JP2007150224A - 金属ベース回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアチップと放熱板との熱膨張差から発生する熱応力を低減し、部品実装信頼性を改善し、さらに耐マイグレーション性の向上を図った金属ベース回路基板を提供する。
【解決手段】金属製放熱板上に絶縁層を介して回路用金属層が形成された金属ベース回路基板であって、絶縁層がアクリル樹脂、エポキシ樹脂及び放熱フィラーを含有する絶縁組成物の硬化物であり、アクリル樹脂が、官能基として１０重量％以上のグリシジル基を有し、重量平均分子量Ｍｗが５万〜１００万であり、かつＴｇが−３０℃〜５０℃である金属ベース回路基板。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属ベース回路基板に関する。

従来より、多層配線板、ＰＧＡ、ＢＧＡなどの半導体パッケージにおいて配線が高密度化し、電子部品の搭載密度が大きくなり、また、半導体素子も高集積化して単位面積あたりの発熱量が大きくなるなど、半導体パッケージからの熱放散をよくすることが望まれるようになっており、それに伴うヒートマネージメントが重要になっている。そのような状況を踏まえて、絶縁層として、放熱板への熱伝導性の他に高温領域の電気絶縁性及び銅箔密着性が要求され、電気絶縁性、耐熱性、耐湿性の優れた絶縁層が開発・商品化されている。

一方、車載用電子機器に関しては、小型化、省スペース化と並行して、車室内からエンジンルーム内に搭載されることが要望されている。車室内と比較すると、エンジンルーム内の環境は温度が高く、温度変化の大きな厳しい環境である。このような環境に十分に使用可能な、以下の特性を有する高性能な金属基板（放熱基板）が強く要求されている。
（１）エンジンルーム内を想定した条件（−４０℃⇔１２５℃）でヒートサイクル試験を行い、搭載部品、特にベアチップと放熱板（アルミ板）との熱膨張差により熱応力が発生するが、部品を固定している半田及びその周囲にクラックを生じることのない部品実装信頼性に優れた金属基板。
（２）金属基板厚み方向の銅箔と金属板に電圧を印加しても、イオンマイグレーションの発生しにくい長期絶縁信頼性に優れた金属基板。
（３）銅箔／絶縁層／金属板の界面に対して、長期密着信頼性に優れた金属基板。

この高いレベルの要求に対して、以下の金属基板が提案されている。
（１）エポキシ樹脂と可とう性付与材である低Ｔｇの高分子量アクリルゴム及び無機フィラーを使用した絶縁層からなる金属ベース基板（例えば、特許文献１を参照。）。
（２）ガラス転移温度が０℃以下で、−６５℃の貯蔵弾性率が１×１０⁹Ｐａ以下のシリコーンゴムと無機充填剤からなることを特徴とする電気回路、金属箔又は回路基板と放熱板とを接着するための低弾性接着剤（例えば、特許文献２を参照。）。
−４０℃での弾性率が１×１０⁹Ｐａ以下のシリコーンゴム硬化体と樹脂組成層の多層構造を有する絶縁層からなる金属ベース回路基板（例えば、特許文献３を参照。）。
厚みが１００μｍ以上で、−４０℃での弾性率が２×１０¹⁰Ｐａ以下のエポキシ樹脂硬化体と樹脂組成層の多層構造を有する絶縁層からなる金属ベース回路基板（例えば、特許文献４を参照。）。
（３）エポキシ樹脂を主体とする樹脂、硬化剤化合物、シリコーンゴム微粒子及び無機充填剤を有する絶縁層からなる金属ベース回路基板（例えば、特許文献５を参照。）。
（４）銅箔と絶縁層との間にニッケル層を形成した金属ベースプリント基板（例えば、特許文献６を参照。）。

特許第３２０９１３２号公報 特開２００５−０７６０２３号公報 特開平１１−１５０３４５号公報 特開平１１−８７８６６号公報 特開２００２−７６５４９号公報 特開平７−１７００４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の金属ベース基板については、部品実装信頼性は向上されるが、金属基板厚み方向の耐マイグレーション性が低く、絶縁信頼性に問題がある。一方、耐マイグレーション性向上に関しては、特許文献６に銅箔と絶縁層との間にニッケル層を形成した金属ベースプリント基板が提案されているが、ニッケル層の厚みがある程度厚くないと効果が得られにくく、量産及びコスト面で問題がある。また、使用する絶縁層の樹脂系により、ニッケル層との密着性が低下する可能性がある。

