JP4842177B2 - Circuit board and power module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱伝導シートと、この熱伝導シートの一面に設けられた電極と、前記熱伝導シートの他面に設けられたベース板とを備え、樹脂で封止される回路基板に関する。
また、この発明は、回路基板及びパワー半導体素子を樹脂で封止したパワーモジュールに関する。
The present invention relates to a circuit board that includes a heat conductive sheet, an electrode provided on one surface of the heat conductive sheet, and a base plate provided on the other surface of the heat conductive sheet and is sealed with a resin.
The present invention also relates to a power module in which a circuit board and a power semiconductor element are sealed with resin.
パワー半導体素子を内部に有するパワーモジュールは、大電流が流れるパワー半導体素子の発熱の影響で温度が上昇しパワー半導体素子の動作が不安定になる。
そこで、これを防ぐために放熱を容易にする構造を採用し、パワーモジュールの温度上昇を抑制している。
In a power module having a power semiconductor element inside, the temperature rises due to the heat generated by the power semiconductor element through which a large current flows, and the operation of the power semiconductor element becomes unstable.
Therefore, in order to prevent this, a structure that facilitates heat dissipation is employed to suppress the temperature rise of the power module.
一般にパワーモジュールとして採用される封止方法は、主に2種類あげられる。パワー半導体素子等の回路素子が実装された回路基板の上に蓋を被せるケース型と、樹脂封止型の2種類である。ケース型には中空構造や蓋の中に樹脂が注入されているものがある。
樹脂封止の中には2種類あり、トランスファーモールド法とインジェクションモールド法である。トランスファーモールド法は一般に熱硬化性樹脂が用いられ、金型温度を約180℃まで上昇させて、温度を維持し硬化させるものである。この方法は熱硬化であるために成形時間が長く、製造に時間を要する。
熱硬化性樹脂の場合、エポキシ樹脂が用いられることが多く、回路基板との接着性は良い場合が多いが、エポキシ樹脂中のフィラー充填量が高い場合や、基板や電極の厚みなどの構成によっては熱硬化性樹脂でも接着性が悪い場合がある。具体的には、樹脂応力の差が発生し、その応力が密着力を上回った場合、樹脂と基板の界面で接着性が悪くなり剥離する場合があり、ヒートサイクル性に問題が発生し、接着性向上の改善策が必要になる。
There are mainly two types of sealing methods generally employed as power modules. There are two types: a case type that covers a circuit board on which a circuit element such as a power semiconductor element is mounted, and a resin-sealed type. Some case molds have a hollow structure or a lid in which resin is injected.
There are two types of resin sealing, transfer molding and injection molding. In the transfer molding method, a thermosetting resin is generally used, and the mold temperature is raised to about 180 ° C., and the temperature is maintained and cured. Since this method is thermosetting, the molding time is long and time is required for production.
In the case of a thermosetting resin, an epoxy resin is often used, and adhesion to a circuit board is often good, but depending on the configuration such as the thickness of the board or electrode when the filler filling amount in the epoxy resin is high May have poor adhesion even with a thermosetting resin. Specifically, if a difference in resin stress occurs and the stress exceeds the adhesive strength, adhesion may deteriorate at the interface between the resin and the substrate, causing a problem in heat cycle performance and adhesion. Improvement measures are needed to improve productivity.
一方、インジェクションモールド法は、成形時間が短縮される熱可塑性樹脂を用いている。熱可塑性樹脂の場合硬化反応はせずに熱を加えることによって溶融し、冷やすと固化するものである。そのため、短時間で封止を完了することができる。
しかし、熱可塑性樹脂は、一般的に回路基板との接着性が悪く、特に官能基を有しない熱可塑性樹脂の場合、回路基板の表面部材との間で化学結合することができないので、回路基板に対して接着性が悪い。そのため、回路基板の耐電圧性、耐湿性が劣る。
この問題に対しては、回路基板の裏面をダレ面とすることにより熱可塑性樹脂でモールド成形したときに、ダレ面の周辺部にモールド樹脂を回り込ませることで、回路基板とモールド樹脂との接着が強固になり、回路基板がモールド樹脂から離脱するのを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
On the other hand, the injection molding method uses a thermoplastic resin whose molding time is shortened. In the case of a thermoplastic resin, it does not undergo a curing reaction, melts by applying heat, and solidifies when cooled. Therefore, sealing can be completed in a short time.
