JP3606750B2

JP3606750B2 - Metal base circuit board and module using the same

Info

Publication number: JP3606750B2
Application number: JP31422198A
Authority: JP
Inventors: 健次門田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JP2000151048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田クラックに対する耐久性を向上させた金属ベ−ス回路基板とそれを用いたモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高発熱性電子部品を実装する回路基板として、金属板上に無機フィラ−を充填したエポキシ樹脂等からなる絶縁層を設け、該絶縁層上に導電回路を設けた金属ベース回路基板が用いられている。
【０００３】
一方、車載用電子機器について、その小型化、省スペ−ス化と共に、電子機器をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、また、放熱性に優れる回路基板が必要とされる。このような用途に対して、放熱性に優れる前記金属ベ−ス回路基板が注目されている。
【０００４】
金属ベース回路基板の回路には一般的に各種の電子部品が半田を介して接合されている。また、金属ベ−ス回路基板は、熱放散性や経済的な理由から金属ベースとしてアルミニウム板を用いることが多い。しかし、アルミニウム板と電子部品、特にセラミックチップ部品との熱膨張率の差が大きいため、実使用下における温度上昇／温度下降の繰り返しを受けて、電子部品を固定している半田部分或いはその近傍にクラックが発生することがあり、その結果、熱の伝導経路が遮断され、高発熱性電子部品の放熱が充分に行われずに、電子部品の温度上昇が起こり、熱的劣化が生じ、機能が停止してしまう、或いは電気的信頼性が低下するという問題が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、温度上昇／温度下降を繰り返し受けても、半田或いはその近傍でクラック発生等の異常を生じ難い、金属ベ−ス回路基板を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、有限要素法を用いた熱弾塑性解析において、いろいろな金属ベース回路基板上に種々の電子部品を半田により接合したモジュールについて、−４０℃〜＋１２５℃の熱サイクルを負荷する計算を行い、半田の塑性歪み振幅が特定の値以下となるような金属ベース回路基板を探索し、その結果、前記特定の構造を有する金属ベース回路基板を用いるときに、耐半田クラック性に富む、高い信頼性を有するモジュールが得られることを見出した。
【０００７】
さらに、本発明者は、上記知見に基づき実験的にいろいろ検討し、次の知見を得て本発明に至ったものである。即ち、絶縁層に低ヤング率の材料を用いることにより金属板と電子部品との間で発生する応力を緩和することができるのであるが、絶縁層のヤング率を低くしようとすると、絶縁層の熱膨張率が大きくなるのが一般的である。そのために、単に絶縁層を低ヤング率化することのみでは、絶縁層の熱膨張率が大きくなるために、金属板と電子部品との間で発生する応力を充分に緩和することができなくなるという問題が発生してくる。絶縁層の低ヤング率化とともに、低熱膨張率化をも達成することが重要である。
【０００８】
本発明は、金属板上にエポキシ樹脂からなる絶縁層を介して導体箔を載置し、前記エポキシ樹脂を硬化した後に、エッチングにより前記導体箔から導体回路を形成してなる金属ベース回路基板であって、前記エポキシ樹脂がＣＴＢＮ変性型エポキシ樹脂であり、しかも前記絶縁層の３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^２以上２×１０^６Ｐａ／Ｋ以下であることを特徴とする金属ベース回路基板である。
【０００９】
また、本発明は、金属板上に多層構造を有し、エポキシ樹脂からなる絶縁層を介して導体箔を載置し、前記エポキシ樹脂を硬化した後に、エッチングにより前記導体箔から導体回路を形成してなる金属ベース回路基板であって、該多層構造を構成する単位絶縁層の１層以上について、エポキシ樹脂がＣＴＢＮ変性型エポキシ樹脂であり、しかも単位絶縁層の３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^２以上２×１０^６Ｐａ／Ｋ以下であることを特徴とする金属ベース回路基板であり、好ましくは、３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^２以上２×１０^６Ｐａ／Ｋ以下である単位絶縁層が、金属板に接していることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明を説明する。図１及び図２は、いずれも本発明の金属ベ−ス回路基板の一例を示す図である。金属板１上に絶縁層２を有し、前記絶縁層２上に導体回路３が設けられている。導体回路３上に、例えば抵抗チップなどの電子部品５が半田４により固定されている。電子部品５は、図においては二つの導体回路３上に設けられているが、一つの導体回路に設けられていても構わない。また、本発明において、絶縁層２が１層以上の単位絶縁層から構成され、単位絶縁層が一層（図１参照）であっても、複数の単位絶縁層から構成されていても構わない。図２においては、２つの単位絶縁層６、７からなる絶縁層２の場合の金属ベース回路基板を例示している。
【００１１】
絶縁層２は、金属ベース回路基板の熱放散性を高く維持するためにいろいろな無機充填剤を含有することが好ましい。また、絶縁層が多層構造を有する場合には、樹脂の種類、無機充填剤の種類、樹脂への添加剤等の種類、或いはそれらの量的割合を変更した少なくとも２種類以上の単位絶縁層で構成されている。例えば、単位絶縁層が３層以上で構成されている場合、いずれの単位絶縁層が異なる組成であっても、また隣り合う単位絶縁層が異なる組成で、隣り合わない単位絶縁層が同一組成であっても構わない。
