JPWO2011161902A1 - 金属ベース基板を構成する樹脂層の形成に用いる樹脂組成物、金属ベース基板、及び金属ベース基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
金属板、金属箔、及び前記金属板と前記金属箔との間に配置された樹脂層を備える金属ベース基板のうち前記樹脂層の形成に用いる樹脂組成物であって、
(A)重量平均分子量が4.0×104〜4.9×104のビスフェノールA型フェノキシ樹脂と、
(B)無機充填剤と、
(C)シランカップリング剤と、を含み、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(C)シランカップリング剤の含有量を、c質量%とし、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(B)無機充填剤の含有量をb質量%としたとき、
5×10−2<c−(b×1/100)<11
を満たす樹脂組成物。
[2]
[1]に記載の樹脂組成物において、
前記金属板がアルミニウム板である、樹脂組成物。
[3]
[1]または[2]に記載の樹脂組成物において、
前記無機充填剤が水酸化アルミニウムまたはアルミナである、樹脂組成物。
[4]
[1]から[3]のいずれか1項に記載の樹脂組成物において、
前記フェノキシ樹脂の含有量は、前記樹脂組成物の合計値100質量%に対して10重量%以上40重量%以下である、樹脂組成物。
[5]
[1]から[4]のいずれか1項に記載の樹脂組成物において、
エポキシ樹脂をさらに含む、樹脂組成物。
[6]
[5]に記載の樹脂組成物において、
前記エポキシ樹脂が(D)ビスフェノールA型エポキシ樹脂である、樹脂組成物。
[7]
金属板、金属箔、及び前記金属板と前記金属箔との間に配置された樹脂層を備え、
前記樹脂層が[1]から[6]のいずれか1項に記載の樹脂組成物である、
金属ベース基板。
[8]
[7]に記載の金属ベース基板において、
121℃、湿度100%、96時間の条件でのPCT処理後の絶縁抵抗値/PCT処理前の絶縁抵抗値が10−3以上10−1以下である、金属ベース基板。
[9]
シランカップリング剤で表面処理されていない金属板を準備する工程と、
前記シランカップリング剤で表面処理されていない金属板の少なくとも一面上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層上に金属箔を形成する工程と、を有し、
前記樹脂層は、
(A)重量平均分子量が4.0×104〜4.9×104のビスフェノールA型フェノキシ樹脂と、
(B)無機充填剤と、
(C)シランカップリング剤と、を含み、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(C)シランカップリング剤の含有量を、c質量%とし、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(B)無機充填剤の含有量をb質量%としたとき、
5×10−2<c−(b×1/100)<11
を満たす、金属ベース基板の製造方法。
[10]
[9]に記載の金属ベース基板の製造方法において、
前記(B)無機充填剤が、平均粒径D50が3μm以上5μm以下である単分散のアルミナを含む、金属ベース基板の製造方法。
本発明の樹脂組成物は、金属板、金属箔、及びこれらの金属板と金属箔との間に配置された樹脂層を備える金属ベース基板のうち当該樹脂層の形成に用いる樹脂組成物である。このような樹脂組成物は、(A)重量平均分子量が4.0×104〜4.9×104のビスフェノールA型フェノキシ樹脂、(B)無機充填剤、及び(C)シランカップリング剤を含み、かつ、5×10−2<c−(b×1/100)<11を満たすことにより特定される。
以下、詳述する。
(A)フェノキシ樹脂を樹脂層に含むことにより、樹脂層と金属板との密着性が向上するだけでなく、プレス時に、流動性が改善され、ボイド等なく成形することが可能となる。また分子量が4.0×104〜4.9×104であることにより、次の効果が得られる。第1に、低弾性率化が可能となり、金属ベース基板に用いると応力緩和性にも優れることになる。例えば、本発明の樹脂組成物を用いた金属ベース基板を利用して、電子部品等を実装した半導体装置を製造した場合、当該半導体装置は、急激な加熱/冷却の環境下においても、電子部品と金属ベース基板を接合する半田接合部、またはその近傍で、クラック等の不良が発生することが抑制されることになる。
なお、樹脂組成物全体とは、例えば、溶剤等を用いたワニスの場合は、溶剤を除く固形を意味し、液状エポキシ、カップリング剤等の液状成分は、樹脂組成物に含まれる。
結晶性シリカまたは非晶性シリカは、プレッシャークッカテスト等の水蒸気雰囲気下で絶縁性が高く、金属、アルミ線、アルミ板等の腐食が少ない点で好適である。
