CN1205669C - 电路基片及其制造方法以及使用它的电子仪器 - Google Patents

Abstract

一种电路基片，包括复合树脂(1)和金属板(3)，金属板形成电路图案。作为金属板，优选使用热传导性优良的铜或铜合金。所述复合树脂由70～95重量份的无机填充剂和5～30重量份的包含热固性树脂、固化剂的树脂组成物构成。对所述金属板的至少与复合树脂粘合的表面进行粗糙化、增强粘合处理。在本发明的电路基片中，将复合树脂浸入到电路图案之间的间隙中，在所述金属板的安装部件的表面上，复合树脂组成物和金属板形成平面。对于本发明的电路基片来说，因为含有无机填充剂的树脂组成物也存在于由金属构成的电路图案的间隙中，所以其放热性极高，可以作为含有发热部件的电子仪器的电路基片适用于功率电路等。

Description

电路基片及其制造方法以及使用它的电子仪器

技术领域

本发明涉及一种提高放热性的电路基片及其制造方法以及使用它的电子仪器。

背景技术

近年来，随着电子仪器的高性能化、小型化的需求，要求半导体等电子部件的高密度化、高功能化。由此，期望安装这些部件的电路基片也小型高密度化。其结果，对于高密度安装的功率半导体等的发热，如何来进行放热就成为重要的课题。

作为现有的改良放热性的技术，有图8、图9所示的。在图8、图9中，现有的改良放热性的电路基片由金属板11、绝缘体层12、导体箔13、包含功率半导体的电子部件14和外部连接端子15所构成。

导体箔13通过绝缘体层12贴合在金属板11上。该导体箔13通过腐蚀法形成电路图案形状。电子部件14的发热通过绝缘体层12被传导到金属板11中。放热器16仅在金属板11放热不充分的情况下起到辅助放热的作用。

在以上所述的现有结构中，电路基片的放热性能由在金属板11和导体箔13之间形成的绝缘体层12和导体箔13的厚度所决定，存在着不能充分地提高放热性能这一问题。

发明内容

为了解决以上所述的现有问题，本发明的目的在于：提供一种能提高放热性能的电路基片和使用它的电子仪器。

本发明的电路基片包括由复合树脂构成的薄板(以下简称为薄板)和与该薄板重叠的金属板，金属板形成电路图案。对于金属板来说，可以优选使用热传导性优良的铜、铜合金。上述薄板由70～95重量份的无机填充剂和5～30重量份的包含热固性树脂、固化剂的树脂组成物构成。根据需要，上述薄板也可以包含固化促进剂。对上述金属板的至少与上述薄板粘合的一侧表面进行粗糙化、增强粘合的处理。

在本发明的电路基片中，复合树脂浸入到电路图案之间的间隙中，并且在上述金属板的安装部件一侧的表面上，复合树脂和金属板形成平面。对于本发明的电路基片来说，因为含有无机填充剂的复合树脂也存在于由金属构成的电路图案的间隙中，所以其放热性极高，可以适用于作为含有发热部件的电路基片的功率电路等中。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的薄板结构的剖面图。

图2是本发明一实施例的使用薄板制作的电路基片的俯视图。

图3是本发明一实施例的使用薄板制作的电路基片的主要部分的俯视图。

图4是本发明一实施例的使用薄板制作的电路基片的主要部分的俯视图。

图5是本发明一实施例的使用薄板制作的电路基片的主要部分的俯视图。

图6是表示对通过图5制作的电路基片的端子部进行切断，并使之呈弯起状态的剖面图。

图7是本发明其他实施例的剖面图。

图8是现有的电路基片的立体图。

图9是现有的电路基片的剖面图。

附图符号一览表

1薄板，2脱模性薄膜，3引线架，3a部件安装区域，3b端子部分，3c部件安装区域，3d连接部分，3e孔，4电子部件，5放热用金属板，11金属板，12绝缘体层，13导体箔，14电子部件，15外部连接端子，16放热器。