【００１２】
本発明者らは、耐電圧特性が高く、しかも高熱伝導率を有するという特性を損なうことなく、耐半田クラック性に優れる単位絶縁層を見いだすべく、鋭意検討し、しかも、ヤング率と熱膨張率の積をコントロールした樹脂組成物を単位絶縁層として用いれば、耐半田クラック性に優れる金属ベース回路基板を得ることができるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１３】
本発明に於いては、１層以上存在する単位絶縁層のうちの少なくとも１層の単位絶縁層について、３００Ｋにおけるヤング率（Ｐａ）と熱膨張率（１／Ｋ）の積が２×１０^２以上２×１０^６Ｐａ／Ｋ以下であり、好ましくは、２×１０^３以上２×１０^５Ｐａ／Ｋ以下である。３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^６Ｐａ／Ｋを越えると応力を緩和する効果が充分に発揮されなくなり、３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^２Ｐａ／Ｋを下回るものは製造上容易でない。前記範囲以外の場合には、本発明の目的を達成できないことがある。また、複数層存在する単位絶縁層の金属板に接する側の単位絶縁層のヤング率と熱膨張率の積が小さくなるようにすることが、より効果的に本発明の目的を達成できる。
【００１４】
単位絶縁層に用いられる樹脂としては、耐熱性、電気絶縁性に優れた樹脂であればどのようなものであっても良いが、耐熱性や寸法安定性の点から熱硬化性樹脂が好ましく、更に熱硬化性樹脂の中では、常温または加熱下で比較的低粘度で取扱い易く、耐熱性や電気絶縁性や接着性等に優れるエポキシ樹脂が好ましい。尚、エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂を主成分としてフェノール樹脂やポリイミド樹脂等を併用したものでもよい。本発明に於いては、ＣＴＢＮ変性型エポキシ樹脂を選択する。
【００１５】
絶縁層に用いられる無機充填剤としては、電気絶縁性が良好で、しかも高熱伝導率のものが用いられ、このようなものとして酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等があげられ、これらの単独でも複数を組み合わせても用いることができる。特に、酸化アルミニウムは粒子形状が球状で高充填可能なものが安価に、容易に入手できるという理由から好ましく、窒化ホウ素は誘電率が低いという理由で好ましい。
【００１６】
又、前記無機充填剤の添加量は単位絶縁層をなす樹脂組成物中５０〜８０体積％が好ましい。５０％未満では放熱性の効果が低下し実用上用途が制限されることがあるし、８０％を超えると樹脂中への分散が難しくなるし、また接着性の低下やボイド残存による耐電圧の低下をきたすためである。
【００１７】
本発明において、絶縁層全体の厚みは１０〜５００μｍ程度あれば良い。３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^２以上２×１０^６Ｐａ／Ｋ以下、好ましくは２×１０^３以上２×１０^５Ｐａ／Ｋ以下の単位絶縁層の厚みは１０〜２００μｍあれば本発明の目的を達成するに十分であるが、２０〜８０μｍとするときは金属ベース回路基板を生産性高く製造できるという利点も有することから好ましい。
【００１８】
導体回路３を構成する金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、金、銀、モリブデン、チタニウムのいずれか、これらの金属を２種類以上含む合金、或いは前記金属又は合金を使用したクラッド箔等を用いることができる。尚、前記金属箔の製造方法は電解法でも圧延法で作製したものでもよく、また、金属箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわない。尚、絶縁層２との接着性の点から、導体回路３の絶縁層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００１９】
本発明に用いられる金属板１は、アルミニウム、鉄、銅およびそれらの合金、もしくはこれらのクラッド材等からなり、その厚みは特に規定するものではないが、熱放散性に富みしかも経済的であることから、厚み０．５〜５．０ｍｍのアルミニウムが一般的に選択される。
【００２０】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、無機充填剤を含有するエポキシ樹脂に適宜硬化剤等の添加剤を添加した絶縁材料を複数準備し、金属板及び／又は導体箔上に単層又は多層塗布しながら、必要に応じて加熱処理等を施して、硬化させ、その後導体箔よりエッチングにより回路形成する方法が選択される。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板上に、酸化アルミニウムを６０体積％含有するＣＴＢＮ（カルボキシル基末端ブタジエン−アクリロニトリル共重合体）変性型エポキシ樹脂（東都化成（株）製エポトートＹＲ−４５０）からなる樹脂組成物Ａを、硬化後の厚さが５０μｍになるように１層目を形成し、１５０℃で１５分加熱した。
【００２２】
次に、硬化した樹脂組成物Ａの上に、酸化アルミニウムを７０体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化エポキシ（株）製エピコート８２８）からなる樹脂組成物Ｂにより、硬化後の厚さが８０μｍの２層目を形成し、１５０℃で１０分加熱した。
【００２３】
更に、硬化した樹脂組成物Ｂの上に、厚さが７０μｍの銅箔をプレス積層した後、１５０℃で５時間の条件で樹脂組成物Ａ、Ｂを硬化させて、金属ベ−ス基板を作製し、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成して、金属ベース回路基板とした。
【００２４】
