自動車用LEDヘッドライト向けヒートシンク一体型基板モジュールを開発【三菱マテリアル】

2017年11月14日

三菱マテリアル㈱（取締役社長：竹内　章、資本金：1,194億円）は、DBA基板^※1とアルミニウム（以下、Al）ヒートシンクを直接接合することにより、放熱性能が大幅に向上した自動車用LEDヘッドライト向けAlヒートシンク一体型基板モジュール（以下、新製品）を開発し、本年10月よりサンプル提供を開始しましたので、お知らせいたします。

1．新製品開発の背景
近年、自動車運転技術の安全志向に応えて、眩惑防止や視認性向上を目的とした自動車用LEDヘッドライトの配光制御システムが登場しています。LEDチップの微細化と高密度な配列が要点であり、LEDチップごとにオンオフを切り替えることで多様な点灯モードを実現し、ヘッドライトのより細やかな配光制御を行うことが可能となります。こうした配光制御を行うためのLEDチップ数の増加や高密度化のニーズはさらに高まる傾向にあり、LEDヘッドライトモジュールの放熱性能向上が課題となっています。

2．新製品の特長（図1、2を参照）
LEDヘッドライトモジュールでは、窒化アルミニウム（以下、AlN）を基材としたCSP^※2を使用しており、そのCSP自体はほぼAlNと同じ熱膨張係数となっています。一方、CSPをはんだ付けしCSPから出る熱を放出する基板には、従来は金属（通常、銅）をベース材としたMCPCBとよばれる回路基板（以下MCPCB基板）を使用しており、その熱膨張係数はベース材の金属とほぼ同じでした。この構造では、CSPとMCPCB基板の熱膨張の差が大きいため、発光時の発熱の繰り返しによってCSPとMCPCB基板の間のはんだにクラックが発生しやすくなっていました。そこで新製品では、放熱回路基板としてAINベースであるDBA基板を使用することで、CSPと回路基板の熱膨張の差を抑制し、温度サイクルに対する信頼性を大幅に改善しました。

さらに、新製品は、DBA基板とAlヒートシンクの接合に使用されてきた伝熱グリースを排し、ロウ付けによって直接接合して一体型としたことにより、既存品と比較して熱抵抗を50％低減することに成功しました。これにより、ハイブリッド（HV）車にも採用されている信頼性の高い絶縁回路基板であるDBA基板は、CSPを実装したモジュールにおいて、放熱性能が一層向上し、温度ストレスによるはんだクラックを大幅に抑制することが可能となりました。

本開発成果は、2017年9月にドイツで開催された自動車照明に関する国際シンポジウム（ISAL2017）で報告し、国内外より高い関心を寄せていただいております。また、2018年1月に開催される「インターネプコンジャパン —エレクトロニクス製造・実装技術展—」でも発表する予定です。

当社グループは、長期経営方針において、「ユニークな技術により、人と社会と地球のために新たなマテリアルを創造し、循環型社会に貢献するリーディングカンパニー」となることを目指しております。今後も独自の技術を活かした製品開発により、電力機器分野の発展に貢献してまいります。

※1．DBA基板：Direct Bonded Aluminum基板の略。アルミ回路付き高放熱セラミックス絶縁基板のこと。
※2．CSP：Chip Scale Packageの略。チップ単体と同程度のサイズで実現された超小型の集積回路パッケージ。

図1 CSPを実装したAlヒートシンク一体型基板モジュール