(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の、一方の主要面に放熱フィンを設け、他方の主要面の外周部に階段状部を形成したヒートシンク、
前記金属板の、前記階段状部と他方の主要面に形成した絶縁性樹脂層、及び
前記絶縁性樹脂層の上に形成した、電気伝導体の回路を形成する回路パターン
を有する放熱基板。
【請求項２】
金属板の、一方の主要面に放熱フィンを設け、他方の主要面の外周部に階段状部を形成したヒートシンク、
前記階段状部を覆って形成した絶縁性樹脂部材、
前記金属板の他方の主要面と前記絶縁性樹脂部材の上に形成した絶縁性樹脂層、及び
前記絶縁性樹脂層の上に形成した、電気伝導体の回路を形成する回路パターン
を有する放熱基板。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、絶縁性樹脂層との接合面となる主要面の外周部の少なくとも一部に階段状部を有し、前記階段状部にヒートシンクの外形より大きい絶縁性樹脂部材が設けられていることを特徴とする請求項２記載の放熱基板。
【請求項４】
前記絶縁性樹脂部材は、外周部から上方に突出する突起部を有することを特徴とする請求項３記載の放熱基板。
【請求項５】
前記絶縁性樹脂部材の外周部の前記突起部には、リードフレームの端子を保持する切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項４記載の放熱基板。
【請求項６】
前記絶縁性樹脂層及び絶縁性樹脂部材は少なくとも無機質フィラーを含有していることを特徴とする請求項２記載の放熱基板。
【請求項７】
金属板を折曲げて、くし歯状のフィンを形成しかつ各フィン間に平面部を形成したヒートシンク、及び
前記ヒートシンクの平面部に絶縁性樹脂層を介して形成した回路パターンを有し、
前記ヒートシンクのフィンは放熱基板の製造工程中には前記平面部に沿って倒されており、放熱基板上の組立が完成した後引起こされることを特徴とする放熱基板。
【請求項８】
金属箔又は金属板の一方の面をフィルムに付着させた回路パターンを形成する工程、
混練した熱硬化性樹脂と無機質フィラーとを所定の形状のシート状に加工する工程、
前記回路パターンの金属箔又は金属板の面を熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを介してヒートシンクに対向させて積層する工程、
前記リードフレーム、シート及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、及び
前記熱硬化性樹脂が硬化した後フィルムを剥離する工程
を有することを特徴とする放熱基板の製造方法。
【請求項９】
前記ヒートシンクの主要面の外周部の少なくとも一部に階段状部を設ける工程、及びこの階段状部に絶縁性樹脂部材を形成、嵌合、又は接着する工程を更に有する請求項８記載の放熱基板の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁性樹脂部材の外周部から突出する突起部、前記突起部の一部を切り欠いた少なくとも１つの溝部、及び溝に連通する樹脂溜り部を形成する工程、及び加熱加圧硬化後に前記樹脂溜り部を切り落とす工程を更に有する請求項９記載の放熱基板の製造方法。
【請求項１１】
第１の金属板を折曲げて、くし歯状のフィンと、各フィン間に平面部を有するヒートシンクを形成する工程、
前記ヒートシンクのフィンを前記平面部に沿うように倒す工程、
熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを形成する工程、
第２の金属板を、導体の回路を構成する回路パターンとして用いるリードフレームに形成する工程、
前記リードフレームを前記シートを介して前記ヒートシンクの平面部に積層する工程、
前記シート、リードフレーム及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、及び
放熱基板の組立完了後に、前記ヒートシンクのフィンを引起こす工程
を有する放熱基板の製造方法。
【請求項１２】
第１の金属板を折曲げて、くし歯状のフィンと各フィン間に平面部を有するヒートシンクを形成する工程、
前記ヒートシンクのフィンを前記平面部に沿うように倒す工程、
熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを形成する工程、
第２の金属板を前記シートを介して前記ヒートシンクの平面部に積層する工程、
前記シート、第２の金属板及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、
前記第２の金属板に回路パターンを形成する工程、及び
放熱基板の組立完成後に、前記ヒートシンクのフィンを引起こす工程
