JPH1146049A

JPH1146049A - 放熱性樹脂基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1146049A
Application number: JP19982297A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nakatani; 誠一中谷; Hiroyuki Handa; 浩之半田; Hideki Takehara; 秀樹竹原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】合成樹脂と無機フィラーの混合物によりなる
回路基板に関し、特に、パワー用素子実装のための放熱
性樹脂基板とその製造方法に関するもので、熱硬化性樹
脂に放熱性を付与するための無機フィラーを高濃度に充
填して、高い放熱特性を具備した樹脂基板を提供する。【解決手段】被圧縮性シートの両表面にカバーフィル
ムを貼り合わせ該シート及びカバーフィルムの厚さ方向
に貫通する所望の大きさの開口部分を開けて開口部に熱
硬化性樹脂と無機フィラーを含むペーストを充填し、シ
ートの両面に離型フィルムを介してペースト及びシート
の両面を加圧して加熱処理をし、ペースト中の樹脂成分
の一部を被圧縮性を有するシートに吸収させ、かつ絶縁
樹脂ペーストを硬化させて離型フィルムを除去し、硬化
した絶縁樹脂ペースト硬化体を基板の所定の大きさに打
抜いて、基板とする。これにより極めて高い熱伝導性を
有する放熱性樹脂基板が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂と無機フィラ
ーの混合物により形成されて放熱性を向上させた回路基
板に関し、特に、パワー用エレクトロニクス実装のため
の放熱性樹脂基板とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高性能化、小型化に伴
い、半導体素子の高密度、高機能化が一層要求されてお
り、それらを実装するため回路基板もまた小型高密度な
ものが要求されている。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。従来のプリント基
板の多くはガラス−エポキシ樹脂により成形されたもの
であったのに対して、回路基板の放熱性を改良する技術
として、アルミニウムなどの金属基板を使用し、この金
属基板の片面もしくは両面に絶縁層を介して回路パター
ンを形成して構成された金属ベース基板が知られてい
る。さらにより高い熱伝導性が要求される基板には、ア
ルミナや窒化アルミニウム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も利用されている。

【０００３】比較的小電力半導体素子の搭載用途には、
金属ベース基板が一般的に利用されるが、熱伝導を良く
するため絶縁層が薄くなければならず、金属ベース間で
ノイズの影響を受けることと、絶縁耐圧にやや課題を有
している。

【０００４】上記の金属ベース基板およびセラミック基
板が性能およびコストの面で両立が難しいため、近年、
熱可塑性樹脂に熱伝導性フィラーを混合した組成物と電
極であるリードフレームとを一体化して射出成形により
形成する熱伝導モジュールが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この射出成形型の熱伝
導モジュールは、ポリフェニレンサルファイトなどの熱
可塑性樹脂にアルミナ、マグネシア等の無機フィラーを
加熱混練し、リードフレームを配設した金型内に射出し
て成型一体とされる。この熱伝導モジュールは、セラミ
ック基板と比べ機械的強度の面で優れている反面、熱可
塑性樹脂に放熱性を付与するための無機フィラーを高濃
度に充填するということが困難であり、放熱性が悪いと
いう問題があった。これは、熱可塑性樹脂を高温で溶融
させフィラーと混練する際、フィラー量が多いと溶融粘
度が急激に高くなり混練できないばかりか射出成形すら
できなくなるからであった。また充填されたフィラー
が、研磨材として作用して、射出成形の金型を摩耗さ
せ、多数回の成形が困難であった。そのため充填フィラ
ー量に限界が生じて、セラミック基板は高い熱伝導性能
が得られないという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み、基板の樹脂
中に無機フィラーを高濃度に含有して、しかも簡易な製
造方法によって回路基板を形成することが可能であり、
特に、基板の厚み方向での熱伝導率が高く、さらに基板
の平面方向の熱膨脹係数が半導体と近く放熱性に優れた
放熱性樹脂基板及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の放熱性樹脂基板
は、少なくとも良伝熱性の無機質フィラーと絶縁樹脂と
から成る基板であり、厚さ方向の熱伝導率が面方向の熱
伝導率の１．１倍以上としたことを特徴とする。このた
めに、本発明は、無機質フィラーを基板の厚み方向に連
結した構造とするものであり、これにより、放熱基板と
して特に必要とされる厚み方向の熱伝導率を向上させ、
半導体素子用の基板としての放熱性能を高める。

【０００８】また、本発明の基板は、無機質フィラーを
高密度に充填することにより、基板の平面方向の熱膨張
係数が半導体ウエハーのとほぼ同じ程度とすることがで
きるので、半導体を直接実装する基板としても有効であ
るまた本発明に係る放熱性樹脂基板は、少なくとも無機
質フィラーと絶縁樹脂とから成る基板であり、無機質フ
ィラーがその厚さ方向にのみ相互連結した構造を有する
ことを特徴とする。

【０００９】本発明は、上記樹脂基板の片面又は両面に
配線パターン形成用の金属箔を積層一体とした放熱性基
板が含まれ、金属箔はその裏面を基板中の無機質フィラ
ーと接触させて、放熱性を高める。本発明は、さらに、
上記の金属箔を、配線パターンに形成したリードフレー
ムとした放熱性樹脂基板が含まれ、特に、このリードフ
レームは、その上面が基板上面とほぼ面一になるように
基板内に埋設されて、上面にはリードフレームによる段
部のない平滑な面とした放熱性樹脂基板としたものが含
まれる。

【００１０】このような放熱性樹脂基板は、絶縁性樹脂
に無機質フィラーを混合してペーストとし、これを板状
に硬化させて形成されるが、本発明は、硬化させる前
に、ペースト中の樹脂成分のみを一部除去してペースト
中の無機質フィラーを濃縮して、そのペースト中の樹脂
を硬化させて、無機質フィラーの密度の高い基板とする
ものである。

