JP3646890B2 - 絶縁接着材料付き金属体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、絶縁接着材料付き金属体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器が小型かつ高性能となるのに伴い、電子部品の実装密度が高くなり、これら電子部品から発生する熱を放散させる手段が必要となっている。
電子部品から発生する熱を放散させる手段として、発熱源の全面又は一部に金属体を接着したものがある。なお、発熱源とは、作動時に直接熱源となる素子のほか、半導体素子のパッケージ、電子部品を搭載したプリント基板なども含む意味である。
金属体としては、放熱性の良好なアルミニウム、銅、４２合金（低熱膨張率の合金として知られる）などを用いられている。
【０００３】
金属体と発熱源とは、絶縁接着材料、例えばガラスエポキシプリプレグ、アクリルゴムを主成分とする絶縁接着材料などを用いて接着している。
金属体と発熱源との接着作業を簡単にするため、金属体の表面に、あらかじめ、Ｂステージ化した絶縁接着剤層を形成しておくことも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁接着材料を用いる方法では、１）接着の直前に金属体の表面処理を行う必要があり工程が煩雑、２）絶縁接着材料シートと金属板のそれぞれについて使用する形状への打抜き及び積層時の位置合わせが必要、３）ガラスエポキシプリプレグや接着シートでは、放熱性が不十分である。などの問題点があった。
【０００５】
金属体にあらかじめ、Ｂステージ化した絶縁接着剤層を形成しておけば、このような問題点を解決できる。しかしながら、Ｂステージ化した絶縁接着剤層を形成するには、絶縁接着材料を印刷、乾燥する工程を行うことが行われているが、金属体上に絶縁接着材料を印刷するとき、気泡が残り易く、絶縁特性が低下するという重大な問題があった。
また、発熱源の表面には、プリント回路が形成されていることが多く、回路導体の間には、凹みががある。この凹みを埋めるためには、接着剤の流動性を大にしなければならない。そうすると、接着時に流れすぎて、回路導体と金属体間との絶縁に必要な間隔を保持できず、絶縁信頼性を維持できない。
本発明は、金属体の表面に、あらかじめ、Ｂステージ化した絶縁接着剤層を形成した金属体について、絶縁特性を改善することを目的とするものである。
【０００６】
本発明は、表面に絶縁接着層を形成した金属体において、絶縁接着層の金属体側を流動性小、表面側を流動性大としてなる絶縁接着材料付き金属体の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シート状支持体上に熱硬化性接着剤を塗工して得られた接着剤シートを、あらかじめ加熱した金属体表面に熱硬化性接着剤層が金属体と接するようにして積層する方法である。
金属体と絶縁接着層とを積層するときに、あらかじめ金属体が加熱されているので、積層する絶縁接着層のうち、金属体と接する側が加熱され、表面側は冷却されるので、金属体と接する側の硬化が表面側より進行し、絶縁接着層の金属体側を流動性小、表面側を流動性大とすることができる。この方法では、絶縁接着層を２層にわけて塗工する必要がなく、工程的に有利である。なお、金属体の加熱温度は、１３０〜２００℃とするのが好ましい。金属体の温度が高いと流動性が大きい層が少なくなり、逆では流動性が小さい層が少なくなる。
【０００８】
絶縁接着層を形成する方法の第２は、シート状支持体上に、流動性が大きい接着剤ワニスを塗布し、その上に流動性が小さい接着剤ワニスを塗布して得られた接着剤シートを、金属体表面に、接着剤層が金属体と接するようにして積層する方法である。
このようにすることにより、絶縁接着材料をホットロールラミネータ等の連続積層工程により積層することができ、絶縁接着材料付き金属体を安定的に製造可能となる。
【０００９】
熱硬化性接着剤（以下単に接着剤という）としては、エポキシ樹脂系、ポリイミド樹脂系、フェノール樹脂系などを使用することができる。接着剤組成物中に、可とう性付与成分を加えることが好ましい。可とう性付与成分としては、電気絶縁性の良い高分子物質、例えば、高分子量エポキシ樹脂、超高分子量エポキシ樹脂、アクリルゴム、ＮＢＲ、エポキシ変性アクリルゴム、エポキシ化ポリブタジエン、フェノキシ樹脂などがあり、これらは、単独でも２種以上併用してもよい。
【００１０】
また、回路導体との接着性を向上させるため、エポキシシラン、アミノシラン、尿素シランなどのシランカップリング剤を配合するのが好ましい。このようなカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００１１】
