JP2002057258A

JP2002057258A - 熱伝導基板とその製造方法、およびパワーモジュール

Info

Publication number: JP2002057258A
Application number: JP2001159376A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Yamashita; 嘉久山下; Koichi Hirano; 浩一平野; Seiichi Nakatani; 誠一中谷; Mitsuhiro Matsuo; 光洋松尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】リードフレーム１００が延出している絶
縁物シート１０１端部およびその近傍に位置する放熱板
１０２端部を、絶縁物シート１０１の面方向内側で絶縁
物シート１０１端部から離間する位置に設けることで、
実際に部品を搭載できるリードフレーム面積を減少させ
ることなく、リードフレームと放熱板の沿面距離を確保
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回路基板に関し、特
にパワー用エレクトロニクス実装に用いられる熱伝導基
板およびその製造方法、さらには、熱伝導基板を組み込
んだパワーモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高性能化、小型化の要
求に伴い、半導体の高密度、高機能化が要請されてい
る。これによりそれらを実装するため回路基板もまた小
型高密度なものが望まれており、その結果として、回路
基板の放熱を考慮した設計が重要となってきている。

【０００３】良好な放熱性を発揮する回路基板（以下、
熱伝導基板という）としては、従来から種々のものが開
発されているが、価格を抑えたうえで良好な放熱性を維
持することは容易ではなかった。

【０００４】このような熱伝導基板の不都合を解消した
ものとして、従来から、アメリカ特許番号６０６０１５
０号に示される熱伝導基板がある。この基板は、放熱性
を高めるのに十分なる熱伝導フィラーを有する絶縁物シ
ートとリードフレームと放熱板とを一体化することで構
成される。

【０００５】この基板は、次のようにして作製される。
すなわち、未硬化状態で可撓性を有する熱硬化性樹脂に
熱伝導フィラー（無機フィラー）を混合し造膜すること
により高濃度に無機フィラーが充填された熱伝導基板用
の絶縁物シートを作製する。そして、絶縁物シートとリ
ードフレームと放熱板とを、絶縁物シートを間にして積
層して加熱加圧する。これにより、リードフレームの表
面まで絶縁物シートが入り込んで硬化して、リードフレ
ームと絶縁物シートとが一体化する。さらには、リード
フレーム接着面の反対面に放熱板が貼着する。

【０００６】ここで、リードフレームは、その形状を安
定化させるためや、絶縁物シートに対する一体化処理を
容易にするために、枠状となった共通の外周部に対し
て、各リードフレームがすべて連結された構造とされて
いる。そのため、作成後の熱伝導基板においては、リー
ドフレームの内側の必要部分を残して外側の残余分や外
周部が切除される。

【０００７】このようにして作製された熱伝導基板を図
１３に示す。図１３の熱伝導基板においては、熱伝導基
板側面に突出するリードフレーム８００は、その先端を
外部引き出し電極とするために垂直に（基板面に直交す
る方向に）曲げ加工されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような熱伝導基板
においてはリードフレーム８００と放熱板８０２との間
で放電が生じやすく、これが基板損壊の要因となるとい
う課題を有している。これは次のような理由によってい
る。すなわち、熱伝導基板においては、熱伝導性を確保
するためには絶縁物シート８０１を薄くしなければなら
ならない。しかしながら、そうすると、リードフレーム
８００と放熱板８０２とが近接し過ぎて放熱板８０２と
リードフレーム８００との間の沿面距離が十分に確保で
きなくなって放電が生じてしまう。

【０００９】このような放電現象を防止するためには、
絶縁物シート８０１の端面よりそのシート面方向の内側
に若干入り込んだ位置に、リードフレーム８００の屈曲
部８００ａを位置させることで、上記沿面距離を大きく
することが考えられる。

【００１０】しかしながら、そうすると、リードフレー
ム８００は基板端面より内側に曲げ加工されることにな
り、熱伝導基板上において、実際に部品を搭載できる領
域が基板サイズに比べ小さくなってしまう。

【００１１】さらに、リードフレーム８００を絶縁物シ
ート８０１の端面よりそのシート面の内側で屈曲させる
ためには、リードフレーム８００を絶縁物シート８０１
から引き剥がさなければならず、これにより、熱伝導基
板に破損が生じる恐れがある。

【００１２】このような破損を避けるためには、次のよ
うにすることが考えられる。すなわち、リードフレーム
８００を引き出す部分（シート端部）において、絶縁物
シート８０１に段差を設けることで、この段差の部分で
リードフレーム８００を露出させ、これによって屈曲部
８００ａでリードフレーム８００を絶縁物シート８０１
から引き剥がす必要性をなくして熱伝導基板の破損を防
止することができる。

【００１３】しかしながら、絶縁物シート８０１に段差
を設けるためには、基板作製時の金型の形状を複雑化せ
ざるを得ず、このことは低コスト化の阻害要因になる。

【００１４】したがって、本発明の主たる目的は、リー
ドフレームと放熱板との沿面距離を確保し、リードフレ
ームの屈曲部を絶縁物端面に位置させることができ、そ
れにより、基板サイズの小型化が可能となる熱伝導基板
及びその製造方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ためには、本発明は、要するに、絶縁物シートの一方の
面にはリードフレームを、他方の面には放熱板をそれぞ
れ設けるとともに、前記リードフレームの一部を前記絶
縁物シートの端部まで延出してなる熱伝導基板であっ
て、前記リードフレームが延出している絶縁物シート端
部およびその近傍に位置する放熱板端部を、前記絶縁物
シートの面方向内側で前記絶縁物シート端部から離間す
る位置に設けている。これにより、リードフレームが延
出している絶縁物シート端部において、リードフレーム
から放熱板にいたる沿面距離を十分に確保することが可
能となる。

