JP4581722B2

JP4581722B2 - 熱伝導性基板の製造方法

Info

Publication number: JP4581722B2
Application number: JP2005030075A
Authority: JP
Inventors: 哲也津村; 信之松井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: JP2006213001A

Description

本発明は、電子機器における高電力回路などに使用される熱伝導性基板（高放熱性基板）の製造方法に関するものである。

従来の熱伝導性基板の製造方法を図８に示す。

図８において、１は熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーを成分として含む軟体の熱硬化性組成物をシート状にした熱硬化性樹脂組成物であり、例えば７０〜９５重量部の無機質フィラーと、熱硬化樹脂、硬化剤および硬化促進剤でなり、半硬化あるいは部分硬化状態で可撓性を有して、少なくとも膜厚が０．８〜２．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．６ｍｍとなるように、ドクターブレード法、コーター法、押出し成形法あるいは圧延法により形成している。

２は配線、電極あるいは取出端子を構成するための複数の貫通溝３を有した回路形成用導体であり、高熱伝導性または高電気伝導性の鉄、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金などの板状金属材よりなり、プレス加工、エッチング加工あるいはレーザー加工などにより所定のパターンや形状に加工されたリードフレームである。

４は放熱用金属板であり、熱伝導性の優れた鉄、銅、アルミニウム、アルマイト処理されたアルミニウムあるいはそれらの合金などの金属材を、所定形状に加工して形成している。

５は回路形成用導体２の一部を曲げ加工して形成した接続用あるいは放熱用の端子である。

６は下金型、７は開口部を有する上金型、８は上金型７の開口部と同一形状で、かつ独立して動く中金型であり、これらから金型が構成されており、熱硬化性樹脂組成物１と回路形成用導体２と放熱用金属板４とを一体化させる。

図９は回路形成用導体２の平面図である。図９において、９は回路形成用導体２の外枠１１に開けられた基準孔である。

図１０は下金型６の斜視図であり、四隅に回路形成用導体２の外枠１１に開けられた基準孔９を用いて回路形成用導体２の位置決めをするためのパイロットピン１０が設けられている。また、下金型６の中央には熱伝導性基板の外形を形作るための壁６ａが設けられており、図８に示すように回路形成用導体２の外枠１１には沿い、端子５には直交するように配置され、端子５に対応する部分は溝６ｂが設けられている。熱硬化性樹脂組成物１と放熱用金属板４はこの壁６ａによって囲まれる領域を覆うように積層され、この領域を一点鎖線によって図示する。

図８において、従来の基板の製造方法の概要を説明する。

まず、図８（ａ）のように下金型６の上に回路形成用導体２が敷かれる。

次に図８（ｂ）のようにその上から上金型７が下金型６に設けられた壁６ａに載るように設置され、その後上金型７の孔に放熱用金属板４に貼られた熱硬化性樹脂組成物１が投入され、次に放熱用金属板４の上から中金型８が重ねられた後、熱プレス内に設置されて一定の温度に昇温されつつ、加圧される。

この時、図８（ｃ）のように中金型８が下へ加圧されて下降し、熱硬化性樹脂組成物１が回路形成用導体２の貫通溝３に充填される。

その後、図８（ｄ）のように、回路形成用導体２の端子５を外枠１１から切断分離した後に図８（ｅ）に示すように、端子５を曲げ加工により形成して、熱伝導性基板を完成するのである。

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。
特開２００２−３５５８３５号公報

しかし従来の熱伝導性基板の製造方法では、熱硬化性樹脂組成物１が中金型８により加熱および加圧される際に軟化して流動するため、製品構造を形成するためには熱硬化性樹脂組成物１の流れをせき止めるために下金型６に壁６ａを設けるといった複雑な形状の下金型６が必要となり、金型のコストが高くなるという問題を有していた。

