JP2009043881A - Heat dissipation wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器のパワー半導体等を用いた電源回路、駆動回路等に使用される放熱配線板とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat dissipation wiring board used for a power supply circuit, a drive circuit, and the like using a power semiconductor of an electronic device and a manufacturing method thereof.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、パワー半導体等を用いた電源回路や駆動回路(例えばプラズマテレビのサステイン回路等)は、更なる小型化が求められている。しかしパワー系電子部品(例えばパワー半導体素子、高輝度発光ダイオードや高出力半導体レーザ等)は大電流、高発熱を伴うため、大電流、高放熱に対応する放熱配線板の上に実装する必要がある。こうした放熱配線板の一例として、次に従来の放熱基板について説明する。 In recent years, along with demands for higher performance and miniaturization of electronic devices, further miniaturization is required for power supply circuits and drive circuits using power semiconductors (for example, sustain circuits for plasma televisions). However, power electronic components (such as power semiconductor elements, high-intensity light-emitting diodes, and high-power semiconductor lasers) involve large currents and high heat generation, so they must be mounted on a heat dissipation wiring board that supports high currents and high heat dissipation. is there. Next, a conventional heat dissipation board will be described as an example of such a heat dissipation wiring board.
図6(A)(B)は、共に従来の放熱基板を説明する断面図である。図6(A)に示すように従来の放熱基板4は、金属板1の上に絶縁層2を介して配線3が形成されていた。図6(A)において、矢印5aはリードフレーム3間の距離を示す。図6(B)は、配線3の表面に半田7により実装した発熱部品6(例えば、パワー半導体等)に発生する熱を放熱する様子を説明する断面図である。図6(B)の矢印5bに示すように、発熱部品6に発生した熱は、絶縁層3を介して、金属板1に広がる。
6A and 6B are cross-sectional views for explaining a conventional heat dissipation board. As shown in FIG. 6A, in the conventional heat dissipation substrate 4, the wiring 3 is formed on the
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかし図6(A)(B)に示した従来の構造では、配線3を高肉厚な状態を保ったままでファインパターン化(あるいは細線化)することが難しかった。特にリードフレーム3間の隙間(例えば、図6(A)の矢印5aで示す部分)を細くしようとしても(あるいは狭ギャップ化しようとしても)、従来の加工方法(例えば、金型を用いたプレス方法やエッチング方法)では、リードフレーム3の厚み程度までしか、隙間を狭くすることができなかった。その結果、配線3をファインパターン化(特に複数の配線3の隙間を狭くすること)するには、配線3の厚みを薄くする必要があった。そして配線3の厚みを薄くした状態で、パワー半導体素子や高輝度発光ダイオード等の発熱電子部品を隣接して高密度に実装した場合、パワー半導体等に発生する熱を、配線3を介して充分放熱することが難しく、更に配線3の配線抵抗が増加するという課題も発生した。そのためこうした発熱電子部品を高密度に実装することができなかった。
However, in the conventional structure shown in FIGS. 6A and 6B, it is difficult to form a fine pattern (or thin line) while keeping the wiring 3 in a high thickness state. In particular, even if the gap between the lead frames 3 (for example, the portion indicated by the
そこで本発明は、上記課題を解決するために、部品実装面の一部以上にめっき電極部を有するリードフレームと、このリードフレームの一部以上を埋め込むシート状の伝熱樹脂層と、からなる放熱配線板であって、前記リードフレームより、前記めっき電極部が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層側にはみ出している放熱配線板としたものである。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention includes a lead frame having a plated electrode portion on a part or more of a component mounting surface, and a sheet-like heat transfer resin layer in which part or more of the lead frame is embedded A heat dissipation wiring board, wherein the plating electrode portion protrudes from the lead frame to the heat transfer resin layer side by 3 microns or more.
以上のように本発明によれば、パワー半導体は高輝度発光ダイオード等の発熱電子部品は、リードフレームの上に形成しためっき電極部の上に、半田付け等で実装することになる。そしてリードフレームより、めっき電極部を3ミクロン以上、伝熱樹脂層側にはみ出させることで、配線パターン間の隙間を細くでき(あるいは狭ギャップ化でき)、その分、配線部分の電気抵抗を小さくしたり、めっき電極部を介したヒートスプレッド効果(熱拡散効果)を発揮させることができる。 As described above, according to the present invention, the power semiconductor and the heat generating electronic component such as the high-intensity light emitting diode are mounted on the plated electrode portion formed on the lead frame by soldering or the like. And, by making the plating electrode part protrude beyond the heat transfer resin layer side by 3 microns or more from the lead frame, the gap between the wiring patterns can be narrowed (or narrowed), and the electrical resistance of the wiring part is reduced accordingly. Or a heat spread effect (thermal diffusion effect) via the plating electrode part can be exhibited.
