(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合物シートと、前記混合物シートの一方の面に設けられた第１の金属箔配線パターンと、前記混合物シートの他方の面に設けられた第２の金属箔配線パターンと、前記混合物シートに設けられ、前記第１の金属箔配線パターンと前記第２の金属箔配線パターンと電気的に接続するビアホールとを備え、
前記混合物シートは無機質フィラー７０〜９５重量部、熱硬化性樹脂組成物５〜３０重量部とを含み、前記混合物シートの熱膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃であり、かつ前記混合物シートの熱伝導率が１〜１０Ｗ／ｍＫであり、前記混合物シートに、さらにカップリング剤、分散剤、着色剤及び離型剤から選ばれた少なくとも１種を添加したことを特徴とする熱伝導基板。
【請求項２】
前記熱伝導基板の抗折強度が１０Ｋｇｆ／ｍｍ2以上である請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項３】
前記熱伝導基板の抗折強度が１０〜２０Ｋｇｆ／ｍｍ2の範囲である請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項４】
前記ビアホールに導電性樹脂組成物が充填されているか又はメッキによるスルーホールが形成されている請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項５】
前記導電性樹脂組成物が、銀、銅及びニッケルから選ばれる少なくとも一つの金属粉を７０〜９５重量部と、熱硬化樹脂および硬化剤を５〜３０重量部含む請求項４に記載の熱伝導基板。
【請求項６】
前記配線パターンが片面粗面化された面を有する１２〜２００μｍ厚みの銅箔である請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項７】
前記無機質フィラーが、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも１種のフィラーである請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項８】
前記無機質フィラーの平均粒子直径が０．１〜１００μｍの範囲である請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項９】
前記熱硬化樹脂組成物の主成分が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂である請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項１０】
前記熱硬化樹脂組成物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分とし、さらに硬化剤としてビスフェノールＡ型ノボラック樹脂と、硬化促進剤としてイミダゾールを含む請求項１に記載の熱伝導基板。
【請求項１１】
前記臭素化された多官能エポキシ樹脂が６０〜８０重量部の範囲、硬化剤としてビスフェノールＡ型ノボラック樹脂が１８〜３９．９重量部の範囲、硬化促進剤としてイミダゾールが０．１〜２重量部の範囲である請求項１０に記載の熱伝導基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂と無機フィラーの混合物により放熱性を向上させた回路基板に関し、特に、パワー用エレクトロニクス実装のための高放熱樹脂基板（熱伝導基板）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体の高密度、高機能化が要請されている。これによりそれらを実装するため回路基板もまた小型高密度なものが望まれている。その結果、回路基板の放熱を考慮した設計が重要となってきている。回路基板の放熱性を改良する技術として、従来のガラス−エポキシ樹脂によるプリント基板に対し、アルミニウムなどの金属基板を使用し、この金属基板の片面もしくは両面に絶縁層を介して回路パターンを形成する金属ベース基板が知られている。またより高熱伝導性を要求される場合は、アルミナや窒化アルミなどのセラミック基板に銅板をダイレクトに接合した基板が利用されている。比較的小電力な用途には、金属ベース基板が一般的に利用されるが、熱伝導を良くするため絶縁層が薄くなければならず、金属ベース間でノイズの影響を受けることと、絶縁耐圧に課題を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の金属ベース基板およびセラミック基板は、性能およびコストの面で両立させることが難しいため、近年熱可塑性樹脂に熱伝導性フィラーを充填した組成物を電極であるリードフレームと一体化した射出成形による熱伝導モジュールが提案されている。この射出成形熱伝導モジュールは、セラミック基板によるそれと比べ機械的強度の面で優れている反面、熱可塑性樹脂に放熱性を付与するための無機フィラーを高濃度に充填することが困難であるため、放熱性が悪い。これは熱可塑性樹脂を高温で溶融させフィラーと混練する際、フィラー量が多いと溶融粘度が急激に高くなり混練できないばかりか射出成形すらできなくなるからである。また充填させるフィラーが研磨剤として作用し、成形金型を摩耗させ多数回の成形が困難となる。そのため充填フィラー量に限界が生じセラミック基板の熱伝導に対し低い性能しか得られないという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、無機フィラーを高濃度に充填することが可能で、しかも簡易な工法によって作製される熱伝導モジュールが可能で、さらに基板の平面方向の熱膨脹係数が半導体と近く、放熱性に優れた熱伝導基板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の熱伝導基板は、混合物シートと、前記混合物シートの一方の面に設けられた第１の金属箔配線パターンと、前記混合物シートの他方の面に設けられた第２の金属箔配線パターンと、前記混合物シートに設けられ、前記第１の金属箔配線パターンと前記第２の金属箔配線パターンと電気的に接続するビアホールとを備え、
