(57)【要約】【課題】  生産性が高く、高放熱性を有する回路基板およびその回路基板前駆体を提供する。【解決手段】  本発明の回路基板は、（ａ）無機質フィラー７０〜９５質量％と、（ｂ）未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０質量％と、からなる熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板１１の少なくとも一方の面に、回路パターン１２が形成され、かつ絶縁基板１１の両面を貫通する貫通穴１３が形成されている。【選択図】  図１
2006114931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）無機質フィラー７０〜９５質量％と、（ｂ）未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０質量％と、からなる熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板の少なくとも一方の面に、回路パターンが形成され、かつ前記絶縁基板の両面を貫通する貫通穴が形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記絶縁基板は、前記熱伝導樹脂組成物にセラミック繊維もしくはガラス繊維のいずれかを少なくとも含む補強材を一体化して硬化させたものである請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記熱伝導樹脂組成物は、前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して、非可逆的に固形化させたものである請求項１に記載の回路基板。
【請求項４】
前記回路パターンは、金属箔からなる請求項１に記載の回路基板。
【請求項５】
前記金属箔は、少なくとも片面が粗化された厚さ１２〜２００μｍの銅箔である請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
前記貫通穴に、銅メッキによるスルーホールが形成されている請求項１に記載の回路基板。
【請求項７】
（Ａ）無機質フィラー７０〜９５質量％と、（Ｂ）未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０質量％と、からなる熱伝導樹脂組成物を、前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して、非可逆的に固形化させたものであることを特徴とする回路基板前駆体。
【請求項８】
セラミック繊維もしくはガラス繊維のいずれかを少なくとも含む補強材をさらに含み、前記熱伝導樹脂組成物は、前記補強材に塗布あるいは含浸されている請求項７に記載の回路基板前駆体。
【請求項９】
前記熱可塑性樹脂は、前記未硬化の熱硬化性樹脂を吸収して膨潤している請求項７に記載の回路基板前駆体。
【請求項１０】
前記固形化させた熱伝導樹脂組成物は、粘度が８×１０4〜３×１０6Ｐａ・ｓである請求項７に記載の回路基板前駆体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気電子機器に使用される回路基板および回路基板前駆体、並びにそれらの製造方法に関するものであり、特に比較的大電流を使用するパワーエレクトロニクス分野に好適な回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の高密度、高機能化が要請されている。これにより半導体等を実装するための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、一般的なガラス−エポキシ樹脂によるプリント基板に対し、絶縁基材自体の熱伝導率を高め、局所的な温度上昇を押さえる基板が求められている。ガラス−エポキシ樹脂よりも高い熱伝導率を持つ基板としては、銅やアルミニウムなどの金属板を使用し、この金属板の片面に電気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。しかし、金属ベース基板は比較的厚い金属板を使用するために重量が大きくなり、小型軽量化が困難である。また、基板の熱伝導を高めるためには絶縁層の厚みを薄くしなければならず、絶縁耐圧の低下や浮遊容量が大きくなるなどの課題がある。また、セラミック基板やガラス−セラミック基板はガラス−エポキシ基板よりも熱伝導率は高いが、導電体として金属粉末やその焼成体を使用しているため比較的配線抵抗が高くなり、大電流を使用する場合の損失や、そこで発生するジュール熱が大きくなるという課題がある。
【０００３】
これらの課題を解決して、一般的なガラス−エポキシ基板に近いプロセスで作製でき、高い熱伝導性を持つ回路基板としては、例えば特許文献１に開示されている。その熱伝導基板の製造方法を図７に示す。これによると、無機質フィラーと熱硬化性樹脂とを少なくとも含む混合物スラリーを造膜してシート状の熱伝導混合物７１を作製し、それを乾燥させた後、図７（ａ）に示すように金属箔７２と重ね合わせ、次いで図７（ｂ）に示すように加熱加圧してシート状の熱伝導混合物７１を硬化させ電気絶縁層７３とする。その後、図７（ｃ）に示すように貫通穴７４の加工を行い、その後銅メッキ法により層間接続を行い、回路パターン７５を形成して図７（ｄ）に示すような熱伝導基板を作製している。
【特許文献１】特開平１０−１７３０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような方法によって回路基板を製造する場合には、貫通穴加工法としてドリル加工を行うことが一般的である。しかしながら、熱伝導率を高めるために熱伝導混合物中の無機質フィラーの比率を高くすると、絶縁体中の堅い無機質フィラーによりドリルの磨耗が著しくなり、またチッピングなどが発生しやすくなるため、穴品質の劣化が高頻度で発生するようになる。これを防ぐためにドリル交換を頻繁に行うと、通常のプリント配線板に比べてその生産性は大幅に低下し、穴加工コストが増大するという課題を有していた。
