JP4261713B2

JP4261713B2 - 熱伝導基板とその製造方法

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Publication number: JP4261713B2
Application number: JP36099999A
Authority: JP
Inventors: 伸保東; 誠一中谷; 光洋松尾; 浩一平野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2001177006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板に関し、特にパワー用エレクトロニクス実装に用いられる高放熱樹脂基板（熱伝導基板）とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体の高密度、高機能化が要請されている。これによりそれらを実装するため回路基板もまた小型高密度なものが望まれている。その結果、回路基板の放熱を考慮した設計が重要となってきている。回路基板の放熱性を改良する技術として、従来のガラス−エポキシ樹脂によるプリント基板に対し、アルミニウムなどの金属基板を使用し、この金属基板の片面もしくは両面に電気絶縁性層を介して回路パターンを形成する金属ベース基板が知られている。またより高熱伝導性を要求される場合は、アルミナや窒化アルミなどのセラミック基板に銅板をダイレクトに接合した基板が利用されている。比較的小電力な用途には、金属ベース基板が一般的に利用されるが、熱伝導を良くするため電気絶縁性層が薄くなければならず、金属ベース間でノイズの影響を受けることと、電気絶縁性耐圧に課題を有している。また金属ベース基板およびセラミック基板は性能およびコストの面で両立が難しいため、熱可塑性樹脂に熱伝導性フィラーを充填した組成物を電極であるリードフレームと一体化した射出成形による熱伝導モジュールが提案されている。この射出成形熱伝導モジュールはセラミック基板によるそれと比べ機械的強度の面で優れている反面、熱可塑性樹脂に放熱性を付与するための無機フィラーを高濃度に充填することが困難であるため放熱性が悪い。これは熱可塑性樹脂を高温で溶融させフィラーと混練する際、フィラー量が多いと溶融粘度が急激に高くなり混練できないばかりか射出成形すらできなくなるからである。また充填させるフィラーが研磨剤として作用し、成形金型を摩耗させ多数回の成形が困難となる。そのため充填フィラー量に限界が生じセラミック基板の熱伝導に対し低い性能しか得られないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決するために特開平１０−１７３０９７号公報では、無機フィラーを高濃度に充填することが可能で、しかも簡易な工法によって作製される熱伝導モジュールで、さらに基板の平面方向の熱膨脹係数が半導体と近く、放熱性に優れた熱伝導基板及びその製造方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、より高い放熱性を求めたときに無機フィラーの量をあまりに増やすと成型性に支障を来す恐れがある。また、無機フィラーの増減によって基板の平面方向の熱膨張係数が変化する恐れもある。さらに無機フィラーは電気絶縁性層全体に高濃度に充填されており、高価な無機フィラーでは基板のコストに与える影響も少なくない。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、電気絶縁性層の熱膨張率を変化させることなく熱抵抗を小さくした熱伝導基板とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の熱伝導基板は、無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化され、前記電気絶縁性樹脂混合物層と前記リードフレームとが一体化した面の反対側の面に、さらに放熱板を設けた熱伝導基板であって、前記電気絶縁性樹脂混合物層の所望の部分に、前記リードフレームと前記放熱板の両方に接するように、前記電気絶縁性樹脂混合物層より熱伝導度の高い高熱伝導部を形成し、前記高熱伝導部が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂とＡｌＮ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＭｇＯ及びＢＮから選ばれた少なくとも一種からなる粉体混合物で形成されてなることを特徴とする。これにより、リードフレームに接する任意の箇所での放熱性を高めた熱伝導基板となる。
【０００８】
さらに前記構成においては、必要に応じて、前記熱伝導基板の垂直方向に設けた前記高熱伝導部が、沿面距離を持つように厚み方向で断面積を変化させる事ができる。高熱伝導部と電気絶縁性層の界面に沿った沿面距離を拡大することで電気絶縁性破壊を防止できる。