【００１６】なお、絶縁物シートの面方向内側で前記絶
縁物シート端部から離間させる放熱板端部は、放熱板の
全周にわたって設けるのが好ましい。そうすれば、沿面
距離を確実に確保することができるうえ、放熱板の構造
が複雑化することがなく、比較的容易に製造することが
できるようになる。

【００１７】また、前記リードフレームが延出している
絶縁物シート端部およびその近傍に位置する放熱板端部
と前記絶縁物シート端部との間の離間距離を、前記絶縁
物シートの厚みの１〜４倍の範囲にするのが好ましい。
そうすれば、前記沿面距離を十分に確保することがで
き、高い電圧印加時にも基板沿面での絶縁破壊を防止す
ることができるようになる。

【００１８】また、前記放熱板を、その表面が前記絶縁
物シートから露出した状態で前記絶縁物シートに埋め込
み配置するのが好ましい。そうすれば、放熱板端部の厚
み方向に沿った一部もしくはその全部（すなわち、放熱
板の側面）が放熱板の全周にわたって絶縁物シートによ
り覆われることになり、その分、熱伝導基板の絶縁破壊
をさらに確実に防止することができるようになる。

【００１９】また、放熱板端部が離間配置された前記絶
縁物シート端部に、前記放熱板と前記リードフレームと
の最短方向を横切る向きに沿って連続する段部を設ける
のが好ましい。そうすれば、段部により絶縁物シート端
部に形成される凹凸により、沿面距離がさらに増加させ
ることができるようになる。

【００２０】また、前記絶縁物シートは、無機フィラー
を含んだものであるのが好ましい。そうすれば、熱伝導
基板の放熱効果がさらに向上することになる。

【００２１】また、前記放熱板の側面の厚み方向に沿っ
た領域の少なくとも一部を、側面全周にわたって前記絶
縁物シートから露出させ、前記放熱板の外表面に外部放
熱構造体を面着するのが好ましい。そうすれば、外部放
熱構造体とリードフレームとの間の沿面距離を十分に確
保することができる。

【００２２】本発明の熱伝導基板は、絶縁物シートの一
方の面に前記リードフレームを、他方の面にシート全面
にわたる放熱板を、それぞれ積層して接着する工程と、
前記リードフレームが延出している絶縁物シート端部お
よびその近傍に位置する放熱板端部を、前記絶縁物シー
トの面方向内側で前記絶縁物シート端部から離間する位
置まで除去する工程とを含んで製造することができる。
ここで、前記放熱板端部は、切削により除去することも
できるし、フォトリソグラフィ工程により除去すること
もできる。また、前記放熱板としては、除去する放熱板
領域の周縁に沿って分割溝を有するものを準備し、この
放熱板を前記絶縁物シートに接着したのち、前記分割溝
に沿って、除去する放熱板領域を他の放熱板領域から分
割して除去することもできる。この場合、放熱板端部の
除去を比較的簡単にしかも確実に行なうことがきる。

【００２３】また、本発明の熱伝導基板の製造方法の他
の例としては、前記放熱板として、前記リードフレーム
が延出している絶縁物シート端部およびその近傍に対応
する放熱板端部が予め除去されるとともに、放熱板の外
側に放熱板全周を囲む枠体を配置した枠体付き放熱板を
準備したうえで、前記絶縁物シートの一方の面に前記リ
ードフレームを、他方の面に前記枠体付き放熱板を、そ
れぞれ積層して接着する工程と、前記枠体を前記絶縁物
シートから除去する工程とを含んで構成してもよい。

【００２４】また、本発明のパワーモジュールは、熱伝
導基板と、電子部品と、ケーシングと、封止樹脂とを有
し、前記熱伝導基板は、絶縁物シートの一方の面にリー
ドフレームを、他方の面に放熱板をそれぞれ設け、前記
リードフレームの一部を前記絶縁物シートの端部まで延
出し、前記リードフレームが延出している絶縁物シート
端部およびその近傍に位置する放熱板端部を、前記絶縁
物シートの面方向内側で前記絶縁物シート端部から離間
する位置に設けてなり、前記電子部品は、前記熱伝導基
板の一方面上に実装されており、前記ケーシングは、前
記電子部品が実装された前記熱伝導基板を覆って配置さ
れており、前記封止樹脂は、前記ケーシング内部空間に
充填されて、当該内部空間を封止している。これによ
り、リードフレームが延出している絶縁物シート端部に
おいて、リードフレームから放熱板にいたる沿面距離を
十分に確保することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい具体例に
ついて図面を参照して説明する。

【００２６】図１は本発明の第１の好ましい具体例に従
う熱伝導基板の構成を示しており、図２はその裏面図で
ある。

【００２７】この熱伝導基板は、熱硬化性樹脂と無機フ
ィラーとを含む絶縁物シート１０１の一方の面にリード
フレーム１００が、他方の面に金属板等の放熱板１０２
がそれぞれ貼着されている。リードフレーム１００は、
その表面のみが露出した状態でシート１０１に埋設され
ている。放熱板１０２はシート１０１の他方の面に、シ
ート１０１に埋設されることなく載置された状態で貼着
されている。リードフレーム１００はその一部がシート
１０１の端部まで延出している。さらに、リードフレー
ム１００はシート１０１の端部から外側に向けて突出し
ており、この突出端が外部引き出し電極１０５となって
いる。電極１０５は、シート１０１の端部において、そ
のシート面に対して直交する方向に沿って放熱板１０２
から離間する向きに屈曲されている。なお、図中、符号
１０５ａは、電極１０５（リードフレーム１００）の屈
曲部である。

