JP2001036004A - 電子部品用基板 - Google Patents

電子部品用基板

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JP2001036004A
JP2001036004A JP20610499A JP20610499A JP2001036004A JP 2001036004 A JP2001036004 A JP 2001036004A JP 20610499 A JP20610499 A JP 20610499A JP 20610499 A JP20610499 A JP 20610499A JP 2001036004 A JP2001036004 A JP 2001036004A
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thermal conductive
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電力用半導体素子の放熱特性と絶縁耐量を
改善し、かつ、高出力用半導体装置の動作時のノイズも
大幅に減少させる。 【解決手段】 高熱伝導樹脂基板領域1と低熱伝導樹脂
基板領域2とを有する。高熱伝導樹脂基板領域1には、
高出力用半導体素子の搭載予定領域を有し、低熱伝導樹
脂基板領域2には、高出力用半導体素子を制御するため
の制御用素子の搭載予定領域を有する。高熱伝導樹脂基
板領域1は、低熱伝導樹脂基板領域2に設けた開口部に
嵌め込まれた構造を有し、その個数が1個または複数個
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高出力用(大電力
用)半導体装置、特に、パワー用エレクトロニクス実装
のための電子部品用基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の高性能化、小型化に伴
い、半導体素子の高密度、高機能化がいっそう要求され
ており、それらを実装するため、電子部品用基板(回路
基板もしくはプリント基板)もまた小型高密度なものが
要求されている。その結果、電子部品用基板の放熱を考
慮した設計が重要となってきている。
【0003】従来の電子部品用基板の多くは、ガラス・
エポキシ樹脂により成形された樹脂基板であり、ガラス
・エポキシ樹脂の熱伝導度が低いため、放熱性が良好と
はいえなかった。
【0004】ところで、電子部品用基板の放熱性を改良
する技術として、基材としてアルミニウム板などの金属
ベースを使用し、この金属ベースの片面もしくは両面に
絶縁層を介して回路パターンを形成することにより構成
した金属べース基板が知られている。
【0005】さらに、より高い熱伝導性が要求される電
子部品用基板には、アルミナや窒化アルミニウムなどの
セラミック板に銅板をダイレクトに接合した基板も利用
されている。
【0006】高出力用半導体素子を含んで構成される高
出力半導体装置に用いられる電子部品用基板としては、
金属べース基板が一般的に利用される。ところが、金属
べース基板を用いた場合、金属ベースと高出力半導体装
置を構成する高出力回路部品とを絶縁するために絶縁層
を介して高出力回路部品を搭載する必要がある。
【0007】この絶縁層が薄いと金属べースと高出力用
半導体素子との絶縁耐圧が低下するとともに、絶縁層の
容量が大きくなり高出力回路部品、特に制御用IC等の
制御用素子の動作に悪影響を与え、誤動作の原因となっ
ていた。
【0008】また、上記絶縁層を厚くした場合、制御用
素子の動作へ与える影響は軽減できるが、高出力用半導
体素子の放熱特性が低下するような、相反する性能が要
求され、その解決方法に課題を残していた。
【0009】近年、前記課題を解決するため、電子部品
用基板として、上記の金属ベース基板において、高出力
用半導体素子搭載領域の絶縁層を薄くし、制御用IC等
が搭載される制御用素子搭載領域の絶縁層を厚くするよ
うな複数層構造のものや、高出力用半導体素子搭載部と
制御用素子搭載部を分離したものが提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図25(a)に上記の
ような複数層構造の電子部品用基板の一例の平面図を示
し、図25(b)に同図(a)のA−A′線断面図を示
す。図25(a),(b)において、101はアルミニ
ウム基板などの金属基板である。102は金属基板10
1の部品搭載面に設けた絶縁層で、高出力用半導体素子
を搭載するための高出力用半導体素子搭載領域102a
は薄くなっており、制御用素子を搭載するための制御用
素子搭載領域102bは厚くなっている。103は絶縁
層102上に形成された銅箔であり、高出力用半導体素
子や制御用素子の配線パターンとして、あるいは高出力
用半導体素子の搭載のためのベースとして用いられる。
104は絶縁層102上に設けられたボンディングパッ
ドである。
【0011】図25に示した電子部品用基板は、図25
に示すように、金属基板101上に絶縁層102を介し
て高出力用半導体素子(図示せず)や高出力用半導体素
子を制御するための制御部品(制御用素子)を搭載する
必要がある。この場合、電子部品用基板における高出力
用半導体素子の放熱特性と高出力用半導体素子の絶縁特
性は相反する特性である。そのため、金属基板101上
の絶縁層102において、高出力用半導体素子を搭載す
るための高出力用半導体素子搭載領域102aは、放熱
特性を向上させるために比較的薄く設定してあり、制御
用素子を搭載するための制御用素子搭載領域102b
は、例えば高出力用半導体素子と金属基板101との間
で発生したノイズが、制御用素子へ伝搬するのを抑制す
るために高出力用半導体素子搭載領域102aに比べて
厚く設定している。
【0012】しかしながら、図25に示した電子部品用
基板では、同一の金属基板101上での絶縁層102の
厚さが異なるため、絶縁層102の形成のためにコスト
アップが生じる。また、完成した複数層の電子部品用基
板に、高出力用半導体素子と、制御用IC、抵抗、コン
デンサ等の制御用素子を搭載する必要があるが、基板表
面が平坦でないため、実装時の組立工法が複雑になり、
単層基板に比べ大幅なコストアップになっていた。
【0013】図26(a)に高出力用半導体素子搭載部
と制御用素子搭載部を分離した電子部品用基板の一例の
平面図を示し、図26(b)に同図(a)のA−A′線
断面図を示す。図26(a),(b)において、210
は高出力用半導体素子搭載基板、220は制御用素子搭
載基板である。211はアルミニウム基板等の金属基
板、212は金属基板211上に形成された薄い絶縁
層、213は絶縁層212の上に形成された銅箔であ
り、高出力用半導体素子の搭載用のベースとしてあるい
は配線パターンとして用いられる。221は樹脂基板、
222は樹脂基板221の上に形成された厚い絶縁層、
223は絶縁層222上に形成された銅箔であり、制御
用素子の配線パターンとして用いられる。224は絶縁
層222上に設けられたボンディングパッドである。
【0014】図26に示したような高出力用半導体素子
搭載部と制御用素子搭載部を分離した電子部品用基板
は、高出力用半導体素子搭載部と制御用素子搭載部とで
個別に基板設計が可能であり、高出力用半導体素子搭載
基板210において高出力用半導体素子と金属基板21
1との間で発生したノイズが制御用素子搭載基板220
上の制御用素子に悪影響を与えることはない。しかしな
がら、高出力用半導体素子搭載部と制御用素子搭載部と
で個別に基板が必要であり、基板作製費用が大幅にコス
トアップする。また、高出力用半導体素子搭載部つまり
高出力用半導体素子搭載基板210と、制御用素子搭載
部つまり制御用素子搭載基板220との間を電気的に接
続する工程が付加され、複数層の基板の場合と同様に、
実装時の組立工法が複雑になり、単層基板に比べ大幅な
コストアップになっていた。また、基板を分離した場
合、小型軽量化に対して不利になるといった問題点があ
った。
【0015】本発明は、高出力用半導体素子搭載部と制
御用素子搭載部の絶縁膜厚を変化させるという複雑な工
程を無くし、絶縁膜厚の厚みの違いによる電子部品用基
板上への受・能動素子の実装時の組立の複雑化を解消
し、高出力用半導体素子搭載部と制御用素子搭載部の基
板を分けることなく放熱特性と絶縁耐圧を向上した、同
一基板上での部品実装が可能となる高出力用半導体装
置、特にパワー用エレクトロニクス実装のための電子部
品用基板を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の電
子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板領域と低熱伝導樹脂
基板領域とを有する電子部品用基板であって、高熱伝導
樹脂基板領域の部品搭載面には高出力用半導体素子の搭
載予定領域を有し、低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面
には高出力用半導体素子を制御する制御用素子の搭載予
定領域を有することを特徴とする。
【0017】この場合において、高熱伝導樹脂基板領域
は、低熱伝導樹脂基板領域に隣接した構造であっても、
また低熱伝導樹脂基板領域に囲まれた構造であっても、
さらに低熱伝導樹脂基板領域の中に嵌め込まれた構造で
あっても、何れでもよく、要は、一つの電子部品用基板
に熱伝導度の高い高熱伝導樹脂基板領域と熱伝導度の低
い低熱伝導樹脂基板領域との両方を有しておればよく、
高熱伝導樹脂基板領域の個数は、任意であり、1個でも
複数個でもよい。
【0018】この構成によれば、高出力用半導体素子の
搭載予定領域が高熱伝導樹脂基板領域となっているの
で、高出力用半導体素子で発生した熱を例えば外部放熱
板や電子機器のシャーシ等に有効に放散させることがで
