JP3418617B2 - Heat conductive substrate and semiconductor module using the same - Google Patents
Heat conductive substrate and semiconductor module using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電気・電子機
器に用いられる回路基板およびそれを用いた半導体モジ
ュールに関するものであり、特にパワーエレクトロニク
ス分野など、放熱性を強く要求される機器に好適な熱伝
導基板に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit board used in various electric and electronic devices and a semiconductor module using the same, and is particularly suitable for devices in which heat dissipation is strongly required, such as in the field of power electronics. The present invention relates to a heat conductive substrate.
【0002】[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いる。その結果、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。回路基板
の放熱性を改良する技術として、従来のガラス−エポキ
シ樹脂によるプリント基板に対し、銅やアルミニウムな
どの金属板を使用し、この金属板の片面もしくは両面に
電気絶縁層を介して回路パターンを形成する金属ベース
基板が知られている。またより高熱伝導性を要求される
場合は、アルミナや窒化アルミなどのセラミック基板に
銅板をダイレクトに接合した基板が利用されている。比
較的小電力な用途には、金属ベース基板が一般的に利用
されるが、熱伝導を良くするため電気絶縁層が薄くなけ
ればならず、回路パターン−金属板間でノイズの影響を
受けやすいことと、絶縁耐圧に課題を有している。2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for higher performance and smaller size of electronic equipment, higher density and higher functionality of semiconductors have been demanded. As a result, in order to mount them, it is desired that the circuit board also has a small size and high density. As a result, it has become important to design the circuit board in consideration of heat dissipation. As a technique to improve the heat dissipation of the circuit board, a metal plate such as copper or aluminum is used for the conventional glass-epoxy resin printed circuit board, and a circuit pattern is formed on one or both sides of this metal plate with an electrical insulation layer interposed. There is known a metal-based substrate that forms a substrate. Further, when higher thermal conductivity is required, a substrate in which a copper plate is directly bonded to a ceramic substrate such as alumina or aluminum nitride is used. A metal base substrate is generally used for relatively low power applications, but the electrical insulating layer must be thin in order to improve heat conduction, and is susceptible to noise between the circuit pattern and the metal plate. And the dielectric strength.
【0003】これらの問題を解決するため、近年樹脂中
に熱伝導性の良いフィラーを充填した組成物を電極であ
るリードフレームと一体化した基板が提案されている。
このような組成物を用いた基板としては、たとえば特開
平10−173097号広報に提案されている。その熱
伝導基板の製造方法を図7に示す。それによると無機質
フィラーと熱硬化性樹脂とを少なくとも含む混合物スラ
リーを造膜してシート状の熱伝導混合物72を作製し、
それを乾燥させた後、図7(a)に示すようにリードフ
レーム71と重ねあわせ、次いで図7(b)に示すよう
に加熱加圧してシート状の熱伝導混合物72を硬化させ
電気絶縁層73とした熱伝導基板74を作製している。In order to solve these problems, in recent years, there has been proposed a substrate in which a resin-filled composition having a good thermal conductivity is integrated with a lead frame which is an electrode.
A substrate using such a composition is proposed in, for example, JP-A-10-173097. The manufacturing method of the heat conductive substrate is shown in FIG. According to this, a mixture slurry containing at least an inorganic filler and a thermosetting resin is formed into a film to prepare a sheet-shaped heat conduction mixture 72,
After it is dried, it is superposed on the lead frame 71 as shown in FIG. 7 (a), and then heated and pressed as shown in FIG. 7 (b) to cure the sheet-like heat conduction mixture 72 to cure the electrically insulating layer. The heat conducting substrate 74 is set to 73.
【0004】このような放熱性を高めることを目的とし
た基板においては、この基板を用いて作製した半導体モ
ジュールを外部の放熱部材に接触させ、半導体および各
部品から発生した熱を速やかに外部放熱部材に伝達し、
半導体および各部品の温度が一定の値を超えないように
して使用することが一般的である。またこの目的のた
め、基板の外部放熱部材との接触面には熱伝導率の高い
放熱板を設けることが多い。In a substrate intended to improve such heat dissipation, a semiconductor module manufactured using this substrate is brought into contact with an external heat dissipation member to quickly dissipate heat generated from the semiconductor and each component to the outside. Transmitted to the member,
It is common to use the semiconductor and each component so that the temperature does not exceed a certain value. For this purpose, a heat dissipation plate having a high thermal conductivity is often provided on the contact surface of the substrate with the external heat dissipation member.
【0005】この場合、回路基板の放熱板と外部放熱部
材をしっかり固定することと、これらを十分に接触さ
せ、その間の熱抵抗を小さくすることが重要である。半
導体モジュールを外部放熱部材に固定する方法として
は、ねじ止めなどが一般的に行われており、半導体モジ
ュールの四隅あるいは辺の部分、すなわち回路基板の四
隅および/または辺の部分にねじ穴や貫通孔を設け、外
部放熱部材に固定する。また、回路基板と外部放熱部材
との熱抵抗を小さくするためには、その間に熱伝導性の
比較的良いシリコーンコンパウンドなどを薄く塗布して
から固定することが一般的である。In this case, it is important to firmly fix the heat radiating plate of the circuit board and the external heat radiating member, and to sufficiently contact them to reduce the thermal resistance between them. As a method of fixing the semiconductor module to the external heat dissipation member, screwing or the like is generally performed, and screw holes or through holes are formed at four corners or sides of the semiconductor module, that is, four corners and / or sides of the circuit board. A hole is provided and fixed to the external heat dissipation member. Further, in order to reduce the thermal resistance between the circuit board and the external heat dissipation member, it is common to apply a thin silicone compound or the like having relatively good thermal conductivity between them and then fix them.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このようにして回路基
板もしくはそれを用いた半導体モジュールを外部放熱部
材に固定すると同時に接触性を高め、熱抵抗を小さくす
るためには、回路基板の平面度が重要になる。回路基板
のそりが大きい場合、必然的に両者間に隙間が生じ、そ
の間の熱抵抗が高くなるからである。特に回路基板がそ
の放熱板側からみて凹方向に反っている場合、そのそり
が大きければ基板を外部放熱部材に固定する四隅あるい
は辺では接触していても、その中央部分では接触してお
らず、その結果熱抵抗が高くなり、モジュールの温度が
高くなりすぎて動作異常や部品の故障が発生しやすくな
るという課題を有していた。逆に、回路基板がその放熱
板側から見て凸方向に反っている場合、回路基板と外部
放熱部材との接触性は良好になるが、固定するときにそ
の間に応力が発生し、絶縁層の割れやクラックが発生し
たり、配線パターンあるいは放熱板と絶縁層との間で剥
離が発生するという課題を有していた。As described above, in order to fix the circuit board or the semiconductor module using the circuit board to the external heat dissipation member, and at the same time to improve the contact property and reduce the thermal resistance, the flatness of the circuit board is required. Becomes important. This is because when the warpage of the circuit board is large, a gap is inevitably formed between the two and the thermal resistance between them becomes high. Especially when the circuit board is warped in the concave direction when viewed from the heat dissipation plate side, if the warp is large, it does not contact at the center part even if it contacts at the four corners or sides that fix the board to the external heat dissipation member. As a result, there is a problem that the thermal resistance becomes high and the temperature of the module becomes too high, so that an operation abnormality or a component failure is likely to occur. Conversely, if the circuit board is warped in the convex direction when viewed from the heat dissipation plate side, the contact between the circuit board and the external heat dissipation member will be good, but stress will occur between them when fixing, and the insulating layer There is a problem that cracks and cracks occur, and peeling occurs between the wiring pattern or the heat sink and the insulating layer.
【0007】また、半導体モジュールの回路基板を外部
放熱部材に固定する工程は通常室温で行われるが、回路
基板は異なる材料を層状に積層した構造体であるため、
温度により基板のそりが変化する。このため、回路基板
の固定時には外部放熱部材とほぼ十分な接触が得られて
いたにもかかわらず、半導体モジュールの動作時におい
ては温度上昇により基板にそりが生じてその接触が失わ
れ、半導体モジュールの熱暴走につながるという課題が
あった。Further, the step of fixing the circuit board of the semiconductor module to the external heat radiation member is usually performed at room temperature, but since the circuit board is a structure in which different materials are laminated in layers,
The warpage of the substrate changes depending on the temperature. Therefore, although the contact with the external heat radiation member was almost sufficient when the circuit board was fixed, the board was warped due to the temperature rise during the operation of the semiconductor module, and the contact was lost. There was a problem that led to the thermal runaway of.
【0008】さらに、温度によって基板のそりが変化す
る場合、そりの変化が大きければ基板を外部放熱部材に
固定したときに基板に発生する応力が大きくなり、その
結果基板のわれやクラックが発生し、絶縁不良になった
り、信頼性が低下したりするという課題があった。Further, in the case where the warp of the substrate changes depending on the temperature, if the change of the warp is large, the stress generated in the substrate when the substrate is fixed to the external heat dissipation member becomes large, and as a result, the substrate is cracked or cracked. However, there are problems such as poor insulation and reduced reliability.
【0009】本発明はこれらの課題を解決するためにな
されたものであり、回路基板を外部放熱部材に固定して
使用する際に熱抵抗を十分に低く保ち、特に装置の動作
時など高温になった際にモジュールと外部放熱部材との
接触性を強化して低い熱抵抗を維持し、しかも基板の割
れやクラックを発生させることなく信頼性の高い熱伝導
基板およびそれを用いた半導体モジュールを得ることを
目的とする。The present invention has been made in order to solve these problems, and keeps the thermal resistance sufficiently low when the circuit board is fixed to the external heat dissipation member and used, especially when the circuit board is operated at high temperature. In this case, the contact between the module and the external heat dissipation member is strengthened to maintain a low thermal resistance, and a highly reliable heat conductive substrate and a semiconductor module using it, which does not cause the substrate to crack or crack. The purpose is to get.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の熱伝導基板は、配線パターン、電気絶縁層
および放熱板を含み、前記電気絶縁層が無機質フィラー
70〜95重量%および熱硬化性樹脂を5〜30重量%含む熱
伝導混合物からなり、外部放熱部材に前記放熱板を固定
して使用される熱伝導基板であって、前記外部放熱部材
に対する前記熱伝導基板の部品実装後の室温におけるそ
りの大きさが、基板長さに対して1/500以下であり、前
記熱伝導基板の温度が上昇するに従って前記熱伝導基板
のそりが前記放熱板側に凸になる方向に変化することを
特徴とする。前記において室温とは、0℃〜40℃の範
囲を示すものとする。In order to achieve the above object, a heat conductive substrate of the present invention includes a wiring pattern, an electric insulating layer and a heat dissipation plate, and the electric insulating layer is an inorganic filler.
