JP2008211166A - Wiring board - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring board which has electric wirings on at least one surface and is mounted with a heat generating component so that heat radiation characteristics can be improved and adhesiveness between a metal layer and a resin insulating layer can also be improved by reducing thermal stress of the resin insulating layer due to a difference in coefficient of thermal expansion between a first metal layer 3 and a third metal layer 6 even when the difference in coefficient of thermal expansion is large. <P>SOLUTION: A first metal layer 3 of ≥0.5 mm in thickness, a second metal layer 5, and a third metal layer 7 of ≥1 mm in thickness are arranged in this order, and the first metal layer 3 and the second metal layer 5 are united together with a conductive adhesive layer. The second metal layer 5 and the third metal layer 7 are united together with a resin insulating layer 6. Representing the coefficient of thermal expansion of the first metal layer 3 as α1, the coefficient of thermal expansion of the second metal layer 5 as α2, and the coefficient of thermal expansion of the third metal layer 7 as α3, the coefficients of thermal expansion are so set to satisfy α1<α2<α3 when the difference between α1 and α3 is ≥10 ppm/°C. Further, the thickness of the second metal layer 5 is ≥20% of the thickness of the first metal layer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、発熱素子を実装した構成においても、放熱特性が高く、かつ、金属層と樹脂絶縁層との密着性が良好である配線板に関する。   The present invention relates to a wiring board having high heat dissipation characteristics and good adhesion between a metal layer and a resin insulating layer even in a configuration in which a heating element is mounted.

電子機器に搭載する配線板は、電子機器の軽薄短小化に伴う微細配線・高密度実装の技術が求められる一方で、発熱に対応する高放熱の技術も求められている。特に、各種制御・操作に大電流を使用する自動車などにおける電子回路では、導電回路の抵抗に起因する発熱やパワー素子からの発熱が非常に多く、配線板の放熱特性は高レベルであることが必須となってきている。   A wiring board mounted on an electronic device is required to have a technology for fine wiring and high-density mounting in accordance with a reduction in the thickness and size of the electronic device, and a technology for high heat dissipation corresponding to heat generation is also required. In particular, in electronic circuits such as automobiles that use a large current for various controls and operations, heat generation due to the resistance of the conductive circuit and heat generation from the power element are very large, and the heat dissipation characteristics of the wiring board may be high. It has become essential.

その対策として、例えば、図1(b)において、熱伝導率が4W/m・K以上の樹脂絶縁層6の両面に一体化した第1金属層3及び第3金属層7を銅−モリブデン合金で構成した配線板がある(特許文献1の図1)。この構成は、第1金属層3が低熱膨張金属である銅−モリブデン合金で構成されているため、第1金属層3にパワー素子などの発熱部品を実装した場合でも、半田部のクラックを抑制することができる。また、第1金属層3と第3金属層7を同じ材質としているため、半田付リフロー工程などの熱処理を行なった場合でも、樹脂絶縁層6に熱応力が発生することがない。   As a countermeasure, for example, in FIG. 1B, the first metal layer 3 and the third metal layer 7 integrated on both surfaces of the resin insulating layer 6 having a thermal conductivity of 4 W / m · K or more are combined with a copper-molybdenum alloy. There is a wiring board constituted by (FIG. 1 of Patent Document 1). In this configuration, since the first metal layer 3 is made of a copper-molybdenum alloy, which is a low thermal expansion metal, even when a heat-generating component such as a power element is mounted on the first metal layer 3, cracks in the solder portion are suppressed. can do. Further, since the first metal layer 3 and the third metal layer 7 are made of the same material, no thermal stress is generated in the resin insulating layer 6 even when a heat treatment such as a solder reflow process is performed.

しかしながら、第3金属層7を放熱板として使用するときは、加工性がよく、かつ、安価なアルミニウムを使用することが一般的である。この場合、第1金属層3の熱膨張率(銅−モリブデン合金の場合、約9ppm/℃)と第3金属層7の熱膨張率(アルミニウムの場合、約24ppm/℃)の差が大きくなる。このため、半田付リフロー工程などの熱処理を行なった場合に、樹脂絶縁層6に熱応力が発生し、金属層と樹脂絶縁層との密着性が低下するという問題がある。   However, when using the 3rd metal layer 7 as a heat sink, it is common to use aluminum with good workability and cheap. In this case, the difference between the thermal expansion coefficient of the first metal layer 3 (about 9 ppm / ° C. in the case of a copper-molybdenum alloy) and the thermal expansion coefficient of the third metal layer 7 (about 24 ppm / ° C. in the case of aluminum) becomes large. . For this reason, when heat processing, such as a soldering reflow process, is performed, there is a problem that thermal stress is generated in the resin insulating layer 6 and adhesion between the metal layer and the resin insulating layer is lowered.

一方、低温焼成絶縁基体と、セラミックを含有する中間層と、ろう材を介して金具が取り付けられてなる配線板において、前記各層の熱膨張率を特定し、ろう付け時における金具の密着強度を向上させる技術がある(特許文献2)。しかしながら、前記セラミックを含有する中間層やろう材等と比較して弾性率が約1/1000と小さい樹脂絶縁層を配置した配線板では、樹脂絶縁層の熱応力が非常に大きくなるため、更なる改良が必要となる。
特開2006−82370号公報 特許第2525870号公報
On the other hand, in a wiring board formed by mounting a metal fitting via a low-temperature fired insulating substrate, an intermediate layer containing ceramic, and a brazing material, the thermal expansion coefficient of each layer is specified, and the adhesion strength of the metal fitting during brazing is determined. There is a technique to improve (Patent Document 2). However, in a wiring board in which a resin insulating layer having a modulus of elasticity of about 1/1000 smaller than that of the ceramic-containing intermediate layer or brazing material is arranged, the thermal stress of the resin insulating layer becomes very large. The improvement which becomes becomes necessary.
JP 2006-82370 A Japanese Patent No. 2525870

本発明が解決しようとする課題は、樹脂絶縁層を介して一体化した第1金属層と第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、放熱特性を向上させ、かつ、第1金属層と第3金属層の熱膨張率差が大きい場合にも、熱膨張率差による樹脂絶縁層の熱応力を低減し、金属層と樹脂絶縁層との密着性を向上させることである。   A problem to be solved by the present invention is a wiring board in which both surfaces are constituted by a first metal layer and a third metal layer integrated through a resin insulating layer, and at least the first metal layer has a function of electric wiring. Further, even when the heat dissipation characteristics are improved and the difference in thermal expansion coefficient between the first metal layer and the third metal layer is large, the thermal stress of the resin insulation layer due to the difference in thermal expansion coefficient is reduced, and the metal layer and the resin insulation layer It is to improve the adhesiveness.

上記課題を達成するために、本発明に係る配線板(請求項1)は、厚み0.5mm以上の第1金属層と、第2金属層と、厚み1mm以上の第3金属層がこの順に配置され、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、第1金属層と第2金属層が導電性接着剤層で一体化され、第2金属層と第3金属層は樹脂絶縁層で一体化されている。そして、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る。さらに、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。   In order to achieve the above object, the wiring board according to the present invention (Claim 1) includes a first metal layer having a thickness of 0.5 mm or more, a second metal layer, and a third metal layer having a thickness of 1 mm or more in this order. In a wiring board disposed and having at least a first metal layer having a function of electrical wiring, the first metal layer and the second metal layer are integrated with a conductive adhesive layer, and the second metal layer and the third metal layer are made of resin. It is integrated with an insulating layer. When the thermal expansion coefficient of the first metal layer is α1, the thermal expansion coefficient of the second metal layer is α2, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer is α3, the difference between α1 and α3 is 10 ppm / ° C. or more. Sometimes, α1 <α2 <α3 is set. Furthermore, the thickness of the second metal layer is 20% or more of the thickness of the first metal layer.

本発明に係る他の配線板(請求項2)は、上記請求項1において、第2金属層が少なくとも2層以上配置されている。そして、前記第2金属層同士は導電性接着剤層で一体化されており、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。第2金属層の合計厚みは、第1金属層の厚みより厚くてもよい(請求項3)。好ましくは、導電性接着剤層、樹脂絶縁層それぞれ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(請求項4)。   In another wiring board according to the present invention (Claim 2), at least two or more second metal layers are arranged in the first aspect. The second metal layers are integrated with a conductive adhesive layer, and the total thickness of the second metal layers is 20% or more of the thickness of the first metal layer. The total thickness of the second metal layer may be thicker than the thickness of the first metal layer. Preferably, the difference in coefficient of thermal expansion between adjacent metal layers through the conductive adhesive layer and the resin insulating layer is set to 8 ppm / ° C. or less (claim 4).

