JP2010028009A - 金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法、及び金属・樹脂一体型平坦回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で製品設計変更が容易であり、しかも熱伝導性にすぐれた平坦回路基板を提供する。
【解決手段】上記課題は；金属平板に、厚み方向の一部または全部を除去してなる除去部ｒを所定のパターンで形成することにより、リードフレーム１を製造する工程と、それぞれ平坦なインサート接触面２ｃ，３ｃを有する表面側金型２及び裏面側金型３の間にリードフレーム１をクランプし、リードフレーム１の表面全体及び裏面全体を表面側金型及び裏面側金型のインサート接触面２２ｃ，３ｃにそれぞれ密着させた状態で、フィラーを含有する熱硬化性樹脂５を除去部ｒに直接に充填することにより、リードフレーム１と同一の厚みを有する表面及び裏面が平坦な回路基板１０を形成する、インサート成形工程とを含む金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法、により解決される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップ、表面実装部品等を搭載するための金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造技術に関するものである。

従来、光電変換素子等の半導体チップや表面実装部品を搭載する平坦回路基板としては、積層形態や単層形態の別なく、ガラスエポキシに代表される樹脂基板が主に用いられている。これは、製品仕様上複雑な再配線が必要であることに起因している。また、高い信頼性が必要な用途にはセラミックに代表される無機材料基板が使用されることもある。
特開２００７−２９４７４３号公報

しかしながら、ガラスエポキシに代表される樹脂基板は、構造が単層であっても製作工程が煩雑である為、コスト低減及び納期短縮は難しい。また、ガラスエポキシに代表される樹脂基板は、放熱性は基本的に使用される樹脂特性によるところが大きく、この特性を変えることは大変難しい。この改善を図る為には半導体チップ搭載パターンと基板底面等に配置したヒートシンクとを、ビアホールを介して連結させる必要があり、工程数、材料費も増加する為、更なるコスト高や工期延長に繋がる。
同じく、セラミックに代表される無機材料基板は樹脂基板に比べ、物理・機械・熱・電気的特性は非常に優れているが樹脂基板より更にコスト高となっている。
そこで、本発明の主たる課題は、上記従来品にかわる安価で製品設計変更が容易であり、しかも熱伝導性にすぐれた平坦回路基板を提供する事を目的とする。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
金属平板に、厚み方向の一部または全部を除去してなる除去部を所定のパターンで形成することにより、リードフレームを製造する工程と、
それぞれ平坦なインサート接触面を有する表面側金型及び裏面側金型の間に前記リードフレームをクランプし、前記リードフレームの表面全体及び裏面全体を前記表面側金型のインサート接触面及び裏面側金型のインサート接触面にそれぞれ当接させた状態で、フィラーを含有する熱硬化性樹脂を前記除去部に直接に充填することにより、金属リードフレームと同一の厚みを有する表面及び裏面が平坦な回路基板を形成する、インサート成形工程と、
を含むことを特徴とする、金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。

（作用効果）
このような製造方法であれば、金属リードフレームは安価で設計・製作日数が短くて済み、また成形金型も特殊な構造では無く専用化する必要が無いため、安価で製品設計変更が容易となる。しかも、リードフレームの表面全体及び裏面全体を金型の平坦な接触面にそれぞれ当接させた状態で成形するため、リードフレーム表面における樹脂バリが抑制される。
なお、金属リードフレームと樹脂との組合せは、金属リードフレームに半導体チップを搭載・配線しそれらの保護として樹脂にてフルモールディングする形態や、近年では半導体チップを搭載・配線後、中空封止或いはポッティング封止する用途として、金属フレームに予め、樹脂成形にて箱型状のパッケージを形成する形態もあるが、いずれも本発明とは無関係のものであり、発想が全く異なるものである。

＜請求項２記載の発明＞
前記インサート成形工程に先立って、前記製造したリードフレームに表面メッキ処理を施し、前記インサート成形工程後に前記リードフレームのメッキ処理を行わないようにする、請求項１記載の金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。