【０００５】
また、熱硬化性樹脂が未硬化状態である熱伝導混合物に穴加工し、その後金属箔を接着させて加熱加圧して硬化させると、加熱により熱伝導混合物が軟化して穴形状を保つことができず、貫通穴を形成することが困難であり、その後のメッキ加工ができなくなるという課題を有していた。
【０００６】
そこで、本発明は前記従来の課題を解決するためになされたものであり、貫通穴加工の生産性を向上させ、低コストで穴加工を行える高放熱性を有する回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回路基板は、（ａ）無機質フィラー７０〜９５質量％と、（ｂ）未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０質量％と、からなる熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板の少なくとも一方の面に、回路パターンが形成され、かつ前記絶縁基板の両面を貫通する貫通穴が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の回路基板前駆体は、（Ａ）無機質フィラー７０〜９５質量％と、（Ｂ）未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物５〜３０質量％と、からなる熱伝導樹脂組成物を、前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して、非可逆的に固形化させたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回路基板は、貫通穴の変形や埋まりがなく、硬化収縮による寸法変化を小さくすることができる。また、この回路基板は、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応することも可能である。
【００１０】
本発明の回路基板前駆体は、加工が容易なため、簡便な方法で貫通穴が形成できる。また、その後に硬化させても、貫通穴の変形や埋まりがなく、硬化収縮による寸法変化の小さな回路基板を形成できる。さらに、この回路基板前駆体は、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応する回路基板を形成することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態にかかる回路基板の製造方法においては、無機質フィラーと、未硬化の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物とからなる熱伝導樹脂組成物を基本要素とする。前記の熱伝導樹脂組成物は形状の自由度が高いため、シート状や層状に加工することが容易であり、また補強材に塗布あるいは含浸させることも容易である。また、熱伝導樹脂組成物はその中に含まれる樹脂が未硬化であるため、配線パターンであるリードフレームや放熱板と加熱加圧により接着させることが可能であり、高い絶縁性、気密性、接着性を得ることができる。更に、無機質フィラーを高い比率で混合させることが可能であるため、高い熱伝導性を実現でき、また基板の熱膨張係数を低下させることができる。更に、熱可塑性樹脂を含むことにより、この熱可塑性樹脂が、未硬化の熱硬化性樹脂をそれが硬化を開始する温度より低い温度で吸収して増粘して固体化できるため、形状を維持して貫通穴の加工を行うことが可能であり、生産性に優れ高精度の貫通穴の加工が可能になる。このように、上記熱伝導樹脂組成物を用いることにより、高い電気的絶縁性と熱伝導性や信頼性を両立することが可能になり、簡便な方法で放熱性に優れた回路基板を得ることができる。
【００１２】
本発明の実施の形態１にかかる回路基板の製造方法は、金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接触させ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。
【００１３】
本発明の実施の形態２にかかる回路基板の製造方法は、２枚の金属箔で前記熱伝導樹脂組成物を挟みこみ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記貫通穴に銅メッキによるスルーホールを形成して前記金属箔を電気的に接続させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。
【００１４】
本発明の実施の形態３にかかる回路基板の製造方法は、前記熱伝導樹脂組成物を補強材に塗布もしくは含浸して一体化する工程と、２枚の金属箔で前記熱伝導樹脂組成物を挟みこみ、前記熱伝導樹脂組成物中の前記熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧して前記金属箔と前記熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して回路基板前駆体を作製する工程と、前記回路基板前駆体の任意の位置に貫通穴を形成する工程と、前記回路基板前駆体中の前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記貫通穴に銅メッキによるスルーホールを形成して前記金属箔を電気的に接続させる工程と、前記金属箔を加工して回路パターンを形成する工程とをこの順で含んだものである。
【００１５】
また、本発明の実施の形態４にかかる電力変換モジュールの製造方法は、上記の各実施の形態で製造された回路基板上に、少なくとも半導体および受動部品を実装して電気回路を構成し、電力変換機能を持たせたものである。
