JP5502429B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板に関するものであり、特に、チップ抵抗、チップコンデンサ、半導体チップ等電子部品を搭載するのに適した回路基板に関する。

電子部品は、回路基板に搭載される。この回路基板は温度変化があると電子部品と回路基板自体の線膨張係数差から、電子部品を回路基板に接続しているハンダにクラックが発生することがある。更に高湿度の環境下に置かれると、回路基板を形成する金属製の基板と合成樹脂製の界面に剥離が生じる。従って自動車用の回路基板には剥離防止、ハンダにクラック防止が要求されている。一方で、近年、車載用電子機器については、車室内からエンジンルームに搭載されることが要求されている。エンジンルームは急熱急冷を繰り返す過酷な使用環境であるので、金属基板は、この温度変化時に対応できる高いハンダクラック耐性と、自動車電装分野で要求される厳しい耐湿信頼性試験において導体箔と絶縁層の界面、絶縁層とアルミ基材の界面に対して接着性が要求されている。

この要求に対し、絶縁層をアルミ基材の線膨張率差による熱応力を緩和する手法として、特許文献１に示されるダイマー酸グリシジルエステルからなる組成、特許文献２に示されるエポキシ樹脂を主体としシリコーン微粒子を有する組成、特許文献３に示されるシリコーンゴム硬化体と樹脂組成層の多層構造を有する絶縁層とするものがある。

特開２００１−２９８２４８号公報 特開２００２−７６５４９号公報 特開平１１−１５０３４５号公報

しかしながら、特許文献１に示される組成は、樹脂の構造から加水分解を起こしやすいため耐湿信頼性に問題があり、高いハンダクラック耐性も得られない。特許文献２に示される組成及び特許文献３に示される絶縁層では基材との界面で剥離することがあった。

本発明の目的は、厳しい環境下でも剥離やハンダクラックの生じ難い回路基板を供給することにある。

本発明は、金属製で板状の基材と、基材の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層に積層された導体層を有し、
基材が、両面またはアルミ基材と絶縁層と接する面に厚みが１．０〜３．０μｍの硫酸アルマイト処理層が形成された、珪素を９〜１１％固溶したアルミニウム−珪素板であり、絶縁層がエポキシ−シリコーンブロック共重合体である回路基板である。

基材と絶縁層が接する面に処理されたアルマイト処理厚は、０．５〜５．０μｍが好ましい。特に好ましくは１．０〜３．０μｍである。アルマイト処理が薄い場合はアルマイト処理厚の均一性に問題があり、厚い場合は高温高湿度下での絶縁層との接着性が低下する傾向になるため好ましくない。

基材は、アルミニウムに珪素を９〜１１％固溶したアルミニウム−珪素板であることが好ましい。また、絶縁層に無機充填剤を配合するのが好ましい。

本発明は、厳しい環境下でも剥離やハンダクラックの生じ難い回路基板を供給したものである。

本発明に係る実施例・比較例を模式的に示した説明図である。

１ 基材
２ 絶縁層
３ 導体層

（絶縁層）
本発明の絶縁層を形成する樹脂は、冷熱サイクル時の搭載部品とアルミ基材の線膨張率差による熱応力を緩和するため、ポリジメチルシロキサン骨格を有するシリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、エポキシ−シリコーン共重合体の一種類又は複数種類を含むものである。導体箔と絶縁層の界面、絶縁層とアルミ基材に対して接着性が良好であるビスフェノールＡ（以下、ＢＰＡとする）骨格とポリジメチルシロキサン骨格からなるエポキシ−シリコーン共重合体が好適である。これら素材には、硬化を調整する材料として、硬化剤や硬化触媒を配合することが好ましい。
絶縁層を形成する樹脂には、無機充填剤を配合することが好ましい。無機充填剤としては、電気絶縁性に優れかつ熱伝導率の高いものが用いられ、例えばアルミナ、シリカ、窒化アルミ、窒化硼素の単独又は複数の組み合わせがあり、高い充填可能性及び高い熱伝導性の見地から、球状アルミナが良い。無機充填剤の充填率は、絶縁層を形成する樹脂全体のうちの４５〜８０容量％が好ましく、より好ましくは５０〜７０容量％である。充填率が低いと回路基板の熱伝導性が低下する傾向にあり、充填率が高いと絶縁剤の粘度が高くなり基材への塗布が困難になるため、好ましくない

