JPH08288604A - 金属ベース多層回路基板 - Google Patents
金属ベース多層回路基板Info
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Abstract
金属ベース多層回路基板を提供する。 【構成】 金属板上の絶縁接着剤層上に、回路基板と高
熱伝導性接着剤を介し高発熱性電子部品とを搭載するこ
とを特徴とする金属ベース多層回路基板であり、前記絶
縁接着剤層と前記高熱伝導性接着剤との間に金属層を設
けた前記の金属ベース多層回路基板である。より詳しく
は、絶縁接着剤層が、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒
化硼素のいずれかを含有するエポキシ樹脂からなる前記
金属ベース多層回路基板であり、回路基板が少なくとも
2層以上の金属層が絶縁接着剤を介して積層されている
ことを特徴とする前記の金属ベース多層回路基板であ
る。 【効果】 高発熱性電子部品の搭載が可能な、高信頼性
の金属ベース多層回路基板を提供する。
Description
に関するものであって、特に発熱性の高いパワー電子素
子の搭載が可能で、信頼性に優れた金属ベース多層回路
基板に関する。
度実装化および高性能化が要求され、半導体素子の小型
化、高性能化、配線密度の微細化にともない、半導体素
子から発生した熱を如何に放散するかということが問題
となっている。
金属箔を張り合わせた金属ベース回路基板が熱放散性に
優れており、電源分野を中心に使用されている。しか
し、金属ベース回路基板は金属板の上に薄い絶縁層を塗
布した構造であるので、通常使用されているガラスエポ
キシ基板に比べて寄生容量が一桁近く大きく、ノイズが
発生し易い。このために、電気回路設計が非常に複雑に
なり、かつ、制約も多い。
層回路基板として金属板上に積層した金属ベース多層回
路基板が開示されている(特開昭58−9399号公
報、特開平5−327169号公報)。しかし、特開昭
58−9399号公報及び特開平5−327169号公
報開示の構造は、いずれも、金属板或いは無機充填剤を
含有する樹脂からなる絶縁層を塗布した金属板と上層回
路基板とを熱伝導性の悪いガラスエポキシ基板を積層し
た構造のために、発熱性の高い素子を搭載する場合に
は、熱の放散が不十分となり電子素子の温度が上昇し、
結果的には誤動作を生じるという問題があった。
無機充填剤を充填した絶縁剤を使用し熱伝導性を向上し
たものも検討されているが、中程度のパワー電子素子に
対して放熱効果は認められるが、高発熱性電子素子にお
いては十分とは言えないし、加えてコスト的にも高いも
のになると推測される。
に鑑みてなされたものであって、優れた放熱性により回
路基板上に搭載された電子部品の温度上昇を防止でき、
信頼性に優れた金属ベース多層回路基板を提供するもの
である。
縁接着剤層上に、回路基板と高熱伝導接着剤を介して高
発熱性電子部品とを搭載していることを特徴とする金属
ベース多層回路基板であり、又、前記絶縁接着剤層と前
記高熱伝導性接着剤との間に金属層を設けた前記の金属
ベース多層回路基板である。
アルミニウム、酸化珪素、窒化硼素のいずれかを含有す
るエポキシ樹脂からなることを特徴とする前記金属ベー
ス多層回路基板であり、加えて、前記回路基板が、少な
くとも2層以上の金属層が絶縁接着剤を介して積層され
ていることを特徴とする前記金属ベース多層回路基板で
ある。
は本発明の金属ベース多層回路基板の一例を示す断面図
である。又、図2は本発明の請求項2に係わる金属ベー
ス多層基板の一例を示す断面図である。図1において、
金属層5A及び5Bを有し一部に開口部を有する回路基
板10が、金属板1上に絶縁接着剤層2を介して積層し
た構造を有するとともに、高発熱性電子部品4が絶縁接
着剤層2上に高熱伝導性接着剤3を介して搭載されてい
る。
縁接着剤層2の上に、高発熱性電子部品4よりも伝熱面
積の大きな金属層6が形成されていて、その上に高発熱
性電子部品4が高熱伝導性接着剤3を介して搭載された
構造を有し、高発熱性電子部品4から発生した熱が金属
層6を通じてより容易に放散する構造となっている。
尚、金属層6は回路形成されていても、いなくてもよ
い。
ては、容量200VA以上/動作周波数200kHzの
高周波トランス、容量100VA以上のダイオードブリ
ッジ等を意味する。本発明者らは、上記の高発熱性電子
部品を多層回路部分に搭載する場合に、回路間に存在す
