JP4199769B2 - Circuit board and its circuit board precursor - Google Patents
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Description
本発明は、電気電子機器に使用される回路基板および回路基板前駆体、並びにそれらの製造方法に関するものであり、特に比較的大電流を使用するパワーエレクトロニクス分野に好適な回路基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a circuit board and a circuit board precursor used in electrical and electronic equipment, and a method for manufacturing the circuit board, and more particularly to a method for manufacturing a circuit board suitable for the power electronics field using a relatively large current. It is.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の高密度、高機能化が要請されている。これにより半導体等を実装するための回路基板もまた小型高密度なものが望まれている。その結果、回路基板の放熱を考慮した設計が重要となってきている。回路基板の放熱性を改良する技術として、一般的なガラス−エポキシ樹脂によるプリント基板に対し、絶縁基材自体の熱伝導率を高め、局所的な温度上昇を押さえる基板が求められている。ガラス−エポキシ樹脂よりも高い熱伝導率を持つ基板としては、銅やアルミニウムなどの金属板を使用し、この金属板の片面に電気絶縁層を介して回路パターンを形成する金属ベース基板が知られている。しかし、金属ベース基板は比較的厚い金属板を使用するために重量が大きくなり、小型軽量化が困難である。また、基板の熱伝導を高めるためには絶縁層の厚みを薄くしなければならず、絶縁耐圧の低下や浮遊容量が大きくなるなどの課題がある。また、セラミック基板やガラス−セラミック基板はガラス−エポキシ基板よりも熱伝導率は高いが、導電体として金属粉末やその焼成体を使用しているため比較的配線抵抗が高くなり、大電流を使用する場合の損失や、そこで発生するジュール熱が大きくなるという課題がある。 In recent years, with the demand for higher performance and miniaturization of electronic devices, there has been a demand for higher density and higher functionality of semiconductors and the like. Accordingly, a circuit board for mounting a semiconductor or the like is also desired to be small and dense. As a result, the design considering the heat dissipation of the circuit board has become important. As a technique for improving the heat dissipation of a circuit board, there is a demand for a board that increases the thermal conductivity of the insulating base material itself and suppresses a local temperature rise with respect to a general glass-epoxy resin printed board. As a substrate having a higher thermal conductivity than glass-epoxy resin, a metal base substrate using a metal plate such as copper or aluminum and forming a circuit pattern on one side of the metal plate via an electric insulating layer is known. ing. However, since the metal base substrate uses a relatively thick metal plate, its weight increases, and it is difficult to reduce the size and weight. In addition, in order to increase the heat conduction of the substrate, it is necessary to reduce the thickness of the insulating layer, and there are problems such as a decrease in withstand voltage and an increase in stray capacitance. In addition, ceramic substrate and glass-ceramic substrate have higher thermal conductivity than glass-epoxy substrate, but use metal powder or its fired body as the conductor, so the wiring resistance is relatively high and large current is used. In this case, there is a problem that the loss and the Joule heat generated there increase.
これらの課題を解決して、一般的なガラス−エポキシ基板に近いプロセスで作製でき、高い熱伝導性を持つ回路基板としては、例えば特許文献1に開示されている。その熱伝導基板の製造方法を図7に示す。これによると、無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを少なくとも含む混合物スラリーを造膜してシート状の熱伝導混合物71を作製し、それを乾燥させた後、図7(a)に示すように金属箔72と重ね合わせ、次いで図7(b)に示すように加熱加圧してシート状の熱伝導混合物71を硬化させ電気絶縁層73とする。その後、図7(c)に示すように貫通穴74の加工を行い、その後銅メッキ法により層間接続を行い、回路パターン75を形成して図7(d)に示すような熱伝導基板を作製している。
このような方法によって回路基板を製造する場合には、貫通穴加工法としてドリル加工を行うことが一般的である。しかしながら、熱伝導率を高めるために熱伝導混合物中の無機質フィラーの比率を高くすると、絶縁体中の堅い無機質フィラーによりドリルの磨耗が著しくなり、またチッピングなどが発生しやすくなるため、穴品質の劣化が高頻度で発生するようになる。これを防ぐためにドリル交換を頻繁に行うと、通常のプリント配線板に比べてその生産性は大幅に低下し、穴加工コストが増大するという課題を有していた。 When a circuit board is manufactured by such a method, drilling is generally performed as a through hole processing method. However, if the ratio of the inorganic filler in the heat conductive mixture is increased to increase the thermal conductivity, the hard inorganic filler in the insulator will cause significant wear on the drill and chipping will easily occur. Deterioration occurs frequently. If drill exchange is frequently performed to prevent this, the productivity is greatly reduced as compared with a normal printed wiring board, and the hole machining cost is increased.
また、熱硬化性樹脂が未硬化状態である熱伝導混合物に穴加工し、その後金属箔を接着させて加熱加圧して硬化させると、加熱により熱伝導混合物が軟化して穴形状を保つことができず、貫通穴を形成することが困難であり、その後のメッキ加工ができなくなるという課題を有していた。 Also, if the thermosetting resin is drilled into a thermally conductive mixture in an uncured state, and then the metal foil is bonded and heated and pressurized and cured, the heat conductive mixture softens by heating and maintains the hole shape. In other words, it is difficult to form a through hole and subsequent plating cannot be performed.
そこで、本発明は前記従来の課題を解決するためになされたものであり、貫通穴加工の生産性を向上させ、低コストで穴加工を行える高放熱性を有する回路基板の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides a method for manufacturing a circuit board having high heat dissipation that can improve the productivity of through-hole processing and perform hole processing at low cost. For the purpose.
本発明の回路基板前駆体は、(A)無機質フィラー70〜95質量%と、(B)未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物5〜30質量%と、(C)カップリング剤、分散剤および着色剤と、からなる熱伝導樹脂組成物を、前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して、非可逆的に固形化させたものであり、前記熱可塑性樹脂は、前記未硬化の熱硬化性樹脂を吸収して膨潤していることを特徴とする。
The circuit board precursor of the present invention comprises (A) 70 to 95% by mass of an inorganic filler, and (B) 5 to 30% of a resin composition containing at least an uncured thermosetting resin, a thermoplastic resin and a latent curing agent. %, And (C) a heat conductive resin composition comprising a coupling agent, a dispersing agent and a colorant is irreversibly heated and pressurized at a temperature lower than the temperature at which the thermosetting resin begins to cure. all SANYO obtained by solidification in the thermoplastic resin, characterized in that it swells by absorbing the uncured thermosetting resin.
本発明の回路基板は、貫通穴の変形や埋まりがなく、硬化収縮による寸法変化を小さくすることができる。また、この回路基板は、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応することも可能である。 The circuit board of the present invention has no deformation or filling of the through hole, and can reduce the dimensional change due to curing shrinkage. In addition, this circuit board is excellent in thermal conductivity, has sufficient strength, and can cope with a large current.
本発明の回路基板前駆体は、加工が容易なため、簡便な方法で貫通穴が形成できる。また、その後に硬化させても、貫通穴の変形や埋まりがなく、硬化収縮による寸法変化の小さな回路基板を形成できる。さらに、この回路基板前駆体は、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応する回路基板を形成することも可能である。 Since the circuit board precursor of the present invention is easy to process, a through hole can be formed by a simple method. Moreover, even if it hardens | cures after that, there is no deformation | transformation and filling of a through-hole, and a circuit board with a small dimensional change by hardening shrinkage can be formed. Furthermore, this circuit board precursor is excellent in thermal conductivity and maintains sufficient strength, and can form a circuit board corresponding to a large current.
