CN1263356C - 电路基片的制造方法及电路基片和其电力转换模块 - Google Patents

电路基片的制造方法及电路基片和其电力转换模块 Download PDF

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Abstract

在使由无机填料70～95质量%，至少包含液状的热硬化性树脂、热可塑性树脂粉末及潜在性硬化剂的树脂组成物5～30质量%组成的热传导树脂组成物与金属箔粘合的同时，在比上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述热传导树脂组成物非可逆增粘并固化，其后形成通孔并硬化热硬化性树脂作为绝缘基片，通过形成金属化孔及电路图形，提高通孔的加工生产率，从而提供能以低成本进行孔加工的具有高散热性的电路基片的制造方法。另外，上述热传导树脂组成物最好是与增强材料一体化。

Description

电路基片的制造方法 及电路基片和其电力转换模块
技术领域
本发明涉及电气电子设备中使用的电路基片及其制造方法，特别是使用较大电流的功率电子学领域中适用的电路基片的制造方法。
现有技术
近年来，伴随着电子设备的高性能化、小型化的要求，对半导体等的高密度、高功能化的要求也在进一步深化。由此希望封装半导体等的电路基片也要小型高密度化。其结果，使得考虑电路基片的散热设计极为重要。作为改良电路基片的散热性的技术，针对一般的玻璃-环氧树脂印刷电路板，主要是提高绝缘材料自身的热传导率，谋求能遏止局部温度上升的材料。作为比玻璃-环氧树脂具有更高热传导率的基片，一般所知是使用铜和铝等的金属板，在金属板的一面通过电绝缘层形成电路图形的金属底板基片。但是，金属底板基片由于使用了较厚的金属板重量加大，使得小型轻量化难以实现。另外，为了提高基片的热传导绝缘层的厚度必须减薄，因此产生了绝缘耐压的降低和浮游容量加大的课题。另外，陶瓷基片或玻璃-陶瓷基片比玻璃-环氧树脂基片的热传导率更高，但作为导电体因使用金属粉末或其烧结体会产生较高的布线阻抗，在使用大电流的情况下的损失，或因此产生的焦耳热过大这样的课题。
解决这些课题，可以用接近一般的玻璃-环氧基片的工序制作，作为具有高热传导性的电路基片，如特开平10-173097号公报中公告的。其热传导基片的制造方法如图7A～图7D所示。根据以上所述，用至少包含无机填料和热硬化性树脂的混合物膏剂(slurry)造膜并制作出薄板状的热传导混合物71，使其干燥后如图7A所示和金属箔72重合，然后如图7B所示加热加压后使薄板状的热传导混合物71硬化制成电气绝缘层73。其后，如图7C所示进行通孔74的加工，其后通过镀铜法进行层间连接，形成电路图形75后如图7D所示制成热传导基片。
通过这种方法制造电路基片时，作为通孔加工法一般是进行钻孔加工。但是，为提高热传导率就要提高热传导混合物中的无机填料的比例，由绝缘体中的坚硬的无机填料造成钻孔的磨耗显著，由于容易产生碎屑等，孔质量的劣化会高频度的产生。为了防止这种情况若频繁进行钻孔交换，则和通常的印刷电路板相比其生产率将大幅度降低，产生了孔加工成本增大的课题。
另外，热硬化性树脂是在未硬化状态在热传导混合物上进行孔加工的，其后和金属箔粘结再加热加压使其硬化，由于加热热传导混合物软化后不能保持孔形状，因此难以形成通孔，产生了其后不能电镀加工的课题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有的课题，目的是提高通孔加工的生产率，提供以低成本进行孔加工的具有高散热性的电路基片的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的电路基片制造方法的特征在于：包含(1)由无机填料70～95质量％，至少包含未硬化的热硬化性树脂、热可塑性树脂及潜在性硬化剂的树脂组成物5～30质量％组成的热传导树脂组成物的制作工序，(2)在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压非可逆固化上述热传导树脂组成物制作电路基片前体的工序，(3)在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序，(4)硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序。
另外，本发明的电路基片的制造方法，其制作上述电路基片前体的工序(2)由使金属箔和上述热传导树脂组成物接触，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序组成，而且作为其它的工序，还包含加工上述金属箔形成电路图形的工序。
另外，本发明的电路基片的制造方法，其制作上述电路基片前体的工序(2)由用2张金属箔夹住上述热传导树脂组成物，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序组成，而且作为其它的工序，还包含在上述通孔中通过镀铜形成金属化孔电连接上述金属箔的工序；加工上述金属箔形成电路图形的工序。
