(57)【要約】【課題】本発明は、非常に簡単な構成により、放熱性に非常に優れ、高放熱樹脂基板のリードフレーム上に設けられた配線パターンとベースプレートとの電気的な接続を確実に行うことができるとともに、作業性にも非常に優れた高放熱樹脂基板およびその製造方法を実現することを目的とする。【解決手段】金属板からなるベースプレート６と、ベースプレート６上に設けられた熱伝導性樹脂シート１８と、熱伝導性樹脂シート１８上に埋め込まれたリードフレーム１２とからなる高放熱樹脂基板２５であって、ベースプレート６の所望位置に少なくとも１つの凸状突起部３が一体に設けられるとともに、凸状突起部３の上面がリードフレーム１２に設けられた回路パターンのランド２６と同一平面になるように設けられたことを特徴とするものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板からなるベースプレートと、前記ベースプレート上に設けられた熱伝導性樹脂シートと、前記熱伝導性樹脂シート上に埋め込まれたリードフレームとからなる高放熱樹脂基板であって、前記ベースプレートの所望位置に少なくとも１つの凸状突起部が一体に設けられるとともに、前記凸状突起部の上面が前記リードフレーム上に設けられた回路配線パターンと同一平面になるように設けられたことを特徴とする高放熱樹脂基板。
【請求項２】
凸状突起部が絞り加工によりベースプレートと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の高放熱樹脂基板。
【請求項３】
凸状突起部がリードフレーム上に設けられた複数のランド部の略中心に配置されているとともに、ブスバーを用いて前記凸状突起部および前記複数のランド部が電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の高放熱樹脂基板。
【請求項４】
ブスバーの一部に切り欠き部を有するとともに、前記切り欠き部が凸状突起部上に配設されていることを特徴とする請求項３記載の高放熱樹脂基板。
【請求項５】
ブスバーの代わりに面実装部品を介して凸状突起部および複数のランド部が電気的に接続されることを特徴とする請求項３記載の高放熱樹脂基板。
【請求項６】
金属板からなるベースプレートの所望位置に凸状突起部を形成する工程と、前記凸状突起部に対応する位置に第１の逃がし穴を有するとともに軟体の熱硬化性組成物からなる熱伝導性樹脂シートを前記ベースプレート上に積層して加圧する工程と、前記突起部に対応する位置に第２の逃がし穴を有するとともに回路配線パターンが形成されたリードフレームを前記熱伝導性樹脂シート上に積層して加熱・加圧する工程とを有し、前記凸状突起部の上面が前記回路配線パターンと同一平面になるように形成することを特徴とする高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項７】
凸状突起部は絞り加工により形成され、前記凸状突起部の上面部分および所望位置に半田メッキを施したことを特徴とする請求項６記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項８】
熱硬化性組成物をペットフィルム上に押し出してシート化するとともに、凸状突起部に対応する位置に第１の逃がし穴を形成して熱伝導性樹脂シートを形成する際に、前記第１の逃がし穴は前記ペットフィルムにより塞がれていることを特徴とする請求項６記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項９】
熱伝導性樹脂シートをベースプレート上に積層してペットフィルム側から加圧する際に、凸状突起部に対応する位置に凹部を有する上金型を用いるとともに、少なくとも２回に分けて加圧し、２回目の加圧の際に、第１の逃がし穴を塞いでいる前記ペットフィルムに穴を開けてから加圧することを特徴とする請求項８記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項１０】
１回目の加圧よりも２回目の加圧を強く行うことを特徴とする請求項９記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項１１】
加圧後ペットフィルムを剥離させるとともに、凸状突起部を覆う熱伝導性樹脂シートおよび不要な熱伝導性樹脂シートを取り除くことを特徴とする請求項８記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項１２】
リードフレームの回路パターンが形成された面に通気性を有する不織布シートが設けられており、このリードフレームを熱伝導性樹脂シート上に積層して前記不織布シート側を下にしてベースプレート側から加圧することを特徴とする請求項６記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項１３】