【００１１】これを実現するために、本発明は、放熱性
樹脂基板を製造する方法について、無機質フィラーと絶
縁樹脂とから成る流動性ないし可塑性を有するペースト
を液吸収性を有する枠材の内側空所に充填し、ペースト
両面を加圧してペースト中の絶縁樹脂の一部を枠材に吸
収させると共に、ペースト中の絶縁樹脂を硬化させ、こ
のペースト硬化体から所定の基板形状に切り出して基板
とする方法である。この方法においては、ペースト中の
絶縁樹脂の一部を、加熱時の低粘性を利用して、枠材に
吸収させるので、該ペースト中の無機質フィラーの充填
密度が高くなり、得られたペースト硬化体は、高密度無
機質フィラーが基板の熱伝導性を高め、特に、基板厚さ
方向の熱伝導率が面方向の熱伝導率より高くすることが
でき、これを回路基板に利用するのである。

【００１２】より具体的には、本発明の製造方法におい
ては、先ず、被圧縮性で且つ液吸収性のシートにその厚
さ方向に貫通する所望の大きさの開口部を設けて、液吸
収性の枠材とする。この開口部に無機フィラーと絶縁性
樹脂とを混練して成る絶縁樹脂ペーストを充填し、次い
で開口部を含むシートの両面域をプレス加圧しながら加
熱する。この加熱加圧処理の過程で、加圧により絶縁樹
脂ペースト中の樹脂成分の一部を押し出して圧縮された
当該シートに吸収させ、絶縁樹脂ペースト中の無機フィ
ラーの濃度を高め、さらに、加熱により絶縁樹脂ペース
トを硬化させる。最後にこの硬化した絶縁樹脂ペースト
硬化体を所定の大きさに打抜くことにより、放熱性樹脂
基板を得る。

【００１３】ここに、被圧縮性多孔シートは、両面の加
圧によっても圧縮変形が適度にあり、且つ液状樹脂を吸
収できるシート状材料であり、例えば、繊維質又は紙質
のシートが利用される。このシートの開口部の大きさ
は、目的の樹脂基板より大きく形成される。絶縁性樹脂
ペーストは、開口部に充填できる程度の粘度に調製され
て、充填後の加熱はペースト中の樹脂の流動性を高め、
加圧により、ペースト中の樹脂の一部が枠材としての被
圧縮性多孔シート中に吸収含浸される。これにより、ペ
ースト中には、無機フィラーの濃度が高くなり、無機フ
ィラー相互の接触頻度の高い状態でペースト中の樹脂成
分が硬化して、ペースト硬化体、即ち、無機フィラーを
含む樹脂成形体が形成される。この成形体は、無機フィ
ラーの濃度が高いので、熱伝導性が高く、特に、無機フ
ィラーは、厚さ方向に緻密に集積して圧縮されているの
で、平面方向よりも厚み方向の熱伝導性が高まる。この
ような無機フィラー−樹脂成形体は、基板として適した
所望の形状に打ち抜くこにより、熱伝導性に優れた絶縁
樹脂基板が得られる。

【００１４】より具体的には、被圧縮性多孔シートの両
表面にカバーフィルムを貼り合わせ、該シート及びカバ
ーフィルムの厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部
分を開け、開口部分に少なくとも無機フィラーと絶縁樹
脂とを含む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いでカバーフ
ィルムを除去し、次にシートの両面に離型フィルムを存
在させて、加圧加熱処理し、絶縁樹脂ペースト中の樹脂
成分の一部を被圧縮性のシートに吸収させて、実質的に
絶縁樹脂ペースト中の無機フィラー量を増大せしめ、か
つ絶縁樹脂ペーストの残存樹脂成分を硬化させて後離型
フィルムを除去し、絶縁樹脂ペースト部分を所定の大き
さに打抜くことにより形成することを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の製造方法の第２の態様に
おいては、基板の片面又は両面に金属箔を接合した絶縁
樹脂基板を形成する製造方法であって、この方法では、
上記の枠材ないしシートの開口部に充填した絶縁性樹脂
ペースト面を含めて枠材の片面ないし両面に金属箔を取
着し、金属箔上から押圧して、加熱処理する。この加熱
加圧処理の過程で、加圧により絶縁樹脂ペースト中の樹
脂成分の一部を被圧縮性のシートに吸収させ、絶縁樹脂
ペースト中の無機フィラーの濃度を高め、金属箔と樹脂
とが接触した状態で、加熱により絶縁樹脂ペーストを硬
化させる。最後にこの硬化した絶縁樹脂ペーストを所定
の寸法大きさに成形することにより、金属箔を積層した
放熱性樹脂基板を得る。金属箔は、後に所望の配線パタ
ーンに成形されて、配線電極に利用される。金属箔の配
線パターンの成形は、後述のように、絶縁樹脂ペースト
の硬化後にペースト硬化体上で行ってもよく、この場合
は、配線パターンの成形後に、絶縁樹脂ペースト硬化体
を基板の寸法に成形される。

【００１６】即ち、本発明の金属箔積層の絶縁樹脂基板
の製造方法は、より具体的に示すと、被圧縮性のシート
の両表面にカバーフィルムを貼り合わせ、次いで該シー
ト及びカバーフィルムの厚さ方向に貫通する所望の大き
さの開口部を設け、該開口部に無機フィラーと絶縁樹脂
とを含む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いでカバーフィ
ルムを除去して該シートの両面に金属箔を存在させて、
加圧加熱処理し、絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分の一部
を被圧縮性のシートに吸収させ、実質的に絶縁樹脂ペー
スト中の無機フィラー量を増大せしめ、かつ絶縁樹脂ペ
ーストの残存樹脂成分を硬化させ、しかる後金属箔を所
望の配線パターンにエッチング成形して後、絶縁樹脂ペ
ースト硬化体を所定の大きさに打抜くことにより形成す
ることを特徴とする。