そこで本発明は下金型６を簡素な形状にすることを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、下金型の上に外枠と端子とつなぎ桟と接続部とを備えた回路形成用導体と、部分硬化状態で可撓性を有するシート形状の熱硬化性樹脂組成物と、放熱用金属板とを順次下方から上方へと積み重ねる第１工程と、この第１工程による積層体がその開口部内に収納された状態で上金型を前記下金型上に載せる第２工程と、前記上金型の開口部上から中金型で前記積層体を押さえる第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物が硬化した後に前記つなぎ桟および接続部を切削加工により削除することで独立した回路形成用導体を形成する第４工程からなり、前記第３工程において、中金型によって押さえられて回路形成用導体の周囲に設けた貫通溝を介して、前記下金型と前記上金型で囲われた領域へ流れ出る熱硬化性樹脂組成物を前記上金型と前記下金型の間に挟んだ、前記つなぎ桟と前記接続部でせき止められるよう、前記回路形成用導体に前記つなぎ桟および前記接続部が配置されている熱伝導性基板の製造方法とすることで、上金型と下金型で囲われた領域へ流れ出ようとする熱硬化性樹脂が流れないようにつなぎ桟と接続部でせき止め、複雑な形状の金型を用いる必要がなくなるものである。

本発明の製造方法によれば、回路形成用導体につなぎ桟を設けることにより、金型内で流動していた熱硬化性樹脂組成物をせき止めることができるので、従来は下金型に設けていた壁が不要となり、下金型の形状が簡素なものになり、金型のコスト削減を図ることができるものである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態における熱伝導性基板の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、従来の図８〜図１０と同一構成部分には同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施の形態に用いられる回路形成用導体２を図１に示す。１２は端子５間をつなぐ、つなぎ桟であり、１３は端子５と外枠１１とをつなぐ接続部である。つなぎ桟１２と接続部１３と外枠１１とによって囲まれる領域部分に熱硬化性樹脂組成物１を充填することで熱伝導性基板が構成される。

このように回路形成用導体２につなぎ桟１２と接続部１３を設けることが本発明の技術的特徴の一つであり、これにより従来であれば図１０に示すように下金型６に壁６ａを設けることによって充填された熱硬化性樹脂組成物１をせき止める必要があったものが、つなぎ桟１２と接続部１３とが熱硬化性樹脂組成物１をせき止めるので、端子５の形状に応じて下金型６に壁６ａを設けていたものが必要なくなり、図２に示すような簡素な形状の下金型６とすることができる。

また、外枠１１にも壁６ａの働きを持たせることが本発明の技術的特徴であり、これにより、放熱用金属板４の外周部分に対応して下金型６に壁６ａを設けていたものが必要なくなり、図２に示すような簡素な形状の下金型６とすることができる。

この回路形成用導体２を用いた熱伝導性基板の製造工程について説明する。

図３（ａ）に示すように、まず下金型６の上に回路形成用導体２を載せ、次に放熱用金属板４に貼り付けた熱硬化性樹脂組成物１を回路形成用導体２に積層する。

その後、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、上金型７、中金型８を載せ加工、加熱する。

このとき、中金型８によって加圧された熱硬化性樹脂組成物１は貫通溝３に充填されるとともに押し広げられ平面方法に流れ出るものを、つなぎ桟１２と接続部１３と外枠１１によってせき止め、熱伝導性基板としての製品の外形を保つ。

次に図３（ｄ）に示すように、回路形成用導体２のつなぎ桟１２と接続部１３を除去し、端子５を外枠１１から切断分離した後に図３（ｅ）に示すように、端子５を曲げ加工により形成して熱伝導性基板を完成させる。

このとき、図３（ｄ），（ｅ）に示すように、シート状の熱硬化性樹脂組成物１の端面付近における端子５にはつなぎ桟１２と接続部１３を除去した痕跡１４が残る。

なお、図３（ｄ）に示されたつなぎ桟１２と接続部１３、または外枠１１を切断する際には熱硬化性樹脂組成物１が半硬化状態のときに切断するのがよい。このようにすることにより、つなぎ桟１２と接続部１３、または外枠１１を切断する際に回路形成用導体２にかかる応力が半硬化状態の熱硬化性樹脂組成物１によって吸収されるので、切断による応力で熱硬化性樹脂組成物１にクラックが入ることを防ぐことができる。具体的にはレーザーやウォータージェットによる切断や打ち抜き加工を用いるとよい。

