(57)【要約】【課題】接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用い、接着時間の短縮に伴なって成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供する。【解決手段】平行平板状の導電層を形成する導体２ａ、２ｂと、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層１ｃと、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの最外絶縁層１ａ、１ｂと、それぞれの導体に接続された電極４ａ、４ｂと、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層３ａ〜３ｄとを備えるようにした。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの最外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備えることを特徴とするラミネート基板。
【請求項２】
絶縁層はポリエチレンテレフタレートからなり、接着層はポリエチレンからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
【請求項３】
絶縁層はポリエチレンテレフタレートからなり、接着層はポリプロピレンからなり、導体はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
【請求項４】
絶縁層はポリプロピレンからなり、接着層はポリエチレンからなることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
【請求項５】
絶縁層と接着層との間にガスバリヤ層を備えることを特徴とする請求項１記載のラミネート基板。
【請求項６】
複数のスイッチング素子を搭載した半導体モジュールと、これらのスイッチング素子の動作を制御するための制御回路と、電源から半導体モジュールへ給電するための給電回路と、制御回路または給電回路と半導体モジュールとを接続するラミネート基板を有し、
ラミネート基板は、平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの最外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備え、かつ、平行平板状の導電層よりも半導体モジュール側部分において屈曲していることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気機器のパワー回路基板の技術分野に属するものであり、とくに絶縁層と導体とを接着層を介して多層化したラミネート基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のラミネート基板は、絶縁層であるポリエチレンテレフタレートフィルムにエポキシ接着剤を塗布してＢステージ化しておき、このポリエチレンテレフタレートフィルムと導体とを逐次積層し、加熱加圧成形することによって得られる。接着条件として、温度１７０℃、圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ２、硬化時間６０分が例示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９６７４１号公報（段落００１１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を接着剤として用いており、エポキシ樹脂の硬化時間が長いために成形時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用い、接着時間の短縮に伴なって成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明におけるラミネート基板は、平行平板状の導電層を形成する複数の導体と、これらの導体間に配置されシート状の熱可塑性樹脂からなる層間絶縁層と、これらの導体を被覆しシート状の熱可塑性樹脂からなる２つの最外絶縁層と、それぞれの導体に接続された電極と、隣接する導体と絶縁層との間ならびに隣接する絶縁層同士の間に介在し絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなる接着層とを備えるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用されるラミネート基板の実施の形態１を説明するための平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。パワー回路基板としてのラミネート基板１０は、シート状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる第一最外絶縁層１ａ、第二最外絶縁層１ｂ及び層間絶縁層１ｃを備え、第一最外絶縁層１ａと層間絶縁層１ｃとの間には第一パワー導体２ａ、第二最外絶縁層１ｂと層間絶縁層１ｃとの間には第二パワー導体２ｂが配置されている。第一パワー導体２ａと第二パワー導体２ｂは、中央部が幅広くかつ形状が重なり合い、平行平板状の導電層を形成している。この重なり合いの面積及び形状は用途に応じて適宜設計できる。第一パワー導体２ａには第一電極４ａ、第二パワー導体２ｂには第二電極４ｂが、それぞれ２個ずつ接続されており、これらの第一、第二電極４ａ、４ｂは第一最外絶縁層１ａ、第二最外絶縁層１ｂ、層間絶縁層１ｃより外部に突出している。なお、図１では各電極が各パワー導体と同一部材の場合について例示しているが、電気的に接続されていればこれに限定するものではない。また、いずれかの電極が絶縁層から突出していない場合、スルーホール等を介して接続用端子を取り付けることは適宜実施できる。