【００１７】本発明の製造方法についての第３の態様
は、放熱性樹脂基板の片面又は両面にリードフレームを
一体に接合した絶縁樹脂基板を形成する製造方法であ
る。上記の枠材ないしシートの開口部に充填した絶縁性
樹脂ペースト面を含めて枠材の片面ないし両面に、既に
配線パターンに形成したリードフレームを配置し、リー
ドフレーム上面とペースト面を加熱加圧処理する。この
加熱加圧処理の過程で、加圧により絶縁樹脂ペースト中
の樹脂成分の一部を被圧縮性のシートに吸収させ、絶縁
樹脂ペースト中の無機フィラーの濃度を高め、さらにリ
ードフレームがペースト中に表面面一に埋没させた状態
で、加熱により絶縁樹脂ペーストを硬化させる。この方
法は、形成された基板の表面では、リードフレームの上
面と、リードフレームの間から露出した絶縁樹脂ペース
トの上面とほぼ面一に一致させることができる利点があ
る。

【００１８】より具体的には、被圧縮性を有するシート
の両表面にカバーフィルムを貼り合わせ、次いでシート
の厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部を設ける工
程、開口部分に少なくとも無機フィラーと絶縁樹脂を含
む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いでカバーフィルムを
除去して後、次にシートの少なくとも片面に配線パター
ン状に形成したリードフレームを存在させてプレスによ
り加圧加熱処理し、絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分の一
部を被圧縮性のシートに吸収させ、実質的に絶縁樹脂ペ
ースト中の無機フィラー量を増大せしめると共に、リー
ドフレーム表面まで絶縁樹脂ペーストを充填させ、かつ
絶縁樹脂ペーストの残存樹脂成分を硬化させ、絶縁樹脂
ペースト部分の所望の部分を所定の大きさに打抜くこと
により作製するものである。

【００１９】また前記構成において、放熱性樹脂基板の
少なくとも１方の面に、２００μｍから１０００μｍの
厚みのリードフレームを形成することが望ましい。これ
により、リードフレームの表面まで高熱伝導樹脂が充填
され、さらなる放熱性が良好になる。

【００２０】また本発明の放熱性樹脂基板は、加熱加圧
工程の前後で貫通穴を形成し、該貫通穴に銅メッキによ
るスルーホールを形成することも可能であり、また該貫
通孔に導電性ペーストを充填してスルーホール導電接続
を形成できることは言うまでもない。また前記構成にお
いては、被圧縮性を有するシートが耐熱性合成繊維の不
織布または紙状のマットであると圧縮比が大きく、良好
な軟化樹脂の浸透が促進されるので好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の放熱性樹脂基板は、高濃
度の無機質フィラーを絶縁性樹脂により結合して板状に
形成されたもので、無機質フィラーは、電気的に絶縁性
で且つ熱伝導率の大きい無機物質の粒状物が利用され、
絶縁樹脂は、無機質フィラーを固結するもので、熱硬化
性樹脂が好ましく、特に、加圧加熱による硬化後の基板
強度が高く耐熱性も良好であるものが望ましい。成形後
の放熱性樹脂基板は、無機質フィラーが、絶縁樹脂中で
相互に接触して高密度に配合されている。

【００２２】無機質フィラーには、例えば、アルミナ、
シリカ、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素か
ら選ばれた粒子が使用される。特に機械的強度の面でア
ルミナ粒子、シリカ粒子が良好であり、またマグネシ
ア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素粒子は熱伝導率が良
好であるので好ましく使用される。無機フィラーは粒径
が０．１〜１００μｍの範囲であるものが望ましい。

【００２３】無機質フィラーには、繊維状の無機質フィ
ラーが好ましく利用され、これには、繊維状のアルミ
ナ、シリカ及びマグネシアから選ばれた１種又は２種以
上が使用される。繊維状の無機フィラーは、絶縁樹脂ペ
ースト硬化体の機械的強度を増加させるばかりでなく、
樹脂中にあって相互接触の頻度が高くなり基板の熱伝導
度を高くすることができる。これら繊維状の無機フィラ
ーは、その径が０．１〜１００μｍの範囲であり、かつ
繊維長が２００μｍ以上であるアスペクト比の大きいも
のが選ばれる。

【００２４】絶縁樹脂は、熱硬化樹脂として、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂もしくはシアネート樹脂などが望
ましい。特に臭素化したエポキシ樹脂は、硬化後の耐熱
性、難燃性に優れ機械的強度も良好であるので特に好ま
しく利用される。

【００２５】このような放熱性樹脂基板の製造方法は、
被圧縮性を有するシートの両表面にカバーフィルムを貼
り合わせる工程、次いでこの両表面にカバーフィルムが
貼り合わせられたシートに、該シート及びカバーフィル
ムの厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部分を開け
る工程、開口部に無機フィラーと絶縁樹脂を含む絶縁樹
脂ペーストを充填する工程、次いでカバーフィルムを除
去し、次にシートの両面に離型フィルムを存在させて、
加圧加熱処理し、かつ絶縁樹脂ペーストの樹脂成分を硬
化させる工程と、しかる後離型フィルムを除去し、絶縁
樹脂ペースト部分を所定の大きさに打抜くことにより作
製するものである。

【００２６】先ず、被圧縮性のシートは、被圧縮性が大
きく、即ち、シート両面から加圧されてもその厚み方向
に変形し易く、また、樹脂成分を吸収ないし浸透できる
程度の液吸収性を有するもので、加熱加圧時により絶縁
樹脂ペースト中の樹脂を浸透させることができるものが
選ばれる。このようなシートには、繊維質シートであっ
て、加熱加圧に耐える耐熱性の合成繊維の不織布や紙質
のマットが利用される。シートの厚みは、加圧時の厚み
が、成形目的の基板の厚みになるように、加圧時の変形
量を考慮して決定される。

【００２７】シート両表面にカバーフィルムを貼り合わ
せる工程をもうけるのは、樹脂ペーストを充填する際に
シート表面から先に樹脂成分がシートに吸収されるのを
防止するためである。カバーフィルムには、好ましく
は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェ
ニレンサルファイト（ＰＰＳ）などの樹脂フィルムが使
用できる。被圧縮性シートには表面に若干の接合用樹脂
を含浸したものを使用すると、カバーフィルムをシート
面に安定して接合できるので好ましい。