具体实施方式

本发明所使用的薄板由70～95重量份的无机填充剂和5～30重量份的包含热固性树脂、固化剂的树脂组成物构成。根据需要，上述薄板可以含有固化促进剂。相对于合计为100重量份的无机填充剂和热固性树脂组成物，如果再添加0.1～2重量份的溶剂，可挠性和加工性就更优良。

添加的溶剂最好是从丁酮、异丙醇、甲苯、二甘醇一乙醚、二甘醇一丁醚和二甘醇一丁醚乙酸酯中选出的至少1种的溶剂。这些溶剂容易操作，即使在室温也能使构成薄板的热固性树脂具有可挠性，可以达到容易进行成型、加工的粘度。

若表示本发明的薄板的组成的一个示例，那么将热固性树脂组成物的全部重量设为100重量份时，最好是以下所述的范围：

1)室温下为固态的树脂是0～45重量份；

2)室温下为液态的树脂是5～50重量份；

3)固化剂是4.9～45重量份；以及

4)固化促进剂是0.1～5重量份。

通过上述构成，可以得到可挠性和加工性优良的薄板。

上述室温为液体的热固性树脂最好是从双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或液态酚醛树脂中选出的1种或它们的混合物。这些液态树脂可以稳定地保持B级状态，而且固化后的电绝缘特性、机械强度等优良。

就本发明的薄板来说，热固性树脂组成物的主要成分最好是从环氧树脂、酚醛树脂、二甲苯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂和三烯丙基异氰脲酸酯树脂中选出的至少一个树脂。

就本发明的薄板来说，热固性树脂成分最好是以溴化多官能团环氧树脂为主要成分，而且包含作为固化剂的双酚A型线型酚醛树脂和作为固化促进剂的咪唑。如果是上述组成，固化后的基片的阻燃性优良，并且电绝缘特性、机械强度优良。

具体的组成最好是：溴化多官能团环氧树脂在60～80重量份的范围内，作为固化剂的双酚A型线型酚醛树脂在18～39.9重量份的范围内，作为固化促进剂的咪唑在0.1～2重量份的范围内。

就本发明的薄板来说，最好是添加从偶联剂、分散剂、着色剂和脱模剂中选出的至少1种。

就本发明的薄板来说，无机填充剂最好是从Al₂O₃(氧化铝)、MgO(氧化镁)、BN(氮化硼)和AlN(氮化铝)中选出的至少1种填充剂。这是因为这些填充剂热传导性优良。

无机填充剂的平均粒子直径最好是在0.1～100μm的范围内。制作包含上述70～95重量份的无机填充剂、4.9～28重量份的热固性树脂组成物和0.1～2重量份的溶剂的混合物淤浆，将该淤浆进行造膜，达到期望的厚度。

在造膜时，可以选择从流涎成型法、涂敷法和挤出成型法中选出的至少一种方法。

作为本发明所使用的金属板的一个例子，有铜制的引线架。可以通过模具将铜板冲切成期望的形状而得到电路图案，也可以使用两面腐蚀法形成电路图案。根据所要求的放热性能，可以适当地选择铜板的厚度，但是至少在180μm以上时才能发挥本发明的效果。即，在现有的电路基片中，因为使用单面的腐蚀法形成电路图案，所以铜箔的厚度越大，成本越高，实用性越差。与此相反，因为本发明的电路图案可以使用一般的压延铜板，所以成本低。这样，本发明的电路基片可以使用厚的铜板而提高热传导性。即，可以低成本地形成高热传导性的电路基片是本发明的最大的特征。

根据所需要的性能，引线架形成为在中央部分安装电路部件的区域和与安装区域连接的端子部分，端子部分连接在外围的框架部分上。

并且，一部分的部件安装区域与最终不要的连接部分连接在一起。即，在后面的工序中，引线架的该连接部分被冲切、切断后，该部件安装区域独立并形成所谓孤岛状态。通过这里去连接电路部件，这对电路设计上小型化和效率化是有效的方法。

