説明

絶縁放熱基板およびその製造方法

【課題】簡単な工程で安価でかつ信頼性の高い絶縁放熱基板の接合部の形成を可能とすることを目的とするものである。
【解決手段】所定の導体パターン9a、9b、9c、9dを打抜いて形成し、その上面側をレジスト10で覆ったリードフレーム9と、レジスト10面を露出させてリードフレーム9を配置した絶縁樹脂層11とを備え、リードフレーム9の上面の一部にはレジスト10を剥離して底面に凹凸部を形成した剥離部13を設けたうえで、この剥離部13にはんだ溶接部を形成した絶縁放熱基板。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は各種電子機器に使用される絶縁放熱基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
以下、従来の絶縁放熱基板の製造方法について図面を用いて説明する。図10は従来の絶縁放熱基板1の斜視図であり、金属板2の上に設けた絶縁層3の表面に配置した導体パターン4を覆っている半田流れ等を防止するためのレジスト5を部分的に除去し、はんだ接合などを可能とする導体露出部6を形成したものである。ここで、例えば導体露出部6を形成するには、まず第1のステップとして、導体露出部6を形成する前の状態である図11の斜視図に示す導体パターン4を完全に覆うレジスト5を有した絶縁放熱基板1に対して、レジスト5を除去したい部分に対応した孔7を有するマスク8を重ね、次に第2のステップとして、マスク8の孔7へエッチング液等の溶剤を流し込むことにより、孔7の形状に対応した図10に示すような導体露出部6に対応する部分のレジスト5を剥離させ、その後に第3のステップとして図11に示すように、マスク8を絶縁放熱基板1に重ねた状態あるいはそれぞれを分離した状態として洗浄を行うことで不要な溶剤を除去するものであり、これらの複数の段階の工程を組み合わせることで対応するものであった。
【0003】
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や特許文献2が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平9−18143号公報
【特許文献2】特開平7−171689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の絶縁放熱基板の製造方法では図11に示すように、レジスト5を剥離するためには溶剤を使用するため、マスク8の孔7における溶剤の量の厳密な規定は困難であり、そのため1箇所の剥離部位においても、その剥離した領域全般にわたって剥離を行う深さについて安定性や均一性を欠くこととなり、後の実装でのはんだによる接合を行った際の信頼性を欠く可能性が生じることや、また特に接合する電極等が非常に小さな寸法となるようなデバイスを実装するためのランドの確保として導体露出部6を形成する際など、微小領域のレジスト5の剥離については寸法精度の維持が非常に困難であるという課題点があった。また、生産過程においても基板の洗浄、乾燥、レジスト印刷、硬化、マスキング、エッチング、水洗浄、湯洗浄、乾燥など複雑で多くの工程を要し、生産性を低下させる課題点もあった。
【0006】
そこで本発明は、簡単な工程で安価でかつ信頼性の高い接合部の形成を可能とすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
そして、この目的を達成するために、所定の導体パターンを打抜いて形成し、その上面側をレジストで覆ったリードフレームと、前記レジスト面を露出させて前記リードフレームを配置した絶縁樹脂層とを備え、前記リードフレームの上面の一部には前記レジストを剥離して底面に凹凸部を形成した剥離部を設けたうえで、この剥離部にはんだ溶接部を形成したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、簡単な工程で信頼性の高い接合部の形成を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の斜視図
【図2】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の第1の部分断面図
