(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、この基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された導体層を有し、
前記絶縁層は、樹脂と、無機フィラーとを含み、
前記無機フィラーは、比誘電率が５０以上であり、
前記無機フィラーの充填率は、７３〜７８体積％であり、
前記無機フィラーは、平均粒径が３〜７μｍである粗粉と、平均粒径が０．０５〜０．７μｍである微粉を含み、前記粗粉と前記微粉の合計を１００体積％としたときの、前記微粉の割合が２０〜３０体積％である、回路基板。
【請求項２】
前記無機フィラーは、チタン酸バリウムである、請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記樹脂は、エポキシ樹脂である、請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１つに記載の回路基板と、この回路基板上に搭載された電子部品を有する電子部品搭載基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量が大きいコンデンサを内蔵可能な回路基板及び電子部品搭載基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
高発熱性電子部品を実装する回路基板として、金属基板上に無機フィラーを充填したエポキシ樹脂等からなる絶縁層を設け、その上に導体層で回路を形成した金属ベース回路基板が知られている。また、ノイズの低減や回路基板の小型化を目的として、絶縁層を高誘電率化して、絶縁層をバイパスコンデンサの誘電体として利用させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回路基板では、絶縁層の比誘電率が比較的大きな値となっているものの、大きな静電容量が必要な用途では、特許文献１に記載の比誘電率では不十分であり、比誘電率をさらに大きくすることが求められている。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、静電容量が大きいコンデンサを内蔵可能な回路基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、金属基板と、この基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された導体層を有し、前記絶縁層は、樹脂と、無機フィラーとを含み、前記無機フィラーは、比誘電率が５０以上であり、前記無機フィラーの充填率は、７３〜７９体積％であり、前記無機フィラーは、平均粒径が３〜７μｍである粗粉と、平均粒径が０．０５〜０．７μｍである微粉を含み、前記粗粉と前記微粉の合計を１００体積％としたときの、前記微粉の割合が２０〜３０体積％である、回路基板が提供される。
【０００７】
本発明者らは、最初に、特許文献１に記載の実験例では、無機フィラーの充填率が最大で５５．６体積％であり、比誘電率が３６〜６５となっていることに着目し、比誘電率を高めるべく、無機フィラーの充填率を７３体積％以上にすることを思いついた。そして、そのような充填率を有する絶縁層を実際に作成し、その比誘電率を測定したところ、絶縁層の比誘電率を高めることに成功した。但し、充填率が８０体積％以上になると、比誘電率は高まるものの、導体層が絶縁層に接着しにくくなって、回路基板の作成が困難になったので、充填率の上限を７９体積％にすることが重要であると分かった。
【０００８】
このように、無機フィラーの充填率を高めることによって絶縁層の比誘電率を高めることには成功した。しかし、得られた絶縁層の耐電圧を測定したところ、耐電圧が予想外に低くなってしまう場合があることが分かった。
【０００９】
このような状況において、本発明者らがさらに検討を進めたところ、特定の平均粒径を有する粗粉と微粉と特定の割合で含有する無機フィラーを用いた場合に耐電圧が高い値になることを見出した。
【００１０】
以上の知見により、本発明者らは、特定の平均粒径を有する粗粉と微粉と特定の割合で含有し且つ特定の比誘電率を有する無機フィラーを特定の充填率で含有させた場合に初めて、その相乗効果によって、静電容量が大きいコンデンサを内蔵可能な回路基板が得られることを見出し、本発明の完成に到った。
【００１１】
好ましくは、前記無機フィラーは、チタン酸バリウムである。
好ましくは、前記樹脂は、エポキシ樹脂である。
【００１２】