きる。また、高出力用半導体素子で発生した熱を放散さ
せる高熱伝導樹脂基板領域は、厚さを十分に大きく設定
することが可能であり、外部装置との分離に必要な絶縁
耐圧も確保することができる。
【0019】また、低熱伝導樹脂基板領域には、制御用
集積回路、抵抗、コンデンサ等の制御回路を構成する制
御用素子を搭載する。従来、制御用素子搭載部と高出力
用半導体素子搭載部が絶縁層を介して金属基板で接続さ
れ、高出力半導体素子で発生したノイズが金属基板と容
量結合して制御回路の動作に悪影響を及ぼしていたが、
本発明では低熱伝導樹脂基板領域上に配線パターンを形
成し、制御用素子を搭載することで金属基板が排除さ
れ、高出力半導体素子で発生したノイズの悪影響をなく
すことが可能となる。
【0020】請求項2記載の電子部品用基板は、請求項
1記載の電子部品用基板において、高熱伝導樹脂基板領
域が低熱伝導樹脂基板領域に設けた開口部に嵌め込まれ
ている。
【0021】この構成によれば、請求項1の電子部品用
基板と同様に作用する。
【0022】請求項3記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、高熱
伝導樹脂基板領域の厚さと低熱伝導樹脂基板領域の厚さ
とが同等、もしくは低熱伝導樹脂基板領域の厚さが高熱
伝導樹脂基板領域の厚さより大きいことを特徴とする。
【0023】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
の厚さが低熱伝導樹脂基板領域の厚さと同等もしくは低
熱伝導樹脂基板領域の厚さより小さいので、高熱伝導樹
脂基板領域における放熱性能を高いものとすることがで
きる。
【0024】請求項4記載の発明の電子部品用基板は、
請求項3記載の電子部品用基板において、高熱伝導樹脂
基板領域の厚さの範囲が50μm〜1.5mmの範囲で
あり、低熱伝導樹脂基板領域の厚さの範囲が50μm〜
50mmの範囲である。
【0025】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
における放熱性能を高いものとすることができる。
【0026】請求項5記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、高熱
伝導樹脂基板領域の部品搭載面と連続した低熱伝導樹脂
基板領域の部品搭載面の一部もしくは全部が高熱伝導樹
脂層で覆われていることを特徴とする。
【0027】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
の部品搭載面と連続した低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面の一部もしくは全部が高熱伝導樹脂層で覆われてい
るので、高出力用半導体素子から発する熱をいっそう効
率的に放散させることができる。
【0028】請求項6記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、高熱
伝導樹脂基板領域の部品非搭載面と連続した低熱伝導樹
脂基板領域の部品非搭載面の一部もしくは全部が高熱伝
導樹脂層で覆われていることを特徴とする。なお、部品
非搭載面というのは、部品搭載面の反対側の面のことで
ある。
【0029】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
の部品非搭載面と連続した低熱伝導樹脂基板領域の部品
非搭載面の一部もしくは全部が高熱伝導樹脂層で覆われ
ているので、高出力用半導体素子から発する熱をいっそ
う効率的に放散させることができる。
【0030】請求項7記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、高熱
伝導樹脂基板領域の部品搭載面および部品非搭載面の何
れか一方もしくは両方と低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面および部品非搭載面の何れか一方もしくは両方とが
平坦になっていることを特徴とする。
【0031】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
と低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面が平坦になってい
ると、高出力用半導体素子および制御用素子の実装時の
組立工法が簡単になり、また高熱伝導樹脂基板領域と低
熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が平坦になっている
と、放熱板や電子機器のシャーシへの取り付けが容易で
ある。
【0032】請求項8記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、少な
くとも高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が高出力用
半導体素子から発生した熱を放散するための放熱板もし
くは電子機器のシャーシに直接接触する構造を有し、高
熱伝導樹脂基板領域および低熱伝導樹脂基板領域の部品
搭載面の少なくとも一方が高出力用半導体素子および制
御用素子を搭載するための配線パターンを有することを
特徴とする。
【0033】この構成によれば、少なくとも高熱伝導樹
脂基板領域の部品非搭載面が放熱板もしくは電子機器の
シャーシに直接接触するので、放熱性能が良好であり、
高熱伝導樹脂基板領域および低熱伝導樹脂基板領域の部
品搭載面の少なくとも一方が高出力用半導体素子および
制御用素子を搭載するための配線パターンを有するの
で、配線作業が不要である。
【0034】請求項9記載の発明の電子部品用基板は、
請求項1または2記載の電子部品用基板において、高熱
伝導樹脂基板領域の部品非搭載面、もしくは高熱伝導樹
脂基板領域の部品非搭載面と低熱伝導樹脂基板領域の部
品非搭載面の一部もしくは全部に金属膜または金属板を
付加したことを特徴とする。
【0035】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
の部品非搭載面、もしくは高熱伝導樹脂基板領域の部品
非搭載面と低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面の一部
もしくは全部に金属膜または金属板を付加したことによ
り、放熱性能を向上させることができる。
【0036】請求項10記載の発明の電子部品用基板
は、請求項1または2記載の電子部品用基板において、
高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が、低熱伝導樹脂
基板領域の部品非搭載面と同じ高さ、もしくは低熱伝導
樹脂基板領域の部品非搭載面より突出していることを特
徴とする。
【0037】この構成によれば、電子部品用基板を放熱
板もしくは電子機器のシャーシに取り付ける際に、高熱
伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が浮いた状態にならず
に放熱板もしくは電子機器のシャーシに接触し、高出力
用半導体素子から発する熱を有効に放熱板もしくは電子
機器のシャーシに放散させることができ、放熱性能を向
上させることができる。
【0038】請求項11記載の発明の電子部品用基板
は、請求項1または2記載の電子部品用基板において、
少なくとも高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が、高
出力用半導体素子から発生した熱を放散するための放熱
板もしくは電子機器のシャーシに直接接触する構造を有
し、高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に高出力用半導
体素子を搭載するための金属膜もしくは金属ブロックが
設けられていることを特徴とする。
【0039】この構成によれば、少なくとも高熱伝導樹
脂基板領域の部品非搭載面が放熱板もしくは電子機器の
シャーシに直接接触するので、放熱性能が良好であり、
高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に高出力用半導体素
子を搭載するための金属膜もしくは金属ブロックが設け
られているので、さらに放熱性能を高めることができ
る。
【0040】請求項12記載の発明の電子部品用基板
は、請求項1または2記載の電子部品用基板において、
高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に高出力用半導体素
子を搭載するための金属膜もしくは金属ブロックが設け
られ、金属膜もしくは金属ブロックの素子載置面が低熱
伝導樹脂基板領域の部品搭載面と同じ高さ、もしくは低
熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面より低くなっているこ
とを特徴とする。
【0041】この構成によれば、金属膜もしくは金属ブ
ロックの素子載置面が低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載
面と同じ高さ、もしくは低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面より低くなっており、高熱伝導樹脂基板領域が薄く
なっているので、放熱性能を高めることができる。
【0042】請求項13記載の発明の電子部品用基板
は、請求項1または2記載の電子部品用基板において、
高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に高出力用半導体素
子を搭載するための金属膜もしくは金属ブロックが設け
