DE60132397T2

DE60132397T2 - Verfahren zur Herstellung eines thermisch leitenden Substrats mit Leiterrahmen und Wärmestrahlungsplatte

Info

Publication number: DE60132397T2
Application number: DE60132397T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Kyoto-shi Yamashita; Koichi Hirakata-shi Hirano; Seiichi Hirakata-shi Nakatani; Mitsuhiro Moriguchi-shi Matsuo
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: DE60143722D1; KR100771060B1; KR20010109496A; US7033865B2; US20020020897A1; EP1895584A1; DE60132397D1; EP1160861A2; EP1160861B1; US20040207053A1; EP1160861A3; US6700182B2; EP1895584B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für ein Schaltungssubstrat, insbesondere für ein wärmeleitendes Substrat, das für die Einkapselung von Leistungselektronik verwendet wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren ist es nach der Verbesserung der Leistung der elektronischen Ausrüstung und dem Bedarf an Miniaturisierung erwünscht, die Dichte eines Halbleiters zu vergrößern und seine Funktion zu verbessern. Infolgedessen ist es außerdem erwünscht, dass die Schaltungssubstrate für die Einkapselung von Halbleitern eine kleine Größe und eine hohe Dichte besitzen. Im Ergebnis wird eine Konstruktion, bei der die Strahlung des Schaltungssubstrats berücksichtigt wird, wichtig.
Es sind verschiedene Typen von Schaltungssubstraten als Schaltungssubstrate, die eine gute Abstrahlungseigenschaft besitzen, herkömmlich entwickelt worden. Es ist jedoch nicht leicht, ein Schaltungssubstrat zu erhalten, das eine gute Abstrahlungseigenschaft besitzt, während sein Preis niedrig gehalten wird.
Als wärmeleitende Substrate, um derartigen Nachteile zu beseitigen, ist konventionell eines bekannt, das durch US-Patent Nr. 6060150 offenbart ist. Das darin offenbarte wärmeleitende Substrat wird gebildet, indem eine Isolatorplatte, die einen ausreichend wärmeleitenden Füllstoff besitzt, um die Abstrahlungseigenschaft zu vergrößern, ein Leiterrahmen und eine Strahlungsplatte einteilig miteinander ausgebildet werden.
Dieses Substrat wird wie folgt hergestellt. Es wird ein Film ausgebildet, indem ein wärmeaushärtendes Harz, das in einem ungehärteten Zustand Flexibilität besitzt, mit einem wärmeleitenden Füllstoff (oder einem anorganischen Füllstoff) gemischt wird, um dadurch eine Isolatorplatte, die mit dem anorganischen Füllstoff mit einer hohen Konzentration gefüllt ist, für ein wärmeleitendes Substrat zu erzeugen. Dann werden die Isolatorplatte, der Leiterrahmen und die Strahlungsplatte aufgebaut, wobei die Isolatorplatte zwischen den Leiterrahmen und die Strahlungsplatte eingesetzt ist, wobei die resultierenden aufgebauten Schichten erwärmt und unter Druck gesetzt werden. Im Ergebnis fließt die Isolatorplatte in die Oberflächen des Leiterrahmens und erhärtet, wobei dadurch der Leiterrahmen und die Isolatorplatte miteinander integriert werden. Ferner haftet die Strahlungsplatte gegenüber der Oberfläche, an der der Leiterrahmen anhaftet, an der Oberfläche der Isolatorplatte an.
Hier werden alle Stirnabschnitte des Leiterrahmens an einen gemeinsamen rahmenförmigen äußeren Umfangsabschnitt gekoppelt, um die Formen des Leiterrahmens zu stabilisieren und die Verarbeitung zum Integrieren des Leiterrahmens mit der Isolatorplatte zu fördern. Auf Grund dessen werden mit Ausnahme der notwendigen Teile innerhalb des Leiterrahmens alle äußeren Rückstände und der äußere Umfangsabschnitt des Leiterrahmens auf dem auf diese Weise hergestellten wärmeleitenden Substrat entfernt.
13 zeigt das auf diese Weise hergestellte wärmeleitende Substrat. Im Fall des in 13 gezeigten wärmeleitenden Substrats wird der Leiterrahmen 800, der von den Seitenflächen des wärmeleitenden Substrats vorsteht, senkrecht (oder in einer Richtung orthogonal zur Substratoberfläche) gebogen, um die spitzen Enden des Leiterrahmens 800 als externe Anschlusselektroden zu verwenden.
Das oben dargelegte wärmeleitende Substrat besitzt Nachteile, weil die Tendenz besteht, dass eine Entladung zwischen dem Leiterrahmen 800 und der Strahlungsplatte 802 auftritt, wobei dadurch die Beschädigung des Substrats nachteilig verursacht wird. Der Grund ist wie folgt. Um die gute Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Substrats aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die Isolatorplatte 801 dünner machen. Falls es sich so verhält, liegen jedoch der Leiterrahmen 800 und die Strahlungsplatte 802 übermäßig nah beieinander, wobei die Kriechstrecke zwischen der Strahlungsplatte 802 und dem Leiterrahmen 800 nicht ausreichend sichergestellt sein kann.
Um ein derartiges Entladungsphänomen zu verhindern, wird vorgeschlagen, eine große Kriechstrecke sicherzustellen, indem die gebogenen Abschnitte 800a des Leiterrahmens 800 an Positionen etwas innerhalb der Stirnflächen der Isolatorplatte 801 in der Richtung der Plattenebene angeordnet werden.
Falls es sich so verhalt, wird jedoch der Leiterrahmen 800 im Vergleich zu den Stirnflächen des Substrats nach innen gebogen, mit dem Ergebnis, dass ein Bereich auf dem wärmeleitenden Substrat, in dem die Komponenten tatsächlich angebracht werden können, bezüglich der Substratgröße klein wird.
Um den Leiterrahmen 800 zum Inneren der Plattenebene der Isolatorplatte 801 bezüglich der Stirnflächen der Platte 801 zu biegen, ist es ferner erforderlich, dass der in die Isolatorplatte 801 eingebettete Leiterrahmen 800 von der Isolatorplatte 801 abgelöst wird. Dies kann wahrscheinlich das wärmeleitende Substrat beschädigen.
Um eine derartige Beschädigung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die folgenden Maßnahmen zu ergreifen. Indem in der Isolatorplatte 801 an den Abschnitten (d. h. den Platten-Stirnabschnitten) der Platte 801, an denen der Leiterrahmen 800 herausgezogen ist, Stufen vorgesehen werden, liegen die Stufenabschnitte des Leiterrahmens 800 frei. Indem so verfahren wird, ist es möglich, die Beschädigung des wärmeleitenden Substrats ohne die Notwendigkeit, die gebogenen Abschnitte 800a des Leiterrahmens 800 von der Isolatorplatte 801 abzulösen, zu verhindern.
Um derartige Stufen in der Isolatorplatte 801 vorzusehen, ist es jedoch unvermeidbar, dass die Form der für die Herstellung des Substrats verwendeten metallischen Form komplex gemacht wird, was die Verringerung der Kosten behindert.
