(57)【要約】【課題】多層構造でかつ金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板の半田接合信頼性を向上させることを目的とする。【解決手段】金属板を有する金属ベース或いは金属芯タイプであって、基材２と金属配線層１とが複数重ねられて構成された多層構造３を有する。この多層構造３は金属板４に熱伝導性絶縁樹脂５を介して接着され、この多層構造３の基材２はエポキシ樹脂であり、−４０℃での引張弾性率が４００ＭＰａ以下であることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を有する金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板であって、
前記金属板に熱伝導性絶縁樹脂を介して接着され、基材と金属配線層とが複数重ねられて構成された多層構造を有し、
前記基材はエポキシ樹脂であり、−４０℃での引張弾性率が４００ＭＰａ以下であることを特徴としたプリント配線板。
【請求項２】
前記金属配線層が形成されたエポキシ樹脂の基材の複数層を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔の壁面に伝熱膜が形成され、前記貫通孔を通して前記金属板に熱が伝導することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半田接合信頼性を向上させた金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
厳しい環境での動作が要求される車両、例えば自動車のエンジンルーム内で使用されるパワー基板は、高温環境下での回路動作が必要であり、一般的に放熱特性を向上させるために金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板が用いられている。さらに自動車は極寒地域から熱帯地域に至る広い地域の環境下で運転できなければならず、動作環境が厳しいので、エンジンルーム内で使用される制御基板は、実装部品の半田接続信頼性の要求は厳しく、例えば−４０℃/１２５℃ヒートサイクルで３６００回以上の耐性を有する信頼性が要求されることがある。
【０００３】
従来からプリント配線板を構成するガラスエポキシ等の基材の弾性率を下げることにより実装部品の半田接続信頼性を向上させることは公知である。例えば特許文献１ではガラスクロスに含浸させるエポキシ樹脂にダイマー酸変性エポキシ樹脂とプロピレンオキサイド付加ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂成分を用いることにより、基材の耐熱性、耐湿性、金属箔引き剥がし強さを確保したまま低弾性化が可能であり、−３０℃/１２０℃ヒートサイクルで１０００回後の半田クラック発生率が低い多層プリント配線板が示されている。
【０００４】
また金属ベース板の上に弾性率の低い熱伝導性シリコーンゴムを形成し、その上に回路形成した高信頼性金属ベース基板が市販されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７１４４２号公報（第２頁乃至３頁、表３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のようなプリント配線板は金属ベースあるいは金属芯タイプでないため、放熱性能は低く、高温環境下での回路動作ができない問題が発生する恐れが高い。また、−３０℃/１２０℃ヒートサイクルで１０００回後の半田クラック発生率が低い多層プリント配線板が示されているが、半田変形量が大きくなる金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板を用いた場合は半田クラック発生率が大幅に低下するので、厳しい動作環境下での半田接合信頼性を十分に確保できない問題があった。
【０００７】
また上記市販金属ベース基板は優れた半田接続信頼性が得られているものの、絶縁樹脂にシリコーンゴムを用いているため、多層化が困難である。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、多層構造でかつ金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板の半田接合信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るプリント配線板は、金属板を有する金属ベース或いは金属芯タイプであって、基材と金属配線層とが複数重ねられて構成された多層構造を有する。この多層構造は金属板に熱伝導性絶縁樹脂を介して接着され、この多層構造の基材はエポキシ樹脂であり、−４０℃での引張弾性率が４００ＭＰａ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、金属ベース或いは金属芯タイプであって、複数層の金属配線で構成された多層構造を有するプリント配線板の基材にエポキシ樹脂組成物（以下エポキシ樹脂）を用いて、そのエポキシ樹脂硬化物の引張弾性率を、−４０℃に於いて４００ＭＰａ以下にしたので、半田接合信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
金属ベース基板（又は金属芯基板）に用いる基材（エポキシ樹脂）の−４０℃における引張弾性率（印加周波数１Ｈｚ、以下同条件）と−４０℃と１２５℃間での部品実装部分の半田変形量（半田歪率）に相関関係があることを実験的に見出し、図１を得た。半田歪率を測定した部品は３２２５抵抗チップであり、半田はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕを用いた。
【００１２】
−４０℃における４００ＭＰａ以下のエポキシ樹脂を基材として金属ベース又は金属芯タイプの多層プリント配線板に適用することにより、−４０℃／１２５℃ヒートサイクルでの３２２５チップ部品実装部の半田歪率が５．０％以下となり、３６００サイクル以上の耐性が得られることも見出した。図２はエポキシ樹脂を金属ベース又は金属芯タイプの多層プリント配線板に実装した３２２５チップ部品実装部の半田歪率と−４０℃／１２５℃ヒートサイクルの３６００サイクル後における半田接合の良品率を示す図である。なお、符号Ａで示した点は後述する実施の形態１のプリント配線板の結果である。
【００１３】