【００２８】次に、この熱伝導基板の特徴となる構成を
説明する。この熱伝導基板は、放熱板１０２の構成に特
徴がある。放熱板１０２はシート１０１の裏面より若干
小さい平面面積を備えて構成されている。そして、シー
ト１０１の全周において、シート端部よりシート内側に
放熱板１０２の端部が位置するように、放熱板１０２は
シート１０１上に配置されている。これにより、放熱板
１０２の端部は、放熱板全周にわたってシート１０１の
端部から離間距離１０３をあけてシート内側に配置され
ている。

【００２９】以上の構成を備えることにより、屈曲部１
０５ａと放熱板１０２との間には、シート１０１の厚み
１０４と上記した離間距離１０３とを加算した沿面距離
が形成されることになり、リードフレーム１００と放熱
板１０２との間の放電は確実に防止される。

【００３０】このような本発明の熱伝導基板の構成で
は、リードフレーム１００側の構成については変更する
必要がない。つまり、屈曲部１０５ａをシート１０１端
面に位置させても、十分なる沿面距離を確保することが
できる。これにより、熱伝導基板の実際の基板面積を最
大限利用して、電子部品搭載領域を設定することができ
る。

【００３１】さらに、本発明の構成では、沿面距離を確
保するために屈曲部１０５ａを絶縁物シート１０１の内
側に移動させる必要がない。屈曲部１０５ａをシート１
０１の内側に配置させることは、屈曲部１０５ａの形成
時において絶縁物シート１０１が破損する原因となりか
ねない。このような破損を防止するためには、絶縁物シ
ート１０１の端部に段部構造を設けることが考えられ
る。しかしながら、そうすると、基板作製時に用いる金
型の構造が複雑化してコストアップを招いてしまう。こ
れに対して、本発明の構成では、上記段部構造を設ける
必要がない分、上記金型の構造を簡単にすることができ
てコストダウンが図れる。

【００３２】図３は、本発明の熱伝導基板を、外部放熱
構造体であるヒートシンク１２０に取り付けた状態を示
している。この構成においては、放熱板１０２の側面１
０２ａは、厚み方向に沿った領域１０２ｂの少なくとも
一部が、側面１０２ａの全周にわたって絶縁物シート１
０１から露出している。これは次のような理由によって
いる。

【００３３】金属等の導電体からなるヒートシンク１２
０を設けた場合においては、リードフレーム１００に生
じる放電は、放熱板１０２との間で生じるだけではな
く、リードフレーム１００とヒートシンク１２０との間
でも生じる。そのため、ヒートシンク１２０とリードフ
レーム１００との間の沿面距離を、両者の間で放電が生
じない程度の長さに設定する必要がある。

【００３４】その場合、放熱板１０２の上記領域１０２
ｂ全体が、側面１０２ａの全周にわたって絶縁物シート
１０１内に覆われていると、放熱板１０２に貼着された
ヒートシンク１２０は絶縁物シート１０１の外表面に面
着した状態となる。そうすると、ヒートシンク１２０と
リードフレーム１００とは最近接してしまい、両者の間
の沿面距離を十分にとることができない。

【００３５】これに対して、領域１０２ｂの少なくとも
一部が、側面１０２ａの全周にわたって絶縁物シート１
０１から露出していると、放熱板１０２に貼着されたヒ
ートシンク１２０は、絶縁物シート１０１の外表面から
離間した状態となる。そのため、ヒートシンク１２０と
リードフレーム１００との間には次の領域が介在するこ
とになる。すなわち、絶縁物シート１０１の側面と、絶
縁材シート１０１の外表面の一部と、放熱板１０２の側
面１０２ａにおいて外部に露出している領域とが、ヒー
トシンク１２０とリードフレーム１００との間に介在す
ることになる。このような各領域が介在する分、ヒート
シンク１２０とリードフレーム１００との間の沿面距離
を十分にとることができる。以上の理由により、領域１
０２ｂの少なくとも一部を、側面全周にわたって絶縁物
シート１０１から露出させている。

【００３６】なお、図３では、領域１０２ｂの全域が、
側面１０２ａの全周にわたって絶縁物シート１０１から
露出している構造となっていたが、領域１０２ｂの一部
が、側面１０２ａの全周にわたって絶縁物シート１０１
から露出している構造であってもよいのはいうまでもな
い。

【００３７】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、この熱伝導基板の
製造方法を示す工程別断面図である。図４（Ａ）に示す
ように、リードフレーム１００と絶縁物シート１０１と
放熱板原板１１０とを重ね合わせる。原板１１０はシー
ト１０１と同等もしくはそれ以上の平面的大きさを備え
たものとする。シート１０１は、少なくとも無機フィラ
ーと未硬化状態の熱硬化性樹脂とを含む絶縁物をシート
状に加工したものを用いる。シート１０１に含まれる熱
硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂もしくは
シアネート樹脂の少なくとも１種類からなる。これらの
樹脂が、電気的絶縁性や機械的強度に優れたものである
ためである。

【００３８】また無機フィラーは、Ａl₂Ｏ₃、ＭｇＯ、
ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも１種の粉末で構
成される。これらのフィラーが熱伝導性に優れているた
めである。無機フィラーの添加量は、シート１０１全体
の７０〜９５重量％程度が望ましいが、良好な熱伝導性
を要求される熱伝導基板においては、９０重量％以上の
高い無機フィラー充填が望ましい。

