JP2007251206A - 熱伝導性基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱伝導シートとリードフレームの界面における空気層の発生残存を防止し、接合強度が高く、高熱伝導性を有する熱伝導性基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】熱伝導シート１１をリードフレーム２に積層し貼付する際、前記熱伝導シート１１の一端側から他端側の一方向に前記熱伝導シート１１を連続的に前記リードフレーム２に当接させて貼付し、その後前記熱伝導シート１１を加熱硬化形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器における大電力回路などに使用される、熱伝導性基板の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の高性能化や小型化の要求にともない、半導体およびその半導体を実装するパッケージなどの高密度化や高機能化が要求される。

前記により、それらを実装するための回路基板もまた小型・高密度の構造が必要となり、更に、その小型・高密度化により熱伝導性、放熱性の優れた回路基板が要求されるようになった。そこで、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を、リードフレームと一体化した熱伝導性基板が提案された。

従来における熱伝導性基板の製造方法を、図８を用いて説明する。すなわち図８において、１は熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーを成分として含む軟体の熱硬化性組成物をシート形状にした熱伝導シートである。２は、配線、電極あるいは取出端子を構成するための複数の貫通溝３を有したリードフレームであり、高熱伝導性または高電導性の鉄、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金などの板状金属材よりなる。４はリードフレーム２の一部を曲げ加工して形成した接続用あるいは放熱用などの端子である。

図８において、製造方法を説明する。図８（ａ）に示す熱伝導シート１とリードフレーム２を、図８（ｂ）に示すように、熱伝導シート１をリードフレーム２の所定位置に重ね合せて積層する。

そして図８（ｃ）に示すように、熱伝導シート１とリードフレーム２を全面同時に加圧し、熱伝導シート１の一部をリードフレーム２の貫通溝３に浸入させ、さらに加熱して、熱伝導シート１を熱硬化しリードフレーム２と一体化させる。

その後、図８（ｄ）に示すように、リードフレーム２の不要部分を切断除去するとともに、端子４を曲げ加工により形成して、熱伝導性基板を完成するのである。

前記従来の熱伝導性基板の製造方法では、熱伝導シート１をリードフレーム２に載せた後、全面同時に加熱加圧して圧縮成形するため、その際リードフレーム２と熱伝導シート１の当接面間に空気層（ボイド）が発生し、残存する場合がある。この空気層は、熱バリアとなり熱伝導性基板の熱伝導率を低下させたり、また、熱伝導性基板をリフロー炉などに通過させて加熱した場合には、空気層に含有する水分が温度上昇で水蒸気となって膨張し、リードフレーム２から熱伝導シート１を剥離させるという問題点を有していた。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、熱伝導シートとリードフレームとの界面（当接面）における空気層の発生あるいは残存を防止することができ、熱伝導シートとリードフレームの接合強度が高く、かつ、熱伝導率の高い熱伝導性基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明の熱伝導性基板の製造方法は、以下の構成を有する。

本発明の請求項１記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シートを加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りと逆方向の反りを、前記リードフレームに対しあらかじめ形成し、その後前記熱伝導シートを加熱硬化するものであり、これにより、前記熱伝導シートと前記リードフレームとの界面に微量な水分等を含んだ空気を残存させることなく、前記熱伝導シートを前記リードフレームに貼付することができ、また、前記熱伝導シートを加熱硬化後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項２記載の発明は、前記リードフレームを回動自在なローラの外周面に加圧させながら移動させ、前記逆方向の反りを曲げ加工により形成するものであり、これにより、前記リードフレームの加熱硬化した後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの一方向に対し容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シートを加熱硬化後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項３記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シートを加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、金型を前記リードフレームに加圧し、曲げ加工して形成するものであり、これにより、前記リードフレームの加熱硬化後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの二方向に対し容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シートを加熱硬化した後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項４記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シート状物を加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、加熱した金型を前記リードフレームに加圧し、曲げ加工して形成することにより、前記リードフレームの加熱硬化後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの二方向に対しより容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シート状物を加熱硬化した後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項５記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シート状物を加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、リードフレームをあらかじめ予熱し、安定した温度管理状態にある前記リードフレームに対し金型により加圧し、曲げ加工して形成することにより、前記リードフレームの加熱硬化後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの二方向に対しより容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シート状物を加熱硬化した後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項６記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シート状物を加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、一定温度まで加熱した金型内で、前記リードフレームを所定の温度まで昇温させた時点で前記リードフレームに加圧し、曲げ加工して形成することにより、前記リードフレームの加熱硬化後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの二方向に対しより容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シート状物を加熱硬化した後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項７記載の発明は、前記リードフレームに貼付した前記熱伝導シート状物を加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、一定温度まで加熱した金型で前記リードフレームが予熱により所定の温度まで昇温した状態の前記リードフレームを加圧し、曲げ加工して形成することにより、前記リードフレームの加熱硬化後の反りに対する事前の補整加工を、板状の前記リードフレームの二方向に対しより容易にかつ確実に実施でき、前記熱伝導シート状物を加熱硬化した後の前記リードフレームの反りを抑制し、高精度の熱伝導性基板を実現できるという作用効果を有する。

