JPS5922395B2 - 印刷配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高い放熱性、耐熱性、電気絶縁性を有する印
刷配線基板の製造方法に関するものである。

近年、ＩＣ、ＬＳＩを始めプリント配線板等の電子部品
が高密度化されるに伴い、消費電力が増大し、多量の熱
を発生するようになつた。

このような温度上昇は回路部品の信頼性や寿命を低下さ
せる原因となる。これを解決するために種々の放熱方法
が考案されているが、なかでもアルミニウムなどのよう
な熱伝導性の高い金属を基板としこの金属の陽極酸化皮
膜を絶縁物として利用する方法が基板強度が高い利点も
あサ、極めて有効な方法として注目されている。この方
法は例えばアルマイト皮膜に封孔処理を施した後、アル
マイト皮膜表面に数１０μの厚みの接着剤を用いて銅箔
などの配線用導体を貼わつけるものであるが、接着剤か
有機物であるため金属基板の最大の利点である放熱性お
よび耐熱性を充分に生かすことができない欠点があつた
。また、アルマイト表面に直接金属回路を形成するタイ
プの配線基板では、電子部品からの熱で加熱されたり、
半田付けの際に加熱されたわすると、絶縁層である陽極
酸化皮膜にクラックが入Ｖ）配線用導体が切断して回路
が切断したわ、このクラックより空気中の水分が侵入し
て電気絶縁性が低下すると云う不都合もあつた。この陽
極酸化皮膜のクラックの発生原因は酸化皮膜と素地金属
との熱膨脹率の差が大きいためである。例えば、アルミ
ニウムの熱膨脹率が約２５×１ｏＨであるのに対して、
陽極酸化皮膜の主成分である酸化アルミニウムの熱膨脹
率は約６×■一であり、大幅に異なク、加熱された際の
熱応力がクラックとなつて発生するものである。ところ
で、電子部品などからの熱を速みやかに基板金属に伝え
て放熱を行うには、陽極酸化皮膜上に有機物層を極力形
成しないことが望ましい。

しかし、陽極酸化皮膜には皮膜の厚さ方向に多数の微細
孔が存在するため、これに直接配線用導体を形成しても
充分な電気絶縁性を得ることができない。これは配線用
導体を湿式化学メッキで酸化皮膜上に形成する時に、メ
ッキ液が微細孔中に侵入し、素地金属と導通状態になる
ためである。従つて、基板の放熱性と絶縁性を同時に満
足するためには、酸化皮膜中の微細孔を閉塞することが
考えられる。この方法には、まず封孔処理が挙げられる
。封孔処理は高圧水蒸気や沸とう水で処理し、酸化皮膜
を水和変質させその体積膨脹により微細孔を閉塞するも
のであるが、微細孔の入口付近が先に体積膨脹を起すた
め孔の奥部に閉塞されにくく、孔の周囲から体積膨脹が
起るので微細孔の中心に微少な空隙が残ク、メツキ液の
侵入を完全に防止することは不可能である。さらに、こ
の封孔処理を行うと陽極酸化皮膜はわずかの加熱により
クラツクが入りやすくなると云う重大な欠点を伴うよう
になる。次の方法としては樹脂の微細孔への含浸が考え
られるが、微細孔は直径数百Ａと極めて小径で且つ深さ
が数１０μ程度であるため、樹脂の粘性等の為に充分に
孔の最奥部まで含浸することは事実上不可能である。こ
の発明は上記事情に鑑みてなされたもので、放熱性、耐
熱性、電気絶縁性の優れた印刷配線基板の製造法を提供
することを目的とし、その要旨は部品取付穴、スルーホ
ール等をあらかじめ穿設したＡｌ−Ｓｉ系合金板等の表
面に陽極酸化皮膜を形成し、ついでこの陽極酸化皮膜の
表面、微細孔中さらにはスルホール等に重合性有機金属
化合物を付着、含浸し、ついで重合させたのち、配線用
導体を形成することを特徴とするものである。

