JP2009049062A - 金属ベース回路用基板の製造方法及び金属ベース回路用基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無機フィラーとエポキシ樹脂とエポキシ樹脂の硬化剤とを含み、Bステージ状態にある接着シートを金属基板と金属箔との間に配置し、Cステージ状態まで硬化させる。
【選択図】なし
Description
特許文献2の放熱シートは、発熱する電子部品とヒートシンクとの密着性を高めて当該電子部品の放熱性を改善することができる。しかし、加熱しても接着性が発現しないため、金属ベース回路用基板分野では使用できないという課題がある。
特許文献3の製造方法は、バイアホールを用いる製造方法と比べれば生産性は優れるものの、依然として工程が複雑であり、生産性も満足のできるものではないという課題がある。
特許文献4の製造方法は、特許文献3の製造方法と比べて生産性は改善されるものの、得られた回路の放熱性が十分ではないという課題がある。
すなわち、本発明は、
1.金属ベース回路用基板の製造方法であって、
(1)金属基板の上に、Bステージ状態の接着シートを配置する工程、
(2)金属基板上に配置された接着シートの上に、更に金属箔を配置する工程、及び、
(3)金属基板と接着シートと金属箔との積層物を、該接着シートがCステージ状態になるまで加圧下で加熱することにより一体化して、金属ベース回路用基板を形成する工程
を含み、
Bステージ状態の接着シートが、無機フィラーとエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤とを含む接着シート形成用組成物から製造され、
Cステージ状態の接着シートの熱伝導率が1.5W/mK以上である
ことを特徴とする方法;
2.Cステージ状態の接着シートの耐電圧が500V以上であることを特徴とする、前記1に記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
3.接着シート形成用組成物において、無機フィラーが、エポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤との合計量100質量部に対して、100〜650質量部配合されていることを特徴とする、前記1又は2に記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
4.エポキシ樹脂の硬化剤が、水酸基を有する化合物であることを特徴とする、前記1乃至3のいずれかに記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
5.金属基板が、接着シートとの接着面上に、最表面の面積が0.0003mm2以上のビアを1個以上有することを特徴とする、前記1乃至4のいずれかに記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
6.金属基板のビアが、化学処理または機械加工により作製されていることを特徴とする、前記5に記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
7.金属基板と接着シートと金属箔との積層物の加圧下で加熱を、該金属基板のビアが該接着シートを貫通して、該ビアと金属箔とが導通接続するように行う、前記5又は6に記載の金属ベース回路用基板の製造方法;
8.前記1乃至7のいずれかに記載の製造方法により製造される、金属ベース回路用基板;
9.金属ベース回路基板の製造方法であって、
(1)金属基板の上に、Bステージ状態の接着シートを配置する工程、
(2)金属基板上に配置された接着シートの上に、更に金属箔を配置する工程、及び、
(3)金属基板と接着シートと金属箔との積層物を、該接着シートがCステージ状態になるまで加圧下で加熱することにより一体化して、金属ベース回路用基板を形成する工程
(4)金属ベース回路用基板の金属基板及び/又は金属箔を加工して回路を形成する工程
を含み、
Bステージ状態の接着シートが、無機フィラーとエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤とを含む接着シート形成用組成物から製造され、
Cステージ状態の接着シートの熱伝導率が1.5W/mK以上である
ことを特徴とする方法;
10.前記9に記載の製造方法により製造される、金属ベース回路基板;並びに
11.LED用回路基板である、請求項10に記載の金属ベース回路基板
に関するものである。
金属基板と接着シートとの密着性を向上させるために、接着シートとの接着面に、脱脂処理、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理も施してもよい。
ビアは、金属基板上に1個以上のビアを設けることにより作成することができる。ビアを設ける方法としては、メッキ、エッチング等の化学処理や、エンドミル、フライス盤、レーザー等の機械加工が挙げられる。具体例として下記の作成方法が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、これらの具体的な方法を組み合わせて用いることもできる。
