JP5011845B2 - 熱伝導基板の製造方法及びこれによって製造した熱伝導基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器の大電力回路等に使用される熱伝導基板の製造方法及びこれによって製造した熱伝導基板に関するものである。

近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の電子部品の高密度化、高機能化が要求されている。この動きに対応するために、各種電子部品を実装する回路基板もまた小型・高密度化が求められている。その結果、高密度実装されたパワー半導体等の発熱をいかに放熱するかが重要な課題となっている。このような放熱性を改良する回路基板（高放熱性基板）が、特許文献１に開示されている。

以下、図面を用いて、従来の熱伝導基板の製造方法を説明する。図１１（Ａ）、（Ｂ）は従来の熱伝導基板の構造を示す斜視図と断面図である。図１１（Ａ）において、リードフレーム１は、熱伝導樹脂２に埋め込まれた状態で、金属板３の上に固定されている。ここで熱伝導樹脂２は、例えばシート状に形成されたものであり、熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーとを混合して構成されている。そしてリードフレーム１は、回路パターン状に形成されている。なお図１１（Ａ）において、リードフレーム１の一部は、「パターン省略」として図示していない。

図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の任意部分の断面図である。図１１（Ｂ）に示すように、シート状に形成された熱伝導樹脂２を介して、放熱用の金属板３と、リードフレーム１とは一体化されている。そして、前記リードフレーム１の表面に、最終的に電子部品（図示していない）を実装する。図１１（Ｂ）におけるボイド５は、熱伝導樹脂２の内部や、熱伝導樹脂２の表面、あるいはリードフレーム１と熱伝導樹脂２の界面に発生した空気の泡（あるいは空気残り）であり、ボイド５は熱伝導基板の放熱性や熱伝導性に影響を与える場合がある。

次に図１２（Ａ）、（Ｂ）、図１３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、熱伝導基板の製造方法を説明する。図１２（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレームに、汚れ防止フィルムを貼り付ける様子を示す断面図である。図１２（Ａ）において、リードフレーム１は、回路パターンに成形したものである。そしてリードフレーム１の一面側に、汚れ防止フィルム６をセットし、図１２（Ｂ）に示すように、貼り付ける。

図１３（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレーム１と金属板３を、熱伝導樹脂２を用いて一体化する様子を示す断面図である。まず図１３（Ａ）に示すように、汚れ防止フィルム６を貼り付けられたリードフレーム１の下に、熱伝導樹脂２と、金属板３と、をセットする。そして矢印７に示すように、金型（図示していない）を用いて、これらをプレスする。図１３（Ｂ）は、プレス途中の断面図であり、リードフレーム１は、熱伝導樹脂２に埋め込まれている。図１３（Ｂ）におけるボイド５は、プレス工程において、熱伝導樹脂２に巻き込まれた（あるいは発生した、あるいは逃げ切れなかった）空気に相当する。

次に汚れ防止フィルム６の効果について説明する。図１２（Ａ）、（Ｂ）、図１３（Ａ）、（Ｂ）において、汚れ防止フィルム６を用いない場合、プレスで加熱・加圧による一体化を行う場合、前記熱伝導樹脂２が軟化して流動する。その結果、熱伝導樹脂２がリードフレーム１に設けられた回路パターン間に回り込み、リードフレーム１の表面（あるいは部品実装面）に、滲み出し、はみ出してしまう。そして、その滲み出したままの状態や、はみ出したままの状態で熱伝導性樹脂２が硬化してしまうと、回路パターンの汚れとなる可能性があった。汚れ防止フィルム６は、こうした対策を行うためである。しかし汚れ防止フィルム６を用いた場合、汚れ防止フィルム６に空気透過性（あるいは通気性）が無いため、図１２、図１３に示したような、積層工程において、熱伝導樹脂２の内部やその表面、あるいはリードフレーム１と汚れ防止フィルム６との隙間に残った空気が、ボイド５となって残る。そしてボイド５は、リードフレーム１と高伝熱樹脂２の接着強度や、複数のリードフレーム１間の絶縁性、あるいはリードフレーム１から高伝熱樹脂２への放熱性や熱伝導性に影響を与える可能性がある。
特開２００２−３３５５８号公報

しかしながら従来の熱伝導基板では、汚れ防止フィルム６を用いることで、リードフレーム１表面への汚れ防止は可能になったが、高伝熱樹脂２やリードフレーム１との界面、あるいは高伝熱樹脂２の内部等に、ボイド５が発生しやすくなるという課題が新たに発生することがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱・加圧時の熱伝導樹脂の滲みやはみ出しによるリードフレームの表面上の汚れを抑制すると共に、ボイドの発生を抑制する熱伝導基板の製造方法及びこれによって製造した熱伝導基板を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、配線パターン状にリードフレームを加工する工程と、フィルムに、前記リードフレームを貼り付ける工程と、前記リードフレームの隙間に露出した前記フィルムの露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔を複数個形成する工程と、前記フィルムの前記リードフレームを貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂と、金属板と、を順にセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記積層体中の前記伝熱樹脂を硬化させる工程と、前記伝熱樹脂が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルムを前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法及び、これによって製造した熱伝導基板を提供する。

