JP2002335056A - 金属ベース基板及びその製造方法 - Google Patents
金属ベース基板及びその製造方法Info
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Abstract
に係り、放熱性や絶縁性などに対する信頼性を高めるこ
とができる金属ベース基板及びその製造方法の提供を目
的とする。 【構成】 金属製板状体1の片面に硬化した熱硬化性樹
脂からなる絶縁層2を積層した後、この絶縁層2におい
て金属製板状体1側と反対側に順に接着層3と金属板を
打ち抜いて形成した導体パターン層4とを重ね、加熱加
圧して絶縁層2に接着層3で導体パターン層4を接着す
る。金属製板状体1と導体パターン層4との間に隙間な
く絶縁性樹脂が充填され、又、導体パターン層4の接着
前後の寸法変化が小さいので、放熱性や絶縁性などに対
する信頼性が高められる。
Description
イスに用いられる金属ベース基板及びその製造方法に係
り、特に、パワー半導体デバイスの放熱性及び絶縁性に
対する信頼性が高められるようにした金属ベース基板と
その製造方法に関する。
の発熱を周囲に放散するために金属放熱板などの放熱部
材として金属製板状体が設けられ、この金属放熱板など
の放熱部材と導体パターン層と、この導体パターン層に
接続される半導体素子とはセラミックス、合成樹脂など
により電気的に絶縁される。
合には金属箔、金属蒸着又はめっきなどにより形成され
た薄膜をエッチングなどにより部分的に除去することに
よって形成されたものでもよいが、大電流の場合には、
過度の発熱を避けるため、金属板を打ち抜いて形成され
る。また、大電流の場合には、金属箔、薄膜などのエッ
チングなどにより形成された薄膜状の導体パターン層に
金属板を打ち抜いて形成した厚膜状の導体パターン層を
重ねて半田付けするという手段が採用されている(特開
平7−94836号公報参照)。
ターン層と打ち抜き形成された厚膜状の導体パターン層
を積層する方法は製造コストの削減を図る上でかなり不
利になるという問題がある。
の上に半硬化させた熱硬化性樹脂からなるプリプレグを
積重ね、更にこのプリプレグの上に導体パターン層を積
重ねて加熱加圧することにより金属製板状体と、熱硬化
性樹脂からなる絶縁層と、導体パターン層とを積層した
金属ベース基板が用いられる。
層の層厚が安定せず、必要な寸法精度が得られないこと
があり、又、絶縁性や静電容量などの電気的特性も不安
定になるなどの問題がある。
ワー半導体デバイスの中では安価なインゼクションモー
ルドタイプが上市されており、これは、金型を用いて半
導体及び導体パターン層と金属製板状体(金属放熱板)
とを所定の絶縁間隔を置いて保持し、これらの間に樹脂
を流し込んで半導体及び導体パターン層と金属製板状体
との間に絶縁層を形成する技術が開発されている(特開
平11−220074号公報参照)。
ために、この絶縁層に高熱伝導性の無機充填材が配合さ
れている。
術によれば、流し込む樹脂に熱伝導性が優れている無機
充填剤が配合されているので、金型の磨耗が急速に進行
し、正確に絶縁間隔を設定できなくなることがあり、そ
の結果、放熱性や電気絶縁性に対する信頼性が低下する
という問題が起こる。
ド樹脂の粘度が高まり、隅々までモールド樹脂を充填で
きなくなり、耐湿熱性や耐熱性更に放熱性や電気絶縁性
に対する信頼性が損なわれるという問題が生じることも
ある。
が流れる空間の断面積を大きくしてモールド樹脂の充填
性を高めようとすれば、デバイスの外形寸法が大きくな
り、基板にデバイスを実装できなくなるおそれが生じ
る。
ー半導体デバイスの場合に生じ易い。
し、耐湿熱性や耐熱性更に放熱性や電気絶縁性に対する
信頼性を高めることができる金属ベース基板及びその製
造方法を提供することを目的とするものである。
基板(以下、本発明物品という。)は、前記目的を達成
するために、金属製板状体の片面又は両面に絶縁層を積
層した樹脂積層板状体と、この樹脂積層板状体における
絶縁層上に接着層を介して積層した導体パターン層とを
備えることを特徴とする、という技術的手段を採用す
る。
又は両面に熱硬化性樹脂を硬化させた所定の層厚を有す
る絶縁層が積層されているので、後で導体パターン層を
