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JP4635977B2 - Heat dissipation wiring board - Google Patents
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Description

本発明は大電流に対応できる放熱性配線基板に関するものである。 The present invention relates to a heat dissipating wiring board capable of handling a large current.

近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、モジュール部品の高密度、高機能化が一層要求されている。そのため、モジュール部品の小型化、高機能化、高密度実装化により、モジュール部品の温度上昇が大きな問題となり、このモジュール部品の放熱を高める方法が重要となっている。以下、発熱が課題となるモジュール部品として複数個のLEDチップを用いた発光素子を例にして説明する。   In recent years, with the demand for higher performance and smaller size of electronic equipment, higher density and higher functionality of module parts are further demanded. For this reason, a rise in the temperature of the module component becomes a major problem due to the downsizing, high functionality, and high density mounting of the module component, and a method for increasing the heat radiation of the module component is important. Hereinafter, a light-emitting element using a plurality of LED chips as a module component that generates heat will be described as an example.

モジュール部品の中でもLEDチップは温度が上がりすぎると発熱量が減少するという特性があり、発光量を上げるためには放熱が不可欠である。LEDチップの放熱を高める技術として、LEDチップを金属基板に装着し、LEDチップの背面から熱を拡散する方法が知られている。   Among the module components, the LED chip has a characteristic that the amount of heat generation decreases when the temperature rises too much, and heat dissipation is indispensable for increasing the amount of light emission. As a technique for increasing the heat dissipation of the LED chip, a method of attaching the LED chip to a metal substrate and diffusing heat from the back surface of the LED chip is known.

図10は、従来の放熱性配線基板の一例を示す斜視図である。図10において、リードフレーム200は、樹脂204の中に埋め込まれている。そして、この上にLEDチップ206等が実装されることになる。ここでLEDチップ206の放熱は、樹脂204を介して放熱板208に伝わる。こうして放熱は、リードフレーム200や放熱板208を介して行われることになる(例えば、特許文献1参照)。   FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional heat dissipation wiring board. In FIG. 10, the lead frame 200 is embedded in a resin 204. And LED chip 206 grade | etc., Will be mounted on this. Here, the heat dissipation of the LED chip 206 is transmitted to the heat dissipation plate 208 via the resin 204. In this way, the heat is radiated through the lead frame 200 and the heat radiating plate 208 (see, for example, Patent Document 1).

ここで、LEDチップ206を多数個実装して駆動する場合、例えば30〜150Aといった大電流が要求される。こうした大電流に対応するには、リードフレーム200の厚み(断面積)を大きくする必要があり、結果的にリードフレーム200の高肉厚化が必要となる。しかしリードフレーム200を厚くした場合、リードフレーム200をより微細な配線形状にプレス加工することが難しくなる。具体的にはリードフレーム200をプレス加工する際、その微細化は、肉厚程度が限界であり、肉厚0.50mmでパターン幅を0.10mm、0.20mmといった微細化を行うことは極めて難しい。そして、一般的なプリント配線回路のようなパターン幅を0.2mmあるいは0.1mmとするためにはリードフレーム200の厚みを0.2mmあるいは0.1mmと薄くする必要がある。しかしながら、前記のような厚みでは、放熱の観点からLEDチップ206を駆動するための大電流に対応することができない。   Here, when a large number of LED chips 206 are mounted and driven, a large current of, for example, 30 to 150 A is required. In order to cope with such a large current, it is necessary to increase the thickness (cross-sectional area) of the lead frame 200, and as a result, it is necessary to increase the thickness of the lead frame 200. However, when the lead frame 200 is thickened, it becomes difficult to press the lead frame 200 into a finer wiring shape. Specifically, when the lead frame 200 is pressed, the thickness is limited only by the thickness, and it is extremely difficult to reduce the thickness to 0.50 mm and the pattern width to 0.10 mm and 0.20 mm. difficult. In order to set the pattern width to 0.2 mm or 0.1 mm as in a general printed wiring circuit, it is necessary to reduce the thickness of the lead frame 200 to 0.2 mm or 0.1 mm. However, the thickness as described above cannot cope with a large current for driving the LED chip 206 from the viewpoint of heat dissipation.

さらに、ユーザー側からは、LEDチップ206に対して高度な制御回路を有して用途に応じた発光状態を実現したいというニーズがある。こうした場合、LEDチップ206の近傍にLEDチップ206の制御回路および制御用半導体を実装する必要がある。しかし、従来の高放熱基板では、リードフレーム200から構成された回路パターンは、大電流対応の疎なパターンであり、制御回路および制御用半導体を実装する密なパターンを形成できなかった。そのためLEDチップ206の周辺回路を同じ基板の上に表面実装することができず、他の基板に別途実装されていた。   Furthermore, there is a need from the user side to have an advanced control circuit for the LED chip 206 to realize a light emission state according to the application. In such a case, it is necessary to mount a control circuit and a control semiconductor for the LED chip 206 in the vicinity of the LED chip 206. However, in the conventional high heat dissipation substrate, the circuit pattern composed of the lead frame 200 is a sparse pattern corresponding to a large current, and a dense pattern for mounting the control circuit and the control semiconductor cannot be formed. Therefore, the peripheral circuit of the LED chip 206 cannot be surface-mounted on the same substrate, and is separately mounted on another substrate.