【００１６】
以下、本発明の回路基板の製造方法およびその実装体である電力変換モジュールの製造方法を図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態における回路基板を示す。図１において、１１は上記熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板であり、１２は回路パターンであり、１３は貫通穴である。貫通穴１３は本回路基板の任意の位置に形成されている。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図２（ａ）に示すように、熱伝導樹脂組成物２１と金属箔２２を重ね合わせる。２３は熱伝導樹脂組成物２１の接着を防止するための離型性フィルムである。その後、熱伝導樹脂組成物２１中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、図２（ｂ）に示すように、金属箔２２と熱伝導樹脂組成物２１を接着させるとともに基板状に成形し、かつ熱伝導樹脂組成物２１を非可逆的に固形化して回路基板前駆体２４を形成する。その後、図２（ｃ）に示すように、穴あけ加工を施して貫通穴２５を設けた後、図２（ｄ）に示すように、加熱して熱伝導樹脂組成物２１を硬化させて絶縁基板２６を形成し、更に離型性フィルム２３を除去する。その後、図２（ｅ）に示すように、金属箔２２を加工して回路パターン２７を形成して回路基板を得る。
【００１９】
熱伝導樹脂組成物２１は、無機質フィラーと、未硬化の液状の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂粉末および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物とからなる。無機質フィラーとしては、熱伝導率および絶縁性に優れた材料を適宜選択すればよいが、特に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＢｅＯ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢＮからなる群のうちの少なくとも１種類の粉末を主成分として含むことが好ましい。これらの粉末は熱伝導性に優れており、高い熱放散性を持つ基板を作製することが可能になるからである。特に、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2を用いた場合、前記樹脂組成物との混合が容易になる。また、ＡｌＮを用いた場合、絶縁基板２６の熱放散性が特に高くなる。更に、無機質フィラーの粒径が０．１〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。この範囲から外れた粒径の場合、フィラーの充填性や基板の放熱性が低下する。
【００２０】
熱伝導樹脂組成物２１およびその硬化物である絶縁基板２６の無機質フィラーの比率は、７０〜９５質量％であることが必要であり、８５〜９５質量％であることがより好ましい。無機質フィラーの配合比率がこの範囲より小さい場合、基板の放熱性が不良になる。また、この範囲より多い場合には、熱伝導樹脂組成物２１の流動性および接着性が低下し、金属箔２２および回路パターン２７と接着させることが困難になる。
【００２１】
熱伝導樹脂組成物２１は液状の熱硬化性樹脂を少なくとも含むものであり、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が耐熱性や機械的強度、電気絶縁性に優れる点で好ましい。また、液状であるために熱伝導樹脂組成物の粘度が低減され、溶剤を含まない場合でも熱伝導樹脂組成物の加工性が良好になり、絶縁基板として加工することが容易になるという利点がある。更に、溶剤を含まないために絶縁基板のボイド発生を低減することができ、絶縁基板の絶縁性を向上させることができる点で好ましい。液状のエポキシ樹脂としては、室温で液状を示すものであればよく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが使用できる。また、この他にも室温で固体状であるエポキシ樹脂を添加してもよく、その場合でも上記と同様なエポキシ樹脂が使用できる。また、一部を臭素化したエポキシ樹脂を添加してもよく、この場合熱伝導樹脂組成物およびその硬化物である絶縁基板の難燃性が向上する点で好ましい。
【００２２】
また、熱伝導樹脂組成物２１は熱可塑性樹脂を少なくとも含むものであり、この熱可塑性樹脂は前記熱伝導樹脂組成物中の液状の熱硬化性樹脂を吸収して膨潤する作用を有する。前記熱可塑性樹脂としては、特にその種類は限定されず上記の作用を発揮する粉末状のものが好ましく、例えばポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニルなどの粉末が使用できる。また、上記熱可塑性樹脂粉末の粒径は１〜１００μｍにあることが好ましい。この場合、無機質フィラーと液状エポキシ樹脂との混合が容易になるからである。
【００２３】
また、熱伝導樹脂組成物２１は潜在性硬化剤を少なくとも含むものである。潜在性硬化剤としては特に限定されず熱硬化性樹脂に使用可能であればよく、例えばアミンアダクト系硬化剤やジシアンジアミド系硬化剤が使用できる。
【００２４】
また、上記の液状熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂粉末および潜在性硬化剤を少なくとも含む樹脂組成物に、更にカップリング剤、分散剤、着色剤から選ばれた少なくとも１種が添加されていることが好ましい。カップリング剤は無機質フィラーおよび金属箔と樹脂組成物との接着性を向上させることができ、例えばエポキシシラン系カップリング剤やアミノシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤などが使用できる。分散剤は熱伝導樹脂組成物の分散性を向上させて均質化させる点で好ましく、例えばリン酸エステルが使用できる。着色剤は熱伝導樹脂組成物に着色することでその熱輻射性を向上させることが可能な点で好ましく、例えばカーボンが使用できる。