凸状突起部の上面とリードフレームの回路配線パターンとが同一平面になるように加熱・加圧して熱伝導性樹脂シートを半硬化させるとともに、不織布シートを剥離して再加熱することにより本硬化させることを特徴とする請求項８記載の高放熱樹脂基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の高放熱樹脂基板のベースプレート表面を筺体の内側面あるいは前記筺体内に設けられた放熱板と直接的あるいは間接的に接触させることにより、前記高放熱樹脂基板で発生する熱をベースプレートを介して放熱させることを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
請求項１記載の高放熱樹脂基板のベースプレート表面を筺体の内側面あるいは前記筺体内に設けられた放熱板と全面的あるいは部分的に接触させることにより、前記高放熱樹脂基板で発生する熱をベースプレートを介して放熱させることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器における大電力回路等に用いられる高放熱樹脂基板とその製造方法およびそれを用いた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、高機能化が要求されており、さらにそれらを実装するための回路基板も小型化、高密度化が要求されている。
【０００３】
その結果、回路基板の熱伝導性、放熱性に対する要求が高まっており、特に、大電力を扱う回路系に対しては、熱伝導性、放熱性に優れた回路基板の要求が非常に高まっている。
【０００４】
そこで、近年は、熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーとを混合した熱硬化性組成物とリードフレームとを一体化したものをベースプレート上に設けた高放熱樹脂基板が提案されている。
【０００５】
そして、このリードフレーム上に設けられた配線パターンと放熱性基板とを電気的に接続するために、例えば、図１１に示されるように、金属プリント基板５１に貫通孔５２を設けておき、そこに半田メッキを施したアルミニウムからなる金属片５３を圧入して半田付けを行うことにより、電気的な接続を図ることが提案されている。
【０００６】
また、例えば図１２に示されるように、回路パターン５４の表面からブスバーなどの導電材５５を通して、ベースプレート５６の内面に直接半田付けなどして電気的接続を図ることが提案されている。
【０００７】
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、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平１０−１７３０９７号公報
【特許文献２】特開平３−８３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、リードフレーム上に設けられた回路パターンとベースプレートとを電気的に接続するために、わざわざベースプレートに穴を設けて金属片を圧入して半田付けする必要があるため、非常に作業性が悪くなるとともに、電気的な接続も確実に図ることができにくいものであった。
【０００９】
後者の直接ベースプレートに半田付けする方法では、クリーム半田などの印刷がメタルマスクなどでできず手作業による半田付けが必要で非常に生産性の悪いものであった。本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、非常に簡単な構成により、高放熱樹脂基板のリードフレーム上に設けられた回路パターンとベースプレートとの電気的な接続を確実に行うことができるとともに、作業性にも優れた高放熱樹脂基板およびその製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の高放熱樹脂基板は、金属板からなるベースプレートと、前記ベースプレート上に設けられた熱伝導性樹脂シートと、前記熱伝導性樹脂シート上に埋め込まれたリードフレームとからなる高放熱樹脂基板であって、前記ベースプレートの所望位置に少なくとも１つの凸状突起部が一体に設けられるとともに、前記凸状突起部の上面が前記リードフレーム上に設けられた回路配線パターンと同一平面になるように設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成により、回路パターンと同一面に接合面があることでメタルマスクによるクリーム半田の印刷が容易に行われ部分実装においても段差がないため、通常の部品実装機で一般部品と同様に実装することが可能となり特に凸状突起部が回路パターン面上に設けられた複数のランド部の略中心に配置されているとともに、ブスバーを用いて前記凸状突起部および前記複数のランド部が電気的に接続されることを特徴とするものである。その後のリフロー炉による半田付けで部品のずれをおこすことなく工程を完了することができるものである。
【００１２】
また、本発明の高放熱樹脂基板は、特に凸状突起部が絞り加工等によりベースプレートと一体に形成されていることを特徴とするものであり、これにより、大電流を扱う上で接点面積を大きく取れることと、直接回路から他の接続物を介さず接続することができ、大電流で大きな問題となる接続抵抗値の影響を最小限とすることができるものである。さらには、突起部周辺を熱伝導性樹脂でモールドすることで絶縁性、放熱性ともに効果をあげることのできるものである。なお、電気的接続例としてブスバーでの直接接続を示したが、平坦な構造である面実装電気部品による接続を可能とすることはいうまでもない。