を有する放熱基板の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の金属板の厚みは３５μｍから０．５ｍｍの範囲である請求項１１又は１２記載の放熱基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ヒートシンクのフィンを形成するように折曲げた金属板の基部を溶接又は接着により接合していることを特徴とする請求項１１又は１２記載の放熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング電源やインバータ回路等の半導体装置に用いられる放熱基板及び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や小型化に伴ない、これらに用いられるスイッチング電源やインバータ回路等の比較的発熱の多い電子装置（以下、半導体装置という）の小型化が求められている。この要求に答えるために、複数の半導体素子や回路部品を同一基板上に実装して一体化する半導体装置のモジュール化が進んでいる。従来この種のモジュールでは、金属の基板上に絶縁層を介して回路パターンを形成し、この回路パターンに半導体素子をはじめとする回路部品を実装している。モジュールの内部で発生する熱を金属基板のみでは放熱出来ない場合には、外付の放熱器に取り付けられる。
【０００３】
図１６の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は従来のモジュールの製造プロセスの断面図である。図１６の（ａ）において、金属基板１００の面上に絶縁層１０１を介して回路パターン１０２を設ける。この回路パターン１０２上に電子部品１０８が取り付けられ半導体装置が構成される。金属基板１００にはビス止め用の孔１０５が形成されている。金属基板１００をヒートシンク１０３に取り付けるときは、図１６の（ｂ）に示すように、金属基板１００を固定用ビス１０４によりヒートシンク１０３に固定する。このとき金属基板１００とヒートシンク１０３の間にはシリコーングリース中に放熱性のフィラーを分散させたサーマルコンパウンド１０６が塗布される。図１６の（ｃ）に完成品を示す。
【０００４】
この半導体装置において、半導体素子をはじめとする電子部品１０８の発する熱は絶縁層１０１を経て金属基板１００に伝えられ、金属基板１００からヒートシンク１０３を経て雰囲気中に放散される。金属基板１００とヒートシンク１０３の接合面は熱の伝達を良好にするため精度よい平坦性が求められる。さらに熱の伝達を良好にするために、前記サーマルコンパウンド１０６を塗布し両者をビスなどを用いて強く締め付け密着させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記金属基板１００をヒートシンク１０３へ取り付ける方法では、ビス１０４による固定やサーマルコンパウンド１０６の塗布といった人の手による作業が必要である。サーマルコンパウンド１０６の内部に気泡が混入すると金属基板１００からヒートシンク１０３への熱伝導性が悪化する。従って、製造過程において管理を厳しくする必要がある。さらにヒートシンク１０３と回路パターン１０２の間において所定の絶縁耐圧を確保する為には、図１６の（ｃ）に示すように、ヒートシンク１０３に電気的に接続されるビス１０４と、回路パターン１０２の間に所定の沿面距離１０９を保つ必要がある。このため金属基板１００上での回路パターン１０２を形成できる面積（有効面積）が少なくなるという問題を有していた。
【０００６】
上記の問題を解決するための回路基板が特開平８−１８１８２に示されている。この回路基板を図１７の断面図に示す。図１７において、高い熱伝導性を有する絶縁層１１１の両面にはそれぞれ金属箔１１２、１１４が積層されている。放熱フィンを有するヒートシンク１１３は半田層１１５を介して金属箔１１４に固着されている。この構成においては、半田層１１５が部品実装時に溶融しないように、高温半田を用いる必要がある。高温半田を溶融するため絶縁層１１１や金属箔１１２、１１４が製造過程において高温にさらされる。また金属箔１１４の全面をヒートシンク１１３に半田付けする工程において、半田付けの面積が大きいため内部に気泡やフラックスが残留するおそれがある。ヒートシンク１１３の基材にアルミ等の半田付けできない材料を用いる場合には、半田付けが可能となるようなメッキ処理が必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の放熱基板は、前記ヒートシンクの、絶縁性樹脂層との接合面の外周部の少なくとも一部に階段状部を有し、この階段状部に絶縁性樹脂部材を付加する。これにより、ヒートシンクと回路パターンとの沿面距離を長くする事が可能となる。放熱基板の全面を有効に利用する事ができるので放熱基板の小型化が可能となる。
【００１０】
本発明の放熱基板は、前記ヒートシンクの階段状部に、少なくともこの階段状部を覆いヒートシンクの外形より大きな絶縁性樹脂部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
ヒートシンクの主要面の外周部の階段状部に絶縁性樹脂部材を形成することにより、長い沿面距離が得られる。金型を用いてヒートシンクの主要面に絶縁性樹脂層と回路パターンを成形する際に、金型にヒートシンクを挿入する必要がある。絶縁性樹脂部材を射出成形などで作製すれば、樹脂成形体は高い外形寸法精度を有する。金型を絶縁性樹脂部材の外形に合わせておくと、絶縁性樹脂部材を金型に正しく入れることができる。本発明では、絶縁性樹脂部材の外形寸法をヒートシンクの外形より大きくしているので、ヒートシンクに寸法誤差があっても金型への挿入に支障が生じない。ヒートシンクの加工に高い寸法精度を必要としないのでヒートシンクのコスト低減がはかれる。
【００１２】