【００３９】図４（Ｂ）に示すように、リードフレーム
１００とシート１０１と原板１１０とを加熱加圧してシ
ート１０１中の熱硬化性樹脂を硬化させることにより、
シート１０１の両面にリードフレーム１００と原板１１
０とを接着させる。このとき、リードフレーム１００の
表面までシート１０１を充填する。この加熱加圧する工
程は、熱硬化性樹脂が硬化しない温度で加熱加圧するこ
とでリードフレーム１００の表面までシート１０１を充
填する工程と、さらに加熱して熱硬化性樹脂を硬化させ
る工程とに分けて行うのが好ましい。そうすれば、リー
ドフレーム１００の間隙に対するシート１０１の充填
と、シート１００の硬化とを分けて行うことができ、充
填と硬化をさらに確実に行うことができる。

【００４０】さらに図４（Ｃ）に示すように、原板１１
０の周辺部を切削して、シート１０１より放熱板端面が
シート内側に離間して配置された放熱板１０２を形成す
る。この切削加工はリューター加工、レーザー加工が利
用できる。

【００４１】これにより、リードフレーム１００から放
熱板１０２に至る沿面距離を延ばすことができる。した
がって、この熱伝導基板は高い電圧印加時にも絶縁破壊
に対して十分な信頼性を保つことができる。

【００４２】このとき、接着された放熱板１０２の端面
とシート１０１の端面との間の距離はシート１０１の厚
みの１倍以上であることが望ましく、長くするほど沿面
距離も増加するが、４倍以上の場合は放熱板１０２から
の放熱が阻害されるのでシート１０１の厚みは１〜４倍
であるのが好ましい。

【００４３】図５（Ａ）〜（Ｃ）は本具体例の熱伝導基
板を作製する他の方法の工程別断面図である。図５
（Ａ）はリードフレーム１００と絶縁物シート１０１と
放熱板原板１１０を重ね合わせたのち加熱加圧して接着
した熱伝導基板の原型である。そして、作製した熱伝導
基板の原型に対して、図５（Ｂ）に示すように、原板１
１０上にエッチングレジスト膜１０６を形成する。膜１
０６は、最終的に形成する放熱板１０２の領域（原板１
１０の中央部領域）上に形成する。

【００４４】膜１０６を形成したのち、膜１０６で覆わ
れていない原板１１０の端部を化学エッチングにより除
去する。そのうえで膜１０６を除去する。これにより、
図５（Ｃ）に示すように、放熱板１０２の全周におい
て、シート１０１の端部よりシート内側に形成された放
熱板１０２を形成する。

【００４５】膜１０６の形成においては、ドライフィル
ムレジストを用いて紫外線露光したのち、硬化形成する
方法や、レジストペーストをスクリーン印刷して乾燥し
形成する方法等を採用することができる。これらの方法
によれば、一度に大量の熱伝導基板を処理することがで
きる。

【００４６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は本具体例の熱伝導基
板を作製する他の方法の工程別断面図である。

【００４７】図６（Ａ）に示すように、放熱板原板１１
０を用意する。放熱板原板１１０’は、板端部から離間
距離１０３だけ離れた位置に、板端部に沿ってあらかじ
め分割溝１０７が設けられている。溝１０７は、回転刃
加工及びレーザー加工により、原板１１０に形成する。

【００４８】そして、図６（Ｂ）に示すように、原板１
１０とリードフレーム１００と絶縁物シート１０１とを
重ね合わせたのち加熱加圧することでこれらを互いに接
着して熱伝導基板の原型を形成する。その後、図６
（Ｃ）に示すように、原板１１０の周辺領域を溝１０７
に沿って分割除去する。これにより、シート１０１の全
周においてシート１０１の端部よりシート内側に放熱板
端部が配置された放熱板１０２を形成する。この方法に
よれば、原板１１０’から除去する領域が大きい場合
も、短時間で確実に除去領域を除去することができる。

【００４９】図７（Ａ）〜７（Ｃ）は本具体例の熱伝導
基板を作製する他の方法の工程別断面図である。

【００５０】図７（Ａ）に示すように、枠体１１１を用
意する。枠体１１１は、放熱板１０２と同一もしくは同
等の厚みを有しており、最終的に形成する放熱板１０２
の外形形状（絶縁物シート１０１より若干小さい形状）
と同形状の開口部１１１ａを持つ形状をしている。この
枠体１１１に放熱板１０２を嵌め入れて、枠体付き放熱
板である組合せ体１１３を形成する。そして、この組合
せ体１１３とリードフレーム１００と絶縁物シート１０
１とを重ね合わせる。その際、放熱板１０２が最終的に
貼着されるシート１０１上の位置に合致するように、組
合せ体１１３をシート１０１に対して位置合わせする。

【００５１】組合せ体１１３とリードフレーム１００と
シート１０１とを重ね合わせたのち、これらを加圧して
互いに接着する。その後、図７（Ｃ）に示すように、組
合せ体１１３から枠体１１１のみを取り外し、シート１
０１の全周において放熱板１０２の端部がシート１０１
に対してそのシート内側に配置された構造とする。この
方法によれば、放熱板１０２の端部を除去する工程を簡
略化することができる。

【００５２】以上説明した具体例では、放熱板１０２
は、絶縁物シート１０１内に一部が埋め込まれることな
く、シート１０１上に載置された状態で設けられたが、
図８に示すように、放熱板１０２をその厚み方向の一部
ないし全部にわたって絶縁物シート１０１に埋設しても
よい（ただし、その表面は露出させる）。