このような構成によって、前記高伝熱樹脂と前記リードフレームとの間に空気が残ったとして、金型を用いて加熱圧着する際に、前記リードフレームを固定するフィルムに形成された孔を介して、前記空気を外部に逃がすことができる。

その結果、伝熱樹脂を、リードフレームの微細な隙間まで回り込ませることができるため、リードフレームと熱硬化性樹脂の密着面積を高めることができ、リードフレームと伝熱樹脂との界面、あるいは高伝熱樹脂の内部に空気が残らない。また前記フィルムによって、伝熱樹脂と、金型が直接接することを阻害できるため、金型が熱硬化性樹脂によって汚れにくくなる。

またリードフレームの一面側に貼り付けたフィルムが、伝熱樹脂と金型との接触を防止するために、前記金型の表面に伝熱樹脂が汚れとして付着しない。

その結果、リードフレームと伝熱樹脂との熱伝導性を高めることができ、熱伝導基板の熱伝導性（あるいは放熱性）を高められる。またリードフレーム表面に貼り付けたフィルムのため（更にはリードフレームに重なった部分のフィルムには孔を形成していないため）、リードフレーム表面（部品実装面）への伝熱樹脂の回り込みを防止でき、更に伝熱樹脂と金型とが直接、接しないために金型の伝熱樹脂による汚れ発生を防止できる。

以上のように本発明によれば、加熱・加圧時の熱硬化樹脂組成物の滲みやはみ出しによるリードフレーム表面への汚れを抑制することができると共に、加熱・加圧時に残った空気をフィルムに形成した孔を介して外部に逃がすことができるため、ボイド発生を防止できる。

その結果、伝熱樹脂をリードフレームの微細な隙間まで確実に回り込ませることができ、リードフレームから伝熱樹脂への熱伝導性（あるいは放熱性）を高められる。またリードフレーム表面に貼り付けたフィルムのため（更にはリードフレームに重なった部分のフィルムには孔を形成していないため）、リードフレーム表面（部品実装面）への伝熱樹脂の回り込みを防止できる。更に伝熱樹脂と金型とが直接、接しないために金型の伝熱樹脂による汚れ発生も防止できる。

なお本発明の実施の形態に示された一連の製造工程は、成型金型を用いて行われる。但し、説明するために必要な場合以外は、成形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。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態１における熱伝導基板について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の熱伝導基板の斜視図及び断面図である。図１（Ａ）において、１０はリードフレーム、１１は伝熱樹脂、１２は点線、１３は金属板である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の任意の位置での断面図であり、図１（Ｂ）より、伝熱樹脂１１はリードフレーム１０を埋め込んだ状態で、金属板１３の上に固定している。そして図１（Ｂ）において、伝熱樹脂１１の内部、あるいは伝熱樹脂１１とリードフレーム１０の界面には、ボイド５は発生していない。なお図１（Ａ）において、リードフレーム１０の中央部（いわゆる部品実装部）は、「パターン省略」として図示していない。次に図２〜図４を用いて、更に詳しく説明する。

図２〜図４は、熱伝導基板の製造方法の一例を示す断面図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、１４はフィルムであり、例えばＰＥＴフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）、ＰＰフィルム（ポリプロピレンフィルム）等の市販の樹脂性フィルムである。また必要に応じて、その片面に接着層を形成しておくことで、リードフレーム１０と、フィルム１４の密着性を高められる。１５は孔開手段、１６は矢印である。また１７は孔であり、孔開手段１５によって、フィルム１４に形成したものである。リードフレーム１０は所定の金属材料を、配線パターン状に形成したものである。具体的にはリードフレーム１０にはアルミニウム、銅、銀、鉄等の高導電性、熱伝導性を有する金属を使用する。そして配線パターン形状にリードフレーム１０を形成するには、プレス加工、エッチング加工、あるいはレーザー加工等により所定の配線パターンに加工する。

そして図２（Ａ）に示すように、リードフレーム１０と、フィルム１４を向かい合わせにセットした後、図２（Ｂ）に示すようにリードフレーム１０と、フィルム１４とを互いに張り合わせる。ここでフィルム１４の一面側（リードフレーム１０に接する面）に、接着層を形成しておくことが望ましい。なおリードフレーム１０の片面を粗面化しておいても良い。リードフレーム１０の片面（フィルム１４を貼り付けない面）を粗面化することで、後述する伝熱樹脂１１との密着性を高められる。またフィルム１４を貼り付ける面（電子部品の実装面に相当）は粗面化する必要はない。この面を粗面化すると、リードフレーム１０の表面（部品実装面）に伝熱樹脂１１が回り込みやすくなったり、フィルム１４を引き剥がす際、フィルム１４が剥がれにくくなったり、リードフレーム１０の表面に接着剤が表面に残る場合がある。