A heat-conducting substrate comprising a heat-conducting mixture containing 70 to 95% by weight and a thermosetting resin in an amount of 5 to 30% by weight, the heat-conducting substrate being used by fixing the heat-dissipating plate to an external heat-dissipating member. The size of the warp at room temperature after mounting the components of the heat conductive board is 1/500 or less with respect to the board length, and the warp of the heat conductive board increases as the temperature of the heat conductive board increases. It is characterized in that it changes in a convex direction. In the above, room temperature refers to a range of 0 ° C to 40 ° C.
【0011】次に本発明の半導体モジュールは、前記の
熱伝導基板に回路機能を有するための半導体素子および
受動部品が搭載され、さらに前記熱伝導基板の頂点部分
および辺部分から選ばれる部分に外部放熱部材に固定す
るためのコネクタを備えたことを特徴とする。前記コネ
クタは、ネジ止め状部材を嵌め込むことができるような
穴の形状であってもよいし、他の固定手段であってもか
まわない。Next, in the semiconductor module of the present invention, a semiconductor element and a passive component having a circuit function are mounted on the heat conducting substrate, and the heat conducting substrate is externally mounted on a portion selected from a vertex portion and a side portion. It is characterized in that a connector for fixing to the heat dissipation member is provided. The connector may be in the shape of a hole into which a screw-fastened member can be fitted, or may be another fixing means.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の熱伝導基板によれば、熱
伝導基板に搭載されている半導体装置が動作して温度が
上昇した場合でも、基板が外部放熱部材に押し付けられ
るようになる。その結果、基板と外部放熱部材との接触
が十分に得られるのみならず、その押し付ける圧力によ
って熱抵抗を低下させることも可能になり、高い放熱性
と信頼性を具備することができる。また、放熱板と外部
放熱部材との表面状態によっては、通常基板と外部放熱
部材との間に使用される放熱性のコンパウンドや樹脂シ
ートのような熱伝達部材を省略することも可能になる。According to the heat conductive substrate of the present invention, even when the semiconductor device mounted on the heat conductive substrate operates and the temperature rises, the substrate is pressed against the external heat dissipation member. As a result, not only sufficient contact between the substrate and the external heat dissipation member can be obtained, but also the thermal pressure can be lowered by the pressing pressure, and high heat dissipation and reliability can be provided. Further, depending on the surface state of the heat dissipation plate and the external heat dissipation member, it is possible to omit the heat dissipation member such as a heat dissipation compound or a resin sheet which is usually used between the substrate and the external heat dissipation member.
【0013】また、本発明の熱伝導基板は、前記外部放
熱部材に対する前記熱伝導基板の部品実装後の室温にお
けるそりの大きさが、基板長さに対して1/500以下であ
る。この範囲にある場合、基板を外部放熱部材に取り付
けた際に、その間の隙間が十分小さくなり、外部への熱
放散性が良好になる。Further, in the heat conducting board of the present invention, the size of the warp at room temperature after the component mounting of the heat conducting board to the external heat dissipation member is 1/500 or less with respect to the board length. Within this range, when the substrate is attached to the external heat dissipation member, the gap between them becomes sufficiently small, and the heat dissipation to the outside becomes good.
【0014】また、本発明の熱伝導基板は、前記熱伝導
基板の放熱板の線膨張係数が、配線パターンおよび電気
絶縁層の平均線膨張係数よりも大きいことが好ましい。
これにより、温度が上昇すると放熱板の方が配線パター
ンおよび電気絶縁層よりも寸法の伸びが大きくなり、そ
の結果熱伝導基板のそりは温度が上昇するとともに放熱
板側に凸になる。その結果、温度上昇時の基板から外部
放熱部材への熱放散性を良好にすることが可能になる。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, it is preferable that the heat dissipation plate of the heat conductive substrate has a coefficient of linear expansion larger than an average coefficient of linear expansion of the wiring pattern and the electric insulating layer.
As a result, when the temperature rises, the dimension of the heat sink becomes larger than that of the wiring pattern and the electric insulating layer, and as a result, the warp of the heat conducting substrate becomes convex toward the heat sink as the temperature rises. As a result, it becomes possible to improve heat dissipation from the substrate to the external heat dissipation member when the temperature rises.
【0015】また、本発明の熱伝導基板は、前記熱伝導
基板の放熱板の線膨張係数α1が、電気絶縁層のガラス
転移点以下での線膨張係数α2より大きく、かつ前記線
膨張係数α2が配線パターンの線膨張係数α3より大き
いことが好ましい。これによれば、上述したものと同様
に、温度が上昇すると放熱板の方が電気絶縁層および配
線パターンよりも寸法の伸びが大きくなり、かつ電気絶
縁層の方が配線パターンよりも寸法の伸びが大きくなる
ため、熱伝導基板のそりは温度が上昇するとともに放熱
板側に凸になって基板から外部放熱部材への熱放散性を
良好にすることができる。さらに、α2はα1とα3の
間に当たるため、この大小関係に当てはまらない場合に
比べてそれぞれの層間での線膨張係数のミスマッチによ
る応力が小さくなり、その結果破損しにくい高信頼性な
基板を得ることができる。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, the linear expansion coefficient α1 of the heat dissipation plate of the heat conductive substrate is larger than the linear expansion coefficient α2 below the glass transition point of the electrical insulating layer, and the linear expansion coefficient α2. Is preferably larger than the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern. According to this, as described above, when the temperature rises, the heat dissipation plate expands more in size than the electric insulating layer and the wiring pattern, and the electric insulating layer expands more in size than the wiring pattern. As the temperature rises, the warp of the heat conducting substrate becomes convex toward the heat radiating plate, and the heat dissipation from the substrate to the external heat radiating member can be improved. Further, since α2 falls between α1 and α3, the stress due to the mismatch of the linear expansion coefficient between the respective layers becomes smaller as compared with the case where this magnitude relationship is not satisfied, and as a result, a highly reliable substrate which is not easily damaged is obtained. be able to.
【0016】また、本発明の熱伝導基板は、電気絶縁層
を構成する熱伝導混合物の室温での弾性率が50GPa以下
であることが好ましい。熱伝導基板に発生するそりを押
さえるように外部放熱部材に固定されると、熱伝導基板
には応力がかかり、電気絶縁層である熱伝導混合物にク
ラックが発生しやすくなるが、この例によれば実使用時
にクラックが発生せず、高信頼性な基板を得ることがで
きる。In the heat conductive substrate of the present invention, it is preferable that the heat conductive mixture constituting the electric insulating layer has an elastic modulus of 50 GPa or less at room temperature. When it is fixed to the external heat dissipation member so as to suppress the warp generated in the heat conductive substrate, stress is applied to the heat conductive substrate, and cracks easily occur in the heat conductive mixture that is the electrical insulating layer. If it is not actually used, cracks do not occur and a highly reliable substrate can be obtained.
【0017】また、本発明の熱伝導基板は、電気絶縁層
に補強材が含まれていることが好ましい。さらに前記補
強材がガラス不織布であることが好ましい。補強材が含
まれることにより電気絶縁層の機械的強度や加工性が向
上し、さらに線膨張係数の大きな調整が可能になる。特
に熱伝導率やコスト、基板製造性の点から前記補強材は
ガラス不織布であることが好ましい。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, it is preferable that the electric insulating layer contains a reinforcing material. Further, it is preferable that the reinforcing material is a glass nonwoven fabric. The inclusion of the reinforcing material improves the mechanical strength and workability of the electrical insulating layer, and makes it possible to greatly adjust the linear expansion coefficient. In particular, the reinforcing material is preferably a glass nonwoven fabric from the viewpoints of thermal conductivity, cost, and substrate manufacturability.
【0018】また、本発明の熱伝導基板は、配線パター
ンがその隙間部分まで電気絶縁層に埋められて、ほぼ面
一な表面になっていることが好ましい。このような基板
は部品実装が容易であり、また実装のための半田レジス
ト処理も従来のプリント基板と同様な印刷工程が可能で
あるため、工業上有利である。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, it is preferable that the wiring pattern is filled up to the gap portion with the electric insulating layer so as to have a substantially flat surface. Such a board is easy to mount components, and the solder resist treatment for mounting can be performed in the same printing step as a conventional printed board, which is industrially advantageous.
【0019】また、本発明の熱伝導基板は、電気絶縁層
の厚さが0.4mm以上であることが好ましい。これによる
と放熱板と配線パターン間に強化絶縁が施されることに
なる。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, the thickness of the electric insulating layer is preferably 0.4 mm or more. According to this, reinforced insulation is provided between the heat sink and the wiring pattern.
【0020】また、本発明の熱伝導基板は、配線パター
ンがリードフレームからなり、かつ外部端子として使用
されることが好ましい。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, it is preferable that the wiring pattern is composed of a lead frame and is used as an external terminal.
【0021】また、本発明の熱伝導基板は、放熱板がア
ルミニウム、銅、もしくはこれらを主成分として含む合
金からなることが好ましい。Further, in the heat conductive substrate of the present invention, the heat dissipation plate is preferably made of aluminum, copper, or an alloy containing these as the main components.
【0022】また、本発明の半導体モジュールは、パワ
ーモジュールであり、スイッチング電源モジュール、D
C−DCコンバータモジュール、インバータモジュー
ル、力率改善モジュール、整流平滑モジュールからなる
郡から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
これらのモジュールは電力変換機能を有しており、通常
取り扱う電力量が大きいため発熱量が大きい。また外部
放熱部材に固定して使用することが多い。そのため本発
明の熱伝導基板を使用する効果が高くなる。The semiconductor module of the present invention is a power module, which includes a switching power supply module, D
It is preferably at least one selected from the group consisting of a C-DC converter module, an inverter module, a power factor correction module, and a rectifying / smoothing module.
These modules have a power conversion function, and generate a large amount of heat because they normally handle a large amount of power. In addition, it is often used by fixing it to an external heat dissipation member. Therefore, the effect of using the heat conductive substrate of the present invention is enhanced.