【００５３】この熱伝導基板の製造方法を、図９
（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。

【００５４】図９（Ａ）に示すように、リードフレーム
１００と絶縁物シート１０１と放熱板１０２とを重ね合
わせる。ここで、放熱板１０２は最終的に形成する放熱
板１０２の外形形状（絶縁物シート１０１より若干小さ
い形状）としておく。

【００５５】そして、リードフレーム１００とシート１
０１と放熱板１０２とを重ね合わせ配置する。その際、
放熱板１０２が最終的に貼着されるシート１０１上の位
置に合致するように、放熱板１０２をシート１０１に対
して位置合わせする。

【００５６】そして、図９（Ｂ）に示すように、これら
を加熱加圧する。これにより、シート１０１中の熱硬化
性樹脂を硬化させて、シート１０１の両面にリードフレ
ーム１００と放熱板１０２とを接着させる。このとき、
リードフレーム１００の内部隙間１００ａや放熱板１０
２の側面１０２ａがシート１０１によって塞がれる程度
に、シート１０１に加圧と加熱とを加える。シート１０
０により側面１０２ａが塞がれた状態の放熱板１０２に
は、図中１０２の符号を付している。

【００５７】このとき、加熱加圧工程は、熱硬化性樹脂
が硬化しない温度で加熱加圧しながら、内部隙間１００
ａや側面１０２ａを絶縁物シート１０１で充填する工程
と、さらに加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる工程とに
分けて行えば、シート１０１の充填とその硬化とを別々
に行うことになり、充填と硬化とを確実に行うことがで
きる。

【００５８】これにより、側面１０２ａの厚み方向に沿
った一部もしくはその全部が放熱板１０２の全周にわた
ってシート１０１により覆われることになる。そうする
と、高い電圧印加時にも絶縁破壊に対して十分な信頼性
を保つことができる。なお、図８、図９においては、放
熱板１０２’の側面１０２ａの全面を絶縁物シート１０
１によって覆う形状になっているが、本発明はこのよう
な形状に限るものではない。すなわち、側面１０２ａの
厚み方向に沿った領域の一部が絶縁物シート１０１によ
り覆われた形状であってもよい。ただし、絶縁物シート
１０１により覆われる側面１０２ａの領域は、放熱板１
０２’の全周にわたって設ける必要がある。

【００５９】ところで、本発明の熱伝導基板において、
リードフレーム１００と放熱板１０２との間の沿面距離
をさらに増加させるためには、絶縁物シート１０１の端
部に、放熱板１０２とリードフレーム１０１との最短方
向を横切る向きに沿って連続する段部を設ければよい。
段部としては、図１０に示すように、溝状段部１１２が
ある。

【００６０】なお、図１０では、放熱板１０２をその厚
みの途中まで絶縁物シート１０１に埋設した放熱板構造
において、段部１１２を実施していたが、放熱板１０２
を絶縁物シート１０１上に載置した図１等に示す熱伝導
基板の構造にも段部１１２を適用することができるのは
いうまでもない。また、段部１１２は、絶縁材シート１
０１の側面に設けることもできる。

【００６１】また、上述した具体例では、放熱板１０２
の端部を、その全周にわたって、絶縁物シート１０１の
端部からシート内側に離間させて配置していたが、本発
明は、このようななものに限定されものではなく図１１
に示すようにしてもよい。すなわち、リードフレーム１
００（外部引き出し電極１０５）が延出しているシート
１０１の端部およびその近傍に位置する放熱板１０２の
端部１０２ａは、選択的にシート１０１の面方向内側で
シート１０１の端部から離間させる。一方、その他の放
熱板１０２の端部は、シート１０１の端部に設ける。こ
のように構成した場合であっても、十分なる沿面距離を
確保することができるのはいうまでもない。

【００６２】図１２は、本発明の熱伝導基板を用いて、
作製したパワーモジュールの構成を示す断面図である。
このパワーモジュールは、本発明の熱伝導基板１３０
と、電子部品１３１と、ケーシング１３２と、封止樹脂
１３３とを備えている。電子部品１３１はパワー半導
体、トランス、チョークコイル等から構成されており、
放熱板１０２が設けられていないリードフレーム１００
の面上に実装されている。ケーシング１３２はリードフ
レーム１００の電子部品実装面を覆って配置されてい
る。リードフレーム１００の外部引き出し電極１０５
は、ケーシング１３２を貫通して外部に延出している。
封止樹脂１３３はケーシング１３２の内部空間に充填さ
れており、電子部品１３１を封止している。

【００６３】以下、より具体的な実施例により本発明を
さらに詳細に説明する。（実施例１）本実施例の熱伝導基板の作製に際し、ま
ず、無機フィラーと未硬化状態の熱硬化性樹脂からなる
絶縁物シート１０１の作製方法について述べる。

【００６４】まず、スラリーの作製について説明する。
攪拌混練機により無機フィラーと液状の熱硬化性樹脂、
適度の溶剤等を混合してスラリーとする。この攪拌混練
機は容器自身を自転させながら公転させるもので、混練
する樹脂の粘度が比較的高くても、十分な脱泡作用、分
散状態が得られる。

【００６５】具体的な材料は次のようにする。すなわ
ち、無機フィラーとしてＡｌ₂Ｏ₃（昭和電工（株）製
「ＡＳ−４０」（商品名））を用い、熱硬化性樹脂とし
て、エポキシ樹脂（日本レック（株）製、「ＮＲＶ−１
０１０」（商品名））と、ブチルカルビトールと、粘度
調整用のメチルエチルケトンとを加えたものを用いる。
各成分の成分比率は次の通りである。すなわち、無機フ
ィラーは９０重量％、エポキシ樹脂は９．５重量％、ブ
チルカルビトールは０．５重量％とする。

