CN104472022B - 散热基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的散热基板的制造方法包括：形成基板中间体的基板中间体形成工序，该基板中间体在由绝缘树脂材料构成的绝缘层上形成有由导电材料构成的导电层；形成贯通所述基板中间体的大致圆柱形状的通孔的通孔形成工序；将由金属构成的大致圆柱形状的导热构件插入而配设在所述通孔内的插入工序；使所述导热构件产生塑性变形而将该导热构件固定在所述通孔内的塑性变形工序，在所述插入工序之前，进行将所述导热构件退火的退火工序。

Description

散热基板的制造方法
技术领域
本发明涉及在例如车辆的电气性的控制设备、家庭用设备、LED部件或工业用设备中使用的散热基板的制造方法。
背景技术
电路中的半导体元件处于因高密度化、高电流化而发热量增加的趋势。尤其是使用了Si的半导体在周围的温度成为100℃以上时，成为误动作、故障的原因。作为这样的半导体元件等的发热部件，有例如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)、IPM(IntelligentPowerModule)等开关元件。
为了使发热部件有效地冷却，对于基板而言，使用了在部件的安装面的相反侧形成有散热路径的散热基板。具体而言，将由发热部件产生的热量向基板的背面侧(部件搭载面(安装面)的相反侧)传导，在背面侧使用散热设备等进行冷却。
作为散热路径的形成手法，有例如在形成于基板的通孔内配设由导热率高的金属(Cu、Al等)构成的导热构件，并将该导热构件固定在通孔内的方法。金属向通孔的固定通过由压入或塑性变形进行的密接、由粘接剂或焊料进行的接合等来进行(例如参照专利文献1)。并且，发热部件的散热通过将导热构件与发热部件连接并将从部件产生的热量经由导热构件(例如柱状的铜)向外部散热来进行。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-263003号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，若通过压入将导热构件固定在通孔内，则伴随压入而产生应力，因此在形成基板的绝缘层的预成型料(由玻璃布和环氧树脂构成的复合材料)上可能会产生裂纹。
另外，若通过塑性变形将导热构件固定在通孔内，则在向通孔内插入时，使导热构件的直径小于通孔的直径，在插入后，通过加压使其塑性变形而进行固定。此时，若导热构件与通孔的中心位置偏离，则可能会产生间隙。而且，在用于使导热构件产生塑性变形的压力大的情况下，导热构件的向径向扩展的塑性变形量未必恒定，仍然可能在导热构件与通孔之间产生间隙。由于这样的间隙的存在，为了安装发热部件而使用的焊料渗透而会导致不良情况。而且，在未产生间隙的部分处，强应力作用于基板，因此可能会导致绝缘层破坏。
本发明是考虑了上述现有技术的发明，目的在于提供一种即便在使导热构件产生塑性变形而将其固定在通孔内的情况下，也能避免因导热构件具有的应力而基板被破坏或产生裂纹的情况的散热基板的制造方法。
用于解决课题的方案
为了实现所述目的，在本发明中，提供一种散热基板的制造方法，其特征在于，包括：形成基板中间体的基板中间体形成工序，该基板中间体在由绝缘树脂材料构成的绝缘层上形成有由导电材料构成的导电层；形成贯通所述基板中间体的大致圆柱形状的通孔的通孔形成工序；将由金属构成的大致圆柱形状的导热构件插入而配设在所述通孔内的插入工序；使所述导热构件产生塑性变形而将该导热构件固定在所述通孔内的塑性变形工序，在所述插入工序之前，进行将所述导热构件退火的退火工序。
