(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁接着材料付き金属箔と金属板を積層してなる金属ベース基板の製造において、金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が２０％〜６０％になるようにホットロールラミネータで絶縁接着材料付き金属箔と金属板を連続的に加圧加熱積層した後、荷重を掛けずに絶縁接着材料の硬化を行い、表面のふくれが１ｍｍを越える基板を取り除くことを特徴とする金属ベース基板の製造方法。
【請求項２】
ホットロールラミネータの積層圧力が３０〜６０ｋｇｆ／ｃｍである請求項１に記載の金属ベース基板の製造方法。
【請求項３】
金属箔の厚さが１８μｍ〜１５０μｍ、絶縁接着材料の厚さが５０μｍ〜２００μｍであり、かつ金属板の厚さが1〜４mmである請求項１または請求項２に記載の金属ベース基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリント配線板に用いられる金属ベース基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型高出力電源、薄型電源モジュールなど、高電圧で駆動するパワートランジスタやハイブリッドＩＣを高密度に実装する電子機器が増加しており、放熱設計の問題が重要になっている。このようなところには、放熱性に優れた金属ベース基板が使用されているが、金属ベース基板に対する放熱性及び絶縁信頼性の要求は厳しくなっている。すなわち、金属ベース基板の放熱性と絶縁信頼性を両立するには、薄い絶縁層で電気的絶縁を確保する必要があるため、金属ベース基板の製造工程において、絶縁接着材料の塗工時や、金属箔、絶縁接着材料、金属板を積層する作業中に混入する異物に対する対策が重要になってきている。
このような金属ベース基板は、半硬化状態の絶縁接着材料付き金属箔と金属板をプレスあるいは真空プレスにより加圧加熱し、絶縁接着材料を完全に硬化させ、積層一体化する方法により成形されるものと、半硬化状態の絶縁接着材料付き金属箔と金属板をホットロールラミネータ、真空ラミネータなどにより仮接着した後、さらにこれをプレスあるいは真空プレスにより加圧加熱し、絶縁接着材料を完全に硬化させ、積層一体化する方法によって成形されていた。
このようにして製造された金属ベース基板は、外観検査や耐電圧特性の検査を行い、規格値に満たないものを除外し信頼性の確保を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来外観検査や耐電圧特性の検査を行った場合、金属粉、大きな空隙等がある場合は、耐電圧の低下によりこれらを見分け、除外することが可能であったが、樹脂粉や絶縁性の混入物、小さな気泡、空隙等を含んだ製品では、これらの検査では検出しにくかった。その理由として、圧力下で硬化を完了させた場合、これらの異物は絶縁接着材料中に埋没し、外観上凹凸などとして残らないため、外観検査でこれらの不良を選別することは難しく、かつ電気的な検査によっても耐電圧の明確な低下が起こらないためである。
しかしながら、これらの絶縁性の異物を含む製品は、長期間使用された場合、信頼性低下が発生することがあるほか、樹脂と異物、あるいは異物と金属板との界面の密着性が不足しているため、はんだ実装時にふくれなどの不良が発生しやすい等の問題があった。
【０００４】
本発明は、絶縁接着材料付き金属箔と金属板を積層してなる金属ベース基板の製造において、金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が２０％〜６０％になるようにホットロールラミネータで絶縁接着材料付き金属箔と金属板を連続的に加圧加熱積層した後、荷重を掛けずに絶縁接着材料の硬化を行い、表面のふくれが１ｍｍを越える基板を取り除くことを特徴とする金属ベース基板の製造方法である。また、ホットロールラミネータの積層圧力が３０〜６０ｋｇｆ／ｃｍであり、金属箔の厚さが１８μｍ〜１５０μｍ、絶縁接着材料の厚さが５０μｍ〜２００μｍで、かつ金属板の厚さが１〜４ｍｍであると好ましいものである。
【０００５】