1.金属基板をハーフエッチングする。
2.金属基板又は金属箔にNiメッキを施し、更に銅メッキを接着シートに相当する厚みで設ける。これに金属柱が必要な箇所に保護膜(レジスト)を設け不要部のCuを選択エッチング、更にNiを選択エッチングする(金属箔については、後述の実施例8のように、1つ金属基板の上に複数の接着シートと複数の金属箔が積層している多層構造の回路用基板において、接着シートに挟まれる金属箔にビアを形成する場合)。
3.金属基板をエンドミルで機械加工する。
本発明では、単一種類の無機フィラーを単独で用いてもよく、複数種類の無機フィラーを組み合わせて使用してもよい。
高周波で動作する装置に用いられ、高い電気絶縁性が要求される金属ベース回路用基板を製造する場合には、接着シートの誘電率を低く抑えることができる結晶質の二酸化ケイ素及び/又は窒化硼素を用いることが特に好ましい。
熱伝導性と製造コストとのバランスを重視する場合は、酸化アルミニウムと窒化アルミニウムとの組み合わせが好ましい。
大きさの異なるフィラーを組み合わせて用いる場合には、平均粒径が5μm以上の粗粒子粉と平均粒径が5μm未満の微粒子粉との組み合わせを用いることが好ましい。
粗粒子粉と微粒子粉の割合は、無機フィラー全体に対して粗粒子粉が40〜98容積%であることが好ましく、50〜96容積%であることがより好ましい。
具体例としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールメタン型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂等があげられる。
これらの中では、硬化後の応力緩和性に優れるという理由で、主鎖がポリエーテル骨格を有し直鎖状であるエポキシ樹脂が好ましい。具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型の水素添加エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂(例えば、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂)及びポリサルファイド変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
本発明では、単一種類のエポキシ樹脂を単独で用いてもよく、複数種類のエポキシ樹脂を組み合わせて使用してもよい。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、エポキシ当量が300以下であることが一層好ましい。エポキシ当量が300以下であると、硬化時の架橋密度の低下によるTg低下(すなわち、耐熱性の低下)を防止することができる。更に、高分子量化して固形状となり、無機フィラーとのブレンドが困難になり、均一な接着シート形成用組成物が得られなくなるという問題も避けることができる。
脂肪族エポキシ樹脂としては、低弾性、機械特性、耐熱性、取り扱い等のバランスを考慮して、高級アルコール系グリシジルエーテル型を一般に用いることができる。高級アルコール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の構造に特に制限はなく、高級アルコール部は分枝していてもよいが、側鎖を有するアルキレン基またはアルケニレン基を40個以下含む構造がより好ましい。具体例としては、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂等が挙げられる。
アミン系硬化剤としては、芳香族アミン(メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン等)、脂環式アミン(イソホロンジアミン等)、脂肪族アミン(ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン、テトラエチレンメンタミン等)が挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
フェノール系硬化剤としては、フェノールノボラック系樹脂、ビスフェノールA型ノボラック樹脂等が挙げられる。
これらの中では、製造段階での半硬化状態(Bステージ状態)の制御の点からフェノールノボラック系樹脂、ビスフェノールA型ノボラック樹脂、ジシアンアミドが好ましい。
硬化触媒としては、一般にイミダゾール化合物(例えば、2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ(1,2−a)ベンズイミダゾール)、有機リン酸化合物(例えば、トリフェニルフォスフィン)、第三級アミン、第四級アンモニウム等が使用され、いずれか1種類以上を選択することができる。
硬化触媒の添加量は、硬化温度に応じて適宜設定することができるが、一般にエポキシ樹脂100質量部に対して0.01質量部以上5質量部以下であることが好ましい。0.01質量部以上であると十分に硬化を得ることができる。5質量部以下であると、接着シートのBステージ状態からCステージ状態への急速な硬化を防止することができる。