られ、金属膜もしくは金属ブロック上に搭載される高出
力用半導体素子の上面が低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面より低くなるように、金属膜もしくは金属ブロック
の素子載置面の高さが設定され、高熱伝導樹脂基板領域
の部品搭載面上に高出力用半導体素子を封止する高熱伝
導樹脂もしくは低熱伝導樹脂からなる封止樹脂が設けら
れ、封止樹脂の表面が低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載
面と同じ高さ、もしくは低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面より低くなっていることを特徴とする。
【0043】この構成によれば、高出力用半導体素子の
上方位置に他の高出力用半導体素子もしくは制御用素子
を搭載することができ、集積度を上げることができる。
【0044】以上のように、本発明の電子部品用基板
は、高出力用半導体素子で発生した熱を放熱板もしくは
電子機器のシャーシへ有効に放出するために、少なくと
も高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面を放熱板もしく
は電子機器のシャーシに直接とりつける。また、高熱伝
導樹脂基板領域および低熱伝導樹脂基板領域の少なくと
も一方の部品搭載面には、配線パターン用の金属箔を形
成し、その後、配線パターンを形成する。これによっ
て、高出力用半導体素子および制御用素子を搭載でき、
高出力用半導体素子からの発熱を有効に放熱板もしくは
電子機器のシャーシへ放出することができる電子部品用
基板を提供することができる。
【0045】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態におけ
る電子部品用基板を図1に示す。図1において、この電
子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板領域1と低熱伝導樹
脂基板領域2とを有し、高熱伝導樹脂基板領域1の部品
搭載面には高出力用半導体素子(図示せず)の搭載予定
領域を有し、低熱伝導樹脂基板領域2の部品搭載面には
高出力用半導体素子を制御する制御用素子(図示せず)
の搭載予定領域を有する。
【0046】この場合、高熱伝導樹脂基板領域1は、例
えば低熱伝導樹脂基板領域2に形成された開口部に嵌め
込まれた構造を有し、その個数は例えば2個となってい
る。なお、高熱伝導樹脂基板領域1の個数は1個でも、
あるい3個以上の複数であってもよい。また、高熱伝導
樹脂基板領域1は、低熱伝導樹脂基板領域2に隣接した
構造、もしくは低熱伝導樹脂基板領域2の中に囲まれた
構造であってもよい。また、部品搭載面における高熱伝
導樹脂基板領域1および低熱伝導樹脂基板領域2上に
は、高出力用半導体素子および制御用素子を搭載するた
めの銅箔からなる配線パターン3が形成されている。ま
た、高熱伝導樹脂基板領域1の上に高出力用半導体素子
を搭載するために、例えば銅製の金属箔、金属板または
金属ブロックを設ける場合もある。4はボンディングパ
ッドである。
【0047】このように構成すると、高出力用半導体素
子が搭載される部分が高熱伝導樹脂基板領域1となって
いるので、高出力用半導体素子で発生した熱を例えば外
部放熱板や電子機器のシャーシ等に有効に放散させるこ
とができる。また、高出力用半導体素子で発生した熱を
放散させる高熱伝導樹脂基板領域1は、厚さを十分に大
きく設定することが可能であり、外部装置との分離に必
要な絶縁耐圧も確保することができる。
【0048】また、低熱伝導樹脂基板領域2には、制御
用集積回路、抵抗、コンデンサ等の制御回路を構成する
制御用素子を搭載する。従来、制御用素子搭載部と高出
力用半導体素子搭載部が絶縁層を介して金属基板で接続
され、高出力半導体素子で発生したノイズが金属基板と
容量結合して制御回路の動作に悪影響を及ぼしていた
が、本発明では低熱伝導樹脂基板領域2上に配線パター
ン3を形成し、制御用素子を搭載することで金属基板が
排除され、高出力半導体素子で発生したノイズの悪影響
をなくすことが可能となる。
【0049】この場合、高熱伝導樹脂基板領域1の厚さ
と低熱伝導樹脂基板領域2の厚さとが同等、もしくは低
熱伝導樹脂基板領域2の厚さが高熱伝導樹脂基板領域1
の厚さより大きくなっている。この際、高熱伝導樹脂基
板領域1の厚さの範囲が50μm〜1.5mmの範囲で
あり、低熱伝導樹脂基板領域2の厚さの範囲が50μm
〜50mmの範囲である。
【0050】このように、高熱伝導樹脂基板領域1の厚
さを低熱伝導樹脂基板領域2の厚さと同等、もしくは低
熱伝導樹脂基板領域2の厚さより小さくすると、高熱伝
導樹脂基板領域1における放熱性能を高いものとするこ
とができる。
【0051】なお、高熱伝導樹脂基板領域1の部品搭載
面および部品非搭載面の何れか一方もしくは両方と、低
熱伝導樹脂基板領域2の部品搭載面および部品非搭載面
の何れか一方もしくは両方とを平坦な構造にすると、以
下のような効果が得られる。高熱伝導樹脂基板領域1と
低熱伝導樹脂基板領域2の部品搭載面が平坦になってい
ると、高出力用半導体素子および制御用素子の実装時の
組立工法が簡単になる。また、高熱伝導樹脂基板領域1
と低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面が平坦になっ
ていると、放熱板や電子機器のシャーシへの取り付けが
容易である。なお、部品非搭載面というのは、部品搭載
面と反対側の面のことである。
【0052】また、高熱伝導樹脂基板領域1の部品非搭
載面が、低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面と同じ
高さ、もしくは低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面
より突出している構成にすると以下のような効果が得ら
れる。すなわち、電子部品用基板を放熱板もしくは電子
機器のシャーシに取り付ける際に、高熱伝導樹脂基板領
域1の部品非搭載面が浮いた状態にならずに放熱板もし
くは電子機器のシャーシに接触し、高出力用半導体素子
から発する熱を有効に放熱板もしくは電子機器のシャー
シに放散させることができ、放熱性能を向上させること
ができる。
【0053】また、少なくとも高熱伝導樹脂基板領域1
の部品非搭載面が、高出力用半導体素子から発生した熱
を放散するための放熱板もしくは電子機器のシャーシに
直接接触する構造を有し、高熱伝導樹脂基板領域1およ
び低熱伝導樹脂基板領域2の少なくとも一方の部品搭載
面に高出力用半導体素子および制御用素子を搭載するた
めの配線パターンを有する構成にすると、つぎのような
効果が得られる。少なくとも高熱伝導樹脂基板領域1の
部品非搭載面が放熱板もしくは電子機器のシャーシに直
接接触するので、放熱性能が良好である。また、高熱伝
導樹脂基板領域1および低熱伝導樹脂基板領域2の少な
くとも一方の部品搭載面に高出力用半導体素子および制
御用素子を搭載するための配線パターンを有するので、
配線作業が不要である。
【0054】また、少なくとも高熱伝導樹脂基板領域1
の部品非搭載面が、高出力用半導体素子から発生した熱
を放散するための放熱板もしくは電子機器のシャーシに
直接接触する構造を有し、高熱伝導樹脂基板領域1の部
品搭載面に高出力用半導体素子を搭載するための金属膜
もしくは金属ブロックが設けられている構造にすると、
以下のような効果が得られる。少なくとも高熱伝導樹脂
基板領域1の部品非搭載面が放熱板もしくは電子機器の
シャーシに直接接触するので、放熱性能が良好である。
また、高熱伝導樹脂基板領域1の部品搭載面に高出力用
半導体素子を搭載するための金属膜もしくは金属ブロッ
クが設けられているので、さらに放熱性能を高めること
ができる。
【0055】なお、この電子部品用基板は、高出力用半
導体素子で発生した熱を放熱板もしくは電子機器のシャ
ーシへ有効に放出するために、少なくとも高熱伝導樹脂
基板領域1の部品非搭載面を放熱板もしくは電子機器の
シャーシに直接取り付ける。また、高熱伝導樹脂基板領
域1および低熱伝導樹脂基板領域2の少なくとも一方の
部品搭載面には、配線パターン用の金属箔を形成し、そ
の後、配線パターンを形成する。これによって、高出力
用半導体素子および制御用素子を搭載でき、高出力用半
導体素子からの発熱を有効に放熱板もしくは電子機器の
シャーシへ放出することができる電子部品用基板を提供
することができる。この点は以下の実施の形態でも同様
である。
【0056】つぎに、図1の電子部品用基板の製造方法
を図2、図3、図4および図5を参照しながら説明す
る。
【0057】まず、図2(a),(b)に示すように、
40×21mm、厚さ1.0mmの低熱伝導樹脂基板で
あるガラス・エポキシ基板(熱伝導率:0.2W/m・
K)11を準備する。その後、ガラス・エポキシ基板1
1の片面(部品搭載面)に銅箔(厚さ40μm)を積層
する。その後、ホトリソグラフィ法によって、高出力用
半導体素子用と制御用素子用の配線パターン12を形成
する。ガラス・エポキシ基板11上において、高出力用
半導体素子搭載予定領域は予め、ガラス・エポキシ層が
露出するような配置に配線パターン12が設計される。
19はボンディングパッドである。なお、熱伝導率で
「1W/m・K」は1m離れた場所を(1K(1℃)上
げるのに必要な熱量が1Wであることを意味する。つま
り、1mの厚さの板の両面に1K(1℃)の温度差があ
るとき、その板の面積1m2 の面を通して1秒の間に流
れる熱量のことである。
【0058】そして、図3(a),(b)に示すよう
に、ガラス・エポキシ基板11において、高出力用半導
体素子搭載予定領域のガラスエポキシ層を金型を用いて