以上のように本発明による熱伝導性基板の製造方法によれば、軟体の熱硬化性組成物よりなるシート形状の熱伝導シートを、板状の導電材よりなるリードフレームに対向して配置し、前記熱伝導シートの一端側から他端側の一方向に前記熱伝導シートを連続的に前記リードフレームに当接させて貼付することにより、前記熱伝導シートと前記リードフレームとの界面における空気を外側に押出しながら前記熱伝導シートを前記リードフレームに貼付して熱伝導性基板を形成できる。すなわち、それにより、前記熱伝導シートと前記リードフレームとの界面（当接面）における空気層（ボイド）の発生残存を防止でき、高温環境下においても接合強度に優れ、かつ、界面に熱伝導度の低い空気を介在させない、高熱伝導性を有する熱伝導性基板を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態における熱伝導性基板の製造方法について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における熱伝導性基板の製造方法を説明する製造工程図、図２は同熱伝導シートとフィルムの積層概要側面図、図３は同熱伝導性基板の概要側断面図、図４は同反りの事前補整を説明する側断面図、そして図５は同反り補整加工の方法を説明する概要側面図である。

なお、従来の技術で説明した構成部材については同一の符号を付与し、詳細な説明は簡略化する。

図２の１１は、硬化性樹脂となるエポキシ樹脂と、アルミナ、窒化アルミ、あるいはシリカ（ＳｉＯ₂）などの無機の熱伝導性フィラーとを含んだ室温領域（３０から５０℃）における溶融粘度が５〜１００Ｐａ・ｓの熱硬化性組成物を、膜厚が０．８〜２ｍｍ、好ましくは０．８〜１．６ｍｍとなるように、押出し成形法によりシート形状に形成した熱伝導シートである。熱硬化性組成物を、前記の溶融粘度（５〜１００Ｐａ・ｓ）とすることで、軟質の前記熱硬化性組成物を容易にシート形状に形成でき、また、前記熱硬化性組成物を押出し成形法により形成することで、前記熱硬化性組成物を脱気して、緻密な熱伝導シート１１を確実に成形できる。

１２はポリエチレンテレフタレートなどの樹脂材よりなり、熱伝導シート１１に対して離型性を有するフィルムであり、押出し成形法によりシート形状をなした熱伝導シート１１を積層して形成している。これにより、熱伝導シート１１の供給、および取り扱いの作業性が向上できる。

なお、熱伝導シート１１は、ドクターブレード法、コーター法、あるいは圧延法などの方法でもシート形状には形成できる。

また、図３に示す、本発明に使用するリードフレーム２は、例えば、鉄、アルミニウム、銀、銅あるいはそれらの合金材などでなる導電性および熱伝導性金属板よりなり、電子部品を搭載するための所定の配線パターンを有し、また、外部回路との接続用の端子４も有している。そのリードフレーム２の少なくとも片面（図３の上面側）は、熱伝導シート１１に対して密着性を良くするためにエッチング、サンドブラストあるいはグラインダーなどにより粗面化しており、また、端子４部は、腐食防止用、かつ半田付け性向上のためのめっきを施してある。