根据这些电路基片的制作方法，因在热传导树脂组成物中的热硬化性树脂未硬化状态的情况下可以固化上述热传导树脂组成物并与金属箔粘合，所以可以将电路基片加工成所希望的平板形状。另外，因固化后的加工容易，所以可用简单的方法形成通孔。进而，即使在其后硬化热硬化性树脂的情况下，因不必进行通常印刷电路板形成时的加压，所以不会造成通孔的变形或埋没，而且可以减小基于硬化收缩的尺寸变化。
另外，本发明的电路基片的制造方法，在制作上述热传导树脂组成物的工序(1)后，最好追加将上述热传导树脂组成物和增强材料一体化的工序。由此提高电路基片的强度。另外，因含有增强材料所以与金属箔粘合时可以保持绝缘层的厚度，防止热传导树脂组成物过剩溢出。
另外，本发明的电路基片的制造方法，上述增强材料最好由陶瓷纤维或玻璃纤维组成。因为它们强度高，热传导性比较好。
另外，本发明的电路基片的制造方法，在上述制作电路基片前体工序(2)中的加热加压最好在真空中进行。由此，可降低基片的空隙，并可防止金属箔的劣化。
另外，本发明的电路基片的制造方法，在使上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂硬化的工序(4)中的硬化最好在加热加压下进行。由此可提高金属箔与绝缘基体的粘合性。
另外，本发明的电路基片的制造方法，最好将上述热传导树脂组成物的粘度范围定在100～100000Pa·s，将上述热传导树脂组成物非可逆固化时的粘度范围定在8×104～3×106Pa·s。在这种粘度范围时，容易进行基片状的形状加工，而且使其固化后容易进行通孔的加工。
另外，本发明的电路基片的制造方法，在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序(3)中的通孔加工方法，最好是从基于穿孔机的打孔加工、基于模具的打孔加工及钻孔加工等组成的群体中选择的一种方法。
另外，本发明的电路基片的制造方法，最好在进行上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序(3)中的通孔加工时，同时对基片的至少一部分进行外形加工，加工成所希望的形状。
另外，本发明的电路基片的制造方法，上述金属箔的至少一面最好是粗化的厚度为12～200μm的铜箔。
另外，本发明的电路基片的制造方法，非可逆固化上述热传导树脂组成物时的温度，最好是70～140℃度。
另外，本发明的电路基片的制造方法，上述无机填料最好包含从由Al2O3、SiO2、MgO、BeO、Si3N4、SiC、AlN、BN组成的群体中选择的至少一种。
另外，本发明的电路基片，其特征在于：在硬化了由(a)无机填料70～95质量％，(b)至少包含未硬化的热硬化性树脂、热可塑性树脂及潜在性硬化剂的树脂组成物5～30质量％组成的热传导树脂组成物的绝缘基片的至少一面、形成电路图形，且形成贯通上述绝缘基片的两面的通孔。
另外，本发明的电路基片，上述绝缘基片最好使上述热传导树脂组成物一体化硬化至少包含陶瓷纤维或玻璃纤维中的一种的增强材料。
另外，本发明的电力转换模块的特征是，至少在以上述制造方法制造的电路基片中，封装半导体及无源部件。其中，在这里提到的所谓电力转换模块是指具有通过连接单独或辅助的电路，使电压或电力转换的功能的模块，例如指DC-DC转换器或倒置器。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中电路基片的断面图。
图2A～图2E是表示本发明实施方式1中电路基片制造方法工序的其它断面图。
图3是表示本发明实施方式2中电路基片的断面图。
图4A～图4F是表示本发明实施方式2中电路基片制造方法工序的断面图。
图5A～图5F是表示本发明实施方式3中电路基片制造方法工序的其它断面图。
图6是表示本发明实施方式4中电力转换模块的断面图。
图7A～图7D是表示现有示例的电路基片制造方法工序的断面图。
图8是表示本发明实施例1中热传导树脂组成物的粘度图。
实施方式
涉及本发明的实施方式的电路基片的制造方法中，以无机填料、至少包含未硬化的热硬化性树脂、热可塑性树脂及潜在性硬化剂的树脂组成物构成的热传导树脂组成物为基本元素。因上述的热传导树脂组成物形状的自由度较高，对薄板状或层状的加工容易，另外在增强材料上涂敷或浸渍也容易。另外，因热传导树脂组成物中含有的树脂未硬化，因此可以和布线模式的标准结构或散热板通过加热加压粘合，从而能获得高绝缘性、密封性、粘合性。而且，因无机填料可以用高比率混合，所以可实现高热传导性，并降低基片的热膨胀系数。而且，通过对含有的热可塑性树脂，在比开始硬化的温度低的温度下吸收未硬化的热硬化性树脂，可增加粘度并固体化，所以可维持形状进行通孔的加工，从而在生产率上优良的高精度的通孔加工成为可能。这样，通过使用上述热传导树脂组成物，可使高电气绝缘性和热传导性或可靠性并存，用简单的方法就可以得到散热性优良的电路基片。