次に図２（Ｂ）に示すように、孔開手段１５を矢印１６に示すように用いて、フィルム１４の、リードフレーム１０からの露出部分に孔１７を形成する。孔１７の形成は、リードフレーム１０とフィルム１４を張り合わせた後で行う。なお孔１７の形成手段としては物理的手段（例えば、金型や針、剣山等を用いる）、光学的手段（例えば、レーザー等を用いる）等を選ぶ（あるいは組み合わせる）ことができる。また孔１７は前記露出部分の一部に選択的に形成しても良い。

図２（Ｃ）は、こうしてリードフレーム１０から露出したフィルム１４に、孔１７を形成した後の状態を説明する断面図である。このようにリードフレーム１０を、フィルム１４に貼り付けた状態で取り扱う（ハンドリング）することで、リードフレーム１０の一部が引っかかって変形することがなく、生産工程を自動化しやすい。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレーム１０を伝熱樹脂１１に埋め込みながら、金属板１３に固定する様子を示す断面図である。図３（Ａ）において、リードフレーム１０の上に貼り付けられたフィルム１４には孔１７を形成している。そしてその下に、伝熱樹脂１１と、金属板１３と、を順にセットする。そして矢印１６ａに示すように、これらを金型(図示していない）を用いて、加熱・加圧して積層、一体化する。図３（Ｂ）は、この一体化の途中（あるいはプレス途中）で、リードフレーム１０と伝熱樹脂１１の隙間に残った空気が、フィルム１４に形成した孔１７を介して、逃げる様子を示す断面図である。図３（Ｂ）において、矢印１６ｂは、リードフレーム１０と、フィルム１４の隙間に閉じ込められた空気が、孔１７を介して外部に逃げる方向を示す。なお伝熱樹脂１１をフィルム状（あるいはシート状）とする際、図３（Ａ）に示すように、中央部を若干膨らませて（厚くして）おくことで、伝熱樹脂１１の流動性を高めることができる。

なお図３において、伝熱樹脂１１と、金属板１３を予め一体化したものを用いることも可能である。例えば、金属板１３の一面側に、伝熱樹脂１１と、金属板１３を予め一体化している一体化物を使うことで、積層工程の合理化が可能となる。

図４は、リードフレーム１０を、伝熱樹脂１１を介して金属板１３と一体化させた後の様子を説明する断面図である。図４において、１８は突起であり、フィルム１４に形成した孔１７に、伝熱樹脂１１の一部が充填された部分（あるいは充填された痕跡）である。図４（Ａ）に示すように、金型（図示していない）を用いて、金属板１３とフィルム１４を加熱、圧着する。この時、例えば図４（Ａ）に示すように、伝熱樹脂１１の一部を、フィルム１４に形成した孔１７に入るようにしても良い。このようにすることで、リードフレーム１０とフィルム１４の隙間に空気が残らない。そしてこの状態で、伝熱樹脂１１を硬化、もしくは半硬化させ、リードフレーム１０と金属板１３を、伝熱樹脂１１を用いて積層、一体化する。図４（Ｂ）は、フィルム１４を剥離した後の様子を示す断面図である。図４（Ｂ）に示すような、伝熱樹脂１１からなる突起１８を、リードフレーム１０の隙間に露出した伝熱樹脂１１の表面に形成するようにすることで、空気残りの発生の抑制を確認できる。このように積極的に孔１７の中に、伝熱樹脂１１を充填させることで、ボイド５の発生防止を確実に行える。また伝熱樹脂１１の表面に積極的に発生させた、突起１８の発生状況を解析することで、プレス条件（更には加熱・加圧時の圧力ムラ、温度ムラ、熱伝導基板の流動性のムラ等）も評価できる。このように突起１８を形成させることで、現場における製品の品質向上を可能にする。なお突起１８は必ずしも凸状である必要はない。孔１７が細長い場合、孔１７の中で硬化した伝熱樹脂１１は、フィルム１４と共に除去されるため、凹状の窪みとなる場合もある。

なお伝熱樹脂１１の表面に発生した突起１８は、バフ研磨等によって簡単に除去できる。このようにその表面を軽く研磨することで、リードフレーム１０の表面の汚れ（例えば、油汚れ、あるいはフィルム１４を接着していた糊残り）を除去でき、後加工（例えば、表面に錫めっき、半田めっきをする。あるいはソルダーレジストを形成する）をしやすくできる。そしてソルダーレジスト（図示していない）を形成することで、リードフレーム１０の上での半田の濡れ広がりを抑えられる。なお本実施の形態では、その表面を研磨することで、伝熱樹脂１１と、リードフレーム１０の表面は、更に同一面側（望ましくは互いの段差５０μｍ以下、更に望ましくは２０μｍ以下、更には１０μｍ未満）にできるため、ソルダーレジストの形成が容易となる。また伝熱樹脂１１とリードフレーム１０との間の厚み段差が小さい分、ソルダーレジストの厚みバラツキを抑えられ、電子部品の実装性を高められる。なおバフ研磨等の工程で、突起１８の痕跡が消えるまで、完全に除去する必要は無い。突起１８の残渣として残している微細な凹凸は、ソルダーレジストの均一な形成には阻害要因にはならず、ソルダーレジストの密着力を改善（下地の清浄効果、アンカー効果）する。

