(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％とを含む熱伝導樹脂組成物からなる絶縁層と、導電性を持つ放熱板と、配線パターンとしてのリードフレームからなり、前記リードフレームが前記絶縁層と面一になっている回路基板において、前記配線パターンと同一面上の任意の位置に、前記放熱板と前記絶縁層内部で電気的に接続された接地パターンを存在させたことを特徴とする熱伝導基板。
【請求項２】
前記接地パターンが前記リードフレームであり、前記接地パターンと前記放熱板が前記絶縁層内部で電気的に接続されている請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項３】
前記接地パターンと前記放熱板が前記絶縁層内部に埋設された金属柱を介して電気的に接続されている請求項１または２に記載の熱伝導基板。
【請求項４】
前記接地パターンと前記放熱板が、導電性金属粉末と熱硬化性樹脂とを少なくとも含んで前記絶縁層中に設けられた導電性樹脂組成物の硬化物を介して、電気的に接続されている請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導基板。
【請求項５】
前記接地パターンが、平坦な頂上を持つ突起状に加工された前記放熱板の一部である請求項１〜４のいずれかに記載の熱伝導基板。
【請求項６】
前記接地パターンが、前記放熱板に接続された金属柱の頭頂部である請求項１〜５のいずれかに記載の熱伝導基板。
【請求項７】
前記金属柱が、前記リードフレームもしくは前記放熱板の少なくとも一方と嵌合されている請求項３または６に記載の熱伝導基板。
【請求項８】
前記金属柱が２段突起形状となっている請求項３、６または７に記載の熱伝導基板。
【請求項９】
前記金属柱の少なくとも一方の端が錐状になっており、前記放熱板もしくは前記リードフレームの少なくともいずれか一方に前記金属柱の前記錐状端が突入している請求項３、６〜８のいずれかに記載の熱伝導基板。
【請求項１０】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置に金属柱を配置し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記金属柱を前記リードフレームに接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１１】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置を押し出して突起状物に加工し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記突起状物が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記突起状物を前記リードフレームに接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１２】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）配線パターンとしてのリードフレームの所望の位置に金属柱を配置し、
（３）前記リードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板を、前記リードフレーム上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱を前記放熱板に接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１３】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）前記シート状熱伝導樹脂組成物の所望の位置に金属柱を挿入する工程と、（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板をこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱を前記放熱板に接続させると共に前記リードフレームにも接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１４】
前記放熱板または前記リードフレームのうち少なくとも一方の所望の位置に、前記金属柱もしくは前記突起状物に対応した形状の穴を開け、前記穴部に前記金属柱を嵌合する請求項１０〜１３のいずれかに記載の熱伝導基板の製造方法。
【請求項１５】
前記金属柱もしくは前記突起状物の端部のうち、前記放熱板もしくは前記リードフレームと接続される前記端部が錐状になっており、（３）の工程において、前記金属柱もしくは前記突起状物の錐状の前記端部が前記放熱板もしくは前記リードフレームに食い込んで接続される請求項１０〜１４のいずれかにに記載の熱伝導基板の製造方法。
【請求項１６】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性金属粉末と熱硬化性樹脂とを少なくとも含む未硬化の導電性樹脂組成物を用意し、
（３）前記シート状熱伝導樹脂組成物の所望の位置に穴を開け、前記導電性樹脂組成物を前記穴に充填し、
（４）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板をこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記導電性樹脂組成物を前記放熱板と前記リードフレームの両方に接続させ、また同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物および前記導電性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜９のいずれかに記載の熱伝導基板に、パワー用能動素子および受動素子が実装され、さらに制御回路が接続されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１８】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置に金属柱を配置し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記金属柱の表面をリードフレームの表面と面一にして前記配線パターンの一部とし、前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【請求項１９】
放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置を押し出して突起状物に加工し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記突起状物が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記突起状物の表面をリードフレームの表面と面一にして前記配線パターンの一部とし、前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする熱伝導基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種半導体装置や電子部品を搭載する回路基板に関するものであり、特にパワーエレクトロニクス分野に好適な高放熱性の樹脂基板（熱伝導基板）およびそれを用いたパワーモジュール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、小型化の要求に伴い、半導体の高密度、高機能化が要請されている。これによ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望まれている。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。回路基板の放熱性を改良する技術として、従来のガラス−エポキシ樹脂によるプリント基板に対し、銅やアルミニウムなどの金属板を使用し、この金属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する金属ベース基板が知られている。またより高熱伝導性を要求される場合は、アルミナや窒化アルミ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が利用されている。比較的小電力な用途には、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やすいことと、絶縁耐圧に課題を有している。