However, the thermoplastic resin generally has poor adhesion to the circuit board, and in particular in the case of a thermoplastic resin having no functional group, it cannot chemically bond with the surface member of the circuit board. Adhesiveness is poor. Therefore, the voltage resistance and moisture resistance of the circuit board are inferior.
To solve this problem, when molding with thermoplastic resin by making the back side of the circuit board into a sag surface, the circuit board and the mold resin are bonded by making the mold resin wrap around the periphery of the sag surface. Has been proposed, and a method for preventing the circuit board from being detached from the mold resin has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、このパワーモジュールの場合、回路基板とモールド樹脂との間の接着力が向上し、モールド樹脂が回路基板から離脱するのを防止できるものの、例えば回路基板とモールド樹脂との間で隙間が生じ、その隙間に水分が浸入してしまうことがあった。
また、ダレ面の周辺部にモールド樹脂を回り込ませなければならず、パワーモジュール自体が大型化してしまうという問題点もあった。
However, in the case of this power module, although the adhesive force between the circuit board and the mold resin is improved and the mold resin can be prevented from being detached from the circuit board, for example, a gap is generated between the circuit board and the mold resin. In some cases, moisture may enter the gap.
In addition, there is a problem that the mold resin has to go around the sag surface and the power module itself becomes large.
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、耐電圧特性、耐湿性に優れた回路基板、及び耐電圧特性、耐湿性に優れているとともに小型化されたパワーモジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and is a circuit board excellent in withstand voltage characteristics and moisture resistance, and excellent in withstand voltage characteristics and moisture resistance, and is downsized. An object is to provide a power module.
この発明に係る回路基板は、熱伝導シートと、この熱伝導シートの一面に設けられた電極と、前記熱伝導シートの他面に設けられたベース板とを備え、樹脂で封止される回路基板において、前記熱伝導シートの前記一面の前記電極を除く領域には、前記樹脂と接着する絶縁スペーサーが設けられており、前記絶縁スペーサーは、ガラスエポキシ基板で構成されている。 A circuit board according to the present invention includes a heat conductive sheet, an electrode provided on one surface of the heat conductive sheet, and a base plate provided on the other surface of the heat conductive sheet, and is sealed with a resin. In the substrate, an insulating spacer that adheres to the resin is provided in a region excluding the electrode on the one surface of the thermal conductive sheet, and the insulating spacer is formed of a glass epoxy substrate.
この発明に係るパワーモジュールは、ガラスエポキシ基板で構成されたスペーサーを有する回路基板と、この回路基板の電極上に設けられたパワー半導体素子と、前記回路基板及び前記パワー半導体素子を封止した樹脂とを備えている。
A power module according to the present invention includes a circuit board having a spacer formed of a glass epoxy substrate, a power semiconductor element provided on an electrode of the circuit board, and a resin in which the circuit board and the power semiconductor element are sealed And.
この発明に係る回路基板によれば、樹脂との密着性に優れ、優れた耐電圧特性、耐湿性を得ることができる。
また、この発明に係るパワーモジュールによれば、樹脂に対する回路基板の密着性が優れ、耐電圧特性、耐湿性が向上するとともに、小型化される。
According to the circuit board according to the present invention, the adhesiveness with the resin is excellent, and excellent withstand voltage characteristics and moisture resistance can be obtained.
Further, according to the power module of the present invention, the adhesion of the circuit board to the resin is excellent, the withstand voltage characteristics and the moisture resistance are improved, and the size is reduced.
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における回路基板1の平面図、図2は図1のII−II線に沿った矢視断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings, the same or corresponding members and portions will be described with the same reference numerals.
Embodiment 1 FIG.