一方、難燃性の観点からは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが好ましい。
さらに、溶融粘度調整やチクトロピック性の付与の目的においては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカが好ましい。
上記中、c(質量%)は、樹脂組成物の合計量100質量%に対する(C)シランカップリング剤の含有量を示し、b(質量%)は、樹脂組成物の合計量100質量%に対する(B)無機充填剤の含有量を示すものとする。
上記式中[c−(b×1/100)]は、(B)無機充填剤の表面に付着せずに、樹脂組成物中に存在している(C)シランカップリング剤(すなわち、樹脂組成物中の遊離している(C)シランカップリング剤)の含有量を示す。
まず、(C)シランカップリング剤は、分子内に有機材料及び無機材料と結合する官能基を合わせ持っている。この(C)シランカップリング剤を介して、無機材料と有機材料とが結合されることになる。
(C)シランカップリング剤は、本技術分野において、(B)無機充填剤と樹脂組成物との接着に用いられており、(B)無機充填剤の表面に処理されることになる。このため、(C)シランカップリング剤の処理量((C)シランカップリング剤の樹脂組成物全体に対する含有量)は、(B)無機充填剤の含有量に応じて、決定されることになる。
通常、(C)シランカップリング剤の処理量は、(B)無機充填剤の合計量100質量%に対して0.5〜1質量%程度であることが知られている。
したがって、上記式中の(b×1/100)は、(B)無機充填剤に対する(C)シランカップリング剤の一般的な処理量を示す。そして、(C)シランカップリング剤の全量cから、(C)シランカップリング剤の処理量(b×1/100)を差し引くことにより、前述のとおり、樹脂組成物中の遊離している(C)シランカップリング剤の含有量[c−(b×1/100)]を見積もることができる。
本発明において、樹脂組成物中の遊離している(C)シランカップリング剤の含有量を特定の範囲とすることにより、金属板と樹脂層との密着性、及びヒートサイクル特性のバランスを実現することができる。すなわち、樹脂組成物中の遊離している(C)シランカップリング剤の含有量として、下限値は好ましくは5×10−2質量%以上、より好ましくは1×10−1質量%以上、さらに好ましくは5×10−1質量%以上であり、上限量は、特に限定されないが、例えば、好ましくは11質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは9質量%以下である。
また、樹脂組成物中の遊離している(C)シランカップリング剤の含有量を上限値以下とすることにより、シランカップリング剤が加水分解されて、半田耐熱性が低下することが抑制される。
これに対して、本発明においては、[c−(b×1/100)]>0.05となる。これにより、金属板と樹脂層との密着性を高め、金属ベース基板の絶縁性特性を向上させることが可能となる。
前述した樹脂組成物を用いた樹脂付き金属箔は、樹脂組成物からなる樹脂層を金属箔上に形成することにより得られる。
まず、樹脂層を形成するため本発明の樹脂組成物を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、シクロヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンシクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、セルソルブ系、カルビトール系、アニソール等の有機溶剤中で、超音波分散方式、高圧衝突式分散方式、高速回転分散方式、ビーズミル方式、高速せん断分散方式、および自転公転式分散方式などの各種混合機を用いて溶解、混合、撹拌して樹脂ワニスを作製する。
塗工装置は、特に限定されないが、例えば、ロールコーター、バーコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ダイコーター、コンマコーターおよびカーテンコーターなどを用いることができる。これらの中でも、ダイコーター、ナイフコーター、およびコンマコーターを用いる方法が好ましい。これにより、ボイドがなく、均一な絶縁層の厚みを有する樹脂付き金属箔を効率よく製造することができる。
このような金属ベース基板に半導体素子、抵抗部品等を表面実装した場合、部材間の歪が大きくなることを抑制し、十分な熱衝撃信頼性を得ることができる。また、樹脂層の厚さを250μmとすることにより、金属ベース基板の表面実装部分における歪量が少なくなり、良好な熱衝撃信頼性を得ることができるとともに、熱抵抗が低減し十分な放熱性を得ることができる。