絶縁性樹脂部材の外周部をヒートシンクの主要面より高くし、主要面の外周を囲む形状の突起部を形成する。この突起部は、絶縁性樹脂層と回路パターンとをヒートシンク上に積層し、加熱しつつ加圧する際に型枠として働き絶縁性樹脂が外へ漏れ出るのを防ぐ。
回路パターンとしてリードフレームを用いる場合は、この絶縁性樹脂部材の突起部にリードフレームの端子に対応する切り欠き部を設けておく。この切り欠き部はリードフレームの位置決めに役立つので複雑な金型を用いることなくリードフレームを正しく位置決めできる。
絶縁性樹脂部材の突起部の少なくとも１ヶ所を切り欠き溝を設けかつその溝に連通する空間を形成しておく。絶縁性樹脂層をヒートシンクに加熱圧縮により付着させる際に余分な樹脂がその空間に排出される。その結果絶縁性樹脂の量を高精度で管理する必要がなく製造工程が簡素化される。
【００１３】
本発明の放熱基板の製造方法は、金属箔又は金属板の一方の面をフィルムに付着させた回路パターンを形成する工程、混練した熱硬化性樹脂と無機質フィラーとを所定の形状のシート状に加工する工程、前記回路パターンの金属箔又は金属板の面を熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを介してヒートシンクに対向させて積層する工程、前記リードフレーム、シート及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、及び前記熱硬化性樹脂が硬化した後フィルムを剥離する工程を含む。
【００１４】
前記回路パターンは、金属箔又は金属板の一方の面をフィルムに付着したものから形成してもよい。回路パターンを形成した後のフィルムを貼り付けた金属箔を絶縁性樹脂層を介してヒートシンクに貼り付けて一体化した後前記フィルムを剥離する。
この製造方法によれば回路パターンは上面を露出した状態で絶縁樹脂層に埋め込まれる。放熱基板の表面はフラットとなり、リードフレームのような厚い導体を用いた場合でも実装後の高さを低くすることが出来る。
本発明の他の観点の放熱基板は、金属板を折曲げて、くし歯状のフィンを形成し、各フィン間に平面部を形成したヒートシンク、及び前記ヒートシンクの平面部に絶縁性樹脂を介して形成した回路パターンを有する。
ヒートシンクを金属板を折曲げて作るので、金型の構造が簡単であり、ヒートシンクの製造コストが安い。
本発明の他の観点の放熱基板の製造方法は、第１の金属板を折曲げて、くし歯状のフィンと各フィン間に平面部を有するヒートシンクに形成する工程、前記ヒートシンクのフィンを前記平面部に沿うように倒す工程、熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを形成する工程、第２の金属板を、導体の回路を構成する回路パターンとして用いるリードフレームに形成する工程、前記リードフレームを前記シートを介して前記ヒートシンクの平面部に積層する工程、前記シート、リードフレーム及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、及び放熱基板の完成後に、前記ヒートシンクのフィンを引起こす工程を有する。
ヒートシンクのフィンを倒すことによりヒートシンクは平板状になる。従って後の加熱加圧工程の金型は平板でよく金型が安価である。また金型からヒートシンクへの熱伝導が良いので、加熱加圧時間が短縮される。フィンが倒れているのでヒートシンクのかさが低く輸送や保管に便利である。
本発明の他の観点の放熱基板の製造方法は、第１の金属板を折曲げて、くし歯状のフィンと各フィン間に平面部を有するヒートシンクに形成する工程、前記ヒートシンクのフィンを前記平面部に沿うように倒す工程、熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物のシートを形成する工程、第２の金属板を前記シートを介して前記ヒートシンクの平面部に積層する工程、前記シート、第２の金属板及びヒートシンクを加熱加圧して一体化する工程、前記第２の金属板に回路パターンを形成する工程、及び放熱基板の完成後に、前記ヒートシンクのフィンを引起こす工程を有する。
シート、第２の金属板及びヒートシンクを一体化した後で回路パターンを形成する。従って前記の特徴に加えて、多種多様の回路パターンを必要とする放熱基板を作るのに適している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の、半導体装置に用いられる放熱基板の好適な実施例について図１から図１５を参照しながら説明する。
【００１６】
《第１実施例》
図１は、本発明の第１実施例における放熱基板５０の断面図である。図１において、ヒートシンク１は一方の主要面（下面）に放熱フィン２を有している。ヒートシンク１のもう他方の主要面１２（上面）には絶縁性樹脂層３が形成されている。この絶縁性樹脂層３の表面には、電気回路を形成する導体層である回路パターン４が形成されている。図１のように、回路パターン４を上面のみを露出した状態で絶縁性樹脂層３に埋め込んでもよい。回路パターン４には半導体素子、抵抗等の電子部品８が取り付けられる。回路パターン４につながる端子４Ａには、他の電子機器への接続線（図示省略）が接続される。
【００１７】