更に、リードフレームと、その上に形成しためっき電極部の両方を、伝熱樹脂層に埋め込むことで、めっき電極部上に実装した電子部品に発生した熱を、めっき電極部のみならずリードフレーム部分からも効率的に伝熱樹脂層に放熱する(あるいはヒートスプレッドする)ことができ、更にめっき電極部による配線抵抗の低減効果も得られ、各種発熱電子部品の放熱効果を高められる。 Furthermore, by embedding both the lead frame and the plating electrode part formed thereon in the heat transfer resin layer, the heat generated in the electronic components mounted on the plating electrode part can be transmitted not only to the plating electrode part but also to the lead frame. The heat can be efficiently radiated (or heat spread) from the portion to the heat transfer resin layer, and further, the effect of reducing the wiring resistance by the plated electrode portion can be obtained, and the heat radiating effect of various heat generating electronic components can be enhanced.
なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成型金型等を用いて行われる。但し説明するために必要な場合以外は、成型金型は図示していない。また図面は模式図であり、各位置関係を寸法的に正しく示したものではない。 Note that some of the manufacturing steps shown in the embodiment of the present invention are performed using a molding die or the like. However, the molding die is not shown unless it is necessary for explanation. Further, the drawings are schematic views and do not show the positional relations in terms of dimensions.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
図1は、実施の形態1における放熱配線板を説明する切り欠き図である。図1において、11は放熱配線板、12は金属板、13は伝熱樹脂層、14はリードフレーム、15はめっき電極部、16は絶縁樹脂層である。 FIG. 1 is a cutaway view illustrating a heat dissipation wiring board according to the first embodiment. In FIG. 1, 11 is a heat dissipation wiring board, 12 is a metal plate, 13 is a heat transfer resin layer, 14 is a lead frame, 15 is a plating electrode portion, and 16 is an insulating resin layer.
図1において、リードフレーム14は、銅板等を金型やプレスで所定パターン形状に加工したものである。そしてリードフレーム14の一部以上は、伝熱樹脂層13に埋め込んでいる。これはリードフレーム14と伝熱樹脂層13の接触面積を増やすことで、リードフレーム14の放熱性を高め(あるいはリードフレーム14と伝熱樹脂層13との接合強度を高め)、高肉厚のリードフレーム14を用いても、その実装面にリードフレーム14の厚みが凹凸として発生させにくい効果を得るためである。またリードフレーム14の上には、めっき電極部15を形成している。そしてめっき電極部15は、絶縁樹脂層16に埋め込んでいる。
In FIG. 1, a
ここでリードフレーム14の上に、直接、めっき電極部15を形成することで、リードフレーム14とめっき電極部15との接続部の電気抵抗を下げる効果や、お互いの熱伝導特性を高める効果が得られる。
Here, by forming the
そして、リードフレーム14の下には、シート状の伝熱樹脂層13を介して、金属板12を固定している。なお金属板12は、めっき電極部15やリードフレーム14に伝わった熱を、電子機器の筐体部分やシャーシ部分(共に図示していない)へ逃がすための接続部分に相当する。
A
以上のようにして、金属板12と、その上に形成したシート状の伝熱樹脂層13を介して固定した、部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14の一部以上が、前記伝熱樹脂層13に埋め込まれ、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出ている放熱配線板11を形成する。そしてこうして作成した放熱配線板11によって、レーザーテレビ(例えば、RGBのような光の3原色で発光するレーザーを用いた画像表示装置)等に用いられる半導体レーザー等の発熱電子部品を互いに隣接して高密度実装できるため、光学系(例えば、レンズや反射ミラー等)の小型化、低コスト化が可能になる。まためっき電極部15による放熱性(例えばヒートスプレッド効果)や配線抵抗の低減効果も得られる。
As described above, the
なお、図1において、リードフレーム14の一部以上と、めっき電極部15の一部以上を、共に伝熱樹脂層13に埋め込んでも良い。こうして金属板12と、その上に形成したシート状の伝熱樹脂層13を介して固定した、部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14の一部以上と、前記めっき電極部15の一部以上が、前記伝熱樹脂層13に埋め込まれ、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出ている放熱配線板11とすることで、リードフレーム14やめっき電極部15と、伝熱樹脂層13との接触面積を増やすことができ、放熱配線板11の放熱効果を高められる。
