JP2014029926A

JP2014029926A - 金属ベース回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP2014029926A
Application number: JP2012169704A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kitahara; 大輔北原; Hirotsugu Shirato; 洋次白土; Akihiko Tobisawa; 晃彦飛澤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-13

Abstract

【課題】アルミニウム基板表面を安全性に優れるとともに簡便な方法で、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との密着性、半田耐熱性、耐屈曲性に優れるとともに、これを用いた各種装置の歩留まりを向上させることが可能な金属ベース回路基板を得ることができる金属ベース回路基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウム基板を分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させる工程と、処理後の前記アルミニウム基板表面に絶縁樹脂層を形成し、次いで該絶縁樹脂層上に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属ベース回路基板の製造方法に関する。

従来から、実装部品から発せられる熱を放熱することを目的として、アルミニウム基板上に、絶縁樹脂層を介して金属層が積層された金属ベース回路基板が使用されている。

金属ベース回路基板を構成する金属基板表面に酸化被膜が形成されている場合、絶縁樹脂層との密着性を低下させる。そのため、特許文献１または２に記載のように、アルミニウム基板表面の酸化被膜を除去するため、該表面を研磨する機械研磨が行われている。また、近年では、ＬＥＤのような発光素子等を搭載し、液晶表示装置等の光源として用いられるようになってきている（特許文献２）。

特開平０７−１９７２７２号公報特開２００７−１９４１５５号公報

しかしながら、液晶表示装置等の電子機器に対する薄型化や小型化への要求に伴い、搭載位置の面積等に制限を受け、少スペースに実装する必要性が生じてきている。そのような少スペースに実装する場合、金属ベース回路基板が折り曲げられ、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との間で剥離するという問題が生じることがあった。

特許文献に記載の機械研磨によれば、アルミニウム基板表面に凹凸が形成され、アンカー効果により樹脂層との密着性が向上する。しかしながら、機械研磨は大量の研磨カスが生じ、さらにこれらを精度よく除去するための装置や工程が別途必要であった。このように、機械研磨は、安全性や製造コスト、さらに工程の煩雑さに改善すべき点があった。

また、機械研磨は、アルミニウム基板表面に凹凸を形成するため、該表面に形成される樹脂層が平坦とならず、ひいては樹脂層上に形成される回路が平坦ではなくなることがあった。そのため、回路に搭載される素子との接続が不十分となり、金属ベース回路基板を用いた各種装置の歩留まりが低下することがあった。一方、これらの処理を行わなければ、アルミニウム基板表面と樹脂層との密着性が低く、金属ベース回路基板を用いた各種装置の歩留まりが大きく低下するため、機械研磨は必須の工程となっていった。

本発明者らは上記の課題に鑑み鋭意研究したところ、アルミニウム基板表面を安全性に優れ、かつ簡便な方法により処理することにより、樹脂層との密着性の向上と、金属ベース回路基板を用いた各種装置の歩留まり向上の何れをも満たすことができることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、以下に示すことができる。
（１）アルミニウム基板を、分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させる工程と、処理後の前記アルミニウム基板表面に絶縁樹脂層を形成し、次いで該絶縁樹脂層上に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする金
属ベース回路基板の製造方法。

（２）アルミニウム基板と絶縁樹脂層と金属層とが順に積層されてなる金属ベース回路基板に用いられるアルミニウム基板の処理方法であって、アルミニウム基板を分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させることを特徴とする金属ベース回路基板用アルミニウム基板の処理方法。

本発明の金属ベース回路基板の製造方法は、アルミニウム基板表面を分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤と接触させる工程を備えており、安全性に優れるとともに簡便な方法で、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との密着性、半田耐熱性、耐屈曲性に優れるとともに、これを用いた各種装置の歩留まりを向上させることが可能な金属ベース回路基板を得ることができる。

本実施形態の製造方法により得られる金属ベース回路基板の一例を模式的に示す断面図である。実施例における密着性試験方法を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宣説明を省略する。

＜金属ベース回路基板の製造方法＞
本実施形態の金属ベース回路基板の製造方法は、以下の工程（ａ）〜（ｂ）を有する。
（ａ）アルミニウム基板を、分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させる工程
（ｂ）処理後のアルミニウム基板表面に絶縁樹脂層を形成し、次いで絶縁樹脂層上に金属層を形成する工程