前記混合物シートは無機質フィラー７０〜９５重量部、熱硬化性樹脂組成物５〜３０重量部とを含み、前記混合物シートの熱膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃であり、かつ前記混合物シートの熱伝導率が１〜１０Ｗ／ｍＫであり、前記混合物シートに、さらにカップリング剤、分散剤、着色剤及び離型剤から選ばれた少なくとも１種を添加したことを特徴とする。
【０００７】
前記本発明の熱伝導基板においては、熱伝導基板の抗折強度が１０Ｋｇｆ／ｍｍ2以上であることが好ましい。前記範囲であれば実用的な機械的強度となる。ここで抗折強度とは、下記の測定により行う。
【０００８】
抗折強度の評価は、ＪＩＳ  Ｒ−１６０１（ファインセラミックの曲げ強さ試験方法）により定義された方法で評価した。評価方法は、一定寸法に加工した基板材料を試験片とし、一定距離に配置された２支点上に置き、支点間の中央の１点に荷重を加えて折れたときの、最大曲げ応力を計測することで求められる。３点曲げ強さとも呼ばれる。
試験片の形状および寸法
全長  Ｌｒ：３６ｍｍ
幅      ｗ：４．０±０．１ｍｍ
厚さ    ｔ：３．０±０．１ｍｍ
曲げ強度の計算（３点曲げの場合）
σ＝３ＰＬ／２ｗｔ2
ここに  σ：３点曲げ強さ（ｋｇｆ／ｍｍ2)
Ｐ：試験片が破壊したときの最大荷重（ｋｇｆ）
Ｌ：下部支点間距離（ｍｍ）
ｗ：試験片の幅（ｍｍ）
ｔ：試験片の厚み（ｍｍ）
また前記本発明の熱伝導基板においては、熱伝導基板の抗折強度が１０〜２０Ｋｇｆ／ｍｍ2の範囲であることが好ましい。
【０００９】
前記ビアホールに導電性樹脂組成物が充填されているか又はメッキによるスルーホールが形成されていることが好ましい。
【００１０】
前記導電性樹脂組成物が、銀、銅及びニッケルから選ばれる少なくとも一つの金属粉を７０〜９５重量部と、熱硬化樹脂および硬化剤を５〜３０重量部含むことが好ましい。前記配線パターンが片面粗面化された面を有する１２〜２００μｍ厚みの銅箔であることが好ましい。
【００１１】
また前記本発明の熱伝導基板においては、無機質フィラーが、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ及びＡｌＮから選ばれた少なくとも１種のフィラーであることが好ましい。これらのフィラーは熱伝導性に優れるからである。
【００１２】
前記無機質フィラーの平均粒子直径が０．１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００１３】
前記熱硬化樹脂組成物の主成分が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂であることが好ましい。
【００１４】
前記熱硬化樹脂組成物が臭素化された多官能エポキシ樹脂を主成分とし、さらに硬化剤としてビスフェノールＡ型ノボラック樹脂と、硬化促進剤としてイミダゾールを含むことが好ましい。
【００１５】
前記臭素化された多官能エポキシ樹脂が６０〜８０重量部の範囲、硬化剤としてビスフェノールＡ型ノボラック樹脂が１８〜３９．９重量部の範囲、硬化促進剤としてイミダゾールが０．１〜２重量部の範囲であることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記本発明の熱伝導基板用シート状物においては、半硬化又は部分硬化状態が、粘度：１０2〜１０5（Ｐａ・ｓ）の範囲であることが好ましい。可撓性と加工性にさらに優れるから所望の形に成型・加工が容易となる。特に好ましくは、半硬化又は部分硬化状態が、粘度：１０3〜１０4（Ｐａ・ｓ）の範囲である。
【００１８】
ここでいうシート状物の粘度とは、以下の測定方法による。
【００１９】
測定は、粘弾性測定装置（動的粘弾性測定装置ＭＲ−５００、（株）レオロジ製）を用いる。シート状物を所定の寸法に加工し、コーン径１７．９７ｍｍ、コーン角１．１５ｄｅｇのコーンプレートに挟み、サンプルに捩り方向の正弦波振動を与え、それにより生じたトルクの位相差などを計算し粘度を算出することで得られる。本シート状物の評価では１Ｈｚの正弦波で歪み量０．１ｄｅｇ、荷重５００ｇで２５℃における値を求めた。
【００２０】
以下、本発明の一実施例によるベアチップ実装用の熱伝導基板（片面配線、両面配線、多層配線基板）を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本発明の参考例による熱伝導シート状物の構成を示す断面図である。図１において熱伝導シート状物１００は、離型性フィルム１０１上に、造膜されている。その形成方法は、少なくとも無機質フィラーと熱硬化樹脂組成物と１５０℃以上の沸点を有する溶剤および１００℃以下の沸点を有する溶剤からなる混合物スラリーを準備し、前記離型フィルム１０１上に造膜される。造膜の方法は、既存のドクターブレード法やコーター法さらには押し出し成形法が利用できる。そして、前記造膜されたスラリーの前記１００℃以下の沸点を有する溶剤のみを乾燥することで可撓性を有する熱伝導シート状物を得ることができる。
