JP3282776B2 - 金属ベース多層回路基板 - Google Patents

金属ベース多層回路基板

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属ベース多層回路基
板、とくに多層化された部分に発熱性の高いパワー電子
素子の搭載が可能であり、かつその信頼性に優れた金属
ベース多層回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体搭載用の回路基板では高密
度実装化および高性能化が要求され、半導体素子の小型
化、高性能化、配線密度の微細化にともない、半導体素
子から発生した熱を如何に放散するかということが問題
となっている。
【0003】この様な要求のもと、電源分野を中心に、
金属板上に絶縁層を介して金属箔を積層した金属ベース
回路基板が熱放散性が良いという理由で使用されてきて
いるが、金属板の上に薄い絶縁層を塗布した構造である
ため、ノイズが発生しやすく、モジュールの誤動作を引
き起こしやすいという問題があった。
【0004】上記ノイズ対策として、金属板上または表
面に絶縁剤層を設けた金属板上に接着剤層を介して上層
基板を積層した金属ベース多層回路基板が広く使用され
てきているが、この様な金属ベース多層回路基板では、
一般に、金属板と上層基板の間の絶縁剤層にエポキシ含
浸ガラスクロス等の熱放散性の悪い材料が使用されてい
ること、加えて接着剤層が介在するということのため
に、高パワーの電子素子を搭載する場合には、熱放散性
が不十分であり、電子素子の温度が上昇し、ひいては誤
動作を生ぜしめるという問題があった。
【0005】この対策として、ガラスエポキシ多層基板
等の樹脂基板や無機物を充填した樹脂を介して2つの金
属箔を接合した両面樹脂基板等の回路基板を、熱伝導性
を高める為の無機フィラーを充填した絶縁接着材層を介
して、金属板に積層した金属ベース多層回路基板が考案
されている。(特願平6−223692号)しかしなが
ら、この様な金属ベース多層回路基板には、絶縁接着剤
層と回路基板との接着力が不十分なため、この界面で剥
離してしまうという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたものであって、多層化された部分に発
熱性の高パワー電子素子の搭載が可能であり、信頼性に
優れた金属ベース多層回路基板を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は金属板上に金属
酸化物及び/または金属窒化物の一種以上よりなる粉体
を含有する樹脂からなる絶縁接着剤層を設け、少なくと
も下層に回路形成された両面樹脂基板を、前記絶縁接着
剤層上に直接積層してなる金属ベース多層回路基板であ
って、前記の下層の回路表面に少なくともニッケル(N
i)またはコバルト(Co)のいずれかを含むCuメッ
キ層が設けられ、しかも表面粗さがRzで0.1μm以上1
0μm以下であることを特徴とする金属ベース多層回路
基板である。
【0008】
【0009】以下、図を用いて本発明について詳細に説
明する。図1は、本発明と同じ構造を有するが、下層の
回路表面が特定の組成、表面粗さを有していない金属ベ
ース多層回路基板の断面図であり、金属板1上の少なく
とも一主面上の一部または全面に、少なくとも下層にシ
ールド回路等の回路を有する金属層5と上層に金属層4
を有する両面樹脂基板3を、絶縁接着剤層2を介して積