EP 0 774 782 A2 beschreibt ein Halbleiter-Leistungsmodul. Diese Vorrichtung besitzt eine Schichtstruktur, in der auf der Oberseite eines gut wärmeleitenden Harzes ein Leiterrahmen vorgesehen ist und eine aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer, ausgebildete plattenförmige Wärmesenke gerade unter ihm vorgesehen ist, wobei sie dem Leiterrahmen parallel gegenüberliegt und das gut wärmeleitende Harz dazwischen angeordnet ist. Diese Vorrichtung wird mit einer Formvorrichtung hergestellt, wobei eine obere Form mit einem Hohlraum und eine untere Form mit einem Hohlraum vorher vorbereitet werden, um sie mit dem gut wärmeleitenden Harz abzudichten. Bei einem Verfahren wird die Wärmesenke in einer bestimmten Position auf dem Boden des Hohlraums angeordnet und wird das isolierende Harz in dem Hohlraum untergebracht, werden die untere Form und die obere Form geschlossen und wird das gut wärmeleitende Harz in einem flüssigen Zustand durch den Einspritzpfad eingespritzt und erwärmt, um sie mit dem gut wärmeleitenden Harz einzuschmelzen. Bei einem weiteren Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats besitzt die Wärmesenke den gleichen Durchmesser wie das gut wärmeleitende Harz. Um dennoch eine verbesserte Kriechstrecke zwischen der Wärmesenke und dem Leiterrahmen zu schaffen, wird die Dicke des wärmeleitenden Harzes an den Seitenabschnitten vergrößert. In diesem Fall wird jedoch ein Niveauunterschied sowohl in der Oberseite der Wärmesenke als auch im Leiterrahmen geschaffen, so dass sich die Dicke des gut wärmeleitenden Harzes in Stufen unterscheidet.
EP 0 921 565 A2 beschreibt ein Gehäuse für eine Halbleiter-Leistungsvorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenbau desselben. Ein AIN-Substrat ist mit einem Kupferfilm und einem Boden-Kupferfilm versehen, die beide auf einer Oberseite bzw. einer Unterseite des Substrats mit Ausnahme seiner Umfangsbereiche durch die Technik der direkten Kupferverbindung (DBC-Technik) angebracht sind. Der obere Kupferfilm auf dem AIN-Substrat ist in der Form eines bestimmten inneren Musters konstruiert. Hierin könnte ein verfestigtes isolierendes Material auf den Umfangsbereichen der Oberseite des AIN-Substrats aufgebracht sein. Die Dicke des verfestigten isolierenden Materials bezieht sich auf eine Kriechstrecke von den Halbleiter-Leistungschips zur Kante des AIN-Substrats.
EP 0 936 671 A1 beschreibt ein in Harz geformtes Halbleiter-Hybridmodul und dessen Herstellungsverfahren. Hierin wird eine isolierende Harzschicht auf ihrer Oberseite mit einer Elektrodenplatte und Leitungsanschlüssen, die sich von dem Kantenabschnitt der isolierenden Harzschicht erstrecken, versehen. Diese isolierende Harzschicht wird provisorisch auf eine der Oberflächen eines Basissubstrats mit Druck verklebt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats zu schaffen, das eine Kriechstrecke zwischen einem Leiterrahmen und einer Strahlungsplatte sicherstellen kann, gleichzeitig die gebogenen Abschnitte des Leiterrahmens an den Stirnflächen eines Isolators anordnen kann und dadurch die Größe des Substrats klein machen kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Verfeinerungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Durch die Herstellung des wärmeleitenden Substrats ist es möglich, eine Kriechstrecke vom Leiterrahmen zur Strahlungsplatte auf dem Stirnabschnitt der Isolatorplatte, zu der sich der Leiterrahmen erstreckt, ausreichend sicherzustellen.
Ferner ist es möglich, die Kriechstrecke sicherzustellen und das wärmeleitende Substrat relativ leicht herzustellen, ohne die Struktur der Strahlungsplatte zu verkomplizieren.
Außerdem ist es möglich, die Kriechstrecke ausreichend sicherzustellen und den dielektrischen Durchschlag auf der Kriechoberfläche des Substrats zu verhindern, selbst wenn eine Hochspannung an das Substrat angelegt ist.
Außerdem ist der Stirnabschnitt der Strahlungsplatte längs der Dickenrichtung der Strahlungsplatte teilweise oder völlig mit der Isolatorplatte über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte überdeckt (d. h. die Seitenfläche der Strahlungsplatte ist mit der Isolatorplatte über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte überdeckt), wodurch es möglich ist, die Verhinderung des dielektrischen Durchschlags des wärmeleitenden Substrats weiter sicherzustellen.
Folglich ist es infolge der durch die Stufen im Stirnabschnitt der Isolatorplatte gebildeten Unregelmäßigkeiten möglich, die Kriechstrecke weiter zu verlängern.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die Isolatorplatte einen anorganischen Füllstoff enthält. Falls es sich so verhält, ist die Strahlungswirkung des wärmeleitenden Substrats weiter verbessert.
In dem Verfahren nach Anspruch 4 ist es möglich, den Stirnabschnitt der Strahlungsplatte relativ leicht und sicher zu entfernen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die weiteren Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch das Verständnis der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich und werden durch die beigefügten Ansprüche bewiesen. Zahlreiche Vorteile, die in der vorliegenden Beschreibung nicht erwähnt sind, werden den Fachleuten auf dem Gebiet beim Ausführen dieser Ausführungsformen leicht einfallen.
1 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines wärmeleitenden Substrats zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann;
2 ist eine Rückansicht nach 1;
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Wärmesenke an dem wärmeleitenden Substrat angebracht ist;
4 ist eine Querschnittsansicht, die die Herstellungsschritte einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die die jeweiligen Schritte einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
6 ist eine Querschnittsansicht, die die Schritte einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
7 ist eine Querschnittsansicht, die die Schritte einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines wärmeleitenden Substrats zeigt, die als ein veranschaulichendes Beispiel gezeigt ist;
9 ist eine Querschnittsansicht, die die Schritte der Herstellung für das veranschaulichende Beispiel zeigt;
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine erste Modifikation des veranschaulichenden Beispiels zeigt;
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines Leistungsmoduls zeigt, das ein wärmeleitendes Substrat enthält, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden kann; und
13 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines herkömmlichen wärmeleitenden Substrats zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
1 zeigt die Struktur eines wärmeleitenden Substrats, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. 2 ist eine Rückansicht nach 1.
Das wärmeleitende Substrat ist so ausgebildet, dass der Leiterrahmen 100 auf eine Oberfläche einer Isolatorplatte 101 geklebt ist, die ein wärmeaushärtendes Harz und einen anorganischen Füllstoff enthält, wobei eine Strahlungsplatte 102, wie z. B. eine Metallplatte, auf die andere Oberfläche der Isolatorplatte 101 geklebt ist. Der Leiterrahmen 100 ist in einem Zustand in die Platte 101 eingebettet, in dem nur die Oberfläche des Leiterrahmens 100 freiliegt. Die Strahlungsplatte 102 ist in einem Zustand, in dem die Platte 102 nicht in die Platte 101 eingebettet ist, sondern auf ihr angebracht ist, auf die andere Oberfläche der Platte 101 geklebt. Ein Teil des Leiterrahmens 100 steht von den Stirnabschnitten der Platte 101 vor. Das überstehende Ende dient als eine externe Anschlusselektrode 105. Die Elektrode 105 ist gebogen, damit sie sich längs der Richtung orthogonal zur Plattenebene der Platte an den Stirnabschnitten der Platte 101 fernab von der Strahlungsplatte 102 befindet. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 105a den gebogenen Abschnitt der Elektrode 105 (oder des Leiterrahmens 100).