最近、ニーズの多い各種バックライトや照明用のLED発光素子の場合、複数個のLEDチップ206が配列されてなるアレイ状のLEDチップ206を電子回路によって高度に制御する必要があり、低コスト化、コンパクト化の面から、大電流と放熱が要求されるLEDチップ206等の大きな発熱を伴う半導体電子部品と、一般回路部品を同一基板に実装することができる放熱性配線基板が望まれていた。
特開2001−57408号公報
In recent years, in the case of various backlights and LED light emitting elements for illumination, it is necessary to highly control an array-shaped LED chip 206 in which a plurality of LED chips 206 are arranged by an electronic circuit, thereby reducing costs. In view of downsizing, there has been a demand for a heat dissipating wiring board capable of mounting semiconductor electronic components with large heat generation such as LED chip 206 and the like, which require large current and heat dissipation, and general circuit components on the same substrate. .
JP 2001-57408 A

しかしながら、前記従来の構成では、複数個のLEDチップ206を駆動するためには10A(Aはアンペア)以上の大電流が必要であり、更にこの大電流から発生する熱を放熱するためにリードフレーム200の更なる高肉厚化が進められた。その結果、リードフレーム200のパターンが疎となり、LEDチップ206の駆動用の制御回路および制御用半導体を同じ基板上に実装することが難しいという問題点を有していた。   However, in the conventional configuration, a large current of 10 A (A is ampere) or more is required to drive the plurality of LED chips 206, and a lead frame is used to dissipate heat generated from the large current. A further increase in thickness of 200 was promoted. As a result, the pattern of the lead frame 200 becomes sparse, and it is difficult to mount the control circuit for driving the LED chip 206 and the control semiconductor on the same substrate.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大電流対応と高放熱性化を進めるとともに、制御回路および制御用半導体デバイスを同じ基板上に実装可能な放熱性配線基板を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a heat dissipation wiring board capable of mounting a control circuit and a semiconductor device for control on the same substrate while promoting a large current and increasing heat dissipation. Objective.

前記従来の課題を解決するために、本発明は、回路パターンの一部の肉厚を他の部分よりも薄くした微細回路パターンを設け、この微細回路パターンの下部に無機絶縁体を当接したものである。   In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a fine circuit pattern in which a part of the thickness of the circuit pattern is thinner than the other part, and an inorganic insulator is in contact with the lower part of the fine circuit pattern. Is.

本発明の放熱性配線基板は、LEDチップ等の大電流と放熱性が要求される部分には肉厚部を適用し、制御回路および制御用半導体を高密度に表面実装することが要求される部分には肉薄部を適用することとなる。この結果、例えば数10A以上の大電流を流すことは肉厚部分で対応でき、またその肉厚を利用してLEDチップを効率的に冷却できる。更に肉薄部を利用してLEDチップ等を制御する半導体部品等をLEDチップ等の近傍に高密度実装できる生産性に優れた放熱性配線基板を実現することができる。 The heat dissipating wiring board of the present invention is required to apply a thick portion to a portion where a large current and heat dissipation are required, such as an LED chip, and to mount the control circuit and the control semiconductor at high density. A thin part will be applied to the part. As a result, for example, flowing a large current of several tens of amperes or more can be dealt with in the thick portion, and the LED chip can be efficiently cooled using the thickness. Furthermore, it is possible to realize a heat dissipating wiring board excellent in productivity capable of high-density mounting of semiconductor parts and the like for controlling the LED chip and the like by utilizing the thin portion in the vicinity of the LED chip and the like.

(実施の形態1)
□以下、本発明の実施の形態1における放熱性配線基板およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
□ Hereinafter, a heat dissipating wiring board and a manufacturing method thereof according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態1における放熱性配線基板の斜視図であり、図2は一部切り欠き断面斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of a heat-radiating wiring board according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a partially cutaway sectional perspective view.

図1および図2において、100は回路パターンとして用いた異厚リードフレーム、102はLEDチップ、104は制御用IC、106はチップ部品、108はコンポジット熱伝導性樹脂層、および110は放熱板である。そして、異厚リードフレーム100の幅が広く、厚みの厚い領域を回路パターン112とし、幅が狭く、厚みの薄い領域を微細回路パターン114として設計している。その回路パターン112の上には、LEDチップ102のような高発熱、大電流素子を実装し、LEDチップ102を制御する制御用IC104とチップ部品106は微細回路パターン114の上に実装する(前記回路パターン112と微細回路パターン114の説明は後述する。)。   1 and 2, 100 is a different thickness lead frame used as a circuit pattern, 102 is an LED chip, 104 is a control IC, 106 is a chip component, 108 is a composite thermally conductive resin layer, and 110 is a heat sink. is there. The wide and thick region of the different thickness lead frame 100 is designed as a circuit pattern 112, and the narrow and thin region is designed as a fine circuit pattern 114. On the circuit pattern 112, a high heat generation and large current element such as the LED chip 102 is mounted, and the control IC 104 and the chip component 106 for controlling the LED chip 102 are mounted on the fine circuit pattern 114 (see above). The circuit pattern 112 and the fine circuit pattern 114 will be described later.)

そして、回路パターン112と微細回路パターン114からなる異厚リードフレーム100は、コンポジット熱伝導性樹脂層108を介して、放熱板110と一体化されている。なお、LEDチップ102や制御用IC104等の実装用の端子電極は、図示していない。また、LEDチップ102や制御用IC104等を表面実装することで、より緻密化できることはいうまでもない。   The different thickness lead frame 100 including the circuit pattern 112 and the fine circuit pattern 114 is integrated with the heat sink 110 via the composite heat conductive resin layer 108. Note that terminal electrodes for mounting such as the LED chip 102 and the control IC 104 are not shown. It goes without saying that the LED chip 102, the control IC 104, and the like can be further densified by surface mounting.

また、異厚リードフレーム100は、コンポジット熱伝導性樹脂層108と同一平面を形成するように埋め込まれており、銅またはアルミニウムなどからなる熱伝導性に優れた放熱板110と一体化している。   The different thickness lead frame 100 is embedded so as to form the same plane as the composite thermally conductive resin layer 108, and is integrated with a heat radiating plate 110 made of copper, aluminum or the like and having excellent thermal conductivity.