ヒートシンク１の材料としては熱伝導性の良好な金属材料が望ましく、一般にはアルミニウムや銅が用いられる。ヒートシンク１の厚みや放熱フィン２の高さや間隔及び形状については、放熱基板５０の使用環境に応じて様々な変更が可能であり、特に限定するものではない。ヒートシンク１の主要面１２は前記絶縁性樹脂層３との接着強度を向上させるため粗化しておくことが望ましい。粗化の方法としては、サンドブラストなどによる機械的な方法やエッチングなどによる化学的な方法が適している。ヒートシンク１を押し出し成形法などにより製作する場合には、押し出し成形用の型の、主要面１２を形成する面にあらかじめ凹凸を設けておくこともできる。
【００１８】
絶縁性樹脂層３は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ジアリルテレフタレート樹脂のうち少なくとも一つの樹脂を主成分とする樹脂材料を用いるのが望ましい。絶縁性樹脂層３の厚さ（ヒートシンク１と回路パターン４間の距離）は、回路パターン４の厚みが０．４ｍｍ以下のとき、０．２〜１ｍｍであるのが望ましい。回路パターン４の厚さが０．４ｍｍを超えるときは、絶縁性樹脂層３の厚みは０．４ｍｍ〜１ｍｍであるのが望ましい。
【００１９】
絶縁性樹脂層３に絶縁物でかつ熱伝導率が前記の樹脂より高い無機質フィラーを充填するのが好ましい。無機質フィラーの充填により熱伝導率を向上させかつ線膨張係数を低下させることが可能となる。絶縁性樹脂層３の熱伝導率は１から１０（Ｗ／ｍ・℃）の範囲、線膨張係数は２３（ｐｐｍ／℃）以下が望ましい。熱伝導率の向上により放熱基板５０の放熱特性が改善される。線膨張係数の値２３（ｐｐｍ／℃）はヒートシンク１の材料のアルミニウムの線膨張係数２５（ｐｐｍ／℃）よりも低い値である。絶縁性樹脂層３の線膨張係数を低くすることで、温度サイクル等により放熱基板５０に発生する応力を低減できる。放熱基板５０自体の膨張係数が小さくなると、実装された電子部品８の半田付け部へ加わる応力も減少し信頼性が大幅に向上する。充填する無機質フィラーとしては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、及びＳｉＣの各材料の中から選ばれた少なくとも一種類の無機質フィラーを主成分とし、この無機質フィラーを７０から９５重量％の範囲で樹脂に充填することが望ましい。樹脂と無機質フィラーの混合物の熱伝導率は、無機質フィラーの含量が７０重量％以上になると大幅に高くなる。しかし含量を９５重量％以上にすると、相対的に樹脂の含量が少なくなって、充填したすべての無機質フィラーの表面を覆うことができなくなり、逆に熱伝導率は低下する。発明者等の実験の結果、無機質フィラーの含量が７０から９５重量％のとき熱伝導率が高くなることがわかった。充填剤含量は用途に応じて変更が可能であり、取り扱う電力が小さければ上記より少ないものでも放熱上問題ない。またこれらの無機質フィラーの平均粒子直径は０．１から１００μｍの範囲が望ましい。無機質フィラーの平均粒子直径があまり小さいと、無機質フィラーが樹脂に混ざりにくくなり、無機質フィラーの含量を多くすることができない。逆に平均粒子直径が大きすぎると、一旦混ざっても分離しやすくなる。無機質フィラーが樹脂中に均一に分布する分散性が良い点、無機質フィラーの含量を多くできる点から上記の範囲が好適である。絶縁性樹脂層３の強度を高めるためにガラスファイバーを１０重量％以下の割合で添加しても良い。
【００２０】
回路パターン４の材質は銅もしくは銅を主成分とする合金が望ましい。回路パターン４の表面は実装部品の形態に応じてＡｇ，Ａｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕの中より選ばれた一種類以上の金属のメッキ処理を施すのが望ましい。他の方法として酸化防止剤のコーティング又はフィルムの貼り付けを行ってもよい。回路パターン４の厚みは１８μｍから１ｍｍの範囲であり、回路パターン４の形成方法はエッチングやプレスによる打ち抜き工法が用いられる。回路パターン４の、絶縁性樹脂層３との接合面はサンドブラストなどによる機械的な粗化や、エッチングなどによる化学的な粗化を施すことにより接合強度の向上を図ることができる。回路パターン４の他の形成方法としては、まずＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリイミド、ポリエステル等の耐熱性を有するフィルムに金属箔や金属板を貼り付ける。金属箔や金属板をフィルムに貼り付けた状態でエッチングによるパターン加工をする。パターン加工した金属箔や金属板を絶縁性樹脂層３に接着する。接着後にフィルムを取り除く。
【００２１】
また他の方法としては、外枠により一体化したリードフレームを金属板で形成し、このリードフレームを絶縁性樹脂層３に埋め込んでもよい。第１実施例の放熱基板５０では、ヒートシンク１と回路パターン４が接着剤として働く絶縁性樹脂層３により結合されている。従って、回路パターン４からヒートシンクへの熱伝導性がよい。接着により回路パターン４をヒートシンク１に取り付けるので製造工程が簡素化される。また、取り付けねじ等を用いないので、ヒートシンク１の主要面１２の全面に回路パターン４を設けることができ利用効率が向上する。その結果放熱基板５０の小型化が可能となる。
【００２２】
《第２実施例》