【０００９】
また前記構成における前記熱伝導基板の垂直方向に設けた前記高放熱部分の面積が、前記高放熱部分に接する前記リードフレーム上に実装する電子部品面積の６０％以上ある事が望ましい。特に、本熱伝導基板ではリードフレームが熱の拡散に寄与しており電子部品面積の１１０〜１５０％で最も効果を発揮する。
【００１１】
前記構成における電気絶縁性樹脂混合物は、無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のフィラーを含んだ構成を備える。このとき、無機質フィラーは７０〜９５重量％含まれる。
【００１２】
また前記高熱伝導部は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のセラミック焼結体により構成されている。
【００１３】
さらに、前記高熱伝導部が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂とＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ及びＢＮから選ばれた少なくとも一種からなる粉体混合物から構成されていても良い。この時、無機フィラーは８５〜９７重量％まで含まれる。
【００１４】
また、本発明の熱伝導基板は、無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化された熱伝導基板であって、前記電気絶縁性樹脂混合物層が前記リードフレームに接するように高熱伝導部を形成しており、前記リードフレームと前記高熱伝導部との固定は、前記リードフレームに設けた凹部に前記高熱伝導部を挿入することによりなされたことを特徴とする。
また、本発明の熱伝導基板は、無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化された熱伝導基板であって、前記電気絶縁性樹脂混合物層が前記リードフレームに接するように高熱伝導部を形成しており、前記リードフレームと前記高熱伝導部との固定は、前記リードフレームに設けた凸部を前記高熱伝導部に設けた凹部に挿入することによりなされたことを特徴とする。
【００１５】
次に本発明の第１番目の製造方法は、無機フィラーと熱硬化樹脂からなる電気絶縁性樹脂混合物をシート状に加工し、前記シート状物の厚み方向に貫通する所望の部分に開口部を形成し、前記開口部に高熱伝導部材を挿入し、別途作製した任意の開口面積を有するシート状物に高熱伝導材を挿入した前記シート状物を所望の枚数準備し、リードフレームに前記複数のシート状物を重ね、加熱加圧により前記リードフレーム表面まで前記電気絶縁性樹脂混合物を充填し、かつ前記電気絶縁性樹脂混合物層中の熱硬化樹脂を硬化して前記リードフレームと接着一体化することを特徴とする。
【００１８】
次に本発明の第２番目の製造方法は、金型中に高熱伝導部を、リードフレームの所望の部分に高熱伝導部が形成されるように位置合わせを行って固定し、前記金型内に無機フィラーと熱硬化樹脂からなる電気絶縁性樹脂混合物を入れ、半硬化してシート状に形成し、前記シート状とリードフレームを重ね、加熱加圧により前記リードフレーム表面まで前記電気絶縁性樹脂混合物を充填し、かつ前記電気絶縁性樹脂混合物層中の熱硬化樹脂を硬化して前記リードフレームと接着一体化することを特徴とする。これにより、電気絶縁性樹脂混合物のシート化と高熱伝導部の形成が同時に行うことができる。
【００２０】
前記第１番目の製造方法においては、開口部を形成する方法が、金型による打ち抜きプレス、レーザ加工、ドリル加工及びパンチング加工から選ばれる少なくとも一つの加工方法による方法であることが好ましい。
【００２１】
前記第２番目の製造方法においては、加熱加圧する工程は、リードフレームとシート状物にさらに放熱板と重ね、放熱板をリードフレーム接着面と反対側に接着することが好ましい。なお、リードフレームと高熱伝導部との固定は、接着以外にもリードフレームに凹部を設け高熱伝導部をはめ込む方法、高熱伝導部に凸部を設け高熱伝導部に凹部を設けて固定する方法が使用できる。
【００２２】
前記第１番目の製造方法においては、前記リードフレームと前記高熱伝導部を固定する方法が、リードフレームに設けた凹部に高熱伝導部を挿入して固定する方法またはリードフレームに設けた凸部を高熱伝導部に設けた凹部に挿入して固定することが好ましい。
【００２３】
本発明によって、放熱性に優れた熱伝導基板を簡易かつ安価に提供することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも無機フィラーと熱硬化樹脂からなる電気絶縁樹脂混合物がリードフレーム表面まで充填一体化したものであり、前記電気絶縁樹脂混合物と垂直方向の任意の部分に前記リードフレームに接するように高放熱部分を少なくとも一個所形成したことにより、リードフレーム上の任意の部分で放熱性を向上することができることから、発熱量の多い電子部品の搭載位置にあわせて放熱性をコントロールでき、多様な部品の実装に対応することが可能になる。
