(57)【要約】【課題】パワー素子１など発熱部品を実装することを念頭に置き、シート状繊維基材で補強された第１樹脂絶縁層４とその両面に一体化した金属層３で構成され、少なくとも片面の金属層が電気配線の機能を有する配線板において、実装部品を接続する半田２にクラックが起こりにくくする。【解決手段】第１樹脂絶縁層４両面の金属層３の合計厚みを、第１樹脂絶縁層の厚みより厚く設定する。そして、両面の金属層３ともその端縁は第１樹脂絶縁層４の周縁より内側に位置させる。さらに、第１樹脂絶縁層４には、両面の金属層３端縁全周に接し、厚みが金属層厚みと同等以上である補強繊維充填第２樹脂絶縁層５を付加する。第１樹脂絶縁層４、第２樹脂絶縁層５ともに、その熱膨張率を、第１樹脂絶縁層４の両面に配置されている金属層３より小さくする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状繊維基材で補強された第１樹脂絶縁層とその両面に一体化した金属層で構成され、少なくとも片面の金属層が電気配線の機能を有する配線板において、
両面の金属層は、その合計厚みが第１樹脂絶縁層の厚みより厚く設定され、
両面の金属層とも、その端縁は第１樹脂絶縁層の周縁より内側に位置し、
第１樹脂絶縁層には、両面の金属層端縁全周に接し厚みが金属層厚みと同等以上である補強繊維充填第２樹脂絶縁層が付加されており、第１樹脂絶縁層と第２樹脂絶縁層双方の熱膨張率が、第１樹脂絶縁層の両面に配置されている金属層の熱膨張率より小さいことを特徴とする配線板。
【請求項２】
第１樹脂絶縁層とその両面に一体化した金属層で構成され、少なくとも片面の金属層が電気配線の機能を有する配線板において、
両面の金属層は、その合計厚みが第１樹脂絶縁層の厚みより厚く設定され、
両面の金属層とも、その端縁は第１樹脂絶縁層の周縁より内側に位置し、
第１樹脂絶縁層には、両面の金属層端縁全周に接し厚みが金属層厚みを越える補強繊維充填第２樹脂絶縁層が、金属層表面一部を周囲から覆うように付加されており、第１樹脂絶縁層と第２樹脂絶縁層双方の熱膨張率が、第１樹脂絶縁層の両面に配置されている金属層の熱膨張率より小さいことを特徴とする配線板。
【請求項３】
電気配線の機能を有する金属層が、銅層からなり、厚み０．７mm以上である請求項１又は２記載の配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品を実装する場合にも接続信頼性の高い配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載する配線板は、電子機器の軽薄短小化に伴う微細配線・高密度実装の技術が求められる一方で、発熱に対応する高放熱の技術も求められている。特に、各種制御・操作に大電流を使用する自動車などにおける電子回路では、導電回路の抵抗に起因する発熱やパワー素子からの発熱が非常に多く、配線板の放熱特性は高レベルであることが必須となってきている。
【０００３】
その対策として、放熱性の高いセラミック基板やシート状繊維基材に熱硬化性樹脂を保持した絶縁層に厚い金属層（銅板ないし銅箔等）を一体化した積層板を用意し、金属層を回路加工した配線板がある（例えば、特許文献１の段落番号０００２の記載）。
【０００４】
シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を保持した絶縁層に厚い金属層を一体化した配線板では、配線板に半田付によりパワー素子など発熱部品を実装すると、金属層の熱膨張・収縮の応力が半田部にかかり、半田部にクラックが発生しやすくなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９８１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、パワー素子など発熱部品を実装することを念頭に置き、シート状繊維基材で補強された第１樹脂絶縁層とその両面に一体化した金属層で構成され、少なくとも片面の金属層が電気配線の機能を有する配線板において、実装部品を接続する半田部にクラックが起こりにくくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明に係る配線板（請求項１）は、シート状繊維基材で補強された第１樹脂絶縁層とその両面に一体化した金属層で構成され、少なくとも片面の金属層が電気配線の機能を有する構成において、第１樹脂絶縁層両面の金属層はその合計厚みが第１樹脂絶縁層の厚みより厚く設定される。