【図3】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の第1の部分上面図
【図4】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の表面の状態図
【図5】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の第2の部分断面図
【図6】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の第3の部分断面図
【図7】本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の第2の部分上面図
【図8】本発明の第2の実施形態における絶縁放熱基板の製造方法の部分斜視図
【図9】本発明の第2の実施形態における絶縁放熱基板の第1の部分上面図
【図10】従来の絶縁放熱基板の第1の斜視図
【図11】従来の絶縁放熱基板の第2の斜視図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【0011】
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態における絶縁放熱基板の斜視図である。所定の導体パターン9a、9b、9c、9dを打抜いて形成したリードフレーム9に対して、その上面側をレジスト10で覆ったものとしている。そしてレジスト10を上面に露出させて、リードフレーム9の下面側を絶縁樹脂層11の上面側に配置あるいは貼り付けている。ここでは金属放熱板12を絶縁樹脂層11の下面側に接触させて配置しているが、金属放熱板12については必要に応じて配置し、適用すればよい。
【0012】
ここで、リードフレーム9の上面の一部にはレジスト10を剥離した剥離部13を形成している。そして、図2の絶縁放熱基板の第1の部分断面図に示すように、この剥離部13にはその底面に凹凸部14を形成したうえで、この剥離部13にはんだ溶接部15を形成し、ここに被接続物(図示せず)であるところの電子部品の接続端子などを接続するものである。
【0013】
この構成によれば、剥離部13はレジスト10が存在せずに、リードフレーム9を構成する導体であるところの例えば銅や銅合金そのものが露出した状態であり、当然ながらはんだ等の接合時の濡れ性については非常に良好なものとなる。そして、リードフレーム9とはんだ溶接部15とが接合することとなる面積が凹凸部14によって大きく得ることができ、この結果としてアンカー効果によりリードフレーム9とはんだ溶接部15との固着性やその信頼性を向上させると同時に、接合部の電気的抵抗を小さく抑えることを可能とするものである。
【0014】
また、図3の絶縁放熱基板の第1の部分上面図に示すように、剥離部13の底面に設けた凹凸部14は凹部16の中に凸部17を孤立して不連続な状態として形成しても構わない。これにより、図2に示す凹凸部14によって得られるリードフレーム9とはんだ溶接部15とが接合することとなる面積をより大きくすることができ、固着性やその信頼性をさらに向上させることが可能である。
【0015】
またさらに、図3に示すように凹凸部14は規則的に格子状の配置とすることが望ましい。これにより、凹凸部14によって得られるアンカー効果は剥離部13の全面において概ね均等に生じることとなるため、固着性も平均化されることとなる。つまり、応力が一部に偏ることで機械的な劣化などが集中することにより信頼性を損ねるという事態を回避することも可能となる。
【0016】
ここで凹凸部14の断面については、凹部16の幅を大きく、凸部17の幅を小さくした形状の図2に示したものを一例として挙げているが、これとは反対に凹部16の幅を小さく、凸部17の幅を大きくしたものとしても構わない。これらについては、凹凸部14を形成する際に例えばレーザ光の照射によるものであれば、そのレーザ光照射領域のエネルギー分布に応じて選択するものとしてもよい。
【0017】
