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JP2002033558A - 回路基板とその製造方法 - Google Patents

回路基板とその製造方法

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Publication number
JP2002033558A
JP2002033558A JP2000216932A JP2000216932A JP2002033558A JP 2002033558 A JP2002033558 A JP 2002033558A JP 2000216932 A JP2000216932 A JP 2000216932A JP 2000216932 A JP2000216932 A JP 2000216932A JP 2002033558 A JP2002033558 A JP 2002033558A
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JP
Japan
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sheet
lead frame
circuit board
heat
weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000216932A
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English (en)
Inventor
Masaki Suzumura
政毅 鈴村
Fumiaki Hashimoto
文明 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to EP20010948057 priority patent/EP1229772B1/en
Priority to CNB018020887A priority patent/CN1205669C/zh
Priority to US10/088,035 priority patent/US6737153B2/en
Priority to DE60135437T priority patent/DE60135437D1/de
Priority to PCT/JP2001/006197 priority patent/WO2002007485A1/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は多数の電子部品が高密度実装された
回路基板とその製造方法において、放熱効果を高めるこ
とを目的とする。 【解決手段】 電気絶縁性で熱伝導特性に優れる無機質
フィラー７０〜９５重量部と、熱硬化性樹脂、硬化剤お
よび硬化促進剤を含む熱硬化性樹脂組成物４．９〜２８
重量部と、溶剤０．１〜２重量部を含む未硬化状態では
可撓性を有するシート１と、配線を形成するリードフレ
ーム３を重ね合わせ低温度で加熱加圧し、リードフレー
ム３とシート１を一次一体成形し、その後回路的に不要
なリードフレーム３部分をシート１と共に打ち抜き、さ
らに高温度で加熱加圧して孔部を埋設しつつ夫々を一体
化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は放熱性を向上させた
回路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、高密度実装
されたパワー半導体等の発熱をいかに放熱するかが重要
な課題となっている。
【０００３】従来このような放熱性を改良する技術とし
て、図８、図９に示すものがある。図８及び図９におい
て、１１は金属板、１２は絶縁体層、１３は導体箔、１
４はパワー半導体を含む電子部品、１５は外部接続端子
である。
【０００４】導体箔１３は金属板１１に絶縁体層１２を
介して張り合わされている。この導体箔１３はエッチン
グにより回路パターン状に形成される。電子部品１４の
発熱は絶縁体層１２を介して金属板１１に伝えられる。
１６は放熱器であり、金属板１１のみの放熱では不十分
な場合に放熱を補うために用いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では放
熱特性は金属板１１と導体箔１３の間に形成された絶縁
体層１２により決定され、この放熱特性を十分に高くす
ることができないといった問題があった。
