JP2010098246A

JP2010098246A - 金属基板および電子回路モジュール

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Publication number: JP2010098246A
Application number: JP2008269974A
Authority: JP
Inventors: Takashi Niira; 尚新楽; Masamitsu Shirohashi; 正光白橋; Hiroshi Fukukawa; 弘福川
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】搭載された電子部品から発生する熱を効率よく放出し、薄型、軽量に優れ、且つ、塑性加工により所望の立体構造に形成可能な金属基板を提供する。
【解決手段】ステンレス箔の片面に形成した銅を主成分とする層が、絶縁層によって、銅箔と接着されたことを特徴とする金属基板および同金属基板が、塑性加工され、立体構造を形成し、電子部品が実装されてなる電子回路モジュールである。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器の筐体、または電子部品の支持体として使用可能な金属基板および電子回路モジュールに関し、さらに詳しくは金属部材を塑性変形させて筐体、または支持体を形成可能な金属基板および同金属基板に電子部品が実装された電子回路モジュールに関する。

近年、電子回路の高機能化、小型化が著しく進展しており、例えば携帯電話機やコンピュータなどにおいては、限られた空間に数多くの機能を持った回路が形成されるようになってきている。そのために、個々の回路から発生する熱を逃がす工夫や、部品そのものを小型化する工夫が講じられている。
金属基板は金属板上に絶縁層を介して回路が形成されており、この金属板に放熱の機能を持たせると共に筐体や支持体としても利用できるため、このような用途には最適に使用できる。
例えば、金属板を電子部品が搭載されている面の方向に折り曲げる電子モジュールの製造方法が提案されている（特許文献１）。
また、板金シャーシ上に回路を形成し、電子部品を実装した後、折り曲げることによって省スペース化を図る方法も提案されている（特許文献２）。
一方、金属箔として、ステンレス箔を用いる試みも多数提案されている（特許文献３〜８）。しかしながら、特許文献３〜８いずれもステンレスの筐体への加工特性や放熱の機能に着眼したものではなく、当然のことながら、そのための工夫はなされていない。

特表２００３−１７６３５号公報特開２００４−３４９４７８号公報特開２００３−３１１８４０号公報特開２００４−３５１７５９号公報特開２００５−１１９１６１号公報特開２００６−２８６０５４号公報特開２００８−３１４７０号公報特開２００８−６３５６０号公報

放熱用途では、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属板が使用されているが、筐体や支持体に使用する場合には所定の強度を得るために金属板を厚くする必要があり、加工性や重量、コスト面で課題があった。
このため、銅やアルミニウム以外の強度の高い鋼材が使用される場合もあるが、熱伝導率が銅やアルミニウムなどに比較して低く、発熱部品周辺の基板温度が極端に高くなる熱歪の現象が起こりやすい、という課題があった。
そこで、本発明の目的は、搭載された電子部品から発生する熱を効率よく放出し、薄型、軽量に優れ、且つ、塑性加工により所望の立体構造に形成可能な金属基板を提供することである。

本発明者らは鋭意検討した結果、金属基板の放熱板として熱拡散層を有するステンレス箔を使用することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。
すなわち、本発明は下記
（1）ステンレス箔の片面に形成した銅を主成分とする層が、絶縁層によって、銅箔と接着されたことを特徴とする金属基板、
（2）前記ステンレス箔が、厚さ１０から５００μｍである上記（1）に記載の金属基板、
（3）前記ステンレス箔に形成した銅を主成分とする層が、厚さ５から５０μｍである上記（1）または（2）に記載の金属基板、
（4）前記絶縁層が、エラストマーを含む樹脂組成物からなる上記（1）から（3）のいずれかに記載の金属基板、
（5）前記絶縁層が、さらに無機充填剤を含む樹脂組成物からなる上記（1）から（4）のいずれかに記載の金属基板、
（6）前記ステンレス箔のもう一方の面にさらに銅箔が積層されてなる上記（1）から（5）のいずれかに記載の金属基板および
（7）上記（1）から（6）のいずれかに記載の金属基板が、塑性加工され、立体構造を形成し、電子部品が実装されてなる電子回路モジュールを提供する。

本発明によれば、絶縁層とステンレス箔の間に銅を主成分とする熱拡散層を設けることにより、電子部品から発生する熱を広く拡散させることができ、好適な熱放散性が得られる。本発明の金属基板は、配置される金属部材にステンレス箔を使用することによって、曲げ加工、絞り加工、段差加工等の一般的な金属加工を施すことで、立体配線板（３次元基板）として使用することが可能となる。

