(57)【要約】【課題】金属板と導電回路との密着性に優れ、しかも応力緩和性にも優れ、急激な加熱／冷却を受けても半田或いはその近傍でのクラック発生等の異常を生じない、耐熱性、放熱性更に耐湿性に優れている金属ベ−ス回路基板を提供する。【解決手段】金属板の少なくとも一主面に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板において、（１）付加反応型シリコーン樹脂からなる接着性樹脂、（２）シリコーンの骨格を有し、主鎖に少なくとも１個以上の活性シリル水素結合を有する硬化促進剤、及び（３）無機充填剤からなることを特徴とする硬化性樹脂組成物の硬化体であって、貯蔵弾性率が、−４０℃で０．３ＧＰａ以下であり、かつ１２５℃で０．０５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることを特徴とする硬化体からなることを特徴とする金属ベース回路基板。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）付加反応型シリコーン樹脂からなる接着性樹脂、（２）シリコーンの骨格を有し、主鎖に少なくとも１個以上の活性シリル水素結合を有する硬化促進剤、及び（３）無機充填剤からなることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１の硬化性樹脂組成物の硬化体であって、貯蔵弾性率が、−４０℃で０．３ＧＰａ以下であり、かつ１２５℃で０．０５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることを特徴とする硬化体。
【請求項３】
金属板の少なくとも一主面に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板において、前記絶縁層が請求項２記載の硬化体からなることを特徴とする金属ベース回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力緩和性に優れ、しかも絶縁信頼性及び放熱性に優れた金属ベ−ス回路基板とそれを提供する硬化性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板上に無機充填剤を配合したエポキシ樹脂等の樹脂からなる絶縁層を設け、その上に導電回路を配設した金属ベース回路基板が、熱放散性に優れることから高発熱性電子部品を実装する回路基板として用いられている。                  
【０００３】
一方、車載用電子機器について、その小型化、省スペ−ス化と共に電子機器をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、また、放熱面積の大きな基板が必要とされる。このような用途に対して、より一層放熱性に優れる金属ベ−ス回路基板が注目されている。
【０００４】
従来の金属ベ−ス回路基板は、熱放散性や経済的な理由からアルミニウム板を用いることが多いが、実使用下で加熱／冷却が繰り返されると、前記アルミニウム板と電子部品、特にチップ部品との熱膨張率の差に起因して大きな熱応力が発生し、部品を固定している半田部分或いはその近傍にクラックが発生するなど電気的信頼性が低下するという問題点がある。
【０００５】
このような点を改良するためには、絶縁層を熱伝導性が高く、低弾性率にして、さらに高レベルの耐熱性、耐湿性を有することが必要である。このような目的のために、たとえば特許文献１には反応性アクリルゴムで低弾性率化した組成物が開示されているが、−４０℃、１２５℃でのヒートサイクル性は未だ十分ではない。
【特許文献１】特開平１０−２４２６０６号公報。
【０００６】
また従来のエポキシ樹脂ではガラス転移点が存在し、その近辺での貯蔵弾性率の変化は顕著であり、熱応力の吸収という意味から不十分であった。
【０００７】
ヒートサイクル試験条件下で、ガラス転移点の無い樹脂として、シリコーン樹脂が挙げられるが、従来、接着性の悪さ、充填性の悪さから優れたヒートサイクル性の潜在性をもちながら、実用的に用いられなかった。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、低弾性率であり、かつ接着性、耐熱性、耐湿性に優れる硬化性樹脂化合物を提供し、その結果として、金属板と導電回路との密着性に優れ、しかも応力緩和性にも優れ、急激な加熱／冷却を受けても半田或いはその近傍でのクラック発生等の異常を生じない、耐熱性、放熱性更に耐湿性に優れている金属ベ−ス回路基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、（１）付加反応型シリコーン樹脂からなる接着性樹脂、（２）シリコーンの骨格を有し、主鎖に少なくとも１個以上の活性シリル水素結合をもつ硬化促進剤、及び（３）無機充填剤からなることを特徴とする硬化性樹脂組成物である。
【００１０】