Als Nächstes wird die charakteristische Struktur dieses wärmeleitenden Substrats beschrieben. Das wärmeleitende Substrat ist durch die Struktur der Strahlungsplatte 102 gekennzeichnet. Die Strahlungsplatte 102 ist so ausgebildet, dass sie einen Flächenbereich besitzt, der ein wenig kleiner als der der Rückseite der Platte 101 ist. Die Strahlungsplatte 102 ist so auf der Platte 101 angeordnet, dass sich die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 im Vergleich zu den Platten-Stirnabschnitten über den ganzen Umfang der Platte 101 innerhalb der Platte befinden. Folglich ist jeder Stirnabschnitt der Strahlungsplatte 102 innerhalb der Platte angeordnet, während ein Zwischenraum 103 vom entsprechenden Stirnabschnitt der Platte 101 über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte beibehalten wird.
Bei der oben dargelegten Struktur ist eine Kriechstrecke, die die Summe der Dicke 104 der Platte 101 und des oben dargelegten Zwischenraums 103 ist, zwischen dem gebogenen Abschnitt 105a und der Strahlungsplatte 102 ausgebildet, wobei dadurch die Verhinderung der Entladung zwischen dem Leiterrahmen 100 und der Strahlungsplatte 102 sichergestellt ist.
Bei der oben dargelegten Struktur des wärmeleitenden Substrats der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, die Struktur des Leiterrahmens 100 zu ändern. Selbst wenn sich die gebogenen Abschnitte 105a an den Stirnflächen der Platte 101 befinden, ist es nämlich möglich, eine ausreichende Kriechstrecke sicherzustellen. Demgemäß ist es möglich, einen Montagebereich für elektronische Komponenten festzulegen, während vom tatsächlichen Bereich des wärmeleitenden Substrats der beste Gebrauch gemacht wird.
Außerdem gibt es bei der Struktur dieses Beispiels der Erfindung keine Notwendigkeit, die gebogenen Abschnitte 105a zum Inneren der Isolatorplatte 101 zu bewegen, um die Kriechstrecke sicherzustellen. Falls die gebogenen Abschnitte 105a innerhalb der Platte 101 angeordnet sind, kann die Isolatorplatte 101 möglicherweise zum Zeitpunkt der Bildung der gebogenen Abschnitte 105a beschädigt werden. Um eine derartige Beschädigung zu verhindern, kann an jedem Stirnabschnitt der Isolatorplatte 101 eine Stufenstruktur vorgesehen werden. Falls es sich so verhält, wird jedoch die Struktur der zur Herstellung des Substrats verwendeten metallischen Form komplex, wobei dadurch die Kosten nachteilig erhöht werden. Bei der Struktur der vorliegenden Erfindung gibt es im Gegensatz keine Notwendigkeit, eine Stufenstruktur zu schaffen, wobei es möglich ist, die Struktur einer metallischen Form demgemäß zu vereinfachen und dadurch die Kosten zu verringern.
3 zeigt einen Zustand, in dem das wärmeleitende Substrat an einer Wärmesenke 120 angebracht ist, die eine externe Strahlungsstruktur ist. In dieser Struktur ist wenigstens ein Teil eines Bereichs 102b längs der Dickenrichtung der Strahlungsplatte 102 auf jeder Seitenfläche 102a der Strahlungsplatte 102 über den ganzen Umfang der Seitenfläche 102a aus dem folgenden Grund von der Isolatorplatte 101 freigelegt.
Falls die aus einem Leiter, wie z. B. einem Metall, hergestellte Wärmesenke 120 vorgesehen ist, tritt die vom Leiterrahmen 100 erzeugte Entladung nicht nur zwischen dem Leiterrahmen 100 und der Strahlungsplatte 102, sondern außerdem zwischen dem Leiterrahmen 100 und der Wärmesenke 120 auf. Infolgedessen ist es notwendig, die Kriechstrecke zwischen der Wärmesenke 120 und dem Leiterrahmen 100 auf eine derartige Länge zu setzen, um die Entladung dazwischen nicht zu verursachen.
In diesem Fall wird, falls die Gesamtheit des Bereichs 102b der Strahlungsplatte 102 über den ganzen Umfang der Seitenfläche 102a mit der Isolatorplatte 101 überdeckt ist, die auf die Strahlungsplatte 102 geklebte Wärmesenke 120 auf die Außenfläche der Isolatorplatte 101 eben geklebt. Falls es sich so verhält, gelangt die Wärmesenke 120 in die Nähe des Leiterrahmens 100, was es unmöglich macht, dazwischen eine ausreichende Kriechstrecke beizubehalten.
Falls andererseits wenigstens ein Teil des Bereichs 102b über den ganzen Umfang der Seitenfläche 102a von der Isolatorplatte 101 freigelegt ist, geht die auf die Strahlungsplatte 102 geklebte Wärmesenke 120 in einen Zustand über, in dem die Wärmesenke 120 von der Außenfläche der Isolatorplatte 101 getrennt ist. Im Ergebnis sind die folgenden Bereiche zwischen der Wärmesenke 120 und dem Leiterrahmen 100 angeordnet. Die extern freigelegten Bereiche auf den Seitenflächen der Isolatorplatte 101, auf einem Teil der Außenfläche der Isolatorplatte 101 und auf den Seitenflächen 102a der Strahlungsplatte 102 sind zwischen der Wärmesenke 120 und dem Leiterrahmen 100 angeordnet. Infolge des Vorhandenseins der jeweiligen Bereiche ist es möglich, eine ausreichende Kriechstrecke zwischen der Wärmesenke 120 und dem Leiterrahmen 100 beizubehalten. Deshalb ist wenigstens ein Teil jedes Bereichs 102b über den ganzen Umfang der Seitenfläche von der Isolatorplatte 101 freigelegt.
In 3 ist die Gesamtheit des Bereichs 102b über den ganzen Umfang der Seitenfläche 102a von der Isolatorplatte 101 freigelegt. Selbstverständlich kann ein Teil des Bereichs 102b über die Seitenfläche 102a von der Isolatorplatte 101 freigelegt sein.
Die 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen dieses wärmeleitenden Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Wie in 4A gezeigt ist, werden ein Leiterrahmen 100, eine Isolatorplatte 101 und ein Strahlungsplattenoriginal 110 aufeinandergeschichtet. Es wird angenommen, dass das Strahlungsplattenoriginal 110 eine Flächengröße besitzt, die gleich der oder größer als die der Platte 101 ist. Als die Platte 101 wird eine durch die Verarbeitung eines Isolators, der wenigstens einen anorganischen Füllstoff und ein wärmeaushärtendes Harz in einem ungehärteten Zustand enthält, in eine Platte erhaltene Isolatorplatte verwendet. Das in der Platte 101 enthaltene wärmeaushärtende Harz enthält wenigstens einen Typ, der aus Epoxidharz, Phenolharz und Cyanatharz ausgewählt ist. Diese Harze besitzen eine hervorragende elektrische Isolationseigenschaft und eine hervorragende mechanische Stärke.