そして、レーザ光によって凹凸部14を形成した際の断面の実測値は図4の絶縁放熱基板の表面の状態図のように、レジスト表面を基準とした天面側の凹凸の値はレジスト形成領域では凹凸が小さく、レジストの剥離側領域では凹凸が大きくなっていることが明らかとなっている。ここではレジストを酸化膜の非常に薄いもの(概ね2μm程度)とし、レジストの剥離側領域では凹凸は酸化膜に比較して大きな値となっている。この例では非常に小さな値のレジストおよびその剥離部分の深さに関するものを示しているが、これまでに述べた効果についてはその値が小さなものに限らず、mm単位のものであっても構わない。
【0018】
以上の説明では絶縁樹脂層11の上面にリードフレーム9を貼り付けるように配置した形態で、レジスト10は絶縁樹脂層11およびリードフレーム9の双方を覆ったものに対して、リードフレーム9の一部に剥離部13を設けたものについて示している。一方で、特に厚みが大きく、必ず打抜きによる形成が要求されるリードフレーム9を適用し、図5の絶縁放熱基板の第2の部分断面図に示すように、リードフレーム9を絶縁樹脂層11の上面側に埋設し、リードフレーム9の上面側のみを絶縁樹脂層11から露出した配置とすることが望ましい。
【0019】
これによって、はんだ溶接部15を介して発熱部品(図示せず)から受けることとなる熱をリードフレーム9の下面のみならず厚みを有する側面からも絶縁樹脂層11へ伝えることができるため、放熱の効率の向上が可能となる。また、当然ながらリードフレーム9と絶縁樹脂層11との固着性を向上させることも可能である。そしてさらに、剥離部13の外側にはレジスト10と絶縁樹脂層11とが存在することとなるため、はんだ溶接部15の形成時等に仮にその量が不適当な場合であっても、はんだ流れを阻止する領域が二重に、且つ、位置関係として隣接して連続とし、材質として異なるものが不連続に存在することとなり、実装の安定性に対して有効となるものである。特に、レジスト10を、イミド系樹脂を適用せずに、リードフレーム9の銅表面に予め形成した酸化膜や、あるいは酸化膜とその上に付着させた離型剤などのシリコン化合物やフッ素化合物を残した状態のものを適用する場合は、リードフレーム9と共に酸化膜等からなるレジスト10を絶縁樹脂層11へ埋設する際、酸化膜等からなるレジスト10はリードフレーム9の表面のみの必要最低限の領域を確保できると同時に非常に薄いもので厚みに凹凸が生じにくいものであることから、上記の効果である流れの阻止と、レジスト10の上面側と絶縁樹脂層11の上面側とを同一平面にして段差が生じない状態とすることが容易となり、デバイス(図示せず)の実装に関しても安定した実装性を容易に確保することができる。
【0020】
ここで、リードフレーム9の表面に酸化膜からなるレジスト10を形成するには、例えば、未酸化の状態かあるいは常温放置で生じた酸化膜を有するリードフレーム9を、最初に、絶縁樹脂層11へ埋め込み、次にリードフレーム9を埋め込んだ絶縁樹脂層11を加熱して硬化させるとともに、その加熱によりリードフレーム9が露出した部分のみを酸化させることで酸化膜を形成しても構わない。このリードフレーム9を絶縁樹脂層11へ埋め込む際には絶縁樹脂層11から露出させるリードフレーム9の上面と絶縁樹脂層11の上面とをほぼ同一面として行い、その状態で露出した部分を酸化させている。したがって、リードフレーム9の上面の露出した部分の酸化膜は露出していない部分に比較して厚みの大きな酸化膜となり、十分にはんだに対するバリアとしての機能を有することとなるものである。これに加えて、リードフレーム9の上面の露出した部分の酸化膜と、絶縁樹脂層11の上面との間に厳密には段差が生じるものの、樹脂によりレジスト10を形成した場合に比較すると非常に小さな値のものであり、ほぼ同一の平面とみなすことができ、デバイス(図示せず)の実装性に影響を与えるものではない。また、先述の離型剤については、リードフレーム9を絶縁樹脂層11に埋め込む際には成型用の金型内で行う場合が多く、その場合は絶縁樹脂層11と金型とが剥がれ易くさせるための一つの目的として離型剤を塗布する。そして、成型後に金型から取り出した時、酸化膜の上には離型剤であるシリコン化合物やフッ素化合物等を付着させていることとなり、この離型剤もまたその離型性故に接合工程においては更なるはんだに対するバリアとしての機能を有することとなる。また同時に、はんだ接合の前工程において離型剤の洗浄などによる除去も不要とするものである。