本発明の第２実施例の放熱基板を図２から図４を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施例における放熱基板５１の斜視図、図３は図２のＩＩＩ―ＩＩＩ断面図である。図４は、第２実施例の他の例の、図２と同じ部位の断面図である。なお図１と同じ要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図２、図３、図４において、ヒートシンク１の絶縁性樹脂層３との接合面である主要面１２の外周部の全部又は一部に、階段状部５を形成する。図３においては、この階段状部５にも絶縁性樹脂層３を充填する。絶縁性樹脂層３の材料、組成及び寸法は第１実施例のものと同じである。図４に示す他の例の構成では、前記階段状部５に絶縁性樹脂部材６を充填する。充填した絶縁性樹脂部材６の側面６Ａはヒートシンク１の側面１Ａよりはみ出すようになされている。本実施例では、ヒートシンク１に階段状部５を設け、この部分を絶縁性樹脂層３又は絶縁性樹脂部材６で埋めるので回路パターン４の端部４Ａとヒートシンク１の端部１Ｂとの間の距離である沿面距離１３が十分長くなる。
【００２３】
階段状部５はヒートシンク１の主要面１２の外周の全周に設けるのが望ましいが、沿面距離を長くする必要のある個所のみに部分的に設けてもよい。ヒートシンク１の放熱フィン２に並行する側面１Ａのみに階段状部５を形成するときは、ヒートシンク１の押し出し用の型に階段状部５を形成するための型を設けることにより容易に形成することができる。
【００２４】
絶縁性樹脂部材６は絶縁性樹脂層３と同じ種類の樹脂でもよい。放熱基板５１の端部は高い放熱性を必要としないので、絶縁性樹脂部材６の無機質フィラーの含量は絶縁性樹脂層３よりも少なくてもよい。絶縁性樹脂部材６の材料としてはポリスチレン、ＰＥＥＫ、ナイロン、ＰＰＳ、ＬＣＰなどの少なくとも２００℃以上の軟化点を有する熱可塑性樹脂が望ましい。これらの樹脂においても線膨張係数をアルミニウムや銅のものに近づけるために無機質フィラーを充填する必要がある。後の工程で回路パターン４を接合する時にプレスにより加えられる機械的圧力に絶縁性樹脂層３及び絶縁性樹脂部材６が耐えられるようにガラスファイバーなどの繊維状フィラーを充填するのが望ましい。
【００２５】
第２実施例によれば、回路パターン４とヒートシンク１との間で所望の絶縁特性が保たれるように、両者の端部における沿面距離１３を大きくすることができる。これにより、回路パターン４をヒートシンク１の主要面１２の端部まで形成することができる。その結果放熱基板５１中で回路パターン４を形成できる有効面積が広がり放熱基板５１の小型化が可能となる。
【００２６】
《第３実施例》
図５の（ａ）は本発明の第３実施例における放熱基板５２の斜視図であり、図５の（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ断面図である。なお図１と同じ要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図５の（ａ）及び（ｂ）において、ヒートシンク１の主要面１２の周囲には階段状部５が形成されている。階段状部５には絶縁性樹脂部材７が充填されている。絶縁性樹脂部材７の外縁部の全周にヒートシンク１の主要面１２より高い突起部７Ａが設けられている。突起部７Ａを形成したことにより、主要面１２に絶縁性樹脂層３を形成する際の金型の構造を以下に説明するように極めて簡単にすることができる。絶縁性樹脂層３の材料、組成及び寸法は第１実施例のものと同じである。絶縁性樹脂部材７の材料、組成は第２実施例のものと同じである。
【００２７】
例えば、突起部７Ａを設けないヒートシンク１において、主要面１２の上に絶縁性樹脂層３を熱硬化性樹脂で形成するとき、加熱加圧プロセスによって溶融した樹脂が側面１Ａに飛び出して樹脂ばりを発生する。この樹脂ばりの発生を防ぐためには、ヒートシンク１の側面１Ａを保持する成形金型を高い寸法精度で加工する必要がある。
【００２８】
第３実施例では、絶縁性樹脂部材７に設けた突起部７Ａが成形金型の役割を果たし、樹脂ばりの発生を防止することができる。その結果金型構造を単純化出来る。絶縁性樹脂層３と絶縁性樹脂部材６の樹脂材料は金型の材料よりも弾性率が低い。従って加圧時に絶縁性樹脂部材７の突起部７Ａが少したわんで金型と突起部７Ａとの合せ部のすきまが小さくなりばりの発生が低減する。
図６は第３実施例の他の例の放熱基板５３の斜視図である。放熱基板５３は回路パターンとしてリードフレーム１４を用いる場合に適している。
【００２９】
図６において絶縁性樹脂部材７の突起部７Ｂには、リードフレーム１４の端子１４Ａがはまり込む切り欠き部１５が形成されている。一般にリードフレーム１４を用いた電子回路を樹脂のパッケージで封止する場合、リードフレーム１４の端子１４Ａの導出部の金型は、端子１４Ａとのすきまが極めて小さくなるように構成し、樹脂が漏出しないようにしなければならない。そのため金型の構造が複雑になるとともに、高い加工精度が要求される。本実施例では、切り欠き部１５を端子１４Ａの形状に合わせて形成することにより、切り欠き部１５が前記の金型と同じ作用をして、樹脂の漏出を防止する。リードフレーム１４を絶縁性樹脂層３及び絶縁性樹脂部材７によりヒートシンク１に接合した後、４辺の外周部１４Ｂを切り落とす。外周部１４Ｂを切り落とした後、端子１４Ａを図の上方に曲げて例えば図１の端子４Ａのようにする。曲げ加工時に、端子１４Ａの基部は切り欠き部１５に挿入されているので、位置ずれが生じることはない。