図５は、プレス後（フィルム１４を剥離した後）の製品表面の断面斜視図である。図５において、１９はリードフレーム１０の隙間である。図５に示すように、金属板１３の上には、リードフレーム１０を埋設した伝熱樹脂１１を固定している。そしてリードフレーム１０の隙間１９に露出した、伝熱樹脂１１の表面には、突起１８が残っている。なお突起１８は突起状であっても良いが、前述したような凹状の窪みや、その痕跡であっても良い。また伝熱樹脂１１やリードフレーム１０の表面を研磨する際、突起１８の痕跡まで完全に除去する必要は無い。ここで突起１８の痕跡とは、例えば図５に示すように、その表面を顕微鏡等で観察した際に観察できるものであり、例えば研磨後に直径０．０１〜０．５ｍｍ程度の丸い窪み跡（突起１８の周囲が局所的に削られにくいため、丸いリングが形成されることがある）である。そしてこの突起１８の痕跡を見ることで、研磨のムラの有無やその程度を評価できる。リードフレーム１０は金属であり、伝熱樹脂１１に比べ、削られにくいため研磨のムラ、あるいは研磨ブラシの当たり方の違いは見分けにくい。一方、伝熱樹脂１１は樹脂や無機フィラーを含むため、研磨のムラを見分けやすい。このように突起１８を形成し、突起１８を工程のモニターとして活用することで、例えばリードフレーム１０の表面研磨（表面研磨を行うことで、後工程での半田めっき、錫めっき等の工程を安定化できる）工程の安定化が可能となり、現場における製品の品質向上に役立てられる。このように、突起１８やその痕跡を積極的に活用することで、工程中での品質管理に役立てることができる。

なおフィルム１４として、不織布等の通気性のある材料、あるいは特殊な通気性フィルムを用いることも可能であるが、こうした材料は高価であり、製品コストに影響を与える。またこうした通気性部材は、その通気性を制御することが難しい。一方、熱伝導基板の製造工程において、その品質の高位標準化が重要となる。しかし市販の通気性フィルムの場合、通気性が固定されるため、製品仕様（リードフレーム１０の材質や厚み、金属板１３の材質や厚み等）によってはプレス条件側の再調整が必要となる。そしてプレス条件（例えば温度や圧力）が複数種類に増加することで、金型等の温度が安定するまでに一定時間（いわゆる待ち時間）が発生し、その生産性に影響を与える。しかし本願のように通気性の無いフィルム材料を用い、これに孔１７を形成する場合、フィルム１４に形成する孔１７の大きさ、孔１７の密度等によって、その通気性を自由にコントロールできる。製品仕様によって、その通気性を調整できるため、その分プレス条件を少なくでき、プレス装置が安定するまでの待ち時間を減らせる。また製品仕様に応じてフィルム１４に形成する孔１７を最適なものに設計することが可能となる。なお本実施の形態において、通気性が無いとは、気孔率が０．１％以下であり、通気性、透湿性が殆ど無いものを意味する。こうした部材に、直径０．０１〜０．５０ｍｍの孔１７を形成することで、フィルム１４の強度を保ちながら、ボイド５の発生を防止する。

次に図６から図１０を用いて、更に詳しく説明する。図６（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレーム１０の一例を示す上面図及び断面図である。図６（Ａ）はリードフレーム１０の上面図である。図６（Ｂ）はリードフレーム１０の断面図であり、図６（Ａ）の矢印１６の位置での断面に相当する。図６において、隙間１９は、リードフレーム１０のパターン同士が、一定の間隔で離れていることを示す。こうして配線パターン形状に、リードフレーム１０を構成する。なお図６で、リードフレーム１０の最外部を、額縁のようにして固定（一体化）しているのは、リードフレーム１０をバラバラにしないためである。

