JP2008218596A - 金属ベース回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層カケの無い、沿面放電耐圧特性及び絶縁信頼性に優れる金属ベース回路基板を提供する。
【解決の手段】プレス金型の抜き落とし箇所に最大剪断荷重の１．０倍から０．１倍の力を有するプッシュバック機構を設け、且つダイスと地面の隙間にロックウェル硬度で５０〜８０の硬度を有する鋼材を設けた金属ベース回路基板の製造方法であり、前記方法で得られた、絶縁層の厚みが１５０μｍ〜４５０μｍであることを特徴とする金属ベース回路基板。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気機器、通信機、自動車等の幅広い分野で半導体搭載用の金属ベース回路基板とその製造方法に関する。

電気機器、通信機、自動車等の幅広い分野で半導体素子やいろいろの電気部品を搭載した回路基板が知られているが、安価で、しかも熱放散性に優れるという理由で金属ベース回路基板が注目され、用いられている。

金属ベース回路基板は、熱放散性に優れる金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けた構造を有し、該金属板には、鉄、アルミニウムが多く使用され、絶縁層は、酸化アルミニウム等の無機充填材を含有するエポキシ樹脂等の樹脂からなり、また、回路は、いろいろな金属箔から形成され、通常は銅、アルミニウム、或いは銅とアルミニウムとの複合材が多用されている。

前記金属ベース回路基板は、複数個の金属ベース回路基板が面付けされた金属ベース回路基板原板を個片に分割することで多量に生産されるのが一般的で、前記分割に際してはプレス金型で打抜く方法が一般的に行われている（特許文献１〜３参照）。
特開平７−１４２８６１号公報 特開平１１−２８４３３５号公報 特開２００５−１６６８６８号公報

しかし、前記プレス金型の打抜き方法において、複数個の金属ベース回路基板を一括で打抜く構造の為、打抜く際の金型にひずみが発生したり、また回路基板へ掛かる応力の不均一化が発生したりすることがあり、この為に、絶縁層端面にカケが発生し、絶縁層の機能が損なわれ、回路基板の沿面放電耐圧特性の低下及び絶縁性の低下を引起すことがあった。沿面放電耐圧特性の低下及び絶縁性の低下は、回路基板の信頼性低下、高電圧での使用不可という重大な問題を生じることとなる。

上記問題解決を目的に、プレス金型の材料硬度を上げ、且つ研磨頻度を増やし、より高いエネルギーで回路基板を打抜く事により、絶縁層カケの発生を防止しているのが現状である。しかしこの方法では、材料の硬度を上げる程、研磨頻度を増やす程、加工価格が増大するという問題が発生する。また、上記方法では完全に絶縁層カケを防止する事が出来ないというのが現状である。

本発明は、上記公知技術の問題を解決し、絶縁層カケのない、絶縁信頼性に優れる金属ベース回路基板と、当該金属ベース回路基板を安定して、従い生産性良く提供できる製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、金属板に複数の回路が絶縁層を介して設けられている金属ベース回路基板原板から、それぞれの回路基板をプレス金型で分割する金属ベース回路基板の製造方法であって、プレス金型で分割する際に、プレス金型の抜き落とし箇所に金属板が受ける最大剪断荷重の１．０倍から０．１倍の力を受けるプッシュバック機構を設けたプレス金型を用いることを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法であり、好ましくは、ダイスを、ロックウェル硬度で５０〜８０の硬度を有する鋼材のスペーサーで支持することを特徴とする前記の金属ベース回路基板の製造方法である。

本発明は、前記の金属ベース回路基板の製造方法で得られる金属ベース回路基板であって、絶縁層の厚みが１５０μｍ〜４５０μｍであることを特徴とする金属ベース回路基板である。

本発明は、前記の金属ベース回路基板の製造方法で得られる金属ベース回路基板であって、絶縁層の２５℃での貯蔵弾性率が１ＧＰａ〜１ＴＰａであることを特徴とする金属ベース回路基板である。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、金属板に複数の回路が絶縁層を介して設けられている金属ベース回路基板原板から、それぞれの回路基板をプレス金型で分割する金属ベース回路基板の製造方法に於いて、プレス金型に特定の強度を持つプッシュバック機構と特定の硬度を持つスペーサーを設けることにより、絶縁層カケの発生の無い、絶縁信頼性の良好な金属ベース回路基板を得ることができるという効果を示す。

本発明の金属ベース回路基板は、プレス金型で打抜く際に絶縁層端面に不均一な加圧力が加わらないため絶縁層のカケが発生しないので、耐絶縁性、耐沿面放電性、外観に優れ、信頼性が高いという特徴が得られる。

図１は、本発明の金属ベース回路基板とそれを得るのに用いる金属ベース回路基板原板の一例を示す模式図であり、図２は、本発明に用いられるプレス金型の一例を示す模式図である。また、図３は、従来技術において用いられるプレス金型の模式図である。