上記請求項1〜4のいずれかの配線板において、好ましくは、第2金属層の熱伝導率を、第1金属層の熱伝導率より大きく設定する(請求項5)。そして、第1金属層の熱伝導率が150W/m・K以上であり(請求項6)、前記樹脂絶縁層の熱伝導率が4W/m・K以上である(請求項7)。   In the wiring board according to any one of claims 1 to 4, preferably, the thermal conductivity of the second metal layer is set larger than the thermal conductivity of the first metal layer (Claim 5). The thermal conductivity of the first metal layer is 150 W / m · K or more (Claim 6), and the thermal conductivity of the resin insulating layer is 4 W / m · K or more (Claim 7).

上記請求項1〜7のいずれかの配線板において、好ましくは、第2金属層を直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続する。また第2金属層の上に複数の第1金属層を、導電性接着剤層を用いて一体化する。そして複数の第1金属層の上に、複数の発熱素子のうちの対応する1つの発熱素子が半田付け接続して、複数の発熱素子を第2金属層とそれぞれ電気的に接続する(請求項8)。   In the wiring board according to any one of claims 1 to 7, preferably, the second metal layer is electrically connected to an output terminal having one polarity of a DC power source. A plurality of first metal layers are integrated on the second metal layer using a conductive adhesive layer. A corresponding one of the plurality of heating elements is soldered on the plurality of first metal layers, and the plurality of heating elements are electrically connected to the second metal layer, respectively. 8).

上記請求項1〜7のいずれかの配線板において、好ましくは、第2金属層を直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続する。そして第1金属層の上には、複数の発熱素子をそれぞれ半田付け接続して、複数の発熱素子を第2金属層とそれぞれ電気的に接続する(請求項9)。   In the wiring board according to any one of claims 1 to 7, preferably, the second metal layer is electrically connected to an output terminal having one polarity of a DC power source. On the first metal layer, a plurality of heating elements are respectively connected by soldering, and the plurality of heating elements are electrically connected to the second metal layer, respectively.

なお配線板には、第2金属層を直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続し、第2金属層の上に第1金属層を導電性接着剤層を用いて一体化し、第1金属層の上に1つの発熱素子を半田付け接続して構成した素子ユニットを、電気的に絶縁した状態で複数個配置してもよい(請求項10)。   In the wiring board, the second metal layer is electrically connected to the output terminal of one polarity of the DC power source, and the first metal layer is integrated on the second metal layer by using the conductive adhesive layer, A plurality of element units configured by soldering and connecting one heat generating element on the first metal layer may be arranged in an electrically insulated state (claim 10).

上記請求項1〜7のいずれかの配線板において、好ましくは、第2金属層を、第1金属層が一体化される部分と電気配線部分とから構成する。また配線部分の上には電気絶縁樹脂層を介して他の電気配線部分を構成する1以上の第4金属層を一体化する。そして第2金属層を流れる電流の方向と第4金属層を流れる電流の方向とが逆方向になるように発熱素子と第4金属層とを電気的接続手段を介して接続する(請求項11)。   In the wiring board according to any one of claims 1 to 7, preferably, the second metal layer includes a portion where the first metal layer is integrated and an electric wiring portion. Further, one or more fourth metal layers constituting another electric wiring portion are integrated on the wiring portion via an electric insulating resin layer. Then, the heating element and the fourth metal layer are connected via the electrical connection means so that the direction of the current flowing through the second metal layer is opposite to the direction of the current flowing through the fourth metal layer. ).

本発明に係る配線板においては、第1金属層と第3金属層の間に第2金属層を配置したので、導電性接着剤層や樹脂絶縁層で熱伝導が阻害されることが少なくなり、第2金属層を介した第1金属層と第3金属層の熱伝導性は確保され、放熱特性を向上することができる。このとき、第1金属層の厚みを0.5mm以上、第3金属層の厚みを1mm以上とする。これにより、充分な放熱特性を確保することができる。   In the wiring board according to the present invention, since the second metal layer is disposed between the first metal layer and the third metal layer, heat conduction is less likely to be hindered by the conductive adhesive layer or the resin insulating layer. The thermal conductivity of the first metal layer and the third metal layer through the second metal layer is ensured, and the heat dissipation characteristics can be improved. At this time, the thickness of the first metal layer is 0.5 mm or more, and the thickness of the third metal layer is 1 mm or more. Thereby, sufficient heat dissipation characteristics can be ensured.

電気配線の機能を有する第1金属層上にパワー素子等の発熱部品を実装する場合、当該パワー素子の熱膨張率は4ppm/℃程度である。一方、パワー素子直下の第1金属層が銅である場合、熱膨張率は17ppm/℃程度である。パワー素子の発熱と発熱停止による、冷熱サイクルを繰り返すと、両者の熱膨張率の差に起因して、両者を接合している半田部に応力が集中し、半田部にクラックが発生して接続信頼性が低下する。この対策として、パワー素子直下の第1金属層に、銅−モリブデン合金などの低熱膨張金属(熱膨張率:7〜10ppm/℃程度)を使用することにより、半田部のクラックを抑制することができる。   When a heat-generating component such as a power element is mounted on the first metal layer having the function of electrical wiring, the thermal expansion coefficient of the power element is about 4 ppm / ° C. On the other hand, when the first metal layer immediately below the power element is copper, the coefficient of thermal expansion is about 17 ppm / ° C. If the heat cycle of the power element is repeated and the heat generation is stopped, stress is concentrated on the solder part that joins the two due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them, and the solder part is cracked and connected. Reliability decreases. As a countermeasure, it is possible to suppress cracks in the solder portion by using a low thermal expansion metal (thermal expansion coefficient: about 7 to 10 ppm / ° C.) such as a copper-molybdenum alloy for the first metal layer directly under the power element. it can.

一方、第3金属層を放熱板として使用するときは、加工性がよく、かつ、安価なアルミニウムを使用することが一般的である。この場合、アルミニウムの熱膨張率(20〜24ppm/℃)と前記低熱膨張金属の熱膨張率の差が10ppm/℃以上と非常に大きくなる。このため、半田付リフロー工程などの熱処理を行なった場合に、樹脂絶縁層に熱応力が発生し、金属層と樹脂絶縁層との密着性が低下する。第1金属層の厚みが0.5mm以上、第3金属層の厚みが1.0mm以上の場合には、前記熱応力が大きくなり、金属層と樹脂絶縁層との密着性が大幅に低下する。   On the other hand, when the third metal layer is used as a heat sink, it is common to use aluminum that has good workability and is inexpensive. In this case, the difference between the coefficient of thermal expansion of aluminum (20 to 24 ppm / ° C.) and the coefficient of thermal expansion of the low thermal expansion metal is as large as 10 ppm / ° C. or more. For this reason, when heat treatment such as a soldering reflow process is performed, thermal stress is generated in the resin insulating layer, and the adhesion between the metal layer and the resin insulating layer is lowered. When the thickness of the first metal layer is 0.5 mm or more and the thickness of the third metal layer is 1.0 mm or more, the thermal stress is increased, and the adhesion between the metal layer and the resin insulating layer is greatly reduced. .

しかし、本発明に係る配線板においては、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<α2<α3の関係になるように設定したので、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差が第2金属層で緩和され、樹脂絶縁層にかかる熱応力を低減することができる。このとき、第2金属層の厚みを、第1金属層の厚みの20%以上とする。第2金属層の厚みが20%未満の場合、第2金属層の強度が低くなり、樹脂絶縁層にかかる熱応力を低減する効果が充分に得られない。   However, in the wiring board according to the present invention, when the thermal expansion coefficient of the first metal layer is α1, the thermal expansion coefficient of the second metal layer is α2, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer is α3, α1 <α2 Since the relationship of <α3 is set, the difference in coefficient of thermal expansion between the first metal layer and the third metal layer is relaxed by the second metal layer, and the thermal stress applied to the resin insulating layer can be reduced. At this time, the thickness of the second metal layer is set to 20% or more of the thickness of the first metal layer. When the thickness of the second metal layer is less than 20%, the strength of the second metal layer is lowered, and the effect of reducing the thermal stress applied to the resin insulating layer cannot be sufficiently obtained.

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。   With the above configuration, even if the difference in coefficient of thermal expansion between the first metal layer and the third metal layer is 10 ppm / ° C. or more, the thermal stress applied to the resin insulating layer is reduced, and the metal layer and the resin insulating layer are reduced. Adhesion can be improved.

