JP4663169B2

JP4663169B2 - 金属ベ−ス回路基板

Info

Publication number: JP4663169B2
Application number: JP2001227209A
Authority: JP
Inventors: 直己米村; 和男加藤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003046210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混成集積に用いる回路基板に関し、高発熱性電子部品或いは高発熱性電子部品と制御回路電子部品とを実装することができて電源用途等の大電力用途にも適用可能な混成集積回路に適した高い放熱性が実現される混成集積回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高発熱性電子部品を実装する回路基板として、熱伝導性の良好な金属ベース回路基板が用いられている。金属ベース回路基板は、アルミニウム等の金属板を基材に用い、金属板上に数十μｍ程度の厚さの無機フィラー含有樹脂からなる絶縁層を設け、更に前記絶縁層上に回路が形成されている構造を有する。金属ベース回路基板は高い熱放散性を有するので、発熱量が大きい電子部品が搭載される大電力用途に用いられる。
【０００３】
金属ベース回路基板に関して、近年、大電力用途における一層の大電力化、回路の高密度化、或いは適用分野の拡大を目的に、より一層熱放散性の高いものが強く要望され、例えば、３００μｍの厚い銅箔を回路導体として用いたものも開発されている。
【０００４】
しかしながら、金属ベース回路基板は、一般に、金属板と金属箔が異なる金属により形成されているため、製造時に受ける熱履歴及び使用雰囲気の温度差により応力が絶縁層近傍に発生し易い。そのため、例えば熱衝撃を繰り返すような使用条件においては、絶縁層にクラックが発生し、最悪の場合には絶縁破壊を起こす場合があった。
【０００５】
そのため、金属板を回路と同じ銅板にするという試みも行われたが、重量が重くなる、コストが高い等の問題点があり、現在、ほとんど使用されていない。
【０００６】
また、回路導体としてアルミニウムを用いるという試みも行われたが、基板放熱性が十分でなく適用分野に制限がある。
【０００７】
【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、その目的は、電源用途等の大電力用途にも適用可能なように、２００μｍ以上の厚さのある銅回路を有する金属ベース回路基板であっても、製造工程や実使用条件下で被るような、激しく繰り返し熱衝撃を受けても、絶縁層にクラックが発生せず、熱放散性に優れるという特性を維持し続けることができる金属ベース回路基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、アルミニウム板上に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベ−ス回路基板であって、前記回路が厚さが２００μｍ以上の銅からなり、しかも前記絶縁層の破壊靱性値が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることを特徴とする金属ベ−ス回路基板であり、好ましい実施態様として、前記絶縁層が、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂の１種以上からなることを特徴とする前記の金属ベース回路基板であり、更に好ましくは、アルミニウム板の純度が９０質量％以上であり、前記回路を構成する銅の純度が９５質量％以上であることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、前記した通りに、公知技術の事情に鑑みて、熱衝撃を受けても絶縁層にクラックが発生する等の異状を発生しない、２００μｍ以上の厚さを有する金属ベース回路基板を提供するべく、金属ベース回路基板の構成材料、ことに絶縁層について実験的に検討を重ね、絶縁層が特定のエポキシ樹脂を選択するときに、特定の物性を有し、極めて耐熱衝撃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。
【００１０】
即ち、本発明に於いては、絶縁層が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上の破壊靱性値を有することが本質的であり、前記条件を満たすときに、回路の厚さが２００μｍ以上であっても、製造工程や実使用条件下で熱衝撃を受けても絶縁層にクラックや、金属板や回路からの剥離がなく、電気的特性や熱的特性の劣化がなく、従って高信頼性の金属ベース回路基板が得られる。ここで、回路の厚さについて、本発明者の実験的検討に拠れば特に上限を設ける必要はなく、１０００μｍ程度まで適用できるが、金属ベース回路基板を生産する上で困難さがないことから２００〜５００μｍがより好ましい範囲として選択される。
【００１１】
本発明の金属ベース回路基板は、前記構成を備えていれば良く、どのような作成方法で得たものであっても構わない。即ち、アルミニウム板上に絶縁層の破壊靱性値が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上の絶縁層を形成し、更にその上に２００μm以上の銅箔を貼り付けた後、前記銅箔をエッチング等の処理を施し回路を形成する方法、或いは予めエッチング加工により２００μｍ以上の厚みの回路を形成し、これを前記特性を有する絶縁層を介して、アルミニウム板に貼り付ける方法等のいずれの方法でも構わない。
【００１２】
本発明の絶縁層としては、その破壊靱性値が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上であり、金属ベース回路基板の絶縁層として要求される電気絶縁性、熱伝導性、金属板や回路との密着性を満足するものであれば、どの様なものであっても構わない。前記絶縁層を構成するものとして、本発明者の実験的検討に拠れば、例えば、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂のいずれか１種以上の樹脂、或いは前記樹脂に、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の絶縁性でしかも熱伝導性に優れる無機質充填材を適宜添加したもの、更に、粒状、繊維状或いは織物状のガラスを前記無機充填材に代えて用いたり、更に追加したもの等が挙げられる。