本発明の実施の形態にかかる回路基板の製造方法においては、無機質フィラーと、未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物とからなる熱伝導樹脂組成物を基本要素とする。前記の熱伝導樹脂組成物は形状の自由度が高いため、シート状や層状に加工することが容易であり、また補強材に塗布あるいは含浸させることも容易である。また、熱伝導樹脂組成物はその中に含まれる樹脂が未硬化であるため、配線パターンであるリードフレームや放熱板と加熱加圧により接着させることが可能であり、高い絶縁性、気密性、接着性を得ることができる。更に、無機質フィラーを高い比率で混合させることが可能であるため、高い熱伝導性を実現でき、また基板の熱膨張係数を低下させることができる。更に、熱可塑性樹脂を含むことにより、この熱可塑性樹脂が、未硬化の熱硬化性樹脂をそれが硬化を開始する温度より低い温度で吸収して増粘して固体化できるため、形状を維持して貫通穴の加工を行うことが可能であり、生産性に優れ高精度の貫通穴の加工が可能になる。このように、上記熱伝導樹脂組成物を用いることにより、高い電気的絶縁性と熱伝導性や信頼性を両立することが可能になり、簡便な方法で放熱性に優れた回路基板を得ることができる。 In the method for manufacturing a circuit board according to the embodiment of the present invention, a thermally conductive resin composition comprising an inorganic filler and a resin composition containing at least an uncured thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a latent curing agent. Is the basic element. Since the heat conductive resin composition has a high degree of freedom in shape, it can be easily processed into a sheet or a layer, and can be easily applied or impregnated into a reinforcing material. In addition, since the resin contained in the heat conductive resin composition is uncured, it can be bonded to a lead frame or a heat radiating plate as a wiring pattern by heating and pressing, and has high insulation, air tightness, Adhesiveness can be obtained. Furthermore, since it is possible to mix the inorganic filler at a high ratio, high thermal conductivity can be realized, and the thermal expansion coefficient of the substrate can be reduced. In addition, the inclusion of a thermoplastic resin allows the thermoplastic resin to absorb uncured thermosetting resin at a temperature lower than the temperature at which it begins to cure and thicken to solidify, thus maintaining its shape. Thus, it is possible to process through holes, and it is possible to process through holes with high productivity and high accuracy. As described above, by using the above heat conductive resin composition, it is possible to achieve both high electrical insulation and heat conductivity and reliability, and to obtain a circuit board excellent in heat dissipation by a simple method. Can do.
本発明の実施の形態1にかかる回路基板の製造方法は、金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接触させ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。 The manufacturing method of the circuit board concerning Embodiment 1 of this invention makes metal foil and the said heat conductive resin composition contact, and is higher than the temperature which the said thermosetting resin in the said heat conductive resin composition starts hardening. Heating and pressurizing at a low temperature to bond the metal foil and the heat conductive resin composition, and irreversibly solidifying the heat conductive resin composition to produce a circuit board precursor; and the circuit board precursor. Including a step of forming a through hole at an arbitrary position, a step of curing the thermosetting resin in the circuit board precursor, and a step of processing the metal foil to form a circuit pattern in this order. It is a thing.
本発明の実施の形態2にかかる回路基板の製造方法は、2枚の金属箔で前記熱伝導樹脂組成物を挟みこみ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記貫通穴に銅メッキによるスルーホールを形成して前記金属箔を電気的に接続させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。 In the method for manufacturing a circuit board according to the second embodiment of the present invention, the thermally conductive resin composition is sandwiched between two metal foils, and the thermosetting resin in the thermally conductive resin composition starts to be cured. Heating and pressurizing at a temperature lower than the temperature to bond the metal foil and the heat conductive resin composition, and irreversibly solidifying the heat conductive resin composition to produce a circuit board precursor; and the circuit A step of forming a through hole at an arbitrary position of the substrate precursor, a step of curing the thermosetting resin in the circuit board precursor, and forming a through hole by copper plating in the through hole to form the metal foil And a step of processing the metal foil to form a circuit pattern in this order.
本発明の実施の形態3にかかる回路基板の製造方法は、前記熱伝導樹脂組成物を補強材に塗布もしくは含浸して一体化する工程と、2枚の金属箔で前記熱伝導樹脂組成物を挟みこみ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記貫通穴に銅メッキによるスルーホールを形成して前記金属箔を電気的に接続させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。 A method for manufacturing a circuit board according to a third embodiment of the present invention includes a step of applying or impregnating the heat conductive resin composition to a reinforcing material and integrating the heat conductive resin composition with two metal foils. The heat conductive resin composition is sandwiched between the metal foil and the heat conductive resin composition by heating and pressing at a temperature lower than the temperature at which the thermosetting resin in the heat conductive resin composition starts to cure. Forming a circuit board precursor by irreversibly solidifying an object, forming a through hole at an arbitrary position of the circuit board precursor, and the thermosetting resin in the circuit board precursor A step of curing, a step of forming a through hole by copper plating in the through hole to electrically connect the metal foil, and a step of processing the metal foil to form a circuit pattern in this order. Is.
また、本発明の実施の形態4にかかる電力変換モジュールの製造方法は、上記の各実施の形態で製造された回路基板上に、少なくとも半導体および受動部品を実装して電気回路を構成し、電力変換機能を持たせたものである。 In addition, the method for manufacturing a power conversion module according to the fourth embodiment of the present invention configures an electric circuit by mounting at least a semiconductor and passive components on the circuit board manufactured in each of the above-described embodiments. It has a conversion function.
以下、本発明の回路基板の製造方法およびその実装体である電力変換モジュールの製造方法を図面を用いて説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the circuit board of this invention and the manufacturing method of the power conversion module which is the mounting body are demonstrated using drawing.