本発明に係る他の配線板は、上記の構成において、第1金属層と第3金属層の間に第2金属層を少なくとも2層以上配置する。そして、前記第2金属層同士は導電性接着剤層で一体化されている。第1金属層と第3金属層の間に2層以上配置した第2金属層の間でも第3金属層に向かって熱膨張率を大きくすれば、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差を徐々に緩和させることができ、樹脂絶縁層にかかる熱応力をさらに低減できる。また、樹脂絶縁層で熱伝導が阻害されることがさらに少なくなり、放熱特性をさらに向上することができる。ここで、第1〜第3金属層において、導電性接着剤層や樹脂絶縁層を介して隣接する金属層の熱膨張率の差を8ppm/℃以下になるように設定することが好ましい。第2金属層が導電性接着剤層を介して2層以上存在する場合は、当該金属層間の熱膨張率差も8ppm/℃以下にすることが好ましい。   In the other wiring board according to the present invention, at least two or more second metal layers are arranged between the first metal layer and the third metal layer in the above configuration. The second metal layers are integrated with a conductive adhesive layer. If the coefficient of thermal expansion is increased toward the third metal layer even between two or more second metal layers arranged between the first metal layer and the third metal layer, the heat of the first metal layer and the third metal layer is increased. The difference in expansion coefficient can be gradually eased, and the thermal stress applied to the resin insulating layer can be further reduced. Further, the heat insulation is further inhibited by the resin insulating layer, and the heat dissipation characteristics can be further improved. Here, in the first to third metal layers, it is preferable to set the difference in coefficient of thermal expansion between adjacent metal layers through the conductive adhesive layer or the resin insulating layer to 8 ppm / ° C. or less. When two or more second metal layers are present via the conductive adhesive layer, the difference in thermal expansion coefficient between the metal layers is preferably 8 ppm / ° C. or less.

このとき、第2金属層の合計厚みを第1金属層の厚みの20%以上とする。第2金属層の合計厚みが20%未満の場合、第2金属層の強度が低くなり、樹脂絶縁層にかかる熱応力を低減する効果が充分に得られない。第2金属層の合計厚みを第1金属層の厚みより厚く設定することにより、放熱効果は一層大きくなる。   At this time, the total thickness of the second metal layer is set to 20% or more of the thickness of the first metal layer. When the total thickness of the second metal layer is less than 20%, the strength of the second metal layer is lowered, and the effect of reducing the thermal stress applied to the resin insulating layer cannot be sufficiently obtained. By setting the total thickness of the second metal layer to be thicker than the thickness of the first metal layer, the heat dissipation effect is further increased.

さらに、第2金属層の熱伝導率を、第1金属層の熱伝導率より大きく設定することにより、放熱効果は大きくなる。また、第1金属層の熱伝導率が150W/m・K以上、樹脂絶縁層の熱伝導率が4W/m・K以上であることが好ましい。   Furthermore, the heat dissipation effect is increased by setting the thermal conductivity of the second metal layer to be larger than the thermal conductivity of the first metal layer. The thermal conductivity of the first metal layer is preferably 150 W / m · K or higher, and the thermal conductivity of the resin insulating layer is preferably 4 W / m · K or higher.

本発明の配線板にパワートランジスタ等の発熱素子を実装する場合には、第2金属層を直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続することができる。その上で第2金属層の上に複数の第1金属層を、導電性接着剤層を用いて一体化する。そして複数の第1金属層の上に、複数の発熱素子のうちの対応する1つの発熱素子が半田付け接続して、複数の発熱素子を第1金属層を介して第2金属層とそれぞれ電気的に接続する。このようにすると第2金属層を熱応力の緩和手段として利用するだけでなく、第2金属層を配線として利用することができるので、配線のための部材を省略することができる。特に第2の金属層上に複数の第1金属層を一体化すると、1つの第2金属層から複数の第1金属層を介して複数の発熱素子に電力を供給することができる。第1金属層の材料の価格が高い場合には、各発熱素子に対して個別に第1金属層を設けるのが好ましい。しかしながら第1金属層を価格の安い材料によって形成する場合には、複数の発熱素子に対して1つの第1金属層を設ければよい。この場合には、使用する1つの第1金属層の大きさを複数の発熱素子を実装できる大きさにすればよい。このようにすると部品点数を減らすことができる。また第2金属層を複数の発熱素子に対して兼用する上記構成は、直流を交流に変換するインバータのブリッジ回路の一部や、交流を直流に変換する整流回路のブリッジ回路の一部を構成する場合に使用することができる。   When a heating element such as a power transistor is mounted on the wiring board of the present invention, the second metal layer can be electrically connected to the output terminal of one polarity of the DC power supply. Then, a plurality of first metal layers are integrated on the second metal layer using a conductive adhesive layer. A corresponding one of the plurality of heating elements is soldered on the plurality of first metal layers, and the plurality of heating elements are electrically connected to the second metal layer via the first metal layer, respectively. Connect. In this case, not only the second metal layer can be used as a means for reducing thermal stress but also the second metal layer can be used as a wiring, so that a member for wiring can be omitted. In particular, when a plurality of first metal layers are integrated on the second metal layer, electric power can be supplied from one second metal layer to the plurality of heating elements via the plurality of first metal layers. When the price of the material of the first metal layer is high, it is preferable to provide the first metal layer individually for each heating element. However, when the first metal layer is formed of a low-cost material, one first metal layer may be provided for a plurality of heating elements. In this case, the size of one first metal layer to be used may be made large enough to mount a plurality of heating elements. In this way, the number of parts can be reduced. In addition, the above-described configuration in which the second metal layer is also used for a plurality of heating elements constitutes a part of an inverter bridge circuit that converts direct current into alternating current and a part of a bridge circuit of a rectifier circuit that converts alternating current into direct current. Can be used if you want.

また配線板には、第2金属層を直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続し、第2金属層の上に第1金属層を、導電性接着剤層を用いて一体化し、第1金属層の上に1つの発熱素子を半田付け接続して構成した素子ユニットを、電気的に絶縁した状態で複数個配置してもよい。このような複数の素子ユニットを設けると、直流―直流コンバータ等の電力変換回路も配線板上に簡単に構成することができる。   In addition, the second metal layer is electrically connected to the output terminal of one polarity of the DC power supply, and the first metal layer is integrated on the second metal layer using the conductive adhesive layer. A plurality of element units configured by soldering and connecting one heat generating element on the first metal layer may be arranged in an electrically insulated state. When such a plurality of element units are provided, a power conversion circuit such as a DC-DC converter can be easily configured on the wiring board.

また第2金属層を、第1金属層が一体化される部分と電気配線部分とから構成した場合には、配線部分の上に電気絶縁樹脂層を介して他の電気配線部分を構成する1以上の第4金属層を一体化するのが好ましい。そして第2金属層を流れる電流の方向と第4金属層を流れる電流の方向とが逆方向になるように発熱素子と第4金属層とを電気的接続手段を介して接続すれば、第2金属層を流れる電流によって発生する磁束と、第4金属層を流れる電流によって発生する磁束とが打ち消しあうように作用するため、回路のインダクタンスを小さくすることができる。   Further, when the second metal layer is composed of a part where the first metal layer is integrated and an electric wiring part, another electric wiring part is formed on the wiring part via an electric insulating resin layer. It is preferable to integrate the fourth metal layer. Then, if the heating element and the fourth metal layer are connected via the electrical connection means so that the direction of the current flowing through the second metal layer and the direction of the current flowing through the fourth metal layer are opposite to each other, Since the magnetic flux generated by the current flowing through the metal layer and the magnetic flux generated by the current flowing through the fourth metal layer act so as to cancel each other, the inductance of the circuit can be reduced.

本発明を実施する具体的な形態は、例えば、図1(a)に示すような構成が望ましい。厚み0.5mm以上の第1金属層3と、第2金属層5と、厚み1mm以上の第3金属層7がこの順に配置されている。少なくとも第1金属層3は電気配線の機能を有する。電気配線の機能を有する第1金属層3には、発熱素子1が半田2により実装される。そして、第1金属層3と第2金属層5が導電性接着剤層4で一体化されている。第2金属層5と第3金属層7は樹脂絶縁層6で一体化されている。さらに、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7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。また、第2金属層5の厚みが第1金属層の厚みの20%以上である。   As a specific form for carrying out the present invention, for example, a configuration as shown in FIG. A first metal layer 3 having a thickness of 0.5 mm or more, a second metal layer 5 and a third metal layer 7 having a thickness of 1 mm or more are arranged in this order. At least the first metal layer 3 has a function of electric wiring. The heating element 1 is mounted with solder 2 on the first metal layer 3 having the function of electrical wiring. The first metal layer 3 and the second metal layer 5 are integrated with the conductive adhesive layer 4. The second metal layer 5 and the third metal layer 7 are integrated with a resin insulating layer 6. Further, when the thermal expansion coefficient of the first metal layer 3 is α1, the thermal expansion coefficient of the second metal layer 5 is α2, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer 7 is α3, the difference between α1 and α3 is 10 ppm / ° C. When this is the case, the relationship α1 <α2 <α3 is set. The thickness of the second metal layer 5 is 20% or more of the thickness of the first metal layer.