In FIG. 1, part or more of the
なお図1では、シート状の伝熱樹脂層13の下部には、放熱用の金属板12を形成しているが、用途に応じては、金属板12を省略しても良い。例えば部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、このリードフレーム14の一部以上を埋め込むシート状の伝熱樹脂層13と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出している放熱配線板11を作成することで、放熱配線板11の薄層化が可能となる。
In FIG. 1, a
なお図1において、絶縁樹脂層16を、伝熱樹脂層13(あるいは第2の伝熱樹脂層としても良い。なお第2の伝熱層と、伝熱樹脂層13を同じ部材としても良いが、必要に応じてその組成や無機フィラーの粒径や重量%を変更しても良い。なお第2の絶縁樹脂層は図示していない)に置き換えることもできる。こうして、部品実装部の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、このリードフレーム14の一部以上と前記めっき電極部15の一部以上とを埋め込む伝熱樹脂層13と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14より前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出している放熱熱配線板を作成する。こうすることで、リードフレーム14やめっき電極部15と、伝熱樹脂層13との接触面積を増やすことができ、放熱配線板11の放熱効果を高められる。
In FIG. 1, the
次に図2を用いて、実施の形態における放熱配線板11の放熱メカニズムについて説明する。
Next, the heat dissipation mechanism of the heat
図2は、実施の形態1における放熱配線板11の放熱メカニズムを説明する断面図である。図2において、17は発熱部品であり、例えばパワー半導体(パワートランジスタやパワーFET)、高輝度LEDや半導体レーザ等である。18は半田であり、発熱部品17をめっき電極部15に実装している。なお半田18の代わりに、ワイヤーやバンプ、導電性接着剤や溶接、GGI(Gold Gold Interfaceの略)等の実装方法を選んでも良い。19a〜19dは共に矢印である。図2において、矢印19aは発熱部品17に発生した熱が、半田18等を介して、めっき電極部15やリードフレーム14へ伝熱(更にはヒートスプレッド)する様子を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a heat dissipation mechanism of heat
次に図2の矢印19b、19cを用いて、リードフレーム14とめっき電極部15の形状について説明する。図2の矢印19bは、リードフレーム14の上に形成しためっき電極部15の伝熱樹脂層13側へのはみ出し部分の寸法を示す。図2の矢印19cは、めっき電極部15の隙間の寸法を示す。実施の形態1では、図2の矢印19bに示すように、リードフレーム14の表面(あるいは部品実装面)に形成しためっき電極部15が、伝熱樹脂層13側へはみ出ており、その分、めっき電極部15の隙間(例えば図2の矢印19cで示す部分)を狭くできる。
Next, the shapes of the
図2において、矢印19bで示す長さは、3ミクロン以上(望ましくは10ミクロン以上、更には20ミクロン)が望ましい。矢印19bで示すはみ出し長さが、3ミクロン未満の場合、隣接する配線の隙間のファインパターン化の効果が得られない場合がある。
In FIG. 2, the length indicated by the
図2において、矢印19dは、リードフレーム14の部品実装面の一部以上に形成しためっき電極部15の厚みを示している。図2において、矢印19dで示すめっき電極部15の厚みは、3ミクロン以上が望ましい。3ミクロン未満では、矢印19bで示した、はみ出し量が少なくなる場合があるためである。まためっき電極部15の厚みが3ミクロン未満の場合、めっき電極部15を介したヒートスプレッド効果が得られにくい場合もある。
In FIG. 2, an
このように従来の構造(例えば図6(A)(B)の矢印5aで示したリードフレーム3の隙間を有する従来構造)に比べ、図2で示した実施の形態1の構造では、矢印19bで示す分だけ、その隙間を狭くできる。その結果、矢印19aで示しためっき電極部15を介した伝熱性(更にはヒートスプレッド効果)や電気伝導率を高めることができる。
Thus, compared with the conventional structure (for example, the conventional structure having the gap of the lead frame 3 indicated by the
なお図1や図2に図示するように、リードフレーム14で形成した配線幅より、その上に形成しためっき電極部15の配線幅の方を、6ミクロン以上(望ましくは10ミクロン以上)太くすることが望ましい。太くするほど(更にはリードフレーム14の左右共に略同程度のはみ出し量になるように、めっき電極部15を6ミクロン以上はみ出させるようにすることで、)放熱性や作業性(例えば、後述する図5(A)(B)におけるめっき電極部15部分の表面研磨等での表面の平滑化工程)を高めることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the wiring width of the
また、リードフレーム14の厚みより、その上に形成しためっき電極部15の厚みを薄く(望ましくは1ミクロン以上薄くなるように)することが望ましい。これはリードフレーム14の厚みより、その上に形成するめっき電極部15の厚みの方を厚くする(あるいは略同じ厚みとする)場合、コストアップする可能性があるためである。つまりめっき電極部15を所定の厚み(例えば、50ミクロン、あるいは100ミクロン)とする場合、リードフレーム14の厚みはめっき電極部15より薄く(望ましくは1ミクロンより薄く)することが望ましい。なお1ミクロン未満の場合、厚み差が明確でない場合がある。例えば、リードフレーム14の厚みが300ミクロンの場合、めっき電極部15の厚みは、3ミクロン以上299ミクロン以下が望ましい。これはめっき電極部15の厚みがリードフレーム14と略同じあるいはそれより厚くすることは、製造コストを上昇させる可能性があるためである。