パンチングし、例えば2個の開口部13を作製し、所定
の形状を得る。なお、開口部13は、高出力用半導体素
子搭載予定領域より大きくてもよい。
【0059】つぎに、図4(a),(b)に示すよう
に、低熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板11
の開口部13にガラスエポキシ層より高熱伝導の樹脂
(窒化アルミニウム(無機質フィラー):エポキシ=8
5:15の厚さ1.0mmのエポキシ系樹脂で熱伝導
率:6W/m・K)をはめ込み、その後熱圧着(150
℃、20分、5MPa)で高熱伝導樹脂基板領域14を
形成する。高熱伝導樹脂基板領域14の大きさは、開口
部13の大きさに応じて決まる。
【0060】このようにして、低熱伝導樹脂基板領域
(元々のガラス・エポキシ基板11)と高熱伝導樹脂基
板領域14を持った電子部品用基板を形成する。高熱伝
導樹脂基板領域14が図1における高熱伝導樹脂基板領
域1に対応し、ガラス・エポキシ基板11が図1におけ
る低熱伝導樹脂基板領域2に対応する。
【0061】しかる後、形成した電子部品用基板に高電
力用半導体素子(電力用MOSトランジスタ、電力用バ
イポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ、電力用集積回路等)と制御用素子(制御用集積回
路、抵抗、コンデンサ等)を搭載し、大出力端子および
信号端子を配線パターンに各々接続した後、半導体素子
等を保護するためのパッケージングを施すことで、図5
(a),(b)に示すような高出力用半導体装置を得る
ことができる。図5において、15はパッケージ、16
は封止のためのエポキシ樹脂、17は大出力端子、18
は信号端子である。
【0062】なお、パッケージングに際して、電子部品
用基板の部品非搭載面は露出させていても、また他の樹
脂で覆われていてもどちらでもよい。この電子部品用基
板の場合、半導体装置をアルミフィン等の放熱装置に取
り付けることを想定しており、その場合は、部品非搭載
面を露出させた方が、高出力半導体装置の載った高熱伝
導樹脂領域からの熱伝導(接触している)が容易にな
り、効率もよくなる。しかし、部品非搭載面、つまり電
子部品用基板の裏面が別の樹脂等で覆われていても問題
はない。
【0063】なお、上記の説明では、成型前の高熱伝導
の樹脂を開口13にはめ込んだ後、加熱加圧による成形
によって開口13の形状に合致した形状に変化させた
が、高熱伝導の樹脂をガラスエポキシ基板11の開口部
13に合わせた大きさに予め成型しておき、しかる後に
ガラスエポキシ基板11の開口部13にはめ込んで一体
化した場合でも同様である。
【0064】また、銅ブロック等の金属ブロックを高熱
伝導の樹脂と重ねてはめ込み、この状態で加熱加圧成形
をしてもよい。この場合、高熱伝導樹脂の上に金属ブロ
ックがのり、金属ブロック上に高出力半導体素子が載置
されることになる。金属ブロックの代わりに、銅板等の
金属板を用いてもよく、その厚さは任意である。
【0065】本発明の第2の実施の形態における電子部
品用基板を図6に示す。図6において、この電子部品用
基板は、高熱伝導樹脂基板領域1および低熱伝導樹脂基
板領域2の部品非搭載面の全面にアルミ板等の金属板
(もしくは金属膜)4を設けたもので、それ以外の構成
については、図1のものと同様である。
【0066】このように構成すると、高熱伝導樹脂基板
領域1および低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面の
全面に金属板(もしくは金属膜)4を付加したことによ
り、放熱性能を向上させることができる。
【0067】なお、金属板(もしくは金属膜)は、高熱
伝導樹脂基板領域1の部品非搭載面のみに設けてもよ
く、高熱伝導樹脂基板領域1の全部と低熱伝導樹脂基板
領域2の一部とに設けてよく、この場合にも放熱性能を
向上させることができる。
【0068】つぎに、図6の電子部品用基板の製造方法
を図7、図8、図9、図10および図11を参照しなが
ら説明する。
【0069】まず、図7(a),(b)に示すように、
40×21mm、厚さ0.5mmの低熱伝導樹脂基板で
あるガラス・エポキシ基板(熱伝導率:0.2W/m・
K)11を準備する。その後、ガラス・エポキシ基板1
1の片面(部品搭載面)に銅箔(厚さ40μm)を積層
する。その後、ホトリソグラフィ法によって、高出力用
半導体素子用と制御用素子用の配線パターン12を形成
する。ガラス・エポキシ基板11上において、高出力用
半導体素子搭載予定領域は予め、ガラス・エポキシ層が
露出するような配置に配線パターン12が設計される。
19はボンディングパッドである。
【0070】そして、図8(a),(b)に示すよう
に、ガラス・エポキシ基板11において、高出力用半導
体素子搭載予定領域のガラスエポキシ層を金型を用いて
パンチングし、例えば2個の開口部13を作製し、所定
の形状を得る。なお、開口部13は、高出力用半導体素
子搭載予定領域より大きくてもよい。
【0071】つぎに、図9(a),(b)に示すよう
に、配線パターン12を形成した反対面、つまり部品非
搭載面にアルミ板等の金属板(t=0.5mm)20を
放熱板として取り付ける。
【0072】つぎに、図10(a),(b)に示すよう
に、低熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板11
の開口部13にガラスエポキシ層より高熱伝導の樹脂
(窒化アルミニウム(無機質フィラー):エポキシ=8
5:15の厚さ0.5mmのエポキシ系樹脂で熱伝導
率:6W/m・K)をはめ込み、熱圧着(150℃、2
0分、5MPa)の方法を用いて成型することで、高熱
伝導樹脂基板領域14を形成する。高熱伝導樹脂基板領
域14の大きさは、開口部13の大きさに応じて決ま
る。
【0073】このようにして、低熱伝導樹脂基板領域
(元々のガラス・エポキシ基板11)と高熱伝導樹脂基
板領域14を持った電子部品用基板を形成する。高熱伝
導樹脂基板領域14が図6における高熱伝導樹脂基板領
域1に対応し、ガラス・エポキシ基板11が図6におけ
る低熱伝導樹脂基板領域2に対応する。
【0074】しかる後、形成した放熱板付の電子部品用
基板に高電力用半導体素子(電力用MOSトランジス
タ、電力用バイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ、電力用集積回路等)と制御用素子
(制御用集積回路、抵抗、コンデンサ等)を搭載し、大
出力端子および信号端子を配線パターンに各々接続した
後、半導体素子等を保護するためのパッケージングを施
すことで、図11(a),(b)に示すような高出力用
半導体装置を得ることができる。図11において、15
はパッケージ、16は封止のためのエポキシ樹脂、17
は大出力端子、18は信号端子、20はアルミ板からな
る放熱板である。
【0075】なお、アルミ板からなる放熱板20の大き
さはガラス・エポキシ基板11と同サイズでも、または
それより小さくてもよく、高熱伝導樹脂で埋められたガ
ラス・エポキシ基板11の開口部13と同じ大きさでも
よい。なお、放熱板20は少なくとも高熱伝導樹脂の領
域に接触させる必要がある。
【0076】また、本発明の第3の実施の形態における
電子部品用基板およびその製造方法を図12を参照して
説明する。
【0077】この電子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板
領域1および低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面の
全面に高熱伝導樹脂層6を設けたもので、それ以外の構
成は図1のものと同様である。つまり、この実施の形態
では、低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭載面の全部が
高熱伝導樹脂層6で覆われている。このように構成する
と、高出力用半導体素子から発する熱をいっそう効率的
に放散させることができる。
【0078】なお、低熱伝導樹脂基板領域2の部品非搭
載面の全部を高熱伝導樹脂層6で覆わなくても、高熱伝
導樹脂基板領域1の部品非搭載面と連続した一部分を高
熱伝導樹脂層6で覆うだけでも、高出力用半導体素子か
ら発する熱を効率的に放散させることができる。
【0079】また、低熱伝導樹脂基板領域2の部品搭載
面の全部もしくは高熱伝導樹脂基板領域1の部品搭載面
と連続した一部分を高熱伝導樹脂層で覆うことによって
も、高出力用半導体素子から発する熱を効率的に放散さ
せることができる。また、高熱伝導樹脂層で覆われた領
域にも高出力半導体素子を搭載することが可能となる。
【0080】つぎに、この電子部品用基板の製造方法に
ついて説明する。
【0081】まず40×21mm、厚さ0.8mmの低
熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板(熱伝導
率:0.2W/m・K)11を準備する(図2参照)。
【0082】その後、ガラス・エポキシ基板11におい
て、高出力用半導体素子搭載予定領域のガラスエポキシ
層を金型を用いてパンチングし、例えば2個の開口部を
作製し、所定の形状を得る(図3およびその説明参
照)。ただし、配線パターン13はまだ形成されていな
い。なお、開口部13は、高出力用半導体素子搭載予定
領域より大きくてもよい。
【0083】つぎに、低熱伝導樹脂基板であるガラス・
エポキシ基板11の開口部13にガラスエポキシ層より
高熱伝導の樹脂(窒化アルミニウム(無機質フィラ
ー):エポキシ=85:15のエポキシ系樹脂で熱伝導
率:6W/m・K)をはめ込み、その後成型することに
より高熱伝導樹脂基板領域14を形成する(図4参
照)。
【0084】このようにして、高熱伝導樹脂層を基板開