优选的是，在所述塑性变形工序中，将支承板以闭塞所述通孔的方式配设在所述基板中间体的一侧，从所述基板中间体的另一侧将按压片压靠于所述导热构件的压靠面并进行按压，所述按压片产生的按压力小于与所述通孔的贯通方向垂直的垂直方向上的所述绝缘层的压缩断裂应力。
优选的是，在所述插入工序中，在所述插入工序中，在将所述导热构件插入了所述通孔中时，在所述导热构件的外周面与所述通孔的内壁面之间形成100μm以下的间隙，且所述导热构件的体积相对于所述通孔内的空间体积为100％～110％。
优选的是，在所述塑性变形工序中，在将所述按压片压靠于所述导热构件时，所述按压片收纳在所述压靠面的外缘以内的范围。
发明效果
根据本发明，在插入工序之前，预先进行将导热构件退火的退火工序，因此能够将具有导热性的材料所具有的内部应力除去。而且，由于导热构件通过退火而能够使屈服强度下降，因此，在塑性变形工序中能够设定为利用基板中间体不会被破坏的按压力来使导热构件产生塑性变形，从而能够不破坏基板中间体地使导热构件产生塑性变形而固定在通孔内。而且，由于能够设定屈服强度，因此能够掌握膨胀了开始塑性变形的变形量时的导热构件的大小。因此，在塑性变形工序中，在使导热构件产生塑性变形时能够避免与通孔之间产生间隙而可靠地固定。
另外，在塑性变形工序中，按压片产生的按压力小于与通孔的贯通方向垂直的垂直方向上的绝缘层的压缩断裂应力，因此即使按压力直接传递给绝缘层，绝缘层也不会产生裂纹等。
另外，塑性变形前的导热构件与通孔之间的间隙设为100μm以下，由此在导热构件被按压时均等地向外侧扩展的范围内，导热构件与通孔接触。即，从按压方向观察，导热构件在保持为圆形形状的状态下均等地向外侧扩展。而且，导热构件的体积相对于通孔内的空间体积为100％～110％，由此能够可靠且没有间隙地使导热构件与通孔密接。
另外，在塑性变形工序中，在将按压片向导热构件压靠时，按压片收纳在压靠面的外缘以内的范围，因此，按压片产生的按压力不会直接作用于基板中间体。因此，能够防止基板中间体的破坏。而且，即使在导热构件的体积小而导热构件的整个周面未与通孔密接的情况下，也可以使按压片陷入导热构件而进一步将导热构件沿径向压开。因此，能够实现导热构件相对于通孔的可靠固定。
附图说明
图1是本发明的散热基板的制造方法的流程图。
图2是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图3是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图4是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图5是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图6是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图7是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图8是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图9是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图10是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图11是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
图12是顺序地说明本发明的散热基板的制造方法的简图。
具体实施方式
参照图1的流程图，对本发明的散热基板的制造方法进行说明。基板中间体形成工序(步骤S1)～镀敷工序(步骤S3)和形状形成工序(步骤S4)～排列工序(步骤S6)中先进行哪一者均可，也可以同时进行。