積層する時に加熱加圧しても所定の層厚の絶縁層が変形
することはなく、金属製板状体と導体パターン層との間
に所定の絶縁間隔を確保することができるのであり、
又、金属製板状体と導体パターン層との間に隙間なく絶
縁層及び接着層の2層が充填されるので、導体パターン
層の全面から導体パターン層やこれに接続される電子部
品などの回路素子の発熱がこの2層を介して確実に金属
製板状体に伝導される結果、放熱性や電気絶縁性に対す
る信頼性が著しく高められるのである。
法(以下、本発明方法という。)は、前記目的を達成す
るために、金属製板状体の片面又は両面に熱硬化性樹脂
組成物を積層、硬化させて絶縁層を形成することにより
樹脂積層板状体を製造した後、この樹脂積層板状体にお
ける絶縁層上に接着層を積層し、更に、予め仮着性接着
シートを片面に仮着した導体パターン層をこの導体パタ
ーン層側が前記接着層に接するように積層して接着層上
に導体パターン層を接着した後、仮着性接着シートを導
体パターン層より剥離することを特徴とする、という技
術的手段を採用する。
方法について更に詳細に説明する。
金属であれば特に限定されるものではないが、具体的に
は、例えば鉄、ステンレス鋼を含む鋼、チタン合金など
を用いてもよいが、特に、銅、アルミニウム、アルミニ
ウム合金、真鍮などの熱伝導率が高い金属を用いること
が好ましい。
されるものではないが、伝熱面積を大きくして放熱効果
を高めるために、その外側面に針状或いはフィン状の突
起を設けることもできる。
定はされないが、一般に、1.0〜4.0mmの範囲と
することが好ましく、1.0mm未満では所要の放熱特
性が得られないおそれがある上、反りなどの変形が生じ
るおそれがあるので好ましくなく、一方、4.0mmを
超えるとデバイスの外形寸法が大きくなり過ぎる上、コ
スト高になるので好ましくない。しかしながら、放熱フ
ィンを設ける場合にはこの限りではないのである。
を硬化させてシート状に形成されたものであれば良く、
この絶縁層を形成する方法としては、金属製板状体の片
面又は両面に液状の熱硬化性樹脂組成物を塗布し、加熱
乾燥あるいは加熱加圧して所定の厚さに硬化させる方法
を採用してもよいが、層厚の安定性及び精度という観点
からは、金属製板状体に半硬化状で、且つ所定の厚さの
熱硬化性樹脂組成物からなるプリプレグシート(フィル
ム)を重ねて積層し、これを加熱乾燥あるいは加熱加圧
して所定の厚さに硬化させるという方法が好ましい。
ではないが、一般に、10〜300μmであることが好
ましく、特に、50〜250μmであることが更に好ま
しい。この絶縁層の層厚が、10μm未満では均一な層
厚の絶縁層を形成するのが困難になるうえ、必要とされ
る絶縁性が得られなくなるので好ましくなく、一方、3
00μmを超えると放熱特性が悪化するので好ましくな
い。
は加熱乾燥或いは加熱加圧により硬化させてあるので、
この絶縁層と金属製板状体とからなる樹脂積層板状体に
導体パターン層を積層するために接着層が用いられるの
である。
用いられるものであれば特に限定されるものではなく、
例えば、従来から公知のものを用いれば良い。
性樹脂組成物で構成され、液状の熱硬化性樹脂を絶縁層
に塗布して乾燥させたり、離型性の支持体に担持させた
半硬化状の熱硬化性樹脂組成物シート(或いはフィル
ム)を転写したり、プリプレグ状の熱硬化性樹脂組成物
シート(或いはフィルム)を重ねて仮着したりすること
により、絶縁層に積層される。
めるという観点からは、接着層組成物を所定の膜厚を有
するシート状ないしフィルム状に半硬化させたプリプレ
グを、予め金属製板状体に積層した絶縁層に積重ねて、
加熱乾燥或いは加熱加圧して仮着し、更に導体パターン
層を積重ねた後、加熱乾燥或いは加熱加圧して所定の厚
さに硬化させる方法を採用することが好ましい。
ることが好ましく、特に、15〜100μmであること
が更に好ましい。この接着層の層厚が、10μm未満で
は均一な層厚の接着層を形成するのが困難になるうえ、
必要な接着強度が得られないので好ましくなく、一方、
300μmを超えると、寸法精度が著しく低下するおそ
れが生じるうえ、放熱特性が悪化するので好ましくな
い。
電気絶縁性の熱硬化性樹脂であれば特に限定されるもの