涉及本发明的实施方式1的电路基片的制造方法按如下顺序包含：使金属箔和上述热传导树脂组成物接触，将上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂用比开始硬化的温度低的温度加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序；在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序；硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序；加工上述金属箔形成电路图形的工序。
涉及本发明的实施方式2的电路基片的制造方法按如下顺序包含：用2张金属箔夹住上述热传导树脂组成物，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序；在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序；硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序；通过在上述通孔中镀铜形成金属化孔并用电连接上述金属箔的工序；加工上述金属箔形成电路图形的工序。
涉及本发明的实施方式3的电路基片的制造方法按如下顺序包含：在增强材料上涂敷或浸渍上述热传导树脂组成物的一体化工序；用2张金属箔夹住上述热传导树脂组成物，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序；在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序；硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序；通过在上述通孔中镀铜形成金属化孔并用电连接上述金属箔的工序；加工上述金属箔形成电路图形的工序。
另外，涉及本发明的实施方式4的电力转换模块的制造方法，是在上述各实施方式中制造的电路基片上，至少封装半导体及无源部件来构成电气电路，并具有电力转换功能。
以下，用图说明本发明的电路基片的制造方法及其封装体电力转换模块的制造方法。
(实施方式1)
图1表示本发明的实施方式中的电路基片。在图1中11是硬化了上述热传导树脂组成物的绝缘基片，12是电路图形，13是通孔。通孔13可在本电路基片的任意位置形成。
图2A～图2E是表示本发明的实施方式1中电路基片的制造方法的工序断面图。如图2A所示，热传导树脂组成物21和金属箔22重合。23是为了防止热传导树脂组成物21粘合的脱模性薄膜。其后，热传导树脂组成物21的热硬化性树脂在比开始硬化的温度低的温度加热加压，如图2B所示金属箔22和热传导树脂组成物21粘合形成基片状，且非可逆固化热传导树脂组成物21形成电路基片前体24。其后，如图2C所示，施行钻孔加工设置通孔25后，如图2D所示，硬化加热的热传导树脂组成物21形成绝缘基片26，且除去脱模性薄膜23。其后，如图2E所示，加工金属箔22形成电路图形27得到电路基片。
热传导树脂组成物21由至少含有无机填料、未硬化的液状的热硬化性树脂、热可塑性树脂粉末及潜在性硬化剂的树脂组成物构成。作为无机填料可以适当的选择热传导率及绝缘性优良的材料，特别是最好从Al2O3、SiO2、MgO、BeO、Si3N4、SiC、AlN、BN组成的群体中至少选择一种粉末作为主成分。这些粉末热传导性优良，可以制作具有高热散射性的基片。特别是使用Al2O3或SiO2时，容易和上述树脂组成物混合。另外，用AlN时绝缘基片26的热散射性特别高。而且，无机填料的粒径最好在0.1～100μm的范围。用这个范围以外的粒径时，填料的填充性和基片的散热性会降低。
热传导树脂组成物21及其硬化物的绝缘基片26的无机填料的比率必须是70～95质量％，最好是85～95质量％。无机填料的配合比率小于这个比率时，基片的散热性会不良。另外，比这个范围多时，热传导树脂组成物21的流动性及粘合性将降低，难以和金属箔22及电路图形27粘合。
热传导树脂组成物21至少含有的液状的热硬化性树脂，作为热硬化性树脂，环氧树脂在耐热性和机械强度、电气绝缘性上最为优良。另外，有如下优点，因液状下热传导树脂组成物的粘度减低，而在不含溶剂时热传导树脂组成物的加工性也能良好，作为绝缘基片的加工也很容易。而且，不含溶剂可以减低产生绝缘基片的空隙，有利于提高绝缘基片的绝缘性。作为液状的环氧树脂，若在室温下呈液状的话，可以使用如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、酚醛型环氧树脂等。另外，也可以添加其它在室温下是固体状的环氧树脂，此时也可以和上述使用同样的环氧树脂。另外，也可以添加一部分溴化的环氧树脂，这种情况有利于提高热传导树脂组成物及其硬化物绝缘基片的难燃性。