【００２２】
また同様に、少なくとも無機質フィラーと室温で固形の熱硬化樹脂と室温で液状の熱硬化樹脂組成物および１００℃以下の沸点を有する溶剤の混合物スラリーを準備し、前記と同様に離型フィルム１０１上に造膜し、前記溶剤を乾燥することでも可撓性を有する熱伝導シート状物を得ることができる。
【００２３】
前記熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びシアネート樹脂を挙げることができる。また前記無機フィラーとしては、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮを挙げることができる。前記１５０℃以上の沸点を有する溶剤としては、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテートを挙げることができる。
【００２４】
また前記室温で液状の熱硬化樹脂としては、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、および液状フェノール樹脂を挙げることができる。
【００２５】
さらに前記１００℃以下の沸点を有する溶剤としては、メチルエチルケトン、イソプロパノール、トルエンを挙げることができる。また必要であれば、熱伝導シート状物組成物にさらにカップリング剤、分散剤、着色剤、離型剤を添加することも可能である。
【００２６】
また、上記したように１５０℃以下の沸点を有する溶剤を添加することや室温で液状の熱硬化樹脂を添加し、１００℃以下の沸点を有する溶剤を乾燥することで、適度な粘度（１０2〜１０5Ｐａ・ｓ）の半硬化又は部分硬化状態の熱伝導基板用シート状物が得られる。１０2Ｐａ・ｓ以下の粘度では、シート状物の粘着性が強すぎ離型フィルムから剥がせないばかりか、加工後の変形量が大きいので作業性が悪い。また、１０5Ｐａ・ｓ以上の粘度では、可撓性がなく室温での加工が困難となる。望ましくは１０3〜１０4Ｐａ・ｓの範囲の粘度が作業性、加工性の面で最適である。
【００２７】
この熱伝導シート状物を硬化させた基板本体として用いた熱伝導基板は、無機フィラーを大量に充填することができるので熱膨脹係数が半導体とほぼ同様にすることができるだけでなく、放熱性に優れた基板となる。
【００２８】
参考例である図２Ａ〜Ｅは、前記熱伝導シート状物１００を用いて作製される熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図である。図２Ａにおいて、２００は前記のようにして作製された熱伝導シート状物であり、図２Ｂの２０１は、配線を形成するリードフレームである。リードフレーム２０１は、銅板を所望の形状に金型により打抜いて得ることもできるし、エッチング法で形成することも可能である。加工されたリードフレームの表面はニッケルメッキにより処理され、銅の酸化を防止したものが一般的に使用される。
【００２９】
図２Ｃは、リードフレーム２０１と前記熱伝導シート状物２００を重ね合せたものである。
【００３０】
図２Ｄはリードフレームと熱伝導シート状物を加熱加圧し、リードフレームの表面まで熱伝導シート状物の可撓性を利用して熱伝導シート状物を充填し、さらに前記熱伝導シート状物の中の熱硬化樹脂を硬化させた状態を示している。次に図２Ｅは硬化後の熱伝導基板のリードフレームの必要部分を残してカットし、さらに取り出し電極とするためリードフレームを垂直に曲げ加工したものである。これにより熱伝導基板が作製される。その後半田による部品実装や、絶縁樹脂の充填などの工程があるが、ここでは本質ではないので省略している。
【００３１】
図３（参考例）は図２により作製される熱伝導基板のリードフレーム接着面の反対側にさらに放熱性金属板３０２を形成したものである。
【００３２】
図４Ａ〜Ｆは、前記方法とは異なる両面配線を有する熱伝導基板の形成方法を示している。図４Ａでは、離型性フィルム４０１上に造膜された熱伝導シート状物４００を示している。図４Ｂは、上記熱伝導シート状物４００の離型性フィルム４０１側から貫通穴４０２が形成されている。貫通穴の形成は、炭酸ガスやエキシマなどによるレーザー加工法や金型による加工さらには、ドリルによって形成することができる。レーザビームで穴あけ加工すると、微細なピッチで穴あけでき、しかも削り屑が出ないため好ましい。次の図４Ｃは、前記貫通穴４０２に導電性樹脂組成物４０３が充填されている。前記導電性樹脂組成物としては、例えば銅粉，エポキシ樹脂，及びエポキシ樹脂の硬化剤を混合してなる導電性ペーストを挙げることができる。図４Ｄは、さらに金属箔４０４を両面に重ねあわせる。この状態で加熱加圧し、図４Ｅのように前記熱伝導シート状物を硬化させ、最後に図４Ｆに示すように両面の金属箔を加工し、配線パターン４０５が得られる。これにより両面に配線パターンを有する熱伝導基板を得ることができる。この時、金属箔の代りに前述のリードフレームを用いることも可能であり、その際最後の配線パターン形成を省略することが可能となる。
【００３３】
図５は図４により作製される熱伝導基板の両面の電気的接続方法が、導電性樹脂組成物によらず、加熱加圧による硬化後に貫通穴加工を行い、その後銅メッキ法により層間接続を行う方法により作製された熱伝導基板の断面図を示したものである。５０１は貫通穴に形成された銅メッキ層、５０２は配線パターン、５００は前記熱伝導シート状物を硬化させた熱伝導基板を示している。