【０００３】
これらの問題を解決するため、近年樹脂中に熱伝導性の良いフィラーを充填した組成物を電極であるリードフレームと一体化した基板が提案されている。このような組成物を用いた基板としては、たとえば特開平１０−１７３０９７号公報に提案されている。その熱伝導基板の製造方法を図１３に示す。それによると無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを少なくとも含む混合物スラリーを造膜してシート状の熱伝導樹脂組成物１６を作製し、それを乾燥させた後、図１３（ａ）に示すようにリードフレーム１１および放熱板１３と重ねあわせ、次いで図１３（ｂ）に示すように加熱加圧してシート状の熱伝導樹脂組成物１６を硬化させ絶縁層１２とした熱伝導基板２８を作製している。
【０００４】
このような熱伝導基板、およびそれを用いたパワーモジュールでは、浮遊容量低減などの電気的要求から配線パターンの一部を放熱板にアース接続させることが一般的である。その場合、基板の外部で配線パターンと放熱板を接続することが必要であり、部品実装とは別の工程が必要になっていた。その場合の放熱板との接続例を図１４に示す。これによると、リードフレーム１１の一部を接地パターン１５とし、前記接地パターン１５と放熱板１３とにリード２９を半田付けしてアース接続している。なお１２は絶縁層である。また外部で配線パターンと放熱板を接続させるために接地パターンを基板の周辺部分に配置しなければならず、パターン設計上の制約条件になり、回路設計の自由度が減少していた。さらに、接続させるために基板自体のサイズが大きくなるという課題を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、熱伝導基板の絶縁層内部で接地パターンと放熱板が電気的に接続されることで、放熱性や導電性が高く、アース接続信頼性が高い熱伝導基板とその製造方法を提供することを目的とする。またこの基板を利用して、小型高密度化が可能なパワーモジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の熱伝導基板は、無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％とを含んだ熱伝導樹脂組成物からなる絶縁層と、導電性を持つ放熱板と、配線パターンとしてのリードフレームからなり、前記リードフレームが前記絶縁層と面一になっている回路基板であり、前記配線パターンと同一面上の任意の位置に、前記放熱板と前記絶縁層内部で電気的に接続された接地パターンがあることを特徴とする。この構成によれば、接地パターンを配線パターンと同一平面上の任意の位置に配置することができるため、パターン設計の自由度が向上する。また絶縁層内部で接続するため基板サイズを小さくすることが可能になる。さらに接地パターンは他のパターンと同一平面上にあるため、部品搭載や接続性の面で有利である。
【０００７】
次に、本発明の熱伝導基板は、前記接地パターンが前記リードフレームであり、前記接地パターンと前記放熱板が前記絶縁層内部で電気的に接続されているものである。この場合、リードフレームを接地パターンとして使用するため、形状の自由度が大きく、接地パターンへの部品搭載や接続が容易になる。
【０００８】
次に、本発明の熱伝導基板は、前記接地パターンと前記放熱板が前記絶縁層内部に埋設された金属柱を介して電気的に接続されているものである。金属柱を用いることで接続部分が低抵抗になり接続の信頼性が向上する。またその位置精度が高いことによって接続の信頼性が向上する。
【０００９】
次に、本発明の熱伝導基板は、前記接地パターンと前記放熱板が、導電性金属粉末と熱硬化性樹脂とを少なくとも含んで前記絶縁層中に設けられた導電性樹脂組成物の硬化物を介して、電気的に接続されているものである。この場合も高い精度で電気的接続を得ることができる。
【００１０】
次に、本発明の熱伝導基板は、前記接地パターンが、平坦な頂上を持つ突起状に加工された前記放熱板の一部であることを特徴とする。この場合、放熱板の一部を直接接地パターンとして利用できるので、接続信頼性が高い。
【００１１】
次に、本発明の熱伝導基板は、前記接地パターンが、前記放熱板に接続された金属柱の頭頂部であることを特徴とする。この場合、接続用の金属柱をそのまま接地パターンとして利用できる。
【００１２】
本発明の熱伝導基板は、前記金属柱が、前記リードフレームもしくは前記放熱板の少なくとも一方と嵌合されているものである。また、前記金属柱が２段突起形状になっていることが好ましい。
【００１３】
また、前記金属柱の一方の端が錐状になっており、前記放熱板もしくは前記リードフレームのいずれかに前記金属柱の前記錐状端が突入していてもよい。
【００１４】
本発明にかかる熱伝導基板の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置に金属柱を配置し、（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱を前記リードフレームに接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させる工程、とを少なくとも含む。この方法によれば、無機フィラー比率が高く熱伝導性に優れた絶縁物を簡便に取り扱え、また基板成形時に配線パターンであるリードフレームの一部を、接地パターンとして利用することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる熱伝導基板の別の製造方法は、上記の（３）の工程を、配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱の表面をリードフレームの表面と面一にして前記配線パターンの一部とし、前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させる工程、に置き換えたものである。これにより、金属柱を接続材料として使用すると共に、接地パターンとしても使用することができるため、接地パターンを別に用意する必要がなくなる。
【００１６】
また上記の熱伝導基板の各製造方法において、（２）の工程を、導電性を持つ放熱板の所望の位置を押し出して突起状に加工する工程、に置き換え、さらに（３）の工程において、金属柱を突起物に置き換えてもよい。この場合、金属柱を用意する必要がなくなる。また放熱板の一部分を直接接地パターンとして利用することができ、あるいはリードフレームに直接接続することができるため、接続信頼性が向上する。
【００１７】
また、本発明にかかる別の熱伝導基板の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板であって、（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意する工程と、（２）配線パターンとしてのリードフレームの所望の位置に金属柱を配置する工程と、（３）前記リードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板を、前記リードフレーム上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱を前記放熱板に接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させる工程、とを含むものである。
