JP3209936B2

JP3209936B2 - 回路基板およびその製法

Info

Publication number: JP3209936B2
Application number: JP33781196A
Authority: JP
Inventors: 誠福田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: JPH10178246A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高発熱電子部品或
いは高発熱電子部品と制御回路電子部品とを搭載してな
る混成集積回路に適し、高い放熱性を有し、かつ電気信
頼性に優れた混成集積回路用の回路基板とその製法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】高発熱性の電子部品を実装する混成集積
回路用の回路基板として、熱伝導性の良好な金属板を用
いた金属ベース回路基板が公知である。金属ベース回路
基板は、アルミニウム等の金属板上にエポキシ樹脂等に
無機フィラーを充填した絶縁剤を数十μｍ程度に設け、
前記絶縁層上に導電箔からなる回路を設けた構造を有す
る。この金属ベース回路基板は、高い熱伝導性を有する
ので、発熱量が大きい電子部品が搭載される、例えば電
源部品等のハイパワー分野用途の回路基板として好んで
用いられる。上記金属ベース回路基板については、より
大電流を回路に流せるように、例えば３００μｍもの厚
みのある銅箔を用いて形成した導体回路を有するものが
開発されてきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この厚
い銅箔を用いて導体回路とした大電流用の金属ベース回
路基板は、導電箔と絶縁層との接着信頼性が低くく、例
えば品質管理試験時の特に熱処理を行った後或いは加湿
処理後において接着信頼性が劣り、実使用条件下で長期
に渡って信頼して用いることができないという問題点が
あった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属板の少な
くとも一主面上に絶縁層を介して導体回路を設けてなる
回路基板であって、少なくとも金属板側の導体回路の面
が銅メッキ層、銅の酸化膜を順次介して絶縁層に接して
なることを特徴とする回路基板であり、好ましくは、前
記銅メッキ層が少なくともニッケルまたはコバルトのい
ずれかを含む前記回路基板であり、ニッケル及びコバル
トの含有量が０．１〜１５重量％であり、銅メッキ層の
厚みが０．５〜２０μｍであり、前記銅メッキ層の粗さ
がＲｚで０．１μm以上１０μm以下であることを特徴と
する前記回路基板である。また、導体回路の厚みが２０
０〜１０００μｍである前記回路基板である。更に、前
記酸化膜の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする前記の回路基板である。

【０００５】また、本発明は、金属板の少なくとも一主
面上に絶縁接着剤層を介して金属箔を接合し該金属箔よ
り導体回路を形成する回路基板の製法であって、少なく
とも片面に銅メッキ層を形成し、該銅メッキ層表面に形
成される銅の酸化膜層を酸処理することで、銅の酸化膜
の厚さを調整した金属箔を前記銅メッキ層、酸化膜を順
次介して絶縁層に接してなるように用いることを特徴と
する回路基板の製法であり、好ましくは、銅メッキ層が
無電解銅メッキ法で作製され、加熱処理により酸化膜が
形成され、酸化膜の厚さが酸処理により調整される回路
基板の製法である。また、好ましくは、加熱処理の温度
が８０〜２００℃であり、硫酸、特に２〜１５重量％の
濃度の硫酸を用いて酸処理し、調整後の酸化膜の厚さが
１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする前
記回路基板の製法である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図を用いて
さらに詳細に説明する。

【０００７】図１に本発明の回路基板の一例を示す。金
属板１上に絶縁層２を介して導体回路３が載置され、前
記導体回路３の前記絶縁層２に接する側には銅メッキ層
４、並びに酸化物層５が形成されている。導体回路３の
上面には半田７を介して半導体素子等の電子部品６が搭
載され、前記電子部品６は金、アルミニウム等のワイヤ
ー８により導体回路３に電気的に接続されている。本発
明は、図１に例示する回路基板にのみに限定されるもの
でなく、導体回路３の上に更に別の絶縁層を介して他の
導体回路を積層したものであっても良いし、金属板の裏
面側に図１の上面側と同様な構成としたものであっても
良い。

【０００８】本発明者は、上述の問題点を解決するべ
く、いろいろに検討した結果、導体回路３の絶縁層２に
接する側の表面が銅メッキ層４を有し、しかも該銅メッ
キ層４の表面に酸化膜５が存在するときに、極めて接着
信頼性に優れる回路基板を得ることができるという知見
を実験的に得て、本発明に至ったものである。この理由
は定かではないが、銅メッキ層４が適度な凹凸の表面を
有し、いわゆるアンカー効果を発揮して導体回路３と絶
縁層２との接着力を高めるとともに、表面に酸化膜５が
形成されていることにより絶縁層２との親和性が一層高
くなるので、高い接着信頼性が達成されるものと推察さ
れる。