無機フィラー、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂の硬化剤並びに任意成分(硬化触媒及び/又は各種添加剤)を、公知の混合手段(例えば、万能攪拌機、ハイブリッドミキサー等)により予め混合して接着シート形成用組成物を形成する。得られた組成物を公知のコーティング手段(ダイコーター、コンマコーター、ドクターコーター等)によりライナー上へ所望の厚みでコーティングし、加熱してBステージ状態まで半硬化させ、その後、得られたシートを剥離する。
具体的には、DSC(示差走査型熱量計)を用いて下記計算式から求められる硬化度が5〜70%、更に好ましくは20〜60%の状態をいう。
X:Bステージ状態化処理(加熱処理)を施していない接着シートサンプルについて、DSCを用いて硬化させた際に生じた熱量。
Y:Bステージ状態化処理を施した接着シートサンプルについて、DSCを用いて硬化させた際に測定された熱量。
尚、上述のX及びYにおいて「硬化させた」状態は、得られたDSC曲線のピークから特定できる。
X:Bステージ状態化処理(加熱処理)及びCステージ状態化処理(後述の工程(3))を施していない接着シートサンプルについて、DSCを用いて硬化させた際に生じた熱量。
Y:Bステージ状態化処理及びCステージ状態化処理を施した接着シートサンプルについて、DSCを用いて硬化させた際に測定された熱量。
尚、上述のX及びYにおいて「硬化させた」状態は、得られたDSC曲線のピークから特定できる。
(1)金属基板の上に、Bステージ状態の接着シートを配置する工程、
(2)金属基板上に配置された接着シートの上に、更に金属箔を配置する工程、及び、
(3)金属基板と接着シートと金属箔との積層物を、該接着シートがCステージ状態になるまで加圧下で加熱することにより一体化して、金属ベース回路用基板を形成する工程。
ここでいう「配置」には、金属基板へ配置する前に別途製造した接着シートを金属基板上へ置くことだけでなく、接着シート形成用組成物を金属基板上へ直接塗布し、加熱して、金属基板上に接着シートを直接形成することを含む。
金属基板上に接着シートを配置する際には、金属基板と接着シートとの密着性を高めるため、金属基板を予め脱脂処理しておくことが好ましい。
加熱温度は、接着シートをBステージ状態からCステージ状態へと硬化させることができる温度であれば特に制限されないが、100℃〜250℃であることが好ましい。100℃以上であると、積層物の一体化に必要な接着シートの硬化時間を短縮(例えば、5時間未満)し、生産性を向上させることができる。150℃以上であると、硬化時間を更に短縮できるので特に好ましい。加熱温度が250℃以下であると、加熱による接着シート(エポキシ樹脂)の劣化を防ぐことができる。
加熱時の圧力は、接着シートと金属基板及び金属箔との密着性を高めることができる大きさであれば特に制限されないが、5kgf/cm2〜50kgf/cm2であることが好ましい。10kgf/cm2〜40kgf/cm2であることが特に好ましい。5kgf/cm2以上であると、十分な接着性が得られる。50kgf/cm2以下であると接着シートの厚みを均一なものとすることができる。
加熱により、接着シートはBステージ状態からCステージ状態へと硬化する。その際、加圧により接着シートと金属基板及び金属箔とは密着しているので、接着シートと金属基板及び金属箔との強固な接着が起こり「金属基板と接着シートと金属箔との積層物」の一体化が達成される。
本発明の金属ベース回路用基板は上述の構造だけでなく、1つ金属基板の上に複数の接着シートと複数の金属箔が積層している多層構造であってもよい。接着シートと金属箔との多層構造は、工程(2)と工程(3)との間に行う下記工程により作成することができる:
(2−2)工程(2)で得られた積層物の金属箔の上に更に接着シートを配置する工程、及び
(2−3)工程(2−2)で配置した接着シートの上に更に金属箔を配置する工程。
工程(2−2)及び(2−3)を繰り返して、接着シートと金属箔との更なる多層化を達成してもよい。
接着シートと金属箔を多層化する工程の間に後述の回路形成法を用いて、接着シートで挟まれた金属箔に回路を形成してもよい。
1.5W/mK以上の熱伝導率を有する接着シートは、金属ベース回路用基板に熱放散路として機能することができる。このような本発明の金属ベース回路用基板へ半導体素子等の電子部品を組み込んでなる装置は、動作させた際に電子部品から生じる熱を効率的に放熱し当該電子部品の過熱を防止できるので、装置の信頼性を高めることができる。
熱伝導率の上限に特に制限はないが、20W/mK以下であると、接着シートの熱伝導率に寄与する無機フィラーの接着シート形成用組成物への配合量を、当該組成物の流動性が損なわない範囲内とすることができる。
本発明の金属ベース回路用基板を高電圧及び高電流が印加される産業用装置へ用いる場合、Cステージ状態の接着シートは1500V以上の耐電圧を有することが好ましい。耐電圧はJIS C 2110に規定された段階昇圧法に従い測定することができる。
(1)ビアを設けた金属基板の製造