1 is a plan view of a circuit board 1 according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
この回路基板1は、熱伝導シート2と、この熱伝導シート2の一面に設けられた電極3と、熱伝導シート2の他面に設けられたベース板4と、熱伝導シート2の前記一面の電極3を除く領域に設けられ熱可塑性樹脂からなるモールド樹脂と接着する絶縁スペーサー5とを備えている。
絶縁スペーサー5の厚さと電極3の厚さとは同じ厚さである。
The circuit board 1 includes a heat
The thickness of the
熱伝導シート2は、主に樹脂組成物と無機フィラーで構成されている。樹脂組成物としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーンゴム等の熱硬化性樹脂が用いられる。また、ポリエチレン、ポリイミド、アクリル系の熱可塑性樹脂等を用いてもよい。
また、無機フィラーとしては、良熱伝導性のアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等が用いられる。また、無機フィラーは、一種類でも2種類以上充填してもよい。
電極3及びベース板4は、例えば銅等の導電性金属で構成されている。
また、絶縁スペーサー5は、例えば熱可塑性樹脂であるPPS(ポリフェニレンサルファンド)で構成されたモールド樹脂に対して優れた密着性を有するガラスエポキシ基板で構成されている。
なお、絶縁スペーサー5の材料として、絶縁性、及びモールド樹脂に対して優れた密着性を有する例えばポリイミド樹脂等を用いてもよい。
The heat
As the inorganic filler, good thermal conductivity alumina, boron nitride, aluminum nitride or the like is used. Further, one kind or two or more kinds of inorganic fillers may be filled.
The
Moreover, the insulating
In addition, as a material of the
次に、この実施の形態の回路基板1の製造手順について図3を用いて説明する。
先ず、図3(A)に示すように、ベース板4に熱伝導シート2を配置し、圧力を加えながら接着させる。
次に、熱伝導シート2の上に、絶縁スペーサー5を配置し(図3(B))、引き続き電極3を配置する。
最後に、電極3及び絶縁スペーサー5に圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させることで回路基板1を得ることができる(図3(C))。
なお、絶縁スペーサー5は、予め電極3が嵌入できる孔6が形成されている。この孔6は、均一な孔寸法が得やすい機械加工や金型打ち抜き加工が望ましい。
Next, the manufacturing procedure of the circuit board 1 of this embodiment will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 3A, the heat
Next, the
Finally, the circuit board 1 can be obtained by curing the heat
The
この実施の形態の回路基板1によれば、絶縁スペーサー5は、例えば熱可塑性樹脂であるPPS(ポリフェニレンサルファンド)に対して優れた接着性を有するガラスエポキシ基板で構成されている。PPSは、官能基を有していないので、他の化合物と化学結合ができず、他の化合物からなる熱伝導シートと強固に接着できないが、ガラスエポキシ基板との間で物理的な結合(アンカー効果)がなされ、絶縁スペーサー5に対する接着性が確保され、回路基板1は優れた耐電圧特性、耐湿性を得ることができる。
According to the circuit board 1 of this embodiment, the
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2における回路基板60を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板60では、絶縁スペーサー61bは、予め電極3が嵌入できる孔6が形成されたガラスエポキシ基板12の最表面に半硬化プリプレグ層13c(半硬化のガラスエポキシ基板)が形成されている。
他の構成は、実施の形態1と同じである。
4 is a cross-sectional view showing a
In the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
次に、この実施の形態の回路基板60の製造手順について図5を用いて説明する。
先ず、図5(A)に示すように、ベース板4に熱伝導シート2を配置し、圧力を加えながら接着させる。
次に、熱伝導シート2に、ガラスエポキシ基板12を配置し(図5(B))、引き続き孔6に電極3をはめ込んで配置する。
その後、電極3及びガラスエポキシ基板12に圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させる(図5(C))。
さらに、ガラスエポキシ基板12上にプリプレグ層13aを配置し、ガラスエポキシ基板12とプリプレグ層13aとから構成された未硬化絶縁スペーサー61aを形成する(図5(D))。
最後に、未硬化絶縁スペーサー61aに低温度、低圧力をかけて、プリプレグ層13aを半硬化プリプレグ層13cにすることで、図4に示す、表面に半硬化プリプレグ層13cを有する絶縁スペーサー61bが形成される。
Next, the manufacturing procedure of the
First, as shown in FIG. 5A, the heat
Next, the glass epoxy board |
Then, the heat
Further, a
Finally, by applying low temperature and low pressure to the uncured insulating spacer 61a to make the