【００１３】
本発明において、前記エポキシ樹脂について、ナフタレン骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂は、得られる絶縁層の破壊靱性値が一層高くなるので、好ましく選択される。
【００１４】
また、本発明の絶縁層は、前記エポキシ樹脂を硬化する目的で、アミン、酸無水物、フェノール樹脂などのエポキシ樹脂硬化剤を含有するが、これらのうちで、ナフタレン骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂、ビフェニル骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有し１分子中に少なくとも２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂が、得られる絶縁層の靱性値を高くできるので好ましく選択される。
【００１５】
更に、本発明において、絶縁層中には、前記樹脂の硬化前の粘度を低下させるなどの目的で、液状低粘度エポキシ樹脂、溶剤、シランカップリング剤、レベリング剤等のいろいろな添加剤を用いることができる。
【００１６】
本発明において、基板となるアルミニウム板は通常０．５〜３ｍｍの厚さのものが適用可能である。また、アルミニウム板の材質について、本発明においては、純度が９０質量％以上であることが好ましい。この理由は明かではないが、本発明者は、アルミニウム板の純度が９０質量％以上である場合、金属ベース回路基板が熱衝撃を受けて、回路を構成する銅との熱膨張差から金属ベース回路基板全体に応力が働いても、その応力をアルミニウム板が緩和し易く、結果的に、絶縁層との密着性を保持し易くなるためと推定している。
【００１７】
本発明において、回路を構成する銅に関しては、電気伝導性に優れる電解箔や圧延箔を用いることができるが、回路を構成する銅も応力緩和性に優れることが、アルミニウム板と同じ理由で好ましい。発明者による実験的検討に拠れば、銅純度が９５％以上であれば、本発明に用いて問題なく、好ましい。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕
厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板（ＪＩＳＡ５０５２）上に、酸化アルミニウムを６０体積％含有するナフタレン型エポキシ樹脂（商品名：ＨＰ４０３２Ｄ（大日本インキ化学工業社製））１００質量部に対して、ジアミノジフェニルメタン（商品名：Ｈ８４Ｂ（日本化薬社製））４５質量部を混合し、硬化後の厚さが１２５μｍになるように塗布し、２００μｍ厚の銅箔（純度９９％）をラミネートした。その後、１５０℃／２時間＋２００℃／５時間の条件でキューアーを行い、金属ベース基板を作製した。
【００１９】
前記金属ベース基板の銅箔上に、スクリーン印刷法を用いてエッチングレジストで所望の回路パターンを形成し、塩化第２銅エッチング液により銅箔の一部をエッチングし、水洗後、エッチングレジストを除去し、金属ベース回路基板を作製した。
【００２０】
前記金属ベース回路基板を２３０℃のホットプレート上で５分間熱処理し、絶縁層のパターンエッチ部にクラックの有無を調べたが、何等異状は認められなかった。
【００２１】
また、絶縁層の破壊靱性値を測定するために、前記の酸化アルミニウム含有ナフタレン型エポキシ樹脂とジアミノジフェニルメタンの混合物を、前記キューアー条件で硬化して、１１０ｍｍ×１１０ｍｍ×３ｍｍtの硬化体を作製し、ＪＩＳファインセラミック破壊靱性試験方法（ＪＩＳＲ１６０７）に供した。この結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
〔実施例２〕
実施例１において回路の厚みを５００μｍとしたことを除いては実施例１と同じ条件で金属ベース回路基板を作製し、実施例１と同じ評価を行ったところ、やはり異常が認められなかった。
【００２４】
〔比較例〕
厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板上に、酸化アルミニウムを６０体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名：エピコート８２８（油化シェルエポキシ社製））を絶縁層の厚さが１２５μｍになるように塗布し、厚さ２００μｍの銅箔をラミネートし、加熱下で加圧することにより金属ベース基板を作製した。
【００２５】
実施例１と同じ回路パターンを形成し、このサンプルにて実施例１と同じように絶縁層クラックを調べた結果、絶縁層クラックが発生した。また、実施例１と同じく、酸化アルミニウム含有エポキシ樹脂の硬化体を作製し、その破壊靱性値を測定した。この結果を表１に示した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の金属ベース回路基板は、絶縁層が破壊靱性値が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上のものを用いているので、２００μｍ以上の厚さの銅回路を有していながらも、熱衝撃を繰り返すような、或いは激しい熱衝撃を受ける使用条件においても、絶縁層にクラックが発生せず、熱放散性や電気的特性が劣化しがたいという大きな特徴があり、大電流用途向け基板に好適である。

Claims

アルミニウム板上に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベ−ス回路基板であって、前記回路が厚さが２００μｍ以上の銅からなり、しかも前記絶縁層の破壊靱性値が３ＭＰａ・ｍ^1/2以上であることを特徴とする金属ベ−ス回路基板。
前記絶縁層が、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂の１種以上からなることを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板。
アルミニウム板の純度が９０質量％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属ベース回路基板。
前記回路を構成する銅の純度が９５質量％以上であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の金属ベ−ス回路基板。