特許文献２に記載の低弾性接着剤については、低弾性のシリコーンゴムを使用しているため、高い銅箔ピール強度が得られにくく、密着信頼性に懸念がある。特許文献３に記載の金属ベース回路基板では、絶縁層は具体的にはシリコーンゴム硬化体とエポキシ樹脂層の多層構造であるため、両者の界面密着性に問題があり、耐湿信頼試験で界面剥離してしまう場合がある。特許文献４に記載の絶縁層については、エポキシ樹脂硬化体の応力緩和性が不充分であり、部品実装信頼性に問題がある。さらに、エポキシ樹脂硬化体の厚みが１００μｍ以上と厚いため、十分な放熱性が得られにくい。特許文献５に記載の金属ベース回路基板についても、特許文献３に記載のものと同様に、絶縁層中のシリコーンゴム微粒子の応力緩和性が不充分であり、多量に添加すると被着体との接着性の低下を招く。
以上の点から、絶縁層として低弾性、低Ｔｇの柔軟な材料を使用した場合、金属板厚み方向の絶縁信頼性の低下、放熱板及び金属回路との長期密着性の低下を招く傾向があることがわかる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ベアチップと放熱板との熱膨張差から発生する熱応力を低減し、部品実装信頼性を改善し、さらに耐マイグレーション性の向上を図った金属ベース回路基板を提供することを目的とする。

本発明は、次のものに関する。
（１）金属製放熱板上に絶縁層を介して回路用金属層が形成された金属ベース回路基板であって、絶縁層がアクリル樹脂、エポキシ樹脂及び放熱フィラーを含有する絶縁組成物の硬化物であり、アクリル樹脂が、官能基として１０重量％以上のグリシジル基を有し、重量平均分子量Ｍｗが５万〜１００万であり、かつＴｇが−３０℃〜５０℃であることを特徴とする金属ベース回路基板。
（２）絶縁組成物が更に硬化剤を含有する（１）に記載の金属ベース回路基板。

本発明の金属ベース回路基板は、多層プリント配線板、ビルドアッププリント配線板、リジッドプリント配線板、フレックスリジッド配線板、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）などの半導体パッケージ向け配線板等に用いられる放熱板を有するものであって、解路用金属層と放熱板との間に必要な電気絶縁性及び接着性に優れ、使用環境の変化に対して優れた部品実装信頼性が要求される用途に好適に用いることができる。特に、自動車の車室内及びエンジンルーム内に設置される各種放熱基板（金属ベース回路基板）の用途には好適に使用することができる。

本発明の金属ベース回路基板の絶縁層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及び放熱フィラーを含有する絶縁組成物の硬化物である。絶縁組成物中のアクリル樹脂としては、官能基として１０重量％以上のグリシジル基を有し、重量平均分子量Ｍｗ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算値）が５万〜１００万であり、かつＴｇ（ガラス転移温度）が−３０℃〜５０℃であるアクリル樹脂を使用することが必要である。グリシジル基が１０重量％未満であるとアクリル樹脂自体の硬化度が低く、耐マイグレーション性の低下を招く。アクリル樹脂のグリシジル基含有量は、１０〜３０重量％であることが好ましく、１０〜２０重量％であることがより好ましく、１５〜２０重量％であることが更に好ましい。重量平均分子量については、１０万未満では分子量が低いため、回路用金属層（銅箔等）／絶縁層／放熱板の界面密着信頼性が低下し、１００万を超えると高分子量のため、アクリル樹脂に対する放熱フィラーの分散性の低下を招く。また、絶縁組成物のワニス状態での作業性が悪化する。重量平均分子量は５万〜１００万であることが好ましく、１０万〜８０万であることがより好ましく、１０万〜５０万であることが更に好ましい。アクリル樹脂のＴｇについては、−３０℃未満であると、耐熱性及び信頼性の低下を招く。また５０℃を超えると絶縁層の柔軟性が不十分となり、部品実装信頼性の低下を招く。アクリル樹脂のＴｇは好ましくは−３０℃〜５０℃であり、より好ましくは−１０℃〜２０℃である。

