JP2008218579A - 金属ベース回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、耐湿性に優れ、特に高温高湿下で直流高電圧印加時の長時間使用に耐えうる回路基板を提供する。
【解決の手段】回路と回路、又は回路と金属箔若しくは金属板とが絶縁層を介して設けられている回路基板であって、前記絶縁層が無機イオン交換体を含有し、しかも前記無機イオン交換体を９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０であることを特徴とする回路基板と、金属箔又は金属板の一主面上に、９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０である無機イオン交換体を含有する絶縁層を介して、回路形成用の金属箔を接合し、少なくとも前記回路形成用の金属箔より回路形成する回路基板の製造方法であって、前記回路形成する方法が酸エッチング法であることを特徴とする回路基板の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、混成集積回路等に用いられる回路基板に関する。

近年、高電圧で駆動するパワートランジスタやハイブリッドＩＣを高密度に実装備する例が増加し、放熱設計の問題が重要になっているため、回路基板として放熱性に優れた金属板を基板とする金属ベース回路基板が使用されるようになってきた。

金属ベース回路基板に於いては、放熱性を向上させるためには絶縁層の膜厚を薄くすること、また絶縁層に高熱伝導率で電気絶縁性の無機フィラーを多量に充填することが好ましいが、この場合、吸湿時の絶縁信頼性が低下しやすいという問題点があった。

無機フィラーと樹脂とを混練した組成物中に無機イオン交換体を含むイオン吸着物質を添加することにより、安価で耐湿性に優れ、特に高湿高温下で交流及び直流高電圧印加時の長時間使用に耐えられるような回路基板が開示されている（特許文献１参照）。

また、樹脂に無機イオン交換体を含むイオン吸着物質を添加し、イオン性不純物を吸着させた後、樹脂中からイオン吸着物質を濾過にて除去し、前記操作で得られた樹脂を絶縁層材料に用いることにより、安価で耐湿性に優れ、特に高湿高温下で交流及び直流高電圧印加時の長時間使用に耐えられる回路基板を提供できることが特許文献２に開示されている。

特開平７−１３５３８０号公報 特開平８−０２３１４６号公報

しかし、本発明者の検討結果によれば、イオン吸着物質（無機イオン交換体含）を用いることによるイオン性不純物の低減のみだけでは、耐湿性の改善及び向上は完全でない。本発明者は、更なる検討の結果、イオン性不純物低減同様に耐湿性向上に寄与するとされるカップリング剤の樹脂と無機物界面の反応について、熱水抽出水のｐＨが中性からアルカリ性の無機物質が適していること等の以下の知見を見出した。

樹脂中のイオン性不純物を濾過するとの処方に付いては、確かに樹脂由来のイオン性不純物を低減することに対し有効であると思われるが、回路基板の回路作製において使用されるエッチング液由来の酸性イオン、例えば硫酸イオン、塩素イオンの低減について、同処方は何ら寄与しない。酸エッチング液を用いる回路基板の耐湿性向上において、エッチング液由来のイオン性不純物の低減は重要視されている。

本発明は、前記従来公知技術の課題を解決し、耐湿性に優れる回路基板を提供することを目的になされたものであり、絶縁層中に特定な性質を有する無機イオン交換体を用いるときに耐湿性が極めて優れる回路基板が得られるという知見に基づいてなされたものである。

本発明は、回路と回路、又は回路と金属箔若しくは金属板とが絶縁層を介して設けられている回路基板であって、前記絶縁層が無機イオン交換体を含有し、しかも前記無機イオン交換体を９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０であることを特徴とする回路基板であり、好ましくは、無機イオン交換体が絶縁層中に０．３〜５．０質量％含有する前記の回路基板であり、更に好ましくは、回路が銅からなることを特徴とする前記の回路基板であり、更に好ましくは、金属箔又は金属板が銅からなることを特徴とする前記の回路基板、又は、金属箔又は金属板がアルミニウムからなることを特徴とする前記の回路基板である。