【００１３】
また、本発明の高放熱樹脂基板は、特にブスバーの一部に切り欠き部を有するとともに、前記切り欠き部が凸状突起部上に配設されていることを特徴とするものであり、これにより、凸状突起部とブスバーの半田付け接合面への空気層の発生を抑制できる。さらには、半田付け状態を、目視にて把握し易くし、部品浮きや半田不足などの不具合の発見を容易にするものである。
【００１４】
なお、ブスバーの形状は、凸状突起部とランド部が、同一面であることから平板で良くコスト的にも優位である。また回路パターンによっては、中央の凸状突起部を中心にＬ形状やＴ形状も可能で設計的余裕度を広げることのできるものである。
【００１５】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、金属板からなるベースプレートの所望位置に凸状突起部を形成する工程と、前記凸状突起部に対応する位置に第１の逃がし穴を有するとともに、軟体の熱硬化性組成物からなる熱伝導性樹脂シートを前記ベースプレート上に積層して加圧する工程と、前記突起部に対応する位置に第２の逃がし穴を有するとともに、回路配線パターンが形成されたリードフレームを、前記熱伝導性樹脂シート上に積層して加熱・加圧する工程とを有し、前記凸状突起部の上面が前記回路配線パターンと同一平面になるように形成することを特徴とするものであり、これにより、熱硬化性樹脂材料が滞留なく流れ、空気を噛んでボイドを残したりすることなく、突起物の周囲及び回路パターンのスペースに樹脂を充填し、均一の樹脂層を構成することができるものである。
【００１６】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特にベースプレートの凸状突起部は絞り加工により形成され、前記凸状突起部の上面部分および所望位置に半田メッキを施したことを特徴とするものであり、樹脂の成形やアフターキュアなどで加えられる熱による表面酸化を防ぎ、次工程のクリーム半田の濡れ性を確保し安定した半田接続を行うことのできるものである。
【００１７】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特に熱硬化性樹脂と無機質フィラーとプレゲル剤を混練した熱硬化性組成物をペットフィルム上に押し出してシート化するとともに、凸状突起部に対応する位置に第１の逃がし穴を形成して熱伝導性樹脂シートを形成する際に、前記第１の逃がし穴は前記ペットフィルムにより塞がれていることを特徴とするものであり、これにより、粘性の高い熱硬化性組成物を上金型との分離、汚れ防止を得つつ適正厚みに成形することのできるものである。
【００１８】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特に熱伝導性樹脂シートをベースプレート上に積層してペットフィルム側から加圧する際に、凸状突起部に対応する位置に凹部を有する上金型を用いるとともに、少なくとも２回に分けて加圧し、２回目の加圧の際に、第１の逃がし穴を塞いでいる前記ペットフィルムに穴を開けてから加圧することを特徴とするものであり、これにより、適正厚みを得るため目標とする材厚の３０％〜１５％の材厚から加圧をスタートするが、突起部に対応する逃がし穴が、１回目では、投入材厚が厚い場合、逃がし部を埋めてしまうことがあり、この段階でペットフィルムに穴があると樹脂がはみ出してしまい金型を汚してしまうことになる。２回目には、加圧圧縮度も減るため２回目の逃がし部の材料取り後は、ボイドを残さないためにも空気穴を空けて空気を逃がしてやり、突起部の熱硬化性組成物を適正に流すことができるものである。
【００１９】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特に１回目の加圧よりも２回目の加圧を強く行うことを特徴とするものであり、これにより、熱伝導性内のボイドの削減や、リードフレームとベースプレートなどの界面での密着性をさらにあげることができるものである。
【００２０】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特に加圧後ペットフィルムを剥離させるとともに、凸状突起部を覆う熱伝導性樹脂シートおよび不要な熱伝導性樹脂シートを取り除くことを特徴とするものであり、これにより、成形の必要適正樹脂量を確保し回路構成とリードフレームとの合わせ成形を進めることのできるものである。
【００２１】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特にリードフレームの回路配線パターンが形成された面に通気性を有する不織布シートが設けられており、このリードフレームを熱伝導性樹脂シート上に積層して前記不織布シート側を下にしてベースプレート側から加圧することを特徴とするものであり、これにより、成形時粘性のある熱硬化性組成物がリードフレームのスペースに流れ込む際に、余分な空気を逃がしボイドなどの発生を抑えるとともに回路配線パターン表面や突起物の先端平面部への樹脂の回り込みを防ぎ分離性の良い回路パターンを構成することのできるものである。
【００２２】
