特許 7251446 伝熱部材付基板及び伝熱部材付基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-27

(45)【発行日】2023-04-04

(54)【発明の名称】伝熱部材付基板及び伝熱部材付基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20230328BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20230328BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20230328BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 F

H05K7/20 D

H05K1/02 F

H01L23/36 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019195337

(22)【出願日】2019-10-28

(65)【公開番号】P2021068868

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-01-24

(73)【特許権者】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100117662

【弁理士】

【氏名又は名称】竹下 明男

(74)【代理人】

【識別番号】100103229

【弁理士】

【氏名又は名称】福市 朋弘

(72)【発明者】

【氏名】原口 章

【審査官】五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１５９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－９９５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３５４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－５０８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５３９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７６０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔が形成された基板と、
前記貫通孔内に配設された伝熱部材と、
前記基板の一方主面側に実装された発熱部品と、
前記発熱部品を前記伝熱部材の一方端面にはんだ付けするはんだ部と、
を備え、
前記伝熱部材のうち少なくとも前記一方端面にニッケル下地めっき層が形成され、
前記ニッケル下地めっき層の酸化を抑制する金めっき層が、前記はんだ部に混じって、前記はんだ部が前記ニッケル下地めっき層に接合された状態となっており、
前記伝熱部材は、前記一方端面が形成された第１伝熱部と、前記第１伝熱部に対して前記一方端面とは反対側に直接接して接合された第２伝熱部とを備え、
前記第１伝熱部は銅又は銅合金によって形成され、
前記第２伝熱部はアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、
前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、
前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されている、伝熱部材付基板。

【請求項2】

請求項１に記載の伝熱部材付基板であって、
前記第２伝熱部のうち前記第１伝熱部の周囲に突出しかつ前記第１伝熱部側を向く面を、前記基板の他方主面に接着する、熱硬化性接着剤をさらに備える、伝熱部材付基板。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の伝熱部材付基板であって、
前記基板の他方主面側に配設された放熱部材をさらに備え、
前記伝熱部材の他端部が前記基板の他方主面から突出しており、
前記放熱部材に、前記伝熱部材の前記他端部が収容される凹部が形成され、
前記凹部と前記伝熱部材の前記他端部との間に熱伝導性材料が設けられている、伝熱部材付基板。

【請求項4】

（ａ）一方端面が形成された第１伝熱部と、前記第１伝熱部に対して前記一方端面とは反対側に直接接して接合された第２伝熱部とを備え、前記第１伝熱部は銅又は銅合金によって形成され、前記第２伝熱部はアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、少なくとも前記一方端面にニッケル下地めっき層が形成されると共に、前記ニッケル下地めっき層の表面に前記ニッケル下地めっき層の酸化を抑制する金めっき層が形成され、前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されている、伝熱部材を準備するステップと、
（ｂ）前記伝熱部材を基板における貫通孔に挿入するステップと、
（ｃ）発熱部品を前記伝熱部材の前記一方端面にはんだ付けするステップと、
を備える伝熱部材付基板の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の伝熱部材付基板の製造方法であって、
前記ステップ（ａ）において、前記金めっき層を、０．０１μｍ以上０．０３μｍ以下の厚みに形成する、伝熱部材付基板の製造方法。

【請求項6】

請求項４又は請求項５に記載の伝熱部材付基板の製造方法であって、
前記伝熱部材は、前記一方端面とは反対側の端部でつば状に突出するつば状部を含み、
前記ステップ（ｂ）の後、前記ステップ（ｃ）の前に、前記つば状部を前記基板の他方主面に、熱硬化性接着剤によって接着する、伝熱部材付基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、伝熱部材付基板及び伝熱部材付基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、配線基板の伝熱部材嵌込み孔に伝熱部材が圧入されること、伝熱部材は、銅板等の熱伝導性のよい材質から形成されること、発熱部品が伝熱部材にはんだ付けされることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１７０４９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

伝熱部材付基板において、発熱部品の熱性能を改善することが要請されている。

【0005】

そこで、本開示は、発熱部品の熱性能を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の伝熱部材付基板は、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔内に配設された伝熱部材と、前記基板の一方主面側に実装された発熱部品と、前記発熱部品を前記伝熱部材の一方端面にはんだ付けするはんだ部と、を備え、前記伝熱部材のうち少なくとも前記一方端面にニッケル下地めっき層が形成され、前記ニッケル下地めっき層の酸化を抑制する金めっき層が、前記はんだ部に混じって、前記はんだ部が前記ニッケル下地めっき層に接合された状態となっている、伝熱部材付基板である。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、発熱部品の熱性能が改善される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は実施形態に係る伝熱部材付基板を示す斜視図である。

