JP5517927B2 - 金属ベース回路基板 - Google Patents
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Description
CCFLは使いやすさ及び長寿命といった利点を持ち、LEDは、色再現性に優れ、高輝度、薄型であり、水銀を使用しないためにCCFLと比較して環境負荷が低く、振動や衝撃に強く、広範囲の温度領域(−40℃〜85℃)で使用可能であり、さらに、使用環境によっては5万時間の寿命を有するという利点を持つ。
このため、LEDの温度上昇により半導体素子の劣化が促進され、LEDの寿命が短くなる。このため、LEDを実装するプリント配線板には放熱性が要求される。
2 絶縁層
3 回路部分
4 非回路部分
5 白色膜
6 半田接合部
7 LEDパッケージ
図1は、本発明の一実施形態に係る金属ベース回路基板を用いた混成集積回路モジュールを模式的に示したものであり、金属ベース回路基板の断面図を示している。
図1のように、半田接合部6を介してLEDパッケージ7を回路部分3上に搭載することにより、混成集積回路モジュールとなる。
そして、絶縁層上の非回路部分と回路部分の面積の総和が金属箔の面積に対して50%以上95%以下である。そして、且つ各素材の線膨張係数の関係が、絶縁層の線膨張係数>金属箔の線膨張係数>回路部分及び非回路部分の線膨張係数、であることを特徴とする。
本発明において、回路部分及び非回路部分は、絶縁層上に設けられた同じ導電材料(導体金属)からなり、回路部分とは、電子・電気素子を駆動させるために電流が流れる回路部分を意味する。また、本発明において非回路部分とは、電気的には利用しない導電材料(導体金属)を意味する。
上記面積の総和が50%以上であれば、金属ベース回路基板の反りを抑制でき、LEDを初めとする電子部品の実装が容易である。また、上記面積の総和が95%以下であれば、回路部分と非回路部分間のスペースを十分に確保できるため、電気的信頼性を確保できる。
回路部分3及び非回路部分4として採用できる導体材料としては、上記の線膨張係数を有する導体材料であれば適宜選択でき、具体的には、Ni、Cu、Al、Fe、Si、ステンレス単体鋼乃至それらの合金がある。
これらの中でも、放熱性を考慮すると、Cu、Al、又はCuとAlの合金が特に好ましい。
回路部分3及び非回路部分4の厚みが18μm以下であると、金属ベース基板製造時のハンドリングで皺等の問題が発生しやすくなる。また、回路部分3及び非回路部分4の厚みが70μmであると回路部分及び非回路部分のパターン作製時に問題が発生する。
本実施形態に係る金属ベース回路基板においては、金属箔1を構成する金属材料の線膨張係数は10ppm/℃以上35ppm/℃以下である。
金属箔として採用できる金属としては、上記の線膨張係数を有する金属であれば適宜選択でき、具体的には、Ni、Cu、Al、Si、Fe、ステンレス鋼単体乃至それらの合金がある。
これらの中でも、放熱性を考慮すると、Cu、Al、又はCuとAlの合金が特に好ましい。
金属箔1の厚みが150μm以上であると、金属ベース基板製造時のハンドリングで折れ等の問題を抑制することができ、液晶表示装置の薄型化の観点からは300μm以下が好ましい。
本実施形態に係る金属ベース回路基板においては、絶縁層2の線膨張係数は60ppm/℃以上120ppm/℃以下である。
絶縁層として採用できる素材としては、上記の線膨張係数を有する絶縁材であれば適宜選択でき、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びそれらの共重合体が挙げられる。
これらの中でも、耐熱性及び金属との接着性という理由からエポキシ樹脂が特に好ましい。
この添加剤としては、例えば、消泡剤、表面調整剤、湿潤分散剤等がある。
絶縁層2の厚みが80μm以上であると絶縁性を確保することが容易であり、180μm以下であると均一に絶縁層を形成することが容易になる。
これらの中でも、耐熱性及び金属との接着性という理由から、ビスフェノールAジグリシジルエーテル及びビスフェノールFジグリシジルエーテルが特に好ましい。
エポキシ樹脂組成物中の塩化物イオン濃度が高くなると、高温下、高湿下、直流乃至交流電圧下においてイオン性不純物の移動が起こり、電気絶縁性が低下する傾向があるためである。
硬化促進剤としてはイミダゾール系が好ましい。例えば、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−メチルー4―メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニルー4−メチルイミダゾール、1−ベンジルー2−メチルイミダゾール、1−ベンジルー2−フェニルイミダゾール、2,3ージヒドロー1H―ピロロ〔1,2―a〕ベンズイミダゾール、2−フェニルー4,5―ジヒドロキシメチルイミダゾール、2,4―ジアミノー6−〔2’―メチルイミダゾリルー(1’)〕―エチルーs―トリアジン、2,4―ジアミノー6−〔2’―ウンデシルイミダゾリルー(1’)〕―エチルーs―トリアジン、1−シアノメチルー2―メチルイミダゾール等が望ましい。
これらの中でも、耐湿信頼性及びTg(ガラス転位温度)の向上という理由から、2,3ージヒドロー1H―ピロロ〔1,2―a〕ベンズイミダゾールが特に好ましい。