口部および基板下面の低熱伝導樹脂基板領域全面に形成
することで、基板下面は全面が高熱伝導樹脂層で覆わ
れ、低熱伝導樹脂基板領域と高熱伝導樹脂基板領域を持
つた電子部品用基板が形成される。
【0085】その後、前記、低熱伝導樹脂基板領域と高
熱伝導樹脂基板領域を持った電子部品用基板の上面(部
品搭載面)に銅箔3(厚さ0.1mm)を積層する。そ
の後、ホトリソグラフィ法によって、高出力用半導体素
子用と制御用素子用の配線パターンを形成することで、
高出力用半導体装置に用いる電子部品用基板を得ること
ができる(図12参照)。
【0086】また、本発明の第4の実施の形態における
電子部品用基板およびその製造方法を図13を参照して
説明する。
【0087】この電子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板
領域および低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面の全面
の高熱伝導樹脂層6の上に、アルミ板からなる放熱板7
を付加したもので、それ以外の構成は図12のものと同
様である。つまり、この実施の形態では、低熱伝導樹脂
基板領域2の部品非搭載面の全部が高熱伝導樹脂層6で
覆われ、さらに放熱板7で覆われている。このように構
成すると、高出力用半導体素子から発する熱をさらにい
っそう効率的に放散させることができる。
【0088】つぎに、この電子部品用基板の製造方法に
ついて説明する。
【0089】まず40×21mm、厚さ1.0mmの低
熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板(熱伝導
率:0.2W/m・K)11を準備する(図7参照)。
【0090】その後、ガラス・エポキシ基板11におい
て、高出力用半導体素子搭載予定領域のガラスエポキシ
層を金型を用いてパンチングし、例えば2個の開口部1
3を作製し、所定の形状を得る(図8参照)。ただし、
金属板と配線パターンはまだ付加されていない。なお、
開口部13は、高出力用半導体素子搭載予定領域より大
きくてもよい。
【0091】つぎに、低熱伝導樹脂基板であるガラス・
エポキシ基板11の開口部13にガラスエポキシ層より
高熱伝導の樹脂(アルミナ(無機質フィラー):エポキ
シ=85:15のエポキシ系樹脂で熱伝導率:5.5W
/m・K)をはめ込み、その後成型することにより高熱
伝導樹脂基板領域14を形成する(図9参照)。
【0092】このようにして、高熱伝導樹脂層を基板開
口部および基板下面の低熱伝導樹脂基板領域全面に形成
することで、高熱伝導樹脂層を基板開口部および基板下
面の低熱伝導樹脂基板領域全面に形成することで、基板
下面は全面が高熱伝導樹脂層で覆われ、低熱伝導樹脂基
板領域と高熱伝導樹脂基板領域を持つた電子部品用基板
が形成される。
【0093】その後、電子部品用基板の下面、つまり高
熱伝導樹脂基板領域および低熱伝導樹脂基板領域の部品
非搭載面に全面にアルミ板からなる放熱板(t=0.5
mm)を積層し、部品搭載面に銅箔(厚さ50μm)を
積層する。その後、ホトリソグラフィ法によって、前記
銅箔をエッチングし、高出力用半導体素子用と制御用素
子用の配線パターンを形成することで、低熱伝導樹脂基
板領域2と高熱伝導樹脂基板領域1を持った高出力用半
導体装置に用いる電子部品用基板を得ることができる
(図13参照)。
【0094】また、本発明の第5の実施の形態における
電子部品用基板およびその製造方法を図14を参照して
説明する。
【0095】この電子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板
領域1の上に金属ブロック8、例えば銅ブロックを載せ
たもので、金属ブロック8の上面が低熱伝導樹脂基板領
域2の部品搭載面と同じ高さにしたものである。その他
の構成は図1と同様である。
【0096】この構成によれば、高熱伝導樹脂基板領域
1が薄くなっていて、代わり熱伝導度の大きい金属ブロ
ック8が設けられているので、放熱性能を高めることが
できる。
【0097】なお、金属ブロック8の上面は、低熱伝導
樹脂基板領域2の部品搭載面より低くしてもよく、この
場合も上記と同様の効果が得られる。
【0098】つぎに、この電子部品用基板の製造方法に
ついて説明する。
【0099】まず40×21mm、厚さ3.0mmの低
熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板(熱伝導
率:0.2W/m・K)11を準備する。その後、ガラ
ス・エポキシ基板11の片面(部品搭載面)に銅箔(厚
さ50μm)を積層する。その後、ホトリソグラフィ法
によって、高出力用半導体素子用と制御用素子用の配線
パターンを形成する。ガラス・エポキシ基板11上にお
いて、高出力用半導体素子搭載予定領域は予め、ガラス
・エポキシ層が露出するような配置に配線パターンが設
計される(図2参照)。
【0100】そして、ガラス・エポキシ基板11におい
て、高出力用半導体素子搭載予定領域のガラスエポキシ
層を金型を用いてパンチングし、例えば2個の開口部1
3を作製し、所定の形状を得る(図3参照)。なお、開
口部13は、高出力用半導体素子搭載予定領域より大き
くてもよい。
【0101】つぎに、低熱伝導樹脂基板であるガラス・
エポキシ基板11の開口部13にガラスエポキシ層より
高熱伝導の樹脂(窒化アルミニウム:エポキシ=85:
15のエポキシ樹脂で熱伝導率:6W/m・K)と銅ブ
ロック(10×10mm、t=2.5mm)をはめ込
み、高熱伝導樹脂層の厚さを0.5mmに成型する。
【0102】このようにして低熱伝導樹脂基板領域2と
高熱伝導樹脂基板領域2を持ち、かつ、高熱伝導樹脂基
板領域1上には半導体素子搭載用の金属ブロック8を持
った高出力用半導体装置用の電子部品用基板を得ること
ができる。
【0103】なお、銅ブロックと高熱伝導樹脂をガラス
・エポキシ基板の開口部に合わせた大きさに予め成型し
ておき、しかる後にガラス・エポキシ基板の開口部には
め込んだ場合でも同様の効果が得られる。なお、銅ブロ
ックと高熱伝導樹脂を所定の大きさに成型する際に、高
熱伝導樹脂層の下面にアルミ板等の金属板を放熱のため
に固定しておいてもよい。
【0104】また、本発明の第6の実施の形態における
電子部品用基板およびその製造方法を図15を参照して
説明する。
【0105】この電子部品用基板は、高熱伝導樹脂基板
領域1の部品搭載面に高出力用半導体素子9を搭載する
ための金属ブロック(金属膜でもよい)8、例えば銅ブ
ロックが設けられ、金属ブロック8上に搭載される高出
力用半導体素子9の上面が低熱伝導樹脂基板領域2の部
品搭載面より低くなるように、金属ブロック8の素子載
置面の高さが設定され、高熱伝導樹脂基板領域1の部品
搭載面上に高出力用半導体素子9を封止する高熱伝導樹
脂もしくは低熱伝導樹脂からなる封止樹脂10が設けら
れ、高熱伝導樹脂もしくは低熱伝導樹脂からなる封止樹
脂10の表面が低熱伝導樹脂基板領域2の部品搭載面と
同じ高さになっている。なお、封止樹脂10の表面が低
熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面より低くなっていても
よい。
【0106】この構成によれば、高出力用半導体素子9
の上方位置に他の高出力用半導体素子もしくは制御用素
子を搭載することができ、集積度を上げることができ
る。
【0107】つぎに、この電子部品用基板の製造方法に
ついて説明する。
【0108】まず40×21mm、厚さ4.0mmの低
熱伝導樹脂基板であるガラス・エポキシ基板(熱伝導
率:0.2W/m・K)11を準備する(図2参照)。
【0109】その後、高出力用半導体素子搭載予定領域
のガラスエポキシ層を金型を用いてパンチングして開口
部13を作製し、所定の形状を得る。なお、開口部13
は、高出力用半導体素子搭載予定領域より大きくてもよ
い。
【0110】つぎに、ガラス・エポキシ基板11の開口
部13にガラスエポキシより高熱伝導の樹脂(アルミ
ナ:エポキシ=85:15のエポキシ樹脂で熱伝導率:
5.5W/m・K)と銅ブロック(10×10mm、t
=1.0mm)をはめ込み、高熱伝導樹脂基板領域の厚
みを0.5mmに成型することにより、図15のような
状態にする。
【0111】その後、図15に示すように、銅ブロック
8上に高出力用半導体素子9を載置した後、高出力用半
導体素子搭載予定領域である高熱伝導樹脂基板領域1上
の空間を高熱伝導樹脂(アルミナ:エポキシ=85:1
5のエポキシ樹脂で熱伝導率:5.5W/m・K)から
なる封止樹脂10で埋めて、高熱伝導樹脂基板領域1の
表面と低熱伝導樹脂基板領域2の表面が平坦になるよう
形成する(図15参照)。なお、封止樹脂は、低熱伝導
樹脂の場合もある。
【0112】その後、高熱伝導樹脂基板領域1と低熱伝
導樹脂基板領域2の上面(部品搭載面)に銅箔3(厚さ
100μm)を積層する。しかるのち、ホトリソグラフ
ィ法によって、高出力用半導体素子用と制御用素子用の
配線パターンを形成することで、高出力用半導体装置の
電子部品用基板を得ることができる。
【0113】なお、銅ブロックと高熱伝導樹脂をガラス
・エポキシ基板の開口部に合わせた大きさに予め成型し
ておき、しかる後にガラス・エポキシ基板の開口部には
め込む方法で電子部品用基板を形成した場合でも同様の
効果が得られる。ここで、本発明の各実施の形態の構成
による効果について、図面を用いて詳しく説明する。
【0114】本発明の第1および第2の実施の形態(図
1、図6)で説明した低熱伝導樹脂基板領域と高熱伝導
樹脂基板領域とを有する電子部品用基板を用いて高出力
用半導体装置を形成した場合、図16、図17、図18
および図19に示すように、ノイズ電圧の小さい、絶縁
耐圧の大きな、また放熱特性の良好な高出力用半導体装