次に図７に示すように、リードフレーム１０の上にフィルム１４を貼り付ける。ここでリードフレーム１０よりフィルム１４の大きさ（あるいは面積）を大きくすることが望ましい。図７（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレーム１０よりもフィルム１４を大きくした場合の上面図及び断面図である。ここでフィルム１４に片面糊付きのものを選ぶことが望ましい。フィルム１４として、片面糊付を選んでリードフレーム１０を固定しておくことで、リードフレーム１０の隙間１９が作業工程内で変形しにくくできる。なおリードフレーム１０よりも、フィルム１４の方を大きく（あるいは広く）することが望ましい。リードフレーム１０より、フィルム１４を大きく（少なくとも一部がはみ出すように）することで、プレス加工後でフィルム１４を、リードフレーム１０から剥がしやすくできる。また耐熱性の低い安価なフィルム１４を用いた場合、プレスや加熱工程等でフィルム１４が縮み、更にはフィルム１４の表面の糊がリードフレーム１０の表面にベタベタと残ってしまうことがある。そしてこの糊は、金型（図示していない）の表面に汚れとして付着しやすい。そのため、図７に示すように、フィルム１４を、リードフレーム１０より大きく（少なくとも一辺、もしくは一部分で１ｍｍ以上、望ましくは２ｍｍ以上、更に望ましくは５ｍｍ以上はみ出すように）することが望ましい。フィルム１４のリードフレーム１０からのはみ出し長さが１ｍｍ未満の場合、後で引き剥がしにくくなる場合がある。また長尺のフィルム１４に、複数個のリードフレーム１０を一定距離だけ離して貼り付けることで、リードフレーム１０を長尺のフィルム１４として、連続的に取り扱うことができ、製造工程の合理化が可能となる。

次に図８に示すように、フィルム１４の一部（特に、リードフレーム１０から露出した部分）に、選択的に孔１７を形成する。図８（Ａ）、（Ｂ）はフィルム１４の一部に孔１７を形成した上面図及び断面図である。図８に示すようにフィルム１４をリードフレーム１０に固定した後、孔１７を形成することで、フィルム１４の強度の低下防止が可能となる。その結果、プレス工程の後、フィルム１４を引き剥がす際、フィルム１４の一部が、引き千切られてリードフレーム１０の表面に残りにくい。発明者らの実験によると、フィルム１４の全面（リードフレーム１０に重なっている部分にも）に孔１７を形成した場合、プレス後でフィルム１４を、機械で自動的に引き剥がした場合、フィルム１４の一部が、リードフレーム１０の上で引き千切られる（リードフレーム１０に重なっている面積部分に形成した孔１７によって、フィルム１４が途中で破れた）ことが有った。

次に、図９に示すように、リードフレーム１０を、伝熱樹脂１１を用いて金属板１３に固定する。この時、リードフレーム１０と、伝熱樹脂１１の間に残った空気はフィルム１４に形成した孔１７を介して、外部に逃げるため、ボイド５が発生しにくい。図９（Ａ）、（Ｂ）はリードフレーム１０と金属板１３を、伝熱樹脂１１を用いて固定した様子を示す上面図及び断面図である。

次に図１０に示すように、フィルム１４を剥離する。この時、図５で説明したように、フィルム１４に形成した孔１７に起因する突起１８やその痕跡を、伝熱樹脂１１の表面に残しても良い。図１０（Ａ）、（Ｂ）は、プレス後にフィルム１４を剥離した様子を示す上面図及び断面図である。なお図１０（Ａ）に示すように、リードフレーム１０の中央部（電子部品を実装する部分）よりも、伝熱樹脂１１や金属板１３を、少しはみ出すような設計（図１０では、矢印１６ｂで示している）とすることができる。図１０（Ａ）、（Ｂ）の矢印１６ｂで示すように、余分にはみ出させることで、例えばリードフレーム１０の外周部（いわゆる額縁部分、この部分は部品実装部に切断除去することで、リード部となる）、リード部分の保護（リード部分の一部を伝熱樹脂１１に埋め込む）が可能となり、ユーザーにおける熱伝導基板の取り扱い性を改善できる。

また伝熱樹脂１１をプレスする場合、伝熱樹脂１１の外周部（図１０で矢印１６ｂで示す部分）は、圧力や温度が変化しやすい。ここに不織布等の通気性を有する通気性部材をフィルム１４として用いた場合、通気性部材の有するクッション性（あるいは圧縮性）によって、伝熱樹脂１１の外周部（図１０で示した矢印１６ｂで示す部分）において、圧力不足しやすく、成形性に影響を与える場合がある。またプレス終了後に、前記通気性部材を引き剥がす際に、通気性部材は破れやすく、その一部がリードフレーム１０の表面に残り、作業性に影響を与えることがある。

一方、本願で用いるフィルム１４は通気性が無い（つまりクッション性に乏しい、あるいは非圧縮性）ため、圧力が伝熱樹脂１１の外周部（図１０で矢印１６ｂで示す部分）においても、逃げない（しっかり圧力をかけられるため、ボイド５も減らせる）。そのためフィルム１４を用いることで、伝熱樹脂１１の外周部（図１０で矢印１６ｂで示した部分）の成形精度が影響を受けにくい。