流動性を大とすには、分子量５００以下の、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有させる。またエポキシ樹脂の硬化剤としては特に制限するものではないが、ワニスライフの長い潜在性の高いものが望ましい。この例としては、３級アミン、酸無水物、イミダゾール化合物、ポリフェノール樹脂、マスクイソシアネートなどの１種以上を使用することができる。
【００１２】
さらに、硬化促進剤としてイミダゾール類を配合するのが好ましい。このようなイミダゾール類としては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテートなどが挙げられる。
【００１３】
放熱性をよくするため、接着剤に高熱伝導率の無機フィラーを加える。この目的に合う無機フィラーとしては、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末などが挙げられる。無機フィラーの配合量は、全接着剤の１０〜６０体積％である必要がある。１０％未満では放熱性向上の効果が少ないため不適当であり、６０％を超えて添加した場合、接着シートの可とう性低下、接着性の低下、ボイド残存による耐電圧の低下等の問題が発生するため不適当である。
また流動性の調整及び耐クラック性の向上のために１種類以上の短繊維状無機物を添加してもよい。
【００１４】
接着剤をシート状支持体に塗工する方法としてはバーコータ、リップコータ、ロールコータなどがあるがクレータ、ボイドなどの欠陥が少なく、塗膜厚をほぼ均一に塗工できる方法ならば、どのような方法でもよい。
【００１５】
２層の絶縁接着材料をシート状支持体上に形成する方法については以下の通りである。
シート状支持体上に塗膜第１層とし絶縁接着材料を塗工し、これをＢステージ状態（若干硬化、ゲル化が進んだ状態であり全硬化発熱量の２０から６０％の発熱を終えた状態）に加熱硬化する。この上に塗膜第２層を塗工し、これをＡ（ほぼ未硬化でゲル化していない状態であり、全硬化発熱量の０から２０％の発熱を終えた状態）又はＢステージ状態に加熱硬化する。
【００１６】
なお、絶縁接着材料の膜厚については、被着体である片面又は両面配線板等の凹凸を充填可能である程度の厚さが必要である。膜厚が厚すぎる場合には、熱抵抗が増大するため好ましくない。３５μｍ回路を充填するために必要とする絶縁接着材料の膜厚は通常７０〜１２０μｍが好ましく、７０μｍ回路を充填するためには１２０〜２１０μｍが好ましい。
【００１７】
このようにして得られた絶縁接着材料を金属体に積層し、加熱加圧して一体化する。これには、ホットロールラミネータ、真空ラミネータ、プレス、真空プレスなどを用いることができる。ホットロールラミネータを用いた場合は、プレスを用いた場合に比べて連続的に低コストで積層可能である点で好ましい。
この場合の絶縁接着材料積層後の絶縁接着材料の硬化度は、Ａ又はＢステージにあることが必要である。
【００１８】
得られた絶縁接着材料付き金属板は次のような用途に適している。すなわち、絶縁接着材料付き金属板に必要に応じて打抜き、穴あけ、等の加工を行い、これと片面または両面銅回路付き積層板、または多層配線板、銅はく、銅板、半導体チップ、半導体パッケージ等を積層し絶縁接着材料を硬化させる。これにより、放熱性、密着性に優れる配線板、半導体パッケージ等を得ることができる。
【００１９】
金属体表面に絶縁接着剤層を形成する前に、絶縁接着材料の密着性を向上するために表面処理を行うことが好ましい。以下その処理方法について説明する。
【００２０】
アルミニウム板を用いる場合。
１．表面を研摩する。
２．脱脂処理（約７０℃の熱水で洗浄）する。
３．表面にカップリング剤を付着させる。
４．乾燥する。
【００２１】
銅板を用いる場合。
１．表面を研摩する。
２．硫酸水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液、塩化銅と塩酸を含む水溶液で洗浄して脱脂する。
３．表面を酸化する。
４．表面に形成された酸化銅を化学還元する。
５．表面にカップリング剤を付着させる。
６．乾燥する。
【００２２】
４２合金を用いる場合。
１．表面を研摩する。
２．硫酸水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液、塩化銅と塩酸を含む水溶液中で、洗浄して脱脂する。
３．表面にカップリング剤を付着させる。
４．乾燥する。
【００２３】
表面処理後、２４時間以内に絶縁接着材料を積層するのが望ましい。望ましくは、処理直後に絶縁接着材料と積層することが望ましい。
