JP4265386B2

JP4265386B2 - 両面金属材張り積層板及びプリント配線板

Info

Publication number: JP4265386B2
Application number: JP2003394666A
Authority: JP
Inventors: 則康大戸; 英人三澤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005153299A

Description

本発明は、両面に導電性の金属材を有する両面金属材張り積層板及びこの両面金属材張り積層板より得られるプリント配線板に関するものであり、特に、高い発熱性を有する電気部品を搭載するプリント配線板や通電量が多くて発熱しやすいプリント配線板を形成する場合に好適に用いることができる両面金属材張り積層板に関するものである。

最近の電気電子機器の軽薄短小化に伴って、電気電子機器に内蔵されるプリント配線板も軽薄短小化が図られており、従って、プリント配線板の回路パターンも極薄化や微細化が進められている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、回路パターンの極薄化や微細化が進むと回路パターンからの放熱が望めなくなり、プリント配線板の放熱性が低くなるという問題があった。
特開２０００−２５２５９４号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れるプリント配線板を形成することができる両面金属材張り積層板、及び放熱性に優れるプリント配線板を提供することを目的とするものである。

本発明の両面金属材張り積層板Ａは、厚み７０μｍを超える二枚の金属材１、２が厚み５０μｍ以下の接着層３で接着されて一体化されると共に金属材１、２の接着層３側の表面の十点平均粗さが３０μｍ以上であることを特徴とするものである。

本発明によれば、金属材１、２を回路パターン４、５に加工してプリント配線板Ｂとすることによって、厚みが７０μｍを超えて比較的熱容量の大きな回路パターン４、５を形成し、この回路パターン４、５に高い発熱性の電気部品７を搭載することによって、回路パターン４、５への電気部品（電子部品）７からの熱伝導性を高めることができ、また、回路パターン４、５の間には厚みが５０μｍ以下で比較的薄い接着層３が介在するだけであり、しかも、回路パターン４、５の接着層３側の表面は十点平均粗さが３０μｍ以上で比較的粗度が大きいので、回路パターン４、５を近接させて一方の回路パターン４から他方の回路パターン５への熱伝導性を高めることができ、この結果、回路パターン４、５から放熱しやすくなって放熱性に優れるプリント配線板Ｂを形成することができるものである。

本発明では、二枚の金属材１、２を部分的に接触させるのが好ましく、これにより、金属材１、２から形成される二つの回路パターン４、５を接触させることができ、一方の回路パターン４から他方の回路パターン５への熱伝導性をさらに高めることができ、より放熱性に優れるプリント配線板Ｂを形成することができるものである。

本発明では、金属材１、２として圧延銅箔又は電解銅箔の少なくとも一方を用いるのが好ましく、これにより、良好な回路形成と放熱性を得ることができるものである。

本発明では、接着層３として熱硬化性樹脂組成物又はプリプレグの少なくとも一方を用いるのが好ましく、これにより、必要な位置については絶縁性を確保することができるものである。

本発明のプリント配線板Ｂは、請求項１乃至４のいずれかに記載の両面金属材張り積層板Ａの少なくとも一方の金属材１（又は２）を回路パターン４（又は５）に形成して成ることを特徴とするものである。

本発明によれば、厚みが７０μｍを超えて比較的熱容量の大きな回路パターン４、５を形成し、この回路パターン４、５に高い発熱性の電気部品７を搭載することによって、回路パターン４、５への電気部品７からの熱伝導性を高めることができ、また、回路パターン４、５の間には厚みが５０μｍ以下で比較的薄い接着層３が介在するだけであり、しかも、回路パターン４、５の接着層３側の表面は十点平均粗さが３０μｍ以上で比較的粗度が大きいので、回路パターン４、５を近接させて一方の回路パターン４から他方の回路パターン５への熱伝導性を高めることができ、この結果、回路パターン４、５から放熱しやすく放熱性に優れるものとなる。