以下、この発明を詳しく説明する。この発明に用いられ
るアルミニウム−ケイ素系合金とは、ケイ素の含有量が
２０重量％以下のアルミニウム合金で、ケイ素以外には
不純物のみのもの或いは少量の添加物を含有するもので
ある。

この合金はケイ素の含有機の増大に伴つてその熱膨脹率
が低下する性質を有して｝）、例えばケイ素の含有量が
１１重量％の時、熱膨脹率は１９７Ｘ１０−４である。
この性質により１この合金の陽極酸化皮膜と素地合金と
の間の熱膨脹率の差が緩和され、アルミニウム板の陽極
酸化皮膜に比べて加熱クラツクが発生しにくくなる。ま
た、この合金はＳｉ粒子がアルミニウム連続相に分散し
ていて、この合金を陽極酸化するとＳｉ粒子は酸化皮膜
中にそのまま残留し、クラツクの発生を防止し、或いは
クラツクの大きさを小さくする作用がある。な｝、ケイ
素含有量が２０重量％を越えると酸化皮膜の絶縁性の低
下が激しくなり、不都合をきたす。このＡｌ−Ｓｉ系合
金板はついで電子部品や電気部品を取り付ける部品取付
穴、電気回路形成用スルーホールなどの穴が穿設され、
陽極酸化処理される。

陽極酸化処理は、通常の修酸、硫酸などの水溶液の電解
浴を用いて一般に行われるもので、厚み５〜２００μｍ
の陽極酸化皮膜が形成される。陽極酸化皮膜が形成され
たＡｌ−Ｓｉ系合金板は重合性有機金属化合物で処理さ
れる。な｝必要に応じて高圧水蒸気、沸とう水などを用
いた封孔処理が施こされたのち前記処理することもでき
る。この重合性有機金属化合物としては、金属原子に加
水分解基、・・ロゲン基、有機官能基が結合されたもの
で、重合性を有するものである。このような一般式Ｘｎ
ＭＲｍ Ｍ：Ｓｉ，．Ｔｉ，．Ａｌ，．Ｚｒ，．Ｇｅ，．ＢｌＰ
，．Ｓｎｌなどの金属原子。

Ｘ：ビニル基、アミノ基、メルカプト基、エポキシ基な
どの有機官能基。

Ｒ：アルコオキシ基、アセトオキシ基などの加水分解し
うる有機基。

ｎ＋ｍ＝３，４，５あるいは６ で表わされる有機金属化合物としては、例えば、フエニ
ルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビ
ニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、β−（３
，４−エポキシ−シクロヘキシル）エチルトリメトキシ
シラン、ｒ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラ
ンなどの有機ケイ素化合物、テトライソプロピルビス（
ジオクチルフオスフアイト）チタネート、テトラオクチ
ルビス（ジトリデシルフオスフアイト）チタネート、チ
タンアセチルアセトネート、チタンオクチレングリコレ
ート、ジヒドロキシビス（ラクタト）チタン、テトラス
テアロキシチタンなどの有機チタン化合物、アルミニウ
ムトリｎ−ブトキシド、アルミニウムトリイソプロポキ
シド、メチルアルミニウムセスキクロライドなどの有機
アルミニウム化合物、ジルコニウムテトライソプロポキ
シド、テトラ一（ｎ−ブトキシ）ジルコニウムなどの有
機ジルコニウム化合物、さらに、リン酸トリｎ・ブチル
エステル、亜リン酸ジエチルエステルなどの有機リン化
合物、ホウ酸トリ・ｎ・ブチルエステル、ホウ酸トリイ
ソプロピルエステルなどの有機ホウ素化合物、ジメチル
オキシジメチルゲルマニウム、メチルゲルマニウムトリ
メトキシド等の有機ゲルマニウム化合物、さらにジメチ
ルオキシエチル錫、等の有機金属化合物卦よびこれら化
合物の誘導体、低重合体（オリゴマ一）を用いることが
できるが、有機官能基中にメチル基卦よび／またはフエ
ニル基を有するものが、耐熱性の向上がより大きいので
好ましい。

