JP2009164540A - 金属ベース回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エポキシ樹脂単独の硬化樹脂系により耐湿信頼性の良好な回路基板を提供する。また、無機フィラーを高充填することにより、高い放熱性を有する回路基板を提供する。
【解決手段】金属ベース１と、金属ベースの上に積層された絶縁層２と、絶縁層の上に局所的に積層された回路箔３と、回路箔と絶縁層の露出面に積層された絶縁コーティング樹脂４からなる金属ベース回路基板５であり、好ましくは絶縁コーティング樹脂が、無機フィラーを５０質量％以上含有するものである。より好ましくは、無機フィラーが、最大粒子径１００μｍ以下で且つ単一粒子として粒子径１μｍ以上１２μｍ以下を５０容量％以上含有し、平均粒子径５μｍ以上５０μｍ以下である粗粉と、粒子径２．０μｍ以下が７０容量％以上で、平均粒子径０．２μｍ以上１．５μｍ以下である微粉とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント配線板に用いられる金属ベース基板とその製造方法に関する。

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（integrated Ｃircuit）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放熱性に優れた金属ベース基板が使用されるようになってきた。また、屋外で使用されるケースも増えてきており、絶縁層だけでなく、表面へコーティングする樹脂（ソルダーレジスト）の耐湿性や絶縁性等の信頼性向上も求められており、それに対応するコーティング樹脂が開示されている（特許文献１参照）。

また、コーティングする樹脂中に白色顔料を添加し、基板の可視光域の反射率を向上させることが開示されている（非特許文献１）。
特開２００７−２２４１６９号 清田達也 (タムラ化研) ,ＬＥＤの要素技術とディスプレイ応用展開〈技術編〉ＬＥＤ搭載基板用ソルダーレジスト ,電子材料，Vol.４５ No.９ Page.４３-４４ (２００６.０９.０１)

しかし、本発明者の検討結果によれば、耐湿性が良好とされるコーティング樹脂（ソルダーレジスト）を塗工しても、耐湿試験時の電気特性は満足するレベルにないことが確認されている。

また、このようなコーティング樹脂は、熱伝導性に乏しく、実装部品から発せられる熱を断熱してしまい、悪影響を及ぼすことが確認されている。

また、このようなコーティング樹脂は、塗工後、ＵＶ（紫外線）にて露光し、不要部分を現像液にて除去するとの製法が一般的であり、樹脂組成もエポキシ樹脂とアクリル樹脂を併用する系となる為、耐熱及び耐湿といった絶縁信頼性に劣ることが確認されている。

本発明の目的は、エポキシ樹脂単独の硬化樹脂系により耐湿信頼性の良好な回路基板を提供することにある。

本発明の目的は、無機フィラーを高充填することにより、高い放熱性を有する回路基板を提供することにある。

本発明の目的は、光硬化型以外のコーティング樹脂において、回路基板全面をコーティング樹脂にて塗工、硬化した後に、レーザー加工で実装部品設置個所のコーティング樹脂を除去することによって作製される回路基板の製造方法を提供することにある。

本発明は、金属ベースと、金属ベースの上に積層された絶縁層と、絶縁層の上に局所的に積層された回路箔と、回路箔と絶縁層の露出面に積層された絶縁コーティング樹脂からなる金属ベース回路基板であり、好ましくは絶縁コーティング樹脂が、無機フィラーを５０質量％以上含有するものである。より好ましくは、無機フィラーが、最大粒子径１００μｍ以下で且つ単一粒子として粒子径１μｍ以上１２μｍ以下を５０容量％以上含有し、平均粒子径５μｍ以上５０μｍ以下である粗粉と、粒子径２．０μｍ以下が７０容量％以上で、平均粒子径０．２μｍ以上１．５μｍ以下である微粉とからなるものであり、さらに好ましくは、絶縁コーティング樹脂が、硬化性樹脂２５容量％以上５０容量％以下、粗粉が３４容量％以上７０容量％以下、微粉が３容量％以上２４容量％以下である金属ベース回路基板である。

本発明は、無機フィラーが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、結晶質二酸化珪素、非晶質二酸化珪素の何れ１種又は複数種からなることを特徴とする金属ベース回路基板であり、好ましくは、絶縁コーティング樹脂中に白色顔料が含有され、白色顔料がルチル型の二酸化チタネート乃至酸化亜鉛、硫酸バリウムを含有し、白色顔料が（１）酸化アルミニウム、又は（２）水酸化アルミニウム及び二酸化珪素にて被覆されている金属ベース回路基板である。

本発明は、部品実装部の絶縁コーティング樹脂の除去をレーザー加工により行うことを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法である。

本発明の金属ベース回路基板は、露出している回路部及び絶縁層部に特定の絶縁コーティング剤を積層することにより、高湿度に耐えられ且つ高い放熱性を有する基板を供することができる。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、部品実装箇所を精度良く作製することができる。

本発明の絶縁コーティング樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが使用可能である。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く特に制限するものではない。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℃のものが一般に用いられる。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。

熱伝導向上のための無機フィラーとしては酸化アルミニウム、酸化珪素、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。このような無機フィラーを含有する系で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必須である。絶縁コーティング樹脂中の無機フィラーは、添加する目的によるが通常２０〜８０体積％添加して用いられる。カップリング剤は、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添加量とし、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。

本発明の絶縁コーティング樹脂の製造方法としては、公知の方法で得ることができるが、次に示す方法が、絶縁コーティング樹脂中に気泡が巻き込まれるのを防止し、安定して、金属及び絶縁層との接着性に優れ、高電気絶縁性で熱伝導性に優れる樹脂硬化体を得ることができることから、好ましい。