本発明は、金属板と接する絶縁接着材料面層が半硬化の状態で加圧加熱積層したのち、荷重を掛けない状態で絶縁接着材料の硬化を行うことにより、異物等による不良の選別を可能にすることができるものである。すなわち、絶縁接着材料面層と金属板を半硬化状態で積層したものを無加重の状態で硬化させることにより、荷重下で硬化させる場合に比べて、異物等がある場合、ふくれ等の外観不良が発生しやすいため、異物がある不良品を分別することが可能となる。また、ホットロールラミネータ、真空ラミネータを使用することにより、硬化度のばらつきを小さくできる。さらに、連続的に積層可能であり、プレスを使用した場合に比べて製造に要する時間やクッション紙、フィルム等の副資材をそれぞれ低減でき、製造コストの低減をはかることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、絶縁接着材料付き金属箔と金属板を積層してなる金属ベース基板の製造において、金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が２０％〜６０％になるようにホットロールラミネータで絶縁接着材料付き金属箔と金属板を連続的に加圧加熱積層した後、荷重を掛けないで絶縁接着材料の硬化を行う金属ベース基板の製造方法であり、また、ホットロールラミネータの積層圧力が３０〜６０ｋｇｆ／ｃｍで、金属箔の厚さが１８μｍ〜１５０μｍ、絶縁接着材料の厚さが５０μｍ〜２００μｍであり、かつ金属板の厚さが1〜４mmであると好ましい。
【０００７】
ここで、絶縁接着材料面層の硬化度とは、金属箔基材上に絶縁接着材料ワニスを塗布し、加熱乾燥して溶剤を除去して絶縁接着材料が金属箔面に形成された絶縁接着材料付き金属箔を製造するが、これにより得られる接着材料は、半硬化の状態になる。この硬化状態をＤＳＣ（示差走査熱分析）を用いて測定した全硬化発熱量の２０〜６０％の発熱を終えた状態とすることを意味する。溶剤を除去する際に加熱するが、この時、接着材料組成物の硬化反応が進行しゲル化してくる。その際の硬化状態が接着材料の流動性に影響し、接着性や取扱い性を適正化する。
【０００８】
ＤＳＣは、測定温度範囲内で、発熱、吸熱の無い標準試料との温度差をたえず打ち消すように熱量を供給または除去するゼロ位法を測定原理とするものであり、測定装置が市販されておりそれを用いて測定できる。接着材料組成物の反応は、発熱反応であり、一定の昇温速度で試料を昇温していくと、試料が反応し熱量が発生する。その発熱量をチャートに出力し、ベースラインを基準として発熱曲線とベースラインで囲まれた面積を求め、これを発熱量とする。室温から２５０℃まで５〜１０℃／分の昇温速度で測定し、上記した発熱量を求める。これらは、全自動で行なうものもあり、それを使用すると容易に行なうことができる。つぎに、上記金属箔に塗布し、乾燥して得た接着材料の発熱量は、つぎのようにして求める。まず、２５℃で真空乾燥器を用いて溶剤を乾燥させた未硬化試料の全発熱量を測定し、これをＡ（Ｊ／ｇ）とする。つぎに、塗工、乾燥した試料の発熱量を測定し、これをＢとする。試料の硬化度Ｃ（％）（加熱、乾燥により発熱を終えた状態）は、つぎの数１で与えられる。
【０００９】
【数１】
Ｃ（％）＝（Ａ−Ｂ）×１００／Ａ
【００１０】
ホットロールラミネータで積層後の絶縁接着材料付き金属箔の金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度は、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の２０〜６０％の発熱を終えた状態にすることが必要である。好ましくは３０〜５０％である。硬化度が２０％未満の場合、絶縁接着材料と金属板との界面の密着性が不十分なため、その後に加重を掛けずに行う硬化時に異物等の無い正常な部分にもふくれが発生するため好ましくない。硬化度が６０％を超えると絶縁接着材料と金属板との界面の密着性が良好であり、その後に行う硬化時に異物等のある部分にふくれが発生せず、異物等の不良品を分別することが十分にできないためである。絶縁接着材料付き金属箔に形成された絶縁接着材料面層の硬化度は、絶縁接着材料面層をカッター等で削りＤＳＣにより測定する。絶縁接着材料ワニスをプラスチックフィルム基材に塗布、乾燥し、これを金属箔に転写する方法で得られる絶縁接着材料付き金属箔、あるいは絶縁接着材料フィルムとしこれを金属箔に張り付けた絶縁接着材料付き金属箔でも同様に行う。絶縁接着材料面層は、金属板と接する面であり、絶縁接着材料と金属板との界面の密着性に関与する部分であるので少なくとも表面から２０μｍ付近までである。
【００１１】