另外，热传导树脂组成物21至少含有的热可塑性树脂，这种热可塑性树脂有吸收并膨润上述热传导树脂组成物中的液状的热硬化性树脂的作用。作为上述热可塑性树脂没有特别限定其种类，能发挥上述作用的粉末状的即可，例如可使用聚氯化乙烯、聚甲基丙稀酸甲基、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯等的粉末。而且，上述热可塑性树脂粉末的粒径在1～100μm为最理想。这种情况，容易进行无机填料和液状环氧树脂的混合。
另外，热传导树脂组成物21至少含有潜在性硬化剂。作为潜在性硬化剂没有特别限定，在热硬化性树脂中可使用就可以，例如可使用胺加合物系列硬化剂或二氰基二酰胺系列硬化剂。
另外，在至少含有上述的液状热硬化性树脂、热可塑性树脂粉末及潜在性硬化剂的树脂组成物中最好从耦合剂、分散剂、着色剂中至少选择一种添加进去。耦合剂可以提高无机填料及金属箔和树脂组成物之间的粘合性，可使用如环氧硅烷系列耦合剂或氨基硅烷系列耦合剂、钛酸盐系列耦合剂等。分散剂有利于提高热传导树脂组成物的分散性进而均质化，可使用如磷酸脂。着色剂有利于在热传导树脂组成物上着色以提高其热辐射性，可使用碳。
作为热传导树脂组成物21的制造方法，可以将各种原料秤量混合。作为混合方法，可使用如球磨机、行星式混合器、搅拌机。另外，作为热传导树脂组成物21的性状最好是粘土状或浆状，此时热传导树脂组成物21的粘度最好是100～100000Pa·s，最好在1000～80000Pa·s。如果是这个范围热传导树脂组成物容易进行处理，其后也容易通过加热加压加工成绝缘基片状。其中，这种粘度表示比在图2B所用的加热温度低的温度的粘度，从室温到上述加热温度的范围在一恒温度的粘度可以符合上述范围。
另外，最好在薄板状加工热传导树脂组成物21。由此容易进行热传导树脂组成物的处理，另外容易进行如图2B所示这样的绝缘基片状的加工，且可减少热传导树脂组成物中的空隙的含有量。作为薄板状的加工方法没有特别的限制，可适当选择相应的热传导树脂组成物的粘度或性状，例如，可使用通过压出成型机的压出方法、通过辊式涂布机或帘涂器的涂膜方法、通过印刷的方法、刮刀法等。
作为金属箔22，最好是用可以形成导电性优良的电路图形，可以使用如铜、镍、铝及这些的任一种为主要成分的合金，最好是铜及以铜为主要成分的合金。铜的电气传导性优良，容易形成便宜的电路图形。另外，和金属箔22的热传导树脂组成物结合的一面最好是被粗化的。这样可提高金属箔22和热传导树脂组成物21粘结强度。另外。作为金属箔的厚度，最好在12～200μm的范围，特别是最好在35～100μm的范围。若金属箔比最好的范围薄的话单位幅度的允许电流值将降低，对应于大电流将增大电路面积，不利于小型化。另外，若金属箔比最好范围厚的话，难以形成高精度的电路图形。
脱模性薄膜23在本发明的电路基片的制造中不是必须的元素，最好是简单的获得脱模性，可使用如聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或对聚苯硫醚(PPS)的薄膜。另外，最好在这些薄膜表面上通过二氧化硅(Silica)施行脱模处理。
在如图2B所示的形成电路基片前体24的工序中，加热加压热传导树脂组成物21然后粘结金属箔22和热传导树脂组成物21成形为基片状，同时通过吸收并膨润热传导树脂组成物21中的热可塑性树脂粉末中液状的环氧树脂引起粘度上升并非可逆固化。此时的加热温度不必用比热硬化性环氧树脂开始硬化的温度低的温度，同时最好要比热可塑性树脂粉末的玻璃转移点温度或软化点高，比溶化开始温度低的温度。具体在70～140℃为好，最好是80～130℃。加压压力没有特别限定，能将金属箔和热传导树脂组成物粘合或成形为基片状就可以了，通常是2～20MPa，最好是2～5Mpa。对于上述的加热加压，可使用如加热板压力装置。而且，上述的加热加压最好在真空中进行。由此可得到防止金属箔氧化，除去热传导树脂组成物中的空隙的效果。此时的真空表示大气压以下的减压状态。
通过上述加热加压，非可逆固化上述热传导树脂组成物时的粘度，在8×104～3×106Pa·s为好，最好是在1×105～1×106Pa·s。若在这个最好的范围，在通常的处理中可保持基片形状的状态，且容易进行如图2C所示通孔的加工。粘度比这个最好的范围低时，难以保持基片形状的情况下进行通孔的加工。另外，粘度比这个最好的范围高时，难以加工通孔。为了调整到上述最好的粘度，可以调整热传导树脂组成物21中的液状环氧树脂和热可塑性树脂粉末的配合比率。配合比率根据热可塑性树脂粉末而不同，通常对于液状环氧树脂100质量部分，热可塑性树脂粉末是10～100质量部分的程度。
如图2C所示通孔25的加工方法没有特别的限制，绝缘基片26的厚度可根据希望的孔径适当选择，可使用如通过穿孔机打孔加工、通过模具打孔加工及钻孔加工法，这些方法有利于简便的进行高位置精度的孔加工。特别是最好用通过穿孔机打孔加工法。穿孔机加工比钻孔加工可尽量减少加工具和基片材料间的接触，从而减低加工具的磨耗大大提高其耐久性，在工业上具有很大的优势地位。