次に図１を用いて、前記のフィルム１２に積層された熱伝導シート１１から熱伝導性基板を形成する製造方法について説明する。なお、１３は回転および移動自在な硬質弾性体（回転体）でなる押圧部材のローラである。

まず、図１（ａ）に示すフィルム１２に積層された熱伝導シート１１と、配線パターンを形成するための所定の貫通溝３を有する被貼付板であるリードフレーム２を積層する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、フィルム１２が熱伝導シート１１に対してリードフレーム２側とは反対側（図１（ｂ）では、上側）に位置するようにリードフレーム２に対向させて配置し、フィルム１２に積層された熱伝導シート１１の一端をリードフレーム２に当接させる。

そして、ローラ１３をフィルム１２の上面、すなわちリードフレーム２側とは反対側から、フィルム１２を介して熱伝導シート１１をリードフレーム２に押圧する。さらに引き続き、ローラ１３を熱伝導シート１１の一端から他端へと図１（ｂ）の矢印のごとく押圧しながら移動させる。このとき、熱伝導シート１１とリードフレーム２との界面となる当接面に微量の水分等を含んだ空気を挟み込まないように、空気を排除させながら、ローラ１３を一方向に移動させる。このようにして、熱伝導シート１１を、リードフレーム２に当接する全平面に対して、空気を挟み込まないように貼付して積層することができる。

上記ローラ１３は、移動方向に対して回転させて移動させることで、容易に熱伝導シート１１を押圧させながら移動することができるが、ローラ１３に代えて樹脂や金属材でなるブロックを回転させないで一方向に移動させても、熱伝導シート１１とリードフレーム２との界面となる当接面に空気を挟み込まないようにすることができる。

また、ローラ１３は、フィルム１２を介して押圧しているので、熱伝導シート１１がローラ１３に付着することなく、容易に押圧させながら移動することができる。

なお、前記熱伝導シート１１を前記のような膜厚（０．８〜２ｍｍ）にすることで、前記リードフレーム２の所定の位置全体にムラなく確実に形成することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、フィルム１２を熱伝導シート１１から剥離して取り除く。続いて熱伝導シート１１とリードフレーム２を、リードフレーム２を保持して加熱加圧する硬化工程に移動し、加熱しながら、熱伝導シート１１の全面を同時に加圧させる。すると、図１（ｄ）に示すように熱伝導シート１１における熱硬化性組成物の一部が、リードフレーム２の貫通溝３に浸入する。すると、貫通溝３に空気を残存させることなく、貫通溝３が熱硬化性組成物により完全に埋まるように充填され、熱伝導シート１１が熱硬化するとともに、熱伝導シート１１とリードフレーム２は一体化された構成となる。このようにして、貫通溝３近傍にも空気を介在させることなく、高い接合強度で、かつ高熱伝導性を有するように一体に形成することができる。

次に図１（ｅ）に示すように、前記硬化工程終了後、リードフレーム２の不要部分を切断除去し、かつ折り曲げ加工により外部回路との接続用の端子４を形成して、電子機器用の大電力回路を構成する所定の熱伝導性基板２１を形成する。

なお、この熱伝導性基板２１のリードフレーム２の配線パターン上には、後工程にて電子部品などを搭載する。

また、図３は前記の方法で作製した熱伝導性基板２１における熱伝導シート１１の上面に、熱伝導性の高い、鉄、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金などの金属材でなる放熱用金属板１４を貼付して形成した熱伝導性基板２２を示しており、このように構成することで、熱伝導性基板２１の熱伝導性および放熱性は、一層、向上する。

なお、熱伝導シート１１を、硬化工程前にあらかじめリードフレーム２に貼付し積層しておくことにより、軟体の熱伝導シート１１でありながら、硬化工程における供給あるいはストック（工程途中の待機）などが剛体と同様に容易に取扱うことができ、製造装置における自動化を容易にすることができる。

さて、前記で説明した熱伝導性基板２１が、図４（ａ）に示すように、熱伝導シート１１の硬化工程などの各種工程を経ることにより、熱伝導シート１１とリードフレーム２の熱膨張係数の相違により、反りが発生する場合がある。その際には、図４（ｂ）に示すように、硬化工程の前工程において、硬化工程後の反りとは逆方向の反りを、あらかじめリードフレーム２に対し曲げ加工により形成することで、硬化工程後の熱伝導性基板２１の完成製品における反りが矯正（補整）されて、その発生を防止し、高精度の製品形状を有する熱伝導性基板２１を形成することができる。