(実施の形態1)
図1に、本発明の実施の形態における回路基板を示す。図1において、11は上記熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板であり、12は回路パターンであり、13は貫通穴である。貫通穴13は本回路基板の任意の位置に形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a circuit board according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is an insulating substrate obtained by curing the heat conductive resin composition, 12 is a circuit pattern, and 13 is a through hole. The through
図2は、本発明の実施の形態1における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図2(a)に示すように、熱伝導樹脂組成物21と金属箔22を重ね合わせる。23は熱伝導樹脂組成物21の接着を防止するための離型性フィルムである。その後、熱伝導樹脂組成物21中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、図2(b)に示すように、金属箔22と熱伝導樹脂組成物21を接着させるとともに基板状に成形し、かつ熱伝導樹脂組成物21を非可逆的に固形化して回路基板前駆体24を形成する。その後、図2(c)に示すように、穴あけ加工を施して貫通穴25を設けた後、図2(d)に示すように、加熱して熱伝導樹脂組成物21を硬化させて絶縁基板26を形成し、更に離型性フィルム23を除去する。その後、図2(e)に示すように、金属箔22を加工して回路パターン27を形成して回路基板を得る。
FIG. 2 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing a circuit board in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, the heat
熱伝導樹脂組成物21は、無機質フィラーと、未硬化の液状の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂粉末および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物とからなる。無機質フィラーとしては、熱伝導率および絶縁性に優れた材料を適宜選択すればよいが、特に、Al2O3、SiO2、MgO、BeO、Si3N4、SiC、AlN、BNからなる群のうちの少なくとも1種類の粉末を主成分として含むことが好ましい。これらの粉末は熱伝導性に優れており、高い熱放散性を持つ基板を作製することが可能になるからである。特に、Al2O3やSiO2を用いた場合、前記樹脂組成物との混合が容易になる。また、AlNを用いた場合、絶縁基板26の熱放散性が特に高くなる。更に、無機質フィラーの粒径が0.1〜100μmの範囲にあることが好ましい。この範囲から外れた粒径の場合、フィラーの充填性や基板の放熱性が低下する。
The heat
熱伝導樹脂組成物21およびその硬化物である絶縁基板26の無機質フィラーの比率は、70〜95質量%であることが必要であり、85〜95質量%であることがより好ましい。無機質フィラーの配合比率がこの範囲より小さい場合、基板の放熱性が不良になる。また、この範囲より多い場合には、熱伝導樹脂組成物21の流動性および接着性が低下し、金属箔22および回路パターン27と接着させることが困難になる。
The ratio of the inorganic filler of the heat
熱伝導樹脂組成物21は液状の熱硬化性樹脂を少なくとも含むものであり、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が耐熱性や機械的強度、電気絶縁性に優れる点で好ましい。また、液状であるために熱伝導樹脂組成物の粘度が低減され、溶剤を含まない場合でも熱伝導樹脂組成物の加工性が良好になり、絶縁基板として加工することが容易になるという利点がある。更に、溶剤を含まないために絶縁基板のボイド発生を低減することができ、絶縁基板の絶縁性を向上させることができる点で好ましい。液状のエポキシ樹脂としては、室温で液状を示すものであればよく、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが使用できる。また、この他にも室温で固体状であるエポキシ樹脂を添加してもよく、その場合でも上記と同様なエポキシ樹脂が使用できる。また、一部を臭素化したエポキシ樹脂を添加してもよく、この場合熱伝導樹脂組成物およびその硬化物である絶縁基板の難燃性が向上する点で好ましい。
The thermally
また、熱伝導樹脂組成物21は熱可塑性樹脂を少なくとも含むものであり、この熱可塑性樹脂は前記熱伝導樹脂組成物中の液状の熱硬化性樹脂を吸収して膨潤する作用を有する。前記熱可塑性樹脂としては、特にその種類は限定されず上記の作用を発揮する粉末状のものが好ましく、例えばポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニルなどの粉末が使用できる。また、上記熱可塑性樹脂粉末の粒径は1〜100μmにあることが好ましい。この場合、無機質フィラーと液状エポキシ樹脂との混合が容易になるからである。
The heat
また、熱伝導樹脂組成物21は潜在性硬化剤を少なくとも含むものである。潜在性硬化剤としては特に限定されず熱硬化性樹脂に使用可能であればよく、例えばアミンアダクト系硬化剤やジシアンジアミド系硬化剤が使用できる。
Moreover, the heat
また、上記の液状熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂粉末および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物に、更にカップリング剤、分散剤、着色剤から選ばれた少なくとも1種が添加されていることが好ましい。カップリング剤は無機質フィラーおよび金属箔と樹脂組成物との接着性を向上させることができ、例えばエポキシシラン系カップリング剤やアミノシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤などが使用できる。分散剤は熱伝導樹脂組成物の分散性を向上させて均質化させる点で好ましく、例えばリン酸エステルが使用できる。着色剤は熱伝導樹脂組成物に着色することでその熱輻射性を向上させることが可能な点で好ましく、例えばカーボンが使用できる。 In addition, at least one selected from a coupling agent, a dispersant, and a colorant is added to the resin composition containing at least the above liquid thermosetting resin, thermoplastic resin powder, and latent curing agent. Is preferred. The coupling agent can improve the adhesion between the inorganic filler and metal foil and the resin composition. For example, an epoxysilane coupling agent, an aminosilane coupling agent, a titanate coupling agent, and the like can be used. The dispersant is preferable in terms of improving the dispersibility of the heat conductive resin composition and homogenizing it. For example, a phosphate ester can be used. The colorant is preferable in that the heat radiation property can be improved by coloring the heat conductive resin composition. For example, carbon can be used.
熱伝導樹脂組成物21の製造方法としては、各原料を秤量して混合すればよい。混合の方法としては、例えばボールミル、プラネタリーミキサー、攪拌機を使用できる。また、熱伝導樹脂組成物21の性状としては粘土状もしくはペースト状であることが好ましく、このときの熱伝導樹脂組成物21の粘度は100〜100000Pa・sであることが好ましく、1000〜80000Pa・sであることがより好ましい。この範囲であれば熱伝導樹脂組成物の取り扱いが容易になり、またその後の加熱加圧により絶縁基板状に加工することが容易になるからである。なお、この粘度は図2(b)で用いた加熱温度よりも低い温度での粘度を示しており、室温から上記加熱温度の範囲におけるある一定温度での粘度が上記範囲に該当すればよい。
What is necessary is just to weigh and mix each raw material as a manufacturing method of the heat
また、熱伝導樹脂組成物21をシート状に加工することが好ましい。これにより、熱伝導樹脂組成物の取り扱いが容易になり、また図2(b)で示すように絶縁基板状に加工することが容易になり、かつ熱伝導樹脂組成物中のボイドの含有量を減少させることができる。シート状に加工する方法としては特に限定されず、熱伝導樹脂組成物の粘度や性状に応じて適宜選択すればよいが、例えば、押出し成形機による押出し方法、ロールコーターやカーテンコーターによる塗膜方法、印刷による方法、ドクターブレード法等が使用できる。
Moreover, it is preferable to process the heat
金属箔22としては、導電性に優れ回路パターンを形成できるものであればよく、例えば銅、ニッケル、アルミニウムおよびこれらのいずれかの金属を主成分とする合金が使用できるが、特に銅および銅を主成分とする合金が好ましい。銅は電気伝導性に優れ、安価で回路パターン形成が容易に行えるからである。また、金属箔22の熱伝導樹脂組成物と接する片方の面は粗化されていることが好ましい。金属箔22と熱伝導樹脂組成物21との接着強度が向上するからである。また、金属箔の厚さとしては、12〜200μmの範囲にあることが好ましく、特には35〜100μmの範囲にあることがより好ましい。金属箔が好ましい範囲より薄すぎると単位幅あたりの許容電流値が低下するため、大電流に対応するためには回路面積が増大し、小型化に不利である。また、金属箔が好ましい範囲より厚すぎると、高精度で回路パターンを形成するのが困難になる。
The
離型性フィルム23は本発明の回路基板の製造に必須な要素ではないが、簡便に離型性を得られる点で好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)やポリフェニレンサルファイド(PPS)のフィルムが使用できる。また、それらのフィルム表面にシリカなどによる離型処理が施されたものが好ましい。
The