【００３４】
図６は本発明の一実施例による熱伝導性多層配線基板の作製方法を示す工程別断面図である。図６Ａ〜Ｃは図４に示した熱伝導シート状物に貫通穴加工し、導電性樹脂組成物を充填したものとまったく同じである。図６Ｄ、ＦおよびＧは上記導電性樹脂組成物６０３を充填した熱伝導シート状物であり、さらにその片面に導電性樹脂組成物６０３を用いて配線パターン６０４を形成したものである。配線パターンの形成方法は、スクリーン印刷法や凹版オフセット印刷などにより形成することができる。図６Ｅは前記導電性樹脂組成物による配線パターンが形成されていない。
【００３５】
図６Ｈは、前記の図６Ｅ〜Ｇに示す熱伝導シート状物を図のように重ねさらにその両面に金属箔６０５を重ねたものである。図６Ｉはこれを加熱加圧し、前記各々の熱伝導シート状物を硬化接着させたものであり、図６Ｊは、最後に最上層の配線パターン６０６を形成したものである。ここでの配線パターンの形成はエッチング法により行われる。エッチング法は、一般に例えば塩化第二鉄をエッチング液として用いたウエットエッチングが使用される。これにより多層配線構造を有する高密度な熱伝導基板が得られる。
【００３６】
また、ここでは本来プリント基板は、半田レジストを塗布したり、文字や記号を印刷したり、挿入部品用の穴を開けるなどの工程があるが、これらの工程は公知の方法を採用できるので詳細な説明は省略している。
【００３７】
参考例である図７Ａ、Ｂは、前記熱伝導基板用シート状物７００を用いて作製される熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図である。図７Ａにおいて、７００は前記のようにして作製された熱伝導基板用シート状物であり、７０１は配線を形成するためのリードフレームである。リードフレーム７０１は、銅板を所望の形状に金型により打抜いて得ることもできるし、エッチング法で形成することも可能である。加工されたリードフレームの表面はニッケルメッキにより処理され、銅の酸化を防止したものが一般的に使用される。７０２は、２層以上の配線層を有するプリント基板であり、配線パターン７０３と層間を電気的に接続するためのビア７０４を持っている。
【００３８】
図７Ｂは前記リードフレーム７０１と熱伝導基板用シート状物７００および２層以上の配線層を有するプリント基板７０２を加熱加圧し、リードフレーム７００とプリント基板７０２の表面まで熱伝導基板用シート状物７００の可撓性を利用して熱伝導基板用シート状物を充填し、さらに前記熱伝導基板用シート状物の中の熱硬化樹脂を硬化させた状態を示している。以降、図２のＥのように熱伝導基板のリードフレームの必要部分を残してカットし、さらに取り出し電極とするためリードフレームを垂直に曲げ加工する。これにより熱伝導基板が作製される。その後半田による部品実装や、絶縁樹脂の充填などの工程があるが、このような工程は公知の方法を採用できるので詳細な説明は省略している。
【００３９】
【実施例】
以下、具体的実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００４０】
（実施例１）
本発明の熱伝導シート状物の作製に際し、無機フィラーと熱硬化樹脂および溶剤を混合し、十分な分散状態が得られるようにアルミナボールの玉石を混合してスラリーを作製した。実施した熱伝導シート状物組成を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0003614844.tif 000002
【００４２】
表１では無機フィラーとしてＡｌ2Ｏ3の添加量を変化させた場合の熱伝導シート状物の性能を評価したもので、Ａｌ2Ｏ3は住友化学（株）製（ＡＬ−３３、平均粒径１２μm）、エポキシ樹脂として以下の組成のものを用いた。
１）熱硬化樹脂主剤  臭素化多官能エポキシ樹脂  ６５重量部（油化シェルエポキシ株製５０４９−Ｂ−７０）
２）硬化剤  ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂  ３４．４重量部（油化シェルエポキシ株製１５２）
３）硬化促進剤  イミダゾール  ０．６量部（油化シェルエポキシ株製ＥＭＩ−１２）
本樹脂組成物を固形分としメチルエチルケトン樹脂で溶解したものを使用した。固形分量は７０ｗｔ％である。
【００４３】
表１の組成を秤量し、さらに粘度調整用に１００℃以下の沸点を有するメチルエチルケトン溶剤を加えスラリー粘度が約２０Ｐａ・ｓになるまで添加し、前記の玉石を加え４８時間ポット中で５００ｒｐｍの速度で回転混合させた。この時、低沸点溶剤は粘度調整用であり、高濃度の無機フィラーを添加する上で重要な構成要素となる。ただし、後の乾燥工程で低沸点溶剤は揮発させてしまうので熱伝導シート状物組成中に残らないので表１には記載していない。次に、離型フィルムとして厚み７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを準備し、前記スラリーをドクターブレード法でギャップ約１．４ｍｍで造膜した。次に前記造膜シート中のメチルエチルケトン溶剤を１００℃の温度で１時間放置し乾燥させた。これにより表１に示すように適度な粘度を有する可撓性熱伝導シート状物（７５０μm）が得られた。
【００４４】