アクリル樹脂を構成するモノマとしては、グリシジル基を有するため、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）又はグリシジルアクリレート（ＧＡ）を使用することが必要であり、グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を用いることが好ましい。その他のモノマについては特に制約はない。例えば、エチルアクリレート（ＥＡ）、ブチルアクリレート（ＢＡ）、アクリロニトリル（ＡＮ）、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、２−エチルヘキシルアクリレート（２−ＥＨＡ）を使用することができる。

アクリル樹脂の合成方法としては、特に制約は無く、懸濁重合、乳化重合及び溶液重合等から合成される材料を用いることができる。
また、合成されたアクリル樹脂は後工程で、残存モノマ、分散剤あるいは触媒残さの除去を目的に、水洗した材料を用いることも可能である。

エポキシ樹脂については、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制約はない。ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ゴム変性型等のエポキシ樹脂が挙げられ、１種又は２種以上で用いることができる。特に、ビスフェノールＡ型及びビスフェノールＦ型の液状エポキシ樹脂が基板作製工程で絶縁層の流動性を向上させることが可能であり、好適に使用される。例えば、エポキシ当量が５０〜１００００のものが好ましく、１００〜１０００のものがより好ましい。

アクリル樹脂とエポキシ樹脂の比率は特に制約はないが、重量比で９０／１０〜１０／９０の範囲であることが好ましい。アクリル樹脂の量が上記範囲より多すぎると、接着性、耐熱性及び信頼性の低下を招く傾向があり、少なすぎると部品実装信頼性の低下を招く傾向がある。アクリル樹脂とエポキシ樹脂の比率は、８５／１５〜１５／８５であることがより好ましく、８０／２０〜２０〜８０であることがより好ましく、７０／３０〜３０／７０であることが更に好ましい。

放熱フィラーとしては、特に制約はない。酸化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられ、１種又は２種以上で用いることができる。熱伝導性に優れ、安価に入手可能な材料として、アルミナ、酸化ケイ素が好適である。放熱フィラーの形状には特に制限はないが、破砕状、丸み状又は真球状であるものが好ましい。また、放熱フィラーは、平均粒径が０．１〜５０μｍのものが好ましく、０．５〜２０μｍのものがより好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であると、絶縁組成物への添加が困難となる傾向があり、５０μｍを超えると、接着性の低下を招く傾向がある。

樹脂に対する放熱フィラーの添加量は金属ベース回路基板としての熱抵抗の要求仕様を満足する添加量に設計することが必要である。一般的に、樹脂に対する放熱フィラーの添加量は、樹脂総量と放熱フィラーとの合計量中、３０重量％から９０重量％の範囲となる量であることが好ましい。ここで、樹脂総量とは、絶縁組成物中の樹脂成分の総量を意味し、絶縁組成物が樹脂成分としてエポキシ樹脂及びアクリル樹脂のみを含有する場合にはエポキシ樹脂及びアクリル樹脂の合計量であり、その他にも樹脂成分を含有する場合、例えば硬化剤としてフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等の樹脂成分を含有する場合には、それらも含めた樹脂成分の合計量を意味する。放熱フィラーの添加量は、樹脂総量と放熱フィラーとの合計量中、６０重量％〜８０重量％であることがより好ましい。放熱フィラーの添加量が少なすぎると、放熱効果が不十分となることがあり、多すぎると、接着性及び部品実装信頼性の低下を招く傾向がある。

絶縁組成物には、上記の成分以外の材料を添加してもよい。例えばエポキシ樹脂硬化剤としては、例えば、フェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物や、硬化剤又は硬化促進剤として用いられる第一級、第二級又は第三級アミン等のアミン類、イミダゾール類が好ましく用いられる。フェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物としては、吸湿時の接着性、耐マイグレーション性に優れることから、フェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物であるフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂を用いるのが好ましい。硬化剤としてフェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物を用いる場合、その使用量は、エポキシ樹脂とアクリル樹脂の合計エポキシ当量に対して水酸基当量が１：１程度となるように使用することが好ましい。合計のエポキシ当量と水酸基当量との比が１を超える又は１未満であると、未反応の樹脂が残存するため、接着性、耐熱性及び信頼性の低下を招く傾向がある。イミダゾール類としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−アミノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチルー２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチルー２−フェニルイミダゾリウムトリメリテート等が挙げられる。硬化剤又は効果促進剤としてイミダゾール類を用いる場合、その使用量はエポキシ樹脂及びグリシジル基を有するアクリル樹脂の総量１００重量部あたり、０．１〜１０重量部とすることが好ましく、０．３〜７重量部とすることがより好ましく、０．５〜３重量部とすることが更に好ましい。この使用量が０．１重量部未満であると、未反応のエポキシ樹脂及びアクリル樹脂が残存し、接着性、耐熱性及び信頼性の低下を招く傾向があり、１０重量部を超えると、余剰のイミダゾール類が残存し、接着性、耐熱性及び信頼性の低下を招く傾向がある。