【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、放熱特性を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シートと、このシートに重合されたリード
フレームとを備え、前記シートは、無機質フィラー７０
〜９５重量部と、少なくとも熱硬化性樹脂、硬化剤、お
よび硬化促進剤を含む樹脂組成物５〜３０重量部からな
る混合物シートであって、前記リードフレームは、少な
くとも前記シートと接合する一面側が粗面化された板体
であり、複数の回路パターン間には前記シートを形成す
る樹脂層が浸入し、前記リードフレームの他面側におい
て平面を形成している構成としたものであって、無機質
フィラーを含有したシートがリードフレームの回路パタ
ーン間にも存在することで、その放熱特性はきわめて高
くなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、シートと、このシートに重合されたリードフレーム
とを備え、前記シートは、無機質フィラー７０〜９５重
量部と、少なくとも熱硬化性樹脂、硬化剤、および硬化
促進剤を含む樹脂組成物５〜３０重量部からなる混合物
シートであって、前記リードフレームは、少なくとも前
記シートと接合する一面側が粗面化された板体であり、
複数の回路パターン間には前記シートを形成する樹脂層
が浸入し、前記リードフレームの他面側において平面を
形成している構成としたものであって、無機質フィラー
を含有したシートがリードフレームの回路パターン間に
も存在することで、その放熱特性はきわめて高くなる。
【０００９】また本発明のシートは、無機質フィラーお
よび熱硬化性樹脂組成物の合計量１００重量部に対し
て、さらに溶剤０．１〜２重量部を添加すると可撓性と
加工性にさらに優れるものとなる。
【００１０】また溶剤は、メチルエチルケトン、イソプ
ロパノール、トルエン、エチルカルビトール、ブチルカ
ルビトール及びブチルカルビトールアセテートから選ば
れた少なくとも１種の溶剤であることが好ましく、これ
らは取り扱いが容易であり、室温でも熱硬化性樹脂に可
撓性を与え、成形・加工が行い易い粘度にすることがで
きるからである。
【００１１】また本発明のシートは、熱硬化性樹脂組成
物を１００重量部としたとき、 １）室温で固形の樹脂が０〜４５重量部、 ２）室温で液状の樹脂が５〜５０重量部、 ３）硬化剤が４．９〜４５重量部、および ４）硬化促進剤が０．１〜５重量部の範囲であることが
好ましく、これは可撓性と加工性に優れたものとなるか
らである。
【００１２】また本発明のシートは、室温で液状の熱硬
化性樹脂としての主成分がビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、または液状フ
ェノール樹脂から選ばれた１種以上であることが好まし
く、これはＢステージの状態を安定して保つことがで
き、さらに硬化後の電気絶縁特性、機械的強度などに優
れるからである。
【００１３】また本発明のシートは、熱硬化性樹脂組成
物の主成分が、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つの樹脂であるこ
とが好ましい。
【００１４】また本発明のシートは、熱硬化性樹脂組成
物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分とし、さ
らに硬化剤としてビスフェノールＡ型ノボラック樹脂
と、硬化促進剤としてイミダゾールを含むことが好まし
く、これは硬化後の基板が難燃性に優れ、かつ電気絶縁
性・機械的強度に優れるからである。
【００１５】また本発明のシートは、臭素化された多官
能エポキシ樹脂が６０〜８０重量部の範囲、硬化剤とし
てビスフェノールＡ型ノボラック樹脂が１８〜３９．９
重量部の範囲、硬化促進剤としてイミダゾールが０．１
〜２重量部の範囲であることが好ましい。
【００１６】また本発明のシートは、無機質フィラー
が、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少
なくとも１種のフィラーであることが好ましく、これは
これらのフィラーが熱伝導性に優れるからである。
【００１７】また本発明のシートは、カップリング剤、
分散剤、着色剤及び離型剤から選ばれた少なくとも１種
を添加することが好ましい。
【００１８】また本発明のシートは、無機質フィラーの
平均粒子直径が０．１〜１００μｍの範囲であることが
好ましく、無機質フィラー７０〜９５重量部と、熱硬化
性樹脂組成物４．９〜２８重量部と、溶剤０．１〜２重