【００２８】次の工程では、カバーフィルムが貼り合わ
せられたシートに、該シート及びカバーフィルムの厚さ
方向に貫通する所望の大きさの開口部分を開けるが、開
口部分は、シートを、例えば、パンチにより剪断して形
成することができる。その開口部の大きさは、少なくと
も、後に打ち抜かれる目的基板の外形より大きくされて
いる。

【００２９】次のペースト充填工程は、開口部に無機フ
ィラーと絶縁樹脂を含む絶縁樹脂ペーストを充填するの
であるが、ペーストは、上記の無機フィラーと、上記熱
硬化性樹脂のモノマーと、適当な溶剤とを混練して開口
部に充填できる程度の粘度に調製して、利用される。ペ
ーストには、さらに、必要であれば、カップリング剤、
分散剤、着色剤、離型剤を添加することも可能である。
絶縁樹脂ペーストの充填方法は、既存のスクリーン印刷
法が使用でき、ドクターブレード法やコーター法さらに
はディスペンサー法が利用できる。充填方法の一例とし
て、開口部を設けた上記シートの片面に貼着した離型フ
イルムを下面にして配置し、シートの上面側のカバーフ
ィルムをマスキングとして、シートの開口部にドクター
ブレードを利用して、絶縁樹脂ペーストを充填する。絶
縁樹脂ペースト充填後は、上面側のカバーフィルムを除
去して、離型フイルムを貼着して、次の加圧加熱処理を
行う。

【００３０】次の加圧加熱処理工程は、フィルムを除去
したシートの両面に離型フィルムを存在させて、シート
を充填されたペーストを含んで加圧加熱処理する。加圧
加熱は、好ましく加熱されたプレスが利用され、この場
合には、上下のプレス金型の平坦な押圧面で、離型フイ
ルムを介して、充填したペーストを含むシートの表裏
を、挟んで加圧する。金型は、ヒータにより加熱されて
おり、押圧中に金型でペーストが加熱される。この加圧
加熱処理工程では、絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分をシ
ートに浸透させ実質的に無機フィラー量を増大せしめ、
同時に絶縁樹脂ペーストの樹脂成分を硬化させ、ペース
ト硬化体を所定厚みに調製する。

【００３１】また、本方法によれば、被圧縮性シートの
密度により圧縮による厚み減少に限界があり、特定の厚
み以下には圧縮できない。このことは、換言すれば、加
圧加熱の操作により圧縮比をコントロールすれば特定の
熱伝導率の放熱性樹脂基板が得られることを意味し、不
必要な量以上の樹脂の浸透を抑制することも可能であ
る。

【００３２】次の打ち抜き工程では、離型フィルムを除
去し、絶縁樹脂ペースト部分の所望の部分を配線基板の
所定の大きさに打抜いて、配線基板とする。これによ
り、この放熱性樹脂基板は、無機フィラーを大量に充填
されているので熱膨脹係数が半導体とほぼ同様にするこ
とができるだけでなく、放熱性に優れた基板となり、半
導体素子を直接実装できる放熱性樹脂基板となる。

【００３３】第２の実施態様について、本発明にかかる
放熱性樹脂基板の製造方法を、図１を参照してさらに説
明すると、被圧縮性シート１の両表面にカバーフィルム
２、２を貼り合わせ（図１（ａ））、シート１及びカバ
ーフィルムの厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部
３を開け（図１（ｂ））、開口部分３に無機フィラーと
絶縁樹脂を含む絶縁樹脂ペースト４を充填する（図１
（ｃ））。この後に、カバーフィルム２を除去し、次に
絶縁樹脂ペースト４の両面も含んでシート１の両面に金
属箔５、５を配置し、金属箔５、５の表面から加圧して
同時に加熱処理し絶縁樹脂ペーストの樹脂成分を硬化さ
せ、金属箔５を接着させる（図１（ｄ））。その後に絶
縁樹脂ペースト硬化体４１を所定の大きさに打抜いて基
板１０となす。別の方法として、上記の所望の大きさの
開口部３を形成したシート１の片面に金属箔５が下面側
になるようにシートを配置して、開口部３内に絶縁樹脂
ペースト４を充填して、充填後にカバーフィルムを剥が
して、別の金属箔５を配置し、金属箔５、５の表面から
加圧加熱処理する方法も採用される。このようにして形
成された基板１０には、両面に金属箔５、５が一体に積
層されており、後に用途に従って、所望の配線パターン
にエッチング加工される。

【００３４】金属箔１０は、銅箔が普通に利用できる。
銅箔の場合は、銅箔の厚みは１２〜２００μｍの範囲
が望ましい。特に１００〜２００μｍの範囲が、実装部
品の放熱を良好にすることができて、放熱用金属板とし
て有効であるので、好ましく利用され、これにより、パ
ワートランジスタなどの発熱量の大きい電子部品・機能
素子の実装が可能である。

【００３５】さらに、好ましくは、上記の製造工程で金
属箔を所望の配線パターンに成形することもなされる。
即ち、図１（ｅ、ｆ）に示すように、上記の金属箔を接
着させる工程の後であって打抜き工程の前に、金属箔５
を所望の配線パターンにエッチング成形して配線パター
ン５とする工程を設けるもので、これにより、打抜き後
には、配線パターン５を具備した配線基板１０が得られ
る（図１（ｆ））。打ち抜きは、図１（ｆ）に示すよう
に、シート１の開口部３より若干小さめの金型パンチを
用いて剪断して得られる。