【００６６】次に、表面にシリコンによる離型処理を施
した厚み７５μｍの離型フィルム（具体的にはポリエチ
レンテレフタレートフィルム）を用意する。そして、こ
の離型フィルム上に上記スラリーをドクターブレード法
で造膜する。このとき、造膜シートの膜厚（ギャップ）
は、約７５０μmとする。

【００６７】次に、この造膜シートを温度１２５℃で１
５分間放置し乾燥させることで、適度な粘性を有する未
硬化状態の絶縁物シート１０１（厚み４００μm）を得
る。メチルエチルケトンは、この乾燥処理により揮発す
る。

【００６８】一方、リードフレーム１００と放熱板１０
２とを用意する。リードフレーム１００は、厚み５００
μmの銅板をエッチング法で加工しさらにニッケルメッ
キを施して形成する。放熱板１０２は、厚み５００μm
のアルミ金属板から構成する。そして、絶縁物シート１
０１（３枚）と、リードフレーム１００と放熱板１０２
とを重ね合わせて１５０℃の温度で５０Ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で加熱加圧する。

【００６９】加熱加圧処理により、リードフレーム１０
０の間隙に絶縁物シート１０１が流れ込み、図３（Ｂ）
に示す熱伝導基板の原型構造が成形される。この後、絶
縁物シート１０１を、乾燥機を用いて１７５℃の温度で
３時間加熱し、絶縁物シート１０１中の熱硬化性樹脂を
完全硬化させる。

【００７０】次に、放熱板１０２の端部をリューターを
用いて切削することで、絶縁物シート１０２の端部全周
において、放熱板１０２の端部をシート１０２の内側に
位置させる。さらに、リードフレーム１００の最外周部
をカットする。そして、シート１０１から突出するリー
ドフレーム１００を垂直に曲げ加工することで、リード
フレーム１００の先端を外部引き出し電極１０５とす
る。これにより、図１に示す熱伝導基板を得る。この熱
伝導基板においては、リードフレーム直下の絶縁物シー
ト１０１の厚み１０４を１ｍｍとする。

【００７１】このようにして作製した熱伝導基板におい
て、放熱板１０２と絶縁物シート１０１端部との間の離
間距離１０３をそれぞれ変更した場合の絶縁耐圧測定と
熱抵抗測定とを実施した。

【００７２】リードフレーム１００と放熱板１０２に高
電圧を印加した時の絶縁破壊には、絶縁物シート１０１
を構成する樹脂自体の絶縁破壊と、絶縁物シート１０１
の沿面での絶縁破壊がある。前者の一般的な絶縁耐圧は
１５kv/mmとされている。

【００７３】本発明は、沿面での絶縁距離を拡大するこ
とを主旨としたものであり、上述した後者の絶縁破壊の
防止効果を評価する必要がある。そのため、絶縁耐圧破
壊測定は次のように実施した。すなわち、熱伝導基板試
料を２０台ずつ作製したうえで、絶縁物シート１０１の
沿面での絶縁耐圧が１５kv/mm以下であったものの割合
を算出することで絶縁耐圧破壊測定を行った。

【００７４】また、熱抵抗は次のように測定した。すな
わち、リードフレーム１００上に半田実装したパワー半
導体パッケージに電力供給して発熱させ、半導体素子と
放熱板１０２との温度差から熱抵抗を求めた。そして、
各条件で測定した各試料の熱抵抗の平均値を算出した。

【００７５】測定結果を表１に示す。

【００７６】

【表１】また、リードフレーム直下の絶縁物シート１０１の厚み
だけを０．８ｍｍに変更した熱伝導基板を作製し、同様
に、放熱板１０２と絶縁物シート１０１端部との離間距
離１０３をそれぞれ変更した場合の絶縁耐圧測定と熱抵
抗測定とを上述と同様にして実施した。その測定結果を
表２に示す。

【００７７】

【表２】放熱板１０２の端部を絶縁物シート端部に一致させた比
較例（実験Ｎｏ．１ａ、２ａ）に比べて、各離間距離１
０３だけ放熱板１０２の端部を絶縁物シート１０１の端
部よりシート内側に配置した熱伝導基板の方が沿面での
絶縁耐圧は向上した。特に、その離間距離１０３が絶縁
物シート１０１の厚みの１倍以上あるときにその効果は
顕著であり、樹脂自体の一般的な絶縁耐圧とされる１５
kv/mm以上となり、沿面での絶縁破壊を確実に防止でき
る。

【００７８】しかしながら、４倍以上では放熱板１０２
からの放熱性が阻害され、熱抵抗値が増加した。したが
って、離間距離１０３が絶縁物シート１０１の厚みの１
〜４倍で最も効果を発揮し、高電圧印加時の沿面での絶
縁破壊を防止し、高信頼性をもつ熱伝導基板が得られ
る。（実施例２）実施例１と同様の方法で作製した熱伝導基
板の放熱板１０２の端部を別の方法で除去した実施例を
示す。なお、本実施例に使用した絶縁物シート１０１の
組成は実施例１とは異なる。すなわち、無機フィラーは
Ａｌ₂Ｏ₃（住友化学（株）製「ＡＭ−２８」（商品
名））を用いる。また、熱硬化性樹脂はフェノール樹脂
（大日本インキ製「フェノライト、ＶＨ４１５０」（商
品名））に、エチルカルビトールを添加したものを用い
る。各成分の成分比率は次の通りである。すなわち、無
機フィラーは８７重量％、フェノール樹脂は１１．５重
量％、エチルカルビトールは１．５重量％とする。