また、本発明は、前記樹脂組成物の硬化体であって、貯蔵弾性率が、−４０℃で０．３ＧＰａ以下であり、かつ１２５℃で０．０５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることを特徴とする硬化体である。
【００１１】
更に、本発明は、金属板の少なくとも一主面に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板において、前記絶縁層が請求項２記載の硬化体からなることを特徴とする金属ベース回路基板である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の硬化性樹脂組成物は、その硬化体が応力緩和性に優れ、絶縁信頼性にも優れている特徴を有するので、これを用いた金属ベ−ス回路基板は、実使用条件下で受ける激しい温度変化によっても、チップを固定している半田部分にクラックを生じることがなく高信頼性の混成集積回路を提供することができる。
【００１３】
加えて、本発明の硬化体は、無機充填剤を含有させていることで従来からの熱放散性が優れる点、耐電圧等の電気絶縁性に優れる点等が良好のままに維持されていながら、応力緩和性が改善されている特徴があり、それを用いた本発明の金属ベース回路基板は自動車のエンジンル−ム等過酷な環境でも使用することができ、産業上非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の硬化性樹脂組成物は、（１）付加反応型シリコーン樹脂からなる接着性樹脂、（２）シリコーンの骨格を有し、主鎖に少なくとも１個以上の活性シリル水素結合をもつ硬化促進剤、及び（３）無機充填剤からなることを特徴とする硬化性樹脂組成物である。
【００１５】
シリコーン樹脂としては、アルコール、酢酸が生ずる縮合タイプ等いろいろなものが知られているが、当該発明の適用分野である電気電子分野に於いては、ガスの発生によるプレス時の膨れ、酸による配線材料の腐食等の恐れがないことが理由で付加反応型の接着剤が好ましく選択される。
【００１６】
付加反応型液状シリコーン樹脂の具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーン樹脂、末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと、末端又は側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンと、の二液性のシリコーン樹脂等を挙げることができ、このような付加反応型液状シリコーン樹脂の市販品として、例えばＧＥ東芝シリコーン社製、商品名「ＴＳＥ３０３３、ＸＥ１４−Ｃ０９１４」（以下「ＸＥ−１４」と略する）等が例示できる。
【００１７】
また、本発明は、前記特定組成の接着性樹脂に特定組成の硬化促進剤を適用すること、更に無機充填剤を配合することを本質としている。即ち、硬化促進剤は、前記接着性樹脂の硬化を促進する働きを有すると共に、その種類と量により得られる硬化体の特性を大きく変えることができる。接着性樹脂の硬化体の柔軟性は、加硫によって形成される架橋密度に応じて変化するが、硬化促進剤はまさに前記架橋密度を制御出来る特徴がある。更に、硬化促進剤は、後述する無機充填剤の存在の下で、無機充填剤表面に一般的に存在している水酸基と反応することで、界面密着性を極めて高めることができるという効果をも有する。
【００１８】
硬化促進剤としては、本発明者の検討結果に拠れば、シリコーン骨格を有し主鎖に少なくとも１個以上の活性シリル水素結合をもつ硬化促進剤が選択され、このようなものとして、例えば、ＧＥ東芝シリコーン社製、商品名「ＴＣ−２５Ｂ」、東レダウコーニング社製商品名「ＲＤ−１」が挙げることができる。
【００１９】
本発明に用いることのできる無機充填剤は、電気絶縁性が良好で、しかも高熱伝導率のものが用いられる。このようなものとして酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、シリカ（ＳｉＯ２）等があり、単独でも複合してでも用いることができる。これらのうち、酸化アルミニウムは粒子形状が球状で高充填可能なものが安価に、容易に入手できるという理由で好ましい。この例としては、電気化学工業株式会社製「ＤＡＷ−１０」、アドマテックス社製「ＡＯ−８０２」などが挙げられる。
【００２０】
本発明の硬化性樹脂組成物の硬化体は、その好ましい実施態様において、−４０℃での貯蔵弾性率が０．３ＧＰａ以下、好ましくは０．２７ＧＰａ以下であり、１２５℃での貯蔵弾性率が０．０５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下、好ましくは０．０７ＧＰａ以下０．０６ＧＰａ以上である。
【００２１】
本発明の硬化性樹脂組成物を金属ベース回路基板に適用する場合、硬化した後の絶縁層の厚さは、応力緩和性、放熱性、絶縁信頼性、生産性等を考慮して決められるが、通常は５０〜１５０μｍ程度である。
【００２２】