そして、第１樹脂絶縁層両面の金属層ともその端縁は第１樹脂絶縁層の周縁より内側に位置する。さらに、第１樹脂絶縁層には、両面の金属層端縁全周に接し厚みが金属層厚みと同等以上である補強繊維充填第２樹脂絶縁層が付加されており、第１樹脂絶縁層と第２樹脂絶縁層ともに、熱膨張率が、第１樹脂絶縁層の両面に配置されている金属層より小さいことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る他の配線板（請求項２）は、上記の構成において、第１樹脂絶縁層に付加されている第２樹脂絶縁層が、第１樹脂絶縁層両面の金属層端縁全周に接し厚みが金属層厚みを越え、金属層表面一部を周囲から覆うようにしていることを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１又は２において、好ましくは、電気配線の機能を有する金属層は厚み０．７mm以上の銅層である（請求項３）。
【発明の効果】
【００１０】
電気配線の機能を有する金属層上にパワー素子等の発熱部品を実装する場合、当該パワー素子の熱膨張率は５ppm／℃程度である。一方、パワー素子直下の金属層の熱膨張率（α）は１７〜３０ppm／℃程度である。パワー素子の発熱と発熱停止による、冷熱サイクルを繰り返すと、両者の熱膨張率の差に起因して、両者を接合している半田部に応力が集中し、半田部にクラックが発生して接続信頼性が低下する。
【００１１】
しかし、本発明に係る配線板（請求項１、２）においては、第１樹脂絶縁層と第２樹脂絶縁層の熱膨張率が金属層の熱膨張率より小さく、金属層は、その端縁全周が金属層の厚みと同等以上の第２樹脂絶縁層に接し規制されている。これによって、金属層の平面方向の熱膨張は抑えられることになる。また、第１樹脂絶縁層は、その両面の金属層の合計厚みより薄いので、第１樹脂絶縁層で熱伝導が阻害されることが少なく、第１樹脂絶縁層を介した両面の金属層の熱伝導性は確保され、金属層自体の昇温も抑えられる。このようにして、金属層の温度上昇による膨張が抑制され、半田部にかかる応力が低減される。
金属層の厚みを厚く設定する（請求項３）ことにより放熱効果は大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
請求項１に係る発明を実施する具体的な形態は、例えば、図１（ａ）に示すような構成が望ましい。シート状補強繊維基材で補強された第１樹脂絶縁層４の両面に金属層（例えば、銅層）３が一体化され、少なくとも片面の金属層は電気配線の機能を有する。電気配線の機能を有する金属層には、後工程で、発熱素子１が半田２により実装される。第１樹脂絶縁層４両面に一体化した金属層３は、その合計厚みが第１樹脂絶縁層４の厚みより厚く設定されている。また、これら金属層３の端縁は、第１樹脂絶縁層４の周縁より内側に位置している。そして、第１樹脂絶縁層４には、その両面の金属層３端縁全周に接し厚みが金属層３の厚みと同等以上である補強繊維充填第２樹脂絶縁層５が付加されている。第１樹脂絶縁層４と第２樹脂絶縁層５の双方の熱膨張率は、金属層３の熱膨張率より小さく設定してある。
【００１３】
上記のような構成は、まず、シート状繊維基材に熱硬化性樹脂を保持したプリプレグ層の両面に金属層を配置して加熱加圧成形により一体化する。プリプレグ層は、前記成形により第１樹脂絶縁層４となる。そして、金属層３の端縁が第１樹脂絶縁層４の周縁より内側に位置するように、金属層を加工して両面金属層付き板状体とする。この加工は、金属層が電気配線の機能を有するように加工することを含む。尚、予め所定形状に加工した金属層を前記プリプレグ層の両面に配置し、加熱加圧成形により一体化して、両面金属層付き板状体としてもよい。
次に、前記の両面金属層付き板状体の両面にプリプレグ層を重ね、加熱加圧成形により一体化して第２樹脂絶縁層５を形成する。金属層３上の第２樹脂絶縁層５を研磨又はざぐり加工にて除去し、金属層３を露出させる。金属層３の端縁は、全周が第２樹脂絶縁層５に接した状態となるように、前記研磨又はざぐり加工を行なう。このようにして、第１樹脂絶縁層４に第２樹脂絶縁層５が付加された状態とする。前記研磨又はざぐり加工において、第２樹脂絶縁層５を金属層３の端縁まで除去せず、金属層３の周囲が第２樹脂絶縁層５により一部覆われた状態で残せば、図１（ｂ）に示した構成（請求項２）となる。
金属層３に対面する領域を予め除去したプリプレグ層を両面金属層付き板状体に重ねて加熱加圧成形により一体化すれば、前記の研磨又はざぐり加工の工程は省略又は簡略化することができる。