図2(b)に示した回路基板前駆体24を形成する工程においては、熱伝導樹脂組成物21を加熱加圧して金属箔22と熱伝導樹脂組成物21を接着させるとともに基板状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物21中の熱可塑性樹脂粉末に液状のエポキシ樹脂を吸収させて膨潤させることによって粘度上昇を起こさせて非可逆的に固形化している。このときの加熱温度は熱硬化性エポキシ樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度でなければならず、同時に熱可塑性樹脂粉末のガラス転移点温度もしくは軟化点より高く、溶融開始温度よりも低い温度であることが好ましい。具体的には70〜140℃であることが好ましく、80〜130℃であることがより好ましい。加圧圧力は特に限定されず、金属箔と熱伝導樹脂組成物との接着や基板状に成形することが可能であれば良いが、通常2〜20MPa、好ましくは2〜5MPaである。上記の加熱加圧には、例えば熱板付プレス装置が使用できる。更に、上記の加熱加圧が真空中で行われることが好ましい。金属箔の酸化を防止し、熱伝導樹脂組成物中のボイドを除去する効果が得られるからである。この場合の真空とは大気圧以下の減圧状態を示す。
In the step of forming the
上記の加熱加圧により、前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化させたときの粘度は、8×104〜3×106Pa・sであることが好ましく、1×105〜1×106Pa・sであることがより好ましい。この好ましい範囲にあれば、通常の取り扱いにおいても基板形状の状態を保持することができ、かつ図2(c)に示したような貫通穴の加工が容易に行えるからである。この好ましい範囲よりも粘度が低い場合は、基板形状を保持したまま貫通穴の加工を行うことが困難になる。また、この好ましい範囲よりも粘度が高い場合は、貫通穴の加工が困難になる。上記の好ましい粘度に調整するためには、熱伝導樹脂組成物21中の液状エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂粉末との配合比率を調整すればよい。配合比率は熱可塑性樹脂粉末の種類により異なるが、通常液状エポキシ樹脂100質量部に対して熱可塑性樹脂粉末が10〜100質量部程度である。
The viscosity when the heat conductive resin composition is solidified irreversibly by the heating and pressing is preferably 8 × 10 4 to 3 × 10 6 Pa · s, preferably 1 × 10 5 to More preferably, it is 1 × 10 6 Pa · s. If it is within this preferred range, the substrate shape can be maintained even during normal handling, and the through hole as shown in FIG. 2C can be easily processed. When the viscosity is lower than this preferable range, it becomes difficult to process the through hole while maintaining the substrate shape. Moreover, when the viscosity is higher than this preferable range, it is difficult to process the through hole. In order to adjust to the above-mentioned preferable viscosity, the blending ratio of the liquid epoxy resin and the thermoplastic resin powder in the heat
図2(c)に示した貫通穴25の加工方法は特に限定されず、絶縁基板26の厚みや所望の穴径に応じて適宜選択すればよいが、例えばパンチングマシンによる打ち抜き加工法や金型による打ち抜き加工法、ドリルによる加工法が使用でき、これらは簡便で高い位置精度で穴加工できる点で好ましい。特に、パンチングマシンによる打ち抜き加工法がより好ましい。パンチング加工はドリル加工に比べて加工具と基板材料との接触が少なく、加工具の磨耗が低減されてその耐久性が大きく向上し、工業上大きく優位であるからである。
The processing method of the through
また、これと同時に前記回路基板前駆体24の少なくとも一部に外形加工を行い、基板を分割もしくは部分的に分割することが好ましい。この方法によると、熱硬化性樹脂の硬化後に外形加工を行うのに比べて外形加工が容易になり、また1枚の基板に複数の回路パターンを形成する場合においても、その分割が容易になるからである。外形加工の方法としては上記の貫通穴の加工と同時に行えるものが好ましく、上記の貫通穴加工方法の好ましい例と同様に、例えばパンチングマシンによる打ち抜き切断、金型による切断、ドリルによる加工が使用できる。
At the same time, it is preferable that at least a part of the
図2(d)に示した絶縁基板26は加熱による熱硬化性エポキシ樹脂の硬化により形成される。加熱温度はエポキシ樹脂および潜在性硬化剤の反応に応じて適宜選択すればよいが、140〜240℃であることが好ましく、150〜200℃であることがより好ましい。この好ましい範囲よりも低い場合、硬化が不十分になる恐れや硬化に時間がかかる恐れがあり、好ましい範囲より高い場合、樹脂が熱分解を開始する恐れがある。また、この加熱時に同時に加圧することが好ましい。これにより、熱硬化時の基板のそりが抑制され平坦度の高い基板が作製でき、また金属箔と絶縁基板との接着性が向上する。加圧圧力は適宜決定すればよいが、通常3MPa以下、好ましくは0.001〜1MPaである。この範囲より高い場合、貫通穴が変形する恐れがある。また、加熱硬化時に金属箔の酸化防止のために真空もしくは非酸化性雰囲気中で加熱を行うことが好ましい。なお、図2(d)においては、離型性フィルム23をこの時点で剥離しているが、剥離は離型性フィルムが不用になった時点で剥離してもよく、例えば図2(c)に示した貫通穴加工時に除去してもよい。
The insulating
図2(e)に示した回路パターン27の形成方法としては特に限定されず、従来公知の方法が使用でき、例えば化学的エッチングによる方法が使用できる。
The method for forming the
(実施の形態2)
図3に、本発明の別の実施の形態における回路基板を示す。図3において、31は熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板であり、32は回路パターンであり、33は絶縁基板31中に設けられた貫通穴にめっきを施して両面の回路パターンを電気的に接続させるスルーホールである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a circuit board according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3, 31 is an insulating substrate obtained by curing a heat conductive resin composition, 32 is a circuit pattern, 33 is a plated through hole provided in the insulating
図4は、本発明の実施の形態2における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図4(a)に示すように、複数の熱伝導樹脂組成物41を金属箔42で挟み込み、熱伝導樹脂組成物41中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、図4(b)に示すように、金属箔42と熱伝導樹脂組成物41を接着させるとともに、複数の熱伝導樹脂組成物41を一体化して基板状に成形し、かつ一体化した熱伝導樹脂組成物41を非可逆的に固形化して回路基板前駆体43を形成する。その後、図4(c)に示すように、回路基板前駆体43に穴あけ加工を施して貫通穴44を形成してから加熱して、図4(d)に示すように、貫通穴44の形状を保持したまま熱伝導樹脂組成物41を硬化させて絶縁基板45にする。その後、図4(e)に示すように、めっきを施して両面の金属箔42を電気的に接続させるスルーホール46を形成し、更に図4(f)に示すように、金属箔42を加工して回路パターン47を形成して回路基板を得る。
FIG. 4 is a cross-sectional view for each process showing the method for manufacturing a circuit board in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4A, a plurality of heat
本実施の形態2で使用した熱伝導樹脂組成物41、金属箔42は実施の形態1で使用したものと同様のものが使用できる。また、回路基板前駆体43の形成方法、貫通穴44の形成方法、絶縁基板45の製造方法、回路パターン47の形成方法として、実施の形態1で説明した各方法が使用できる。
The heat
図4(e)に示したスルーホール46の形成方法としては、全面銅めっきによる接続方法が好ましい。抵抗値が低く許容電流値が大きいからである。この場合にも金属箔42は銅箔であることが好ましい。金属箔とめっき間の熱膨張係数がマッチして信頼性が向上するからである。
As a method for forming the through
(実施の形態3)
図5は、本発明の別の実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図5(a)で示した51は、補強材に熱伝導樹脂組成物を塗布あるいは含浸させて一体化したシート状熱伝導樹脂組成物である。図5(b)に示すように、シート状熱伝導樹脂組成物51を金属箔52で挟み込み、シート状熱伝導樹脂組成物51中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、金属箔52とシート状熱伝導樹脂組成物51を接着させるとともに基板状に成形し、かつシート状熱伝導樹脂組成物51を非可逆的に固形化して回路基板前駆体53を形成する。その後、図5(c)に示すように、回路基板前駆体53に穴あけ加工を施して貫通穴54を形成してから加熱して、図5(d)に示すように、貫通穴54の形状を保持したままシート状熱伝導樹脂組成物51を硬化させて絶縁基板55にする。その後、図5(e)に示すように、めっきを施して両面の金属箔52を電気的に接続させるスルーホール56を形成し、更に図5(f)に示すように金属箔52を加工して回路パターン57を形成して回路基板を得る。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a sectional view by process showing a method of manufacturing a circuit board according to another embodiment of the present invention.