具体的には、ガラスエポキシ基板12と同形状に加工した(または、電極形状を打ち抜きした)プレス後の仕上がり層厚さ0.1mmのプリプレグ層13aをガラスエポキシ基板12の最表面に配置し、20kg/cm2(100℃,15分)で接着させることで、プリプレグ層13aは半硬化プリプレグ層13cとなり、回路基板60を得ることができる。
この実施の形態の回路基板60によれば、モールド樹脂で封止される前の段階では、最表面の半硬化プリプレグ層13cは半硬化の状態で形成されており、封止樹脂との接着界面に半硬化プリプレグ層13cを構成させることができる。その結果、モールド樹脂と絶縁スペーサー60との接着性が向上し、回路基板60の耐電圧特性、耐湿性が向上する。
なお、未硬化絶縁スペーサー61aは、熱硬化処理されることで、プリプレグ層13aが完全に硬化される前の半硬化プリプレグ層13cを有する絶縁スペーサー61bとなり、その後モールド樹脂で封止された後では、半硬化プリプレグ層13cは、ガラスエポキシ基板12と一体化された硬化層となる。
Specifically, a
According to the
The uncured insulating spacer 61a is heat-cured to become an insulating spacer 61b having a
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3における回路基板70を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板70の絶縁スペーサー101では、ガラスエポキシ基板12の表面にシランカップリング剤71の処理など、密着性向上効果のある処理が施されている。他の構成は、実施の形態1と同じである。
ガラスエポキシ基板12の表面に化学的な密着性向上の効果のあるシランカップリング剤71の処理を施すことにより、封止樹脂との接着性を向上させることができる。
シランカップリング剤71は、例えばKBM603(信越化学工業株式会社製)等を使用することができる。
6 is a cross-sectional view showing a
In the insulating
By subjecting the surface of the
As the
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4における回路基板10を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板10では、絶縁スペーサー11bは、ガラスエポキシ基板12、硬化層13b及びガラスエポキシ基板12の3層構造の積層体である。
ここで、硬化層13bは、プリプレグ層13aが熱硬化処理され、完全に硬化されたプリプレグの硬化層をいう。
他の構成は、実施の形態1と同じである。
FIG. 7 is a sectional view showing a
In the
Here, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
次に、この実施の形態の回路基板10の製造手順について図8を用いて説明する。
先ず、図8(A)に示すように、ベース板4に熱伝導シート2を配置し、圧力を加えながら接着させる。
次に、熱伝導シート2に、ガラスエポキシ基板12、プリプレグ層13a及びガラスエポキシ基板12の3層構造の積層体からなる未硬化絶縁スペーサー11aを配置し(図8(B))、引き続き孔6に電極3をはめ込み、配置する(図8(C))。
最後に、電極3及び未硬化絶縁スペーサー11aに圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させることで、図7に示す回路基板10を得ることができる。
Next, the manufacturing procedure of the
First, as shown to FIG. 8 (A), the heat
Next, an uncured insulating spacer 11a made of a three-layer laminate of the
Finally, the
この実施の形態の回路基板10によれば、電極3及び未硬化絶縁スペーサー11aに圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させる際に、プリプレグ層13aが軟化し、電極3の周側面と未硬化絶縁スペーサー11aとの隙間が埋められる。また、未硬化絶縁スペーサー11aのプリプレグ層13aも硬化して硬化層13bに変成する。その結果、熱伝導シート2の全面に均等に圧力が加わり、全面に渡って等しい厚さの熱伝導シート2を得ることができる。
また、モールド樹脂は、熱伝導シート2と接触することはなく、絶縁スペーサー11bに対する接着性が確保され、回路基板10の耐電圧特性、耐湿性が向上する。
なお、図9に示す回路基板80のように、絶縁スペーサー81は、硬化層13b及びガラスエポキシ基板12の2層構成の積層体であってもよい。
According to the
Further, the mold resin does not come into contact with the heat
Note that the insulating
この実施の形態の回路基板80によれば、電極3及び絶縁スペーサー81に圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させる際に、プリプレグ層13aが軟化し、電極3の周側面と絶縁スペーサー81との隙間が埋められる。その結果、熱伝導シート2の全面に均等に圧力が加わり、全面に渡って等しい厚さの熱伝導シート2を得ることができる。
また、熱伝導シート2を高温で硬化させる際、プリプレグ層13aが接しているために、絶縁スペーサー81と熱伝導シート2の接着力を向上させることができる。
また、モールド樹脂は、熱伝導シート2と接触することはなく、絶縁スペーサー81に対する接着性が確保され、回路基板80の耐電圧特性、耐湿性が向上する。
According to the
Further, when the heat
In addition, the mold resin does not come into contact with the heat
実施の形態5.