（作用効果）
本発明では、リードフレームの表面全体及び裏面全体を金型の平坦な接触面にそれぞれ当接させた状態で成形することにより、樹脂充填時にリードフレーム表面に樹脂バリが発生しない。よって、本項記載の発明のように、処理が難しく費用の高い樹脂バリ除去後の後メッキを省略し、より低コストな金属リードフレーム製作段階での薄付け先メッキを行うことにより、製造コストを削減することができる。

＜請求項３記載の発明＞
前記リードフレームを製造するにあたり、前記リードフレームに、個々の製品となる単位部分を多数並設するとともに、隣接する単位部分の除去部間を繋ぐ第１の樹脂流動供給用除去部を形成するとともに、複数の単位部分の各除去部に共通的に連通する第２の樹脂流動供給用除去部を形成する、請求項１または２記載の金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。

（作用効果）
このように、金型ではなく金属リードフレーム内に樹脂流動経路が形成されていると、樹脂中の無機フィラーの充填量を増加させても、リードフレーム全体にわたり最適な充填が可能となる。

＜請求項４記載の発明＞
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により製造されることを特徴とする、金属・樹脂一体型平坦回路基板。

（作用効果）
上述の各作用効果が奏せられる。

以上のように、本発明によれば安価で製品設計変更が容易であり熱伝導性にすぐれた平坦回路基板となる、等の利点がもたらされる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
本発明では、先ずリードフレームを製造する。リードフレームの材料となる金属平板としては、所定の寸法を有する矩形薄板を用いることができ、材質についてはCu（銅）ベース、Fe（鉄）ベース若しくはその他合金のいずれでもよく、製品要求特性に準拠したものを選定すればよい。このような金属平板に対して、パンチングやエッチング等により厚み方向の一部または全部を所定のパターンで除去し、図１に示すような、任意の電極を有する金属リードフレーム１を製造する。符号ｒが除去部である。このパターンは適宜定めることができるが、量産品の場合、図１に示すように個々の製品となる単位部分１Ｕが縦方向及び横方向にそれぞれ多数並設されるようなパターンが一般的である。

このリードフレーム１の製造に際して、個々の製品となる単位部分１Ｕ内における除去部ｒとは別に、隣接する単位部分１Ｕの除去部ｒ間を繋ぐ第１の樹脂流動供給用除去部ｒ１を形成するとともに、複数の単位部分１Ｕの各除去部ｒに共通的に連通する第２の樹脂流動供給用除去部ｒ２を形成しておくと、樹脂をリードフレーム１の隅々まで好適に充填できるため好ましい。通常の場合、リードフレーム１の中央部分に個々の製品となる単位部分１Ｕが隣接配置されるため、第２の樹脂流動供給用除去部ｒ２は、個々の製品となる単位部分１Ｕの群の周囲に隣接して設けるのが好ましい。

製造される金属リードフレーム１は、矩形薄板状をなしているのが望ましく、その長さ及び幅が樹脂成形金型及び以降のこの基板を使って組立等を行う設備の最大値であるのが望ましい。また金属リードフレーム１の厚みは、除去部ｒにおける樹脂流動を考慮し、２００μｍ以上、特に２００〜５００μｍ程度とするのが望ましい。

次に、製造した金属リードフレーム１は、インサートとして金型内に配置され、成形工程が行われる。この際、図２に示すように、それぞれ平坦なインサート接触面２ｃ，３ｃを有する表面側金型２及び裏面側金型３の間にリードフレーム１をクランプし、リードフレーム１の表面全体及び裏面全体を表面側金型２のインサート接触面２ｃ及び裏面側金型３のインサート接触面３ｃにそれぞれ密着させた状態で、フィラーを含有する熱硬化性樹脂５を金型内のランナーから直接にリードフレーム１の空隙（除去部ｒ）に充填する。この際、供給された熱硬化性樹脂５は、第１の樹脂流動供給用除去部ｒ１を介して隣接する単位部分１Ｕから単位部分１Ｕへ流動供給され、また第２の樹脂流動供給用除去部ｒ２を介して隣接する複数の単位部分１Ｕの各除去部ｒに分配供給される。これにより、図３及び図４に示すように、金属リードフレーム１と同一の厚みを有する表面及び裏面が平坦な回路基板１０が形成される。このような製造方法であれば、金属リードフレーム１は安価で設計・製作日数が短くて済み、また成形金型２，３も特殊な構造では無く専用化する必要が無いため、安価で製品設計変更が容易となる。しかも、リードフレーム１の表面全体及び裏面全体を金型の平坦な接触面にそれぞれ当接させた状態で成形するため、リードフレーム１表面における樹脂バリが抑制される。