Außerdem enthält der anorganische Füllstoff ein Pulver wenigstens eines Typs, der aus Al₂O₃, MgO, BN und AlN ausgewählt ist. Diese Füllstoffe besitzen eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Die Menge des hinzugefügten anorganischen Füllstoffes beträgt vorzugsweise etwa 70 bis 95 Gew.% in der ganzen Platte 101. Falls es erforderlich ist, dass das wärmeleitende Substrat eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, ist es bevorzugt, 90 Gew.% oder mehr des anorganischen Füllstoffs in die Platte 101 zu füllen.
Wie in 4B gezeigt ist, werden der Leiterrahmen 100, die Platte 101 und das Strahlungsplattenoriginal 110 erwärmt und unter Druck gesetzt, wobei das in der Platte 101 enthaltene wärmeaushärtende Harz gehärtet wird, wobei dadurch der Leiterrahmen 100 bzw. das Strahlungsplattenoriginal 110 auf beide Oberflächen der Platte 101 geklebt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Platte 101 in die Oberfläche des Leiterrahmens 100 gefüllt. Der Heiz- und Druckbeaufschlagungsschritt ist vorzugsweise in einen Schritt des Füllens der Platte 101 in die Oberfläche des Leiterrahmens 100 durch die Erwärmung und die Druckbeaufschlagung des Leiterrahmens 100, der Platte 101 und des Strahlungsplattenoriginals 110 auf eine Temperatur, bei der das wärmeaushärtende Harz nicht aushärtet, und einen Schritt der weiteren Erwärmung des Leiterrahmens 100, der Platte 101 und des Strahlungsplattenoriginals 110 und dadurch des Aushärtens des wärmeaushärtenden Harzes unterteilt. Indem in dieser Weise geteilt wird, ist es möglich, das Füllen der Platte 101 in die Hohlräume des Leiterrahmens 100 und das Aushärten der Platte 100 separat voneinander auszuführen und das Füllen und das Aushärten sicherzustellen.
Wie ferner in 4C gezeigt ist, wird der Umfangsabschnitt des Strahlungsplattenoriginals 110 abgeschnitten, wobei eine Strahlungsplatte 102 mit Stirnflächen fernab vom Inneren der Platte im Vergleich zur Platte 101 gebildet wird. Diese Verarbeitung des Abschneidens kann durch eine Schneide oder einen Laser ausgeführt werden.
Im Ergebnis kann die Kriechstrecke vom Leiterrahmen 100 zur Strahlungsplatte 102 verlängert werden. Dieses wärmeleitende Substrat kann deshalb eine ausreichende Zuverlässigkeit gegen dielektrischen Durchschlag aufrechterhalten, selbst wenn eine Hochspannung an das Substrat angelegt ist.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Abstand zwischen einer Stirnfläche der Strahlungsplatte 102 und einer Stirnfläche der Platte 101, die aneinander geklebt sind, vorzugsweise einmal so groß wie oder größer als die Dicke der Platte 101. Wie der Abstand länger wird, wird auch die Kriechstrecke länger. Wird jedoch berücksichtigt, dass, falls der Abstand nicht kleiner als viermal so groß wie die Dicke der Platte 101 ist, die Strahlung von der Strahlungsplatte 102 behindert wird, ist der Abstand vorzugsweise ein- bis viermal so groß wie die Dicke der Platte 101.
Die 5A bis 5C sind Querschnittsansichten, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigen. 5A zeigt den Prototyp des wärmeleitenden Substrats, das durch das Aufeinanderschichten des Leiterrahmens 100, der Isolatorplatte 101 und des Strahlungsplattenoriginals 110 und das Erwärmen und die Druckbeaufschlagung dieser, um sie dadurch aneinander zu kleben, erhalten wird. Für den auf diese Weise hergestellten Prototyp des wärmeleitenden Substrats wird auf dem Strahlungsplattenoriginal 110 ein Ätzresistfilm 106 ausgebildet, wie in 5B gezeigt ist. Der Film 106 wird auf dem Bereich der Strahlungsplatte 102, der endgültig gebildet werden soll, (oder auf dem Mittelbereich des Strahlungsplattenoriginals 110) gebildet.
Nach dem Bilden des Films 106 werden die Stirnabschnitte des Strahlungsplattenoriginals, die nicht mit dem Film 106 überdeckt sind, durch chemisches Ätzen entfernt. Dann wird der Film 106 entfernt. Im Ergebnis ist eine Strahlungsplatte 102 im Vergleich zu den Stirnabschnitten der Platte 101 innerhalb der Platte über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte 102 ausgebildet, wie in 5C gezeigt ist.
Um den Film 106 zu bilden, kann ein Verfahren des Ausführens einer Ultraviolettbelichtung unter Verwendung eines Trockenfilm-Schutzlacks, des Aushärtens des Schutzlacks und dann des Bildens des Films 106, ein Verfahren des Siebdrucks eines Schutzlacks, des Trocknens der Paste und dann das Bildens des Films 106 oder dergleichen übernommen werden. Bei diesen Verfahren können viele wärmeleitende Substrate auf einmal verarbeitet werden.
Die 6A bis 6C sind Querschnittsansichten, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Wie in 6A gezeigt ist, wird ein Strahlungsplattenoriginal 110' vorbereitet. Das Strahlungsplattenoriginal 110' besitzt Teilungsnuten 107 längs der Platten-Stirnabschnitte in Positionen, die sich alle um einen Zwischenraum 103 fernab vom Platten-Stirnabschnitt befinden. Die Nut 107 wird im Strahlungsplattenoriginal 110' durch eine Drehklingenbearbeitung oder Laser-Verarbeitung gebildet.
Danach werden, wie in 6B gezeigt ist, das Strahlungsplattenoriginal 110', der Leiterrahmen 100 und die Isolatorplatte 101 miteinander verklebt, indem das Strahlungsplattenoriginal 110', der Leiterrahmen 100 und die Isolatorplatte 101 aufeinandergeschichtet werden und sie erwärmt und unter Druck gesetzt werden, um dadurch den Prototyp des wärmeleitenden Substrats zu bilden. Dann werden, wie in 6C gezeigt ist, die Umfangsbereiche des Strahlungsplattenoriginals 110' abgeteilt und längs der jeweiligen Nuten 107 entfernt. Im Ergebnis wird über den ganzen Umfang der Platte 101 die Strahlungsplatte 102 mit Stirnabschnitten, die im Vergleich zu den Stirnabschnitten der Platte 101 innerhalb der Platte 101 angeordnet sind, gebildet. Bei diesem Verfahren ist es möglich, die Entfernung der zu entfernenden Bereiche in einer kurzen Zeit sicherzustellen, selbst wenn ein großer Bereich vom Strahlungsplattenoriginal 110' zu entfernen ist.
Die 7A bis 7C sind Querschnittsansichten, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Wie in 7A gezeigt ist, wird ein Gehäuse 111 vorbereitet. Das Gehäuse 111 besitzt eine Dicke, die gleich oder ähnlich jener der Strahlungsplatte 102 ist, wobei es einen Öffnungsabschnitt 111a besitzt, der die gleiche Form wie die schließlich zu bildende Strahlungsplatte 102 besitzt (oder eine etwas kleinere Form als die Isolatorplatte 101 besitzt). Die Strahlungsplatte 102 wird in dieses Gehäuse 111 eingepasst, wobei ein Kombinationselement 113, das eine mit einem Gehäuse kombinierte Strahlungsplatte ist, gebildet wird. Das Kombinationselement 113, der Leiterrahmen 100 und die Isolatorplatte 101 werden aufeinandergeschichtet. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kombinationselement 113 so bezüglich der Platte 101 positioniert, dass die Position der Strahlungsplatte 102 mit der Position der Platte 101 übereinstimmt, in der die Strahlungsplatte 102 schließlich mit der Platte 101 verklebt wird.