このようにして得られた熱伝導シート状物から離型フィルムを剥離し、再度耐熱性離型フィルム（ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイト７５μm厚み）で挟んで、２００℃の温度で圧力５０kg/cm2で硬化させた。ＰＰＳ離型フィルムを剥離し、所定の寸法に加工して、熱伝導性、熱膨張係数、絶縁耐圧、抗折強度を測定した。結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
0003614844.tif 000003
【００４６】
なお熱伝導性は、１０mm角に切断した試料の表面を加熱ヒータに接触加熱し、反対面への温度の伝わりかたから計算で熱伝導度を求めた。また表２の結果に示した絶縁耐圧は、同様に熱伝導基板の厚み方向のＡＣ電圧による絶縁耐圧を求め単位厚み当たりに計算したものである。絶縁耐圧は、熱伝導基板の熱硬化樹脂と無機フィラーの接着性に影響を受ける。即ち無機フィラーと熱硬化樹脂の濡れ性が悪いと、その間にミクロな隙間が生じその結果、基板の強度や絶縁耐圧の低下を招くためである。一般に樹脂だけの絶縁耐圧は１５ＫＶ／ｍｍ程度とされており、１０ＫＶ／ｍｍ以上であれば良好な接着が得られていると判断できる。
【００４７】
表１〜２の結果から、前記のような方法で作製された熱伝導シート状物から得られる熱伝導基板は、従来のガラスエポキシ基板に比べ約２０倍以上の熱伝導性が得られ、また従来の射出成形法に比べても倍以上の性能が発揮できた。また熱膨張係数もＡｌ2Ｏ3を９０ｗｔ％以上添加したもので、シリコン半導体に近い熱膨張係数のものが得られている。また、基板としての抗折強度も１５kg/mm2以上の値を示しており基板として十分な強度を有しているといえる。これにより、半導体を直接実装するフリップチップ用基板としても有望である。
【００４８】
次に無機フィラーの種類を変更した場合の性能を評価した。表３にその組成を示し、表４に評価結果を示す。
【００４９】
【表３】
0003614844.tif 000004
【００５０】
【表４】
0003614844.tif 000005
【００５１】
表３〜４から明らかな通り、無機フィラーとして、Ａｌ2Ｏ3以外のＡｌＮ、ＭｇＯ、ＢＮなどの粉末（７〜１２μm程度）を用いることで上記と同様多量添加することができ、無機フィラー特有の性能を発揮させることができる。即ちＡｌＮの良好な熱伝導性を利用すれば、セラミック基板に近い熱伝導性が得られる（実施例１ｈ）。またＢＮを添加した場合、実施例１ｉに示すように高熱伝導でしかも低熱膨張性が得られる。この時の添加量の設定は、無機フィラーの密度と分散性に応じ最適な状態を得られる様にしたもので、ＡｌＮのように分散剤などを添加することでより大量に添加することができる。また熱伝導シート状物に着色を行うことで、熱放散性に富む熱伝導基板が得られる。また上記の様に無機フィラーと熱硬化樹脂の接着を改善するため、シラン系のカップリング剤を添加することで、絶縁耐圧に良好に作用している。
【００５２】
表５では無機フィラーとしてＡｌ2Ｏ3を用い、可撓性を付与するもう一つの方法である室温で液状の樹脂を添加した場合の熱伝導シート状物の性能を評価したもので、Ａｌ2Ｏ3は住友化学（株）製（ＡＬ−３３、平均粒径１２μm）、エポキシ樹脂として日本レック（株）製（ＮＶＲ−１０１０、硬化剤含む）の一部を表５に示す液状樹脂で置換することで得た。
【００５３】
【表５】
0003614844.tif 000006
【００５４】
表５の組成を秤量し、さらに粘度調整用に１００℃以下の沸点を有するメチルエチルケトン溶剤をスラリー粘度が約２０Ｐａ・ｓになるまで添加し、前記の玉石を加え４８時間ポット中で５００ｒｐｍの速度で回転混合させた。この時、低沸点溶剤は粘度調整用であり、高濃度の無機フィラーを添加する上で重要な構成要素となる。ただし、後の乾燥工程で低沸点溶剤は揮発させてしまうので熱伝導シート状物組成中に残らないので表５には記載していない。次に、離型フィルムとして厚み７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを準備し、前記スラリーをドクターブレード法でギャップ約１．４ｍｍで造膜した。次に前記造膜シート中のメチルエチルケトン溶剤を１００℃の温度で１時間放置し乾燥させた。これにより表５に示すように室温で液状の樹脂を添加することで適度な粘度を有する可撓性熱伝導シート状物（７５０μmt厚み）が得られた。
【００５５】
このようにして得られた熱伝導シート状物から離型フィルムを剥離し、再度耐熱性離型フィルム（ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイト７５μm厚み）で挟んで、２００℃の温度で圧力５０kg/cm2で硬化させた。ＰＰＳ離型フィルムを剥離し、所定の寸法に加工して、熱伝導性、熱膨張係数、絶縁耐圧、抗折強度を測定した。結果を表６に示す。
【００５６】
【表６】
0003614844.tif 000007
【００５７】
表６から明らかな通り、室温で液状の樹脂を添加することでも熱伝導シート状物に可撓性を付与でき、しかも無機フィラー特有の性能を発揮させることができる。このことは、前記実施例の高沸点溶剤を添加する方法に比べ、熱伝導シート状物の成型加工時には溶剤が存在しないため、ボイドによる絶縁耐圧や抗折強度は良好である。
【００５８】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で作製した熱伝導シート状物を用い、リードフレームと一体化させた熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用した熱伝導シート状物の組成を以下に示す。