量部を含む混合物スラリーを作製し、このスラリーを所
望の厚みに造膜する。
【００１９】また造膜法が、ドクターブレード法、コー
ター法及び押し出し成形法から選ばれる少なくとも一つ
の方法であることが好ましい。
【００２０】本発明のリードフレームは、銅板を所望の
形状に金型により打ち抜いて得ることもできるし、エッ
チング法で形成することも可能である。
【００２１】このリードフレームの中央部分は回路部品
を実装する領域と周辺部に形成された端子部分を連結す
る結線部分が要求特性に応じて形成されており、周辺部
の端子部分は外周全体で連結されている。
【００２２】また一部部品実装領域は最終的には不要と
なる部分で連結されている。
【００２３】リードフレームの一部部品実装部での連結
部分が打ち抜き切断されると独立して所謂浮島状態が形
成され、ここを介して回路部品を結線していくことは回
路設計上小型化や効率化において有効な手段である。
【００２４】かつリードフレームの周囲は端子部が部品
実装部と一体に形成されており部材削減にも効果的であ
る。
【００２５】リードフレーム外周部の全体連結部分は、
電子部品を実装後、切断し曲げ加工して取り出し、他回
路部との連結を行なう電極端子として有効に活用され
る。
【００２６】加工されたリードフレームの表面はニッケ
ルメッキやハンダメッキにより処理され、銅の酸化を防
止したものが一般的に使用される。
【００２７】またシートが一体成形化される面は、接着
強度をより強度にするためにサンドブラスト処理等によ
って表面粗度を高めた状態としており、シートが加熱溶
融時に物理吸着し易いようにしている。
【００２８】次に本発明のシートは、熱硬化性樹脂成分
を硬化させた電気絶縁性の熱伝導基板であって、熱膨張
係数が８〜２０ｐｐｍ／℃の範囲であり、かつ熱伝導率
が１〜１０Ｗ／ｍＫの範囲であることが好ましく、この
熱伝導基板によれば、熱変形等を起こさずにかつ銅板製
のリードフレームの熱膨張係数に近いものが得られる。
【００２９】また前記本発明においては、シートがリー
ドフレームの回路パターン間の表面まで充填され、リー
ドフレームと樹脂層が平面を形成している。そしてこの
ようにすればリードフレームに電子部品を実装しやす
く、かつ放熱させるための熱抵抗を低く抑えることがで
きるからである。
【００３０】また本発明においては、シートのリードフ
レーム接着面の反対面に放熱用金属板をさらに形成する
ことが好ましく、さらに熱抵抗を低く抑えることがで
き、機械的強度も優れるものとなる。
【００３１】本発明の製造方法は、シートにリードフレ
ームを重ね、熱硬化性樹脂組成物の硬化温度より低い温
度でかつ１０〜２００ｋｇ／ｃｍ2で加圧すると、シー
トがリードフレームの回路パターン間の表面まで充填さ
れ、リードフレームと樹脂層が平面を形成し、充填一体
化する。その後、一部のリードフレーム連結部分を打ち
抜き切除し、次にさらに硬化反応を行なう高温度下で１
０〜２００ｋｇ／ｃｍ 2の圧力を加えて不要なリードフ
レームと共に打ち抜かれた空間に熱硬化性樹脂を充填一
体化した状態で前記熱硬化性樹脂を硬化させる。
【００３２】また打ち抜かれた空間に熱硬化性樹脂を充
填一体化するためにさらに別のシートを重ね合わせて硬
化反応を行なう高温度下で加熱加圧して夫々を一体化し
ても良い。
【００３３】また、シートのリードフレーム接着面の反
対面に放熱用金属板をさらに形成することが好ましく、
放熱用金属板には予め熱硬化性樹脂組成物の硬化温度よ
り低い温度で他のシートが加圧成形されている方がより
好ましい。
【００３４】また本発明においては、加熱加圧する温度
が一段目の仮圧着が５０〜１２０℃の範囲で、二段目の
本成形が１２０〜２００℃の範囲であることが好まし
い。前記した通り、本発明によれば、シートの可撓性を
利用して所望の形状に加工し、硬化して高熱伝導性基板
とすることにより、外周部から独立した回路構成を有す
る放熱性を向上させたパワー用エレクトロニクス実装に
好適な回路基板を提供できる。
【００３５】以下、本発明の一実施形態を図面に基づき
説明する。
【００３６】（実施の形態１）図１は本発明の一実施形
態を示す断面図である。図１においてシート１は、離型
性フィルム２上に、造膜されている。その形成方法は、
少なくとも無機質フィラーと熱硬化性樹脂組成物と溶剤
からなる混合物スラリーを準備し、前記離型性フィルム
２上に造膜により形成される。造膜の方法は、既存のド
クターブレード法やコーター法さらには押し出し成形法
が利用できる。そして、前記造膜されたスラリーの溶剤
のみを乾燥することで可撓性を有するシート１を得るこ