本発明の金属基板において、絶縁層を形成させるために使用される樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂が好適に使用される。
前記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂組成物が好適に使用される。エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル系の変性エポキシ樹脂及びその臭素化物などが挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。その他の熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フェノールノボラック型樹脂、クレゾールノボラック型樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂は、通常、エポキシ用硬化剤とともに用いられる。エポキシ用硬化剤としては、公知のエポキシ樹脂用の硬化剤を使用可能である。例えば、脂肪族アミン系硬化剤、脂環族アミン系硬化剤、芳香族アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノールノボラック樹脂、ジシアンジアミド、三フッ化硼素アミン錯塩等が例示され、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。
さらに、本発明においては、エポキシ用硬化促進剤を用いることができる。用いるエポキシ用硬化促進剤としては、公知のエポキシ樹脂用の硬化促進剤を使用することができ、例えば、イミダゾール類、ＢＦ₃錯体、３級アミン類、トリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。

また、絶縁層を形成させるために使用される熱硬化性樹脂組成物中にその他の樹脂成分としてエラストマー成分を配合することにより、銅箔との接着性や金属基板の可撓性に対して有効である。エラストマー成分の配合量は熱硬化性樹脂１００質量部に対して１〜５０質量部であることが好ましく、１０〜３０質量部であることがより好ましい。エラストマー成分は、常温でゴム状弾性を有するものであればよく、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム、ビニル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。
そして、上記した各成分をメチルエチルケトン／セロソルブ、メチルエチルケトン／トルエン等の溶媒を用いて熱硬化性樹脂組成物を主成分とする、塗布液または含浸液を製造することができる。

さらに、前記絶縁層を形成させるための熱硬化性樹脂組成物中には高熱伝導性無機充填剤を配合してもよい。使用できる無機充填剤としては、特に制限なく、各種公知なものを使用することができる。例えば、窒化ホウ素、ガラス繊維、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどがある。回路基板用途に使用する接着剤の場合は耐薬品性が必要になるため、窒化ホウ素、アルミナ、水酸化アルミニウムが特に好ましく使用できる。
無機充填剤の配合量は熱硬化性樹脂組成物全量中、通常３０〜８５質量％程度、好ましくは４０〜８０質量％である。
その他、必要に応じてレベリング剤、老化防止剤、可塑剤、前記無機充填剤以外の体質顔料、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤などを添加することができる。

本発明の金属基板は、通常、以下のような手順で作製される（図１参照）。
まず、銅箔に絶縁層を形成させた銅箔付き絶縁シートを作製する。
銅箔付き絶縁シートは、従来公知の方法、例えばスピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法などの方法により、銅箔に前記熱硬化性樹脂組成物を溶解または分散させた塗布液を塗工したのち、溶媒等の低沸点成分の残留を防ぐために、８０〜１５０℃程度の温度で３０秒〜５分間程度加熱して形成させるのが望ましい。

また、本発明における絶縁層はガラスクロスに前記熱硬化性樹脂組成物を溶解または分散させた含浸液を含浸・乾燥してプリプレグとしてもよい。
本発明で用いるガラスクロスとしては、種類は特に限定されることなく使用することができるが、ＩＰＣ−ＥＧ−１４０に規定される平織りＥガラスクロス等を使用することが好ましく、可撓性をもたせるためには１０８０タイプや１０３７タイプといった３０〜５０μｍの厚さのものが特に好ましい。さらに、溶媒等の低沸点成分の残留を防ぐために、８０〜１５０℃程度の温度で３０秒〜５分間程度加熱して形成させるのが望ましい。

上記絶縁層の厚さとしては、特に制限はなく、用途に応じて適宜選定されるが、通常１０〜１００μｍの範囲、好ましくは２５〜６０μｍの範囲である。

上記ステンレス箔の厚さは、ステンレス箔の種類等によっても異なるが、通常１０〜５００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜５０μｍの範囲であることが望ましい。ステンレス箔の厚さが５００μｍを超える場合には、金属基板の加工性上問題となるだけでなく、重量が増し、箔が肉厚化することで、薄型化、小型軽量化を達成するのが困難となる。その結果、薄型で小型軽量化を指向する利用者やメーカーの要望に十分に応えることができなくなるおそれがある。一方、ステンレス箔の厚さは薄ければ薄いほど望ましいが１０μｍ未満の場合には、工業的に入手困難であることに加えて成形後の強度が十分でなくなるおそれもある。
上記ステンレス箔の材質は、特に制限されるものではないが、オーステナイト系のステンレス鋼を圧延して光輝焼鈍処理したものは、プレス成形性もよく、好適に使用できる。

