(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の少なくとも一主面に絶縁性の接着層を介して導電性金属箔が張り合わせてなる金属ベース回路基板において、前記絶縁接着層がエポキシ樹脂を主体とする樹脂、硬化剤化合物、シリコーンゴム粒子及び無機充填剤を含み、該シリコーンゴム粒子の煮沸抽出水の電気伝導度が２００μＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする金属ベース回路基板。
【請求項２】
シリコーンゴム粒子がエポキシ変性されていることを特徴とする請求項１記載の金属ベース回路基板。
【請求項３】
シリコーンゴム粒子の平均粒径が５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の金属ベース回路基板。
【請求項４】
シリコーンゴム粒子中の未反応ポリシロキサンが精製されていることを特徴とする請求項１〜３記載の金属ベース回路基板。
【請求項５】
絶縁接着層の貯蔵弾性率が３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜４記載の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】
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、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。このような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る。このような目的のために、たとえば特開平１０−２４２６０６号公報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、耐湿性は未だ十分ではない。
【０００５】
【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、温度上昇／温度降下を繰り返し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にくく、かつ耐熱性、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ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属板の少なくとも一主面に絶縁性の接着層を介して導電性金属箔が張り合わせてなる金属ベース回路基板であって、前記絶縁接着層がエポキシ樹脂を主体とする樹脂、硬化剤化合物、ゴム粒子及び無機充填剤を含み、該ゴム粒子の煮沸抽出水の電気伝導度が２００μＳ／ｃｍ以下であることを特徴とする金属ベース回路基板である。  また、ゴム粒子はエポキシ変性されていることが好ましく、平均粒径は５〜２０μｍであることが好ましく、ゴム粒子がシリコーンゴム粒子である場合は粒子中の未反応ポリシロキサンが精製されていることが好ましい。更に、本発明の金属ベース回路基板の絶縁接着層の貯蔵弾性率は３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される絶縁接着層は、エポキシ樹脂を主体とする樹脂、硬化剤化合物、ゴム粒子及び無機充填剤を組み合わせることにより、応力緩和性、電気絶縁性、放熱性、耐熱性、耐湿性に優れた硬化物を提供することができる。エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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等が用いられる。耐湿性の点から、ナトリウムや塩素等のイオン性の不純物が少ないものを用いることが好ましい。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等の高分子量樹脂を、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、他の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％以下であることが好ましい。
【０００８】
硬化剤は特に限定しないが、電気絶縁性、耐湿性の点から、芳香族アミンやフェノールノボラック樹脂等が好ましい。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。
【０００９】
ゴム粒子はシリコーンゴム、ＮＢＲやアクリルゴム等の粒子状のものを用いる。応力緩和性の点からゴムのＴｇは０℃以下が好ましい。なかでもシリコーンゴムが、Ｔｇが最も低く低温領域における貯蔵弾性率を下げる効果が大きいことや耐熱性・耐湿性に優れるため好ましい。ゴム粒子の一般的な製法は、原料モノマーまたはオリゴマーを界面活性剤水溶液中に乳化分散させて、触媒の存在下で加熱して重合または反応させ、最終的にスプレー乾燥により得られる。シリコーンゴムの場合の製法例としては、たとえば、１分子中にケイ素原子結合ヒドロキシル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサンと１分子中にケイ素原子結合水素を少なくとも２個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンとを白金またはスズ系の硬化触媒の存在下で脱水素反応させて得られる。粒子状のシリコーンゴムは、上記未硬化の液状組成物を界面活性剤を用いて水の中に分散させ、その分散液を高温の気体中に噴霧して硬化・乾燥させることによって得られる。上記のような方法により得られたゴム粒子の表面には界面活性剤が残存しており、必要により表面を洗浄して、煮沸抽出水の電気伝導度が２００μＳ／ｃｍ以下にすることにより、耐湿絶縁性が向上する。ゴム粒子はその表面がエポキシ変性されている方が絶縁層と導電性金属箔との接着性に優れるので好ましい。エポキシ変性は、シリコーンゴムの場合は、前記ケイ素原子結合ヒドロキシ基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサンの一部を、たとえばγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランのようなエポキシ基を有するシラン化合物に置き換えて反応させることにより得られ、ＮＢＲやアクリルゴム等の場合は、グリシジルメタクリレートのようなエポキシ基を有するモノマーを共重合して得られる。また、ゴム粒子の粒子径は界面活性剤の種類や量、噴霧条件等により調節することができるが、平均粒子径が５〜２０μｍの時が絶縁接着層と導電性金属箔との接着性に優れる。また、シリコーンゴム粒子の場合は反応後も通常２〜４質量％の未反応ポリシロキサンが残存しており、トルエン等のポリシロキサンを溶解する有機溶剤で洗浄するこにより、粒子内部に存在する未反応ポリシロキサンも容易に精製でき、絶縁接着層と導電性金属箔の接着性が向上する。更に、通常の界面活性剤はトルエン等の有機溶剤に可溶なので、表面に残存する界面活性剤も同時に洗浄できるので耐湿絶縁性も向上させることができる。
【００１０】
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。無機充填剤は予めエポキシシラン、アミノシラン等のシランカップリング剤で表面処理するか、絶縁接着剤中にシランカップリング剤を配合することにより、導電性金属箔との接着性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の絶縁接着層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、応力緩和性に劣る。貯蔵弾性率が低すぎる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可能性があるので、３００Ｋで１００ＭＰａ以上あることが好ましい。
