(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）エポキシ樹脂、（２）ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミン基を有する硬化剤、（３）ウレイド基を有するシランカップリング剤、及び（４）無機充填剤を必須成分とする硬化性樹脂組成物。
【請求項２】
エポキシ樹脂が、ジシクロペンタジエン骨格を持つエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を持つエポキシ樹脂及びノボラック骨格を持つエポキシ樹脂から選ばれた１種以上を全エポキシ樹脂中１０質量パーセント以上含むことを特徴とする請求項１記載の硬化性樹脂組成物。
【請求項３】
硬化後の貯蔵弾性率が３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の硬化性樹脂組成物。
【請求項４】
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であって、前記絶縁層が請求項１、請求項２又は請求項３記載の硬化性樹脂組成物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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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−ス回路基板とそれに用いて好適な硬化性樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属板上に無機フィラ−を充填したエポキシ樹脂等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】
特に、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、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、放熱性に優れる前記金属ベ−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】
前記問題点を改良するためには、絶縁接着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り、出願人は特願平２０００−２００５９８号において、特定のエポキシ硬化剤を使用する技術を開示したいるものの、耐湿性、特に高温高湿雰囲気下に放置後の絶縁抵抗の低下について、更なる改良が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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、接着性、耐熱性に優れ、更に硬化体の耐湿性が一層改善された硬化性樹脂組成物を提供すること、更に、金属板と導電回路との密着性が優れ、応力緩和性に優れ、急激な加熱／冷却を受けても半田或いはその近傍でクラック発生等の異常を生じない、耐熱性、耐湿性及び放熱性に優れる金属ベ−ス回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）エポキシ樹脂、（２）ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミン基を有する硬化剤、（３）ウレイド基を有するシランカップリング剤、及び（４）無機充填剤を必須成分とする硬化性樹脂組成物である。
【０００８】
また、本発明は、エポキシ樹脂が、ジシクロペンタジエン骨格を持つエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を持つエポキシ樹脂及びノボラック骨格を持つエポキシ樹脂から選ばれた１種以上を全エポキシ樹脂中１０質量パーセント以上含むことを特徴とする前記の硬化性樹脂組成物であり、更に好ましくは、硬化後の貯蔵弾性率が３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることを特徴とする前記の硬化性樹脂組成物である。
【０００９】
加えて、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であって、前記絶縁層が前記の硬化性樹脂組成物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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、硬化性樹脂組成物は、（１）エポキシ樹脂、（２）ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミン基を有する硬化剤、（３）ウレイド基を有するシランカップリング剤、及び（４）無機充填剤を組み合わせた組成を有することにより、応力緩和性、電気絶縁性、放熱性、耐熱性、耐湿性のいずれにも優れた硬化物を提供することができる。
【００１１】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の汎用のエポキシ樹脂を用いることができるが、ジシクロペンタジエン骨格を持つエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を持つエポキシ樹脂及びノボラック骨格を持つエポキシ樹脂から選ばれた１種以上を、全エポキシ樹脂中１０質量パーセント以上含むと、応力緩和性と耐湿性のバランスが更に向上するので好ましい。
【００１２】
ノボラック骨格を持つ代表的なエポキシ樹脂には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂があるが、ジシクロペンタジエン骨格、ナフタレン骨格またはビフェニル骨格とノボラック骨格を併せ持つエポキシ樹脂を用いることもできる。エポキシ樹脂として、上記の骨格を持つエポキシ樹脂を単独で使用してもかまわない。
【００１３】
また、エポキシ樹脂を主体に他の樹脂として、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂やフェノキシ樹脂、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等の高分子量樹脂を配合してもよいが、応力緩和性、電気絶縁性、耐熱性、耐湿性のバランスを考慮すると、上記高分子量樹脂の配合量はエポキシ樹脂との合計量に対して３０質量パーセント以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明に用いる硬化剤は、ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミン基を有する硬化剤を、硬化後の樹脂組成物の貯蔵弾性率を下げるために使用するが、他の硬化剤と併用することができるし、ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミン基を有する硬化剤同士の中で２種以上を混合使用することもできる。また、芳香族アミン系硬化剤を併用すると、応力緩和性、電気絶縁性、耐湿性等のバランスを更に好適にすることができ、このような芳香族アミン系硬化剤としては、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、メタフェニレンジアミン等が使用できる。更に、フェノールノボラック樹脂等の硬化剤を更に併用することもできる。尚、硬化剤の添加量としては、エポキシ当量に見合う量の活性水素当量が望ましい。
【００１５】