【００１８】
本発明にかかる熱伝導基板の別の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板であって、（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意する工程と、（２）前記シート状熱伝導樹脂組成物の所望の位置に金属柱を挿入する工程と、（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板をこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記金属柱を前記放熱板に接続させると共に前記リードフレームにも接続させ、同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させる工程、とを含むものである。
【００１９】
上記のいずれの熱伝導基板の製造方法においても、前記放熱板または前記リードフレームのうち少なくとも一方の所望の位置に、前記金属柱もしくは前記突起状物に対応した穴を開け、前記穴に前記金属柱を嵌合することが好ましい。接続信頼性が向上するからである。
【００２０】
また、上記の熱伝導基板の各製造方法において、前記金属柱もしくは前記突起状物の端部のうち、前記放熱板もしくは前記リードフレームと接続される前記端部が錐状になっており、（３）の工程において、前記金属柱もしくは前記突起状物の錐状の前記端部が前記放熱板もしくは前記リードフレームに食い込んで接続されることが好ましい。接続信頼性が向上し、またその位置精度が向上するからである。
【００２１】
本発明にかかる熱伝導基板の別の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板であって、（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意する工程と、（２）導電性金属粉末と熱硬化性樹脂とを少なくとも含む未硬化の導電性樹脂組成物を用意する工程と、（３）前記シート状熱伝導樹脂組成物の所望の位置に穴を開け、前記導電性樹脂組成物を前記穴に充填する工程と、（４）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、導電性の放熱板をこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、前記導電性樹脂組成物を前記放熱板と前記リードフレームの両方に接続させ、また同時に前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させると共に、前記シート状熱伝導樹脂組成物および前記導電性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させる工程、とを含むものである。この場合でも配線パターン上の任意の位置に接地パターンを設けることができる。
【００２２】
本発明のパワーモジュールは、上記に記載のいずれかの熱伝導基板に、パワー用能動素子および受動素子が実装され、さらに制御回路が接続されていることものである。この構造によれば、高い熱放散性と設計自由度を具備し、小型でエネルギー密度の高いパワーモジュールを得ることができる。
【００２３】
また、本発明のパワーモジュールは、上記熱伝導基板の配線パターンと異なる接地パターン上に直接部品が実装されていてもよい。
本発明の熱伝導基板の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置に金属柱を配置し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記金属柱が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記金属柱の表面をリードフレームの表面と面一にして前記配線パターンの一部とし、前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする。
本発明の別の熱伝導基板の製造方法は、放熱板に接続された接地パターンを有する回路基板の製造方法であって、
（１）無機質フィラー７０〜９５重量％と、未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％からなるシート状熱伝導樹脂組成物を用意し、
（２）導電性を持つ放熱板の所望の位置を押し出して突起状物に加工し、
（３）配線パターンとしてのリードフレームと、前記シート状熱伝導樹脂組成物と、前記放熱板を、前記放熱板上の前記突起状物が前記シート状熱伝導樹脂組成物と対向するようにしてこの順で重ね合わせ、加熱および加圧することにより、
前記突起状物の表面をリードフレームの表面と面一にして前記配線パターンの一部とし、前記リードフレームの表面と前記シート状熱伝導樹脂組成物が面一となるように充填させ、
前記シート状熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、配線パターンの所望の位置にアース接続部を設けることができるため、設計上の自由度が向上する。また基板作製と同時にアース用パターンを設けることができるため工程上有利であり、基板外部に接続部分を設ける必要がないためモジュールの小型化が可能になる。
【００２５】
なお、ここで用いるパワーモジュールとは、複数個の半導体を目的に応じて結線し、１個のパッケージに収めた形態のものを指し、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールやＩＰＭ（インテリジェント・パワーモジュール）、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールなどを示す。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明は、未硬化の熱硬化性樹脂に無機質フィラーを高濃度に充填した混合物をシート状態に加工したシート状の熱伝導樹脂組成物を用いる。この熱伝導樹脂組成物は無機質フィラー配合比率が高いため高い熱伝導性を持ち、そのため基板の絶縁材料として使用した場合に高い放熱性を保ったまま絶縁距離を高めることが可能で、耐ノイズ性や絶縁性に優れた基板を作製できるという利点がある。またその硬化物の熱膨張係数が配線パターンである金属や半導体に近く、熱履歴に対して高い信頼性を持つという特徴があるものである。また常温で可撓性があるために取り扱いが容易で打ち抜きなどの加工が可能であり、さらに樹脂の流動性に優れているために配線パターンや放熱板と一体化することが容易であるのみならず、厚みを持った配線パターンの側面を埋めることが可能となり、絶縁性や平坦性に優れた基板を作製することが可能である。
【００２７】
次に、本発明の態様は、上記の熱伝導樹脂組成物を、配線パターンとしてのリードフレームと導電性の放熱板と共に加熱加圧して一体化すると共に、熱伝導樹脂組成物をリードフレームの隙間部分まで充填させて面一な表面を形成し、同時に放熱板を接着させながら前記の熱伝導樹脂組成物の熱硬化性樹脂を硬化させることで、放熱性に優れたリジッドな基板（熱伝導基板）を作製することを基本とする。
【００２８】
本発明の第一の態様は、上記の熱伝導基板の成形時において、予め配線パターンもしくは放熱板の任意の位置に金属柱などの突起物を設け、その突起物を熱伝導樹脂組成物と対向するように配置して重ね合わせ加熱加圧することにより、基板成形と同時に放熱板と配線パターンの一部をアース接続するものである。