さらに、加水分解が徐々に起るものがよい。これら重合
性有機金属化合物はメタノール、エタノール、アセトン
、酢酸エチル、メチルエチルケトンなどの有機溶剤、も
しくは水、もしくは水と水溶性有機溶剤との混合液に溶
解される。この水溶性有機溶剤としては、メタノール、
エタノール、イソプロパノール、アセトン、ジオキサン
、酢酸メチル、メチルエチルケトン、エチレングリコー
ル、蟻酸エチル、ジアセトンアルコール、ジメチルホル
ムアミドなどが用いられ、これに必要に応じて界面活性
剤などの添加剤を加えることができる。そして重合性有
機金属化合物溶液による処理は、陽極酸化皮膜を前記溶
液中に浸漬して、微細孔中等に重合性有機金属化合物を
拡散、浸透させたり、前記溶液を酸化皮膜表面に塗布し
て酸化皮膜表面に重合性有機金属化合物層を形成させた
り、あるいは真空含浸法を利用したりして行われる。

また、重合性有機金属化合物を水、もしくは水と水溶性
有機溶剤との混合液に溶解した溶液中に酸化皮膜を浸漬
し、酸化皮膜を陽極とし、適当な不活性導体を陰極とし
て直流電流を通電することによつて酸化皮膜の微細孔の
底から孔口まで充分に重合性有機金属化合物を泳動、浸
透等によつて含浸することができる。そして得られる印
刷配線基板に、より高い熱伝導性を必要とする時には、
酸化皮膜表面に付着している重合性有機金属化合物溶液
は完全に拭き取られ、より高い電気絶縁性を要する時に
は酸化皮膜の表面に付着している重合性有機金属化合物
溶液は拭きとらずそのままにされる。こうして陽極酸化
皮膜の表面、微細孔或いはスルホール等に重合性有機金
属化合物が十分付着、沈着されたならば、酸化皮膜は乾
燥され、余分な水や有機溶剤が除去される。以上のよう
にして陽極酸化皮膜の表面あるいは微細孔等に付着、沈
着した重合性有機金属化合物は、加熱などの重合手段に
よつて重合される。

この重合により、重合性有機金属化合物は緻密な有機金
属化合物ポリマーになり、酸化皮膜の表面、微細孔内や
スルーホール等に強固に固着させることができる。これ
は、重合性有機金属化合物が酸化皮膜との親和性に優れ
ていることによるものである。部品取付穴の内壁の絶縁
は本方法によれば、何ら問題なく行われる。

陽極酸化処理は、スローイングパワーが良いので、孔の
内面にも均一に酸化皮膜が形成される。これは陽極酸化
の場合、酸化皮膜が厚く成長した部分は、抵抗が大きく
なるので、電流が皮膜の薄い抵抗の少い部分に流れよう
とする。この結果皮膜の均一性が増す傾向を有するので
ある。また、有機金属化合物の通電による含浸も、含浸
が進行すると、しだいに抵抗が増して電流が流れにくく
なるので、相対的に含浸が遅い部分に電流が流れるよう
になる。このため、含浸も均一に行われるので、部品取
付穴の内面にも充分含浸される。つづいて、有機金属化
合物ポリマーが付着、含浸された陽極酸化皮膜の表面に
配線用導体が形成される。

これには無，電解メツキ法、蒸着法、イオンスパツタリ
ング法、イオンプレーテイング法などによつて直接回路
を形成するか或いは金属薄層をまず生成させ、ついで厚
み数１０μの銅、ニツケルなどの配線用導体が形成され
、目的の印刷配線基板が得られる。このようにして得ら
れた印刷配線基板の例を第１図｝よび第２図に示す。

第１図はＡｌ−Ｓｉ系合金板１の表面のアルマイト皮膜
２の微細孔３にのみ、有機金属化合物ポリマー４を充填
し、アルマイト皮膜２の表面に配線用導体５を形成した
ものであり、第２図はアルマイト皮膜２の表面に有機金
属化合物ポリマー皮膜６を形成し、このポリマー皮膜６
の表面に配線用導体５を形成したものである。以上のよ
うにして重合性有機金属化合物で処理された陽極酸化皮
膜は、微細孔が有機金属化合物ポリマーによつて実密に
埋められて訃り、他の態様では酸化皮膜表面も前記ポリ
マーで被覆されているので、非常に高い電気絶縁性が得
られる。