Nach dem Aufeinanderschichten des Kombinationselements 113, des Leiterrahmens 100 und der Platte 101 werden sie unter Druck gesetzt und miteinander verklebt. Dann wird, wie in 7C gezeigt ist, nur das Gehäuse 111 vom Kombinationselement 113 entfernt, wobei dadurch eine Struktur geschaffen wird, in der sich die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 über den ganzen Umfang der Platte 101 innerhalb der Platte 101 befinden. Bei diesem Verfahren ist es möglich, den Schritt des Entfernens der Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 zu vereinfachen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Strahlungsplatte 102 vorgesehen, während sie auf der Isolatorplatte 102 angebracht ist, ohne einen Teil der Strahlungsplatte 102 in die Isolatorplatte 101 einzubetten. In 8, die ein veranschaulichendes Beispiel zeigt, ist eine Strahlungsplatte 102' teilweise oder ganz in der Dickenrichtung der Platte 102' in die Isolatorplatte 101 eingebettet (wobei in diesem Fall die Oberfläche der Strahlungsplatte 102' freiliegt).
Unter Bezugnahme auf die 9A und 9B wird ein Verfahren zum Herstellen dieses wärmeleitenden Substrats beschrieben.
Wie in 9A gezeigt ist, werden der Leiterrahmen 100, die Isolatorplatte 101 und die Strahlungsplatte 102 aufeinandergeschichtet. Hier ist die Strahlungsplatte 102 so hergestellt, dass sie die Form des Umrisses einer Strahlungsplatte 102' besitzt, die schließlich zu bilden ist, (etwas kleiner als die Form des Umrisses der Isolatorplatte 101 ist).
Der Leiterrahmen 100, die Platte 101 und die Strahlungsplatte 102 werden so angeordnet, dass sie aufeinandergeschichtet sind. Zu diesem Zeitpunkt ist die Strahlungsplatte 102 bezüglich der Platte 101 so positioniert, dass die Position der Strahlungsplatte 102 mit der Position der Platte 101 übereinstimmt, in der die Strahlungsplatte 102 schließlich mit der Platte 101 verklebt wird.
Wie in 9B gezeigt ist, werden der Leiterrahmen 100, die Platte 101 und die Strahlungsplatte 102 erwärmt und unter Druck gesetzt. Indem so verfahren wird, wird der in der Platte 101 enthaltene wärmeaushärtende Bereich ausgehärtet und werden der Leiterrahmen 100 bzw. die Strahlungsplatte 102 mit beiden Oberflächen der Platte 101 verklebt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Platte 101 in einem derartigen Ausmaß unter Druck gesetzt und erwärmt, dass die internen Lücken 100a des Leiterrahmens 100 und die Seitenflächen 102a der Strahlungsplatte 102 durch die Platte 101 verschlossen werden. In 9B ist die Strahlungsplatte 102 in einem Zustand, in dem die Seitenflächen 102a durch die Platte 100 verschlossen sind, durch das Bezugszeichen 102' bezeichnet.
Zu diesem Zeitpunkt werden, wenn der Heiz- und Druckbeaufschlagungsschritt in einen Schritt des Füllens der internen Lücken 100a und der Seitenflächen 102a mit der Isolatorplatte 101, während der Leiterrahmen 100, die Platte 101 und die Strahlungsplatte 102 auf eine Temperatur, bei der das wärmeaushärtende Harz nicht aushärtet, erwärmt und unter Druck gesetzt werden, und einen Schritt der weiteren Erwärmung des Leiterrahmens 100, der Platte 101 und der Strahlungsplatte 102 und dadurch des Aushärtens des wärmeaushärtenden Harzes unterteilt ist, dann das Füllen und das Aushärten der Platte 101 separat ausgeführt, wobei es möglich ist, das Ausführen des Füllens und des Aushärtens sicherzustellen.
Im Ergebnis ist ein Teil oder alles der Strahlungsplatte 102' längs der Dickenrichtung ihrer Seitenflächen 102a mit der Platte 101 über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte 102' überdeckt. Falls es sich so verhält, ist es möglich, eine ausreichende Zuverlässigkeit gegen dielektrischen Durchschlag aufrechtzuerhalten, selbst wenn eine Hochspannung an das wärmeleitende Substrat angelegt ist. In den 8 und 9 sind die ganzen Seitenflächen 102a der Strahlungsplatte 102' mit der Isolatorplatte 101 überdeckt. Das heißt, ein Teil des Bereichs der Strahlungsplatte 102 längs der Dickenrichtung ihrer Seitenflächen 102a kann mit der Isolatorplatte 101 überdeckt sein. Im letzteren Fall ist es jedoch notwendig, den Bereich der Seitenflächen 102a, der mit der Isolatorplatte 101 überdeckt ist, über den ganzen Umfang der Strahlungsplatte 102' vorzusehen.
Unterdessen können, um die Kriechstrecke zwischen dem Leiterrahmen 100 und der Strahlungsplatte 102 auf dem wärmeleitenden Substrat weiter zu verlängern, kontinuierliche Stufen in den Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 in der Richtung, in der die kontinuierlichen Stufen die kürzeste Richtung zwischen der Strahlungsplatte 102 und dem Leiterrahmen 100 kreuzen, vorgesehen sein. Die Stufen können nutenförmige Stufen 112 sein, wie in 10 gezeigt ist.
In 10 sind die Stufen 112 in der Strahlungsstruktur vorgesehen, in der die Strahlungsplatte 102 in der Mitte der Dicke der Isolatorplatte 101 eingebettet ist. Selbstverständlich können derartige Stufen 112 an der Struktur des wärmeleitenden Substrats, in dem die Strahlungsplatte 102 an der in 1 gezeigten Isolatorplatte 101 angebracht ist, oder dergleichen angebracht werden. Die Stufen 112 können auf den Seitenflächen der Isolatorplatte 101 vorgesehen sein.
Ferner sind in den oben dargelegten Ausführungsformen die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 so angeordnet, dass sie sich fernab von den jeweiligen Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 befinden und dass sie sich nah am Inneren der Platte befinden. Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf eine derartige Anordnung eingeschränkt werden, sondern es kann eine Anordnung, wie sie in 11 gezeigt ist, auf die vorliegende Erfindung angewendet werden. Das heißt, die Stirnabschnitte 102a der Strahlungsplatte 102, die sich an der oder in der Nähe der jeweiligen Stirnabschnitte der Platte 101 befinden, von denen sich der Leiterrahmen 100 (oder die externe Zuleitungselektrode 105) erstreckt, sind selektiv von den Stirnabschnitten der Platte 101 innerhalb der Platte 101 in ihrer Ebenenrichtung getrennt. Andererseits sind die anderen Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 an den Stirnabschnitten der Platte 101 vorgesehen. Es versteht sich von selbst, dass selbst bei einer derartigen Anordnung eine ausreichende Kriechstrecke sichergestellt sein kann.