【００２５】
熱伝導樹脂組成物２１の製造方法としては、各原料を秤量して混合すればよい。混合の方法としては、例えばボールミル、プラネタリーミキサー、攪拌機を使用できる。また、熱伝導樹脂組成物２１の性状としては粘土状もしくはペースト状であることが好ましく、このときの熱伝導樹脂組成物２１の粘度は１００〜１０００００Ｐａ・ｓであることが好ましく、１０００〜８００００Ｐａ・ｓであることがより好ましい。この範囲であれば熱伝導樹脂組成物の取り扱いが容易になり、またその後の加熱加圧により絶縁基板状に加工することが容易になるからである。なお、この粘度は図２（ｂ）で用いた加熱温度よりも低い温度での粘度を示しており、室温から上記加熱温度の範囲におけるある一定温度での粘度が上記範囲に該当すればよい。
【００２６】
また、熱伝導樹脂組成物２１をシート状に加工することが好ましい。これにより、熱伝導樹脂組成物の取り扱いが容易になり、また図２（ｂ）で示すように絶縁基板状に加工することが容易になり、かつ熱伝導樹脂組成物中のボイドの含有量を減少させることができる。シート状に加工する方法としては特に限定されず、熱伝導樹脂組成物の粘度や性状に応じて適宜選択すればよいが、例えば、押出し成形機による押出し方法、ロールコーターやカーテンコーターによる塗膜方法、印刷による方法、ドクターブレード法等が使用できる。
【００２７】
金属箔２２としては、導電性に優れ回路パターンを形成できるものであればよく、例えば銅、ニッケル、アルミニウムおよびこれらのいずれかの金属を主成分とする合金が使用できるが、特に銅および銅を主成分とする合金が好ましい。銅は電気伝導性に優れ、安価で回路パターン形成が容易に行えるからである。また、金属箔２２の熱伝導樹脂組成物と接する片方の面は粗化されていることが好ましい。金属箔２２と熱伝導樹脂組成物２１との接着強度が向上するからである。また、金属箔の厚さとしては、１２〜２００μｍの範囲にあることが好ましく、特には３５〜１００μｍの範囲にあることがより好ましい。金属箔が好ましい範囲より薄すぎると単位幅あたりの許容電流値が低下するため、大電流に対応するためには回路面積が増大し、小型化に不利である。また、金属箔が好ましい範囲より厚すぎると、高精度で回路パターンを形成するのが困難になる。
【００２８】
離型性フィルム２３は本発明の回路基板の製造に必須な要素ではないが、簡便に離型性を得られる点で好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のフィルムが使用できる。また、それらのフィルム表面にシリカなどによる離型処理が施されたものが好ましい。
【００２９】
図２（ｂ）に示した回路基板前駆体２４を形成する工程においては、熱伝導樹脂組成物２１を加熱加圧して金属箔２２と熱伝導樹脂組成物２１を接着させるとともに基板状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物２１中の熱可塑性樹脂粉末に液状のエポキシ樹脂を吸収させて膨潤させることによって粘度上昇を起こさせて非可逆的に固形化している。このときの加熱温度は熱硬化性エポキシ樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度でなければならず、同時に熱可塑性樹脂粉末のガラス転移点温度もしくは軟化点より高く、溶融開始温度よりも低い温度であることが好ましい。具体的には７０〜１４０℃であることが好ましく、８０〜１３０℃であることがより好ましい。加圧圧力は特に限定されず、金属箔と熱伝導樹脂組成物との接着や基板状に成形することが可能であれば良いが、通常２〜２０ＭＰａ、好ましくは２〜５ＭＰａである。上記の加熱加圧には、例えば熱板付プレス装置が使用できる。更に、上記の加熱加圧が真空中で行われることが好ましい。金属箔の酸化を防止し、熱伝導樹脂組成物中のボイドを除去する効果が得られるからである。この場合の真空とは大気圧以下の減圧状態を示す。
【００３０】
上記の加熱加圧により、前記熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化させたときの粘度は、８×１０4〜３×１０6Ｐａ・ｓであることが好ましく、１×１０5〜１×１０6Ｐａ・ｓであることがより好ましい。この好ましい範囲にあれば、通常の取り扱いにおいても基板形状の状態を保持することができ、かつ図２（ｃ）に示したような貫通穴の加工が容易に行えるからである。この好ましい範囲よりも粘度が低い場合は、基板形状を保持したまま貫通穴の加工を行うことが困難になる。また、この好ましい範囲よりも粘度が高い場合は、貫通穴の加工が困難になる。上記の好ましい粘度に調整するためには、熱伝導樹脂組成物２１中の液状エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂粉末との配合比率を調整すればよい。配合比率は熱可塑性樹脂粉末の種類により異なるが、通常液状エポキシ樹脂１００質量部に対して熱可塑性樹脂粉末が１０〜１００質量部程度である。
【００３１】
図２（ｃ）に示した貫通穴２５の加工方法は特に限定されず、絶縁基板２６の厚みや所望の穴径に応じて適宜選択すればよいが、例えばパンチングマシンによる打ち抜き加工法や金型による打ち抜き加工法、ドリルによる加工法が使用でき、これらは簡便で高い位置精度で穴加工できる点で好ましい。特に、パンチングマシンによる打ち抜き加工法がより好ましい。パンチング加工はドリル加工に比べて加工具と基板材料との接触が少なく、加工具の磨耗が低減されてその耐久性が大きく向上し、工業上大きく優位であるからである。