【００２９】
また、本発明の第二の態様は、上記の熱伝導基板の成形時において、予め放熱板の任意の位置に金属柱などの突起物を設け、その突起物を熱伝導樹脂組成物と対向するように配置して重ね合わせ加熱加圧することにより、基板を成形すると同時に上記の突起物を接地パターンとするものである。
【００３０】
また、本発明の第三の態様は、上記の熱伝導基板の成形時において、予めシート状になった熱伝導樹脂組成物の任意の位置に、前記シート状の熱伝導樹脂組成物を貫通するようにして金属柱あるいは導電性樹脂組成物を充填し、これを配線板としてのリードフレームと放熱板と重ね合わせて加熱加圧して一体化すると共に、配線パターンの一部を放熱板とアース接続するものである。
【００３１】
また、本発明の第四の態様は、上記の各態様において成形された熱伝導基板に、パワー用能動素子および受動素子が実装されており、特に接地パターンに直接部品が実装されているパワーモジュールである。
【００３２】
以下、本発明の一実施の形態による熱伝導基板およびパワーモジュールの製造方法を、図面に基づき説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施例による接地パターンを具備した熱伝導基板の断面図である。図において１１は配線パターンとしてのリードフレームであり、１２は無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％の混合物からなる絶縁層であり、１３は導電性の放熱板であり、１４は金属柱であり、１５は接地パターンである。金属柱１４を介して、接地パターン１５と放熱板１３は絶縁層１２の内部で接続されている。
【００３４】
図２は、本発明の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図２（ａ）において、１１はリードフレームであり、１６は無機質フィラー７０〜９５重量％と未硬化の熱硬化性樹脂を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０重量％の混合物を造膜したシート状の熱伝導樹脂組成物であり、１３は導電性の放熱板であり、１４は金属柱である。図２（ａ）に示すように、放熱板１３上に金属柱１４が設けられている。これらを図２（ｂ）に示すように重ね合わせ加熱加圧する。これにより、図２（ｃ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６がリードフレーム１１の間隙に埋まって表面が面一になり、同時に熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に金属柱１４が配線パターンであるリードフレーム１１中の接地パターン１５に接続され、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００３５】
上記のリードフレームとしては、電気抵抗の低い金属であれば特に限定されないが、たとえば銅、鉄、アルミニウム、ニッケルや、それらの合金が使用できる。またそのパターン形成方法としては、たとえば化学的エッチングによる方法や、金型による打ち抜きが使用できる。また、その表面に酸化防止や半田濡れ性の向上のためめっきを施すことが好ましい。めっき材料としては、たとえばニッケル、錫、はんだ、金、銀、パラジウム、クロムやそれらを主成分とする合金が使用できる。
【００３６】
上記の熱伝導樹脂組成物の無機質フィラーは７０〜９５重量％であることが好ましい。無機質フィラー比率がこの範囲より低い場合、熱伝導樹脂組成物の熱伝導度が低くなり、基板の熱抵抗が大きくなりすぎて基板に搭載する能動素子から発生する熱を外部へ逃がすことが困難になり、装置の信頼性が低下する。また熱伝導樹脂組成物の熱膨張係数が大きくなり、半導体などの部品や配線パターンなどの金属部分との熱膨張係数の差が大きくなるため、信頼性が低下する。逆に無機質フィラー比率がこの範囲より高い場合には、熱伝導樹脂組成物とリードフレームや放熱板との密着性や絶縁性が低下する。
【００３７】
無機質フィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＢＮから選ばれた少なくとも１種の粉末を主成分として含むものが好ましい。これらは熱伝導性や絶縁性に優れており、高い熱放散性を持つ基板を作製することが可能になるからである。特にＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2を用いた場合、樹脂組成物との混合が容易になる。またＡｌＮを用いた場合、熱伝導基板の熱放散性が特に高くなる。さらに無機質フィラーの粒径が０．１〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。これより小さすぎても大きすぎてもとフィラーの充填性や基板の放熱性が低下するからである。特に無機質フィラーの充填性を良好にするためにはこの範囲内で異種の粒径の粉末を配合し、高密充填構造を取るようにすることが好ましい。
【００３８】
また、上記の熱硬化性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂の主成分はエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂から選ばれた少なくとも１種類であることが好ましい。これらの樹脂はそれぞれ耐熱性や機械的強度、電気絶縁性に優れるからである。特には樹脂組成物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分として含み、さらに硬化剤としてのビスフェノールＡ型ノボラック樹脂と、硬化促進剤としてのイミダゾール類とを含むことが好ましい。この構成によれば、耐熱性に優れるばかりでなく難燃性にも優れるからである。
【００３９】
また、樹脂組成物にさらにカップリング剤、分散剤、着色剤および離型剤から選ばれた少なくとも１種が添加されていることが好ましい。カップリング剤は、無機質フィラーやリードフレームおよび放熱板と熱硬化性樹脂との接着強度を向上させ、基板の絶縁耐圧を向上させる点で好ましく、たとえばエポキシシラン系カップリング剤、アミノシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤などが使用できる。分散剤は熱伝導樹脂組成物中の無機質フィラーの分散性を向上させ均質化させる点で好ましく、たとえばリン酸エステルが使用できる。着色剤は熱伝導樹脂組成物に着色することでその熱輻射性を向上させることが可能な点で好ましく、たとえばカーボンが使用できる。
【００４０】
上記の熱伝導樹脂組成物をシート状に造膜する方法は特に限定されず、ドクターブレード法、コーター法、押し出し法などを用いることができる。また、熱伝導樹脂組成物に溶剤を混合させてその粘度を調整してから造膜し、その後熱伝導樹脂組成物中の熱硬化性樹脂の硬化温度より低い温度で溶剤を乾燥させてシート状に造膜してもよく、この場合にはドクターブレード法を用いることが好ましい。造膜が容易だからである。溶剤としては、たとえばメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、イソプロパノールが使用できる。
【００４１】
また、上記の導電性の放熱板としては、たとえばアルミニウム、銅、鉄、ニッケルやその合金などが使用できる。また、上記の金属柱としては、導電性の放熱板と同様の材料が使用できる。
【００４２】
図３は、本発明の別の一実施例による接地パターンを具備した熱伝導基板の断面図である。図において１１は配線パターンとしてのリードフレームであり、１２は無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％の混合物からなる絶縁層であり、１３は導電性の放熱板であり、１４は金属柱である。この熱伝導基板は図２に示したものと同様な方法で作製できるが、金属柱１４はリードフレーム１１に接しておらず、金属柱１４の頭頂部がそのまま接地パターン１５として使用される。