層され一体化された構造を有し、前記両面樹脂基板3が
前記絶縁接着剤層2に直接積層されている。図示してい
ないが両面樹脂基板3上には、一般に回路だけでなく電
子素子も必要に応じ搭載されるし、両面樹脂基板3上に
さらに複数層の回路基板が積層されていても構わない。
図2は、本発明の金属ベース多層回路基板の他の一例を
示す断面図で、両面樹脂基板3の下層の金属層5の表面
少なくともニッケル(Ni)またはコバルト(Co)
のいずれかを含むCuメッキ層7を有している。
【0010】本発明の両面樹脂基板3とは、無機質充填
剤を含んだ樹脂を硬化して得られる絶縁接着剤層6を介
して2層以上の金属層4、5が積層されているものであ
り、無機質充填剤として窒化硼素、酸化アルミニウム、
酸化珪素のいずれか或いはこれらの2種以上を含む混合
物を45体積%〜80体積%樹脂に含有させたものである。
【0011】上記の樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられるが、接着力
が強いことからエポキシ樹脂が好ましい。尚、両面樹脂
基板3の絶縁接着剤層6の厚みについては、得られる金
属ベース多層回路基板の熱放散性と耐電圧特性の面から
20μm以上200μm以下のものが好ましい。又、金属ベ
ース多層回路基板に要求される特性に応じて、両面樹脂
基板3に替えて、従来から知られているガラスエポキシ
樹脂基板、ポリイミド樹脂基板、フェノール樹脂基板等
の樹脂基板や、表面を電気絶縁性とした金属基板あるい
はセラミック基板等を用いることも可能である。
【0012】本発明に於いて、両面樹脂基板3の下層の
回路の表面は、Rzで0.1μm以上10μm以下の表面粗
さである。両面樹脂基板3は、金属板1上に絶縁接着剤
層2を介して積層されるが、その接合力は回路自身の有
する凹凸に加え、絶縁接着剤層2と接する回路及び両面
樹脂基板3の絶縁接着剤層6の材質と表面性状に影響さ
れる。発明者らは、この点について実験的に検討を重
ね、回路表面の表面粗さが前記接合力を支配しているこ
と、特に、回路表面がCuあるいは少なくともNi又は
Coを含むCuメッキした層であって、しかもその表面
の粗さがRzで0.1μm以上の時に前記接合力が向上で
きることを見いだし、本発明に至ったものである。
【0013】両面樹脂基板3の下層の回路表面の表面粗
さがRzで0.1μm未満の場合には、充分な接合力が得
られず、使用中あるいは使用前から、両面樹脂基板の下
層回路と絶縁接着剤層2との間に隙間を生じ、その結
果、熱放散性が著しく不良となる。一方、表面粗さがR
zで10μmを越える場合には、表面の凹凸部において電
界集中が起き、耐電圧性が不良となる。又、両面樹脂基
板3の下層の回路の表面の材質について、理由は不明で
あるが、銅である時に強固な接合力が得られるので好ま
しく、特に、少なくともNi又はCoを含有するCuメ
ッキ層7が積層されている時に、上記効果が顕著であ
り、好ましい。
【0014】両面樹脂基板3の下層の回路の材質につい
ては、特に規定するものでなく、銅、アルミニウム、ニ
ッケル、鉄、錫、銀、チタニウムあるいはこれら金属の
合金あるいはこれらの金属あるいは合金を数種積層した
クラッド箔あるいはNiメッキ、(Ni+金)メッキ等
の金属メッキがほどこされていてもかまわない。これら
の金属あるいは合金は、一般的に9〜500μm程度の薄い
層状の箔の形態で供給され、その表面の粗さはRzで0.