（工程（ａ））
アルミニウム基板を、分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間、好ましくは０．５〜３分間接触させる。当該処理に用いられるシランカップリング剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、下記化学式（１）で表される３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、下記化学式（２）で表される３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリｓｅｃ−ブトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジｓｅｃ−ブトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリイソプロポキシシランなどがあげられる。

分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤は、メルカプト基によって酸性を有し、この酸性であるメルカプト基によって、アルミニウム基板の表面の酸化層が取り除かれる。また、酸化層が取り除かれたのちに、分子内にメルカプト基を有するシランカッ
プリング剤のアルコキシシラン部分と、アルミニウムが結合することによって、絶縁樹脂層を形成する樹脂組成物との濡れ性が向上すると考えられる。

当該処理方法としては、アルミニウム基板表面に分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤を接触させることができればよく、浸漬処理、流水処理、噴霧処理等を挙げることができる。接触処理後、所定の方法により過剰のシランカップリング剤を除去する。アルミニウム基板の表面粗度（Ｒｚ）は、処理前後でほとんど変化せず、３〜９μｍであり、平滑である。表面粗度は、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して行い、十点平均粗さ（Ｒｚ）として算出することができる。

このような処理を施すことにより、アルミニウム基板表面が平滑な場合であっても、絶縁樹脂層を形成する樹脂組成物との濡れ性が向上し、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との密着性が向上する。工程（ａ）の処理後、アルミニウム基板表面の水との接触角は５０°〜９５°、好ましくは５５〜９０°とすることができる。水との接触角は、ＪＩＳＲ３２５７に準拠して行い、５点以上の平均を接触角として算出することができる。

本実施形態において、アルミニウム基板の表面は、機械研磨が行われていないため、自然酸化による酸化層を有する。アルミニウム基板の厚さは１００μｍ〜５０００μｍである。厚さが１００μｍ未満であると、ヒートスプレッダーとしての放熱性が低下し、一方、厚さが５０００μｍを超えると折り曲げ等の加工性が低下する。

（工程（ｂ））
工程（ａ）の後、金属箔表面に絶縁樹脂層を形成し、処理後のアルミニウム基板と貼り合わせる。具体的には、硬化後の厚みを考慮して、樹脂組成物を金属箔表面に塗布し、予備硬化させてＢステージ化状態とする。そしてアルミニウム基板と貼り合わせ、後硬化を行いアルミニウム基板表面に、絶縁樹脂層と金属層が積層された金属ベース回路基板を製造する。あるいは、樹脂組成物をアルミニウム基板表面に塗布し、硬化させて絶縁樹脂層を形成した後、この絶縁樹脂層上に金属蒸着等により金属層を形成することもできる。

絶縁樹脂層を調製するための樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、無機フィラー、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができ、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。

エポキシ樹脂の中でも、ビスフェノールＦ型またはＡ型のエポキシ樹脂、さらにこれらの樹脂が水素添加されたものを用いることが好ましい。これらの樹脂を用いることにより、絶縁樹脂層は可とう性に優れ、金属ベース回路基板１０が曲げられて使用される場合においても、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との剥離が抑制される。

熱硬化性樹脂は、絶縁樹脂層中に１０〜９０質量％の量で含むことができる。なお、熱硬化性樹脂以外の樹脂を配合することもできる。これにより、アルミニウム基板との密着性をより改善することができる。

無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム等を用いることができる。これらの無機フィラーは、電気絶縁性に優れるとともに熱伝導性にも優れる。無機フィラーは、絶縁樹脂層中に１０〜９０質量％の量で含むことができる。

硬化剤としては、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）、イソホロンジアミン（ＩＰＤ）、１，３
−ビスアミノメチルシクロヘキサン（１，３ＢＡＣ）、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ヒドラジド、ドデセニル無水コハク酸（ＤＤＳＡ）、ポリアゼライン酸無水物（ＰＡＰＡ）、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）、無水メチルナジック酸（ＭＮＡ）、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）、テトラブロモ無水フタル酸（ＴＢＰＡ）、無水ヘット酸（ＨＥＴ）等を挙げることができる。

硬化促進剤としては、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールなどの各種イミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスファイトなどの各種リン化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ピリジン、ＤＢＵ（ジアザビシクロウンデセン）などの各種三級アミン等を挙げることができる。

カップリング剤としては、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどの各種シランカップリング剤を挙げることができる。