金属基板としての平坦な銅板(厚さ:0.200mm)をエッチングして、直径1.0mm、高さ0.15mmの円柱形状の放熱用ビア(表面積:0.785mm2)を複数(ビアの間隔:10mm)設けた。次いで、放熱用ビアを設けた面を脱脂処理に付した。これを金属ベース回路用基板の製造に用いた。
(2)接着シートの製造
エポキシ樹脂であるポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(側鎖を有するアルキレン基の数:8〜10;加水分解性塩素濃度:150ppm)(東都化成社製、「PG208GS」)とビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:159;加水分解性塩素濃度:600ppm)(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)とを35:65の割合(質量比)で混合した。前記混合エポキシ樹脂100質量部に対して、硬化剤としてフェノールノボラック系樹脂(明和化成社製、「H−1」)を50質量部、添加剤であるカップリング剤(信越化学工業社製、「KBM403」)を10質量部添加し、更に、無機フィラーとして酸化アルミニウム(アスペクト比:1.2。平均粒径:0.8μm)(アドマテック社製、「AO802」)と窒化アルミニウム(アスペクト比:1.4。平均粒径:23μm)(電気化学工業社製)との混合粉(酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの総容積に対して、窒化アルミニウムが70容積%)を、硬化後の接着シート中で60体積%となるよう(接着シート形成用組成物において、前記エポキシ樹脂混合物と硬化剤との合計量100質量部に対して430質量部)配合して組成物を作製した。更に硬化触媒として2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ(1,2−a)ベンズイミダゾール(四国化成社製、「TBZ」)を前記エポキシ樹脂混合物100質量部に対して0.5重量部配合して、接着シート形成用組成物を製造した。尚、各成分の配合は万能攪拌機を用いて行った。
前記接着シート形成用組成物を、ライナーである樹脂フィルムとしてのPETフィルム(厚さ:0.075mm)上に塗布し、130℃で10分加熱乾燥して、接着シート5(厚さ:0.15mm)を得た。前述の硬化条件で得られる硬化度をDSC(SIIテクノロジー社製DSC6620)を用いて測定した(以下の実施例及び比較例において同様)結果、硬化度は60%であり、Bステージ状態であった。
(1)で得た銅板の放熱用ビアのある表面上に、(2)で得た接着シートを配置した。次いで、当該接着シートの上に金属箔としての銅箔(厚さ:0.035mm)を配置した。得られた銅板と接着シートと銅箔とからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分加熱して一体化し、金属ベース回路用基板を製造した。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは80%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(側鎖を有するアルキレン基の数:5〜7;加水分解性塩素濃度:500ppm)(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量:848;加水分解性塩素濃度:600ppm)(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用いた他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。金属基板へ配置する前の接着シートは65%の硬化度を有し、Bステージ状態であった。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは85%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用い、更に硬化触媒としてトリフェニルフォスフィン(北興化学社製、「TPP」)を前記エポキシ樹脂混合物100質量部に対して0.4質量部用いた他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。銅板へ配置する前の接着シートは68%の硬化度を有し、Bステージ状態であった。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは85%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用い、更に硬化剤としてビスフェノールA型ノボラック樹脂(大日本インキ社製「VH4240」)を用いた他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。銅板へ配置する前の接着シートは68%の硬化度を有し、Bステージ状態であった。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは85%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用い、更に無機フィラーとして酸化アルミニウム(アスペクト比:4。