【００４３】
本実施の形態における金属柱としては上記の図２で示したものと同様な材料が使用できるが、その頭頂部を接地パターンとして使用するため、半田濡れ性が良好になるように金属柱の頭頂部にめっきなどの方法により皮膜を形成することが好ましい。皮膜としては、たとえば半田、錫、銀、パラジウムおよびそれらの合金が使用できる。
【００４４】
図４は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図４（ａ）において、１１はリードフレームであり、１６は図２（ａ）に示したものと同様のシート状の熱伝導樹脂組成物であり、１３は導電性の放熱板である。図４（ａ）に示すように、放熱板１３の一部は押し出されて突起状に加工されており、突起部１７となっている。これらを図４（ｂ）に示すように重ね合わせ加熱加圧する。これにより、図４（ｃ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６がリードフレーム１１の間隙に埋まって表面が面一になり、同時に熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に放熱板１３に設けた突起部１７が配線パターンであるリードフレーム１１中の接地パターン１５に接続され、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００４５】
突起部の加工方法としては、たとえばパンチ加工やプレス加工などが使用できる。
【００４６】
図５は、本発明の別の一実施例による接地パターンを具備した熱伝導基板の断面図である。図において１１は配線パターンとしてのリードフレームであり、１２は無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％の混合物からなる絶縁層であり、１３は導電性の放熱板であり、１７は放熱板１３に設けられた突起部である。この熱伝導基板は図４に示したものと同様な方法で作製できるが、突起部１７はリードフレーム１１に接しておらず、突起部１７の頭頂部がそのまま接地パターン１５として使用される。
【００４７】
本実施の形態における突起部１７はその頭頂部を接地パターンとして使用するため、図３で示した実施の形態と同様に突起部の頭頂部にめっきなどの方法により半田濡れ性のよい金属皮膜を形成することが好ましい。
【００４８】
図６は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図６（ａ）に示すように、配線パターンとしてのリードフレーム１１のあるパターン上に金属柱１４を配置する。次に図６（ｂ）に示すように、この金属柱１４付のリードフレーム１１を、図２で示したものと同様な方法で用意したシート状の熱伝導樹脂組成物１６と導電性の放熱板１３と重ね合わせ加熱加圧する。これにより、図６（ｃ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６がリードフレーム１１の間隙に埋まって表面が面一になり、同時に熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時にリードフレーム１１に設けた金属柱１４が放熱板１３に接続され、配線パターンであるリードフレーム１１中の一部分が接地パターン１５になり、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００４９】
図７は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図７（ａ）に示すように、図２（ａ）で示したものと同様な方法で作製したシート状の熱伝導樹脂組成物１６のある部分に金属柱１４を埋めこむ。次に、図７（ｂ）に示すように、この金属柱１４が埋めこまれた熱伝導樹脂組成物１６を、配線パターンとしてのリードフレーム１１と導電性の放熱板１３と重ね合わせ加熱加圧する。これにより、図７（ｃ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６がリードフレーム１１の間隙に埋まって表面が面一になり、同時に熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に熱伝導樹脂組成物１６に設けた金属柱１４が放熱板１３およびリードフレーム１１に接続され、配線パターンであるリードフレーム１１中の一部分が接地パターン１５になり、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００５０】
図８は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図８（ａ）に示すように、導電性の放熱板１３の任意の位置に、貫通孔１８が設けてある。次に図８（ｂ）に示すように、貫通孔１８の大きさよりもわずかに大きな径を持つ金属柱１４を貫通孔１８に重ね合わせ、嵌合することにより、図８（ｃ）に示すように、金属柱付き放熱板１９が作製される。この後、図２に示すものと同様な方法で接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００５１】
嵌合の方法としては、たとえばハンドプレスやエキセンプレスが使用できる。この方法によれは、簡便で接続信頼性に優れた基板を作製することができる。また、図８に示した方法と同様にして、リードフレームにも金属柱を嵌合して設けることができ、その場合図６に示すような方法で熱伝導基板が完成される。
【００５２】
図９は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図９（ａ）に示すように、２段の突起を持つ金属柱２０を用意する。次いで図９（ｂ）に示すように、この金属柱２０を、貫通孔１８を設けた導電性の放熱板１３の貫通孔部分に重ね合わせ、嵌合することで、図９（ｃ）に示すような金属柱付き放熱板１９が作製される。次に、上記の実施の形態と同様の方法で作製したシート状熱伝導樹脂組成物１６と貫通孔１８を設けた配線パターンとしてのリードフレーム１１を用意し、図９（ｄ）に示すように、金属柱付き金属板１９と重ね合わせ加熱加圧する。これにより、図９（ｅ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６がリードフレーム１１の間隙に埋まって表面が面一になり、同時に熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に放熱板１３に設けた金属柱２０の突起部分がリードフレーム１１に設けられた貫通孔１８に接続され、配線パターンであるリードフレーム１１中の一部分が接地パターン１５になり、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００５３】
なお、この図では金属柱の両端に２段の突起があるように示したが、一方の端のみに２段の突起があってもよい。この場合は、放熱板もしくはリードフレームのいずれか一方に設けた貫通孔に金属柱の突起部分を嵌合させ、その後図２、図３および図６で示したものと同様な方法で接地パターンを具備した熱伝導基板を作製することができる。
【００５４】
また、図８および図９においては、放熱板またはリードフレームに貫通孔が設けてある形態について説明したが、金属柱を嵌合させる孔は金属柱が嵌合できれば必ずしも貫通させなくてもよい。
【００５５】