置を提供することができた。
【0115】図16は図1および図6の構造を有する電
子部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有
する電子部品用基板における制御回路部の端子電圧の変
化(ノイズ電圧に関連する)の測定結果を示すものであ
る。図1および図6の構造を有する電子部品用基板と従
来例の図25および図26の構造を有する電子部品用基
板について、各10個のサンプルを作成し、それについ
て測定している。黒丸印は各サンプルを示し、その縦方
向位置は端子電圧の変化の概略値を示し、横方向位置は
サンプルの種類を示し、図1および図6の構造を有する
電子部品用基板は0.1Vレベルである。この図から、
図1および図6の構造を有する電子部品用基板が従来例
の電子部品用基板に比べて端子電圧の変化が小さいこと
が明らかである。
【0116】図17は図1および図6の構造を有する電
子部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有
する電子部品用基板における高出力回路部から制御回路
部への漏れ電流(ノイズ電圧に関連する)の測定結果を
示すものである。図1および図6の構造を有する電子部
品用基板と従来例の図25および図26の構造を有する
電子部品用基板について、各10個のサンプルを作成
し、それについて測定している。黒丸印は各サンプルを
示し、その縦方向位置は漏れ電流の概略値を示し、横方
向位置はサンプルの種類を示し、図1および図6の構造
を有する電子部品用基板は0.1mAレベルである。こ
の図から、図1および図6の構造を有する電子部品用基
板が従来例の電子部品用基板に比べて漏れ電流が小さい
ことが明らかである。
【0117】図18は図1および図6の構造を有する電
子部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有
する電子部品用基板の熱伝導率(放熱特性)の測定結果
を示すものである。図1および図6の構造を有する電子
部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有す
る電子部品用基板について、各10個のサンプルを作成
し、それについて測定している。黒丸印は各サンプルを
示し、その縦方向位置は熱伝導率の概略値を示し、横方
向位置はサンプルの種類を示している。この図から、図
1および図6の構造を有する電子部品用基板が従来例の
電子部品用基板に比べて熱伝導率が大きいことが明らか
である。
【0118】図19は図1および図6の構造を有する電
子部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有
する電子部品用基板の絶縁耐圧(絶縁特性)の測定結果
を示すものである。図1および図6の構造を有する電子
部品用基板と従来例の図25および図26の構造を有す
る電子部品用基板について、各10個のサンプルを作成
し、それについて測定している。黒丸印は各サンプルを
示し、その縦方向位置は絶縁耐圧の概略値を示し、横方
向位置はサンプルの種類を示している。この図から、図
1および図6の構造を有する電子部品用基板が従来例の
電子部品用基板に比べて絶縁耐圧が大きいことが明らか
である。
【0119】ここで、図1および図6の構造を有する電
子部品用基板を用いると、ノイズ電圧が低く抑えられる
点について詳細に説明する。
【0120】高出力用半導体装置は、例えば図20のよ
うなブリッジ回路が用いられている。図20において、
Q1,Q2はそれぞれ高出力用半導体素子、LDは負
荷、IC1,IC2はそれぞれ入力信号Vin1,Vi
n2に応じて高出力用半導体素子Q1,Q2のオンオフ
を制御する制御用集積回路、R1,R2はそれぞれ抵
抗、PSは電圧V1の直流電源である。Pin1は制御
用集積回路IC1の端子、Pin2は制御用集積回路I
C2の端子である。HGは温度保護、出力電圧異常等の
保護を行う保護回路ブロックで、端子Pin2の電圧V
Pin2が制御用集積回路IC2のしきい値を超える
と、高出力用半導体素子Q2への出力を停止する。
【0121】以上のような構成の回路において、制御用
集積回路IC1,IC2の出力に従って、高出力用半導
体素子Q1,Q2が交互にオン動作をした時、負荷LD
につながるA点の電位VLOADは、図21(a)に示
すように変化する。
【0122】一方、従来例では、電子部品用基板は図2
2に示すような構造になっている。図22において、3
01はアルミベース基板、302は絶縁層、303は銅
箔からなる配線パターン、304は銅ブロック、Q1は
高出力半導体素子、IC1は制御用集積回路、Pin1
は制御用集積回路IC1の端子である。305,306
は高出力半導体素子Q1と配線パターン303との間の
配線、特に配線305は高出力半導体素子Q1とA点と
を接続している。
【0123】以上のような構成の電子部品用基板におい
て、特に問題となるA点および制御用集積回路IC1の
搭載部分は、配線パターン303、絶縁層302および
アルミベース基板301の3層構造を有するため、アル
ミべース基板301と配線パターン303との間に容量
Caが必然的に形成される。その結果、高出力用半導体
素子Q1,Q2が交互に動作した時、A点の電位VLO
ADが高速で変化すると、アルミベース基板301と配
線パターン303と絶縁層302で形成される容量Ca
に電流Is(=Ca×dv/dt)が漏れ電流として電
子機器のシャーシ等に流れる。ただし、dv/dtはA
点の電位VLOADの変化勾配を示している。この電流
Isはアルミベース基板301を通し電子部品用基板に
搭載した各制御用素子に流れ込む。当然、制御用集積回
路IC1,IC2の端子Pin1,Pin2にも、電流
Isの一部は流れ、端子Pin1,Pin2の電圧波形
は、図21(b)に示すように、A点の電位VLOAD
が変化するのに合わせて大きく変動する。この電圧変動
成分がノイズ信号となる。なお、図21(b)におい
て、一定レベルの信号は、正規の信号、つまり本来制御
用集積回路IC1から出力される信号である。そして、
このノイズ信号が制御用集積回路IC1,IC2の誤動
作の原因となっていた。
【0124】一方、図1の実施の形態の電子部品用基板
は、図23のような構造になっている。図23におい
て、401は高熱伝導樹脂基板領域、402は低熱伝導
樹脂基板領域、403は銅箔からなる配線パターン、4
04は銅ブロック、Q1は高出力半導体素子、IC1は
制御用集積回路、Pin1は制御用集積回路IC1の端
子である。405,406は高出力半導体素子Q1と配
線パターン403との間の配線、特に配線405は高出
力半導体素子Q1とA点とを接続している。
【0125】以上のような構成の本発明の電子部品用基
板、特に、A点および制御用集積回路搭載部分は、配線
パターン403、低熱伝導樹脂基板領域402の構造を
有するため、従来、アルミべース基板301と配線パタ
ーン303間の絶縁層302で必然的に形成されていた
容量は激減し、高出力用半導体素子Q1,Q2が交互に
動作した時に図22のような電流Isは流れず、制御用
集積回路IC1,IC2の誤動作はなくなる。図24
(a)には、A点の電位VLOADを示し、同図(b)
に制御用集積回路IC1の端子Pin1の電圧VPin
1を示している。図24(b)において、一定レベルの
信号は、正規の信号、つまり本来制御用集積回路IC1
から出力される信号であり、A点の電位VLOADのレ
ベルの変化毎に現れている変動成分はノイズ成分である
が、そのレベルは、図21(b)に比べて格段に小さい
ものである。
【0126】本発明の実施の形態の電子部品用基板の構
造についてさらに説明する。本発明の実施の形態におけ
る電子部品用基板における低熱伝導樹脂基板領域および
高熱伝導樹脂基板領域の下面、つまり部品非搭載面、お
よび、従来法で使用しているアルミベース基板の下面
は、放熱板もしくは電子機器のシャーシに直接取り付け
られ、システム製品のシャーシと同電位となる。
【0127】従来例では、アルミべース基板301と配
線パターン303間に発生する容量Caに高出力用半導
体素子Q1,Q2が交互に動作した時、Ca×dv/d
tの電流Isが発生し、回路システムの漏れ電流として
追加される。システムの漏れ電流は、人体に悪影響の無
い電流値に抑える必要があり、従来法では、システムの
漏れ電流を抑制するため、高出力用半導体素子搭載部や
制御用素子搭載部の配線間にコンデンサやノイズフイル
タを付加し、漏れ電流の低減を図っていたが、本発明で
は、金属べースが存在しないため、漏れ電流が大幅に削
減される。その結果、コンデンサやノイズフイルタを省
くことが可能となる。
【0128】また、高出力用半導体素子に要求される、
放熱特性や絶縁耐圧についても、従来の金属ベース基板
の上に絶縁膜(100μm)を形成し、その上に銅箔を
積層したものに比べ、高熱伝導樹脂に直接銅箔を接着す
ることで、従来の絶縁膜より、放熱特性と絶縁耐圧の相
反する性能が大幅に改善できる(図18,図19参照) 以上、本発明の実施の形態の電子部品用基板と従来例の
電子部品用基板との効果の対比をしてきたが、以下で
は、実施の形態どうしの効果の対比をする。本発明の実
施の形態における電子部品用基板は、低熱伝導樹脂基板
領域と高熱伝導樹脂基板領域を有する構造に特徴を有
し、これによって放熱性、絶縁性を向上させ、さらにノ
イズを抑えるようにしたものであるが、図1の実施の形
態に比べ、図6の実施の形態では、高出力用半導体素子
で発生した熱を放散するための放熱板としての金属板5
を付加することで、さらに放熱特性をよくした構造を提
供するものである。
【0129】また、図12の実施の形態の電子部品用基
板は、部品非搭載面の全面を高熱伝導樹脂層で覆うこと
で、図1の実施の形態に比べ、高出力用半導体素子で発