1μm未満である。
【0015】本発明では、両面樹脂基板3の下層の回路
の表面となる金属層5の表面を荒らし、前記の0.1μm
以上10μm以下となるように調整する
【0016】又、本発明は、Cuメッキの条件を選択す
ることで前記の表面粗さがRzで0.1μm以上10μm以
下であるCuメッキ層をえることができるという知見に
もとづいたものである。本発明の両面樹脂基板3の下層
の回路形成された金属層5の表面に設けられるCu合金
層7は、その表面粗さがRzで0.1μm以上10μm以下
の表面粗さを有するものであり、更に、少なくともNi
又はCoを含むものである。
【0017】Cuメッキを行う方法としては電気Cuメ
ッキと無電解Cuメッキがあるが、本発明では、得られ
るCuメッキの表面粗さがRzで0.1μm〜10μmのも
のが得られる限りいずれの方法でも良いが、無電解Cu
メッキはいろいろな合金、表面構造のメッキ層を得るこ
とができるので好ましい方法である。無電解Cuメッキ
は、例えば、還元剤にホルマリン、グリオキシル酸塩或
いは次亜リン酸ナトリウムを含む硫酸銅水溶液中に被メ
ッキ物を数十秒浸漬することで容易に行うことができ
る。この時、電解液の安定性を確保するために、例えば
ほう酸等の緩衝剤、クエン酸ナトリウム等の錯化剤を用
いる。本発明に利用できるCuメッキの一例としては、
浴組成として硫酸銅0.032M、次亜リン酸ナトリウム0.2
7M、クエン酸ナトリウム0.052M、ほう酸0.5Mを基本
とし、所望に応じて硫酸コバルト、硫酸ニッケルを0.00
1〜0.01Mを加えたものを用い、浴温度50〜70℃の条件
下で被メッキ物を数十秒〜数時間浸漬することがあげら
れ、このメッキ条件で得られるCuメッキ層の表面粗さ
も調整することができる。
【0018】Ni及び/又はCoの含有量は特に規定す
るものでないが、Cuメッキ層7中0.1重量%以上15重
量%以下が好ましい。Ni及び/又はCoの含有量は、
Cuメッキする際に0.001M以上の所望の量が電解液中
に加えられ、Cuが析出する際の核形成剤の役割を果た
すとともに、Cuとともに共析出されると考えられる。
Ni及び/又はCoをCuメッキ層中に15重量%を越え
る場合には、得られるCuメッキ層の表面粗さが10μm
を越えることがある。このように、Ni及び/又はCo
の加える量を調整することで、Rzで0.1μm以上10μ
m以下の表面粗さを有するCuメッキ層を容易に、しか
も後処理することなく得ることができる。
【0019】同様に、例えば、Cuメッキする時に電解
液温度を低く保つことで、Ni及びCoのいずれも含ま
ないCuメッキ層であって、しかも表面粗さがRzで0.
1μm以上10μm以下のものを得ることができる。尚、
Cuメッキ層7の厚みについては、Ni及び/又はCo
を含むと含まないに拘らず、0.01〜10μmであることが
好ましい。Cuメッキ層の厚みが0.01μm未満である
と、その接着力が発揮されないし、厚みが10μmを越え
るとメッキ層が凝集破壊を生じ、期待する接着強度を得
られない。
【0020】本発明に用いる絶縁接着剤層2としては、
金属酸化物及び/または金属窒化物の一種以上よりなる
粉体を含有する樹脂であり、含有される金属酸化物、金
属窒化物としては、放熱性の点から酸化アルミニウム、
酸化珪素、窒化硼素が好ましい。樹脂としては、特に規
定するものではなく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
BTレジン、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ブチラール
樹脂、およびその混合物等が用いられる。前記の樹脂の
うちでは、両面樹脂基板3の下層の回路形成された金属
層5の表面にCuメッキを施した時に接合力の向上が図
れることからエポキシ樹脂が特に好ましい。尚、絶縁接
着剤層2の厚みは、特に規定するものではないが、熱伝
導性を考慮すると200μm以下のものが好ましい。
【0021】本発明の金属ベース多層回路基板に用いる
金属板1としては、良熱伝導性を持つアルミニウムおよ
びアルミニウム合金、銅および銅合金、鉄および鉄合金
等あるいは銅/鉄−ニッケル系合金/銅、アルミニウム
/鉄−ニッケル系合金/アルミニウム等の複合材料等が
使用可能である。また、金属板1の厚みとしては、特に
制限はないが0.5mm〜3.0mmが一般に用いられる。
【0022】以下、実施例に基づき、発明を更に詳しく
説明する。
【実施例】〔参考例1〕厚さ1.5mmのアルミニウム板
上に絶縁接着剤層として、破砕状酸化アルミニウムを78
重量%含有させたエポキシ樹脂を200μmの厚みで塗布
した。一方、60μmの基材厚みで両面に35μm厚みの金
属層を有するガラスエポキシ樹脂基板を、所望の回路及
びスルーホールを形成後、その一面の回路についてエッ
チング処理により表面を粗化し、更にCuメッキ処理を
施した。この時、Cuメッキ層の表面粗さは、Rzで0.
