂは、基材２の一面２ａを覆う樹脂体６で熱伝導性接着層８を介して発熱体４に密着して接触するように基材２と一体的に固定されている。また、放熱体５Ｂの基材２の一面２ａと接触する部分である放熱フィン５２Ｂも熱伝導性接着層８を介して基材２と一体的に固定されている。このように、放熱体５Ｂを、放熱フィン５２Ｂが放熱基板１の側部１ａから突出するように実装することでコストを抑制しつつ放熱基板１の全体をより薄型化することができる。

（樹脂体）
樹脂体６は、基材２の一面２ａを覆い放熱体５を発熱体４に密着して接触するように基材２に一体的に固定している。具体的には、図１Ｂに示すように、放熱体５のベース体５１の発熱体４の金属ベース４１と接触する方向と交差する方向に突出して形成された鍔部５１ａと嵌り合う鉤部６１を有し、全体が基材２の一面２ａを覆うように形成されている。

樹脂体６は、基材２に対して二次モールド成形可能な樹脂材料からなる熱可塑性樹脂で構成されている。具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、変性ポリフェニレンオキサイト（ｍ−ＰＰＯ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群より選択される熱可塑性樹脂が挙げられる。樹脂体６は、機械的強度と耐熱性を有し、基材２に対する接着性の観点からＰＥＴ、ＰＣが好ましい。

基材２と樹脂体６とを強固に接着するように、基材２の一面２ａにはバインダー層ＡＤを形成することが好ましい。バインダー層ＡＤを形成する場合は、基材２及び樹脂体６の素材と相性のよい樹脂を含むバインダーインクが使用される。
例えば、基材２がＰＥＴ樹脂フィルムで、二次成形される樹脂体６がＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、ｍ−ＰＰＥ、ｍ−ＰＰＯ、ＣＯＣ、ＣＯＰからなる群より選択される材料を含む場合、それぞれの樹脂材料と相溶性が高い樹脂として、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリウレタン系樹脂等からなる群より選択して使用することもできる。また、バインダー層ＡＤの厚みは０．５〜５０μｍが好ましい。尚、バインダー層ＡＤに代えて、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理を施してもよい。これにより、基材２と樹脂体６の接着強度を高めることができる。

（変形例３）
図５Ａは変形例３に係る放熱基板１を発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図５Ｂは変形例３に係る放熱基板１の一例を示す断面模式図である。
樹脂体６は光透過性の熱可塑性樹脂材料からなる熱可塑性樹脂で構成してもよい。この場合、図５Ａに示すように、発熱体としてのＬＥＤ４Ａは発光面が基材２に対して横向きになるように配置し、ＬＥＤ４Ａに対して、ＬＥＤ４Ａが発する光を受けて外部へ出射するレンズ体６Ａを樹脂体６と一体に形成するようにしてもよい。これにより、放熱体５を発熱体としてのＬＥＤ４Ａに密着して接触するように、基材２と一体的に固定する樹脂体６にＬＥＤ４Ａの発する光を外部に導くレンズ体６を一体化することによりレンズ等の部品を削減することができる。なお、図５Ｂにおいて、放熱体５としては、放熱フィン５２Ｂが放熱基板１の側部１ａから突出するように配置されている例を示しているが、放熱体５としては、放熱基板１の使用態様に応じて、放熱フィンの配置を変更してもよい。

（変形例４）
図６は変形例４に係る放熱基板１の一例を示す断面模式図である。
放熱基板１は、図６に示すように、発熱体としてのＬＥＤ４ＡとＬＥＤ４Ａから伝達される熱を外部に放出する放熱体５が、立体的に賦形された基材２と樹脂体６からなる屈曲部１ｂで連結されている。
基材２が熱成形等で賦形可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムである場合は、基材２を３次元形状に賦形した状態で樹脂体６で基材２の一面２ａを覆うとともに、放熱体５をＬＥＤ４Ａに密着して接触するように基材２と一体的に固定することで、複数の発熱体４と放熱体５を備えた立体的な放熱基板１を構成することができる。

（接合体）
接合体７は、導電性の線材７Ａが挙げられる。導電性の線材７Ａは、図２Ｂに示すように、発熱体としてのＬＥＤチップ４３の金属配線４４の一端部４４ａと基材２上に配置された導電パターン３とをワイヤーボンディングにより電気的に接合する導線であり、具体的には、金、銅、銀、白金、アルミニウム又はこれらの合金の金属線を用いることができる。特に、熱抵抗などに優れる金線が好ましい。