平均粒径:2.5μm)(昭和電工社製、「AL−173」)を用い総量を50体積%となるよう(すなわち、前記エポキシ樹脂混合物と硬化剤との合計量100質量部に対して330質量部)配合した他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。銅板へ配置する前の接着シートは64%の硬化度を有し、Bステージ状態であった。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは90%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)を単独で用いた他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。銅板へ配置する前の接着シートは64%の硬化度を有し、Bステージ状態であった。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シートは85%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
接着シートを構成する無機フィラーを配合しなかったこと、及び、金属基板としてビアを有しない平坦な銅板(厚さ:0.2mm)を用いた他は、実施例1と同様にして金属ベース回路用基板を製造した。本例は、接着シート中に無機フィラーを含んでいない点で比較例となる。
実施例1〜6及び比較例1の金属ベース回路用基板について、以下に示す方法により、(1)接着シートの熱伝導率、(2)回路用基板の耐電圧、(3)金属箔と接着シートとの接着強度、(4)回路用基板の弾性率及び(5)回路用基板放熱性を測定した。
金属ベース回路用基板の両面をエッチングして、銅板及び銅箔を除去することにより接着シート7を得た。得られた接着シートを直径10mm×厚さ2mmの円板状に加工し、レーザーフラッシュ法によりJIS-R-1611に従い熱伝導率を求めた。
銅板の放熱用ビアのない箇所を覆う銅箔をエッチングして直径20mmの円電極を作製したものを測定サンプルとし、JIS C 2110に規定された段階昇圧法にしたがって銅板と銅箔との間の耐電圧を測定した。
銅板の放熱用ビアの無い箇所を覆う銅箔をシャーリングにより10mm幅の帯状へ加工したものを測定サンプルとし、JIS C 6481に規定された方法にしたがって銅箔と接着シートとの接着強度を測定した。
動的粘弾性測定器(T&Aインスツルメント社製、RSA3)を用い、周波数10Hz、昇温速度10℃/分の条件下で測定した。
金属ベース回路用基板の銅箔9をエッチングして回路を形成した後、銅板1の放熱用ビア3の直上部にLED11を搭載し、配線13を設置して、金属ベース回路基板を作成した(図1)。得られた金属ベース回路基板に、3V電圧を加えてLED11を発光させ、LED搭載部の温度をサーモグラフィーにより測定した。
一方、接着シート中に無機フィラーを含まない比較例1は、実施例よりも熱伝導率が著しく低く、故に放熱性も劣っていた。
(実施例7)
本例では、図2に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
(1)ビアを設けた金属基板の製造
金属基板としての平坦な銅板1(厚さ:0.200mm)に、放熱用ビア3(直径:3.0mm(表面積:7.1mm2)。形状:円柱状。高さ:0.15mm。)1つと、電気接続用ビア5(直径:0.5mm(表面積:0.20mm2)。形状:円柱状。高さ:0.15mm。)2つをエッチングにより形成した。次いで、ビアを設けた面を脱脂処理に付した。これを発光素子用金属ベース回路基板の製造に用いた。
エポキシ樹脂であるポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(側鎖を有するアルキレン基の数:8〜10;加水分解性塩素濃度:150ppm)(東都化成社製、「PG208GS」)とビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:159;加水分解性塩素濃度:600ppm)(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)とを35:65の割合(質量比)で混合した。前記混合エポキシ樹脂100質量部に対して、硬化剤としてフェノールノボラック系樹脂(明和化成社製、「H−1」)を30質量部、添加剤であるカップリング剤(信越化学工業社製、「KBM403」)を1質量部添加し、更に、無機フィラーとして酸化アルミニウム(アスペクト比:1.2。平均粒径:0.8μm)(アドマテック社製、「AO802」)と窒化アルミニウム(アスペクト比:1.4。平均粒径:23μm)(電気化学工業社製)との混合粉(酸化アルミニウムと窒化アルミニウムの総容積に対して、窒化アルミニウムが70容積%)を、硬化後の接着シート中で60体積%となるよう(接着シート形成用組成物において、前記エポキシ樹脂混合物と硬化剤との100質量部に対して430質量部)配合して組成物を作製した。更に硬化触媒として2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ(1,2−a)ベンズイミダゾール(四国化成社製、「TBZ」)を前記エポキシ樹脂混合物100質量部に対して0.5重量部配合して、接着シート形成用組成物を製造した。尚、各成分の配合は万能攪拌機を用いて行った。