【0023】以下、本発明の熱伝導基板にかかる各実施
の形態を、図面を用いて具体的に説明する。Each embodiment of the heat conductive substrate of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【0024】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態である熱伝導基板の構成を示す断面図である。こ
の基板は、配線パターンとしてのリードフレーム11
と、電気絶縁層12と、放熱板13で構成される。電気
絶縁層12は、無機質フィラーと熱硬化性樹脂を含む熱
伝導混合物から構成される。無機質フィラー比率は、7
0〜95重量%であることが好ましく、特に85〜95
重量%であることがより好ましい。無機質フィラーの配
合比率がこの範囲より小さい場合、基板の放熱性が不良
になる。さらに無機質フィラー比率が低いと電気絶縁層
12の線膨張係数が大きくなり、温度が上昇するに従っ
て基板のそりが放熱板側に凸になるという作用が得られ
なくなる。またこの範囲より多い場合には、熱伝導樹脂
組成物の流動性が低下し、配線パターン11や放熱板1
3と一体化することが困難になる。(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a heat conductive substrate according to an embodiment of the present invention. This substrate has a lead frame 11 as a wiring pattern.
And an electric insulating layer 12 and a heat dissipation plate 13. The electric insulating layer 12 is composed of a heat conduction mixture containing an inorganic filler and a thermosetting resin. Inorganic filler ratio is 7
It is preferably from 0 to 95% by weight, particularly from 85 to 95
More preferably, it is wt%. When the compounding ratio of the inorganic filler is smaller than this range, the heat dissipation of the substrate becomes poor. Furthermore, when the inorganic filler ratio is low, the linear expansion coefficient of the electric insulating layer 12 becomes large, and it becomes impossible to obtain the effect that the warp of the substrate becomes convex toward the heat dissipation plate as the temperature rises. On the other hand, when the amount is more than this range, the fluidity of the heat conductive resin composition is lowered and the wiring pattern 11 and the heat sink 1
It becomes difficult to integrate with 3.
【0025】無機質フィラーは、絶縁性や熱伝導性に優
れたものから適宜選択すればよいが、特にAl2O3、M
gO、BN、Si3N4、AlN、SiO2およびSiC
から選ばれた少なくとも1種類の粉末を主成分として含
むことが好ましい。これらの粉末は熱伝導性に優れてお
り、高い熱放散性を持つ基板を作製することが可能にな
るからである。特にAl2O3やSiO2を用いた場合、
熱硬化性樹脂との混合が容易になる。またAlNを用い
た場合、熱伝導基板の熱放散性が特に高くなる。さらに
無機質フィラーの平均粒径は0.1〜100μmの範囲
にあることが好ましい。この範囲から外れた粒径の場
合、フィラーの充填性や基板の放熱性が低下する傾向に
なる。The inorganic filler may be appropriately selected from those having excellent insulation and thermal conductivity, and particularly Al 2 O 3 and M
gO, BN, Si 3 N 4 , AlN, SiO 2 and SiC
It is preferable to contain at least one kind of powder selected from the following as a main component. This is because these powders have excellent thermal conductivity, and it becomes possible to manufacture a substrate having a high heat dissipation property. Especially when Al 2 O 3 or SiO 2 is used,
Mixing with the thermosetting resin becomes easy. Further, when AlN is used, the heat dissipation property of the heat conductive substrate is particularly high. Further, the average particle size of the inorganic filler is preferably in the range of 0.1 to 100 μm. If the particle size is out of this range, the filling property of the filler and the heat dissipation property of the substrate tend to decrease.
【0026】熱伝導混合物中の熱硬化性樹脂の主成分と
しては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂および
イソシアネート樹脂を使用でき、これらの樹脂から少な
くとも1種類を選んで用いることが好ましい。これらの
樹脂はそれぞれ耐熱性や機械的強度、電気絶縁性に優れ
るからである。熱伝導混合物の製造方法としては、各原
料を秤量し、混合すればよい。混合の方法としては、た
とえばボールミル、プラネタリーミキサー、攪拌機を使
用できる。As the main component of the thermosetting resin in the heat conduction mixture, for example, epoxy resin, phenol resin and isocyanate resin can be used, and it is preferable to select and use at least one of these resins. This is because these resins each have excellent heat resistance, mechanical strength, and electrical insulation. As a method for producing the heat conductive mixture, the respective raw materials may be weighed and mixed. As a mixing method, for example, a ball mill, a planetary mixer or a stirrer can be used.
【0027】電気絶縁層の室温での弾性率としては、5
0GPa以下であることが好ましく、特には25GPa
以上40GPa以下であることがより好ましい。弾性率
が高すぎると電気絶縁層が堅脆くなり、基板の温度変化
やリフロー半田付けに時に応力が増大すると、クラック
などが発生しやすくなるからである。なお、本発明にお
ける室温とは0℃〜40℃の範囲を示すものとする。The elastic modulus of the electrical insulating layer at room temperature is 5
It is preferably 0 GPa or less, particularly 25 GPa
More preferably, it is 40 GPa or less. This is because if the elastic modulus is too high, the electric insulating layer becomes hard and brittle, and if the temperature of the substrate changes or stress increases during reflow soldering, cracks and the like are likely to occur. It should be noted that the room temperature in the present invention indicates a range of 0 ° C to 40 ° C.
【0028】配線パターン11としては、導電率が高い
金属であればよいが、たとえば銅、鉄、ニッケル、アル
ミニウム、あるいはそれらを主成分とする合金が使用で
き、これらは抵抗が小さい点で好ましい。配線パターン
11のパターン形成方法は特に限定されず、たとえばエ
ッチング法や打ち抜き法が使用できる。また配線パター
ン11の表面がニッケル、すず、はんだ、金、パラジウ
ムから選ばれた少なくとも1種の金属あるいは合金でめ
っきされていることが好ましい。めっきにより配線パタ
ーン11の耐食性や耐酸化性が向上し、また熱伝導樹脂
組成物との接着が良好になるため、熱伝導基板の信頼性
が向上するからである。The wiring pattern 11 may be made of a metal having a high conductivity, but copper, iron, nickel, aluminum or an alloy containing them as a main component can be used, and these are preferable because of their low resistance. The pattern forming method of the wiring pattern 11 is not particularly limited, and for example, an etching method or a punching method can be used. The surface of the wiring pattern 11 is preferably plated with at least one metal or alloy selected from nickel, tin, solder, gold and palladium. This is because the plating improves the corrosion resistance and oxidation resistance of the wiring pattern 11 and improves the adhesion with the heat conductive resin composition, thereby improving the reliability of the heat conductive substrate.
【0029】さらに、配線パターン11の熱伝導樹脂組
成物と接着する面が粗化されていることが好ましい。接
着強度が向上し、信頼性が向上するからである。粗化の
方法としては特に限定されず、ブラスト処理やエッチン
グ処理などが使用できる。Furthermore, it is preferable that the surface of the wiring pattern 11 to be bonded to the heat conductive resin composition is roughened. This is because the adhesive strength is improved and the reliability is improved. The roughening method is not particularly limited, and blast treatment, etching treatment or the like can be used.
【0030】放熱板13としては、熱伝導度や熱膨張係
数によって適宜選択すればよいが、たとえばアルミニウ
ムや銅、鉄、ニッケルから選ばれた金属あるいはその合
金板が使用でき、特にはアルミニウムもしくは銅が好ま
しい。これらは線膨張係数が高く、温度が上昇するに従
って基板のそりが放熱板側に凸になる作用を起こしやす
いからである。The heat dissipation plate 13 may be appropriately selected depending on the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion. For example, a metal selected from aluminum, copper, iron, nickel or an alloy plate thereof can be used, and particularly aluminum or copper. Is preferred. This is because these have a high coefficient of linear expansion, and as the temperature rises, the warp of the substrate tends to be convex toward the heat sink.
【0031】また、上記の加熱加圧時には、熱伝導混合
物がリードフレームの隙間部分まで充填されほぼ面一な
表面になることが好ましい。面一になることで、基板表
面のレベリング処理や半田レジスト処理といった後加工
が容易になり、また回路パターン間に部品実装する際の
実装性が良好になるからである。Further, at the time of heating and pressurizing as described above, it is preferable that the heat conduction mixture is filled up to the gap portion of the lead frame so that the surface becomes substantially flush. This is because the flatness facilitates post-processing such as leveling processing and solder resist processing on the substrate surface, and also improves mountability when mounting components between circuit patterns.
【0032】また、電気絶縁層の厚み(配線パターン−
放熱板間の厚み)は0.4mm以上であることが好まし
い。この場合配線パターンと放熱板の間に強化絶縁が施
され、パワーエレクトロニクス分野で使用される基板と
して好適になるからである。The thickness of the electrical insulation layer (wiring pattern-
The thickness between the heat sinks) is preferably 0.4 mm or more. This is because in this case, reinforced insulation is provided between the wiring pattern and the heat dissipation plate, which is suitable as a substrate used in the field of power electronics.
【0033】図2は、図1に示した本発明の一実施の形
態である熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図であ
る。図2(a)において、21は配線パターンとなるリー
ドフレームであり、22は無機質フィラー70〜95重量%
および熱硬化性樹脂を含む熱伝導混合物であり、23は
放熱板である。これらを図2(a)に示すように重ね合わ
せて加熱加圧すると、図2(b)に示すようにリードフレ
ーム21の隙間部分まで熱伝導混合物22が充填されて
ほぼ面一な表面になると共に、熱伝導混合物22中の熱
硬化性樹脂が硬化してリジットな電気絶縁層24にな
る。同時に電気絶縁層22と放熱板23は接着され、熱
伝導基板25が得られる。なお、この後必要に応じて半
田レジスト印刷、リードフレーム切断、端子処理や部品
の半田付けなどが行われる。前記の半田レジスト印刷の
方法としては、例えば半田レジストインクをスクリーン
印刷法で印刷し、硬化させる方法が使用できる。半田レ
ジストインクとしては、例えば市販の熱硬化インクが使
用できる。前記のフレームカットは、つながっている外
部端子を分割するために行うものであり、例えば金型に
よる切断やシャーリングによる切断といった方法が使用
できる。前記端子処理を用いた方法としては、切断され
た端子を外部端子として使用するための処理が含まれ、
例えば端子の折り曲げやメッキが挙げられる。2A to 2D are cross-sectional views by step showing a method of manufacturing the heat conductive substrate according to the embodiment of the present invention shown in FIG. In FIG. 2 (a), 21 is a lead frame to be a wiring pattern, and 22 is an inorganic filler 70 to 95% by weight.