【００３２】
また、これと同時に前記回路基板前駆体２４の少なくとも一部に外形加工を行い、基板を分割もしくは部分的に分割することが好ましい。この方法によると、熱硬化性樹脂の硬化後に外形加工を行うのに比べて外形加工が容易になり、また１枚の基板に複数の回路パターンを形成する場合においても、その分割が容易になるからである。外形加工の方法としては上記の貫通穴の加工と同時に行えるものが好ましく、上記の貫通穴加工方法の好ましい例と同様に、例えばパンチングマシンによる打ち抜き切断、金型による切断、ドリルによる加工が使用できる。
【００３３】
図２（ｄ）に示した絶縁基板２６は加熱による熱硬化性エポキシ樹脂の硬化により形成される。加熱温度はエポキシ樹脂および潜在性硬化剤の反応に応じて適宜選択すればよいが、１４０〜２４０℃であることが好ましく、１５０〜２００℃であることがより好ましい。この好ましい範囲よりも低い場合、硬化が不十分になる恐れや硬化に時間がかかる恐れがあり、好ましい範囲より高い場合、樹脂が熱分解を開始する恐れがある。また、この加熱時に同時に加圧することが好ましい。これにより、熱硬化時の基板のそりが抑制され平坦度の高い基板が作製でき、また金属箔と絶縁基板との接着性が向上する。加圧圧力は適宜決定すればよいが、通常３ＭＰａ以下、好ましくは０．００１〜１ＭＰａである。この範囲より高い場合、貫通穴が変形する恐れがある。また、加熱硬化時に金属箔の酸化防止のために真空もしくは非酸化性雰囲気中で加熱を行うことが好ましい。なお、図２（ｄ）においては、離型性フィルム２３をこの時点で剥離しているが、剥離は離型性フィルムが不用になった時点で剥離してもよく、例えば図２（ｃ）に示した貫通穴加工時に除去してもよい。
【００３４】
図２（ｅ）に示した回路パターン２７の形成方法としては特に限定されず、従来公知の方法が使用でき、例えば化学的エッチングによる方法が使用できる。
【００３５】
（実施の形態２）
図３に、本発明の別の実施の形態における回路基板を示す。図３において、３１は熱伝導樹脂組成物を硬化させた絶縁基板であり、３２は回路パターンであり、３３は絶縁基板３１中に設けられた貫通穴にめっきを施して両面の回路パターンを電気的に接続させるスルーホールである。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態２における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図４（ａ）に示すように、複数の熱伝導樹脂組成物４１を金属箔４２で挟み込み、熱伝導樹脂組成物４１中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、図４（ｂ）に示すように、金属箔４２と熱伝導樹脂組成物４１を接着させるとともに、複数の熱伝導樹脂組成物４１を一体化して基板状に成形し、かつ一体化した熱伝導樹脂組成物４１を非可逆的に固形化して回路基板前駆体４３を形成する。その後、図４（ｃ）に示すように、回路基板前駆体４３に穴あけ加工を施して貫通穴４４を形成してから加熱して、図４（ｄ）に示すように、貫通穴４４の形状を保持したまま熱伝導樹脂組成物４１を硬化させて絶縁基板４５にする。その後、図４（ｅ）に示すように、めっきを施して両面の金属箔４２を電気的に接続させるスルーホール４６を形成し、更に図４（ｆ）に示すように、金属箔４２を加工して回路パターン４７を形成して回路基板を得る。
【００３７】
本実施の形態２で使用した熱伝導樹脂組成物４１、金属箔４２は実施の形態１で使用したものと同様のものが使用できる。また、回路基板前駆体４３の形成方法、貫通穴４４の形成方法、絶縁基板４５の製造方法、回路パターン４７の形成方法として、実施の形態１で説明した各方法が使用できる。
【００３８】
図４（ｅ）に示したスルーホール４６の形成方法としては、全面銅めっきによる接続方法が好ましい。抵抗値が低く許容電流値が大きいからである。この場合にも金属箔４２は銅箔であることが好ましい。金属箔とめっき間の熱膨張係数がマッチして信頼性が向上するからである。
【００３９】
（実施の形態３）
図５は、本発明の別の実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。図５（ａ）で示した５１は、補強材に熱伝導樹脂組成物を塗布あるいは含浸させて一体化したシート状熱伝導樹脂組成物である。図５（ｂ）に示すように、シート状熱伝導樹脂組成物５１を金属箔５２で挟み込み、シート状熱伝導樹脂組成物５１中の熱硬化性樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で加熱加圧することで、金属箔５２とシート状熱伝導樹脂組成物５１を接着させるとともに基板状に成形し、かつシート状熱伝導樹脂組成物５１を非可逆的に固形化して回路基板前駆体５３を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、回路基板前駆体５３に穴あけ加工を施して貫通穴５４を形成してから加熱して、図５（ｄ）に示すように、貫通穴５４の形状を保持したままシート状熱伝導樹脂組成物５１を硬化させて絶縁基板５５にする。その後、図５（ｅ）に示すように、めっきを施して両面の金属箔５２を電気的に接続させるスルーホール５６を形成し、更に図５（ｆ）に示すように金属箔５２を加工して回路パターン５７を形成して回路基板を得る。
【００４０】
本実施の形態３で使用したシート状熱伝導樹脂組成物５１中の熱伝導樹脂組成物、金属箔５２は実施の形態１で使用したものと同様のものが使用できる。また、回路基板前駆体５３の形成方法、貫通穴５４の形成方法、絶縁基板５５の製造方法、回路パターン５７の形成方法として、実施の形態１で説明した各方法が使用できる。更に、スルーホール５６の形成方法としては、実施の形態２で説明したものと同様な方法が使用できる。