根据本发明，端子部分与部件安装部形成一体，对于削减部件是有效的。

连接端子部分的框架部分在安装电子部件后被切断，对端子部分进行弯曲加工并引出，作为与其他电路部进行连接的电极端子而被有效地加以利用。

加工过的引线架的表面通过镀镍或镀锡来进行处理，一般的是使用防止铜氧化的处理。

并且，为更增强薄板的粘接强度，通过喷砂处理等，使与薄板形成一体的引线架的面变成表面粗糙度较大的状态，使薄板在加热熔融时容易进行物理粘合。

并且，为了更增加粘合强度，在表面粗糙化的铜表面上形成氧化膜是非常有效的。另外，使用三嗪系化合物进行表面处理也能增加薄板的粘合强度。

就本发明的薄板来说，在由热固性树脂成分固化后形成电绝缘性的热传导基片的状态下，热膨胀系数最好是在8～20ppm/℃的范围内，且热传导率最好是在1～10W/mK的范围内。该热传导基片不会引起热变形，且热膨胀系数与铜板制的引线架的热膨胀系数接近。

在本发明中，将薄板填充到引线架的电路图案的间隙中，引线架和树脂层形成平面。如果这样，在引线架上容易安装电子部件，并且引线架与在一般电路基片上使用的铜箔相比，厚度明显厚，所以用于放热的热扩散性优良，并能够将热阻抑制得较低。

在本发明中，还在簿板的引线架粘合面的反面上形成放热用金属板，由此热扩散性更优良，能够将热阻抑制得更低，从而得到机械强度优良的电路基片。

以下记述了本发明的放热用电路基片的制造方法。

首先，将预先形成图案的铜制的引线架重叠到薄板上，在比热固性树脂组成物的固化温度低的温度下，并且加上10～200kg/cm²的压力，进行压合。在该步骤中，薄板被填充到引线架的电路图案的间隙中，引线架和树脂层形成同一平面，并一体化。

其后，对一部分的引线架连接部分进行冲切、切除，接着，在进行固化反应的温度下，加上10～200kg/cm²压力，在与不要的引线架一起被冲切的空间中填充热固性树脂，同时使上述热固性树脂固化。其结果，引线架和薄板在一体化状态下形成电路基片。

而且为了在被冲切的空间中填充热固性树脂，也可以重叠另外的薄板，在固化反应温度下，进行加热加压，分别一体化。

并且，最好是还在薄板与引线架的粘合面的相反面上形成放热用金属板。此时，在比热固性树脂的固化温度低的温度下，预先将另外的薄板加压成形在放热用金属板上的方法更好。

在本发明中，对于加热加压的温度，进行压合时，最好是在50～120℃的范围内，热固性树脂固化时，最好是在120～200℃的范围内。

如上所述，根据本发明，利用薄板的可挠性，将薄板加工成期望的形状，与图案形状的引线架重叠，进行固化成为高热传导性基片，由此可以提供独立于外围的、具有电路结构的、提高放热性的、功率电路用的、适合安装的电路基片。

下面，根据附图说明本发明的实施例。

实施例1

图1是表示本发明的一实施例的剖面图。在图1中，薄板1在脱模性薄膜2上被造膜。其形成方法是：将至少由无机填充剂、热固性树脂组成物和溶剂构成的混合物淤浆在脱模性薄膜2上造膜来形成。就造膜的方法来说，可以利用众所周知的流涎成型法、涂敷法以及挤出成型法。造膜后，只有已造膜的淤浆的溶剂蒸发掉，由此可以得到具有可挠性的薄板1。

同样，准备至少由无机填充剂、室温下为固体的热固性树脂、室温下为液体的热固性树脂组成物以及溶剂构成的混合物淤浆，与上述相同，在脱模性薄膜2上造膜，可以通过溶剂蒸发来得到具有可挠性的薄板1。

就上述热固性树脂来说，例如可以列举出：环氧树脂、酚醛树脂、二甲苯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂和三烯丙基异氰脲酸酯树脂(BT树脂)。