【００２５】
また前記熱伝導基板の垂直方向に設けた前記高熱伝導部が、沿面距離を持つように断面積を厚み方向で変化させたことによって、高電圧をかけたことによる前記電気絶縁性樹脂層と高熱伝導部との界面を通じたリードフレームと反対面の放熱板との間での電気絶縁性破壊を防ぐ効果がある。
【００２６】
また前記熱伝導基板の垂直方向に設けた前記高熱伝導部の面積が、前記高熱伝導部に接する前記リードフレーム上に実装する電子部品面積の６０％以上必要であり、特に１１０〜１５０％のとき、最も放熱効果が得られる。これは電子部品がリードフレーム上に半田実装されており、電子部品より発生する熱はリードフレームを介して電気絶縁性樹脂混合物層に伝わる。このとき、金属であるリードフレームである程度基板の平面方向への熱拡散がおこるためである。このため、リードフレーム直下の高熱伝導部は電子部品面積に対して６０％が必要となる。また、リードフレームによる平面方向への熱拡散を効果的に高熱伝導部を通じて反対面に放熱させるには電子部品面積の１１０〜１５０％あればよい。
【００２７】
また、前記熱伝導基板の垂直方向に設けた前記高放熱部分の厚みが、電気絶縁性樹脂混合物層厚みの８０％以上が望ましい。発熱部品の放熱に適しているからである。
【００２８】
さらに前記高熱伝導部が、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ及びＢＮから選ばれた少なくとも一種からなることが望ましい。最も高い放熱性を示すからである。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本発明の好ましい実施形態におけるリードフレームと高熱伝導部との関係を示す断面図であル。リードフレーム１０１と高熱伝導部１０２は直接接している。また、高熱伝導部と放熱板１０３との間も直接接している。この高熱伝導部１０２はＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮによるセラミック焼結体か、もしくは無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のフィラーと、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂との混合物であってもかまわない。電気絶縁性樹脂混合物層１０４は無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のフィラーを含むのが望ましい。これは電気絶縁性樹脂に無機フィラーを添加することで高熱伝導部からの放熱を助け、リードフレームに伝わった熱を反対面に向けて放熱することで高い放熱性が可能となるためである。このようにリードフレームと放熱板の間に高熱伝導のセラミックの焼結体、もしくは無機フィラーを高濃度混合した電気絶縁性樹脂による高熱伝導部を形成することにより、従来例の基板よりも高い発熱を持った電子部品の実装が可能になる。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は、本発明における他の実施の形態を示したものであり、リードフレーム１０１と高熱伝導部１０２は接着剤２０１を介して接着されている。また、高熱伝導部と放熱板１０３も接着剤２０１を介して接着されている。この接着剤は無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のフィラーとエポキシ系接着剤、フェノール系接着剤、シアネート系接着剤から選ばれた少なくとも一種の接着剤とを混合した熱伝導性接着剤である。なお、前記熱伝導接着剤の変わりに電気絶縁性樹脂混合物層１０４で接着しても良い。また、高熱伝導部との接着は、リードフレームもしくは放熱板の一方だけであっても良い。高熱伝導部と、リードフレームもしくは放熱板とを接着することにより、効率良く放熱することができる。
【００３２】
（実施の形態３）
図３は、本発明における高熱伝導部とリードフレームおよび放熱板との関係を示したものである。このとき高熱伝導部１０２は放熱板１０３に直接接している。高熱伝導部は、リードフレーム１０１下面から放熱板までの電気絶縁性樹脂混合物層の厚みの８０％以上あることが望ましい。高熱伝導部の占める割合が大きい方がより高放熱となるためである。リードフレームと高熱伝導部との間には電気絶縁性樹脂混合物があり、リードフレームから高熱伝導部に向けて熱を伝えている。
【００３３】