1μmであった。次に、前記のアルミニウム板上の絶縁
接着剤層の上に、Cuメッキを施した回路を前記絶縁接
着剤層に面して、ラミネート法により直接張り合わせ、
金属ベース多層回路基板を作製した。この金属ベース多
層回路基板について、絶縁接着剤層と回路基板との接着
強さをJIS C6481による90度剥離法にて調べた。又、同
じ金属ベース多層回路基板を260℃のはんだバス上に浮
かべ、60分処理した後の接着強さと、膨れの有無を観察
した。はんだバスでの処理前後の90度剥離強さは、それ
ぞれ1.9、1.8kgf/cmで良好であった。また、膨れの発
生もなかった。
【0023】〔実施例1〜6、比較例1〕Cuメッキ層
を作製する条件をいろいろ変えたこと以外は、参考例
と同一の操作を経て得られたいろいろの金属ベース多層
回路基板について、参考例1と同一の評価を行い実施例
1〜6とした。又、比較例として、エッチングによる表
面の粗化とCuメッキ層を設けないものについても同様
の操作、評価を行った。これらの結果を表1に示す。
【0024】〔参考例2〕厚さ1.5mmのアルミニウム
板上に絶縁接着剤層として、破砕状酸化アルミニウムを
78重量%含有させたエポキシ樹脂を200μmの厚みで塗
布した。一方、60μmの基材厚みで両面に35μm厚みの
金属層を有するガラスエポキシ樹脂基板を、所望の回路
及びスルーホールを形成後、その一面の回路について亜
塩素酸塩を主剤とするアルカリ水溶液で黒化処理を行っ
た。この時、黒化処理した回路の表面粗さはRzで0.2
μmであった。次に、前記のアルミニウム板上の絶縁接
着剤層の上に、黒化処理を施した回路を前記絶縁接着剤
層に面して、ラミネート法により直接張り合わせ、金属
ベース多層回路基板を作製した。この金属ベース多層回
路基板について、参考例1と同一の評価を行った。この
結果を表1に示す。
【0025】〔参考例3〕黒化処理に変えて、硫酸−過
酸化水素水溶液にてエッチング処理をしたこと以外は
考例2と同一の操作で得た金属ベース多層回路基板につ
いて、参考例1と同一の評価を行った。その結果を表1
に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、両面樹脂基板と金属板
とが絶縁接着剤層を介して強固に接合され、その結果と
して熱放散性に優れた金属ベース多層回路基板を容易に
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明と同じ構造を有するが、下層の回路表
面が特定の組成、表面粗さを有していない金属ベース多
層回路基板の断面図
【図2】本発明の金属ベース回路基板の一例を示す断面
図。
【符号の説明】
1 金属板 2 絶縁接着剤層 3 両面樹脂基板 4 両面樹脂基板の上層の金属層 5 両面樹脂基板の下層の回路形成された金属層 6 両面樹脂基板の絶縁接着剤層 7 Cuメッキ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−327169(JP,A) 特開 平5−29490(JP,A) 特開 平5−175626(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属板上に金属酸化物及び/または金属窒
    化物の一種以上よりなる粉体を含有する樹脂からなる
    縁接着剤層を設け、少なくとも下層に回路形成された両
    面樹脂基板を、前記絶縁接着剤層上に直接積層してなる
    金属ベース多層回路基板であって、前記の下層の回路表
    に少なくともニッケル(Ni)またはコバルト(C
    o)のいずれかを含むCuメッキ層が設けられ、しかも
    表面粗さがRzで0.1μm以上10μm以下であるこ
    とを特徴とする金属ベース多層回路基板。
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