【００４１】
本実施の形態で使用した補強材としては、例えばセラミック繊維、ガラス繊維、樹脂繊維を使用した布などが使用できるが、特にセラミック繊維もしくはガラス繊維が好ましい。セラミックやガラスは耐熱性に優れているので高信頼性であり、また樹脂に比べてその熱伝導率が高いため基板の熱伝導性が良好になる。セラミックとしては、例えばアルミナやシリカ、窒化珪素が使用できる。また、前記の繊維を使用した場合、補強材が不織布であることが好ましい。不織布は織布に比べて補強材の密度が低くポーラスであるので、熱伝導樹脂組成物を塗布もしくは含浸させる際に無機質フィラーを取り込みやすく、前記熱伝導樹脂組成物の組成比を変化させずに塗布もしくは含浸することが容易になるからである。更に、前記の繊維の直径は１０μｍ以下であることが好ましい。これより大きすぎると、基板成形時の圧縮性が減少し、無機質フィラー同士の熱伝導が妨げられやすくなり、その結果基板の熱抵抗が高くなる恐れがある。
【００４２】
上記の補強材と熱伝導樹脂組成物とを一体化してシート状熱伝導樹脂組成物５１を製造する方法としては特に限定されず、例えば熱伝導樹脂組成物を補強材に塗布する方法、熱伝導樹脂組成物を補強材に含浸させる方法、シート状に加工した熱伝導樹脂組成物を補強材に張り合わせる方法が使用できる。
【００４３】
なお、本実施の形態３ではシート状熱伝導樹脂組成物５１を使用して両面配線がスルーホール接続された基板について説明したが、上記実施の形態１と同様な方法を用いることにより、補強材と一体化した熱伝導樹脂組成物を絶縁基板とした片面配線回路基板を製造することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
図６は、本発明の別の実施の形態における電力変換モジュールを示す断面図である。図６において、６１は上記各実施の形態で説明した方法で作製した回路基板であり、その上に各種の半導体素子６２および受動部品６３が実装されて電力変換回路を形成しており、更に外部取り出し電極などの機構部品６４が接続されている。
【００４５】
各部品の実装方法としては、従来公知の技術を使用すればよく、例えばリフロー半田付け、フロー半田付け、ワイヤボンディング、フリップチップ接続が使用できる。半田付けを行う場合、回路基板６１上に半田レジスト膜が形成されていてもよく、半田の不要な流出を防ぐことができる点で好ましい。また、回路パターン表面に金属コートを施して回路パターンである金属箔の酸化や腐食を防止することが好ましく、金属コートとしてはたとえば半田又はすずが使用できる。
【実施例】
【００４６】
次に、具体的実施例に基づいて、本発明の回路基板およびその実装体の製造方法を更に詳しく説明する。
【００４７】
（実施例１）
熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと樹脂組成物を混合した。それらの材料および配合比を以下に示す。
【００４８】
（１）無機質フィラー：Ａｌ2Ｏ3（“ＡＳ−４０”、昭和電工社製、平均粒径１２μｍ）８７質量％
（２）液状の熱硬化性樹脂：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社製）７質量％
（３）熱可塑性樹脂粉末：ポリメタクリル酸メチル（関東化学社製）３.５質量％
（４）潜在性硬化剤：アミン系硬化剤（“アミキュアＰＮ−２３”、味の素社製）１．５質量％
（５）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン社製）０．５質量％、カップリング剤（“プレンアクトＫＲ−４６Ｂ”、味の素社製）０．５質量％
これらの材料を秤量し、プラネタリーミキサーで混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。その後、この熱伝導樹脂組成物をロールコーターで厚さ約０．８ｍｍのシート状に加工した。この熱伝導樹脂組成物の粘度を動的粘弾性測定装置（ＵＢＭ社製）で昇温させながら測定したところ、図８に示すような粘度特性を示した。図８から明らかなように、温度が約８０℃を超えると熱伝導樹脂組成物の非可逆的な固形化が開始され、温度が約１００℃に達すると非可逆的な固形化が完了する。その後に昇温を続けると温度が約１４０℃まではほぼ一定の粘度を維持するが、さらに昇温すると熱伝導樹脂組成物の硬化が開始され、温度が約１７０℃以上になると完全に硬化する。
【００４９】
厚さ７０μｍのＰＰＳ離型性フィルム上に上記のシート状熱伝導樹脂組成物を配置し、更にその上に厚さ３５μｍの片面粗化銅箔（古河電工社製）を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図２（ａ）に示したように配置した。これらを減圧した状態において１００℃の熱プレス機で加熱しながら３ＭＰａの圧力で１０分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに、図２（ｂ）に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約０．８ｍｍの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体にドリル加工により図２（ｃ）に示すような直径０．６ｍｍの貫通穴を設けた。その後、上記の回路基板前駆体を窒素雰囲気中で１７０℃で１時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、離型性フィルムを除去して図２（ｄ）に示すような銅箔付き絶縁基板を作製した。更に、金属箔上に光硬化性のドライフィルムレジスト（ニチゴーモートン社製）をラミネートし、回路パターンを露光、現像してから、塩化鉄水溶液中でエッチングして回路パターンを形成し、その後ドライフィルムレジスト膜を除去して図２（ｅ）に示すような片面配線回路基板を完成させた。
