JPS63261733A - メタル基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、金属ベースのプリント配線板等表面実装用基
板に用いられるメタル基板に関する。

〈従来の技術〉 金属ベースの表面実装用基板は、熱放散性、加工性等に
優れるため、半導体素子等を実装する基板等に多用され
ている。

このような金属ベースの表面実装用基板は、一般にメタ
ル基板上に絶縁層が形成され、その絶縁層の表面に配線
用銅箔が形成されたものである。　従来、このようなメ
タル基板としては、Ａ２基板等が一般に使用され、また
絶縁層としてはエポキシ樹脂等が使用されている。

この場合、エポキシ樹脂層とＡＩＬ基板との接着強度を
高めるため、エポキシ樹脂層は、ＡＩＬ基板の表面部分
をアルマイト層とし、そのアルマイト層上に形成される
。

しかしながら、このようなＡｌ基板を使用した表面実装
用基板は、基板にＳｉ素子等が高密度実装されて温度上
昇が起こる場合に、熱放散性が不十分なためエポキシ樹
脂層とアルマイト層との熱膨張率のミスマツチングが生
じ、エポキシ樹脂層が剥離してしまうという問題点を有
していた。　また、同様の場合に、Ｓｉ素子とへ１基板
との熱膨張率のミスマツチングにより（線膨張率：　Ｓ
　ｉ　・・・３　Ｘ　１０−６／”Ｃ１Ａ２・・・２３
Ｘ１０−６／’ｅ）、Ｓｉ素子やそのハンダ接合部にク
ラックが発生してしまうという問題点もあった。

そこで、Ｓｉ素子等発熱体の熱放散性を高めて温度上昇
を抑制するために、熱伝導の良い材料でできたヒートシ
ンクを使用してＳｉ素子等を実装することがなされてい
る。　しかし、ヒートシンクの使用によってもエポキシ
樹脂層とアルマイト層との間に剥離が生じたり、Ｓｉ素
子やそのハンダ、接合部にクラックが発生したりするこ
とを十分に阻止することはできなかった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、上記の従来技術に伴う問題点を解消す
ることにある。　即ち、Ｓｉ素子等を基板に高密度実装
しても、発熱時の温度上昇を抑制することができ、エポ
キシ樹脂層とアルマイト層とが剥離せず、Ｓｉ素子やそ
のハンダ接合部にクラックが発生しないような表面実装
用基板を得ることを可能ならしめるメタル基板を提供す
ることにある。

〈問題を解決するための手段〉 本発明者は、Ｓｉ素子等が基板に高密度実装された場合
でも絶縁層であるエポキシ樹脂層が剥離せず、Ｓｉ素子
やそのハンダ接合部にクラックが発生しないようにする
ことに関し、表面実装用基板に使用されるメタル基板に
着目して鋭意研究を続けた結果、表面にＡｌ層が形成さ
れたＣ　ｕ　／　Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ系合金／　Ｃｕの３
層構造クラッド材をメタル基板とすることにより優れた
表面実装用基板が得られることを知見し、本発明を完成
させるに至った。

すなわち、本発明によれば、Ｃｕ　／　Ｆ　ｅ　−Ｎｉ
系合金／　Ｃｕの３層構造クラッド材の両面または片面
にＡ２層が形成されていることを特徴とする表面実装用
基板用メタル基板が提供される。

上記発明においては、Ａｌ層がＣｕ　／　Ｆ　ｅ　−Ｎ
ｉ系合金／　Ｃｕの３層構造クラッド材の表面に部分的
に形成されていてもよい。

Ｆｅ−Ｎｉ系合金はＦｅ−３６％Ｎｉ合金であることが
好ましい。

Ｆｅ−Ｎｉ系合金はＣｏおよび／またはＣｒを含んでい
ることが好ましい。

以下、本発明のメタル基板を詳細に説明する。

本発明のメタル基板において、Ｃｕ層は表面実装用基板
の熱放散性を向上させる機能を有する。　これにより、
高密度実装の際の温度上昇が抑制されるので、メタル基
板上に形成された絶縁層の剥離が防止できるとともに、
表面実装用基板とＳｉ素子等との熱膨張率のミスマツチ
ングによるＳｉ素子あるいはそのハンダ接合部でのクラ
ックの発生を防止できる。