（２）放熱基板の製造方法
図７は放熱基板１の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図８は導電性パターン３が配置された基材２、発熱体４及び放熱体５を樹脂体６を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図、図９は基材２の準備工程から発熱体４と導電性パターン３を電気的に接合するまでの各工程を示す図、図１０は導電性パターン３が配置された基材２、複数の発熱体４及び放熱体５を樹脂体６を充填する金型にセットして基材２の連結部２ａを３次元形状に賦形した状態を示す断面模式図である。

放熱基板１は、図７に示すように、基材２の準備工程Ｓ１１と、基材２上に導電性パターン３を形成する配線用めっき工程Ｓ１２と、基材２、発熱体４及び放熱体５を二次モールド用金型に位置決めして、基材２の一面を覆い放熱体５を発熱体４に密着して接触するように基材２と一体的に固定する樹脂体６を二次モールドする樹脂充填工程Ｓ１３と、導電性パターン３と発熱体４とを接合体７で電気的に接合する電気的接合工程Ｓ１４と、を経て製造される。

（基材の準備工程Ｓ１１）
基材の準備工程Ｓ１１においては、まず、所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦なフィルム状の基材２に放熱体５のベース体５１が基材２の導電性パターン３が形成された側に露出するように所定の貫通孔２ｃを形成する（図９Ａ 参照）。また、図３に示す変形例１に係る放熱基板１においては、放熱フィン５２Ａが貫通して露出するように所定の貫通孔（不図示）を形成する。

そして、基材２上に導電性パターン３を配置するために、基材２上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層を所定のパターン状に形成する。尚、基材２は、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。

基材２上に金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを塗布する方法としては、インクジェット印刷方式、シルクスクリーン印刷方式、グラビア印刷方式、オフセット印刷方式、フレキソ印刷方式、ローラーコーター方式、刷毛塗り方式、スプレー方式、ナイフジェットコーター方式、パッド印刷方式、グラビアオフセット印刷方式、ダイコーター方式、バーコーター方式、スピンコーター方式、コンマコーター方式、含浸コーター方式、ディスペンサー方式、メタルマスク方式が挙げられるが、本実施形態においてはインクジェット印刷方式を用いている。

具体的には、１０００ｃｐｓ以下、例えば、２ｃｐｓから３０ｃｐｓの低粘度の触媒インクをインクジェット印刷方式で塗布した後、溶媒を揮発させ金属ナノ粒子のみを残す。その後、溶媒を除去し（乾燥）、金属ナノ粒子を焼結させる（焼成）。
焼成温度は、１００°Ｃ〜３００°Ｃが好ましく、１５０°Ｃ〜２００°Ｃがより好ましい。焼成温度が低すぎると、金属ナノ粒子同士の焼結が不十分となるとともに、金属ナノ粒子以外の成分が残ることで、密着性が得られない虞がある。また、焼成温度が高すぎると、基材２の劣化や歪みが発生する虞がある。

（配線用めっき工程Ｓ１２）
基材２上に形成された下地層に対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層の表面および内部にめっき金属を析出させ導電性パターン３を配置する（図９Ｂ 参照）。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。

（樹脂充填工程Ｓ１３）
樹脂充填工程Ｓ１３では、まず、配線用めっき工程Ｓ１２で基材２の導電性パターン３が配置された面とは反対側の一面２ａに基材２と樹脂体６の樹脂素材の組み合わせに応じてバインダー層ＡＤを形成するバインダーインクを塗布する（図９Ｃ 参照）。バインダーインクは、接着性樹脂を含み、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スプレーコート、筆塗り等で塗布され、基材２と二次モールドされる樹脂体６との接着性を向上させる。

次に、図８に示すように、導電性パターン３が配置された基材２、発熱体４及び放熱体５を二次モールド成形用金型に位置決めしてセットした状態で固定側型ＫＡ、可動側型ＫＢを閉じて樹脂をキャビティＣＡに充填する。発熱体４は金属ベース４１の一面４１ａが放熱体５のベース体５１上に熱伝導性接着層８を介して接着され、放熱体５が可動側型ＫＢに固定される。これにより、発熱体４及び放熱体５を位置精度よく配置できる。そして、基材２の一面２ｂを覆い放熱体５を発熱体４に密着して接触するように基材２と一体的に固定する樹脂体６が形成される（図９Ｄ 参照）。

