JP6316610B2 - 混成集積回路基板の製造方法およびそれを用いた混成集積回路基板 - Google Patents
混成集積回路基板の製造方法およびそれを用いた混成集積回路基板 Download PDFInfo
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Description
(1)回路と、第1の絶縁層と第2の絶縁層からなる絶縁層と、ヒートシンクを備えた混成集積回路の製造方法であって、導体箔に、第1の絶縁層を塗布し、硬化率を90%以上のCステージ状態に硬化する第1硬化工程と、前記導体箔をエッチングし、回路を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に、第2の絶縁層を塗布し、該第2の絶縁層の硬化率を20〜80%のBステージ状態に硬化する第2硬化工程と、前記第2の絶縁層に、金属製ヒートシンクを接合後、Cステージ状態に硬化する第3硬化工程と、
を含むことを特徴とする混成集積回路基板の製造方法。
(2)第3硬化工程終了後の、回路と金属製ヒートシンクとのJIS C6481で規定される剥離接着強さが、2N/mm以上であることを特徴とする、(1)に記載の混成集積回路基板の製造方法。
(3)前記第1の絶縁層の厚みが20〜150μmであり、前記第2の絶縁層の厚みが、20〜150μmである、(1)または(2)に記載の混成集積回路基板の製造方法。
(4)前記絶縁層中の残留塩化物量が0.1ppm以下である、(1)〜(3)のいずれか一つに記載の混成集積回路の製造方法。
(5)前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層が、エポキシ樹脂と、酸化アルミ、酸化ケイ素、窒化アルミ、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選択される、少なくとも1種以上の無機充填剤とを含有する、(1)〜(4)のいずれか一つに記載の混成集積回路基板の製造方法。
(6)前記第1の絶縁層が、ハイドロタルサイト、ビスマスから選択される、少なくとも1種以上の無機イオン交換体を含有する、(1)〜(5)のいずれか一つに記載の混成集積回路基板の製造方法。
(7)前記導体箔が銅またはアルミニウムの合金である、(1)〜(6)のいずれか一つに記載の混成集積回路基板の製造方法。
(8)前記導体箔の両面に金属メッキが形成された、(1)〜(7)のいずれか一つに記載の混成集積回路基板の製造方法。
(9)(1)〜(8)のいずれか一つに記載の製造方法により得られる、混成集積回路基板。
本発明の混成集積回路基板は、図1に示す、回路1と、絶縁層2と、ヒートシンク3を備えた混成集積回路5の製造方法であり、
図2に示す、導体箔4に、第1の絶縁層2aを塗布し、硬化率を90%以上のCステージ状態に硬化する第1硬化工程と、
図3に示す、前記導体箔をエッチングし、回路1を形成する工程と、
図4に示す、前記第1の絶縁層2aに、第2の絶縁層2bを塗布し、該第2の絶縁層の硬化率を20〜80%のBステージ状態に硬化する第2硬化工程と、
前記第2の絶縁層2bに、金属製ヒートシンク3を接合後、Cステージ状態に硬化する第3硬化工程と、
を含むことを特徴とする混成集積回路基板5の製造方法である。
第1硬化工程は、図2に示す導体箔1に第1の絶縁層2aを塗布し、硬化率を90%以上のCステージ状態に硬化する工程である。
熱硬化性樹脂としては、電気特性、導電箔やヒートシンクとの接着性、および硬化性の制御が容易な点で、エポキシ樹脂が好ましい。
フェノール系樹脂としては、1分子中にフェノール性水酸基を少なくとも2個以上有するフェノール樹脂を使用する。このような硬化剤として具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、パラキシリレン変性ノボラック樹脂、メタキシリレン変性ノボラック樹脂、オルソキシリレン変性ノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール型樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体等のフェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂などが例示され、いずれのフェノール樹脂も使用可能である。
無機イオン交換体の添加量は、熱硬化性樹脂100質量部に対し、0.3〜5質量部が好ましい。
尚、硬化率の測定は、示差走差熱量計等の熱分析装置を使用し求めることができる。
本工程は、導体箔の第2の面をエッチング処理し、図3に示す回路1を形成する工程である。
具体的には、まず、スクリーン印刷法又は写真現像法により、導体箔上にエッチングレジストを形成し、該導体箔の表面の所定の位置をマスクする。その状態で、導体箔の一部を、塩化第二鉄エッチング液、塩化第二銅エッチング、過酸化水素/硫酸エッチング液、アルカリエッチャント等で腐食溶解した後、エッチングレジストを剥離する。これにより、回路が形成される。