前記接着シート形成用組成物を、ライナーである樹脂フィルムとしてのPETフィルム(厚さ:0.075mm)上に塗布し、130℃で10分加熱乾燥して、接着シート7(厚さ:0.15mm)を得た。前述の硬化条件で得られる硬化度をDSC(SIIテクノロジー社製DSC6620)を用いて測定した結果、硬化度は62%であり、Bステージ状態であった。
(1)で得た金属基板1のビアのある表面上に、(2)で得た接着シート7を配置した。次いで、当該接着シート7の上に金属箔としての銅箔9(厚さ:0.035mm)を配置した。得られた銅板1と接着シート7と銅箔9とからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分間加熱して一体化し、金属ベース回路用基板を製造した。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シート7は81%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
得られた金属ベース回路用基板の銅板1と銅箔9の両面にエッチング法により回路を形成した。次いで、銅箔9側のエッチングにより接着シート7が露出した面へ、金属枠15(材質:ステンレス)を接着剤17(ウレタン系接着剤)により設置した。
本例では、図3に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
(1)ビアを設けた金属基板の製造
金属基板としての平坦な銅板1(厚さ:0.200mm)に、放熱用ビア3a(直径:3.0mm(表面積:7.1mm2)。形状:円柱状。高さ:0.05mm。)をエンドミルにより形成した。次いで、ビアを設けた面を脱脂処理に付した。これを発光素子用金属ベース回路基板の製造に用いた。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(側鎖を有するアルキレン基の数:5〜7;加水分解性塩素濃度:500ppm)(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量:848;加水分解性塩素濃度:600ppm)(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用いた他は、実施例1と同様にして接着シート形成用組成物を製造した。
接着シートの厚さにおいて異なる2種類の接着シートと金属箔との積層物2a及び2bを製造した。
積層物2aの製造
金属箔としての銅箔9a(厚さ:0.035mm)上へ、(2)で製造した接着シート形成用組成物を直接塗布し、130℃で10分加熱乾燥して、接着シート7a(厚さ:0.05mm)を得た。これにより、銅箔9aと接着シート7aとからなる積層物2aを得た。接着シート7aの硬化度は65%であり、Bステージ状態であった。
積層物2bの製造
金属箔としての銅箔9b(厚さ:0.035mm)上へ、(2)で製造した接着シート形成用組成物を直接塗布し、130℃で10分加熱乾燥して、接着シート7b(厚さ:0.10mm)を得た。これにより、銅箔9bと接着シート7bとからなる積層物2bを得た。接着シート7bの硬化度は63%であり、Bステージ状態であった。
(1)で得た金属基板1のビアのある表面上に、(3)で得た積層物2aを、銅板1と接着シート7aとが接するように配置した。得られた銅板1と積層物2aとからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分加熱し一体化して基板第一層を形成した。基板第一層を構成する接着シート7aは86%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。ここで、銅箔9aへエッチング法により回路を形成した。
次いで、回路を形成した基板第一層にNi無電解メッキ、Cu電解メッキ、Cuの選択エッチング、Niの選択エッチングを施して、放熱用ビア3aの直上の銅箔9aに更なる放熱用ビア3b(材質:銅。直径:3.0mm(表面積:7.1mm2)。形状:円柱状。高さ:0.05mm。)1つを形成し、更に銅箔9a上に電気接続用ビア5(材質:銅。直径:0.5mm(表面積:0.20mm2)。形状:円柱状。高さ:0.10mm。)2つを形成した。次いで、ビアを設けた面を脱脂処理に付した。
次いで、基板第一層のビアのある表面上に、(3)で得た積層物2bを、接着シート7bと銅箔9a並びにビア(3b及び5)とが接するように配置した。得られた銅板1と積層物2aと積層物2bとからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分間加熱して一体化して基板第二層を形成した。基板第二層を構成する接着シート7bは83%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
