JP2011111508A - 樹脂含浸シート、積層板、及びモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂含浸シートは、不織布に、フィラーが70〜95質量%含有された樹脂組成物2を含浸し、Bステージ状態にした厚み200〜500μmの樹脂含浸シート1である。そして、レジンコンテントが90質量%以上であり、不織布は10μm径以下で13mm長以上の繊維3によって形成されている。積層板Aは、樹脂含浸シート1の少なくとも一方の面側に金属箔4を重ねて硬化してなる。モジュールは、積層板Aを用いて形成された回路基板に、部品10を実装してなる。
【選択図】図1
Description
測定機械 :定速伸張形引張試験機
測定条件 : JIS P 8111準拠 「標準状態:23℃、50%RH」
サンプルサイズ :15mm×270mm「チャック間距離:180mm」
数値 :強さをN/15mmで表記
の方法で実施することができる。
そして、本発明による樹脂含浸シートにおいて、上式のレジンコンテントは90質量%以上である。レジンコンテントがこの範囲のように高くなることにより、加熱加圧する際に十分な量の樹脂が流動化してフィラーを分散することが可能となり、放熱性をさらに向上することができる。レジンコンテントが90質量%よりも小さいとこのような作用が十分に得られなくなる。フィラーの充填性を高めるためには、レジンコンテントは95質量%以上であることが好ましい。その場合、高熱伝導率化と強靭性化のバランス設計を良好にすることができる。また、レジンコンテントは98質量%以下であることが好ましい。レジンコンテントがこれよりも高くなると繊維量が少なくなって引張強度が低下することとなり、生産時のペーパー切れ(基材切れ)が発生するおそれがある。
〔不織布〕
不織布として、ガラス不織布(オリベスト社製、「グラベスト」)を使用した。仕様は次の通りである。
・ガラス繊維:6μm径×13mm長(75質量%)、6μm径×20mm長(25質量%)
・密度:0.13g/cm3
・シート坪量:25g(面積1m2)
・厚み:170μm
・バインダー:エポキシ系樹脂
なお、シート坪量とは、ガラス不織布の単位面積当りの質量である。
樹脂と硬化剤とフィラーとを溶剤中で高速ディスパーにて混合して樹脂組成物のスラリーを得た。その際、溶剤を除いた成分中のフィラーの含有量は90質量%にした。また、粘度が1000cpsになるように溶剤量を調整した。
・樹脂:熱硬化型エポキシ樹脂(ビスAエポキシ樹脂と多官能エポキシ樹脂とを適宜配合したもの)
・硬化剤:フェノール系硬化剤(明和化成工業社製「DL92」)
・フィラー:アルミナフィラー(電気化学工業社製「DAW05」、平均粒径5μm)
・溶剤:MEK
〔含浸・乾燥〕
ガラス不織布を樹脂組成物のスラリーに浸漬して樹脂を基材に含浸させた。この樹脂含浸基材を150℃で3分間乾燥することにより、Bステージ状になった樹脂含浸シート(厚み:200μm、質量:約600g/m2)を得た。
上記によって得た樹脂含浸シートを2枚重ね、その一方の面に厚み105μmの銅箔を、他方の面に厚み35μmの銅箔をそれぞれ重ねて、170℃、4MPaで90分間加熱加圧した。これにより、図2のような両面に金属箔を配する積層板が得られた。
得られた積層板の35μm側の銅箔を回路形成し、10mm□のチップ抵抗を利用した発熱部品を実装した。また、150mm□で厚みが100mm程度のアルミ製の放熱フィンに、この実装された積層板を放熱ペーストを薄く塗ってから105μm側の銅箔側から密着させて、モジュールを作製した。このモジュールについて、電力負荷を行い、部品の内部温度を測定し、飽和した時点の温度から室温を差引いた温度を上昇温度とし、その温度を不可電力(W)で割った値を熱抵抗値として、測定した結果、0.5℃/Wとなり、放熱性が高いことが確認された。
〔不織布〕
不織布として、ガラス不織布(オリベスト社製、「グラベスト」)を使用した。仕様は次の通りである。
・ガラス繊維:9μm径、13mm長(75質量%)、9μm径×20mm長(25質量%)