金属ベース回路基板原板は、図１（ａ）に平面図を、図１（ｂ）に断面図を例示したとおりに、金属板１上に絶縁層２を介して複数の回路３が設けられている。金属ベース回路基板原板は、一般に、金属板１上に無機質充填材を含有する樹脂からなる絶縁層２を塗布し、更に金属箔を貼着し、前記樹脂層を加熱硬化した後、前記金属箔をエッチング等の方法で加工することで複数の回路３を形成する方法等によって製造される。そして、金属ベース回路基板原板をプレス金型で打抜くことで、個々の金属ベース回路基板を製造する。

本発明では、プレス金型での打抜きに際し、特定強度のプッシュバック機構を有し、また特定硬度のスペーサーを有するプレス金型を用いることを特徴としている。本発明に用いるプレス金型を図２に例示する。プレス金型１２はパンチ６と該パンチの少なくとも一部を収納できる空間を有するダイス８とからなっていることを特徴とする。一般的には、ダイス８を固定された下ダイセット９にセットし、該ダイス６上の所定の位置に金属ベース回路基板原板を載置した状態で、上下に可動なダイセット４に固定されたパンチ６を動かすことで、打抜きを行う。本発明においては、該パンチの少なくとも一部を収納できる空間に打抜き時の応力を均一化するためプッシュバック機構１１を、またダイス下の空間にスペーサー１０を設けることを本質的とする。

本発明に於いては、プッシュバック１１の強度を金属板が受ける最大剪断加重の１．０倍から０．１倍であることを特徴とする。プッシュバック１１の強度が最大剪断加重の０．１倍未満では、支えが不十分で、打抜き時の応力不均一に繋がり、絶縁層カケが発生する可能性が出てくるし、１．０倍を超えると打抜き時に金属ベース基板へ加える応力が弱まり、金属バリの発生や打抜き不良を発生させてしまうからである。

また、本発明に於いて、スペーサー１０の硬度をロックウェル硬度で５０〜８０であることが好ましい。スペーサーの硬度がロックウェル硬度で５０以下となると、打抜き時の金型ひずみを発生し、金属ベース基板への応力不均一化に繋がり、絶縁層カケを発生してしまうし、硬度が８０以上のものは材料的に高価となるため経済的に好ましくない。

本発明の金属ベース回路基板は、上記特定のプレス金型を用いて得られたものであって、絶縁層の厚みが１５０μｍ〜４５０μｍであることを特徴とする金属ベース回路基板である。１５０μｍ未満では、十分な絶縁信頼性を有することができないし、４５０μｍを超えると金属ベース回路基板の放熱性が低下するため好ましくない。

また、本発明の金属ベース回路基板は、上記特定のプレス金型を用いて得られたものであって、絶縁層の２５℃での貯蔵弾性率が１ＧＰａ〜１ＴＰａであることを特徴とする金属ベース回路基板である。１ＧＰａ未満では、プレス金型で打抜く際の加工性が低下して金属のバリが発生するし、１ＴＰａを超えるとプレスの圧力によって絶縁層が割れ、絶縁信頼性を大きく損なう可能性があるため好ましくない。

尚、前記プレス金型については、前記特徴を有しさえいればどのようなものでも良く、特に、パンチ６とダイス８の組み合わせ数は１組みでも複数組みであっても差し支えないし、パンチ６とダイス８の上下位置が逆であっても、或いは、同一金型内に穴明け機能を組み込んだコンパウンドタイプであっても構わない。

尚、本発明において、金属板１は、アルミニウム、鉄、銅等或いはこれらの合金、複合材のいずれでも構わないが、熱放散性が良く、安価で、軽量であることから純アルミニウム、アルミニウム合金が好ましく用いられる。通常の板厚は０．５〜５．０ｍｍの範囲である。

また、絶縁層２としては、絶縁性を有する材質であればいずれも採用でき、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。このうち、エポキシ樹脂は金属板１、回路３との接着性に優れることから好ましく選択される。また、樹脂は、樹脂単独で用いる他、ガラス布、粉末状或いは繊維状のいろいろな無機フィラーを充填したもの、或いは、これらを組み合わせた形態で用いることができる。

絶縁層の作り方については、金属板上に塗布してもよいし、一旦フィルム状として、貼着することで設けることもできる。尚、前記無機フィラーに関しては、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素等の高い電気絶縁性を有し、しかも熱伝導率の高いものが好ましい。

回路３となる金属箔は、銅箔、銅箔にＮｉめっき或いはＡｕめっきを施したもの、アルミニウム箔、或いはアルミニウム箔に銅箔を接合したもの等のいずれも採用できる。

（実施例１）
二酸化珪素７４質量％を含有するエポキシ樹脂を、加熱硬化後に３００μｍの厚みとなるようにアルミニウム板（厚さ１．５ｍｍ）上に塗布し、厚さ３５μｍの銅箔を接着し、加熱硬化した後、前記銅箔をエッチング処理して回路形成して複数個の回路を有する金属ベース回路基板原板を作製した。このとき、絶縁層の２５℃での貯蔵弾性率は９．０ＧＰＡであった。