生した熱の放散効果をより高めることができる。
【0130】さらに、基板下面の表面に高熱伝導樹脂層
で覆うことで、基板表面に形成した制御用素子のノイズ
特性や漏れ電流をシステムのシャーシと分離することで
さらに少なくすることが可能となる。その理由は、以下
のとおりである。すなわち、放熱効果の向上で、金属の
ヒートシンクが不要となると、高出力用半導体素子と金
属ヒートシンクの間の容量結合がなくなり、高出力用半
導体素子のスイッチングによるノイズのとびこみがほと
んどなくなり、ノイズ特性が向上する。また、基板の裏
面(部品非搭載面)の全体を樹脂で覆うことで、樹脂の
絶縁層の厚みが大きくなる。したがって、放熱板に取り
付けたとき、放熱板との容量値は小さくなり、ノイズ特
性、漏れ電流が減少する。
【0131】また、図13の実施の形態の電子部品用基
板は、図12の実施の形態の電子部品用基板と同等の効
果に加え、高出力用半導体素子の熱放散をさらによくす
ることが可能となる。
【0132】また、図14の実施の形態の電子部品用基
板は、高熱伝導樹脂基板領域を薄くすることでより放熱
効果を上げるとともに、高出力用半導体素子を搭載する
ための金属ブロックを付加することで、さらに放熱特性
をあげることができる。
【0133】また、図15の実施の形態の電子部品用基
板は、図14の実施の形態の電子部品用基板と同様の効
果をあげるとともに、高出力半導体素子を電子部品用基
板の厚み内に収納することで、高出力用半導体搭載部の
表面に、他の半導体素子や制御用素子を搭載することが
可能となり、より集積度を上げることが可能となる。
【0134】また、上記では、図1から図15までの図
面を用いて、本発明の実施の形態を第1から第6までの
6つの実施の形態について説明したが、各実施の形態の
主要部の組合せを変更した他の実施の形態も容易に考え
ることができ、この場合に、その組合せに応じて各々実
施の形態で述べた効果を引き出すことは可能である。
【0135】
【発明の効果】請求項1記載の電子部品用基板によれ
ば、高出力用半導体素子の搭載予定領域が高熱伝導樹脂
基板領域となっているので、高出力用半導体素子で発生
した熱を例えば外部放熱板や電子機器のシャーシ等に有
効に放散させることができる。また、高出力用半導体素
子で発生した熱を放散させる高熱伝導樹脂基板領域は、
厚さを十分に大きく設定することが可能であり、外部装
置との分離に必要な絶縁耐圧も確保することができる。
【0136】また、低熱伝導樹脂基板領域には、制御用
集積回路、抵抗、コンデンサ等の制御回路を構成する制
御用素子を搭載する。従来、制御用素子搭載部と高出力
用半導体素子搭載部が絶縁層を介して金属基板で接続さ
れ、高出力半導体素子で発生したノイズが金属基板と容
量結合して制御回路の動作に悪影響を及ぼしていたが、
本発明では低熱伝導樹脂基板領域上に配線パターンを形
成し、制御用素子を搭載することで金属基板が排除さ
れ、高出力半導体素子で発生したノイズの悪影響をなく
すことが可能となる。
【0137】請求項2記載の電子部品用基板によれば、
請求項1記載の電子部品用基板と同様の効果を奏する。
【0138】請求項3記載の電子部品用基板によれば、
高熱伝導樹脂基板領域の厚さが低熱伝導樹脂基板領域の
厚さと同等もしくは高熱伝導樹脂基板領域の厚さより小
さいので、高熱伝導樹脂基板領域における放熱性能を高
いものとすることができる。
【0139】請求項4記載の電子部品用基板によれば、
請求項2と同様に高熱伝導樹脂基板領域における放熱性
能を高いものとすることができる。
【0140】請求項5記載の電子部品用基板によれば、
高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面と連続した低熱伝導
樹脂基板領域の部品搭載面の一部もしくは全部が高熱伝
導樹脂層で覆われているので、高出力用半導体素子から
発する熱をいっそう効率的に放散させることができる。
【0141】請求項6記載の電子部品用基板によれば、
高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面と連続した低熱伝
導樹脂基板領域の部品非搭載面の一部もしくは全部が高
熱伝導樹脂層で覆われているので、高出力用半導体素子
から発する熱をいっそう効率的に放散させることができ
る。
【0142】請求項7記載の電子部品用基板によれば、
高熱伝導樹脂基板領域と低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
載面が平坦になっていると、高出力用半導体素子および
制御用素子の実装時の組立工法が簡単になり、また高熱
伝導樹脂基板領域と低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載
面が平坦になっていると、放熱板や電子機器のシャーシ
への取り付けが容易である。
【0143】請求項8記載の電子部品用基板によれば、
少なくとも高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が放熱
板もしくは電子機器のシャーシに直接接触するので、放
熱性能が良好であり、高熱伝導樹脂基板領域および低熱
伝導樹脂基板領域の部品搭載面の少なくとも一方が高出
力用半導体素子および制御用素子を搭載するための配線
パターンを有するので、配線作業が不要である。
【0144】請求項9記載の電子部品用基板によれば、
高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面、もしくは高熱伝
導樹脂基板領域の部品非搭載面と低熱伝導樹脂基板領域
の部品非搭載面の一部もしくは全部に金属膜または金属
板を付加したことにより、放熱性能を向上させることが
できる。
【0145】請求項10記載の電子部品用基板によれ
ば、電子部品用基板を放熱板もしくは電子機器のシャー
シに取り付ける際に、高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭
載面が浮いた状態にならずに放熱板もしくは電子機器の
シャーシに接触し、高出力用半導体素子から発する熱を
有効に放熱板もしくは電子機器のシャーシに放散させる
ことができ、放熱性能を向上させることができる。
【0146】請求項11記載の電子部品用基板によれ
ば、少なくとも高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面が
放熱板もしくは電子機器のシャーシに直接接触するの
で、放熱性能が良好であり、高熱伝導樹脂基板領域の部
品搭載面に高出力用半導体素子を搭載するための金属膜
もしくは金属ブロックが設けられているので、さらに放
熱性能を高めることができる。
【0147】請求項12記載の電子部品用基板によれ
ば、金属膜もしくは金属ブロックの素子載置面が低熱伝
導樹脂基板領域の部品搭載面と同じ高さ、もしくは低熱
伝導樹脂基板領域の部品搭載面より低くなっており、高
熱伝導樹脂基板領域が薄くなっているので、放熱性能を
高めることができる。
【0148】請求項13記載の電子部品用基板によれ
ば、高出力用半導体素子の上方位置に他の高出力用半導
体素子もしくは制御用素子を搭載することができ、集積
度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態の電子部品
用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−A’
線断面図である。
【図2】(a)は本発明の第1の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第1工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図3】(a)は本発明の第1の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第2工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図4】(a)は本発明の第1の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第3工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図5】(a)は本発明の第1の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第4工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図6】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部品
用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−A’
線断面図である。
【図7】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第1工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図8】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第2工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図9】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部品
用基板の製造方法の第3工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図10】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部