また、熱硬化性樹脂組成物１の硬化後であってもつなぎ桟１２と接続部１３、または外枠１１以外の回路形成用導体２にレジストを印刷した後にこれらをエッチングによって除去してもよい。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における熱伝導性基板の製造方法について図面を参照しながら説明する。

図３（ａ）において、まず下金型６の上に回路形成用導体２を載せ、次に放熱用金属板４に貼り付けた熱硬化性樹脂組成物１を回路形成用導体２に積層する際に中金型８で加圧時に金型内や回路形成用導体２との隙間に滲み出てバリを発生しないように、かつ未充填にならないよう熱硬化性樹脂組成物１が占めるべき質量をあらかじめ計量しておき、当該量の熱硬化性樹脂組成物１を用いることが、本発明の技術的特徴の一つである。これにより、熱硬化性樹脂組成物１に圧力がかけられた時に下金型６、上金型７、と回路形成用導体２によって構成される空間に適度に広がり、バリの発生要因となる余分な熱硬化性樹脂組成物１を発生させないことでバリや未充填の少ない熱伝導性基板とすることができる。

また、図３（ｃ）において、回路形成用導体２のつなぎ桟１２と接続部１３を切断除去する際に熱硬化性樹脂組成物１が半硬化した後に打ち抜き加工を用いてもよい。半硬化状態で打ち抜くため、熱硬化性樹脂組成物１にクラックが入りにくくなり、容易に外枠１１を取り除くことができる。

また、同じく図３（ｄ）において熱硬化性樹脂組成物１が半硬化状態になった後、完全硬化状態までを恒温炉内で加熱するとよい。これは、半硬化状態までのいわゆる成形の工程は金型を必要とするため一度に大量に実施できないが、半硬化状態から完全硬化状態までは熱硬化性樹脂組成物１に含まれる樹脂成分の重合反応による硬化なので、金型は不要となり、恒温炉を用いれば大量に実施することができ、生産効率を高くすることができる。この時、加圧も同時におこなってもよいものとする。このようにすることで熱硬化性樹脂組成物１と回路形成用導体２の間に挟まった空気を押しつぶしながら熱硬化性樹脂組成物１中の樹脂成分を硬化させるため両者の剥離を防ぐことができ、より放熱性の高い放熱基板をつくることができる。

また、本実施の形態２に用いられる回路形成用導体２はプレス加工、エッチング加工あるいはレーザー加工によって加工形成されたものでもよい。これにより、反りの少ない回路形成用導体２を得ることができ、成形時に熱硬化性樹脂組成物１が基板表面に流れ込みにくくすることができる。

なお、この回路形成用導体２にニッケル下地めっきと半田めっきを施してもよく、これにより、成形時の高温による回路形成用導体２の主材質である銅の酸化を防ぐことができるとともに基板への部品実装時のクリーム半田との密着性をよくすることができる。

また、この回路形成用導体２にニッケル下地めっきと錫あるいは錫と銀あるいは錫と銅を主成分とするめっきを施した場合には鉛フリー半田付けに対応することができ、環境負荷物質の使用を低減でき、法規制への対応も可能となる。

また、この回路形成用導体２に銅あるいはその合金材を用いてもよい。熱伝導性、電気伝導性が高く、加工が容易な銅を用いることにより、熱伝導性基板のより高い熱伝導性と電気伝導性及び低コストを実現することができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３に用いられる回路形成用導体２の平面図であり、図５はその斜視図である。

図４において、１５は回路形成用導体２の外枠１１上に設けられ、熱硬化性樹脂組成物１を逃がすための浅い溝である。そして、図３（ｂ）において金型内に熱硬化性樹脂組成物１を投入する際、加圧時に下金型６、上金型７、中金型８と回路形成用導体２との隙間からあふれるよう熱硬化性樹脂組成物１が占めるべき質量をあらかじめ計量しておき、当該量の熱硬化性樹脂組成物１を投入する。このように、回路形成用導体２に浅い溝１５を設けたことが、本発明の技術的特徴の一つである。これにより、金型内で加圧され、あふれた熱硬化性樹脂組成物１は図４における浅い溝１５に導かれる。この時、溝１５は浅く設けられているため、熱硬化性樹脂組成物１には一定の圧力がかかり、未充填を防ぐことができ、バリの処理はこの部分を除去するだけでできるため作業が非常に容易になる。