得られた金属ベース回路用基板の銅箔9bにエッチング法により回路を形成した。次いで、エッチングにより残された銅箔9b上へNi無電解メッキ、Cu電解メッキ、Cuの選択エッチング、Niの選択エッチングを施して銅製金属枠15を形成した。
本例では、図4に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
(1)サーマルビアを設けた金属基板の製造
金属基板としての平坦な銅板1(厚さ:0.200mm)に、放熱用ビア3(直径:3.0mm(表面積:7.1mm2)。形状:円柱状。高さ:0.15mm。)1つをエッチングにより形成した。次いで、ビアを設けた面を脱脂処理に付した。これを発光素子用金属ベース回路基板の製造に用いた。
実施例7に記載の方法に従い、接着シートを形成した。
(1)で得た銅板1のビアのある表面上に、(2)で得た接着シート7を配置した。次いで、当該接着シート7の上に金属箔としての銅箔9(厚さ:0.035mm)を配置した。得られた銅板1と接着シート7と銅箔9とからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分間加熱して一体化し、金属ベース回路用基板を製造した。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シート7は83%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
得られた金属ベース回路用基板の銅箔9にエッチング法により回路を形成した。次いで、エッチングにより残された銅箔9へ、金属枠15(材質:ステンレス)を接着剤17(ウレタン系接着剤)により設置した。
本例では、図5に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
電気接続用ビア5の形成を1つとし、放熱用ビア3を電気接続兼用として用いたことを除いて、実施例7と同様にして発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
本例では、図6に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
実施例8と同様にして製造した発光素子用金属ベース回路基板の金属枠15を設けた側へ、白色膜19を設けた。具体的には、液状の光・熱硬化型白色レジストインク(太陽インキ社製S-100WA)(白色顔料を構成する主成分の物質名:酸化チタン)を回路基板へ塗布し、白色膜が不要な部分を除いて露光して硬化させた後、不要な部分を剥離し、最後に熱によりアフターキュアして白色膜を設けた。
本例では、図7に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
実施例9と同様にして製造した発光素子用金属ベース回路基板の金属枠15を設けた側へ、実施例11と同様にして白色膜19を設けた。
本例では、図8に示す発光素子用金属ベース回路基板を製造した。
(1)ビアを設けた金属基板の製造
金属基板としての平坦な銅板1(厚さ:0.100mm)に、放熱用ビア3(直径:3.0mm(表面積:7.1mm2)。形状:円柱状。高さ:0.15mm。)1つ電気接続用ビア5(直径:0.5mm(表面積:0.20mm2)。形状:円柱状。高さ0.15mm)2つをエッチングにより形成した。次いで、ビアを設けた面を脱脂処理に付した。これを発光素子用金属ベース回路基板の製造に用いた。
接着シートを構成するエポキシ樹脂としてポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂(側鎖を有するアルキレン基の数:5〜7;加水分解性塩素濃度:500ppm)(阪本薬品工業社製、「SR−PTMG」)と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP828」)と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量:848;加水分解性塩素濃度:600ppm)(ジャパンエポキシレジン社製、「EP4004P」)とを35:35:30の割合(質量比)で用いたこと、及び、接着シートを構成する無機フィラーを配合しなかったことを除いて、実施例7と同様にして接着シート形成用組成物を製造した。本例は、接着シート中に無機フィラーを含んでいない点で比較例となる。
(1)で得た金属基板1のビアのある表面上に、(2)で製造した接着シート形成用組成物をビア3の高さと同一になるように直接塗布し、130℃で10分間加熱して接着シート7を形成した。得られた接着シート7の硬化度は62%であり、Bステージ状態であった。次いで、当該接着シート7の上に金属箔としての銅箔9(厚さ:0.035mm)を配置した。得られた銅板1と接着シート7と銅箔9とからなる積層物を、30kgf/cm2の圧力をかけながら150℃で60分間加熱して一体化し、金属ベース回路用基板を製造した。得られた金属ベース回路用基板を構成する接着シート7は88%の硬化度を有し、Cステージ状態であった。
