JP2012114314A

JP2012114314A - 放熱基板及び電子部品

Info

Publication number: JP2012114314A
Application number: JP2010263214A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yashima; 克憲八島; Seiichi Yamazaki; 清一山崎
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP5749477B2

Abstract

【課題】本発明に係る放熱基板及び電子部品は、高熱伝導性及び高熱放射性を有し、これにより熱に起因する部品の誤作動、性能の低下や劣化、さらには信頼性低下が生じ難くなった。
【解決手段】本発明に係る放熱基板は、金属板としての金属シート３、硬化層２と、接着層１の順で積層された放熱基板である。硬化層２がＣステージ状で放熱性を有する。硬化層２の接着層側の表面が表面粗さ０．１μｍ以上２０μｍ以下である。接着層１がＢステージ状である。硬化層及び接着層が、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機フィラーからなり、硬化層の示差走査型熱量計から計算した硬化率が９０％以上であり、接着層の硬化率が１０％以上７５％以下であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品と半導体素子の外周を封止した熱硬化性樹脂を有する放熱基板及び電子部品に関する。

モールド樹脂で成形された電子部品としては、特許文献１や特許文献２がある。これら電子部品は、近年の電子部品のハイパワー化に対応するための絶縁性の向上、放熱性の向上が図られている。

特開２００５−１５０５９５公報特開２００４−１６５２８１公報

本発明は、接着層と硬化層の界面の破壊を低減させしたことにより接着層と硬化層の絶縁性を高めることができた放熱基板及び電子部品である。

本発明は、金属板と、硬化層と、接着層との順で積層され、硬化層がＣステージ状で放熱性を有し、硬化層の接着層側の表面が表面粗さ０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、接着層がＢステージ状である放熱基板である。

放熱基板の硬化層及び接着層は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機フィラーからなり、硬化層の示差走査型熱量計から計算した硬化率が９０％以上であり、接着層の硬化率が１０％以上７５％以下であるのが好ましい。

放熱基板の硬化層が同一の素材で多層化されたものであるのが好ましい。

硬化層及び接着層が熱硬化型であるのが好ましい。

無機フィラーが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素の１種以上からなり、無機フィラーの充填率が４５体積％以上８５体積％以下であることが好ましい。

他の観点からの発明は、上述の放熱基板と、放熱基板の絶縁層上に搭載されたリードフレームを有する電子部品である。

他の観点からの発明は、前記電子部品と、リードフレームに電気的に接続された半導体素子と、電子部品と半導体素子の外周を封止した熱硬化性樹脂を有する電子部品である。

本発明に係る放熱基板及び電子部品は、高熱伝導性及び高熱放射性を有し、これにより熱に起因する部品の誤作動、性能の低下や劣化、さらには信頼性低下が生じ難くなった。

本発明に係る放熱基板を模式的に示した説明図

１接着層
２硬化層
３金属シート

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

電子部品に用いる放熱基板とモールド樹脂は、双方を固着させる際、高温・高圧の環境下に置かれる。その際、モールド樹脂の硬化収縮や放熱基板の金属板、リードフレーム及びモールド樹脂の線膨張係数が異なることにより、接着層と硬化層の界面で剥離が発生し、放熱基板の絶縁性低下すなわち電子部品の絶縁性を低下させる課題があった。

本発明は、放熱基板の硬化層表面を粗面にして、接着層と硬化層間の接着性を向上させ、の接着層側の表面が表面粗さ０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、接着層がＢステージ状である放熱基板であるため、界面の破壊を無くしたことにより接着層と硬化層の絶縁性を高めることができた。

放熱基板の用いる金属板としては、金属又はその合金が良く、熱伝導性の良好な銅や銅合金、軽量なアルミニウムやアルミニウム合金、線膨張係数が少ない鉄及び鉄合金、アルミ・珪素・炭素合金、アルミ・炭素合金、銅・炭素合金があり、表面上にアルマイト処理、粗化処理、カップリング剤、めっき処理等の各種表面処理を施すことが好ましい。

硬化層の接着層側の表面が表面粗さは、あまりにその値が小さいと電子部品を作製した際に硬化層と接着層間で剥離が発生する可能性があり、あまりにその値が大きいと粗面にするのに必要以上の時間がかかるので０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下である。

硬化層の接着層側の表面を粗面にする方法としては、電解銅箔粗化処理面の凹凸や凹凸のあるポリエチレンテレフタレート製のフィルムを転写させる方法、サンドブラスト法、アルカリ過マンガン酸塩を用いたデスミア処理、プラズマやコロナ放電といった電気的表面処理及びウオータージェットなどによる切削処理、無機フィラーを高充填させて表面に露出させる方法がある。

硬化層及び接着層に用いるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂があり、具体的には、ナフタレン型、フェニルメタン型、テトラキスフェノールメタン型、ビフェニル型、ビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリサルファイド変性エポキシ樹脂があり、これらを複数組み合わせて用いることもできる。

硬化剤としては、芳香族アミン系樹脂、酸無水物系樹脂、フェノール系樹脂及びジシアンアミドからなる群から選ばれる硬化剤の単体又は混合体がある。硬化反応を制御するために、硬化剤や触媒を添加するのが好ましい。

触媒としては、イミダゾール化合物、有機リン酸化合物、第三級アミン、第四級アンモニウムの単体又は混合体がある。配合する際の配合比は、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１質量部以上５質量部以下が好ましい。

無機フィラーとしては、電気絶縁性と熱伝導性に優れたものが好ましく、具体的には、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素の単体又は混合体がある。

無機フィラーの配合比は、硬化層及び接着層を構成する組成物の合計量に対して４５体積％以上８５体積％以下が好ましい。無機フィラーの配合比があまりに少ないと放熱性が不十分になり、あまりに多いと硬化層及び接着層の成形が難しくなる傾向にある。