本発明を実施する他の具体的な形態は、例えば、図2に示すような構成である。厚み0.5mm以上の第1金属層3と、第2金属層15、25と、厚み1mm以上の第3金属層7がこの順に配置されている。少なくとも第1金属層3は電気配線の機能を有する。電気配線の機能を有する第1金属層3には、発熱素子1が半田2により実装される。そして、第1金属層3と第2金属層15が導電性接着剤層4で一体化されている。前記第2金属層15、25同士も導電性接着剤層14で一体化されている。第2金属層25と第3金属層7は樹脂絶縁層6で一体化されている。さらに、第1金属層3の熱膨張率をα1、第2金属層15、25の熱膨張率をα21、α22、第3金属層7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<α21<α22<α3の関係になるように設定される。また、第2金属層5の厚みが第1金属層の厚みの20%以上である。   Another specific mode for carrying out the present invention is, for example, a configuration as shown in FIG. The first metal layer 3 having a thickness of 0.5 mm or more, the second metal layers 15 and 25, and the third metal layer 7 having a thickness of 1 mm or more are arranged in this order. At least the first metal layer 3 has a function of electric wiring. The heating element 1 is mounted with solder 2 on the first metal layer 3 having the function of electrical wiring. The first metal layer 3 and the second metal layer 15 are integrated with the conductive adhesive layer 4. The second metal layers 15 and 25 are also integrated with the conductive adhesive layer 14. The second metal layer 25 and the third metal layer 7 are integrated by the resin insulating layer 6. Further, when the thermal expansion coefficient of the first metal layer 3 is α1, the thermal expansion coefficients of the second metal layers 15 and 25 are α21 and α22, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer 7 is α3, the difference between α1 and α3. Is set such that α1 <α21 <α22 <α3. The thickness of the second metal layer 5 is 20% or more of the thickness of the first metal layer.

第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差が10ppm/℃未満の場合は、樹脂絶縁層にかかる熱応力が小さいため、第2金属層を配置して熱応力を緩和する効果が小さい。一方、前記熱膨張率の差が10ppm/℃以上の場合においては、第2金属層を配置して、熱応力を緩和する効果が大きく現れる。さらに、前記熱膨張率の差が15ppm/℃以上の場合は、第1金属層と第3金属層の間に第2金属層を2層以上配置して、第1金属層と第3金属層の熱膨張率の差を徐々に緩和させることにより、樹脂絶縁層にかかる熱応力をさらに低減できる。このとき、それぞれ隣接する金属層の熱膨張率の差を8ppm/℃以下になるように設定することが好ましい。   When the difference in coefficient of thermal expansion between the first metal layer and the third metal layer is less than 10 ppm / ° C., the thermal stress applied to the resin insulating layer is small, and therefore the effect of relaxing the thermal stress by arranging the second metal layer is effective. small. On the other hand, when the difference in thermal expansion coefficient is 10 ppm / ° C. or more, the effect of relaxing the thermal stress by arranging the second metal layer appears greatly. Furthermore, when the difference in thermal expansion coefficient is 15 ppm / ° C. or more, two or more second metal layers are disposed between the first metal layer and the third metal layer, and the first metal layer and the third metal layer are disposed. The thermal stress applied to the resin insulating layer can be further reduced by gradually easing the difference in thermal expansion coefficient. At this time, it is preferable to set the difference in coefficient of thermal expansion between adjacent metal layers to 8 ppm / ° C. or less.

上記のような構成は、例えば、一般的に行なわれている積層板や多層板の製造法を適用することができる。すなわち、積層板の製造法のように、各材料を所定の構成に配置して加熱加圧成形により一体化できる。また、多層板の製造法のように、所定の構成単位毎に加熱加圧成形により順次一体化してもよい。そして、所定の発熱素子1を、所定形状に回路加工した第1金属層3上の実装領域に、半田リフロー等の手段により実装する。   The above-described configuration can be applied to, for example, a generally used method for manufacturing a laminated board or a multilayer board. That is, each material can be arranged in a predetermined configuration and integrated by heat and pressure molding as in the method of manufacturing a laminated plate. Moreover, you may integrate sequentially by heating-press molding for every predetermined structural unit like the manufacturing method of a multilayer board. Then, the predetermined heating element 1 is mounted on a mounting region on the first metal layer 3 that has been processed into a predetermined shape by means such as solder reflow.

第1金属層の熱膨張率を7〜10ppm/℃とすると、半田接続信頼性が良好となるので好ましい。例えば、銅/モリブデン、銅/インバー、銅/タングステン、銅/クロムなどの銅合金を使用することができる。その中でも銅/クロム合金は、安価であり、かつ、銅/モリブデン合金と同等の接続信頼性が維持できるので好ましい。これら銅合金の電気伝導率は、銅に比べると劣るものの実用上の支障はない。また、アルミニウムとセラミック粒子の複合材であるアルミニウム合金などでもよい。前記アルミニウム合金の電気伝導率は、銅合金に比べると劣るものの実用上の支障はない。   A thermal expansion coefficient of the first metal layer of 7 to 10 ppm / ° C. is preferable because the solder connection reliability is improved. For example, copper alloys such as copper / molybdenum, copper / invar, copper / tungsten, and copper / chromium can be used. Among these, a copper / chromium alloy is preferable because it is inexpensive and can maintain connection reliability equivalent to that of a copper / molybdenum alloy. Although the electrical conductivity of these copper alloys is inferior to copper, there is no practical problem. Alternatively, an aluminum alloy that is a composite material of aluminum and ceramic particles may be used. Although the electrical conductivity of the aluminum alloy is inferior to that of the copper alloy, there is no practical problem.

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。   Further, it is preferable that the thermal conductivity of the first metal layer is 150 W / m · K or more because the heat dissipation characteristics are improved. Furthermore, if the thickness of the first metal layer is 0.5 mm or more, the heat dissipation characteristics can be improved. However, since composite materials such as copper alloys are higher in strength and price than copper, workability and cost are reduced. It can be set as appropriate in consideration.

第2金属層の熱膨張率を、第1金属層と第3金属層の中間値とすると、樹脂絶縁層にかかる熱応力が低減できるので好ましい。例えば、SUSや銅を使用することができる。その中でも銅は、 熱伝導率が394W/m・Kと大きく、さらに放熱特性を向上できるので好ましい。さらに、第2金属層の合計厚みが第1金属層の厚みの20%以上であれば、熱応力の緩和と放熱特性を向上できるが、第2金属層の合計厚みを第1金属層の厚みよりも厚くすると、さらに放熱特性を向上できるので好ましい。   If the thermal expansion coefficient of the second metal layer is an intermediate value between the first metal layer and the third metal layer, it is preferable because the thermal stress applied to the resin insulating layer can be reduced. For example, SUS or copper can be used. Among them, copper is preferable because it has a high thermal conductivity of 394 W / m · K and can further improve heat dissipation characteristics. Furthermore, if the total thickness of the second metal layer is 20% or more of the thickness of the first metal layer, thermal stress relaxation and heat dissipation characteristics can be improved, but the total thickness of the second metal layer is reduced to the thickness of the first metal layer. It is preferable that the thickness is larger than that because the heat dissipation characteristics can be further improved.

第3金属層を放熱板として使用するときは、アルミニウムやアルミニウム合金を使用することができる。アルミニウムやアルミニウム合金は、加工性が良い、コストが低い、錆びない、熱伝導率が高いという利点から放熱板として非常に適している。さらに、第3金属層の厚みが1mm以上であれば、強度や放熱特性が確保できるが、2〜3mm程度が一般的に使用されている。また、第3金属層の形状は、単なる平板でもよいが、冷却効率を高めるために、厚みを4〜10mm程度とし、樹脂絶縁層と接する反対面に冷却フィンのような形状を施すこともできる。   When the third metal layer is used as a heat sink, aluminum or an aluminum alloy can be used. Aluminum or aluminum alloy is very suitable as a heat sink because of its good workability, low cost, no rust, and high thermal conductivity. Furthermore, if the thickness of the third metal layer is 1 mm or more, strength and heat dissipation characteristics can be secured, but about 2 to 3 mm is generally used. The shape of the third metal layer may be a simple flat plate. However, in order to increase the cooling efficiency, the thickness may be about 4 to 10 mm, and the opposite surface in contact with the resin insulating layer may be shaped like a cooling fin. .

導電性接着剤層は、半田や銀ろう材、銅ろう材などの比較的融点が低い金属を使用することができる。これらの金属で第1金属層と第2金属層を接着すれば、第1金属層と第2金属層の間の導電性が優れるとともに、熱伝導が促進されるので、放熱特性は非常に優れる。また、金属粒子を含有する樹脂接着剤を使用してもよい。例えば、エポキシ樹脂中に銅粒子を添加した導電性樹脂ペーストなどである。特に、電気抵抗の非常に小さい導電性樹脂ペーストであれば、第1金属層と第2金属層の間の導電性が良好となるとともに、熱伝導性も良好となるので好ましい。   For the conductive adhesive layer, a metal having a relatively low melting point such as solder, silver brazing material, or copper brazing material can be used. If the first metal layer and the second metal layer are bonded with these metals, the conductivity between the first metal layer and the second metal layer is excellent and the heat conduction is promoted, so the heat dissipation characteristics are very excellent. . Moreover, you may use the resin adhesive containing a metal particle. For example, a conductive resin paste in which copper particles are added to an epoxy resin. In particular, a conductive resin paste having a very low electric resistance is preferable because the conductivity between the first metal layer and the second metal layer is good and the heat conductivity is good.

