(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の一主面上に絶縁層を介して金属箔を貼り付け、前記金属箔より回路を設け、前記回路面全体にＮｉめっきを施した後、前記Ｎｉめっき上に銅層を設けて、当該銅層より支柱部を形成し、更に絶縁層を介して金属箔を貼り付け、回路を形成してなることを特徴とする金属ベース多層回路基板。
【請求項２】
前記支柱の大きさが１．３×１０−４ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１記載の金属ベース多層回路基板。
【請求項３】
前記導体回路間を電気的に接続する支柱の高さが５０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載の金属ベース多層回路基板。
【請求項４】
前記絶縁層の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属ベース多層回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大電流の通電が可能であり、その結果高密度実装が可能で、更に耐電圧性に優れた金属ベース多層回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の小型化、高性能化、ハイパワー化が進み、半導体素子から発生した熱を如何に放散するかということが問題となってきており、電源分野を中心に金属板上に絶縁層を介して金属箔を積層し回路形成した金属ベース回路基板が熱放散性に優れるという理由から使用されてきている。しかし、金属ベース回路基板は回路形成面が通常片面一層であるため、配線面積が限定され、高密度実装化が困難であるという問題があった。
【０００３】
高密度実装化を達成する目的で、例えば、金属ベース回路基板上の全面あるいは一部に回路を有する上層回路基板を接着剤を介して積層し、前記上層回路基板上に発熱性の電子部品を搭載した金属ベース多層回路基板が公知となっている（特開平５−３２７１６９号公報）。このような金属ベース多層回路基板では、金属板と上層基板の間に熱伝導性の悪い樹脂からなる接着剤層が存在すること、又、絶縁材としてエポキシ含浸ガラスクロス等の熱放散性の悪い材料が使用されていることから、上層回路パターン上に発熱性の高いパワー電子素子を搭載する場合には、熱放散性が不十分であり、電子素子の温度が上昇し、ひいては誤動作を生ぜしめるという問題があった。
【０００４】
上記問題点の解決を意図して、本発明者らはいろいろな検討を行い、金属板に高熱伝導絶縁層と導体回路を順次形成し、高熱伝導絶縁層により隔てられた導体回路間をバイアホールにより接合した構造の金属ベース多層回路基板を提示している（特願平７−２３４００１号明細書）。
【０００５】
しかし、上記金属ベース多層回路基板は、バイアホール部導体に１Ａ／孔程度以上の大電流を流す場合に、バイアホールの構造如何によっては、バイアホール部導体の発熱が大きくなり、部品の寿命を縮めてしまうことがあった。
【０００６】
この対策として、更に本発明者らは、１Ａ／孔程度以上の大電流を流すことのできる金属ベース多層回路基板を提示している（特願平８−２６６９２６号明細書）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記金属ベース多層回路基板であっても、バイアホール部導体に１Ａ／孔程度以上の大電流を流す場合に、バイアホールの構造如何によっては、バイアホール部導体の発熱が大きくなり、部品の寿命を縮めてしまうことがあった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、大電流の通電、特にバイアホール部で１Ａ以上の大電流を通電することが可能であり、かつ高密度実装が可能な金属ベース多層回路基板を生産性良く提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属板の一主面上に絶縁層を介して金属箔を貼り付け、前記金属箔より回路を設け、前記回路面全体にＮｉめっきを施した後、前記Ｎｉめっき上に銅層を設けて、当該銅層より支柱部を形成し、更に絶縁層を介して金属箔を貼り付け、回路を形成してなることを特徴とする金属ベース多層回路基板であり、支柱の大きさが１．３×１０−４ｍｍ２以上である前記の金属ベース多層回路基板である。
【００１０】