另外，与此同时对上述电路基片前体24的至少一部分进行外形加工，最好分割基片或部分分割。通过这种方法进行外形加工，比热硬化性树脂硬化后再进行外形加工会容易，在一张基片上形成多个电路图形时，其分割会更容易。作为外形加工的方法最好和上述的通孔加工同时进行，和上述通孔加工方法的较好的例子相同，可使用如通过穿孔机打孔切断、通过模具切断、通过钻孔加工。
如图2D所示绝缘基片26是经加热通过热硬化性环氧树脂的硬化而形成的。加热温度可根据环氧树脂及潜在性硬化剂的反应适当选择，140～240℃为好，最好是150～200℃。低于这个最好的范围时，会担心硬化不充分或担心浪费硬化的时间，高于最好的范围时，会担心树脂开始热分解。另外，最好在此加热时同时加压。由此可抑制热硬化时基片的凹凸度制作平坦度高的基片，还可提高金属箔和绝缘基片的粘结性。加压压力可适当决定，通常在3MPa以下，最好是0.001～1Mpa。比这个范围高时会担心通孔变形。另外，为了防止加热硬化时金属箔的氧化，最好在真空或非氧化性空气中进行加热。其中，在图2D中，在这个时间剥离脱模性薄膜23，脱模性薄膜成为没用时进行剥离也可以，如图2C所示在通孔加工时除去也可以。
作为图2E所示的电路图形27的形成方法没有特别的限定，可使用原有众所周知的方法，可使用如化学的蚀刻方法。
(实施方式2)
图3表示在本发明另外的实施方式中的电路基片。在图3中，31是热传导树脂组成物硬化后的绝缘基片，32是电路图形，33是在绝缘基片31上设置的通孔中施行了电镀的并以电连接的双面电路图形的金属化孔。
图4A～图4F是表示本发明实施方式2中电路基片的制造方法的工序断面图。如图4A所示，用金属箔42夹住多个热传导树脂组成物41，在比热传导树脂组成物41中的热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压，如图4B所示，金属箔42和热传导树脂组成物41粘合同时一体化多个热传导树脂组成物41成形为基片状，且非可逆固化已一体化的热传导树脂组成物41形成电路基片前体43。其后，如图4C所示，对电路基片前体43实施钻孔加工形成通孔44并开始加热，如图4D所示，硬化保持了通孔44形状的热传导树脂组成物41，制成绝缘基片45。其后，如图4E所示以电连接施行了电镀的双面的金属箔42形成金属化孔46，再如图4F所示，加工金属箔42形成电路图形47得到电路基片。
本实施方式2中使用的热传导树脂组成物41、金属箔42可以使用和实施方式1中使用的同样的东西。另外，作为电路基片前体43的形成方法、通孔44的形成方法、绝缘基片45的制造方法、电路图形47的形成方法，可以使用在实施方式1中说明的各方法。
作为图4E所示的金属化孔46的形成方法，最好通过全面镀铜的连接方法。阻抗值低允许电流大。此时金属箔42最好是铜箔。匹配金属箔和电镀间的热膨胀系数可提高可靠性。
(实施方式3)
图5A～图5F是表示本发明另外的实施方式中电路基片的制造方法的工序断面图。图5A所示的51是在增强材料上涂敷或浸渍热传导树脂组成物并一体化的薄板状热传导树脂组成物。如图5B所示，用金属箔52夹住薄板状热传导树脂组成物51，在比薄板状热传导树脂组成物51中的热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压，使金属箔52和薄板状热传导树脂组成物51粘合并成形为基片状，且非可逆固化薄板状热传导树脂组成物51形成电路基片前体53。其后，如图5C所示，对电路基片前体53实施钻孔加工形成通孔54并开始加热，如图5D所示，硬化保持了通孔54形状的热传导树脂组成物51，制成绝缘基片55。其后，如图5E所示以电连接施行了电镀的双面的金属箔52形成金属化孔56，再如图5F所示，加工金属箔52形成电路图形57得到电路基片。
本实施方式3中使用的薄板状热传导树脂组成物51中的热传导树脂组成物、金属箔52可以使用和实施方式1中使用的同样的东西。另外，作为电路基片前体53的形成方法、通孔54的形成方法、绝缘基片55的制造方法、电路图形57的形成方法，可以使用在实施方式1中说明的各方法。而且，作为金属化孔56的形成方法，可以使用和实施方式2中说明的同样的方法。
在本实施方式中使用的增强材料，可使用如使用了陶瓷纤维、玻璃纤维、树脂纤维的布等，最好是陶瓷纤维或玻璃纤维。陶瓷或玻璃有耐热性优良的高可靠性，另外因比树脂热传导率高，所以基片的热传导性良好。作为陶瓷可使用氧化铝或二氧化硅、氮化硅。另外，使用了上述的纤维时，增强材料最好是无纺布。由于无纺布比纺织布的增强材料密度低是能渗透的，所以涂敷或浸渍热传导树脂组成物时容易吸取无机填料，不用改变上述热传导树脂组成物的组成比就可以很容易的实现涂敷或浸渍。而且，上述纤维的直径最好是在10μm以下。比这个过大时，基片成形时的压缩性减少，容易妨害无机填料相互间的热传导，其结果基片的热阻抗太高令人担心。
作为一体化上述的增强材料和热传导树脂组成物制造薄板状传导树脂组成物51的方法没有特别的限定，可使用如将热传导树脂组成物涂敷在增强材料上的方法、将热传导树脂组成物浸渍在增强材料上的方法、将加工成薄板状的热传导树脂组成物粘在增强材料上的方法。