【図2】図２は図１におけるＩＩ－ＩＩ線断面図である。

【図3】図３は伝熱部材を示す斜視図である。

【図4】図４は伝熱部材を示す分解斜視図である。

【図5】図５は基板を示す斜視図である。

【図6】図６は基板に伝熱部材が挿入される工程を示す図である。

【図7】図７は基板に伝熱部材が挿入される工程を示す図である。

【図8】図８は伝熱部材に発熱部品がはんだ付けされる工程を示す図である。

【図9】図９は発熱部品が実装された基板を示す図である。

【図10】図１０は伝熱部材に発熱部品がはんだ付けされる工程を示す断面図である。

【図11】図１１は基板に他の部品が実装される工程を示す図である。

【図12】図１２は部品が実装された基板を示す平面図である。

【図13】図１３は部品が実装された基板を示す底面図である。

【図14】図１４は放熱部材が基板に組付けられる工程を示す図である。

【図15】図１５は放熱部材が基板に組付けられる工程を示す図である。

【図16】図１６は実施例におけるボイドを示す図である。

【図17】図１７は例におけるボイドを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

本開示の伝熱部材付基板は、次の通りである。

【0011】

（１）貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔内に配設された伝熱部材と、前記基板の一方主面側に実装された発熱部品と、前記発熱部品を前記伝熱部材の一方端面にはんだ付けするはんだ部と、を備え、前記伝熱部材のうち少なくとも前記一方端面にニッケル下地めっき層が形成され、前記ニッケル下地めっき層の酸化を抑制する金めっき層が、前記はんだ部に混じって、前記はんだ部が前記ニッケル下地めっき層に接合された状態となっており、前記伝熱部材は、前記一方端面が形成された第１伝熱部と、前記第１伝熱部に対して前記一方端面とは反対側に接合された第２伝熱部とを備え、前記第１伝熱部は銅又は銅合金によって形成され、前記第２伝熱部はアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されている、伝熱部材付基板である。

【0012】

伝熱部材の一方端面にニッケル下地めっき層が形成されている。このニッケル下地めっき層は、金めっき層によって酸化が抑制された状態に保たれ得る。伝熱部材の一方端面に発熱部品がはんだ付けされると、金めっき層は、溶融はんだに混じり、はんだ部がニッケル下地めっき層にはんだ付けされることになる。溶融はんだは、金めっきされたニッケル下地めっき層に対して良好になじんでいき、また、酸化が抑制されたニッケル下地めっき層に良好にはんだ付けされる。結果、伝熱部材の表面においてボイドが発生し難くなる。また、伝熱部材のうち発熱部品が実装される側の部分は、銅又は銅合金によって形成された第１伝熱部であるため、発熱部品から伝熱部材に良好に熱が伝わることができる。伝熱部材のうち発熱部品が実装される側と反対側の部分も、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成された第２伝熱部であるため、伝熱部材に伝わった熱は、基板のうち発熱部品が実装された側とは反対側に向けて良好に伝わることができる。前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、アルマイト皮膜は絶縁性を持つ。このため、第２伝熱部の表面のうちアルマイト皮膜が形成された部分に、ヒートシンク等の放熱部材を配置しても、伝熱部材と放熱部材との間で絶縁性が確保され易い。さらに、前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されているため、第２伝熱部の熱抵抗が小さくなり、しかも、表面積が大きくなる。上記のようにボイドの発生が抑制されること、及び、第２伝熱部の熱抵抗が小さくなり、しかも、表面積が大きくなることによって、発熱部品で生じた熱が第２伝熱部から放熱部材等を介して効果的に熱が放たれ、熱性能が改善する。

【0013】

（２）前記第２伝熱部のうち前記第１伝熱部の周囲に突出しかつ前記第１伝熱部側を向く面を、前記基板の他方主面に接着する、熱硬化性接着剤をさらに備えてもよい。熱硬化性接着剤によって、伝熱部材が基板に接着されているため、はんだ付け時に伝熱部材が基板から脱落し難い。

【0014】

（３）前記基板の他方主面側に配設された放熱部材をさらに備え、前記伝熱部材の他端部が前記基板の他方主面から突出しており、前記放熱部材に、前記伝熱部材の前記他端部が収容される凹部が形成され、前記凹部と前記伝熱部材の前記他端部との間に熱伝導性材料が設けられていてもよい。この場合、前記凹部と前記伝熱部材の他端部との間に熱伝導性材料が設けられるため、伝熱部材と放熱部材との間で、熱伝導性材料の配設状況が安定する。これにより、放熱部材を介した放熱性能が安定する。

【0015】

また、本開示の伝熱部材付基板の製造方法は、次の通りである。

【0016】

（４）一方端面が形成された第１伝熱部と、前記第１伝熱部に対して前記一方端面とは反対側に接合された第２伝熱部とを備え、前記第１伝熱部は銅又は銅合金によって形成され、前記第２伝熱部はアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、少なくとも前記一方端面にニッケル下地めっき層が形成されると共に、前記ニッケル下地めっき層の表面に前記ニッケル下地めっき層の酸化を抑制する金めっき層が形成され、前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されている、伝熱部材を準備するステップと、（ｂ）前記伝熱部材を基板における貫通孔に挿入するステップと、（ｃ）発熱部品を前記伝熱部材の前記一方端面にはんだ付けするステップと、を備える伝熱部材付基板の製造方法である。