次に、図3および図4を用いて更に詳しく説明する。図3は本実施の形態1における放熱性配線基板の要部拡大平面図であり、図4は要部拡大断面図である。図3および図4において、112は異厚リードフレーム100を構成する肉厚部からなる回路パターン、114は肉薄部からなる微細回路パターン、116は樹脂、118はフィラー、120は無機絶縁体である。   Next, it will be described in more detail with reference to FIG. 3 and FIG. 3 is an enlarged plan view of the main part of the heat-radiating wiring board according to the first embodiment, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part. In FIGS. 3 and 4, 112 is a circuit pattern made up of thick parts constituting the lead frame 100 with different thickness, 114 is a fine circuit pattern made up of thin parts, 116 is a resin, 118 is a filler, and 120 is an inorganic insulator. .

そして、この微細回路パターン114は切断部124によって絶縁され、この絶縁された微細回路パターン114を跨ぐように制御用半導体部品などを実装することができる。この切断部124は、異厚リードフレーム100、コンポジット熱伝導性樹脂層108および放熱板110を一体化した後、レーザー加工あるいはワイヤー放電加工などによって所定の箇所に容易に形成することができることから効率良く高精度な放熱性配線基板を作製することができる。そして、切断した微細回路パターン114の一部にはんだ実装できる端子部などを形成し、その上に制御回路を構成する各種電子部品を実装することによって実装性と放熱性に優れた放熱性配線基板を実現することができる。   The fine circuit pattern 114 is insulated by the cutting portion 124, and a control semiconductor component or the like can be mounted so as to straddle the insulated fine circuit pattern 114. The cutting portion 124 can be easily formed at a predetermined location by laser processing or wire electric discharge processing after the different thickness lead frame 100, the composite heat conductive resin layer 108 and the heat sink 110 are integrated. A good and highly accurate heat dissipating wiring board can be manufactured. Then, by forming a terminal portion that can be solder-mounted on a part of the cut fine circuit pattern 114 and mounting various electronic components constituting the control circuit thereon, a heat dissipating wiring board excellent in mountability and heat dissipation Can be realized.

このとき、微細回路パターン114の下面に無機絶縁体120を配置しておくことによってレーザー加工あるいはワイヤー放電加工の加工ダメージが無機絶縁体120で抑制できるとともに、無機絶縁体120の熱伝導性をコンポジット熱伝導性樹脂層108の熱伝導性よりも高いセラミック材料を用いることによって、より熱伝導性に優れた放熱性配線基板を実現することができる。従って、この無機絶縁体120は熱伝導性、耐熱性および絶縁性に優れた材料が好ましく、入手性とコストの観点からセラミック材料が好ましい。そして、特にセラミックをAl23、MgO、BN、AlNの中から少なくとも1種類以上を含有するセラミック材料が好ましい。これらの材料は熱伝導性、耐熱性および絶縁性において優れた特性を有しており、放熱性に優れた小型の放熱性配線基板を実現することができる。 At this time, by disposing the inorganic insulator 120 on the lower surface of the fine circuit pattern 114, processing damage of laser processing or wire electric discharge processing can be suppressed by the inorganic insulator 120, and the thermal conductivity of the inorganic insulator 120 is composited. By using a ceramic material having a higher thermal conductivity than that of the thermal conductive resin layer 108, a heat dissipating wiring board having a higher thermal conductivity can be realized. Therefore, the inorganic insulator 120 is preferably a material excellent in thermal conductivity, heat resistance and insulation, and a ceramic material is preferable from the viewpoint of availability and cost. In particular, a ceramic material containing at least one kind of ceramic among Al 2 O 3 , MgO, BN, and AlN is preferable. These materials have excellent characteristics in thermal conductivity, heat resistance, and insulation, and can realize a small heat dissipation wiring board excellent in heat dissipation.

また、この無機絶縁体120の断面形状を多角形とすることにより微細回路パターン114の下面に多角形の一面を配置することにより微細回路パターン114をレーザー加工によって切断するときには切断幅に寸法的な余裕を持たせることができることから効率良く切断することができる。そして、より好ましくは矩形状あるいは板状のセラミック基板を用いることが好ましい。   In addition, by making the cross-sectional shape of the inorganic insulator 120 polygonal and disposing one surface of the polygon on the lower surface of the fine circuit pattern 114, when the fine circuit pattern 114 is cut by laser processing, the cutting width is dimensional. Since a margin can be provided, cutting can be performed efficiently. It is more preferable to use a rectangular or plate-shaped ceramic substrate.

また、無機絶縁体120を微細回路パターン114の電極幅よりも大きくすることによって微細回路パターン114を幅方向にレーザー加工によって切断するとき、レーザー加工のスタート点と終了点とを前記無機絶縁体120の面上に設定することができることからコンポジット熱伝導性樹脂層108へのダメージを抑制することができる。   Also, when the fine circuit pattern 114 is cut by laser processing in the width direction by making the inorganic insulator 120 larger than the electrode width of the fine circuit pattern 114, the start point and end point of laser processing are set as the inorganic insulator 120. Therefore, damage to the composite heat conductive resin layer 108 can be suppressed.

また、図4に示したように微細回路パターン114と無機絶縁体120の総厚を回路パターン112の厚み以下とすることにより厚みの薄い生産性に優れた放熱性配線基板を実現することができる。   Also, as shown in FIG. 4, by making the total thickness of the fine circuit pattern 114 and the inorganic insulator 120 equal to or less than the thickness of the circuit pattern 112, a thin heat dissipation wiring board with excellent productivity can be realized. .

さらに、図5は別の例の放熱性配線基板の断面図であり、前記無機絶縁体120の断面形状を曲面形状とすることにより微細回路パターン114の形成領域を小さくすることができるとともに、厚みのある回路パターン112への伝導効率を高めることができる。   Further, FIG. 5 is a cross-sectional view of another example of the heat dissipating wiring board. By forming the cross-sectional shape of the inorganic insulator 120 into a curved shape, the formation area of the fine circuit pattern 114 can be reduced and the thickness can be reduced. The efficiency of conduction to a certain circuit pattern 112 can be increased.