（１）無機フィラー：、Ａｌ2Ｏ3、９０重量％（昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）、球状、平均粒子径１２μm）
（２）熱硬化樹脂：シアネートエステル樹脂、９重量％（旭チバ（株）製、「ＡｒｏＣｙ  Ｍ３０」（商品名））
（３）１５０℃以上の沸点溶剤：ブチルカルビトール、０．５重量％（関東化学（株）試薬１級）
（４）その他の添加物：カーボンブラック、０．３重量％(東洋カーボン(株)製)  分散剤：０．２重量％（第一工業製薬（株）製「プライサーフ、Ｆ−２０８Ｆ」（商品名））
以上の組成で作製された熱伝導シート状物（厚み７７０μm）を用い、リードフレームとして厚み５００μmの銅板をエッチング法で加工し、さらにニッケルメッキを施したものを重ね合わせて１１０℃の温度で６０kg/cm2の圧力で加熱加圧した。これによりリードフレームの間隙に前記熱伝導シート状物が流れ込み、リードフレームの表面まで充填された図２Ｄのような構造に成形できた。この後前記リードフレームと一体化された熱伝導シート状物を乾燥機を用いて１７５℃の温度で１時間加熱し、前記熱伝導シート状物中の熱硬化樹脂を硬化させた。これにより低温で成形だけを行うことで短時間で処理が行え、かつ成形後まとめて硬化を行うため、全体のプロセスとして短時間大量処理が実現できた。さらに図２Ｅに示した様にリードフレームの外周部をカットし、端子の曲げ加工を行うことで、熱伝導基板が完成できた。また前記成形工程と硬化工程を別々に実施したが、これを加圧しながら加熱成形から硬化までを一連のプロセスで連続して行うことも可能であった。
【００５９】
このようにして得られた熱伝導基板の熱伝導性を評価したところ、３．７Ｗ／ｍＫの値が得られた。これにより従来の射出成形法や金属基板に比べ約２倍の高性能化が図れた。また信頼性の評価として、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を行った。このときの基板とリードフレームとの界面に特に異常は認められず。強固な密着が得られていることが確認できた。
【００６０】
（実施例３）
実施例１と同様の方法で作製した熱伝導シート状物を用い、両面に金属箔配線層を有しかつその層間を導電性樹脂組成物の充填により電気接続させた熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用した熱伝導シート状物の組成を以下に示す。（１）無機フィラー：Ａｌ2Ｏ3、９０重量％（昭和電工（株）製「ＡＳ−４０」（商品名）、球状１２μm）
（２）熱硬化樹脂：（日本レック（株）製「ＮＲＶ−１０１０」（商品名））
主剤−臭素化された多官能エポキシ樹脂、６０重量部
硬化剤−ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、３９．５重量部
硬化促進剤−イミダゾール、０．５量部
からなる混合物を９重量％
（３）１５０℃以上の沸点溶剤：ブチルカルビトールアセテート、０．５重量％（関東化学（株）試薬１級）
（４）その他の添加物：カーボンブラック、０．３重量％（東洋カーボン（株）製）、カップリング剤：０．２重量％（味の素（株）製「プレンアクト、ＫＲ−５５」（商品名））
上記組成で作製した離型性フィルム付熱伝導シート状物を所定の大きさにカットし、前記離型性フィルム面から、炭酸ガスレーザを用いてピッチが０．２ｍｍ〜２ｍｍの等間隔の位置に直径０．１５ｍｍの貫通孔を形成した（図４Ｂ）。
【００６１】
この貫通孔に、ビアホール充填用導電性樹脂組成物４０３として、銅の球形状の金属粒子８５重量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８  油化シェルエポキシ製）３重量％とグルシジルエステル系エポキシ樹脂（ＹＤ−１７１  東都化成製）９重量％および硬化剤としてアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４  味の素製）３重量％を三本ロールにて混練したものを、スクリーン印刷法により充填した（図４Ｃ）。ペーストが充填された熱伝導シート状物からポリエチレンテレフタレートフィルム４０１を除去した後、この熱伝導シート状物の両面に３５μｍの片面を粗化した銅箔を粗化面を熱伝導シート状物面側にして張り合わせ、これを熱プレスを用いてプレス温度１８０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ2で６０分間加熱加圧して両面熱伝導基板を形成した(図４Ｅ)。
【００６２】
これにより、熱伝導シート状物中のエポキシ樹脂の硬化により銅箔の粗化面と強固な接着が得られると同時に前記導電性樹脂組成物４０３中のエポキシ樹脂も硬化し、両面の銅箔と機械的、電気的接続（インナービアホール接続）が行われる。
【００６３】
この両面銅張板の銅箔をエッチング技術を用いてエッチングして、インナビアホール上に直径０．２ｍｍの電極パターンおよび配線パターンが形成された回路を形成した両面基板を得た。本方法により作製された熱伝導基板の熱伝導性能と熱膨張係数を測定したところ、熱伝導度は４．１Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数（室温から１５０℃の範囲）は、１０ｐｐｍ／℃であり、良好な結果が得られた。この熱伝導基板を用いて半導体のフリップチップ実装を試みた。その方法は、半導体素子の電極上に公知のワイヤーボンデンイング法を用いてＡｕバンプを形成し、このバンプの頭頂部にＡｇ−Ｐｄを導電物質として含有する接着剤を塗布し、半導体素子の表面を下にしたフリップチップ方式にて、両面熱伝導基板上に形成した電極パターンと接合し、硬化させ、さらに樹脂モールドして実装を行った。このようにして得られた半導体が実装された両面熱伝導基板を、最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行った。このときの基板と半導体との接続を含んだ電気抵抗値の変化は初期接続抵抗が３５mΩ／バンプに対し試験後は４０mΩ／バンプと非常に小さい変化量であった。