本発明の絶縁コーティング樹脂の製造方法は、エポキシ樹脂と硬化剤とを混合し、その後、硬化する前に、無機フィラーを配合し混合することを特徴とする。ここで用いる混合機については、万能混合攪拌機、遊星式攪拌脱泡装置、加圧ニーダー等の従来公知の混合機を用いれば良く、また、混合条件についても適宜選択すれば良く、格別な条件を設定すべき理由はない。

本発明の絶縁コーティング樹脂のコーティング方法については、スクリーン印刷、ティップコーター、コンマコーター、ダイコーター等の従来公知のコーティングプロセスを用いれば良く、また、コーティング条件についても適宜選択すれば良く、格別な条件を設定すべき理由はない。

本発明の金属ベース回路基板は、本発明によれば銅箔と絶縁層が表面に露出した箇所に於いて、絶縁コーティング樹脂を積層し、耐湿試験時の絶縁信頼性、放熱性などが良好な金属ベース基板を得ることが出来る。

本発明の部品実装部の形成方法は、レーザーにより実装部の絶縁コーティング樹脂を昇華（除去）することを特徴とする。ここで用いるレーザーの種類については、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外レーザー等の従来公知のレーザーを用いれば良く、また、レーザー加工条件についても適宜選択すれば良く、特別な条件を設定すべき理由はない。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、本発明に依れば部品実装箇所を精度良く作製することができる。

（実施例１）
実施例、比較例を表１、図１乃至図３に基づいて説明する。
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（１００μｍ以下）で、５μｍ以上５０μｍ以下の粒子を６０質量％（５０質量％以上）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質量部を添加して、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及び前記添加剤を混合して、回路基板用の絶縁材（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、絶縁材（ｂ）を得た。

厚み１．５ｍｍの金属ベース上に絶縁材（ｂ）を、硬化後の厚みが、１５０μｍ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、絶縁材（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、金属ベース回路基板の原板を作製した。

金属ベース回路基板原板の銅箔を酸（塩化第二銅）によりエッチング処理し、所望の回路を得た。

得られた銅箔回路上に絶縁コーティング樹脂を厚さ１００μｍでコーティングし、１５０℃×３０分加熱して形成した。また、部品実装部については、レーザー加工機を用いて、絶縁コーティング樹脂を除去し、金属ベース回路基板を得た。

得られた金属ベース回路基板について、後述するとおりに各特性を調べ、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、更に作製した銅回路上に絶縁コーティング樹脂をコーティングし、直径５ｍｍの円形部分の銅を露出させ、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、試験片を水中に浸漬し、室温で交流電圧を銅箔と水中に印加させ、ＪＩＳ Ｃ ２１１０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。

熱抵抗: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）を測定した。

反射率：測定用試料として、作製した金属ベース回路基板を用いた。測定箇所として、絶縁コーティング樹脂上を測定した。測定器は株式会社島津製作所製ＵＶ−２５５０を用いた。

（実施例２、３）
無機フィラーの種類を表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。

（実施例４、５）
無機フィラーの充填量を表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。

（実施例６）
顔料を表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。

（実施例７）
図２に示すように、絶縁コーティング樹脂上に表１の通りソルダーレジストを塗工した以外は実施例１と同様にして回路基板を得た。

（比較例１）
図３に示すように、絶縁コーティング樹脂の代わりにソルダーレジストを塗工した以外は実施例１と同様にして回路基板を得た。

（比較例２）
無機フィラーの充填量を表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。

本発明による金属ベース基板は銅箔及び絶縁材の露出部に絶縁コーティング樹脂を積層することにより、耐電圧の耐湿信頼性、熱抵抗、反射率を向上させることが出来た。

図１は、本発明の実施例１〜６に係る金属ベース回路基板の縦断面を説明する概略図である。 図２は、本発明の実施例７に係る金属ベース回路基板の縦断面を説明する概略図である。 図３は、本発明の比較例１に係る金属ベース回路基板の縦断面を説明する概略図である。

符号の説明

１ 金属ベース
２ 絶縁層
３ 回路箔
４ 絶縁コーティング樹脂
５ 金属ベース回路基板
６ ソルダーレジスト

Claims (7)

1. 金属ベースと、金属ベースの上に積層された絶縁層と、絶縁層の上に局所的に積層された回路箔と、回路箔と絶縁層の露出面に積層された絶縁コーティング樹脂からなる金属ベース回路基板。
2. 絶縁コーティング樹脂が、無機フィラーを５０質量％以上含有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。
3. 無機フィラーが、最大粒子径１００μｍ以下で且つ単一粒子として粒子径１μｍ以上１２μｍ以下を５０容量％以上含有し、平均粒子径５μｍ以上５０μｍ以下である粗粉と、粒子径２．０μｍ以下が７０容量％以上で、平均粒子径０．２μｍ以上１．５μｍ以下である微粉とからなることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の金属ベース回路基板。
4. 絶縁コーティング樹脂が、硬化性樹脂２５容量％以上５０容量％以下、粗粉が３４容量％以上７０容量％以下、微粉が３容量％以上２４容量％以下であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３のいずれか１項に記載の金属ベース回路基板。
5. 無機フィラーが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、結晶質二酸化珪素、非晶質二酸化珪素の何れ１種又は複数種からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の金属ベース回路基板。
6. 絶縁コーティング樹脂中に白色顔料が含有され、白色顔料がルチル型の二酸化チタネート乃至酸化亜鉛、硫酸バリウムを含有し、白色顔料が（１）酸化アルミニウム、又は（２）水酸化アルミニウム及び二酸化珪素にて被覆されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の金属ベース回路基板。
7. 部品実装部の絶縁コーティング樹脂の除去をレーザー加工により行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか1項に記載の金属ベース回路基板の製造方法。

Images