また、本発明の高放熱樹脂基板の製造方法は、特に凸状突起部の上面とリードフレームの回路パターンとが同一平面になるように成形金型内において加熱・加圧して熱伝導性樹脂シートを半硬化させるとともに、不織布シートを剥離したのち完全硬化のために加熱することにより本硬化させることを特徴とするものであり、これにより、熱伝導性樹脂シートの可撓性を利用し金型からの剥離性もよく成形後のバリなどの除去も行い易く、その所望の形状に成形加工が行えるものであり、しかも加熱による熱伝導性樹脂シートの硬化により機械的強度に優れた基板となるものである。
【００２３】
また、本発明の電子機器は、特に高放熱樹脂基板のベースプレート表面を筺体の内側面あるいは前記筺体内に設けられた放熱板と直接的あるいは間接的に接触させることにより、前記高放熱樹脂基板で発生する熱をベースプレートを介して放熱させることを特徴とするものであり、これにより、回路パターン面には電子部品が搭載し易く、かつ放熱させるための絶縁層を薄く構成し熱抵抗を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非常に簡単な構成により、放熱性に非常に優れ、高放熱樹脂基板のリードフレーム上に設けられた配線パターンとベースプレートとの電気的な接続を確実に行うことができるとともに、作業性にも非常に優れた高放熱樹脂基板およびその製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態の高放熱樹脂基板の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１、図２は本発明の一実施の形態における高放熱樹脂基板の製造方法を示す工程図、図３は同実施の形態におけるベースプレート側の製造工程を示す工程図、図４、図５は同実施の形態におけるリードフレーム側の製造工程を示す工程図、図６は、同実施の形態における凸状突起部の使用例で樹脂基板を説明するための斜視図、図７は電子部品実装状態の斜視図、図８は凸状突起物実装状態斜視詳細図である。
【００２７】
まず、図３を用いてベースプレート側の製造工程について説明する。図３において、１は鉄、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金等の金属板からなるベースプレートであり、熱伝導性上と機械強度上という点から、厚さ１．０ｍｍの銅板を用いている（ステップａ）。
【００２８】
このベースプレート１の四隅には取り付け穴２がパンチ加工により形成されるとともに（ステップｂ）、ベースプレート１の所望位置に天面が平面の凸状突起部３が絞り加工により形成される（ステップｃ）。この凸状突起部の高さは、後述するリードフレームと熱伝導性樹脂シートを介して一体化された際に、リードフレームに設けられた回路パターンと同一平面上になるように形成されているとともに、この凸状突起部３を介して回路パターンとベースプレート１とが電気的に接続されることになる。
【００２９】
ここでは、この凸状突起部３の高さは、１．６ｍｍとしている。例として熱伝導性樹脂は、０．８ｍｍ（０．６〜１．０ｍｍ）、リードフレームは、大電流を流すことから０．８ｍｍ（０．４〜１．０ｍｍ）が適正である。したがって凸状突起部の高さは、熱伝導性樹脂厚みとリードフレームの合計値で決める。
【００３０】
次に、半田メッキを施したい部分以外をメッキマスク４にて覆い（ステップｄ）、半田メッキ後、このメッキマスキングを剥がすことにより、取付用穴２の周囲および凸状突起部３の先端平面部に半田メッキ５が施されたベースプレート６が形成される（ステップｅ）。
【００３１】
次に、図４、図５を用いてリードフレーム側の製造工程について説明する。図４、図５において、銅板７（ステップａ）をプレスなどにてリード部を打抜き（ステップｂ）、粗化などの表面処理の後、レジスト印刷８を行いレジストインキを硬化させる（ステップｃ）。その後メッキマスキングのためのピールコートインクによる印刷もしくは、マスキングテープ９などによりメッキがつかないよう保護を施し（ステップｄ）、メッキ１０を行う（ステップｅ）。メッキ処理後ピールコートインキもしくは、マスキングテープを剥がし（ステップｆ）、パターン部をプレスにてパターン溝１１を打抜きリードフレーム１２を形成する（ステップｇ）。
【００３２】
次に、図１、図２を用いて高放熱樹脂基板の製造工程について説明する。まず、前工程として熱伝導性樹脂シート１３の形成であるが、無機質フィラーと熱硬化性樹脂とプレゲル化材との混練物からなる熱硬化性組成物を押し出し機にて押し出し、それをペットフィルム１４で受けることによりシート化を図っている。これにより、ペットフィルム１４と一体になった未硬化状態の約１．４ｍｍの均一な熱伝導性樹脂シート１３が形成される（ステップａ）。
【００３３】
次に、このシート化された熱伝導性樹脂シート１３を図３で形成したベースプレート６上に転写することになるが、その際ベースプレート６上に設けられた凸状突起部３に対応する位置の熱伝導性樹脂シート１３には、予め第１の逃がし穴１５が形成されており、これにより、次工程での加圧時に樹脂をこの第１の逃がし穴１５に逃がすことが可能となる。なお、第１の逃がし穴１５はペットフィルム１４で塞がれ貫通した穴ではない（ステップｂ）。
【００３４】