【００３６】また、本発明の製造方法の第３の態様とし
て、予め配線パターンに形成したリードフレームを樹脂
ペーストに接合する方法も採用される。本発明の放熱性
樹脂基板の製造方法は、図２に示すように、被圧縮性シ
ート１の両表面にカバーフィルム２、２を貼り合わせ
（図２（ａ））、シート１及びカバーフィルム２、２の
厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部分３を開け
（図２（ｂ））、開口部分に無機質フィラーと絶縁樹脂
を含む絶縁樹脂ペースト４を充填する（図２（ｃ））。
ここまでの工程は、第１の態様と同じようにすることが
できる。次いでカバーフィルム２、２を除去し、次に予
め配線パターンに形成したリードフレーム６をペースト
４の片面又は両面に配置して（図２（ｄ））、プレスに
より押圧して加圧加熱処理し絶縁樹脂ペーストの樹脂成
分を硬化させ（図２（ｅ））、リードフレームを接着さ
せ、しかる後硬化した絶縁樹脂ペーストを所定の基板の
外形寸法に打抜く（図２（ｆ））の工程よりなってい
る。

【００３７】この方法においては、リードフレーム６
は、予め上記の金属箔を配線パターンに形成されてお
り、リードフレームは、金属箔として、銅を主成分とす
る圧延銅板やニッケルメッキ若しくは錫メッキをした鉄
−ニッケル合金板から成るものが好ましい。

【００３８】リードフレームは、ペースト４の表面に配
置されてプレス型により加圧し加熱処理するので、これ
により、リードフレームの隙間にも絶縁樹脂ペーストが
充填され、結果としてリードフレーム表面まで絶縁樹脂
ペーストが入り込み、フレーム表面は、ペーストの表面
とほぼ面一のレベルに調製固定される（図２（ｆ））。
またこの実施形態においても、加圧し加熱処理において
は、同時に絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分をシート内に
浸透させることで実質的に無機フィラー量が増大する。
さらに加熱加圧により無機フィラーとリードフレームと
が接触した状態で、絶縁樹脂ペーストの樹脂成分を硬化
させ、絶縁樹脂ペースト部分の所望の部分を所定の大き
さに打抜くことにより作製するものである。これによ
り、厚み方向の熱伝導率を平面方向よりも特に大きくし
て、さらに熱抵抗を低下させることができ、放熱性に優
れ、かつ半導体を直接実装できる配線パターンを有する
放熱性樹脂基板を得ることができる。

【００３９】図３は、リードフレーム６を表面に一体埋
設して成形した放熱性樹脂基板１０にパワートランジス
タ８を実装した例を示すが、図において、放熱性樹脂基
板１０は、パワートランジスタ８の本体がボンディング
のための放熱金属７上にはんだ接合され、電流取り出し
のためアルミ線８１によりリード６にワイヤボンディン
グされている。

【００４０】〔実施例１〕本発明の放熱性樹脂基板の被
圧縮性シートとして、カレンダー処理前のクラフト紙
で、外形２５０×２５０ｍｍで厚みは約１．０ｍｍで、
坪量（１平方米あたりの紙重量）１７０ｇのものを使用
し、このシートにフェノール樹脂をバインダとして５０
ｇ／ｍ²含浸した。シートの両面にカバーフィルムとし
て厚み２４μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）フィルムを１００℃、２０ｋｇ／ｃｍ²の条件で加
熱加圧して貼りあわせた。次に、内形１２０×１２０ｍ
ｍのサイズで開口部を設けるため、金型でプレスし打ち
抜いた。

【００４１】次に該開口部に充填する絶縁樹脂ペースト
について、エポキシ樹脂（日本レック（株）製品名；
ＮＶＲ−１０１０、硬化剤含む）２０重量％と、無機フ
ィラーとして平均粒径１２μｍのアルミナＡｌ₂Ｏ₃粒
（住友化学（株）製品名；ＡＬ−３３）８０重量％と、
適度なペースト粘度となるよう溶剤としてのブチルカル
ビトールと、を混合し、３本ロールにて混練して得た。
ブチルカルビトール溶剤は粘度調整用であり、高濃度の
無機フィラーを添加する上で重要な構成要素となる。た
だし、後の乾燥工程で低沸点溶剤は揮発させてしまうの
で絶縁樹脂基板組成中に残らないため添加量は、記載し
ていない。

【００４２】次に開口部に上記調製したぺーストを充填
するが、ウレタンスキージを用いた周知の方法で、カバ
ーフィルム上のペーストを刷り込んだ。開口部が大きい
場合は、開口部を設けたシートのスキージ面の反対面に
離型フィルムを敷いて行うこともできる。充填後のシー
トをブチルカルビトール溶剤を揮発させるため、１２０
℃の温度で１０分間乾燥した。このようにして作製した
絶縁樹脂ペースト充填シートのカバーフィルムを剥離
し、その代わり離型フィルムとしてのポリフェニレンサ
ルファイト（ＰＰＳ）フィルム（厚み７５μｍで表面に
シリコーン処理したもの）で挟み、１７５℃の温度で加
熱しながら加圧した。これにより、ペースト中の樹脂の
シートへの浸透と同時に硬化を行った。ついで、硬化物
表面のＰＰＳ離型フィルムを剥離し、１００×１００ｍ
ｍサイズに金型を用いて打ち抜いて放熱性樹脂基板が得
られた。

【００４３】このようにして得られた放熱基板の厚み方
向と平面方向の熱伝導性を測定した。厚み方向の熱伝導
性は、１０ｍｍ角に切断した試料の表面を加熱ヒータに
接触加熱し、反対面の温度の伝わり方から計算で熱伝導
度を求めた。平面方向の熱伝導率はレーザーフラッシュ
法により評価した。一般的な樹脂基板の熱伝導度は、ガ
ラスエポキシ基板が０．２Ｗ／ｍＫ程度、ガラスとアル
ミナとからなる低温焼結基板が約２Ｗ／ｍＫ、ＰＰＳ樹
脂とＭｇＯとの混合物からなる射出成型法で作製した基
板が２Ｗ／ｍＫ、セラミック基板の９６％アルミナ基板
が約２０Ｗ／ｍＫ程度である。