【0021】
上記の説明では、はんだ流れを阻止する領域として、レジスト10と絶縁樹脂層11を二重に存在させることとしたが、図6の絶縁放熱基板の第3の部分断面図に示すように剥離部13と絶縁樹脂層11とが隣接した状態とした位置関係としても構わない。ここで、剥離部13と接する絶縁樹脂層11の側面部にあたる絶縁樹脂層側面部18は絶縁樹脂層11の上面側から下面側の方向にほぼ垂直に切り立った状態としていることで、はんだ溶接部15の形成時等にその流れを阻止する壁として機能することとなるためレジスト機能を有する層は介在させなくてもよい。これにより図7の絶縁放熱基板の第2の部分上面図に示すように、剥離部13をリードフレーム9の上に絶縁樹脂層11から隔離した位置ではなく、リードフレーム9と絶縁樹脂層11との境界部19に接して形成することも可能となり、剥離部13の配置に関する自由度が大きくなることから、絶縁放熱基板全体の小型化を可能とするものでもある。
【0022】
これは同時に、図6に示すようにリードフレーム9における剥離部13の側面部にあたる剥離側面部20もまた、リードフレーム9の上面側から下面側の方向にほぼ垂直に切り立った状態としている。これにより、例えば剥離部13の幅寸法Wが小さな値のものであっても、凹凸部14を幅寸法W全面に渡って効率的に形成させることとなり、その結果、はんだ溶接部15の固着性を向上させることが可能となる。当然ながら、狭い領域によって大きな固着強度を得ることができることから、これもまた絶縁放熱基板全体の小型化を可能とするものである。
【0023】
(第2の実施形態)
次に、これまでに説明した剥離部13の形成方法について説明する。図8は絶縁放熱基板の製造方法に関する部分斜視図である。絶縁樹脂層11を金属放熱板12の上に形成し、この絶縁樹脂層11の上面に導体によって任意のパターンに形成された導体であるリードフレーム9を埋め込むことによってなる絶縁放熱基板において、少なくともリードフレーム9の表面を覆うレジスト10に対して、所定の波長を有するレーザ光21をレーザ光照射口22から照射することにより、レジスト10を除去した剥離部13を形成するものである。
【0024】
これにより、剥離部13ではリードフレーム9の導体部分が露出することではんだなどの濡れ性が良好となり、後に剥離部13ではんだなどによる接合を行うことにより電子部品(図示せず)などを実装することが容易にできる。そしてその際のはんだは、剥離部13にのみとどまり、レジスト10の存在する領域へ流出することにはならない点はいうまでもない。また、レーザ光21の照射については、その照射位置に関して非常に厳密な設定が可能であることから、小さな面積の剥離部13から大きな面積の剥離部13まで、その面積の大小に関係なく厳密な寸法の設定が可能となる。さらに、離型剤をレジスト10としての機能を持たせる場合には、はんだ接合の前工程において離型剤の洗浄などによる除去も不要とするものである。
【0025】
ここで照射を行うレーザ光21は、材料により固有である反応を起こし易い波長や、剥離部13の要求する深さに応じて出力を決定すると同時に照射径などを設定するが、ここでは特にレジスト10として銅合金からなるリードフレーム9の表面に形成した酸化銅を除去することを第1の目的として一例とするため、この酸化銅の除去に適した定数を設定するものである。このとき、レーザ光21の照射によりリードフレーム9は非常に高温の熱を有することとなるが、リードフレーム9はその一部を露出した状態で絶縁樹脂層11に密着したうえで埋設されて絶縁放熱基板として適用されるものであるため、リードフレーム9に生じた熱は直ちに絶縁樹脂層11に伝達して放熱が行われることとなる。よって、リードフレーム9自身の熱による変形は生じ難く安定した形状を保つこともでき、電子部品(図示せず)などの実装も安定した状態で行うことができることとなる。また、リードフレーム9は上記のように埋設を行うことが可能な厚み(概ね0.2mm以上)を有する水準、すなわち打抜きによってリードフレーム9を所定のパターンに形成する程度の厚みを有するものが望ましい。
【0026】