金属ベース回路基板として使用する導体回路としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、銀、チタニウムのいずれか、これらの金属を２種類以上含む合金、或いは前記金属又は合金を使用したクラッド箔等を用いることができる。尚、前記箔の製造方法は電解法でも圧延法で作製したものでもよく、箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわないが、絶縁接着層との接着性の点から導体回路の絶縁接着層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００２３】
金属ベース回路基板に用いられる金属板は、アルミニウム、鉄、銅およびそれらのものの合金、もしくはこれらのクラッド材等からなり、その厚みは特に規定するものではないが、熱放散性に富みしかも経済的であることから、厚み０．５〜５．０ｍｍのアルミニウムが一般的に選択される。
【００２４】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、硬化性樹脂組成物に適宜消泡剤やレベリング剤等の添加剤を添加した絶縁材料を金属板及び／又は導体箔上に塗布し、導体箔又は金属板を張り合わせた後に十分に硬化させ、その後導体箔より回路形成する方法、或いは予め絶縁材料からなるシ−トを作製しておき、前記シートを介して金属板と導体箔を張り合わせ回路形成する方法、或いは前記方法に於いて導体箔に変えて予め回路形成されている導体回路を直接に用いる方法等の従来公知の方法で得ることができる。
【実施例１】
【００２５】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）予め７０μｍの電解銅箔にＸＥ−１４のＡ剤Ｂ剤を等量混合し、張り合わせる面に薄く塗布し、ベンコットでふき取った。次に表１に示す配合で絶縁剤をハイブリッドミキサーで、混合し２ｍｍ厚のアルミニウム板に乾燥後７０μｍになるように塗布、８０℃のオーブン中で２０分乾燥させた。
【表１】
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【００２７】
銅箔を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧３０ｋｇ／ｃｍ２で、８０℃３０分、１００℃３０分、１５０℃６０分の条件でプレスし、金属ベース回路基板用の基板を得た。尚、前記と同じ条件で硬化体を作成し、貯蔵弾性率を測定したところ、−４０℃で０．２７ＧＰａであり、１２５℃で０．０６ＧＰａであった。
【実施例２】
【００２８】
（実施例２）予め７０μｍの電解銅箔にＸＥ−１４のＡ剤Ｂ剤を等量混合し、張り合わせる面に薄く塗布し、ベンコットでふき取った。次に表２に示す配合で絶縁剤をハイブリッドミキサーで、混合し２ｍｍ厚のアルミニウム板に乾燥後５０μｍになるように塗布、８０℃のオーブン中で２０分乾燥させた。
【表２】
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【００２９】
銅箔を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧３０ｋｇ／ｃｍ２で、８０℃３０分、１００℃３０分、１５０℃６０分の条件下でプレスし、金属ベース回路基板用の基板を得た。
【実施例３】
【００３０】
（実施例３）予め７０μｍの電解銅箔を３００℃で５分間加熱処理した。次に表３に示す配合で絶縁剤をハイブリッドミキサーで混合し、銅箔に乾燥後１００μｍになるように塗布、４０℃の遠赤外炉中で２０分乾燥させた。
【表３】
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【００３１】
絶縁層つき銅箔と２ｍｍ厚のアルミニウム板を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧３０ｋｇ／ｃｍ２で８０℃３０分、１００℃３０分、１５０℃６０分の条件下で、プレスし金属ベース回路基板用の基板を得た。
【００３２】
（比較例１）予めアセトン洗浄した７５μの銅箔に、表４に示す配合物を乾燥後１００μｍになるように塗布、８０℃のオーブンで２０分乾燥させた。以下は実施例１と同様にプレスし、金属ベース回路基板用の基板を得た。
【表４】
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【００３３】
（比較例２）エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エピコート８０７、エポキシ当量＝１７３、ジャパンエポキシレジン社製）１００質量部、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（ＡＺ−６１６５、日本ユニカー株式会社製）５質量部、無機充填剤として平均粒径５μｍのアルミナ（ＡＳ−５０：昭和電工株式会社製）５００質量部を、万能混合攪拌機で混合し、これに硬化剤としてポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＴ−４０３、テキサコケミカル社製）２５質量部、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００、テキサコケミカル社製）２０質量部を配合、混合した。