絶縁層を形成する樹脂には、上述の硬化剤、無機充填剤以外にも、適宜、添加剤を配合することができる。

（基材）
基材は純アルミ（ＪＩＳ呼称；１０００系の１０５０；線膨張率２３．６ ｐｐｍ／℃）、アルミニウム−珪素板（ＪＩＳ呼称；４０００系の４０４５；線膨張率２０．０ｐｐｍ／℃）、アルミニウム−マグネシウム板（ＪＩＳ呼称；５０００系５０５２；線膨張率２３．８ ｐｐｍ／℃）などのアルミニウム板を使用することができ、搭載部品（チップ抵抗；７．５，コンデンサー１２．５ｐｐｍ／℃）との線膨張率差を小さくできるアルミ基材が好適である。

（アルマイト処理）
本発明の基材には、高温高湿度下での絶縁層と基材との界面の接着性改善のため、アルマイト処理が必要である。

アルマイト処理は、基材の両面又は基材と絶縁層が接する面のみに処理されたもののいずれも用いることができ、アルマイト処理方法は硫酸アルマイト、蓚酸アルマイトがあり、技術的に容易で小型設備で対応できる硫酸アルマイトが好ましい。

アルマイト処理厚は、０．５〜５．０μｍであることが好ましく、特に好ましくは１．０〜３．０μｍである。アルマイト処理が薄い場合はアルマイト処理厚の均一性に問題があり、厚い場合は高温高湿度下での絶縁層との接着性が低下する傾向になるため好ましくない。

（導体層）
導体層の素材としては、銅、アルミニウム、鉄、錫、金、銀、モリブデン、ニッケル、チタニウムの単体又はこれら金属を二種類以上含む板又はこれらの層体があり、汎用性の高い銅が好ましい。導体層の形状としては、板、シート、箔、これらの積層体がある。導体層の厚さは、１０〜３００μｍが良い。導体層の表面にニッケルメッキ、ニッケル−金メッキ等のメッキ処理をしても良い。

（製造方法）
本発明の回路基板の製造方法は、例えば、基材に絶縁層としての絶縁材を塗布した後に加熱半硬化させ、さらに絶縁層の表面に導体層をラミネート又は熱プレスする製造方法がある。他の製造方法としては、絶縁剤をシート状にしたものを介して基材と導体層を貼り合わせる製造方法がある。

本発明の係る実施例を図及び表を参照しつつ、詳細に説明する。実施例１について、具体的に説明する。

（実施例１）
実施例１の回路基板は、図１に示すように、金属製で板状の基材１と、基材１の一方の面に積層された絶縁層２と、絶縁層２に積層された導体層３を有する。導体層３の導体パターンは、適宜変更されるものである。

（基材）
基材１は、厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板（ａ４０４５Ｐ：昭和電工株式会社製）の両表面に１．０μｍの厚さとなるように硫酸アルマイト処理を行ったものである。

（絶縁層２を形成する絶縁剤）
絶縁層２を形成する絶縁剤は、以下の材料を自転公転式スーパーミキサー「あわとり練太郎」ＡＲ−２５０（株式会社シンキー製、登録商標）で５分間、攪拌混合したものである。
材料は、
エポキシ−シリコーンブロックコポリマー：ＡＬＢＩＦＬＥＸ２９６（ｎａｎｏｒｅｓｉｎｓ社製、登録商品）３７．４容量％、
水添ＢＰＡエポキシ：ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）３．９容量％、
ポリオキシプロピレンアミン：ジェファーミンＤ２３０（三井化学株式会社製、登録商標）３．５容量％、
ポリオキシプロピレンアミン：ジェファーミンＤ２０００（三井化学株式会社製、登録商標）２．２容量％、
無機充填材：球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、アルミナ：ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％
である。
作製した絶縁剤を、１．０μｍの処理厚となるようアルマイト処理を行った基材１に、スクリーン印刷法で乾燥後の厚みが１１０μｍとなるよう塗布して絶縁層２を形成する。

