JP2010050180A

JP2010050180A - 回路基板及び電子部品搭載基板

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Publication number: JP2010050180A
Application number: JP2008211339A
Authority: JP
Inventors: Shinya Serizawa; 伸也芹澤; Yutaka Ogino; 裕荻野
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】低弾性であり耐湿信頼性に優れ、回路基板に搭載される車載用電気部品と回路基板との線膨張率の差が小さい回路基板を提供する。
【解決手段】金属製で板状の基材１と、基材の一方の面に積層された絶縁層２と、絶縁層２に積層された導体層３を有する回路基板である。絶縁層２を形成する樹脂が、水添エポキシ樹脂、高分子量エポキシ、又は、ビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体、のうち少なくとも一種類以上からなり、基材１がアルミニウムにＳｉ（珪素）を９〜１１％固溶した回路基板である。基材１の線膨張率は１９〜２１ｐｐｍ／℃のアルミニウム―珪素合金であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板に関するものであり、特に、チップ抵抗、チップコンデンサ、半導体チップ等電子部品を搭載するのに適した回路基板及び電子部品搭載基板に関する。

従来、温度変化が激しくより過酷な環境下で使用する回路基板として、絶縁層を低弾性率化してアルミ基材と搭載部品の線膨張率の差により発生する熱応力を緩和する回路基板や（特許文献１）、基材に銅（１７ｐｐｍ／℃）や鉄（１２ｐｐｍ／℃）、炭化珪素、アルミナ等のセラミックを含有したアルミニウム又はアルミニウム合金を用いた回路基板がある（特許文献２）。
特開２００１−２９８２４８号公報特開２００５−３５３９７４号公報

特許文献１に示されるダイマー酸グリシジルエステルからなる組成は、樹脂の構造から加水分解を起こしやすく耐湿信頼性に問題があった。

特許文献２のセラミックスを含有するアルミ基材では、たとえばＡｌ−ＳｉＣ（ＳｉＣ：２０重量％）の０．２％耐力は４５４Ｎ／ｍｍ^２であり一般的な純アルミ（１０５０材）の０．２％耐力１０５Ｎ／ｍｍ^２より大幅に大きい（硬い）ことから加工性に問題があった。

本発明は、金属製で板状の基材と、基材の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層に積層された導体層を有し、絶縁層を形成する樹脂が、水添エポキシ樹脂、高分子量エポキシ、又は、ビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体、のうち少なくとも一種類以上からなり、基材がアルミニウムに珪素を９〜１１％固溶した回路基板である。

（絶縁層）
絶縁層を形成する樹脂は、水添エポキシ、高分子量エポキシ、又は、ビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体、のうち少なくとも一種類以上からなり、これらのうち、エポキシ−シリコーン共重合体が好ましく、特に、ビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体ビスフェノールＡ型が好ましい。

高分子量エポキシを採用する場合、ビスフェノールＡ型高分子量エポキシ、又は、ビスフェノールＡ型高分子量エポキシとビスフェノールＦ型高分子量エポキシの混合が好ましい

エポキシ−シリコーン共重合体を採用する場合、エポキシ−シリコーン共重合体のエポキシ当量が７００〜１５００ｇ／ｅｑであるのが好ましく、ポリジメチルシロキサン骨格の含有量が３８〜６２重量％であることが好ましく、特に好ましくは３８〜４２重量％である。エポキシ−シリコーン共重合体のエポキシ当量が７００〜１５００ｇ／ｅｑであるのが好ましいのは、エポキシ当量を多くすると耐湿信頼性が低下する傾向にあり、エポキシ当量を少なくすると可撓性が低下する傾向にあるためである。ポリジメチルシロキサン骨格の含有量を多くすると導体回路及び基材との接着性が低下する傾向にあり、ポリジメチルシロキサン骨格の含有量を減らすと可撓性が低下する傾向にあるためである。

絶縁層を形成する樹脂に、硬化剤を配合することが好ましい。好ましい硬化剤としては、ジフェニルジアミノメタン、フェノールノボラック型硬化剤、酸無水物系硬化剤ポリオキシプロピレンアミンがあり、特に好ましくは、ポリオキシプロピレンアミンである。

絶縁層を形成する樹脂に、無機充填剤を配合することが好ましい。無機充填剤としては、電気絶縁性に優れかつ熱伝導率の高いものが用いられ、例えばアルミナ、シリカ、窒化アルミ、窒化硼素の単独又は複数の組み合わせがあり、高い充填可能性及び高い熱伝導性の見地から、好ましくは球状アルミナが良い。無機充填剤の充填率は、樹脂全体のうちの４５〜７０容量％が好ましく、より好ましくは５０〜６０容量％である。充填率が低いと回路基板の熱伝導性が低下する傾向にあり、充填率が低いと絶縁層の弾性率が高くなる傾向にあり、好ましくない。