尚、上記樹脂組成物Ａ並びに樹脂組成物Ｂのそれぞれについて、上述の樹脂組成物の硬化条件と同一の条件で硬化させた試片を用意し、３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率を測定した。ヤング率は、動的粘弾性測定器（東洋ボールドウィン社製；ＲＨＥＯＶＩＢＲＯＮＤＤＶ−３−ＥＰ型）を用い、周波数１１Ｈｚ、昇温速度２℃／分の条件で、熱膨張率は、熱機械的分析装置（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ１２０）により測定した。樹脂組成物Ａの３００Ｋにおけるヤング率は１．２×１０^８Ｐａで熱膨張率が１１０×１０^−６／Ｋであり、ヤング率と熱膨張率の積は１．３×１０^４Ｐａ／Ｋであった。また、樹脂組成物Ｂのヤング率は３．３×１０^１０Ｐａで熱膨張率は１０×１０^−６／Ｋであり、ヤング率と熱膨張率の積は３．３×１０^５Ｐａ／Ｋであった。
【００２５】
次に、前記操作で得た金属ベース回路基板の銅箔パッド間にチップサイズ２．１ｍｍ×２．５ｍｍ、３．２ｍｍ×２．５ｍｍ、５．０ｍｍ×２．５ｍｍの３種類のチップ抵抗を各１０個ずつ搭載しモジュールとした。チップ抵抗の搭載に際しては、鉛−錫共晶半田を用い、２３０℃の温度でリフローにより半田付けを行なった。
【００２６】
上記モジュールに関して、気相中において−４０℃７分保持〜＋１２５℃７分保持を１サイクルとして所定回数処理するヒートサイクル試験を行い、試験後のモジュールを光学顕微鏡で主に半田部分のクラックの発生の有無を観察した。その結果を表１に示したとおり、５００回経過後に何ら異常がなく、良好であった。
【００２７】
【表１】

【００２８】
〔実施例２〕
厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板上に、樹脂組成物Ａを硬化後の厚さが５０μｍになるように１層目を形成し、１５０℃で１５分加熱した。その上に酸化アルミニウム６０体積％含有するダイマー酸グリシジルエステル（油化エポキシ（株）製エピコート８７１）からなる樹脂組成物Ｃにより、硬化後の厚さが８０μｍの２層目を形成し、１５０℃で１０分加熱した。更に、その上に厚さが７０μｍの銅箔をプレス積層した後、１５０℃で５時間の条件で樹脂組成物を硬化させて金属ベ−ス基板を作製し、更に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成して、金属ベース回路基板とした。この金属ベース回路基板を用いて、実施例１と同様にモジュールを作成して、ヒートサイクル試験を実施し、結果を表１に示した。
【００２９】
また、実施例１で記したとおりに、樹脂組成物Ｃの硬化体についてヤング率と熱膨張率を測定したところ、３００Ｋにおけるヤング率は９．１×１０^７Ｐａで熱膨張率は５５×１０^−６／Ｋであり、ヤング率と熱膨張率の積は５．０×１０^３Ｐａ／Ｋであった。
【００３０】
〔比較例〕
実施例１で１層目にも２層目にも樹脂組成物Ｂを用いたこと以外は、実施例１と同じ操作で金属ベース回路基板、更にモジュールを作製し、ヒートサイクル試験を実施した。この結果を表１に示した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の金属ベ−ス回路基板は、絶縁層の少なくともその一部に、３００Ｋにおけるヤング率と熱膨張率の積が２×１０^３以上２×１０^５Ｐａ／Ｋ以下の単位絶縁層を有することから、実使用条件下で受ける厳しい温度変化によっても半田及びその周辺部にクラックを生じることがなく信頼性の高いモジュールを提供することができる。
【００３２】
本発明のモジュールは、前記金属ベース回路基板を用いているので、例えば−４０℃〜１２５℃の繰り返しのような厳しい温度変化を受けた際にも、半田及びその周辺部にクラックを生じることがなく、信頼性が高く産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属ベース回路基板（絶縁層が一つの単位絶縁層からなる場合）の一例を示す断面図。
【図２】本発明の金属ベース回路基板（絶縁層が二つの単位絶縁層からなる場合）の一例を示す断面図
【符号の説明】
１金属板
２絶縁層
３導体回路
４半田
５電子部品（抵抗チップ）
６単位絶縁層
７単位絶縁層 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal-based circuit board with improved durability against solder cracks and a module using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a circuit board for mounting a highly exothermic electronic component, a metal base circuit board in which an insulating layer made of an epoxy resin or the like filled with an inorganic filler is provided on a metal plate, and a conductive circuit is provided on the insulating layer is provided. It is used.
[0003]
On the other hand, with respect to in-vehicle electronic devices, there is a demand for installing the electronic devices in an engine room together with downsizing and space saving. The engine room has a severe environment such as a high temperature and a large temperature change, and a circuit board excellent in heat dissipation is required. For such applications, the metal-based circuit board that is excellent in heat dissipation has attracted attention.