And 23 is a heat dissipation plate. When these are superposed as shown in FIG. 2 (a) and heated and pressed, as shown in FIG. 2 (b), the heat conduction mixture 22 is filled up to the gap portion of the lead frame 21 to form a substantially flush surface. At the same time, the thermosetting resin in the heat-conducting mixture 22 is cured to form the rigid electric insulating layer 24. At the same time, the electric insulating layer 22 and the heat dissipation plate 23 are adhered to each other, and the heat conductive substrate 25 is obtained. After that, solder resist printing, lead frame cutting, terminal processing, component soldering, and the like are performed as necessary. As a method of printing the solder resist, for example, a method of printing a solder resist ink by a screen printing method and curing it can be used. As the solder resist ink, for example, a commercially available thermosetting ink can be used. The frame cutting is performed to divide the connected external terminals, and a method such as cutting with a die or cutting with shirring can be used. The method using the terminal treatment includes a treatment for using the cut terminal as an external terminal,
For example, bending and plating of the terminals can be mentioned.
【0034】本実施の形態のように、配線パターンとし
てリードフレームを使用することは、配線パターンを厚
くすることができ電気抵抗をによる損失を低減できるこ
とから好ましく、また配線パターンの一部をそのまま外
部取り出し端子として利用できるため、別に外部取り出
し端子を接続する必要がないことや接続抵抗による損失
が発生しない点からも好ましい。It is preferable to use the lead frame as the wiring pattern as in this embodiment because the wiring pattern can be thickened and the loss due to the electric resistance can be reduced. Since it can be used as a lead-out terminal, it is not necessary to separately connect an external lead-out terminal, and it is preferable in that loss due to connection resistance does not occur.
【0035】(実施の形態2)図3は、本発明の別の一
実施の形態である熱伝導基板の製造方法を示す工程別断
面図である。図3(a)において、31は金属箔であ
り、32は実施の形態1と同様の熱伝導混合物であり、
33は実施の形態1と同様の放熱板である。これらを図
3(a)に示すように重ね合わせて加熱加圧すると、図
3(b)に示すように熱伝導混合物32中の熱硬化性樹
脂が硬化して電気絶縁層34になり、金属箔31および
放熱板33と接着しながら一体化される。その後図3
(c)に示すように金属箔31をパターニングして配線
パターン35とし、熱伝導基板36が完成される。な
お、この後必要に応じて半田レジスト印刷、外部取り出
し端子や部品の半田付けなどが行われるが、これらは従
来公知の技術で行うことができる。(Embodiment 2) FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views for each step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3 (a), 31 is a metal foil, 32 is the same heat conduction mixture as in the first embodiment,
Reference numeral 33 is a radiator plate similar to that of the first embodiment. When these are superposed on each other as shown in FIG. 3 (a) and heated and pressed, the thermosetting resin in the heat conduction mixture 32 is cured to become the electric insulating layer 34 as shown in FIG. The foil 31 and the heat dissipation plate 33 are bonded and integrated. Then Fig. 3
As shown in (c), the metal foil 31 is patterned into the wiring pattern 35, and the heat conductive substrate 36 is completed. After that, if necessary, solder resist printing, soldering of external lead terminals or parts, etc. are performed, but these can be performed by a conventionally known technique.
【0036】金属箔としては、実施の形態1と同様に導
電率が高い金属であればよいが、たとえば銅、鉄、ニッ
ケル、アルミニウム、あるいはそれらを主成分とする合
金が使用でき、これらは電気抵抗が小さい点で好まし
い。また、パターニングの方法は特に限定されず、たと
えば化学エッチングによる方法が使用できる。As the metal foil, a metal having a high conductivity may be used as in the first embodiment. For example, copper, iron, nickel, aluminum, or an alloy containing them as a main component can be used. It is preferable because of its low resistance. The patterning method is not particularly limited, and for example, a chemical etching method can be used.
【0037】(実施の形態3)図4は、本発明の別の一
実施の形態である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)において、離型フィルム43上
に接着層42を介して金属箔41が接着されている。こ
の金属箔41を図4(b)に示すようにパターニングし
て配線パターン44を作製し、これを反対向きにして、
図4(c)に示すように実施の形態1と同様の熱伝導混
合物45および放熱板46とこの順で配線パターン44
が熱伝導混合物45に接するようにして重ね合わせる。
これを加熱加圧することにより、図4(d)に示すよう
に熱伝導混合物45中の熱硬化性樹脂が硬化して電気絶
縁層47になり、同時に配線パターン44と放熱板46
が接着され一体化される。その後離型フィルム43およ
び接着層42を除去して、図4(e)に示すような熱伝
導基板48が完成される。なお、この場合も必要に応じ
てこの後半田レジスト印刷、外部取り出し端子や部品の
半田付けなどが行われるが、これらは従来公知の技術で
行うことができる。(Embodiment 3) FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views by process showing a method of manufacturing a heat conductive substrate according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4A, the metal foil 41 is bonded onto the release film 43 via the adhesive layer 42. This metal foil 41 is patterned as shown in FIG. 4 (b) to form a wiring pattern 44, which is turned in the opposite direction,
As shown in FIG. 4C, the heat conduction mixture 45 and the heat dissipation plate 46 similar to those of the first embodiment and the wiring pattern 44 in this order.
Are in contact with the heat-conducting mixture 45.
By heating and pressurizing this, as shown in FIG. 4D, the thermosetting resin in the heat conduction mixture 45 is cured to become the electric insulating layer 47, and at the same time, the wiring pattern 44 and the heat dissipation plate 46.
Are bonded and integrated. After that, the release film 43 and the adhesive layer 42 are removed to complete the heat conductive substrate 48 as shown in FIG. In this case as well, printing of solder resist and soldering of the external lead-out terminals and components are then performed, if necessary, but these can be performed by conventionally known techniques.
【0038】離型フィルム41としては、加熱加圧に耐
えることができ、その後除去することが可能であればよ
く、たとえばPPS(ポリフェニレンサルファイド)、
PPE(ポリフェニレンエーテル)などの合成樹脂フィ
ルムや、銅箔、アルミニウム箔などの金属箔が使用でき
る。また、接着層42としては図4(b)に示したパタ
ーニング時に金属箔41が剥離せず、かつ図4(e)に
示した工程で剥離除去することができればよく、たとえ
ばウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤などの有機接着
剤や、ニッケル燐層などの金属層が使用できる。The release film 41 may be one that can withstand heating and pressurization and can be removed thereafter. For example, PPS (polyphenylene sulfide),
A synthetic resin film such as PPE (polyphenylene ether) or a metal foil such as a copper foil or an aluminum foil can be used. Further, as the adhesive layer 42, it is sufficient that the metal foil 41 is not peeled off at the time of patterning shown in FIG. 4B and can be peeled and removed in the step shown in FIG. 4E. For example, a urethane adhesive, An organic adhesive such as an epoxy adhesive or a metal layer such as a nickel phosphorus layer can be used.
【0039】パターニングの方法は特に限定されず、た
とえば化学エッチングによる方法が使用できる。また、
図4(d)に示した加熱加圧時には、熱伝導混合物45
が充填されて配線パターン44の端面部分を覆っている
ことが好ましく、更には図1で示したものと同様に、熱
伝導混合物45が配線パターン44のパターン間にその
表面まで充填されてほぼ面一になることがより好まし
い。面一になることで、基板表面のレベリング処理や半
田レジスト処理といった後加工が容易になり、また回路
パターン間に部品実装する際の実装性が良好になるから
である。また回路パターンと電気絶縁層間の接着力が向
上するからである。The patterning method is not particularly limited, and a method such as chemical etching can be used. Also,
At the time of heating and pressurization shown in FIG.
Is preferably filled to cover the end face portion of the wiring pattern 44. Further, as in the case shown in FIG. It is more preferable that they become one. This is because the flatness facilitates post-processing such as leveling processing and solder resist processing on the substrate surface, and also improves mountability when mounting components between circuit patterns. Also, the adhesion between the circuit pattern and the electrically insulating layer is improved.
【0040】(実施の形態4)図5は、本発明の別の一
実施の形態である熱伝導基板の製造方法を示す工程別断
面図である。図5(a)において、熱伝導混合物52の
両側に上記の実施例と同様の金属箔51を用意する。こ
れらを加熱加圧して熱伝導混合物を硬化させて電気絶縁
層53とし、図5(b)に示すような金属箔51付き両
面板を作製する。次にこの両面板に図5(c)に示すよ
うな貫通孔54を設け、図5(d)に示すように貫通孔
54にめっきを施してスルーホール55を作製する。こ
の後、図5(e)に示すように両面の金属箔51をパタ
ーニングして配線パターン56を作製し、両面配線基板
57を作製する。次にこの両面配線基板57と熱伝導混
合物52および実施の形態1と同様の放熱板58を図5
(f)に示すようにこの順で重ね合わせ、加熱加圧する
と、図5(g)に示すように、熱伝導混合物52が硬化
するとともに両面配線基板57と放熱板58とが一体化
され、配線パターン56を2層持った熱伝導基板59が
完成される。なお、この場合も必要に応じてこの後半田
レジスト印刷、外部取り出し端子や部品の半田付けなど
が行われるが、これらは従来公知の技術で行うことがで
きる。(Embodiment 4) FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views by step showing a method of manufacturing a heat conductive substrate according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5A, metal foils 51 similar to those in the above embodiment are prepared on both sides of the heat conduction mixture 52. These are heated and pressed to cure the heat conduction mixture to form the electric insulating layer 53, and the double-sided plate with the metal foil 51 as shown in FIG. 5B is manufactured. Next, a through hole 54 as shown in FIG. 5C is provided in this double-sided plate, and as shown in FIG. 5D, the through hole 54 is plated to form a through hole 55. Thereafter, as shown in FIG. 5E, the metal foils 51 on both sides are patterned to form a wiring pattern 56, and a double-sided wiring board 57 is manufactured. Next, the double-sided wiring board 57, the heat conduction mixture 52, and the heat dissipation plate 58 similar to that of the first embodiment are installed in FIG.
When they are stacked in this order as shown in (f) and heated and pressed, the heat conduction mixture 52 is cured and the double-sided wiring board 57 and the heat dissipation plate 58 are integrated as shown in FIG. 5 (g). A heat conductive substrate 59 having two layers of wiring patterns 56 is completed. In this case as well, printing of solder resist and soldering of the external lead-out terminals and components are then performed, if necessary, but these can be performed by conventionally known techniques.