また、図４のように高熱伝導部１０２がリードフレーム１０１と直接接しており、高熱伝導部と放熱板の間に電気絶縁性樹脂混合物層がある場合でもよい。このように、高熱伝導部が必ずしもリードフレームと放熱板に直に接していなくても、その距離が一定の範囲内であれば高い熱伝導度を得られる。なお、高熱伝導部とリードフレーム、もしくは放熱板は前記熱伝導性接着剤を介して接着されていても良い。
【００３４】
（実施の形態４）
図５は、本発明において特に電気絶縁性耐圧が必要である場合において有効な高熱伝導部の形状を示す。
【００３５】
リードフレーム１０１と放熱板１０３は厚み方向に断面積を変化させた高熱伝導部５０１を挟んでつながっている。高熱伝導部は、厚み方向に断面積を変化させたことによって、リードフレームと放熱板との間の沿面距離を大きくとることで、高い電圧負荷時にも電気絶縁性破壊に対して十分な信頼性を保つことができる。
【００３６】
（実施の形態５）
図６（ａ）〜（ｅ）は本発明による熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図である。図６（ａ）はシート状物６０１であり、図６（ｂ）においてはシート状物に開口部６０３を形成したものであり、このとき任意の異なる径の開口部を形成することもできる。この、開口部の加工は金型による打ち抜きプレス、レーザ加工、ドリル加工、及びパンチング加工から選ばれる少なくとも一つの加工によって行われる。なおシート状物は前記無機フィラーと前記熱硬化樹脂、および有機溶剤によって混合物スラリーである電気絶縁性樹脂混合物を作製する工程と、前記電気絶縁性樹脂混合物を所望の厚みに造膜する工程と、前記造膜された電気絶縁性樹脂混合物から溶剤を乾燥する工程により作製される。このとき、電気絶縁性樹脂混合物の造膜方法はドクターブレード法、コーター法及び押し出し成形法なから選ばれる少なくとも一つの方法で行われ、離型性フィルム６０２上に任意の厚みに造膜される。図６（ｃ）はペースト６０４を開口部に充填したものであり、このときペーストは無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも一種のフィラーと、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂との混合物である。なお、前記開口部にＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮのセラミック焼結体から選ばれた少なくとも一つの高熱伝導部材を開口部に圧入する方法でも良い。図６（ｄ）は前記ペーストを充填したシート状物６０５を複数枚加圧して張り合わせて、厚み方向に断面積を変化させた高熱伝導部６０６を持った電気絶縁性樹脂混合物６０７が得られる。図６（ｅ）はリードフレーム１０１と前記高熱伝導部を持った電気絶縁性樹脂混合物を加熱加圧してリードフレーム表面まで充填一体化して熱硬化性樹脂を硬化させた状態を示しており、これにより高熱伝導部を有した熱伝導基板が得られる。これにより、高熱伝導部が沿面距離を持つように厚み方向に断面積を変化させることができ、高電圧負荷時の電気絶縁性破壊を防ぐ効果がある。
【００３７】
（実施の形態６）
図７は前記の方法とは異なる熱伝導基板の製造工程を示している。図７は金型７０１で電気絶縁性樹脂混合物を半硬化させてシート状物７０２にした状態を示している。このとき開口部６０３は金型で形成しているがドリル加工、レーザ加工によっても形成できる。このシート状物を用いて前記の図６（ｄ）以降の工程を経て熱伝導基板が得られる。この方法によれば、電気絶縁性樹脂混合物をシート状物に形成するのと同時に開口部を形成することが可能となる。
【００３８】
（実施の形態７）
図８は前記の方法とは異なる高熱伝導部の形成方法を示している。図８（ａ）はＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮの内の少なくとも一つを高熱伝導部形状に加工したセラミック焼結体８０１である。図７（ｂ）は前記セラミック焼結体をシート状物６０１に圧入したときの状態を示している。図８（ｃ）はリードフレーム１０１と前記セラミックを埋め込んだシート状物８０２を充填一体化して硬化させた状態を示している。なお、この高熱伝導部形状のセラミック焼結体８０１の変わりにＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮを無機質フィラーとし、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂との混合物を用いても良い。また、図８（ｄ）は、これら高熱伝導部形状のセラミック焼結体もしくは無機質フィラーを含んだ電気絶縁性樹脂を予めリードフレームに熱伝導性接着剤２０１で固定した状態を示しており、これを用いてリードフレームとの一体成形時に上記のセラミック焼結体の圧入を兼ねても良い。なお、セラミック焼結体を放熱板に固定した後に、同じく加熱加圧して成形するのも良い。また固定方法はリードフレームもしくは放熱板に窪みを設けておきセラミック焼結体をはめ込むようにもできる。これによりシート状物にあらかじめ開口部を設けることを省略することができ、また、高熱伝導部とリードフレームもしくは放熱板とが接着もしくははめ込まれることで高い熱伝導性が得られる。