絶縁層を形成する樹脂には、上述の硬化剤、無機充填剤以外にも、適宜、添加剤を配合することができる。

（基材）
基材が、アルミニウムにＳｉ（珪素）を９〜１１％固溶したに特定することによって、基材の線膨張率を搭載部品の線膨張率に近づけるだけでなく、基材の硬さの調整がなされている。Ｓｉの含有量は、多いと硬くなりすぎて加工性に問題が生じる傾向にあり、少ないと搭載部品との線膨張率の差が大きくなって使用環境の温度変化により発生するハンダクラックの抑制が図れなくなる傾向にある。

（基材の線膨張率）
基材の線膨張率は、１９〜２１ｐｐｍ／℃のアルミニウム―珪素合金であることが好ましい。基材の線膨張率は、かかる範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは、この回路基板に搭載される搭載部品が有する線膨張率に近づけることである。

本発明における線膨張率は熱機械分析装置（ＴｈｅｒｍｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）により求めることができる。

（導体回路）
導体回路には、従来公知の銅、アルミニウム、鉄、錫、金、銀、モリブデン、ニッケル、チタニウム、これらの金属を二種類以上含む合金を用いることができ、形状としては、板、シート、箔、これらの積層体がある。そのなかでも汎用性の高い銅が好ましく、銅箔の製造方法は圧延法でも電解法でも構わない。金属箔の厚さに特に制限はないが価格および加工性の面から１０〜３００μｍが好ましい。導体回路の表面にＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ等のメッキ処理をしても良い。導体回路の絶縁層との接着面には、粗化処理を施すのが好ましい。

（製造方法）
本発明の回路基板の製造方法には、従来公知の回路基板の製造方法で良く、例えば、基材に絶縁剤を塗布した後に加熱半硬化させ、さらに絶縁材の表面に金属箔をラミネート又は熱プレスする製造方法、絶縁剤をシート状にしたものを介して基材と導体回路としての金属箔を貼り合わせる製造方法がある。

他の発明は、上述の回路基板と、この回路基板上に搭載された電子部品を有する電子部品搭載基板である。

本発明の回路基板は、低弾性であり耐湿信頼性に優れた回路基板であり、ハンダクラックの発生が低減され、さらに、回路基板に搭載される車載用電気部品と回路基板との線膨張率の差が小さいため、車載用電気部品に供する回路基板として優れたものである。

本発明を実施するための最良の形態について、説明する。

本発明は、金属製で板状の基材と、基材の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層に積層された導体層を有し、絶縁層を形成する樹脂が、水添エポキシ樹脂、高分子量エポキシ又はビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体の少なくとも一種類以上からなり、基材がアルミニウムに珪素を９％以上１１％以下固溶した回路基板である。

基材の線膨張率は、１９〜２１ｐｐｍ／℃のアルミニウム―珪素合金であることが好ましい。

絶縁層を形成する樹脂は、エポキシ−シリコーン共重合体であり、エポキシ−シリコーン共重合体のエポキシ当量が７００〜１５００ｇ／ｅｑであり、エポキシ-シリコーン共重合体に占めるポリジメチルシロキサン骨格の含有量が３８〜６２重量％であることが好ましい。

絶縁層を形成する樹脂に、硬化剤としてポリオキシプロピレンアミンを配合することが好ましい。

本発明の実施例について、図１及び表１を用いて詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１の回路基板は、図１に示すように、金属製で板状の基材１と、基材１の一方の面に積層された絶縁層２と、絶縁層２に積層された導体層３を有する。導体層３の導体パターンは、適宜変更されるものである。

（絶縁層）
絶縁層は、次のように作製した。
（攪拌・溶解）水添エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）２３．９容量％、エピコート４０１０（ジャパンエポキシレジン株式会社製、登録商標）７．４容量％を１３０℃まで加熱した後、攪拌し、溶解した。

（絶縁材の作製）
溶解した樹脂を室温まで冷却した後、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２３０；三井化学株式会社製、登録商標）９．５容量％、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００；三井化学株式会社製、登録商標）６．２容量％、無機充填材として球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、球状アルミナ、ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％を自転公転式スーパーミキサーあわとり練太郎ＡＲ−２５０（株式会社シンキー製、登録商標）で５分間、攪拌混合し絶縁剤を作製した。