[0004]
In general, various electronic components are joined to the circuit of the metal base circuit board via solder. Further, metal base circuit boards often use an aluminum plate as a metal base for heat dissipation and economical reasons. However, because of the large difference in thermal expansion coefficient between aluminum plates and electronic parts, especially ceramic chip parts, the solder part that fixes the electronic part or its vicinity is subjected to repeated temperature rise / fall in actual use. As a result, the heat conduction path is interrupted, the heat dissipation of the highly exothermic electronic component is not sufficiently performed, the temperature of the electronic component rises, the thermal deterioration occurs, and the function is The problem that it stops or electrical reliability falls arises.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a metal-based circuit board that is less likely to cause abnormalities such as cracks in the solder or in the vicinity thereof even when repeatedly subjected to temperature increase / decrease. It is for the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the thermoelastic-plastic analysis using the finite element method, the present inventor performs a calculation to load a thermal cycle of −40 ° C. to + 125 ° C. for a module in which various electronic components are joined to various metal base circuit boards by soldering. And searching for a metal base circuit board in which the plastic strain amplitude of the solder is a specific value or less, and as a result, when using the metal base circuit board having the specific structure, the solder crack resistance is high, It has been found that a module having high reliability can be obtained.
[0007]
Furthermore, the present inventor has conducted various experiments experimentally based on the above knowledge, and has obtained the following knowledge to arrive at the present invention. That is, by using a material having a low Young's modulus for the insulating layer, the stress generated between the metal plate and the electronic component can be relieved, but if the Young's modulus of the insulating layer is reduced, the insulating layer Generally, the coefficient of thermal expansion increases. Therefore, simply reducing the Young's modulus of the insulating layer increases the thermal expansion coefficient of the insulating layer, so that the stress generated between the metal plate and the electronic component cannot be sufficiently relaxed. Problems arise. It is important to achieve a low thermal expansion coefficient as well as a low Young's modulus of the insulating layer.