【0017】

伝熱部材の一方端面にニッケル下地めっき層が形成されている。このニッケル下地めっき層は、金めっき層によって酸化が抑制された状態に保たれている。伝熱部材の一方端面に発熱部品がはんだ付けされると、金めっき層は、溶融はんだに混じり、はんだ部がニッケル下地めっき層にはんだ付けされることになる。このため、はんだ部は金めっき層に対して良好になじんでいき、また、酸化が抑制されたニッケル下地めっき層に良好にはんだ付けされる。結果、伝熱部材の表面においてボイドが発生し難くなる。また、伝熱部材のうち発熱部品が実装される側の部分は、銅又は銅合金によって形成された第１伝熱部であるため、発熱部品から伝熱部材に良好に熱が伝わることができる。伝熱部材のうち発熱部品が実装される側と反対側の部分も、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成された第２伝熱部であるため、伝熱部材に伝わった熱は、基板のうち発熱部品が実装された側とは反対側に向けて良好に伝わることができる。前記第２伝熱部の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜が形成されており、アルマイト皮膜は絶縁性を持つ。このため、第２伝熱部の表面のうちアルマイト皮膜が形成された部分に、ヒートシンク等の放熱部材を配置しても、伝熱部材と放熱部材との間で絶縁性が確保され易い。さらに、前前記第２伝熱部は、前記第１伝熱部の周囲に突出する板状に形成されているため、第２伝熱部の表面積が大きくなる。これにより、第２伝熱部から放熱部材等を介して効果的に熱が放たれる。

【0018】

（５）前記ステップ（ａ）において、前記金めっき層を、０．０１μｍ以上０．０３μｍ以下の厚みに形成してもよい。はんだ付け時にはんだに混じる程度に薄い金めっき層を形成できる。

【0019】

（６）前記伝熱部材は、前記一方端面とは反対側の端部でつば状に突出するつば状部を含み、前記ステップ（ｂ）の後、前記ステップ（ｃ）の前に、前記つば状部を前記基板の他方主面に、熱硬化性接着剤によって接着してもよい。熱硬化性接着剤によって、伝熱部材が基板に接着されるため、はんだ付け時に伝熱部材が基板から脱落し難い。

【0020】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の伝熱部材付基板及び伝熱部材付基板の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0021】

[実施形態]
以下、実施形態に係る伝熱部材付基板及び伝熱部材付基板の製造方法について説明する。図１は伝熱部材付基板１０を示す斜視図である。図２は図１におけるＩＩ－ＩＩ線断面図である。

【0022】

伝熱部材付基板１０は、例えば、電気接続箱に組込まれる基板である。電気接続箱は、例えば、自動車において、電源と各種電装品との間の電力供給路に設けられる。

【0023】

伝熱部材付基板１０は、基板２０と、伝熱部材３０と、発熱部品４０と、はんだ部５０とを備える。

【0024】

基板２０は、板状に形成される。基板２０には、両面側に開口する貫通孔２１ｈが形成される。より具体的には、基板２０は、絶縁材料によって形成された絶縁板２２を含む。絶縁板２２に貫通孔２１ｈが形成されている。絶縁板２２の一方主面（図１及び図２では上面）に銅箔等の金属によって形成された導電層２３が形成される。導電層２３は、発熱部品４０が半田付される領域、及び、所定の配線回路をなす領域に形成される。後に参照される図５、図６、図８等では、発熱部品４０が実装される領域における導電層２３が図示される。貫通孔２１ｈの内周面にも導電層２５が形成されている。貫通孔２１ｈの一方側開口周縁部において、導電層２５は導電層２３に繋がっていてもよい。

【0025】

絶縁板２２の他方主面（図２では下面）にも導電層が形成されてもよい。絶縁板２２の厚み方向の中間層にも導電層が形成されてもよい。

【0026】

本実施形態では、貫通孔２１ｈは、円孔形状に形成されている。貫通孔２１ｈが円孔形状であることは必須ではなく、楕円孔形状、多角形孔形状等に形成されていてもよい。

【0027】

基板２０の一方主面側に発熱部品４０が実装される。発熱部品４０は、発熱する部品であり、例えば、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」とも称す：field effect transistor）で例示される半導体スイッチング(switching)素子である。素子は、抵抗であってもよいし、コイルであってもよいし、コンデンサであってもよい。

【0028】

発熱部品４０は、素子本体と、端子とを備える。端子は、素子本体のうち基板２０に実装される面側に設けられている。上記導電層２３のうち貫通孔２１ｈの周りに形成された部分は、端子に応じた形状に形成される。例えば、端子は、方形状に広がる領域に設けられており、導電層２３のうち貫通孔２１ｈの周りに形成された部分も、当該端子と同じように方形状に広がる領域に形成される。端子の全体が導電層２３に半田付された状態で、発熱部品４０が基板２０に実装される。