本工程は、第1の絶縁層2aに、第2の絶縁層2bを塗布し、該第2の絶縁層の硬化率を20〜80%のBステージ状態に硬化する工程である。硬化率は、30〜75%であることがより好ましい。硬化率を20%以上とすることで、作業性が向上する。一方、硬化率を80%以下とすることで、硬化第3工程で接合するヒートシンクとの濡れ性が向上するため、接着性が良好となる。硬化率を20〜80%とするためには、接着シートを構成するエポキシ樹脂、硬化剤や硬化触媒の種類により変化するが、70〜150℃で加熱することが好ましい。70℃以上であると、Bステージ状態を得るのに必要な加熱時間を短縮できる。また、150℃以下であると、Bステージ状態となるまでの硬化速度を適切に制御することができる。
本工程は、前記Bステージ状態の第2の絶縁層2bをヒートシンク3と接合し、Cステージ状態に硬化する工程である。Cステージ状態へ硬化させるためには、80〜200℃で、2〜20時間加熱することにより得ることができる。
(硬化性樹脂1)
第1の絶縁層を形成するための樹脂組成物(硬化性樹脂1)を以下のように作製した。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学社製「ep807」)100質量部に、硬化剤としてフェノールノボラック(明和化成社製「MEH−8005」)27.5質量部を加え、次に添加量が50体積%となるよう、酸化アルミニウム(電気化学工業社製「DAW−10」、平均粒子径10μm)320質量部、酸化アルミニウム(電気化学工業社製「ASFP−30」、平均粒子径1.7μm)7質量部からなる無機充填剤を加えた。さらに、ハイドロタルサイト系の無機イオン交換体(東亞合成社製 「IXE―700」)を1質量部と、シランカップリング剤(東レ・ダウコーニング社製、「z−6040」)5.8質量部を加え、遊星式撹拌機(シンキー社「あわとり練太郎AR−250」、回転数2000rpm)にて混練し、樹脂組成物を作製した。
得られた樹脂組成物を、フィルムアプリケーターを用い、幅200mm、厚み0.12mmの導体箔上に塗布した。これを、150℃にて、45分間加熱し、Cステージ状態に硬化し、第1の絶縁層を得た。
得られた、第1の絶縁層の硬化率は92%であり、絶縁層の厚みは85μmであった。結果を表1に示す。
[硬化率]
得られたCステージ状態の絶縁層をサンプリングし、示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント社製、「Q2000」)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で室温〜300℃まで昇温させ、総発熱量C1(cal/g)を測定した。
次に、未硬化状態の樹脂組成物を試料として、同条件にて示差走査熱量計の測定を行い、総発熱量C0(cal/g)を測定した。硬化率は、(C0−C1)/C0×100(%)より求めた。
スクリーン印刷法により、導体箔上にエッチングレジストを形成し、導体箔上の所定の位置をマスクした。その状態で、導体箔33をアルカリエッチング液で腐食溶解した後、エッチングレジストを剥離することで回路を形成した。
第2の絶縁層を形成するための樹脂組成物(硬化性樹脂2)は、ハイドロタルサイト系の無機イオン交換体を使用しなかった以外は、硬化性樹脂1と同様に作製した。
硬化性樹脂2をフィルムアプリケーターにて、第1の絶縁層上に塗布した。これを90℃にて、80分間加熱し、Bステージ状態に硬化した。得られた、第2の絶縁層の硬化率を先述した示差走査熱量計で測定したところ硬化率は73%であった。また、絶縁層の厚みは80μmであった。
Bステージ状態に硬化した第2絶縁層を100mm×150mmに裁断し、アルミニウム製ヒートシンク(厚さ40mm、幅110mm、長さ160mm)と、180℃、120分間、減圧度1.6mmHgにて真空加熱プレス機により圧着させ、混成集積回路基板を作成した。
第3硬化工程終了後の絶縁層の硬化率は95%以上であった。
第3硬化工程終了後の、絶縁層と金属箔の剥離接着強さ、絶縁層中の残留塩化物量、さらには得られた混成集積回路基板を用い、熱抵抗および耐久性試験前後の耐電圧を評価した。結果を表1に示す。
実施例1の第3硬化工程終了後の絶縁層上の銅箔に、カッター刃を用い幅10mm、長さ100mmの切込みを入れた。この銅箔の端部を30mm絶縁層から剥離し、引張試験機のチャックに取り付けた。取り付け後、50mm/分の速度にて、銅箔を絶縁層に対し90度の角度で剥離した際の接着強さを測定した。測定は、JIS C6481に基づき、23±2℃、相対湿度50%の環境にて実施した。測定機としてはテンシロン(株式会社エー・アンド・デイ製 RTG−1210)を用いた。
得られた第3硬化工程終了後の絶縁層をサンプリングし、絶縁層中に含まれる塩化物イオン濃度を、イオンクロマトグラフィー(DIONEX社製、「ICS−1500」、定量下限濃度0.1ppm、検出下限濃度0.03ppm)を用いて求めた。測定方法としては、絶縁層50mgをコニカルビーカーに秤入れ、これに超純水20mlを加え、100℃で7時間抽出を行った。20mlにメスアップしたものをイオンクロマトグラフィーにて定量分析を行った。
[熱抵抗]
銅箔上にTO−220型トランジスターを半田付けし、水冷した放熱フィン上に放熱グリースを介して固定した。トランジスターに通電し、トランジスターを発熱させ、トランジスター表面と金属基裏面の温度差を測定し、熱抵抗値を測定し、放熱グリースの熱抵抗値を補正する事により求める試験片の熱抵抗値(℃/W)を測定した。