【００７９】そして、実施例１と同様に、まず、リード
フレーム１００、絶縁物シート１０１（３枚）、アルミ
金属板からなる放熱板１０２を一体化し、さらに、熱硬
化性樹脂を完全硬化させて熱伝導基板を形成する。

【００８０】次に、ドライフィルムレジスト（日立化成
工業（株）製「Ｈ−Ｓ９３０−３０」（商品名））を用
いてロールラミネート装置により、熱伝導基板の両面に
エッチングレジスト膜１０６の形成を行う。

【００８１】次に、放熱板１０２側のエッチングレジス
ト膜１０６上において、最終的に残す部分のパターン上
にフィルムマスク（図示省略）を配置したうえで、両面
のエッチングレジスト膜１０６を紫外線露光装置により
露光処理する。

【００８２】そして、熱伝導基板を現像液中で処理し、
フィルムマスクにより露光されなかった放熱板１０２の
周辺部分のエッチングレジスト膜１０６だけを選択的に
除去する。

【００８３】さらに、熱伝導基板を７％塩酸水溶液中に
浸漬することで、エッチングレジスト膜１０６で被覆さ
れていない放熱板１０２の端部を除去する。これによ
り、熱伝導基板は絶縁物シート１０１の端部全周におい
て、放熱板１０２がシート内側に配置された構造とな
る。最後に、エッチングレジスト膜１０６を苛性ソーダ
で処理することで除去する。

【００８４】このようにして作製された熱伝導基板にお
いて、離間距離１０３を絶縁物シート１０１の厚みの２
倍としたときの絶縁耐圧を測定すると、１５ｋV以上で
あり良好であった。（実施例３）本実施例では、次の絶縁物シート１０１を
使用する。すなわち、無機フィラーはＡｌ₂Ｏ₃（昭和電
工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名））を用いる。熱硬
化性樹脂は、シアネートエステル樹脂（旭チバ（株）
製、「ＡｒｏＣｙＭ３０」（商品名））に、ブチルカ
ルビトールと粘度調整用のメチルエチルケトンとを添加
したものを用いる。各成分の成分比率は次の通りであ
る。すなわち、無機フィラーは９０重量％、熱硬化性樹
脂は９．５重量％、ブチルカルビトールは０．５重量％
である。

【００８５】そして、実施例１と同様に、この絶縁物シ
ート１０１（３枚）と、リードフレーム１００と、放熱
板１０２とを重ね合わせて１５０℃の温度で５０Ｋｇ／
ｃｍ ²の圧力で加熱加圧して、図９（Ｂ）に示す形状を
有する熱伝導基板の原型構造を得る。

【００８６】この後、絶縁物シート１０１を、乾燥機を
用いて１７５℃の温度で３時間加熱し、絶縁物シート１
０１中の熱硬化性樹脂を完全硬化させる。さらに、リー
ドフレーム１００の最外周部をカットして、絶縁物シー
ト１０１から突出するリードフレーム１００を垂直に曲
げ加工することで、リードフレーム１００の先端を外部
引き出し電極１０５とする。これにより、図８に示す熱
伝導基板を得る。この熱伝導基板においては、リードフ
レーム１００直下の絶縁物シート１０１の厚みを１ｍｍ
とする。

【００８７】このようにして作製した熱伝導基板におい
て、絶縁耐圧測定と熱抵抗測定を実施した。その結果
は、絶縁耐圧は１５kv/mm以上、熱抵抗値は１．３６℃
／Wであり、高電圧印加時の沿面での絶縁破壊を防止
し、高信頼性をもつ熱伝導基板が得られたことを確認し
た。

【００８８】各実施例の熱伝導基板は、リードフレーム
１００と放熱板１０２との沿面距離を容易に増加させる
ことができ、高い電圧印加時にも絶縁破壊に対して十分
な信頼性を保つことができる。そのため、基板側面に突
出するリードフレーム１００を外部引き出し電極１０５
とするために垂直に曲げ加工したとしても、リードフレ
ーム１０５の屈曲部１０５ａを絶縁物シート１０１の端
部に位置させることができる。これより、基板サイズに
対して実際に部品を搭載できる範囲を広くすることがで
きる。このことは、従来に比べて基板サイズを小さくす
ることも可能であることを意味している。

【００８９】さらに、リードフレーム１０５の屈曲部１
０５ａを絶縁物シート１０１の端部に位置させることが
できるので、曲げ加工時に絶縁物シート１０１に埋設さ
れたリードフレーム１０１を引き剥がして基板を破損さ
せることも起きない。そのため、絶縁物シート１０１の
端部に段差を設けてリードフレーム１０１の屈曲を容易
にする必要がなくなり、その分、基板作製時の金型の構
造を簡単にすることができ、コストダウンに繋がる。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、本発明の熱伝導基板とそ
の製造方法によれば、今後ますます増大するパワー回路
用基板として、機器の小型化、低コスト化に貢献でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る熱伝導基板の第１の好
ましい具体例に従う構成を示す断面図である。

【図２】図１の裏面図である。

【図３】本発明の熱伝導基板にヒートシンクを取り付
けた状態を示す断面図である。

【図４】第１の好ましい具体例の製造方法の各工程を
示す工程別断面図である。

【図５】第１の好ましい具体例の他の製造方法の各工
程を示す工程別断面図である。

【図６】第１の好ましい具体例の他の製造方法の各工
程を示す工程別断面図である。

【図７】第１の好ましい具体例の他の製造方法の各工
程を示す工程別断面図である。

【図８】本発明に係る熱伝導基板の第２の好ましい具
体例に従う構成を示す断面図である。

【図９】第２の好ましい具体例の他の製造方法の各工
程を示す工程別断面図である。

【図１０】本発明の第１の変形例を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明の第２の変形例を示す断面図であ
る。