図10はこの発明の実施の形態5における回路基板90を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板90では、絶縁スペーサー91は、実施の形態4で示した、ガラスエポキシ基板12、硬化層13b及びガラスエポキシ基板12の3層構造の最表面に半硬化プリプレグ層13cが形成されている。
他の構成は、実施の形態1と同じである。
この実施の形態の回路基板90によれば、モールド樹脂で封止される前の段階では、最表面の半硬化プリプレグ層13cは半硬化の状態で形成されており、封止樹脂との接着界面に半硬化の樹脂を構成させることができる。その結果、モールド樹脂と絶縁スペーサー91との接着性が向上し、回路基板90の耐電圧特性、耐湿性が向上する。
FIG. 10 is a sectional view showing a
In the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
According to the
実施の形態6.
図11はこの発明の実施の形態6における回路基板20を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板20では、絶縁スペーサー21は、ガラスエポキシ基板12、硬化層13b及びガラスエポキシ基板12の3層構造の積層体の表面に、エンボス加工した表面加工フィルム22が形成されている。
なお、表面加工フィルム22については、粗化処理されたものであればよく、エンボス加工に限定されない。
FIG. 11 is a sectional view showing a
In the
In addition, about the surface processed
この実施の形態の回路基板20によれば、絶縁スペーサー21は、実施の形態4で示した3層構造の積層体の表面に、表面加工フィルム22が形成されているので、実施の形態4の絶縁スペーサー11bと比較して、モールド樹脂と絶縁スペーサー21との接触面積が増大し、モールド樹脂の絶縁スペーサー21に対する接着性が実施の形態4の回路基板10と比較してより向上し、回路基板20の耐電圧特性、耐湿性がより向上する。
According to the
実施の形態7.
図12はこの発明の実施の形態7における回路基板30を示す断面図である。
この実施の形態の回路基板30では、実施の形態6の回路基板20と比較して、絶縁スペーサー31の高さが、プレス圧力と、電極3と絶縁スペーサー31との熱膨張率差とを利用して電極3の高さよりも高い。
なお、絶縁スペーサー31と電極3との高さの違いは、初期厚みを調整することでも可能である。
他の構成は、実施の形態6と同じである。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is a sectional view showing a
In the
Note that the difference in height between the insulating spacer 31 and the
Other configurations are the same as those of the sixth embodiment.
この実施の形態の回路基板30によれば、隣接した電極3間における沿面距離が長くなり、回路基板30の耐電圧特性がより向上する。
According to the
実施の形態8.
図13(A)〜図13(C)はこの実施の形態8における回路基板40の製造手順を示す図である。
この実施の形態の回路基板40では、図13(A)に示すように、ベース板4に熱伝導シート2を配置し圧力をかけながら接着させる。次に、電極3及び未硬化絶縁スペーサー11aに圧力及び温度を加えて予め一体化されたブロックを、熱伝導シート2上に配置し、圧力をかけながら熱伝導シート2を高温で硬化させることにより、プリプレグ層13aが硬化層13bになった絶縁スペーサー11bを有する回路基板40を得る(図13(B)、図13(C))。
FIG. 13A to FIG. 13C are diagrams showing a procedure for manufacturing the
In the
この実施の形態の回路基板40では、電極3及び未硬化絶縁スペーサー11aからなるブロックは、圧力及び温度を加えて一体化されており、熱伝導シート2の全面に均等に圧力が加わり、全面に渡って等しい厚さの熱伝導シート2を得ることができる。
In the
実施の形態9.
