JP2006013076A

JP2006013076A - ラミネート基板及びそれを用いた電気機器

Info

Publication number: JP2006013076A
Application number: JP2004186925A
Authority: JP
Inventors: Einosuke Adachi; 栄之資足立
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】絶縁層と導体とを接着層を介して多層化したラミネート基板において、接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用い、接着時間の短縮に伴って成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供する。
【解決手段】平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備え、絶縁層はアラミド紙とポリエチレンテレフタレートからなるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、電気機器のパワー回路基板の技術分野に属するものであり、とくに絶縁層と導体とを接着層を介して多層化したラミネート基板に関するものである。

従来のラミネート基板は、絶縁層であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにエポキシ接着剤を塗布してＢステージ化しておき、このＰＥＴフィルムと導体とを逐次積層し、加熱加圧成形することによって得られる。接着条件として、温度１７０℃、圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ^２、硬化時間６０分が例示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１９６７４１号公報（段落００１１）

しかしながら、従来の技術では、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を接着剤として用いており、エポキシ樹脂の硬化時間が長いために成形時間が長くなるという問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用い、接着時間の短縮に伴って成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供する。

この発明にかかるラミネート基板は、平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備え、絶縁層はアラミド紙とポリエチレンテレフタレートからなるものである。

この発明によれば、接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用いたため、接着時間の短縮に伴って成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供できる。

実施の形態１．
図１は、本発明が適用されるラミネート基板の実施の形態１を説明するための平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。パワー回路基板としてのラミネート基板１０は、シート状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの片面にアラミド紙（例えば、デュポン社製ノーメックス（登録商標）ペーパー、型番４１０）を張り合わせたものからなる第一外絶縁層１ａ、第二外絶縁層１ｂ及び、シート状のＰＥＴフィルムの両面にアラミド紙を張り合わせたものからなる層間絶縁層１ｃを備えている。第一外絶縁層１ａと層間絶縁層１ｃとの間には第一パワー導体２ａ、第二外絶縁層１ｂと層間絶縁層１ｃとの間には第二パワー導体２ｂが配置されている。第一パワー導体２ａと第二パワー導体２ｂは、中央部が幅広くかつ形状が重なり合い、平行平板状の導電層を形成している。この重なり合いの面積及び形状は用途に応じて適宜設計できる。また、通常のプリント基板に配線されている回路形状をこれに当ててもよい。第一パワー導体２ａには第一電極４ａ、第二パワー導体２ｂには第二電極４ｂが、それぞれ２個ずつ接続されており、これらの第一、第二電極４ａ、４ｂは第一外絶縁層１ａ、第二外絶縁層１ｂ、層間絶縁層１ｃより外部に突出している。なお、図１では各電極が各パワー導体と同一部材の場合について例示しているが、電気的に接続されていればこれに限定するものではない。また、いずれかの電極が絶縁層から突出していない場合、スルーホール等を介して接続用端子を取り付けることは適宜実施できる。

さらに、隣接する第一外絶縁層１ａと第一パワー導体２ａとの間には第一接着層３ａが介在している。同様に、第二外絶縁層１ｂと第二パワー導体２ｂとの間には第二接着層３ｂ、層間絶縁層１ｃと第一パワー導体２ａとの間には第三接着層３ｃ、層間絶縁層１ｃと第二パワー導体２ｂとの間には第四接着層３ｄが介在している。また、それぞれの絶縁層の間で、第一、第二パワー導体２ａ、２ｂの形状によって、絶縁層同士が隣接する部分が生じる。第一外絶縁層１ａと層間絶縁層１ｃが隣接する部分には、第一接着層３ａと第三接着層３ｃとが介在し一体化している。同様に、第二外絶縁層１ｂと層間絶縁層１ｃが隣接する部分には、第二接着層３ｂと第四接着層３ｄとが介在し一体化している。第一ないし第四接着層３ａ〜３ｄは、前述の通りこれらの絶縁層１ａ〜１ｃよりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる。例えば、第一接着層３ａは、第一外絶縁層１ａのアラミド紙側に低密度ポリエチレン（ＰＥ）膜が共押し出し法、ドライラミネーション法等によって形成されたものとする。同様に、他の接着層３ｂ〜３ｄもＰＥ膜で形成されている。ここで、アラミド紙はアラミド繊維表面が毛羽立っている。そのため、アラミド紙のアンカー効果によって、絶縁層のＰＥＴと接着層のＰＥとの接着性が向上する。なお、図２では導体が２層の場合について例示しているが、これに限定するものではない。

次に、ラミネート基板１０の成形方法について説明する。図３は、この実施の形態におけるラミネート基板１０の成形前の構成を説明するための展開図である。図３において上から順に、第一外絶縁層１ａ、第一パワー導体２ａ、層間絶縁層１ｃ、第二パワー導体２ｂ、第二外絶縁層１ｂである。ここで、第一外絶縁層１ａの図示下側の面、層間絶縁層１ｃの両面、第二外絶縁層１ｂの図示上側の面には、接着剤としてのＰＥ膜が形成されている。