図１０は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図１０（ａ）に示すように、導電性の放熱板１３に図８で説明したものと同様な方法で、一方の端２１が錐状になっている金属柱１４を設ける。次いで、上記の各実施の形態と同様の方法で作製したシート状の熱伝導樹脂組成物１６、および配線パターンとしてのリードフレーム１１を用意し、図１０（ｂ）に示すように、放熱板１３と重ね合わせて加熱加圧する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に放熱板１３に設けた金属柱１４の錐状の端２１がリードフレーム１１に食い込んで接続され、配線パターンであるリードフレーム１１中の一部分が接地パターン１５になり、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００５６】
図１１は、本発明の別の一実施例による熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図である。図１１（ａ）に示すように、上記の各実施の形態と同様の方法で作製したシート状の熱伝導樹脂組成物１６の任意の位置に貫通孔１８を開ける。次に、図１１（ｂ）で示すように、貫通孔１８に導電性樹脂組成物２２を充填する。次いで、図１１（ｃ）に示すように、この熱伝導樹脂組成物２２と、配線パターンとしてのリードフレーム１１、導電性の放熱板１３を重ね合わせて加熱加圧する。これによって、図１１（ｄ）に示すように、熱伝導樹脂組成物１６中の熱硬化性樹脂が硬化されて絶縁層１２になり、リードフレーム１１および放熱板１３と一体化される。このとき同時に熱伝導樹脂組成物１６中に設けた貫通孔１８の中の導電性樹脂組成物２２も硬化されてリードフレーム１１と放熱板１３を電気的に接続し、配線パターンであるリードフレーム１１中の一部分が接地パターン１５になり、接地パターンを具備した熱伝導基板が完成される。
【００５７】
導電性樹脂組成物としては、導電性のある金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したものが使用できる。金属粉末としては、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、錫、半田からなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属もしくはその合金が好ましい。導電性が良好で接続信頼性が高いからである。また熱硬化性樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂が使用できる。また、前記の導電性樹脂組成物はペースト状に混合されていることが好ましい。熱伝導樹脂組成物中の貫通孔への充填が容易になるからである。充填方法としては、たとえばスクリーン印刷法が使用できる。
【００５８】
なお、上記の各実施の形態において、リードフレーム、熱伝導樹脂組成物、および放熱板を重ね合わせて加熱加圧して基板を形成する際に、金属柱もしくは突起物が存在する部分に相対する部分の熱伝導樹脂組成物を予め除去してもよい。この場合、金属柱もしくは突起物を熱伝導樹脂組成物に貫通させることが容易になり、熱伝導樹脂組成物により導電性を損なわれる恐れが少なくなるからである。熱伝導樹脂組成物を除去させる方法としては、パンチや金型で打ち抜く方法が使用できる。
【００５９】
また、上記の各実施の形態において、回路の必要上、基板内に複数の接地パターンを設けてもよく、接地方法として上記の各実施の形態が複数個使用されてもよい。
【００６０】
図１２は、本発明の一実施例による熱伝導基板を用いたパワーモジュールの断面図である。図１２において、基板部分は図１で示したものと同様の構成からなり、１１は配線パターンとしてのリードフレームであり、１２は無機質フィラー７０〜９５重量％と少なくとも熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物５〜３０重量％の混合物からなる絶縁層であり、１３は導電性の放熱板であり、１４は金属柱であり、１５は接地パターンである。金属柱１４を介して、接地パターン１５と放熱板１３は絶縁層１２の内部で接続されている。また配線パターンであるリードフレーム１１の一部は外部端子として基板に対して直角に折り曲げられている。この基板の配線パターン１１上に、能動素子２３および受動素子２４が搭載されている。さらにその上に、予め用意された回路基板２５上に回路部品２６を搭載した制御回路基板２７が、配線パターンでありかつ外部端子であるリードフレーム１１に接続されている。この後、必要に応じて回路部分を樹脂封止し、さらにケース取りつけなどの工程を経てパワーモジュールとして完成されるが、これらの工程は公知の方法で行うことができ、本発明に関与しないため図示していない。
【００６１】
各部品の搭載方法としては、半田付けなどの公知の技術が利用できる。また制御回路用の回路基板２５としては一般的なプリント配線板が使用でき、たとえばガラスエポキシ基板、フェノール基板が使用できる。さらに制御回路を熱伝導基板に搭載する方法としては、たとえば図１２に示したように熱伝導基板の外部端子に制御回路を搭載した基板を差し込む方法が使用できる。
【００６２】
上記のパワーモジュールにおいては、接地パターン１５上に部品が搭載されることが好ましい。これによりパワーモジュールが小型、高密度になるからである。
【００６３】
また、上記の図１２においては、熱伝導基板として図１に示したものと同様の構成が使用されているが、必ずしもこれに限定されず、図３〜１１に示した各熱伝導基板が使用できる。
【００６４】
【実施例】
以下、具体的実施例により本発明の熱伝導基板とその製造方法、およびそれを用いたパワーモジュールをさらに詳細に説明する。
【００６５】
（実施例１）
本発明に用いられるシート状の熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと熱硬化性樹脂組成物を混合させてスラリー状に加工した。混合した熱伝導樹脂組成物の組成を以下に示す。
【００６６】
（１）無機質フィラー：Ａｌ2Ｏ3（ＡＳ−４０、昭和電工（株）製、平均粒径１２μｍ）８９重量％
（２）熱硬化性樹脂：臭素化された多官能エポキシ樹脂（ＮＶＲ−１０１０、日本レック（株）製、硬化剤を含む）１０重量％
（３）その他の添加物：硬化促進剤（イミダゾール、日本レック（株）製）０．０５重量部、カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．４重量部、カップリング剤（プレンアクト  ＫＲ−４６Ｂ、味の素（株）製）０．５５重量部
これらの材料に溶剤としてＭＥＫを加え、さらにアルミナボールを加えて８００ｒｐｍの回転数で４０時間ボールミルで混合した。ＭＥＫを添加することにより混合物の粘度が低下してスラリー状に加工することが可能になるが、その後の乾燥工程で飛散させるため配合組成には含んでいない。
【００６７】
ドクターブレード法により、表面に離型処理を施したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の離型フィルム上にこのスラリーを造膜した。その後、９０℃で乾燥を行い、溶剤を飛散させて図２（ａ）に示すシート状の熱伝導樹脂組成物１６を作製した。得られたシート状の熱伝導樹脂組成物１６の厚みは１．２ｍｍであった。
【００６８】
次に厚さ０．５ｍｍの銅板（神戸製鋼（株）製）を公知の方法でエッチングして回路パターンを形成し、ニッケルめっきを施して、図２（ａ）に示すものと同様なリードフレーム１１を用意した。さらに厚さ１ｍｍのアルミニウム板１３を用意し、その一部に直径１．４５ｍｍの貫通孔をあけ、そこに直径１．５０ｍｍ長さ２．０ｍｍのアルミニウムの円柱を図８に示すように嵌合させることで、図２（ａ）に示すような金属柱１４付の放熱板１３を用意した。
【００６９】