混成集積回路を60℃、相対湿度90%の環境に30日間暴露した前後の耐電圧を測定した。測定は、導体箔をエッチングして直径20mmの円電極を作製したものを測定サンプルとし、JIS C 2110に規定された段階昇圧法に従って銅板と銅箔との間の耐電圧を測定した。
第2絶縁層のBステージ状態の硬化率を変更した以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。第3硬化工程終了後の絶縁層の硬化率は95%以上であった。
結果を表1に示す。
第1の絶縁層に、硬化性樹脂2を用いた以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。第3硬化工程終了後の絶縁層の硬化率は95%以上であった。
結果を表1に示す。
第1の絶縁層に、硬化性樹脂3を用いた以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表1に示す。
硬化性樹脂1のビスフェノールF型エポキシ樹脂の代わりに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製「ep828」)93.5質量部を用いた以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表1に示す。
第1の絶縁層に、硬化性樹脂4を用いた以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表1に示す。
硬化性樹脂1のフェノールノボラック(明和化成社製「MEH−8005」)の代わりに、フェノールノボラック(明和化成社製「MEH−7500」)19.6質量部を用いた以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表1に示す。
第1の絶縁層のCステージ状態の厚み、および第2の絶縁層のBステージ状態の厚みを変更した以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表2に示す。
第1の絶縁層のCステージ状態の硬化率を75%とした以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表2に示す。
第2の絶縁層のBステージ状態の硬化率を10%とした以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表2に示す。
第2の絶縁層のBステージ状態の硬化率を85%とした以外は、実施例1と同様に混成回路基板を作製し、各種評価を実施した。結果を表2に示す。但し剥離接着強さの測定においては、測定前に銅箔が自然に剥がれ測定することができなかった。
2a 第1の絶縁層
2b 第2の絶縁層
3 ヒートシンク
4 導体箔
5 混成集積回路基板
Claims (8)
- 回路と、第1の絶縁層と第2の絶縁層からなる絶縁層と、ヒートシンクを備えた混成集積回路の製造方法であって、
導体箔に、第1の絶縁層を塗布し、硬化率を90%以上のCステージ状態に硬化する第1硬化工程と、
前記導体箔をエッチングし、回路を形成する工程と、
前記第1の絶縁層上に、第2の絶縁層を塗布し、該第2の絶縁層の硬化率を20〜80%
のBステージ状態に硬化する第2硬化工程と、
前記第2の絶縁層に、金属製ヒートシンクを接合後、Cステージ状態に硬化する第3硬化工程と、を含むことを特徴とする混成集積回路基板の製造方法。 - 第3硬化工程終了後の、回路と金属製ヒートシンクとのJIS C6481で規定される剥離接着強さが、2N/mm以上であることを特徴とする、請求項1に記載の混成集積回路基板の製造方法。
- 前記第1の絶縁層の厚みが20〜150μmであり、前記第2の絶縁層の厚みが、20〜150μmである、請求項1または2に記載の混成集積回路基板の製造方法。
- 前記絶縁層中の残留塩化物量が0.1ppm以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の混成集積回路の製造方法。
- 前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層が、エポキシ樹脂と、酸化アルミ、酸化ケイ素、窒化アルミ、窒化ケイ素および窒化ホウ素から選択される、少なくとも1種以上の無機充填剤とを含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の混成集積回路基板の製造方法。
- 前記第1の絶縁層が、ハイドロタルサイト、ビスマスから選択される、少なくとも1種以上の無機イオン交換体を含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の混成集積回路基板の製造方法。
- 前記導体箔が銅またはアルミニウムの合金である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の混成集積回路基板の製造方法。
- 前記導体箔の両面に金属メッキが形成された、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混成集積回路基板の製造方法。
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