図14はこの発明の実施の形態9におけるパワーモジュール50を示す断面図である。
この実施の形態のパワーモジュール50は、図7に示された実施の形態4の回路基板10と、電極3上にはんだ51を用いて接着されたパワー半導体素子52と、パワー半導体素子52と電極3とをはんだ51を用いて電気的に接続したリード線54と、電極3にはんだ51を用いて接続されたリードフレーム53と、回路基板10、パワー半導体素子52及びリード線54を封止したPPS(ポリフェニレンサルファイド)からなる熱可塑性樹脂のモールド樹脂55とを備えている。
また、この実施の形態のパワーモジュール50では、ベース板4の反熱伝導シート2側にヒートスプレッダ56が接続されている。このヒートスプレッダ56は、金属製の放熱構造を有するものである。
FIG. 14 is a sectional view showing a
The
In the
なお、上記パワーモジュール50では、実施の形態4の回路基板10がPPS樹脂で封止されているが、実施の形態1〜3,5〜8の回路基板1,60,70,10,80,90,20,30,40がPPS樹脂で封止されたものでもよい。
また、PPS樹脂に限定されるものではなく、例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)やLCP(液晶ポリマー)等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。
In the
Moreover, it is not limited to PPS resin, For example, you may use thermoplastic resins, such as PBT (polybutylene terephthalate) and LCP (liquid crystal polymer).
上記構成のパワーモジュール50によれば、絶縁スペーサー11の最上層は、熱可塑性樹脂であるPPSに対して優れた接着性を有するガラスエポキシ基板12で構成されているので、PPSに対する接着性が確保され、電極3間の耐絶縁性が向上し、耐電圧特性、耐湿性が向上する。
また、上記特許文献1に記載のパワーモジュールと比較して、モールド樹脂の容量が小さくなり、小型化される。
なお、上記実施の形態9のモールド樹脂55は、熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用いてもよい。特に、実施の形態1に示した絶縁スペーサー5は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に対して優れた接着性を有するガラスエポキシ基板で構成されているので、エポキシ樹脂に対する接着性が確保され、電極3間の耐絶縁性が向上し、耐電圧特性、耐湿性が向上する。
According to the
Moreover, compared with the power module described in Patent Document 1, the capacity of the mold resin is reduced and the size is reduced.
In addition, the
次に、この発明における上記実施の形態1,2,4〜8の各回路基板1,60,10,90,20,30,40の製造方法の具体例、並びに実施の形態9のパワーモジュール50の製造方法の具体例について以下に示す実施例1〜8で説明する。
Next, a specific example of a method of manufacturing each
実施例1.
実施の形態1に関する回路基板1の一例として、ベース板4、電極3には銅を用いた。ベース板4及び電極3は、ぞれぞれの表面が熱伝導シート2との密着性向上のため、表面にエッチングによって凹凸面を形成したCZ処理を施したものを使用した。
ベース板4上に35mm×45mmにカットした熱伝導シート2を載置し、100kg/cm2(100℃,15分加熱)で真空プレスすることによって熱伝導シート2をベース板4に接着させた。
次に、絶縁スペーサー5、絶縁スペーサー5の孔6に嵌入した電極3をそれぞれ熱伝導シート2上に載置し、さらに200kg/cm2(100℃,15分加熱後に、引き続き180℃,30分加熱の条件下)でプレスすることで回路基板1を得た。
Example 1.
As an example of the circuit board 1 related to the first embodiment, the
The heat
Next, the insulating
絶縁スペーサー5には、ガラスエポキシ基板で構成された厚さ0.5mmのものを1枚使用した。ガラスエポキシ基板の加工は機械加工で行ったものを用いた。
熱伝導シート2には、フィラーとして窒化ホウ素と窒化アルミニウムの混合系で充填量が65vol%のエポキシ樹脂を用いた。真空プレス後の熱伝導シート2の厚さは約150μmであった。フィラーの径は、熱伝導シート2の最終的な厚さ以下の径の1〜100μmであることが好ましい。
For the insulating
For the heat
実施例2.
実施の形態2に関する回路基板60の一例として、実施例1と同様の工程及び条件で回路基板1を得た後、ガラスエポキシ基板12と同形状の(電極形状を打ち抜きした)プレス後の仕上がり厚み0.1mmのプリプレグ層13aをガラスエポキシ基板12上に配置し、20kg/cm2(100℃,15分)で接着させ、ガラスエポキシ基板12上に半硬化プリプレグ層13cを有する絶縁スペーサー61bを備えた回路基板60を得た。
Example 2
As an example of the
実施例3.