なお孔１７の大きさは、１０μｍ以上５００μｍ以下（望ましくは２０μｍ以上、３００μｍ以下、更には２００μｍ以下、更に望ましくは５０μｍ以下）が望ましい。孔１７の大きさ（直径）が、１０μｍ未満の場合、伝熱樹脂１１に充填された無機フィラーによって、詰まってしまい、プレス時の空気抜きの効果が得られにくい場合がある。また孔１７の大きさが５００μｍを超える場合、孔１７を介して伝熱樹脂１１が外部に流れ出しやすくなり、金型の表面に付着し、汚す場合がある。またリードフレーム１０の隙間１９を狭くすることが難しくなる。なお、孔１７のピッチはランダムでも、規則的なものであっても良い。孔１７の密度は、０．１個／平方ｍｍ以上、１０００個／平方ｍｍ以下（望ましくは１個／平方ｍｍ以上、１００個／平方ｍｍ以下）が望ましい。０．１個／平方ｍｍ未満の場合、空気が抜けにくく、プレス速度（特にプレスで荷重をかける際の速度）に影響を与える場合がある。また孔１７の密度が１０００個／平方ｍｍより多い場合、フィルム１４の強度が低下する場合があり、プレス後にフィルム１４を引き剥がす際に、フィルム１４が不規則に伸び、破れやすくなる。なお、孔１７の大きさは略同一が望ましい。孔１７の大きさを変化させた場合、工数が増えたり、コストアップしたりする可能性がある。

なおフィルム１４は、樹脂フィルムが望ましい。樹脂フィルムは安価で、リサイクル性に優れており、孔１７も形成しやすい。フィルム１４の厚みは１０μｍ以上５００μｍ以下（更には３０μｍ以上、３００μｍ以下）が望ましい。フィルム１４の厚みが１０μｍ未満の場合、孔１７を形成する際（更にはプレス後に引き剥がす際にも）破れやすくなる。またフィルム１４の厚みが５００μｍを超えると、孔１７の加工性に影響を与える場合があり、フィルム１４の材料費に影響を与える。なおフィルム１４にはある程度の伸縮性や、耐熱性（Ｔｇが１００℃以上、望ましくは１１０℃以上）があるものを用いることが望ましい。しかし、耐熱性が劣る（例えば、ガラス転移温度Ｔｇが１００℃未満のもの）であっても、図７等で示したように、リードフレーム１０より、フィルム１４の縮み分を予め計算して、フィルム１４をリードフレーム１０よりはみ出すように設計しておくことで、対応できる。このようにして、Ｔｇが８０〜１００℃程度の耐熱性の低い（その分安価な）フィルム１４であっても、図７に示すように使用することができ、製品の低コスト化を実現する。

更に詳しく説明する。リードフレーム１０の厚みは０．１０以上２．００ｍｍ以下（望ましくは１．００ｍｍ以下）程度が望ましい。リードフレーム１０の厚みが０．１０ｍｍ未満の場合、フニャフニャしたり、折れ曲がったりしやすく、その取り扱いが難しい。リードフレーム１０の厚みが２．００ｍｍを超えると、プレスによる打抜きが難しくなり、リードフレーム１０自体のパターン精度が低下する。そのため加工精度の面から、リードフレーム１０としては０．２〜１．００ｍｍ（更に望ましくは０．３０〜０．５０ｍｍ）が望ましい。

また伝熱樹脂１１としては、無機フィラー７０重量％以上９５重量％以下と、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下からなることが望ましい。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場合、また１００μｍを超えると伝熱樹脂１１の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱樹脂１１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、伝熱樹脂１１の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。なお無機フィラーとしてはアルミナの代わりに、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もよい。

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。こうして伝熱樹脂１１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、熱伝導基板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、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。

なお熱硬化性樹脂は、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。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。伝熱樹脂１１の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１０に装着した電子部品に生じた熱を金属板１３に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となり、厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定すれば良い。

次にリードフレーム１０の材質について説明する。リードフレーム１０の材質としては、銅を主体とするものが望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。またリードフレーム１０としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム１０となる銅素材に銅以外の少なくともＳｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｆｅ等の群から選択される少なくとも１種類以上の材料とからなる合金を使うことが望ましい。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、銅材料（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ銅材料（あるいは銅合金）の場合、例えばＳｎを０．１重量％以上０．１５重量％未満添加することで、その軟化温度を４００℃まで高められる。比較のためＳｎ無しの銅（Ｃｕ＞９９．９６重量％）を用いて、リードフレーム１０を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に歪みが発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が２００℃程度と低いため、後の部品実装時（半田付け時）に変形する可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６重量％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、４００℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Ｚｒの場合、０．０１５重量％以上０．１５重量％以下の範囲が望ましい。添加量が０．０１５重量％未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が０．１５重量％より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％未満、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％未満、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Ｆｅの場合０．１重量％以上５重量％以下、Ｃｒの場合０．０５重量％以上１重量％以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。