【0029】

発熱部品４０は、素子本体から突出する他の端子を有していてもよい。当該他の端子も、基板２０の一方主面に形成された他の導電層２３に対して半田付けされるとよい。

【0030】

伝熱部材３０は、金属によって形成されている。伝熱部材３０のうち半田付される部分は、銅又は銅合金によって形成されていることが好ましい。伝熱部材３０は、貫通孔２１ｈ内に配設される。すなわち、伝熱部材３０は、貫通孔２１ｈの内部空間に応じた形状部分を有している。伝熱部材３０が貫通孔２１ｈ内に配設された状態で、伝熱部材３０の一方端面が、基板２０における一方主面側に露出する。ここでは、基板２０の一方主面と伝熱部材３０の一方端面とが面一となる。伝熱部材３０の一方端面は、基板２０の一方主面側に実装された発熱部品４０に対して基板２０側から対向する。伝熱部材３０の一方端面は、基板の一方主面において貫通孔２１ｈを囲むように形成された導電層２３によって囲まれている。発熱部品４０の端子は、貫通孔２１ｈの周囲において導電層２３にはんだ付けされると共に、伝熱部材３０の一方端面にもはんだ付けされる。

【0031】

はんだ部５０は、発熱部品４０の端子と伝熱部材３０の一方端面とをはんだ付けする部分である。はんだはスズを主成分としており、従って、はんだ部５０もスズを主成分としている。

【0032】

伝熱部材３０のうち少なくとも一方端面には、ニッケル下地めっき層３３が形成されている（図１０参照）。はんだ部５０は、伝熱部材３０側でニッケル下地めっき層３３に接合された状態となっている。また、ニッケル下地めっき層３３の酸化を抑制する金めっき層３４（図１０参照）がはんだ部５０に混じった状態となっている。金めっき層３４は、極めて短時間に行う薄いめっき方法によって形成される。換言すれば、金めっき層３４は、はんだ付けによってはんだに溶解してしまう程度に薄いめっき層である。金めっき層３４は、ニッケル下地めっき層３３とはんだ部５０との間に残存していてもよい。

【0033】

図３は伝熱部材３０を示す斜視図であり、図４は伝熱部材３０を示す分解斜視図である。より具体的には、図１から図４に示すように、伝熱部材３０は、第１伝熱部３２と、第２伝熱部３６とを備える。第１伝熱部３２は、伝熱部材３０の上記一方端面が形成された部分である。第２伝熱部３６は、第１伝熱部３２に対して上記一方端面とは反対側に接合される部分である。

【0034】

第１伝熱部３２は、貫通孔２１ｈ内に収った状態で配置可能な形状に形成されている。ここでは、第１伝熱部３２は円柱状に形成されている。第１伝熱部３２の高さは、基板２０の厚みと同じに形成されている。第１伝熱部３２の直径は、貫通孔２１ｈの直径と同じか小さく（僅かに小さく）形成されている。第１伝熱部３２は、その一方端面を基板２０の一方主面と面一になるようにした状態で、貫通孔２１ｈ内に配置される。上記第１伝熱部３２は、銅又は銅合金によって形成されているとよい。これにより、第１伝熱部３２が発熱部品４０に良好にはんだ付けされる。また、第１伝熱部３２が貫通孔２１ｈ内の導電層２５に良好にはんだ付けされてもよい。また、銅又は銅合金によって形成された第１伝熱部３２は、良好な熱伝導性を有している。なお、第１伝熱部３２の寸法は、貫通孔２１ｈに対して圧入されるように設定されていてもよいし、貫通孔２１ｈに対して間隔をあけた状態で挿入される設定であってもよい。

【0035】

第２伝熱部３６は、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されているとよい。また、第２伝熱部３６の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜３７が形成されているとよい。アルミニウム又はアルミニウム合金の熱伝導性は、銅又は銅合金よりは劣るが、その他の一般的な絶縁材料、例えば、樹脂等よりは良好である。このため、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成された第２伝熱部３６も、良好な熱伝導性を有している。また、アルマイト皮膜３７は、絶縁性を示す。このため、第２伝熱部３６の表面の少なくとも一部に絶縁性を持たせることができる。アルマイト皮膜３７は、少なくとも第２伝熱部３６の他方端面（放熱部材６０に対向する面）に形成されていることが好ましい。アルマイト皮膜３７は、第２伝熱部３６の周面にも形成されていてもよい。

【0036】

第１伝熱部３２と第２伝熱部３６とを接合する構成は、特に限定されない。例えば、第１伝熱部３２と第２伝熱部３６とは、異種金属同士の接合方法、例えば拡散接合法や圧延接合法を用いて接合されてもよい。または、平板状の銅板材とアルミニウム板材を拡散接合したクラッド材を、研削加工にて伝熱部材３０の形状に加工してもよい。