絶縁組成物には、エポキシ樹脂及びグリシジル基を有するアクリル樹脂以外の樹脂として、更に、メタクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂を使用してもよい。使用にあたり、各樹脂との相溶性に注意することが必要である。これらのその使用量は、エポキシ樹脂、グリシジル基を有するアクリル樹脂及びこれらの樹脂の合計量の３０重量％以下とすることが好ましい。これらの樹脂の使用量が３０重量％を超えると、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂本来の接着性や柔軟性が損なわれ、接着性、部品実装信頼性及び耐マイグレーション性の低下を招く傾向がある。使用する場合には、その使用量は１〜３０重量％とすることが好ましく、５〜１５重量％とすることがより好ましい。

絶縁組成物には、さらに、カップリング剤を配合することもできる。カップリング剤としては、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。また、チタネートカップリング剤の使用も可能である。カップリング剤を使用する場合、その使用量は、エポキシ樹脂とアクリル樹脂の合計１００重量部あたり、０．１〜１０重量部とすることが好ましく、０．５〜５重量部とすることがより好ましい。

絶縁組成物には、さらに、イオン性不純物を吸着して、吸湿時の電気絶縁信頼性をよくするために、イオン捕捉剤を配合することができる。イオン捕捉剤を使用する場合、その配合量は、添加による効果や低弾性、コストの点から、絶縁層の総重量に対して５〜１０重量％が好ましい。イオン捕捉剤としては、銅がイオン化して溶け出すのを防止するため銅害防止剤として知られる化合物、例えば、トリアジンチオール化合物、ビスフェノール系還元剤を配合することもできる。ビスフェノール系還元剤としては、２，２′−メチレン−ビス（４−メチル−６−第３−ブチルフェノール）、４，４′−チオ−ビス（３−メチル−６−第３−ブチルフェノール）等が挙げられる。

また、無機イオン吸着剤としては、ジルコニウム系化合物、アンチモンビスマス系化合物、マグネシウムアルミニウム系化合物、ハイドロタルサイト等が挙げられる。

絶縁層の厚みについては規定がないが、金属回路及び放熱板との密着性及び耐電圧性の確保のため１０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましく、金属ベース回路基板の熱抵抗を考慮すると、３００μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がより好ましい。

本発明における金属ベース回路基板は、放熱板として熱伝導性に優れた金属が使用される。例えば、アルミニウム、銅、鉄、金、銀、鉄あるいはそれらの合金を用いることができる。さらには、セラミックスを添加したアルミニウム板（ＡＬＳＩＣ）を使用することができる。セラミックスとしては、単純酸化物（アルミナ、マグネリア、べリリア、ジルコニア、酸化ウラン、酸化トリウム）、ケイ酸塩（シリカ、ホルステライト、ステアタイト、ワラステナイト、ジルコン、ムライト、コージライト、スポジュメン）、複酸化物（チタン酸アルミニウム、スピネル、アパタイト、チタン酸バリウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、フェライト、ニオブ酸リチウム）、窒化物（窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、窒化ホウ素、窒化チタン）、炭化物（炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステン）、ホウ化物（ホウ化ランタン、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム）、硫化物（硫化カドニウム、硫化モリブデン）、ケイ化物（ケイ化モリブデン）、炭素（アモルファス炭素、黒鉛、ダイアモンド、単結晶サファイア）が挙げられ、価格、添加後のアルミニウム板特性の点で、炭化珪素、アルミナ、カーボンが好適に用いられる。また、添加するセラミックスの形状としては特に制限はなく、真球状、丸み状、破砕状のいずれの形状も使用することができる。アルミニウムあるいはその合金に添加されるセラミックスの添加量に制限はないが、添加する場合には、成形性及び加工性の点から、３重量％から９０重量％の範囲が好ましい。セラミックスを添加したアルミニウム板の製造方法としては、汎用の方法が使用することができ、例えば攪拌法（高速攪拌、真空攪拌、）、浸透法（プリミックス法、非加圧浸透法、加圧浸透法）が挙げられる。また、添加するセラミックスの形状は制限はないが、粒子あるいは繊維が好ましい。放熱板の厚みは特に制限はないが、価格及び加工性の点から０．１〜１０ｍｍの範囲が好ましく、０．５〜５ｍｍの範囲がより好ましい。

