JPH05291713A - 金属芯入り印刷配線用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性に優れかつスルーホール形成が容易で
あり、金属芯との接着信頼性に優れた金属芯入り印刷配
線用基板を提供すること。 【構成】 スルーホール形成用の貫通孔と樹脂充填用の
貫通孔を設けてある金属板を芯とし、熱硬化性樹脂組成
物により成形絶縁してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に放熱性を必要とす
る電子機器等に用いられる印刷配線用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器等に用いられる印刷配線
用基板は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を含浸させ
た紙やガラス布等（プリプレグ）と金属箔を積層しプレ
スにより加熱、加圧成形して得られる。このような紙や
ガラス布と樹脂からなる基板は熱伝導率が低く、発熱量
の多い大電力半導体素子等が直接搭載できず、別途放熱
板等に搭載する必要がある。一方、放熱性を付与した配
線板としては金属芯配線板があり、これは金属板表面に
樹脂を塗布して絶縁層を形成し金属箔を接着して得られ
る。このような金属芯基板では、表裏両面の回路形成は
可能であるがこれらを電気的に接続するスルーホールの
形成は金属板が電気的に導体であるため困難である。こ
れに対し、金属板にあけた孔に絶縁樹脂を充填してから
プリプレグと積層する方法（例えば特開昭59-105216号
公報）や、金属板にあけた孔にプリプレグの過剰の樹脂
を充填するような方法（例えば特開昭59-213431号公
報、特開昭59-213432号公報）が提案されている。しか
し、これらの方法では何れもプリプレグを使用している
ため、放熱用金属板に半導体素子を直接搭載するために
はザグリ等の加工工程を必要とする。また、孔中に充填
された樹脂は基材を含まないため熱膨張率等が絶縁層部
分と異なり、スルーホール部の電気的信頼性に不安が残
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題に対
し、成形材料を用いて金属芯入り基板を成形する方法が
ある。成形基板の材料としては主に熱可塑性樹脂、例え
ばポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエーテルイミド等が用いられているが、成形温
度が３００℃前後と非常に高く寸法安定性等に問題があ
る。また、溶融粘度が高いため、成形中に金属芯が成形
圧で移動、変形しやすい。さらに、耐熱性が良好な樹脂
は価格が高い。

【０００４】一方、熱硬化性樹脂は成形温度を低くでき
寸法安定性が良好である。また、耐熱性が良好でありな
がら価格が低い。さらに、成形時の樹脂粘度が低くかつ
成形圧が低いため、金属芯の変形が生じにくい。しか
し、金属芯の面積の増大に伴い、成形時の金属芯の変形
が生じ易くなる。また、金属芯と樹脂の熱膨張率の差や
樹脂の硬化収縮により、そりや剥離、熱衝撃時のクラッ
クといった問題を生じる場合がある。

【０００５】本発明は、かかる状況に鑑みなされたもの
で、放熱性に優れかつスルーホール形成が容易であり、
金属芯との接着信頼性に優れた金属芯入り印刷配線用基
板を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はスル
ーホール形成用の貫通孔と樹脂充填用の貫通孔を設けて
ある金属板を芯とし、熱硬化性樹脂組成物により成形絶
縁してなることを特徴とする金属芯入り印刷配線用基板
に関する。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。金属芯の
材質は、銅、アルミニウム、鉄等の金属、またはステン
レス等の合金や、亜鉛や錫、ニッケル等のめっきを施し
たもの等どのようなものでもよいが、本発明の目的から
は熱伝導率の高いものが好ましい。金属芯の形状は、金
属板にスルーホール形成用のスルーホール径より大きな
貫通孔と、成形時に樹脂が流れるための樹脂充填用貫通
孔が設けられたものである。

【０００８】スルーホール形成用の貫通孔は、基板にス
ルーホールを形成する際に必要なものである。すなわ
ち、この孔中で硬化した樹脂にドリル加工等により孔明
けをすることにより、芯材である金属板とは硬化樹脂を
介して絶縁性を保ったスルーホールを形成することがで
きる。樹脂充填用の貫通孔は、以下の理由により必要で
ある。金属板を内挿して樹脂を成形する際、樹脂の成形
圧力が一部に片寄ることにより、金属板が変形し成形で
きない場合がある。このような場合、金属板に適度な密
度で貫通孔が施されているとこの孔を通して樹脂が流動
し、成形圧力の均一化を促進して金属板の変形を防止で
きる。

【０００９】また、金属と樹脂のような異種物質間で
は、熱膨張率の差により発生する熱応力や樹脂の硬化収
縮により発生する応力等により、基板の反りや金属と樹
脂の界面での剥離、樹脂のクラック等の問題を引き起こ
す場合がある。このような問題に対しては、応力を低減
したり金属と樹脂の接着力を高めることが重要である。
金属芯に多数の孔を設けることにより見かけ上の弾性率
を下げることができ、発生する応力を低減できる。ま
た、孔を明けることにより金属芯の表面積が増加し樹脂
との接着性が向上する。さらに貫通孔を通して上下樹脂
層が結合しているので、熱衝撃試験やはんだ耐熱性試験
等での剥離やクラックに対する強度も向上する。このよ
うな樹脂充填用の貫通孔は、隣あう二つの孔の端部間の
距離が２０mm以下であることが好ましい。この理由は、
貫通孔がこの値以上離れると上述の効果が小さくなり、
成形できなかったり剥離やクラックに対し強い構造とな
らない可能性があるためである。