Further, it is desirable that the thickness of the
またこうして作成した放熱配線板11において、リードフレーム14は、銅もしくは銅合金であり、その厚みは100ミクロン以上500ミクロン以下とすることが望ましい。リードフレーム14の厚みが100ミクロン未満の場合、取扱いが難しくなる場合がある。またその厚みが500ミクロンを超えた場合、金型での加工性が低下したり、ファインパターン化が難しくなる可能性がある。なおリードフレーム14を、銅もしくは銅合金とすることで、熱伝導性を高めたり、加工性を高めたり、配線抵抗を下げることができ、用途に応じて市販品の中から適当なものを選ぶことができる。なお銅としてはタフピッチ銅、あるいは無酸素銅等を用いることで、高熱伝導性と低抵抗を両立できる。
Moreover, in the heat
まためっき電極部15の材質は、銅、ニッケル、銀、金のうちいずれか一つを主成分としたものが望ましい。具体的には、銅、ニッケル、銀、金のうちいずれか一つを80重量%以上(望ましくは90重量%以上)含むものが望ましい。銅、ニッケル、銀、金のうちいずれか一つを主成分とすることで、めっき電極部15の電気抵抗を下げ、熱伝導性を高める効果が得られる。なおめっき電極部15の厚みは、3ミクロン以上(望ましくは5ミクロン以上、更には10μm以上)が望ましい。めっき電極部15の厚みが3ミクロン未満の場合、図1に示したようなパターン間の隙間を狭める効果が得られにくい場合がある。
Further, the material of the
なお図1、図2等に示すように、複数のめっき電極部15の間は、絶縁樹脂層16等の絶縁材料を充填しておくことが望ましい。めっき電極部15の間に、絶縁材料を充填することで、めっき電極部15の間にホコリやゴミが溜まりにくくなり、絶縁性や信頼性を高められる。まためっき電極部15の厚みを、絶縁樹脂層16等で吸収することで、めっき電極部15への部品実装性を高められる。
As shown in FIGS. 1, 2, etc., it is desirable to fill an insulating material such as an insulating
次に実施の形態2として、実施の形態1で説明した放熱配線板11の製造方法の一例について説明する。
Next, as a second embodiment, an example of a method for manufacturing the heat
(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1で説明した放熱配線板11の製造方法の一例について、図3〜図5を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an example of a method for manufacturing the heat
図1や図2に示した放熱配線板11は、少なくともリードフレーム14を用意する工程と、このリードフレーム14の一部以上を伝熱樹脂層13に埋め込む工程と、この伝熱樹脂層13から露出した(あるいは露出させた)リードフレーム14の表面の一部以上にめっき電極部15を形成する工程と、この複数のめっき電極部15同士の隙間に、伝熱樹脂層13や絶縁樹脂層16を充填する工程と、を含む工程によって作成できる。
The heat
図3(A)〜(C)は、共にリードフレーム14を伝熱樹脂層13に埋め込む様子を説明する断面図である。図3(A)〜(C)において、20はフィルムである。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating how the
まず所定形状に加工したリードフレーム14を用意する。リードフレーム14は、銅板(例えば、タフピッチ銅や無酸素銅等の銅板)を、金型等で所定形状にプレス加工したものを使うことができる。そして図3(A)に示すように、伝熱樹脂層13の上に、リードフレーム14をセットし、必要に応じてフィルム20等を介して、矢印19に示すように、プレスや金型(共に図示していない)で加圧、加熱し一体化する。そして図3(B)に示すように、この加圧、加熱によって、伝熱樹脂層13が軟化し、リードフレーム14の隅々まで流れ込ませる。そして金属板12と、リードフレーム14とを、途中に挟んだシート状の伝熱樹脂層13を介して、一体化する。
First, a
図3(C)は、プレスが終了した後の様子を示す断面図である。プレス終了後、フィルム20を、矢印19に示すように剥離する。なおフィルム20は、金属板12側にも挿入しておくことで、その面での金型(図示していない)への伝熱樹脂層13の汚れとしての付着防止が可能となる。なお金属板12を省略することで、リードフレーム14で伝熱樹脂層13とからなる放熱配線板11(例えば図1から、金属板12を省いた形状)を作成することができる。また金属板12の代わりに、他の熱伝導性の高い部材(例えば、セラミック基板やグラファイトシート、ヒートパイプ等)を用いても良い。
FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state after the press is completed. After the press is completed, the
図3(A)〜(C)に示すように、フィルム20を用いてプレス、一体化することで、金型(図示していない)の表面に、伝熱樹脂層13が汚れとして付着することを防止できる。図3(C)の後、伝熱樹脂層13から露出したリードフレーム14の表面を研磨することが望ましい。こうすることでリードフレーム14の表面に付着した汚れ等(めっきの付着強度に影響を与える場合がある)を除去する。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the heat
次に、図4(A)(B)を用いて、リードフレーム14の上に、めっき電極部15を形成する様子を説明する。図4(A)(B)は、リードフレーム14の上に、めっき電極部15を形成する様子を説明する断面図である。図4(A)は、めっき電極部15の成長の初期段階、図4(B)はめっき電極部15の成長が完了した状態を示す。
Next, how the