12 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines Leistungsmoduls zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Dieses Leistungsmodul umfasst das wärmeleitende Substrat 130 der vorliegenden Erfindung, die elektronischen Komponenten 131, ein Gehäuse 132 und das Dichtungsharz 133. Die elektronischen Komponenten 131 sind ein Leistungshalbleiter, ein Transformator, eine Drosselspule und dergleichen, wobei sie auf der Oberfläche des Leiterrahmens 100 eingekapselt sind, auf dem die Strahlungsplatte 102 nicht vorgesehen ist. Das Gehäuse 132 ist so beschaffen, dass es die Einkapselungsoberfläche der elektronischen Komponenten des Leiterrahmens 100 überdeckt. Die externen Zuleitungselektroden 105 des Leiterrahmens 100 durchdringen das Gehäuse 132 und verlaufen extern. Das Dichtungsharz 133 ist in den Innenraum des Gehäuses 132 gefüllt, um die elektronischen Komponenten 131 abzudichten.
Nun wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf konkretere Ausführungsformen beschrieben.
(Die erste Ausführungsform)
Bei der Herstellung des wärmeleitenden Substrats in dieser Ausführungsform wird zuerst ein Verfahren zum Erzeugen einer aus einem anorganischen Füllstoff und einem wärmeaushärtenden Harz in einem ungehärteten Zustand hergestellten Isolatorplatte 101 beschrieben.
Zuerst wird die Herstellung eines Schlammes beschrieben. Ein anorganischer Füllstoff, das wärmeaushärtende Harz in einem halbausgehärteten Zustand, ein geeignetes Lösungsmittel und dergleichen werden durch eine Rühr- und Knetmaschine miteinander vermischt, um einen Schlamm zu schaffen. Diese Rühr- und Knetmaschine dreht einen Behälter, während der Behälter um seine eigene Achse gedreht wird, und stellt das Erhalten einer ausreichenden Entschäumungsfunktion und eines ausreichenden Dispersionszustands sicher, selbst wenn die Viskosität des zu kneteten Harzes relativ hoch ist.
Die konkreten Materialien sind wie folgt. Al₂O₃ ("AS-40" (der im Handel verwendete Name), hergestellt von SHOWA DENKO K. K.) wurde als der anorganische Füllstoff verwendet. Eine Mischung aus Epoxidharz ("NRV-1010" (der im Handel verwendete Name), hergestellt von Japan Rec Co., Ltd.), Butylcarbitol und Methylethylketon zum Regeln der Viskosität wurden als das wärmeaushärtende Harz verwendet. Die Zusammensetzungsverhältnisse der jeweiligen Komponenten waren wie folgt: 90 Gew.% des anorganischen Füllstoffes, 9,5 Gew.% des Epoxidharzes und 0,5 Gew.% des Butylcarbitols.
Als Nächstes wurde ein Trennungstypfilm, dessen Oberfläche einer Teilungsbehandlung durch Silicium unterworfen wurde und der eine Dicke von 75 μm besaß (spezifisch ein Poylethylenterephthalat-Film) vorbereitet. Ein Film aus dem oben dargelegten Schlamm wurde durch ein Abstreichmesser-Verfahren auf dem Trennungstypfilm gebildet. Die Dicke (oder die Lücke) der Filmbildungsplatte war auf etwa 750 μm eingestellt.
Als Nächstes wurde die Filmbildungsplatte bei einer Temperatur von 125°C während 15 Minuten belassen und getrocknet, wobei dadurch eine Isolatorplatte 101 mit einer geeigneten Viskosität in einem ungehärteten Zustand (mit einer Dicke von 400 μm) erhalten wurde. Das Methylethylketon wurde durch diese Trocknungsbehandlung verdampft.
Andererseits wurden der Leiterrahmen 100 und die Strahlungsplatte 102 vorbereitet. Der Leiterrahmen 100 wurde durch die Verarbeitung einer Kupferplatte mit einer Dicke von 500 μm durch ein Ätzverfahren und ferner das Ausführen einer Nickel-Plattierung gebildet. Die Strahlungsplatte 102 enthält eine metallische Aluminiumplatte mit einer Dicke von 500 μm. Die (drei) Isolatorplatten 101, der Leiterrahmen 100 und die Strahlungsplatte 102 wurden aufeinandergeschichtet und dann bei einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 50 kg/cm² erwärmt und bestrahlt.
Durch die Heiz- und Druckbeaufschlagungsbehandlung floss die Isolatorplatte 101 in die Lücken des Leiterrahmens 100, wobei die in 3B gezeigte Proto typstruktur des wärmeleitenden Substrats gebildet wurde. Dann wurde die Isolatorplatte 101 bei einer Temperatur von 175°C während drei Stunden durch einen Trockner erwärmt, um dadurch das in der Isolatorplatte 101 enthaltene wärmeaushärtende Harz vollständig auszuhärten.
Als Nächstes wurden die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 durch eine Schneide abgeschnitten, wobei dadurch die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 innerhalb der Isolatorplatte 102 über den ganzen Umfang der Stirnabschnitte der Isolatorplatte 102 angeordnet wurden. Ferner wurden die äußersten Umfangsabschnitte des Leiterrahmens 100 abgeschnitten. Der von der Platte 101 vorstehenden Leiterrahmen 100 wurde senkrecht gebogen, wobei dadurch die spitzen Enden des Leiterrahmens 100 als die externen Anschlusselektroden 105 verwendet wurden. Im Ergebnis wurde das in 1 gezeigte wärmeleitende Substrat erhalten. Es wird angenommen, dass gerade unter dem Leiterrahmen die Dicke 104 der Isolatorplatte 101 dieses wärmeleitenden Substrats 1 mm betrug.
Die Stehspannungen und die Wärmewiderstände des auf diese Weise hergestellten wärmeleitenden Substrats wurden gemessen, wenn der Zwischenraum 103 zwischen der Strahlungsplatte 102 und dem Stirnabschnitt der Isolatorplatte 101 für jedes Substrat geändert wurde.
Der dielektrische Durchschlag, der auftritt, wenn eine Hochspannung an den Leiterrahmen 100 und die Strahlungsplatte 102 angelegt wird, enthält den dielektrischen Durchschlag des Harzes, das per se die Isolatorplatte 101 bildet, und den auf der Kriechoberfläche der Isolatorplatte 101. Die frühere Stehspannung beträgt normalerweise 15 kV/mm.
Weil die vorliegende Erfindung hauptsächlich vorgesehen ist, um den isolierenden Abstand auf der Kriechoberfläche zu verlängern, ist es notwendig, die Wirkung der Verhinderung des letzteren dielektrischen Durchschlags zu schätzen. Aus diesem Grund wurde die Messung des Durchschlags der Stehspannung wie folgt ausgeführt. Es wurden 20 Proben des wärmeleitenden Substrats hergestellt, wobei der Anteil der Proben, die eine Stehspannung von 15 kV/mm oder weniger auf der Kriechoberfläche der Isolatorplatte 101 besaßen, berechnet wurde, wobei dadurch der Durchschlag der Stehspannung gemessen wurde.