【００３９】
（実施の形態８）
図９は前記とは異なる熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図である。図９（ａ）は前記セラミック焼結体８０１を予めリードフレーム１０１と放熱板１０３の間に固定した状態のものである。図８（ｂ）はリードフレーム１０１と放熱板１０３の間に溶融した電気絶縁性樹脂混合物を流し込んで硬化させて電気絶縁性樹脂混合物層１０４を形成して熱伝導基板を得た。高熱伝導部がリードフレームと放熱板双方に確実に固定されることにより、高い熱伝導効果がある。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例において、熱伝導度及び熱膨脹係数は下記のとおりである。
（１）熱伝導度
熱伝導度は、１０ｍｍ角に切断した厚み１．０ｍｍの試験片の表面を加熱ヒータに接触加熱し、反対面の温度の伝わり方から計算して求める。具体的には、試験片の一方を一定電力の熱量となるように加熱し、他方を室温（２５℃）になるように冷却した放熱フィンに固定し、試験片の上下面の温度差から熱抵抗値（℃／Ｗ）を求め、下記式（数１）の計算により試験片の熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）を求める。熱抵抗は１Ｗあたりの熱の移動であり、毎秒１ジュールの熱の移動による温度差で表される。すなわち、１Ｗあたりの温度上昇値を示し、単位体積あたりに換算したものが熱伝導度である。
［数１］
熱抵抗値（℃／Ｗ）＝１／（Ｔｃ×ｔ）／Ｓ
Ｔｃ：熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）
ｔ：厚み（ｍ）
Ｓ：断面積（ｍ²）
（２）熱膨脹係数
一定の圧力下で温度を変えたときの材料の長さが増加する割合を示し、熱分析装置により、試験片（５ｍｍ×５ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）を５℃／分の割合で昇温させ、厚み方向の熱膨脹量を測定することにより、１℃あたりの伸びとして求める。熱硬化樹脂の熱膨脹係数は、一般にガラス点移転（Ｔｇ）以上で大きくなるため、Ｔｇ温度以下で表す。本発明では４０〜１００℃までの平均値で示した。
【００４１】
（実施例１）
本実施例では電気絶縁性層として無機フィラーと熱硬化性樹脂の混合物をシート状に加工した物を用い、リードフレームと一体化するときに高熱伝導部を形成した熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用したシート状物は無機フィラーとしてＡｌ2Ｏ3（９０重量％（昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）））を用い、シアネートエステル樹脂（９．５重量％（旭チバ（株）製、「ＡｒｏＣｙＭ３０」（商品名）））を主成分とし、ブチルカルビトール０．５重量％の組成で混合し、さらにメチルエチルケトン溶剤を加え粘度が約２０Ｐａ・ｓになるまで添加し、混練して電気絶縁性樹脂混合物を得た。次に、離型フィルムとして厚み７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを準備し、前記電気絶縁性樹脂混合物をドクターブレード法でギャップ約１．４ｍｍで成膜した。これを１００℃の温度で１時間乾燥させてシート状物（厚み７７０μｍ）が得られた。これに打ち抜き加工により円形の貫通穴を形成した後、貫通穴に上記シート状物のＡｌ₂Ｏ₃を９７重量％加えて混合し円柱状（７７０μｍ）にプレスしたものを先に示したシート状物の開口部に挿入した。このシート状物とリードフレームとして厚み５００μmの銅板をエッチング法で加工し、さらにニッケルメッキを施したものとを重ね合わせて１７５℃の温度で４０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加熱加圧した。これによりリードフレームの間隙に前記シート状物が流れ込み、リードフレームの表面まで充填された図２（ｄ）のような構造に成形できた。この後前記リードフレームと一体化されたシート状物を乾燥機を用いて１７５℃の温度で３時間加熱し、前記シート状物中の熱硬化樹脂を完全硬化させた。
【００４２】
このとき、貫通穴及び円柱状物の直径を変更した場合の放熱性能を熱抵抗測定により評価した。結果を表１に示す。このとき、熱伝導基板の熱抵抗はパワーＦＥＴ（三菱電機（株）製ＦＳ７０ＶＳ）をリードフレーム上に半田実装して測定した。また、直下の電気絶縁性層の厚みは５００μｍである。
【００４３】
【表１】