本発明に使用される絶縁接着材料については、絶縁信頼性、耐熱性が良好である必要があり、エポキシ樹脂、ビスマレイミド、フェノール等の熱硬化性樹脂を主成分とするものであることが好ましい。副成分として、ゴム、ポリイミド、フェノキシ樹脂等の高分子量樹脂を含んでもよい。以下に挙げるエポキシ樹脂系は耐熱性、耐湿性が良い点で好ましい。  エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を呈するものであればよく、二官能以上で、分子量が５，０００未満、好ましくは３，０００未満のエポキシ樹脂が使用される。特に、分子量が５００以下のビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型液状樹脂を用いると積層時の流動性を向上することができて好ましい。高Ｔｇ化を目的に多官能エポキシ樹脂を加えてもよい。多官能エポキシ樹脂としては、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などのフェノール類ノボラックエポキシ樹脂が例示される。
【００１２】
エポキシ樹脂の硬化剤は、特に制限するものではないが、フェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物であるフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂を用いるのが吸湿時の接着性、耐電食性に優れるため好ましい。
【００１３】
異種材料間の界面結合をよくするために、カップリング剤を配合することが好ましい。カップリング剤としては、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
【００１４】
さらに、絶縁接着材料の熱伝導性の向上、難燃性の付与、溶融粘度調整及びチクソトロピック性の付与、表面硬度の向上などを目的として、無機フィラーを接着樹脂組成物１００体積部に対して１〜３００体積部配合してもよい。３００体積部を超えて配合すると、絶縁接着材料の可とう性の低下、接着性の低下、ボイド残存による耐電圧の低下等の問題が発生するおそれがある。なお、１００体積部以上を添加する場合には、パッキングのよい適切な粒度分布や粒子形状を有するものを使用する必要がある。
【００１５】
無機フィラーとしては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ粉末、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカなどが挙げられる。
特に、熱伝導性をよくするためには、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカが好ましい。この中でも、アルミナが、絶縁性、樹脂との親和性に優れる点で好ましい。
【００１６】
ワニスに使用する溶剤は、比較的低沸点の、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−エトキシエタノール、トルエン、ブチルセルソルブ、メタノール、エタノール、２−メトキシエタノールなどを用いるのが好ましい。
【００１７】
上記成分を含有するワニスの製造法としては、撹拌モータ、らいかい機、３本ロール及びビーズミルなどを組み合わせて行う事が出来る。なお、接着材料を構成する樹脂や無機フィラーの分散を十分に行うことが出来る混練法ならばどのような方法でもよく制限されない。また、ワニス作製後、真空脱気によりワニス中の気泡を除去することが好ましい。
【００１８】
金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が２０％〜６０％になるようにするための形成方法としては、まずワニスを金属箔に塗工する方法がある。塗工方法としては、バーコータ、リップコータ、ロールコータなどであるが、クレータ、ボイドなどの欠陥が少なくほぼ均一に塗工できる方法ならばどのような方法でもよい。クレータ、ボイド、異物混入による塗膜不良による絶縁性低下を防止する等の目的で２層以上に分けて絶縁接着材料を塗工することができる。この場合、絶縁接着材料のうち、金属箔と直接接していない層が、ＡまたはＢステージ状態の硬化度であることが必要である。なおこの場合の、ステージは、絶縁接着材料の硬化の程度を示し、Ａ、Ｂ、Ｃステージがある。Ａステージはほぼ未硬化でゲル化していない状態であり、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の０から２０％の発熱を終えた状態である。Ｂステージは若干硬化、ゲル化が進んだ状態であり全硬化発熱量の２０％から６０％の発熱を終えた状態である。Ｃステージは、全硬化発熱量の６１％から１００％の発熱を終えた状態である。
【００１９】