導電性接着剤層の形成は、次の工程で実施することができる。導電性接着剤層が半田などの低融点金属の場合は、第1金属層と第2金属層の間に導電性接着剤層を形成して第1金属層と第2金属層を一体化した後、後述する樹脂絶縁層を形成する。また、導電性接着剤層が導電性樹脂ペーストなどの場合は、後述する樹脂絶縁層を形成して第2金属層と第3金属層を一体化した後、第1金属層と第2金属層の間に導電性接着剤層を形成して第1金属層と第2金属層を一体化してもよいし、前記樹脂絶縁層を形成する際に同時に形成して一体化してもよい。   The formation of the conductive adhesive layer can be performed in the following process. When the conductive adhesive layer is a low melting point metal such as solder, a conductive adhesive layer is formed between the first metal layer and the second metal layer to integrate the first metal layer and the second metal layer. Thereafter, a resin insulating layer to be described later is formed. When the conductive adhesive layer is a conductive resin paste or the like, the first metal layer and the second metal layer are formed after forming the resin insulating layer described later and integrating the second metal layer and the third metal layer. A conductive adhesive layer may be formed between the first metal layer and the second metal layer, or may be formed and integrated at the same time when the resin insulating layer is formed.

樹脂絶縁層の厚みは、それぞれの層の厚みを150μm以下とすると、樹脂絶縁層で熱伝導が阻害されることが少なく、放熱特性を向上できるので好ましい。また、樹脂絶縁層の熱伝導率を4W/m・Kとすると、放熱特性を向上できるので好ましい。   It is preferable that the thickness of each resin insulating layer is 150 μm or less because the heat conduction is hardly hindered by the resin insulating layer and the heat dissipation characteristics can be improved. In addition, it is preferable that the thermal conductivity of the resin insulating layer is 4 W / m · K because the heat dissipation characteristics can be improved.

樹脂絶縁層を構成するシート状繊維基材は、ガラス繊維や有機繊維で構成された織布や不織布である。前記シート状繊維基材に含浸する熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂に高熱伝導性の無機充填材を添加することで製造することができる。特に、高熱伝導率が要求される樹脂絶縁層とする場合には、例えば、以下のような樹脂組成を使用する。   The sheet-like fiber base material which comprises a resin insulating layer is the woven fabric and nonwoven fabric which were comprised with glass fiber or organic fiber. The thermosetting resin impregnated in the sheet-like fiber base material can be produced by adding a highly heat-conductive inorganic filler to a phenol resin or an epoxy resin. In particular, when the resin insulating layer is required to have high thermal conductivity, for example, the following resin composition is used.

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。

Figure 2008211166
That is, an epoxy resin composition containing an inorganic filler and containing an epoxy resin monomer having a molecular structure represented by (Formula 1) is employed. The inorganic filler has a thermal conductivity of 20 W / m · K or more, and is present in the insulating layer in an amount of 50 to 250 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the resin solid content.
Figure 2008211166

上記(式1)で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマは、ビフェニル骨格あるいはビフェニル誘導体の骨格をもち、1分子中に2個以上のエポキシ基をもつエポキシ化合物全般である。エポキシ樹脂モノマの硬化反応を進めるために、硬化剤を配合する。硬化剤は、例えば、アミン化合物やその誘導体、酸無水物、イミダゾールやその誘導体、フェノール類又はその化合物や重合体などである。また、エポキシ樹脂モノマと硬化剤の反応を促進するために、硬化促進剤を使用することができる。硬化促進剤は、例えば、トリフェニルホスフィン、イミダゾールやその誘導体、三級アミン化合物やその誘導体などである。   The epoxy resin monomers having the molecular structure represented by the above (formula 1) are all epoxy compounds having a biphenyl skeleton or a biphenyl derivative skeleton and having two or more epoxy groups in one molecule. In order to advance the curing reaction of the epoxy resin monomer, a curing agent is blended. Examples of the curing agent include amine compounds and derivatives thereof, acid anhydrides, imidazoles and derivatives thereof, phenols or compounds and polymers thereof, and the like. Moreover, in order to accelerate | stimulate reaction of an epoxy resin monomer and a hardening | curing agent, a hardening accelerator can be used. Examples of the curing accelerator include triphenylphosphine, imidazole and derivatives thereof, tertiary amine compounds and derivatives thereof, and the like.

上記硬化剤や硬化促進剤を配合したエポキシ樹脂組成物に配合する熱伝導率20W/m・K以上の無機充填材は、金属酸化物又は水酸化物あるいは無機セラミックス、その他の充填材であり、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化チタン、酸化亜鉛、炭化タングステン、アルミナ、酸化マグネシウム等の無機粉末充填材、合成繊維、セラミックス繊維等の繊維質充填材、着色剤等である。これら無機充填材は2種類以上を併用してもよい。   The inorganic filler having a thermal conductivity of 20 W / m · K or more blended in the epoxy resin composition blended with the curing agent or curing accelerator is a metal oxide, hydroxide, inorganic ceramic, or other filler. For example, inorganic powder fillers such as boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, titanium nitride, zinc oxide, tungsten carbide, alumina, magnesium oxide, fibrous fillers such as synthetic fibers and ceramic fibers, colorants, etc. is there. Two or more of these inorganic fillers may be used in combination.

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。   An inorganic filler is mix | blended so that it may become the quantity of 50-250 volume parts with respect to 100 volume parts of resin solid content. The lower limit value of the thermal conductivity and the blending amount of the inorganic filler is necessary when the thermal conductivity of the resin insulating layer is 4 W / m · K or more. Moreover, when there are few inorganic fillers mix | blended with an epoxy resin composition, it will become difficult to disperse | distribute an inorganic filler uniformly in an epoxy resin composition. In this respect as well as ensuring thermal conductivity, it is important to define the lower limit value of the inorganic filler content. On the other hand, when the blending amount of the inorganic filler is increased, the viscosity of the epoxy resin composition is increased and the handling becomes difficult. Therefore, the upper limit value of the blending amount of the inorganic filler is defined from this viewpoint.

尚、無機充填材の熱伝導率が30W/m・K以上であれば、樹脂絶縁層の熱伝導率をさらに高くできるので好ましい。また、無機充填材は、その形状が、粉末(塊状、球状)、短繊維、長繊維等いずれであってもよいが、平板状のものを選定すると、高熱伝導率の無機充填材自身が樹脂中で積み重なった状態で存在することになり、樹脂絶縁層の厚み方向の熱伝導性をさらに高くできるので好ましい。上記エポキシ樹脂組成物には、そのほか必要に応じて難燃剤や希釈剤、可塑剤、カップリング剤等を配合することができる。   In addition, it is preferable if the thermal conductivity of the inorganic filler is 30 W / m · K or more because the thermal conductivity of the resin insulating layer can be further increased. In addition, the inorganic filler may have any shape such as powder (bulk, sphere), short fiber, long fiber, etc. However, when a flat plate is selected, the inorganic filler itself with high thermal conductivity is resin. It exists in the state which accumulated in the inside, and since the heat conductivity of the thickness direction of a resin insulating layer can be made still higher, it is preferable. In addition to the above epoxy resin composition, a flame retardant, a diluent, a plasticizer, a coupling agent, and the like can be blended as necessary.

樹脂絶縁層の形成は、上記エポキシ樹脂組成物を必要に応じ溶剤に希釈してワニスを調製しこれをシート状繊維基材に含浸し、加熱乾燥して半硬化状態にしたプリプレグを準備する。そして、これらを加熱加圧成形して樹脂絶縁層とする。前記加熱加圧成形に当っては、第3金属層−前記プリプレグ−第2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により一体化する。   The resin insulation layer is formed by preparing a prepreg in which the epoxy resin composition is diluted with a solvent as necessary to prepare a varnish, impregnating the varnish into a sheet-like fiber base material, and drying by heating to a semi-cured state. And these are heat-press-molded and it is set as a resin insulating layer. In the heat and pressure molding, the third metal layer, the prepreg and the second metal layer are arranged and stacked in this order, and these are integrated by heat and pressure molding.

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。   When the varnish is prepared by diluting the epoxy resin composition in a solvent, the blending and use of the solvent does not affect the thermal conductivity of the cured epoxy resin.