回路用金属層としては、銅、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、金、銀、モリブデン、タングステンなどの金属又はこれらの金属２種以上からなる合金を用いることができる。

本発明の金属ベース回路基板は、金属製の放熱板上に絶縁層を介して回路用金属層が形成された構成であり、絶縁層は、上記の絶縁組成物の硬化物である。回路用金属層は、部品を搭載するために回路形成されていてもよい。本発明の金属ベース回路基板は、例えば、上記の絶縁組成物を放熱板と回路用金属層との接着剤として用いて作製することができる。さらに具体的には、以下の方法で作製することができる。
（１）放熱板に絶縁組成物を塗布、乾燥してＢ−ステージ化することにより、或いは、絶縁組成物をフィルム化してＢ−ステージまで硬化させたフィルム状の接着剤を放熱板に張合わせることにより、絶縁組成物のＢ−ステージ硬化物からなる接着剤層を片面に有する接着剤層付き放熱板を作製する。次に接着剤層付放熱板の接着剤層面に金属箔（金属板）を置いて熱プレス又はロールラミネートにより加熱加圧し、接着すると同時に接着剤層をＣ−ステージまで硬化させて絶縁層とすることにより、金属ベース回路基板を得る。
（２）金属層となる金属箔（金属板）に絶縁組成物を塗布、乾燥してＢ−ステージ化することにより、或いは、絶縁組成物をフィルム化してＢ−ステージまで硬化させたフィルム状の接着剤を金属箔（金属板）に張合わせることにより、絶縁組成物のＢ−ステージ硬化物からなる接着剤層を片面に有する接着剤層付き金属箔（金属板）を作製する。次に接着剤層付金属箔（金属板）の接着剤層面に放熱板を置いて熱プレス又はロールラミネートにより加熱加圧し、接着すると同時に接着剤層をＣ−ステージまで硬化させて絶縁層とすることにより、金属ベース回路基板を得る。
（３）放熱板と金属箔（金属板）の間に、絶縁組成物をフィルム化してＢ−ステージまで硬化させたフィルム状の接着剤を挟み込み、熱プレス又はロールラミネートにより加熱加圧し、接着すると同時に接着剤層をＣ−ステージまで硬化させて絶縁層とすることにより、金属ベース回路基板を得る。

絶縁組成物を塗布、乾燥してＢ−ステージ化してフィルム化又は接着剤層化する条件は、通常、７０〜１１０℃における３〜１５分間の加熱とすることが好ましい。また、上記の熱プレスによるＣ−ステージ化は、通常、温度１５０〜２５０℃、圧力１．５〜４ＭＰａ、時間３０〜９０分間の加熱加圧条件で行なうことが好ましい。上記のロールラミネートによるＣ−ステージ化は、通常、温度１００〜１８０℃、線圧４．９〜９８Ｎ／ｃｍ（０．５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ）、ラミネート速度０．１〜１ｍ/分とし、その後１５０〜２００℃、３０分程度の追加加熱の条件で行なうことが好ましい。

本発明における金属ベース回路基板の特徴をまとめ、以下に示す。
グリシジル基濃度が高い低Ｔｇアクリル樹脂を使用しているため、金属ベース回路基板の厚み方向の耐マイグレーション性に優れる。分子量の高い低Ｔｇアクリル樹脂を使用しているため、絶縁層に柔軟性を付与できるため、部品実装信頼性に優れる。
本発明における金属ベース回路基板は、耐マイグレーション性に優れているため、絶縁抵抗の低下が少なく、長期に使用することが可能である。また、絶縁層が柔軟なため、搭載部品を固定している半田及びその周辺にクラックが起こりにくく、過酷な使用環境でも十分耐えうる。さらに、特に、自動車のエンジンルーム内に設置される各種放熱基板の用途には好適に使用することができる。