また、図6はさらに別の例の放熱性配線基板の断面図であり、微細回路パターン114と無機絶縁体120の総厚を回路パターン112の厚み以上とすることにより絶縁性能の高い放熱性配線基板を実現することができる。   FIG. 6 is a cross-sectional view of yet another example of a heat dissipating wiring board. By making the total thickness of the fine circuit pattern 114 and the inorganic insulator 120 equal to or greater than the thickness of the circuit pattern 112, heat dissipating wiring having high insulation performance A substrate can be realized.

このように、微細回路パターン114と放熱板110とを無機絶縁体120を介して当接することにより、より熱伝導性に優れた放熱性配線基板を実現できる。   As described above, by bringing the fine circuit pattern 114 and the heat radiating plate 110 into contact with each other via the inorganic insulator 120, it is possible to realize a heat radiating wiring board having more excellent thermal conductivity.

次に、コンポジット熱伝導性樹脂層108は、フィラー118と樹脂116から構成しており、このフィラー118としては、無機フィラーが望ましい。無機フィラーとしては、Al23、MgO、BN、AlNおよびSiCから選ばれる少なくとも一つを含むことが望ましい。この無機フィラーを用いるとコンポジット熱伝導性樹脂層108の放熱性を高めることができる。 Next, the composite thermally conductive resin layer 108 is composed of a filler 118 and a resin 116, and the filler 118 is preferably an inorganic filler. The inorganic filler preferably contains at least one selected from Al 2 O 3 , MgO, BN, AlN and SiC. When this inorganic filler is used, the heat dissipation of the composite thermally conductive resin layer 108 can be enhanced.

また、MgOを用いると線熱膨張係数を大きくすることも可能であり、反対にBNを用いると線熱膨張係数を小さくすることが可能となり、モジュールの設計によって適宜選択することによって使用材料の最適設計が可能となる。   In addition, it is possible to increase the linear thermal expansion coefficient when MgO is used, and conversely, it is possible to reduce the linear thermal expansion coefficient when BN is used. Design becomes possible.

次に、異厚リードフレーム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ともに優れているためである。さらに、異厚リードフレーム100となる銅素材に銅以外の添加剤を加えることが望ましい。例えばCu+Snの銅素材を用いることができる。Snの場合、例えばSnを0.1〜0.15wt%添加することで、銅素材の軟化温度を400℃まで高められる。比較のためSn無しの銅(Cu>99.96wt%)を用いて異厚リードフレーム100を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった放熱性配線基板において特に微細回路パターン114(更に微細回路パターン114と回路パターン112の接続部分)で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、LEDチップ102の実装後の信頼性評価において変形する可能性があることが予想された。   Next, the material of the different thickness lead frame 100 is preferably made mainly of copper. This is because copper is excellent in both thermal conductivity and conductivity. Furthermore, it is desirable to add an additive other than copper to the copper material used for the different thickness lead frame 100. For example, a Cu + Sn copper material can be used. In the case of Sn, for example, the softening temperature of the copper material can be increased to 400 ° C. by adding 0.1 to 0.15 wt% of Sn. For comparison, a lead frame 100 having a different thickness was produced using copper with no Sn (Cu> 99.96 wt%), and the electrical conductivity was low. In some cases, distortion occurs at the connection portion between the pattern 114 and the circuit pattern 112. As a result of detailed examination, the softening point of the material was as low as about 200 ° C., and it was predicted that there was a possibility of deformation in the reliability evaluation after mounting the LED chip 102 when mounting the components later.

一方、Cu+Sn>99.96wt%の銅素材を用いた場合、部品実装やLEDチップ102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、0.015〜0.15wt%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0.1〜5wt%、Siは0.01〜2wt%、Znは0.1〜5wt%、Pは0.005〜0.1wt%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。   On the other hand, when a copper material with Cu + Sn> 99.96 wt% was used, it was not particularly affected by component mounting or heat generation by the LED chip 102. There was no effect on solderability and die bondability. Therefore, when the softening point of this material was measured, it was found to be 400 ° C. Thus, it is desirable to add some elements mainly composed of copper. In the case of Zr as an element to be added to copper, a range of 0.015 to 0.15 wt% is desirable. When the amount added is less than 0.015 wt%, the effect of increasing the softening temperature may be small. On the other hand, if the amount added is more than 0.15 wt%, the electrical characteristics may be affected. Also, the softening temperature can be increased by adding Ni, Si, Zn, P or the like. In this case, it is desirable that Ni is 0.1 to 5 wt%, Si is 0.01 to 2 wt%, Zn is 0.1 to 5 wt%, and P is 0.005 to 0.1 wt%. And these elements can make the softening point of a copper raw material high by adding single or multiple in this range.

なお、添加量が少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合があり、多い場合には、導電率への影響の可能性がある。   In addition, when there is little addition amount, the softening point raise effect may be low, and when large, there exists a possibility of having an influence on electrical conductivity.

同様に、Feの場合では0.1〜5wt%、Crの場合では0.05〜1wt%の添加が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。   Similarly, it is desirable to add 0.1 to 5 wt% in the case of Fe and 0.05 to 1 wt% in the case of Cr. These elements are the same as those described above.

なお、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を超える場合、異厚リードフレーム100の加工性に影響を与える場合がある。引張り強度が600N/mm2以下の材料は、Cuの含有率が高く、導電率が低く、柔らかいために加工性にも優れており、本実施の形態1で用いるようなLEDチップ102等の大電流用途に適切である。 The tensile strength of the copper alloy is desirably 600 N / mm 2 or less. When the tensile strength exceeds 600 N / mm 2 , the workability of the different thickness lead frame 100 may be affected. A material having a tensile strength of 600 N / mm 2 or less has a high Cu content, a low electrical conductivity, and is soft, so that it is excellent in workability. Thus, a material such as the LED chip 102 used in the first embodiment is large. Suitable for current applications.