【００４４】図４は、加熱加圧工程における加圧圧力を
変化させた場合の測定した熱伝導率の変化を示す。この
図から、加圧圧力を大きくすると、ペーストの圧縮率が
大きくなりペースト中のシートへの樹脂浸透が促進さ
れ、その結果、熱伝導率が向上することがわかる。加圧
圧力の増加に伴って、特に平面方向の熱伝導率に比べ厚
み方向の熱伝導率が著しく増大していることがわかる。

【００４５】図４の結果から、本発明の製造方法で作製
した放熱性樹脂基板は、従来のガラスエポキシ基板に比
べ約２０倍以上の熱伝導度が得られ、また従来の射出成
形法に比べても２倍以上の熱伝導度が発揮できる。また
加圧圧力により被圧縮性を有するシートの厚みが変化
し、圧縮率が大きいと樹脂の浸透量が多くなるため特に
厚み方向の熱伝導率が大きくなり、平面方向の熱伝導率
に比べ１．１倍以上となることがわかる。ただし、５０
ｋｇ／ｃｍ²以上では、この実施例で使用したシートの
圧縮が限界となり、それ以上の浸透吸収は起こらないた
め熱伝導率は一定の値に収束している。

【００４６】また絶縁耐圧は、同様に放熱性樹脂基板の
厚み方向の交流耐圧を求め単位厚み当たりに計算したも
のである。絶縁耐圧は、すべての放熱性樹脂基板につい
て評価した結果、１５ｋＶ／ｍｍを越える値であった。
無機フィラーと熱硬化樹脂の濡れ性が悪いと、その間に
ミクロな隙間が生じその結果、基板の強度や絶縁耐圧の
低下を招く。一般に樹脂だけの絶縁耐圧は１５ｋＶ／ｍ
ｍ程度とされており、１０ｋＶ／ｍｍ以上であれば良好
な接着が得られていると判断できる。このことからも本
実施例の放熱性樹脂基板は良好なものと考えられる。

【００４７】〔実施例２〕実施例１と同様に作製したカ
バーフィルムを有する被圧縮性シートに開口部を設け、
絶縁樹脂ペーストを充填したが、この例では、絶縁樹脂
ペーストの無機フィラーとして、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）以外のシリカ（ＳｉＯ₂）、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）、マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）などの粉末（７〜１２μｍ程度）を用いた。樹脂
は、実施例１と同じエポキシ樹脂である。

【００４８】次にカバーフィルム剥離後、厚み１５０μ
ｍの銅箔を両面に配置し、１７５℃の温度で５０ｋｇ／
ｃｍ²の圧力で加熱加圧した。このようにして硬化一体
化させた銅箔付きシートを既存の方法でエッチング処理
し、所望の配線パターンを形成した。このようにして作
製された硬化基板を所定のサイズに金型を用いて打ち抜
いた。以上のようにして形成した配線パターンを有する
放熱性樹脂基板の測定結果を表１にまとめて示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１に示すように、本製造方法は、各種の
無機フィラーの熱的性能を十分に生かした放熱性樹脂基
板することができる。即ちＡｌＮの良好な熱伝導性を利
用すれば、セラミック基板に近い熱伝導性が得られる。
またＢＮを添加した場合、表１に示すように高熱伝導で
しかも低熱膨張性が得られる。この時の添加量の設定
は、無機フィラーの密度と分散性に応じ最適な状態を得
られるようにし、混合量が多少変化しても圧縮により一
定の厚みになるため、基板中は、所定の無機フィラー量
となる。

【００５１】また絶縁樹脂ペーストにカーボンなどを添
加することで黒色に着色でき、熱放散性に富む高熱伝導
基板が得られる。また上記のように無機フィラーと熱硬
化樹脂の接着を改善するため、シラン系のカップリング
剤を添加することで、絶縁耐圧を改善できる。

【００５２】〔実施例３〕実施例１と同様の方法で被圧
縮性シートを用い、リードフレームと一体化させた放熱
性樹脂基板製造方法の実施例を示す。本実施例に使用し
た絶縁樹脂ペーストの組成を以下に示す。無機フィラーアルミナ８０〜８５重量％（昭和電工（株）製ＡＳ−４０、球状直径１２μｍ）樹脂フェノール樹脂、シアネート樹脂１４．５〜１９．５重量％溶剤ブチルカルビトール適量（関東化学（株）試薬１級）その他カーボンブラック０．３重量％（東洋カーボン（株）製）カップリング剤０．２重量％（味の素（株）製）リードフレームとして厚み５００μｍの銅板をエッチン
グ法で加工し、さらにニッケルメッキを施したものを用
いた。

【００５３】実施例１同様にして上記配合のペーストを
充填したシートから、カバーフィルムを剥離し、リード
フレームを位置合わせして重ね合わせて、１７５℃から
２６０℃の温度で６０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で加熱加圧し
た。これによりリードフレームの間隙にペーストが流れ
込み、リードフレームの表面まで充填された図２（ｄ）
のような構造に成形した。さらに図２（ｅ）に示したよ
うに、金型を用いて外周部１００×１００ｍｍの外形寸
法に打ち抜き加工を行い、放熱性樹脂基板を作成した。
このようにして得られた熱伝導基板の熱伝導性を評価し
た結果を表２に示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】表２からもわかるように、熱伝導率が３．
０〜５．０Ｗ／ｍＫと良好な値を示した。これにより従
来の射出成形法や金属基板に比べ約２倍の熱伝導率が得
られ、高性能化が図れた。

【００５６】また信頼性の評価として、最高温度が２６
０℃で１０秒のリフロー試験を行った。このときの基板
とリードフレームとの界面に特に異常は認められず。強
固な密着が得られていることがわかる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる放
熱性樹脂基板によれば、絶縁性樹脂に対して高濃度の無
機質フィラーの混合物から、且つ平面方向の熱伝導率に
対し垂直方向（厚み方向）の熱伝導率が１．１倍以上あ
る放熱性樹脂基板を形成したので、厚み方向の熱伝導性
を向上させて半導体素子からの発熱の放散に有効であ
り、平面方向の熱膨張係数が半導体とほぼ同じであり、
半導体素子を直接実装する基板とすることができる。