【００３４】
前記の混合物を厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板上に、硬化後の絶縁層の厚みが１００μｍになるように塗布し、Ｂステージ状態に予備硬化させ、ラミネーターで厚さ７０μｍの電解銅箔を張り合わせ、その後８０℃×２時間、１５０℃×３時間のアフターキュアを行い、金属ベース回路基板用の基板を作製した。
【００３５】
〔比較例３〕エポキシ樹脂として水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂（ＹＸ８０００、エポキシ当量＝２０１、ジャパンエポキシレジン社製）１１６質量部、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（ＡＺ−６１６５、日本ユニカー株式会社製）５質量部、無機充填剤として平均粒径５μｍのアルミナ（ＡＳ−５０、昭和電工株式会社製）５００質量部を、万能混合攪拌機で混合し、これに硬化剤としてポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＴ−４０３、テキサコケミカル社製）２５質量部、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００、テキサコケミカル社製）２０質量部を配合、混合した。
【００３６】
前記の混合物を厚さ２．０ｍｍのアルミニウム板上に、硬化後の絶縁層の厚みが１００μｍになるように塗布し、Ｂステージ状態に予備硬化させ、ラミネーターで厚さ７０μｍの電解銅箔を張り合わせ、その後８０℃×２時間、１５０℃×３時間のアフターキュアを行い、金属ベース回路基板用の基板を作製した。
【００３７】
前記の実施例、比較例で得た金属ベース回路基板用の基板について、銅箔をエッチングして、パッド部を有する所望の回路を形成して金属ベース回路基板とした。また、前記樹脂組成物を８０℃×２時間、１５０℃×３時間の条件で硬化させて、厚さ約１００μｍ、幅約３ｍｍ、長さ約５０ｍｍの硬化体の試験片を別途作製し、貯蔵弾性率の測定に供した。また、硬化体については、動的粘弾性測定器（レオメトリックス社製；ＲＳＡＩＩＩ）を用い、周波数１１Ｈｚ、昇温速度１０℃／分の条件下、−５０℃〜＋１５０℃の温度範囲で貯蔵弾性率を測定した。これらの結果を表５に示した。なお、耐電圧等の測定条件については下記に示す通りである。
【表５】
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【００３８】
＜耐電圧＞温度１２１℃、相対湿度１００％、気圧２０２６ＨＰａのプレッシャークッカーテスターにて５０及び１００時間処理後と処理前の試験片を絶縁油中に浸漬し、室温で銅箔とアルミニウム板間に交流電圧を印加し、絶縁破壊する電圧を測定した。初期印加電圧は０．５ｋＶであり、各電圧で３０秒間保持した後、０．５ｋＶずつ段階的に昇圧しカットオフ電流を２ｍＡとする方法で印加した。
【００３９】
＜絶縁抵抗＞アドバンテスト絶縁抵抗計Ｒ８３４０により、印加電圧１００Vにて測定した。
【００４０】
＜熱伝導率＞「月間セミコンダクターワールド臨時増刊号」第４巻第１０号５９ページ記載の方法で行った。
【００４１】
＜銅箔ピール強度測定方法＞ テンシロン（オリエンテック社製；型式ＵＣＴ−１Ｔ）を用い、１ｃｍ幅で９０°の方向に室温で５０ｍｍ／分の速度で剥離した時の強度を求めた。
【００４２】
＜ヒ−トサイクル試験方法＞ パッド間にチップサイズ２．０ｍｍ×１．２５ｍｍのチップ抵抗を半田付けし、−４０℃７分〜＋１２５℃７分を１サイクルとして５０００回のヒートサイクル試験を行なった後、顕微鏡で半田部分のクラックの有無を観察した。半田部分のクラックの発生が１０％以上あるものは不良とし、半田クラックの発生が１０％未満のものを良好と判定し、良好な状況が確認出来たヒートサイクル回数を求めた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の硬化性樹脂組成物は、応力緩和性に優れ、絶縁信頼性にも優れている硬化体を与えるので、これを用いた本発明の金属ベ−ス回路基板は、実使用条件下で受ける激しい温度変化によっても、チップを固定している半田部分にクラックを生じることがなく高信頼性の混成集積回路を提供することができる。
【００４４】
加えて、本発明の硬化体は、無機充填剤を含有させていることで従来からの熱放散性が優れる点、耐電圧等の電気絶縁性に優れる点等が良好のままに維持されていながら、前記応力緩和性が改善されている特徴があり、それを用いた本発明の金属ベース回路基板は自動車のエンジンル−ム等過酷な環境でも使用することができ、産業上非常に有用である。