【0041】めっきの方法としては公知の技術で行われ
るものであればよく、たとえば電解銅めっきや無電解銅
めっきが使用できる。さらに、本実施の形態においては
両面板の層間接続方法としてめっきスルーホールを使用
しているが、必ずしもこの方法による必要はなく、たと
えば導電性ペーストによるビア形成、金属ポストによる
層間接続などの方法が使用できるまた、パターニングの
方法としては実施の形態3と同様な方法が使用できる。Any known plating technique may be used, and for example, electrolytic copper plating or electroless copper plating can be used. Furthermore, in the present embodiment, the plated through holes are used as the interlayer connection method for the double-sided plates, but this method is not always necessary, and methods such as via formation with conductive paste and interlayer connection with metal posts are available. Further, as the patterning method, the same method as in the third embodiment can be used.
【0042】(実施の形態5)図6(a)は、本発明の
一実施の形態における半導体モジュールの構成を示す断
面図であり、図6(b)はその外観図である。図6
(a)において、熱伝導基板としては図1に示したもの
と同様のものを使用しており、61は放熱板、62は配
線パターン、63は電気絶縁層である。配線パターン6
2の端部分は切断され、折り曲げられて外部取り出し電
極64として使用される。上記の熱伝導基板上に半導体
素子65aおよび受動部品66aが実装してある。また
別の回路基板67上にも半導体素子65bおよび受動部
品66bが実装してあり、制御回路を形成している。こ
の回路基板67は外部取り出し電極64に挿入されて、
熱伝導基板上の回路と接続されている。図6(b)で示
すように、放熱板61の四隅には外部放熱部材に固定す
るための貫通孔が設けられた基板固定用部品68が取り
付けられており、これらの回路を保護するためのケース
69が回路基板および部品を覆うようにして取り付けら
れて半導体モジュール70を構成している。(Embodiment 5) FIG. 6A is a sectional view showing a structure of a semiconductor module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is an external view thereof. Figure 6
In (a), the same heat conductive substrate as that shown in FIG. 1 is used, where 61 is a heat dissipation plate, 62 is a wiring pattern, and 63 is an electrical insulating layer. Wiring pattern 6
The end portion of 2 is cut, bent and used as an external extraction electrode 64. The semiconductor element 65a and the passive component 66a are mounted on the heat conductive substrate. The semiconductor element 65b and the passive component 66b are also mounted on another circuit board 67 to form a control circuit. This circuit board 67 is inserted into the external extraction electrode 64,
It is connected to the circuit on the heat conducting substrate. As shown in FIG. 6B, board fixing components 68 having through holes for fixing to an external heat dissipation member are attached to the four corners of the heat dissipation plate 61 to protect these circuits. The case 69 is attached so as to cover the circuit board and the components to form the semiconductor module 70.
【0043】上記の回路基板67は特に限定されず、た
とえばガラスエポキシ基板や紙フェノール基板など一般
的に用いられるプリント配線板が使用できる。また半導
体素子および受動部品の実装方法としては特に限定され
ず、たとえば半田付けによる方法やワイヤ・ボンディン
グによる方法などが使用できる。The circuit board 67 is not particularly limited, and for example, a generally used printed wiring board such as a glass epoxy board or a paper phenol board can be used. The method for mounting the semiconductor element and the passive component is not particularly limited, and for example, a method by soldering or a method by wire bonding can be used.
【0044】ケース69としては、外部取り出し電極6
4間の電気的絶縁が保たれればよく、たとえばPC(ポ
リカーボネート)やPPS(ポリフェニレンサルファイ
ド)などの成形体が使用できる。また所望により回路の
気密性や熱放散性を高めるために、ケース内部を封止し
てもよい。封止材料としては、たとえばシリコーンやウ
レタンが使用できる。ただし、部品や端子間の絶縁性を
保つことができれば必ずしもケースを使用する必要はな
い。As the case 69, the external extraction electrode 6 is used.
It suffices if the electrical insulation between the four is maintained, and a molded product such as PC (polycarbonate) or PPS (polyphenylene sulfide) can be used. If desired, the inside of the case may be sealed in order to enhance the airtightness and heat dissipation of the circuit. As the sealing material, for example, silicone or urethane can be used. However, it is not always necessary to use the case as long as the insulation between the parts and the terminals can be maintained.
【0045】基板固定用部品68としては、図6で示し
たような貫通孔を設けたポスト状部品に限らず、たとえ
ばねじ穴を設けたポスト状部品などが使用できる。また
半導体モジュールがその端部もしくは辺部で外部放熱部
材に固定できれば必ずしも基板固定用部品を搭載する必
要はなく、たとえば放熱板に貫通孔を設けたり、切り欠
きを設けたりしてもよい。The board fixing component 68 is not limited to the post-shaped component having the through hole as shown in FIG. 6, but a post-shaped component having a screw hole or the like can be used. Further, if the semiconductor module can be fixed to the external heat radiation member at the end portion or the side portion, it is not always necessary to mount the substrate fixing component, and for example, the heat radiation plate may be provided with a through hole or a notch.
【0046】上記の各実施の形態において、本発明の作
用を発揮せしめるために、外部放熱部材に対する熱伝導
基板の部品実装後の室温におけるそりの大きさが、基板
長さに対して1/200以下であることが好ましく、特
には1/500以下であることがより好ましい。通常、
外部放熱部材の基板との接触面は平面であることが多
く、その場合には平面に対するそりを以って外部放熱部
材に対するそりに置き換えることが可能である。そりを
制御する手段としては、たとえば基板作製の加熱加圧工
程において金型を用いてその形状を規制する方法や、加
圧したまま加熱状態より室温状態に冷却する方法、加熱
加圧工程の後にさらに加圧しながら焼鈍する方法などが
使用できる。In each of the above-described embodiments, in order to exert the effect of the present invention, the size of the warp at room temperature after mounting the components of the heat conductive substrate on the external heat dissipation member is 1/200 of the substrate length. It is preferably below, and particularly preferably 1/500 or below. Normal,
The contact surface of the external heat dissipation member with the substrate is often a flat surface, and in that case, the warp with respect to the flat surface can be replaced with the warp with respect to the external heat dissipation member. As means for controlling the warpage, for example, a method of controlling the shape by using a mold in a heating and pressurizing step of manufacturing a substrate, a method of cooling from a heated state to a room temperature state while applying pressure, and a method after the heating and pressurizing step Further, a method of annealing while applying pressure can be used.
【0047】また、上記の各実施の形態において、本発
明の作用を発揮せしめるために、配線パターン、電気絶
縁層および放熱板はそれらの線膨張係数の大小に応じて
適宜選択しなければならない。この選択方法としては、
放熱板の線膨張係数が、配線パターンおよび絶縁層の平
均線膨張係数よりも大きいことが好ましく、特には放熱
板の線膨張係数α1が電気絶縁層のガラス転移点以下で
の線膨張係数α2より大きく、かつ前記線膨張係数α2
が配線パターンの線膨張係数α3より大きいことがより
好ましい。放熱板の線膨張係数が配線パターンおよび絶
縁層の平均線膨張係数よりも大きい場合には、線膨張係
数の違いにより温度が上昇するに従って熱伝導基板のそ
りが放熱板側に凸になる方向に変化しやすいからであ
る。この場合の平均線膨張係数とは、配線パターンおよ
び電気絶縁層のそれぞれの線膨張係数をそれぞれの層の
厚みで加重平均したものを示す。さらに、放熱板の線膨
張係数α1が電気絶縁層のガラス転移点以下での線膨張
係数α2より大きく、かつ前記線膨張係数α2が配線パ
ターンの線膨張係数α3より大きい場合には、線膨張係
数の違いにより温度が上昇するに従って熱伝導基板のそ
りが放熱板側に凸になる方向に変化しやすいだけでな
く、放熱板と配線パターンとの間の熱膨張係数差により
電気絶縁層に発生する応力が比較的小さくなり、応力に
より発生する電気絶縁層のクラックや、電気絶縁層と配
線パターンもしくは放熱板との間の剥離の発生を防ぎ、
信頼性の高い熱伝導基板を作製することができる。In addition, in each of the above-mentioned embodiments, in order to exert the effect of the present invention, the wiring pattern, the electric insulating layer and the heat dissipation plate must be appropriately selected according to the magnitude of their linear expansion coefficient. For this selection method,
The coefficient of linear expansion of the heat sink is preferably larger than the average coefficient of linear expansion of the wiring pattern and the insulating layer. In particular, the coefficient of linear expansion α1 of the radiator is smaller than the coefficient of linear expansion α2 of the electrical insulating layer below the glass transition point. Large and the linear expansion coefficient α2
Is more preferably larger than the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern. When the coefficient of linear expansion of the heat sink is larger than the average coefficient of linear expansion of the wiring pattern and the insulating layer, the warp of the heat conducting board becomes convex toward the heat sink as the temperature rises due to the difference in the coefficient of linear expansion. Because it is easy to change. The average coefficient of linear expansion in this case means a weighted average of the coefficients of linear expansion of the wiring pattern and the electric insulating layer by the thickness of each layer. Further, when the linear expansion coefficient α1 of the heat sink is larger than the linear expansion coefficient α2 below the glass transition point of the electric insulation layer and the linear expansion coefficient α2 is larger than the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern, As the temperature rises due to the difference in temperature, the warp of the heat conductive substrate tends to change toward the heat dissipation plate side, and it also occurs in the electrical insulation layer due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the heat dissipation plate and the wiring pattern. The stress becomes relatively small, and cracks in the electric insulating layer caused by the stress and peeling between the electric insulating layer and the wiring pattern or heat sink are prevented,
A highly reliable heat conductive substrate can be manufactured.
【0048】上記の選択を行うにあたって、放熱板はア
ルミニウム、銅、もしくはこれらのうち少なくとも1種
を主成分とする合金であることが好ましい。これらは機
械的強度に優れ熱伝導率が高いだけでなく、比較的熱膨
張係数が大きいため、温度が上昇するに従って熱伝導基
板のそりが放熱板側に凸になる方向に変化させやすく、
かつ配線パターンや電気絶縁層の選択が容易になるから
である。In making the above selection, the heat dissipation plate is preferably aluminum, copper, or an alloy containing at least one of these as the main component. These are not only excellent in mechanical strength and have high thermal conductivity, but also have a relatively large coefficient of thermal expansion, so as the temperature rises, it is easy to change the warp of the heat conductive substrate so that it becomes convex toward the heat sink,
In addition, it is easy to select the wiring pattern and the electrically insulating layer.