これらを図２（ｂ）に示すように重ね合わせ、１５０℃の温度で１０分間、３ＭＰａの圧力で加熱加圧することにより、アルミニウムの放熱板１３に設けられた金属柱１４がシート状の熱伝導樹脂組成物１６を貫通してリードフレーム１１と接続された。同時に、加圧することで前記の熱伝導樹脂組成物がリードフレームの隙間部分まで埋まって表面が面一になり、さらに加熱により熱硬化性樹脂を硬化させて絶縁層として、この絶縁層とリードフレーム、放熱板を一体化し、図２（ｃ）に示すようなリジッドな基板（厚さ２．５ｍｍ）を完成させた。
【００７０】
この基板の放熱板１３と接地パターン１５との抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下であった。また、その接続性を評価するために、ピーク温度２４０℃のリフロー装置に１０回通してから同様に抵抗値を測定したが、変化は認められなかった。また−４０〜１２５℃の熱サイクル試験を５００回行った後でも、同様に抵抗値に変化が認められなかった。このことから、接地パターンの接続信頼性が高いことが明らかになった。
【００７１】
（実施例２）
放熱板に設置した金属柱の表面を接地パターンとして使用する熱伝導基板の実施例を示す。
【００７２】
実施例１と同様の方法で作製したシート状の熱伝導樹脂組成物とリードフレームを用意した。さらに厚さ３ｍｍのアルミニウム板を用意し、その一部に２ｍｍ角で深さ１．５ｍｍの凹部を設けた。さらに長さ３ｍｍで一方の端に２段突起を持つアルミニウムの金属柱（突起部の長さ１．５ｍｍ）を用意し、その突起のない平坦面に半田メッキを施した。次に金属柱の２段突起部（２．０５ｍｍ角）をアルミニウム板の凹部に嵌合させ、図２（ａ）に示すような金属柱のついた放熱板を作製した。
【００７３】
上記の金属柱付きの放熱板とリードフレームおよびシート状の熱伝導樹脂組成物を図２（ｂ）に示すように重ね合わせ、１５０℃の温度で１０分間、３ＭＰａの圧力で加熱加圧することによりアルミニウムの放熱板に設けられた金属柱をシート状の熱伝導樹脂組成物に貫通させてその表面がリードフレームと面一になるようにし、同時に加圧することで前記の熱伝導樹脂組成物をリードフレームの隙間部分まで埋めて表面を面一にし、さらに加熱により熱硬化性樹脂を硬化させて絶縁層として、この絶縁層とリードフレーム、放熱板を一体化し、図３に示すようなリジッドな基板（厚さ４．５ｍｍ）を完成させた。
【００７４】
この基板の放熱板と接地パターンとの抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下であった。また、その接続性を評価するために、ピーク温度２４０℃のリフロー装置に１０回通してから同様に抵抗値を測定したが、変化は認められなかった。また−４０〜１２５℃の熱サイクル試験を５００回行った後でも、同様に抵抗値に変化が認められなかった。このことから、接地パターンの接続信頼性が高いことが明らかになった。さらに接地パターン上に共晶半田ペーストを印刷し、上記と同様のリフローに通して半田濡れ性を評価したが、濡れ性は良好で異常は認められなかった。
【００７５】
（実施例３）
放熱板の所望の位置を押し出して突起状に加工し、この突起物を用いて接地パターンを放熱板に接続させた熱伝導基板の実施例を示す。
【００７６】
実施例１と同様の方法でシート状の熱伝導樹脂組成物を作製した。この熱伝導樹脂組成物の組成を以下に示す。
（１）無機質フィラー：、Ａｌ2Ｏ3（ＡＳ−４０、昭和電工（株）製、平均粒径１２μｍ）９０重量％
（２）熱硬化性樹脂：シアネートエステル樹脂、（旭チバ（株）製、「ＡｒｏＣｙ  Ｍ３０」）９重量％
（３）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．４重量％、分散剤（第一工業製薬（株）製「プライサーフ、Ａ−２０８Ｆ」）０．２重量％、シランカップリング剤（Ａ−１８７、日本ユニカー（株）製）０．４重量％
次に、厚さ０．５ｍｍの４２アロイの板を打ち抜いて回路パターンを形成し、ニッケルめっきを施したリードフレームを用意した。次に厚さ０．５ｍｍの銅板を用意し、図４（ａ）に示すように所定の位置にプレスで先端部が直径２ｍｍの突起部分を形成した。
【００７７】
これらを図４（ｂ）に示すように重ね合わせ、１７０℃、４ＭＰａで５０分加熱加圧することにより、放熱板に設けられた突起部分がシート状の熱伝導樹脂組成物を貫通してリードフレームと接続され、同時に、前記の熱伝導樹脂組成物がリードフレームの隙間部分まで埋まって表面が面一になり、さらに加熱により熱硬化性樹脂を硬化させて絶縁層として、この絶縁層とリードフレーム、放熱板を一体化し、図４（ｃ）に示すようなリジッドな基板（厚さ１．５ｍｍ）を完成させた。
【００７８】
この基板の放熱板と接地パターンとの抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下であった。また、その接続性を評価するために、ピーク温度２４０℃のリフロー装置に１０回通してから同様に抵抗値を測定したが、変化は認められなかった。また−４０〜１２５℃の熱サイクル試験を５００回行った後でも、同様に抵抗値に変化が認められなかった。このことから、接地パターンの接続信頼性が高いことが明らかになった。
【００７９】
（実施例４）
シート状の熱伝導樹脂組成物に金属柱を埋め込み、その金属柱を接地パターンと放熱板に接続させた熱伝導基板の実施例を示す。
【００８０】
シート状の熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを混練し、粘土状の熱伝導樹脂組成物を得た。熱伝導樹脂組成物の組成を以下に示す。
【００８１】
（１）無機質フィラー：ＡｌＮ（ＳＣＡＮ７０、ダウケミカル社製）３５重量％、Ａｌ2Ｏ3（ＡＳ−４０、昭和電工（株）製）５５重量％
（２）熱硬化性樹脂：エポキシ樹脂（ＸＮＲ５００２、長瀬チバ（株）製）９．５重量％
（３）その他添加物：シラン系カップリング剤（Ａ−１８７、日本ユニカー（株）製）０．３重量％、カーボンブラック（東洋カーボン（株）製）０．２重量％
これらの材料を配合し、プラネタリーミキサーで混練して一様な組成にした後、押し出し成形機で厚さ約１．２ｍｍのシート状に加工してシート状の熱伝導樹脂組成物を作製した。
【００８２】
次に直径２ｍｍ長さ１．２ｍｍで両端の０．１ｍｍずつを錐状に加工したアルミニウムの金属柱を作製し、所定の形状に打ち抜いた前記熱伝導樹脂組成物の所望の位置に図７（ａ）に示すように挿入した。また実施例１と同様の方法で作製したリードフレームと、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板を用意した。
【００８３】
これらを図７（ｂ）に示したものと同様に重ね合わせ、１７０℃、８ＭＰａで６０分加熱加圧することにより、シート状の熱伝導樹脂組成物に挿入された金属柱がリードフレームおよび放熱板と接続され、同時に、前記の熱伝導樹脂組成物がリードフレームの隙間部分まで埋まって表面が面一になり、さらに加熱により熱硬化性樹脂を硬化させて絶縁層として、この絶縁層とリードフレーム、放熱板を一体化し、図７（ｃ）に示すようなリジッドな基板（厚さ３．０ｍｍ）を完成させた。
【００８４】
この基板の放熱板と接地パターンとの抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下であった。また、その接続性を評価するために、ピーク温度２４０℃のリフロー装置に１０回通してから同様に抵抗値を測定したが、変化は認められなかった。また−４０〜１２５℃の熱サイクル試験を５００回行った後でも、同様に抵抗値に変化が認められなかった。このことから、接地パターンの接続信頼性が高いことが明らかになった。また、この基板の金属柱が埋設されている部分を切断してその断面を観察したところ、金属柱の錐状部分がリードフレームおよび放熱板に食い込んでいた。
【００８５】
（実施例５）
導電性樹脂組成物により接地パターンと放熱板が接続された熱伝導基板の実施例を示す。
【００８６】