・密度:0.13g/cm3
・シート坪量:40g(面積1m2)
・厚み:350μm
・バインダー:アクリル系樹脂
〔樹脂組成物〕
樹脂と硬化剤とフィラーとを溶剤中で高速ディスパーにて混合して樹脂組成物のスラリーを得た。その際、溶剤を除いた成分中のフィラーの含有量は85質量%にした。また、粘度が500cpsになるように溶剤量を調整した。
・樹脂:熱硬化型エポキシ樹脂(ビスAエポキシ樹脂と多官能エポキシ樹脂とを適宜配合したもの)
・硬化剤:アミン系硬化剤(ジシアンジアミド、日本カーバイド社製)
・フィラー:アルミナフィラー(電気化学工業社製「DAW05」、平均粒径5μm)
・溶剤:MEK、メタノール(質量混合比80:20)
〔含浸・乾燥〕
ガラス不織布を樹脂組成物のスラリーに浸漬して樹脂を基材に含浸させた。この樹脂含浸基材を150℃で3分間乾燥することにより、Bステージ状になった樹脂含浸シート(厚み:400μm、質量:約1100g/m2)を得た。
上記によって得た樹脂含浸シートを1枚用い、その両面に厚み35μmの銅箔をそれぞれ重ねて、170℃、4MPaで90分間加熱加圧した。これにより、図2のような両面に金属箔を配する積層板が得られた。
得られた積層板の片面の銅箔を回路形成し、10mm□のチップ抵抗を利用した発熱部品を実装した。また、150mm□で厚みが100mm程度のアルミ製の放熱フィンに、この実装された積層板を放熱ペーストを薄く塗ってからベタ銅箔側から密着させて、モジュールを作製した。このモジュールについて、電力負荷を行い、部品の内部温度を測定し、飽和した時点の温度から室温を差引いた温度を上昇温度とし、その温度を不可電力(W)で割った値を熱抵抗値として、測定した結果、1.2℃/Wとなり、放熱性が高いことが確認された。
〔積層板〕
実施例1で得た樹脂含浸シートを1枚用い、その一方の面に厚み0.3mmの鉄板を、他方の面に厚み35μmの銅箔をそれぞれ重ねて、170℃、4MPaで90分間加熱加圧した。これにより、図4のような、一方の面に金属箔を配し他方の面に金属板を配する積層板(金属ベース基板)が得られた。
得られた積層板の片面の銅箔を回路形成し、10mm□のチップ抵抗を利用した発熱部品を実装した。また、150mm□で厚みが100mm程度のアルミ製の放熱フィンに、この実装された積層板を放熱ペーストを薄く塗ってから鉄板側から密着させて、電力負荷を行い、部品の内部温度を測定し、飽和した時点の温度から室温を差引いた温度を上昇温度とし、その温度を不可電力(W)で割った値を熱抵抗値として、測定した結果、0.7℃/Wとなり、鉄板込みの熱抵抗を測定したが、放熱性が高いことが確認された。
ガラス繊維として、9μm径×13mm長のみを使用したガラス不織布を用いた。それ以外は実施例2と同様にして、樹脂含浸シートを作製し、硬化させた。この硬化物の曲げ弾性係数を測定した結果、600kN/cm2となり、非常にもろい基板となった。これにより、曲げ弾性係数は800kN/cm2以上が好ましいことが確認された。
フィラーをシリカにした以外は、実施例2と同様に、樹脂含浸シートを作製し、硬化させた。線膨張係数はα1(ガラス転移温度以下での線膨張係数)が13ppmであり非常に小さい値だったが、熱伝導率は約1W/mKとなり放熱性があまりよくない傾向を示した。
ガラス不織布として、12μm径×13mm長のガラス繊維のみから形成されたものを用いた。それ以外は、実施例1と同様にして、樹脂含浸シートを作製した。樹脂を含浸するものの、形成されたシートは、非常に表面の外観がでこぼこになった。また、硬化物を作成したが、非常にもろい基板となった。
ガラス不織布として、9μm径×9mm長のガラス繊維のみから形成されたものを用いた。それ以外は、実施例2と同様にして、樹脂含浸シートを作製し、硬化させた。この硬化物は、非常にもろい基板となって、割れやすいものであり、使用上の問題が発生すると考えられた。