【００３０】
上記の構成を放熱フィンのない板状の金属板を用いた放熱基板にも適用できるのは明らかであり、この場合でも同様な効果が得られる。
【００３１】
《第４実施例》
図７の（ａ）から（ｆ）、図８の（ａ）から（ｅ）、図９の（ａ）から（ｄ）は、本発明の第４実施例における半導体装置の放熱基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【００３２】
図７の（ａ）から（ｆ）は前記第１実施例の放熱基板５０の製造方法の各工程を示す。図７の（ａ）の工程において、図６に示すものと類似のリードフレーム１４を既知の方法で制作する。図７の（ｂ）の工程において、無機質フィラーと硬化剤を加えて混練した熱硬化性樹脂を、離型性フィルム上に塗布する方法などによりシート状に形成し、絶縁性樹脂層３を製作する。絶縁性樹脂層３の材料、組成及び寸法は第１実施例のものと同じである。シート状に形成する方法はドクターブレード法、コーター法、又は押し出し成形法を用いることができる。シート状に成形した絶縁性樹脂層３は打ち抜き工法により所定の形状に切断される。図７の（ｃ）の工程で、放熱フィン２を有するヒートシンク１、絶縁性樹脂層３及び回路パターン４としてのリードフレーム１４とを重ねて位置決めする。シート状の絶縁性樹脂層３を図７の（ｄ）の工程で金型２０、２１、２２を用いて接合する前にリードフレーム１４又はヒートシンク１にあらかじめ仮接着してもよい。仮接着すると金型内で配置位置がずれることがなく扱いやすくなる。仮接着をするには、絶縁性樹脂層３の硬化温度よりも低い温度の金型を用いて熱プレスするのが望ましい。これにより短時間で仮接着ができる。
【００３３】
図７の（ｄ）の工程において、リードフレーム１４を下金型２２とヒートシンク１の周囲を囲む中金型２１で挟み固定する。下金型２２にはリードフレーム１４の端子に適合する既知の位置決め用突起（図示省略）を設けてもよい。中金型２１はヒートシンク１の形状に合わせて枠状に形成されている。中金型２１の中にシート状の絶縁性樹脂層３とヒートシンク１を配置し、上金型２０でヒートシンク１を矢印Ｙ方向に押さえて、加熱及び加圧を行う。加熱工程では、金型２０、２１、２２をそれぞれ内蔵されたヒータで加熱する。
【００３４】
加熱温度は１３０から２６０℃が望ましく、加圧の圧力は１から２００Ｋｇ／ｃｍ２が望ましい。
【００３５】
図７の（ｅ）の工程において、完成した放熱基板を金型より取り出し、この後アニール処理を行う。
【００３６】
図７の（ｆ）の工程において、この放熱基板５０上に半導体素子８等の回路部品を実装する。最後にリードフレーム１４の外枠１４Ｂを切り落とし、端子１４Ａの曲げ加工を施すことによりモジュール化された半導体装置が完成する。
【００３７】
図８の（ａ）から（ｅ）は前記第３実施例の図６に示す放熱基板５３の製造方法を示す工程別断面図である。なお図７と同じ要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図８の（ａ）から（ｅ）において、図６と異なる点は、回路パターン４がリードフレーム１４ではなく、離型フィルム１１上に形成された導体のパターンであることである。またヒートシンク１の外周に絶縁性樹脂部材１７が形成されている点である。絶縁性樹脂部材１７の材料、組成は第２実施例のものと同じである。絶縁性樹脂部材１７は、図４に示す絶縁性樹脂部材６のように、側面１７Ａがヒートシンク１の側面１Ａからはみ出している。また、図５に示す絶縁性樹脂部材７のように突起部７Ａと類似の突起部１７Ｂを有している。絶縁性樹脂部材１７は図示を省略した金型によりあらかじめヒートシンク１に形成される。離型フィルム１１は絶縁性樹脂層３の成形温度に耐えるように１３０℃以上の耐熱を有するものが好ましく、例えばＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリイミドなどが適している。
【００３８】
図８の（ａ）の工程で、離型フィルム１１の片面にタック性を有する接着剤を塗布して銅箔又は銅板を貼り付けた後、エッチングにより回路パターン４を形成する。他の方法として、エッチング又はプレス加工により銅板からリードフレームを作り、これを離型フィルム１１に貼り付けてもよい。図８の（ｂ）の工程で、絶縁性樹脂層３を前記図７の製造方法と同様の方法で作成する。図８の（ｃ）に示す工程で、離型フィルム１１に貼り付けた回路パターン４を絶縁性樹脂層３を介してヒートシンク１の絶縁性樹脂部材１７の上に位置決めする。次に図８の（ｄ）の工程で金型２０、２１、２２で加熱しつつ加圧して回路パターン４をヒートシンク１に貼り付ける。最後に図８の（ｅ）に示すように、離型フィルム１１を除去する。この工法によれば、回路パターン４の部品実装面４Ａは工程中離型フィルム１１により保護されている。従って加熱工程や成形工程において回路パターン４の表面の汚れや酸化が防止されるといった効果がある。
【００３９】
現状の加工技術では絶縁性樹脂部材１７の外形寸法は比較的高い精度を維持できる。絶縁性樹脂部材１７の外形をヒートシンク１の外形よりも大きくすることで、たとえヒートシンク１の外形の寸法精度が低くても中金型２１への挿入に支障をきたすことはない。絶縁性樹脂部材１７はヒートシンク１と一体に形成してもよい。また別工程で成形した絶縁性樹脂部材１７をヒートシンク１に嵌合し接着してもよい。