其中，在本实施方式3中说明了使用薄板状热传导树脂组成物51的双面配线金属化孔连接的基片，通过使用和上述实施方式1相同的方法，可以制造和增强材料一体化的热传导树脂组成物作为绝缘基片的单面配线电路基片。
(实施方式4)
图6是表示本发明另外的实施方式中电力转换模块的断面图。在图6中61是用上述各实施方式中说明的方法制作的电路基片，在其上封装了各种半导体元件62和无源部件63所形成的电力转换电路，而且连接了外部取出电极等的装置部件64。
作为各部件的封装方法，可以使用现有众所周知的技术，可使用如逆流焊、流焊、引线接合法、倒装连接。进行焊接时，可在电路基片61上形成焊接抗蚀剂膜，有利于防止焊接的不必要的溢出。另外，在电路图形表面实施金属镀层的电路图形可很好的防止金属箔的氧化或腐蚀，作为金属镀层可使用如焊剂或锡。
下面，基于具体的实例，说明本发明的电路基片及其封装体的制造方法。
(实施例1)
为了制作热传导树脂组成物，混合了无机填料和树脂组成物。这些材料及配合按如下所示。
(1)无机填料：Al2O3(“AS-40”，昭和电工社制，平均粒径12μm)87％质量
(2)液状的热硬化性树脂：双酚A型环氧树脂(“ェピコ-ト828”，油化シェルェポキシ社制)7质量％
(3)热可塑性树脂粉末：聚甲基丙烯酸甲脂(关东化学社制)3.5质量％
(4)潜在性硬化剂：胺系列硬化剂(“ァミキュァPN-23”，味之素社制)1.5质量％
(5)其它添加物：碳黑(东洋カ-ボン社制)0.5质量％、耦合剂(“プレンァクトKR-46B”味之素社制)0.5质量％
秤量这些材料，用行星式混合器混合后制作热传导树脂组成物。其后，将这种热传导树脂组成物用辊式涂布机加工成厚度约0.8mm的薄板状。该热传导树脂组成物的粘度用动态粘弹性测定装置(UBM社制)升温并测定，表示为如图8所示这样的粘度特性。如从图8所了解的那样，温度一超过约80℃则热传导树脂组成物开始非可逆固化，当温度达到约100℃时非可逆固化结束。之后继续升温到温度为约140℃为止基本维持一定的粘度，再升温则热传导树脂组成物开始硬化，温度为约170℃以上则完全硬化。
在厚度70μm的PPS脱模性薄膜上配置上述的薄板热传导树脂组成物，且在其上配置厚度35μm的单面粗化铜箔(古河电工社制)，其粗化面如图2A所示那样接合热传导树脂组成物。将这些在减压状态下用100℃的热压力机加热同时用3Mpa的压力加压10分钟，使铜箔和热传导树脂组成物粘合，如图2B所示成形为基片形状，同时非可逆固化热传导树脂组成物形成厚度约0.8mm的电路基片前体。然后，在上述的电路基片前体上通过钻孔加工打出如图2C所示直径0.6mm的通孔。其后，将上述的电路基片前体在氮气中用170℃加热1小时硬化热传导树脂组成物中的环氧树脂，除去脱模性薄膜制作如图2D所示那样的加铜箔的绝缘基片。而且，在金属箔上迭压光硬化性的干膜抗蚀剂(ニチゴ-モ-トン社制)，将电路图形暴光、显像，在氯化铁水溶液中蚀刻形成电路图形，其后除去干膜抗蚀剂如图2E所示完成单面配线电路基片。
作为比较例1，用和本实施例1相同的薄板状热传导树脂组成物、铜箔和脱模性薄膜，如图2A所示那样重合，在减压的状态下用170℃热压力机加热同时用3MPa的压力加压1.5个小时硬化热传导树脂组成物中的环氧树脂，制作单面铜箔基片。其后，通过钻孔加工设置直径0.6mm的通孔，制作成电路基片。
在上述的实施例1和比较例1中，在钻孔加工时比较了超硬合金制的钻孔刀具(ュニォン·ッ-ル社制)的耐久性。实施例1时，1000次开孔加工后钻孔刀具的磨耗很少，其后，也没有发生开孔加工可能的碎屑。另外，也没有发生通孔壁面的溢料。但是，比较例1时钻孔刀具的磨耗严重，开孔100次后在铜箔上就产生溢料，其后的开孔加工成为不可能。由此可看出本实施例1的电路基片的制造方法在通孔加工性上的优势。
(实施例2)
为了制作热传导树脂组成物，混合了无机填料和树脂组成物。这些材料和配合如下所示。
(1)无机填料：Al2O3(“AS-40”，昭和电工社制，平均粒径12μm)88％质量
(2)液状的热硬化性树脂：双酚F型环氧树脂(“ェピコ-ト807”，油化シェルェポキシ社制)5质量％
(3)溴化的环氧树脂(“ェピコ-ト5050”，油化シェルェポキシ社制)2质量％
(4)热可塑性树脂粉末：聚甲基丙烯酸甲脂(关东化学社制)3质量％
(5)潜在性硬化剂：胺系列硬化剂(“ァミキュァPN-23”，味之素社制)1质量％，双氰胺(大日本ィンク社制)0.4质量％
(6)其它添加物：碳黑(东洋碳社制)0.4质量％、耦合剂(“プレンァクトKR-46B”味之素社制)0.2质量％
秤量这些材料，用搅拌混练机混合后制作热传导树脂组成物。其后，挤压出此热传导树脂组成物用成形机加工成厚度约1.0mm的薄板状。测定了此热传导树脂组成物的粘度，在50℃约9000Pa·s，在110℃约800000Pa·s。