変形例３に係る複数の発熱体４と放熱体５を備えた立体的な放熱基板１を製造する場合には、図１０に示すように、導電性パターン３が配置された基材２、複数の発熱体としてのＬＥＤ４Ａ及び放熱体５を二次モールド成形用金型に位置決めした状態で、固定側型ＫＡ、可動側型ＫＢを閉じて基材２の発熱体４及び放熱体５が配置された領域を繋ぐ連結部２ａを三次元形状に賦形する。そして、樹脂をキャビティＣＡに充填することで厚さ方向に屈曲した基材２とキャビティＣＡに充填された樹脂で３次元形状の屈曲部１ｂ（図６ 参照）を形成する。

（電気的接合工程Ｓ１４）
電気的接合工程Ｓ１４では、導電性パターン３とＬＥＤチップ４３の金属配線４４の一端部４４ａ（図２Ｂ 参照）を接合体７としての導電性の線材７Ａで超音波利用のワイヤーボンディング方法で電気的及び機械的に接合する（図９Ｅ 参照）。導電性の線材としては、金ワイヤー、アルミワイヤーなどを使用することができるが、アルミニウムを主成分とするアルミワイヤーを用いることで、ワイヤーボンディング時の熱によって、基材２が溶融したり変形することを抑制することができる。

このように、本実施形態に係る放熱基板１の製造方法によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、密着性を向上させるとともに全体を薄型化することができる。

「第２実施形態」
図１１Ａは本実施形態に係る放熱基板１Ａを発熱体側に視点を置いて示す斜視図、図１１Ｂは放熱基板１Ａの一例を示す断面模式図である。
本実施形態に係る放熱基板１Ａは、発熱体４を、基材２を貫通して配置された放熱体５の一面となるベース体５１に密着して接触するように後実装して導電性パターン３と電気的に接合する点で、発熱体４が先に実装される第１実施形態に係る放熱基板１とは異なっている。従って、第１実施形態に係る放熱基板１と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（１）放熱基板の全体構成
放熱基板１Ａは、図１１Ａに示すように、樹脂からなり導電性パターン３が配置された基材２と、基材２を貫通して配置された放熱体５と、基材２の一面を覆い放熱体５の一面が基材２から露出するように放熱体５を基材２と一体的に固定する樹脂体６と、放熱体５の一面と密着して接触し導電性パターン３と電気的に接合された発熱体４と、を備えて構成されている。

（発熱体）
本実施形態においては、発熱体４の一例として、パワーＬＥＤ４Ｂ（以降単にＬＥＤと記す）を実装している。ＬＥＤ４Ｂは、図１１Ｂに示すように、反射キャビティを有するケース体４１Ｂと、ＬＥＤチップ４３を支えるチップ取付け部４２Ｂと、金属リードフレーム４４Ｂと、チップ取付け部４２Ｂの表面上に実装されたＬＥＤチップ４３と、チップ取付け部４２Ｂと接触してＬＥＤチップ４３の熱を熱伝導によって受け取る伝熱部４５Ｂと、金属リードフレーム４４Ｂの一端に設けられた外部端子４６と、ＬＥＤチップ４３を覆うドーム状の封止体４７とを備えて構成されている。

（放熱体）
放熱体５は、発熱体としてのＬＥＤ４Ｂの伝熱部４５Ｂと接触してＬＥＤ４Ｂで発生する熱を熱伝導によって受け取るベース体５１と、ベース体５１に短冊状に立設された放熱フィン４２からなる、アルミニウム、銅等の金属製ヒートシンクである。
また、放熱体５は、熱伝導率が１（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性樹脂からなるヒートシンクであってもよい。

ＬＥＤ４Ｂの伝熱部４５Ｂと放熱体５のベース体５１との間には熱伝導性接着層８が設けられている。熱伝導性接着層８を介して発熱体４と放熱体５とが接触することで、発熱体４からの熱を放熱体５に効率よく伝導することができる。
また、基材２と放熱体５との間にも熱伝導性接着層８が設けられ、基材２の熱を放熱体５へ効率よく伝導するようになっている。特に、基材２上に配置された導電性パターン３の熱は放熱体５へ伝導され外部へ放熱される。

（接合体）
後実装される発熱体４としてのＬＥＤ４Ｂの外部端子４６と導電性パターン３とを電気的に接合する接合体としては、はんだ７Ｂが挙げられる。はんだ７Ｂは、基材２の軟化点より低温の溶融温度を有する低温はんだが望ましく、例えば、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＢｉ）、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）とニッケル（Ｎｉ）と銅（Ｃｕ）との合金（ＳｎＢｉＮｉＣｕ）、錫（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）と銅（Ｃｕ）とアンチモン（Ｓｂ）との合金（ＳｎＢｉＣｕＳｂ）、錫（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＡｇＢｉ）、錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）との合金（ＳｎＩｎ）、錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金（ＳｎＩｎＢｉ）、又は、基材２の軟化点と比較して相対的に低い融点を持つその他の合金とビスマス（Ｂｉ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）とのその他の組み合わせとすることができ、例えば基材２としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用する場合は、基材２の軟化点より低い１２０〜１４０℃の融点を有することが望ましい。