得られた金属ベース回路用基板の銅板1と銅箔9の両面にエッチング法により回路を形成した。次いで、銅箔9側のエッチングにより接着シート7が露出した面へ、金属枠15(材質:ステンレス)を接着剤17(ウレタン系接着剤)により設置した。
実施例7〜12及び比較例2の発光素子用金属ベース回路基板について、以下に示す方法により、(1)接着シートの熱伝導率、(2)回路基板の耐電圧及び(3)回路基板放熱性を測定した。
金属ベース回路基板の両面をエッチングして、銅板及び銅箔を除去することにより接着シート7を得た。得られた接着シートを直径10mm×厚さ2mmの円板状に加工し、レーザーフラッシュ法によりJIS-R-1611に従い熱伝導率を求めた。
銅板の放熱用ビアのない箇所を覆う銅箔をエッチングして直径20mmの円電極を作製したものを測定サンプルとし、JIS C 2110に規定された段階昇圧法にしたがって銅板と銅箔との間の耐電圧を測定した。
実施例7〜12及び比較例2の発光素子用金属ベース回路基板について、それぞれ放熱用ビア(3、3b)直上部の銅箔(9、9b)にLED11を搭載(銅箔とLEDとは電気的に接続される)し、配線13を設置して、金属ベース回路基板を作成した(図9〜15)。得られた金属ベース回路基板に、3V電圧を加えてLED11を発光させ、(i)LED搭載部及び(ii)LED直下の銅板部の温度をサーモグラフィーにより測定した。
一方、接着シート中に無機フィラーを含まない比較例1は、実施例よりも熱伝導率が著しく低く、故に放熱性も劣っていた。
2a、2b 接着シートと金属箔との積層物
3、3a、3b 放熱用ビア
5 電気接続用ビア
7、7a、7b 接着シート
9、9a、9b 銅箔
11 LED
13 配線
15 金属枠
17 接着剤
19 白色膜
Claims (11)
- 金属ベース回路用基板の製造方法であって、
(1)金属基板の上に、Bステージ状態の接着シートを配置する工程、
(2)金属基板上に配置された接着シートの上に、更に金属箔を配置する工程、及び、
(3)金属基板と接着シートと金属箔との積層物を、該接着シートがCステージ状態になるまで加圧下で加熱することにより一体化して、金属ベース回路用基板を形成する工程
を含み、
Bステージ状態の接着シートが、無機フィラーとエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤とを含む接着シート形成用組成物から製造され、
Cステージ状態の接着シートの熱伝導率が1.5W/mK以上である
ことを特徴とする方法。 - Cステージ状態の接着シートの耐電圧が500V以上であることを特徴とする、請求項1に記載の金属ベース回路用基板の製造方法。
- 接着シート形成用組成物において、無機フィラーが、エポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤との合計量100質量部に対して、100〜650質量部配合されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の金属ベース回路用基板の製造方法。
- エポキシ樹脂の硬化剤が、水酸基を有する化合物であ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金属ベース回路用基板の製造方法。
- 金属基板が、接着シートとの接着面上に、最表面の面積が0.0003mm2以上のビアを1個以上有することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の金属ベース回路用基板の製造方法。
- 金属基板のビアが、化学処理または機械加工により作製されていることを特徴とする、請求項5に記載の金属ベース回路用基板の製造方法。
- 金属基板と接着シートと金属箔との積層物の加圧下で加熱を、該金属基板のビアが該接着シートを貫通して、該ビアと金属箔とが導通接続するように行う、請求項5又は6に記載の金属ベース回路用基板の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の製造方法により製造される、金属ベース回路用基板。
- 金属ベース回路基板の製造方法であって、
(1)金属基板の上に、Bステージ状態の接着シートを配置する工程、
(2)金属基板上に配置された接着シートの上に、更に金属箔を配置する工程、及び、
(3)金属基板と接着シートと金属箔との積層物を、該接着シートがCステージ状態になるまで加圧下で加熱することにより一体化して、金属ベース回路用基板を形成する工程
(4)金属ベース回路用基板の金属基板及び/又は金属箔を加工して回路を形成する工程
を含み、
Bステージ状態の接着シートが、無機フィラーとエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂の硬化剤とを含む接着シート形成用組成物から製造され、
Cステージ状態の接着シートの熱伝導率が1.5W/mK以上である
ことを特徴とする方法。 - 請求項9に記載の製造方法により製造される、金属ベース回路基板。
- LED用回路基板である、請求項10に記載の金属ベース回路基板。
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