Ferner wurde der Wärmewiderstand wie folgt gemessen. Das Gehäuse des Leistungshalbleiters, der auf dem Leiterrahmen 100 durch ein Lot eingekapselt wurde, wurde mit Leistung versorgt, um Wärme zu erzeugen, wobei der Wärmewiderstand aus dem Temperaturunterschied zwischen der Halbleitervorrichtung und der Strahlungsplatte 102 erhalten wurde. Dann wurde der durchschnittliche Wert der Wärmewiderstände der jeweiligen Proben, die unter den jeweiligen Bedingungen gemessen wurden, erhalten.

Die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Experiment Nr.	Dicke der Isolatorplatte (μm)	Abstand der Strahlungsplatte vom Stirnabschnitt der Isolatorplatte (μm)	Anteil der Substrate, die eine Stehspannung von 15 kV/mm oder weniger auf der Kriechoberfläche besitzen (%)	Wärmewiderstand (°C/W)
1a	1000	0	90	1,36
1b	1000	500	45	1,36
1c	1000	750	20	1,36
1d	1000	1000	0	1,36
1e	1000	2000	0	1,36
1f	1000	3000	0	1,36
1g	1000	4000	0	1,36
1h	1000	5000	0	1,42
1i	1000	6000	0	1,58

Ferner wurden wärmeleitende Substrate hergestellt, während nur die Dicke der Isolatorplatte 101 gerade unter dem Leiterrahmen auf 0,8 mm geändert wurde.

Gleichzeitig wurden die Stehspannungen und die Wärmewiderstände der Proben gemessen, während der Zwischenraum 103 zwischen der Strahlungsplatte 102 und den Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 entsprechend den Proben in der gleichen Weise geändert wurde, wie oben dargelegt worden ist. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Experiment Nr.	Dicke der Isolatorplatte (μm)	Abstand der Strahlungsplatte vom Stirnabschnitt der Isolatorplatte (μm)	Anteil der Substrate, die eine Stehspannung von 15 kV/mm oder weniger auf der Kriechoberfläche besitzen (%)	Wärmewiderstand (°C/W)
2a	800	0	92	1,09
2b	800	400	57	1,09
2c	800	600	21	1,09
2d	800	800	0	1,09
2e	800	1600	0	1,09
2f	800	2400	0	1,09
2g	800	3200	0	1,10
2h	800	4000	0	1,17
2i	800	4800	0	1,34

Verglichen mit den Vergleichsbeispielen (die Experimente Nr. 1a und 2a), in denen die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 mit den jeweiligen Stirnabschnitten der Isolatorplatte übereinstimmend hergestellt wurden, besaßen die wärmeleitenden Substrate, deren Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 innerhalb der Isolatorplatte 101 in Bezug auf die Stirnabschnitte der Isolatorplatte 101 angeordnet waren, um so viel wie die jeweiligen Zwischenräume 103 verbesserte Stehspannungen auf den Kriechoberflächen. Falls der Zwischenraum 103 nicht kleiner als einmal die Dicke der Isolatorplatte 101 war, war insbesondere der Effekt der Verbesserung der Stehspannung deutlich sichtbar, d. h., die Stehspannung war nicht kleiner als 15 kV/mm, die als die normale Stehspannung des Harzes per se betrachtet wird, wobei es möglich ist, die Verhinderung des dielektrischen Durchschlags auf der Kriechoberfläche sicherzustellen.
Falls der Zwischenraum 103 nicht kleiner als viermal die Dicke der Isolatorplatte 101 war, war die Strahlung von der Strahlungsplatte 102 behindert und der Wert des Wärmewiderstands vergrößert. Demgemäß wurde festgestellt, dass, falls der Zwischenraum 103 ein- bis viermal so groß wie die Dicke der Isolatorplatte 101 war, die größte Wirkung gezeigt wurde, wodurch der dielektrische Durchschlag auf der Kriechoberfläche zum Zeitpunkt des Anlegens einer Hochspannung an das wärmeleitende Substrat verhindert wurde und ein im hohen Grade zuverlässiges wärmeleitendes Substrat erhalten wurde.
(Die zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform, in der die Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 des in der gleichen Weise wie jener in der ersten Ausführungsform hergestellten wärmeleitenden Substrats durch ein anderes Verfahren entfernt wurden, wird beschrieben. Es wird angegeben, dass sich die Zusammensetzung der in dieser Ausführungsform verwendeten Isolatorplatte 101 von jener in der ersten Ausführungsform unterscheidet. Das heißt, es wurde Al₂O₃ ("AM-28" (der im Handel verwendete Name), hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) als der anorganische Füllstoff verwendet. Eine durch das Hinzufügen von Ethylcarbitol zum Phenolharz ("Phenolite, VH4150" (der im Handel verwendete Name), hergestellt von DAINIPPON INK AND CHEMICALS, Inc.) erhaltene Zusammensetzung wurde als das wärmeaushärtende Harz verwendet. Die Zusammensetzungsverhältnisse der jeweiligen Komponenten waren wie folgt: 87 Gew.% des anorganischen Füllstoffs, 11,5 Gew.% des Phenolharzes und 1,5 Gew.% des Ethylcarbitols.
Wie im Fall der ersten Ausführungsform wurden zuerst der Leiterrahmen 100, die (drei) Isolatorplatten 101 und die aus einer metallischen Aluminiumplatte hergestellte Strahlungsplatte 102 miteinander integriert, wobei das wärmeaushärtende Harz vollständig ausgehärtet wurde und dadurch ein wärmeleitendes Substrat gebildet wurde.
Als Nächstes wurden unter Verwendung eines Trockenfilm-Schutzlacks ("H-5930-30" (der im Handel verwendete Name), hergestellt von Hitachi Chemical Co., Ltd.) Ätzresistfilme 106 auf jeweils beiden Oberflächen des wärmeleitenden Substrats durch eine Walzen-Beschichtungseinheit ausgebildet.
Dann wurde eine (nicht gezeigte) Filmmaske in einem Muster angeordnet, das schließlich auf dem Ätzresistfilm 106 auf der Seite der Strahlungsplatte 102 übriggelassen werden soll, wobei die Ätzresistfilme 106 auf beiden Oberflächen der Platte 101 einer Belichtungsbehandlung durch eine Ultraviolett-Ausrichteinrichtung unterworfen wurden.
Dann wurde das wärmeleitende Substrat in einem Entwickler behandelt, wobei nur die Ätzresistfilme 106 auf den Umfangsabschnitten der Strahlungsplatte 102, die infolge der Filmmaske der Belichtungsbehandlung nicht unterworfen wurden, selektiv entfernt wurden.
Außerdem wurden durch das Eintauchen des wärmeleitenden Substrats in eine 7%ige Salzsäurelösung die nicht mit den Ätzresistfilmen 106 überdeckten Stirnabschnitte der Strahlungsplatte 102 entfernt. Im Ergebnis besaß das wärmeleitende Substrat eine Struktur, in der die Strahlungsplatte 102 innerhalb der Isolatorplatte 101 über den ganzen Umfang der Stirnabschnitte der Platte 101 angeordnet war. Schließlich wurden die Ätzresistfilme 106 mit Natriumhydroxid behandelt und dadurch entfernt.
Falls der Zwischenraum 103 des auf diese Weise hergestellten wärmeleitenden Substrats so eingestellt wurde, dass er zweimal so groß wie die Dicke der Isolatorplatte 101 war, wurde eine Stehspannung, die als 15 kV oder höher gemessen wurde, oder ein guter Messwert erhalten.