図５を用いて、前記の逆方向の反り加工をリードフレーム２に対し施す方法について説明する。すなわち、駆動用ローラ１９，２０に張架されたコンベアベルト１８に、リードフレーム２を載置し、加工用の上ローラ１６と対向する位置に配置した一対の下ローラ１７間を通過させることにより、一対の下ローラ１７でリードフレーム２を上ローラ１６の外周面に対し加圧、曲げ加工し、所定形状の逆方向の反りを加工するのである。前記のような上ローラ１６により、リードフレーム２平面の一方向の曲げ加工は、容易に確実に行うことができる。

なお、完成製品である熱伝導性基板２１の反り具合に応じて、金型によるプレス加工により、リードフレーム２平面の二方向の同時曲げ加工を、短時間で効率的に行っても同等以上の効果を奏する。特に、製品の品種毎に異なる配線パターンを有するリードフレーム２に対して、自在に所定の逆方向の反り矯正ができ、熱伝導シート１１の硬化工程後において、反りの無い熱伝導性基板を得ることができるという効果を奏する。

また、金型によるプレス加工により、リードフレーム２平面の二方向の同時曲げ加工を行う場合、金型の温度とリードフレーム２の温度をそれぞれある一定の温度にある状態で加圧することにより安定した曲げ量が得られる。図６はその一実施例の測定データであり、金型を所定温度（１２０℃以上）に設定した状態で、リードフレーム２を各加圧スタート温度に達した時点で加圧を開始し、プレス加工後のリードフレーム２の反り量を示した図である。この図６は、リードフレーム２が加圧された金型の所定温度に近い高温まで加熱した後に加圧を開始した場合の方が、リードフレーム２の反り量が小さいことを示している。また、リードフレーム２の加圧スタート温度は、反り量と相関関係を有しており、加圧スタート温度により、反り量を自由に調整することができるということを示している。

したがって、図６に示した特性に基づき、所定の設定温度に昇温された金型に常温状態のリードフレーム２を投入して一定温度に昇温した時点で加圧したり、あるいはリードフレーム２をあらかじめ所定の温度まで予熱してから金型に投入することにより、より安定した曲げ加工を行うことができる。

なお、金型の設定温度（所定温度）は、８０〜１５０℃であっても同等の効果を奏する。

図７は図１の（ｃ）〜（ｄ）の加圧工程を示したものである。

前記リードフレーム２の配線パターン２ａは、板体からこの配線パターン２ａの外周の少なくとも一部を図７（ｂ）の上から下へと打抜いて形成したもので、外周に貫通溝３が形成されている。この配線パターン２ａの打抜き側面、つまり上面側に熱伝導シート１１を当接させる。そして先ずこのリードフレーム２の前記打抜き側面とは反対側面つまり下面に図７（ａ），（ｂ）のごとく下金型２３を当接させ、次に放熱用金属板１４側つまり上面側から上金型２４により熱伝導シート１１をリードフレーム２側に押圧する。

するとこれにより熱伝導シート１１を構成する熱硬化性組成物の一部がリードフレーム２の貫通溝３方向へと流動することになる。この場合、リードフレーム２の打抜き側、つまり図７（ｂ），（ｃ）の上面側の配線パターン２ａの両側は、図７（ｄ）の２ｂのごとく湾曲した状態となっている。このため、熱伝導シート１１を構成する熱硬化性組成物、および配線パターン２ａ、熱伝導シート１１間に存在していた空気は配線パターン２ａ間の貫通溝３方向へとスムーズに流動することとなり、この結果として配線パターン２ａ間は前記熱硬化性組成物で充満された状態となって配線パターン２ａの定形性が高まり、また前記空気は配線パターン２ａ、熱伝導シート１１間からスムーズに脱気することができるので、配線パターン２ａから熱伝導シート１１を介しての放熱用金属板１４への熱伝導性が高まる。