本発明によれば、金属材を回路パターンに加工してプリント配線板とすることによって、厚みが７０μｍを超えて比較的熱容量の大きな回路パターンを形成し、この回路パターンに高い発熱性の電気部品を搭載することによって、回路パターンへの電気部品からの熱伝導性を高めることができ、また、回路パターンの間には厚みが５０μｍ以下で比較的薄い接着層が介在するだけであり、しかも、回路パターンの接着層側の表面は十点平均粗さが３０μｍ以上で比較的粗度が大きいので、回路パターンを近接させて一方の回路パターンから他方の回路パターンへの熱伝導性を高めることができ、この結果、回路パターンから放熱しやすくなって放熱性に優れるプリント配線板を形成することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の両面金属材張り積層板は、図１に示すように、接着層３の両面に金属材１、２を全面に亘って張着して形成されるものである。金属材１、２は銅やアルミニウムなどの導電性を有する金属で板状あるいは箔状に形成されるものであって、７０μｍを超える厚み（最も薄い部分の厚み）を有するものである。従来からある通常のプリント配線板用の両面銅張り積層板は銅箔の厚みがほとんど３５μｍ以下であるが、本発明では７０μｍを超える比較的厚手の金属材１、２を使用するものであり、これにより、薄手のものを使用するよりも金属材１、２及びこれらから形成される回路パターン４、５の熱容量を大きくすることができ、発熱性の高い電気部品７からの金属材１、２や回路パターン４、５への熱伝導性を高めることができるものである。本発明において、金属材１、２の厚みの上限は特に設定されないが、入手容易性や加工容易性などを考慮すると、５００μｍ以下にするのが好ましい。

また、金属材１、２の接着層３側に向く表面の十点平均粗さ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に規定）は３０μｍ以上である。このような粗さを有する金属材１、２を用いることにより、接着層３に金属材１、２の表面の微細な凸部１１を食い込ませることができる。従って、表面粗さの少ない金属材を使用する場合に比べて、金属材１、２の間隔を小さくして一方の金属材１（又は２）から他方の金属材２（又は１）への熱伝導を大きくすることができ、発熱性の高い電気部品７が一方の金属材１や回路パターン４に搭載されている場合であっても、他方の金属材２や回路パターン５への熱伝導性をも高めることができるものである。本発明において、金属材１、２の表面の十点平均粗さの上限は特に設定されないが、入手容易性や加工容易性などを考慮すると、１００μｍ以下にするのが好ましい。

上記のような十点平均粗さを有する金属材１、２を得るために粗面化処理を行なっても良い。粗面化処理としては研磨紙や研磨布によるサンディングあるいはブラシ研磨等を採用することができるが、その他にサンドブラストによる粗面化も好適に用いることができる。サンドブラストにより金属材１、２の粗面化を行なうと、粗面化のムラが小さくて均質な表面状態を得ることができる。サンドブラストの研磨剤としては砂やガラスビーズ、籾殻などを用いることができる。具体的には、例えば、研削材としてその粒子形状が複雑な形をした鋭角粒のアルミナや炭化珪素等の無機質の粉体を使用し、これらの研削材を圧縮空気を利用した乾式法により０.２〜０.６ＭＰａの圧力で金属材１、２に高速で吹きつけて十点平均粗さＲｚで３０μｍ以上に粗面化を行い、次に、その表面を４０〜５０％濃度の過マンガン酸カリウム溶液を７０℃に加温して浸漬し、化学的エッチング処理を行うことができる。

さらに、金属材１、２としては圧延銅箔又は電解銅箔の一方あるいは両方を用いるのが好ましい。圧延銅箔と電解銅箔以外の金属材、例えば、アルミニウム箔等を用いた場合は、導電性が低く、回路設計が困難などの問題が生じる恐れがある。すなわち、本発明では圧延銅箔又は電解銅箔を金属材１、２として用いることにより、電気回路として十分な機能を有するという作用効果を奏するものである。