又、本発明は、導体回路間を電気的に接続する支柱の厚みが５０〜２００μｍであり、更に、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍＫ以上である前記の金属ベース多層回路基板である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明における金属ベース多層回路基板は、図１に例示した通りに、金属板１上に絶縁層２を介して導体回路５を設けている金属ベース回路基板３上の前記導体回路５表面に支柱７が設けられ、前記導体回路５の支柱７が設けられていない部分と支柱７の側面部に絶縁層４が設けられ、そして、絶縁層４の上面には支柱７と電気的に接合されている導体回路８が設けられている。また、前記導体回路５の表面の絶縁層に接しない部分にはニッケル層６が設けられている。
【００１３】
本発明の金属ベース多層回路基板は、前記構成を採用しており、前記支柱７が１Ａ以上の大電流を通電できる、いわゆるバイアホールの機能を有しているので、その結果高密度実装が可能であるという特徴を有する。また、図１においては、導体回路層が２層の場合を例示したが、前記構成を繰り返すことで３層以上の導体回路を有する金属ベース多層回路基板が得られる。また、最外層の導体回路と絶縁層上には、さらに必要に応じて、半田レジストやシンボルマークを形成していても構わない。尚、支柱の材質については、電気伝導性と熱伝導性に優れること、更にめっき法により容易に得られることから銅が好ましい。
【００１４】
本発明に於いて、前記支柱７の高さは５０〜２００μｍが好ましい。５０μｍ未満では絶縁層４の絶縁性が十分に確保できないし、２００μｍより高い場合には絶縁層４の放熱性が必ずしも十分ではなく、用途が制限されることがある。
【００１５】
また、前記支柱７の大きさについては、用途に応じて適宜選択することができるが、電気的に信頼性高い接続を確保する為にはその大きさを９．８×１０-5ｍｍ２以上とすると良く、また支柱１個に流す電流が１Ａ程度であれば１．３×１０-4ｍｍ２以上の大きさである。１０Ａ以上の電流を通電する場合には１．３×１０-3ｍｍ２以上の大きさであることが好ましい。
【００１６】
本発明に於いて、絶縁層の熱伝導率に特に制限は無いが、特に金属板に接する絶縁層２の熱伝導率が２．０Ｗ／ｍＫ以上であると、回路基板全体の放熱性が一層良好であり、好ましい。
【００１７】
本発明に於いて、前記絶縁層２、４は金属酸化物及び／又は金属窒化物と樹脂とで構成されることが好ましい。金属酸化物並びに金属窒化物は、熱伝導性に優れ、しかも電気絶縁性のものが好ましい。金属酸化物としては酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ベリリウム、酸化マグネシウムが、金属窒化物としては窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムが選択され、これらを単独または２種以上を混合して用いることができる。特に、前記金属酸化物のうち、酸化アルミニウムは電気絶縁性、熱伝導性ともに良好な絶縁接着剤層を容易に得ることができ、しかも安価に入手可能であるという理由で、また、前記金属窒化物のうち窒化硼素は電気絶縁性、熱伝導性に優れ、更に誘電率が小さいという理由で好ましい。
【００１８】
絶縁層２、４を構成する樹脂としては、前記の金属酸化物及び／又は金属窒化物を含みながらも、硬化状態下において、金属板１及び導体回路５、８との接合力に優れ、また耐電圧特性等を損なわないものが選択される。このような樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂の他、各種のエンジニアリングプラスチックが単独または２種以上を混合して用いることができるが、このうちエポキシ樹脂が金属同士の接合力に優れるので好ましい。特に、エポキシ樹脂のなかでは、流動性が高く、前記の金属酸化物及び金属窒化物との混合性に優れるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が一層好ましい樹脂である。
【００１９】
導体回路５、８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、または、これらの金属を含む合金、及びそれぞれの金属及び／又は合金を使用したクラッド箔等が用いることができる。また、この時の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めっき、Ｎｉ＋Ａｕめっき、はんだめっきなどの金属めっき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、導体回路５の表面はエッチングやめっき等により予め粗化処理されていればさらに好ましい。又、導体回路５、８の厚みは特に制限はないが一般的には９〜５００μｍが用いられる。
【００２０】