本実施形態における絶縁樹脂層の曲げ弾性率は、５〜２０ＧＰａである。これにより、金属ベース回路基板に応力が加わった場合においても、絶縁樹脂層は可とう性に優れるため、アルミニウム基板と絶縁樹脂層との密着性がより向上する。

曲げ弾性率は、以下のように測定することができる。２枚の樹脂付き銅箔を樹脂層同士を向かい合うように重ね、２２０℃で１８０分間プレスを行い、両面銅箔付き樹脂板を得る。この両面銅箔付き樹脂板を全面エッチングし、６ｍｍ×２５ｍｍ×０．２ｍｍ（厚）の試験片を作製し、ＤＭＡ装置（ＴＡインスツルメント社製動的粘弾性測定装置ＤＭＡ９８３）を用いて５℃／分で昇温し、２５℃での曲げ弾性率を測定する。

絶縁樹脂層は単層であってもよく、多層で構成されていてもよい。絶縁樹脂層の膜厚は２０μｍ〜２００μｍである。膜厚が２０μｍ未満であると絶縁性が低下し、一方、膜厚が２００μｍを超えると折り曲げ等の加工性が低下する。またヒートスプレッダーとしての放熱性が低下する。絶縁樹脂層の膜厚が上記範囲内にあれば、これらの特性のバランスに優れる。

金属層は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫等から構成され、２種以上含んでいてもよい。金属層の層厚は、１５００μｍ程度である。なお、絶縁樹脂層と金属層との間には、接着層等の他の層が介在していてもよい。

本実施形態の金属ベース回路基板の製造方法によれば、図１に記載のように、アルミニウム基板１２と、絶縁樹脂層１４と、金属層１６とが順に積層されてなる金属ベース回路基板１０を得ることができる。金属ベース回路基板１０はヒートスプレッダーとして用いることができる。

このような構成を有する金属ベース回路基板１０は、アルミニウム基板１２表面が上記のような処理を施されているので、アルミニウム基板１２と絶縁樹脂層１４との密着性が
向上する。さらに、半田耐熱性、耐屈曲性にも優れ、これを用いた各種装置の歩留まりが向上する。アルミニウム基板１２表面は、水との接触角が５０°〜９５°の範囲にある。

アルミニウム基板１２表面の水との接触角が小さいほど、水との濡れ性は向上するものの、水との接触角が５０°未満ではアルミニウム基板１２と絶縁樹脂層１４との密着性は低下する。この原因は明らかではないものの、アルミニウム基板１２表面の水との接触角が所定の範囲であることで、絶縁樹脂層１４を形成する樹脂組成物との濡れ性が好適な範囲となり、アルミニウム基板１２表面が平滑であっても絶縁樹脂層１４との密着性が向上すると考えられる。

本実施形態における金属ベース回路基板１０においては、アルミニウム基板１２と前記絶縁樹脂層１４との密着強度を２．０〜５．０ＭＰａ、好ましくは３．０〜４．５ＭＰａとすることができる。

密着強度は、以下の条件で測定することができる。
試験装置：ＮＸＴ−２５０Ｐ（富山産業株式会社製）
アルミ試験チップ（円盤状、接着面２．０ｃｍφ）に、前記絶縁樹脂層を得るための樹脂ワニスを塗布し、塗布面を固定されたアルミ試験板に接着する。１８０℃６０分間の条件で前記樹脂ワニスを硬化させ、前記アルミ試験チップと前記アルミ試験板とを樹脂層を介して接着させる。
アルミニウム試験チップ１．５ｍｍ／分速度で垂直方向に引き上げ、前記アルミニウム試験チップまたは前記アルミニウム試験板と前記樹脂層とが剥がれた時点を密着強度として測定する。

金属ベース回路基板１０は、金属層１６を所定のパターンにエッチング等することにより回路を形成することができる。そして、この回路上にＬＥＤ、半導体素子またはレーザ素子等の各種発熱素子を搭載することにより、金属ベース回路基板１０はヒートスプレッダーとして機能する。

以下、実施例において、本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
なお、以下の実施例１において樹脂ワニスａを用いた場合を「実施例１ａ」、樹脂ワニスｂを用いた場合を「実施例１ｂ」として表記する。その他の実施例、比較例についても同様である。