またこの様なリードフレーム２と熱伝導シート１１の一体化時に配線パターン２ａの打抜き側面とは反対側面、つまり図７（ｂ），（ｃ）の下面側に下金型２３を当接させているので、下金型２３に接する配線パターン２ａ面に、熱伝導シート１１を構成する熱硬化性組成物が漏れ広がることが少なくなる。

つまり配線パターン２ａの打抜き側とは反対側（図７（ｂ），（ｃ）の下面側）には、図７（ｄ）のごとくこの打抜き時に形成されるバリ２ｃが配線パターン２ａの両側から下方に突出しており、このバリ２ｃが下金型２３に当接して丁度堰の作用を果たし、この堰によって上記熱硬化性組成物の漏れ広がりを抑制することができるのである。

そしてこの様に配線パターン２ａの熱伝導シート１１とは反対側面に熱硬化性組成物が漏れ広がることが少なくなれば、この配線パターン２ａの下面から不要な熱硬化性組成物を除去する工程を簡略化、または廃止することができる。つまり配線パターン２ａのこの面は上述のごとく各種電子部品の実装スペースであったり、電子部品の電気的接続スペースであったりするので、不要物の付着は好ましくなく、よってこの付着があれば除去をしなければならないのである。

なお、図７の２５は上金型２４外周の金型であり、これでリードフレーム２の外周を押え、また上金型２４の上下動を案内させる。

また、下金型２３の外周部には枠状に上方に突出する突起２３ａが設けられ、これにより熱伝導シート１１の外周への漏れ出しを防止している。

本発明は、電子機器における大電力回路などに使用される、熱伝導性基板の製造方法に有用である。

（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明の一実施の形態における熱伝導性基板の製造方法を説明する製造工程図 同熱伝導シートとフィルムの積層概要側面図 同熱伝導性基板の概要側断面図 （ａ），（ｂ）はそれぞれ同反りの事前補整を説明する側断面図 同反り補整加工の方法を説明する概要側面図 実施例の測定データを示すグラフ （ａ）〜（ｄ）は加圧工程を示す図 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ従来における熱伝導性基板の製造方法を説明する概要製造工程図

符号の説明

１ 熱伝導シート
２ リードフレーム
３ 貫通溝
４ 端子
１１ 熱伝導シート
１２ フィルム
１３ ローラ
１４ 放熱用金属板
１６ 上ローラ
１７ 下ローラ
１８ コンベアベルト
１９，２０ 駆動用ローラ
２１，２２ 熱伝導性基板

Claims (7)

1. 熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーを成分として含む軟体の熱硬化性組成物よりなるシート形状の熱伝導シートを、板状の導電材よりなるリードフレームに対向して配置し、前記熱伝導シートの一端側から他端側の一方向に前記熱伝導シートを連続的に前記リードフレームに当接させて貼付し、その後前記熱伝導シートを加熱硬化する熱伝導性基板の製造方法であって、
   リードフレームに貼付した熱伝導シートを加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りと逆方向の反りを、前記リードフレームに対しあらかじめ形成し、その後前記熱伝導シートを加熱硬化する熱伝導性基板の製造方法。
2. リードフレームを回動自在なローラの外周面に加圧させながら移動させ、逆方向の反りを曲げ加工により形成する請求項１記載の熱伝導性基板の製造方法。
3. リードフレームに貼付した熱伝導シートを加熱硬化して発生する前記リードフレームの反りに対応する前記逆方向の反りを、金型を前記リードフレームに加圧し、曲げ加工により形成する請求項１記載の熱伝導性基板の製造方法。
4. 金型を所定温度に加熱したことを特徴とする請求項３記載の熱伝導性基板の製造方法。
5. リードフレームをあらかじめ予熱した後、金型内に投入することを特徴とする請求項３記載の熱伝導性基板の製造方法。
6. リードフレームを一定温度に加熱された金型内に投入し、リードフレームが一定の温度まで昇温した時点で金型を閉じて加圧することを特徴とする請求項３記載の熱伝導性基板の製造方法。
7. リードフレームをあらかじめ予熱した後、加熱された金型内に投入し、リードフレームが一定の温度まで昇温した時点で金型を閉じて加圧することを特徴とする請求項３記載の熱伝導性基板の製造方法。

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