将厚度70μm的单面粗化铜箔(古河サ-キットフォィル社制)，其粗化面接合热传导树脂组成物如图4A所示夹住。但是，本实施例2的热传导树脂组成物是薄板状和图不同。将这些在减压状态下，用90℃的热压力机加热同时用3MPa的压力加压15分钟，使铜箔和热传导树脂组成物粘合如图4B所示成形为基片形状，同时非可逆固化热传导树脂组成物形成厚度约1.0mm的电路基片前体。其次，在上述电路基片前体上通过冲孔机(UHT社制)加工设置成图4C所示的直径0.5mm的通孔。其后，在上述的电路基片前体上加0.01MPa的加重同时在170℃加热2小时硬化热传导树脂组成物中的环氧树脂如图4D制成加铜箔的绝缘基片。其后，全面地施行厚度约30μm的镀铜如图4E所示形成镀铜金属化孔。而且，用和实施例1同样的方法形成电路图形如图4F所示完成双面配线电路基片。
其中，用和本实施例2相同的薄板状热传导树脂组成物、铜箔和脱模性填料，如图4A所示那样重合，在减压的状态下用170℃的热压力机加热同时用3MPa的压力加压1.5小时，硬化热传导树脂组成物中的环氧树脂，制成厚度约1.0mm的双面铜箔基片。其后，通过上述的冲孔机加工设置成直径0.5mm的通孔，但冲孔机的冲头不贯通上述基片，就不能制作通孔。由此可看出本实施例2的电路基片的制造方法在通孔的加工性上的优点。
作为比较例2，制作了具有完全相同厚度的绝缘层、配线层，形成了镀铜金属化孔的玻璃环氧树脂的双面配线板(相当于ANSI等级FR-4)。
实施例2和比较例2的基片形成同样的金属化孔链模式(500孔连接)，测定其阻抗值，同时在20℃和260℃的油中反复各泡10秒进行热油试验。其结果在比较例2的基片中350次循环后阻抗值增大出现断线，而实施例2的基片即使3000次循环也不会看出阻抗值增大且连接性良好。由此可看出本实施例2的电路基片的高可靠性。
(实施例3)
混合和上述实施例1同样的材料制成热传导树脂组成物。
作为增强材料准备用玻璃无纺布(厚度约0.2mm、纤维直径9μm)，从玻璃无纺布的两面用滚子涂敷上述的热传导树脂组成物，制成图5A所示的厚度0.8mm的加入增强材料的热传导树脂组成物。
将厚度35μm的单面粗化铜箔(古河电工社制)，其粗化面接合热传导树脂组成物如图5B所示夹住。将这些在减压的状态下，用100℃的热压力机加热同时用3MPa的压力加压10分钟，使铜箔和热传导树脂组成物粘合如图5C所示成形为基片形状，同时非可逆固化热传导树脂组成物形成厚度约0.8mm的电路基片前体。其次，在上述电路基片前体上通过模具加工成图4C所示的直径0.8mm的通孔，同时在上述电路基片前体的电路形成部分和其外周边部分之间，存留的数个连接部分设置宽1mm的缝隙。其后，将上述的电路基片前体在氮气中170℃加热2小时硬化热传导树脂组成物中的环氧树脂，如图5D所示制成双面加铜箔的绝缘基片。其后，全面地施行厚度约30μm的镀铜如图5E所示形成镀铜金属化孔。而且，用和实施例1同样的方法形成电路图形如图5F所示那样完成双面配线电路基片。其后，分割连接部分可很容易的得到具有所希望的尺寸的电路基片。
加工和实施例1相同大小的本实施例3的基片，除去铜箔后测定其抗折强度，对应于实施例1的基片的抗折强度是210MPa，实施例3的基片是280MPa。从这个结果可看出，实施例1的基片有作为基片的实用强度，而加入增强材料的基片强度提高了。
另外，测定了实施例1、3和比较例2的基片的热阻抗。热阻抗是在基片上安装了发热元件时，表征了对应输出电力的温度上升，这个值小温度上升小部件的动作允许范围就大。热阻抗测定用热阻抗测定机(キャッッ电子设计社制)。即在各基片的同一模式上安装FET(TO-220插件)，作为理想恒温蓄热装置的带散热片的降温装置粘在电路基片的FBT封装面的反面，在其状态下从半导体中赋予一定的电力时的半导体PN接合部的电压变化估计半导体温度的变化，用电力除温度差求得值。其结果，实施例1的基片的热阻抗是1.02℃/W、在实施例3中是1.11℃/W、比较例2中是8.4℃/W。从这个结果，可看出即使内含增强材料的基片的热阻抗也没有大的差别，和比较例2这样的一般的印刷配线板相比本实施例的基片的热阻抗非常小，有利于热的环境。
(实施例4)
用上述实施例2和比较例2制作的电路基片上，用金属掩膜的屏蔽印刷法印刷钎焊油(千住金属社制)，在其上安装了半导体元件(三菱电机社制)和电容器、变压器、扼流圈、阻抗等的各种无源部件(松下电子部件社制)及外部取出端口等的机构部件，用逆流炉(松下电工社制)进行焊接，制成作为电力转换模块的DC-DC转换器。
在DC-DC转换器上加30W的负荷，用红外热摄像仪(ニコン社制)测定从负荷开始10分钟后的功率半导体的温度，用实施例2的电路基片时是48℃，而用比较例2的电路基片时是63℃。从这个结果可看出，采用了实施例2的基片的电力转换模块，部件的温度上升小，有利于动作和可靠性。
如以上说明的那样，通过本发明的电路基片的制造方法，在树脂组成物中高浓度的混合了无机填料，提高了热传导性，使绝缘基片通孔的加工容易进行，使具有原本实用困难的通孔的高热传导绝缘基片的制造简单易行。另外由此，使具有在通孔上施行了电镀的金属化孔的双面配线基片的制造简单易行。而且通过含有增强材料，可以制造更高强度的超高热传导的电路基片。
