熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造

【課題】熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造を提供する。
【解決手段】放熱基板１０と、絶縁層２０と、導体層４０とによって構成する。放熱基板の片側の平面には凹んでいる積載領域１１と突出している接続部１２を設ける。絶縁層は、放熱基板上で化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）を行い化合物を形成させてなるとともに、放熱基板の積載領域を被覆する。絶縁層は、放熱基板の接続部の位置に窓状の熱伝導領域を形成させる。熱伝導領域は、放熱基板の接続部に対応させて設ける。導体層は絶縁層上に設け、チップ５０を熱伝導領域に取り付け、導線６０で導体層と接続させる。それにより、チップの熱は、素早く熱伝導領域から放熱基板に伝わり放熱が行われ、しかも電子部品の電気伝導には影響を与えない。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造に関し、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）やその関連技術に適用される（ただし、それに限定されない）、チップオンボード用金属基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップオンボード用金属基板は、電子製品の最も基本的な部材である。しかしながら、科学技術が進歩するにつれて、チップオンボード用金属基板上に設けられたチップの機能も更に向上しているため、発熱量も次第に増えてきている。発光ダイオード（ＬＥＤ）を例にとると、照明用の白色発光ダイオードの発光効率が高くなるにつれ発熱量も増えるため、安全と電子部品の寿命を確保するために、その発散された熱エネルギーを素早く排出しなければならない。図８に示すように、従来のチップオンボード用金属基板は、最下層の放熱基板８０（一般的にはアルミ板）と、放熱基板８０の側面に圧着された絶縁層８１（一般的には酸化アルミニウム、略称ＡＡＯを用いる）とによって構成され、絶縁層８１上には導体層８２が設けられる。導体層８２は複数の層にすることができ、具体的な実施例を挙げると、導体層８２を第一基層８２１（例えば、金Ａｕ）、第二基層８２２（例えば、ニッケルＮｉ）、及び第三基層８２３（例えば、銅Ｃｕ）に分け、導体層８２上に発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ８３を設け、金線８４をボンディングし回路と接続させ、回路基板を形成させる。しかしながら、この種の構造には欠点があり、例えば、チップ８３から生じた熱エネルギー（矢印で図示）は、絶縁層８１を通過し、さらに金属の放熱基板８０に伝達されて放熱が行われるが、放熱速度が遅すぎる上、さらには、放熱基板８０がチップ８３と直接接触しておらず発熱源であるチップ８３を直接放熱することができないため、チップオンボード基板全体に多くの熱エネルギーが残留することになり、素早く排出することができない。
【０００３】
図９に示すように、図８とは別の従来のチップオンボード用金属基板は、アルミ基板９１と、絶縁層９０と、銅箔９２とを圧着してなる。アルミ基板９１は放熱の用途に用いられ、絶縁層９０は、一般的には有機化合物からなり絶縁の用途に用いられる。銅箔９２上にはチップなどの電子回路（図示せず）が設けられ、銅箔９２回路のチップが発熱した時、その熱は、一定の厚さをもつ絶縁層９０を通過し、アルミ基板９１に伝わって放熱が行われる。このため、放熱の効果は高くなく、従来の技術に良く見られる欠点となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造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】
【０００５】
本発明によるチップオンボード用金属基板は、放熱基板と、絶縁層と、導体層とによってなる。放熱基板の片側の平面には、凹んでいる積載領域と突出している接続部とを設ける。絶縁層は、放熱基板上で化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）して化合物を形成させてなるとともに、放熱基板の積載領域を被覆する。また、絶縁層は、放熱基板の接続部の位置に窓状の熱伝導領域を形成させる。熱伝導領域は、放熱基板の接続部に対応させて設けられる。導体層は絶縁層上に設ける。以上の構造により、さらにチップを熱伝導領域に取りつけ、導線で導体層と接続させることで、熱伝導と電気伝導を異なる経路で伝導させ、チップの熱を素早く熱伝導領域から直接放熱基板に伝えて放熱を行うことができ、しかも電子部品の電気伝導には影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明を使用した状態を示した説明図である。
【図２】本発明の一実施形態の構造を示した説明図（１）である。
【図３】本発明の一実施形態の構造を示した説明図（２）である。
【図４】本発明の一実施形態の構造を示した説明図（３）である。
【図５】本発明の一実施形態の構造を示した説明図（４）である。
【図６−１】本発明の製造フローを示した説明図（１）である。
【図６−２】本発明の製造フローを示した説明図（２）である。
【図６−３】本発明の製造フローを示した説明図（３）である。
【図６−４】本発明の製造フローを示した説明図（４）である。
【図６−５】本発明の製造フローを示した説明図（５）である。