(Die dritte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wurde die folgende Isolatorplatte 101 verwendet. Al₂O₃ (der im Handel verwendete Name: "AS-40", hergestellt von SHOWA DENKO K. K.) wurde als der anorganische Füllstoff verwendet. Eine Mischung, die erhalten wurde, indem Butylcarbitol und Methylethylketon zum Regeln der Viskosität zu Cyanatester-Harz (der im Handel verwendete Name: "AroCy M30", hergestellt von Asahi-Ciba Co., Ltd.) hinzugefügt wurde, wurde als das wärmeaushärtende Harz verwendet. Die Zusammensetzungsverhältnisse der jeweiligen Komponenten waren wie folgt: 90 Gew.% des anorganischen Füllstoffs, 9,5 Gew.% des wärmeaushärtenden Harzes und 0,5 Gew.% des Butylcarbitols.
Wie im Fall der ersten Ausführungsform wurden die (drei) Isolatorplatten 101, der Leiterrahmen 100 und die Strahlungsplatte 102 aufeinandergeschichtet und dann bei 150°C und 50 kg/cm² erwärmt und unter Druck gesetzt, wobei dadurch der Prototyp des wärmeleitenden Substrats erhalten wurde, der die in 9B gezeigte Form besitzt.
Dann wurden die Isolatorplatten 101 bei einer Temperatur von 175°C während drei Stunden durch einen Trockner erwärmt, um dadurch das in den Isolatorplatten 101 enthaltene wärmeaushärtende Harz vollständig auszuhärten. Ferner wurden die äußersten Umfangsabschnitte des Leiterrahmens 100 abgeschnitten, wobei die von den Isolatorplatten 101 vorstehenden Abschnitte des Leiterrahmens 100 senkrecht gebogen wurden, wobei dadurch die spitzen Enden des Leiterrahmens 100 als die externen Anschlusselektroden 105 verwendet wurden. Im Ergebnis wurde das in 8 gezeigte wärmeleitende Substrat erhalten. Es wird angenommen, dass gerade unter dem Leiterrahmen 100 die Dicke der Isolatorplatte 101 dieses wärmeleitenden Substrats 1 mm betrug.
Die Stehspannung und der Wärmewiderstand des auf diese Weise hergestellten wärmeleitenden Substrats wurden gemessen. Die Messergebnisse sind, dass die Stehspannung 15 kV oder höher war und dass der Wärmewiderstand 1,36°C/W betrug, wobei folglich bestätigt wurde, dass ein wärmeleitendes Substrat erhalten wurde, das den dielektrischen Durchschlag auf der Kriechoberfläche zum Zeitpunkt des Anlegens einer Hochspannung an das Substrat verhindern und eine hohe Zuverlässigkeit sicherstellen kann.
Im Fall des wärmeleitenden Substrats in jeder oben dargelegten Ausführungsform kann die Kriechstrecke zwischen dem Leiterrahmen 100 und der Strahlungsplatte 102 leicht verlängert werden, wobei eine ausreichende Zuverlässigkeit gegen den elektrischen Durchschlag zum Zeitpunkt des Anlegens einer Hochspannung an das Substrat aufrechterhalten werden kann. Infolgedessen ist es möglich, die gebogenen Abschnitte 105a des Leiterrahmens 100 an den jeweiligen Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 anzuordnen, selbst wenn der über die Seitenflächen des Substrats vorstehende Leiterrahmen 100 senkrecht gebogen wird, um die spitzen Enden des Rahmens 100 als die externen Anschlusselektroden 105 zu verwenden. Es ist deshalb möglich, einen Bereich, in dem die Komponenten tatsächlich auf dem Substrat angebracht werden können, bezüglich der Größe des Substrats zu erweitern. Dies bedeutet, dass es möglich ist, die Substratgröße kleiner als die des herkömmlichen Substrats zu machen.
Weil sich außerdem die gebogenen Abschnitte 105a des Leiterrahmens 100 an den jeweiligen Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 befinden können, tritt es nicht auf, dass, wenn der Leiterrahmen 100 gebogen wird, der in der Isolatorplatte 101 eingebettete Leiterrahmen 100 abgelöst wird, wobei die Beschädigung des Substrats verursacht wird. Dies macht es überflüssig, Stufen an den Stirnabschnitten der Isolatorplatte 101 vorzusehen, um das Biegen des Leiterrahmens 100 zu erleichtern, und möglich, die Struktur einer für die Herstellung des Substrats verwendeten metallischen Form demgemäß zu vereinfachen, wobei dadurch eine Kostenverringerung verwirklicht wird.
Wie bis jetzt dargelegt worden ist, können das wärmeleitende Substrat und das Herstellungsverfahren für das wärmeleitende Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung dazu beitragen, für ein Substrat für eine Leistungsschaltung, deren Leistung in der Zukunft weiter zunimmt, die Größe der Ausrüstung klein zu machen und die Kosten zu verringern.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugtesten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden ist, können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Kombination und der Anordnung der Komponenten in den bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem im Folgenden beanspruchten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats, das einen Leiterrahmen (100), der auf einer Oberfläche einer einen anorganischen Füllstoff enthaltenden Isolatorplatte (101) vorgesehen ist, und eine Strahlungsplatte (102), die auf der anderen Oberfläche der Isolatorplatte (101) gegenüber der einen Oberfläche vorgesehen ist, aufweist, wobei sich ein Teil des Leiterrahmens (100) zu einem Kantenabschnitt der Isolatorplatte (101) erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Überlagern des Leiterrahmens (100), der Isolatorplatte (101) und eines Strahlungsplattenoriginals (110), wobei das Strahlungsplattenoriginal (110) eine Flächengröße besitzt, die gleich oder größer als jene der Isolatorplatte (101) ist; – Verkleben des Leiterrahmens (100), des Strahlungsplattenoriginals (110) und der Isolatorplatte (101) miteinander durch einen Heiz- und Druckbeaufschlagungsschritt, wobei der Leiterrahmen (100) in die Platte (101) in einem Zustand eingebettet wird, in dem nur die Oberfläche des Leiterrahmens (100) freiliegt; – Entfernen des Umfangsabschnitts des Strahlungsplattenoriginals (110), der sich an dem Kantenabschnitt der Isolatorplatte (101) oder in dessen Nähe befindet, um Stirnflächen der Strahlungsplatte (102) innerhalb des Kantenabschnitts der Isolatorplatte (101) zu lassen.
Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats nach Anspruch 1, wobei der Kantenabschnitt des Strahlungsplattenoriginals (110) durch Abschneiden des Kantenabschnitts des Strahlungsplattenoriginals (110) entfernt wird.
Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats nach Anspruch 1, wobei der Kantenabschnitt des Strahlungsplattenoriginals (110) durch einen Photolithographieschritt entfernt wird.
Verfahren zum Herstellen eines wärmeleitenden Substrats nach Anspruch 1, wobei – ein Strahlungsplattenoriginal (110') mit einer Teilungsnut (107) längs einer Umfangskante eines zu entfernenden Strahlungsplattenbereichs als Strahlungsplatte vorbereitet wird; und – nach dem Verkleben des Strahlungsplattenoriginals (110') mit der Isolatorplatte der zu entfernende Strahlungsplattenbereich längs der Teilungsnut (107) von den anderen Strahlungsplattenbereichen abgeteilt und entfernt wird.