（基板の作成：基材１、絶縁層２及び導体回路３の貼り合わせ）
作製した絶縁剤を、基材１としての厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板（４０４５：昭和電工株式会社製）に、スクリーン印刷法で１１０μｍとなるよう塗布し、厚さ７０μｍの銅箔ＧＴＳ−ＭＰ（古河サーキットフォイル株式会社製、商品名）を貼り合わせ、基板を作製した。基材１としてのアルミニウム板は、アルミニウムを主成分とした金属組成中にＳｉを１０．２％固溶したものであり、線膨張率２０ｐｐｍ／℃、熱伝導率１９０Ｗ／ｍＫを有するものである。

この基板の銅箔をエッチングして回路パターンを形成して導体回路３とし、この導体回路上にＲ１６０８（１．６×０．８ｍｍ）のチップ抵抗（図示省略）を鉛−錫共晶半田で搭載した。

（評価）
この電子部品を搭載した実施例１の回路基板の試料３枚（電子部品を６個搭載）を、３０００回の液体熱衝撃試験（試験装置：楠本化成株式会社ＬＴＳ−６０Ｓ）を３０００サイクル実施した。この試験は、−４０℃設定で７分間の環境下に置いた後、＋１２５℃設定で７分間の環境下に置く試験を１サイクルとして３０００回連続で繰り返したものである。実施後の回路基板を５０倍の顕微鏡にて半田と電子部品との接続部（3枚×6個）を断面観察し、クラック発生状況を調べた。実施例１の回路基板は、１８箇所中１枚も半田クラックが発生しなかった。表１の試験結果は、１８箇所当たりの半田クラック発生数である。

（実施例２）
実施例２の回路基板は、実施例１の絶縁層２を形成する樹脂が、エポキシ−シリコーン共重合体ＡＬＢＩＦＬＥＸ２９６（ｎａｎｏｒｅｓｉｎｓ社製、登録商品）３７．４容量％、水添エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）３．９容量％、ポリオキシプロピレンアミン、ジェファーミンＤ２３０（三井化学株式会社製、登録商標）３．５容量％、ポリオキシプロピレンアミン、ジェファーミンＤ２０００（三井化学株式会社製、登録商標）２．２容量％、無機充填材として球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、アルミナ；ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％を用いた他は実施例１と同様に試験し、液体熱衝撃試験として３０００サイクル及び３６００サイクル実施し、いずれも一枚も半田クラックが生じなかった。

（比較例１）
比較例１の回路基板は、基材として厚さ２．０ｍｍ、線膨張率２３ｐｐｍ／℃のアルミニウム板（ＪＩＳ呼称１０５０；昭和電工株式会社製）を用いた以外は、実施例１と同様に試験した。本比較例１では、半田クラックが７枚発生した。

（比較例２）
比較例２の回路基板は、基材として比較例１と同じで、絶縁層２を実施例２と同じものを用いたほかは、実施例２と同様に試験した。接合部分のクラック発生状況を調べた結果を表１に示す。

本発明は、チップ抵抗、チップコンデンサ、半導体チップ等電子部品を搭載するのに適した回路基板及び電子部品搭載基板であり、電子部品を利用した家電製品、自動車で利用される。

本実施例の回路基板の模式図

符号の説明

１基材
２絶縁層
３導体層

Claims

金属製で板状の基材と、基材の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層に積層された導体層を有し、絶縁層を形成する樹脂が、水添エポキシ樹脂、高分子量エポキシ、又は、ビスフェノールＡ骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体、のうち少なくとも一種類以上からなり、基材がアルミニウムにＳｉ（珪素）を９〜１１％固溶した回路基板。
基材の線膨張率が１９〜２１ｐｐｍ／℃のアルミニウム―珪素合金である請求項１記載の回路基板。
絶縁層を形成する樹脂がエポキシ−シリコーン共重合体であり、エポキシ−シリコーン共重合体のエポキシ当量が７００〜１５００ｇ／ｅｑであり、エポキシ-シリコーン共重合体に占めるポリジメチルシロキサン骨格の含有量が３８〜６２重量％である請求項１又は２のいずれか記載の回路基板。
絶縁層を形成する樹脂に、硬化剤としてポリオキシプロピレンアミンが配合された請求項１ないし請求項３記載のいずれか記載の回路基板。
請求項１ないし請求項４のいずれか記載の回路基板と、この回路基板上に搭載された電子部品を有する電子部品搭載基板。