図3は、上記図1(a)に示した構造を利用して複数(図3に示したものは3個)の発熱素子31を実装する場合の実施の形態の具体的な構成の一例を示している。図3は、本発明の配線板の要部を切り取ってクローズアップして描いたものであり、実際の配線板は更別の配線や部品が実装されることになる。なお図3に示した実施の形態においては、図1に示した構造を構成する部材と同じ部材には、図1に付した符号の数に30の数を加えた数を符号として付して材質等の詳細な説明は省略する。図3の実施の形態では、配線板にパワートランジスタ等の発熱素子31を実装する場合に、第2金属層35が図示しない直流電源の一方の極性の出力端子(プラス端子及びマイナス端子の一方)に電気的に接続される。図3においては、第2の金属層35は第3金属層37と実質的に同じ大きさを有している。そして第2金属層35の上には、複数(3つ)の第1金属層33が導電性接着剤層34を介して接合されている。3つの第1金属層33の上には、それぞれ発熱素子31が半田32によって接合されている。このような発熱素子31は、外装ケースの底壁部が金属によって形成されて電気的な端子を構成しており、外装ケースの底壁部と対向する上壁部に他の電気的な端子が設けられているタイプの部品である。したがって発熱素子31を第1金属層33に半田32によって直接接続するだけで、第1金属層33と発熱素子31とは機械的に電気的にも接続される。そして発熱素子31は、半田32、第1金属層33及び導電性接着剤層34を介して第2導電層35と電気的に接続される。その結果、本実施の形態によれば、第2金属層35を熱応力の緩和手段として利用するだけでなく、第2金属層35を配線として利用することができる。   FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the embodiment when a plurality of (three shown in FIG. 3) heating elements 31 are mounted using the structure shown in FIG. Show. FIG. 3 is a close-up drawing of the main part of the wiring board according to the present invention, and another wiring or component is mounted on the actual wiring board. In the embodiment shown in FIG. 3, the same members as those constituting the structure shown in FIG. Detailed descriptions of materials and the like are omitted. In the embodiment of FIG. 3, when the heating element 31 such as a power transistor is mounted on the wiring board, the second metal layer 35 is an output terminal (one of a plus terminal and a minus terminal) of one polarity of a DC power source (not shown). Is electrically connected. In FIG. 3, the second metal layer 35 has substantially the same size as the third metal layer 37. On the second metal layer 35, a plurality (three) of the first metal layers 33 are joined via the conductive adhesive layer 34. On the three first metal layers 33, the heat generating elements 31 are joined by solder 32, respectively. In such a heating element 31, the bottom wall portion of the outer case is made of metal to form an electrical terminal, and other electrical terminals are placed on the upper wall portion facing the bottom wall portion of the outer case. It is a part of the type provided. Therefore, the first metal layer 33 and the heat generating element 31 are mechanically and electrically connected only by directly connecting the heat generating element 31 to the first metal layer 33 with the solder 32. The heating element 31 is electrically connected to the second conductive layer 35 via the solder 32, the first metal layer 33, and the conductive adhesive layer 34. As a result, according to the present embodiment, not only can the second metal layer 35 be used as means for reducing thermal stress, but also the second metal layer 35 can be used as wiring.

また本実施の形態では、第2金属層35を、第1金属層33が一体化される(接続される)部分35Aと電気配線部分35Bとから構成されている。そしてこの配線部分35Bの上には、エポキシ樹脂などの電気絶縁樹脂層39を介して他の電気配線部分を構成する3つの第4金属層38が配置されて配線板に一体化されている。第4金属層38は、例えば図示しない3つの出力端子に3つの発熱素子31をそれぞれ電気的に接続する機能を果たす。この例では、第4金属層38は、CuまたはCu合金によって形成されている。電気絶縁樹脂層39は、隣り合う2つの第4金属層38の間、隣り合う2つの第1金属層33の間及び隣り合う第1金属層33と第4金属層38との間にも存在して、これら金属層間の電気的絶縁を図っている。また発熱素子31と第4金属層38とはワイヤボンディングからなる電気的接続手段40によって電気的に相互に接続されている。図3中には、矢印で示すように、電流が流れる方向を示してある。この例では、第2金属層35→導電性接着剤層34→3つの第1金属層33→半田32→3つの発熱素子31→電気的接続手段40→3つの第4金属層38の経路で電流が流れている。その結果、第2金属層35を流れる電流の方向と第4金属層38を流れる電流の方向とが逆方向になっている。その結果、第2金属層35を流れる電流によって発生する磁束と、第4金属層38を流れる電流によって発生する磁束とが打ち消しあうように作用するため、回路のインダクタンスが小さくなっている。   In the present embodiment, the second metal layer 35 is composed of a part 35A where the first metal layer 33 is integrated (connected) and an electric wiring part 35B. On the wiring portion 35B, three fourth metal layers 38 constituting another electric wiring portion are arranged via an electric insulating resin layer 39 such as an epoxy resin and integrated with the wiring board. The fourth metal layer 38 functions to electrically connect the three heating elements 31 to, for example, three output terminals (not shown). In this example, the fourth metal layer 38 is formed of Cu or a Cu alloy. The electrically insulating resin layer 39 is also present between the two adjacent fourth metal layers 38, between the two adjacent first metal layers 33, and between the adjacent first metal layer 33 and the fourth metal layer 38. Thus, electrical insulation between these metal layers is achieved. Further, the heating element 31 and the fourth metal layer 38 are electrically connected to each other by an electrical connection means 40 formed by wire bonding. In FIG. 3, the direction of current flow is shown as indicated by arrows. In this example, the second metal layer 35 → the conductive adhesive layer 34 → the three first metal layers 33 → the solder 32 → the three heating elements 31 → the electrical connection means 40 → the three fourth metal layers 38. Current is flowing. As a result, the direction of the current flowing through the second metal layer 35 and the direction of the current flowing through the fourth metal layer 38 are opposite. As a result, since the magnetic flux generated by the current flowing through the second metal layer 35 and the magnetic flux generated by the current flowing through the fourth metal layer 38 cancel each other, the inductance of the circuit is reduced.

本実施の形態のように、第2の金属層35上に複数の第1金属層33を一体化すると、1つの第2金属層35から複数の第1金属層33を介して複数の発熱素子31に電力を供給することができる。第1金属層33の材料の価格が高い場合には、図3の実施の形態のように、各発熱素子31に対して個別に第1金属層33を設けるのが好ましい。しかしながら図4に示すように、第1金属層33′を価格の安い材料によって形成する場合には、複数の発熱素子31に対して1つの第1金属層33′を設ければよい。この場合には、1つの導電性接着剤層34′により1つの第2金属層35と2つの第1金属層33′とが、機械的に且つ電気的に接続されるので、部品点数を減らすことができる。図3及び図4に示す構成は、1つの第2金属層35に3つの発熱素子31が電気的に接続されているので、直流−三相交流インバータモジュールのブリッジ回路の一部や、半導体三相整流回路モジュールのブリッジ回路の一部を構成する場合に利用することができる。   When a plurality of first metal layers 33 are integrated on the second metal layer 35 as in the present embodiment, a plurality of heating elements are formed from one second metal layer 35 via the plurality of first metal layers 33. Power can be supplied to 31. When the price of the material of the first metal layer 33 is high, it is preferable to provide the first metal layer 33 individually for each heating element 31, as in the embodiment of FIG. However, as shown in FIG. 4, when the first metal layer 33 ′ is formed of a low cost material, one first metal layer 33 ′ may be provided for the plurality of heating elements 31. In this case, one second metal layer 35 and two first metal layers 33 ′ are mechanically and electrically connected by one conductive adhesive layer 34 ′, so that the number of parts is reduced. be able to. In the configuration shown in FIGS. 3 and 4, three heating elements 31 are electrically connected to one second metal layer 35, so a part of the bridge circuit of the DC-three-phase AC inverter module, the semiconductor three This can be used when configuring a part of the bridge circuit of the phase rectifier circuit module.

また例えば図3に示す構造において、第2金属層35を個別の第1金属層33に対応させて分離し、分離した複数の第2金属層を電気的に絶縁するようにして複数の素子ユニットを構成するようにしもよい。このような複数の素子ユニットを配線板に設ければ、直流−直流コンバータ等の他の電力変換回路も配線板上に少ない部品点数で構成することができる。   Further, for example, in the structure shown in FIG. 3, the second metal layer 35 is separated corresponding to the individual first metal layers 33, and the plurality of separated second metal layers are electrically insulated from each other so as to electrically isolate the plurality of element units. May be configured. If such a plurality of element units are provided on the wiring board, other power conversion circuits such as a DC-DC converter can be configured on the wiring board with a small number of components.

また上記図3及び図4の実施の形態において、図2に示すように、第2金属層を2層以上の構造としてもよいのは勿論である。   In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the second metal layer may of course have a structure of two or more layers as shown in FIG.

以下、本発明に係る実施例を示し、本発明について詳細に説明する。尚、以下の実施例および比較例において、「部」とは「質量部」を意味する。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、本実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, and the present invention will be described in detail. In the following examples and comparative examples, “part” means “part by mass”. Moreover, this invention is not limited to a present Example, unless it deviates from the summary.