本発明は、金属箔又は金属板の一主面上に、９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０である無機イオン交換体を含有する絶縁層を介して、回路形成用の金属箔を接合し、少なくとも前記回路形成用の金属箔より回路形成する回路基板の製造方法であって、前記回路形成する方法が酸エッチング法であることを特徴とする回路基板の製造方法であり、好ましくは、前記酸エッチング法が、硫酸又は塩酸を含むエッチャントを用いることを特徴とする前記の回路基板の製造方法である。

本発明の回路基板は、絶縁層中に特定の無機イオン交換体を用いているので、安価で、耐湿性に優れ、特に高湿高温下で交流又は直流高電圧印加時であっても長時間の使用に耐えられる回路基板を供することができる。

本発明の回路基板の製造方法は、前記の優れた特性を有する回路基板を生産性高く、従って安価に、多量に提供できる。

本発明の絶縁層の樹脂成分としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの樹脂が使用可能である。エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であれば良い。ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルやその多量体であるエピビス型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂等が使用可能である。ノボラック型エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量１６０〜２５０、軟化点５０〜１３０℃のものが用いられ、このうちクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好ましく用いられる。

エポキシ樹脂と共に用いられる硬化剤としては、ノボラック型フェノール樹脂、酸無水物またはアミンを好適な例としてあげることができ、これらは単独であるいは併用できる。

フェノ−ル樹脂は、フェノール、クレゾール、ビスフェノールＡ等のフェノ−ル類とホルムアルデヒド等のアルデヒド類を酸、アルカリ触媒下で合成することにより得られた樹脂で特に制限するものではない。フェノール、ビスフェノールＡ、クレゾール等のレゾール、ノボラック型樹脂を使用できる。

絶縁層の熱伝導向上のために前記樹脂に無機フィラーを添加することが好ましい。無機フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等、電気絶縁性で樹脂よりも熱伝導性に優れるものならば、いずれのものでも使用できる。また、無機フィラーの形状は球状、破砕状のいずれのものでも使用できる。絶縁層中の無機フィラーの配合割合は、絶縁層が有するべき特性に応じて変えることができ、絶縁層中で２０〜８０体積％となるように選択される。５０〜７０体積％が好ましい範囲である。

無機フィラーを含有する場合には、シランカップリング剤などのカップリング剤を樹脂中に配合することが好ましい。吸湿時の電気特性を劣化させるイオン性不純物は、無機フィラーにより絶縁層中に多量に導入されるのでイオン吸着無機物質と組合せ使用することにより顕著な特性向上をはかることが出来る。また吸湿時の電気特性の劣化は、無機フィラーと樹脂の界面密着性によっても大きく影響され、界面密着性に寄与するカップリング剤の添加は効果的である。カップリング剤の添加量は、無機フィラー粒子の表面積を少なくても単分子層で覆る量で十分であり、カップリング剤の単位重量当たりの被覆面積と無機フィラー表面積から計算して求める。

無機イオン交換体はイオン交換を行なう物質である。無機イオン交換体は、イオン吸着無機物質の構造、構成に起因して生じるイオン交換能により液体、固体から物質移動を行ない、イオンを分離する無機物質である。例えば、アルミノケイ酸縮合型ゼオライトは、シリカ構造のＳｉの一部がＡｌに置換して３次元的な構造をしておりＡｌが３価であるので陰イオンとなり陽イオンを取り込み中和することが出来る。シリカゲルでは、その粒子表面はシラノール基で覆われており、このシラノ−ルは、極わずかにイオン解離して水素イオンを出し、陽イオン交換能を示す。無機イオン交換体は、イオン吸着無機物質の吸着性とイオン交換能を有するのでイオン捕捉の面でよりすぐれる。