また、この浅い溝１５は図６や図７に示すように、袋小路の樹脂溜り１６のようにしても同様の効果が得られるものである。さらに、この浅い溝１５は外枠１１の２辺以上に設けても、１辺あたり複数本設けてもよい。このようにすることにより、金型内で熱硬化性樹脂組成物１が加圧された時に回路形成用導体２の外に複数の方向に分散してあふれ出るようにすることで金型内に発生する圧力をより均一にすることができ、成形・一体化を安定したものにすることができる。

なお、本実施の形態では、浅い溝１５は外枠１１上に設けるものとしたが、外枠１１だけでなく、つなぎ桟１２や接続部１３に設けても同様の効果が得られるものである。その際、浅い溝１５は上金型７と接する方向の面に設けるとよい。これにより金型内で熱硬化性樹脂組成物１が加圧された時に回路形成用導体２の外にあふれ出る圧力が外枠１１やつなぎ桟１２や接続部１３を下金型６に押し付けるように働くことで回路形成用導体２の反りなどを少なくすることができ、成形・一体化を安定させることができる。

また、これらの浅い溝１５はエッチングにより形成するとよい。これにより、溝の除去加工が容易になり、切削や打ち抜きの工具の磨耗を減らすことができる。なお、これは回路形成用導体２をあらかじめプレスによって浅い溝１５に対応する部分だけを圧延して板厚を薄くした後に全体の回路パターンを形成する方法によって浅い溝１５を得ても同様の効果が得られるものとする。

以上のように、本発明にかかる熱伝導性基板の製造方法によれば、複雑な形状の下金型を用いることなく、熱伝導性基板を作ることが可能となるので、熱伝導性基板の低コスト化が実現できる。

本発明の実施の形態における回路形成用導体の平面図本発明の実施の形態における下金型の斜視図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明の実施の形態における熱伝導性基板の製造方法を示す断面図本発明の実施の形態における回路形成用導体の平面図本発明の実施の形態における回路形成用導体の斜視図本発明の実施の形態における回路形成用導体の平面図本発明の実施の形態における回路形成用導体の斜視図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ従来の熱伝導性基板の製造方法を示す断面図従来の回路形成用導体の平面図従来の下金型の斜視図

１熱硬化性樹脂組成物
２回路形成用導体
３貫通溝
４放熱用金属板
５端子
６下金型
６ａ壁
６ｂ溝
７上金型
８中金型
９基準孔
１０パイロットピン
１１外枠
１２つなぎ桟
１３接続部
１４痕跡
１５浅い溝
１６樹脂溜り