なおリードフレーム１０に使う銅材料の引張り強度は、６００Ｎ／平方ｍｍ以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍを超える材料の場合、リードフレーム１０の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍ以下（更にリードフレーム１０に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／平方ｍｍ以下）とすることでスプリングバック（必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと）の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにリードフレーム１０の材料としては、Ｃｕを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にリードフレーム１０による放熱効果も高められる。なおリードフレーム１０に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／平方ｍｍ以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度（３０〜７０Ｎ／平方ｍｍ程度）に対して、リードフレーム１０に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム１０に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／平方ｍｍ未満の場合、リードフレーム１０上に電子部品等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてリードフレーム１０部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１０の、伝熱樹脂１１から露出している面（電子部品等の実装面）に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことも有用である。なおリードフレーム１０の伝熱樹脂１１に接する面（もしくは埋め込まれた面）には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱樹脂１１と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、リードフレーム１０と伝熱樹脂１１の接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。金属板１３としては、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からできている。特に、本実施の形態では、金属板１３の厚みを１ｍｍとしているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる（なお金属板１３の厚みが０．１ｍｍ以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また金属板１３の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１３としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、伝熱樹脂１１を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部（あるいは凹凸部）を形成しても良い。全膨張係数は８〜２０ｐｐｍ／℃としており、本発明の熱伝導基板や、これを用いた電源ユニット全体の反りや歪みを小さくできる。またこれらの部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。また金属板１３を他の放熱板（図示していない）にネジ止めできる。

以上のようにして、配線パターン状にリードフレーム１０を加工する工程と、フィルム１４と前記リードフレーム１０とを貼り付ける工程と、前記リードフレーム１０の隙間に露出した前記フィルム１４の露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔１７を複数個形成する工程と、前記フィルム１４の前記リードフレーム１０を貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂１１と、金属板１３と、を順にセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記積層体中の前記伝熱樹脂１１を硬化させる工程と、前記伝熱樹脂１１が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルム１４を前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法によって、成形用の金型やリードフレーム１０の表面が伝熱樹脂１１によって汚れることを防止すると共に、その内部や表面のボイド５の発生を抑制できる熱伝導基板を提供でき、各種機器の高性能化、高寿命化に貢献できる。

配線パターン状にリードフレーム１０を加工する工程と、フィルム１４と前記リードフレーム１０とを貼り付ける工程と、前記リードフレーム１０の隙間に露出した前記フィルム１４の露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔１７を複数個形成する工程と、前記リードフレーム１０の前記フィルム１４の貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂１１を予め金属板１３上に形成してなる一体化物をセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記積層体中の前記伝熱樹脂１１を硬化させる工程と、前記伝熱樹脂１１が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルム１４を前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法によって、成形用の金型やリードフレーム１０の表面が伝熱樹脂１１によって汚れることを防止すると共に、その内部や表面のボイド５の発生を抑制できる熱伝導基板を提供でき、各種機器の高性能化、高寿命化に貢献できる。

配線パターン状にリードフレーム１０を加工する工程と、フィルム１４と前記リードフレーム１０とを貼り付ける工程と、前記リードフレーム１０の隙間に露出した前記フィルム１４の露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔１７を複数個形成する工程と、前記フィルム１４の前記リードフレーム１０を貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂１１と、金属板１３と、を順にセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記積層体中の前記伝熱樹脂１１を硬化させる工程と、前記伝熱樹脂１１が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルム１４を前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法によって製造した熱伝導基板であって、前記伝熱樹脂１１の表面には、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の突起１８もしくは突起１８の痕跡を複数個有している熱伝導基板とすることで、リードフレーム１０の表面への伝熱樹脂１１の回り込みが無く、ソルダーレジスト等に対するアンカー効果を得ながら、ボイド５の発生も抑制でき電子部品を効率的に放熱できるため、各種機器の高性能化、高寿命化に貢献できる。

配線パターン状にリードフレーム１０を加工する工程と、フィルム１４と前記リードフレーム１０とを貼り付ける工程と、前記リードフレーム１０の隙間に露出した前記フィルム１４の露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔１７を複数個形成する工程と、前記フィルム１４の前記リードフレーム１０を貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂１１を予め金属板１３上に形成してなる一体化物をセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記積層体中の前記伝熱樹脂１１を硬化させる工程と、前記伝熱樹脂１１が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルム１４を前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法であって、前記伝熱樹脂１１の表面には、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の突起１８もしくは突起１８の痕跡を複数個有している熱伝導基板とすることで、リードフレーム１０の表面への伝熱樹脂１１の回り込みが無く、更に前記突起１８もしくは突起１８の痕跡によってソルダーレジストの密着性が高く、ボイド５の発生も抑制でき電子部品を効率的に放熱できるため、各種機器の高性能化、高寿命化に貢献できる。

また伝熱樹脂１１として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を含むことで、熱伝導基板の熱的安定性（あるいは熱変形に対する耐力）を向上できる。また無機フィラーは、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からなる群から選択される少なくとも一種を含むものとすることで、伝熱樹脂１１の熱伝導性を高められる。