なお、異厚リードフレーム100のコンポジット熱伝導性樹脂層108の同一平面に表出している面(LEDチップ102や制御用IC104、チップ部品106を実装する面)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、異厚リードフレーム100への部品実装性を高められるとともに、配線の錆び防止が可能となる。そして、コンポジット熱伝導性樹脂層108に接する面(埋設した面)には、半田層は形成しないことが望ましい。このようにコンポジット熱伝導性樹脂層108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、異厚リードフレーム100とコンポジット熱伝導性樹脂層108の接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。   Note that solderability is improved in advance on the surface (the surface on which the LED chip 102, the control IC 104, and the chip component 106 are mounted) exposed on the same plane of the composite thermally conductive resin layer 108 of the different thickness lead frame 100. By forming the solder layer and the tin layer in this manner, it is possible to improve the component mounting property to the different thickness lead frame 100 and to prevent the wiring from being rusted. And it is desirable not to form a solder layer on the surface (embedded surface) in contact with the composite thermally conductive resin layer 108. When a solder layer or a tin layer is formed on the surface in contact with the composite heat conductive resin layer 108 in this way, this layer becomes soft during soldering, and the adhesiveness (or the composite heat conductive resin layer 108 with the different thickness lead frame 100) (or (Bond strength) may be affected.

また、フィラー118は略球形状で、その直径は0.1〜100μmとしており、粒径が小さいほど樹脂116への充填率を向上できる。そのためコンポジット熱伝導性樹脂層108におけるフィラー118の充填量(もしくは含有率)は、熱伝導率の観点から70〜95重量%と高濃度に充填している。本実施の形態1では、フィラー118として、平均粒径3μmと12μmの二種類のAl23粉を混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のAl23粉を用いることによって、大きな粒径のAl23粉の隙間に小さな粒径のAl23粉を充填できるので、Al23粉を90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。 The filler 118 is substantially spherical and has a diameter of 0.1 to 100 μm. The smaller the particle size, the better the filling rate into the resin 116. Therefore, the filling amount (or content rate) of the filler 118 in the composite thermally conductive resin layer 108 is filled at a high concentration of 70 to 95% by weight from the viewpoint of thermal conductivity. In the first embodiment, the filler 118 is a mixture of two types of Al 2 O 3 powder having an average particle size of 3 μm and 12 μm. By using this large and small two types of Al 2 O 3 powder particle size, it is possible to fill the Al 2 O 3 powder small particle size in the gap Al 2 O 3 powder particle size larger, the Al 2 O 3 powder It can be filled at a high concentration up to nearly 90% by weight.

この結果、コンポジット熱伝導性樹脂層108の熱伝導率は5W/mK程度となる。このフィラー118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あり、フィラー118の充填率(もしくは含有率)が95重量%を超えると、硬化前のコンポジット熱伝導性樹脂層108の成型性に影響を与える場合がある。このように、コンポジット熱伝導性樹脂層108と異厚リードフレーム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、微細回路パターン114に形成された微細な配線部分への回り込みに影響を与える可能性がある。   As a result, the thermal conductivity of the composite thermal conductive resin layer 108 is about 5 W / mK. When the filling rate of the filler 118 is less than 70% by weight, the thermal conductivity may decrease, and when the filling rate (or content) of the filler 118 exceeds 95% by weight, the composite thermal conductive resin before curing. The moldability of the layer 108 may be affected. In this way, the adhesiveness between the composite thermal conductive resin layer 108 and the different thickness lead frame 100 (for example, when embedded or pasted on the surface thereof) is affected, and the fine circuit pattern 114 formed on the fine circuit pattern 114 is affected. There is a possibility of affecting the wraparound to the wiring part.

そして、コンポジット熱伝導性樹脂層108に用いる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種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は接合性、耐熱性および電気絶縁性に優れている。   The thermosetting insulating resin used for the composite thermally conductive resin layer 108 includes at least one kind of resin among epoxy resin, phenol resin, and cyanate resin. These resins are excellent in bondability, heat resistance and electrical insulation.

また、コンポジット熱伝導性樹脂層108からなる絶縁体の厚さは、薄くすれば、異厚リードフレーム100に装着したLEDチップ102に生じる熱を放熱板110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に設定すれば良い。   Further, if the thickness of the insulator made of the composite heat conductive resin layer 108 is reduced, heat generated in the LED chip 102 mounted on the different thickness lead frame 100 can be easily transmitted to the heat sink 110, but conversely, the withstand voltage is reduced. If the thickness is too large, the thermal resistance increases. Therefore, the optimum thickness may be set in consideration of the withstand voltage and the thermal resistance.

次に、金属製の放熱板110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。本実施の形態1では、放熱板110の厚みを1mmとしている。また、放熱板110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、コンポジット熱伝導性樹脂層108を積層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を形成しても良い。   Next, the heat sink 110 made of metal is made of aluminum, copper, or an alloy containing them as a main component, which has good thermal conductivity. In the first embodiment, the thickness of the heat radiating plate 110 is 1 mm. Further, the heat radiating plate 110 is not only a plate-like one, but in order to further increase the heat radiating property, in order to increase the surface area on the surface opposite to the surface on which the composite heat conductive resin layer 108 is laminated, May be formed.

また、放熱性配線基板の線膨張係数は8×10-6/℃〜20×10-6/℃としており、放熱板110やLEDチップ102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。また各種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。 Further, the linear expansion coefficient of the heat dissipating wiring board is set to 8 × 10 −6 / ° C. to 20 × 10 −6 / ° C. By bringing it closer to the linear expansion coefficient of the heat sink 110 and the LED chip 102, Distortion can be reduced. In addition, when various parts are surface-mounted, matching the thermal expansion coefficients with each other is also important in terms of reliability.