就无机填充剂来说，可以列举出：Al₂O₃(氧化铝)、MgO(氧化镁)、BN(氮化硼)和AlN(氮化铝)。

就室温下为液体的热固性树脂来说，可以列举出：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂等环氧树脂，以及液态酚醛树脂。

就溶剂来说，可以列举出：丁酮、异丙醇、甲苯、二甘醇一乙醚、二甘醇一丁醚和二甘醇一丁醚乙酸酯。

根据需要可以在薄板1的组成物中添加：硅烷偶联剂、钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂等偶联剂，以及各种分散剂、着色剂和脱模剂。

如上所述，通过添加溶剂和室温下为液体的热固性树脂，并使溶剂蒸发，来得到适合于加工的粘度(102～105Pa s)的半固化或部分固化状态的薄板1。即使在上述粘度的范围之外，也可以通过控制作业温度和加压条件，使用更宽范围的树脂组成物。

对于使该薄板1固化的树脂来说，由于含有大量的无机物填充剂，所以放热性优良，又因热膨胀系数可以与铜板制的引线架近乎相同，所以能够构成热传导性优良的配线基片。

下面，使用附图说明本发明的电路基片的制造方法。图2～图5是表示使用上述薄板1制作电路基片的制造步骤。

在图2中，如上述那样制作的薄板1通过在比热固化温度低的50～120℃的温度下加压的一次成型，与已形成图案的引线架3形成为一体。图2是从上面可见薄板1与引线架3的下表面形成一体化状态的图。

引线架3的电路图案可以通过模具将铜板冲切成期望的形状来得到，也可以利用腐蚀法来形成。

在引线架3上，按照要求特性形成安装电路部件的区域3a和形成于周围部的端子部分3b，周围部的端子部分3b与外围部分连接在一起。并且如3c那样的一部分安装区域成为最后不要的区域，形成在后续步骤中除去的连接部分3d。

通过镀镍或镀焊锡对已加工的引线架3的安装部件一侧的表面进行处理，使用防止铜氧化的处理方法。

并且，为更增强薄板的粘接强度，通过喷砂处理等，增大与薄板形成一体的引线架的面的表面粗糙度，使薄板在加热熔融时容易进行物理粘合。而且，通过对已粗糙化的表面进行氧化处理，更加提高薄板1和引线架3的密封性。

图3、图4是分别表示将引线架3和上述薄板1重叠并进行一体化后、从安装区域3c对最终不要的连接部分3d与薄板1一起进行冲切加工的前后状态的图。

图5表示在120～200℃的温度下对上述一体化的薄板1进行再次加热加压，将薄板1填充到包括冲切所产生的孔3e在内的引线加架3的电路图案之间的表面上，以及使薄板1中的热固性树脂固化的状态。如图5所示，使用热固性树脂填充冲切加工所产生的孔3e，由此可确保安装区域3c的对周围引线架的绝缘性。

图6是表示利用焊锡安装电子部件之后，存留引线架3的需要部分后进行切削，而且为了引出电极而对引线架3的端子部分3b进行垂直弯曲加工的图。由此完成了安装电子部件或半导体部件的电子仪器的主要部分。其后有将该主要部分组装到容器中或填充绝缘树脂等的步骤，但因这些步骤是众所周知的，不是本发明的实质，所以省略说明。因为上述弯曲加工的端子部分3b具有充分的机械强度，所以可以直接与接线柱连接在一起。

实施例2

下面，说明本发明的第2实施例。

图7是表示在薄板1的与引线架3粘合的面的反面上还形成放热用金属板5的图。放热用金属板5可以优选使用在热传导性和膨胀系数上留心选定的、有效维持基片强度的、由成本低的铝或其合金构成的板材。

预先在50～120℃的低温度下，将其他的薄板1置于放热用金属板5上进行加压形成为一体，将其热压合在图6的薄板1的下表面上的方法可以制造性能稳定的基片，并且操作性优良。

在上述实施例的说明中，作为形成电路图案的金属，以铜板为例进行了说明。可是，这是为了容易理解，本发明的电路基片中所使用的金属材料不局限于铜板，如果是高热传导性的金属板都可以使用。