本発明のメタル基板において、Ｆｅ−Ｎｉ系合金層は表
面実装基板の熱膨張率をＳｉ素子等の熱膨張率に近づけ
る機能を有し、これにより熱膨張率のミスマツチングを
本来的に解消せんとするものである。　即ち、Ｆｅ−Ｎ
ｉ系合金は熱膨張率が従来メタル基板として使用されて
いたＡｌ１の熱膨張率（線膨張率２３ｘｌＯ−６／℃）
に比べて小さく、Ｓｉの熱膨張率（線膨張率３ｘｌＯ−
６／ｌ）に近いので、Ｆｅ−Ｎｉ系合金層を基板中に設
けることにより基板とＳｉ素子等との熱膨張率のミスマ
ツチングが生じないようにすることができる。

Ｆｅ−Ｎｉ系合金としては、Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金を使
用するのが好ましい。　Ｆｅ−Ｎｉ系合金の中でも特に
熱膨張率が小さいからである。

また、所望によりＦｅ−Ｎｉ系合金の熱膨張係数をより
小さくしたい場合には、Ｃｏを含むＦｅ−Ｎｉ系合金を
使用するのが好ましい。

例えば、温度０〜６０℃で熱膨張率を一層小さくしたい
場合には、Ｆｅ−３１％Ｎｉ−５，５％ｃｏ合金（線膨
張率：　０．５Ｘ　１０−６／”Ｃ）を使用することが
好ましく、また、温度３０〜５００℃でほぼ一定の熱膨
張率にしたい場合には、コバール（Ｆｅ−２９％Ｎｉ−
１７，５％ｃｏ合金）（線膨張率：６．０Ｘ１０〜６／
℃）を使用することが好ましい。

所望により基板に高強度が必要とされる場合には、Ｃｒ
を含むＦｅ−Ｎｉ系合金を使用するのが好ましい。　例
えば５ＵＳ３０４　（Ｆｅ−１８％Ｃｒ−８％Ｎ１）（
線膨張率：１４．４ｘｌＯ−６／℃）等が必要により好
適に使用される。

このようなＣｕ　／　Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ系合金／　Ｃｕ
の３層構造クラッド材の各層の構成比は使用目的に応じ
て任意のものとすることができるが、高密実装の場合に
はＣｕの体積率は、２０〜３０％が好ましい。　また、
その製造方法は圧延圧接法、拡散接合法、鋳込み法等を
あげることができる。

本発明のメタル基板は、上記のような３層構造クラッド
材の表面にＡｌ層が形成されたものである。

Ａ１層はメタル基板の熱膨張率の増加を招くが、その表
面部分をアルマイト層にすることにより、その上に形成
されるエポキシ樹脂等絶縁層の接着性を向上させるので
重要である。　これにより、基板に高密度実装され、温
度が上昇した場合でも絶縁層の剥離を妨げることができ
、る。

また、Ａｆｌ層は前記３層構造クラッド材のＣｕ表面を
銹等から保護する機能を有する。

Ｃｕ表面が空気中に露出していると、Ｃｕがイオン化し
て電子部品が銅イオンで汚染されたり、Ｃｕと空気中の
水分と２酸化炭素との反応によりＣｕ表面に緑色の銹（
ＣｕＣ０＋　・Ｃｕ　（Ｏ）Ｉ）　２）が生じるので好
ましくない。

なお、Ａ１層は純Ａｆｌに限らずＡｆｌを主体とするＡ
２系合金で形成されることもできる。

また、Ａ２層の厚さは０．１〜２００ｐｘｎが好ましい
。　０．１−未満だとＡ４層を酸化して形成されるアル
マイト層が不均一となり接着性が不安定となるので好ま
しくない。７一方、２００−を超えると基板の熱膨張率
が大きくなるので好ましくない。

このようなＡｕ層は上記３層構造クラッド材の両面また
は片面に形成される。　即ち表面実装用基板の両面にＳ
ｉ素子等の実装が意図され、表面実装用基板の両面に配
線用銅箔が設けられる場合にはそれに伴い、その基板の
両面に絶縁層が形成されるので、Ａｆｌ層も３層構造ク
ラッド材の両面に形成される。　一方、基板の片面にＳ
ｉ素子等の実装が意図され、配線用銅箔が設けられる場
合には、Ａｆｌ層は３層構造クラッド材に絶縁層が形成
される側の面のみに形成されてもよい。

Ａｆｌ層は必要に応じて３層構造クラッド材の表面の全
面のみならず部分的に設けられることもできる。　基板
の熱放散性を一層高くしたい場合には、Ａｕ層が部分的
に形成されることが好ましい。　これにより、第５図に
示すようにＳｉ素子等が前記３層構造クラッド材の表面
に直接実装されるので、基板の放熱効果を高めることが
できる。