【００４４】
高熱伝導部のない電気絶縁性樹脂混合物層上のリードフレームに半田実装したとき熱抵抗に比べて高熱伝導部を設けた部分では熱抵抗が低く抑えられる。このように表１から明らかなように、開口部の面積が部品面積の６０％以上必要であり、特に１１０〜１５０％において従来の射出成形法や金属基板に比べ約３倍の高性能化が図れた。
【００４５】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で作製したシート状物（６２０μｍ）を用い、別の方法で高熱伝導部を形成する実施例を示す。前記シート状物の離型フィルムを剥離した後、このシート状物を所定の大きさにカットしたものを２枚重ねて、リードフレームと放熱用のアルミ金属板（５００μｍ）で挟んで１７５℃の温度で４０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加熱加圧した。このとき、アルミ金属板には予め高熱伝導部として直径１０ｍｍの円柱状に形状加工されたＡｌＮ（京セラ（株）製「ＡＮ２１５」（商品名））のセラミック焼結体がＡｌ₂Ｏ₃（６８重量％（昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）））を混合したエポキシ系接着剤により接着されており、加熱加圧と同時にシート状物に挿入される。これによりリードフレームとアルミ放熱板の間に高熱伝導部が形成される。この後前記高熱伝導部を持った熱伝導基板を乾燥機で１７５℃の温度で３時間加熱し、前記シート状物中の熱硬化樹脂を完全硬化させた。
【００４６】
このとき、セラミック焼結体の厚みを変化させたときの性能を実施例１と同様な方法で評価した。結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】

【００４８】
これより、熱伝導基板の垂直方向に設けた高熱伝導部の厚みが電気絶縁性樹脂混合層の厚みの８０％以上ある時、従来の射出成形法や金属基板に比べ最大で約４倍の放熱性があることから、電気絶縁性樹脂混合物層の厚みの８０％以上であればよい。
【００４９】
（実施例３）
沿面距離を持つように断面積を厚み方向で変化させた高熱伝導部を有した熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用したシート状物は無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃（７０重量％（昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）））を用い、エポキシ樹脂（２８重量％（日本レック（株）製、「ＮＲＶ−１０１０」（商品名）））を主成分とし、ブチルカルビトール２重量％の組成に、粘度調整用のメチルエチルケトンを加えて、ドクターブレード法により作製されたシート（３８０μｍ）である。
【００５０】
上記作製したシート状物を所定の大きさにカットしたものを２枚用意し、離型フィルム面から、ドリルを用いて一つには直径１０ｍｍの開口部を形成した（図５（ｂ））。また、別のシート状物には直径２０ｍｍの開口部を形成した。これらの開口部（図５（ｂ））に充填物として、ＡｌＮ（ダウケミカル日本（株）製「ＳＣＡＮ７０」（商品名））８５重量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８油化シェルエポキシ製）４重量％とグルシジルエステル系エポキシ樹脂（ＹＤ−１７１東都化成製）１０重量％および硬化剤としてアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４味の素製）４重量％を三本ロールにて混練したものを、スクリーン印刷法により充填した（図５（ｄ））。ペーストが充填されたシート状物から離型フィルム５０２を除去した後、これらシート状物を重ね合わせて厚み方向で断面積を変化させた高熱伝導部を形成する。この高熱伝導部を有した電気絶縁性樹脂混合物をリードフレームと放熱用のアルミ金属板（３００μｍ）で挟んで１７５℃の温度で４０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加熱加圧した。これによりリードフレームの間に前記電気絶縁性樹脂混合物が流れ込み、リードフレームの表面まで充填された図２（ｄ）のような構造に成形できた。この後前記リードフレームと一体化された電気絶縁性樹脂混合物を乾燥機を用いて１７５℃の温度で３時間加熱し、前記電気絶縁性樹脂混合物中の熱硬化樹脂を完全硬化させた。本方法により作製された熱伝導基板を実施例１と同様な方法による熱抵抗測定と電気絶縁性耐電圧測定をしたところ、リードフレーム下の電気絶縁性層の厚みが５００μｍのときに電気絶縁性樹脂混合物のみでは熱抵抗値は２．２℃／Ｗであったが、高熱伝導部を設けた箇所では０．６４℃／Ｗであり、また電気絶縁性耐電圧は１５ｋＶでは異常なく、良好な結果が得られた。さらに、この基板をヒートサイクル試験（−４０〜１２５℃を３００回）行った後に電気絶縁性耐電圧を測定したが異常はみられなかった。