【００１４】
上記において、第１樹脂絶縁層４の厚みは、その両面の金属層３の合計厚みよりも薄いので、第１樹脂絶縁層４に金属層３を押し込むことによっては、金属層３の端縁周囲にその厚み以上に樹脂絶縁層が接した状態とすることはできない。第１樹脂絶縁層４に第２樹脂絶縁層５を付加することは必須の事項となる。
【００１５】
上記プリプレグを構成するシート状繊維基材は、ガラス繊維や有機繊維で構成された織布や不織布である。樹脂絶縁層の熱膨張率を小さくするためには、アラミド繊維やアルミナ繊維からなるシート状繊維基材が好適である。請求項３において、第１樹脂絶縁層は、好ましくは、熱伝導率が４W／m・K以上である。前記シート状繊維基材に含浸して樹脂絶縁層を構成するための熱硬化性樹脂は、樹脂絶縁層の熱伝導率を４W／m・K以上にする場合には、例えば、以下のような樹脂組成を採用する。
すなわち、無機充填材を含有し（式１）で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマを配合したエポキシ樹脂組成物を採用する。前記無機充填材は、熱伝導率２０W／m・K以上であって、樹脂固形分１００体積部に対し１０〜１００体積部の量で絶縁層中に存在するようにする。
【００１６】
【化１】
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【００１７】
上記（式１）で示す分子構造のエポキシ樹脂モノマは、ビフェニル骨格あるいはビフェニル誘導体の骨格をもち、１分子中に２個以上のエポキシ基をもつエポキシ化合物全般である。エポキシ樹脂モノマの硬化反応を進めるために、硬化剤を配合する。硬化剤は、例えば、アミン化合物やその誘導体、酸無水物、イミダゾールやその誘導体、フェノール類又はその化合物や重合体などである。また、エポキシ樹脂モノマと硬化剤の反応を促進するために、硬化促進剤を使用することができる。硬化促進剤は、例えば、トリフェニルホスフィン、イミダゾールやその誘導体、三級アミン化合物やその誘導体などである。
【００１８】
上記硬化剤や硬化促進剤を配合したエポキシ樹脂組成物に配合する熱伝導率２０W／m・K以上の無機充填材は、金属酸化物又は水酸化物あるいは無機セラミックス、その他の充填材であり、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化チタン、酸化亜鉛、炭化タングステン、アルミナ、酸化マグネシウム等の無機粉末充填材、合成繊維、セラミックス繊維等の繊維質充填材、着色剤等である。これら無機充填材は２種類以上を併用してもよい。
無機充填材は、樹脂固形分１００体積部に対し１０〜１００体積部の量となるように配合する。前記無機充填材の熱伝導率と配合量の下限値は、樹脂絶縁層の熱伝導率を４W／m・K以上にする場合に必要である。また、エポキシ樹脂組成物に配合する無機充填材が少ないと、無機充填材をエポキシ樹脂組成物中に均一に分散させることが難しくなる。熱伝導性の確保と共にこの点においても、無機充填材配合量の下限値の規定は重要である。一方、無機充填材の配合量を多くすると、エポキシ樹脂組成物の粘性が増大して取り扱いが難しくなるので、無機充填材配合量の上限値は、このような観点から規定する。
【００１９】
尚、無機充填材の熱伝導率が３０W／m・K以上であれば、樹脂絶縁層の熱伝導率をさらに高くできるので好ましい。また、無機充填材は、その形状が、粉末（塊状、球状）、短繊維、長繊維等いずれであってもよいが、平板状のものを選定すると、高熱伝導率の無機充填材自身が樹脂中で積み重なった状態で存在することになり、樹脂絶縁層の厚み方向の熱伝導性をさらに高くできるので好ましい。上記エポキシ樹脂組成物には、そのほか必要に応じて難燃剤や希釈剤、可塑剤、カップリング剤等を配合することができる。
【００２０】
樹脂絶縁層の形成は、上記エポキシ樹脂組成物を必要に応じ溶剤に希釈してワニスを調製しこれをシート状繊維基材に含浸し、加熱乾燥して半硬化状態にしたプリプレグを準備する。そして、これらを加熱加圧成形して樹脂絶縁層とする。前記加熱加圧成形に当っては、金属層を前記プリプレグ層の両面に配置し、これらを加熱加圧成形により一体化する。金属層は、電解金属、圧延金属のいずれであってもよい。