本発明で使用する金属箔の厚さは１８μｍ〜１５０μｍが好ましい。１８μｍ未満では積層時に金属箔の破断が起こりやすい点で好ましくない。また、１５０μｍを越えると、硬化後の基板表面のふくれが発生し難いため不良品の識別ができず、本発明の効果を得難いいために好ましくない。絶縁接着材料の厚さは５０μｍ〜２００μｍが好ましい。５０μｍ未満では積層時の圧力を均一にできないため、金属板との接着性が不良となる部分が発生するため好ましくない。２００μｍを越えると、積層時の基板の温度が不均一になるため、基板の厚さ方向で硬化度のばらつきが大きくなる点で好ましくない。金属板の厚さは、１ｍｍ〜４ｍｍが好ましい。金属板の厚さが1mm未満の場合、硬化後の基板のそりが大きくなる点で好ましくない。金属板の厚さが４mmを越えると、積層時の基板の温度が不均一になり基板の厚さ方向で硬化度のばらつきが大きくなる点で好ましくない。
【００２０】
次に、金属板と絶縁接着材料付き金属箔を積層する方法について説明する。この方法は、本発明では、ホットロールラミネータを用いて積層するもので、絶縁接着材料付き金属箔と金属板を重ね合わせ、ホットロールラミネータや真空式ホットロールラミネータなどにより加圧加熱一体化する。このときのラミネータの積層圧力は、３０〜６０ｋｇｆ／ｃｍであることが好ましい。３０ｋｇｆ／ｃｍ未満では絶縁接着材料と金属板の密着性が不十分であり硬化時にふくれ等の不良が起きやすくなるため好ましくない。一方、６０ｋｇｆ／ｃｍを越えると積層時の絶縁接着材料の流動性が大きくなり、絶縁接着材料の厚みが不均一になる点で好ましくない。ホットロールラミネータのロール温度、回転速度等は絶縁接着材料面層の硬化度が本発明の２０％〜６０％の範囲になるように、調整する必要がある。硬化度が小さい場合は、ロール温度を高めるか、回転速度を遅くするなどして調整する。一方、硬化度が高い場合は、ロール温度を低くするか、回転速度を高めるなどして調整する。また、絶縁接着材料の配合を調整することにより、調整することもできる。
【００２１】
本発明では、ホットロールラミネータで絶縁接着材料付き金属箔と金属板を連続して加熱加圧積層した後、さらに硬化させるが、その硬化については圧力を掛けないで無荷重下で行う。これには半硬化した基板を空気または窒素等の不活性ガス雰囲気中で加熱することにより行うことができる。通常加熱温度は１５０℃〜２３０℃程度が好ましく、硬化時間は、１５分〜９０分程度行う。また２種以上の異なる加熱温度で多段階に加熱を行っても良い。装置は特に限定されるものではないが、連続的に投入及び取り出しができるものが、自動化によるコスト低減が可能となるので好ましい。
絶縁接着材料が半硬化状態で絶縁接着材料付き金属箔と金属板を積層する工程とその後の硬化工程は連続して行うことが好ましい。そして、金属ベース基板を製造後、金属ベース基板の外観検査で、表面凹凸の評価、耐電圧試験等を行い、一定値以上基板表面の金属箔がふくれているものや耐電圧が正常品と比べて一定値以上低下しているものは不良品として除外する。以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
下記に示した絶縁接着材料をらいかい器で混合したのち、さらに有機溶剤で粘度を調整し真空脱気してワニスＡを得た。
（エポキシ樹脂）
エピコート１００１（油化シェルエポキシ株式会社製商品名、エポキシ当量＝４８０）                                                  ３０重量部
エピコート８２８（油化シェルエポキシ株式会社製商品名、エポキシ当量＝１９０）                                                      ５０重量部
（高分子量樹脂）
フェノキシ樹脂ＹＰ−５０（東都化成株式会社製商品名）      ２０重量部
（硬化剤）
フェノールノボラック樹脂ＬＦ−２８８２（大日本インキ化学工業株式会社製商品名、水酸基当量＝１１８）                                ４０重量部
（硬化促進剤）
１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール                ０．５重量部
（シランカップリング剤）
ＮＵＣ  Ａ１８７（日本ユニカー株式会社製商品名、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）                                    ３．５重量部
（無機フィラー）