本実施の形態3で使用したシート状熱伝導樹脂組成物51中の熱伝導樹脂組成物、金属箔52は実施の形態1で使用したものと同様のものが使用できる。また、回路基板前駆体53の形成方法、貫通穴54の形成方法、絶縁基板55の製造方法、回路パターン57の形成方法として、実施の形態1で説明した各方法が使用できる。更に、スルーホール56の形成方法としては、実施の形態2で説明したものと同様な方法が使用できる。
The heat conductive resin composition and the
本実施の形態で使用した補強材としては、例えばセラミック繊維、ガラス繊維、樹脂繊維を使用した布などが使用できるが、特にセラミック繊維もしくはガラス繊維が好ましい。セラミックやガラスは耐熱性に優れているので高信頼性であり、また樹脂に比べてその熱伝導率が高いため基板の熱伝導性が良好になる。セラミックとしては、例えばアルミナやシリカ、窒化珪素が使用できる。また、前記の繊維を使用した場合、補強材が不織布であることが好ましい。不織布は織布に比べて補強材の密度が低くポーラスであるので、熱伝導樹脂組成物を塗布もしくは含浸させる際に無機質フィラーを取り込みやすく、前記熱伝導樹脂組成物の組成比を変化させずに塗布もしくは含浸することが容易になるからである。更に、前記の繊維の直径は10μm以下であることが好ましい。これより大きすぎると、基板成形時の圧縮性が減少し、無機質フィラー同士の熱伝導が妨げられやすくなり、その結果基板の熱抵抗が高くなる恐れがある。 As the reinforcing material used in the present embodiment, for example, a fabric using ceramic fiber, glass fiber, resin fiber, or the like can be used, and ceramic fiber or glass fiber is particularly preferable. Ceramics and glass have high heat resistance because they are excellent in heat resistance, and their thermal conductivity is higher than that of resin, so that the thermal conductivity of the substrate is improved. As the ceramic, for example, alumina, silica, or silicon nitride can be used. Moreover, when the said fiber is used, it is preferable that a reinforcing material is a nonwoven fabric. Since the density of the reinforcing material is low and the nonwoven fabric is porous compared to the woven fabric, it is easy to incorporate an inorganic filler when applying or impregnating the heat conductive resin composition, and without changing the composition ratio of the heat conductive resin composition. It is because it becomes easy to apply or impregnate. Furthermore, the diameter of the fiber is preferably 10 μm or less. If it is too large, the compressibility at the time of molding the substrate is reduced, and heat conduction between the inorganic fillers tends to be hindered, and as a result, the thermal resistance of the substrate may be increased.
上記の補強材と熱伝導樹脂組成物とを一体化してシート状熱伝導樹脂組成物51を製造する方法としては特に限定されず、例えば熱伝導樹脂組成物を補強材に塗布する方法、熱伝導樹脂組成物を補強材に含浸させる方法、シート状に加工した熱伝導樹脂組成物を補強材に張り合わせる方法が使用できる。
The method for producing the sheet-like heat
なお、本実施の形態3ではシート状熱伝導樹脂組成物51を使用して両面配線がスルーホール接続された基板について説明したが、上記実施の形態1と同様な方法を用いることにより、補強材と一体化した熱伝導樹脂組成物を絶縁基板とした片面配線回路基板を製造することができる。
In addition, in this Embodiment 3, although the board | substrate with which the double-sided wiring was through-hole connected using the sheet-like heat
(実施の形態4)
図6は、本発明の別の実施の形態における電力変換モジュールを示す断面図である。図6において、61は上記各実施の形態で説明した方法で作製した回路基板であり、その上に各種の半導体素子62および受動部品63が実装されて電力変換回路を形成しており、更に外部取り出し電極などの機構部品64が接続されている。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a power conversion module according to another embodiment of the present invention. In FIG. 6,
各部品の実装方法としては、従来公知の技術を使用すればよく、例えばリフロー半田付け、フロー半田付け、ワイヤボンディング、フリップチップ接続が使用できる。半田付けを行う場合、回路基板61上に半田レジスト膜が形成されていてもよく、半田の不要な流出を防ぐことができる点で好ましい。また、回路パターン表面に金属コートを施して回路パターンである金属箔の酸化や腐食を防止することが好ましく、金属コートとしてはたとえば半田又はすずが使用できる。
As a method for mounting each component, a conventionally known technique may be used. For example, reflow soldering, flow soldering, wire bonding, or flip chip connection can be used. In the case of performing soldering, a solder resist film may be formed on the
次に、具体的実施例に基づいて、本発明の回路基板およびその実装体の製造方法を更に詳しく説明する。 Next, based on a specific Example, the manufacturing method of the circuit board of this invention and its mounting body is demonstrated in more detail.
(実施例1)
熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと樹脂組成物を混合した。それらの材料および配合比を以下に示す。
(Example 1)
In order to produce a heat conductive resin composition, an inorganic filler and a resin composition were mixed. The materials and blending ratios are shown below.
(1)無機質フィラー:Al2O3(“AS−40”、昭和電工社製、平均粒径12μm)87質量%
(2)液状の熱硬化性樹脂:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“エピコート828”、油化シェルエポキシ社製)7質量%
(3)熱可塑性樹脂粉末:ポリメタクリル酸メチル(関東化学社製)3.5質量%
(4)潜在性硬化剤:アミン系硬化剤(“アミキュアPN−23”、味の素社製)1.5質量%
(5)その他の添加物:カーボンブラック(東洋カーボン社製)0.5質量%、カップリング剤(“プレンアクトKR−46B”、味の素社製)0.5質量%
これらの材料を秤量し、プラネタリーミキサーで混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。その後、この熱伝導樹脂組成物をロールコーターで厚さ約0.8mmのシート状に加工した。この熱伝導樹脂組成物の粘度を動的粘弾性測定装置(UBM社製)で昇温させながら測定したところ、図8に示すような粘度特性を示した。図8から明らかなように、温度が約80℃を超えると熱伝導樹脂組成物の非可逆的な固形化が開始され、温度が約100℃に達すると非可逆的な固形化が完了する。その後に昇温を続けると温度が約140℃まではほぼ一定の粘度を維持するが、さらに昇温すると熱伝導樹脂組成物の硬化が開始され、温度が約170℃以上になると完全に硬化する。
(1) Inorganic filler: Al 2 O 3 (“AS-40”, Showa Denko KK,
(2) Liquid thermosetting resin: 7% by mass of bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 828”, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.)
(3) Thermoplastic resin powder: Polymethyl methacrylate (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 3.5% by mass
(4) Latent curing agent: amine-based curing agent (“Amicure PN-23”, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) 1.5 mass%
(5) Other additives: 0.5% by mass of carbon black (manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.), 0.5% by mass of coupling agent (“Plenact KR-46B”, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.)
These materials were weighed and mixed with a planetary mixer to prepare a heat conductive resin composition. Thereafter, this heat conductive resin composition was processed into a sheet having a thickness of about 0.8 mm by a roll coater. When the viscosity of this heat conductive resin composition was measured while raising the temperature with a dynamic viscoelasticity measuring apparatus (manufactured by UBM), viscosity characteristics as shown in FIG. 8 were shown. As is apparent from FIG. 8, when the temperature exceeds about 80 ° C., irreversible solidification of the heat conductive resin composition starts, and when the temperature reaches about 100 ° C., irreversible solidification is completed. After that, when the temperature is continued to rise, the viscosity is maintained at a substantially constant level until the temperature reaches about 140 ° C. However, when the temperature is further raised, the heat conductive resin composition starts to be cured, and when the temperature reaches about 170 ° C. or higher, it is completely cured. .