【００５８】本発明にかかる回路基板の製造方法によれ
ば、被圧縮性シートに設けた開口部に絶縁樹脂ペースト
を充填し、加圧加熱の過程で、厚み方向に圧縮して絶縁
樹脂ペースト中の樹脂成分をシートに浸透吸収させるの
で、硬化した基板の無機フィラーの密度を増大せしめ、
特に厚み方向の熱伝導率を高くすることができ、高放熱
性に優れ、かつ高出力の半導体素子を直接実装できる放
熱性樹脂基板とすることができる。

【００５９】本発明の製造方法によれば、被圧縮性シー
トに設けた開口部に絶縁樹脂ペーストを充填し、ペース
トの片面又は両面に金属箔を配置して、同様に加圧加熱
の過程で、厚み方向に圧縮して絶縁樹脂ペースト中の樹
脂成分をシートに浸透吸収させるので、形成された基板
は、基板内部が高熱伝導性を有するとともに表面の金属
箔が放熱板として利用でき、一層優れた放熱性を獲得す
ることができる。また、金属箔のパターン成形により、
配線リードを備えた半導体回路用の放熱性樹脂基板を提
供することができる。

【００６０】さらに、加熱加圧過程で、同時に絶縁樹脂
ペーストの樹脂成分を硬化させ、しかる後金属箔を所望
の配線パターンにエッチング成形することにより、基板
の形成過程で、高放熱性に優れ、かつ半導体を直接実装
できる配線パターンを有する放熱性樹脂基板を得ること
ができる。

【００６１】さらにまた、本発明の回路基板の製造方法
によれば、被圧縮性シートに設けた開口部に絶縁樹脂ペ
ーストを充填し、ペーストの片面又は両面に配線パター
ン状に形成したリードフレームを配置して、同様に加圧
加熱の過程で、厚み方向に圧縮して絶縁樹脂ペースト中
の樹脂成分をシートに浸透吸収させるので、結果として
リードフレームが表面まで絶縁樹脂中に埋設されて、同
時に無機フィラーの密度を一層高めるので、基板の高熱
伝導率とあいまって、さらに熱抵抗を低下させ、高い熱
放散性が得られる。

【００６２】本発明の製造方法によれば、被圧縮性シー
トの密度により圧縮比を制御することができるので、必
要量以上の樹脂の浸透を抑制して、成形後の基板の熱伝
導率を制御することが容易になり、これにより特定の熱
伝導率の放熱性樹脂基板が得られる。

【００６３】さらに、リードフレームの使用は、さらに
配線パターン直下の圧縮率を高くすることができ、直下
部分の熱伝導率をさらに向上できる。これは、リードフ
レーム直下のペースト組成物中の無機フィラーが横方向
にあまり移動せず、樹脂成分のみが流れでるためであ
り、無機フィラーが厚み方向に連結した構造となるため
である。その結果として、平面方向の熱伝導率に比べ厚
み方向の熱伝導率が高くなるのである。このように特に
樹脂の透過とリードフレームとの共用により被圧縮性シ
ートを用いることで、極めて高い熱伝導率を得ることが
でき、しかも厚み方向の熱伝導率が平面方向の熱伝導率
より大きな放熱基板とすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱性樹脂基板の製造工程を示す工程
断面図である。