【００４０】
図９の（ａ）から（ｄ）は別な製造方法を示す工程別断面図である。なお図７、図８と同じ要素には同じ符号を付してその説明を省略する。図９の（ａ）において、ヒートシンク１の下面の周囲にあらかじめ絶縁性樹脂部材２７を形成する。絶縁性樹脂部材２７は、枠状の外周部の一部に溝９が形成されている。溝９の形状を図１０に示す。図１０は絶縁性樹脂部材２７が取り付けられたヒートシンク１の斜視図である。絶縁性樹脂部材２７の溝９の近傍に、箱状の樹脂溜り部１０が形成されている。ヒートシンク１の絶縁性樹脂部材２７の枠状部の中に絶縁性樹脂層３をはさんで、離型フィルム１１に貼り付けた回路パターン４を配置する。図９の（ｂ）の工程で、金型２０、２１、２２の中に入れる。矢印Ｙの方向に金型２０を押し下げることにより、ヒートシンク１、絶縁性樹脂層３及び回路パターン４が一体に接合される。
【００４１】
図９の（ａ）の工程で、絶縁性樹脂層３の厚さを図８に示す絶縁性樹脂層３のものより厚くしておく。そうすると、図９の（ｂ）の工程で金型２０で加圧したとき余分な絶縁性樹脂層３の樹脂３Ａが溝９を通って、樹脂溜り部１０に流入する。そのため他の部分にばりが発生するのを防止できる。樹脂溜り部１０を設けたことにより、絶縁性樹脂層３の樹脂量を若干大目に設定しておけばよく、樹脂量の設定をあまり正確にしなくともよい。絶縁性樹脂層３の硬化後に図９の（ｃ）に示す工程でカッター１０Ａを矢印Ｚ方向に動かして樹脂溜り部１０を絶縁性樹脂部材２７から切り離すと、余分な樹脂３Ａは除去される。最後に図９の（ｄ）の工程で離型フィルム１１を除去して、完成する。
【００４２】
《第５実施例》
図１１の（ａ）から（ｇ）は本発明の第５実施例における放熱基板６０の製造工程を示す断面図である。図１１の（ａ）において、板厚が３５μｍから０．５ｍｍの範囲のアルミや銅等の金属板を折曲げて、くし歯状のフィン３２Ｂを形成する。各フィン３２Ｂ間には平面部３２Ａを形成してヒートシンク３２を作る。金属板の板圧が薄すぎると熱が伝わりにくくなりヒートシンクとしての機能が低くなる。また板圧が厚すぎると曲げ加工が困難になる。実用上及び加工上の諸条件を考慮に入れて、板圧は３０μｍから０．５ｍｍの範囲が好適である。
【００４３】
図１１の（ｂ）の工程で、フィン３２Ｂを、平面部３２Ａに平行になるように倒す。これによりヒートシンク３２は平板状になる。ヒートシンク３２を平板状にすることにより、後で詳しく説明するように、加熱・加圧工程で用いられる金型の構造が簡単になる。
【００４４】
図１１の（ｃ）の工程で、厚さ０．１から１ｍｍの銅又は銅の合金の金属板から図６に示すリードフレーム１４と類似のリードフレーム３３を形成する。
図１１の（ｄ）の工程で、熱硬化性樹脂と無機質フィラーの混合物をシート状にして絶縁性樹脂層３４を形成する。絶縁性樹脂層３４の材料、組成は第１実施例のものと同じである。絶縁性樹脂層３４の厚さは完成後の厚さが０．４から１ｍｍの範囲になるように設定するのが好ましい。
図１１の（ｅ）の工程で、ヒートシンク３２、絶縁性樹脂層３４及びリードフレーム３３を積層する。
【００４５】
図１１の（ｆ）の工程で、積層されたリードフレーム３３、絶縁性樹脂層３４及びヒートシンク３２を平板状の金型３７、３８ではさみ加熱加圧する。その結果、ヒートシンク３３の平面３２Ａに絶縁性樹脂層３４を介してリードフレーム３３が接着される。金型３７、３８が平板状であるので構造が簡単であり、コストも安い。ヒートシンク３２の板厚が薄いので、金型３７の熱が速く絶縁性樹脂層３４に伝わり、加熱・加圧工程の時間が短縮される。またヒートシンク３２が平板状であるのでこん包時にかさばらず保管や輸送に便利である。
図１１の（ｇ）の工程で、リードフレーム３３に必要な電子部品８を取り付けた後、フィン３２Ｂを引起こし元の状態に戻す。
【００４６】
図１２の（ａ）から（ｇ）は、本実施例の他の例の放熱基板６１の製造工程を示す断面図である。図１２の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の工程は前記図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すものとそれぞれ同じである。
図１２の（ｄ）の工程で、絶縁性樹脂層３４をはさんでヒートシンク３２と金属板３５を積層する。金属板３５は例えば銅であり厚みは１８μｍから１５０μｍの範囲である。
図１２の（ｅ）の工程で、金属板３５、絶縁性樹脂層３４及びヒートシンク３２を平板状の金型３７、３８ではさみ加熱・加圧する。これにより、金属板３５はヒートシンク３２に接着される。
【００４７】
図１２の（ｆ）の工程で、金属板３５にエッチング等により回路パターン３５Ａを形成する。
図１２の（ｇ）の工程で、回路パターン３５Ａに電子部品８を取付けた後、フィン３２Ｂを引起こす。
【００４８】
図１２の（ａ）から（ｇ）に示す放熱基板６１では、前記の図１１の（ａ）から（ｇ）に示す放熱基板６０の特徴に加えて、以下の特徴を有する。ヒートシンク３２に絶縁性樹脂層３４及び金属板３５を連続的な製造工程で接着し、放熱基板６１を大量に生産することができる。次の工程で、この放熱基板６１の金属板３５に同じ回路パターンを複数個形成する。これにより、同じ回路パターンを有する放熱基板を大量かつ安価に製造することができる。
【００４９】