厚さ70μmのPPS離型性フィルム上に上記のシート状熱伝導樹脂組成物を配置し、更にその上に厚さ35μmの片面粗化銅箔(古河電工社製)を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図2(a)に示したように配置した。これらを減圧した状態において100℃の熱プレス機で加熱しながら3MPaの圧力で10分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに、図2(b)に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約0.8mmの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体にドリル加工により図2(c)に示すような直径0.6mmの貫通穴を設けた。その後、上記の回路基板前駆体を窒素雰囲気中で170℃で1時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、離型性フィルムを除去して図2(d)に示すような銅箔付き絶縁基板を作製した。更に、金属箔上に光硬化性のドライフィルムレジスト(ニチゴーモートン社製)をラミネートし、回路パターンを露光、現像してから、塩化鉄水溶液中でエッチングして回路パターンを形成し、その後ドライフィルムレジスト膜を除去して図2(e)に示すような片面配線回路基板を完成させた。 The above sheet-like heat conductive resin composition is placed on a PPS release film having a thickness of 70 μm, and further a single-side roughened copper foil (manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) having a thickness of 35 μm is provided on the roughened surface. It arrange | positioned as shown to Fig.2 (a) so that a heat conductive resin composition might be touched. In a state in which these are decompressed, while being heated with a hot press at 100 ° C., pressurization is performed at a pressure of 3 MPa for 10 minutes to adhere the copper foil and the heat conductive resin composition, and the substrate shape as shown in FIG. At the same time, the heat conductive resin composition was solidified irreversibly to form a circuit board precursor having a thickness of about 0.8 mm. Next, a through hole having a diameter of 0.6 mm as shown in FIG. 2C was provided in the circuit board precursor by drilling. Thereafter, the circuit board precursor is heated in a nitrogen atmosphere at 170 ° C. for 1 hour to cure the epoxy resin in the thermally conductive resin composition, and the release film is removed, as shown in FIG. An insulating substrate with a copper foil was produced. Furthermore, a photo-curable dry film resist (manufactured by Nichigo Morton) is laminated on the metal foil, the circuit pattern is exposed and developed, and then etched in an aqueous iron chloride solution to form a circuit pattern. The resist film was removed to complete a single-sided wiring circuit board as shown in FIG.
比較例1として、本実施例1と同じシート状熱伝導樹脂組成物、銅箔および離型性フィルムを用いて、図2(a)に示すように重ね合わせ、減圧した状態で170℃の熱プレス機で加熱しながら3MPaの圧力で1.5時間加圧して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、片面銅張基板を作製した。その後、ドリル加工により直径0.6mmの貫通穴を設け、回路基板を作製した。 As Comparative Example 1, using the same sheet-like heat conductive resin composition, copper foil and releasable film as in Example 1, as shown in FIG. The epoxy resin in the heat conductive resin composition was cured by applying pressure at 3 MPa for 1.5 hours while being heated with a press, and a single-sided copper-clad substrate was produced. Thereafter, a through hole having a diameter of 0.6 mm was provided by drilling to produce a circuit board.
上記の実施例1と比較例1において、ドリル加工時における超硬合金製のドリル刃(ユニオン・ツール社製)の耐久性を比較した。実施例1の場合、1000回の穴開け加工した後でもドリル刃の磨耗は少なく、その後の穴開け加工が可能でありチッピングも発生しなかった。また、貫通穴の壁面のバリは発生しなかった。しかし、比較例1の場合にはドリル刃の磨耗が激しく、100回の穴開けで銅箔にバリが生じ、その後の穴開け加工が不可能になった。このことから本実施例1の回路基板の製造方法は貫通穴の加工性に優れていることがわかる。 In Example 1 and Comparative Example 1 described above, the durability of a cemented carbide drill blade (manufactured by Union Tool Co., Ltd.) during drilling was compared. In the case of Example 1, wear of the drill blade was small even after 1000 times of drilling, and subsequent drilling was possible and no chipping occurred. Moreover, the burr | flash of the wall surface of a through-hole did not generate | occur | produce. However, in the case of the comparative example 1, the wear of the drill blade was severe, and burrs were generated in the copper foil after 100 times of drilling, and subsequent drilling was impossible. From this, it can be seen that the circuit board manufacturing method of Example 1 is excellent in the processability of the through hole.
(実施例2)
熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと樹脂組成物を混合した。それらの材料および配合比を以下に示す。
(Example 2)
In order to produce a heat conductive resin composition, an inorganic filler and a resin composition were mixed. The materials and blending ratios are shown below.
(1)無機質フィラー:Al2O3(“AS−40”、昭和電工社製、平均粒径12μm)88質量%
(2)液状の熱硬化性樹脂:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“エピコート807”、油化シェルエポキシ社製)5質量%
(3)臭素化されたエポキシ樹脂(“エピコート5050”、油化シェルエポキシ社製)2質量%
(4)熱可塑性樹脂粉末:ポリメタクリル酸メチル(関東化学社製)3質量%
(5)潜在性硬化剤:アミン系硬化剤(“アミキュアPN−23”、味の素社製)1質量%、ジシアンジアミド(大日本インク社製)0.4質量%
(6)その他の添加物:カーボンブラック(東洋カーボン社製)0.4質量%、カップリング剤(“プレンアクトKR−46B”、味の素社製)0.2質量%
これらの材料を秤量し、攪拌混練機で混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。その後、この熱伝導樹脂組成物を押出し成形機で厚さ約1.0mmのシート状に加工した。この熱伝導樹脂組成物の粘度を測定したところ、50℃で約9000Pa・s、110℃で約800000Pa・sであった。
(1) Inorganic filler: Al 2 O 3 (“AS-40”, Showa Denko,
(2) Liquid thermosetting resin: 5% by mass of bisphenol F type epoxy resin (“Epicoat 807”, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.)
(3) Brominated epoxy resin (“Epicoat 5050”, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) 2% by mass
(4) Thermoplastic resin powder: 3% by mass of polymethyl methacrylate (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)
(5) Latent curing agent: amine curing agent (“Amicure PN-23”, manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) 1% by mass, dicyandiamide (produced by Dainippon Ink Co., Ltd.) 0.4% by mass
(6) Other additives: Carbon black (manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) 0.4 mass%, coupling agent (“Plenact KR-46B”, manufactured by Ajinomoto Co.) 0.2 mass%
These materials were weighed and mixed with a stirring kneader to prepare a heat conductive resin composition. Thereafter, this heat conductive resin composition was processed into a sheet having a thickness of about 1.0 mm by an extrusion molding machine. When the viscosity of this heat conductive resin composition was measured, it was about 9000 Pa · s at 50 ° C. and about 800,000 Pa · s at 110 ° C.