成形に用いる熱硬化性樹脂５としては、架橋型樹脂のいずれも用いることができるがコストや入手容易性、耐熱性能等を総合的に考慮すると、ビフェニール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好適である。熱硬化性樹脂５には無機フィラーが添加分散される。無機フィラーとしては水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、アルミナ粉末、シリカ粉末、ボロンナイトライト粉末、酸化チタン粉末、炭化ケイ素粉末、ガラス繊維、アルミナ繊維などを用いることができる。無機フィラーの配合量は熱硬化性樹脂成分に対して６０〜８０重量％とするのが好ましい。無機フィラーの配合量が６０重量％よりも少なくなると、熱伝導率向上効果に乏しくなり、また８０重量％よりも多くなると樹脂充填性が低下する。無機フィラーの粒径は２０μｍ以下であるのが好ましい。

リードフレーム１に対するメッキ処理は成形工程後に行うこともできるが高価である。本発明ではリードフレーム１を隠蔽するような樹脂バリが実質的に発生しないため、成形工程に先立って、製造したリードフレーム１に表面メッキ処理を施し、インサート成形工程後にリードフレーム１のメッキ処理を行わないようにするのが好ましい。このメッキ処理は特に限定されるものではなく、Ni-Pd-Au，Ni-Au等の一般的で安価な薄付け全面メッキを用いることができる。

他方、図５及び図６は、本発明の製造方法により製造した基板１０の利用例を示しており、基板１０のダイパッド（リードフレーム１により形成される部分である）上に、光電変換素子１１を搭載し、リードフレーム１からなる電極と光電変換素子１１とをボンディングワイヤー１３により接続した後、これらを透明樹脂１２で封止した光検出チップ２０を示している。本発明の金属・樹脂一体型平坦回路基板１０はこのような応用が可能である。

本発明は、半導体チップや表面実装部品を実装する単層構造の回路基板として有用なものである。

成形前におけるリードフレームのサンプルの写真である。 成形時における図１のii-ii断面図である。 成形後におけるリードフレームのサンプルの写真である。 図３のiv-iv断面図である。 光検出チップの斜視図である。 光検出チップの断面図である。

符号の説明

１…リードフレーム、２…表面側金型、３…裏面側金型、２ｃ，３ｃ…インサート接触面、５…熱硬化性樹脂、ｒ，ｒ１，ｒ２…除去部、１０…回路基板、１１…光電変換素子、１２…透明樹脂、１３…ボンディングワイヤー、２０…光検出チップ。

Claims (4)

1. 金属平板に、厚み方向の一部または全部を除去してなる除去部を所定のパターンで形成することにより、リードフレームを製造する工程と、
   それぞれ平坦なインサート接触面を有する表面側金型及び裏面側金型の間に前記リードフレームをクランプし、前記リードフレームの表面全体及び裏面全体を前記表面側金型のインサート接触面及び裏面側金型のインサート接触面にそれぞれ当接させた状態で、フィラーを含有する熱硬化性樹脂を前記除去部に直接に充填することにより、金属リードフレームと同一の厚みを有する表面及び裏面が平坦な回路基板を形成する、インサート成形工程と、
   を含むことを特徴とする、金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。
2. 前記インサート成形工程に先立って、前記製造したリードフレームに表面メッキ処理を施し、前記インサート成形工程後に前記リードフレームのメッキ処理を行わないようにする、請求項１記載の金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。
3. 前記リードフレームを製造するにあたり、前記リードフレームに、個々の製品となる単位部分を多数並設するとともに、隣接する単位部分の除去部間を繋ぐ第１の樹脂流動供給用除去部を形成するとともに、複数の単位部分の各除去部に共通的に連通する第２の樹脂流動供給用除去部を形成する、請求項１または２記載の金属・樹脂一体型平坦回路基板の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法により製造されることを特徴とする、金属・樹脂一体型平坦回路基板。

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