【００５０】
比較例１として、本実施例１と同じシート状熱伝導樹脂組成物、銅箔および離型性フィルムを用いて、図２（ａ）に示すように重ね合わせ、減圧した状態で１７０℃の熱プレス機で加熱しながら３ＭＰａの圧力で１．５時間加圧して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、片面銅張基板を作製した。その後、ドリル加工により直径０．６ｍｍの貫通穴を設け、回路基板を作製した。
【００５１】
上記の実施例１と比較例１において、ドリル加工時における超硬合金製のドリル刃（ユニオン・ツール社製）の耐久性を比較した。実施例１の場合、１０００回の穴開け加工した後でもドリル刃の磨耗は少なく、その後の穴開け加工が可能でありチッピングも発生しなかった。また、貫通穴の壁面のバリは発生しなかった。しかし、比較例１の場合にはドリル刃の磨耗が激しく、１００回の穴開けで銅箔にバリが生じ、その後の穴開け加工が不可能になった。このことから本実施例１の回路基板の製造方法は貫通穴の加工性に優れていることがわかる。
【００５２】
（実施例２）
熱伝導樹脂組成物を作製するために、無機質フィラーと樹脂組成物を混合した。それらの材料および配合比を以下に示す。
【００５３】
（１）無機質フィラー：Ａｌ2Ｏ3（“ＡＳ−４０”、昭和電工社製、平均粒径１２μｍ）８８質量％
（２）液状の熱硬化性樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（“エピコート８０７”、油化シェルエポキシ社製）５質量％
（３）臭素化されたエポキシ樹脂（“エピコート５０５０”、油化シェルエポキシ社製）２質量％
（４）熱可塑性樹脂粉末：ポリメタクリル酸メチル（関東化学社製）３質量％
（５）潜在性硬化剤：アミン系硬化剤（“アミキュアＰＮ−２３”、味の素社製）１質量％、ジシアンジアミド（大日本インク社製）０．４質量％
（６）その他の添加物：カーボンブラック（東洋カーボン社製）０．４質量％、カップリング剤（“プレンアクトＫＲ−４６Ｂ”、味の素社製）０．２質量％
これらの材料を秤量し、攪拌混練機で混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。その後、この熱伝導樹脂組成物を押出し成形機で厚さ約１．０ｍｍのシート状に加工した。この熱伝導樹脂組成物の粘度を測定したところ、５０℃で約９０００Ｐａ・ｓ、１１０℃で約８０００００Ｐａ・ｓであった。
【００５４】
厚さ７０μｍの片面粗化銅箔（古河サーキットフォイル社製）を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図４（ａ）に示したように挟み込んだ。ただし、本実施例２の熱伝導樹脂組成物はシート状であり図面とは異なる。これらを減圧した状態で９０℃の熱プレス機で加熱しながら３ＭＰａの圧力で１５分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに図４（ｂ）に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約１．０ｍｍの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体にパンチングマシン（ＵＨＴ社製）による加工により図４（ｃ）に示すような直径０．５ｍｍの貫通穴を設けた。その後、上記の回路基板前駆体に０．０１ＭＰａの加重を加えながら１７０℃で２時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させて図４（ｄ）に示すような銅箔付き絶縁基板を作製した。その後、全面に厚さ約３０μｍの銅めっきを施して図４（ｅ）に示すような銅めっきスルーホールを形成した。更に、実施例１と同様な方法で回路パターンを形成して図４（ｆ）に示すような両面配線回路基板を完成させた。
【００５５】
なお、本実施例２と同じシート状熱伝導樹脂組成物、銅箔および離型性フィルムを用いて、図４（ａ）に示すように重ね合わせ、減圧した状態で１７０℃の熱プレス機で加熱しながら３ＭＰａの圧力で１．５時間加圧して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させ、厚さ約１．０ｍｍの両面銅張基板を作製した。その後、上記のパンチング加工により直径０．５ｍｍの貫通穴を設けようとしたが、パンチングマシンのピンが前記基板を貫通せず、貫通穴が作製できなかった。このことから本実施例２の回路基板の製造方法は貫通穴の加工性が優れていることがわかる。
【００５６】
比較例２として、ほぼ同じ厚さの絶縁層、配線層を持ち、銅めっきスルーホールを形成したガラス−エポキシプリント両面配線板（ＡＮＳＩグレードＦＲ−４相当）を作製した。
【００５７】
実施例２と比較例２の基板に同様のスルーホールチェーンパターン（５００穴連結）を形成して、その抵抗値を測定しながら、２０℃と２６０℃の油中に各１０秒ずつディップを繰り返すホットオイル試験を行った。その結果、比較例２の基板においては３５０サイクルで抵抗の増大が現れて断線したが、実施例２の基板においては３０００サイクルでも抵抗値の増大はみられず接続性は良好であった。このことから本実施例２による回路基板が高信頼性であることが分かる。
【００５８】
（実施例３）
上記実施例１と同様の材料を混合して熱伝導樹脂組成物を作製した。
【００５９】
補強材としてガラス不織布（厚み約０．２ｍｍ、繊維径９μｍ）を用意し、上記の熱伝導樹脂組成物をガラス不織布の両面からロールで塗布して、図５（ａ）に示すような厚さ０．８ｍｍの補強材入り熱伝導樹脂組成物を作製した。
【００６０】
