JP2008187107A - 配線板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂絶縁層4,14を介して一体化した厚み0.5mm以上の第1金属層3と厚み1mm以上の第3金属層6で両表面が構成され、内層には樹脂絶縁層4,14を介して第2金属層5が配置されている。そして、第1金属層3の熱膨張率をα1、第2金属層5の熱膨張率をα2、第3金属層6の熱膨張率をα3としたとき、α1とα3の差が10ppm/℃以上であるときに、α1<α2<α3の関係になるように設定される。さらに、第2金属層5の厚みが第1金属層3の厚みの20%以上である。
【選択図】 図1
Description
さらに、第1金属層と第2金属層の間に配置された樹脂絶縁層にスルーホールを有する(請求項8)。
上記の構成とすることにより、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差が10ppm/℃以上であっても、樹脂絶縁層にかかる熱応力を低減し、金属層と樹脂絶縁層との密着性を高めることができる。
また、第1金属層と第2金属層の間に配置された樹脂絶縁層にスルーホールを有することにより、放熱効果は大きくなる。
また、第1金属層の熱伝導率を150W/m・K以上とすると、放熱特性が向上するので好ましい。さらに、第1金属層の厚みが0.5mm以上であれば、放熱特性を向上できるが、銅合金のような複合材料は、銅に比べて強度や価格が高いことから、加工性やコストを考慮して適宜設定することができる。
すなわち、無機充填材を含有し(式1)で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマを配合したエポキシ樹脂組成物を採用する。前記無機充填材は、熱伝導率20W/m・K以上であって、樹脂固形分100体積部に対し50〜250体積部の量で絶縁層中に存在するようにする。
無機充填材は、樹脂固形分100体積部に対し50〜250体積部の量となるように配合する。前記無機充填材の熱伝導率と配合量の下限値は、樹脂絶縁層の熱伝導率を4W/m・K以上にする場合に必要である。また、エポキシ樹脂組成物に配合する無機充填材が少ないと、無機充填材をエポキシ樹脂組成物中に均一に分散させることが難しくなる。熱伝導性の確保と共にこの点においても、無機充填材配合量の下限値の規定は重要である。一方、無機充填材の配合量を多くすると、エポキシ樹脂組成物の粘性が増大して取り扱いが難しくなるので、無機充填材配合量の上限値は、このような観点から規定する。
エポキシ樹脂組成物を溶剤に希釈してワニスを調製する場合、溶剤の配合・使用が、エポキシ樹脂硬化物の熱伝導性に影響を与えることはない。
(a)エポキシ樹脂ワニスa;エポキシ樹脂モノマ成分としてビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂モノマ(ジャパンエポキシレジン製「YL6121H」,エポキシ当量175)100部を用意し、これをメチルイソブチルケトン(和光純薬製)100部に100℃で溶解し、室温に戻した。前記「YL6121H」は、既述の分子構造式(式1)において、R=−CH3,n=0.1であるエポキシ樹脂モノマと分子構造式(式1)において、R=−H,n=0.1であるエポキシ樹脂モノマを等モルで含有するエポキシ樹脂モノマである。
硬化剤として1,5−ジアミノナフタレン(和光純薬製「1,5−DAN」,アミン当量40)22部を用意し、これをジメチルホルムアミド(和光純薬製)100部に100℃で溶解し、室温に戻した。
上記のエポキシ樹脂モノマ溶液と硬化剤溶液を混合・撹拌して均一なワニスにし、さらに無機充填材としてアルミナ(電気化学工業製「DAW−10」,平均粒子径:10μm,熱伝導率30W/m・K,粒子形状:球状)425部(樹脂固形分100体積部に対し100体積部に相当)を加えて混練し、エポキシ樹脂ワニスaを調製した。
(b)エポキシ樹脂ワニスb;エポキシ樹脂ワニスa中の無機充填材であるアルミナ(電気化学工業製「DAW−10」,平均粒子径:10μm,熱伝導率30W/m・K,粒子形状:球状)を540重量部(樹脂固形分100体積部に対し185体積部に相当)を加えて混練する以外はエポキシ樹脂ワニスaと同様にしてエポキシ樹脂ワニスbを調製した。
(c)プリプレグa;エポキシ樹脂ワニスaを、厚み100μmのガラス不織布に含浸し加熱乾燥して厚み120μmのプリプレグを得た。
(d)プリプレグb;エポキシ樹脂ワニスbを、厚み100μmのガラス不織布に含浸し加熱乾燥して厚み120μmのプリプレグを得た。
図1(a)の構成材料として、下記の材料を準備した。
1)第1金属層3:銅/インバー合金(厚み0.5mm、熱膨張率10ppm/℃、熱伝導率90W/m・K)