また、金属箔としては、キャリア箔付き極薄金属箔を用いることもできる。キャリア箔付き極薄金属箔とは、剥離可能なキャリア箔と極薄金属箔とを張り合わせた金属箔である。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることで絶縁層の両面に極薄金属箔層を形成できることから、例えば、セミアディティブ法などで回路を形成する場合、無電解メッキを行うことなく、極薄金属箔を直接給電層として電解メッキすることで、回路を形成後、極薄銅箔をフラッシュエッチングすることができる。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることによって、厚さ10μm以下の極薄金属箔でも、例えばプレス工程での極薄金属箔のハンドリング性の低下や、極薄銅箔の割れや切れを防ぐことができる。
本発明の金属ベース基板は、金属板、金属箔及び、これらの金属板と金属箔との間に配置された樹脂層を備え、当該樹脂層は上記の樹脂組成物で構成されるものである。
このような金属ベース基板は、例えば、121℃、湿度100%、96時間の条件でのPCT処理後の絶縁抵抗値/PCT処理前の絶縁抵抗値が10−3以上10−1以下であることにより特定されてもよい。前述の通り樹脂組成物が(A)フェノキシ樹脂を有しているので、本発明の金属ベース基板は絶縁特性に優れることになる。
多層にする場合は、前記金属ベース基板に回路形成後、さらに樹脂付き金属箔を積層し、前記同様エッチングすることにより回路形成することにより多層の金属ベース基板を得ることができる。なお、最外層にソルダーレジストを形成し、露光・現像により半導体素子や電子部品が実装できるよう接続用電極部を露出させても良い。
このように、本発明は、樹脂組成物中に遊離している(C)シランカップリング剤の含有量を充分に確保し、さらに高分子の(A)フェノキシ樹脂を併用することにより、金属板にシランカップリング剤を処理する工程を省略することができるので、工程の簡略化を図ることができる。
また、本発明の樹脂組成物は、金属板との密着性に優れるため、長期絶縁信頼性試験において、良好な絶縁抵抗を示し、絶縁信頼性を有することができる。
実施例及び比較例において用いた原材料は以下の通りである。
(1)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学製、1255、重量平均分子量4.8×104)
(2)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YP−55U、重量平均分子量4.2×104)
(3)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC製、850S、エポキシ当量190)
(4)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学製、1001、エポキシ当量475)
(5)ジシアンジアミド(デグサ製)
(6)フェノールノボラック樹脂(DIC製、TD−2010、水酸基当量105)
(7)2−フェニルイミダゾール(四国化成製、2PZ)
(8)γ−グリシドキシプロピルトリトメキシシラン(信越シリコーン製、KBM−403)
(9)水酸化アルミニウム(昭和電工製、HP−360)
(10)アルミナ(電気化学工業製、AS−50)
(11)窒化ホウ素(電気化学工業製、SPG−3)
(12)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YD−020H、重量平均分子量1.0×104)
(13)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YP−50、重量平均分子量5.0×104)
(14)シリコーン樹脂(モメンティブパフォーマンズ製XE14−A0425(A)、ポリアルキルアルケニルシロキサン)
(15)シリコーン樹脂(モメンティブパフォーマンズ製XE14−A0425(B)、ポリアルキル水素シロキサン)
(1)樹脂ワニスの調製
ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学製、1255、重量平均分子量4.8×104)22.0重量%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC製、850S、エポキシ当量190)10.0重量%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学製、1001、エポキシ当量475)15.0重量部、2−フェニルイミダゾール(四国化成製2PZ)1.0重量部、シランカップリング剤としてγ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン製KBM−403)2.0重量部、水酸化アルミニウム(昭和電工製、HP−360、粒径3.0μm)50.0重量部をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、樹脂組成物が固形分基準で70重量%のワニスを得た。