【図１２】本発明の熱伝導基板を組み込んだパワーモ
ジュールの構成を示す断面図である。

【図１３】従来の熱伝導基板の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１００リードフレーム１０１a 内部隙間１
０１絶縁物シート１０２放熱板１０２ａ側面１０２ｂ厚み方向に沿った領域１０２’ 組
合せ体１０３離間距離１０４シートの厚み１０５外部引き出し電極１０５a 屈曲部１０６エッチングレジスト膜１１０放熱板
原板１１０’原板１１１枠体１１１a 開口
部１１３組合せ体１２０ヒートシンク１３０
熱伝導基板１３１電子部品１３２ケーシング１３３
封止樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中谷誠一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松尾光洋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） 5F036 AA01 BA23 BB01 BB21 BC23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁物シートの一方の面にリードフレー
ムを、他方の面に放熱板をそれぞれ設け、前記リードフレームの一部を前記絶縁物シートの端部ま
で延出し、前記リードフレームが延出している絶縁物シート端部お
よびその近傍に位置する放熱板端部を、前記絶縁物シー
トの面方向内側で前記絶縁物シート端部から離間する位
置に設けた、熱伝導基板。
【請求項２】前記放熱板の端部を、その全周にわたっ
て前記絶縁物シートの面方向内側で前記絶縁物シート端
部から離間する位置に設けた、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項３】前記リードフレームが延出している絶縁
物シート端部およびその近傍に位置する放熱板端部と前
記絶縁物シート端部との間の離間距離を、前記絶縁物シ
ートの厚みの１〜４倍の範囲にした、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項４】前記放熱板を、その表面が前記絶縁物シ
ートから露出した状態で前記絶縁物シートに埋め込み配
置した、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項５】前記放熱板の側面はその全周にわたっ
て、その厚み方向の少なくとも一部が前記絶縁物シート
により覆われている、請求項４に記載の熱伝導基板。
【請求項６】放熱板端部が離間配置された前記絶縁物
シート端部に、前記放熱板と前記リードフレームとの最
短方向を横切る向きに沿って連続する段部を設けた、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項７】前記放熱板の外表面に外部放熱構造体が
面着されており、前記放熱板の側面の厚み方向に沿った
領域の少なくとも一部が、側面全周にわたって前記絶縁
物シートから露出している、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項８】前記絶縁物シートは、無機フィラーを含
んだものである、請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項９】熱伝導基板と、電子部品と、ケーシング
と、封止樹脂とを有し、前記熱伝導基板は、絶縁物シートの一方の面にリードフレームを、他方の面
に放熱板をそれぞれ設け、前記リードフレームの一部を
前記絶縁物シートの端部まで延出し、前記リードフレー
ムが延出している絶縁物シート端部およびその近傍に位
置する放熱板端部を、前記絶縁物シートの面方向内側で
前記絶縁物シート端部から離間する位置に設けてなり、前記電子部品は、前記熱伝導基板の一方面上に実装され
ており、前記ケーシングは、前記電子部品が実装された前記熱伝
導基板を覆って配置されており、前記封止樹脂は、前記ケーシング内部空間に充填され
て、当該内部空間を封止している、パワーモジュール。
【請求項１０】絶縁物シートの一方の面にはリードフ
レームを、他方の面には放熱板をそれぞれ設けるととも
に、前記リードフレームの一部を前記絶縁物シートの端
部まで延出してなる熱伝導基板の製造方法であって、前記絶縁物シートの一方の面に前記リードフレームを、
他方の面にシート全面にわたる放熱板を、それぞれ積層
して接着する工程と、前記リードフレームが延出している絶縁物シート端部お
よびその近傍に位置する放熱板端部を、前記絶縁物シー
トの面方向内側で前記絶縁物シート端部から離間する位
置まで除去する工程と、を含む、熱伝導基板の製造方法。
【請求項１１】前記放熱板端部を切削により除去す
る、請求項１０に記載の熱伝導基板の製造方法。
【請求項１２】前記放熱板端部を、フォトリソグラフ
ィ工程により除去する、請求項１０に記載の熱伝導基板の製造方法。
【請求項１３】前記放熱板として、除去する放熱板領
域の周縁に沿って分割溝を有するものを準備し、この放熱板を前記絶縁物シートに接着したのち、除去す
る放熱板領域を前記分割溝に沿って他の放熱板領域から
分割して除去する、請求項１０に記載の熱伝導基板の製造方法。
【請求項１４】絶縁物シートの一方の面にはリードフ
レームを、他方の面には放熱板をそれぞれ設けるととも
に、前記リードフレームの一部を前記絶縁物シートの端
部まで延出してなる熱伝導基板の製造方法であって、前記放熱板として、前記リードフレームが延出している
絶縁物シート端部およびその近傍に対応する放熱板端部
が予め除去されるとともに、放熱板の外側に放熱板全周
を囲む枠体が配置された枠体付き放熱板を用意したうえ
で、前記絶縁物シートの一方の面に前記リードフレーム
を、他方の面に前記枠体付き放熱板を、それぞれ積層し
て接着する工程と、前記枠体を前記絶縁物シートから除去する工程と、を含む熱伝導基板の製造方法。