ＡＪ２層の形成方法は、特に限定されないが、気相めっ
き法、圧延圧接法等により形成するのが好ましい。　こ
こで気相めっき法とは、蒸着法、スパッタリング、イオ
ンブレーティング、ＣＶＤ、またはこれに類する方法を
いう。

圧延圧接法によりＡｆｌ層を形成する場合には、３層構
造クラッド材の圧延面にＡｆｌ層を直接形成してもよい
が、形成の前処理として、圧延面表面をブラシ等で機械
的に研磨し、あるいは従来のエツチング粗面化処理を行
った後に形成してもよい。

本発明のメタル基板は、常法によりその表面に絶縁層、
配線用銅箔等が形成され、表面実装用基板として使用さ
れる。　絶縁層は、まずＡ２層にアルマイト処理を施す
ことによりアルマイト層を形成し、次に形成されたアル
マイト層上にエポキシ樹脂層等を設けることにより形成
される。　配線用銅箔は絶縁層上にサブトラクティブ法
によりあるいは熱圧着された銅箔のホトエツチング等に
より回路形成されてＳｉ素子等の実装に供される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。

（実施例１） 第１図に示すような、Ａ　Ｉｌ、　／　Ｃｕ　／　Ｆ　
ｅ　−３６％Ｎｉ合金／　Ｃｕ　／　Ａ　１の５層構造
のメタル基板であって、ＡＬＬ層１と銅層２との厚さの
合計が０．５０ｍｍ、Ｆｅ−３６％−Ｎｉ系合金層３の
厚さが０．５０ｍｍ、全板厚が１．０ｍｍのメタル基板
を圧延圧接法により製造した。　ここで、Ａｌ層１と銅
層２の厚さの比率をかえることにより、ＡＩｌ層の体積
率が５％ずつ異なるもの１１種を製造し、各メタル基板
の線膨張率を常温、常３圧で測定した。　結果を第２図
に示す。　ここでＡＩｌの体積率が５０％とは、Ａ　ｆ
ｌ　／　Ｆ　ｅ　−３６％Ｎｉ合金／ＡＩｌの板厚が０
．２５ｍｍ１０．５０ｍｒｎ１０．２５ｍｍとなり、Ｃ
ｕ層がない３層構造材であることを示している。

なお、第２図によれば、Ａ２の体積率が増加するに従っ
て線膨張率が減少しているが、これはＦｅ−３６％Ｎｉ
合金の体積率を問わず、Ａ１の体積率が増加するほど５
層構造のメタル基板のｌ膨張率が減少することを意味す
るものではない。　Ａ　ｆｌ　／　Ｃｕ　／　Ｆ　ｅ　
−３６％Ｎｉ合金／　、Ｃｕ　／　Ａ　ｆｌ、の５層構
造のメタル基板の線膨張率は、各層の線膨張率だけでな
く弾性係数の大きさにも依存するため、Ｆｅ−３６％Ｎ
ｉ合金が約５５％以下の場合には、八２の線膨張率がＣ
ｕの線膨張率より大きいにもかかわらず、Ａｉｔの体積
率がＣｕの体積率に対して増加するほど基板全体として
の線膨張率は低下することによる。

次に、Ａ　ｆｌ　／　Ｃｕ　／　Ｆ　ｅ　−３６％Ｎｉ
合金／Ｃｕ　／　Ａ　ｆｌの５層構造の各メタル基板に
ついて、表面のＡ１層を陽極酸化処理してアルマイト層
を形成し、このアルマイト層上にエポキシ樹脂と銅箔を
熱圧着してエポキシ樹脂の絶縁層を形成し、更に、ホト
エツチングにより配線用銅箔を形成して本発明のメタル
基板を使用した表面実装用基板を製造した。

この表面実装用基板にＳｉ素子としてパワーＩＣ（トラ
ンジスタ）を搭載して実際の使用に供したところ、エポ
キシ樹脂層とアルマイト層との間に剥離はなく、Ｓｉ素
子およびそのハンダ接合部にもクランクは発生しなかっ
た。

（実施例２） Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金層の厚さを０．７１４ｍｍとする
以外は実施例１と同様にしてＡ１層の体積率が異なるメ
タル基板を製造し、各メタル基板について線膨張率を測
定した。

結果を第３図に示す。

次に、実施例１と同様に表面実装して実際の使用に供し
たところ、エポキシ樹脂層とアルマイト層との間に剥離
はなく、Ｓｉ素子およびそのハンダ接合部にもクラック
は発生しなかった。