【０００９】銅メッキ層を得る方法として電解銅メッ
キ、無電解銅メッキが公知であり、本発明においてはい
ずれの方法によっても構わないが、いろいろな形状の表
面、いろいろな表面粗さを有する銅メッキ層を容易に得
ることができるという理由から無電解銅メッキ法が好ま
しい。ことに、ニッケルまたはコバルトのいずれかを含
有する無電解銅メッキ層は、その表面の形状があたかも
針状を呈し、絶縁層との接着において優れているので、
また、電解液中にニッケルやコバルトの塩を所定量添加
することで、ニッケルまたはコバルトのいずれかを含有
する無電解銅メッキ層を容易に得ることができるので、
好ましい。

【００１０】更に、ニッケル及びコバルトの含有量が
０．１重量％〜１５重量％とした無電解銅メッキ層は、
その表面粗さがＲｚで０．１μｍ以上１０μｍ以下の範
囲のものであり、極めて絶縁層２との接着特性に富み良
好である。即ち、導体回路３の絶縁層２に接する面の表
面粗さが０．１μｍ未満の場合には、接着力が不足し電
子部品を実装する時に導体回路３が剥離してしまう等の
問題を発生することがあるし、１０μｍを越える場合に
は、表面の凸部において電界集中が生じ回路基板の電気
的信頼性が低下することがある。

【００１１】尚、導体回路３上に形成される銅メッキ層
４の厚みは０．５μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、更
に好ましくは１〜１５μｍである。０．５μｍ未満であ
ると接着力が得られないことがあるし、厚が２０μｍを
超えると銅メッキ層４が凝集破壊を生じやすくなり、そ
の結果接着力が低下してしまうことがある。

【００１２】しかし、上述のとおりに、銅メッキ層４を
設けたとしても回路基板の熱処理後或いは加湿処理後の
接着信頼性が低下してしまうことがある。発明者は、こ
の点について更に検討を行い、銅メッキ層４と絶縁層２
とが酸化膜５を介して接触させるときに改善されること
を見いだし本発明に至ったものである。即ち、酸化膜５
を、例えば、空気中で８０〜２００℃で所定時間保持す
る条件で加熱処理することで、銅メッキ層４上に形成す
ることにより、熱処理後や加湿処理後であっても、導体
回路３と絶縁層２との接着力が低下しないことを見いだ
したものである。

【００１３】酸化膜５は、前述のとおりに、例えば空気
中で８０〜２００℃の温度に銅メッキ層４を曝すことで
得ることができ、前記温度とその保持時間を調整するこ
とで酸化膜５を所望の厚さで形成することもできる。前
記の空気中での加熱処理温度に関しては、前記温度範囲
以外を選択することもできるが、本発明者の検討によれ
ば、８０℃未満の場合には、充分な厚さの酸化膜を得る
のに長時間を要するばかりでなく、酸化膜に斑を生じ易
いことで、また、２００℃を越える場合には、酸化膜の
成長が速すぎて厚みの制御しにくくなることから、前記
８０〜２００℃が好ましい範囲として選択される。ま
た、酸化膜５の厚みはダイヤモンドカッター等により断
面を作製して該断面をＥＤＡＸ分析して、酸素成分の確
認される部分の厚さを調べることで行われる。

【００１４】本発明において、酸化膜５の厚さは１０ｎ
ｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。酸化膜５が１０ｎｍ
未満では接着力が不足して、耐湿試験等で導体回路が剥
離する等の問題を生じることがあるし、２００ｎｍを越
えると酸化膜５の凝集破壊が生じて接着信頼性が低下す
ることがある。