また、異厚リードフレーム100の回路パターン112の厚みは0.3〜1.0mm(更に望ましくは0.4〜0.8mm)が望ましい。これはLEDチップ102を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チップ102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。   The thickness of the circuit pattern 112 of the different thickness lead frame 100 is preferably 0.3 to 1.0 mm (more preferably 0.4 to 0.8 mm). This is because a large current (for example, 30 A to 150 A, which may be further increased depending on the number of LED chips 102 to be driven) is required to control the LED chip 102.

また、異厚リードフレーム100の微細回路パターン114の厚みは0.05〜0.25mmが望ましい。微細回路パターン114の厚みが0.05mm未満の場合、プレスが難しくなる場合がある。また微細回路パターン114の厚みが0.25mmを超えると、レーザー加工または放電加工による微細回路パターン114の切断加工に影響を及ぼす。   Further, the thickness of the fine circuit pattern 114 of the different thickness lead frame 100 is desirably 0.05 to 0.25 mm. When the thickness of the fine circuit pattern 114 is less than 0.05 mm, pressing may be difficult. Further, if the thickness of the fine circuit pattern 114 exceeds 0.25 mm, the cutting process of the fine circuit pattern 114 by laser machining or electric discharge machining is affected.

さらに、異厚リードフレーム100は、回路パターン112と微細回路パターン114の厚み差が0.1〜0.7mmであることが加工性、電流容量の観点から好ましい。この厚み差が0.1mm未満の場合、厚みを変えている効果が得られない場合がある。また厚み差が0.7mmを超えると、一枚の金属板を塑性変形させる際、その加工精度に影響を受ける可能性がある。   Further, in the different thickness lead frame 100, the thickness difference between the circuit pattern 112 and the fine circuit pattern 114 is preferably 0.1 to 0.7 mm from the viewpoint of workability and current capacity. When this thickness difference is less than 0.1 mm, the effect of changing the thickness may not be obtained. On the other hand, if the thickness difference exceeds 0.7 mm, the processing accuracy may be affected when a single metal plate is plastically deformed.

このようにして、例えば回路パターン112を0.5mm厚、微細回路パターン114を0.2mmとした場合、回路パターン112はパターン幅0.5mmで、微細回路パターン114はパターン幅0.2mmを加工することができる。   Thus, for example, when the circuit pattern 112 has a thickness of 0.5 mm and the fine circuit pattern 114 has a thickness of 0.2 mm, the circuit pattern 112 has a pattern width of 0.5 mm and the fine circuit pattern 114 has a pattern width of 0.2 mm. can do.

このようにして、LEDチップ102のような発熱部は回路パターン112に実装することで、例えば100Aのような大電流に対応でき、更にその発熱面も回路パターン112を、更にコンポジット熱伝導性樹脂層108や放熱板110を介して放熱できる。そして、そのLEDチップ102の制御用IC104やチップ部品106等は、その近傍に配置した微細回路パターン114に実装することにより放熱性に優れた小型の放熱性配線基板を実現することができる。   Thus, by mounting the heat generating part such as the LED chip 102 on the circuit pattern 112, it is possible to cope with a large current such as 100A, and the heat generating surface also has the circuit pattern 112 and further the composite heat conductive resin. Heat can be radiated through the layer 108 and the heat sink 110. Then, the control IC 104, the chip component 106, and the like of the LED chip 102 are mounted on the fine circuit pattern 114 disposed in the vicinity thereof, thereby realizing a small heat dissipation wiring board having excellent heat dissipation.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における放熱性配線基板の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the manufacturing method of the heat dissipation wiring board in Embodiment 2 of this invention is demonstrated, referring drawings.

図7(a)〜図7(d)は本発明の実施の形態2における放熱性配線基板の製造方法を説明するための工程断面図である。   7 (a) to 7 (d) are process cross-sectional views for explaining the manufacturing method of the heat dissipating wiring board in the second embodiment of the present invention.

始めに、図7(a)に示すようにリードフレーム用の所定の形状に打ち抜き加工あるいはエッチング加工によって作製した銅板を準備し、このパターン化された銅板の一部にプレスなどを用いて純度96%のアルミナ基板からなる無機絶縁体120を銅板に積層して所定形状に加圧して銅板を塑性変形させて無機絶縁体120を銅板の一部に埋設して回路パターン112と微細回路パターン114からなる異厚リードフレーム100を作製する。   First, as shown in FIG. 7A, a copper plate prepared by punching or etching into a predetermined shape for a lead frame is prepared, and a purity of 96 is used by using a press or the like on a part of the patterned copper plate. From the circuit pattern 112 and the fine circuit pattern 114, the inorganic insulator 120 made of an alumina substrate is laminated on a copper plate and pressed into a predetermined shape to plastically deform the copper plate to embed the inorganic insulator 120 in a part of the copper plate. A different thickness lead frame 100 is produced.

次に、図7(b)に示すように前記異厚リードフレーム100と、実施の形態1で用いたコンポジット熱伝導性樹脂層108と、銅板からなる放熱板110を位置合わせして積層する。そして、これらの積層体を加熱および加圧しながら150℃でエポキシ樹脂を熱硬化させることによって一体化接合する図7(c)参照)。このとき、コンポジット熱伝導性樹脂層108は異厚リードフレーム100の一面のみを表出するように充填される。従って異厚リードフレーム100の存在しない隙間の領域ではコンポジット熱伝導性樹脂層108が表出するように一体化接合している。このような構成とすることによって熱伝導性をより高めることができる。   Next, as shown in FIG. 7B, the different thickness lead frame 100, the composite thermally conductive resin layer 108 used in the first embodiment, and the heat radiating plate 110 made of a copper plate are aligned and laminated. Then, these laminates are integrally joined by heating and pressing the epoxy resin at 150 ° C. while being heated and pressed (see FIG. 7C). At this time, the composite thermally conductive resin layer 108 is filled so as to expose only one surface of the different thickness lead frame 100. Therefore, in the gap region where the different thickness lead frame 100 does not exist, the composite heat conductive resin layer 108 is integrally bonded so as to be exposed. By setting it as such a structure, heat conductivity can be improved more.