ここでヒートサイクル後の良否判定は、断面観察での半田接合長当たりのクラック長（半田クラック率）が２０％未満とした。半田歪率が５．０％以下になると半田接合の良品率が１００％になった。逆に半田歪率が６．４％から７．０％であったものは３６００サイクルの耐性は得られなかった。プリント配線板には複数の実装部品が実装されるので、全ての実装部品において半田接合が良品になることで、部品実装済みのプリント配線板が良品になる。仮に良品率Ｘ％で実装部品ｎ個を実装すると、プリント配線板としては（Ｘ／１００）ｎ×１００％の良品率となる。よって実装部品における半田接合の良品率は１００％であることが求められる。したがって半田歪率５．０％以下であれば、部品実装済みのプリント配線板において良品が得られる。以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図３はこの発明の実施の形態１における金属ベースのプリント配線板の断面図である。銅配線１が絶縁樹脂２で絶縁された６層の配線層を有する多層構造３は、金属ベースであるアルミ板４に熱伝導性絶縁樹脂５を介して接着されている。多層構造３にはサーマルビアである貫通孔６Ａ乃至６Ｅが形成されている。サーマルビアは放熱特性を向上させるためのものであって、壁面に伝熱膜として銅メッキが施される。多層構造３における異なる層の銅配線１の接続はスルーホールである配線接続孔７Ａ乃至７Ｂによってなされる。例えば配線接続孔７Ｂにおいて、最上層（第１層）の銅線１Ａは最上層から４層目及び６層目に当たる第４層の銅配線１Ｂ及び第６層の銅配線１Ｃと配線接続孔７Ｂの内面に施された銅メッキ等の金属で接続される。
【００１５】
高熱を発生する半導体回路部品のプリント配線板への放熱を効率的に行うため、サーマルビアである貫通孔６Ａ乃至６Ｅの上に配置されるように該当部品をプリント配線板に実装する。この貫通孔６Ａ乃至６Ｅから熱が金属ベースに放熱されるため、サーマルビアが無い場合に比べて熱抵抗が下がり、半導体回路部品及び半導体回路部品が実装された周辺の温度を下げることができる。これによって、半導体回路部品が正常に動作しなくなったり、制御基板が搭載された機器の動作と停止に伴う温度変化によって半田接続部にクラックが入ったりする不具合を防止することができる。
【００１６】
次にプリント配線板に製造方法並びに製造されたプリント配線板の特性について説明する。
【００１７】
まず、絶縁樹脂２として用いるエポキシ樹脂組成を説明する。ジャパンエポキシ社製ＹＬ−７２１７を１００部に対し、ＭＢ７（ジャパンエポキシ社製、ジシアンジアミド/ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂  マスターバッチ）５．８部、２Ｅ４ＭＺ（四国化成(株)製  ２−エチル−４−メチルイミダゾール）２．５部、をＰＧＭＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）で固形分が６０質量％になるように希釈し、混合・溶解した。
【００１８】
得られた樹脂組成物を１８μｍ厚の電解銅箔のマット面に乾燥厚が４０μｍになる様にコーティングし、１２０℃の熱風炉中に１０分、更に１５０℃の熱風炉中に３分、熱乾燥してＲＣＣ（Ｒｅｓｉｎ  Ｃｏａｔｅｄ  ｏｎ  Ｃｏｐｐｅｒ）シートを得た。
【００１９】
得られたＲＣＣシートを１５０℃で１時間、さらに１８０℃で１時間、熱処理して硬化させた。硬化後のＲＣＣシートの銅箔をエッチングした。エッチング後の樹脂部分の引張粘弾性を測定したところ、−４０℃での弾性率は１７７ＭＰａ、Ｔａｎδピークから求めたガラス移転点は−４１℃であった。
【００２０】
エッチングによって配線パターンを形成したＲＣＣシートを用いて、４０ｍｍ×６０ｍｍの６層プリント配線板を作製した。まず２つのＲＣＣシートを樹脂同士で重ねて２層化する。ＲＣＣシートの樹脂は２層配線の基材であり、絶縁樹脂２としての役割を果たしている。その後は配線間に絶縁樹脂２が配置されるように重ねて、外面（表面及び裏面）に配線が露出した６層プリント配線板を得た。６層プリント配線板の裏面（Ｃ面）と同サイズの銅板を熱伝導１．５Ｗｍ・Ｋのアルミナ含有高熱伝導エポキシ樹脂で熱プレス接着した。銅板と銅箔配線間の接着厚さは約４０μｍであった。
【００２１】
得られた基板に３２２５コンデンサチップ部品及び３２２５抵抗チップ部品をＸ軸方向及びＹ軸方向の直角の向きに５個ずつ計２０個をリフローにより実装した。半田はＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕペーストをプリント配線板に印刷して形成した。
【００２２】
上記の部品を実装した基板を−４０℃（３０分）／１２５℃（３０分）の気槽ヒートサイクル装置に入れて、ヒートサイクル試験を実施した。３６００サイクル後に基板を取り出して、半田接合部の断面観察を行った。その結果、１０個全てのコンデンサ（半田接合部  ２０カ所）は半田クラック率が１０％未満であり、１０個全ての抵抗（半田接合部  ２０カ所）は半田クラック率が１５％未満であったので、良品と判断した。またヒートサイクルの際即ち−４０℃と１２５℃間での半田歪率は５．０％以下である３．５％であった。
【００２３】
以上のように実施の形態１における金属ベースの多層構造のプリント配線板は、基材に用いるエポキシ樹脂の弾性率が、−４０℃に於いて、４００ＭＰａ以下にしたので、−４０℃と１２５℃間での半田歪率は３．５％にすることができた。これによって半田クラック率が１５％未満であり、半田接合信頼性を向上させることができた。
【００２４】
なお、上述した多層構造のプリント配線板の製造方法は一例であって、これに限定されない。また、金属板の片面側に配線が配置される金属ベースの多層構造のプリント配線板で説明したが、金属板の両面側に配線が配置されるようにすることで、金属芯タイプの多層構造のプリント配線板にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】エポキシ樹脂基材の弾性率とヒートサイクルでの半田歪率を示す図である。
【図２】エポキシ樹脂基材の半田歪率とヒートサイクル試験後の半田接合の良品率を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における金属ベースのプリント配線板の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  銅配線
２  絶縁樹脂
３  多層構造
４  アルミ板
５  熱伝導性絶縁樹脂
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ  貫通孔
【図１】
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【図２】
2008270247.tif 000004
【図３】
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