【００５１】
（実施例４）
本実施例では、金型を用いて電気絶縁性樹脂混合物層を形成すると同時に高熱伝導部を設ける実施例を示す。本実施例で使用した無機フィラーはＡｌ₂Ｏ₃（８７重量％（住友化学（株）製「ＡＭ−２８」（商品名）））を用い、熱硬化性樹脂はフェノール樹脂（１１．５重量％（大日本インキ製「フェノライト、ＶＨ４１５０」（商品名）））を主成分とし、エチルカルビトール１．５重量％を加えて混練された。本樹脂を直径１０ｍｍの円柱状に形状加工されたＡｌＮ（京セラ（株）製「ＡＮ２１５」（商品名））のセラミック焼結体（４９０μｍ）をセットした金型に所定量投入し、７０℃で３０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加熱加圧しシート状物を形成した。
【００５２】
このシート状物をリードフレームとアルミ放熱板で挟み込んで１８５℃の温度で６０Ｋｇ／ｃｍ² の圧力で加熱加圧し、リードフレームの表面まで電気絶縁性樹脂が充填された構造に成形できた。この後前記リードフレームと一体化された熱伝導基板を乾燥機を用いて１８５℃の温度で６時間加熱し、電気絶縁性樹脂混合物層中の熱硬化樹脂を完全硬化させた。
【００５３】
このようにして得られた熱伝導基板はリードフレーム下の電気絶縁性層厚みが５００μｍであるときに電気絶縁性樹脂混合物層での熱抵抗は０．９２℃／Ｗであったが、高熱伝導部を設けた箇所では０．４６℃／Ｗであり、また熱膨張係数（室温から１５０℃の範囲）は１８ｐｐｍ／℃で高熱伝導部の形成の影響は見られず、良好な値であった。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる熱伝導基板は高熱伝導部として基板の任意の部分で放熱性を向上させながら、同時に基板全体での無機フィラーの使用量を抑える事ができ、高熱伝導性を有する熱伝導基板を安価に提供できる。また、未硬化状態で可撓性を有するシート状物、もしくは金型へ投入できる液状または粉体の熱硬化性樹脂に対して本発明は簡便な方法で高熱伝導部を形成することができる。さらに、高熱伝導部の形状を工夫することで、放熱性が良好であるととともに電気絶縁性破壊を防止し長期の信頼性も良好な基板が得られる。
【００５５】
以上のように本発明の熱伝導基板は、高熱伝導部を有することで高濃度に無機フィラーを充填することができるため通常のプリント基板では得られない高い熱伝導性を有するものである。また高熱伝導部を簡便なプロセスで形成でき、工業上極めて有効なものである。しかも基板としての電気絶縁性信頼性も確保されている。このため、今後益々増大するパワー回路用基板や高電力ロスを生じるディジタル高速ＬＳＩ実装用基板として有望である。加えて半導体を直接実装するフリップチップ実装用マルチチップモジュール用基板としても有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱伝導基板の好ましい実施形態における構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態における構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態における構成を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態における他の実施例でリードフレーム側にサーマルビアを固定した例の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態における厚み方向で断面積が変化した高熱伝導部を有する熱伝導基板の断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態による厚み方向で断面積が変化した高熱伝導部を有する熱伝導基板を製造する工程を示す工程別断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態による熱伝導基板を製造する工程を示す工程別断面図。
【図８】本発明の第６の実施形態による高熱伝導部の形成方法を示す工程別断面図。
【図９】本発明の第７の実施形態による高熱伝導部を持つ熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【符号の説明】
１０１リードフレーム
１０２高熱伝導部
１０３放熱板
１０４電気絶縁性樹脂混合物層
２０１熱伝導性接着剤
５０１厚み方向に断面積を変化させた高熱伝導部
６０１シート状物
６０２離型フィルム
６０３開口部
６０４ペースト
６０５シート状物
６０６高熱伝導部
６０７電気絶縁性樹脂混合物
７０１金型
７０２シート状物
８０１セラミック焼結体