【００２４】
【作用】
流動性の低い層により絶縁接着剤層の厚みを確保し、流動性が大きい層により回路パターンの間隙を埋める。かくて、配線板の内層回路の埋め込み性を良好にすることと、内層回路と金属ベース基板間の絶縁信頼性を確保することが可能である。また、絶縁接着材料の膜厚を薄くすることにより、ボイド、クレータ、異物混入などの塗膜欠陥による絶縁信頼性の低下の効果がより多く期待できる。
【００２５】
【実施例】
接着剤ワニスＡの調製
エポキシ当量２１０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６０部（重量部、以下同じ）、フェノキシ樹脂２０部、フェノールノボラック３０部、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール０．５部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン２部、アルミナ１３０部を溶剤に混練した。
【００２６】
接着剤ワニスＢの調製
エポキシ当量２１０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂５０部、エポキシ当量１７５０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０部、フェノキシ樹脂４０部、フェノールノボラック３０部、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール０．５部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン２部、アルミナ２３０部を溶剤に混練した。
【００２７】
接着剤ワニスＣの調製
エポキシ当量１７５０のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６０部、フェノキシ樹脂４０部、フェノールノボラック１５部、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール０．５部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン２部、アルミナ１３０部を溶剤に混練した。
【００２８】
比較例１
ポリエステルフィルムに、第１層として、乾燥後の膜厚が７０μｍになるようにワニスＡを塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。第１層の上に、乾燥後の膜厚が７０μｍになるようにワニスＡを再度塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させたアルミニウム板に、上記の絶縁接着材料シートの第２層がアルミニウム板表面に接するようにホットロールラミネータ（線圧９８Ｎ／ｃｍ、１２０℃、加圧時間１．５秒）で積層した。
このアルミニウム板からポリエステルフィルムを剥がし、回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ３５μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００２９】
比較例２
ポリエステルフィルムに、第１層として、乾燥後の膜厚が８０μｍになるように接着剤ワニスＡを塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。第１層の上に、第２層として、乾燥後の膜厚が第１層、第２層合わせて２００μｍになるように接着剤ワニスＢを塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させたアルミニウム板に、上記の絶縁接着材料シートの第２層がアルミニウム板表面に接するようにホットロールラミネータ（線圧９８Ｎ／ｃｍ、１２０℃、加圧時間１．５秒）で積層した。
このアルミニウム板からポリエステルフィルムを剥がし、回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ７０μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００３０】
比較例３
ポリエステルフィルムに、第１層として、乾燥後の膜厚が８０μｍになるように接着剤ワニスＡを塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。第１層の上に、第２層として、乾燥後の膜厚が第１層、第２層合わせて２００μｍになるように接着剤ワニスＣを塗工し、１１０℃にて１０分間乾燥した。
