(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板上に絶縁接着剤層を形成し、その上に金属箔をプレス積層してなる金属ベース基板の前記金属箔をエッチングして回路を形成してなる金属ベース回路基板であって、絶縁接着剤層がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とフェノールノボラック樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、又はo−クレゾールノボラック樹脂のいずれかとトリフェニルホスフィンとエポキシ変性シランカップリング剤と無機質充填剤とを必須成分としてなり、該基板を空気中で２４０℃２００時間加熱したときの前記絶縁接着剤層の無機充填剤を除いた絶縁接着剤層の成分の重量減少率が１４〜１８重量％であり、しかも電気的最高使用温度が１３０〜１５０℃であることを特徴とする金属ベース回路基板。
【請求項２】
絶縁接着剤層に含まれる無機質充填剤が酸化アルミニウムであ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性、放熱性に優れた金属ベー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ー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】
近年、電子機器の高機能化・高性能化が急速に進行しており、それに伴い使用される部品の高密度実装化やハイパワー化が助長され、一層、高温で長期間良好な耐電圧特性や接着力を保持する金属ベース回路基板が求められている。
【０００４】
耐熱性の指標として米国の認定規格であるＵＬ規格が知られているが、その規格試験のうちで特に電気的特性を確認する際には、回路基板の絶縁接着剤層を剥き出し、空気中で長期間高温下でエージングして該絶縁接着剤層の特性劣化を調べるという厳しい試験が実施されている。
【０００５】
従来の金属ベース回路基板では、通常フィラーを含有するエポキシ硬化物が使用されているが、三次元架橋硬化物といえども空気中高温下では酸化熱分解が進行し、ＵＬ試験での１０万時間保証する最高使用温度はせいぜい１１０℃前後であり、最高使用温度１３０℃レベルのものが要望されている現在の市場ニーズにかなうものでは無い。
【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、耐熱性すなわち耐酸化熱分解性に優れ、高温で長期間良好な耐電圧特性や接着力を保持できる、熱放散性に優れる金属ベース回路基板を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属板上に絶縁接着剤層を形成し、その上に金属箔をプレス積層してなる金属ベース基板の前記金属箔をエッチングして回路を形成してなる金属ベース回路基板であって、絶縁接着剤層がビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とフェノールノボラック樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、又はo−クレゾールノボラック樹脂のいずれかとトリフェニルホスフィンとエポキシ変性シランカップリング剤と無機質充填剤とを必須成分としてなり、該基板を空気中で２４０℃２００時間加熱したときの前記絶縁接着剤層の無機充填剤を除いた絶縁接着剤層の成分の重量減少率が１４〜１８重量％であり、しかも電気的最高使用温度が１３０〜１５０℃であることを特徴とする金属ベース回路基板である。
【０００９】
又、本発明は、絶縁接着剤層に含まれる無機質充填剤が、電気絶縁性で、かつ熱伝導性の良い酸化アルミニウムであることを特徴とする前記の金属ベース回路基板である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
通常、回路基板の絶縁接着剤層の耐熱性を議論する場合は、絶縁接着剤層を構成する樹脂のガラス転移温度や熱変形温度がいかに高いかを問題にすることが多い。しかしながら、実際に高温雰囲気下で長期間曝されることを想定すると、樹脂の熱分解による劣化を考慮する必要があり、特に前述のＵＬ試験におけるように絶縁接着剤層を剥き出して高温エージングする場合は空気雰囲気下での酸化熱分解を考慮しなければならない。
【００１１】
本発明者らは、上記の事情に鑑みいろいろな検討を行い、絶縁接着剤層を構成する樹脂の重量減少率と耐電圧特性の保持性の間に密接な相関があること、特に、エポキシ樹脂の場合、無機充填剤の存在下で硬化剤の種類を特定することにより前記重量減少率を低減でき、耐酸化熱分解性に優れる金属ベース回路基板が得られるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、金属板上に絶縁接着剤層を介して回路導体となる金属箔を載置してなる金属ベース基板を用い、金属箔を全面エッチングして得られる（即ち、金属板上に絶縁接着剤層のみが載置されている）基板を、いくつかの温度条件下で長期間エージングを行ない、各温度で耐電圧が初期の値の１／２に低下する時間を求め、横軸に温度、縦軸に時間とするアレニウスプロットすることで、ＵＬ規格でいう１０万時間保証する最高使用温度を求めるとき、該最高使用温度がその時の絶縁接着剤層中の無機充填剤以外の絶縁接着剤層の成分の重量減少率と高い相関があることを見い出したものである。