在基板中间体形成工序(步骤S1)中，制造图2所示那样的基板中间体1。在图1的例子中，基板中间体1是所谓的4层基板，将由成为导体图案的导电材料构成的导电层2隔着绝缘层3而形成4层。详细而言，使用两张仅在绝缘层3的单面形成有导电层2的所谓单面板4a将在绝缘层3的双面形成有导电层2的所谓双面板4b夹入，并对其进行层叠，由此形成4层的多层板。在此，绝缘层3由绝缘树脂材料构成，例如为预成型料。导电层2由导电材料构成，例如为铜。基板中间体1只要将该绝缘层3与导电层2层叠即可，其层叠张数可以适当选择。
接下来进行通孔形成工序(步骤S2)。在该工序中，如图3所示，形成将基板中间体1贯通的通孔5。该通孔5例如使用钻头或激光等来穿设。穿设后的孔形状为大致圆柱形状，因此在穿设方向上观察时，通孔5的内壁面描绘出圆形。
接下来进行镀敷工序(步骤S3)。在该工序中，对形成有通孔5的基板中间体1实施镀敷处理。该镀敷处理对基板中间体1的整个表面实施，因此，如图4所示，因镀敷处理而析出的镀敷膜6形成在基板中间体1的两面和通孔5的内壁面上。这样，镀敷膜6覆盖基板中间体1及通孔5的整面，因此作为镀敷处理后的外形而言，即使由镀敷膜6覆盖，也与基板中间体1及通孔5大致相同。因此，对于基板中间体1的表面或通孔5的内壁面而言，即使在夹杂镀敷膜6的状态下，有时也称为基板中间体1的表面、通孔5的内壁面。
另一方面，进行形状形成工序(步骤S4)。该形状形成工序是形成向通孔5内插入的导热构件7的形状的工序。即，是对金属制的板材或棒材进行机械加工而形成为大致圆柱形状的工序。例如，为了使金属板成为大致圆柱形状而进行冲裁，或者将长条的大致圆柱形状的棒材适当切断成规定长度而能够得到导热构件7的形状。作为导热构件7的材料，可使用具有传热性的金属材料例如铜。
接下来进行退火工序(步骤S5)。在该工序中，对通过步骤S4得到的导热构件7进行退火。具体而言，将导热构件7在不活泼气体中进行加热，然后进行冷却。在此，在退火后，导热构件7的0.2％屈服强度为10MPa以下。而后进行排列工序(步骤S6)。该工序是为了使退火后的多个导热构件7与基板中间体1的通孔5的位置分别对合而进行定位的工序。该导热构件7的排列是向预先在与通孔5的位置对应的位置设有凹部的支承件上分别放入导热构件7并进行定位的动作。此时，通过使支承件振动而自动地使导热构件7进入凹部。该排列工序使用市售的排列机进行。
而后，进行插入工序(步骤S7)。在该工序中，向通孔5内插入导热构件7。因此，如图5所示，导热构件7成为配设在通孔5内的状态。此时，在导热构件7的外周面与通孔5(在图5的例子中为通孔5内的镀敷膜6)的内壁面之间形成100μm以下的间隙G。并且，导热构件7的体积相对于通孔5内的空间体积(在图5的例子中为通孔5内的镀敷膜6内的空间体积)而成为100％～110％。因此，导热构件7的直径小于通孔5的直径，从而导热构件7从通孔5露出。这样，导热构件7的外径小于通孔5(在图5的例子中为由镀敷膜6形成的通孔)的内径。由此，在导热构件7插入时，没有出现向通孔5压入的情况。因此，在插入时，基板中间体1不会损伤。
接下来，进行塑性变形工序(步骤S8)。经由该塑性变形工序，导热构件7被固定在通孔5内，从而制造出散热基板15。为了使导热构件7塑性变形，而将基板中间体1安设于冲压机上。冲压机具备支承板8，基板中间体1载置在该支承板8上。即，支承板8以将通孔5闭塞的方式配设在基板中间体1的一侧。在此状态下，从配设有支承板8的另一侧将按压片9向导热构件7压靠。具体而言，如图6所示，导热构件7从通孔5突出的一侧的端面成为压靠面10，将按压片9向该压靠面10压靠。按压片9还将导热构件7向通孔5的长度方向即箭头P方向按压。