本発明においては、９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０を示すような無機イオン交換体を用いる。前記の無機イオン交換体として、アルミノケイ酸縮合型ゼオライト、シリカゲル、活性白土のモンモリロナイト、アンチモン、ビスマス系化合物である「ＩＸＥ−６００」（東亜合成化学工業社製）、ジルコニウム系化合物である「ＩＸＥ−１００」（東亜合成化学工業社製）、ジルコニア、ビスマス系化合物である「ＩＸＥ−６１３７」（東亞合成化学工業社製）等が例示される。

また、無機イオン交換体として、９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが９．５である無機イオン交換体として、アルミニウム及びマグネシウムの複合酸化物である「ＩＸＥ−７００」（東亜合成化学工業社製）及び「ＩＸＥ−７００Ｆ」（東亜合成化学工業社製）等が例示される。

本発明において、前記特定の性質を示す無機イオン交換体を選択するときに耐湿性の改善された回路基板が得られる理由については明らかでないが、本発明者は、カップリング剤との縮合反応が進行し易く、耐湿性の向上が得られるものと推察している。

前記特定な性質の無機質イオン交換体の配合量については、絶縁層中に０．３〜５．０質量％となるようにすることが好ましい。前記範囲内で十分に本発明の効果が得られる。より好ましい範囲は１．０〜３．０質量％である。

本発明の回路基板の製造方法を、金属ベース回路基板を製造する場合を一例として説明する。

まず、アルミニウム等の金属板を準備し、この上に、前述した、特定な性質を有する無機質イオン交換体と無機質フィラーとを含有する樹脂を塗布し、その上に銅箔等の金属箔を積層し、加圧下で加熱することにより一体化し、金属ベース基板を得る。

次に、前記金属箔の所定部分にアクリレート系樹脂組成物である「ＵＶＭ−９００ Ｕ１６」（太陽インキ製造社製）及び「ＵＶＭ−９００ Ｕ５５」（太陽インキ製造社製）などのマスキング剤を塗布し硬化後、塩酸、硫酸、或いはアルカリ等により金属箔をエッチングし、前記マスキング剤を除去することで、回路形成し、金属ベース回路基板を得る。

本発明は、回路基板に銅からなる回路、或いは金属板若しくは金属箔が含まれる場合に、効果的であり、好ましい。その理由は明らかでないが、絶縁層中に特定の無機イオン交換体を混合することにより、それが樹脂由来の、また回路形成時のエッチング液残渣の由来のイオン性不純物を吸着補捉することにより絶縁層中のイオン性不純物が低減するためと思われる。また、銅からなる回路を有する場合、金属板や金属箔がアルミニウムであっても同様な効果が得られる。

（実施例１）無機フィラーの粗粉として結晶質二酸化珪素（龍森社製、「Ａ−１」；最大粒径が９６μｍで、５〜５０μｍの粒子を６０質量％含有し、平均粒子径が１２μｍ）５５質量部と、無機フィラーの微粉として結晶質二酸化珪素（龍森社製、「５Ｘ」；０．７μｍ以下が７０質量％、２．０μｍ以上が７０質量％で、平均粒子径が１．２μｍ）１４質量部とを混合して、原料無機フィラーとして用意した。

予めの実験により、熱水抽出水のｐＨが９．５であることを確認した、無機イオン交換体（東亞合成社製、「ＩＸＥ−７００Ｆ」）１質量部を添加剤として準備した。

ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、「ＥＰ８２８」）２０質量部、シランカップリング剤（日本ユニカー社製、「Ａ−１８７」）１質量部を配合して、加熱温度９０℃で混練機により混練しながら、前記原料無機フィラー５０質量部及び前記添加剤１．０質量部を混合して、組成物（ａ）を作製した。

ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０質量部に対して、硬化剤としてアミノ系硬化樹脂（日本合成化工社製、「Ｈ-８４Ｂ」）を６質量部加え、組成物（ｂ）を得た。

組成物（ｂ）を１５０℃で１時間、更に１８０℃で２時間加熱して硬化物を得て、この硬化物について、レーザーフラッシュ法での熱伝導率を測定したところ、１．７Ｗ／ｍＫであった。この結果を表１に示した。