また、本発明によれば、上記回路基板と、この回路基板上に搭載された電子部品を有する電子部品搭載基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の回路基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１を用いて、本発明の一実施形態の回路基板について説明する。
図１に示すように、本実施形態の回路基板は、金属基板１と、金属基板１上に形成された絶縁層２と、絶縁層２上に形成された導体層３を有する。
【００１５】
１．金属基板１
基板１の材質は、特に制限はなく、鉄、銅、アルミニウムやその合金を用いることができる。基板１の厚さは、特に限定されないが、例えば０.５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。基板１が薄すぎるとハンドリングが困難であったり、放熱性が悪化したりするからであり、基板１が厚すぎると、回路基板全体が不必要に厚くなってしまうからである。
【００１６】
２．絶縁層２
絶縁層２は、樹脂と、無機フィラーとを含む。
【００１７】
２−１．絶縁層の厚さ
本実施形態において、絶縁層の厚さは、３０〜２００μｍが好ましく、５０〜１００μｍがさらに好ましい。絶縁層があまりに薄いと電気絶縁性が確保できなくなる傾向にあり、あまりに厚いと熱放散性が低下する傾向にあり、さらに小型化や薄型化に寄与できなくなる傾向にあるためである。
【００１８】
２−２．樹脂
樹脂の種類は特に限定されず、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などを使用することができ、これには、電気絶縁性の良い高分子物質である可撓性付与成分を配合することが好ましく、可撓性付与成分としては、例えば、アクリルゴム、ＮＢＲ、エポキシ変性アクリルゴム、エポキシ化ポリブタジエン、フェノキシ樹脂などが挙げられる。また導体層と絶縁層との接着性を向上させるためカップリング剤を使用することが好ましい。カップリング剤としては、シランカップリング剤が好ましく、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００１９】
２−３．エポキシ樹脂
エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂、例えばナフタレン型、フェニルメタン型、テトラキスフェノールメタン型、ビフェニル型、およびビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂等があげられ、このうち応力緩和性という理由で、主鎖がポリエーテル骨格を有し直鎖状であるエポキシ樹脂が好ましい。
主鎖がポリエーテル骨格を有し直鎖状であるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂に代表される脂肪族エポキシ樹脂、およびポリサルファイド変性エポキシ樹脂等があり、これらを複数組み合わせてもよい。
これらエポキシ樹脂のうち、回路基板に高い耐熱性が必要な場合には、電気絶縁性、熱伝導率が共に高く、耐熱性の高い樹脂硬化体が得られるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、このビスフェノールA型エポキシ樹脂の効果が発揮する範囲内であれば、当該ビスフェノールA型エポキシ樹脂に他のエポキシ樹脂を組み合わせて用いることもできる。
【００２０】
２−４．ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ当量３００以下であることが一層好ましい。エポキシ当量が３００以下であれば、高分子タイプになるときに見られる架橋密度の低下によるＴｇ（ガラス転移温度）の低下、従って耐熱性の低下を引き起こすことが防止されるからである。また、分子量が大きくなると、液状から固形状となり、無機フィラーを硬化性樹脂中にブレンドすることが困難になり、均一な樹脂組成物が得られなくなるという問題も避けることができる。
【００２１】
２−５．硬化剤
エポキシ樹脂には硬化剤を添加することが好ましい。硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、たとえばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成される各種ノボラック、各種多価フェノール化合物、無水マレイン酸、無水ピロメリト酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられる。半導体装置封止用としは、耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂が好ましく用いられ、用途によっては二種以上の硬化剤を併用してもよい。