上記銅を主成分とする熱拡散層は、例えば上記ステンレス箔表面に電解銅メッキを施すことによりメッキ層を形成することができる。メッキ層の厚さは５から５０μｍが好ましい。メッキ層の厚さが５μｍより薄いと十分な熱拡散の効果が得られず、５０μｍより厚いと重量の増加により適当ではない。耐熱性などの特性向上のために、前記電解銅メッキの下地または表面に亜鉛、ニッケル、クロムなどの元素を析出させてもよい。

本発明の金属基板は、銅箔付き絶縁シートまたは銅箔付きプリプレグにおける絶縁シートまたはプリプレグの面と、上記ステンレス箔の銅を主成分とする熱拡散層面とを重ね合わせて、加熱・加圧して一体に成形して製造することができる。このようにして形成された図１に示すような金属基板におけるステンレス箔４の上にさらに銅箔を重ね合わせてもよい。ステンレス箔の上にさらに銅箔を重ね合わせることにより、放熱機能が向上する。

本発明の電子回路モジュールは、上記金属基板にエッチング等により導電性回路を形成し、ソルダーレジスト層を形成し、はんだ処理をおこなった後、ＬＥＤをはじめとする半導体素子や抵抗、コンデンサ等の電子部品を組み合わせて製造する。
本発明の金属基板は、図２および３に示すように、曲げ加工、絞り加工、段差加工等の塑性加工により所望の形状に加工して立体配線板（３次元基板）とし、上記各種の電子部品を取り付けた電子回路モジュールとすることが出来る。

次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は、これらによって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
以下に、本発明の好ましい一つの実施形態について図１〜３を用いて説明する。
〔銅付きステンレス箔の製造〕
厚さ１００μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４）（図１における４）の片面に電解銅メッキにより厚さ１８μｍの銅を析出させた。これが図１における銅を主成分とする熱拡散層３となる。

〔絶縁層付き銅箔の製造〕
ビフェニル骨格含有エポキシ樹脂ｊＥＲＹＸ４０００Ｈ〔ジャパンエポキシレジン社製、商品名〕を２３部、エポキシ樹脂用硬化剤としてジシアンジアミドを１．２質量部、硬化促進剤として２−エチル−４−メチルイミダゾールを０．０５質量部、エラストマーとしてカルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴムのニポール１０７２（日本ゼオン社製、商品名）を１０質量部、無機充填剤として窒化ホウ素ＳＧＰＳ（電気化学工業社製、商品名）を２５質量部およびアルミナを４０質量部準備した。それらをメチルエチルケトン／ジメチルホルムアミド＝６／４（質量比）の混合溶媒に溶解または分散させ、塗布液を調製した。これを３５μｍ銅箔〔古河サーキットフォイル社製〕の処理面（ＪＩＳＣ６５１５で規定された銅箔の粗面）側に塗布し、１５０℃で３分間乾燥することで、厚さ５０μｍの絶縁層（図１における絶縁層２）付き銅箔を製造した。

〔金属基板およびソルダーレジストの製造〕
絶縁層付き銅箔の絶縁層面と前記銅（銅を主成分とする熱拡散層３）付きステンレス箔における銅側とを重ね合わせ、温度１７０℃、圧力４ＭＰａの条件で９０分間、加熱・加圧処理して一体成形し、総板厚０．１５ｍｍの、図１に示すような金属基板を製造した。
次に、同金属基板の銅箔側を選択エッチングすることにより、回路を形成し、さらに、その上からレジストインクを印刷してソルダーレジストを製造した。

（実施例２）
〔プリプレグの製造〕
カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴムのニポール１０７２（日本ゼオン社製、商品名）４５質量部、ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹脂のエピコートＹＤＢ−４００（東都化成社製、商品名：エポキシ当量４００）２３質量部、臭素化ノボラックエポキシ樹脂のＢＲＥＮＳ（日本化薬社製、商品名：エポキシ当量２８４）２３質量部、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン（アミン当量６２）５．７質量部、２−エチル−４−メチルイミダゾール０．２質量部、水酸化アルミニウム１０質量部及び老化防止剤のＮ，Ｎ′−ジ−２−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン１質量部を、メチルエチルケトン／トルエン＝６／４（質量比）の混合溶媒に溶解または分散し、含浸液を調製した。これをガラスクロスＡＳ１０８０／Ａ７６０ＡＷ（旭シユエーベル社製、商品名：１０８０タイプ）に含浸させ、１８０℃で３分間乾燥することで、樹脂質量比率６０％の、厚さ５０μｍのプリプレグを製造した。