実施例に使用する材料仕様は以下の通りである。   The material specifications used in the examples are as follows.

(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。 (A) Epoxy resin varnish a; 100 parts of an epoxy resin monomer having a biphenyl skeleton as an epoxy resin monomer component (Japan Epoxy Resin “YL6121H”, epoxy equivalent 175) is prepared, and this is methyl isobutyl ketone (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) It melt | dissolved in 100 parts at 100 degreeC, and returned to room temperature. The “YL6121H” includes an epoxy resin monomer in which R = —CH 3 and n = 0.1 in the molecular structural formula (formula 1) described above and R = —H, n in the molecular structural formula (formula 1). = 0.1 An epoxy resin monomer containing an equimolar amount of an epoxy resin monomer of 0.1.

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。   As a curing agent, 22 parts of 1,5-diaminonaphthalene (“1,5-DAN” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., amine equivalent 40) is prepared and dissolved in 100 parts of dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) at 100 ° C. , Returned to room temperature.

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。   The above epoxy resin monomer solution and curing agent solution are mixed and stirred to form a uniform varnish, and alumina (DAW-10 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle size: 10 μm, thermal conductivity 30 W / m as an inorganic filler. -K, particle shape: spherical) 425 parts (equivalent to 100 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the resin solid content) were added and kneaded to prepare an epoxy resin varnish a.

(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。 (B) Epoxy resin varnish b; alumina as an inorganic filler in the epoxy resin varnish a (“DAW-10” manufactured by Denki Kagaku Kogyo, average particle size: 10 μm, thermal conductivity 30 W / m · K, particle shape: spherical An epoxy resin varnish b was prepared in the same manner as the epoxy resin varnish a except that 540 parts by weight (corresponding to 185 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the resin solid content) was added and kneaded.

(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。 (C) Prepreg a: Epoxy resin varnish a was impregnated into a glass nonwoven fabric having a thickness of 100 μm and dried by heating to obtain a prepreg having a thickness of 120 μm.

(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。 (D) Prepreg b: Epoxy resin varnish b was impregnated into a glass nonwoven fabric having a thickness of 100 μm and dried by heating to obtain a prepreg having a thickness of 120 μm.

実施例1
図1(a)の構成材料として、下記の材料を準備した。
Example 1
The following materials were prepared as the constituent materials in FIG.

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7: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6:プリプレグa
第1金属層上に導電性接着剤として銀ろう材を塗布(厚み200μm)し、その上に第2金属層を重ねた状態で、加熱炉の中へ置き、銀ろう材が溶ける所定温度まで加熱することで、第1金属層と第2金属層を一体化した。
1) First metal layer 3: Copper / Invar alloy (thickness 0.5 mm, thermal expansion coefficient 10 ppm / ° C., thermal conductivity 90 W / m · K)
2) Second metal layer 5: SUS304 (thickness 0.1 mm, thermal expansion coefficient 17 ppm / ° C., thermal conductivity 14 W / m · K)
3) Third metal layer 7: Aluminum alloy 4032 (thickness 1.0 mm, thermal expansion coefficient 20 ppm / ° C., thermal conductivity 150 W / m · K)
4) Resin insulation layer 6: prepreg a
A silver brazing material is applied as a conductive adhesive on the first metal layer (thickness: 200 μm), and the second metal layer is placed on the silver brazing material and placed in a heating furnace until the silver brazing material melts. The first metal layer and the second metal layer were integrated by heating.

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1金属層を一体化した第2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。   Next, as shown in FIG. 1A, the third metal layer-the prepreg a1 sheet- (the second metal layer in which the first metal layer is integrated) are arranged and stacked in this order, and these are heated and applied. The laminate was pressed and integrated to obtain a laminated plate having a thickness of 1.84 mm. The heating and pressing were performed under the conditions of heating and pressing for 90 minutes at a temperature of 175 ° C. and a pressure of 6 MPa. Then, the first metal layer of the laminated board was processed into a predetermined shape to obtain a wiring board. The thermal conductivity of the resin insulating layer is 3 W / m · K.

実施例1で得た配線板について、素子発熱温度、剥離面積率および半田接続信頼性を測定した結果を、金属層や樹脂絶縁層の構成と共に表1にまとめて示す。測定は、以下に示す方法による。   Table 1 shows the results of measuring the element heat generation temperature, the peeled area ratio, and the solder connection reliability of the wiring board obtained in Example 1 together with the configurations of the metal layer and the resin insulating layer. The measurement is based on the method shown below.

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。   Thermal expansion coefficient: A plate sample of 5 × 10 mm was cut out from the wiring board, and the thermal expansion coefficient in the plane direction in the range of 30 ° C. to 260 ° C. was measured by TMA measurement.

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。   Thermal conductivity: The heat conduction in the thickness direction of each metal layer and resin insulation layer was measured by a heat flow meter method (based on JIS-A1412).

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)を半田付し、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。   Element heating temperature: A heating element (ceramic heater chip) is soldered to the first metal layer that has been processed into a circuit in a predetermined shape, and the third metal layer is cooled by cooling fins and maintained at a constant temperature. A power of 80 W was input to the heating element, and the element temperature after 2 minutes of input was measured.

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。   Peeling area ratio: The wiring board processed into a predetermined shape was heat-treated for 60 seconds in a reflow furnace having a maximum temperature of 260 ° C. Then, it observed from the upper part of the wiring board with the ultrasonic flaw detector, and measured the peeling area of the metal and resin interface. Then, (peeled area / total area of wiring board) × 100 was defined as a peeled area ratio (%).

実施例2
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。
Example 2
In Example 1, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 1 except that copper (thickness 0.1 mm, thermal expansion coefficient 17 ppm / ° C., thermal conductivity 394 W / m · K) was used as the second metal layer. . By increasing the thermal conductivity of the second metal layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

実施例3
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。
Example 3
In Example 2, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 2 except that aluminum 1100 (thickness 1.0 mm, thermal expansion coefficient 24 ppm / ° C., thermal conductivity 220 W / m · K) was used as the third metal layer. It was. By increasing the thermal conductivity of the third metal layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

実施例4
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。
Example 4
A wiring board in the same manner as in Example 3, except that a copper / molybdenum alloy (thickness 0.5 mm, thermal expansion coefficient 9 ppm / ° C., thermal conductivity 150 W / m · K) is used as the first metal layer in Example 3. Got. By increasing the thermal conductivity of the first metal layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

実施例5
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。
Example 5
In Example 4, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 4 except that prepreg b was used as the resin insulating layer. The thermal conductivity of the resin insulating layer is 4 W / m · K. By increasing the thermal conductivity of the resin insulation layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

実施例6
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。
Example 6
In Example 5, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 5 except that copper (thickness 0.6 mm, thermal expansion coefficient 17 ppm / ° C., thermal conductivity 394 W / m · K) was used as the second metal layer. . By increasing the thickness of the second metal layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

実施例7
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。
Example 7
A wiring board in the same manner as in Example 6 except that a copper / chromium alloy (thickness 0.5 mm, thermal expansion coefficient 10 ppm / ° C., thermal conductivity 180 W / m · K) is used as the first metal layer in Example 6. Got. By increasing the thermal conductivity of the first metal layer, the element heat generation temperature was reduced and the heat dissipation characteristics were improved.

比較例1
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。
Comparative Example 1
In Example 1, the wiring board was obtained like Example 1 except not having arrange | positioned a 2nd metal layer. In Comparative Example 1, since the second metal layer is not disposed, a thermal stress is applied to the resin insulating layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the first metal layer and the third metal layer, and the interface between the metal and the resin is wide. The peeling has occurred. In addition, the element heat generation temperature increased, and the heat dissipation characteristics deteriorated significantly.

比較例2
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。
Comparative Example 2
A wiring board in the same manner as in Example 4 except that a copper / molybdenum alloy (thickness 0.4 mm, thermal expansion coefficient 9 ppm / ° C., thermal conductivity 150 W / m · K) is used as the first metal layer in Example 4. Got. In Comparative Example 2, since the thickness of the first metal layer is thin, the thermal stress applied to the resin insulating layer is reduced. Therefore, even if the second metal layer is disposed, the effect of relaxing the stress is not much. In addition, the element heat generation temperature increased and the heat dissipation characteristics deteriorated.

比較例3
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。
Comparative Example 3
In Example 4, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 4 except that aluminum 1100 (thickness 0.5 mm, thermal expansion coefficient 24 ppm / ° C., thermal conductivity 220 W / m · K) was used as the third metal layer. It was. In Comparative Example 3, since the thickness of the third metal layer is thin, the thermal stress applied to the resin insulating layer is reduced. Therefore, even if the second metal layer is disposed, the effect of relaxing the stress is not much. In addition, the element heat generation temperature increased and the heat dissipation characteristics deteriorated.

