JP5042129B2 - 絶縁金属ベース回路基板の製造方法及び混成集積回路モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
[混成集積回路モジュール]
本発明において、「混成集積回路モジュール」とは、絶縁金属ベース回路基板等の回路基板上に、半導体素子や発光ダイオード素子、チップ抵抗やチップコンデンサ等の各種等の表面実装電子部品を搭載したものである。
本発明において、「導体回路」とは、駆動電流や信号電流を流す回路や電位を与える回路等、電気的に活用する部分を意味する。
本発明において、「平面形状」とは、絶縁金属ベース回路基板の上記導体回路が形成される側から見た場合の絶縁金属ベース回路基板の平面的な形状のことを意味する。絶縁金属ベース回路基板の「平面形状」は、一般的には四角形となることが多いが、用途に応じて図5に例示するように各種の多角形状となる場合もある。
本発明において、「矩形形状」とは、いわゆる長方形状を意味する。なお、当然のことながら、「矩形形状」には、いわゆる正方形状も含まれる。
本発明において、絶縁金属ベース回路基板の「平面形状の外周に内接する面積最大の矩形形状」とは、図5に例示するように、絶縁金属ベース回路基板内にとりうる最大の矩形形状を意味する。すなわち、絶縁金属ベース回路基板の平面形状の内側に内接するすべての矩形形状を描いた場合に、それらの矩形形状の中で面積が最大となる矩形形状を意味する。なお、面積が最大となる矩形形状が複数存在する場合には、任意の面積最大の矩形形状を選択することができる。
本発明において、99の「断面」とは、上記の矩形形状のいずれかの一辺に対して直交する99の断面のことを意味する。すなわち、99の「断面」とは、絶縁金属ベース回路基板の上記導体回路が形成される平面に対して略垂直の断面でもある。即ち、「絶縁金属ベース回路基板の平面形状の外周に内接する面積最大の矩形形状のいずれかの一辺に対して、一辺の両端から一辺の長さの1/100の正の整数倍だけ離れた位置において直交する絶縁金属ベース回路基板の99の断面」とは、上記矩形形状のいずれかの一辺を100等分する99の断面を意味する。
本発明において、「回路占有率」とは、図2に例示するように、断面の幅全体に対する導体回路の合計幅の比率を意味する。
本発明において、「回路占有率の変動比」とは、上記の99の断面のうち互いに隣接する2つの断面を比較した場合における、断面の幅全体に対する導体回路の合計幅の回路占有率の比を意味する。すなわち、「回路占有率の変動比」とは、回路占有率を辺の長さの1/100毎に求めた場合における互いに隣接する2つの断面についての回路占有率の比を意味する。
本発明者らは、有限要素法を用いた熱弾塑性解析において、いろいろな絶縁金属ベース回路基板の回路パターンを種々変えて、電子部品を半田により接合する混成集積回路について、実装工程に対応する室温から250℃の範囲の熱を負荷する計算を種々行った。その結果、絶縁金属ベース回路基板の金属ベース箔厚みが薄い場合や基板の大きさが大きい場合には、構造上熱負荷により反りが発生すること、ただし、回路設計方法を工夫することで、その反りを低減させることができることを見いだした。
まず、本発明に係る絶縁金属ベース回路基板及び混成集積回路モジュールの代表的な実施形態について説明する。図1は、本実施形態の混成集積回路モジュールの一例を示す平面図で、図2は図1中のA−A’部分での断面図を示す。本発明の絶縁金属ベース回路基板は、金属箔4の一主面上に絶縁層(A)3が設けられており、絶縁層(A)上に回路2が形成されている。混成集積回路モジュールは、絶縁金属ベース回路基板の所望部分に接合材5を介して表面実装型電子部品1を配置搭載した構造を有している。すなわち、本実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板は、金属箔4上に絶縁層(A)3を介して導体回路2を設けてなる絶縁金属ベース回路基板である。
本実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板に用いる導体回路2は、単一の金属箔で構成されているものであっても、2つ以上の複数の金属層を積層したクラッド箔から構成されているものでも構わない。
本実施形態に用いる絶縁層(A)3は、特に限定するものではなく、無機物等からなる絶縁層を排除する趣旨ではないが、成形性、可堯性、絶縁性などの面から絶縁性樹脂組成物からなる絶縁層であることが好ましい。
本実施形態に用いる金属箔4は、特に限定されないが、アルミニウム、鉄、銅、又はそれら金属の合金、もしくはこれらのクラッド材等からなり、いずれでも構わないが、熱放散性を考慮するとアルミニウム、銅、又はそれらの合金が好ましい。また、必要に応じて上記絶縁層(A)3との密着性を改良するために、絶縁層との接着面側に、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理を施してもよい。
なお、本実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板の平面形状の面積は、2×104mm2以上であってもよく、特に6×104mm2以上であってもよい。このように平面形状の面積が2×104mm2以上または6×104mm2以上である場合には、特に構造上熱負荷により反りが発生しやすいが、本実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板のように回路設計方法を工夫することで、その反りを低減させることができるからである。一方、この平面形状の面積は、特に制限されないが、製造工程上の制約から通常は2×106mm2以下である。