【００１０】金属板にこのような貫通孔を設ける方法と
しては、プレス加工による打ち抜きやドリル加工、エッ
チング等どの方法を用いてもよい。また、一孔ずつ明け
てもよいし数孔まとめて明けてもよい。特にスルーホー
ル形成用の貫通孔は、隣接するスルーホールの距離が短
い場合など２個以上のスルーホールに対し１個の貫通孔
としてもよい。これらの貫通孔の配置位置は不規則でも
よいが、加工作業時の作業性や作業時間等のコストの点
から一定規則に従った配置にすることが好ましい。特
に、樹脂充填用貫通孔とスルーホール形成用貫通孔とを
兼用して使用する場合を考えると、例えば縦横とも２．
５４mm（０．１in）または１．２７mm（０．０５in）間
隔の直交した格子上に貫通孔を配置することが好まし
い。このような配置とすることにより格子上であればど
こでもスルーホールが形成でき、基板の汎用性が著しく
向上する。

【００１１】これらの貫通孔の形状は丸や楕円、多角
形、星形等どのような形状でもよい。また一般に市販さ
れている金属板、例えば、丸や四角の孔を一定間隔で全
面に明けてあるパンチングメタルや切り込みを入れて引
き延ばした網状のエキスパンドメタル、金属線を編んだ
網等を使用してもよい。貫通孔の大きさは特には限定し
ないが、スルーホール形成用の貫通孔は、スルーホール
径やドリル加工時の位置決め精度等から考え金属芯が露
出しないことが必要であり、樹脂充填用貫通孔の大きさ
は、成形時に樹脂が孔を通して流動することが必要であ
る。また、金属芯の表面は脱脂や粗化、カップリング剤
処理等を行なうことができ、樹脂との接着性を向上する
ことができる。

【００１２】絶縁層となる熱硬化性樹脂としては、フェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、トリアジン樹脂等どのようなものでも
よく、何種類か併用してもよい。特に、エポキシ樹脂に
硬化剤としてフェノール樹脂を配合した系では耐熱性、
電気特性等に優れている。また、これらの樹脂には硬化
反応を促進する硬化促進剤や難燃性を付与する難燃助
剤、着色剤、離型剤などの添加剤を適宜適量配合するこ
とができる。

【００１３】このような樹脂系には種々の充填剤を配合
することにより、熱伝導率を向上したり熱膨張係数を芯
材に整合することができる。例えば溶融シリカ、結晶シ
リカ、アルミナ、窒化珪素等の無機物や、シリコーン、
テフロン等の有機物の粉末等が使用でき、単独または何
種か併用してもよいが、本発明の目的からは熱伝導率の
高いものが好ましい。充填剤の粒径は、成形金型のゲー
トに詰まらない程度の大きさ以下であればよい。また、
その形状はどのようなものでもよいが、球形のものを用
いるとドリル加工時のドリルビットの摩耗を抑えること
ができる。充填剤の配合量は特に限定するものではない
が、樹脂組成物の溶融粘度や硬化物の熱伝導率、熱膨張
係数等から２０〜８０体積％の範囲が好ましい。充填剤
を配合する場合、樹脂との接着性を高めるためシラン系
カップリング剤に代表されるような表面処理剤を添加し
てもよい。

【００１４】成形方法については注型、移送成形、射出
成形、圧縮成形等一般の成形材料の成形方法を用いるこ
とができ、必要に応じて加熱、加圧してもよい。

【００１５】回路を形成する方法は特に限定するもので
はない。例えば、予め回路を形成した転写フィルムを用
いる転写法や化学めっき受容性物質を用いる無電解めっ
きによる方法等が適宜使用できる。また、基板を成形す
る際に金型に予め金属箔を配置しておき、金属芯と金属
箔を一体成形して得られた基板をエッチングする方法も
使用できる。

