JPH05291714A - 金属芯入り印刷配線用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性、耐熱性に優れかつ熱的または電気的
な設計が容易であり、スルーホール形成が容易な金属芯
入り印刷配線用基板を提供すること。 【構成】 熱的または電気的に分離された２枚以上の金
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、金属板に明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、金属板にあけた透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
はザグリ加工等の新たな工程を必要とする。また、透孔
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、耐熱性が良い樹脂は
高価格である。これに対し、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
でありながら低価格である。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。

【０００４】一方、金属芯を単一の金属板で構成した場
合、基板上のある部分で発生した熱が金属芯を通して他
の部分に拡散し、そこでの温度を不要に上昇させる。ま
た、金属芯を電気回路の一部として使用した場合は、１
配線のみに限られる。例えば高電圧回路と低電圧回路
や、アナログ回路とデジタル回路など複数の回路が同一
基板上にあって、それぞれの接地電位が異なるような場
合、ある１回路でしか金属芯を接地として使用すること
ができない。さらに、半導体素子の放熱性を向上するた
め半導体素子を直接金属芯に搭載するような場合、金属
芯が電気的に導体であるため素子同士の短絡を生ずる。

【０００５】本発明はかかる状況に鑑みなされたもの
で、放熱性、耐熱性に優れかつ熱的または電気的な設計
が容易であり、スルーホール形成が容易な金属芯入り印
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、熱的
または電気的に分離された２枚以上の金属板を芯とし、
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。基板に内
挿される金属芯は、２枚以上の金属板からなる。これら
の金属板は、材質や厚さ等の形状がそれぞれ異なっても
よいし同一であってもよい。また、金属板の一部に凹状
または凸状の加工が施されいてもよい。さらに、基板内
でのこれらの金属板の配置関係は、平面上に配置されて
いてもよいし厚さ方向で一部または全部が重なっていて
もよく、入れ子になっていてもよい。このような金属板
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、放熱性が必要な
部分に使用されるものは熱伝導率の高いものが好まし
い。また、電気回路の一部として使用されるものは電気
伝導率の高いものが好ましい。これらの金属芯の表面に
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。

【０００８】金属芯の形状は、必要に応じてどのような
ものでもよいが、基板の金属芯が内挿されている部分に
スルーホールを形成する場合には、スルーホール径より
大きな貫通孔または切り欠きを設けてあることが好まし
い。この貫通孔内または切り欠き部で硬化した樹脂にド
リル加工等で孔明けをすることにより、芯材である金属
板と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。

【０００９】金属芯には、成形時に樹脂が流れるための
樹脂充填用貫通孔を設けてあることが好ましい。この理
由は、成形時の成形圧力の片寄りにより金属板が変形す
るような場合、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、成形圧力の片寄り
を緩和して金属板の変形を防止できる。また、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
上させることができる。

【００１０】放熱性の点からは、金属芯の一部を露出さ
せてあることが好ましい。この理由としては、露出した
金属芯に直接半導体素子や放熱板を搭載することによ
り、基板の絶縁樹脂層で生じる熱抵抗が無くなり、優れ
た放熱性を得ることができる。このような金属芯が露出
する部分の形成は基板の成形時に行なうことができ、ザ
グリ等の新たな工程は不要である。形成方法は特に限定
するものではなく、例えば金型のキャビティ内面および
／または金属芯に凸状および／または凹状の形状をもた
せ、成形時にキャビティ内面と金属芯を密着させ樹脂を
流入させないで露出部を得る方法や、分離可能な板片を
キャビティ内面と金属芯との間に配置して成形し、その
後板片を除去して露出部を得る方法等があげられる。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】

【作用】熱的または電気的に分離された２枚以上の金属
板を熱硬化性樹脂組成物を用いて成形することにより、
放熱性、耐熱性に優れかつ熱的または電気的な設計が容
易であり、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いるため、優れた耐
熱性と任意の形状が得られる。さらに、熱的または電気
的に分離した２枚以上の金属板を芯とするため、熱的ま
たは電気的な基板の設計が容易となる。スルーホール形
成は新たな絶縁工程等が不要であり容易である。

【００１６】

【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。

【００１７】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３５μmの銅箔２枚
と、平面上に２mm間隔で並べた厚さ１mmの銅板３枚を金
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１．６
７mm、１００mm角の金属芯入り銅張り基板を得た。

【００１８】実施例２ 芯材に、厚さ１mmの銅板２枚と厚さ１．６mmの銅板１枚
を用いた以外は実施例１と同じ方法で作製して、厚さ
１．６mmの金属芯部分は絶縁樹脂に覆われず、表面およ
び裏面が露出した基板を得た。

【００１９】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１．６７mmの銅張積層板を得た。

【００２０】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１．６４mmのアルミベース銅張り積
層板を得た。

【００２１】比較例３ 芯材に直径１．５mmのスルーホール形成用の貫通孔を設
けた厚さ１mmの銅板１枚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て基板を得た。

【００２２】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。
なお、実施例１および２については金属芯の無い樹脂部
分にスルーホールを形成した。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】 ＊１ 金属芯の露出部分で測定（値が高すぎて測定範囲
外）

【００２４】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。特に実施
例２の金属芯露出部では、絶縁樹脂層が無く金属そのも
のの熱伝導率であり、本測定方法では測定出来なほど高
い値であった。また実施例１および２では、それぞれの
芯材間は熱的または電気的に分離されていた。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。

【００２５】

【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
ス基板以上の放熱性を有しながら耐熱性に優れ、かつ必
要に応じて金属芯を熱的または電気的に分離することが
できるため、容易な基板の設計が可能となり、またスル
ーホールの形成も容易であるため、その産業的価値は高
い。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱的または電気的に分離された２枚以上
   の金属板を芯とし、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】 金属芯に予めスルーホール形成用の間通
   孔が設けられてい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】 金属芯に予め１個以上の樹脂充填用の貫
   通孔が設けられてい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。
4. 【請求項４】 金属芯の一部が露出していることを特徴
   とする請求項１に記載の金属芯入り印刷配線用基板。