る電気絶縁層が同時に熱の絶縁層として働くために熱放
散が充分でなく、電子部品の温度が上昇し短命となると
の知見を得て、又、前記の高発熱性電子部品を金属板1
上に配置する時にのみ、高発熱性電子部品から発生する
熱が充分に放散できるということを見いだし、本発明に
至ったものである。又、発熱量の小さな電子部品につい
ては、多層回路基板に要求される特性に応じて、多層回
路部分にも搭載できるし、本発明の如く、絶縁接着剤層
2の上に高熱伝導性接着剤3を用いて搭載することもで
きる。
部品4を回路基板10を介することなく、絶縁接着剤層
2上に配置することで、熱放散を助長し基板自身の温度
上昇を抑えることで、金属ベース多層回路基板全体の信
頼性を高め、長寿命を達成するものである。尚、上記高
発熱性電子部品は、多層回路基板に要求される特性に応
じて複数個を搭載しても良い。
る樹脂を金属板上に塗布後、プレス法やラミネーター法
により金属層と接合され層状に形成されるが、本発明で
は、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化硼素のいずれか
を含有するエポキシ樹脂で構成される。前記無機質充填
剤としては電気絶縁性、熱伝導性に優れ、樹脂への充填
性に優れるものが選択され、一般的には、構成粒子が1
50μm以下の丸みを帯びたもので、適当な粒度分布を
有する粉末が用いられる。又、配合割合は高い程、絶縁
接着剤層の熱伝導性を良好とするが、あまり高配合とす
ると樹脂との混合において気泡を巻き込んだり、接着性
が悪くなり熱伝導性がかえって低下する等の結果を招く
ので、通常は40〜80体積%が選択される。
ム、酸化ベリリウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸
化カルシウム、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム
などを用いることができる。このうち、酸化アルミニウ
ム、窒化珪素、窒化硼素が高熱伝導性で、高耐電圧性の
絶縁接着剤が得られるので望ましい。特に、粒子形状が
球状の酸化アルミニウム、酸化珪素を用いるとき、樹脂
に高充填できて、容易に高熱伝導性を経済的に達成でき
るという理由で望ましい。又、酸化アルミニウム、酸化
珪素、窒化硼素は得られる金属ベース多層回路基板に要
求される特性に応じ、単独若しくは2種類以上を混合し
て用いられる。
ミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フェノール
樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、或いは、各種エ
ンジニアリングプラスチック等が一般的であるが、これ
らの中で、エポキシ樹脂が電気絶縁性、金属との接着
性、耐熱性が優れているので好ましい。
れているが、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールF型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂や、末端
カルボキシル基含有ブタジエン・アクリルニトリル共重
合体等で変性した変性エポキシ樹脂、或いは、フェノー
ルノボラック、O−クレゾールノボラック等のノボラッ
ク型エポキシ樹脂などが、電気絶縁性、耐熱性などの点
で特に望ましい。
は、少なくとも2層以上の金属層5A、5Bが絶縁接着
層8を介して積層された回路基板(以下両面樹脂基板と
いう)が熱放散に優れるので好ましい。しかし、所望さ
れる多層回路基板の特性により、上記両面基板樹脂基板
の他にガラスエポキシ樹脂回路基板、フェノール樹脂回
路基板、紙エポキシ樹脂回路基板等のリジット回路基
板、ポリイミド樹脂基板上に回路を描いたフレキシブル
回路基板が使用可能である。これらの基板の厚さは、熱
放散性をよくするために、60μm以下が好ましい。
又、表面を電気絶縁処理した金属板からなる金属ベース
回路基板、或いはセラミック回路基板等をそのまま或い
は必要に応じ改善して用いることもできる。
は、酸化アルミニウム、窒化硼素、酸化珪素、酸化マグ
ネシウム、窒化アルミニウム等の電気絶縁性であって、
しかも熱伝導性の高い無機充填剤を含有する。前記の無
機充填剤のうち、酸化アルミニウム、窒化硼素、酸化珪
素は電気絶縁性、熱伝導性、経済性の観点から選択され
る。又、絶縁接着剤8を構成する樹脂としては、エポキ