フィラーをシリカに変更し、フィラー含有量70質量%のスラリーとした。また、ガラス不織布として、6μm径×13mm長のガラス繊維のみから形成されたものを用い、その坪量を70gとした。それ以外は実施例2と同様にして、このガラス不織布にスラリーを含浸し、400μmの樹脂含浸シートを作製した。このとき、レジンコンテントは、90質量%弱となった。断面を観察するとガラス繊維の含有面積が多いことが一目で分かった。熱伝導率に影響を与える程度にバインダーが占める面積も多く放熱性に課題が発生すると考えられる。
フィラー含有量を60質量%にした。それ以外は、実施例1と同様にして、樹脂含浸シートを作製し、硬化させた。流動性や含浸性は良好となったが、熱伝導性が低下し、線膨張係数も高い硬化物となるため、使用不可である。
フィラー含有量を96質量%にした。それ以外は、実施例1と同様にして、樹脂含浸シートを作製した。ただし、含浸性が非常に悪いので、含浸時の樹脂粘度を300cpsとして、含浸した。樹脂含浸シートの外観はカスレが発生した状態となり、硬化物としては良品を採取できなかった。
ガラス不織布の坪量を20g(面積1m2)にし、それ以外は実施例1と同様の方法で150μmの樹脂含浸シートの作製を試みた。なお、その際、手すきサンプルを作製し、含浸させた。しかし、絞りをきつくしたために、非常にペーパー切れが多発した。製法を片面からのコーティング製法にすれば、製造の可能性は高くなると思われるが、非常に難しいと考えられる。これにより、200μmより薄いシートは問題があることが確認された。
ガラス不織布の坪量を50g(面積1m2)にし、それ以外は実施例1と同様の方法で厚み650μmの樹脂含浸シートの作製を試みた。非常に重量感があり、樹脂含浸シートと言うよりは、板状のものとなった。製造時のロール等のRが小さい場合には、折れ等が発生する可能性があり、また、自重によってペーパー切れの可能性が高くなる。さらに、非常に分厚いので揮発分を測定すると、1%以上の揮発分が残ってしまい、硬化時のボイドや信頼性に問題が出る可能性が高いことが分かった。これにより、厚み500μmを超えると問題があることが確認された。
2 樹脂組成物
3 繊維
4 金属箔
5 絶縁層
6 絶縁材料層
7 金属板
8 回路配線
10 部品
20 フィラー
A 積層板
Claims (9)
- 不織布に、フィラーが70〜95質量%含有された樹脂組成物を含浸し、Bステージ状態にした厚み200〜500μmの樹脂含浸シートであって、レジンコンテントが90質量%以上であり、不織布は10μm径以下で13mm長以上の繊維によって形成されていることを特徴とする樹脂含浸シート。
- 硬化したときの曲げ弾性係数が800kN/cm2以上であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂含浸シート。
- 硬化したときの熱伝導率が3W/mK以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の樹脂含浸シート。
- フィラーが、アルミナ、窒化ボロン、窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも一つであり、上記樹脂組成物はエポキシ樹脂を主成分として含有していることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の樹脂含浸シート。
- 請求項1、2、3又は4に記載の樹脂含浸シートの少なくとも一方の面側に金属箔を重ねて硬化してなることを特徴とする積層板。
- 請求項1、2、3又は4に記載の樹脂含浸シートの一方の面側に金属箔を重ねると共に他方の面側に金属板を重ねて硬化してなることを特徴とする積層板。
- 一枚の樹脂含浸シートを用いて形成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載の積層板。
- 金属箔の厚みが105μm以下であることを特徴とする請求項5、6又は7に記載の積層板。
- 請求項5、6、7又は8に記載の積層板を用いて形成された回路基板に、部品を実装してなることを特徴とするモジュール。
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