[0008]
The present invention, by placing the conductive foil via an insulating layer made of an epoxy resin on a metal plate, after curing the epoxy resin, a metal base circuit board obtained by forming a conductive circuit from said conductive foil by etching The epoxy resin is a CTBN-modified epoxy resin, and the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K of the insulating layer is 2 × 10 ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less. A metal-based circuit board.
[0009]
The present invention also have a multilayer structure on a metal plate, by placing the conductive foil via an insulating layer made of an epoxy resin, after curing the epoxy resin, forming a conductive circuit from said conductive foil by etching The epoxy resin is a CTBN-modified epoxy resin for one or more unit insulating layers constituting the multilayer structure , and the Young's modulus and thermal expansion coefficient of the unit insulating layer at 300K Is a metal base circuit board characterized by being 2 × 10 ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less, and preferably the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300 K is 2 × 10 ² or more and 2 The metal-based circuit board according to claim 1, wherein the unit insulating layer of × 10 ⁶ Pa / K or less is in contact with the metal plate.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are diagrams showing an example of a metal-based circuit board according to the present invention. An insulating layer 2 is provided on the metal plate 1, and a conductor circuit 3 is provided on the insulating layer 2. An electronic component 5 such as a resistor chip is fixed on the conductor circuit 3 by solder 4. The electronic component 5 is provided on the two conductor circuits 3 in the drawing, but may be provided on one conductor circuit. In the present invention, the insulating layer 2 may be composed of one or more unit insulating layers, and the unit insulating layer may be a single layer (see FIG. 1) or a plurality of unit insulating layers. In FIG. 2, the metal base circuit board in the case of the insulating layer 2 which consists of the two unit insulating layers 6 and 7 is illustrated.
[0011]
The insulating layer 2 preferably contains various inorganic fillers in order to maintain high heat dissipation of the metal base circuit board. Further, when the insulating layer has a multilayer structure, at least two or more types of unit insulating layers in which the type of resin, the type of inorganic filler, the type of additive to the resin, or the quantitative ratio thereof is changed are used. It is configured. For example, when the unit insulating layer is composed of three or more layers, even if any unit insulating layer has a different composition, adjacent unit insulating layers have different compositions and non-adjacent unit insulating layers have the same composition. It does not matter.
[0012]
The present inventors have intensively studied to find a unit insulating layer having excellent solder crack resistance without impairing the characteristics of having high withstand voltage characteristics and high thermal conductivity, and further, Young's modulus and thermal expansion coefficient. The present inventors have obtained the knowledge that a metal base circuit board having excellent solder crack resistance can be obtained by using a resin composition with a controlled product as a unit insulating layer, and the present invention has been achieved.
[0013]
In the present invention, the product of Young's modulus (Pa) and thermal expansion coefficient (1 / K) at 300 K is 2 × 10 ² for at least one unit insulating layer among the unit insulating layers existing in one or more layers. It is 2 × 10 ⁶ Pa / K or less, preferably 2 × 10 ³ or more and 2 × 10 ⁵ Pa / K or less. If the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K exceeds 2 × 10 ⁶ Pa / K, the effect of relaxing the stress will not be sufficiently exerted, and the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K will be 2 × 10 ² Pa / K. Those below K are not easy to manufacture. In other cases, the object of the present invention may not be achieved. In addition, the object of the present invention can be achieved more effectively by reducing the product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient of the unit insulating layer on the side in contact with the metal plate of the unit insulating layer present in a plurality of layers.
[0014]
The resin used for the unit insulating layer may be any resin as long as it is excellent in heat resistance and electrical insulation, but a thermosetting resin is preferable from the viewpoint of heat resistance and dimensional stability, Furthermore, among the thermosetting resins, epoxy resins that are relatively easy to handle with a relatively low viscosity at room temperature or under heating, and that are excellent in heat resistance, electrical insulation, adhesion, and the like are preferable. The epoxy resin may be one in which an epoxy resin is the main component and a phenol resin or a polyimide resin is used in combination. In the present invention, a CTBN-modified epoxy resin is selected.