８０２セラミックを埋め込んだシート状物

Claims

無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化され、前記電気絶縁性樹脂混合物層と前記リードフレームとが一体化した面の反対側の面に、さらに放熱板を設けた熱伝導基板であって、
前記電気絶縁性樹脂混合物層の所望の部分に、前記リードフレームと前記放熱板の両方に接するように、前記電気絶縁性樹脂混合物層より熱伝導度の高い高熱伝導部を形成し、
前記高熱伝導部が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種からなる熱硬化樹脂とＡｌＮ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＭｇＯ及びＢＮから選ばれた少なくとも一種からなる粉体混合物で形成されてなることを特徴とする熱伝導基板。
前記高熱伝導部が、沿面距離を持つように厚み方向で断面積を変化させている請求項１に記載の熱伝導基板。
前記高熱伝導部の面積が、前記高熱伝導部に接する前記リードフレーム上に実装する電子部品面積の６０％以上の範囲である請求項１または２に記載の熱伝導基板。
前記高熱伝導部の面積が、前記高熱伝導部に接する前記リードフレーム上に実装する電子部品面積の１１０〜１５０％の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導基板。
前記高熱伝導部が接着剤を介して前記リードフレーム及び前記放熱板と接着されている請求項１または２に記載の熱伝導基板。
前記無機フィラーが、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ及びＢＮから選ばれた少なくとも一種である請求項１または２に記載の熱伝導基板。
前記熱硬化樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一種である請求項１または２のいずれかに記載の熱伝導基板。
無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化された熱伝導基板であって、前記電気絶縁性樹脂混合物層が前記リードフレームに接するように高熱伝導部を形成しており、前記リードフレームと前記高熱伝導部との固定は、前記リードフレームに設けた凹部に前記高熱伝導部を挿入することによりなされたことを特徴とする熱伝導基板。
無機フィラーと熱硬化樹脂を含む電気絶縁性樹脂混合物層がリードフレーム表面まで充填一体化された熱伝導基板であって、前記電気絶縁性樹脂混合物層が前記リードフレームに接するように高熱伝導部を形成しており、前記リードフレームと前記高熱伝導部との固定は、前記リードフレームに設けた凸部を前記高熱伝導部に設けた凹部に挿入することによりなされたことを特徴とする熱伝導基板。
無機フィラーと熱硬化樹脂からなる電気絶縁性樹脂混合物をシート状に加工し、
前記シート状物の厚み方向に貫通する所望の部分に開口部を形成し、
前記開口部に高熱伝導部材を挿入し、
別途作製した任意の開口面積を有するシート状物に高熱伝導材を挿入した前記シート状物を所望の枚数準備し、リードフレームに前記複数のシート状物を重ね、加熱加圧により前記リードフレーム表面まで前記電気絶縁性樹脂混合物を充填し、かつ前記電気絶縁性樹脂混合物層中の熱硬化樹脂を硬化して前記リードフレームと接着一体化することを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
金型中に高熱伝導部を、リードフレームの所望の部分に高熱伝導部が形成されるように位置合わせを行って固定し、
前記金型内に無機フィラーと熱硬化樹脂からなる電気絶縁性樹脂混合物を入れ、半硬化してシート状に形成し、
前記シート状とリードフレームを重ね、加熱加圧により前記リードフレーム表面まで前記電気絶縁性樹脂混合物を充填し、かつ前記電気絶縁性樹脂混合物層中の熱硬化樹脂を硬化して前記リードフレームと接着一体化することを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
請求項１１の加熱加圧する工程において、リードフレームとシート状物にさらに放熱板と重ね、放熱板をリードフレーム接着面と反対側に接着することを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
前記開口部を形成する方法が、金型による打ち抜きプレス、レーザ加工、ドリル加工及びパンチング加工から選ばれる少なくとも一つの加工方法による請求項１０に記載の熱伝導基板の製造方法。
前記リードフレームと前記高熱伝導部を固定する方法が、リードフレームに設けた凹部に高熱伝導部を挿入して固定する方法またはリードフレームに設けた凸部を高熱伝導部に設けた凹部に挿入して固定する方法である請求項１０または１１に記載の熱伝導基板の製造方法。