品用基板の製造方法の第4工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図11】(a)は本発明の第2の実施の形態の電子部
品用基板の製造方法の第5工程を示す平面図、(b)は
(a)のA−A’線断面図である。
【図12】(a)は本発明の第3の実施の形態の電子部
品用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−
A’線断面図である。
【図13】(a)は本発明の第4の実施の形態の電子部
品用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−
A’線断面図である。
【図14】(a)は本発明の第5の実施の形態の電子部
品用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−
A’線断面図である。
【図15】(a)は本発明の第6の実施の形態の電子部
品用基板の構成を示す平面図、(b)は(a)のA−
A’線断面図である。
【図16】本発明の実施の形態と従来例の電子部品用基
板における端子電圧の変化の測定結果を示す模式図であ
る。
【図17】本発明の実施の形態と従来例の電子部品用基
板における漏れ電流の測定結果を示す模式図である。
【図18】本発明の実施の形態と従来例の電子部品用基
板における熱伝導率の測定結果を示す模式図である。
【図19】本発明の実施の形態と従来例の電子部品用基
板における絶縁耐圧の測定結果を示す模式図である。
【図20】電子部品用基板上に形成される回路の一例を
示す回路図である。
【図21】従来例の電子部品用基板上に回路形成した場
合の各部の信号波形図である。
【図22】従来例の電子部品用基板の構造を示す概略図
である。
【図23】本発明の実施の形態の電子部品用基板の構造
を示す概略図である。
【図24】本発明の実施の形態の電子部品用基板上に回
路形成した場合の各部の信号波形図である。
【図25】(a)は第1の従来例の電子部品用基板の構
成を示す平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図で
ある。
【図26】(a)は第2の従来例の電子部品用基板の構
成を示す平面図、(b)は(a)のA−A’線断面図で
ある。
【符号の説明】
1 高熱伝導樹脂基板領域 2 低熱伝導樹脂基板領域 3 配線パターン 5 金属板 6 高熱伝導樹脂層 7 金属板 8 銅ブロック 9 高出力半導体素子 10 封止樹脂 11 ガラス・エポキシ基板 12 配線パターン 13 開口部 14 高熱伝導樹脂層 20 金属板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05K 1/05 (72)発明者 竹原 秀樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5E315 AA02 AA03 AA10 AA13 BB01 BB14 DD25 DD27 GG01 5E338 AA01 AA16 BB03 BB05 BB19 BB61 BB63 BB71 BB75 CC01 CD11 EE02 EE13 5F036 AA01 BB08 BD01 BD22

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高熱伝導樹脂基板領域と低熱伝導樹脂基
    板領域とを有する電子部品用基板であって、前記高熱伝
    導樹脂基板領域の部品搭載面には高出力用半導体素子の
    搭載予定領域を有し、前記低熱伝導樹脂基板領域の部品
    搭載面には前記高出力用半導体素子を制御する制御用素
    子の搭載予定領域を有することを特徴とする電子部品用
    基板。
  2. 【請求項2】 高熱伝導樹脂基板領域が低熱伝導樹脂基
    板領域に設けた開口部に嵌め込まれている請求項1記載
    の電子部品用基板。
  3. 【請求項3】 高熱伝導樹脂基板領域の厚さと低熱伝導
    樹脂基板領域の厚さとが同等、もしくは前記低熱伝導樹
    脂基板領域の厚さが前記高熱伝導樹脂基板領域の厚さよ
    り大きいことを特徴とする請求項1または2記載の電子
    部品用基板。
  4. 【請求項4】 高熱伝導樹脂基板領域の厚さの範囲が5
    0μm〜1.5mmの範囲であり、低熱伝導樹脂基板領
    域の厚さの範囲が50μm〜50mmの範囲である請求
    項3記載の電子部品用基板。
  5. 【請求項5】 高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面と連
    続した低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面の一部もしく
    は全部が高熱伝導樹脂層で覆われていることを特徴とす
    る請求項1または2記載の電子部品用基板。
  6. 【請求項6】 高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面と
    連続した低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面の一部も
    しくは全部が高熱伝導樹脂層で覆われていることを特徴
    とする請求項1または2記載の電子部品用基板。
  7. 【請求項7】 高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面およ
    び部品非搭載面の何れか一方もしくは両方と低熱伝導樹
    脂基板領域の部品搭載面および部品非搭載面の何れか一
    方もしくは両方とが平坦になっていることを特徴とする
    請求項1または2記載の電子部品用基板。
  8. 【請求項8】 少なくとも高熱伝導樹脂基板領域の部品
    非搭載面が高出力用半導体素子から発生した熱を放散す
    るための放熱板もしくは電子機器のシャーシに直接接触
    する構造を有し、前記高熱伝導樹脂基板領域および低熱
    伝導樹脂基板領域の部品搭載面の少なくとも一方が前記
    高出力用半導体素子および制御用素子を搭載するための
    配線パターンを有することを特徴とする請求項1または
    2記載の電子部品用基板。
  9. 【請求項9】 高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面、
    もしくは前記高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面と前
    記低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面の一部もしくは
    全部に金属膜または金属板を付加したことを特徴とする
    請求項1または2記載の電子部品用基板。
  10. 【請求項10】 高熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面
    が、低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面と同じ高さ、
    もしくは前記低熱伝導樹脂基板領域の部品非搭載面より
    突出していることを特徴とする請求項1または2記載の
    電子部品用基板。
  11. 【請求項11】 少なくとも高熱伝導樹脂基板領域の部
    品非搭載面が、高出力用半導体素子から発生した熱を放
    散するための放熱板もしくは電子機器のシャーシに直接
    接触する構造を有し、前記高熱伝導樹脂基板領域の部品
    搭載面に高出力用半導体素子を搭載するための金属膜も
    しくは金属ブロックが設けられていることを特徴とする
    請求項1または2記載の電子部品用基板。
  12. 【請求項12】 高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に
    高出力用半導体素子を搭載するための金属膜もしくは金
    属ブロックが設けられ、前記金属膜もしくは金属ブロッ
    クの素子載置面が低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面と
    同じ高さ、もしくは前記低熱伝導樹脂基板領域の部品搭
    載面より低くなっていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の電子部品用基板。
  13. 【請求項13】 高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面に
    高出力用半導体素子を搭載するための金属膜もしくは金
    属ブロックが設けられ、前記金属膜もしくは金属ブロッ
    ク上に搭載される前記高出力用半導体素子の上面が低熱
    伝導樹脂基板領域の部品搭載面より低くなるように、前
    記金属膜もしくは金属ブロックの素子載置面の高さが設
    定され、前記高熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面上に前
    記高出力用半導体素子を封止する高熱伝導樹脂もしくは
    低熱伝導樹脂からなる封止樹脂が設けられ、前記封止樹
    脂の表面が前記低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載面と同
    じ高さ、もしくは前記低熱伝導樹脂基板領域の部品搭載
    面より低くなっていることを特徴とする請求項1または
    2記載の電子部品用基板。
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