とができる。
【００３７】また同様に、少なくとも無機質フィラーと
室温で固形の熱硬化性樹脂と室温で液状の熱硬化性樹脂
組成物および溶剤の混合物スラリーを準備し、前記と同
様に離型性フィルム２上に造膜し、前記溶剤を乾燥する
ことでも可撓性を有するシート１を得ることができる。
【００３８】前記熱硬化性樹脂としては、例えばエポキ
シ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂を挙げるこ
とができる。また前記無機質フィラーとしては、Ａｌ2
Ｏ3，ＭｇＯ，ＢＮ，ＡｌＮを挙げることができる。溶
剤としては、エチルカルビトール、ブチルカルビトー
ル、ブチルカルビトールアセテートを挙げることができ
る。
【００３９】また前記室温で液状の熱硬化性樹脂として
は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆ型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、および液状フェ
ノール樹脂を挙げることができる。
【００４０】さらに前記溶剤としては、メチルエチルケ
トン、イソプロパノール、トルエンを挙げることができ
る。また必要であれば、シート１の組成物にさらにカッ
プリング剤、分散剤、着色剤、離型剤を添加することも
可能である。
【００４１】また、上記したように溶剤を添加すること
や室温で液状の熱硬化性樹脂を添加し、溶剤を乾燥する
ことで、適度な粘度（１０２〜１０５Ｐａ・ｓ）の半硬
化又は部分硬化状態のシート１が得られる。１０２Ｐａ
・ｓより低い粘度では、シート状物の粘着性が強すぎ離
型性フィルムから剥がせないばかりか、加工後の変形量
が大きいので作業性が悪い。また、１０５Ｐａ・ｓより
高い粘度では、可撓性がなく室温での加工が困難とな
る。望ましくは１０３〜１０４Ｐａ・ｓの範囲の粘度が
作業性、加工性の面で最適である。
【００４２】このシート１を硬化させた熱伝導基板は、
無機質フィラーを大量に充填することができるので熱膨
張係数が銅板製のリードフレームとほぼ同様にすること
ができるだけでなく、放熱性に優れたものとなる。
【００４３】図２〜図５は前記シート１を用いて作製さ
れる回路基板の製造工程を示す図である。図２におい
て、１は前記のようにして作製されたシートで、３は配
線を形成するリードフレームであり、シート１の熱硬化
温度より低い５０〜１２０℃の一次成形によってリード
フレーム３とシート１が一体化されている。
【００４４】リードフレーム３は、銅板を所望の形状に
金型により打ち抜いて得ることもできるし、エッチング
法で形成することも可能である。
【００４５】このリードフレーム３の中央部分には、回
路部品を実装する領域３ａと、周辺部に形成された端子
部分３ｂとを連結する結線部分が要求特性に応じて形成
されており、周辺部の端子部分３ｂは外周全体で連結さ
れている。また３ｃのような中央部の一部の実装領域に
は最終的には不要となる連結部分３ｄが形成されてい
る。
【００４６】加工されたリードフレーム３の表面はニッ
ケルメッキやハンダメッキにより処理され、銅の酸化を
防止したものが一般的に使用される。
【００４７】またこのリードフレーム３のシート１が一
体成形化される面は接着強度をより強度にするためにサ
ンドブラスト処理等によって表面粗度を高めて、シート
１が加熱溶融時に物理吸着し易くしている。
【００４８】図３、図４は、リードフレーム３と前記シ
ート１を５０〜１２０℃の範囲で、重ね合わせて加圧成
形した後に実装領域３ｃから最終的には不要となる連結
部分３ｄをシート１とともに打ち抜き加工した前後の状
態を示す部分図である。
【００４９】図５は前記シート１を１２０〜２００℃の
温度で加熱加圧し、打ち抜き加工で生じた孔３ｅを含め
てリードフレーム３の回路パターン間の表面までシート
１の可撓性を利用して充填し、かつシート１の中の熱硬
化性樹脂を硬化させた状態を示している。そして打ち抜
き加工で生じた孔３ｅを熱硬化性樹脂により埋設するこ
とで周辺への耐電圧を確保している。
【００５０】次に図６は半田による電子部品４の実装
後、リードフレーム３の必要部分を残してカットし、さ
らに取り出し電極とするためリードフレーム３の端子部
分３ｂを垂直に曲げ加工したものである。これにより電
子機器が完成される。その後ケースへの組み込みや絶縁
樹脂の充填などの工程があるが、ここでは本質ではない
ので省略している。
【００５１】（実施の形態２)以下本発明の第２の実施
の形態について説明する。
【００５２】図７はシート１のリードフレーム３接着面