（導体層３の積層）
絶縁層樹脂２の上に導体層３としての厚さ７０μｍの銅箔ＧＴＳ−ＭＰ（古河サーキットフォイル株式会社製、商品名）を貼り合わせた。

（導体層３に回路パターンを形成）
この導体層３をエッチングして回路パターンを形成した。

実施例及び比較例の評価を表１に記載する。

（剥離評価：耐湿信頼性評価）
実施例１の回路基板３枚を高温高湿試験器（試験装置；ＥＳＰＥＣ社製ＰＨ−１Ｋ）で８５℃、８５％の環境下でＤＣ−１００Ｖを連続印可して１０００時間処理した。その後、５０倍の顕微鏡で断面観察を行い、絶縁層とアルミ基材界面での剥離の有無を確認した。剥離評価としては、界面剥離が本試験においてゼロでなければならない。実施例１では試料３枚中１枚も絶縁層とアルミ基材界面での剥離は発生しなかった（表１参照）。

（ハンダクラック耐性評価：冷熱サイクル試験）
回路基板の回路パターン上にＲ１６０８のチップ抵抗（図示省略）を鉛―錫共晶半田で６個搭載した。このチップ抵抗を搭載した回路基板の試料３枚を冷熱サイクル試験（試験装置：楠本化成株式会社 ＬＴＳ−６０Ｓ）にて評価した。冷熱サイクル試験は、−４０℃設定で７分間の環境下に置いた後、＋１２５℃設定で７分間の環境下に置く試験を１サイクルとして３６００回連続で繰り返し、試験後の試料の半田接合部（試料３枚×チップ抵抗６個）を５０倍の顕微鏡にて断面観察を行いハンダクラックの発生状況である。表１の試験結果は、試料３枚×チップ抵抗６個の計１８カ所のハンダクラック発生である。ハンダクラック耐性評価は、１つでもクラックがあると不合格である。実施例１の回路基板は１８カ所すべてにハンダクラックは発生を評価したものである。

（実施例２）
実施例２の回路基板は、実施例１のアルマイト処理厚のみを表１に示す値に変更したほかは、実施例１と同様のものである。実施例２においても剥離評価、ハンダクラック耐性評価においても良好な結果な結果だった。

（比較例１）
比較例１の回路基板は、実施例１のアルマイト処理厚を０．０μｍに変更したほかは、実施例１と同様である。比較例１では剥離評価が悪く、ハンダクラック耐性は良かった。

（比較例２）
比較例２の回路基板は実施例１のアルマイト処理厚のみを表１に示す値に変更したほかは、実施例１と同様のものである。比較例２は剥離評価が悪く、ハンダクラック耐性は良かった。

（比較例３）
比較例３の回路基板は、実施例１の絶縁層２のみを変えたものである。水添エポキシ樹脂ＹＸ８０００（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）２３．９容量％、高分子ＢＰＦエポキシのエピコート４０１０（ジャパンエポキシレジン株式会社製、登録商標）７．４容量％を１３０℃まで加熱した後、攪拌し、溶解した樹脂を室温まで冷却した後、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２３０；三井化学株式会社製、登録商標）９．５容量％、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００；三井化学株式会社製、登録商標）６．２容量％、無機充填材として球状アルミナＤＡＷ−１０（電気化学工業株式会社製）３７．１容量％、球状アルミナ、ＡＳＦＰ−３０（電気化学工業株式会社製）１５．９容量％を実施例１での絶縁材と同様に作製した。比較例３では剥離評価は良かったが、ハンダクラック耐性が悪かった。

Claims (2)

1. 金属製で板状の基材と、基材の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層に積層された導体層を有し、
   基材が、両面またはアルミ基材と絶縁層と接する面に厚みが１．０〜３．０μｍの硫酸アルマイト処理層が形成された、珪素を９〜１１％固溶したアルミニウム−珪素板であり、絶縁層がエポキシ−シリコーンブロック共重合体である回路基板。
2. 請求項１に記載の絶縁層を形成する樹脂に、無機充填剤を配合した回路基板。