エポキシ樹脂組成物を溶剤に希釈してワニスを調製する場合、溶剤の配合・使用が、エポキシ樹脂硬化物の熱伝導性に影響を与えることはない。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明に係る実施例を示し、本発明について詳細に説明する。尚、以下の実施例および比較例において、「部」とは「質量部」を意味する。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、本実施例に限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
エポキシ樹脂モノマ成分としてビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂モノマ（ジャパンエポキシレジン製「ＹＬ６１２１Ｈ」，エポキシ当量１７５）１００部を用意し、これをメチルイソブチルケトン（和光純薬製）１００部に１００℃で溶解し、室温に戻した。前記「ＹＬ６１２１Ｈ」は、既述の分子構造式（式１）において、Ｒ＝−ＣＨ３，ｎ＝０．１であるエポキシ樹脂モノマと分子構造式（式１）において、Ｒ＝−Ｈ，ｎ＝０．１であるエポキシ樹脂モノマを等モルで含有するエポキシ樹脂モノマである。
硬化剤として１，５−ジアミノナフタレン（和光純薬製「１，５−ＤＡＮ」，アミン当量４０）２２部を用意し、これをメチルイソブチルケトン（和光純薬製）１００部に１００℃で溶解し、室温に戻した。
上記のエポキシ樹脂モノマ溶液と硬化剤溶液を混合・撹拌して均一なワニスにし、さらに無機充填材として窒化ホウ素（電気化学工業製「ＧＰ」，平均粒子径：８μｍ，熱伝導率６０W／m・K，粒子形状：平板状）１０７部（樹脂固形分１００体積部に対し５０体積部に相当）を加えて混練し、エポキシ樹脂ワニスを調製した。
このエポキシ樹脂ワニスを、厚み５０μｍのアラミド繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグ１枚の両側に熱膨張率が１７ppm／℃である１．３mm厚の金属層（銅層）を重ね、温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧形成して一体化し、第１樹脂絶縁層の両面に金属層（銅層）を一体化した厚み２．７mmの積層板を得た。そして、金属層（銅層）を所定形状に加工して、両面金属層（銅層）付き板状体とした。
【００２３】
次に、上記エポキシ樹脂ワニスを、厚み１２０μｍのアラミド繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグを上記両面金属層（銅層）付き板状体の両面に１０枚ずつ配置し離型フィルムで挟み温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧成形して、第２樹脂絶縁層を一体化した。離型フィルムを剥がして、内部の所定形状の金属層（銅層）が露出するまで第２樹脂絶縁層を研磨して除去し、第１樹脂絶縁層に付加した第２樹脂絶縁層が金属層（銅層）と同じ高さの配線板を得た。これは、図１（ａ）に示す構成に相当するものである。第１及び第２樹脂絶縁層の熱膨張率は、１２ppm／℃である。
【００２４】
実施例１で得た配線板について熱伝導率、そり量および半田接続信頼性を測定した結果を、使用した銅層厚みと共に表１にまとめて示す。測定は、以下に示す方法による。
熱伝導率：配線板からφ５０mmの板状試料を切り出し、両面の銅層を含む厚さ方向の熱伝導を、熱流計法（ＪＩＳ−Ａ１４１２準拠）にて測定した。
そり量：１０５℃〜−４０℃の範囲で冷熱サイクル試験を行ない、１０００サイクル後の平面に対する浮き上がり量をそり量として測定した。
冷熱サイクル：パワー素子（セラミックチップ）を半田付し、１０５℃〜−４０℃の範囲で冷熱サイクル試験を行ない、１０００サイクル後の半田部クラック発生の有無を調べた。
【００２５】
実施例２
実施例１の金属層（銅層）厚みを、上側１．４mm、下側１．４mmとする以外は実施例１と同様にして配線板を得た。
【００２６】
実施例３
実施例１の金属層（銅層）厚みを、上側０．７mm、下側０．７mmとする以外は実施例１と同様にして配線板を得た。
【００２７】
実施例４
実施例１の金属層（銅層）厚みを、上側１．３mm、下側０．０１８mmとする以外は実施例１と同様にして配線板を得た。
【００２８】
実施例５
実施例１のエポキシ樹脂ワニスを、厚み５０μｍのアラミド繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグ１枚の両側に１．３mm厚の銅箔を重ね、温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧形成して一体化し、厚み２．７mmの積層板を得た。そして、金属層（銅層）を所定形状に加工して、両面金属層（銅層）付き板状体とした。
