JPH05291750A - 金属芯入り印刷配線用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性、耐熱性に優れかつザグリ等の新たな
工程が不要である金属芯入り印刷配線用基板を提供する
こと。 【構成】 平板状のキャビティを有する成形金型に、全
面または部分的にキャビティと同じ厚さを有する１枚以
上の金属板を配置し、次いで熱硬化性樹脂組成物を注
入、硬化する。

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、孔中に充填された樹脂には基材が含まれず、熱膨
張率等の物性が絶縁層部分とは異なり、スルーホール部
の電気的信頼性に不安が残る。さらに、金属板に半導体
素子や放熱器を直接搭載して放熱性を高めるような場
合、金属板を露出させるためのザグリ加工等の新たな工
程を必要とする。

【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。成形基板に主に用いられている熱可塑性樹脂、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は、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。
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価
格が低い。このような成形材料で成形した金属芯入り基
板では、金属芯が熱伝導率の低い絶縁樹脂に被覆される
ため、絶縁樹脂層で発生する熱抵抗により搭載する半導
体素子によっては十分な放熱性が得られない場合があ
る。これに対しては、成形金型に設けた凸部により基板
の一部に金属芯を露出させた凹部を形成し、そこに素子
を直接搭載する方法がある。しかし、回路の異なる基板
毎に凸部を設けた金型を作製する必要があり、コスト的
に不利である。また、回路形成用の金属箔と一体成形し
た際に、金型の凸部により金属箔にしわや切れを生じ成
形できない場合がある。本発明はかかる状況に鑑みなさ
れたもので、放熱性、耐熱性に優れかつザグリ等の新た
な工程が不要である金属芯入り印刷配線用基板を提供す
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、金属芯を
有する印刷配線用基板の製造方法において、平板状のキ
ャビティを有する成形金型に、全面または部分的にキャ
ビティと同じ厚さを有する１枚以上の金属板を配置し、
熱硬化性樹脂組成物を注入硬化することを特徴とする。
以下、本発明を詳細に説明する。

【０００５】図１に本発明で用いられる金型に芯材とな
る金属板を配置したものの断面図を示す。成形金型は上
型１及び下型２からなり、平板状のキャビティ部分３を
形成する。キャビティ内には金属芯となる金属板４を１
枚以上配置するが、その内の１枚以上の金属板は全面ま
たは部分的にキャビティ部分と同じ厚さを有する。この
ようなキャビティと厚さの等しい金属芯の部分は、キャ
ビティ内面と密着したまま成形されるため絶縁樹脂が充
填されず、基板表面に該金属芯部分を露出させることが
でき、ザグリ等の新たな工程は不要となる。また、金型
に突起等の特別な加工を必要とせず、任意の位置に露出
部を設定することができる。この露出した金属芯には、
半導体素子や放熱板、放熱器を直接搭載することによ
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。

【０００６】これらの金属板の形状は必要に応じてどの
ようなものでもよく、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。隣あう２枚の金属板同士は、溶
接やはんだ付け等で接合されたりはめ込み等で固定され
て接触していてもよいが、絶縁が必要な場合は一定間隔
で離れていることが好ましい。 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く、それぞれ異なってもよ
いし同一であってもよいが、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、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。

【０００７】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、予め金属板にスルーホー
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。

【０００８】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。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。

【０００９】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。回路形
成方法については、無電解めっきを用いるアディティブ
法など公知の方法が使用できるが、コストの面からは成
形時に金型キャビティ内面と金属芯との間に回路形成用
の金属箔を配置して、一体成形する方法が好ましい。こ
の方法により得られた銅張基板に、エッチング等の公知
の方法で回路を形成することができる。

【００１０】

【作用】部分的にキャビティと厚さの等しい金属芯を熱
硬化性樹脂組成物を用いて成形することにより、放熱
性、耐熱性に優れかつ安価な印刷配線用基板を得ること
ができる。すなわち、熱硬化性樹脂を用いて成形するた
め優れた耐熱性が得られ、信頼性に優れたスルーホール
形成が容易にできる。また、部分的にキャビティと厚さ
の等しい金属芯を用いるため、特別な金型を必要とせず
に容易に金属芯を露出することができ、ザグリ等の新た
な工程も不要となる。この露出部に半導体素子や放熱
板、放熱器を直接搭載することができるため非常に放熱
性に優れる。

【００１１】

【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。

【００１２】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、１２mm角の貫通孔３個を明けた厚さ１mmの銅板１枚
と、その透孔中に入れる１０mm角の厚さ１．６mmの銅板
３枚を、上下とも深さ０．３mmのキャビティを有する金
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。

【００１３】実施例２ 厚さ１mmの銅板の１２mm角の貫通孔以外の部分に、直径
１．５mmのスルーホール形成用の貫通孔を明けたこと以
外は実施例１と同じ方法で作製し、金属芯入り銅張り基
板を得た。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】比較例３ 直径１．５mmのスルーホール形成用の貫通孔を明けた厚
さ１mmの銅板のみを芯材として用いたこと以外は実施例
１と同じ方法で作製し、金属芯入り銅張り基板を得た。

【００１７】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。

【００１８】

【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）

【００１９】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及び比較例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
１及び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いほ
ど高い値であった。また、実施例１及び２のスルーホー
ル形成性は比較例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。特に実施例２では、予め金属芯に設けた貫通孔の
位置であればどこでもスルーホールが成形可能であっ
た。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の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、かつ耐熱性に優れ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法で用いられる、金型に芯材となる金
属板を配置したものの断面図の一例である。

【符号の説明】

１…上型、２…下型、３…平板状キャビティ部分、４…
金属板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状のキャビティを有する成形金型
   に、全面または部分的にキャビティと同じ厚さを有する
   １枚以上の金属板を配置し、次いで熱硬化性樹脂組成物
   を注入、硬化することを特徴とする金属芯入り印刷配線
   用基板の製造方法。
2. 【請求項２】 予めスルーホール形成用の貫通孔が設け
   られている金属板を用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の製造方法。