また、微細孔のみを前記ポリマーで埋めることができる
ので、高い熱伝導性を維持しつつ、酸化皮膜の絶縁耐圧
を大きくできる。さらに素地金属にＡｌ−Ｓｉ系合金を
用い熱膨脹率を小さくし、酸化皮膜の熱膨脹率に近づけ
たので、加熱時の酸化皮膜のクラツクの発生が防止され
、高温時の電気絶縁性が向上する。また、前記ポリマー
が金属系であるので、ポリマー自体の熱伝導性が優れ、
表面をこのポリマーで被覆された酸化皮膜も従来の一般
の樹脂で被覆された酸化皮膜に比べて高い熱伝導性を有
し、放熱性が向上する。以下、実施例に基づいてこの発
明を具体的に説明する。

実施例 １ １００１１×５０１１Ｘ２１１（７）Ｓｉ含有量１１重
量％のＡｌ−Ｓｉ系合金板の所定の位置に、壁面の縦断
面が半円孤状の最小内径が１１Ｅｌφの穴を設けついで
これを５％修酸水溶液中で陽極酸化し、約３０μｍの厚
みの陽極酸化皮膜を形成した。

これにビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シランの
２０％エタノール溶液を塗布して室温で乾燥し、１３０
℃で２時間加熱重合させ、約１０μｍの厚みの有機金属
化合物ポリマー皮膜を形成し、配線回路以外の部分をマ
スキングし、ついで０．５％の塩化パラジウム水溶液に
室温で１０分間浸漬して話性化処理を行つた後、化学ニ
ツケルメツキを施こし、配線用導体を形成し、印刷配線
基板を得た。この基板について配線用導体と素地合金と
の間の交流絶縁耐圧を測定したところ約６００Ｖであつ
た。次にこの基板を３５０℃で２０分間加熱したが酸化
皮膜には全くクラツクは発生せず、絶縁性の低下は認め
られなかつた。また、室内に１周間放置したが空気中の
水分による絶縁性の低下は見られなかつた。実施例 ２ 実施例１と同様にして３０μｍの厚みのアルマイト皮膜
を持つＡｌｌ−Ｓｉ系合金板をフエニル・トリエトキシ
シラン５０ｖ０１％、イソプロパノール４９．６ｖ０１
％、水０．４ｖ０１％の溶液中で前記合金板を陽極とし
て直流５００Ｖで１時間通電した。

この時、電流密度は初め１１ｍＡ／Ｄｍ勿終ｖで６ｍＡ
／Ｄｍ２であつた。通電後、前記合金板を溶液よ勺取う
出し、酸化皮膜表面に付着している溶液を充分拭き取り
、温風乾燥した後、１３０℃、２時間加熱して重合させ
、ついで実施例１と同様にして配線用導体を形成し、印
刷配線基板を得た。この基板について配線用導体と素地
合金との間の交流絶縁耐圧を測定したところ４００Ｖ以
上の値であつた。次に、この基板を３５０℃で２０分間
加熱したが酸化皮膜には全くクラツクが発生しなかつた
。また、室内に１週間放置したが空気中の水分による絶
縁性の低下は見られなかつた。実施例 ３ ケイ素含有量５重量％のＡｌ−Ｓｉ系合金板を用いて実
施例２と全く同様にして印刷配線基板を得た。

この基板の交流絶縁耐圧を測定したところ、７００Ｖで
あつた。また、３５０℃、２０分の加熱テスト、室内、
１週間放置テスト後でも、酸化皮膜のクラツクは全く発
生せず、基板の性能の低下は認められなかつた。実施例
４ 実施例１と同様にして、３０μの厚さの陽極酸化皮膜を
形成したアルミニウム板をチタンラクテートエチルエス
テル（Ｃ３Ｈ７Ｏ）２Ｔｉ（Ｃ５Ｈ，Ｏ，）２５０ｖ０
２％、イソプロパノール５０ｖ０１％の溶液中で真空含
浸を行つた。