以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１〜３）
アクリル樹脂（ナガセケムテックス株式会社製試作品、グリシジル基１２重量％、モノマ構成ＥＡ／ＢＡ／ＡＮ／ＧＭＡ＝３８／２０／３０／１２重量比）、重量平均分子量Ｍｗ＝４０万、Ｔｇ＝−５℃）、エポキシ樹脂ＹＤ−１３４（東都化成株式会社製商品名、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）、硬化剤として１−アミノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（キュアゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）（四国化成工業株式会社製商品名）、放熱フィラーとしてアルミナＡＳ−４０（昭和電工株式会社製商品名）を用意し、表１に示す配合量の接着剤を作製した。硬化剤の量は、０．４重量部とした。粘度調整としてメチルエチルケトンを適量使用した。メチルエチルケトンの使用量は、メチルエチルケトン添加による調整後の絶縁組成物ワニスの粘度が２．５Ｐａ・ｓ（２５００ｃＰ）（２５℃）となる量とした。次に、小型攪拌脱泡装置の泡とり練太郎ＭＸ−２０１（株式会社シンキー製商品名）で５分攪拌・混練し、接着剤（絶縁層形成用の絶縁組成物又はそのワニス）とした。この接着剤を、３５μｍｔ電解粗化銅箔ＧＴＳＭＰ（古河サーキットフォイル株式会社製商品名）のマット面上に乾燥後の膜厚が７０μｍとなるように塗布し、８０℃、１０分間乾燥させＢステージの接着剤層付き銅箔を得た。その後、上記接着剤層付き銅箔と放熱板としての２．０ｍｍｔ厚みのアルミ板Ａ−１１００Ｐ（昭和電工株式会社製商品名）とを、１７０℃、２ＭＰａ、６０分間プレス接着し、金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（実施例４〜６）
アクリル樹脂（ナガセケムテックス株式会社製試作品、グリシジル基１０重量％、モノマ構成ＥＡ／ＢＡ／ＡＮ／ＧＭＡ＝２８／２２／４０／１０（重量比）、重量平均分子量Ｍｗ＝７０万、Ｔｇ＝０℃）、エポキシ樹脂エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）、硬化剤として１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール（キュアゾール２ＰＺ−ＣＮ）（四国化成工業株式会社製商品名）に変更した以外は、実施例１〜３と同じであり、表１に示す配合量の接着剤（絶縁層形成用の絶縁組成物又はそのワニス）を調製し、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（実施例７〜９）
放熱板を２．０ｍｍｔ厚みの銅板（三宝伸銅株式会社製）に変更した以外は、実施例１〜３とそれぞれ同じであり、表１に示す配合量の接着剤（絶縁層形成用の絶縁組成物又はそのワニス）を調製し、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（実施例１０〜１２）
放熱板を１．０ｍｍｔ厚みの炭化珪素含有アルミ板（旭硝子株式会社製ＡＬＳＩＣ、炭化珪素２０重量％含有、線膨張係数１６ｐｐｍ）に変更した以外は、実施例１〜３と同じであり、表１に示す配合量の接着剤（絶縁層形成用の絶縁組成物又はそのワニス）を調製し、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（比較例１）
アクリル樹脂ＨＴＲ−８６０−Ｐ３（ナガセケムテック株式会社製商品名、グリシジル基３重量％、モノマ構成ＥＡ／ＢＡ／ＡＮ／ＧＭＡ＝２５／１５／５７／３（重量比）、重量平均分子量Ｍｗ＝８５万、Ｔｇ＝１５℃）に変更した以外は、実施例１と同じであり、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（比較例２）
アクリル樹脂（ナガセケムテック株式会社製試作品、グリシジル基１０重量％、モノマ構成ＥＡ／ＢＡ／ＡＮ／ＧＭＡ＝３５／３０／２５／１０（重量比）、重量平均分子量Ｍｗ＝３万、Ｔｇ＝−１０℃）に変更した以外は、実施例１と同じであり、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。。

（比較例３）
アクリル樹脂（ナガセケムテック株式会社製試作品、グリシジル基１０重量％、モノマ構成ＥＡ／ＢＡ／ＭＭＡ／ＧＭＡ＝５／１０／７５／１０（重量比）、重量平均分子量Ｍｗ＝３５万、Ｔｇ＝６５℃）に変更した以外は、実施例１と同じであり、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

（比較例４）
絶縁組成物をシリコーンゴムＫＥ−１８３０（信越化学工業株式会社製商品名）１００重量部、無機フィラーとしてアルミナＡＳ−４０（昭和電工（株）製商品名）２３０重量部、粘度調節用にトルエンを用いて絶縁組成物ワニスの粘度を２．５Ｐａ・ｓ（２５００ｃＰ）（２５℃）調製した以外は、実施例１と同じであり、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作製した。その基板の特性を測定し、結果を下記表２に示した。