【0049】上記の各実施の形態において、熱伝導混合
物はシート状に加工されていることが好ましい。取り扱
いが容易になり、加熱加圧して配線パターンおよび放熱
板と一体化させることが容易であるからである。シート
状に加工する方法としては、たとえばドクターブレード
法、コーター法、押し出し法が使用できる。In each of the above-mentioned embodiments, the heat conduction mixture is preferably processed into a sheet. This is because it is easy to handle, and it is easy to heat and pressurize and integrate with the wiring pattern and the heat dissipation plate. As a method of processing into a sheet, for example, a doctor blade method, a coater method, or an extrusion method can be used.
【0050】また、上記の各実施の形態において、電気
絶縁層に補強材が含まれていてもよく、絶縁層の強度や
加工性が向上する点、および補強材を含むことにより線
膨張係数が制御できる点で好ましい。補強材としては、
たとえばガラス織布、ガラス不織布、セラミック不織
布、アラミド不織布が使用でき、熱伝導率が高いことか
らガラス織布、ガラス不織布、セラミック不織布が好ま
しい。さらに配線パターンを電気絶縁層に埋めることが
容易な点から、ガラス不織布がより好ましい。Further, in each of the above-mentioned embodiments, the electric insulating layer may contain a reinforcing material, the strength and workability of the insulating layer are improved, and the inclusion of the reinforcing material leads to a linear expansion coefficient. It is preferable because it can be controlled. As a reinforcing material,
For example, glass woven cloth, glass non-woven cloth, ceramic non-woven cloth and aramid non-woven cloth can be used, and glass woven cloth, glass non-woven cloth and ceramic non-woven cloth are preferable because of their high thermal conductivity. Further, a glass non-woven fabric is more preferable because it is easy to bury the wiring pattern in the electrically insulating layer.
【0051】[0051]
【実施例】以下、具体的実施例に基づいて、本発明の熱
伝導基板とその製造方法をさらに詳細に説明する。EXAMPLES The heat conducting substrate and the method for producing the same according to the present invention will be described below in more detail with reference to specific examples.
【0052】(実施例1)本発明の実施に用いる熱伝導
混合物を作製するために、無機質フィラーと熱硬化性樹
脂組成物を混合してスラリー状に加工した。混合した熱
伝導混合物の組成を以下に示す。
(1)無機質フィラー:Al2O3(AS−40、昭和電
工(株)製、平均粒径12μm)89重量%
(2)熱硬化性樹脂:臭素化された多官能エポキシ樹脂
(NVR−1010、日本レック(株)製、硬化剤含
む)10重量%
(3)その他の添加物:硬化促進剤(イミダゾール、日
本レック(株)製)0.05重量%、カーボンブラック
(東洋カーボン(株)製)0.4重量%、カップリング
剤(プレンアクト KR−46B、味の素(株)製)
0.55重量%
これらの材料に溶剤としてメチルエチルケトン(ME
K)を加えて攪拌脱泡機(松尾産業(株)製)で混合し
た。MEKを添加することにより混合物の粘度が低下し
てスラリー状に加工することが可能になるが、その後の
乾燥工程で飛散させるため配合組成には含んでいない。Example 1 In order to prepare a heat-conducting mixture used for carrying out the present invention, an inorganic filler and a thermosetting resin composition were mixed and processed into a slurry. The composition of the mixed heat conduction mixture is shown below. (1) Inorganic filler: Al 2 O 3 (AS-40, Showa Denko KK, average particle size 12 μm) 89% by weight (2) Thermosetting resin: Brominated polyfunctional epoxy resin (NVR-1010) , Nippon Lec Co., Ltd., including curing agent) 10% by weight (3) Other additives: curing accelerator (imidazole, Nippon Lec Co., Ltd.) 0.05% by weight, carbon black (Toyo Carbon Co., Ltd.) 0.4% by weight, coupling agent (Plenact KR-46B, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.)
0.55% by weight Methyl ethyl ketone (ME
K) was added and mixed with a stirring defoaming machine (Matsuo Sangyo Co., Ltd.). By adding MEK, the viscosity of the mixture is lowered and the mixture can be processed into a slurry, but it is not included in the composition because it is scattered in the subsequent drying step.
【0053】このスラリーを用いて、ドクターブレード
法により、表面に離型処理を施したポリエチレンテレフ
タレート(PET)の離型フィルム上に造膜した。その
後、90℃で乾燥を行い、溶剤を飛散させてシート状の
熱伝導混合物を作製した。放熱板として厚さ1mmの銅
板(線膨張係数17ppm/℃)を用意した。さらに、配線パ
ターンとして厚さ0.5mmの銅板を市販のエッチング
液を用いてエッチングしパターンを形成したリードフレ
ームを用意した。This slurry was used to form a film on a polyethylene terephthalate (PET) release film, the surface of which was subjected to a release treatment, by the doctor blade method. Then, it dried at 90 degreeC and the solvent was scattered and the sheet-shaped heat conduction mixture was produced. A 1 mm thick copper plate (coefficient of linear expansion 17 ppm / ° C) was prepared as a heat dissipation plate. Further, a lead frame having a pattern formed by etching a copper plate having a thickness of 0.5 mm as a wiring pattern using a commercially available etching solution was prepared.
【0054】図2(a)に示したものと同様に、リード
フレーム、熱伝導混合物及び放熱板をこの順序で重ね合
わせ、170℃、5Paの温度と圧力で15分間加熱加
圧した。これにより、熱伝導樹脂組成物がリードフレー
ムの表面まで流動するとともに、その中に含まれる熱硬
化性樹脂が硬化してリジッドになリ、図2(b)に示す
ような厚さ2.0mmの基板(電気絶縁層の厚さ0.5
mm)を作製した。Similar to the one shown in FIG. 2A, the lead frame, the heat conduction mixture and the heat dissipation plate were superposed in this order, and heated and pressurized at 170 ° C. and a pressure of 5 Pa for 15 minutes. As a result, the heat conductive resin composition flows to the surface of the lead frame, and the thermosetting resin contained therein hardens to become rigid and has a thickness of 2.0 mm as shown in FIG. 2 (b). Substrate (electrical insulation layer thickness 0.5
mm) was produced.
【0055】さらにこの後、窒素雰囲気中175℃で6
時間熱処理を行い、熱硬化性樹脂の硬化を進行させて熱
伝導基板を完成させた。この後、熱硬化性半田レジスト
インクをスクリーン印刷法により印刷した後、リフロー
半田付けによる部品実装を行った。部品実装後の基板の
そりを測定したところ、長さ100mmに対して0.0
5〜0.12mmのそりであった。After this, further, at 6 ° C. in a nitrogen atmosphere at 175 ° C.
The heat treatment was performed for a period of time to accelerate the curing of the thermosetting resin to complete the heat conductive substrate. After that, a thermosetting solder resist ink was printed by a screen printing method, and then parts were mounted by reflow soldering. When the warpage of the board after mounting components was measured, it was 0.0 for a length of 100 mm.
The sled was 5 to 0.12 mm.
【0056】このとき、熱伝導混合物の無機質フィラー
と熱硬化性樹脂との比率を変えて(熱硬化性樹脂とその
他の添加物との比率は一定として)樹脂熱伝導混合物を
作製し、それらを用いて上記と同様の方法で実験番号a
〜fの各基板を作製した。さらにシート状の各熱伝導混
合物のみを、厚みギャップを0.4mmで一定にした平
板で上記と同様の温度、圧力で硬化させ、電気絶縁層の
物性測定用試料として供した。At this time, the resin heat conduction mixture was prepared by changing the ratio of the inorganic filler and the thermosetting resin in the heat conduction mixture (while keeping the ratio of the thermosetting resin and the other additives constant). Experiment number a in the same manner as above
Each substrate of ~ f was produced. Further, each of the sheet-shaped heat-conductive mixtures alone was cured at a temperature and pressure similar to the above with a flat plate having a constant thickness gap of 0.4 mm, and provided as a sample for measuring the physical properties of the electrical insulating layer.
【0057】実施例1(実験番号a〜f)の基板および
物性評価用試料について、線膨張係数および熱抵抗を測
定した。その結果を表1に示す。また基板そりの温度変
化を図8に示す。The linear expansion coefficient and the thermal resistance of the substrate of Example 1 (Experiment Nos. A to f) and the sample for evaluation of physical properties were measured. The results are shown in Table 1. The temperature change of the substrate warp is shown in FIG.
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】線膨張係数は熱機械分析装置(TMA;Th
ermal Mechanical Analyzer、セイコー・インストルメ
ント社製)を用いて測定した。また基板そりの温度変化
は、基板を恒温槽で加熱したのち、熱電対で温度をモニ
ターしながらレーザー式表面粗さ計(Rodenstock社製)
で基板中央の100mmの長さを測定し、その両端を結
んで最もそりの大きな部分の距離をそりの大きさとし
た。熱抵抗測定には熱抵抗測定装置(キャッツ電子設計
製)を用いた。測定方法としては、上記の各基板上に半
導体(TO−220パッケージ)を半田づけし、基板の
放熱板に熱伝導コンパウンド(東レ・シリコーン社製)
を塗り、放熱板の四隅をフィン付きのヒートシンクにね
じ止めで固定した。その後半導体に50Wの電力を与
え、半導体のB−E間の電圧をモニターして電圧の温度
特性より半導体の温度を求め、そこから熱抵抗を求める
ものである。ただし、このときの半導体接合直下の基板
温度は実験番号cの基板で110℃であった。The coefficient of linear expansion is measured by a thermomechanical analyzer (TMA; Th
ermal Mechanical Analyzer, manufactured by Seiko Instruments Inc.). In addition, the temperature change of the substrate warpage is measured by heating the substrate in a constant temperature bath and then monitoring the temperature with a thermocouple while measuring the laser surface roughness meter (Rodenstock).
Then, the length of 100 mm at the center of the substrate was measured, and the both ends were connected to each other to determine the distance of the largest portion of the warp as the size of the warp. A thermal resistance measuring device (made by Cats Electronics Design) was used for the thermal resistance measurement. As a measuring method, a semiconductor (TO-220 package) is soldered on each of the above-mentioned substrates, and a heat conduction compound (manufactured by Toray Silicone Co., Ltd.) is attached to the heat dissipation plate of the substrate.