ついで前記溶液からアルミニウム板を取わ出し、表面に
付着した液をぬぐい去つて温風乾燥し、１２０℃で３時
間加熱して重合処理を行つた。この試料に実施例３と同
様にして無電解ニツケルメツキを施こし交流絶縁耐圧を
測定したところ８００Ｖ以上の耐圧を得た。またこの陽
極酸化皮膜の断面をＸ線マイクロアナライザで線分析し
たところ、有機金属化合物が微細孔の最奥まで含浸され
ていることが確認された。実施例 ５実施例４に卦いて
重合性有機金属化合物としてＣＨ３Ａｌ（Ｃ４Ｈ，Ｏ）
２を用いて同様の処理を脣い、印刷配線基板を得た。

この基板について交流絶縁耐圧を測定したところ、７０
０Ｖ以上の耐圧を得た。また、室内に１週間放置後の絶
縁耐圧の低下は見られなかつた・。実施例 ６ 実施例１と同様にして、Ａｌ−Ｓｉ系合金板に厚み３０
ｔｔｍの陽極酸化皮膜を形成した。

ついで、この皮膜に対して、それぞれジルコニウムテト
ライソプロポキシド、リン酸トリｎ−ブチルエステル、
ホウ酸トリｎ−ブチルエステル、メチルゲルマニウムト
リメトキシド、ジメチルオキシエチル錫を微細孔中に真
空含浸した。ついで、２４時間．大気中に放置して加水
分解を行つたのち、１３０℃で２時間加熱して重合した
。この処理合金板にマスキング剤で不必要な部分をマス
キングしたのち、塩化錫５７／ｌ水溶液で３０秒間感受
性化し、ついで塩化パラジウム０．５Ｖ／ｌ水溶液で３
０秒間活性化処理したのち、シェーマ無電解ニツケルメ
ツキ液中で８０℃、１分間無電解メツキを行い、配線基
板を作成した。これら配線基板の交流絶縁耐圧を測定し
たところ、いずれも５００Ｖ以上であつた。以上説明し
たように、この発明の印刷配線基板の製造方法は部品取
付穴、スルーホール等をあらかじめ穿設したＡｌ−Ｓｉ
系合金板の表面に陽極酸化皮膜を形成し、ついでこの陽
極酸化皮膜の表面、微細孔中さらにはスルーホール等に
重合性有機金属化合物を付着、含浸しついで重合させた
のち、この陽極酸化皮膜表面に直接配線用導体を形成す
るものであり、素地金属に熱膨脹率の小さいＡｌ−Ｓｉ
系合金を用いるので、酸化皮膜の加熱クラツクの発生が
完全に防止でき、基板の高温時の絶縁性が大巾に向上す
る。

また、酸化皮膜の微細孔中に有機金属化合物ポリマーが
実密に充填されるので基板の湿潤時での絶縁性も向上し
、従つて酸化皮膜あるいは前記ポリマー皮膜上に直接配
線用導体を形成でき、金属基板の特質である優れた放熱
性を十分生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図卦よび第２図はこの発明によつて得られる印刷配
線基板の例を示すもので、第１図はアルマイト皮膜の微
細孔中にのみ有機金属化合物ポリマーを充填したもの、
第２図はアルマイト皮膜の表面にのみ有機金属化合物ポ
リマー皮膜を形成したものを示す概略断面図である。 １・・・Ａｌ−Ｓｉ系合金板、２・・・アルマイト皮膜
、３・・・微細孔、４・・・有機金属化合物ポリマー、
５・・・配線用導体、６・・・有機金属化合物ポリマー
皮膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 部品取付穴、スルーホール等の穴を穿設したＡｌ−
   Ｓｉ系合金板の表面に陽極酸化皮膜を形成し、ついでこ
   の陽極酸化皮膜の表面および／または微細孔中さらに前
   記穴に重合性有機金属化合物を付着、含浸し重合させた
   のち、配線用導体等を形成することを特徴とする印刷配
   線基板の製造方法。