硬化促進剤の添加量が5部以下であればポットライフが長くなり増粘による作業性の低下を抑制でき、0.005部以上であれば硬化時の高温加熱が短時間となり、コスト及び作業性の観点から好ましい。
無機フィラー中のナトリウムイオン濃度が500ppm以下であれば、高温下、高湿下、直流乃至交流電圧下においてイオン性不純物の移動が起こり難く、電気絶縁性が低下を抑制できる。
無機フィラーの含有率が40体積%以上であれば十分な熱伝導率を得ることができ、70体積%以下であれば絶縁層2の形成時に欠陥が発生し難くなり、耐電圧、密着性を損なうことがない。
硬化後の熱伝導率が、1W/m・K以上であれば、電子部品から発生する熱を効率よく金属ベース回路基板裏面側に放熱し、さらに、外部に放熱することにより電子部品の蓄熱を低減し、電子部品の温度上昇を小さくするとともに、長寿命の混成集積回路モジュールを提供することができる。
絶縁層の線膨張係数>金属箔の線膨張係数>回路部分及び非回路部分の線膨張係数
であるのが好ましい。
白色膜5として使用される樹脂としては熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂が1種類以上含有されることが好ましい。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、光硬化性樹脂としてはアクリル樹脂が好適である。
特に二酸化チタンを含有したものが、屈折率が大きく、基板の光の反射率が高いために好ましい。
白色顔料の含有量が30質量%以上であれば十分な反射率を得ることができ、75質量%以下であれば増粘によりレベリング性が低下することなく、平滑な塗膜を得ることができ反射率の低下を抑制できる。
白色膜5の熱伝導率が絶縁層2の熱伝導率より小さければ、LEDパッケージの発熱が回路部分を介して白色膜から放熱することがないため、LED近傍の雰囲気温度が上昇し難く、LEDの寿命が長くなる。
実施例1の金属ベース回路基板は、次のように作成した。
35μm厚の銅箔上に、硬化後の厚さが150μmになるように絶縁層2を形成した。
絶縁層2は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業社製、「EPICLON−828」)に、硬化剤としてアミン系硬化剤としてのジアミノジフェニルメタン(日本合成化工社製、「H84B」)を加え、平均粒子径が1.2μmの破砕状粗粒子の酸化珪素(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珪素(林化成社製、「SQ−10」)を合わせて絶縁層中35体積%(球状粗粒子と球状微粒子は質量比が6:4)となるように配合した。
この時、回路部分3上のLEDパッケージ実装部分には白色塗膜を形成していない。白色ソルダーレジストとしては、山栄化学社製、「SSR−6300S」を用いた。
表1に示すように、実施例1では、反り量が1.7mmと、3mm以下の良好な値であった。
実施例2では、反り量が1.1mmと、3mm未満で良好であった。
実施例3では、反り量が1.8mmと、3mm未満で良好であった。
比較例1は、表1に示すように、絶縁層2上の非回路部分4と回路部分3の面積の総和を金属箔1の面積に対して98%とした以外は実施例1と同様に作成した。
比較例1では、反り量の測定どころか、回路化が不可能であった。
比較例2では、反り量が11.4mmと、大幅な反りが生じてしまった。
比較例3では、反り量が4.9mmと、3mmを超えて生じてしまった。
比較例4では、反り量が7.3mmと、3mmを超えて生じてしまった。
比較例5では、反り量が6.7mmと、3mmを超えて生じてしまった。
比較例6では、反り量が9.2mmと、3mmを超えて生じてしまった。
Claims (4)
- 線膨張係数が60ppm/℃以上120ppm/℃以下であり、厚みが80μm以上180μm以下である絶縁層と、
絶縁層の一方の面に設けられ、線膨張係数が10ppm/℃以上35ppm/℃以下であり、厚みが150μm以上300μm以下である金属材料からなる金属箔と、
絶縁層の他方の面に形成され、線膨張係数が10ppm/℃以上35ppm/℃以下であり、厚みが18μm以上70μm以下である回路部分及び非回路部分と、
絶縁層、回路部分及び非回路部分上に形成した白色膜とを有し、
絶縁層上の回路部分と非回路部分の面積の総和が金属箔の面積に対して50%以上95%以下であり、且つ各素材の線膨張係数の関係が
絶縁層の線膨張係数>金属箔の線膨張係数>回路部分及び非回路部分の線膨張係数
である金属ベース回路基板。 - 絶縁層が、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機フィラーで形成され、無機フィラーが絶縁層の総体積に対して40体積%以上70体積%以下含有されている請求項1に記載の金属ベース回路基板。
- 硬化剤が、水酸基及びアミノ基の一方又は双方を有する物質を含む請求項1に記載の金属ベース回路基板。
- 白色膜が白色顔料として二酸化チタンを含有し、二酸化チタンがルチル型で且つ表面が水酸化アルミニウム又は二酸化珪素で被覆されている請求項1に記載の金属ベース回路基板。
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