本発明では、金属板１として、良好な熱伝導性を持つアルミニウムおよびアルミニウム合金、銅および銅合金、鉄および鉄合金等の金属、銅／鉄−ニッケル系合金、アルミニウム／鉄−ニッケル系合金等の２層の複合材料、あるいは銅／鉄−ニッケル系合金／銅、アルミニウム／鉄−ニッケル系合金／アルミニウム等の３層の複合材料等が使用可能である。また、金属板１の厚みとしては、特に制限はないが、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍが一般に用いられる。
【００２１】
本発明の金属ベース多層回路基板を製造する方法については、次ぎに例示する方法により得ることができる。即ち、まず、金属板上に絶縁層を介して銅箔を設けた金属ベース基板を作製するが、この場合、金属板上に印刷法により絶縁材を塗布し、ラミネート法で銅箔を張り合わせる方法、或いは、Ｂステージ状の絶縁材シートを金属板と銅箔でサンドイッチし、熱プレスにより加熱加圧硬化する方法等の従来公知の方法を採用すれば良い。
【００２２】
次ぎに、前記金属ベース基板の銅箔からなる導体回路上に銅支柱部を形成するが、いくつかの方法を採用することができる。例えば、導体回路の銅支柱部と接する部分にＮｉ層を設けて、両者間の電気的接続をより信頼性のあるものにすることを意図する場合には、銅箔をエッチングして導体回路を形成した後に回路面全面にＮｉめっきを施す方法、或いは、銅箔上の所定箇所にＮｉめっきレジストを塗布した後にＮｉめっきを施し、さらにＮｉめっきレジストを除去した後にＮiめっきをエッチングレジストとして銅箔をエッチングする方法を採用することができ、そして、前記Ｎｉめっき層上の所望の位置に銅めっき法で銅層を形成し、更に、導体回路上の所定箇所にエッチングレジストを施し、エッチングすることにより支柱部を形成すれば良い。また、前記銅めっきに代えて、銅ペースト等の導電性ペーストを用いて前記支柱部を形成することもできる。
【００２３】
そして、金属板の全面に絶縁剤を塗布し、銅箔をラミネート法により張り合わせること、或いは、Ｂステージ状の絶縁材シートと銅箔を積層し、熱プレスにより加熱加圧硬化した後、銅箔をエッチングして導体回路を形成し、金属ベース多層回路基板を得ることができる。
【００２４】
以下、実施例に基づき、発明をより具体的に説明する。
【００２５】
【実施例】
〔実施例１〕
５１０ｍｍ×５１０ｍｍ×１．５ｍｍのアルミニウム板上に、窒化硼素（電気化学工業（株）製；ＧＰ）を５３体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製；エピコート８２８）を絶縁剤として用い、アミン系硬化剤を加え、２００μｍの厚みとなるように塗布し、厚さが３５μｍの銅箔をラミネート法により張り合わせた。
【００２６】
次に、前記銅箔をエッチングして導体回路を形成した後に、回路面全面にＮｉめっきを施した。この上に銅めっきにより７０μｍの銅層を形成した後、導体回路上の所定箇所にエッチングレジストを施し、エッチングすることにより銅支柱部を形成した。
【００２７】
次ぎに、アルミニウム板の反対側全面に前記の絶縁剤を５０μｍの厚みで塗布し、銅箔をラミネート法により張り合わせ、銅箔をエッチングして導体回路を形成して金属ベース回路基板を得た。
【００２８】
得られた金属ベース多層回路基板について、絶縁層耐電圧性、銅支柱部の直径と通電可能電流を表１に示したが、大電流の通電が可能であり、かつ耐電圧性にも優れ、良好であった。また、絶縁層の熱伝導率、銅支柱部の直径、耐電圧の測定については、次ぎに示す方法で行った。
【００２９】
＜熱伝導率の測定方法＞
絶縁剤の加熱硬化体を（直径１０ｍｍ厚さ１ｍｍの円板）を作製し、レーザー法熱伝導率測定により測定した。
【００３０】
＜銅支柱部の直径の測定＞
銅支柱部の最上部の断面の直径で評価した。
【００３１】
＜耐電圧の測定方法＞
（１）絶縁層２の耐電圧測定；金属ベース多層回路基板の絶縁層２上の銅箔をエッチングしてφ２０ｍｍの円形パターンを１０ｍｍ間隔で３×３個形成した。この円形パターンと金属板の耐電圧について、ＪＩＳ  Ｃ  ２１１０に規定された段階昇圧法により、測定した。
【００３２】
（２）絶縁層４の耐電圧測定；金属ベース多層回路基板の絶縁層２上に配置された導体回路をベタパターンとし、絶縁層４上の回路用導体をエッチングしてφ２０ｍｍの円形パターンを１０ｍｍ間隔で３×３個形成した。尚、前記円形パターンのうち中心部に位置する円形パターンは銅支柱部により前記導体回路と電気的に接続した。上記金属ベース多層回路基板について、ＪＩＳ  Ｃ  ２１１０に規定された段階昇圧法により、中心部の円形パターンと他の円形パターン間の耐電圧を測定した。
【００３３】
【表１】
0003862454.tif 000002