[0015]
As the inorganic filler used for the insulating layer, those having good electrical insulation and high thermal conductivity are used, and examples thereof include aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and the like. These can be used alone or in combination. In particular, aluminum oxide having a spherical particle shape and capable of being highly filled is preferable because it can be easily obtained at low cost, and boron nitride is preferable because it has a low dielectric constant.
[0016]
The amount of the inorganic filler added is preferably 50 to 80% by volume in the resin composition forming the unit insulating layer. If it is less than 50%, the effect of heat dissipation may be reduced and the practical use may be limited. If it exceeds 80%, dispersion in the resin becomes difficult, and the withstand voltage due to a decrease in adhesiveness or residual voids is reduced. This is to cause a decrease.
[0017]
In the present invention, the thickness of the entire insulating layer may be about 10 to 500 μm. The product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient at 300K is 2 × 10 ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less, preferably 2 × 10 ³ or more and 2 × 10 ⁵ Pa / K or less. The thickness of the unit insulating layer is 10 to 200 μm. If it is sufficient, it is sufficient to achieve the object of the present invention. However, the thickness of 20 to 80 μm is preferable because it has an advantage that a metal base circuit board can be manufactured with high productivity.
[0018]
As the metal foil constituting the conductor circuit 3, any one of copper, aluminum, nickel, iron, tin, gold, silver, molybdenum, and titanium, an alloy containing two or more of these metals, or the metal or the alloy was used. A clad foil or the like can be used. In addition, the manufacturing method of the said metal foil may be what was produced by the electrolytic method or the rolling method, and metal plating, such as Ni plating, Ni-Au plating, and solder plating, may be applied on the metal foil. . From the viewpoint of adhesiveness with the insulating layer 2, it is more preferable that the surface of the conductor circuit 3 on the side in contact with the insulating layer is roughened in advance by etching, plating, or the like.
[0019]
The metal plate 1 used in the present invention is made of aluminum, iron, copper and alloys thereof, or clad materials thereof, and the thickness thereof is not particularly specified, but is rich in heat dissipation and economical. Therefore, aluminum having a thickness of 0.5 to 5.0 mm is generally selected.
[0020]
In addition, regarding the manufacturing method of the metal base circuit board of this invention, several insulating materials which added additives, such as a hardening | curing agent suitably to the epoxy resin containing an inorganic filler, were prepared, and on a metal plate and / or conductor foil. while single-layer or multi-layer coating, subjected to heat treatment, if necessary, cured, and then a method of more circuit formed of conductive foil to etching is selected.
[0021]
【Example】
[Example 1]
Resin comprising a CTBN (carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile copolymer) modified epoxy resin (Etototo YR-450 manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) containing 60% by volume of aluminum oxide on an aluminum plate having a thickness of 2.0 mm. A first layer of composition A was formed so that the thickness after curing was 50 μm, and heated at 150 ° C. for 15 minutes.
[0022]
Next, on the cured resin composition A, the thickness after curing by the resin composition B composed of a bisphenol A type epoxy resin (Epicoat 828 manufactured by Yuka Epoxy Co., Ltd.) containing 70% by volume of aluminum oxide. Formed a second layer of 80 μm and heated at 150 ° C. for 10 minutes.
[0023]
Further, after a copper foil having a thickness of 70 μm is press laminated on the cured resin composition B, the resin compositions A and B are cured at 150 ° C. for 5 hours to form a metal base substrate. Next, the copper foil was etched to form a desired circuit having a pad portion to obtain a metal base circuit board.
[0024]
In addition, about each of the said resin composition A and the resin composition B, the test piece hardened on the same conditions as the hardening conditions of the above-mentioned resin composition was prepared, and the Young's modulus and thermal expansion coefficient in 300K were measured. Young's modulus was measured using a dynamic viscoelasticity measuring instrument (manufactured by Toyo Baldwin; RHEOVIBRON DDV-3-EP type) at a frequency of 11 Hz and a heating rate of 2 ° C./min. It measured with the apparatus (the Seiko Electronics Co., Ltd. make; TMA120). The Young's modulus at 300 K of the resin composition A is 1.2 × 10 ⁸ Pa and the thermal expansion coefficient is 110 × 10 ⁻⁶ / K, and the product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient is 1.3 × 10 ⁴ Pa / K. Met. The Young's modulus of the resin composition B is 3.3 × 10 ¹⁰ Pa and the thermal expansion coefficient is 10 × 10 ⁻⁶ / K, and the product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient is 3.3 × 10 ⁵ Pa / K. Met.