【０００８】
さらに、隣接する第一最外絶縁層１ａと第一パワー導体２ａとの間には第一接着層３ａが介在している。同様に、第二最外絶縁層１ｂと第二パワー導体２ｂとの間には第二接着層３ｂ、層間絶縁層１ｃと第一パワー導体２ａとの間には第三接着層３ｃ、層間絶縁層１ｃと第二パワー導体２ｂとの間には第四接着層３ｄが介在している。また、それぞれの絶縁層の間で、第一、第二パワー導体２ａ、２ｂの形状によって、絶縁層同士が隣接する部分が生じる。第一最外絶縁層１ａと層間絶縁層１ｃが隣接する部分には、第一接着層３ａと第三接着層３ｃとが介在し一体化している。同様に、第二最外絶縁層１ｂと層間絶縁層１ｃが隣接する部分には、第二接着層３ｂと第四接着層３ｄとが介在し一体化している。第一ないし第四接着層３ａ〜３ｄは、これらの絶縁層１ａ〜１ｃよりも低温で溶融する熱可塑性樹脂からなり、この実施の形態ではポリエチレン（ＰＥ）を用いている。なお、図２では導体が２層の場合について例示しているが、これに限定するものではない。
【０００９】
次に、ラミネート基板１０の成形方法について説明する。図３は、この実施の形態におけるラミネート基板１０の成形前の構成を説明するための展開図である。図３において上から順に、第一最外絶縁層１ａ、第一パワー導体２ａ、層間絶縁層１ｃ、第二パワー導体２ｂ、第二最外絶縁層１ｂである。ここで、第一最外絶縁層１ａの図示下側の面、層間絶縁層１ｃの両面、第二最外絶縁層１ｂの図示上側の面には、接着剤としてのＰＥ膜が形成されている。ＰＥ膜は、ＰＥＴフィルムとの共押し出し法によって形成することができる。また、ＰＥＴフィルムの厚さは０．１ｍｍ程度、ＰＥ膜の厚さは５０μｍ程度というように、用途に応じて適宜設定できる。第一、第二パワー導体２ａ、２ｂとしての銅箔の厚さも用途に応じて適宜選択できるが、０．２〜１ｍｍの場合、ラミネート基板１０として柔軟性を有する観点から好ましい。なお、銅箔の代わりにアルミニウム、黄銅、りん青銅など、導電率の良好な材質を用いてもよい。
【００１０】
図４は、ラミネート基板１０を成形するために、図３における構成をプレス機の加工ステージ内に配置した様子を示す積層イメージ図である。図４において、プレス機の上側金型６ａと下側金型６ｂの間に下から順に、クッション材７、第二最外絶縁層１ｂ、第二パワー導体２ｂ、層間絶縁層１ｃ、第一パワー導体２ａ、第一最外絶縁層１ａ、クッション材７を敷設している。
【００１１】
クッション材７は、例えば厚さ５ｍｍのシリコンゴムシートを使用する。クッション材７としては、接着剤の接着温度を十分に上回る耐熱性を有する弾力性材料であればとくに限定されるものではなく、所望の成形ができるよう硬度、伸び等を考慮したものを用いることができる。
【００１２】
次に、上側金型６ａと下側金型６ｂの間を閉じて加圧するとともに、両方の金型を接着剤の接着温度になるように加熱する。ここで、加工ステージ内を減圧しておくと、ラミネート基板１０内部のボイド発生を防止できる。この実施の形態では、接着剤としてＰＥを用いていることから接着温度は１２０〜１５０℃が好ましい。また、例えば、加圧５ｋｇｆ／ｃｍ２程度、真空度１．３×１０４Ｐａ程度とする。
【００１３】
設定した接着温度に達したところで、その接着温度を５分程度保持すると、ＰＥが十分に溶融して、被着体である導体と絶縁層の表面形状に沿って流動する。その後、室温まで冷却することによってＰＥは固化し、導体と絶縁層との接着が完成する。なお、接着温度の保持時間は適宜設定することができ、接着後の冷却速度はＰＥの内部応力の発生を抑制するように設定することが好ましい。
【００１４】
このようにして得られたラミネート基板１０は、接着剤として硬化反応を伴なわない熱可塑性樹脂を用いているため、従来のエポキシ接着剤を用いたものと比較して、接着時間の短縮を図ることができる。それに伴なって成形時間の短縮を図ることができる。
【００１５】
とくにＰＥＴの融点２５８℃に比べてＰＥの融点９８℃と、十分な溶融温度の差がある。さらに接着剤としてＰＥを用いることによって、比較的低温で接着することができる。そのため、加熱時間および冷却時間も短縮できることから、成形時間の短縮が一段と顕著になる。
【００１６】
また、ラミネート基板１０の廃却時において、従来はエポキシ樹脂を分解して導体を取り出すことが困難であった。これに対して、本発明では熱可塑性樹脂の接着剤を用いているため、溶融状態の接着層に剥離応力を加えることにより、導体を容易に取り出すことができる。取り出された導体は再生利用できる。
【００１７】
実施の形態２．
この実施の形態は、実施の形態１において、第一ないし第四接着層３ａ〜３ｄはポリプロピレン（ＰＰ）からなり、第一、第二パワー導体２ａ、２ｂはアルミニウムからなるものである。第一最外絶縁層１ａ、第二最外絶縁層１ｂ及び層間絶縁層１ｃは実施の形態１と同様にＰＥＴとする。
【００１８】
このように構成されたラミネート基板１０では、パワー導体としてアルミニウム箔を用いているため、実施の形態１の銅箔を用いた場合と比較して、パワー導体の占める重量は約１／３と軽量化できる。さらに、接着層として比重約０．９のＰＰを用いており、一層の軽量化を実現できる。また、パワー導体がアルミニウムであるため、接着層がＰＰであってもいわゆる銅害による劣化を生じることがない。
【００１９】
実施の形態３．
この実施の形態は、実施の形態１において、第一最外絶縁層１ａ、第二最外絶縁層１ｂ及び層間絶縁層１ｃはＰＰからなり、第一ないし第四接着層３ａ〜３ｄはＰＥからなるものである。第一、第二パワー導体２ａ、２ｂは実施の形態２と同様にアルミニウムとする。このように構成されたラミネート基板１０では、実施の形態２と比較して、さらなる軽量化を実現できる。