ではないが、具体的には、特に、例えばビスフェノール
A型エポキシ樹脂に代表されるエポキシ樹脂、BTレジ
ン、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹
脂を用いればよく、その絶縁性及び熱伝導性を高めるた
めに1種又は2種以上の無機充填材、例えば酸化アルミ
ニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化硼素又は窒化アルミ
ニウムなどから選ばれた1種又は2種以上の無機充填材
を配合することが好ましい。
により絶縁性及び/又は熱伝導性が高められる効果を得
るために樹脂組成物全体の1重量%以上であることが好
ましく、一方、この充填材の配合量が増加すると樹脂組
成物の粘度が高まるので、均一な絶縁層及び/又は接着
層を得難くなり、従って、絶縁層及び/又は接着層の成
形性、流動性及び取扱性等を考慮すれば樹脂組成物全体
の95重量%以下であることが望ましい。
る金属板を打ち抜き加工することにより形成されたもの
であり、その材質は金属であれば特に限定されるもので
はないが、具体的には、例えば鉄、ステンレス鋼等の
鋼、チタン合金などを用いることもできるが、発熱量を
少なくするという観点からは銅、アルミニウム、アルミ
ニウム合金、真鍮などの導電性が優れている金属を用い
ることが好ましい。
0mmであることが好ましく、0.1mm未満では導通
する電流に対する抵抗が大きく発熱量が過大になるので
好ましくなく、一方、1.0mmを超えるとその意味が
ないだけでなく、コスト高になり、又、デバイスの外形
寸法が大きくなり、基板にデバイスを実装できなくなる
おそれが生じるおそれがあるので好ましくない。
は所定の絶縁距離を隔てて複数の導体パターン層が設け
られる。そこで、本発明物品の製造方法においては、こ
れら複数の導体パターン層間の絶縁距離を正確に保持し
て積層するために、金属製板状体の片面又は両面に熱硬
化性樹脂組成物を積層、硬化させて絶縁層を形成するこ
とにより樹脂積層板状体を製造した後、この樹脂積層板
状体における絶縁層上に接着層を積層し、更に、予め仮
着性接着シートを片面に仮着した導体パターン層をこの
導体パターン層側が前記接着層に接するように積層して
接着層上に導体パターン層を接着した後、仮着性接着シ
ートを導体パターン層より剥離することを特徴とする、
との技術的方法を採用したものである。
を仮着する方法としては、リードフレーム付きの導体パ
ターン層の両面に仮着性接着シートを仮着した後、リー
ドフレーム及び外部リードの部分の仮着性接着シートを
打ち抜いて剥離し、この後、接着層と合せる接着面の仮
着性接着シートを剥離する方法、導体パターン層用金属
板の両面に仮着性接着シートを仮着し、接着面と反対側
の仮着性接着シートを全面に残した形でハーフパンチし
た後、金属板の不要部分及び接着面側の仮着性接着シー
トを除去する方法などが挙げられる。
の片面又は両面に絶縁層と、接着層と、金属板を打ち抜
いて形成した導体パターン層とを順に積層したことを特
徴とするので、以下のような作用を得ることができる。
間にシート状の接着層及び絶縁層が介在するので、導体
と金属製板状体との間に空隙が生じるおそれが無くなる
という作用が得られるのである。
接着層で導体パターン層を接着するので、金属製板状体
と電極との間に絶縁層によって一定以上の均一な絶縁距
離を確保できるという作用が得られるのである。
又は両面に熱硬化性樹脂組成物を積層、硬化させて絶縁
層を形成することにより樹脂積層板状体を製造した後、
この樹脂積層板状体における絶縁層上に接着層を積層
し、更に、予め仮着性接着シートを片面に仮着した導体
パターン層をこの導体パターン層側が前記接着層に接す
るように積層して接着層上に導体パターン層を接着した
後、仮着性接着シートを導体パターン層より剥離すると
いう方法を採用すれば、本発明物品を好適に製造するこ
とができる作用が得られる。
デバイスの放熱装置を図面に基づいて具体的に説明す
る。
板は、その下面に露出するアルミニウム板(540mm
×540mm×2.0mm)からなる金属製板状体1
と、この金属製板状体1の上面に積層された厚さ130
μmの絶縁層2と、この絶縁層2上に積層された厚さ3