【００６４】
比較のために２ｍｍ間隔のスルーホールを形成した従来のガラスエポキシ基板では、半導体と基板の熱膨張係数が異なるために、半導体と基板の接合部で抵抗値が増大し、１０回で断線した。これに対して、基板の平面方向の熱膨張係数が半導体に近い本実施例の基板では、リフロー回数による抵抗値の変化はわずかであった。
【００６５】
（実施例４）
実施例１と同様の方法で作製した熱伝導シート状物を用い、両面に金属箔配線層を有しかつその層間を銅のスルーホールメッキにより電気接続させた熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用した熱伝導シート状物の組成を以下に示す。（１）無機フィラー：Ａｌ2Ｏ3、８７重量％（住友化学（株）製「ＡＭ−２８」（商品名）、球状、平均粒子系：１２μm）
（２）熱硬化樹脂：フェノール樹脂、１１重量％（大日本インキ製「フェノライト、ＶＨ４１５０」（商品名））
（３）１５０℃以上の沸点溶剤：エチルカルビトール、１．５重量％（関東化学（株）試薬１級）
（４）その他の添加物：カーボンブラック、0.3重量％（東洋カーボン(株)製）
カップリング剤：０．２重量％（味の素（株）製「プレンアクト、ＫＲ−５５（商品名）」）
上記組成で作製した熱伝導シート状物の離型フィルムを剥離した後、この熱伝導シート状物を所定の大きさにカットし、熱伝導シート状物の両面に３５μｍの片面を粗化した銅箔を粗化面を熱伝導シート状物面側にして張り合わせ、これを熱プレスを用いてプレス温度１８０℃、圧力５０kg/cm2で６０分間加熱加圧して両面熱伝導基板を形成した。
【００６６】
これにより、熱伝導シート状物中のフェノール樹脂の硬化により銅箔の粗化面と強固な接着が得られる。銅箔を接着させた熱伝導基板をドリルを用いて０．３ｍｍ径の貫通穴加工を行ない、さらに貫通穴を含む全面に既存の方法で約２０μmの厚みになるよう銅メッキを行った。この両面銅張熱伝導基板の銅箔をエッチング技術を用いてエッチングして、配線パターンが形成した両面熱伝導基板を得た（図５参照）。本方法により作製された熱伝導基板の熱伝導性能と熱膨張係数を測定したところ、熱伝導度は２．８Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数（室温から１５０℃の範囲）は、１８ｐｐｍ／℃であり、良好な結果が得られた。
【００６７】
（実施例５）
実施例１と同様の方法で作製した熱伝導シート状物を複数枚用い、複数の層に配線層を有しかつその層間を導電性樹脂組成物により電気接続させた多層配線熱伝導基板の実施例を示す。本実施例に使用した熱伝導シート状物の組成を以下に示す。
（１）無機フィラー：Ａｌ2Ｏ3、９２重量％（住友化学（株）製ＡＭ−２８）、球状、平均粒径：１２μm）
（２）熱硬化樹脂：シアネートエステル樹脂、７．３重量％（三菱ガス化学製、ＢＴ２１７０（商品名））
（３）１５０℃以上の沸点溶剤：エチルカルビトール、０．２重量％（関東化学（株）試薬１級）
（４）その他の添加剤：カーボンブラック、０．３重量％（東洋カーボン（株）製）、カップリング剤、０．２重量％（味の素（株）製「プレンアクトＫＲ−５５」（商品名）
上記組成の離型フィルム（ポリエチレンテレフタレート）６０１付の熱伝導シート状物６００を使用し、この熱伝導シート状物の片面のポリエチレンテレフタレートフィルム側から、炭酸ガスレーザを用いてピッチが０．２ｍｍ〜２ｍｍの等間隔の位置に直径０．１５ｍｍの貫通穴６０２を形成した。図６（ｂ）参照。この貫通穴６０２に導電性樹脂組成物６０３として銅の球形状の金属粒子８５重量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８  油化シェルエポキシ製）３重量％とグルシジルエステル系エポキシ樹脂（ＹＤ−１７１  東都化成製）９重量％および硬化剤としてアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４  味の素製）３重量％を三本ロールにて混練したものをスクリーン印刷法にて充填した。
【００６８】
さらに離型フィルム６０１を剥離し、その剥離面に配線パターン形成用導電性樹脂組成物として針状のＡｇ粉末８０重量％と、樹脂組成としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート８２８  油化シェルエポキシ製）１０重量％および硬化剤としてアミンアダクト硬化剤（ＭＹ−２４  味の素製）２重量％さらに溶剤としてテレピン油８重量％を三本ロールにて混練したものをスクリーン印刷法にて充填した。図６Ｄ参照。同様にして配線パターンまでを形成した別の熱伝導シート状物を２枚作製した。図６Ｆ，Ｇ参照。また同様の方法で貫通穴６０２に導電性樹脂組成物６０３を充填した状態までの熱伝導シート状物「図６Ｅ」を準備し、該熱伝導シート状物を最上面とし、図６Ｈの様に位置合わせして重ね合せた。重ね合せた最外層に更に銅箔（１８μm厚片面粗化）を粗化面を内側に配して重ねた。この熱伝導シート状物の積層体を熱プレスを用いてプレス温度１８０℃、圧力５０kg/cm2で６０分間加熱加圧して多層構造熱伝導基板を形成した。