【００２０】
さらに、それぞれの絶縁層と接着層と間に、ガスバリヤ層を備えてもよい。ガスバリヤ層としては、エチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＯＨ）を用いることができる。このように構成されたラミネート基板１０を、例えば人工衛星用のリチウムイオンバッテリの配線に使用した場合、真空雰囲気下における接着層から絶縁層へのガス拡散を防止できる。
【００２１】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４を説明するための電気機器の要部斜視図である。この実施の形態は、実施の形態１〜３のような構成を有するラミネート基板１０を電気機器としてのインバータに適用したものである。半導体モジュール２０は、スイッチング素子としてのＩＧＢＴを搭載したパワーモジュールである。パワーモジュール２０が３相用であれば、ＩＧＢＴはＰ側、Ｎ側に３個ずつ計６個あるものとする。制御基板３０は、これらのＩＧＢＴの動作を制御するための制御回路を搭載したものである。制御回路と各ＩＧＢＴとは、制御信号線が形成されたラミネート基板１０によって接続されている。
【００２２】
ところで、ＩＧＢＴには、スイッチング動作に伴なって制御信号線のインダクタンスに起因するサージが印加される。このラミネート基板１０の制御信号線は平行平板状の導電層を含んでおり、その導電層間が短いために制御信号線のインダクタンスを低減でき、その結果としてサージ抑制効果がある。なお、このような電気機器では、図示しない電源からパワーモジュール２０へ給電するための給電回路を搭載しており、この給電回路とパワーモジュール２０とをラミネート基板１０で接続することもできる。この場合も同様に、給電配線のインダクタンスを低減できる。
【００２３】
図６は、この実施の形態におけるラミネート基板１０の平面図である。実施の形態１と同様に、第一最外絶縁層１ａ、第一パワー導体２ａ、層間絶縁層１ｃ、第二パワー導体２ｂ、第二最外絶縁層１ｂが接着層を介して積層されている。ただし、パワーモジュール２０が３相用であるため、第一、第二パワー導体２ａ、２ｂが３組ある。図示右側をパワーモジュール２０に、左側を制御基板３０に接続する。
【００２４】
ここで、図示右側の絶縁層部分は切り込み線８の通りに切断されているため、ラミネート基板１０を屈曲させることにより、第一、第二電極４ａ、４ｂはそれぞれ独立して変位させることができる。このラミネート基板１０の絶縁層及び接着層が柔軟性を有する熱可塑性樹脂からなるため、ラミネート基板１０を屈曲させても絶縁層や接着層にクラックが発生することがない。そのため、図５に示すように、第一、第二電極４ａ、４ｂをそれぞれＰ側方向、Ｎ側方向と別々に、ラミネート基板１０のパワーモジュール２０に接続する側を屈曲させることができる。このとき、平行平板状の導電層よりも半導体モジュール２０側部分において、この導電層から第一電極４ａまでの配線路長と、同じく導電層から第二電極４ｂまでの配線路長とはおよそ均等である。
【００２５】
このように、配線段階でのラミネート基板１０の屈曲によって取付自由度が向上するから、それに伴なって配線路の設計自由度も向上する。すなわち、平行平板状の導電層から第一、第二電極４ａ、４ｂまでの配線路長をそれぞれ均等かつ最短化することができる。したがって、配線路の最適化によって一層のインダクタンス低減を図ることができる。
【００２６】
図７は、この実施の形態の変形例を説明するための電気機器の要部斜視図である。この変形例では、ラミネート基板１０の第一パワー導体２ａと第二パワー導体２ｂの間に２枚の層間絶縁層１ｃを設け、その層間絶縁層１ｃ同士を他の接着層と同じ熱可塑性樹脂からなる接着層により接着したものである。この場合、ラミネート基板１０のパワーモジュール２０に接続するほうは、層間絶縁層１ｃ同士を接着後に剥離するか、あらかじめ接着しないものとする。このような構成でも、配線段階でのラミネート基板１０の屈曲によって、取付自由度が向上する。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、接着剤として絶縁層よりも低温で溶融する熱可塑性樹脂を用いたため、接着時間の短縮に伴なって成形時間の短縮を図ったラミネート基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を説明するためのラミネート基板の平面図である。
【図２】実施の形態１を説明するためのラミネート基板の断面図である。
【図３】実施の形態１を説明するためのラミネート基板の展開図である。
【図４】実施の形態１を説明するためのプレス機の加工ステージ内における積層イメージ図である。
【図５】実施の形態４を説明するための電気機器の要部斜視図である。
【図６】実施の形態４を説明するためのラミネート基板の平面図である。
【図７】実施の形態４の変形例を説明するための電気機器の要部斜視図である。
【符号の説明】
１ａ  第一最外絶縁層、１ｂ  第二最外絶縁層、１ｃ  層間絶縁層、２ａ  第一パワー導体、２ｂ  第二パワー導体、３ａ  第一接着層、３ｂ  第二接着層、３ｃ  第三接着層、３ｄ  第四接着層、４ａ  第一電極、４ｂ  第二電極、１０ラミネート基板、２０  半導体モジュール、３０  制御基板。
【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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