本発明において、接着層３は熱硬化性樹脂組成物の硬化物やプリプレグの硬化物で形成することができる。熱硬化性樹脂組成物としてはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を主成分とし、その他に無機充填材などを配合したものを用いることができる。具体的には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、絶縁特性、耐熱性及び接着性に優れるものとしてエポキシ基２官能とエポキシ基多官能の２種以上のエポキシ樹脂を併用したものが望ましい。２官能エポキシ樹脂と多官能エポキシ樹脂の併用比率は９０：１０〜３０：７０の範囲が好ましい。２官能エポキシ樹脂としてはビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂としてはノボラック型、クレゾールノボラック型及びアミノエポキシ樹脂などの市販品が使用できる。エポキシ樹脂の架橋剤（硬化剤）としては、限定するものではないが、保存性の点で高温反応型が望ましく、各種アミン類、無水酸、レゾールフェノール樹脂、ノボラックフェノール樹脂などが使用できる。

また、本発明の熱硬化性樹脂組成物には合成ゴム若しくはエラストマー又は必要に応じ無機充填剤が若干量加えられているのが好ましい。エポキシ樹脂単独では半硬化状態で塗工銅箔が折り曲げられた際に塗膜が割れることがあり、塗膜欠陥を作る原因となる。エポキシ樹脂よりもはるかに分子量の大きい合成ゴムやエラストマーを若干量配合することにより、乾燥後の塗膜が割れることがなくなり、また、加熱貼り合わせ時の樹脂流れが適度に調整されるため均一な接着層３を形成することができる。無機充填材は特に限定するものではないが、熱伝導性の良いものとして、アルミナ微粉末、溶融微粉末、酸化ベリリウム微粉末などを必要に応じ適宜使用することができ、好ましくは、熱硬化性樹脂組成物の全量に対して８０質量％未満の配合量にすることができる。上記の無機充填材としてはシリカや炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などを用いることもできる。

接着層３として用いられるプリプレグは、上記と同様の熱硬化性樹脂組成物を基材に含浸して形成することができる。基材としてはガラスクロスやガラス不織布などの公知のものを適宜採用することができ、また、プリプレグ中の樹脂量は３０〜８０％に設定することができる。

そして、二枚の金属材１、２の間に上記の熱硬化性樹脂組成物あるいはプリプレグを介在させた後、無加圧あるいは加圧下で加熱することにより、熱硬化性樹脂組成物あるいはプリプレグを硬化させて接着層３を形成すると共にこの接着層３により二枚の金属材１、２を接着して一体化することにより、図１に示すような本発明の両面金属材張り積層板を形成することができる。二枚の金属材１、２の間に熱硬化性樹脂組成物やプリプレグを介在させるにあたっては、例えば、一方の金属材１の表面に熱硬化性樹脂組成物を塗布したりプリプレグを配置したりした後、その熱硬化性樹脂組成物やプリプレグの層の表面に他方の金属材２を被せるようにする。また、接着層３により二枚の金属材１、２を接着する際に加熱加圧成形する場合は、圧力５〜５０ＭＰａ、温度１６０〜２２０℃、時間６０〜２００分とすることができるが、これに限定されるものではない。

本発明において、接着層３の厚みは５０μｍ以下であり、これにより、接着層３を介して配置される金属材１、２を非常に近接させることができ、発熱性の高い電気部品７が一方の金属材１や回路パターン４に搭載されている場合であっても、他方の金属材２や回路パターン５への熱伝導性を高めることができるものである。本発明において、接着層３の厚みの下限は特に設定されないが、金属材１、２を強く接着するなどのために、２０μｍ以上にするのが好ましい。また、本発明において接着層３の上記厚みは最も厚い部分の寸法を示すものである。

本発明において、図２に示すように、一方の金属材１の凸部１１と他方の金属材２の凸部１１とを接触させて金属材１、２を部分的に接触させるのが好ましく、これにより、発熱性の高い電気部品７が一方の金属材１や回路パターン４に搭載されている場合であっても、凸部１１、１１を通じて他方の金属材２や回路パターン５への熱伝導性を高めることができるものである。