【００１３】
更に、本発明者らは、前記重量減少率が絶縁接着剤層中の無機充填剤以外の絶縁接着剤層の成分の空気による酸化分解が関与していること、また、表面から酸化分解が進むので絶縁接着剤層の厚みの影響を受け、厚みが大きいほど前記重量減少率が小さくなること、そしてその関係を実験式として導き出し、本発明に至ったものである。
【００１４】
本発明の絶縁接着剤層に用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂があげられるが、常温または加熱下で比較的低粘度で取扱い易いこと、金属箔との接着性に優れることなど総合的に物性のバランスが優れるエポキシ樹脂が好ましい。本発明では、後述する実施例に示す通りに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が選択される。
【００１５】
前記エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂などの汎用のエポキシ樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂を主成分としてフェノール樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂を併用したものでも構わない。
【００１６】
エポキシ樹脂の特性はその硬化剤により大きく依存しているが、本発明の硬化剤としては、フェノール系硬化剤が好ましい。前記フェノール系硬化剤として最も基本的なものは、フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素とアルデヒド類を縮合または付加させて得られるノボラック型またはレゾール型の初期反応物であり、硬化物の耐湿性や不純物の点からノボラック型が望ましい。
【００１７】
フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素としては、特に限定されるものではないが、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール等のアルキル置換フェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール等のハロゲノフェノール、レゾルシン、カテコール、ハイドロキノン等のフェノール性水酸基を２個以上有する芳香族化合物、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＦ、ビスフェノールＳ等のビスフェノール類、１−ナフトール、２−ナフトール、１，６ージヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類、ヒドロキシアントラセン等が挙げられる。また、それらの変性品として、フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素とアルデヒド類にトリアジン環を有する化合物やジビニルベンゼンのようなエチレン性不飽和結合を少なくとも２個以上有する化合物を組み合わせて反応させたものでも良い。また、パラキシリレン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂でも良い。なお、フェノール性水酸基を２個以上有する芳香族化合物の場合は、そのまま硬化剤として用いることができる。本発明においては、実施例に示される通りに、フェノールノボラック樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、又はo−クレゾールノボラック樹脂が好適であり、選択される。
【００１８】
また、フェノール系硬化剤は加熱硬化型であっても通常の温度ではエポキシ樹脂との硬化反応速度が遅いことが多いので、硬化促進剤を併用するが望ましい。硬化促進剤としては、たとえば１，８−ジアザビシクロウンデセン、トリフェニルホスフィン、ベンジルジメチルアミン、２，４，６−トリジメチルアミノメチルフェノールや２−エチル−４−メチルイミダゾール等が挙げられ、単独もしくは２種類以上混合して用いられる。
【００１９】
本発明の絶縁接着剤層に用いられる無機質充填剤としては、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ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等があり、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、酸化ケイ素、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、容易に入手できることから、窒化ホウ素は誘電率の低いという理由で好ましい。
【００２０】
又、前記無機質充填剤の添加量は絶縁接着剤層を構成する樹脂組成物中５０〜８５体積％が好ましい。５０体積％未満では放熱性の効果が低下し実用上用途が制限されることがあるので、又、８５体積％を超えると樹脂組成物中での分散が難しくなるし、また絶縁接着層の接着性の低下やボイド残存による耐電圧の低下をきたすことがあるためである。特に、高品質で安定した金属ベース回路基板を歩留まり高く生産できることから、６０〜８０体積％が一層好適な範囲として選択される。