另外，通过本发明，可以提供热传导性优良并保持了充分强度，可对应大电流的电路基片。另外，通过本发明的电路基片的封装体的电力转换模块，通过抑制热放射性优良的部件的温度上升，可使用大电流、可进行高密度的部件封装、可将设备小型高密度化。

Claims (16)

1.一种电路基片的制造方法，其特征在于：包含
(1)由无机填料70～95质量％、至少包含来硬化的热硬化性树脂、热可塑性树脂及潜在性硬化剂的树脂组成物5～30质量％，组成的热传导树脂组成物的制作工序；
(2)在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压非可逆固化上述热传导树脂组成物制作电路基片前体的工序；
(3)在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序；
(4)硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序。
2.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
制作上述电路基片前体的工序(2)由使金属箔和上述热传导树脂组成物接触，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序组成，而且作为其它的工序，还包含加工上述金属箔形成电路图形的工序。
3.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
制作上述电路基片前体的工序(2)由用2张金属箔夹住上述热传导树脂组成物，在比上述热传导树脂组成物中的上述热硬化性树脂开始硬化的温度低的温度下加热加压使上述金属箔和上述热传导树脂组成物粘合，同时非可逆固化上述热传导树脂组成物，制作电路基片前体的工序组成，而且作为其它的工序，还包含在上述通孔中通过镀铜形成金属化孔电连接上述金属箔的工序；加工上述金属箔形成电路图形的工序。
4.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
在制作上述热传导树脂组成物的工序(1)之后，追加了将上述热传导树脂组成物与增强材料一体化的工序。
5.权利要求4中记载的电路基片的制造方法，其中
上述增强材料，由陶瓷纤维或玻璃纤维组成。
6.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
制作上述电路基片前体的工序(2)中加热加压在真空中进行。
7.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
硬化上述电路基片前体中的上述热硬化性树脂的工序(4)中硬化在加热加压下进行。
8.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
上述热传导树脂组成物的粘度的范围是100～100000Pa·s，非可逆固化上述热传导树脂组成物时的粘度范围是8×104～3×106Pa·s。
9.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序(3)中通孔的加工方法是从由通过穿孔机打孔加工、通过模具打孔加工及钻孔加工组成的群体中选择的一种方法。
10.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
在上述电路基片前体的任意位置形成通孔的工序(3)中进行通孔的加工时，同时对基片的至少一部分进行外形加工，加工成所希望的形状。
11.权利要求2或3中记载的电路基片的制造方法，其中
上述金属箔是至少一面粗化的厚度为12～200μm的铜箔。
12.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
在非可逆固化上述热传导树脂组成物时的温度是70～140℃。
13.权利要求1中记载的电路基片的制造方法，其中
上述无机填料包含从由Al2O3、SiO2、MgO、BeO、Si3N4、SiC、AlN、BN组成的群体中选择出的至少一种。
14.一种电路基片，其特征在于：
在硬化了由(a)无机填料70～95质量％，(b)至少包含未硬化的热硬化性树脂、热可塑性树脂及潜在性硬化剂的树脂组成物5～30质量％组成的热传导树脂组成物的绝缘基片的至少一面，形成电路图形，且形成贯通上述绝缘基片的两面的通孔。
15.权利要求14中记载的电路基片，其中
上述绝缘基片使上述热传导树脂组成物一体化硬化至少包含陶瓷纤维或玻璃纤维中的一种的增强材料。
16.一种电力转换模块，其特征在于：
在以权利要求1中记载的方法制造的电路基片中，至少封装半导体及无源部件。
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