Claims

下金型の上に外枠と端子とつなぎ桟と接続部とを備えた回路形成用導体と、部分硬化状態で可撓性を有するシート形状の熱硬化性樹脂組成物と、放熱用金属板とを順次下方から上方へと積み重ねる第１工程と、この第１工程による積層体がその開口部内に収納された状態で上金型を前記下金型上に載せる第２工程と、前記上金型の開口部上から中金型で前記積層体を押さえる第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物が硬化した後に前記つなぎ桟および接続部を切削加工により削除することで独立した回路形成用導体を形成する第４工程からなり、前記第３工程において、中金型によって押さえられて回路形成用導体の周囲に設けた貫通溝を介して、前記下金型と前記上金型で囲われた領域へ流れ出る熱硬化性樹脂組成物を前記上金型と前記下金型の間に挟んだ、前記つなぎ桟と前記接続部でせき止められるよう、前記回路形成用導体に前記つなぎ桟および前記接続部が配置されている熱伝導性基板の製造方法。
下金型の上に外枠と端子とつなぎ桟と接続部とを備えた回路形成用導体と、部分硬化状態で可撓性を有するシート形状の熱硬化性樹脂組成物と、放熱用金属板とを順次下方から上方へと積み重ねる第１工程と、この第１工程による積層体がその開口部内に収納された状態で、上金型を前記下金型上に載せる第２工程と、前記上金型の開口部上から中金型で前記積層体を押さえる第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物が硬化した後に前記外枠を切削加工により削除することで独立した回路形成用導体を形成する第４工程からなり、前記第３工程において、中金型によって押さえられて回路形成用導体の周囲に設けた貫通溝を介して、前記下金型と前記上金型で囲われた領域へ流れ出る熱硬化性樹脂組成物を前記上金型と前記下金型の間に挟んだ、前記つなぎ桟と前記接続部でせき止められるよう、前記回路形成用導体に前記つなぎ桟および前記接続部が配置されている熱伝導性基板の製造方法。
下金型の上に外枠と端子とつなぎ桟と接続部とを備えた回路形成用導体と、部分硬化状態で可撓性を有するシート形状の熱硬化性樹脂組成物と、放熱用金属板とを順次下方から上方へと積み重ねる第１工程と、この第１工程による積層体がその開口部内に収納された状態で上金型を前記下金型上に載せる第２工程と、前記上金型の開口部上から中金型で前記積層体を押さえる第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物が硬化する前の半硬化状態のときに前記つなぎ桟および接続部を切削加工により削除することで独立した回路形成用導体を形成する第４工程からなり、前記第３工程において、中金型によって押さえられて回路形成用導体の周囲に設けた貫通溝を介して、前記下金型と前記上金型で囲われた領域へ流れ出る熱硬化性樹脂組成物を前記上金型と前記下金型の間に挟んだ、前記つなぎ桟と前記接続部でせき止められるよう、前記回路形成用導体に前記つなぎ桟および前記接続部が配置されている熱伝導性基板の製造方法。
下金型の上に外枠と端子とつなぎ桟と接続部とを備えた回路形成用導体と、部分硬化状態で可撓性を有するシート形状の熱硬化性樹脂組成物と、放熱用金属板とを順次下方から上方へと積み重ねる第１工程と、この第１工程による積層体がその開口部内に収納された状態で、上金型を前記下金型上に載せる第２工程と、前記上金型の開口部上から中金型で前記積層体を押さえる第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物が半硬化状態のときに前記外枠を切削加工により削除することで独立した回路形成用導体を形成する第４工程からなり、前記第３工程において、中金型によって押さえられて回路形成用導体の周囲に設けた貫通溝を介して、前記下金型と前記上金型で囲われた領域へ流れ出る熱硬化性樹脂組成物を前記上金型と前記下金型の間に挟んだ、前記つなぎ桟と前記接続部でせき止められるよう、前記回路形成用導体に前記つなぎ桟および前記接続部が配置されている熱伝導性基板の製造方法。
第４工程において、つなぎ桟と接続部または外枠を切削加工に替えて、レーザー加工あるいはウォータージェット加工、打ち抜き加工、エッチング加工のいずれか一つ以上により削除することを特徴とする請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。
第４工程において熱硬化性樹脂組成物が半硬化状態のときに積層体を金型から取り出し、恒温炉内で加熱する請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。
第３工程において中金型が積層体を押さえた際に上金型と中金型の隙間や上金型と回路形成用導体との隙間に流れ込まないような熱硬化性樹脂組成物の質量をあらかじめ計量した上で第１工程にて積み重ねる請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。
第３工程において前記中金型が前記積層体を押さえた際に前記熱硬化性樹脂組成物が流れ込むよう前記回路形成用導体の前記外枠に、前記外枠の厚みより浅い溝が設けられている請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。
回路形成用導体の外枠に設けられた浅い溝が、袋小路の樹脂溜りになっている、あるいは前記外枠の１辺当たり複数本設けられている、あるいは前記外枠の２辺以上に設けられている、あるいはエッチングにより形成されている、あるいはプレスによって圧延されている、のいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性基板の製造方法。
回路形成用導体にニッケル下地めっきと半田めっきを施していることを特徴とする請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。
回路形成用導体が銅あるいはその合金材からなることを特徴とする請求項１〜４のどちらか一つに記載の熱伝導性基板の製造方法。