2)第2金属層5:SUS304(厚み0.1mm、熱膨張率17ppm/℃、熱伝導率14W/m・K)
3)第3金属層6:アルミニウム合金4032(厚み1.0mm、熱膨張率20ppm/℃、熱伝導率150W/m・K)
4)樹脂絶縁層4、14:プリプレグa
次に、図1(a)の構成となるように、第3金属層−プリプレグa1枚−第2金属層−プリプレグa1枚−第1金属層の順序で配置して積み重ね、これらを加熱加圧成形して一体化し、厚み1.84mmの積層板を得た。加熱加圧成形は、温度175℃、圧力6MPaの条件で90分間加熱加圧の条件で行った。そして、前記積層板の第1金属層を所定形状に回路加工して、配線板とした。樹脂絶縁層の熱伝導率は、3W/m・Kである。
熱膨張率:配線板から5×10mmの板状試料を切り出し、TMA測定にて30℃〜260℃の範囲における平面方向の熱膨張率を測定した。
熱伝導率:各金属層や樹脂絶縁層の厚さ方向の熱伝導を、熱流計法(JIS−A1412準拠)にて測定した。
素子発熱温度:所定形状に回路加工した第1金属層に発熱素子(セラミックヒータチップ)をはんだ付し、第3金属層を冷却フィンにて冷却し、一定温度に保つ。発熱素子に80Wの電力を入力し、入力2分後の素子温度を測定した。
剥離面積率:所定形状に加工した配線板を最高温度260℃のリフロー炉で60秒間熱処理を行なった。その後、超音波探傷器にて配線板の上部から観察し、金属と樹脂界面の剥離面積を測定した。そして、(剥離面積/配線板の全面積)×100を剥離面積率(%)とした。
実施例1において、第2金属層として銅(厚み0.1mm、熱膨張率17ppm/℃、熱伝導率394W/m・K)を使用する以外は実施例1と同様にして配線板を得た。第2金属層の熱伝導率を大きくしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例2において、第3金属層としてアルミニウム1100(厚み1.0mm、熱膨張率24ppm/℃、熱伝導率220W/m・K)を使用する以外は実施例2と同様にして配線板を得た。第3金属層の熱伝導率を高くしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例3において、第1金属層として銅/モリブデン合金(厚み0.5mm、熱膨張率9ppm/℃、熱伝導率150W/m・K)を使用する以外は実施例3と同様にして配線板を得た。第1金属層の熱伝導率を高くしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例4において、樹脂絶縁層としてプリプレグbを使用する以外は実施例4と同様にして配線板を得た。樹脂絶縁層の熱伝導率は、4W/m・Kである。樹脂絶縁層の熱伝導率を高くしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例5において、第2金属層として銅(厚み0.6mm、熱膨張率17ppm/℃、熱伝導率394W/m・K)を使用する以外は実施例5と同様にして配線板を得た。第2金属層を厚くしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例6において、第1金属層として銅/クロム合金(厚み0.5mm、熱膨張率10ppm/℃、熱伝導率180W/m・K)を使用する以外は実施例6と同様にして配線板を得た。第1金属層の熱伝導率を高くしたことにより、素子発熱温度が低減し、放熱特性が向上した。
実施例7の配線板を用いて、第1金属層の上面から第2金属層まで達する貫通穴100穴(穴径0.9mmφ、ピッチ1.6mm)をドリルで加工した。この貫通穴の内壁に厚み50μmの銅メッキを施して配線板を得た。樹脂絶縁層にスルーホールを形成することにより、素子発熱温度が低減し、樹脂絶縁層の放熱特性が向上した。
実施例1において、第2金属層を配置しないこと以外は実施例1と同様にして配線板を得た。比較例1においては、第2金属層が配置されていないので、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差によって、樹脂絶縁層に熱応力がかかり、金属と樹脂の界面が広範囲で剥離が発生している。また、素子発熱温度が大きくなり、放熱特性が大幅に悪化した。
実施例4において、第1金属層として銅/モリブデン合金(厚み0.4mm、熱膨張率9ppm/℃、熱伝導率150W/m・K)を使用する以外は実施例4と同様にして配線板を得た。比較例2においては、第1金属層の厚みが薄いので、樹脂絶縁層にかかる熱応力が小さくなるため、第2金属層を配置しても、あまり応力緩和をする効果がない。また、素子発熱温度が大きくなり、放熱特性が悪化した。