シランカップリング剤としては、従来は、γグリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカ社Ａ−１８７）等がエポキシ樹脂によく用いられているが、これを用いた硬化体の環境（高温多湿）試験後の絶縁信頼性が必ずしも十分ではない。本発明においては、ウレイド基及び／又はメルカプト基を有するシランカップリング剤を選択することで、前記欠点の改善を図ることができる。ウレイド基を有するシランカップリング剤としては、γウレイドプロピルトリエトキシシラン（日本ユニカＡ−１１６０）等、メルカプト基を有するシランカップリング剤としては、γメルカプトプロピルトリメトキシシラン(日本ユニカ社Ａ−１８９)等が例示される。使用量としては無機充填剤の１質量パーセント程度を加えれば良い。 尚、本発明の硬化性樹脂組成物の作製にあたり、シランカップリング剤は予め無機充填剤を処理するようにしても、或いは硬化性樹脂組成物を配合・混合する際に添加しても構わない。
【００１６】
本発明に用いる無機充填剤は、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、このようなものとして酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、シリカ（酸化珪素）等があり、単独系でも混合系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。使用量としては全組成物の４０〜９０体積％程度である。
【００１７】
本発明において、硬化性樹脂組成物の硬化後の貯蔵弾性率は、３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることが好ましい。１５０００ＭＰａ以上だと、応力緩和性に優れる金属ベース回路基板が得難くなり、本発明の目的を達成できないことがある。一方、あまりに貯蔵弾性率が小さいと、外力が加わった時に変形して、絶縁信頼性が損なわれることがあることから、３００Ｋで１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１８】
本発明の樹脂組成物を金属ベース回路基板に適用する場合、前記樹脂組成物が硬化して形成される絶縁層の厚みは、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。
【００１９】
金属ベース回路基板の回路の材質は、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、絶縁層との接着性の点から回路の絶縁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。
【００２０】
本発明の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。しかし、熱放散性に富みしかも経済的であることから、０．５〜５．０ｍｍのアルミニウムが好ましく選択される。
【００２１】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、前記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重ね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。
【００２２】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００２３】
【実施例】
〔実施例１〕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、油化シェルエポキシ株式会社製）１００質量部、シランカップリング剤、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（Ａ−１１６０：日本ユニカー株式会社製）５質量部、無機フィラーとして平均粒径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。
【００２４】
上記混合物を厚さ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時間アフターキュアを行い絶縁層付き銅箔基板を作製し、更に、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。
【００２５】
上記の硬化体については、動的粘弾性測定器（レオメトリックス社製；ＲＳＡ２）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。３００Ｋでの貯蔵弾性率測定結果を表１に示した。又、金属ベ−ス基板について耐電圧及び銅箔ピール強度測定と、金属ベース回路基板についてヒ−トサイクル試験を次に示す条件で測定し、その測定結果も表１に示した。
【００２６】
＜耐電圧測定方法＞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９６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ずつ段階的に昇圧する方法で印加した。
【００２７】
＜絶縁抵抗測定方法＞印可電圧を１００ＶＤＣ、金属板と回路との間について、アドバンテスト社製R８３４０型で測定した。１ＧΩ以上を良好と判定した。
【００２８】
＜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。
【００２９】
＜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５００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た。
【００３０】
0004536240.tif 000002
【００３１】
〔比較例１〕シランカップリング剤として、γメルカプトプロピルメトキシシラン（Ａ−１８９：日本ユニカー株式会社製）を５質量部に変えたこと以外は実施例１と同様に試験した。
【００３２】
〔比較例２〕シランカップリングとして剤、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（Ａ−１１６０：日本ユニカー株式会社製）２．５質量部、及びγメルカプトプロピルメトキシシラン（Ａ−１８９：日本ユニカー株式会社製）を２．５質量部を用いた他は、実施例１と同様に試験した。
【００３３】
〔比較例３〕シランカップリング剤として、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（Ａ−１１６０：日本ユニカー株式会社製）４質量部、及びγメルカプトプロピルメトキシシラン（Ａ−１８９：日本ユニカー株式会社製）を１質量部を用いた他は、実施例１と同様に試験した。
【００３４】
〔比較例４〕シランカップリング剤として、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン（Ａ−１１６０：日本ユニカー株式会社製）１質量部、及びγメルカプトプロピルメトキシシラン（Ａ−１８９：日本ユニカー株式会社製）を４質量部を用いた他は、実施例１と同様に試験した。
【００３５】
〔比較例５〕シランカップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（Ａ−１８７：日本ユニカー株式会社製）５質量部、を用いたこと以外は実施例１と同様に試験した。
【００３６】
表１から明かなとおりに、比較例の金属ベース回路基板はＰＣＴ処理後の耐電圧並びに絶縁抵抗が低いのに対して、実施例１の金属ベース回路基板は、貯蔵弾性率が低く、ヒートサイクル試験結果も良好であり、ＰＣＴ処理後の耐電圧、絶縁抵抗ピール強度も良好であった。
【００３７】
【発明の効果】
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特徴を有しており、それを用いた金属ベ−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特徴を有している。
【００３８】
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、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をゆうしているので、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。