金属箔として、厚さ70μmの銅箔(古河サーキットホイル製、GTSMP)を用い、銅箔の粗化面に樹脂ワニスをコンマコーターにて塗布し、100℃で3分、150℃で3分加熱乾燥し、樹脂厚100μmの樹脂付き銅箔を得た。
前記樹脂付き銅箔と金属板として2mm厚のアルミニウム板を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧30kg/cm2で80℃30分、200℃90分の条件下で、プレスし金属ベース基板を得た。
表1、及び表2に記載の配合表に従い樹脂ワニスを調製した以外は、実施例A1と同様に樹脂ワニスを調製し、樹脂付き銅箔、金属ベース基板を作製した。
また、各実施例および比較例により得られた金属ベース基板について、次の各評価を行った。評価結果を表1、及び表2に示す。
実施例及び比較例において用いた原材料は以下の通りである。
(1)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学製、1255、重量平均分子量4.8×104)
(2)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YP−55U、重量平均分子量4.2×104)
(3)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC製、850S、エポキシ当量190)
(4)ビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC製、830S、エポキシ当量170)
(5)ジシアンジアミド(デグサ製)
(6)2−フェニルイミダゾール(四国化成製、2PZ)
(7)γ−グリシドキシプロピルトリトメキシシラン(信越シリコーン製、KBM−403)
(8)アルミナ(日本軽金属製、LS−210、平均粒径3.6μm)
(9)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YD−020H、重量平均分子量1.0×104)
(10)ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(新日鐵化学製、YP−50、重量平均分子量5.0×104)
(1)樹脂ワニスの調製
ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学製、1255、重量平均分子量4.8×104)6.7重量%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC製、850S、エポキシ当量190)8.4重量%、ジシアンジアミド(デグサ製)0.4重量%、2−フェニルイミダゾール(四国化成製2PZ)0.1重量%、シランカップリング剤としてγ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン製KBM−403)1.0重量%、アルミナ(日本軽金属製、LS−210B、粒径3.6μm)83.4重量%をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、樹脂組成物が固形分基準で70重量%のワニスを得た。
金属箔として、厚さ70μmの銅箔(古河サーキットホイル製、GTSMP)を用い、銅箔の粗化面に樹脂ワニスをコンマコーターにて塗布し、100℃で3分、150℃で3分加熱乾燥し、樹脂厚100μmの樹脂付き銅箔を得た。
前記樹脂付き銅箔と金属板として2mm厚のアルミニウム板を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧30kg/cm2で80℃30分、200℃90分の条件下で、プレスし金属ベース基板を得た。
表3、及び表4に記載の配合表に従い樹脂ワニスを調製した以外は、実施例1と同様に樹脂ワニスを調製し、樹脂付き銅箔、金属ベース基板を作製した。
また、各実施例および比較例により得られた金属ベース基板について、次の各評価を行った。評価結果を表3、及び表4に示す。
上述の各評価について、評価方法を以下に示す。
前記実施例、及び比較例で得られた金属ベース基板から100mm×20mmの試験片を作製し、23℃における金属ベース基板と樹脂層とのピール強度を測定した。
尚、ピール強度測定は、JIS C 6481に準拠して行った。