【0037】

伝熱部材３０のうちの他端部は、基板２０の他方主面から突出している。ここでは、第２伝熱部３６は、第１伝熱部３２の周囲に突出する板状に形成されている。第２伝熱部３６が基板２０の他方主面から突出する。第２伝熱部３６は、円板状に形成されている。第１伝熱部３２が貫通孔２１ｈに挿入された状態で、第２伝熱部３６が貫通孔２１ｈの周囲で基板２０の他方主面に当接することができる。これにより、基板２０の厚み方向において、伝熱部材３０の位置決めがなされる。第２伝熱部３６は楕円板状、多角形板状であってもよい。第２伝熱部は、第１伝熱部の周囲に張出している必要は無い。

【0038】

第２伝熱部３６のうち第１伝熱部３２の周囲に突出しかつ第１伝熱部３２側を向く面は、基板２０の他方主面に対して、熱硬化性接着剤２８によって接着されていてもよい。熱硬化性接着剤２８は、熱によって硬化し、再加熱しても柔らかくならない。このため、第２伝熱部３６を熱硬化性接着剤２８によって基板２０に接着しておけば、はんだ付けの際に伝熱部材３０及び基板２０が加熱されても、伝熱部材３０が基板２０から脱落し難い。

【0039】

なお、図１及び図２等において、基板２０には、発熱部品４０以外の部品４８も実装されている。部品４８は、基板２０の配線を他に接続する端子、コネクタ等である。

【0040】

また、ここでは、基板２０の他方主面側に放熱部材６０が配設されている。放熱部材６０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性が良好な材質によって形成されている。放熱部材６０は、板部６２と、放熱構造部６４とを備える。板部６２は、平たい面を有しており、当該平たい面が基板２０の他方主面に対向して配設される。放熱構造部６４は、表面積を大きくするための形状、例えば、フィン構造を有している。放熱部材６０に伝わった熱は、放熱構造部６４から外部に放たれる。

【0041】

放熱部材６０が基板２０の他方主面に配設された状態で、放熱部材６０の一方主面と基板２０の他方主面との間に絶縁スペーサ６８が介在される。絶縁スペーサ６８は、伝熱部材３０が設けられた部分を除き、放熱部材６０の一方主面全体に広がっていてもよいし、部分的に設けられてもよい。ここでは、絶縁スペーサ６８は、放熱部材６０の一方主面のうち４つのコーナー部分に設けられる。

【0042】

放熱部材６０の一方主面に、伝熱部材３０の他端部、ここでは、第２伝熱部３６が収容される凹部６３が形成される。ここでは、凹部６３は、有底円穴状に形成されている。凹部６３の径は、第２伝熱部３６の径と同じかこれよりも大きい（僅かに大きい）。また、放熱部材６０の一方主面と基板２０の他方主面とが、絶縁スペーサ６８を介して対向した状態で、凹部６３の底面は、伝熱部材３０の他端面に対して間隔をあけた位置に設けられる。より具体的には、第２伝熱部３６は、基板２０の他方主面から突出し、凹部６３内に部分的に収納されている。凹部６３内の底側に熱伝導性材料６９が設けられる。熱伝導性材料６９は、サーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ）とも呼ばれる材料である。具体的には、熱伝導性材料６９は、例えば、シリコーン樹脂を用いた熱伝導性シート、熱伝導性グリース等である。凹部６３内において、伝熱部材３０の他端面（第２伝熱部３６の外向き端面）と凹部６３の底面との間に熱伝導性材料６９が介在する。第２伝熱部３６に伝わった熱は、熱伝導性材料６９を介して、放熱部材６０に伝わることができる。

【0043】

上記伝熱部材付基板１０の製造方法の一例について説明する。

【0044】

まず、伝熱部材３０を準備する（ステップ（ａ）、図３及び図４参照）。上記したように、はんだ付け前の状態において、伝熱部材３０の少なくとも一方端面にニッケル下地めっき層３３が形成されている。また、ニッケル下地めっき層３３の表面に金めっき層３４が形成されている。

【0045】

より具体的な例として、伝熱部材３０のうち第１伝熱部３２は、純銅（合金番号Ｃ１０２０）等によって形成される。第１伝熱部３２の大きさは、基板２０に実装される発熱部品４０の大きさに合わせられる。例えば、発熱部品４０がＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council standards）の規格品の１つであるパッケージＴＯ－２６３に応じたＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるとする。この場合、発熱部品４０のドレイン電極の寸法は、おおよそ縦６ｍｍ、横６ｍｍとなるので、第１伝熱部３２の外径は６ｍｍに設定されるとよい。

【0046】

なお、伝熱部材の外径が大きいほど、熱抵抗は小さくなり、温度が伝わり易くなる。しかしながら、発熱部品４０のサイズに合わせると、伝熱部材３０の第１伝熱部３２を大きくすることは困難であり、熱抵抗が大きくなる。

【0047】

第１伝熱部３２の軸方向長さは、基板２０にはんだ付けされた状態で伝熱部材３０の一方端面が基板２０の導電層（ランドとも呼ばれる）２３と同一面上に揃って配置されるように、基板２０の厚みと同じとするとよい。たとえば、基板２０の厚みが２ｍｍである場合、第１伝熱部３２の軸方向長さは２ｍｍである。