Was applied, and the four corners of the heat sink were fixed to the heat sink with fins with screws. After that, power of 50 W is applied to the semiconductor, the voltage between B and E of the semiconductor is monitored, the temperature of the semiconductor is obtained from the temperature characteristic of the voltage, and the thermal resistance is obtained from the temperature. However, the substrate temperature immediately below the semiconductor junction was 110 ° C. for the substrate of Experiment No. c.
【0060】表1および図8の結果から、無機質フィラ
ー比率を変化させると、すなわち電気絶縁層の線膨張係
数を変化させるとそりの温度特性が変化し、放熱板の線
膨張係数(17ppm/℃)との相対的な違いによりそ
りの温度変化の方向に違いが出ることがわかる。また、
この時に放熱板側から見て凹方向にそりが変化する基板
の場合、そうでない場合に比べて熱抵抗が増大すること
がわかる。From the results shown in Table 1 and FIG. 8, when the ratio of the inorganic filler is changed, that is, when the linear expansion coefficient of the electric insulating layer is changed, the temperature characteristics of the warpage are changed, and the linear expansion coefficient of the heat sink (17 ppm / ° C.) is changed. It can be seen that there is a difference in the direction of the temperature change of the sled due to the relative difference between Also,
At this time, it can be seen that in the case of the substrate in which the warp changes in the concave direction when viewed from the heat dissipation plate side, the thermal resistance increases as compared to the case where it does not.
【0061】(実施例2)実施例1で作製したものと同
様な方法で熱伝導混合物を作製した。混合した熱伝導混
合物の組成を以下に示す。
(1)無機質フィラー:Al2O3(AS−40、昭和電
工(株)製、平均粒径12μm)88重量%
(2)熱硬化性樹脂:エポキシ樹脂(XNR5002、
長瀬チバ(株)製)11.5重量%
(3)その他添加物:シラン系カップリング剤(A−1
87、日本ユニカー(株)製)0.3重量%、カーボン
ブラック(東洋カーボン(株)製)0.2重量%
上記の材料を混合した後、MEKを加えて粘度を低下さ
せた後、実施例1と同様にしてPETフィルム上に造膜
して、シート状の熱伝導硬化物を作製した。Example 2 A heat conduction mixture was prepared in the same manner as that prepared in Example 1. The composition of the mixed heat conduction mixture is shown below. (1) Inorganic filler: Al 2 O 3 (AS-40, Showa Denko KK, average particle size 12 μm) 88% by weight (2) Thermosetting resin: epoxy resin (XNR5002,
Nagase Ciba Co., Ltd. 11.5% by weight (3) Other additives: Silane coupling agent (A-1)
87, Nippon Unicar Co., Ltd. 0.3% by weight, carbon black (Toyo Carbon Co., Ltd.) 0.2% by weight After mixing the above materials, MEK was added to reduce the viscosity, and then carried out. A film was formed on a PET film in the same manner as in Example 1 to prepare a sheet-shaped heat conductive cured product.
【0062】次に、上記の混合物スラリーをガラス不織
布(目付け50g/m2、厚さ0.2mm)に含浸さ
せ、その後120℃で乾燥させて溶剤を飛散させて補強
材入りの熱伝導硬化物シートを作製した。Next, the above-mentioned mixture slurry was impregnated into a glass non-woven fabric (Basis weight: 50 g / m 2 , thickness: 0.2 mm), followed by drying at 120 ° C. to scatter the solvent and a heat conductive cured product containing a reinforcing material. A sheet was prepared.
【0063】放熱板として厚さ1mmのアルミニウム板
(線膨張係数23ppm/℃)を用意した。さらに、配
線パターンとして厚さ0.5mmの銅板を公知の方法で
エッチングしてパターンを形成し、ニッケルめっきを施
したリードフレームを用意した。An aluminum plate (linear expansion coefficient: 23 ppm / ° C.) having a thickness of 1 mm was prepared as a heat dissipation plate. Further, as a wiring pattern, a copper plate having a thickness of 0.5 mm was etched by a known method to form a pattern, and a lead frame plated with nickel was prepared.
【0064】放熱板、熱伝導混合物、配線パターンを実
施例1と同様に重ね合わせ、170℃5Paの温度と圧
力で60分間加熱加圧することにより、図1に示すよう
な、厚さ2.5mm(電気絶縁層の厚み1.0mm)の
基板を作製した。また実施例1と同様に熱伝導混合物の
みを硬化させて、電気絶縁層の物性測定用試料を作製し
た。A heat radiating plate, a heat conductive mixture and a wiring pattern were superposed in the same manner as in Example 1 and heated and pressed at 170 ° C. and a pressure of 5 Pa for 60 minutes to give a thickness of 2.5 mm as shown in FIG. A substrate of (electrically insulating layer thickness 1.0 mm) was prepared. Further, similarly to Example 1, only the heat conduction mixture was cured to prepare a sample for measuring the physical properties of the electrical insulation layer.
【0065】電気絶縁層の線膨張係数を測定したとこ
ろ、補強材がない場合は20ppm/℃、補強材がある
場合は13ppm/℃であった。これらの基板のそりの
温度変化を測定した結果を図9に示す。この図から線膨
張係数に対応して熱伝導基板のそりが温度上昇とともに
放熱板側に凸に変化していることが分かる。The coefficient of linear expansion of the electrical insulating layer was measured and found to be 20 ppm / ° C. without the reinforcing material and 13 ppm / ° C. with the reinforcing material. The results of measuring the temperature change of the warp of these substrates are shown in FIG. From this figure, it can be seen that the warp of the heat conductive substrate changes to be convex toward the heat dissipation plate in accordance with the temperature increase in accordance with the linear expansion coefficient.
【0066】信頼性の評価として、これらの基板の4隅
を厚さ30mmのアルミヒートシンクにねじ止めし、−
55〜125℃の温度サイクル試験を行った。その結
果、補強材のない基板では2000サイクル後にも基板
にクラックは発生しなかったが、補強材がある基板では
1500サイクル程度で配線パターンと電気絶縁層間に
剥離が発生した。このことから、放熱板の線膨張係数が
電気絶縁層の線膨張係数より大きく、かつ前記線膨張係
数が配線パターンの線膨張係数α3より大きい方がより
高信頼性であることがわかった。To evaluate the reliability, the four corners of these substrates were screwed to an aluminum heat sink having a thickness of 30 mm, and-
A temperature cycle test of 55 to 125 ° C. was performed. As a result, cracks did not occur in the substrate even after 2000 cycles in the substrate without the reinforcing material, but in the substrate with the reinforcing material, peeling occurred between the wiring pattern and the electrically insulating layer in about 1500 cycles. From this, it was found that the linear expansion coefficient of the heat dissipation plate was larger than the linear expansion coefficient of the electrical insulating layer, and the linear expansion coefficient was larger than the linear expansion coefficient α3 of the wiring pattern, the higher reliability was obtained.
【0067】(実施例3)本発明の実施に用いる熱伝導
混合物を作製するために、無機質フィラーと熱硬化性樹
脂組成物を混合してスラリー状に加工した。混合した熱
伝導混合物の組成を以下に示す。
(1)無機質フィラー:Al2O3(AL−33、住友化
学(株)製、平均粒径12μm)89重量%
(2)熱硬化性樹脂:臭素化された多官能エポキシ樹脂
(NVR−1010、日本レック(株)製、硬化剤含
む)10重量%
(3)その他の添加物:硬化促進剤(イミダゾール、日
本レック(株)製)0.05重量%、カーボンブラック
(東洋カーボン(株)製)0.4重量%、カップリング
剤(プレンアクト KR−46B、味の素(株)製)
0.55重量%
これらの材料に溶剤としてメチルエチルケトン(ME
K)を加えて攪拌脱泡機(松尾産業(株)製)で混合
し、実施例1の場合と同様にして離型フィルム上に熱伝
導混合物を造膜してシート状の熱伝導混合物を作製し
た。Example 3 In order to prepare a heat conductive mixture used for carrying out the present invention, an inorganic filler and a thermosetting resin composition were mixed and processed into a slurry form. The composition of the mixed heat conduction mixture is shown below. (1) Inorganic filler: Al 2 O 3 (AL-33, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle diameter 12 μm) 89% by weight (2) Thermosetting resin: Brominated polyfunctional epoxy resin (NVR-1010) , Nippon Lec Co., Ltd., including curing agent) 10% by weight (3) Other additives: curing accelerator (imidazole, Nippon Lec Co., Ltd.) 0.05% by weight, carbon black (Toyo Carbon Co., Ltd.) 0.4% by weight, coupling agent (Plenact KR-46B, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.)
0.55% by weight Methyl ethyl ketone (ME
K) was added and mixed with a stirring degasser (manufactured by Matsuo Sangyo Co., Ltd.), and in the same manner as in Example 1, the heat transfer mixture was formed on the release film to form a sheet-like heat transfer mixture. It was made.
【0068】さらに、上記組成の熱硬化性樹脂の一部
を、可撓性エポキシ樹脂(YD−171、東都化成製)
で置換して、上記と同様にしてシート状の熱伝導混合物
3a〜3dを作製した。Further, a part of the thermosetting resin having the above composition is used as a flexible epoxy resin (YD-171, manufactured by Tohto Kasei).
By substituting in the same manner as above to prepare sheet-like heat conduction mixtures 3a to 3d.
【0069】放熱板として、厚さ0.5mmのアルミニ
ウム板を用意し、配線パターンとして厚さ0.2mmの
銅箔を用意した。放熱板とそれぞれのシート状の熱伝導
混合物および銅箔を重ね合わせて、室温より昇温して最
高温175℃、5Paの温度圧力で1hr加熱加圧し、
図3(b)に示すように銅箔と放熱板を一体化した。こ
の後、銅箔上にエッチングレジスト膜を塗布し、回路パ
ターンのマスクをかぶせて紫外線露光し、現像、塩化銅
によるエッチング、レジスト剥離の工程を経て、図3
(c)に示すような熱伝導基板が完成された。また、実
施の形態1および2と同様にして、熱伝導混合物のみを
硬化させ、物性評価用の試料として供した。An aluminum plate having a thickness of 0.5 mm was prepared as a heat dissipation plate, and a copper foil having a thickness of 0.2 mm was prepared as a wiring pattern. The heat dissipation plate and the sheet-shaped heat conduction mixture and the copper foil are overlaid, and the temperature is raised from room temperature to a maximum temperature of 175 ° C. and a pressure of 5 Pa for 1 hr.
As shown in FIG. 3B, the copper foil and the heat sink were integrated. After this, an etching resist film is applied on the copper foil, covered with a circuit pattern mask, exposed to ultraviolet light, developed, etched with copper chloride, and resist stripped.