[0025]
Next, three types of chip resistors of chip size 2.1 mm × 2.5 mm, 3.2 mm × 2.5 mm, and 5.0 mm × 2.5 mm are provided between the copper foil pads of the metal base circuit board obtained by the above operation. Ten modules each were mounted to form a module. When mounting the chip resistor, lead-tin eutectic solder was used, and soldering was performed by reflow at a temperature of 230 ° C.
[0026]
Regarding the above module, a heat cycle test is performed in which the heat treatment is performed a predetermined number of times in the gas phase at -40 ° C. for 7 minutes to + 125 ° C. for 7 minutes. The presence or absence of was observed. As shown in Table 1, the result was satisfactory with no abnormality after 500 times.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Example 2]
A first layer was formed on an aluminum plate having a thickness of 2.0 mm so that the thickness of the resin composition A after curing was 50 μm, and heated at 150 ° C. for 15 minutes. A second layer having a thickness of 80 μm after curing is formed from the resin composition C consisting of dimer acid glycidyl ester (Epicoat 871 manufactured by Yuka Epoxy Co., Ltd.) containing 60% by volume of aluminum oxide thereon, and 150 ° C. For 10 minutes. Furthermore, after a copper foil having a thickness of 70 μm was press-laminated thereon, the resin composition was cured at 150 ° C. for 5 hours to produce a metal base substrate, and the copper foil was further etched. A desired circuit having a pad portion was formed to obtain a metal base circuit board. Using this metal base circuit board, a module was prepared in the same manner as in Example 1, a heat cycle test was performed, and the results are shown in Table 1.
[0029]
Further, as described in Example 1, when the Young's modulus and the thermal expansion coefficient of the cured product of the resin composition C were measured, the Young's modulus at 300K was 9.1 × 10 ⁷ Pa and the thermal expansion coefficient was 55 × 10. ⁻⁶ / K, and the product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient was 5.0 × 10 ³ Pa / K.
[0030]
[Comparative Example]
A metal base circuit board and a module were prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin composition B was used for the first layer and the second layer in Example 1, and a heat cycle test was performed. The results are shown in Table 1.
[0031]
【The invention's effect】
The metal base circuit board of the present invention has a unit insulating layer having a product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K of 2 × 10 ³ or more and 2 × 10 ⁵ Pa / K or less on at least a part of the insulating layer. As a result, a highly reliable module can be provided without cracks in the solder and its surroundings even under severe temperature changes under actual use conditions.
[0032]
Since the module of the present invention uses the metal base circuit board, cracks may occur in the solder and its peripheral part even when subjected to severe temperature changes such as repetition of −40 ° C. to 125 ° C. It is highly reliable and industrially useful.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a metal base circuit board according to the present invention (in the case where an insulating layer is composed of one unit insulating layer).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a metal base circuit board of the present invention (when the insulating layer is composed of two unit insulating layers).
1 Metal plate 2 Insulating layer 3 Conductor circuit 4 Solder 5 Electronic component (resistance chip)
6 unit insulation layer 7 unit insulation layer

Claims

Placing the conductive foil via an insulating layer made of an epoxy resin on a metal plate, wherein after curing the epoxy resin, a metal base circuit board obtained by forming a conductive circuit from said conductive foil by etching, the An epoxy resin is a CTBN-modified epoxy resin, and the product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K of the insulating layer is 2 × 10 ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less. substrate.

Have a multilayer structure on a metal plate, by placing the conductive foil via an insulating layer made of an epoxy resin, after curing the epoxy resin, the metal base circuit formed by forming a conductive circuit from said conductive foil by etching For one or more of the unit insulating layers constituting the multilayer structure, the epoxy resin is a CTBN-modified epoxy resin, and the product of the Young's modulus and the thermal expansion coefficient at 300 K of the unit insulating layer is 2 × 10 A metal base circuit board characterized by being ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less.

3. The metal base circuit according to claim 2, wherein a unit insulating layer having a product of Young's modulus and thermal expansion coefficient at 300K of 2 × 10 ² or more and 2 × 10 ⁶ Pa / K or less is in contact with the metal plate. substrate.

A module comprising the metal base circuit board according to claim 1, 2 or 3.