これらフィラーには、カップリング剤、分散剤等の添加剤、溶剤等の粘度調整助剤、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの各種助剤を添加することが好ましい。

エポキシ樹脂、硬化材、無機フィラーには不純物が少ないことが好ましい。特に塩素イオン、ナトリウムイオン、硫酸イオンは、高温高湿下で電気を印加した際にイオンマイグレーションを起こすため、不純物の少ない材料を選択することが好ましい。

硬化層の示差走査型熱量計から計算した硬化率が９０％以上であり、接着層の硬化率が１０％以上７５％以下であることが好ましい。

硬化層は、同一素材で、単層又は複数層で形成され、複数層で形成するのが好ましい。複数層にするのが好ましい理由は、仮に一層にボイド等の形成時の不具合があったても他の硬化層によって絶縁信頼性向上させることができるためである。

硬化層及び接着層にあっては、光硬化型では樹脂モールドしてしまうと光を受けられないため、熱硬化型が好ましい。

モールド樹脂の素材は、電子部品の安定化のために絶縁シートと熱収縮率の近いものか同一のものが好ましい。モールド樹脂には、無機フィラーを充填したもの、フィラー材料の熱伝導化した放熱性を向上させたモールド樹脂を用いることが好ましい。

本発明では、硬化層を粗化することによって、樹脂モールド後も剥離が発生せず、絶縁性の良好な電子部品を得ることができた。

本発明に係る実施例を、比較例と対比して、詳細に説明する。

本発明の実施例１に係る放熱基板は、金属板としての金属シート３、硬化層２と、接着層１の順で積層され、硬化層２がＣステージ状で放熱性を有し、硬化層２の接着層側の表面が表面粗さ１．０μｍとし、接着層１がＢステージ状である放熱基板である。

＜放熱基板の製造方法＞
硬化層２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（三井化学社製ＪＥＲ−８２８）対し、硬化剤としてフェノールノボラック（明和化成社製Ｈ−８）を加え、微粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製ＡＡ０５）と粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製ＡＳ５０）を合わせて絶縁層中４５体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が８：２）となるように配合した液を、厚さ０．５ｍｍのタフピッチ銅上に、絶縁層の厚みが１００μｍに塗布した。そして、１３０℃で加熱硬化し、硬化率を９０％にして硬化層２を作製した。
このとき、硬化率測定は、示差走査型熱量計を用い、発熱ピークから硬化率を計算した。

前記硬化層２に、アルカリ過マンガン酸塩水溶液をスプレーし、硬化層２の表面粗さを１．０μｍに調整した。

前記硬化層２と同様に配合した液を、厚み１００μｍで塗布し、１１０℃で加熱硬化し、硬化率を６５％に調整し、接着層３を得た。このときの硬化層２の硬化率は１００％であった。

製造された放熱基板に対し、予め半導体チップを実装したリードフレームに加熱、接合した後、硬化させ、接合体にトランスファーモールド成型し、樹脂モールド成型した後、１６０℃で５時間追加硬化し、電子部品を得た。このときの接着層１の硬化率は１００％であった。

接着層１と硬化層２の密着性は、超音波探査装置（日立ファインテック社製ＦＳ３００ＩＩ）にて評価した。評価方法は、この装置での接着層１と硬化層２の間の密着性が悪い場合、すなわち剥離がある場合、観察画像が白くなるので、白い部分の有無で判断した。実施例１での剥離は観察されなかった。

絶縁性の評価は、半導体チップと接合しているリードフレームとアルミニウムの耐電圧をＪＩＳＣ２１１０に規定された段階昇圧法で、前記電子部品を絶縁オイル中に入れ評価した。実施例１での耐電圧は、６．０ｋＶと良好であった。

（実施例２）
厚さ０．５ｍｍのタフピッチ銅上に、硬化層２の厚みが１００μｍに塗布後、金属層１としての粗さ１９μｍの電解銅箔を貼り合わせ、加熱により硬化率を９０％にし、前記電解銅箔を化学薬品によるエッチングし硬化層２に凹凸を作製した以外は、実施例１と同様のものである。

実施例２の電子部品でも剥離がなく、耐電圧５．５ｋＶと良好な絶縁性を有していた。

（比較例）
厚さ０．５ｍｍのタフピッチ銅上に、硬化層２の厚みが１００μｍに塗布後、金属層１としての表面粗さ０．０７μｍのＳＵＳ製の鏡面板を貼り合わせ、加熱により硬化率を９０％にした。前記鏡面板を化学薬品によるエッチングし、硬化層に凹凸を作製した以外は、実施例１と同様のものである。

比較例の電子部品では絶縁層間で剥離が観察され、耐電圧４．０ｋＶであった。

Claims

金属板と、硬化層と、接着層との順で積層され、硬化層がＣステージ状で放熱性を有し、硬化層の接着層側の表面が表面粗さ０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、接着層がＢステージ状である放熱基板。
硬化層及び接着層が、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機フィラーからなり、硬化層の示差走査型熱量計から計算した硬化率が９０％以上であり、接着層の硬化率が１０％以上７５％以下である請求項１記載の放熱基板。
硬化層が、同一の素材で多層化されて形成された請求項１又は２記載の放熱基板。
硬化層及び接着層が熱硬化型である請求項１乃至３のいずれか一項記載の放熱基板。
無機フィラーが、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素の１種以上からなり、無機フィラーの充填率が４５体積％以上８５体積％以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放熱基板。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放熱基板と、放熱基板の絶縁層上に搭載されたリードフレーム有する電子部品。
請求項６記載の電子部品と、リードフレームに電気的に接続された半導体素子と、電子部品と半導体素子の外周を封止した熱硬化性樹脂を有する電子部品。