【００２１】
本発明において、絶縁接着剤層の厚みは１０〜３５０μｍ程度あれば良いが、絶縁接着剤層の厚みが増すとき熱放散性が低下し用途面で制限されるので、一般的には１０〜１２０μｍが好ましい。２０〜８０μｍとするときは金属ベース回路基板を生産性高く製造できることから一層好ましい。
【００２２】
本発明においては、絶縁接着剤層を形成する配合物中に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を配合することで、金属箔との接着性を向上するのが望ましい。本発明においては、実施例に示される通りに、エポキシ変性シランカップリング剤が選択される。
【００２３】
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、絶縁接着剤層との接着性の点から絶縁接着剤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。尚、金属箔上には、更に樹脂基板等の回路基板を載置することもできる。
【００２４】
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。
【００２５】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、無機質充填剤を含有する樹脂に適宜硬化剤等の添加剤を添加した絶縁材料を準備し、金属板及び／又は導体箔上に塗布しながら、必要に応じて加熱処理等を施して、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ートを作製しておき、前記シートを介して金属板や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。
【００２６】
以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
【実施例】
〔実施例１〕
重量を測定した厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板に、樹脂組成物Ａ（表１に示す）により、硬化後の厚さが１００μｍになるように絶縁接着剤層を形成し、１５０℃で１０分加熱した。その上に厚さが３５μｍの銅箔をプレス積層した後、１８０℃で５時間の条件で樹脂組成物を硬化させて金属ベース基板を作製した。
前記金属ベース基板を用いて２００℃で４０００Ｈｒ保存後の銅箔ピール強度を測定した。また、前記金属ベース回路基板を用い銅箔を全面エッチングして得た基板について加熱時の重量減少率と高温エージング後の絶縁破壊電圧を測定し、絶縁破壊電圧の測定結果からＵＬで規定するところの電気的最高使用温度を求めた。結果を表２に示す。
【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、室温下１ｃｍ幅で９０度方向に５０ｍｍ／分の速度で剥離した時の強度を求めた。
【００２９】
＜加熱時の重量減少率測定方法＞
銅箔を全面エッチングした基板を２４０℃ギヤーオーブン中空気雰囲気下で２００Ｈｒエージングし、エージング前後の絶縁接着剤層重量から重量減少率を求め、予め求めたアルミニウム板の重量と無機質充填剤の配合割合を基に、樹脂組成物中の無機質充填剤を除く有機物に対する換算値で表現した。
【００３０】
＜絶縁破壊電圧測定方法と電気的最高使用温度の求め方＞
銅箔を全面エッチングした基板を２００、２２０、２４０℃ギヤーオーブン中空気雰囲気下でそれぞれ長期エージングし、随時取り出してＡＣ耐電圧を測定し初期の特性値が１／２に低下する時間を求め、横軸に温度、縦軸に時間とするアレニウスプロットを行い、１０万時間保証する電気的最高使用温度を求めた。
ＡＣ耐電圧は銀ペーストを用いスクリーン印刷で１５ｍｍφ円形パターンを作成し、パターンとアルミニウム板にリード線を接続し高圧絶縁油中にて５００Ｖ／秒の昇電圧速度で荷電し、絶縁破壊により１ｍＡ以上の電流が流れた時の電圧値を求めた。
【００３１】
【表１】
0004306817.tif 000002
【００３２】
【表２】
0004306817.tif 000003
【００３３】
〔実施例２、３〕
実施例１で樹脂組成物Ａを樹脂組成物Ｂ、Ｃ（表１に示す）に変えた以外は、実施例１と同じ操作でそれぞれの金属ベース基板と基板を作製し、実施例１と同じ方法で物性測定した。これらの結果を表２に示した。
【００３４】
〔比較例１〜３〕
実施例１で樹脂組成物Ａを樹脂組成物Ｄ〜Ｆ（表１に示す）に変えた以外は、実施例１と同じ操作でいろいろな金属ベース基板と基板を作製し、実施例１と同じ方法で物性測定した。これらの結果を表２に示した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の金属ベース回路基板は、無機充填剤の存在下でエポキシ樹脂に特定の硬化剤を組み合わせていることで絶縁接着剤層を得ているので、該絶縁接着剤層が耐酸化熱分解性に優れ、その結果、高温で長期に渡って耐電圧特性や接着力が良好であると共に放熱性にも優れるので、近年の電子機器の小型化、高集積化、ハイパワー化の要求に応えることができる。