【００６９】
この多層構造基板の銅箔をエッチング技術を用いてエッチングして配線パターンを形成した。この多層構造熱伝導基板は最外層部に銅箔を使用するため、半田付けによる部品実装が可能となった。また内層にはスクリーン印刷による配線パターンが形成されており、５０μm程度の細線が形成可能であるとともに、導電性樹脂組成物によるインナービアが形成できるため、高密度な配線が可能となり高密度実装用基板として極めて有望である。本方法により作製された多層構造を有する熱伝導基板の熱伝導性能と熱膨張係数を測定したところ、熱伝導度は４．５Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数（室温から１５０℃の範囲）は、８ｐｐｍ／℃であり、良好な結果が得られた。
【００７０】
次に前記と同様半導体のフリップチップ実装により本熱伝導基板のマルチチップモジュールとしての評価を行った。実施方法は、半導体素子の電極上に公知のワイヤーボンデンイング法を用いて、Ａｕバンプを形成し、このバンプの頭頂部にＡｇ−Ｐｄを導電物質として含有する接着剤を塗布し、半導体素子の表面を下にしたフリップチップ方式にて、前記熱伝導基板パターン上に形成した電極と接合し、硬化させ、さらに樹脂モールドして実装を行った。この半導体が実装された基板を最高温度が２６０℃で１０秒のリフロー試験を２０回行った。このときの基板と半導体との接続を含んだ電気抵抗値の変化は初期のバンプ接続抵抗が３４ｍΩ／バンプであったものが試験後も３７ｍΩ／バンプと極めて安定であることが確認された。
【００７１】
また、実装した半導体チップに本実施例の基板を通して一定電流を流し、１Ｗの発熱を連続的にさせたときの基板と半導体との接続を含んだ電気抵抗値の変化を測定したところ、本実施例の基板では、インナビアホールの数量により抵抗値の変化は問題にならない程度であった。
【００７２】
なお、前記実施例１〜５では導電性樹脂組成物の導電フィラーとして銅粒子、銀粒子を使用したが、本発明では導電性粒子は銅粒子に限定されるものではなく、他の金属粒子を用いることもできる。特に、ニッケルを用いた場合でも、導電部の電気導電性を高く保持できる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の熱伝導基板は、前記熱伝導シート状物に貫通穴を形成し、該貫通穴に導電性樹脂組成物を充填し、その両面に金属箔配線パターンを形成することで両面の電気的導通を可能ならしめた高熱伝導性を有する両面熱伝導基板を実現できる。
【００７４】
また、本発明の熱伝導基板は、貫通穴に銅メッキにより電気的導通を可能にした高熱伝導両面基板を実現できる。
【００７５】
以上のように本発明の熱伝導シート状物を用いた熱伝導基板（片面、両面、多層配線構造を有する熱伝導基板）は、高濃度に無機フィラーを充填することができるため通常のプリント基板では得られない高い熱伝導性を有するものである。このため、今後益々増大するパワー回路用基板や高電力ロスを生じるディジタル高速ＬＳＩ実装用基板として有望である。加えて半導体を直接実装するフリップチップ実装用マルチチップモジュール用基板としても有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例による熱伝導シート状物の構成を示す断面図である。
【図２】Ａ〜Ｅは参考例による熱伝導シート状物を用いて作製される熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図。
【図３】図２により作製される熱伝導基板のリードフレーム接着面の反対面にさらに放熱金属板を形成した熱伝導基板の断面図。
【図４】Ａ〜Ｆは本発明の一実施例による熱伝導シート状物を用いて作製される熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図。
【図５】本発明の一実施例による多層配線熱伝導基板を製造する工程を示す工程別断面図である。
【図６】Ａ〜Ｊは本発明の一実施例による熱伝導性多層配線基板の作製方法を示す工程別断面図である。
【図７】Ａ、Ｂは参考例による熱伝導シート状物を用いて作製される熱伝導基板の製造工程を示す工程別断面図である。
【符号の説明】
１００  熱伝導シート状物
１０１  離型性フィルム
２００  熱伝導シート状物
２０１  リードフレーム
３００  熱伝導シート状物
３０１  リードフレーム
３０２  放熱性金属板
４００  熱伝導シート状物
４０１  離型性フィルム
４０２  貫通穴
４０３  導電性樹脂組成物
４０４  金属箔
４０５  配線パターン
５００  硬化した熱伝導シート状物
５０１  貫通穴
５０２  銅メッキ層
５０３  配線パターン
６００  熱伝導シート状物
６０１  離型性フィルム
６０２  貫通穴
６０３  導電性樹脂組成物
６０４  配線パターン形成用導電性樹脂組成物
６０５  金属箔
６０６  金属箔配線パターン
７００  熱伝導基板用シート状物
７０１  リードフレーム
７０２  ２層以上の配線層を有するプリント基板
７０３  配線パターン
７０４  ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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