【００１５】前記酸化膜５の厚みは、導体回路３用の金
属箔表面に無電解銅メッキを施した後、絶縁層と張り合
わせる以前に、酸で処理することで制御することができ
る。酸処理を行うときの酸の種類は特に限定すべき理由
はなく、硫酸、燐酸、塩酸およびその混合物或いは、硫
酸−過酸化水素水溶液等を用いることができる。このう
ち、硫酸は迅速にしかも比較的均一に酸化膜５を除去で
きるという理由で好ましく、とりわけ、２重量％以上１
５重量％以下の濃度の硫酸が好ましい。即ち、硫酸濃度
が２重量％未満の場合、酸化膜を低減し所定厚みにする
のに時間を要し作業性が低下するので工業的生産には適
さなくなるし、硫酸濃度が１５重量％を越える場合に
は、硫酸と銅メッキ層との接触時間の相違に起因して得
られる酸化膜の厚さにむらを生じることがあるからであ
る。

【００１６】導体回路３の材質については、特に規定す
るものではないが、銅、アルミニウム、鉄、モリブデ
ン、ニッケル、コバルト、シリコンの少なくとも１種類
以上からなるものが選択され、これら金属のクラッド材
であっても構わない。

【００１７】また、導体回路３の厚みは２００μｍ以上
１０００μｍ以下が好ましい。導体回路３の厚みが２０
０μｍより小さくても何等問題はないが、大電流用途向
け回路基板とする上ではメリットがでない場合がある。
一方、導体回路３の厚みが１０００μｍを超えると、回
路をエッチング法で作製する場合に、エッチングファク
ターの影響より、実装密度が低下し、回路基板として実
使用上使用できなくなることがある。

【００１８】本発明において、金属板１には、アルミニ
ウムおよびその合金、銅、鉄、ステンレスおよびこれら
の金属或いは合金のクラッド材等が用いられるが、これ
らに限定されるものではない。また、金属板１の厚みに
ついても特に制限はないが、一般に０．５ｍｍ以上５．
０ｍｍ以下のものが用いられる。

【００１９】絶縁層２には無機フィラーを充填した樹脂
が主に用いられる。前記樹脂としては、接着性、電気絶
縁性が優れることからエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ブチラール樹脂等が用いられ、無機フィラーとしては酸
化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素、窒化硼素等が用いられる。ま
た、前記無機フィラーには、ガラス繊維、ガラスクロ
ス、無機ファイバー等を混ぜてもかまわない。

【００２０】絶縁層２の厚みは５０μｍ以上２００μｍ
以下が好ましい。絶縁層２の厚みが５０μｍ未満である
と回路基板の絶縁信頼性が低下する場合があるし、２０
０μｍを超えると絶縁信頼性は確保されるが、熱伝導性
が低下し高発熱量の電子機器や半導体素子を搭載できな
くなることがある。

【００２１】本発明の回路基板を得る方法としては、予
め、導体回路３となる金属箔の少なくとも片面に銅メッ
キ層４を形成した後、例えば空気中での加熱等の方法で
前記銅メッキ層の一部を酸化し酸化膜５を形成させ、該
金属箔を金属板１上に絶縁層２を介して接合し、更に前
記金属箔をエッチング等の方法で加工し回路形成させる
ことで得ることができる。更に、前記酸化膜５の厚さが
厚すぎた場合には、金属板１に接合する以前に硫酸等の
酸で処理することで所定の厚さに調整することができ
る。

【００２２】以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細
に説明する。

【実施例】

〔実施例１〕厚さ０．３ｍｍの銅箔の片面に、無電解銅
メッキを以下の条件でメッキして、厚み９．１μｍ、表
面粗さがＲｚで５μｍの銅メッキ層を形成した。次に、
空気中で１２０℃３０分保持の条件下で処理し、銅メッ
キ層の表面に酸化膜を５０ｎｍの厚みで形成した。次
に、厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板上に、絶縁剤を硬
化後の厚さが８０μｍになるように塗布し絶縁層を形成
した後、前記の表面に銅メッキ層と酸化膜を有する銅箔
を該絶縁層上に張り合わせた、熱プレス法にて絶縁剤を
硬化させて金属ベース基板を作製し、更に、前記銅箔部
分をエッチングすることで回路を形成して金属ベース回
路基板とした。前記金属ベース回路基板について、以下
に示す条件で耐熱試験および耐湿試験を行い、その前後
での導体回路と絶縁層との接着強さを以下の方法で調べ
た。これらの結果を表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】＜耐熱試験方法＞金属ベース回路基板上
に、箔接着強さ測定用のパターンを形成した後、２６０
℃の温度一定のはんだバス上に浮かべ６０分放置した
後、前記金属ベース回路基板を取り出し、箔接着強さを
調べる。