由于按压片9的按压，导热构件7抵碰于支承板8，并由于进一步的按压而向外方被压开。即，导热构件7沿径向扩展而与通孔5的内壁面接触。金属制的导热构件7在以超过0.2％屈服强度被按压时产生塑性变形，如图7所示，在通孔5内密接的同时被固定。
此时，在上述的插入工序之前，预先进行了使导热构件7退火的退火工序，因此具有导热性的材料所具有的内部应力被除去，从而能够设定上述那样的屈服强度。即，成为导热构件7的材料借助退火工序而使屈服强度下降。因此，在塑性变形工序中能够设定为利用基板中间体1不会被破坏的按压力来使导热构件7产生塑性变形，从而能够不破坏基板中间体1并使导热构件7产生塑性变形而固定在通孔5内。而且，由于借助退火工序能够设定屈服强度，因此能够掌握膨胀了开始塑性变形的变形量时的导热构件7的大小。因此，能够将该膨胀量加入考虑来设定通孔5的内径，从而在塑性变形工序中，在使导热构件7产生塑性变形时能够避免与通孔5之间产生间隙而可靠地固定。尤其是通过将上述那样的间隙G较窄地设定为100μm以下，导热构件7在保持正圆性的状态下(从按压方向观察时保持为圆形形状的状态下均等地)沿径向扩展，在这样均等地向外侧扩展的过程中，导热构件7与通孔5接触。为了可靠地使导热构件7与通孔5的内壁面接触，如上述那样，导热构件7的体积相对于通孔5内的空间体积而成为100％～110％。通过形成为这样的体积，能够可靠且没有间隙地使导热构件与通孔密接。
对于将间隙G设为100μm以下的情况进一步进行说明，在0.2％屈服强度为10MPa以下的由铜圆柱构成的导热构件7的情况下，若通过按压片9进行按压而产生压缩变形，则从按压方向观察时的导热构件7的正圆性下降。此时，以10％的变形量计，从导热构件7的中心到外缘出现100μm的差，因此在塑性变形工序中导热构件7产生的变形量优选为10％以下。在这样的变形量中，若间隙G为100μm以上，则正圆性成为因按压而进一步走样的结果，成为在插入工序中插入了导热构件7时与通孔5的中心位置较大偏离的原因，在按压后的导热构件7和通孔5会产生未密接的部分。因此，可以说优选间隙G为100μm以下。而且，若使间隙G为100μm以下，即使万一在导热构件7的塑性变形后与通孔5存在间隔，该间隔也就是几十μm左右，因此通过镀敷处理能够充分地堵塞该间隔，因此出现万一的情况下的后处理也能够容易地进行(后述的镀盖工序)。
另外，按压片9产生的按压力设定为比与通孔5的贯通方向(长度方向)垂直的垂直方向上的绝缘层3的压缩断裂应力小。由此，即使按压力直接传递给绝缘层，绝缘层3也不会产生裂纹等。而且若将该按压力设定为比形成在通孔5的内壁面上的镀敷膜6的压缩断裂应力小，则也不会对通孔5内的镀敷膜6造成影响。具体而言，镀敷膜6的压缩断裂应力为约300MPa，由预成型料形成的绝缘层3的压缩断裂应力为250MPa～350MPa，因此按压片9产生的按压力优选为250MPa以下。
另外，参照图6可知，按压片9收纳在压靠面10的外缘以内的范围。即，在按压时，按压片9不会从压靠面10向外侧露出。因此，即使按压片9到达基板中间体1的表面的界线，按压片9也不会与基板中间体1的表面抵碰。换言之，按压片9产生的按压力不会直接作用于基板中间体。因此，能够防止塑性变形工序中的基板中间体1的破坏。而且，在导热构件7的体积小、即使将按压片9下压而按压至基板中间体1的表面的界线而导热构件7的整个周面也未与通孔密接的情况下，可以使按压片9陷入导热构件7而进一步将导热构件7沿径向压开。因此，能够实现导热构件7相对于通孔5的可靠固定。该按压片9产生的按压通过按压片9借助往复运动而敲打导热构件7来进行。即，导热构件7实施动态的塑性变形处理。该动态的塑性变形处理比静态的塑性变形处理的瞬间作用的应力大。避免按压片9直接与基板中间体1抵碰是为了避免这样的大按压应力作用于基板中间体1，防止基板中间体1的破坏。