前記金属ベース回路基板原板から、図２に示すとおりに、一度に２個の金属ベース回路基板が打ち抜けるプレス金型を用い、個々の金属ベース回路基板を打抜き、分割した。尚、プレス金型のそれぞれの抜き落とし箇所に金属板が受ける最大剪断荷重の０．２倍の力を受けるプッシュバック機構を設け、且つロックウェル硬度６０の鋼材のスペーサーをダイス下の空間に設けた。打抜き条件としては、プレス機として小松製作所製；ＯＢＳ４５プレス機を用い、７０ストローク／毎分の打抜き速度とした。打抜いた金属ベース回路基板1個の切断総長は３５２ｍｍであり、打抜く際の切断抵抗は１０．８ｋｇ／ｍｍ２であった。

得られた金属ベース回路基板について、後述する通りに、各種の特性を調べ、その結果を表１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１２１℃、湿度１００％ＲＨ、２気圧、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。

＜絶縁層欠け＞目視にて観察した。

＜金属バリ＞目視にて観察した。

＜熱抵抗値＞測定用試料として試験片を３×４ｃｍに切断し、１０×１５ｍｍの銅箔を残した。銅箔上にＴＯ−２２０型トランジスターを半田付けし、水冷した放熱フィン上に放熱グリースを介して固定した。トランジスターに通電し、トランジスターを発熱させ、トランジスター表面と金属基裏面の温度差を測定し、熱抵抗値を測定し、放熱グリースの熱抵抗値を補正する事により、求める試験片の熱抵抗値（Ａ；Ｋ／Ｗ）を測定した。

＜沿面放電耐圧＞測定用試料として、混成集積回路基板の沿面から２ｍｍ距離に直線の銅回路を形成した。室温で交流電圧を銅箔回路とアルミニウム板間に印加し、沿面放電の発生電圧を測定した。

（実施例２〜７）
プッシュバックの強度、スペーサーの硬度、絶縁層の厚み、絶縁層の貯蔵弾性率を表１に示す通りに変えたこと以外は実施例１と同様の方法で樹脂組成物及び樹脂硬化体、更に基板、回路基板、混成集積回路を作製し、評価した。この結果を表１に示した。

（比較例１）
プッシュバック機構及びスペーサーを外したこと以外は実施例１と同様の操作で回路基板を作製し、評価した。この結果を表１に示す。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、特定の強度を持つプッシュバック機構と特定の硬度を持つスペーサーを設けることにより、絶縁層カケの発生の無い、信頼性の高い金属ベース回路基板を提供することが出来るので、産業上極めて有用である。

本発明の金属ベース回路基板は、プレス金型で打抜く際に絶縁層端面に不均一な加圧力が加わらないため絶縁層のカケが発生しないので、耐絶縁性、耐沿面放電性、外観に優れ、信頼性が高いので、産業上極めて有用である。

本発明の実施例に係る金属ベース回路基板を得るための金属ベース回路基板原板の模式図で、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ金属ベース回路基板原板の平面図と断面図。 本発明の実施例に用いたプレス金型の模式図で、金属ベース回路基板原板をセットした状態を示す断面図。 本発明の比較例に用いた従来公知のプレス金型の模式図で、金属ベース回路基板原板をセットした状態を示す断面図。

符号の説明

１ ：金属板
２ ：絶縁層
３ ：回路
４ ：上ダイセット
５ ：板押さえ
６ ：パンチ
７ ：金属ベース回路基板
８ ：ダイス
９ ：下ダイセット
１０ ：スペーサー
１１ ：プッシュバック
１２ ：プレス金型

Claims (4)

1. 金属板に複数の回路が絶縁層を介して設けられている金属ベース回路基板原板から、それぞれの回路基板をプレス金型で分割する金属ベース回路基板の製造方法であって、プレス金型で分割する際に、プレス金型の抜き落とし箇所に金属板が受ける最大剪断荷重の１．０倍から０．１倍の力を受けるプッシュバック機構を設けたプレス金型を用いることを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
2. プレス金型のダイスを、ロックウェル硬度で５０〜８０の硬度を有する鋼材のスペーサーで支持することを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の金属ベース回路基板の製造方法で得られる金属ベース回路基板であって、絶縁層の厚みが１５０μｍ〜４５０μｍであることを特徴とする金属ベース回路基板。
4. 請求項１又は請求項２に記載の金属ベース回路基板の製造方法で得られる金属ベース回路基板であって、絶縁層の２５℃での貯蔵弾性率が１ＧＰａ〜１ＴＰａであることを特徴とする金属ベース回路基板。