厚さ70μmの片面粗化銅箔(古河サーキットフォイル社製)を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図4(a)に示したように挟み込んだ。ただし、本実施例2の熱伝導樹脂組成物はシート状であり図面とは異なる。これらを減圧した状態で90℃の熱プレス機で加熱しながら3MPaの圧力で15分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに図4(b)に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約1.0mmの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体にパンチングマシン(UHT社製)による加工により図4(c)に示すような直径0.5mmの貫通穴を設けた。その後、上記の回路基板前駆体に0.01MPaの加重を加えながら170℃で2時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させて図4(d)に示すような銅箔付き絶縁基板を作製した。その後、全面に厚さ約30μmの銅めっきを施して図4(e)に示すような銅めっきスルーホールを形成した。更に、実施例1と同様な方法で回路パターンを形成して図4(f)に示すような両面配線回路基板を完成させた。 One-side roughened copper foil (manufactured by Furukawa Circuit Foil Co., Ltd.) having a thickness of 70 μm was sandwiched as shown in FIG. 4 (a) so that the roughened surface was in contact with the heat conductive resin composition. However, the heat conductive resin composition of this Example 2 is a sheet form, and is different from drawing. While these are decompressed and heated with a 90 ° C. hot press, pressurize at a pressure of 3 MPa for 15 minutes to bond the copper foil and the heat conductive resin composition and form a substrate shape as shown in FIG. At the same time, the heat conductive resin composition was solidified irreversibly to form a circuit board precursor having a thickness of about 1.0 mm. Next, a through-hole having a diameter of 0.5 mm as shown in FIG. 4C was provided in the circuit board precursor by processing with a punching machine (manufactured by UHT). Thereafter, the circuit board precursor is heated at 170 ° C. for 2 hours while applying a load of 0.01 MPa to cure the epoxy resin in the heat conductive resin composition, and with a copper foil as shown in FIG. An insulating substrate was produced. Thereafter, copper plating with a thickness of about 30 μm was applied to the entire surface to form a copper plating through hole as shown in FIG. Further, a circuit pattern was formed by the same method as in Example 1 to complete a double-sided wiring circuit board as shown in FIG.
なお、本実施例2と同じシート状熱伝導樹脂組成物、銅箔および離型性フィルムを用いて、図4(a)に示すように重ね合わせ、減圧した状態で170℃の熱プレス機で加熱しながら3MPaの圧力で1.5時間加圧して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、厚さ約1.0mmの両面銅張基板を作製した。その後、上記のパンチング加工により直径0.5mmの貫通穴を設けようとしたが、パンチングマシンのピンが前記基板を貫通せず、貫通穴が作製できなかった。このことから本実施例2の回路基板の製造方法は貫通穴の加工性が優れていることがわかる。 In addition, using the same sheet-like heat conductive resin composition, copper foil and releasable film as in Example 2, they were superimposed and decompressed with a hot press at 170 ° C. as shown in FIG. 4 (a). The epoxy resin in the heat conductive resin composition was cured by heating at a pressure of 3 MPa for 1.5 hours while being heated, and a double-sided copper-clad substrate having a thickness of about 1.0 mm was produced. Thereafter, an attempt was made to provide a through hole with a diameter of 0.5 mm by the above punching process, but the pin of the punching machine did not penetrate the substrate, and the through hole could not be produced. From this, it can be seen that the circuit board manufacturing method of Example 2 is excellent in workability of the through hole.
比較例2として、ほぼ同じ厚さの絶縁層、配線層を持ち、銅めっきスルーホールを形成したガラス−エポキシプリント両面配線板(ANSIグレードFR−4相当)を作製した。 As Comparative Example 2, a glass-epoxy printed double-sided wiring board (corresponding to ANSI grade FR-4) having an insulating layer and a wiring layer having substantially the same thickness and having a copper plated through hole was produced.
実施例2と比較例2の基板に同様のスルーホールチェーンパターン(500穴連結)を形成して、その抵抗値を測定しながら、20℃と260℃の油中に各10秒ずつディップを繰り返すホットオイル試験を行った。その結果、比較例2の基板においては350サイクルで抵抗の増大が現れて断線したが、実施例2の基板においては3000サイクルでも抵抗値の増大はみられず接続性は良好であった。このことから本実施例2による回路基板が高信頼性であることが分かる。 A similar through-hole chain pattern (500 hole connection) is formed on the substrates of Example 2 and Comparative Example 2, and the dip is repeated for 10 seconds each in oil at 20 ° C. and 260 ° C. while measuring the resistance value. A hot oil test was conducted. As a result, the substrate of Comparative Example 2 showed an increase in resistance at 350 cycles and was disconnected, but the substrate of Example 2 had good connectivity with no increase in resistance even at 3000 cycles. From this, it can be seen that the circuit board according to Example 2 is highly reliable.
(実施例3)
上記実施例1と同様の材料を混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。
(Example 3)
The same material as in Example 1 was mixed to prepare a heat conductive resin composition.
補強材としてガラス不織布(厚み約0.2mm、繊維径9μm)を用意し、上記の熱伝導樹脂組成物をガラス不織布の両面からロールで塗布して、図5(a)に示すような厚さ0.8mmの補強材入り熱伝導樹脂組成物を作製した。 A glass nonwoven fabric (thickness: about 0.2 mm, fiber diameter: 9 μm) is prepared as a reinforcing material, and the above heat conductive resin composition is applied by rolls from both sides of the glass nonwoven fabric, and the thickness as shown in FIG. A heat conductive resin composition containing a 0.8 mm reinforcing material was prepared.
厚さ35μmの片面粗化銅箔(古河電工社製)を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図5(b)に示したように挟み込んだ。これらを減圧した状態で100℃の熱プレス機で加熱しながら3MPaの圧力で10分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに図5(c)に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約0.8mmの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体に金型により図4(c)に示すような直径0.8mmの貫通穴を設け、同時に上記回路基板前駆体の回路形成部分とその外周部分との間に、数個所のつなぎ部分を残して幅1mmのスリットを設けた。その後、上記の回路基板前駆体を窒素雰囲気中で170℃で2時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させて、図5(d)に示すような両面銅箔付き絶縁基板を作製した。その後、全面に厚さ約30μmの銅めっきを施して図5(e)に示すような銅めっきスルーホールを形成した。更に、実施例1と同様な方法で回路パターンを形成して図5(f)に示すような両面配線回路基板を完成させた。その後、つなぎ部分を割ることで所望の外形寸法を持つ回路基板を容易に得ることができた。 A single-side roughened copper foil (manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) having a thickness of 35 μm was sandwiched as shown in FIG. 5B so that the roughened surface was in contact with the heat conductive resin composition. While being heated with a hot press at 100 ° C. under reduced pressure, pressurization is performed at a pressure of 3 MPa for 10 minutes to bond the copper foil and the heat conductive resin composition and form a substrate shape as shown in FIG. At the same time, the thermally conductive resin composition was solidified irreversibly to form a circuit board precursor having a thickness of about 0.8 mm. Next, a through hole with a diameter of 0.8 mm as shown in FIG. 4C is provided in the circuit board precursor by a mold, and at the same time, between the circuit forming portion of the circuit board precursor and the outer peripheral portion thereof, A slit having a width of 1 mm was provided, leaving several connecting portions. Thereafter, the circuit board precursor is heated in a nitrogen atmosphere at 170 ° C. for 2 hours to cure the epoxy resin in the heat conductive resin composition, and an insulating board with double-sided copper foil as shown in FIG. Was made. Thereafter, copper plating with a thickness of about 30 μm was applied to the entire surface to form a copper plating through hole as shown in FIG. Further, a circuit pattern was formed by the same method as in Example 1 to complete a double-sided wiring circuit board as shown in FIG. Thereafter, the circuit board having a desired external dimension could be easily obtained by breaking the connecting portion.