次に、レーザ光21の照射方法で特にその軌跡について図9の絶縁放熱基板の第1の部分上面図を用いて説明する。絶縁樹脂層11に埋設し、レジスト10により表面を覆ったリードフレーム9に対して、レーザの被照射部において特定の幅LWを有した帯状の剥離帯A1〜C2を個々に形成することによって、所定の面積を有した剥離部13を形成している。
【0027】
例えばここでは第1段階として、剥離帯A1(実線)をレーザ照射により形成する。そして、第2段階として剥離帯B1(破線)を同様にレーザ照射により形成する。このとき、剥離帯A1(実線)と剥離帯B1(破線)とは隙間を形成せず部分的に重複する状態でレーザ照射を行う。以下、同様にして剥離帯C1(一点鎖線)、剥離帯A2(実線)、剥離帯B2(破線)、剥離帯C2(一点鎖線)の順にレーザ照射を行うことで、最終的に剥離部13を形成している。
【0028】
またここで、剥離帯の中央近辺と両端近辺とを比較すると、中央近辺の方が照射エネルギーが大きくなることから、例えば同じ剥離帯A1(実線)においてもレジスト10を除去する深さは帯の中央近辺では深く、両端近辺では浅い状態のものとなる。これは当然ながら剥離帯A1〜C2の全てで起こるため、X−X’の断面では図6に示すように剥離部13の断面は凹凸形状を有することとなる。そして図9に示す剥離帯A1〜C2は全て同一の照射パワー、被照射幅および照射時間としているため、図6に示す剥離部13の幅W方向における全域で、単位面積における剥離深さは概ね同一であり、幅W方向での両端部近辺のu領域や中央部近辺のv領域が浅くなる、あるいは深くなるという形状とはならない。
【0029】
以上の剥離部13の形成方法により、後にはんだ溶接部15を形成した際には、凹凸部14が存在することで接合面積が大きくなり、結果として接合強度を大きくすることができるものである。また、幅W方向における全域で、単位面積における剥離深さは概ね同一となることからはんだ溶接部15の強度分布もばらつきが小さくなり、はんだ溶接部15の信頼性を向上させることが可能である。
【0030】
また、ここで形成した図9に示す剥離帯A1〜C2を横方向として定義した場合、縦方向にも縦剥離帯(図示せず)を追加するようにレーザ照射を行っても構わない。このとき、剥離部13では剥離帯A1〜C2によってその全面でレジスト10の除去を終えているため、縦剥離帯は重複した軌跡ではなく所定の間隔を有したうえで複数を並列させることでよい。
【0031】
これにより、剥離部13の上面図は図3に示すように凸部17が格子状に配列した形態となることで、剥離部13の表面積が一層大きくなり、結果として接合強度を一層大きくすることができるものである。
【0032】
ここでは、図9に示す剥離帯A1〜C2や、縦剥離帯(図示せず)に関しては直線状の連続した帯状のものとして説明したが、連続してレーザ照射することによる帯状の軌跡ではなく、円形や楕円形の照射を断続的に行うことでくびれを有した帯状の剥離帯A1〜C2や、縦剥離帯(図示せず)を形成したものとしても構わない。この場合、剥離部13での剥離した部位の凹凸形状は、連続的にレーザ照射を行ったものに比較して複雑なものとなることで、凹凸形状による表面積の増分は大きなものとなる。従って、図6に示す凹凸部14の増加に伴うはんだ溶接部15の信頼性を、より一層に向上させることを可能とするものである。
【0033】
またレーザ照射において、そのパワーの値は可変であるため、一定の速度で照射スポットを移動させると共に所定のパワー値を変化させることで所定の間隔でパワーの大きいところで剥離の度合いを大きくした状態とすることが可能となる。当然ながらパワー値と移動速度によって様々な幅や深さの凹凸を有した剥離帯の形成が可能であり、照射スポットの移動速度を遅くして剥離帯と他の剥離帯との間隔を狭ピッチにして照射スポットを重ね合わせれば深い凹凸の剥離帯を形成することとなり、速くすれば剥離帯と他の剥離帯との間隔は広ピッチで浅い凹凸の剥離帯を形成することが可能である。
【0034】