【００１６】

【作用】スルーホール形成用の貫通孔と樹脂充填用の貫
通孔を明けてある金属板を熱硬化性樹脂を用いて成形す
ることにより、放熱性、耐熱性に優れかつスルーホール
形成が容易な印刷配線用基板を得ることができる。すな
わち、熱伝導性の良好な金属芯を芯材として基板を成形
するため、優れた放熱性が得られる。また、熱硬化性樹
脂を用いており、かつ金属芯に樹脂が流動するための貫
通孔を設けてあるため、成形時の金属芯の変形がなく良
好な成形性が得られ、優れた耐熱衝撃性やはんだ耐熱性
が得られる。さらに、芯材である金属芯には予めスルー
ホール形成用の孔を明けておきそこに充填性の良い熱硬
化性樹脂を充填するため、スルーホールと金属芯を絶縁
するような新たな工程は不要となり、容易なスルーホー
ル形成が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明するが、
本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【００１８】実施例１ ＥＳＣＮ−１９５（住友化学(株)製オルソクレゾール ノボラック型エポキシ樹脂、商品名） ：１００重量部 ＨＰ−８００Ｎ（日立化成工業(株)製フェノールノボ ラック樹脂、商品名） ： ５０重量部 アルミナ粉 ：９５０重量部 エポキシシランカップリング剤 ： ３重量部 トリフェニルホスフィン ： ５重量部 カーボンブラック着色剤 ： １重量部 上記化合物を充分混練した後、厚さ３５^-mmの銅箔と直
径１．５mmの貫通孔を縦横とも２．５４mm間隔で全面に
明けた厚さ１mmの銅板を金型に配置し、移送プレスによ
り１７５℃、９０秒で一体成形したものを１７５℃、５
時間後硬化し、厚さ１．６mm、１００mm角の金属芯入り
銅張り基板を得た。

【００１９】実施例２ 芯材の材質をアルミに変えた以外は実施例１と同じ方法
で基板を作製した。

【００２０】比較例１ ジシアンジアミド硬化系エポキシ樹脂ワニスを厚さ０．
２mmのガラス布に含浸させた後、乾燥させプリプレグを
得た。これを８枚積層し両面に実施例１で用いた銅箔を
配置し、プレスにより１７０℃、９０分加熱、加圧成形
して厚さ１．６mmの銅張積層板を得た。

【００２１】比較例２ ジシアンジアミド硬化系エポキシ樹脂ワニスを厚さ０．
１mmのガラス布に含浸させた後、乾燥させプリプレグを
得た。厚さ１．５mmのアルミ板の片面にこのプリプレグ
１枚と実施例１で用いた銅箔１枚を配置し、比較例１と
同様に成形して厚さ１．６mmのアルミベース銅張り積層
板を得た。

【００２２】比較例３ 芯材に直径２mmのスルーホール形成用の貫通孔を３０mm
間隔で明けた厚さ１mmの銅板を用いたこと以外は実施例
１と同じ方法で基板を作製した。

【００２３】以上のようにして得られた銅張り基板を用
いて、熱伝導率、はんだ耐熱性、スルーホール形成性を
評価した。熱伝導率の測定は、銅箔を除去した１００mm
角の基板を、平面プローブを用いた熱線法による熱伝導
率計（ＱＴＭＤ３：京都電子工業(株)製）で行なった。
はんだ耐熱性の測定は、銅張り基板を２５mm角に切断
し、８５℃、８５％ＲＨの恒湿高温槽内で５０時間加湿
し、３００℃のはんだ浴に５分間浮かべた後のふくれの
有無を目視観察した。スルーホール形成性の評価は、ド
リルを用いて孔明けした内面に無電解銅めっきを施して
めっきスルーホールを形成し、断面を顕微鏡観察した。
結果を表１に示す。また、めっきスルーホールを形成し
た本発明の基板の断面図を図１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、本発明の方法で
製造した実施例１、２および比較例２、３は熱伝導率が
比較例１に比べ高く、放熱性が良好であった。また、実
施例１および２のはんだ耐熱性は比較例３と比較し非常
に良好であり、樹脂充填用貫通孔の効果が発揮された。
さらに、実施例１および２のスルーホール形成は比較例
１と同等で容易であり、スルーホール部にはボイド、未
充填の発生がなく、絶縁性も良好であった。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
方法により得られた金属芯入り基板は、従来の金属ベー
ス基板と同等以上の放熱性を有しながら、耐熱性に優れ
かつスルーホール形成が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属芯入り配線用基板にめっきスルー
ホールを形成したものの断面図である。

【符号の説明】

１…金属芯、２…絶縁樹脂、３…金属箔、４…樹脂充填
用貫通孔、５…スルーホール形成用貫通孔、６…スルー
ホール形成部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スルーホール形成用の貫通孔と樹脂充填
   用の貫通孔を設けてある金属板を芯とし、熱硬化性樹脂
   組成物により成形絶縁してなることを特徴とする金属芯
   入り印刷配線用基板。
2. 【請求項２】 金属芯の樹脂充填用の貫通孔が、隣合う
   二つの孔の端部間の距離が２０mm以下であることを特徴
   とする請求項１に記載の金属芯入り印刷配線用基板。
3. 【請求項３】 金属芯の樹脂充填用の貫通孔が、一定規
   則で配置してあることを特徴とする請求項２に記載の金
   属芯入り印刷配線用基板。
4. 【請求項４】 金属芯の樹脂充填用の貫通孔が、縦横と
   も同じ間隔の直交する格子上に配置されていることを特
   徴とする請求項３に記載の金属芯入り印刷配線用基板。