図4(A)(B)の矢印19a〜19dは、めっき電極部15が立体的に成長するにつれて、リードフレーム14より、めっき電極部15が平面方向に広がる様子を示す。例えば、めっき条件(めっき液、電流密度、温度、添加剤等)によって、ある程度積極的に、めっき電極部15を厚み方向に成長させたり、幅方向(例えば図4(A)の矢印19aで示す方向)に成長させることも可能である。なお図4(A)(B)は、厚み方向及び幅方向に等方性にめっきを成長させた例を示す。図4(A)(B)に示すようにしてめっき電極部15を成長させる。なおめっき電極部15の表面は、必ずしも平滑となる必要は無い(多少の凹凸等が発生しても良い)。これは図5(A)(B)で示すように、めっき電極部15の表面を研磨するためである。
ここでリードフレーム14として、銅(あるいは銅合金)を用いた場合、めっき電極部15を銅(あるいはニッケル、銀、金でも可能)とすることが望ましい。同じ金属材料とすることで、互いの密着性や熱膨張係数をマッチングさせやすい。またガルバノ電位に起因する電池効果(あるいは電池効果による腐食等)を防止できる。めっき電極部15の形成方法としては、無電解めっきや電気めっきを用いることができる。またこれらを組み合わせても良い。例えば最初は無電解めっきとし、その後、めっき速度の大きい電気めっきを行っても良い。なお図4(A)(B)において、めっき浴、めっき槽、めっき設備等は図示していない。
Here, when copper (or a copper alloy) is used as the
なおリードフレーム14の配線パターンを、一体物(いわゆる一筆書きのパターンであり、複数の配線パターン間が絶縁されていないものを言う)とすることで、リードフレーム14の一端にめっき用の導通電極を取り付けるだけで、効率的な電気めっきを行うことができる。なおリードフレーム14の配線パターンが、一体物でない場合(例えば、複数の配線パターンの間が絶縁されているもの)、無電解めっきを用いることができる。あるいは絶縁されたパターンに、個別めっき用の導通電極を取り付けることで、電気めっきすることもできる。こうして所定の厚みになるまで、めっき電極部15を形成する。
It is to be noted that the wiring pattern of the
次に図5(A)(B)を用いて、めっき電極部15の隙間を絶縁する様子を説明する。図5(A)(B)は、共にリードフレーム14の上に形成しためっき電極部15の隙間を絶縁樹脂層16で絶縁する様子を説明する断面図である。
Next, the manner in which the gaps between the plating
まず図5(A)に示すように、めっき電極部15を覆うように、あるいは複数のめっき電極部15の隙間を充填するように、絶縁樹脂層16を形成する。なお絶縁樹脂層16としては、市販のソルダーレジストや絶縁樹脂材料、あるいは絶縁樹脂層16に使用した部材を用いることができる。そして絶縁樹脂層16をある程度硬化させた後(完全に硬化させても良いが、硬化状態によっては、次の研磨や切削状態でリードフレーム14で絶縁樹脂層16との間に剥がれが生じる場合がある。この場合、絶縁樹脂層16を半硬化状態とし、研磨や切削が終了した後で、完全硬化させても良い。ここで半硬化状態とはプリント配線板に使われるプリプレグ等のBステージ状態を言う)、絶縁樹脂層16の表面を研磨や切削で除去し、絶縁樹脂層16からめっき電極部15を露出させる。こうして、隣接しためっき電極部15の隙間を絶縁樹脂層16で絶縁すると共に、めっき電極部15を絶縁樹脂層16に埋め込む。この結果、めっき電極部15の厚みが、放熱配線板11の表面に凹凸として表れないため、めっき電極部15の高肉厚化が可能となる。その後、必要に応じて、ソルダーレジスト等を形成する(ソルダーレジスト等の形成工程等は図示していない)。
First, as shown in FIG. 5A, the insulating
なおめっき電極部15の上に、更に半田めっきや錫めっき、金めっき等を行うことで、その実装性(半田付け性、GGI実装性、GGIはGold Gold Interfaceの略であり、金金接合の意味である)等を高められる。まためっき電極部15の不要部を、ソルダーレジスト(図示していない)で覆うことで、半田付け時での不要な半田18の濡れ広がりを抑えられる。
Further, by performing solder plating, tin plating, gold plating, or the like on the
なお図5(B)(A)に示したように、複数のめっき電極部15の表面同士を、略同一(少なくとも±10ミクロン以下、望ましくは±5ミクロン以下)とすることで、複数のめっき電極部15の上に実装されるパワー半導体等の実装性を高められる。まためっき電極部15やリードフレーム14の厚みを増加しても、その厚みが放熱配線板11の表面に凹凸として発生しないため、実装後の確認作業(光学的、あるいは肉眼的)の作業性も高められる。
As shown in FIGS. 5B and 5A, the surfaces of the plurality of plating
なお図5(B)(A)に示したように、複数のめっき電極部15の表面と、このめっき電極部15の隙間に充填した絶縁樹脂層16(あるいは伝熱樹脂層13の代わりに充填した伝熱樹脂層13)の表面を、略同一(少なくとも±10ミクロン以下、望ましくは±5ミクロン以下)とすることで、その上に実装するパワー半導体等の実装性を高められる。なお略同一にするには、図5(B)で示した切削や研磨等の手法を選ぶことができる。そして複数のめっき電極部15の表面と、前記めっき電極部15の隙間に重点した絶縁樹脂層16の表面を略同一とすることで、めっき電極部15やリードフレーム14の厚みを増加しても、その厚みが放熱配線板11の表面に凹凸として発生しないため、実装後の確認作業(光学的、あるいは肉眼的)の作業性も高められる。
As shown in FIGS. 5B and 5A, the surface of the plurality of plating
なお伝熱樹脂層13と絶縁樹脂層16を同じものとする場合、なお伝熱樹脂層13に比べ、絶縁樹脂層16の方を、切削や研磨がされやすい状態(例えば、無機フィラーの添加量を少なくする、あるいは樹脂が完全硬化する前のBステージ状態、あるいは無機フィラーに切削性の高いもの、つまりモース硬度等の低いもの、あるいは柔らかいもの、あるいは無機フィラーの粒径を小さくする等)としておくことで、図5(B)の加工性を高められる。
When the heat
(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態1〜2で説明した部材について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the members described in the first and second embodiments will be described.