【００２２】
２−６．硬化剤の添加量
硬化剤の添加量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５質量部以上５０質量部以下であることが好ましく、例えば５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０質量部であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００２３】
２−７．無機フィラー
絶縁層２に含有される無機フィラーとしては、比誘電率が５０以上のものが用いられ、例えば二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、スズ酸バリウム、スズ酸カルシウムの単独又は複数の組み合わせであり、高い比誘電率の見地からチタン酸バリウムが好ましい。本明細書において、比誘電率は、温度２５℃、周波数１ＭＨｚ、電圧１Ｖの条件下にて、ＪＩＳ Ｃ６４８１に基づいて測定したものを意味する。無機フィラーの比誘電率は、例えば、５０、１００、２００、３００、５００、１０００、１５００であり、ここで例示した数値の何れか以上であってもよく、何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００２４】
無機フィラーの充填率は、７３〜７９体積％であり、好ましくは７７〜７９体積％である。充填率が７３体積％未満では絶縁層２の比誘電率が低くなりすぎ、充填率が７９体積％を超えると導体層３と絶縁層２の接着性が悪くなりすぎるので、本発明においては、充填率を上記範囲内にすることが必須である。
【００２５】
無機フィラーは、平均粒径が３〜７μｍである粗粉と、平均粒径が０．０５〜０．７μｍである微粉を含み、粗粉と微粉の合計を１００体積％としたときの、微粉の割合が２０〜３０体積％である。粗粉の平均粒径は、例えば３、４、５、６、７μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。微粉の平均粒径は、例えば０．０５、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。微粉の割合は、具体的には例えば２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０体積％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。上記粒径の粗粉と微粉とを上記割合で含有することによって耐電圧を高くすることができる。無機フィラーは、これら２種類の粉で構成されていてもよく、平均粒径が異なる別の種類の粉をさらに含んでいてもよい。本明細書において「平均粒径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。
【００２６】
３．導体層３
導体層の素材としては、銅、アルミニウム、鉄、錫、金、銀、モリブデン、ニッケル、チタニウムの単体又はこれら金属を二種類以上含む合金があり、汎用性の高い銅が好ましい。導体層の形状としては、板、シート、箔、これらの積層体がある。導体層の厚さは、特に限定されないが、例えば１０〜３００μｍである。導体層３の表面にニッケルメッキ、ニッケル−金メッキ等のメッキ処理をしても良い。
【００２７】
４．製造方法
本実施形態の回路基板の製造方法は、従来公知の回路基板の製造方法で良く、例えば、基材に絶縁層としての絶縁材を塗布した後に加熱半硬化させ、さらに絶縁層の表面に導体層としての金属箔をラミネート又は熱プレスする製造方法、絶縁剤をシート状にしたものを介して基材と導体層としての金属箔を貼り合わせる製造方法がある。
【実施例】
【００２８】
以下に示す方法で、本発明の回路基板を実際に作製し、評価を行った。
【００２９】
（絶縁剤の作製）