基材２の軟化点よりも低い融点を持つはんだペーストを用いることにより、基材２は溶融又はその他の変形をしない一方で、はんだペーストは溶融して導電性パターン３と化学的かつ物理的に接合し得る状態になる。そして、はんだが固化して、はんだを介して導電性パターン３に外部端子４６が電気的に接合される。

また、外部端子４６と導電性パターン３との接合には、レーザーはんだ付けや光焼成はんだ付けを用いてもよい。この場合は、こてはんだ付けに比べて、非接触で基材２に負荷を与えないことから、はんだ７Ｂとしては特に低温はんだに限らず、通常のはんだでもよい。

（２）放熱基板の製造方法
図１２は本実施形態に係る放熱基板１Ａの製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図１３は貫通孔２ｃが形成され導電性パターン３が配置された基材２、発熱体４及び放熱体５を樹脂体６を充填する金型にセットした状態を示す断面模式図、図１４は基材２の準備工程から発熱体４と導電性パターン３を電気的に接合するまでの各工程を示す図である。

放熱基板１は、図１２に示すように、基材２の準備工程Ｓ２１と、基材２上に導電性パターン３を形成する配線用めっき工程Ｓ２２と、基材２及び放熱体５を二次モールド用金型に位置決めして、基材２の一面を覆い、放熱体５の一面が基材２から露出するように放熱体５を基材２と一体的に固定する樹脂体６を形成するように、樹脂を二次モールドする樹脂充填工程Ｓ２３と、放熱体５と発熱体４を密着させて接着する発熱体接着工程Ｓ２４と、導電性パターン３と発熱体４とを接合体７で電気的に接合する電気的接合工程Ｓ２５と、を経て製造される。

（基材の準備工程Ｓ２１）
基材の準備工程Ｓ２１においては、まず、所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦なフィルム状の基材２に放熱体５のベース体５１の一部が基材２の導電性パターン３が形成された側に露出するように所定の貫通孔２ｃを形成する（図１４Ａ 参照）。

そして、基材２上に導電性パターン３を配置するために、基材２上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層を所定のパターン状に形成する。尚、基材２は、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。

（配線用めっき工程Ｓ２２）
基材２上に形成された下地層に対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層の表面および内部にめっき金属を析出させ導電性パターン３を配置する（図１４Ｂ 参照）。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。

（樹脂充填工程Ｓ２３）
樹脂充填工程Ｓ２３では、まず、配線用めっき工程Ｓ２２で基材２の導電性パターン３が配置された面とは反対側の一面２ａに基材２と樹脂体６の樹脂素材の組み合わせに応じてバインダー層ＡＤを形成するバインダーインクを塗布する（図１４Ｃ 参照）。バインダーインクは、接着性樹脂を含み、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スプレーコート、筆塗り等で塗布され、基材２と二次モールドされる樹脂体６との接着性を向上させる。また、基材２の一面２ａが放熱体５のベース体５１と接する領域には、熱伝導性接着層８を塗布することにより、基材２から放熱体５への熱伝導をより高め、基材２上に配置された導電性パターン３等の熱を放熱体５を介して放熱することが可能となる。

次に、図１３に示すように、導電性パターン３が配置された基材２及び放熱体５を、二次モールド成形用金型に位置決めしてセットした状態で固定側型ＫＡ、可動側型ＫＢを閉じて樹脂をキャビティＣＡに充填する。これにより、基材２の導電性パターン３が配置された面とは反対側の一面２ａを覆い放熱体５のベース体５１の一部が基材２から露出するように基材２と一体的に固定する樹脂体６が形成される（図１４Ｄ 参照）。

（発熱体接着工程Ｓ２４）
発熱体４としてのＬＥＤ４Ｂは伝熱部４５Ｂが基材２から露出する放熱体５のベース体５１上に熱伝導性接着層８を介して接着される（図１４Ｅ 参照）。本実施形態においては、熱伝導性接着層８として、アクリル系粘着剤を含む熱伝導性両面テープを用いてもよい。熱伝導性両面テープを用いることで、ＬＥＤ４Ｂの放熱体５のベース体５１上への接着が容易となる。