図１３から図１５は、本実施例の他の例のヒートシンクの断面図である。図１３のヒートシンク４０では、フィン４０Ｂを形成するように折曲げれらた金属板の基部４０Ａを溶接又は接着により接合している。これにより、ヒートシンク４０の矢印Ｘ方向の熱伝導性が改善される。またヒートシンク４０の機械的強度が向上する。
図１１の（ａ）に示すヒートシンク３２では、図１１の（ｆ）の工程で加熱しつつ加圧するとき、折曲げられた金属板の間の空間３２Ｃに絶縁性樹脂層３４の熱硬化性樹脂が浸入することがある。浸入した熱硬化性樹脂が硬化すると、図１１の（ｇ）の工程でフィン３２を引起こすとき、フィン３２が曲がり元の形に復帰できないことがある。熱硬化性樹脂の浸入を防ぐために、あらかじめ空間３２Ｃに柔軟な樹脂を充填しておく。
【００５０】
図１４に示すヒートシンク４１では、金属板４１Ａ、４１Ｂではさまれた空間にシリコン樹脂等の弾力性のある樹脂４１Ｃを充填する。これによりこの空間に加熱圧縮工程で熱硬化性樹脂が浸入することはない。
【００５１】
図１５に示すヒートシンク４２では、金属板４２Ａ、４２Ｂではさまれた空間に、前記のシリコン樹脂の代わりに金属部材４２Ｃを充填する。金属部材４２Ｃはアルミや銅等の板でもよい。図１５の例では、フィン４２Ｂの金属の体積が増加するのでヒートシンクとしての熱伝導性が向上する。またフィンの変形を防止する効果も得られる。
【００５２】
【発明の効果】
上記の各実施例から明らかなように、本発明によれば、ヒートシンクに直接絶縁性樹脂層を形成し、この絶縁性樹脂層の上面に回路パターンを形成している。従って、従来のようにサーマルコンパウンドを塗布してビスなどで金属ベース基板とヒートシンクとを固定する工程が不要となり生産性に優れる。回路パターンとヒートシンクは絶縁性樹脂により接着されるので、ヒートシンクの材料は限定されることはなく、放熱性に優れた材料を選択できる。サーマルコンパウンドや半田を用いないので安定した放熱特性を得ることが可能である。さらに固定用ビスを用いないので回路パターン面に固定用のスペースや、ビスと回路パターンの間に沿面距離を保つためのスペースを必要としない。従って基板面を有効に活用でき、放熱基板の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による放熱基板の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による放熱基板の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施例による図２の放熱基板のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の第２実施例の他の例による放熱基板の図２のＩＩＩ−ＩＩＩと同じ部位の断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第３実施例による放熱基板の斜視図である。
（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図である。
【図６】本発明の第３実施例による放熱基板の分解斜視図である。
【図７】（ａ）から（ｆ）は本発明の第４実施例による放熱基板の製造工程を示す工程断面図である。
【図８】（ａ）から（ｅ）は本発明の第４実施例による他の例の放熱基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図９】（ａ）から（ｄ）は本発明の第４実施例による他の例の放熱基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図１０】本発明の第４実施例のヒートシンクの要部の斜視図である。
【図１１】（ａ）から（ｇ）は本発明の第５実施例による放熱基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図１２】（ａ）から（ｇ）は本発明の第５実施例の他の例の放熱基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【図１３】本発明の第５実施例のヒートシンクの他の例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第５実施例の更に他の例のヒートシンクの断面図である。
【図１５】本発明の第５実施例の更に他の例のヒートシンクの断面図である。
【図１６】（ａ）から（ｃ）は従来の放熱基板の構成を示す断面図である。
【図１７】従来の他の放熱基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、３２    ヒートシンク
２    放熱フィン
３、３４    絶縁性樹脂層
４、３３    回路パターン
５    階段状部
６、７、１７、２７    絶縁性樹脂部材
８    電子部品
９    溝
１０    樹脂溜り部
１１    離型フィルム
１２    主要面
１４    リードフレーム
２０、２１、２２、３７、３８    金型
３２Ａ    平面部
３２Ｂ    フィン
５０、５１、５２、５３    放熱基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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