実施例1と本実施例3の基板を同サイズに加工し、銅箔を除去してからその抗折強度を測定したところ、実施例1の基板の抗折強度が210MPaであったのに対し、実施例3の基板では280MPaであった。この結果から、実施例1の基板においても基板として実用的な強度があるが、更に補強材を入れることにより基板の強度が向上していることがわかる。 The substrate of Example 1 and Example 3 were processed to the same size, and the bending strength was measured after removing the copper foil. The bending strength of the substrate of Example 1 was 210 MPa. In the substrate of Example 3, it was 280 MPa. This result shows that the substrate of Example 1 also has practical strength as a substrate, but the strength of the substrate is improved by adding a reinforcing material.
また、実施例1、3および比較例2の基板の熱抵抗を測定した。熱抵抗は基板に発熱素子が搭載された場合の、出力電力に対する温度上昇を表したものであり、この値が小さいほど温度上昇が小さくなり部品の動作許容範囲が大きくなる。熱抵抗測定は、熱抵抗測定機(キャッツ電子設計社製)を用いた。すなわち、各基板の同一パターン上にFET(TO−220パッケージ)を取り付け、理想定温熱溜としてのフィン付きヒートシンクに回路基板のFET実装面の反対面を接着し、その状態で半導体に一定の電力を与えたときの半導体のPN接合部の電圧変化から半導体温度の変化を見積もり、温度差を電力で割った値を求めた。その結果、実施例1の基板の熱抵抗が1.02℃/Wであったのに対し、実施例3では1.11℃/Wであり、比較例2では8.4℃/Wであった。この結果から、補強材が内蔵されていても基板の熱抵抗に大きな差はなく、比較例2のような一般的なプリント配線板に比べて本実施例の基板の熱抵抗が非常に小さく、熱的に有利であることが分かる。 Further, the thermal resistance of the substrates of Examples 1 and 3 and Comparative Example 2 was measured. The thermal resistance represents a temperature rise with respect to the output power when a heating element is mounted on the substrate. The smaller this value, the smaller the temperature rise and the larger the allowable operation range of the component. A thermal resistance measuring machine (manufactured by Cats Electronics Design Co., Ltd.) was used for the thermal resistance measurement. That is, an FET (TO-220 package) is mounted on the same pattern on each substrate, and the surface opposite to the FET mounting surface of the circuit substrate is bonded to a finned heat sink as an ideal constant temperature heat reservoir, and in this state, a constant power is supplied to the semiconductor. The change in the semiconductor temperature was estimated from the change in the voltage at the PN junction of the semiconductor when given, and the value obtained by dividing the temperature difference by the power was obtained. As a result, the thermal resistance of the substrate of Example 1 was 1.02 ° C./W, whereas in Example 3, it was 1.11 ° C./W, and in Comparative Example 2, it was 8.4 ° C./W. It was. From this result, even if the reinforcing material is built in, there is no great difference in the thermal resistance of the substrate, the thermal resistance of the substrate of this example is very small compared to the general printed wiring board as in Comparative Example 2, It can be seen that it is thermally advantageous.
(実施例4)
上記実施例2および比較例2で作製した回路基板に、メタルマスクを用いてスクリーン印刷法で半田ペースト(千住金属社製)を印刷し、その上に半導体素子(三菱電機社製)およびコンデンサ、トランス、チョーク、抵抗などの各種受動部品(松下電子部品社製)および外部取り出し端子などの機構部品を搭載してからリフロー炉(松下電工社製)で半田付けを行い、電力変換モジュールとしてDC−DCコンバータを作製した。
Example 4
A solder paste (manufactured by Senju Metal Co., Ltd.) is printed on the circuit boards produced in Example 2 and Comparative Example 2 by a screen printing method using a metal mask, and a semiconductor element (manufactured by Mitsubishi Electric Co., Ltd.) and a capacitor, Various passive parts such as transformers, chokes and resistors (made by Matsushita Electronics Parts Co., Ltd.) and mechanical parts such as external lead terminals are mounted and then soldered in a reflow furnace (made by Matsushita Electric Works Co., Ltd.). A DC converter was produced.
このDC−DCコンバータに30Wの負荷を与え、負荷開始から10分後のパワー半導体の温度をサーモビュアー(ニコン社製)で測定したところ、実施例2の回路基板を用いた場合では48℃であったが、比較例2の回路基板を用いた場合では63℃であった。この結果から、実施例2の基板を用いた電力変換モジュールは部品の温度上昇が小さく、動作および信頼性の面で有利であることがわかる。 When a load of 30 W was applied to this DC-DC converter and the temperature of the power semiconductor 10 minutes after the start of the load was measured with a thermoviewer (Nikon Corp.), it was 48 ° C. when the circuit board of Example 2 was used. However, it was 63 ° C. when the circuit board of Comparative Example 2 was used. From this result, it can be seen that the power conversion module using the substrate of Example 2 has a small increase in the temperature of components and is advantageous in terms of operation and reliability.
以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応することが可能な回路基板を提供することが可能になる。また、本発明の回路基板の実装体である電力変換モジュールによれば、熱放散性に優れ部品の温度上昇が抑制されることにより、大電流が使用可能になり、高密度な部品実装が可能になり、機器を小型高密度化することが可能になる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a circuit board that is excellent in thermal conductivity, has sufficient strength, and can cope with a large current. In addition, according to the power conversion module which is a mounting body of the circuit board of the present invention, it is excellent in heat dissipation and the temperature rise of the component is suppressed, so that a large current can be used and high-density component mounting is possible. Thus, it becomes possible to reduce the size and density of the device.
また、本発明の回路基板は、その製造方法において、樹脂組成物に無機質フィラーを高濃度に混合して熱伝導性を高めた絶縁基板の貫通穴の加工が容易に行え、実用上困難であった貫通穴を有した高熱伝導絶縁基板の製造を簡便に行うことが可能になる。またこれにより、貫通穴にめっきを施したスルーホールを有する両面配線基板の製造を簡便に行うことが可能になる。更に、補強材を含むことにより、より強度の高い高熱伝導な回路基板を製造することが可能になる。 In addition, the circuit board of the present invention is difficult in practical use because the manufacturing method thereof can easily process the through-holes of the insulating substrate in which the resin composition is mixed with an inorganic filler at a high concentration to increase the thermal conductivity. It is possible to easily manufacture a high thermal conductive insulating substrate having a through hole. This also makes it possible to easily manufacture a double-sided wiring board having a through hole with a plated through hole. Further, by including a reinforcing material, it is possible to manufacture a circuit board having higher strength and high thermal conductivity.
11、26、31、45、55 絶縁基板
12、27、32、47、57、75 回路パターン
13、25、44、54、74 貫通穴
21、41 熱伝導樹脂組成物
22、42、52、72 金属箔
23 離型性フィルム
24、43、53 回路基板前駆体
33、46、56 スルーホール
51 シート状熱伝導樹脂組成物
61 回路基板
62 半導体素子
63 受動部品
64 機構部品
71 熱伝導混合物
73 電気絶縁層
11, 26, 31, 45, 55 Insulating
Claims (6)
前記熱可塑性樹脂は、前記未硬化の熱硬化性樹脂を吸収して膨潤していることを特徴とする回路基板前駆体。 (A) 70 to 95% by mass of an inorganic filler, (B) 5 to 30% by mass of a resin composition containing at least an uncured thermosetting resin, a thermoplastic resin and a latent curing agent, and (C) a coupling agent. a dispersing and coloring agent, a thermal conductive resin composition comprising, in the thermosetting resin is pressurized heating at a temperature lower than the temperature to initiate cure state, and are not non-reversibly solidified ,
The circuit board precursor , wherein the thermoplastic resin is swollen by absorbing the uncured thermosetting resin .
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