【0048】

第２伝熱部３６の表面をマスキングした状態で、第１伝熱部３２の表面処理がなされる。ここでは、第１伝熱部３２の表面のうち第２伝熱部３６への接合部分を除く部分、即ち、第１伝熱部３２の一方端面及び周面の全体に表面処理がなされる。表面処理として、第１伝熱部３２に無電解ニッケル下地フラッシュ金めっき処理が施される。無電解ニッケル下地金めっき処理によって形成されるニッケル下地めっき層３３の厚みは、例えば、１μｍ以上３μｍ以下であり、金めっき層３４の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上０．０３μｍ以下である。

【0049】

第２伝熱部３６は、アルミニウム（合金番号Ａ１０５０）等によって形成される。第２伝熱部３６の外径は、伝熱部材３０を基板２０にはんだ付けした状態で、放熱部材６０等と干渉しないような大きさに設定されることが好ましい。例えば、第２伝熱部３６の外径は、２０ｍｍに設定される。第２伝熱部３６の厚みは、熱容量を大きくできるように、なるべく大きく設定するとよい。もっとも、第２伝熱部３６の熱容量が大きくなり過ぎると、はんだ付け時のリフロー設定温度を高く設定する必要があり、そうすると、リフロー設定温度が他の実装部品の耐熱温度を超える恐れが生じる。第２伝熱部３６の厚みは、それらを考慮した範囲内で設定されることが好ましく、例えば、２０ｍｍに設定されるとよい。

【0050】

第２伝熱部３６の表面には、陽極酸化処理等によるアルマイト加工処理が施される。これにより、第２伝熱部３６の他端面及び周面に、アルマイト皮膜３７が形成される。アルマイト皮膜３７の厚みは、例えば、２０μｍ以上７０μｍ以下である。

【0051】

伝熱部材３０とは別に、図５に示すような基板２０が準備される。基板２０には、貫通孔２１ｈが形成される。基板２０には、上記導電層２３、２５が形成される。貫通孔２１ｈの外径は、伝熱部材３０の第１伝熱部３２を装着可能な大きさに設定される。導電層２３、２５の表面には、第１伝熱部３２の表面と同じように、無電解ニッケル下地フラッシュ金めっき処理が施されてもよい。この場合のニッケル下地めっき層の厚みは１μｍ以上３μｍ以下に設定されるとよい。金めっき層の厚みは０．０１μｍ以上０．０３μｍ以下に設定されてもよい。基板２０には、導電層２３によって電源回路及び信号回路が形成される。基板２０には、電源回路及び信号回路を外部回路と接続するための電源端子、信号端子等の部品４８を取付けるためのスルーホールが形成されている。

【0052】

次に、図６及び図７に示すように、伝熱部材３０が、基板２０における貫通孔２１ｈに挿入される（ステップ（ｂ））する。伝熱部材３０は、基板２０の他方主面側から挿入される。ここでは、８つの貫通孔２１ｈが形成され、それぞれの貫通孔２１ｈに伝熱部材３０が挿入される。

【0053】

はんだ付けの際に、伝熱部材３０が脱落しないように、第２伝熱部３６と基板２０とが熱硬化性接着剤２８によって接着されるとよい。熱硬化性接着剤２８としては、例えば、熱硬化性エポキシ接着剤が用いられる。熱硬化性接着剤２８の塗布領域は、基板２０と第２伝熱部３６との接触領域、すなわち、基板２０の他方主面のうち貫通孔２１ｈの周り部分と第２伝熱部３６のうち基板２０の面との接触部分である。熱硬化性接着剤２８は、第１伝熱部３２と貫通孔２１ｈとの間には流れ込まないようにすることが好ましい。

【0054】

図８及び図９に示すように、発熱部品４０が、伝熱部材３０の一方端面にはんだ付けされる（ステップ（Ｃ））。より具体的には、基板２０の一方主面において、発熱部品４０の一方端面が露出すると共にその周囲の導電層２３の一部（ランド）が一体的に広がっており、これらの表面に、発熱部品４０の端子（ここではＭＯＳＦＥＴのドレイン端子）がはんだ付けされる。発熱部品４０の他の端子（ここではＭＯＳＦＥＴのソース端子、ゲート端子）が、基板２０の一方主面における導電層２３の他の部分（ランド）にはんだ付けされる。はんだ付けは、例えば、リフローはんだ付けによりなされる。

【0055】

ここで、図１０に示すように、第１伝熱部３２の表面には、ニッケル下地金フラッシュめっき処理が施されている。つまり、第１伝熱部３２の表面には、ニッケル下地めっき層３３が形成される。ニッケル下地めっき層３３の表面に金めっき層３４が形成される。金めっき層３４の表面にはんだペースト５０ａが塗布され、その上に発熱部品４０が置かれた状態で加熱される。これにより、第１伝熱部３２に発熱部品４０の端子がはんだ付けされると、最表面の金めっき層３４がはんだに溶解した状態で、当該はんだがニッケル下地めっき層３３にはんだ付けされる。このため、溶けたはんだは、第１伝熱部３２の表面に良好になじむことができ、ボイドの発生要因とされる金属酸化物が発生し難くなり、第１伝熱部３２と発熱部品４０との間にボイドが発生し難い。導電層２３、２５の表面にも、ニッケル下地金フラッシュめっきが施されていれば、同様に、ボイドが発生し難い。伝熱部材３０と発熱部品４０との間のはんだ部５０に、空気層であるボイドが発生し難くなる結果、伝熱部材３０と発熱部品４０との間で、熱抵抗の上昇、ばらつきが抑えられる。