0μmの接着層3と、この接着層3の上に接着された導
体パターン層4とを備えている。尚、図中、6はパワー
半導体素子であり、又、7はモールド樹脂、8はヒート
スプレッター、9はアウターリードである。
電工製、AS−50)からなる充填材をビスフェノール
A型エポキシ樹脂に80重量%配合したプリプレグ状態
の熱硬化性樹脂シートを、図2の工程説明図に示すよう
に、金属製板状体1の上面に積重ねた後、加圧加熱して
硬化させたものである(硬化後の厚さ130μm)。
クリスタライト)をビスフェノールA型エポキシ樹脂に
65重量%配合して形成したプリプレグ状の熱硬化性樹
脂シート(厚さ30μm)からなり、硬化させた絶縁層
2の上に接着した後、熱圧着により絶縁層2に仮着され
る。
銅板を所定の形状に打ち抜いたもので、平面視において
所定の絶縁間隔を隔てた複数個の導体パターン層4がこ
れらの片面に粘着させた粘着シートからなる仮着性接着
シート5により所定の位置に保持されている。
ン層4側を前記接着層3に重ねた後、加熱加圧すること
により導体パターン層4が絶縁層2に接着される。な
お、この加熱圧着により接着層3は厚さが20μmにな
って硬化していた。
とによりこの実施例に係る金属ベース基板が完成する。
を構成する導体パターン層4上にトランジスターなどの
半導体素子6を半田付けし、図示しない他の電極を構成
する導体パターン層と半導体素子6との間にリード線を
ワイヤーボンデング配線し、この後、樹脂モールドによ
り、金属製板状体1、絶縁層2、接着層3、導体パター
ン層4、半導体素子6及びリード線を図1に示すモール
ド樹脂7内に封入することによりパワー半導体デバイス
が形成される。
ウム(昭和電工製、AS−50)の配合量を85重量%
とし、又、酸化アルミニウム(昭和電工製、AS−5
0)をビスフェノール型エポキシ樹脂に50重量%配合
した接着層3を用いた以外は、実施例1と同様にして金
属ベース基板を形成した。
0mm×540mmで板厚が2.0mmのアルミニウム
板)1の片面に、酸化アルミニウム(昭和電工製、AS
−50)をビスフェノール型エポキシ樹脂に80重量%
配合した未硬化状の熱硬化性樹脂組成物を用い、前記金
属製板状体の片面に厚さ160μm(厚さを変更してい
ただいて結構です。)の未硬化接着層を形成した後、こ
の接着層に実施例1で用いたものと同様の導体パターン
層4を積重ね、加熱圧着して金属ベース基板を形成し
た。なお、導体パターン層4を加熱圧着した後(硬化
後)の樹脂層(硬化層)の厚さは50μmであった。
40mmで板厚が2.0mm)1の片面に、酸化アルミ
ニウム(昭和電工製、AS−50)をビスフェノール型
エポキシ樹脂に85重量%配合した厚さ130μmの未
硬化樹脂層(プリプレグ)を用い、更にこの厚さ130
μmの未硬化樹脂層の上に酸化アルミニウム(昭和電工
製、AS−50)をビスフェノール型エポキシ樹脂に5
0重量%配合した厚さ30μmの未硬化樹脂層(プリプ
レグ)からなる接着層3を重ねて2層構造とし、この積
層型の接着層3において金属製板状体1側と反対側に実
施例1で用いたものと同様の導体パターン層4を加熱圧
着した金属ベース基板を形成した。即ち、絶縁層2と接
着層3とを同時に加熱加圧して硬化させた。なお、導体
パターン層4を加熱圧着した後(硬化後)の樹脂層(硬
化層)の厚さは合せて50μmであった。
ース基板について、以下の方法で絶縁破壊電圧と熱伝導
率を測定した。
導体パターン層4にプローブピンを当て、昇圧速度1k
V/秒で、60Hzの交流電流を印加し、カットオフ電
流20mAで絶縁破壊電圧を測定した。
び接着層をそれぞれ積層し、加熱加圧して板厚2.0m
m、直径50mmの各硬化体を作成し、熱流型熱伝導測
定器(Holometorix製TCA−200)を使
い、各硬化体の熱伝導率を測定した(ASTM E 1
530に準拠する。)。これらの測定結果は、表1に示
す通りである。
2を設けた実施例1及び実施例2では導体パターン層4
を接着した後の絶縁層2と接着層3との合計層厚、即
ち、絶縁間隔が150μmであり、十分に絶縁破壊電圧
を高くすることができたのに対して、比較例1及び比較
例2では、導体パターン層4を接着した後の絶縁間隔が