本発明のプリント配線板Ｂは、図３に示すように、上記の両面金属材張り積層板Ａの金属材１、２を所望の回路パターン４、５に加工することにより形成することができる。この場合、二枚の金属材１、２のうち、一方の金属材１（又は２）のみを回路パターン４（又は５）に加工してもよいし、金属材１、２の両方を回路パターン４、５に加工してもよい。金属材１、２が銅材である場合、従来からプリント配線板の製造で用いられているパターン形成の技術で回路パターン４、５を作製することができ、例えば、金属材１、２の表面に感光性のエッチングレジストを塗布した後、マスクを用いた露光とその後の現像により所望のエッチングレジストパターンを作製し、これをレジストとして塩化第二銅などを含むエッチング液でエッチングすることによって、残存した金属材１、２の一部で回路パターン４、５を形成することができる。

本発明のプリント配線板Ｂでは両方の回路パターン４、５をこれに搭載した電気部品７の通電と放熱の両方に用いることができるが、一方の回路パターン４（又は５）は通電と放熱の両方に用い、他方の回路パターン５（又は４）は電気回路には用いずに放熱のみに用いるようにしても良い。また、回路パターン４、５が凸部１１により接触している場合は電気回路のショートによる不具合が発生しないように、回路パターン４、５の形状を考慮しなければならないが、一方の回路パターン４と他方の回路パターン５とを同一の形状にすることにより、回路パターン４、５が接触により電気的に接続されている場合でも、電気回路のショートによる不具合の発生を容易に防止することができる。もちろん、電気回路のショートによる不具合が発生しないようにすることができるのであれば、回路パターン４、５を同一の形状にする必要はないが、回路パターン４、５を同一形状にする方が簡単に電気回路のショートを防止することができるものである。

以下本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例）
金属材１、２として、２５０μｍの圧延銅箔にサンドブラストによって片側の表面が十点平均粗さ３５μｍとなる処理を施し、圧延銅箔を２枚作製した。

その圧延銅箔の処理した面と接するように厚み４５μｍのプリプレグ（Ｒ１６６１）を接着層３として配置し、１８０℃、３０ＭＰａにて６０分加熱加圧し、図１のような銅張り積層板を得た。

この積層板の断面を観察したところ、層間（回路パターン４、５間）で局部的に銅箔同士が接触していた。

そして、この銅張り積層板に加工及び部品実装を施し図３のようなプリント配線板を得た。実装された部品下の回路パターン４には４０Ａの電流が流れたが、層間での熱移動が大きく、プリント配線板の温度上昇は１５℃に抑制された。

（比較例）
金属材１、２である２５０μｍの電解銅箔に厚み４５μｍのプリプレグ（Ｒ１６６１）を接着層３を配置し、１８０℃、３０ＭＰａにて６０分加熱加圧し、図１と同様の銅張り積層板を得た。この電解銅箔の十点平均粗さを測定したところ、１２μｍであった。

そして、この銅張り積層板に加工及び部品実装を施し図３のようなプリント配線板を得た。実装された部品下の回路パターン４には４０Ａの電流が流れたが、層間（回路パターン４、５間）での熱移動が小さく、プリント配線板の温度上昇は２５℃に達し、実施例よりも放熱性が低くなった。

本発明の両面金属材張り積層板の一例を示す断面図である。同上の一部を示す拡大断面図である。本発明のプリント配線板の一例を示す断面図である。

符号の説明

１金属材
２金属材
３接着層
４回路パターン
５回路パターン
Ａ両面金属材張り積層板
Ｂプリント配線板

Claims

厚み７０μｍを超える二枚の金属材が厚み５０μｍ以下の接着層で接着されて一体化されると共に金属材の接着層側の表面の十点平均粗さが３０μｍ以上であることを特徴とする両面金属材張り積層板。
二枚の金属材を部分的に接触させて成ることを特徴とする請求項１に記載の両面金属材張り積層板。
金属材として圧延銅箔又は電解銅箔の少なくとも一方を用いて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の両面金属材張り積層板。
接着層として熱硬化性樹脂組成物又はプリプレグの少なくとも一方を用いて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の両面金属材張り積層板。
請求項１乃至４のいずれかに記載の両面金属材張り積層板の少なくとも一方の金属材を回路パターンに形成して成ることを特徴とするプリント配線板。