またリードフレーム１０を形成する金属板１３は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料とすることで、低抵抗を金型による加工性を高められる。

またリードフレーム１０の隙間１９に露出する伝熱樹脂１１の一部分以上の表面に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔１７に起因する模様、もしくは孔１７の痕跡、を有することで、その上に形成するソルダーレジストとの密着性を高めるのみならず、工程中でプレス圧力のムラや、表面研磨の程度をモニターできるため、工程の安定性を高められる。

以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とその製造方法を、各種ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）や電装用の大電力回路等に適用することによって、機器の小型化、高性能化が可能となる。

（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施の形態における熱伝導基板の斜視図及び断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は全て、本発明の実施の形態における熱伝導基板の断面図 （Ａ）（Ｂ）は共にリードフレームを伝熱樹脂に埋め込みながら、金属板に固定する様子を示す断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は全て、リードフレームを、伝熱樹脂を介して金属板と一体化させた後の様子を説明する断面図 プレス後（フィルムを剥離した後）の製品表面の断面斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、リードフレームの一例を示す上面図及び断面図 （Ａ）（Ｂ）は、リードフレームよりもフィルムを大きくした場合の上面図及び断面図 （Ａ）（Ｂ）は、フィルムの一部に孔を形成した上面図及び断面図 （Ａ）（Ｂ）は、リードフレームと金属板を、伝熱樹脂１１を用いて固定した様子を示す上面図及び断面図 （Ａ）（Ｂ）は、プレス後にフィルムを剥離した様子を示す上面図及び断面図 （Ａ）（Ｂ）は、従来の熱伝導基板の構造を示す斜視図と断面図 （Ａ）（Ｂ）は共に、リードフレームに、汚れ防止フィルムを貼り付ける様子を示す断面図 （Ａ）（Ｂ）は共に、リードフレームと金属板を、伝熱樹脂を用いて一体化する様子を示す断面図

符号の説明

１０ リードフレーム
１１ 伝熱樹脂
１２ 点線
１３ 金属板
１４ フィルム
１５ 孔開手段
１６ 矢印
１７ 孔
１８ 突起
１９ 隙間

Claims (8)

1. 配線パターン状にリードフレームを加工する工程と、
   フィルムと前記リードフレームとを貼り付ける工程と、
   前記リードフレームの隙間に露出した前記フィルムの露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔を複数個形成する工程と、
   前記フィルムの前記リードフレームを貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂と、金属板と、を順にセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、
   前記積層体中の前記伝熱樹脂を硬化させる工程と、
   前記伝熱樹脂が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルムを前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法。
2. 配線パターン状にリードフレームを加工する工程と、
   フィルムと前記リードフレームとを貼り付ける工程と、
   前記リードフレームの隙間に露出した前記フィルムの露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔を複数個形成する工程と、
   前記リードフレームの前記フィルムの貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂を予め金属板上に形成してなる一体化物をセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、
   前記積層体中の前記伝熱樹脂を硬化させる工程と、
   前記伝熱樹脂が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルムを前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法。
3. 前記フィルムは、厚み１０μｍ以上５００μｍ以下の通気性を有さない樹脂性フィルムである請求項１もしくは２記載の熱伝導基板の製造方法。
4. 伝熱樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項１もしくは２記載の熱伝導基板の製造方法。
5. 無機フィラーは、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からなる群から選択される少なくとも一種を含む請求項１もしくは２記載の熱伝導基板の製造方法。
6. 金属板は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項１もしくは２記載の熱伝導基板の製造方法。
7. 配線パターン状にリードフレームを加工する工程と、
   フィルムと前記リードフレームとを貼り付ける工程と、
   前記リードフレームの隙間に露出した前記フィルムの露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔を複数個形成する工程と、
   前記フィルムの前記リードフレームを貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂と、金属板と、を順にセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、
   前記積層体中の前記伝熱樹脂を硬化させる工程と、
   前記伝熱樹脂が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルムを前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法によって製造した熱伝導基板であって、
   前記伝熱樹脂の表面には、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の突起もしくは突起の痕跡を複数個有している熱伝導基板。
8. 配線パターン状にリードフレームを加工する工程と、
   フィルムと前記リードフレームとを貼り付ける工程と、
   前記リードフレームの隙間に露出した前記フィルムの露出部に、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の孔を複数個形成する工程と、
   前記フィルムの前記リードフレームを貼り付けた面側に、樹脂と無機フィラーとからなる伝熱樹脂を予め金属板上に形成してなる一体化物をセットし、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、
   前記積層体中の前記伝熱樹脂を硬化させる工程と、
   前記伝熱樹脂が半硬化状態または完全硬化状態で、前記フィルムを前記積層体から剥離する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法によって製造した熱伝導基板であって、前記伝熱樹脂の表面には、直径０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の突起もしくは突起の痕跡を複数個有している熱伝導基板。

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