次に、熱伝導性樹脂シート１３をベースプレート１上に均一な厚みで転写させるために、また確実に空気を押し出すために、上方より金型１６で２回加圧する。まず１回目の加圧で凸状突起部３の周囲にも均一に樹脂が転写されるように加圧する（ステップｃ）。そして、２回目の加圧を行う前に凸状突起部３に位置するペットフィルム１４に第２逃がし穴１７を開けておき、２回目の加圧でこの穴から空気や余分な樹脂を逃がしてやることによって均一な厚みの熱伝導性樹脂シート１８が得られる。
【００３５】
なお、２回目の加圧は１回目の加圧よりも強く加圧するように設定されており、これにより、確実に噛み込んだ空気を追い出すことができるとともに、整厚済み熱伝導性樹脂シート１８の厚みを均一化することができる（ステップｄ）。その後、ペットフィルムを剥ぎ取り凸状突起部上の余分樹脂１９や側面部の余分樹脂２０を取り除き（ステップｅ）、熱伝導性樹脂シート貼付け済みベースプレート２１を得る（ステップｆ）。
【００３６】
これに図４、図５で説明をしたリードフレーム１２の回路パターン面側に不織布テープ２２を貼り付けたのち、熱伝導性樹脂シート貼付け済みベースプレート２１の凸状突起部３とリードフレーム１２とが、対応する位置に貼り合わせる（ステップｇ）。この場合にベースプレートの凸状突起部３の平面部が、リードフレームの逃がし部を介して不織布テープ２２と粘着し、樹脂の回り込みを防ぐ効果がある。そののち、上金型２３と下金型２４で１００〜１３０℃で加熱加圧を施し（ステップｈ）、高放熱樹脂基板２５を得る（ステップｉ）。
【００３７】
最後に図６、図７、図８を用いて凸状突起部の具体的な使用例を説明する。
【００３８】
図１、図２にて説明をした工程にて構成された高放熱樹脂基板２５は、凸状突起先端平面部３と回路パターンのランド部２６が、同一平面上にある半田ペースト用のメタルマスク印刷により半田ペーストが塗布される。図７は部品実装を行った図で、図８は本発明のアース構造の詳細図である。電子部品３０などの実装と同様にブスバー２９が、凸状突起部の先端平面部３を中心に、回路パターンのランド２６と対向するランド２６に挟み込まれるようにブスバーを用いて半田にて接合される。接合は、回路パターンの構成により片側のみである場合、Ｌ状やＴ状に導通させる場合などが考えられる。そののちリフロー炉などの加熱手段によりブスバーにより３点が、半田付けされ電気的導通を得る。なお、回路によっては、図９に示すように、ブスバーに代えて凸状突起近傍のランドから直接、抵抗コンデンサなどの面実装部品５７を半田付けすることにより、回路構成を簡素化するとともにブスバーを削除することも可能である。そして、図１０に示すように、高放熱樹脂基板２５に抵抗コンデンサなどの面実装部品５７を実装し、リフロー炉にて半田付けした後（ステップｊ）、リード部２７は、周囲のフレームと所定の長さで切断し曲げ加工を行う（ステップｋ）。高放熱樹脂基板２５のリード部２７は、部品実装、リフローによる半田付け後、周囲のフレームと所定の長さで切断し曲げ加工を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる高放熱樹脂基板は、大電力回路等のような大電流による発熱と、効率よく放熱させるための基板として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における高放熱樹脂基板の製造方法を示す工程断面図
【図２】本発明の実施の形態１における高放熱樹脂基板の製造方法を示す工程断面図
【図３】同実施の形態におけるベースプレート側の製造工程を示す工程斜視図
【図４】同実施の形態におけるリードフレーム側の工程断面図
【図５】同実施の形態におけるリードフレーム側の製造工程断面図
【図６】同実施の形態による高放熱樹脂基板の斜視図
【図７】同実施の形態における凸状突起部の使用例を示す斜視図
【図８】同実施の形態における凸状突起部の使用例の詳細を示す斜視図
【図９】同実施の形態における凸状突起部の使用例の詳細を示す斜視図
【図１０】同使用例の製造工程を示す工程断面図
【図１１】従来例の構成を示す要部斜視図
【図１２】他の従来例の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００４１】
１  ベースプレート（銅板）
２  取り付け穴
３  凸状突起部
４  メッキマスク
５  半田メッキ
６  ベースプレート
７  銅板
８  レジスト印刷
９  マスキングテープ
１０  メッキ部
１１  パターン溝
１２  リードフレーム
１３  熱伝導性樹脂シート
１４  ペットフィルム
１５  第１逃がし穴
１６  上金型
１７  第２逃がし穴
１８  整厚済み熱伝導性樹脂シート
１９  凸状突起部余分樹脂
２０  側面部余分樹脂
２１  熱伝導性樹脂シート貼付け済みベースプレート
２２  不織布テープ
２３  上金型
２４  下金型
２５  高放熱樹脂基板
２６  回路パターンランド
２７  リード部
２８  回路パターンレジスト部
２９  ブスバー
３０  電子部品
【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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