【００２５】＜耐湿試験方法＞金属ベース回路基板上
に、箔接着強さ測定用パターンを形成した後、１２１℃
×２．０ａｔｍの圧力容器内に１００時間放置した後、
前記金属ベース回路基板を取り出し、箔接着強さを調べ
る。

【００２６】＜導体回路と絶縁層との接着強さの測定方
法＞ＪＩＳＣ６８４１プリント配線板用銅張り積層
板試験方法の５．７項に記載されている引きはがし強さ
の試験方法に準じる。

【００２７】＜回路基板の絶縁破壊電圧の測定方法＞Ｊ
ＩＳＣ２１１０固体電気絶縁材料の絶縁耐力の試験
方法の８．２項に記載されている段階破壊試験方法に準
じる。

【００２８】〔実施例２〜１２、比較例１、２〕金属ベ
ース回路基板作製時に、無電解銅メッキ条件をいろいろ
変えて銅メッキ厚、銅メッキ組成、表面粗さを変えたこ
と、更に濃度１０重量％の硫酸にて処理時間を変えて酸
化膜厚みを変えたこと以外は、実施例１と同一の操作を
経て得られたいろいろな金属ベース回路基板について、
実施例１と同一の評価を行い実施例２〜１２とした。ま
た、無電解銅メッキを施さずに空気中で加熱処理し表面
に酸化膜を設けた銅箔を用いた金属ベース回路基板、無
電解銅メッキはしてあるもののその表面に酸化膜を形成
していない銅箔を用いた金属ベース回路基板を作製し、
比較の例とした。これらの結果も表１に示した。尚、実
施例１をも含めて、いずれの金属ベース回路基板も絶縁
耐力は１０ｋＶ以上であり、良好であった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の回路基板は、導体回路と絶縁層
との密着性に優れ、接着力が高く、接着信頼性に優れ、
品質管理試験における熱処理や加湿処理後においても接
着信頼性が高く、実使用条件下で長期に渡って信頼して
用いることができる。また、本発明の製法によれば、前
記回路基板を安定して確実に得ることができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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導体回路（金属箔）４銅メッキ層５酸化膜６電子部品７半田８ワイヤー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板の少なくとも一主面上に絶縁層を介
して導体回路を設けてなる回路基板であって、前記導体
回路の少なくとも金属板側の面が銅メッキ層、酸化膜を
順次介して絶縁層に接してなることを特徴とする回路基
板。
【請求項２】銅メッキ層が、少なくともニッケルまたは
コバルトのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記
載の回路基板。
【請求項３】銅メッキ層中のニッケル及びコバルトの含
有量が０．１重量％以上１５重量％以下であることを特
徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項４】銅メッキ層の厚みが０．５μｍ以上２０μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の回路基
板。
【請求項５】銅メッキ層の粗さがＲｚで０．１μｍ以上
１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の回
路基板。
【請求項６】導体回路の厚みが２００μｍ以上１０００
μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の回路基
板。
【請求項７】酸化膜の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、請求項５又は請求項６記載の回路基板。
【請求項８】金属板の少なくとも一主面上に絶縁層を介
して金属箔を接合し該金属箔より導体回路を形成する回
路基板の製法であって、前記金属箔の少なくとも片面に
銅メッキ層を形成し、更に該銅メッキ層表面に酸化膜を
形成することで、該酸化膜の厚さを調整した金属箔を前
記銅メッキ層、酸化膜を順次介して絶縁層に接してなる
ように用いることを特徴とする回路基板の製法。
【請求項９】銅メッキ層を無電解銅メッキ法で作製する
ことを特徴とする請求項８記載の回路基板の製法。
【請求項１０】加熱処理により酸化膜を形成することを
特徴とする請求項８記載の回路基板の製法。
【請求項１１】加熱処理温度が８０℃以上２００℃以下
であることを特徴とする請求項１０記載の回路基板の製
法。
【請求項１２】酸化膜の厚みを酸処理することにより調
整することを特徴とする請求項８記載の回路基板の製
法。
【請求項１３】硫酸を用いて酸処理することを特徴とす
る請求項１２記載の回路基板の製法。
【請求項１４】硫酸の濃度が２重量％以上１５重量％以
下であることを特徴とする請求項１１記載の回路基板の
製法。
【請求項１５】調整後の酸化膜の厚みが１０ｎｍ以上２
００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８、請求項
９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３
又は請求項１４記載の回路基板の製法。