【図２】図１のベアチップ実装放熱性樹脂基板の製造工
程を示す工程別断面図である。

【図３】本発明の一実施例によるトランジスタを搭載し
たベアチップ実装用放熱性樹脂基板の断面図である。

【図４】本発明の実施例における加熱加圧工程時の加圧
圧力による熱伝導率の影響を示す図である。

【符号の説明】

１０放熱性樹脂基板１被圧縮性シート２カバーフィルム３開口部４絶縁樹脂ペースト４１ペースト硬化体５金属箔６配線パターンのリード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁樹脂と無機質フィラーとから成る基
板であって、該基板の厚さ方向の熱伝導率が面方向の熱
伝導率の１．１倍以上であることを特徴とする放熱性配
線樹脂基板。
【請求項２】絶縁樹脂と無機質フィラーとから成る基
板であって、該基板の厚さ方向にのみ無機フィラーが連
結した構造を有することを特徴とする放熱性樹脂基板。
【請求項３】前記絶縁樹脂が熱硬化樹脂である請求項
１または２に記載の放熱性樹脂基板。
【請求項４】前記熱硬化樹脂がエポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂若しくはシアネート樹脂である請求項１から３
いずれかに記載の放熱性樹脂基板。
【請求項５】請求項１または２に記載の放熱性樹脂基
板にさらに片面もしくは両面に配線パターンの金属箔が
積層一体化されていることを特徴とする放熱性樹脂基
板。
【請求項６】請求項１または２に記載の放熱性樹脂基
板にさらに片面もしくは両面に配線パターンの金属箔が
積層一体化されて、且つ、該金属箔が、該金属箔の上面
が基板表面とほぼ面一に該基板中に埋没されていること
を特徴とする放熱性樹脂基板。
【請求項７】前記無機フィラーが、アルミナ、シリ
カ、マグネシア、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素から
選ばれた少なくとも１種の粒子である請求項１又は２に
記載の放熱性樹脂基板。
【請求項８】前記無機フィラーの粒径が０．１〜１０
０μｍの範囲である請求項１、２および６のいずれかに
記載の放熱性樹脂基板。
【請求項９】前記無機フィラーが、繊維状である請求
項１または２に記載の放熱性樹脂基板。
【請求項１０】前記の繊維状である無機フィラーが、
アルミナ、シリカ及びマグネシアから選ばれた少なくと
も１種である請求項９記載の放熱性樹脂基板。
【請求項１１】前記の繊維状の無機フィラーの径が
０．１〜１００μｍの範囲であり、かつ繊維長が２００
μｍ以上である請求項９に記載の放熱性樹脂基板。
【請求項１２】被圧縮性シートに厚さ方向に貫通する
所望の大きさの開口部を設け、該開口部に無機フィラー
と絶縁樹脂とを含む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いで
該ペースト表面を加圧加熱処理して絶縁樹脂ペースト中
の樹脂成分の一部を被圧縮性シートに吸収させると共に
絶縁樹脂ペーストを硬化させ、その後に、絶縁樹脂ペー
スト硬化体を所定の大きさに切断して樹脂基板とするこ
とを特徴とする放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項１３】被圧縮性シートの両表面にカバーフィ
ルムを貼り合わせ、該シート及びカバーフィルムの厚さ
方向に貫通する所望の大きさの開口部を設け、該開口部
に無機フィラーと絶縁樹脂とを含む絶縁樹脂ペーストを
充填し、次いでカバーフィルムを除去し、次に該シート
の両面に離型フィルムを存在させて、加圧加熱処理し、
絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分の一部を被圧縮性のシー
トに吸収させて、実質的に絶縁樹脂ペースト中の無機フ
ィラー量を増大させ、かつ絶縁樹脂ペーストを硬化させ
て後離型フィルムを除去し、絶縁樹脂ペースト部分を所
定の大きさに打抜くことにより基板を形成することを特
徴とする放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項１４】被圧縮性シートに厚さ方向に貫通する
所望の大きさの開口部を設け、該開口部に無機フィラー
と絶縁樹脂とを含む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いで
該ペースト表面をペーストの片面若しくは両面に金属箔
を存在させて加圧加熱処理して絶縁樹脂ペースト中の樹
脂成分の一部を被圧縮性シートに吸収させると共に絶縁
樹脂ペーストを硬化させ、その後に、絶縁樹脂ペースト
硬化体を所定の大きさに切断して樹脂基板とすることを
特徴とする放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項１５】被圧縮性シートの両表面にカバーフィ
ルムを貼り合わせ、次いで該シート及びカバーフィルム
の厚さ方向に貫通する所望の大きさの開口部を設け、開
口部に無機フィラーと絶縁樹脂を少なくとも含む絶縁樹
脂ペーストを充填し、次いでカバーフィルムを除去し、
次にシートの両面に金属箔を存在させて、加圧加熱処理
し、絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分の一部を被圧縮性シ
ートに吸収させ、実質的に絶縁樹脂ペースト中の無機フ
ィラー量を増大せしめ、かつ絶縁樹脂ペーストを硬化さ
せ、しかる後金属箔を所望の配線パターンにエッチング
成形し、しかる後絶縁樹脂ペースト硬化体を所定の大き
さに打抜くことにより基板を形成することを特徴とする
放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項１６】被圧縮性シートに厚さ方向に貫通する
所望の大きさの開口部を設け、該開口部に無機フィラー
と絶縁樹脂とを含む絶縁樹脂ペーストを充填し、次いで
該ペースト表面を該ペーストの少なくとも片面に配線パ
ターンに形成したリードフレームを存在させて加圧加熱
処理して絶縁樹脂ペースト中の樹脂成分の一部を被圧縮
性シートに吸収させると共に絶縁樹脂ペーストを硬化さ
せ、その後に、絶縁樹脂ペースト硬化体を所定の大きさ
に切断して樹脂基板とすることを特徴とする放熱性樹脂
基板の製造方法。
【請求項１７】被圧縮性シートの両表面にカバーフィ
ルムを貼りあわせ、次いでこの両表面にカバーフィルム
が貼り合わされたシートの厚さ方向に貫通する所望の大
きさの開口部を設ける工程、開口部分に無機フィラーと
絶縁樹脂を少なくとも含む絶縁樹脂ペーストを充填する
工程、次いでカバーフィルムを除去して後、次に該シー
トの少なくとも片面に配線パターンに形成したリードフ
レームを存在させて加圧加熱処理し、絶縁樹脂ペースト
中の樹脂成分の一部を被圧縮性シートに吸収させ、実質
的に絶縁樹脂ペースト中の無機フィラー量を増大せしめ
るとともに、リードフレーム表面まで絶縁樹脂ペースト
を充填させ、かつ絶縁樹脂ペーストを硬化させ、絶縁樹
脂ペースト硬化体の所望の部分を所定の大きさに打抜く
ことにより基板を形成することを特徴とする放熱性樹脂
基板の製造方法。
【請求項１８】前記絶縁樹脂が、熱硬化性樹脂である
請求項１２から１７のいずれかに記載の放熱性樹脂基板
の製造方法。
【請求項１９】前記熱硬化樹脂が、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂もしくはシアネート樹脂である請求項１８
に記載の放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項２０】前記無機フィラーがアルミナ粒子，シ
リカ粒子及びマグネシア粒子、窒化アルミ粒子、窒化ホ
ウ素粒子から選ばれる少なくとも１つである請求項１２
から１７のいずれかに記載の放熱性樹脂基板の製造方
法。
【請求項２１】前記無機フィラーの粒径が０．１〜１
００μｍの範囲である請求項２０に記載の放熱性樹脂基
板の製造方法。
【請求項２２】前記無機フィラーが繊維状のアルミ
ナ，シリカ及びマグネシアから選ばれた少なくとも１つ
である請求項１２から１７のいずれかに記載の放熱性樹
脂基板の製造方法。
【請求項２３】繊維状の前記無機フィラーの径が０．
１〜１００μｍの範囲であり、かつ繊維長が２００μｍ
以上である請求項２２に記載の放熱性樹脂基板の製造方
法。。
【請求項２４】被圧縮性のシートが繊維状のマットで
あることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに
記載の放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項２５】前記金属箔が銅箔であり、かつ厚みが
１２〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項
１４又は１５に記載の放熱性樹脂基板の製造方法。
【請求項２６】前記リードフレームが、銅を主成分と
する圧延銅板又はニッケルメッキ若しくは錫メッキをし
た鉄−ニッケル合金板から成り、かつリードフレームの
厚みが２００〜１０００μｍの範囲であることを特徴と
する請求項１６又は１７に記載の放熱性樹脂基板の製造
方法。