50μm或いは60μmに減少し、必要な絶縁破壊電圧
を得ることができないことが分る。
ン層4の接着前後で絶縁層2の層厚が変わらず、絶縁層
2と接着層3との合計層厚(絶縁間隔)は接着前の16
0μmから接着後に150μmに減少したのに対して、
比較例1では絶縁間隔が導体パターン層4の接着前の1
60μmから50μmに大きく変化し、比較例2では絶
縁間隔が導体パターン層4の接着前の160μmから6
0μmに大きく変化している。このことから、比較例1
及び比較例2は導体パターン層4を接着する時に大きく
絶縁間隔が変化するので、この絶縁空間に充填された樹
脂層の層厚が不安定になり易く、又、製品間で層厚が不
均一になり易く、その結果、金属製板状体1と導体パタ
ーン層4との間に隙間が生じたり、寸法精度及び電気的
特性に対する信頼性が欠けるのに対し、実施例1及び実
施例2は導体パターン層4を接着するときの絶縁間隔の
寸法変化が小さいので層厚が安定し、又、製品間でも層
厚が均一になり、寸法精度及び誘電性、耐電圧などの電
気的特性に対する信頼性が著しく高められることが認め
られる。
面でも各実施例のものが各比較例ものに比べて何ら遜色
がなく、実用上問題がないことが分る。
金属製板状体の片面又は両面に絶縁層を積層した樹脂積
層板状体と、この樹脂積層板状体における絶縁層上に接
着層を介して積層した導体パターン層とを備えることを
特徴とするので、本発明物品によれば、導体パターン層
と金属製板状体との間にシート状の接着層及び絶縁層が
介在し、導体パターン層と金属製板状体との間に空隙が
生じるおそれが無くなるという作用が得られるから、半
導体素子及びこれに接続されている導体パターン層の発
熱を確実に接着層及び絶縁層を介して金属製板状体に伝
導し、この金属製板状体から周囲に放散させることによ
り放熱効果を著しく高めることができるという効果を得
ることができる。
せた後に接着層を解して導体パターン層を積層するの
で、導体パターン層の積層時に絶縁層の層厚が変化せ
ず、金属製板状体とデバイスの導体との間に一定以上の
均一な絶縁間隔を確保できる作用があるので、金属製板
状体と導体パターン層との間の電気的特性を均一にする
ことができる結果、絶縁性(耐電圧)、静電容量などの
電気的特性に対する信頼性を著しく高めることができ
る、という効果を得ることができる。
又は両面に熱硬化性樹脂組成物を積層、硬化させて絶縁
層を形成することにより樹脂積層板状体を製造した後、
この樹脂積層板状体における絶縁層上に接着層を積層
し、更に、予め仮着性接着シートを片面に仮着した導体
パターン層をこの導体パターン層側が前記接着層に接す
るように積層して接着層上に導体パターン層を接着した
後、仮着性接着シートを導体パターン層より剥離するこ
とを特徴とするので、この本発明方法によって本発明物
品を好適に製造することができるという効果が得られ
る。
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属製板状体の片面又は両面に絶縁層を
積層した樹脂積層板状体と、この樹脂積層板状体におけ
る絶縁層上に接着層を介して積層した導体パターン層と
を備えることを特徴とする金属ベース基板。 - 【請求項2】 絶縁層と接着層との一方又は両方に高熱
伝導性の充填材が配合されている請求項1に記載の金属
ベース基板。 - 【請求項3】 金属製板状体の片面又は両面に熱硬化性
樹脂組成物を積層、硬化させて絶縁層を形成することに
より樹脂積層板状体を製造した後、この樹脂積層板状体
における絶縁層上に接着層を積層し、更に、予め仮着性
接着シートを片面に仮着した導体パターン層をこの導体
パターン層側が前記接着層に接するように積層して接着
層上に導体パターン層を接着した後、仮着性接着シート
を導体パターン層より剥離することを特徴とする金属ベ
ース基板の製造方法。
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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---|---|
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