（樹脂ワニスaの調製）
ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格を有するフェノキシ樹脂（三菱化学社製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０^４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）２２．０質量部、ビスフェノールＦエポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、８３０Ｓ、エポキシ当量１７０）１０．０質量部、ビスフェノールＡエポキシ樹脂（三菱化学社製、１００１、エポキシ当量４７５）１５．０質量部、２−フェニルイミダゾール（四国化成社製２ＰＺ）１．０質量部、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン社製ＫＢＭ−４０３）２．０質量部、水酸化アルミニウム（昭和電工社製、ＨＰ−３６０、粒径３．０μｍ）５０．０質量部をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、樹脂組成物が固形分基準で７０質量％のワニスを得た。

（樹脂ワニスbの調製）
ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格を有するフェノキシ樹脂（三菱化学社製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０^４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）２２．０質量部、ビフェニル骨格エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＸ４０００、エポキシ当量１８５）１０．０質量部、ビスフェノールＡエポキシ樹脂（三菱化学社製、１００１、エポキシ当量４７５）１５．０質量部、２−フェニルイミダゾール（四国化成社製２ＰＺ）１．０質量部、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン社製ＫＢＭ−４０３）２．０質量部、水酸化アルミニウム（昭和電工社製、ＨＰ−３６０、粒径３．０μｍ）５０．０質量部をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、樹脂組成物が固形分基準で７０質量％のワニスを得た。

（アルミニウム基板のシランカップリング剤処理）
厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ１０ｃｍのアルミニウム板を基板とした。表１の処理条件に従ってこの基板を分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤として３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ−８０３）を用い、所定の時間浸漬した後、アセトンで洗浄・乾燥し、アルミニウム試験板を得た。

（実施例１〜４、および比較例１〜４）
表１の処理条件に従ってアルミニウム板を処理し、アセトンで洗浄・乾燥し、アルミニウム試験板を得た。

（実施例５〜８、および比較例５〜７）
表２の処理条件に従ってアルミニウム板を処理し、アセトンで洗浄・乾燥し、アルミニウム試験板を得た。分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤として３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ−８０２）を用いた。

（比較例８、９）
表３の処理条件に従ってアルミニウム板を処理し、アセトンで洗浄・乾燥し、アルミニウム試験板を得た。分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤を用いず、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ−４０３）および３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学製、ＫＢＭ−５０３）を用いた。

（参考例）
厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ１０ｃｍのアルミニウム板を基板とした。この基板の表面をサンドペーパー（＃１５００）で研磨した後、アセトンで洗浄し乾燥させアルミニウム試験板を得た。

各実施例、比較例および参考例により得られたアルミニウム試験板について、以下の測定法により次の各評価を行った。評価結果を表１〜表３に示す。処理条件と密着強度の関係を図３に示す。

ａ．水との接触角
ＪＩＳＲ３２５７に準拠して行い、５点以上の平均を接触角として算出した。
ｂ．表面粗度（Ｒｚ）
ＪＩＳＢ０６０１に準拠して行い、十点平均粗さ（Ｒｚ）として算出した。
ｃ．密着強度
密着性試験装置（形式：ＮＸＴ−２５０Ｐ、富山産業株式会社製）を用い、図２のように、密着性試験装置のアルミニウム試験チップ（接着面２．０ｃｍφ）に樹脂ワニスａまたはｂを塗布し、塗布面をアルミニウム試験板に接着し、１８０℃６０分間の硬化条件で硬化させ、樹脂層を形成した。そして、図２のように、アルミニウム試験チップ１．５ｍ
ｍ／分速度で垂直方向に引き上げ、前記アルミニウム試験チップまたは前記アルミニウム試験板と前記樹脂層とが剥がれた時点を密着強度として測定した。

以上のように、分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させることにより、アルミニウム基板の表面が平滑であってもアルミニウム基板と絶縁樹脂層との密着強度に優れ、さらに半田耐熱性、耐屈曲性にも優れることが推測された。したがって、これを用いた各種装置の歩留まりを向上させることが明らかとなっ
た。

１０金属ベース回路基板
１２アルミニウム基板
１４絶縁樹脂層
１６金属層

Claims

アルミニウム基板を、分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させる工程と、処理後の前記アルミニウム基板表面に絶縁樹脂層を形成し、次いで該絶縁樹脂層上に金属層を形成する工程とを有することを特徴とする金属ベース回路基板の製造方法。
アルミニウム基板と絶縁樹脂層と金属層とが順に積層されてなる金属ベース回路基板に用いられるアルミニウム基板の処理方法であって、アルミニウム基板を分子内にメルカプト基を有するシランカップリング剤に０．５分間〜１０分間接触させることを特徴とする金属ベース回路基板用アルミニウム基板の処理方法。