実施例4において、第3金属層としてアルミニウム1100(厚み0.5mm、熱膨張率24ppm/℃、熱伝導率220W/m・K)を使用する以外は実施例4と同様にして配線板を得た。比較例3においては、第3金属層の厚みが薄いので、樹脂絶縁層にかかる熱応力が小さくなるため、第2金属層を配置しても、あまり応力緩和をする効果がない。また、素子発熱温度が大きくなり、放熱特性が悪化した。
実施例4において、第2金属層として銅(厚み0.05mm、熱膨張率が17ppm/℃、熱伝導率394W/m・K)を使用する以外は実施例4と同様にして配線板を得た。比較例4においては、第2金属層の厚みが第1金属層の20%未満であるので、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差を緩和する効果が小さくなり、金属と樹脂の界面に剥離を発生している。また、素子発熱温度が大きくなり、放熱特性が大幅に悪化した。
実施例4において、第1金属層として銅/クロム合金(厚み0.5mm、熱膨張率10ppm/℃、熱伝導率180W/m・K)を使用し、第2金属層として銅/モリブデン合金(厚み0.1mm、熱膨張率が9ppm/℃、熱伝導率150W/m・K)を使用すること以外は実施例4と同様にして配線板を得た。比較例5においては、第2金属層の熱膨張率が第1金属層の熱膨張率より大きいので、第2金属層と第3金属層の熱膨張率の差によって、金属と樹脂の界面が広範囲で剥離を発生している。また、剥離に伴って素子発熱温度が大きくなり、放熱特性が大幅に悪化した。
実施例4において、第3金属層として銅(厚み1.0mm、熱膨張率が17ppm/℃、熱伝導率394W/m・K)を使用する以外は実施例4と同様にして配線板を得た。比較例6においては、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差が10ppm/℃未満であるので、樹脂絶縁層にかかる熱応力が小さくなるため、第2金属層を配置しても、あまり応力緩和をする効果がない。なお、第3金属層として銅を使用した場合は、アルミニウムやアルミニウム合金を使用した場合に比べ、コストが高い、錆びる、軽量化できないという問題があり、放熱板として適していない。
上記表に示したように、 本発明に係る実施例においては、第1金属層の熱膨張率をα1、第2金属層の熱膨張率をα2、第3金属層の熱膨張率をα3としたとき、α1とα3の差が10ppm/℃以上であるときに、α1<α2<α3の関係になるように設定し、かつ、第2金属層の厚みが第1金属層の厚みの20%以上としたので、放熱特性が向上し、剥離面積率を抑えられていることが理解できる(実施例1〜8と比較例1〜6との対比)。
2ははんだ
3は第1金属層
4、14、24、34、44は樹脂絶縁層
5、15、25は第2金属層
6は第3金属層
Claims (8)
- 樹脂絶縁層を介して一体化した厚み0.5mm以上の第1金属層と厚み1mm以上の第3金属層で両表面が構成され、少なくとも第1金属層が電気配線の機能を有する配線板において、
内層には樹脂絶縁層を介して第2金属層を有しており、
第1金属層の熱膨張率をα1、第2金属層の熱膨張率をα2、第3金属層の熱膨張率をα3としたとき、α1とα3の差が10ppm/℃以上であるときに、α1<α2<α3の関係になるように設定され、
第2金属層の厚みが第1金属層の厚みの20%以上であることを特徴とする配線板。 - 第2金属層は、樹脂絶縁層を介して少なくとも1層以上存在し、前記第2金属層の合計厚みが第1金属層の厚みの20%以上であることを特徴とする請求項1記載の配線板。
- 第2金属層の合計厚みが第1金属層の厚みより厚いことを特徴とする請求項1又は2記載の配線板。
- 樹脂絶縁層を介して隣接する金属層同士の熱膨張率の差を8ppm/℃以下になるように設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の配線板。
- 第2金属層の熱伝導率が、第1金属層の熱伝導率より大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の配線板。
- 第1金属層の熱伝導率が150W/m・K以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の配線板。
- 前記樹脂絶縁層の熱伝導率が4W/m・K以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の配線板。
- 第1金属層と第2金属層の間に配置された樹脂絶縁層にスルーホールを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の配線板。
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