在塑性变形工序中从通孔5露出的导热构件7的部分通过抛光研磨等物理研磨而被加工成与基板中间体1的表面齐面。
接下来，进行镀盖工序(步骤S9)。如图8所示，该工序在通过塑性变形工序而形成在导热构件7和通孔5的内壁面上的镀敷膜6未完全地密接、留有间隔的情况下进行。具体而言，通过对散热基板15实施镀铜处理，而形成镀盖19。此时，镀盖19也被填充于该间隔。通过该镀盖工序，导热构件7与通孔5之间被完全封固。由此，在后续工序中，部件搭载用的焊料通过间隔而浸入到通孔5内的情况被完全防止。通过实现焊料的浸入防止，能够防止部件搭载用的焊料量减少，也能够防止焊料浸入而从相反侧的面突出的情况，因此相反侧的面的平坦性也能够确保。镀盖19可适当除去。需要说明的是，在以后的图中，为了简便起见，省略镀盖19地进行记载。
接下来进行电路形成工序(步骤S10)。在该工序中，通过蚀刻处理等将形成在散热基板15的表面上的镀敷膜6除去，形成图9所示那样的导体图案11。
而后，进行阻焊剂涂敷工序(步骤S11)。在该工序中，如图10所示，向散热基板15的两面涂敷由绝缘体构成的阻焊剂12。
而后，进行焊盘形成工序(步骤S12)。在该工序中，如图11所示，除去阻焊剂12的一部分，使应搭载电气或电子性的部件13的区域作为焊盘14而露出。需要说明的是，焊盘14分别对应地形成在散热基板15的两面上。该阻焊剂12的除去在150℃环境下花费约1小时来进行。该温度超过由预成型料构成的绝缘层3的玻化温度Tg(140℃)，但是由于如上述那样对导热构件7进行退火工序，因此导热构件7不存在强内部应力，因此绝缘层3不会产生裂纹。
而后，进行部件搭载工序(步骤S13)。在该工序中，如图12所示，经由焊料16向焊盘14搭载部件13。由此，部件13与导热构件7经由焊料16而热连接。即，能确保由部件13产生的热量的散热路径。需要说明的是，也可以不使用焊料16而使用其他的具有传热性的树脂或传热片等将部件13与导热构件7热连接。向搭载有部件13的面的相反侧的面的焊盘14上粘贴由导电性材料构成的片状的导热片17。与该导热片17相接地安装散热设备18。
符号说明
1：基板中间体，2：导电层，3：绝缘层，4a：单面板，4b：双面板，5：通孔，6：镀敷膜，7：导热构件，8：支承板，9：按压片，10：压靠面，11：导体图案，12：阻焊剂，13：部件，14：焊盘，15：散热基板，16：焊料，17：导热片，18：散热设备，19：镀盖

Claims (2)

1.一种散热基板的制造方法，其特征在于，包括：
形成基板中间体的基板中间体形成工序，该基板中间体在由绝缘树脂材料构成的绝缘层上形成有由导电材料构成的导电层；
形成贯通所述基板中间体的大致圆柱形状的通孔的通孔形成工序；
将由金属构成的大致圆柱形状的导热构件插入而配设在所述通孔内的插入工序；
使所述导热构件产生塑性变形而将该导热构件固定在所述通孔内的塑性变形工序，
在所述插入工序之前，进行将所述导热构件退火的退火工序，
在所述塑性变形工序中，将支承板以闭塞所述通孔的方式配设在所述基板中间体的一侧，从所述基板中间体的另一侧将按压片压靠于所述导热构件的压靠面并进行按压，在所述塑性变形工序中，在将所述按压片压靠于所述导热构件时，所述按压片收纳在所述压靠面的外缘以内的范围，且所述按压片的直径小于应固定所述导热构件的所述通孔的直径。
2.根据权利要求1所述的散热基板的制造方法，其特征在于，
在所述插入工序中，在将所述导热构件插入了所述通孔中时，在所述导热构件的外周面与所述通孔的内壁面之间形成100μm以下的间隙，且所述导热构件的体积相对于所述通孔内的空间体积为100％～110％。
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