実施例１と同様な方法で、厚さ約０．７ｍｍのシート状の熱伝導樹脂組成物を作製した。このシート状の熱伝導樹脂組成物にパンチングにより図１１（ａ）に示すような直径０．８ｍｍの貫通孔を設けた。この貫通孔に、ビアホール充填用導電性樹脂組成物として、銅の球形状の金属粒子８５重量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８  油化シェルエポキシ製）３重量％とグルシジルエステル系エポキシ樹脂（ＹＤ−１７１  東都化成製）９重量％および硬化剤としてアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４  味の素製）３重量％を三本ロールにて混練したものを、スクリーン印刷法により図１１（ｂ）に示すように充填した。さらに、厚さ０．４ｍｍの銅板をエッチングして回路パターンを形成し、錫めっきを施したリードフレームと、厚さ０．８ｍｍの銅板からなる放熱板を用意した。
【００８７】
これらの材料を、図１１（ｃ）に示すように重ね合わせ、１８０℃、５ＭＰａで１０分間加熱加圧することにより、前記の熱伝導樹脂組成物がリードフレームの隙間部分まで埋まって表面が面一になり、さらに加熱により熱硬化性樹脂が硬化して絶縁層となり、この絶縁層とリードフレーム、放熱板が一体化された、図１１（ｄ）に示すようなリジッドな基板（厚さ１．７ｍｍ）を完成させた。このとき、シート状の熱伝導樹脂組成物が硬化するのと同時に導電性樹脂組成物も硬化され、リードフレームおよび放熱板と接続される。
【００８８】
この基板の放熱板と接地パターンとの抵抗値を測定したところ、０．１Ω以下であった。また、その接続性を評価するために、ピーク温度２４０℃のリフロー装置に１０回通してから同様に抵抗値を測定したが、変化は認められなかった。また−４０〜１２５℃の熱サイクル試験を５００回行った後でも、同様に抵抗値に変化が認められなかった。このことから、接地パターンの接続信頼性が高いことが明らかになった。
【００８９】
（実施例６）
本発明の熱伝導基板を用いて作製したパワーモジュールの実施例を示す。
【００９０】
実施例２で作製した熱伝導基板の配線パターン上に、ＴＯ−２２０パッケージのパワー半導体素子（松下電子工業（株）製）およびコンデンサ、トランス、チョーク、抵抗などの各種受動素子を搭載し、リフロー装置ではんだ付けを行った。その後リードフレームのフレーム部分を切断し、その端子を基板に対して直角に折り曲げ、外部取り出し電極を形成した。このようにして、パワー部分の回路を搭載したパワー回路基板を完成させた。
【００９１】
また、配線層が４層あるガラスエポキシ基板上に各種ＩＣや受動部品を表面実装して、駆動回路や保護回路が形成された制御回路基板を作製した。この制御回路基板には、パワー回路基板の外部取り出し端子に相当する位置にスルーホールが形成されている。
【００９２】
次に、パワー回路基板に制御回路基板を差し込み、制御回路基板のスルーホールにパワー回路基板の外部取り出し端子を貫通させた。その後、外部取り出し端子と制御回路基板の接続部分をはんだ付けした。その後、回路部分をシリコーン樹脂（信越シリコーン製）でモールドし、ケースに挿入して図１２に示すようなＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを完成させた。
【００９３】
接地パターンを設けていない熱伝導基板を使用して同様のパワー回路を形成したところ、回路設計上リードフレーム端子の一部を放熱板と接続させる必要があるため、熱伝導基板面積が約１．１倍に増加した。さらに、接地パターンと放熱板の接続のために結線をする必要があり、部品点数、半田付け個所が増加した。このことから、絶縁層内部で接地パターンと放熱板を接続する熱伝導基板は、モジュールの小型化や工数の削減に効果があることがわかる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、無機質フィラーを熱硬化性樹脂組成物に高濃度に充填したシート状の熱伝導樹脂組成物と導電性の放熱板、配線パターンとしてのリードフレームを用いた基板において、配線パターンの所望の位置にアース接続部分を設けることができるため、設計の自由度が向上し、また基板作製と同時に接地パターンを設けることが可能になる。さらに、基板外部でアース接続する必要がないため、基板サイズを小さくすることができる。この結果、熱伝導基板の絶縁層内部の任意の位置で接地パターンと放熱板を電気的に接続することができ、放熱性や導電性が高く、アース接続信頼性が高い熱伝導基板とその製造方法及び小型高密度化が可能なパワーモジュールが提供できる。
【００９５】
また本発明による熱伝導基板の製造方法によれば、簡便な方法で信頼性に優れた熱伝導基板を製造することができる。
【００９６】
また、本発明による熱伝導基板を用いたパワーモジュールによれば、基板外部でのアース接続の必要がないためモジュールの設計自由度が向上すると共に、小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における熱伝導基板を示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態における熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図３】本発明の別の一実施の形態における、金属柱表面を接地パターンとした熱伝導基板を示す断面図
【図４】本発明の別の一実施の形態における、金属の放熱板に突起部を設け、その突起部によりアース接続する熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図５】本発明の別の一実施の形態における、金属板の突起部分が接地パターンである熱伝導基板を示す断面図
【図６】本発明の別の一実施の形態における、リードフレームに金属柱を設置した熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図７】本発明の別の一実施の形態における、シート状の熱伝導樹脂組成物に金属柱を挿入した熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図８】本発明の別の一実施の形態における、放熱板に金属柱を嵌合させる方法を示す工程別断面図
【図９】本発明の別の一実施の形態における、２段突起を具備した金属柱によりアース接続する熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図１０】本発明の別の一実施の形態における、先端が錐状の金属柱を用いた熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図１１】本発明の別の一実施の形態における、導電性樹脂組成物によりアース接続される熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図１２】本発明の一実施の形態におけるパワーモジュールを示す断面図
【図１３】従来の熱伝導基板の製造方法を示す工程別断面図
【図１４】従来の熱伝導基板のアース接続方法を示す断面図
【符号の説明】
１１  リードフレーム
１２  絶縁層
１３  放熱板
１４  金属柱
１５  接地パターン
１６  シート状の熱伝導樹脂組成物
１７  突起部
１８  貫通孔
１９  金属柱付き放熱板
２０  ２段の突起を持つ金属柱
２１  金属柱の錐状の一端
２２  導電性樹脂組成物
２３  能動素子
２４  受動素子
２５  回路基板
２６  回路部品
２７  制御回路基板
２８  熱伝導基板
２９  リード
【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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