厚み１．５ｍｍのアルミニウム板上に、樹脂組成物（ｂ）を、硬化後の厚みが１００μｍとなるように塗布し、１００℃０．１時間加熱して半硬化状態にした後、組成物（ｂ）上に厚さ７０μｍの銅箔を積層し、更に１８０℃２時間加熱して硬化を完了させ、混成集積回路用の基板を作製した。

前記基板について、後述する通りに、各種の特性を調べ、その結果を表２に示した。

＜耐電圧＞測定用試料として銅箔の周囲をエッチングし、直径２０ｍｍの円形部分を残し試料とした。温度８５℃、湿度８５％ＲＨ、ＤＣ１０００Ｖ、１０００時間の条件下に暴露した前後及び温度１２１℃、湿度１００％ＲＨ、２ａｔｍ、９６時間の条件下に暴露した前後の耐電圧について、試験片を絶縁油中に浸漬し、室温で交流電圧を銅箔とアルミニウム板間に印加させ、ＪＩＳ Ｃ２１１０に基づき測定した。測定器には、菊水電子工業社製、「ＴＯＳ−８７００」を用いた。

＜絶縁抵抗値＞測定用試料として銅箔の周囲をエッチングし、ＪＩＳ Ｃ６４８１に基づく櫛型及び電極状に残し試料とした。温度８５℃、湿度８５％ＲＨ、ＤＣ１０００Ｖ、１０００時間の条件下に暴露した前後及び温度１２１℃、湿度１００％ＲＨ、２ａｔｍ、９６時間の条件下に暴露した前後の絶縁抵抗値について、室温で直流電圧１００Ｖを銅箔とアルミニウム板間に印加させ、ＪＩＳ Ｃ６４８１に基づき測定した。測定器には、アドバンテスト社製、「Ｒ８３４０Ａ」を用いた。

＜熱水処理実験＞
無機質イオン交換体について、ビーカー中で試料１．０ｇに水１００ｇを加え、９５℃２０時間処理し、冷却後水を濾過して回収しＰＨを測定した。

（実施例２、３）無機イオン交換体の配合量を表１に示す通りに変えたこと以外は実施例１と同様にして回路基板を得た。この結果を表２に示す。

（比較例１）無機イオン交換体を加えない他は実施例１と同様にして回路基板を得た。この結果を表２に示す。

（比較例２、３）無機イオン交換体の種類を変えたこと以外は実施例１と同様にして回路基板を得た。この結果を表２に示す。

本発明によれば、絶縁層中に特定の無機イオン交換体を添加したあるので、耐湿性が非常に向上し、銅箔腐食、イオンの移行が低減することができ、結果的に、吸湿時の耐電圧、絶縁抵抗、耐電食性等の絶縁信頼性が著しく改善された回路基板が提供できるので、産業上極めて有用である。

本発明の回路基板の製造方法は、前記優れた特性の回路基板を、安定して、多量に適用できるので、産業上有用である。

Claims (7)

1. 回路と回路、又は回路と金属箔若しくは金属板とが絶縁層を介して設けられている回路基板であって、前記絶縁層が無機イオン交換体を含有し、しかも前記無機イオン交換体を９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０であることを特徴とする回路基板。
2. 無機イオン交換体が絶縁層中に０．３〜５．０質量％含有する請求項１記載の回路基板。
3. 回路が銅からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回路基板。
4. 金属箔又は金属板が銅からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路基板。
5. 金属箔又は金属板がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回路基板。
6. 金属箔又は金属板の一主面上に、９５℃２０時間の熱水抽出処理した際に得られる水のｐＨが７〜１０である無機イオン交換体を含有する絶縁層を介して、回路形成用の金属箔を接合し、少なくとも前記回路形成用の金属箔より回路形成する回路基板の製造方法であって、前記回路形成する方法が酸エッチング法であることを特徴とする回路基板の製造方法。
7. 前記酸エッチング法が、硫酸又は塩酸を含むエッチャントを用いることを特徴とする請求項６記載の回路基板の製造方法。