そして、コンポジット熱伝導性樹脂層108を構成する樹脂を充填する場合、フィラー118と、エポキシ樹脂などの樹脂116からなるコンポジット熱伝導性樹脂層108用の樹脂として、熱硬化性樹脂を使うことができる。例えば、未硬化の熱硬化性樹脂を金型から取り出すに十分な硬さに硬化させるには120℃で10分以上の時間を有する。そこでこの時間を短縮して生産性を上げるためにプレゲル剤を混ぜる。プレゲル材は、熱可塑性樹脂パウダーであり、未硬化の熱硬化性の絶縁樹脂の液状成分を吸収して膨張し、未硬化の絶縁樹脂がゲルとなるように作用する働きをする。このプレゲル剤は120℃の温度では1分程度で作用し、金型から取り出すに十分な硬さにすることができるため生産性を上げることができる。   When the resin constituting the composite heat conductive resin layer 108 is filled, a thermosetting resin can be used as the resin for the composite heat conductive resin layer 108 made of the filler 118 and the resin 116 such as an epoxy resin. it can. For example, it takes 10 minutes or more at 120 ° C. to cure the uncured thermosetting resin to a hardness sufficient to take it out of the mold. Therefore, in order to shorten this time and increase productivity, a pregel agent is mixed. The pregel material is a thermoplastic resin powder, and functions to act by absorbing the liquid component of the uncured thermosetting insulating resin and expanding the uncured insulating resin into a gel. This pregel agent acts at a temperature of 120 ° C. for about 1 minute, and can be made sufficiently hard to be taken out from the mold, so that productivity can be increased.

次に、図7(d)に示すようにレーザー加工機を用いて微細回路パターン114の一部を切断加工することによって切断部124を形成する。これによって、分離された微細回路パターン114を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 7D, a cut portion 124 is formed by cutting a part of the fine circuit pattern 114 using a laser processing machine. Thereby, the separated fine circuit pattern 114 can be formed.

なお、切断部124の加工面は清浄した後、絶縁性の観点から絶縁材料を充填しておくことが好ましい。あるいはレジストパターンを被覆しておくことも好ましい。   In addition, after the processed surface of the cutting part 124 is cleaned, it is preferable to fill with an insulating material from the viewpoint of insulation. Alternatively, it is also preferable to coat a resist pattern.

そして、この切断部124を形成することによって微細回路パターン114の上に切断部124を跨ぐように制御回路を構成する各種電子部品を実装することが可能であり、発熱素子であるLEDチップ102の近傍にその制御回路を配置することができ、小型の高効率の発光モジュールに適した放熱性配線基板およびその製造方法を提供することができる。   By forming the cut portion 124, it is possible to mount various electronic components constituting the control circuit on the fine circuit pattern 114 so as to straddle the cut portion 124. The LED chip 102, which is a heating element, can be mounted. The control circuit can be arranged in the vicinity, and a heat dissipating wiring board suitable for a small high-efficiency light-emitting module and a manufacturing method thereof can be provided.

(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3における放熱性配線基板への各種電子部品の最適実装の一例について、図面を用いて説明する。図8は、放熱性配線基板に部品を実装する例を説明するための斜視図である。図8において、128は大電流放熱部、130は信号回路部、132は制御部品、134はパワー部品であり、異厚リードフレーム100の回路パターン112は、大電流と放熱性に優れており、この部分が大電流放熱部128となり、LEDチップ102のようなパワー部品134を実装することが望ましい。一方、異厚リードフレーム100の微細回路パターン114は、細かく複雑な配線を形成できるため、信号回路部130として最適であり、制御部品132の実装に向いている。
(Embodiment 3)
Hereinafter, an example of optimal mounting of various electronic components on the heat dissipating wiring board according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a perspective view for explaining an example in which components are mounted on a heat-radiating wiring board. In FIG. 8, 128 is a large current radiating portion, 130 is a signal circuit portion, 132 is a control component, 134 is a power component, and the circuit pattern 112 of the different thickness lead frame 100 is excellent in large current and heat dissipation, This portion becomes the large current radiating portion 128, and it is desirable to mount a power component 134 such as the LED chip 102. On the other hand, the fine circuit pattern 114 of the different thickness lead frame 100 is suitable as the signal circuit unit 130 because it can form fine and complicated wiring, and is suitable for mounting the control component 132.

なお、異厚リードフレーム100の部品実装面にはニッケル下地の錫めっき処理を施している。そして、LEDチップ102等の放熱や大電流の要求されるパワー部品134を回路パターン112に、制御回路を構成する制御部品132を微細回路パターン114に実装することで、互いに回路を近づけることができ、コストダウンと小型化が可能となる。   Note that the component mounting surface of the different thickness lead frame 100 is subjected to tin plating with a nickel base. Then, by mounting the power component 134 that requires heat dissipation and large current such as the LED chip 102 on the circuit pattern 112 and the control component 132 constituting the control circuit on the fine circuit pattern 114, the circuits can be brought close to each other. Cost reduction and downsizing are possible.

(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4における放熱性配線基板の放熱性を高めた一例について、図面を用いて説明する。図9は本実施の形態4における放熱性配線基板を用いたモジュール部品の一例を示す斜視図である。図9において、本発明の特徴である大電流と高放熱が要求されるパワー素子と、一般の表面実装電子部品を同時に実装した一例であり、138はフィン、136は端子電極、140は別の部品である。
(Embodiment 4)
Hereinafter, an example in which the heat dissipation property of the heat dissipation wiring board in the fourth embodiment of the present invention is enhanced will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a perspective view showing an example of a module component using the heat dissipating wiring board according to the fourth embodiment. FIG. 9 shows an example in which a power element requiring high current and high heat dissipation, which is a feature of the present invention, and a general surface mount electronic component are simultaneously mounted. 138 is a fin, 136 is a terminal electrode, 140 is another It is a part.