実施の形態4に関する回路基板10の一例として、熱伝導シート2上に、プレス後の仕上がり層厚が0.2mmのガラスエポキシ基板12で、プレス後の仕上がり層厚が0.1mmのプリプレグ層13aを挟んだ未硬化絶縁スペーサー11aと、0.5mm厚の電極3とを載置し、高温度のもと、同時にプレスし、硬化層13bを有する絶縁スペーサー11bを備えた回路基板10を得た。
他の製造工程、条件は、実施例1の工程、条件と同じである。
Example 3
As an example of the
Other manufacturing processes and conditions are the same as those in Example 1.
実施例4.
実施の形態5に関する回路基板90の一例として、熱伝導シート2上に、プレス後の仕上がり層厚が0.2mmのガラスエポキシ基板12で、プレス後の仕上がり層厚が0.1mmのプリプレグ層13を挟んだ積層体と、0.5mm厚の電極3とを載置し、高温度のもと、同時にプレスした。その後、積層体と同形状の(電極形状を打ち抜きした)プレス後仕上がり厚み0.1mmのプリプレグ層13aを積層体上に置き、20kg/cm2(100℃,15分)で接着させて、最表面に半硬化プリプレグ層13cを有する絶縁スペーサー91を備えた回路基板90を得た。
他の製造工程、条件は、実施例1の工程、条件と同じである。
Example 4
As an example of the
Other manufacturing processes and conditions are the same as those in Example 1.
実施例5.
実施の形態6に関する回路基板20の一例として、熱伝導シート2上に、層厚が0.2mmのガラスエポキシ層12で、層厚0.06mmのプリプレグ層13aを挟み、さらに最表面に層厚0.05mmの表面加工フィルム22(0.05mm)を載置した未硬化絶縁スペーサーと、0.5mm厚の電極3とを載置し、高温度のもと、同時にプレスすることで、硬化層13bを有する絶縁スペーサー21を備えた回路基板20を得た。
他の製造工程、条件は、実施例1の工程、条件と同じである。
Example 5 FIG.
As an example of the
Other manufacturing processes and conditions are the same as those in Example 1.
実施例6.
実施の形態7に関する回路基板30の一例として、熱伝導シート2上に、プレス後の層厚が0.2mmのガラスエポキシ基板12で、層厚0.10mmのプリプレグ層13aを挟み、さらに最表面に層厚0.05mmの表面加工フィルム22(0.05mm)を重ねた未硬化絶縁スペーサーと、0.5mm厚の電極3とを載置し、高温度のもと、同時にプレスすることで、硬化層13bを有する絶縁スペーサー31を備えた回路基板30を得た。
この回路基板30では、回路基板30の表面には凹凸形状の段差が生じるが、プレス工程では、プレス時に段差を吸収するクッション紙を介して絶縁スペーサー31及び電極3に圧力が加わるようになっており、熱伝導シート2の全面により均等の圧力が加わるようになっている。
他の製造工程、条件は、実施例1の工程、条件と同じである。
Example 6
As an example of the
In this
Other manufacturing processes and conditions are the same as those in Example 1.
実施例7.
実施の形態8に関する回路基板40の一例として、電極3と未硬化絶縁スペーサー11aとを予め一体化したブロックを用いた例を示す。
一体化するために、未硬化絶縁スペーサー11aにはプレス後の厚さが0.2mmのガラスエポキシ基板12を2枚とその間にプリプレグ層13aを1枚(プレス後仕上がり膜厚0.1mm)を配置し、絶縁スペーサー0.5mm厚に電極3をはめこみ、20kg/cm2で180℃,30分(室温まで戻してから圧力を開放する)加熱プレスを行った。ベース板4に35mm×45mmにカットした熱伝導シート2を置き、100kg/cm2(100℃,15分加熱)で真空プレスすることによって熱伝導シート2をベース板4に接着させた。
次に、電極3と未硬化絶縁スペーサー11aを一体化したブロック絶縁スペーサー11bを熱伝導シート2上に載置し、さらに200kg/cm2(100℃,15分加熱後、引き続き180℃,30分加熱の条件下)でプレスすることで、回路基板40を得た。
Example 7
As an example of the
In order to integrate, the uncured insulating spacer 11a includes two
Next, the block insulating spacer 11b in which the
実施例8.