シ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ
るが、金属との接着力に富むエポキシ樹脂が特に好まし
い。
キシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル
樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹
脂、或いは、各種エンジニアリングプラスチック等が上
げられる。これらの中で、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シリコーン樹脂は
電気性が高く、耐熱性が優れているので好ましい。又、
高熱伝導接着剤は接着性能が低下しない限度で、酸化ア
ルミニウム、酸化珪素、窒化硼素等を初めとする無機質
充填材料を含有させることもできる。
金属板1としては、良熱伝導性を持つアルミニウムおよ
びアルミニウム合金、銅および銅合金、鉄および鉄合金
等あるいは銅/鉄−ニッケル系合金/銅、アルミニウム
/鉄−ニッケル系合金/アルミニウム等の複合材料等が
使用可能である。また、ベース金属板1の厚みとして
は、特に制限はないが0.5mm〜3.0mmが一般に
用いられる。
は銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、銀、チタニウ
ムのいずれか、または、これらの金属を2種類以上含む
合金及びそれぞれの金属を使用したクラッド箔が用いら
れる。また、この時の箔の製造方法は電解法でも圧延法
で作製したものでもよく、箔上にはNiメッキ、Ni+
Auメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされ
ていてもかまわない。
説明する。
を両面に有し、ガラスエポキシ材の厚さが60μmのガ
ラスエポキシ回路基板(松下電工(株)製;R−176
6)を用意しスルーホールを形成した。次に、510m
m×510mm×1.5mmのアルミニウム板上に酸化
珪素(電気化学工業(株)製;FS−784)を72体
積%含有するビスフェノールF型エポキシ樹脂(油化シ
ェル(株)製;エピコート807)を絶縁接着剤として
用い、アミン系硬化剤を加え、150μmの厚みになる
ように塗布し、張り合わせ加熱硬化した。この基板原板
を用いて、基板サイズ100×150mm、出力電力1
50W/動作周波数300kHzのDC/DCコンバー
タを製作した。電子制御部品は基板の寄生容量の影響を
低減するためにガラスエポキシ回路基板上の回路上に配
置し、高発熱性部品である高周波トランス(TDK
(株)製/容量150VA)を絶縁接着剤上にシリコン
接着剤で固定した。この装置を室温25℃の環境で5h
r動作させ、基板裏面の温度を測定した結果112℃で
あり、又、この間、機能的には安定に動作した。
原板を用意した。この基板原板を用いて、基板サイズ1
00×150mm、出力電力150W/動作周波数30
0kHzのDC/DCコンバータを製作した。電子制御
部品は基板の寄生容量の影響を低減するためにガラスエ
ポキシ回路基板上の回路上に配置し、高発熱性部品であ
る高周波トランス(TDK製/容量150VA)を絶縁
接着剤上の回路上にシリコン接着剤で固定した。この
時、高周波トランスと回路パターンは電気的に絶縁され
ている。この装置を室温25℃の環境で5hr動作さ
せ、基板裏面の温度を測定した結果107℃であり、機
能的にも安定に動作した。
た所望の回路を両面に有し、酸化アルミニウムを72体
積%含有するビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シ
ェル(株)製;エピコート828)をアミン系硬化剤で
熱硬化した厚みが100μmである両面樹脂基板を用意
し、スルーホールを形成した。次に、510mm×51
0mm×1.5mmのアルミニウム板上に酸化アルミニ
ウムを72体積%含有するビスフェノールF型エポキシ
樹脂を絶縁性接着剤として用い、アミン系硬化剤を加
え、150μmの厚みになるように塗布し、張り合わせ
加熱硬化した。次に、この基板原板を用いて、基板サイ
ズ100×150mm、出力電力250W/動作周波数
300kHzのDC/DCコンバータを製作した。電子
制御部品は基板の寄生容量の影響を低減するために両面
樹脂基板上の回路上に配置し、高発熱性部品である高周
波トランス(TDK製/容量250VA))を絶縁接着
剤上にシリコン接着剤で固定した。この装置を室温25