また、ＰＥＴフィルムの厚さは２５μｍ〜１００μｍ程度、ＰＥ膜の厚さは５μｍ〜５０μｍ程度というように、用途に応じて適宜設定できる。第一、第二パワー導体２ａ、２ｂとしての銅箔の厚さも用途に応じて適宜選択できるが、０．１〜１ｍｍの場合、ラミネート基板１０として柔軟性を有する観点から好ましい。なお、銅箔の代わりにアルミニウム、黄銅、りん青銅など、導電率の良好な材質を用いてもよい。

図４は、ラミネート基板１０を成形するために、図３における構成をプレス機の加工ステージ内に配置した様子を示す積層イメージ図である。図４において、プレス機の上側金型６ａと下側金型６ｂの間に下から順に、クッション材７、第二外絶縁層１ｂ、第二パワー導体２ｂ、層間絶縁層１ｃ、第一パワー導体２ａ、第一外絶縁層１ａ、クッション材７を敷設している。

クッション材７は、例えば厚さ５ｍｍのシリコンゴムシートを使用する。クッション材７としては、接着剤の接着温度を十分に上回る耐熱性を有する弾力性材料であればとくに限定されるものではなく、所望の成形ができるよう硬度、伸び等を考慮したものを用いることができる。

次に、上側金型６ａと下側金型６ｂの間を閉じて加圧するとともに、両方の金型を接着剤の接着温度になるように加熱する。ここで、加工ステージ内を減圧しておくと、ラミネート基板１０内部のボイド発生を防止できる。この実施の形態では、接着剤としてＰＥを用いていることから接着温度は１２０〜１５０℃が好ましい。また、例えば、加圧５ｋｇｆ／ｃｍ^２程度、真空度１．３×１０^４Ｐａ程度とする。

設定した接着温度に達したところで、その接着温度を５分程度保持すると、ＰＥが十分に溶融して、被着体である導体と絶縁層の表面形状に沿って流動する。その後、室温まで冷却することによってＰＥは固化し、導体と絶縁層との接着が完成する。なお、接着温度の保持時間は適宜設定することができ、接着後の冷却速度はＰＥの内部応力の発生を抑制するように設定することが好ましい。

このようにして得られたラミネート基板１０は、接着剤として硬化反応を伴わない熱可塑性樹脂を用いているため、従来のエポキシ接着剤を用いたものと比較して、接着時間の短縮を図ることができる。それに伴って成形時間の短縮を図ることができる。

とくにＰＥＴの融点２５８℃に比べてＰＥの融点９８℃と、十分な溶融温度の差がある。また、アラミド紙は３５０℃以上の耐熱性を持っているため問題はない。さらに接着剤としてＰＥを用いることによって、比較的低温で接着することができる。そのため、加熱時間および冷却時間も短縮できることから、成形時間の短縮が一段と顕著になる。

また、ラミネート基板１０の廃却時において、従来はエポキシ樹脂を分解して導体を取り出すことが困難であった。これに対して、本発明では熱可塑性樹脂の接着剤を用いているため、溶融状態の接着層に剥離応力を加えることにより、導体を容易に取り出すことができる。取り出された導体は再生利用できる。

実施の形態２．
この実施の形態は、実施の形態１の変形例として、第一、第二パワー導体２ａ、２ｂはアルミニウムからなるものである。第一外絶縁層１ａ、第二外絶縁層１ｂ及び層間絶縁層１ｃは実施の形態１と同様にアラミド紙とＰＥＴとする。

このように構成されたラミネート基板１０では、パワー導体としてアルミニウム箔を用いているため、実施の形態１の銅箔を用いた場合と比較して、パワー導体の占める重量は約１／３と軽量化できる。また、アルミニウム導体とＰＥとの接着性は銅導体との接着性の１．５倍の強度を持つことが分っている。

実施の形態３．
この実施の形態は、実施の形態１あるいは実施の形態２の変形例として、接着層はすべてポリアミド（例えば、東レ社製アラミン（登録商標）、型番１０４１）からなることとする。このように構成されたラミネート基板１０では、実施の形態１あるいは実施の形態２と比較して、接着剤となるポリアミド（ＰＡ）の融点が２２５℃とＰＥに比べ高温であることから、ラミネート基板全体の更なる耐熱性向上を実現できる。また、アラミド紙とＰＡとはともにアミド結合を有することから、化学構造の類似性によって接着性が一段と向上する。

さらに、それぞれの絶縁層と接着層と間に、ガスバリヤ層を備えてもよい。ガスバリヤ層としては、エチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＯＨ）を用いることができる。このように構成されたラミネート基板１０を、例えば人工衛星用のリチウムイオンバッテリの配線に使用した場合、真空雰囲気下における接着層から絶縁層へのガス拡散を防止できる。