実施の形態9に関するパワーモジュール50の一例として、実施例3で得られた回路基板10を用いて作製したパワーモジュール50の実施例について述べる。
回路基板10の電極3上に、パワー半導体素子52及びリードフレーム53をはんだ51を用いて接着し、その後PPSを金型内に射出してモールド樹脂55を成形してパワーモジュール50を得た。PPSは樹脂注入部であるゲートから注入されて、注入ノズル先端温度は310度、金型温度は150℃設定、圧力は40MPa条件下で行った。
Example 8 FIG.
As an example of the
The
なお、本願の発明者は、実施例1で得られた回路基板1を用いて作製したパワーモジュール50に対して、「−40℃での30分間保持及び125℃での30分間保持」を1サイクルとして、300サイクルを施したヒートサイクル試験を行った。
そして、回路基板1におけるベース板4と熱伝導シート2、電極3と熱伝導シート2、絶縁スペーサー5とモールド樹脂55とのそれぞれの界面での剥離を超音波探傷測定で確認したところ、剥離は認められず放熱性を維持することができ、高容量化が可能となり、優れた耐電圧特性を有するパワーモジュール50であることが確認された。
In addition, the inventor of the present application applied 1 “holding at −40 ° C. for 30 minutes and holding at 125 ° C. for 30 minutes” to the
And when the peeling at each interface between the
1,10,20,30,40,60,70,80,90 回路基板、2 熱伝導シート、3 電極、4 ベース板、5,11b,21,31,61b,81,91,101 絶縁スペーサー、11a,61a 未硬化絶縁スペーサー、6 孔、12 ガラスエポキシ基板、13a プリプレグ層、13b 硬化層、13c 半硬化プリプレグ層、22 表面加工フィルム、50 パワーモジュール、51 はんだ、52 パワー半導体素子、55 モールド樹脂、71 シランカップリング剤。
1, 10, 20, 30, 40, 60, 70, 80, 90 Circuit board, 2 Thermal conductive sheet, 3 Electrode, 4 Base plate, 5, 11b, 21, 31, 61b, 81, 91, 101 Insulating spacer, 11a, 61a Uncured insulating spacer, 6 holes, 12 glass epoxy substrate, 13a prepreg layer, 13b cured layer, 13c semi-cured prepreg layer, 22 surface processed film, 50 power module, 51 solder, 52 power semiconductor element, 55
Claims (9)
この熱伝導シートの一面に設けられた電極と、
前記熱伝導シートの他面に設けられたベース板とを備え、
樹脂で封止される回路基板において、
前記熱伝導シートの前記一面の前記電極を除く領域には、前記樹脂と接着する絶縁スペーサーが設けられており、
前記絶縁スペーサーは、ガラスエポキシ基板で構成されていることを特徴とする回路基板。 A heat conductive sheet;
An electrode provided on one surface of the heat conductive sheet;
A base plate provided on the other surface of the heat conductive sheet,
In circuit boards sealed with resin,
In the region excluding the electrode on the one surface of the heat conductive sheet, an insulating spacer that is bonded to the resin is provided ,
The circuit board , wherein the insulating spacer is formed of a glass epoxy substrate.
この熱伝導シートの一面に設けられた電極と、
前記熱伝導シートの他面に設けられたベース板とを備え、
樹脂で封止される回路基板において、
前記熱伝導シートの前記一面の前記電極を除く領域には、前記樹脂と接着する絶縁スペーサーが設けられており、
前記絶縁スペーサーは、ガラスエポキシ基板とプリプレグの硬化層とが積層された積層体であることを特徴とする回路基板。 A heat conductive sheet;
An electrode provided on one surface of the heat conductive sheet;
A base plate provided on the other surface of the heat conductive sheet,
In circuit boards sealed with resin,
In the region excluding the electrode on the one surface of the heat conductive sheet, an insulating spacer that is bonded to the resin is provided,
The insulating spacer, characterized circuitry substrate that is a laminate in which the cured layer of the glass epoxy substrate and the prepreg are laminated.
前記電極上に設けられたパワー半導体素子と、
前記回路基板及び前記パワー半導体素子を封止した前記樹脂とを備えたことを特徴とするパワーモジュール。 The circuit board according to any one of claims 1 to 8 ,
A power semiconductor element provided on the electrode;
A power module comprising the circuit board and the resin encapsulating the power semiconductor element.
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