得られた金属ベース基板を50mm×50mmにグラインダーソーでカットした後、エッチングにより銅箔を1/4だけ残した試料を作製し、JIS C 6481に準拠して評価した。評価は、前処理をしない場合と、前処理をしない場合と、121℃、100%、(PCT処理)を4時間行った後の場合において、288℃の半田槽に30秒間浸漬した後で外観の異常の有無を調べた。
評価基準:異常なし
:膨れあり(全体的にフクレの箇所がある)
前記金属ベース基板の樹脂層の絶縁抵抗値を、絶縁抵抗測定器を用いて測定した。
測定は、室温において交流電圧を銅箔とアルミニウム板間に印加し、行った。評価は、前処理をしないで測定する場合、および121℃、100%、(PCT処理)を96時間行った後に測定する場合の2種類で行った。
得られた金属ベース基板の密度を水中置換法により測定し、また、比熱をDSC(示差走査熱量測定)により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。
そして、熱伝導率を以下の式から算出した。
熱伝導率(W/m・K)=密度(kg/m3)×比熱(kJ/kg・K)×熱拡散率(m2/S)×1000
得られた金属ベース配線基板を、−40℃7分〜+125℃7分を1サイクルとして5000回のヒートサイクル試験を行った後、顕微鏡で半田部分のクラックの有無を観察した。半田部分のクラックの発生が10%以上あるものは不良とし、半田クラックの発生が10%未満のものを良好と判定した。
評価基準:良好
:不良(クラック発生率10%以上)
Claims (10)
- 金属板、金属箔、及び前記金属板と前記金属箔との間に配置された樹脂層を備える金属ベース基板のうち前記樹脂層の形成に用いる樹脂組成物であって、
(A)重量平均分子量が4.0×104〜4.9×104のビスフェノールA型フェノキシ樹脂と、
(B)無機充填剤と、
(C)シランカップリング剤と、を含み、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(C)シランカップリング剤の含有量を、c質量%とし、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(B)無機充填剤の含有量をb質量%としたとき、
5×10−2<c−(b×1/100)<11
を満たす樹脂組成物。 - 請求項1に記載の樹脂組成物において、
前記金属板がアルミニウム板である、樹脂組成物。 - 請求項1または2に記載の樹脂組成物において、
前記無機充填剤が水酸化アルミニウムまたはアルミナである、樹脂組成物。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の樹脂組成物において、
前記フェノキシ樹脂の含有量は、前記樹脂組成物の合計値100質量%に対して10重量%以上40重量%以下である、樹脂組成物。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の樹脂組成物において、
エポキシ樹脂をさらに含む、樹脂組成物。 - 請求項5に記載の樹脂組成物において、
前記エポキシ樹脂が(D)ビスフェノールA型エポキシ樹脂である、樹脂組成物。 - 金属板、金属箔、及び前記金属板と前記金属箔との間に配置された樹脂層を備え、
前記樹脂層が請求項1から6のいずれか1項に記載の樹脂組成物である、
金属ベース基板。 - 請求項7に記載の金属ベース基板において、
121℃、湿度100%、96時間の条件でのPCT処理後の絶縁抵抗値/PCT処理前の絶縁抵抗値が10−3以上10−1以下である、金属ベース基板。 - シランカップリング剤で表面処理されていない金属板を準備する工程と、
前記シランカップリング剤で表面処理されていない金属板の少なくとも一面上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層上に金属箔を形成する工程と、を有し、
前記樹脂層は、
(A)重量平均分子量が4.0×104〜4.9×104のビスフェノールA型フェノキシ樹脂と、
(B)無機充填剤と、
(C)シランカップリング剤と、を含み、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(C)シランカップリング剤の含有量を、c質量%とし、
前記樹脂組成物の合計量100質量%に対する前記(B)無機充填剤の含有量をb質量%としたとき、
5×10−2<c−(b×1/100)<11
を満たす、金属ベース基板の製造方法。 - 請求項9に記載の金属ベース基板の製造方法において、
前記(B)無機充填剤が、平均粒径D50が3μm以上5μm以下である単分散のアルミナを含む、金属ベース基板の製造方法。
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