絶縁層２を形成する絶縁剤は次のように作製した。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、「ＥＸＡ８５０ＣＲＰ」）と、フェノールノボラック型硬化剤（明和化成株式会社製、「アクメックス  ＭＥＨ８００５Ｈ」）又はアミン系硬化剤（日本合成化工社製、「アクメックス  Ｈ−８４Ｂ」）（ジアミノジフェニルメタン）と、無機フィラーとを自転公転式スーパーミキサー「あわとり練太郎」ＡＲ−２５０（株式会社シンキー製、登録商標）で５分間、攪拌混合し絶縁剤を作製した。エポキシ樹脂と硬化剤は、表１に示す割合で混合した。無機フィラーは、以下のチタン酸バリウムを表１に示す充填率・比率で混合したものを用いた。表１において、フィラー充填率についての数値は、体積％を示し、チタン酸バリウムについての数値は、チタン酸バリウム全体を１００体積％とした場合の、それぞれの粉の体積％を示す。
【００３０】
堺化学社製  ＢＴ−０１  ｄ５０＝０．１μｍ
堺化学社製  ＢＴ−０３  ｄ５０＝０．３μｍ
堺化学社製  ＢＴ−０５  ｄ５０＝０．５μｍ
日本化学工業社製  ＢＴ−ＵＰ１  ｄ５０＝２μｍ
日本化学工業社製  ＢＴ−ＵＰ１  ｄ５０＝５μｍ
日本化学工業社製  ＢＴ−ＵＰ１  ｄ５０＝１０μｍ
【００３１】
【表１】
0006006539.tif 000002
【００３２】
（導体層３の積層）
作製した絶縁剤を、基板１としての厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板（材質：４０４５、昭和電工株式会社製）上に、スクリーン印刷法で乾燥後の厚さが７５μｍとなるように塗布して絶縁層２を形成した。絶縁層２の上に導体層３としての厚さ７０μｍの銅箔ＧＴＳ−ＭＰ（古河サーキットフォイル株式会社製、商品名）を貼り合わせ、１８０℃で７時間の加熱を行い絶縁層２を硬化させた。
【００３３】
（導体層３に回路パターンを形成）
この導体層３をエッチングして回路パターンを形成し、回路基板を得た。
【００３４】
（評価）
得られた回路基板について、以下の方法に従って、比誘電率、耐電圧、及び接着性の評価を行った。得られた結果を表１に示す。
【００３５】
＜比誘電率の測定方法＞
回路基板の銅箔の周囲をエッチングし、直径２０ｍｍの円形部分を残し試料とした。測定は、温度２５℃、周波数１ＭＨｚ、電圧１Ｖの条件下にて、ＪＩＳ Ｃ６４８１に基づき実施した。測定器には、ＬＣＲメータ（横河・ヒューレット・パッカード社製、「ＨＰ４２８４Ａ」）を用いた。
上記条件で、静電容量（Ｘ；単位、Ｆ）を測定した。比誘電率（Ｅ）は、静電容量（Ｘ；単位、Ｆ）と絶縁層の厚み（Ｙ；単位、ｍ）と電極板の面積（Ｚ；単位、ｍ２）と真空の誘電率（８．８５×１０−１２；単位、Ｆ／ｍ）から、
Ｅ＝Ｘ×Ｙ／（８．８５×１０−１２×Ｚ）
の式を用いて、算出した。
比誘電率の評価基準は、以下の通りである。
◎：１８０以上
○：１７０以上１８０未満
△：１６０以上１７０未満
×：１６０未満
【００３６】
＜耐電圧の測定方法＞
エッチング法により、回路基板上に直径が２０ｍｍの円形電極を作成し、ＪＩＳ Ｃ ２１１０に規定された段階昇圧法により、円形電極とアルミニウム板との間の耐電圧を測定した。評価基準は、以下の通りである。
◎：１．２ｋＶ以上
○：１．０ｋＶ以上１．２ｋＶ未満
△：０．８ｋＶ以上１．０ｋＶ未満
×：０．８未満
【００３７】
＜接着性の評価方法＞
幅１０ｍｍの銅箔を残すように回路基板を加工して試料とした。銅箔と基板を９０度の角度とし、５０ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度で剥離し、引き剥し強度を測定した。その他の条件はＪＩＳ Ｃ６４８１に基づいた。測定機としてはテンシロン（東洋ボールドウィン社製、「Ｕ−１１６０」）を用いた。評価基準は、以下の通りである。
◎：２．２ｋｇｆ／ｃｍ以上
○：２．０ｋｇｆ／ｃｍ以上２．２ｋｇｆ／ｃｍ未満
△：１．８ｋｇｆ／ｃｍ以上２．０ｋｇｆ／ｃｍ未満
×：１．８ｋｇｆ／ｃｍ未満
【００３８】
（考察）
表１を参照すると、実施例１〜６では、比誘電率、耐電圧、及び接着性の全てにおいて良好な結果が得られた。一方、比較例１〜２では、フィラー充填率が低く、十分に高い比誘電率が得られなかった。比較例３では、フィラー充填率を高くしすぎたため、接着性が悪くなってしまった。比較例４では、粗粉の粒径が小さすぎたため、接着性が悪くなってしまった。比較例５では、粗粉の粒径が大きすぎたため、耐電圧が悪くなってしまった。比較例６では、微粉の粒径が大きすぎて、フィラー充填率を７８体積％にすることができず、評価できなかった。比較例７では、微粉の割合が大きすぎて、比誘電率、耐電圧、及び接着性のいずれにおいても良好な結果が得られなかった。比較例８では、微粉の割合が小さすぎて、比誘電率及び耐電圧において良好な結果が得られなかった。
【図１】
0006006539.tif 000003