まず、異厚リードフレーム100の一部を折り曲げて端子電極136とし、この部分に放熱用のフィン138等を取り付けることで、更に本発明の放熱性配線基板の放熱性を高めることができる。また、異厚リードフレーム100をコの字(もしくはブリッジ状)に形成することができる。このような形状とすることで、放熱性配線基板を他の回路基板の上に実装できるとともに、他の回路基板と放熱性配線基板との間に隙間を設けることができ、放熱性配線基板の熱を他の回路基板に伝えにくくできる。更に、この隙間に他の部品140を実装することもできる。なお、異厚リードフレーム100は、その断面が略四角形であることが望ましい。略四角形とすることで、限られた面積で最大の密度で大電流を流すことができる。   First, a part of the different thickness lead frame 100 is bent to form the terminal electrode 136, and a heat radiating fin 138 or the like is attached to this part to further improve the heat dissipation of the heat dissipation wiring board of the present invention. Further, the different thickness lead frame 100 can be formed in a U-shape (or a bridge shape). By adopting such a shape, the heat dissipation wiring board can be mounted on another circuit board, and a gap can be provided between the other circuit board and the heat dissipation wiring board. It is difficult to transfer heat to other circuit boards. Furthermore, another component 140 can be mounted in this gap. The different thickness lead frame 100 preferably has a substantially rectangular cross section. By using a substantially square shape, a large current can flow at a maximum density with a limited area.

そして、リードフレーム100の一部を張り出したパターンとし、この張り出したパターンの少なくとも片面に削りだし加工などを用いて放熱フィンを形成することで、放熱性と大電流化とファインパターン化を両立できる。   Then, by forming a part of the lead frame 100 as an overhanging pattern and forming a heat radiation fin on at least one surface of the overhanging pattern using a cutting process or the like, it is possible to achieve both heat dissipation, large current, and fine patterning. .

さらに、この張り出した端子の機能を有しているパターンを折り曲げて放熱性配線基板をマザー基板から浮かせて実装することで、放熱性と大電流化とファインパターン化と、実装性に優れたモジュール部品を実現することができる。   Furthermore, by bending the pattern that has the function of the overhanging terminal and mounting the heat-dissipating wiring board floating from the mother board, the module has excellent heat dissipation, large current, fine pattern, and excellent mountability. Parts can be realized.

以上のように、本発明の放熱性配線基板を用いることで、LEDチップ等の大電流で高放熱が必要とされるパワー素子と、それを駆動させるための制御回路および制御用半導体部品を同一基板上に隣接して実装できるモジュールが可能となり、製品の小型化、高性能化、低コスト化に貢献することができる。 As described above, by using the heat dissipating wiring board of the present invention, a power element such as an LED chip that requires high heat dissipation with a large current, and a control circuit and a control semiconductor component for driving the power element are the same. Modules that can be mounted adjacent to each other on a substrate are made possible, which can contribute to product miniaturization, high performance, and low cost.

本発明の実施の形態1における放熱性配線基板の斜視図The perspective view of the heat-radiating wiring board in Embodiment 1 of this invention 同一部切り欠き斜視図Same part cutaway perspective view 同要部拡大平面図The main part enlarged plan view 同要部拡大断面図Enlarged sectional view of the main part 同別の例の放熱性配線基板の要部拡大断面図Expanded cross-sectional view of the main part of the heat-radiating wiring board of another example 同他の例の要部拡大断面図The principal part expanded sectional view of the other example 本発明の実施の形態2における放熱性配線基板の製造方法を説明するための工程断面図Process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the heat dissipation wiring board in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における放熱性配線基板に部品を実装する例を説明するための斜視図The perspective view for demonstrating the example which mounts components in the heat dissipation wiring board in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4における放熱性配線基板を用いたモジュール部品の一例を示す斜視図The perspective view which shows an example of the module components using the heat dissipation wiring board in Embodiment 4 of this invention 従来の放熱性配線基板の一例を示す斜視図A perspective view showing an example of a conventional heat dissipation wiring board

符号の説明Explanation of symbols

100 異厚リードフレーム
102 LEDチップ
104 制御用IC
106 チップ部品
108 コンポジット熱伝導性樹脂層
110 放熱板
112 回路パターン
114 微細回路パターン
116 樹脂
118 フィラー
120 無機絶縁体
124 切断部
128 大電流放熱部
130 信号回路部
132 制御部品
134 パワー部品
136 端子電極
138 フィン
140 別の部品
100 different thickness lead frame 102 LED chip 104 control IC
106 Chip Parts 108 Composite Thermal Conductive Resin Layer 110 Heat Dissipation Plate 112 Circuit Pattern 114 Fine Circuit Pattern 116 Resin 118 Filler 120 Inorganic Insulator 124 Cutting Part 128 High Current Heat Dissipation Part 130 Signal Circuit Part 132 Control Part 134 Power Part 136 Terminal Electrode 138 Fin 140 different parts

Claims (1)

金属配線板からなる回路パターンと、フィラーを含むとともに絶縁性を有する熱伝導性樹脂層と、金属からなる放熱板とを積層・接合し、一面を前記熱伝導性樹脂層の同一平面上に表出するように回路パターンを熱伝導性樹脂層に埋設した放熱性配線基板であって、前記回路パターンの一部の肉厚を他の部分よりも薄くした微細回路パターンを設け、この微細回路パターンの下部に無機絶縁体を当接した放熱性配線基板。 A circuit pattern made of a metal wiring board, a thermally conductive resin layer containing a filler and having insulation properties, and a heat radiating plate made of metal are laminated and bonded, and one surface is displayed on the same plane of the thermally conductive resin layer. A heat dissipating wiring board in which a circuit pattern is embedded in a thermally conductive resin layer so as to come out, and a fine circuit pattern in which a part of the thickness of the circuit pattern is made thinner than the other part is provided. A heat-dissipating wiring board with an inorganic insulator in contact with the lower part.
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