また、図7に示すようにレジスト10と絶縁樹脂層11とは反応し易いレーザ波長が異なるため、境界部19のリードフレーム9側と絶縁樹脂層11側とでレーザ波長を変化させることや、境界部19にきっちりと沿うようにレーザ照射を行う必要は無く、境界部19のリードフレーム9側と絶縁樹脂層11側とをまたぐように、双方を同時にあるいは連続してレーザ照射をすることで照射の工程に適用して構わない。これにより、図6に示すように絶縁樹脂層11側の絶縁樹脂層側面部18に接する剥離部13と剥離側面部20側の剥離部13とにおいて剥離の深さをほぼ同一の状態に一致させることができ、また、レーザ照射による形成を行っているため絶縁樹脂層側面部18および剥離側面部20は概ね垂直に切り立った形で形成することができる。
【0035】
これらのことから、はんだ溶接部15の強度分布もばらつきが小さくなり、はんだ溶接部15の信頼性を向上させることを可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明の絶縁放熱基板は、信頼性の高い接合部の形成を可能とする効果を有し、絶縁放熱基板を各種電子機器に適用するにあたって有用である。
【符号の説明】
【0037】
9 リードフレーム
9a 導体パターン
9b 導体パターン
9c 導体パターン
9d 導体パターン
10 レジスト
11 絶縁樹脂層
12 金属放熱板
13 剥離部
14 凹凸部
15 はんだ溶接部
16 凹部
17 凸部
18 絶縁樹脂層側面部
19 境界部
20 剥離側面部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の導体パターンを打抜いて形成し、その上面側をレジストで覆ったリードフレームと、
前記レジスト面を露出させて前記リードフレームを配置した絶縁樹脂層とを備え、
前記リードフレームの上面の一部には前記レジストを剥離して底面に凹凸部を形成した剥離部を設けたうえで、
この剥離部にはんだ溶接部を形成した絶縁放熱基板。
【請求項2】
レジストは酸化膜によって形成した請求項1に記載の絶縁放熱基板。
【請求項3】
レジストは酸化膜とこの酸化膜を覆うシリコン化合物もしくはフッ素化合物によって形成した請求項1に記載の絶縁放熱基板。
【請求項4】
凹凸部は格子状に配列した請求項1〜3のいずれかに記載の絶縁放熱基板。
【請求項5】
所定の導体パターンを打抜いて形成し、その上面側をレジストで覆ったリードフレームと、
前記レジスト面を露出させて前記リードフレームを埋設した絶縁樹脂層とを備え、
前記リードフレームの上面の一部には前記レジストを剥離して底面に凹凸部を形成した剥離部を設けたうえで、
この剥離部にはんだ溶接部を形成した絶縁放熱基板。
【請求項6】
レジストは酸化膜によって形成した請求項5に記載の絶縁放熱基板。
【請求項7】
レジストは酸化膜とこの酸化膜を覆うシリコン化合物もしくはフッ素化合物によって形成した請求項5に記載の絶縁放熱基板。
【請求項8】
凹凸部は格子状に配列した請求項5〜7のいずれかに記載の絶縁放熱基板。
【請求項9】
剥離部はリードフレームと絶縁樹脂層との境界部に接して形成した請求項5〜7のいずれかに記載の絶縁放熱基板。
【請求項10】
リードフレームの厚みは0.2mm以上とした請求項5〜7のいずれかに記載の絶縁放熱基板。
【請求項11】
所定の導体パターンを打抜いて形成し、その上面側をレジストで覆ったリードフレームを、
前記レジスト面を露出させて絶縁樹脂層の上に配置し、
前記リードフレームの上面の一部には前記レジストを剥離した剥離部を設けたうえでこの剥離部にはんだ溶接部を形成するものであり、
前記剥離部を設けるための剥離工程において、
前記剥離部は前記レジストにレーザを照射することによって形成する絶縁放熱基板の製造方法。
【請求項12】
剥離工程はレーザの照射により、
直線状に複数の縦方向剥離溝を形成する第1の剥離工程と、
直線状に複数の横方向剥離溝を形成する第2の剥離工程とからなる請求項11に記載の絶縁放熱基板の製造方法。

【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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【公開番号】特開2011−198910(P2011−198910A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−62332(P2010−62332)
【出願日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】