次に、上記エポキシ樹脂ワニスを、厚み１２０μｍのアラミド繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグを上記両面金属層（銅層）付き板状体の両面に１０枚ずつ配置し離型フィルムで挟み温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧成形して、第２樹脂絶縁層を一体化した。離型フィルムを剥がして、内部の所定形状の銅層が露出するまで第２樹脂絶縁層をざぐり加工にて除去し、第１樹脂絶縁層に付加した第２樹脂絶縁層が金属層（銅層）の周囲上面を覆う構成の配線板を得た。これは、図１（ｂ）に示す構成に相当するものである。
【００２９】
実施例６
実施例１の金属層（銅層）厚みを上側０．６mm、下側０．６mmとする以外は実施例１と同様にして配線板を得た。
【００３０】
比較例１
実施例１のエポキシ樹脂ワニスを、厚み５０μｍのアラミド繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグ１枚の両側に１．３mm厚の銅箔を重ね、温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧形成して一体化し、厚み２．７mmの積層板を得た。そして、金属層（銅層）を所定形状に加工して、両面金属層（銅層）付きの配線板とした。図２に示す構成である。
【００３１】
比較例２
比較例１の金属層（銅層）厚みを上側１．０mm、下側０．０１２mmとする以外は比較例１と同様にして配線板を得た。
【００３２】
比較例３
実施例１のエポキシ樹脂ワニスを、厚み５０μｍのガラス繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグ１枚の両側に熱膨張率が１７ppm／℃である１．３mm厚の金属層（銅層）を重ね、温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧形成して一体化し、第１樹脂絶縁層の両面に金属層（銅層）を一体化した厚み２．７mmの積層板を得た。そして、金属層（銅層）を所定形状に加工して、両面金属層（銅層）付き板状体とした。
【００３３】
次に、上記エポキシ樹脂ワニスを、厚み０．６mmのガラス繊維不織布に含浸し加熱乾燥してプリプレグを得た。このプリプレグを上記両面金属層（銅層）付き板状体の両面に２枚ずつ配置し離型フィルムで挟み温度１７５℃、圧力４MPaの条件で９０分間加熱加圧成形して、第２樹脂絶縁層を一体化した。離型フィルムを剥がして、内部の所定形状の金属層（銅層）が露出するまで第２樹脂絶縁層を研磨して除去し、第１樹脂絶縁層に付加した第２樹脂絶縁層が金属層（銅層）と同じ高さの配線板を得た。これは、図１（ａ）に示す構成に相当するものであるが、第２樹脂絶縁層の熱膨張率が１８ppm／℃と、金属層（銅層）の熱膨張率より大きいものである。尚、第１樹脂絶縁層の熱膨張率は、１５ppm／℃である。
【００３４】
実施例２〜６、比較例１〜３の配線板についても、実施例１と同様に特性を測定し、結果を表１ならびに表２に示した。
【００３５】
【表１】
2006165353.tif 000004
【００３６】
【表２】
2006165353.tif 000005
【００３７】
上記表に示したように、比較例１、２においては、金属層の端縁周囲を規制するものがないので、金属層の熱膨張を抑えられず、配線板のそりが大きくなり、半田部のクラックも発生しやすくなっている。比較例３においては、第２樹脂絶縁層を付加しているものの、その熱膨張率が金属層の熱膨張率より大きいので、配線板のそりと半田部のクラック発生を抑えられていない。
本発明に係る実施例においては、配線板のそりと半田部のクラック発生を抑えられていることを理解できる。銅層の厚みを０．７mm以上にする場合は、半田部のクラック発生をより低く抑えられる（実施例１〜３と実施例６の対比）。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る実施の形態の配線板断面図である。
【図２】従来の配線板断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１はパワー素子
２は半田
３は金属層
４は第１樹脂絶縁層
５は第２樹脂絶縁層
【図１】
2006165353.tif 000006
【図２】
2006165353.tif 000007