【0056】

また、伝熱部材３０の表面におけるはんだ濡れ性が向上することから、第１伝熱部３２と貫通孔２１ｈの隙間にも溶けたはんだが流れ込み易くなり、第１伝熱部３２と貫通孔２１ｈとの間で強固な接合状態が得られる。このため、伝熱部材３０と基板２０との間で接続信頼性が向上する。例えば、冷熱サイクル試験によるクラックの発生が低減する。

【0057】

この後、図１１、図１２及び図１３に示されるように、電源端子、信号端子等の部品４８が基板２０にはんだ付けされる。

【0058】

この後、図１４及び図１５に示すように、放熱部材６０が基板２０の他方主面側に組付けられる。放熱部材６０と基板２０との固定は、ネジ止によってなされてもよいし、接着剤によってなされてもよい。

【0059】

放熱部材６０には、上記凹部６３が形成されている。凹部６３内には、熱伝導性材料６９が配置される。ここでは、熱伝導性材料６９として、例えば、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、粘度が５０Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下の粘度を有する、熱伝導性シリコーングリースが用いられる。熱伝導性シリコーングリースは、凹部６３の底部全面を覆うように塗布される。この後、第２伝熱部３６の他方主面を凹部６３の奥に向けて押込み、熱伝導性材料６９の厚みが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下になるように管理する。熱伝導性材料６９は、凹部６３内に収っているため、第２伝熱部３６と放熱部材６０との間で熱伝導性材料６９の介在状態が安定する。特に、熱伝導性材料６９が流動体である場合、流動体が凹部６３内に安定して収っているため、熱伝導性材料６９が周りに大きく広がったりし難い。

【0060】

本伝熱部材付基板１０では、発熱部品４０で生じた熱は、第１伝熱部３２から第２伝熱部３６、さらに、熱伝導性材料６９を経由して、放熱部材６０に移動する。熱は、主に放熱部材６０において外部に放たれる。

【0061】

ここで、熱抵抗は、次式で表される。

【0062】

熱抵抗（℃／Ｗ）＝厚み（ｍ）÷｛断面積（ｍ^２）×熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）｝
このため、断面積（上記接触面積）が大きくなれば熱抵抗が小さくなること、熱伝導率が大きくなれば熱抵抗が小さくなることがわかる。

【0063】

伝熱部材３０における第１伝熱部３２の材質が銅（合金番号Ｃ１０２０）であるとすると、熱伝導率は３９８Ｗ／ｍＫである。第２伝熱部３６の材質がアルミニウム（合金番号Ａ１０５０）であるとすると、熱伝導率は２３６Ｗ／ｍＫである。しかしながら、第２伝熱部３６のうちアルマイト皮膜３７の熱伝導率は、未処理時の約１／３相当の８０Ｗ／ｍＫまで下がる。仮に、第２伝熱部３６の材料が銅であれば、絶縁処理として電着塗装等によって表面に樹脂をコーティングする必要がある。その場合、熱伝導率は０．４Ｗ／ｍＫ程度と大きく下がってしまう。このため、第２伝熱部３６の材料として、アルミニウム或はアルミニウム合金を選択し、その表面においてアルマイト皮膜３７によって絶縁を図ることで、絶縁性を確保しつつ熱伝導率を大きくできることがわかる。熱伝導率が大きくなれば、上記式から熱抵抗を小さく抑えることができることがわかる。

【0064】

さらに、第１伝熱部３２の外径に対して第２伝熱部３６の外径を大きくすること、例えば、第１伝熱部３２の外径６ｍｍに対して第２伝熱部３６の外径を２０ｍｍとすることで、伝熱部材３０が熱伝導性材料６９を介して放熱部材６０に接触する面積（熱が伝わる部分の断面積）も大きくすることができる。このように、伝熱部材３０と放熱部材６０との接触面積（断面積）を大きくすることによっても、上記式から、熱抵抗を小さくできるころがわかる。

【0065】

以上のように伝熱部材付基板１０及び伝熱部材付基板１０の製造方法によると、伝熱部材３０の一方端面にニッケル下地めっき層３３が形成されている。このニッケル下地めっき層３３は、金めっき層３４によって酸化が抑制された状態に保たれ得る。伝熱部材３０の一方端面に発熱部品４０がはんだ付けされると、金めっき層３４は、溶融はんだに混じり、はんだ部５０がニッケル下地めっき層３３にはんだ付けされることになる。溶融はんだは、金めっきされたニッケル下地めっき層３３に対して良好になじんでいき、また、酸化が抑制されたニッケル下地めっき層３３に良好にはんだ付けされる。結果、伝熱部材３０の表面においてボイドが発生し難くなる。これにより、熱抵抗の上昇及びばらつきが抑制される。