℃の環境で5hr動作させ、基板裏面の温度を測定した
結果108℃であり、機能的にも安定に動作した。
た所望の回路を両面に有し、酸化珪素を72体積%含有
するビスフェノールF型エポキシ樹脂をアミン系硬化剤
で熱硬化した厚みが100μmである両面樹脂基板を用
意し、スルーホールを形成した。次に、510mm×5
10mm×1.5mmのアルミニウム板上に酸化珪素を
36体積%と窒化硼素36体積%を含有するビスフェノ
ールF型エポキシ樹脂を絶縁性接着剤として用い、アミ
ン系硬化剤を加え、150μmの厚みになるように塗布
し、張り合わせ加熱硬化した。この基板原板を用いて、
基板サイズ100×150mm、出力電力250W/動
作周波数300kHzのDC/DCコンバータを製作し
た。電子制御部品は基板の寄生容量の影響を低減するた
めに両面樹脂基板上の回路パターンに配置し、高発熱性
電子部品である高周波トランス(TDK製/容量250
VA)を絶縁接着剤上の回路上にシリコン接着剤で固定
した。この装置を室温25℃の環境で5hr動作させ、
基板裏面の温度を測定した結果105℃であり、機能的
にも安定に動作した。
た所望の回路を両面に有し、ガラスエポキシ材の厚さが
60μmのガラスエポキシ回路基板を用意しスルーホー
ルを形成した。次に、510mm×510mm×1.5
mmのアルミニウム板上に酸化珪素を72体積%含有す
るビスフェノールF型エポキシ樹脂を絶縁接着剤として
用い、アミン系硬化剤を加え、150μmの厚みになる
ように塗布し、張り合わせ加熱硬化した。この基板原板
を用いて、基板サイズ100×150mm、出力電力1
50W/動作周波数300kHzのDC/DCコンバー
タを製作した。電子制御部品はガラスエポキシ回路基板
上の回路上に配置し、高発熱性電子部品である高周波ト
ランス(TDK(株)/容量150VA)もガラスエポ
キシ回路基板上にシリコン接着剤で固定した。この装置
を室温25℃の環境で5hr動作させ、基板裏面の温度
を測定した結果163℃であり、出力電圧の変動が大き
く、動作が不安定であった。
た所望の回路を両面に有し、酸化珪素を72体積%含有
するビスフェノールF型エポキシ樹脂をアミン系硬化剤
で熱硬化した厚みが100μmである両面樹脂基板を用
意し、スルーホールを形成した。次に、510mm×5
10mm×1.5mmのアルミニウム板上に酸化珪素を
72体積%含有するビスフェノールF型エポキシ樹脂を
絶縁性接着剤として用い、アミン系硬化剤を加え、15
0μmの厚みになるように塗布し、張り合わせ加熱硬化
した。この基板原板を用いて、基板サイズ100×15
0mm、出力電力250W/動作周波数300kHzの
DC/DCコンバータを製作した。電子制御部品は両面
樹脂基板上の回路パターンに配置し、高発熱性電子部品
である高周波トランス(TDK(株)製/容量250V
A)も両面樹脂基板の上層回路上にシリコン接着剤で固
定した。この装置を室温25℃の環境で5hr動作さ
せ、基板裏面の温度を測定した結果165℃であり、出
力電圧の変動が大きく動作が不安定であった。
果を表1に一覧する。
路基板上に搭載された電子部品の温度上昇を防止でき、
信頼性に優れる金属ベース多層回路基板を提供できる。
断面図。
示す断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属板上の絶縁接着剤層上に、回路基板
と高熱伝導接着剤を介し高発熱性電子部品とを搭載して
いることを特徴とする金属ベース多層回路基板。 - 【請求項2】 前記絶縁接着剤層と前記高熱伝導性接着
剤との間に金属層を設けたことを特徴とする請求項1記
載の金属ベース多層回路基板。 - 【請求項3】 前記絶縁接着剤層が酸化アルミニウム、
酸化珪素、窒化硼素のいずれかを含有するエポキシ樹脂
からなることを特徴とする請求項1又は2記載の金属ベ
ース多層回路基板。 - 【請求項4】 前記回路基板が、少なくとも2層以上の
金属層が絶縁接着剤を介して積層されていることを特徴
とする請求項1記載の金属ベース多層回路基板。
Priority Applications (5)
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- 1995-04-12 JP JP8700295A patent/JP3199599B2/ja not_active Expired - Fee Related
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