如以上说明的那样，本发明的电路基片是将形成薄板的复合树脂层浸入到电路图案的间隙中的、薄板成为在引线架的部件安装一侧形成平面的结构的电路基片。与现有的铜箔相比，在电路图案中使用格外厚的金属板，在电路图案的间隙中也存在包含热传导性优良的无机填充剂的树脂层，由此本发明的电路基片的放热性能极高。因此，本发明的电路基片可以适用于要求高放热性的功率电路等。

Claims (18)

1、一种电路基片的制造方法，包括：

在金属板上形成电路图案的步骤；

将复合树脂的薄板叠层到已形成所述电路图案的金属板上的步骤；

对所述叠层的金属板和复合树脂薄板进行加热、加压，在使所述复合树脂浸含到所述电路图案之间的间隙中的同时，还对所述复合树脂进行固化的步骤，其特征在于：

所述电路图案具有电路中不要的部分，

所述叠层步骤在复合树脂没有固化的条件下进行，

在所述叠层步骤之后还有对所述不要部分进行冲切的步骤，

在使所述复合树脂浸含的同时，还对所述复合树脂进行固化的步骤中，使所述复合树脂浸含到所述不要的部分。

2、根据权利要求1所述的电路基片的制造方法，其特征在于：

在所述金属板的与复合树脂薄板进行叠层的面上施加粗糙化处理、氧化膜形成处理和使用三嗪系化合物进行表面处理中的至少一种处理。

3、根据权利要求1所述的电路基片的制造方法，其特征在于：

还包括：在所述复合树脂薄板的与所述金属板进行叠层的面的相反面上叠层第2金属的步骤。

4、根据权利要求1所述的电路基片的制造方法，其特征在于：

还包括在所述复合树脂薄板的与所述金属板进行叠层的面的相反面上进行第2金属叠层、固化的步骤。

5、根据权利要求3或4所述的电路基片的制造方法，其特征在于：

在叠层前的所述第2金属的表面上形成复合树脂层。

6、根据权利要求3或4所述的电路基片的制造方法，其特征在于：

所述第2金属是放热板。

7、一种根据权利要求1所述的电路基片的制造方法制造的电路基片，其特征在于：该电路基片包括：

具有电路图案形状的金属板；

浸含在所述电路图案之间的间隙中的复合树脂层；

在被结合了所述被填充的间隙中的电路图形之间的结合部分占据的间隙中还填充与所述复合树脂相同的复合树脂层，

在所述金属板上与所述金属板的部件安装面相对的面上形成与所述复合树脂相同的复合树脂层。

8、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

所述金属板是从铜或铜合金中选择的一种金属板。

9、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

所述复合树脂层由70～95重量份的无机填充剂和5～30重量份的包含热固性树脂、固化剂的树脂组成物所构成。

10、根据权利要求9所述的电路基片，其特征在于：

所述复合树脂层还包含固化促进剂。

11、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

所述金属板的部件安装表面和浸含在所述电路图案之间的间隙中的复合树脂层的表面是同一平面。

12、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

所述电路图案具有独立于其他电路图案的部分。

13、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

所述电路图案的一部分兼作外部连接端子。

14、根据权利要求13所述的电路基片，其特征在于：

所述外部连接端子是由所述电路图案弯曲而成的。

15、根据权利要求7所述的电路基片，其特征在于：

通过在所述金属板上与所述金属板的部件安装面相对的面上形成的所述复合树脂层，将第2金属叠层。

16、根据权利要求15所述的电路基片，其特征在于：

所述第2金属是放热板。

17、一种电子仪器，其特征在于：

在由具有电路图案形状的金属板、浸含在所述电路图案之间的间隙中的复合树脂层和在所述金属板上与所述金属板的部件安装面相对的面上形成的复合树脂层组成的电路基片上安装电子部件，并在已安装所述电子部件的电路基片上施加外包装。

18、根据权利要求17所述的电子仪器，其特征在于：

通过在所述金属板上与所述金属板的部件安装面相对的面上形成的复合树脂层，再将金属叠层。

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