A heat conductive substrate as shown in (c) was completed. Further, in the same manner as in Embodiments 1 and 2, only the heat conduction mixture was cured and used as a sample for physical property evaluation.
【0070】各電気絶縁層の40℃での弾性率を評価し
た。また信頼性を確認するために、各基板を260℃の
半田浴に1分間浸漬し、その後の電気絶縁層の変化を確
認した。これらの結果を表2に示す。弾性率評価はDM
A装置(Dynamic MechanicalAnalyzer、セイコー・イン
ストルメント製)を用いて測定した。The elastic modulus at 40 ° C. of each electric insulating layer was evaluated. Further, in order to confirm the reliability, each substrate was immersed in a solder bath at 260 ° C. for 1 minute, and the change in the electrical insulating layer after that was confirmed. The results are shown in Table 2. Elasticity evaluation is DM
The measurement was performed using an A device (Dynamic Mechanical Analyzer, manufactured by Seiko Instruments).
【0071】[0071]
【表2】 [Table 2]
【0072】表2の結果より、可撓性エポキシを添加す
るにしたがって熱伝導混合物の弾性率が低下することが
分かる。また半田ディップ試験後の観察によると、可撓
性エポキシを置換せず弾性率の高い基板のみ電気絶縁層
にクラックが発生した。このことから、室温における弾
性率が50GPa以下の場合、基板の信頼性が高くなる
ことが分かった。The results in Table 2 show that the elastic modulus of the heat-conducting mixture decreases as the flexible epoxy is added. Further, according to the observation after the solder dip test, cracks occurred in the electric insulating layer only on the substrate having a high elastic modulus without substituting the flexible epoxy. From this, it was found that the reliability of the substrate is high when the elastic modulus at room temperature is 50 GPa or less.
【0073】[0073]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
配線パターン、電気絶縁層および放熱板を少なくとも含
む回路基板であって、温度が上昇するにしたがって基板
のそりが放熱板側に凸になる方向に変化する熱伝導基板
が得られる。この作用により熱伝導基板を用いた半導体
モジュールの動作時に温度が上昇してもモジュールから
外部放熱部材への熱放散性が損なわれず、高い放熱性を
持った熱伝導基板が実現できる。また本発明によれば、
高温時のそりや電気絶縁層に発生する応力により基板の
クラックや剥離が生じにくく高信頼性な基板を得ること
ができる。また本発明の熱伝導基板を用いることによ
り、放熱性に優れ高信頼性な半導体モジュールを得るこ
とができる。As described above, according to the present invention, there is provided a circuit board including at least a wiring pattern, an electrical insulating layer and a heat sink, and the warp of the board is projected toward the heat sink as the temperature rises. A heat conductive substrate that changes in the direction of Due to this action, the heat dissipation from the module to the external heat dissipation member is not impaired even if the temperature rises during operation of the semiconductor module using the heat dissipation substrate, and a heat dissipation substrate with high heat dissipation can be realized. According to the invention,
It is possible to obtain a highly reliable substrate in which cracks and peeling of the substrate are unlikely to occur due to warpage at high temperatures and stress generated in the electrical insulating layer. Further, by using the heat conductive substrate of the present invention, a highly reliable semiconductor module having excellent heat dissipation can be obtained.
【図1】本発明の実施の形態1における熱伝導基板を示
す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a heat conductive substrate according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)〜(b)は本発明の実施の形態1におけ
る熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views by step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate according to Embodiment 1 of the present invention.
【図3】(a)〜(c)は本発明の実施の形態2におけ
る熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views by step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate according to a second embodiment of the present invention.
【図4】(a)〜(e)は本発明の実施の形態3におけ
る熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図4 (a) to (e) are cross-sectional views by step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate according to a third embodiment of the present invention.
【図5】(a)〜(g)は本発明の実施の形態4におけ
る熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図5 (a) to 5 (g) are cross-sectional views by step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】(a)〜(b)は本発明の実施の形態5におけ
る半導体モジュールの構成を示す断面および外観図6A and 6B are a cross-sectional view and an external view showing a configuration of a semiconductor module according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】(a)〜(b)は従来例の熱伝導基板の製造方
法を示す工程別断面図7A to 7B are cross-sectional views by step showing a method for manufacturing a heat conductive substrate of a conventional example.
【図8】本発明の実施例1における熱伝導基板のそりの
温度変化を示すグラフFIG. 8 is a graph showing the temperature change of the warp of the heat conductive substrate in Example 1 of the present invention.
【図9】本発明の実施例2における熱伝導基板のそりの
温度変化を示すグラフFIG. 9 is a graph showing the temperature change of the warp of the heat conductive substrate in Example 2 of the present invention.
11,21,71 リードフレーム 12,24,34,47,53,63,73 電気絶縁層 13,23,33,46,58,61 放熱板 21,32,45,52,72 熱伝導混合物 25,36,48,59,74 熱伝導基板 31,41,51 金属箔 35,44,56,62 配線パターン 42 接着層 43 離型フィルム 54 貫通孔 55 スルーホール内のメッキ 57 両面配線基板 64 外部取り出し電極 65a,65b 半導体素子 66a,66b 受動部品 67 回路基板 68 基板固定用部品 69 ケース 70 半導体モジュール 11,21,71 Lead frame 12,24,34,47,53,63,73 Electrical insulation layer 13,23,33,46,58,61 Heat sink 21,32,45,52,72 Heat conduction mixture 25,36,48,59,74 Thermal conductive board 31,41,51 Metal foil 35,44,56,62 Wiring pattern 42 Adhesive layer 43 Release film 54 through hole 55 Plating in through holes 57 Double-sided wiring board 64 External extraction electrode 65a, 65b Semiconductor element 66a, 66b Passive components 67 circuit board 68 Board fixing parts 69 cases 70 Semiconductor module
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−173097(JP,A) 特開 平8−204071(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H01L 23/36 H01L 25/07 H01L 25/18 H05K 1/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 10-173097 (JP, A) JP 8-204071 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/12 H01L 23/36 H01L 25/07 H01L 25/18 H05K 1/02
Claims (12)
を含み、前記電気絶縁層が無機質フィラー70〜95重量%
および熱硬化性樹脂を5〜30重量%含む熱伝導混合物か
らなり、外部放熱部材に前記放熱板を固定して使用され
る熱伝導基板であって、 前記外部放熱部材に対する前記熱伝導基板の部品実装後
の室温におけるそりの大きさが、基板長さに対して1/50
0以下であり、前記熱伝導基板の温度が上昇するに従っ
て前記熱伝導基板のそりが前記放熱板側に凸になる方向
に変化することを特徴とする熱伝導基板。1. A wiring pattern, an electrical insulating layer, and a heat sink, wherein the electrical insulating layer comprises 70 to 95% by weight of an inorganic filler.
And a heat-conducting mixture containing 5 to 30 wt% of a thermosetting resin, the heat-conducting substrate being used by fixing the heat-dissipating plate to an external heat-dissipating member, the component of the heat-conducting substrate with respect to the external heat-dissipating member. The warp size at room temperature after mounting is 1/50 of the board length.
The heat conduction substrate is 0 or less, and the warp of the heat conduction substrate changes in a direction in which it is convex toward the heat dissipation plate side as the temperature of the heat conduction substrate rises.
よび電気絶縁層の平均線膨張係数よりも大きい請求項1
に記載の熱伝導基板。2. The linear expansion coefficient of the heat dissipation plate is larger than the average linear expansion coefficient of the wiring pattern and the electric insulating layer.
The heat conductive substrate according to.
のガラス転移点以下での線膨張係数α2より大きく、か
つ前記線膨張係数α2が配線パターンの線膨張係数α3
より大きい請求項1または2に記載の熱伝導基板。3. The coefficient of linear expansion α1 of the heat sink is larger than the coefficient of linear expansion α2 of the electrical insulating layer below the glass transition point, and the coefficient of linear expansion α2 is the coefficient of linear expansion α3 of the wiring pattern.
The heat conductive substrate according to claim 1 or 2, which is larger.
合物の室温での弾性率が50GPa以下である請求項1〜3
のいずれかに記載の熱伝導基板。4. The elastic modulus at room temperature of the heat conducting mixture constituting the electrically insulating layer is 50 GPa or less.
The heat conductive substrate according to any one of 1.
請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導基板。5. The heat conductive substrate according to claim 1, wherein the electrically insulating layer contains a reinforcing material.
5に記載の熱伝導基板。6. The heat conductive substrate according to claim 5, wherein the reinforcing material is a glass nonwoven fabric.
気絶縁層に埋められて、ほぼ面一な表面になっている請
求項1〜6のいずれかに記載の熱伝導基板。7. The heat conductive substrate according to claim 1, wherein the wiring pattern is filled with an electrically insulating layer up to the gap portion to form a substantially flush surface.
る請求項1〜7のいずれかに記載の熱伝導基板。8. The heat conductive substrate according to claim 1, wherein the electrically insulating layer has a thickness of 0.4 mm or more.
なり、かつ外部端子として使用される請求項1〜8のい
ずれかに記載の熱伝導基板。9. The heat conductive substrate according to claim 1, wherein the wiring pattern is a lead frame and is used as an external terminal.
くはこれらのうち少なくとも1種を主成分として含む合
金からなる請求項1〜9のいずれかに記載の熱伝導基
板。10. The heat conductive substrate according to claim 1, wherein the heat dissipation plate is made of aluminum, copper, or an alloy containing at least one of these as a main component.
伝導基板に回路機能を有するための半導体素子および受
動部品が搭載され、さらに前記熱伝導基板の頂点部分お
よび辺部分から選ばれる部分に前記外部放熱部材に固定
するためのコネクタを備えたことを特徴とする半導体モ
ジュール。11. A semiconductor element and a passive component having a circuit function are mounted on the heat conductive substrate according to claim 1, and a portion selected from a vertex portion and a side portion of the heat conductive substrate. A semiconductor module comprising a connector for fixing to the external heat dissipation member.
グ電源モジュール、DC−DCコンバータモジュール、
インバータモジュール、力率改善モジュールおよび整流
平滑モジュールから選ばれた少なくとも1種のパワーモ
ジュールである請求項11に記載の半導体モジュール。12. The semiconductor module is a switching power supply module, a DC-DC converter module,
The semiconductor module according to claim 11, which is at least one power module selected from an inverter module, a power factor correction module, and a rectifying / smoothing module.
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