の反対側にさらに放熱用金属板５を形成したものであ
る。
【００５３】放熱用金属板５は熱伝導性と膨張係数に留
意して選定されるが、基板強度の維持としても有効であ
り、コスト面からアルミ板が良好である。
【００５４】放熱用金属板５には他のシート１を予め５
０〜１２０℃の低温度で加圧一体化し、それを図６のシ
ート１の下面に熱圧着する方が特性的に安定し、作業性
にも優れるものとなる。
【００５５】
【発明の効果】以上のように本発明は、シートと、この
シートに重合されたリードフレームとを備え、前記シー
トは、無機質フィラー７０〜９５重量部と、少なくとも
熱硬化性樹脂、硬化剤、および硬化促進剤を含む樹脂組
成物５〜３０重量部からなる混合物シートであって、前
記リードフレームは、少なくとも前記シートと接合する
一面側が粗面化された板体であり、複数の回路パターン
間には前記シートを形成する樹脂層が浸入し、前記リー
ドフレームの他面側において平面を形成している構成と
したものであって、無機質フィラーを含有したシートが
リードフレームの回路パターン間にも存在することで、
その放熱特性はきわめて高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のシートの構成を示す断面
図
【図２】本発明の一実施形態によるシートを用いて作製
される回路基板の平面図
【図３】同要部平面図
【図４】同要部平面図
【図５】同要部平面図
【図６】図５により作製される回路基板の端子部を切断
曲げ起こした断面図
【図７】本発明の他の実施形態の断面図
【図８】従来例の斜視図
【図９】同断面図
【符号の説明】
１ シート ２ 離型性フィルム ３ リードフレーム ４ 電子部品 ５ 放熱用金属板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/38 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｂ 7/20 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｊ Ｆターム(参考） 5E322 AA11 AB06 5E338 AA01 AA16 BB63 BB71 CC01 CD40 EE02 EE27 EE32 5E339 BC02 BE02 5E343 AA02 AA12 AA16 AA33 BB16 BB24 BB44 BB67 DD55 DD56 DD57 DD62 EE43 FF21 FF23 GG04 GG16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シートと、このシートに重合されたリー
    ドフレームとを備え、前記シートは、無機質フィラー７
    ０〜９５重量部と、少なくとも熱硬化性樹脂、硬化剤、
    および硬化促進剤を含む樹脂組成物５〜３０重量部から
    なる混合物シートであって、前記リードフレームは、少
    なくとも前記シートと接合する一面側が粗面化された板
    体であり、複数の回路パターン間には前記シートを形成
    する樹脂層が浸入し、前記リードフレームの他面側にお
    いて平面を形成している回路基板。
  2. 【請求項２】 シートのリードフレームとは反対面に放
    熱用金属板が一体化された請求項１に記載の回路基板。
  3. 【請求項３】 可撓性を有する状態のシートにリードフ
    レームを重ね、次にシートの硬化温度より低温度で加圧
    してリードフレームとシートを仮固定し、その後回路的
    には不要となるリードフレームの連結部分をシートと共
    に打ち抜き切断し、次に硬化温度以上で加圧して前記打
    ち抜きにより形成された孔部分、および回路パターン間
    をシートで埋設一体化しつつシートを硬化させる回路基
    板の製造方法。
  4. 【請求項４】 リードフレームの連結部分の打ち抜き切
    断後、シートのリードフレームとは反対側に熱伝導基板
    を重ね合わせ、硬化温度以上で加圧する請求項３に記載
    の回路基板の製造方法。
  5. 【請求項５】 熱伝導基板に代えて放熱用金属板を用い
    た請求項４に記載の回路基板の製造方法。
  6. 【請求項６】 放熱用金属板には他のシートが重ね合わ
    され、このシートをリードフレームのシートと当接さ
    せ、両シートの硬化温度以上で加圧する請求項５に記載
    の回路基板の製造方法。
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