【００３４】
〔実施例２〕
絶縁剤に酸化アルミニウム（昭和電工（株）製：Ａ−４２−２）を５４体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製：エピコート８０７）を用いたこと以外は、実施例１と同一の操作をして得た金属ベース多層回路基板について、絶縁層耐電圧性、銅支柱部の直径と通電可能電流を表１に示した。
【００３５】
〔実施例３〕
５１０ｍｍ×５１０ｍｍ×１．５ｍｍのアルミニウム板上に、窒化硼素（電気化学工業（株）製；ＧＰ）を５３体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製；エピコート８２８）を絶縁剤として用い、アミン系硬化剤を加え、２００μｍの厚みとなるように塗布し、厚さが３５μｍの銅箔をラミネート法により張り合わせた。
【００３６】
次に、前記銅箔をエッチングして導体回路を形成した後に、回路面全面にＮｉめっきを施した。この上に銅めっきにより２２０μｍの銅層を形成した後、導体回路上の所定箇所にエッチングレジストを施し、エッチングすることにより銅支柱部７を形成した。
【００３７】
次いで、アルミニウム板の反対側全面に上述の絶縁剤を２００μｍの厚みで塗布し、銅箔をラミネート法により張り合わせた。前記銅箔をエッチングして導体回路を形成し金属ベース多層回路基板を得た。
【００３８】
得られた金属ベース多層回路基板について、絶縁層耐電圧性、銅支柱部の直径と通電可能電流を表１に示した。
【００３９】
〔実施例４〕
５１０ｍｍ×５１０ｍｍ×１．５ｍｍのアルミニウム板上に、窒化硼素（電気化学工業（株）製；ＧＰ）を５３体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製；エピコート８２８）を絶縁剤として用い、アミン系硬化剤を加え、２００μｍの厚みとなるように塗布し、厚さが３５μｍの銅箔をラミネート法により張り合わせた。
【００４０】
次に、前記銅箔をエッチングして導体回路を形成した後に、回路面全面にＮｉめっきを施した。この上に銅めっきにより５０μｍの銅層を形成した後、導体回路上の所定箇所にエッチングレジストを施し、エッチングすることにより銅支柱部７を形成した。
【００４１】
次いで、アルミニウム板の反対側全面に前記絶縁剤を３０μｍの厚みで塗布し、銅箔をラミネート法により張り合わせ、銅箔をエッチングして導体回路を形成し、金属ベース多層回路基板を得た。
【００４２】
得られた金属ベース多層回路基板について、絶縁層耐電圧性、銅支柱部の直径と通電可能電流を表１に示した。
【００４３】
〔比較例〕
５１０ｍｍ×５１０ｍｍ×１．５ｍｍのアルミニウム板上に、窒化硼素（電気化学工業（株）製；ＧＰ）を５３体積％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル（株）製；エピコート８２８）を絶縁接着剤として用い、アミン系硬化剤を加え、２００μｍの厚みとなるように塗布し、厚さが３５μｍの銅箔をラミネート法により張り合わせた。次に、この銅箔にシールドパターンを形成した後に、銅箔上に前記絶縁接着剤にアミン系硬化剤を加え、２００μｍの厚みとなるように塗布し、さらに厚さが３５μｍの銅箔をラミネート法により張り合わせ、加熱硬化した。次に、外層銅箔の所定箇所にドリルによりφ０．５ｍｍの丸穴を開け、第２の絶縁接着剤層まで切削した後に、銅めっきを施し、バイアホールを形成した。この表面にエッチングにより所望の回路を形成し、金属ベース多層回路基板を得た。得られた金属ベース多層回路基板について、絶縁層耐電圧性、銅支柱部の直径と通電可能電流を表１に示した。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の金属ベース多層回路基板は、バイアホール部を銅支柱で構成しているので、１Ａ以上の大電流の通電が可能であり、従って、高密度実装が可能であり、しかも耐電圧性に優れている特徴を有するので、従来適用できなかった用途への適用が可能となり、産業上極めて有用である。
【００４５】
本発明の金属ベース多層回路基板は、前記構成を有しておるので、パッドオンビアにも対応可能であり、特に電源分野用途での大電流回路基板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属ベース多層回路基板の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１  金属板
２  絶縁層
３  金属ベース回路基板
４  絶縁層
５  導体回路
６  Ｎｉ層
７  支柱
８  導体回路
【図１】
0003862454.tif 000003