伝熱樹脂層13としては、熱硬化性樹脂と無機フィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることが望ましい。例えば無機フィラーを70重量%以上95重量%以下と、樹脂として熱硬化性樹脂5重量%以上30重量%以下からなる部材とすることが望ましい。
As the heat
ここで無機フィラーは略球形状で、その直径は0.1μm以上100μm以下が適当である(0.1μm未満の場合、樹脂への分散が難しくなる。また100μmを超えると伝熱樹脂層13の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。そのためこれら伝熱樹脂層13における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために70から95重量%と高濃度に充填している。特に、本実施の形態では、無機フィラーは、平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、これら伝熱樹脂層13の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。
Here, the inorganic filler has a substantially spherical shape, and its diameter is suitably 0.1 μm or more and 100 μm or less (if it is less than 0.1 μm, it becomes difficult to disperse in the resin. If it exceeds 100 μm, the heat
なお無機フィラーとしてはアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウム、酸化亜鉛からなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでいるものとすることが、熱伝導性やコスト面から望ましい。 The inorganic filler includes at least one selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, boron nitride, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and zinc oxide. Desirable from the standpoint of cost and cost.
なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱層13としての熱伝導率が1W/(m・K)以上20W/(m・K)以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が1W/(m・K)未満の場合、放熱配線板11の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を20W/(m・K)より高くしようとした場合、無機フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。
When an inorganic filler is used, the heat dissipation can be improved, but in particular when magnesium oxide is used, the linear thermal expansion coefficient can be increased. Further, when silicon oxide is used, the dielectric constant can be reduced, and when boron nitride is used, the linear thermal expansion coefficient can be reduced. Thus, the
なお熱硬化性樹脂を使う場合は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも1種類の樹脂を含んでいるものが望ましい。これはこれらの樹脂が耐熱性や電気絶縁性に優れているからである。 In addition, when using a thermosetting resin, what contains at least 1 type of resin among an epoxy resin, a phenol resin, and cyanate resin is desirable. This is because these resins are excellent in heat resistance and electrical insulation.
なおこれらに、熱軟化性の樹脂を少量(例えば伝熱樹脂層13の重量に対して0.5wt%以上5wt%以下)添加することで、成形性(例えば、金型等を用いて所定形状に仮成形した後、熱硬化炉で一括して本硬化させる等)を高められる。 In addition, by adding a small amount of thermosoftening resin (for example, 0.5 wt% or more and 5 wt% or less with respect to the weight of the heat transfer resin layer 13), moldability (for example, a predetermined shape using a mold or the like) is added. And the like are temporarily cured in a thermosetting furnace, and the like.