【0066】

なお、上記金めっき層３４が無いと、銅等で形成された伝熱部材の表面には酸化膜が形成される。このため、伝熱部材の表面に対するはんだ濡れ性が阻害される。はんだ濡れ性が阻害されると、伝熱部材の表面においてボイドが発生し易くなる。

【0067】

また、伝熱部材３０の周面にニッケル下地めっき層３３及び金めっき層３４が形成されていると、伝熱部材３０と貫通孔２１ｈとの隙間にも溶融はんだが流れ込み易くなり、伝熱部材３０と基板２０との接合がより強固になる。

【0068】

また、伝熱部材３０のうち発熱部品４０が実装される側の部分は、銅又は銅合金によって形成された第１伝熱部３２であるため、発熱部品４０から伝熱部材３０に良好に熱が伝わることができる。伝熱部材３０のうち発熱部品４０が実装される側と反対側の部分も、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成された第２伝熱部３６であるため、伝熱部材３０に伝わった熱は、反対側の主面に向けて良好に伝わることができる。第２伝熱部３６の表面の少なくとも一部にアルマイト皮膜３７が形成されており、アルマイト皮膜３７は絶縁性を持つ。このため、第２伝熱部３６の表面のうちアルマイト皮膜３７が形成された部分に、ヒートシンク等の放熱部材６０を配置しても、伝熱部材３０と放熱部材６０との間で絶縁性を確保し易い。よって、伝熱部材３０と放熱部材６０との間で絶縁性が確保されつつ、伝熱部材３０から放熱部材６０に熱が伝わりや易い。

【0069】

また、熱伝導性材料６９の絶縁性、熱伝導性材料６９に生じたピンホールの有無に関係無く、アルマイト皮膜３７によって、伝熱部材３０と放熱部材６０との間の絶縁性が確保される。

【0070】

また、第２伝熱部３６は、第１伝熱部３２の周囲に突出する板状に形成されている。このため、第２伝熱部３６の他方主面の表面積が大きくなる。これにより、伝熱部材３０と放熱部材６０との接触面積が大きくなり、伝熱部材３０から放熱部材６０等を介して効果的に熱が放たれる。

【0071】

また伝熱部材３０と基板２０とが熱硬化性接着剤２８によって接着されているため、はんだ付け時に、伝熱部材３０が基板から脱落し難い。

【0072】

また、放熱部材６０に凹部６３が形成されており、凹部６３の底部と伝熱部材３０の他端部との間に熱伝導性材料６９が介在している。このため、伝熱部材３０と放熱部材６０との間で、熱伝導性材料６９の介在状態が安定化する。これにより、放熱部材６０を介して放熱性能が安定する。

【0073】

特に、熱伝導性材料６９が熱伝導性グリース等の流動体である場合、伝熱部材３０、基板２０の熱膨張、熱収縮等によって、伝熱部材３０と放熱部材６０との間隔が変化する恐れがある。この間隔が変化すると、熱伝導性グリース等の広がり方が変動してしまう恐れがある。熱伝導性グリース等の流動体が凹部６３内に充填されていると、伝熱部材３０、基板２０の熱膨張、熱収縮が生じても、凹部６３内に収った状態に保たれ易い。このため、伝熱部材３０から放熱部材６０への熱伝導性が安定する。

【0074】

[実験例]
伝熱部材３０における第１伝熱部３２の表面に無電解ニッケル下地フラッシュ金めっき処理を施した実施例と、表面に無電解ニッケル下地フラッシュ金めっき処理が施されない伝熱部材１３０に係る例について、発熱部品４０をはんだ付けしてみた。

【0075】

前者の実施例では、図１６に示すように、ボイド１００はほとんど発生せず、発生したとしても小さいボイドが発生する程度であった。

【0076】

後者の例では、図１７に示すように、ボイド１００が数多く、また、大きく発生した。

【0077】

このため、無電解ニッケル下地フラッシュ金めっき処理を施した場合、ボイド１００の発生が有効に抑制されることがわかった。

【0078】

なお、上記実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0079】

１０ 伝熱部材付基板
２０ 基板
２１ｈ 貫通孔
２２ 絶縁板
２３ 導電層
２５ 導電層
２８ 熱硬化性接着剤
３０ 伝熱部材
３２ 第１伝熱部
３３ ニッケル下地めっき層
３４ 金めっき層
３６ 第２伝熱部
３７ アルマイト皮膜
４０ 発熱部品
４８ 部品
５０ はんだ部
５０ａ はんだペースト
６０ 放熱部材
６２ 板部
６３ 凹部
６４ 放熱構造部
６８ 絶縁スペーサ
６９ 熱伝導性材料
１００ ボイド
１３０ 伝熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】