【図６−６】本発明の製造フローを示した説明図（６）である。
【図６−７】本発明の製造フローを示した説明図（７）である。
【図７−１】本発明の製造フローの別の方法を示した説明図（１）である。
【図７−２】本発明の製造フローの別の方法を示した説明図（２）である。
【図８】従来のチップオンボード用金属基板を示した説明図である。
【図９】図８とは異なる従来のチップオンボード用金属基板を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１と図２を参照する。本発明のチップオンボード用金属基板は、放熱基板１０と、絶縁層２０と、導体層４０とによって構成され、放熱基板１０はアルミ基板であるのが好ましい。また、放熱基板１０の適切な位置には、凹んでいる積載領域１１と突出している接続部１２を設ける。
【０００８】
絶縁層２０は放熱基板１０の積載領域１１を被覆すろとともに、絶縁層２０は、放熱基板１０自体に化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）して化合物（例えば、酸化アルミニウムや、その他の気体から形成されるアルミニウム化合物）を形成させてなる。また、絶縁層２０は、放熱基板１０の接続部１２に窓状の熱伝導領域２１を形成させる。
【０００９】
熱伝導領域２１は、放熱基板１０の接続部１２に対応させて設けられ、実際の需要に応じて様々な形状にすることができる。以下に、熱伝導領域２１の形状の変化について、説明を行う。図３に示すように、熱伝導領域２１の形状は、複数（或いは単一）の長い棒状にすることも、図４に示すように、複数（或いは単一）の四角形（格子状）にもすることができる。この二つの形状は最もよく適用される形状であり、その他の形状（例えば幾何形状）にすることもできるが、ここでは記載を省略する。
【００１０】
図１、図２、図３、図４を参照する。熱伝導ペースト３０を熱伝導領域２１、２１ａ、２１ｂ上に塗布し、その上に、図１に示すようにチップ５０を取り付ける。
【００１１】
図１に示すように、導体層４０は絶縁層２０上に設ける。本発明を発光ダイオードに適用する際は、熱伝導領域２１に塗布された熱伝導ペースト３０の上に発光ダイオードチップ５０を取り付け、金線６０をボンディングして導体層４０と接続することで、回路構造が形成される。この構造により、発光ダイオードチップ５０が発光した後、図１の矢印で示すように、その熱は熱伝導ペースト３０を直接通過して、放熱基板１０に直接吸収される。これにより、本発明のチップオンボード用金属基板は、従来に比べて放熱速度が速くなるため部品の寿命を長くさせることができるとともに、回路は熱エネルギーの影響をうけないため品質も安定させることができる。以上が、本発明の主な特徴である。
【００１２】
図５は本発明の別の実施例であり、放熱基板１００の平面位置に、複数の凹んでいる積載領域１１０と、絶縁層２０を設ける。絶縁層２０は、化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）によって化合物（例えば、酸化アルミニウムや、その他の気体によって形成されるアルミニウム化合物）を放熱基板１００上に直接成型させることによってなる。放熱基板１００平面の絶縁層２０と接続部１２０の適切な位置にはスパッタ層４２を設け、スパッタ層４２は銅であるのが最も好ましい。絶縁層２０のスパッタ層４２上方には回路の導体層４１を設けるとともに、接続部１２０のスパッタ層４２には熱伝導ペースト３１を塗布した後、チップ５１を取り付け、金線６０をボンディングすることで、素早く放熱し、熱と電気の伝導を分離する効果を達成することができる。これにより、熱エネルギーは、チップ５１の下方から熱伝導領域を通過し放熱基板１００まで伝わる。ただし、導体層４１の回路の品質には影響を与えない。
【００１３】
図８と図９に示すように、従来においては、熱は絶縁層８１、９０を通過して最下層の放熱基板８０やアルミ基板９１に伝達されていたが、図１から図５に示すように、本発明では、チップ５０、５１の熱は放熱基板１０、１００に直接伝達されるため、放熱効果が低いという従来の欠点を解決することができる。
【００１４】
本発明を更に深く理解できるよう、以下に、本発明の製造フローを説明する。
【００１５】
Ａ、図６−１に示すように、まず、放熱基板１０を製作する（切断／表面研磨／洗浄）。なお、放熱基板１０はアルミ基板であるのが好ましい。
【００１６】
Ｂ、図６−２に示すように、プリント基板技術によって、放熱基板１０の予め設定した位置にマスク層７０を塗布する。
【００１７】
Ｃ、図６−３に示すように、放熱基板１０上のマスク層７０が塗布されていない部分に、化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）を行い、一定の深さをもつ絶縁層２０を形成させる。本発明の実施例では、絶縁層２０は、陽極酸化アルミニウム（即ちＡｎｏｄｉｃＡｌｕｍｉｎｕｍＯｘｉｄａｔｉｏｎ−−−ＡＡＯ）である。
【００１８】
絶縁層２０は放熱基板１０上で取り囲むようにして、チップ（図示せず）を取り付けるための、図２、図３、図４に示すような一つ或いは複数の熱伝導領域２１、２１ａ、２１ｂを形成する。
【００１９】
絶縁層２０が放熱基板１０を侵食することにより、放熱基板１０の表面は積載領域１１と接続部１２を形成する。また、絶縁層２０は成型する際に上に膨張し、接続部１２から突出する。
【００２０】
Ｄ、図６−３と図６−４に示すように、マスク層７０を除去し、高さの差Ｈをもつ絶縁層２０と接続部１２を露出させ、図６−５に示すように、研磨をおこない表面を平らにする。
【００２１】