表１中、放熱フィラー含有率は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及び放熱フィラーの合計量に対する放熱フィラーの重量％で示した。

なお、実施例１〜１２及び比較例１〜４についての測定値は、次の測定方法によって測定したものである。

耐マイグレーション性
基板（５５ｍｍ×５５ｍｍ）に対して、２０ｍｍφの円形状パターンの銅箔を５個残すように銅箔面をエッチング処理した。基板の銅箔面を正極、アルミ板を負極となるように厚み方向にＤＣ１００Ｖ印加した状態の基板をＰＣＴ不飽和（１２１℃ ８５％ＲＨ）９６ｈ処理した。処理後の基板厚み方向の絶縁抵抗をＤＣ５００Ｖ ３０秒の条件で測定した。絶縁抵抗は５個の平均値で示した。

貯蔵弾性率
Ｃ−ステージの接着剤層付き銅箔をエッチング処理して、接着剤（絶縁層）を取り出した。
接着剤の動的粘弾性をＤＶＥ−Ｖ４（レオロジー株式会社製商品名）を用い、下記の条件で測定した。
・治具：引張り
・チャック間距離：２０ｍｍ
・昇温速度：５℃／分
・測定周波数：１０Ｈｚ
サンプルサイズ：５ｍｍ幅・３０ｍｍ長さ

耐半田クラック性
基板の銅箔面をエッチングしてパットを形成した。パット間にチップ抵抗を各５個ずつ半田付けし、−６５℃（保持時間３０分）⇔１２５℃（保持時間３０分）の条件で３０００回ヒートサイクル試験を行い（楠本化成株式会社製エタックＮＴ１０２０型ヒートサイクル試験機）、光学顕微鏡により半田及びその周辺のクラックの有無を確認した。クラックの判定については、半田フィレットの長さの１／２以上の場合をクラック発生とした。
チップサイズは以下の通りである。
・１６０８（１．６ｍｍ×０．８ｍｍ）
・３２２５（３．２ｍｍ×２．５ｍｍ）
・５０５２（５．０ｍｍ×５．２ｍｍ）

銅箔密着力
基板の銅箔に１０ｍｍ幅の切れ込みを入れ、銅箔と絶縁層の間で剥がし銅箔密着力をＪＩＳ Ｃ ６４８１に準じて２０℃で測定した。

＊クラック発生数／試験数

表２から明らかなように、実施例１〜１２では、耐マイグレーション性、耐半田クラック性及び、銅箔接着力が優れている。特に耐マイグレーション性と耐半田クラック性との両立が図れていることは特筆すべき点である。この理由としては、柔軟性に優れたアクリル樹脂を絶縁層材料に使用し、アクリル樹脂の架橋度を適度に高めることにより、応力緩和性を維持し、同時にイオンマイグレーションの発生を抑制しているものと思われる。

なお、比較例１では、グリシジル基量が低いアクリル樹脂を使用しているため、耐マイグレーション性に問題がある。比較例２では、分子量が低いアクリル樹脂を使用しているため、銅箔密着力が低い。比較例３では、Ｔｇが高いアクリル樹脂を使用しているため、耐半田クラック性に問題がある。比較例４では、低弾性のシリコーンゴムを絶縁層に使用しているため、銅箔密着力が低い。

本発明に係る金属ベース回路基板は、耐マイグレーション性及び耐半田クラック性に優れ、また放熱板及び金属回路との密着性に優れている特徴を有する。この金属ベース回路基板を使用することにより、特に、エンジンルームのような加熱−冷却が繰り返される環境に使用が可能となることは大きな効果である。

Claims (2)

1. 金属製放熱板上に絶縁層を介して回路用金属層が形成された金属ベース回路基板であって、絶縁層がアクリル樹脂、エポキシ樹脂及び放熱フィラーを含有する絶縁組成物の硬化物であり、アクリル樹脂が、官能基として１０重量％以上のグリシジル基を有し、重量平均分子量Ｍｗが５万〜１００万であり、かつＴｇが−３０℃〜５０℃であることを特徴とする金属ベース回路基板。
2. 絶縁組成物が更に硬化剤を含有する請求項１に記載の金属ベース回路基板。