〔金属基板およびソルダーレジストの製造〕
上記プリプレグの片面に、前記銅付きステンレス箔の銅を主成分とする熱拡散層側を重ね合わせ、もう一方の面に３５μｍ銅箔〔古河サーキットフォイル社製〕の処理面側を重ね合わせ、温度１７０℃、圧力４ＭＰａの条件で９０分間、加熱・加圧処理して一体成形し、板厚０．１７ｍｍの金属基板を製造した。
次に、同金属基板の銅箔側を選択エッチングすることにより、回路を形成し、さらに、その上からレジストインクを印刷してソルダーレジストを製造した。

〔電子回路モジュールの製造-１〕
次に、図２に示すように実施例１で得られた金属基板５をダイ７に取り付け、パンチ６で金属基板５のステンレス箔側が凹面の内側になるように加工を行い、反射板の機能をもたせた。次に、金属基板５の銅箔側を選択エッチングして回路を形成し、挿入実装型ＬＥＤを実装し端子を回路にハンダ付けして、ＬＥＤ照明ユニットとして好適に使用できる電子回路モジュールを製造した。

〔電子回路モジュールの製造-２〕
図３に示すように、実施例２で得られた金属基板５をダイ７に取り付け、パンチ６で折り曲げ加工を行ない、立体配線板を作製した。次に、金属基板５の銅箔側を選択エッチングして回路８を形成し、回路に高出力のＩＣ（図３における９）を実装してパワーモジュールとして好適に使用できる電子回路モジュールを製造した。

〔応用例１―電子回路モジュールの熱放散性テスト〕
実施例２で得られたソルダーレジストの回路に出力０．５ＷのＬＥＤを４個実装し、ＬＥＤに１時間連続通電して点灯した後のＬＥＤ実装面の反対側の温度を測定した結果、３２〜３８℃であった。
〔比較応用例１―比較用の電子回路モジュールの熱放散性テスト〕
銅を主成分とする熱拡散層３を有していない他は実施例１と同様にして比較用の電子回路モジュールを作製した。比較用の電子回路モジュールに応用例１と同様にＬＥＤを実装してテストを行い、実装面の反対側の温度を測定した結果、４６〜５３℃であった。
本発明の電子回路モジュールにおいては、比較用の電子回路モジュールに比べて放熱特性が優れていることがわかる。

本発明の金属基板は、曲げ加工、絞り加工、段差加工等の一般的な金属加工を施すことで、立体配線板（３次元基板）として使用することが可能であり、ＬＥＤをはじめとする半導体素子や抵抗、コンデンサ等の電子部品を組み合わせて電子材料分野で好適に使用することができる。

本発明の金属基板の実施形態の概略図である。本発明による電子回路モジュール作製手順の実施形態の一つの概略図である。本発明による電子回路モジュール作製手順の実施形態のもう一つの概略図である。

符号の説明

１：銅箔
２：絶縁層
３：銅を主成分とする熱拡散層
４：ステンレス箔
５：金属基板
６：パンチ
７：ダイ
８：回路
９：実装部品

Claims

ステンレス箔の片面に形成した銅を主成分とする層が、絶縁層によって、銅箔と接着されたことを特徴とする金属基板。
前記ステンレス箔が、厚さ１０から５００μｍである請求項１に記載の金属基板。
前記ステンレス箔に形成した銅を主成分とする層が、厚さ５から５０μｍである請求項１または２に記載の金属基板。
前記絶縁層が、エラストマーを含む樹脂組成物からなる請求項１から３のいずれかに記載の金属基板。
前記絶縁層が、さらに無機充填剤を含む樹脂組成物からなる請求項１から４のいずれかに記載の金属基板。
前記ステンレス箔のもう一方の面にさらに銅箔が積層されてなる請求項１から５のいずれかに記載の金属基板。
請求項１から６のいずれかに記載の金属基板が、塑性加工され、立体構造を形成し、電子部品が実装されてなる電子回路モジュール。