アルミナＡＳ−５０（昭和電工株式会社製商品名）          ４００重量部
【００２３】
厚さ７０μｍの銅箔に上記ワニスＡを塗布し、１４０℃、１５分間加熱乾燥することにより厚さ８０μｍのＢステージ状態の塗膜第１層を形成した。さらにこの塗膜第１層の表面に、さらにワニスＡを再度塗布し、１１０℃、１５分間乾燥しＡステージ状態の塗膜第２層を形成し塗膜第１層と塗膜第２層の合計厚みが１５０μｍの絶縁接着材料付き銅箔を得た。上記絶縁接着材料付き銅箔と厚さ２ｍｍのアルミニウム板をロール温度１５０℃のロールラミネータを用い、積層圧力が３５ｋｇｆ／ｃｍとなるように圧力を調整し、加圧加熱一体化した。このときの絶縁接着材料面層の硬化度は、３０％であった。さらにこれを１７０℃の炉内で６０分間、さらに２００℃炉内で１５分間放置することにより金属ベース基板を得た。この際ふくれ等が発生したものが製造した金属ベース基板１００枚に対して２枚あり、これを除外した。
【００２４】
（比較例１）
実施例１の絶縁接着材料付き銅箔を金属板上に重ね、１７０℃、圧力２ＭＰａで６０分間、加圧加熱一体化ものをさらに、２００℃の炉内で１５分間放置することにより金属ベース基板を得た。この際ふくれ等が発生したものは皆無であった。
【００２５】
（比較例２）
実施例１の絶縁接着材料付き銅箔とアルミ板を１００℃のホットロールラミネータで、積層圧力が３５ｋｇｆ／ｃｍとなるように調整して加圧加熱一体化した。このときの金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度は５％であった。以下は実施例１と同様に金属ベース基板を作製した。この際ふくれ等が発生したものは、１００枚の金属ベース基板に対して１２枚あり、これを除外した。
【００２６】
（比較例３）
実施例１の絶縁接着材料付き銅箔とアルミ板を２００℃のロールラミネータで、積層圧力が３５ｋｇｆ／ｃｍとなるように調整して加圧加熱一体化した。このときの金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度は７５％であった。以下は実施例１と同様に金属ベース基板を作製した。この際ふくれ等が発生したものは、１００枚の金属ベース基板に対して１枚あり、これを除外した。
【００２７】
実施例、比較例１から比較例３で得られた金属ベース基板を以下の方法で評価し、その結果を表１に示した。
【００２８】
（評価方法）
３０cm×３０cmの試料を１００枚を用い、初期状態の試料について、ふくれ、耐電圧特性を評価し、表面のふくれが１mmを越えるものまたは耐電圧が５ｋＶ未満のものを不良と評価した。続いて、初期状態で不良とされたものは除外し、た試料を１５０℃の高温雰囲気中に１０日間放置し、前記と同様にふくれ、耐電圧特性を評価し、表面のふくれが１mmを越えるものまたは耐電圧が５ｋＶ未満のものを不良と評価した。
【００２９】
【表１】
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項目                実施例１  比較例１  比較例２  比較例３
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初期状態の不良数            ２        ０      １２        １
150℃、10日処理後の不良数    ０        ４        ２        ３
――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３０】
実施例１及び比較例１〜３について初期状態及び１５０℃、１０日間放置後の不良数を表に示したが、実施例１では初期に若干数の不良があるが、１５０℃、１０日間放置後不良発生がない。これに対して、比較例１は荷重を掛けて硬化したものであり、初期特性は良好であるが、高温放置後の不良数が実施例に比べると多くなっている。比較例２は、金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が低いため、その後の硬化時にふくれによる不良が多数発生した。比較例３は、金属板と接する絶縁接着材料面層の硬化度が高いため、初期特性は良好であるが、高温放置後の耐電圧の不良発生数が実施例に比べると多い。
【００３１】
【発明の効果】
金属ベース基板において金属板と絶縁接着材料付き金属箔を半硬化状態で積層し、かつ荷重を掛けずに絶縁接着材料の硬化を行うことにより、異物等による初期不良の検査を簡易にし、金属ベース基板の信頼性の向上をはかることができた。