同様に、伝熱樹脂層13において、無機フィラーに対する濡れ改善剤(例えば、分散剤、表面処理剤、各種カップリング剤等)を添加しておくことで、伝熱樹脂層13の成形性を高められる。
Similarly, in the heat
また無機フィラーの被加工性(切削性や研磨性)を考慮することで、その作業性を高められる。例えば図5(B)において、絶縁樹脂層16に添加する無機フィラーは、モース硬度の低いもの(例えば、酸化亜鉛等)を用いることが望ましい。なお酸化亜鉛の電気伝導性が高い場合、表面処理(あるいは絶縁処理)を行うことが望ましい。少なくともその表面以上を絶縁化(あるいは高抵抗化)することで、絶縁性を確保できる。
Moreover, the workability | operativity can be improved by considering the workability (cutting property or abrasiveness) of an inorganic filler. For example, in FIG. 5B, the inorganic filler added to the insulating
次にめっき電極部15の形成方法としては、電気めっきや無電解めっきを用いることができる。
Next, as a method for forming the
ここで電気めっきとは、めっきしようとする金属(例えば銅)のイオンを含むめっき液の中に、めっきしようとするサンプル(例えば、図3(B)のサンプル。なお金属板12等の表面にめっき付着防止用のレジスト等の形成が望ましい)を入れて、陰極(マイナス極)とし、陽極(プラス極)には、めっきしようとする金属(可溶性陽極)を用いて、両極間に直流電源を用いて所定の電圧を加え、陰極側の還元反応を利用し、めっき皮膜を形成しようとするものである。なお、銅めっきを行うには、シアン化銅浴(例えば、シアン化銅:60〜80g/リットル、シアン化ナトリウム:70〜90g/リットル、水酸化ナトリウム:10〜40g/リットル)、ほうフッ化銅浴、硫酸銅浴(例えば、硫酸銅:180〜250g/リットル、硫酸:45〜65g/リットル、塩化物イオン:20〜60mg/リットル)、ピロリン酸銅浴等を用いることができる。なお、必要に応じてニッケルめっきや銀めっき、錫めっきと組合せることもできる。 Here, electroplating refers to a sample to be plated (for example, the sample in FIG. 3B) in a plating solution containing ions of a metal to be plated (for example, copper). (It is desirable to form a resist to prevent plating adhesion) and use it as the cathode (minus electrode), and the anode (plus electrode) with the metal to be plated (soluble anode), and connect the DC power supply between both electrodes A predetermined voltage is applied, and a plating film is formed by utilizing a reduction reaction on the cathode side. In order to perform copper plating, a copper cyanide bath (for example, copper cyanide: 60 to 80 g / liter, sodium cyanide: 70 to 90 g / liter, sodium hydroxide: 10 to 40 g / liter), boron fluoride A copper bath, a copper sulfate bath (for example, copper sulfate: 180 to 250 g / liter, sulfuric acid: 45 to 65 g / liter, chloride ion: 20 to 60 mg / liter), a copper pyrophosphate bath, and the like can be used. In addition, it can also combine with nickel plating, silver plating, and tin plating as needed.
無電解めっきとは、電気エネルギーの代わりに、還元剤の還元作用により金属イオンを還元し、めっき反応を行わせるものである。例えば無電解めっきを用いる場合、硫酸銅:10g/リットル、ホルマリン:20mL/リットル、水酸化ナトリウム:10g/リットル、EDTA4Na:25g/リットルからなるめっき液(浴)を用いることができる。なおホルマリンは還元剤、EATA4Naは、銅イオンの安定化剤となる。また必要に応じて、リンゴ酸、コハク酸、酢酸、グリシン等の錯化剤や、pH緩衝材、触媒毒を押さえるための微量金属イオン等を添加することができる。まためっき電極部15に含まれる微量成分(例えば、リン等)を調整することで、めっき電極部15の硬度を最適化できる。
In electroless plating, metal ions are reduced by a reducing action of a reducing agent instead of electric energy to cause a plating reaction. For example, when using electroless plating, a plating solution (bath) composed of copper sulfate: 10 g / liter, formalin: 20 mL / liter, sodium hydroxide: 10 g / liter, EDTA4Na: 25 g / liter can be used. Formalin is a reducing agent, and EATA4Na is a copper ion stabilizer. Further, if necessary, a complexing agent such as malic acid, succinic acid, acetic acid, glycine, a pH buffering material, trace metal ions for suppressing catalyst poison, and the like can be added. Moreover, the hardness of the
なおめっき電極部15を銅(Cu)以外の材料とする場合、例えばニッケル(Ni)や、銀(Ag)、金(Au)を主成分とする場合、それに応じためっき液を選ぶことができる。
When the
こうして、部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、このリードフレーム14の一部以上を埋め込むシート状の伝熱樹脂層13と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出している放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
Thus, the heat
部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、このリードフレーム14の一部以上と、前記めっき電極部15の一部以上とを、埋め込む伝熱樹脂層13と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出している放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
A
金属板12と、その上に形成したシート状の伝熱樹脂層13を介して固定した、部品実装面の一部以上にめっき電極部を有するリードフレーム14と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14の一部以上が、前記伝熱樹脂層13に埋め込まれ、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出ている放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
A heat
金属板12と、その上に形成したート状の伝熱樹脂層13を介して固定した、部品実装面の一部以上にめっき電極部15を有するリードフレーム14と、からなる放熱配線板11であって、前記リードフレーム14の一部以上と、前記めっき電極部15の一部以上が、前記伝熱樹脂層13に埋め込まれ、前記リードフレーム14より、前記めっき電極部15が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層13側にはみ出ている放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
A heat
リードフレーム14による配線幅より、その上に形成しためっき電極部15の配線幅の方が、6ミクロン以上太いことを特徴とする放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
By providing the heat dissipating
リードフレーム14の厚みより、その上に形成しためっき電極部15の厚みの方が、薄いことを特徴とする放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
By providing the heat dissipating
リードフレーム14は、銅もしくは銅合金であり、その厚みは100ミクロン以上500ミクロン以下である放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
The
めっき電極部15は、銅を80重量%以上含むものであり、その厚みは3ミクロン以上である放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
The plated
複数のめっき電極部15の間に、絶縁樹脂層16や伝熱樹脂層13等からなる絶縁材料が充填されている放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
By providing the heat dissipating
複数の互いに絶縁されためっき電極部15の表面同士が、略同一平面である放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
By providing the heat dissipating
複数のめっき電極部15の表面と、前記めっき電極部15の隙間に充填した絶縁樹脂層16や伝熱樹脂層13等からなる絶縁材料の表面とが、互いに略同一平面である放熱配線板11を提供することで、部品実装面に実装した発熱部品17等の放熱性を高められる。
The surface of the plurality of plating
少なくとも、リードフレーム14を用意する工程と、前記リードフレーム14の一部以上を伝熱樹脂層13に埋め込む工程と、前記伝熱樹脂層13から露出した前記リードフレーム14の一部以上にめっき電極部15を形成する工程と、前記めっき電極部15同士の隙間に、伝熱樹脂層13や絶縁樹脂層16等からなる絶縁材料を充填する工程を含むことで、放熱性に優れた放熱配線板11を製造することができる。
At least a step of preparing a
以上のように、本発明にかかる放熱配線板とその製造方法によって、電源装置、プラズマテレビ、液晶テレビ、あるいは車載用各種電装品、あるいは産業用の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。 As described above, the heat dissipation wiring board and the manufacturing method thereof according to the present invention make it possible to reduce the size and performance of a power supply device, a plasma television, a liquid crystal television, various in-vehicle electrical components, or a device that requires industrial heat dissipation. Can be realized.