（実施例３） 厚さ０．６０ｍｍのＦｅ−３６％Ｎｉ合金の両面に厚さ
０．１４３ｍｍのＣｕ層を形成し、更に一方のＣｕ層表
面にはＡｆＬ層が厚さ０．１０ｍｍになるように、他方
のＣｕ層表面には厚さ０．０４３ｍｍになるようにクラ
ッドした５層構造材を製造し、Ａ２層の厚さ０．１０ｍ
ｍの方を化学エツチング（苛性ソー、ダ液）ＮａＯＨ水
溶液によりエツチングして、第４図に示すようにＡｆｌ
層を幅１８ｍｍに部分的に残した構造とした。

次に、この金属板に実施例１と同様にして絶縁層及び配
線用銅箔を形成し、本発明のメタル基板を使用した表面
実装用基板を製造した。

Ａ１層がない部分のＣｕ表面に直接Ｓｉ素子を搭載し、
Ａ２層のある面に形成された配線用銅箔にＳｉ素子をハ
ンダ付けして表面実装とし、実際の使用に供したところ
、エポキシ樹脂とアルマイト層との間に剥離はなく、Ｓ
ｉ素子およびそのハンダ接合部にもクラックは発生しな
かった。

（実施例４） 第１図において、Ａ　ｆｌ　／　Ｃｕ　／　Ｆ　ｅ　−
２９％Ｎｉ−１７，５％Ｃｏ合金／　Ｃｕ　／　Ａ　ｆ
ｌの５層構造でＡｆｌ、とＣｕとの厚さの合計が０．５
０ｍｍ、Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７，５％Ｃｏ合金の厚さ
が０．５０ｍｍ、全板厚が１．０ｍｍのメタル基板を圧
延圧接法により製造した。　このメタル基板の表面のＡ
２厚さ１００−のうち、３〇−厚を陽極酸化法によりア
ルマイト（Ａｆｉ□０３）層にし、その片面上にエポキ
シ樹脂（５０戸厚）と銅箔（３５戸厚）とを熱圧着し、
更に銅箔をホトエツチングし、配線回路を銅箔に形成し
、パワーＩＣ（トランジスタ）を半円付実装した。

実際の使用に供したところ、エポキシ樹脂とアルマイト
層との間に剥離もなく、パワーＩＣ素子と半円接合部に
もクラックもなく、良好な結果が得られた。

〈発明の効果〉 本発明のメタル基板は放熱性に優れているので、本発明
のメタル基板を表面実装用基板に使用することにより、
その基板にＳｉ素子等が高密度実装された場合の温度上
昇が抑制され、絶縁層の剥離を防止できる。

また、本発明のメタル基板の熱膨張率はＳｉの熱膨張率
に近いので、本発明のメタル基板を表面実装用基板に使
用することにより、基板とＳｉ素子等との熱膨張率のミ
スマツチングが解消され、Ｓｉ素子やそのハンダ接合部
のクラックの発生をなくすことができる。

さらに、本発明のメタル基板は表面にＡＩＬ層を有して
いるので、その表面に形成される絶縁層の接着性が優れ
たものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す５層構造のメタル基板
の断面図である。 第２図及び第３図は、本発明のＡ　１１　／　Ｃｕ　／
Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金／　Ｃｕ　／　Ａ　ｌの５層構造
のメタル基板のＡ２の体積率と線膨張率との関係を示す
特性図である。 第４図は、Ａ１層が部分的に形成された態様の本発明の
メタル基板の斜視図である。 第５図は、Ａ２層が部分的に形成された態様の本発明の
メタル基板を使用した表面実装用基板の使用状態図であ
る。 符号の説明 １・−Ａｌ１層、 ２−−−　Ｃｕ層、 ３　＝　Ｆ　ｅ　−Ｎ　ｉ系合金層、 ４・−絶縁層、 ５・・・配線用銅箔、 ６・・・Ｓｉ素子 特許出願人　　日立電線株式会社 Ｆｆ（３，１ Ｆ　Ｉ　Ｇ、２ Ａ１の体積子（％） Ｆｆ３．３ Ａ１の体才會＋（％）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ系合金／Ｃｕの３層構造クラッ
   ド材の両面または片面にＡｌ層が形成されていることを
   特徴とする表面実装用基板用メタル基板。
2. （２）前記Ａｌ層が、前記Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ系合金／Ｃ
   ｕの３層構造クラッド材の表面に部分的に形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のメタ
   ル基板。
3. （３）前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金がＦｅ−３６％Ｎｉ合金で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載のメタル基板。
4. （４）前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金がＣｏおよび／またはＣｒ
   を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載のメタル基板。