【００１２】
絶縁接着層の厚みは、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。
【００１３】
導体回路となる導電性金属箔としては、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。
【００１４】
本発明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。
【００１５】
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分散剤、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／又は金属箔上に塗布し、金属箔又は金属板を張り合わせた後に十分に硬化させ、その後金属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金属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金属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。
【００１６】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。特に断らない限り、部、％はそれぞれ質量部、質量％を表す。
【００１７】
【実施例】
（シリコーンゴム粒子の製造）
〔製造例１〕分子鎖両末端がヒドロキシル基で封鎖された粘度８０ｍＰａ・ｓｅｃのジメチルポリシロキサン（水酸基含有量１．３％）１００部、粘度１０ｍＰａ・ｓｅｃの両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖のメチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量１．５％）１０部、及びジブチル錫ジラウレート０．５部の混合物を速やかにスタチックミキサーで均一に混合した。次に、これをコロイドミルに移し替え、同時にドデシルベンゼンスルホン酸ソーダの２０％水溶液５部とイオン交換水６００部を加えて、１４００回転／分、間隔０．１ｍｍ条件下でミルし、シリコーン組成物の水分散液を得た。この分散液をスプレーを使用して温度３００℃の空気中に吐出量３Ｌ／Ｈｒで噴霧し、噴霧状態で硬化を完結させシリコーンゴム粒子を得た。このシリコーンゴム粒子１０部を２００部のイオン交換水に分散・撹拌させ、固液分離する操作を３回繰り返し、表面の界面活性剤を洗浄除去した。最後にウェットケーキをイオン交換水にコロイドミルで再分散させ、スプレー乾燥して精製シリコーンゴム粒子を得た。
【００１８】
〔製造例２〕
製造例１で分子鎖両末端がヒドロキシル基で封鎖された粘度８０ｍＰａ・ｓｅｃのジメチルポリシロキサン（水酸基含有量１．３％）を９５部にし、γーグリシドキシトリメトキシシランを５部使用した以外は、製造例１と同様にしてエポキシ変性の精製シリコーンゴム粒子を得た。
【００１９】
〔製造例３〕
製造例１でシリコーン組成物の水分散液を作る際の界面活性剤を、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル（ＨＬＢ１５）１部に変え、精製操作はおこなわない以外は、製造例１と同様にしてシリコーンゴム粒子を得た。
【００２０】
〔製造例４〕
製造例２でシリコーン組成物の水分散液を作る際の界面活性剤を、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル（ＨＬＢ１５）１部に変えた。精製はシリコーンゴム１０部に対してトルエン２００部加え、室温で６０分撹拌した後、濾過する操作を３回繰り返した。３回目の濾液をエバポレーターで濃縮し、もはや抽出物がないことを確認した。その後ウェットケーキをもみほぐしながら８０℃で１時間熱風乾燥して、界面活性剤と未反応ポリシロキサンの両方を精製したシリコーンゴム粒子を得た。
【００２１】
〔製造例５〕
製造例１でイオン交換水による洗浄回数を１回にした以外は、製造例１と同様にしてシリコーンゴム粒子を得た。
【００２２】
（金属ベース回路基板の製造）
〔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、油化シェルエポキシ株式会社製）１００部、製造例１で製造した精製シリコーンゴム粒子６０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部を、万能混合攪拌機で混合し、更に三本ロールで混練りした。これに硬化剤としてジアミノジフェニルメタンを２７部添加して絶縁接着剤を作成した。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接着層の厚みが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℃×２ｈｒｓ＋１５０℃×３ｈｒｓアフターキュアを行い絶縁接着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℃×２ｈｒｓ＋１５０℃×３ｈｒｓ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。
【００２３】
〔実施例２〜４〕
実施例１でシリコーンゴム粒子をそれぞれ製造例２〜４のものに変更した以外は、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作成した。
【００２４】
〔比較例１〕
実施例１でシリコーンゴムを製造例５のものに変更した以外は、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作成した。
【００２５】
〔比較例２〕
実施例１でシリコーンゴム粒子を抜いた以外は、実施例１と同様にして金属ベース回路基板を作成した。
【００２６】
（シリコーンゴムの特性評価）
製造例１〜５で製造したシリコーンゴム粒子の特性について、電気伝導度と平均粒子径について評価し、その結果を表１に示した。電気伝導度はシリコーンゴム粒子１０ｇを蒸留水４０ｇ（蒸留水の電気伝導度１〜２μＳ／ｃｍ）の中に分散させ煮沸させながら３０分撹拌した後冷却し、その抽出水の電気伝導度を測定した。平均粒子径は貯蔵弾性率測定用の硬化体試験片の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果から平均値を求めた。
【００２７】
（貯蔵弾性率の測定）
上記のそれぞれ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。表１に３００Ｋでの貯蔵弾性率測定結果を示した。
【００２８】
（金属基板の特性評価）
金属ベ−ス基板について銅箔ピール強度、耐電圧および絶縁抵抗（表面抵抗）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。
【００２９】
＜銅箔ピール強度の測定＞
作製後１週間経過した金属ベース基板について、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。
【００３０】
＜耐電圧の測定＞
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電圧を印加した。
【００３１】
＜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。
【００３２】
【表１】
0004187062.tif 000002
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって、放熱性、チップ部品の実装信頼性に優れるとともに、耐湿性、耐熱性、絶縁信頼性にも優れる金属ベース回路基板を提供することができる。