実施の形態４．
図５は、本発明が適用されるラミネート基板の実施の形態４を説明するための断面図である。この実施の形態は、実施の形態１〜３において、２つの外絶縁層１ａ、１ｂを被覆する２つのシールド層９ａ、９ｂを設けたものである。シールド層は例えばＰＥＴフィルムとアルミニウム箔と接着剤が順次積層された三層構造からなり、第一シールド層９ａの接着剤は第一外絶縁層１ａと接着するためのものであり、第二シールド層９ｂの接着剤は第二外絶縁層１ｂと接着するためのものである。ここで、２つのシールド層９ａ、９ｂの接着剤が第一乃至第四接着層３ａ〜３ｄと同じ種類の樹脂であることが好ましい。すなわち、接着層３ａ〜３ｄがＰＥの場合はシールド層９ａ、９ｂの接着剤もＰＥ、接着層３ａ〜３ｄがＰＡの場合はシールド層９ａ、９ｂの接着剤もＰＡであれば、接着剤の接着条件が同じであるから、ラミネート基板１０の成形において一括成形できる。

このようにして得られたラミネート基板１０は、接着剤として硬化反応を伴わない熱可塑性樹脂を用いているため、従来のエポキシ接着剤を用いたものと比較して、接着時間の短縮を図ることができる。それに伴って成形時間の短縮を図ることができる。また、シールド層にアルミニウムを用いているので、外部からのノイズの影響や熱の影響を防止できＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電波障害）対策の一環として採用できる。シールド層のアルミニウムは、アルミニウム箔に限定せず、種々の方法で形成すればよい。シールド層のＰＥＴフィルムは、アルミニウムを外因から保護する。

実施の形態５．
図６は、実施の形態５を説明するための電気機器の要部斜視図である。この実施の形態は、実施の形態１〜４のような構成を有するラミネート基板１０を電気機器としてのインバータに適用したものである。半導体モジュール２０は、スイッチング素子としてのＩＧＢＴを搭載したパワーモジュールである。パワーモジュール２０が３相用であれば、ＩＧＢＴはＰ側、Ｎ側に３個ずつ計６個あるものとする。制御基板３０は、これらのＩＧＢＴの動作を制御するための制御回路を搭載したものである。制御回路と各ＩＧＢＴとは、制御信号線が形成されたラミネート基板１０によって接続されている。

ところで、ＩＧＢＴには、スイッチング動作に伴って制御信号線のインダクタンスに起因するサージが印加される。このラミネート基板１０の制御信号線は平行平板状の導電層を含んでおり、その導電層間が短いために制御信号線のインダクタンスを低減でき、その結果としてサージ抑制効果がある。なお、このような電気機器では、図示しない電源からパワーモジュール２０へ給電するための給電回路を搭載しており、この給電回路とパワーモジュール２０とをラミネート基板１０で接続することもできる。この場合も同様に、給電配線のインダクタンスを低減できる。またシールド層にアルミニウムを形成しているので、外部からのノイズの影響や熱の影響を防止できる。

実施の形態１を説明するためのラミネート基板の平面図である。実施の形態１を説明するためのラミネート基板の断面図である。実施の形態１を説明するためのラミネート基板の展開図である。実施の形態１を説明するためのプレス機の加工ステージ内における積層イメージ図である。実施の形態４を説明するためのラミネート基板の断面図である。実施の形態５を説明するための電気機器の要部斜視図である。

符号の説明

１ａ第一外絶縁層、１ｂ第二外絶縁層、１ｃ層間絶縁層、２ａ第一パワー導体、２ｂ第二パワー導体、３ａ第一接着層、３ｂ第二接着層、３ｃ第三接着層、３ｄ第四接着層、４ａ第一電極、４ｂ第二電極、９ａ第一シールド層、９ｂ第二シールド層、１０ラミネート基板、２０半導体モジュール、３０制御基板。

Claims

平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備え、絶縁層はアラミド紙とポリエチレンテレフタレートからなることを特徴とするラミネート基板。
接着層はポリエチレンからなり、導体はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
接着層はポリアミドからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
接着層はポリアミドからなり、導体はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
２つの外絶縁層を被覆するシールド層を有することを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
複数のスイッチング素子を搭載した半導体モジュールと、これらのスイッチング素子の動作を制御するための制御回路と、電源から半導体モジュールへ給電するための給電回路と、制御回路または給電回路と半導体モジュールとを接続するラミネート基板を有し、
ラミネート基板は、平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備え、絶縁層はアラミド紙とポリエチレンテレフタレートからなり、かつ、平行平板状の導電層よりも半導体モジュール側部分において屈曲していることを特徴とする電気機器。