（電気的接合工程Ｓ２５）
電気的接合工程Ｓ２５では、基材２上に形成された導電性パターン３上にＬＥＤ４Ｂの外部端子４６を接合体７としてのはんだ７Ｂで接合するために、まず、基材２の導電性パターン３が配置された一面２ｂ側にソルダーレジストを例えばスクリーン印刷によって塗布する。
次に、導電性パターン３、ＬＥＤ４Ｂの外部端子４６にはんだペーストを塗布する。はんだペーストの塗布は、ステンシル印刷装置、スクリーン印刷装置、ディスペンサー装置等の公知の装置を用いて行うことができる。本実施形態においては、ディスペンサー装置を用いてはんだペーストを塗布する。

そして、はんだペーストを塗布後、はんだを溶融、固化させて、導電性パターン３上にはんだ７Ｂを介してＬＥＤ４Ｂの外部端子４６を電気的に接合する。
基材２が熱成形等で変形可能な熱可塑性樹脂からなるフィルムである場合は、その軟化点が低いが、例えば、はんだ７Ｂとして低温はんだを用いてこてはんだ付けすることで、基材２は電気的接合工程Ｓ２５の熱によって溶融又はその他の変形をすることはない。
また、はんだ付けは、レーザーはんだ付けや光焼成はんだ付けを用いてもよい。この場合は、非接触で基材２に負荷を与えないことから、はんだ７Ｂとしては特に低温はんだに限らず、通常のはんだでもよい。

このように、本実施形態に係る放熱基板１の製造方法によれば、部品点数及び組立工数を低減してコストを削減しつつ、部品の位置精度及び密着性を向上させるとともに全体を薄型化することができる。

１、１Ａ・・・放熱基板
２・・・基材
３・・・導電性パターン
４・・・発熱体
４Ａ、４Ｂ・・・ＬＥＤ
４１・・・金属ベース
４５Ｂ・・・伝熱部
５、５Ａ、５Ｂ・・・放熱体
５１・・・ベース体
５２、５２Ｂ・・・放熱フィン
６・・・樹脂体
６Ａ・・・レンズ体
７・・・接合体
７Ａ・・・線材
７Ｂ・・・はんだ
８・・・熱伝導性接着層
ＡＤ・・・バインダー層

Claims (10)

1. 樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
   前記基材を貫通して配置された発熱体と、
   前記基材の前記導電性パターンが配置された面に配置され、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
   前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
   前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、
   ことを特徴とする放熱基板。
2. 樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
   前記基材を貫通して配置された発熱体と、
   前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
   前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
   前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備え、
   前記放熱体は、前記樹脂体の側面に配置されている、
   ことを特徴とする放熱基板。
3. 樹脂からなる変形可能なフィルムであり、立体的な形状に賦形され、導電性パターンが配置された基材と、
   前記基材を貫通して配置された発熱体と、
   前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
   前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
   前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、
   ことを特徴とする放熱基板。
4. 樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
   前記基材を貫通して配置された発熱体と、
   熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性樹脂からなり、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
   前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
   前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備えた、
   ことを特徴とする放熱基板。
5. 前記樹脂体は、光透過性を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放熱基板
6. 前記基材の一面と前記放熱体との間に熱伝導性接着層が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放熱基板。
7. 前記基材の一面と前記樹脂体との間にバインダー層が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放熱基板。
8. 前記発熱体と前記放熱体との間に熱伝導性接着層が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放熱基板。
9. 前記発熱体は、発光素子、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップのいずれかを含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放熱基板。
10. 樹脂からなり導電性パターンが配置された基材と、
    前記基材を貫通して配置された発熱体と、
    前記基材の前記導電性パターンが配置された面に配置され、前記発熱体から伝達される熱を外部に放出する放熱体と、
    前記基材の一面を覆い前記放熱体を前記発熱体に密着して接触するように前記基材と一体的に固定する樹脂体と、
    前記発熱体と前記導電性パターンを電気的に接合する接合体と、を備える放熱基板の製造方法であって、
    前記基材を準備する工程と、
    前記基材に貫通孔を形成する工程と、
    前記基材上に前記導電性パターンを配置する工程と、
    前記貫通孔が形成され前記導電性パターンが配置された前記基材と前記発熱体と前記放熱体を金型に載置して前記樹脂体を射出成形する工程と、
    前記導電性パターンと前記発熱体とを電気的に接合する工程と、を含む、
    ことを特徴とする放熱基板の製造方法。

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