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させたアルミニウム板に、上記の絶縁接着材料シートの第２層がアルミニウム板表面に接するようにホットロールラミネータ（線圧９８Ｎ／ｃｍ、１２０℃、加圧時間１．５秒）で積層した。
このアルミニウム板からポリエステルフィルムを剥がし、回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ７０μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００３１】
実施例１
ポリエステルフィルムに、乾燥後の膜厚が１００μｍになるように接着剤ワニスＡを塗工し、１１０℃にて２０分間乾燥した。
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させ、あらかじめ表面温度１５０℃に加熱したアルミニウム板に、上記の絶縁接着材料シートの接着剤層がアルミニウム板表面に接するようにホットロールラミネータ（線圧９８Ｎ／ｃｍ、１２０℃、加圧時間１．５秒）で積層した。
このアルミニウム板からポリエステルフィルムを剥がし、回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ７０μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００３２】
比較例４
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させたアルミニウム板に、乾燥後の膜厚が７０μｍになるように接着剤ワニスＡをスクリーン印刷後、１１０℃にて１０分乾燥した。
このアルミニウム板を回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ７０μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて、１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００３３】
比較例５
ポリエステルフィルムに、乾燥後の膜厚が２００μｍになるようにワニスＡを塗工し、１１０℃にて２０分乾燥した。
表面を研摩し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを付着させたアルミニウム板に、上記の絶縁接着材料シートの接着剤層がアルミニウム板表面に接するようにホットロールラミネータ（線圧９８Ｎ／ｃｍ、１２０℃、加圧時間１．５秒）で積層した。
このアルミニウム板を回路形成済みのガラス−エポキシ両面回路基板（銅はく厚さ７０μｍ、基材厚さ２００μｍ）に重ねて、１７０℃、３ＭＰａで１時間加熱加圧した。
【００３４】
以上述べたようにして作製した多層配線板について、耐電圧、耐電圧不良率、パターン埋込性、表面平滑性及びはんだ耐熱性（２６０℃）を調べた。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１から、本発明実施例による多層配線板は、比較例の多層配線板に比べて、パターン埋込性、表面平滑性、はんだ耐熱性などの点で優れていることがわかる。
【００３７】
試験方法は以下の通りである。
耐電圧：２５℃で、上部回路とベースアルミニウム板間に交流電圧を印加する。０Ｖから始めて、１００Ｖ／ｓの速度で電圧を高め、１ｍＡの電流が流れたときの電圧を耐電圧とする。
耐電圧不良率：耐電圧が３ｋＶ以下であるものの割合。
パターン埋め込み性：下層銅はくと絶縁接着材料との間に、直径１０μｍを超える空隙有無を顕微鏡で観察。空隙有：不良、空隙無：良好。
表面平滑性：配線板の表面に露出した銅はく回路の凹凸を表面粗さ計で測定し、凹凸が２０μｍ超のものを不良、２０μｍ以下のものを良好とした。
はんだ耐熱性：２５ｍｍ四方に切断したサンプルを、２６０℃のはんだ浴に浮かべ、ふくれ、はくりが発生するまでの時間を測定。
【００３８】
【発明の効果】
回路基板の放熱用金属体において、その表面に、回路基板と接着するときに回路導体の凹凸埋込性が良好で、接着後の回路導体と金属体間の絶縁性も良好な接着剤層を形成できる。

Claims (3)

1. シート状支持体上に熱硬化性接着剤を塗工して得られた接着剤シートを、あらかじめ加熱した金属体表面に熱硬化性接着剤層が金属体と接するようにして積層することを特徴とする絶縁接着材料付き金属体の製造方法。
2. 金属体が金属板である請求項１に記載の絶縁接着材料付き金属体の製造方法。
3. 金属が、アルミニウム、銅又は４２合金から選択された金属である請求項１又は２に記載の絶縁接着材料付き金属体の製造方法。