比較例4
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。
Comparative Example 4
In Example 4, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 4 except that copper (thickness 0.05 mm, thermal expansion coefficient 17 ppm / ° C., thermal conductivity 394 W / m · K) was used as the second metal layer. It was. In Comparative Example 4, since the thickness of the second metal layer is less than 20% of the first metal layer, the effect of reducing the difference in thermal expansion coefficient between the first metal layer and the third metal layer is reduced. Peeling occurs at the resin interface. In addition, the element heat generation temperature increased, and the heat dissipation characteristics deteriorated significantly.

比較例5
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。
Comparative Example 5
In Example 4, a copper / chromium alloy (thickness 0.5 mm, thermal expansion coefficient 10 ppm / ° C., thermal conductivity 180 W / m · K) was used as the first metal layer, and a copper / molybdenum alloy ( A wiring board was obtained in the same manner as in Example 4 except that a thickness of 0.1 mm, a thermal expansion coefficient of 9 ppm / ° C., and a thermal conductivity of 150 W / m · K were used. In Comparative Example 5, since the thermal expansion coefficient of the second metal layer is larger than that of the first metal layer, the interface between the metal and the resin is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the second metal layer and the third metal layer. Exfoliation occurs in a wide range. In addition, the element heat generation temperature increased with peeling, and the heat dissipation characteristics were greatly deteriorated.

比較例6
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。
Comparative Example 6
In Example 4, a wiring board was obtained in the same manner as in Example 4 except that copper (thickness 1.0 mm, thermal expansion coefficient 17 ppm / ° C., thermal conductivity 394 W / m · K) was used as the third metal layer. It was. In Comparative Example 6, since the difference in coefficient of thermal expansion between the first metal layer and the third metal layer is less than 10 ppm / ° C., the thermal stress applied to the resin insulating layer is reduced, so the second metal layer is disposed. However, there is not much effect of stress relaxation. In addition, when using copper as a 3rd metal layer, there exists a problem that cost is high, rusts, and cannot be reduced compared with the case where aluminum and aluminum alloy are used, and it is not suitable as a heat sink.

実施例2〜7、比較例1〜6の配線板についても、実施例1と同様に特性を測定し、結果を表1〜2に示した。

Figure 2008211166
Figure 2008211166
About the wiring board of Examples 2-7 and Comparative Examples 1-6, the characteristic was measured similarly to Example 1, and the result was shown to Tables 1-2.
Figure 2008211166
Figure 2008211166

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)。   As shown in the above table, in the embodiment according to the present invention, the thermal expansion coefficient of the first metal layer is α1, the thermal expansion coefficient of the second metal layer is α2, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer is α3. Then, when the difference between α1 and α3 is 10 ppm / ° C. or more, the relationship of α1 <α2 <α3 is set, and the thickness of the second metal layer is 20% of the thickness of the first metal layer. Since it was set as the above, it can be understood that the thermal radiation characteristic is improved and the peeling area ratio is suppressed (contrast with Examples 1-8 and Comparative Examples 1-6).

(a)は本発明の実施の形態に係る配線板断面図、(b)は従来の配線板断面図である。(A) is a wiring board sectional view concerning an embodiment of the invention, and (b) is a conventional wiring board sectional view. 本発明の他の実施の形態に係る配線板断面図である。It is a wiring board sectional view concerning other embodiments of the present invention. 複数の発熱素子を実装する場合の他の実施の形態の配線板の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the wiring board of other embodiment at the time of mounting a several heat generating element. 複数の発熱素子を実装する場合の更に他の実施の形態の配線板の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the wiring board of further another embodiment in the case of mounting a plurality of exothermic elements.

符号の説明Explanation of symbols

1、31 発熱素子
2、32 半田
3、33、33′ 第1金属層
4、14、34、34′ 導電性接着剤層
5、15、25、35 第2金属層
6、36 樹脂絶縁層
7、37 第3金属層
1, 31 Heating element 2, 32 Solder 3, 33, 33 'First metal layer 4, 14, 34, 34' Conductive adhesive layer 5, 15, 25, 35 Second metal layer 6, 36 Resin insulating layer 7 37 Third metal layer

Claims (11)

厚み0.5mm以上の第1金属層と、第2金属層と、厚み1mm以上の第3金属層がこの順に配置され、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、
第1金属層と第2金属層が導電性接着剤層で一体化され、第2金属層と第3金属層は樹脂絶縁層で一体化されており、
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。
In a wiring board in which a first metal layer having a thickness of 0.5 mm or more, a second metal layer, and a third metal layer having a thickness of 1 mm or more are arranged in this order, and at least the first metal layer has a function of electric wiring.
The first metal layer and the second metal layer are integrated with a conductive adhesive layer, the second metal layer and the third metal layer are integrated with a resin insulating layer,
When the thermal expansion coefficient of the first metal layer is α1, the thermal expansion coefficient of the second metal layer is α2, and the thermal expansion coefficient of the third metal layer is α3, the difference between α1 and α3 is 10 ppm / ° C. or more. , Α1 <α2 <α3,
A wiring board, wherein the thickness of the second metal layer is 20% or more of the thickness of the first metal layer.
第2金属層が2層以上配置されており、前記第2金属層同士が導電性接着剤層で一体化されており、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に記載の配線板。   Two or more second metal layers are arranged, the second metal layers are integrated with each other by a conductive adhesive layer, and the total thickness of the second metal layers is 20% of the thickness of the first metal layer. It is the above, The wiring board of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 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のいずれかに記載の配線板。   The total thickness of a 2nd metal layer is thicker than the thickness of a 1st metal layer, The wiring board in any one of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 導電性接着剤層、樹脂絶縁層それぞれ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1項に記載の配線板。   The difference in coefficient of thermal expansion between adjacent metal layers through each of the conductive adhesive layer and the resin insulating layer is set so as to be 8 ppm / ° C or less. Wiring board as described in. 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1項に記載の配線板。   The wiring board according to any one of claims 1 to 4, wherein the thermal conductivity of the second metal layer is greater than the thermal conductivity of the first metal layer. 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1項に記載の配線板。   6. The wiring board according to claim 1, wherein the first metal layer has a thermal conductivity of 150 W / m · K or more. 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1項に記載の配線板。   The wiring board according to claim 1, wherein the resin insulating layer has a thermal conductivity of 4 W / m · K or more. 前記第2金属層が直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続されており、
前記第2金属層の上に複数の前記第1金属層が前記導電性接着剤層を用いて一体化されており、
前記複数の第1金属層の上には、複数の発熱素子のうちの対応する1つの前記発熱素子が半田付け接続されていて、前記複数の発熱素子が前記第2金属層とそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の配線板。
The second metal layer is electrically connected to one polarity output terminal of a DC power source;
A plurality of the first metal layers are integrated on the second metal layer using the conductive adhesive layer,
A corresponding one of the plurality of heating elements is soldered on the plurality of first metal layers, and the plurality of heating elements are electrically connected to the second metal layer, respectively. It is connected, The wiring board of any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.
前記第2金属層が直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続されており、
前記第1金属層の上には、複数の発熱素子がそれぞれ半田付け接続されていて、前記複数の発熱素子が前記第2金属層とそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の配線板。
The second metal layer is electrically connected to one polarity output terminal of a DC power source;
The plurality of heating elements are respectively connected by soldering on the first metal layer, and the plurality of heating elements are electrically connected to the second metal layer, respectively. The wiring board according to any one of 1 to 7.
前記第2金属層が直流電源の一方の極性の出力端子に電気的に接続され、
前記第2金属層の上に前記第1金属層が前記導電性接着剤層を用いて一体化され、
前記第1金属層の上に1つの発熱素子が半田付け接続されて構成された素子ユニットが、電気的に絶縁された状態で複数個配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の配線板。
The second metal layer is electrically connected to an output terminal of one polarity of a DC power source;
The first metal layer is integrated on the second metal layer using the conductive adhesive layer,
8. A plurality of element units configured by soldering one heating element on the first metal layer are arranged in an electrically insulated state. The wiring board of any one of Claims.
前記第2金属層は、前記第1金属層が一体化される部分と電気配線部分とを備えており、
前記配線部分の上には電気絶縁樹脂層を介して他の電気配線部分を構成する1以上の第4金属層が一体化されており、
前記第2金属層を流れる電流の方向と前記第4金属層を流れる電流の方向とが逆方向になるように前記発熱素子と前記第4金属層とが電気的接続手段を介して接続されている請求項8〜10のいずれか1項に記載の配線板。
The second metal layer includes a portion where the first metal layer is integrated and an electric wiring portion,
On the wiring part, one or more fourth metal layers constituting another electric wiring part are integrated via an electrically insulating resin layer,
The heating element and the fourth metal layer are connected via an electrical connection means so that the direction of the current flowing through the second metal layer is opposite to the direction of the current flowing through the fourth metal layer. The wiring board according to any one of claims 8 to 10.
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