Ｅ、図６−６に示すように、絶縁層２０上に導体層４０を設ける。その詳細な手順は以下の通りである。
５−１、化学メッキなどにより複数の導体層を形成させる。
５−２、プリント基板技術によって、予め設定した位置にマスク層を塗布する。
５−３、エッチングによって、マスク層を塗布していない箇所を除去する。
【００２２】
図６−７に示すように、放熱基板１０の接続部１２に塗布された熱伝導ペースト３０上方に、発光ダイオードチップ５０を設け、さらに金線６０をボンディングして導体層４０と接続させることで、回路構造が形成される。この構造により、発光ダイオードチップ５０が発光した後、その熱は、図１の下向き矢印が示すように、熱伝導ペースト３０を通過した後、放熱基板１０に直接吸收される。
【００２３】
本発明の図６−５における放熱基板１０の表面を研磨する手順の後、別の実施例においては、図７−１と図７−２に示すように、まず、スパッタ層４２を設けた後、導体層４１を設けるとともに、チップ５１を取り付けて金線をボンディングすることで、回路構造を形成させる。この構造により、チップ５１の熱は下方から放熱基板１００に直接伝達される。
【符号の説明】
【００２４】
１０放熱基板
１００放熱基板
１１積載領域
１１０積載領域
１２接続部
１２０接続部
２０絶縁層
２００絶縁層
２１熱伝導領域
２１ａ熱伝導領域
２１ｂ熱伝導領域
３０熱伝導ペースト
３１熱伝導ペースト
４０導体層
４１導体層
４２スパッタ層
５０チップ
５１チップ
６０金線
７０マスク層
８０放熱基板
８１絶縁層
８２導体層
８２１第一基層
８２２第二基層
８２３第三基層
８３チップ
８４金線
９０絶縁層
９１アルミ基板
９２銅箔
ｈ高さの差

【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱基板と、絶縁層と、導体層とによって構成され、
該放熱基板の片側の平面に、凹んでいる積載領域と突出している接続部とを設け、
該絶縁層は、該放熱基板上で化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）を行うことによって形成された化合物であるとともに該放熱基板の積載領域を被覆し、該絶縁層は該放熱基板の接続部に窓状の熱伝導領域を形成させ、該熱伝導領域は該放熱基板の接続部に対応させて設け、
該導体層は該絶縁層上に設けることを特徴とする、熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項２】
前記放熱基板はアルミ基板であることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項３】
前記熱伝導領域は複数であることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項４】
前記熱伝導領域は長い棒状であることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項５】
前記熱伝導領域は四角形であることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項６】
前記放熱基板の接続部と熱伝導領域の上に熱伝導ペーストを塗布することを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項７】
前記熱伝導領域にチップを設けることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項８】
前記接続部上にスパッタ層を設けることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項９】
前記絶縁層と導体層の間にスパッタ層を設けることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項１０】
前記放熱基板の熱伝導領域は幾何形状であることを特徴とする、請求項１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造。
【請求項１１】
（Ａ）金属の放熱基板を製作し、該放熱基板の一部にマスク層を塗布する手順と、
（Ｂ）該放熱基板上のマスク層が塗布されていない部分に、化成処理（ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）を行い、一定の深さをもつ絶縁層を形成させ、該絶縁層によって該放熱基板上にチップを取り付けるための少なくとも一つの熱伝導領域を形成させ、該放熱基板の熱伝導領域に対応する位置に接続部を形成させる手順と、
（Ｃ）該マスク層を取り除き、該放熱基板の表面を平らにする手順と、
（Ｄ）該放熱基板の接続部上に熱伝導ペーストを塗布し、該絶縁層上に導体層を設ける手順と、
（Ｅ）該接続部の熱伝導ペースト上方にチップを設け、導線で該導体層と接続させ、熱伝導と電気伝導の経路を分離させる手順とからなる、
熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造の製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁層は、陽極酸化アルミニウム（即ちＡＡＯ）であることを特徴とする、請求項１１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造の製造方法。
【請求項１３】
前記手順（Ｃ）で放熱基板の表面を平らにした後に、スパッタ層を設ける手順を加えることを特徴とする、請求項１１に記載の熱と電気の伝導経路を分離させたチップオンボード用金属基板構造の製造方法。

【図１】