厚さ３５μｍの片面粗化銅箔（古河電工社製）を、その粗化面が熱伝導樹脂組成物に接するようにして図５（ｂ）に示したように挟み込んだ。これらを減圧した状態で１００℃の熱プレス機で加熱しながら３ＭＰａの圧力で１０分間加圧して、銅箔と熱伝導樹脂組成物を接着させるとともに図５（ｃ）に示すような基板形状に成形し、同時に熱伝導樹脂組成物を非可逆的に固形化して厚さ約０．８ｍｍの回路基板前駆体を形成した。次いで、上記の回路基板前駆体に金型により図４（ｃ）に示すような直径０．８ｍｍの貫通穴を設け、同時に上記回路基板前駆体の回路形成部分とその外周部分との間に、数個所のつなぎ部分を残して幅１ｍｍのスリットを設けた。その後、上記の回路基板前駆体を窒素雰囲気中で１７０℃で２時間加熱して熱伝導樹脂組成物中のエポキシ樹脂を硬化させて、図５（ｄ）に示すような両面銅箔付き絶縁基板を作製した。その後、全面に厚さ約３０μｍの銅めっきを施して図５（ｅ）に示すような銅めっきスルーホールを形成した。更に、実施例１と同様な方法で回路パターンを形成して図５（ｆ）に示すような両面配線回路基板を完成させた。その後、つなぎ部分を割ることで所望の外形寸法を持つ回路基板を容易に得ることができた。
【００６１】
実施例１と本実施例３の基板を同サイズに加工し、銅箔を除去してからその抗折強度を測定したところ、実施例１の基板の抗折強度が２１０ＭＰａであったのに対し、実施例３の基板では２８０ＭＰａであった。この結果から、実施例１の基板においても基板として実用的な強度があるが、更に補強材を入れることにより基板の強度が向上していることがわかる。
【００６２】
また、実施例１、３および比較例２の基板の熱抵抗を測定した。熱抵抗は基板に発熱素子が搭載された場合の、出力電力に対する温度上昇を表したものであり、この値が小さいほど温度上昇が小さくなり部品の動作許容範囲が大きくなる。熱抵抗測定は、熱抵抗測定機（キャッツ電子設計社製）を用いた。すなわち、各基板の同一パターン上にＦＥＴ（ＴＯ−２２０パッケージ）を取り付け、理想定温熱溜としてのフィン付きヒートシンクに回路基板のＦＥＴ実装面の反対面を接着し、その状態で半導体に一定の電力を与えたときの半導体のＰＮ接合部の電圧変化から半導体温度の変化を見積もり、温度差を電力で割った値を求めた。その結果、実施例１の基板の熱抵抗が１．０２℃／Ｗであったのに対し、実施例３では１．１１℃／Ｗであり、比較例２では８．４℃／Ｗであった。この結果から、補強材が内蔵されていても基板の熱抵抗に大きな差はなく、比較例２のような一般的なプリント配線板に比べて本実施例の基板の熱抵抗が非常に小さく、熱的に有利であることが分かる。
【００６３】
（実施例４）
上記実施例２および比較例２で作製した回路基板に、メタルマスクを用いてスクリーン印刷法で半田ペースト（千住金属社製）を印刷し、その上に半導体素子（三菱電機社製）およびコンデンサ、トランス、チョーク、抵抗などの各種受動部品（松下電子部品社製）および外部取り出し端子などの機構部品を搭載してからリフロー炉（松下電工社製）で半田付けを行い、電力変換モジュールとしてＤＣ−ＤＣコンバータを作製した。
【００６４】
このＤＣ−ＤＣコンバータに３０Ｗの負荷を与え、負荷開始から１０分後のパワー半導体の温度をサーモビュアー（ニコン社製）で測定したところ、実施例２の回路基板を用いた場合では４８℃であったが、比較例２の回路基板を用いた場合では６３℃であった。この結果から、実施例２の基板を用いた電力変換モジュールは部品の温度上昇が小さく、動作および信頼性の面で有利であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性に優れ十分な強度を保持し、大電流に対応することが可能な回路基板を提供することが可能になる。また、本発明の回路基板の実装体である電力変換モジュールによれば、熱放散性に優れ部品の温度上昇が抑制されることにより、大電流が使用可能になり、高密度な部品実装が可能になり、機器を小型高密度化することが可能になる。
【００６６】
また、本発明の回路基板は、その製造方法において、樹脂組成物に無機質フィラーを高濃度に混合して熱伝導性を高めた絶縁基板の貫通穴の加工が容易に行え、実用上困難であった貫通穴を有した高熱伝導絶縁基板の製造を簡便に行うことが可能になる。またこれにより、貫通穴にめっきを施したスルーホールを有する両面配線基板の製造を簡便に行うことが可能になる。更に、補強材を含むことにより、より強度の高い高熱伝導な回路基板を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における回路基板を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における回路基板を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３における回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４における電力変換モジュールを示す断面図である。
【図７】従来例の回路基板の製造方法を示す工程別断面図である。
【図８】本発明の実施例１における熱伝導樹脂組成物の粘度を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１、２６、３１、４５、５５  絶縁基板
１２、２７、３２、４７、５７、７５  回路パターン
１３、２５、４４、５４、７４  貫通穴
２１、４１  熱伝導樹脂組成物
２２、４２、５２、７２  金属箔
２３  離型性フィルム
２４、４３、５３  回路基板前駆体
３３、４６、５６  スルーホール
５１  シート状熱伝導樹脂組成物
６１  回路基板
６２  半導体素子
６３  受動部品
６４  機構部品
７１  熱伝導混合物
７３  電気絶縁層
【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】
2006114931.tif 000009
【図８】
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