11 放熱配線板
12 金属板
13 伝熱樹脂層
14 リードフレーム
15 めっき電極部
16 絶縁樹脂層
17 発熱部品
18 半田
19 矢印
20 フィルム
11 Heat
Claims (12)
このリードフレームの一部以上を埋め込むシート状の伝熱樹脂層と、
からなる放熱配線板であって、
前記リードフレームより、前記めっき電極部が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層側にはみ出している放熱配線板。 A lead frame having a plated electrode portion on a part or more of the component mounting surface;
A sheet-like heat transfer resin layer embedding a part or more of the lead frame;
A heat dissipation wiring board comprising:
A heat dissipation wiring board in which the plating electrode part protrudes from the lead frame to the heat transfer resin layer side by 3 microns or more.
このリードフレームの一部以上と、前記めっき電極部の一部以上とを、埋め込む伝熱樹脂層と、
からなる放熱配線板であって、
前記リードフレームより、前記めっき電極部が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層側にはみ出している放熱配線板。 A lead frame having a plated electrode part on a part or more of the component mounting surface;
A heat transfer resin layer that embeds a part of the lead frame and a part of the plating electrode part;
A heat dissipation wiring board comprising:
A heat dissipation wiring board in which the plating electrode part protrudes from the lead frame to the heat transfer resin layer side by 3 microns or more.
からなる放熱配線板であって、
前記リードフレームの一部以上が、前記伝熱樹脂層に埋め込まれ、
前記リードフレームより、前記めっき電極部が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層側にはみ出ている放熱配線板。 A lead frame having a plated electrode portion on a part or more of a component mounting surface, which is fixed via a metal plate and a sheet-like heat transfer resin layer formed thereon,
A heat dissipation wiring board comprising:
Part or more of the lead frame is embedded in the heat transfer resin layer,
A heat dissipation wiring board in which the plating electrode part protrudes from the lead frame to the heat transfer resin layer side by 3 microns or more.
からなる放熱配線板であって、
前記リードフレームの一部以上と、前記めっき電極部の一部以上が、前記伝熱樹脂層に埋め込まれ、
前記リードフレームより、前記めっき電極部が3ミクロン以上、前記伝熱樹脂層側にはみ出ている放熱配線板。 A lead frame having a plated electrode portion on a part or more of a component mounting surface, which is fixed via a metal plate, and a tote-shaped heat transfer resin layer formed thereon,
A heat dissipation wiring board comprising:
Part or more of the lead frame and part or more of the plating electrode part are embedded in the heat transfer resin layer,
A heat dissipation wiring board in which the plating electrode part protrudes from the lead frame to the heat transfer resin layer side by 3 microns or more.
リードフレームを用意する工程と、
前記リードフレームの一部以上を伝熱樹脂層に埋め込む工程と、
前記伝熱樹脂層から露出した前記リードフレームの一部以上にめっき電極部を形成する工程と、
前記めっき電極部同士の隙間に、伝熱樹脂層もしくは絶縁材料を充填する工程を含む放熱配線板の製造方法。 at least,
Preparing a lead frame;
Embedding part or more of the lead frame in a heat transfer resin layer;
Forming a plating electrode portion on a part or more of the lead frame exposed from the heat transfer resin layer;
A method for manufacturing a heat dissipation wiring board, comprising a step of filling a gap between the plating electrode portions with a heat transfer resin layer or an insulating material.
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---|---|---|---|---|
JP2009044027A (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Heat radiation package and semiconductor device |
WO2013069232A1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-05-16 | パナソニック株式会社 | Wiring board and light emitting device using same, and manufacturing method for both |
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