次に、本発明の他の実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板及び混成集積回路モジュールを説明する。なお、各構成については実施形態1と同様である。
本実施形態に係る絶縁層(B)6全体の厚みは10〜500μm程度あれば充分であるが、10〜100μmとするときは絶縁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ので好ましい。
次に、本実施形態に係る絶縁金属ベース回路基板及びそれを用いた混成集積回路モジュールの製造方法を説明する。
以下、上記実施形態1または実施形態2に係る絶縁金属ベース回路基板及びそれを用いた混成集積回路モジュールの作用効果について説明する。
35μm厚の銅箔上に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「EP−828」)100質量部に対し、硬化剤としてフェノールノボラック(大日本インキ化学工業社製、「TD−2131」)を50質量部加え、平均粒子径が1.2μmである破砕状粗粒子の酸化ケイ素(龍森社製、「A−1」)と平均粒子径が10μmである破砕状粗粒子の酸化ケイ素(龍森社製、「5X」)を合わせて絶縁層中56体積%(球状粗粒子と球状微粒子は質量比が7:3)となるように配合し、硬化後の厚さが150μmになるように塗布層(絶縁層(A)3)を形成した。つぎに、200μm厚のアルミ箔(金属箔4)を張り合わせ、加熱することにより塗布層を硬化させ、絶縁金属ベース基板を得た。
接合後、水平なテーブルの上に置いて基板各部のテーブルからの高さを測定し、最大の反り量とした。結果を表2に示した。
また、接合後、コネクターの半田に接合不良がないかどうかを観察した。その結果は、表2に示した通りである。
さらに、上記各々の混成集積回路モジュールに関して、液相中において233K7分保持後423K7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、試験後に各々の混成集積回路を光学顕微鏡で主に接合部分のクラックの発生の有無を観察した。その結果は、表2に示した通りである。
◎;異常なし
○;一部分に接合不良又はクラック有り
×;大部分に接合不良又はクラック有り
表2の結果から分かるように、実施例1〜7、9〜12の最大の反り量は、比較例1〜6の1/2以下となり、本発明に係る混成集積回路モジュールが基板の反りを低減できることがで、優れていることが明瞭である。
2 導体回路
3 絶縁層(A)
4 金属箔
5 接合材
6 絶縁層(B)
L1 絶縁金属ベース回路基板内にとりうる最大の矩形形状の一辺
A−A’ L1に垂直な回路基板断面
Wc A−A’断面における、導体回路の長さの合計
Wcn A−A’断面における、各導体回路の長さ
Claims (9)
- 絶縁金属ベース回路基板の平面形状の外周に内接する面積最大の矩形形状のいずれかの一辺に対して、前記一辺の両端から前記一辺の長さの1/100の正の整数倍だけ離れた位置において直交する前記絶縁金属ベース回路基板の99の断面のうち前記両端からm個ずつの断面を除いて、互いに隣接する2つの前記断面を比較した場合に、前記断面の幅全体に対する導体回路の合計幅の回路占有率の変動比が、0.3以上3.0以下となり、
前記mが0以上9以下の整数であり、
前記両端からm+1個目のいずれの前記断面においても、前記導体回路の合計幅が正の値になるように、金属箔上に絶縁層を介して導体回路を設けることを特徴とする絶縁金属ベース回路基板の製造方法。 - 前記絶縁金属ベース回路基板の平面形状の面積全体に対する前記矩形形状の面積の占める割合が60%以上であることを特徴とする請求項1記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記金属箔および前記導体回路が、互いに異種の金属材料または合金材料からなることを特徴とする請求項1または2記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記導体回路が銅または銅合金からなり、前記金属箔がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項3記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記絶縁層が絶縁性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項3または4記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記金属箔の厚みが0.5mm以下であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記絶縁金属ベース回路基板の平面形状の面積が2×104mm2以上であることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 前記絶縁層および前記導体回路の上部にさらに第二の絶縁層を設けてなることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の絶縁金属ベース回路基板の製造方法。
- 請求項1乃至8いずれかに記載の製造方法により絶縁金属ベース回路基板を製造し、
該絶縁金属ベース回路基板の上に表面実装電子部品を搭載することを特徴とする、混成集積回路モジュールの製造方法。
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