JPH05291746A - 金属芯入り印刷配線用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱性、耐熱性に優れかつ金属芯が部分的に
電気的または熱的に分離された金属芯入り印刷配線用基
板を提供すること。 【構成】 連結部によって連結された複数の平坦部分か
らなる金属板を芯材として成形金型内に配置し、次いで
熱硬化性樹脂組成物を注入して硬化させた後、該連結部
を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に放熱性を必要とす
る電子機器等に用いられる印刷配線用基板及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器等に用いられる印刷配線
用基板は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を含浸させ
た紙やガラス布等（プリプレグ）と金属箔を積層しプレ
スにより加熱、加圧成形して得られる。このような紙や
ガラス布と樹脂からなる基板は熱伝導率が低く、発熱量
の多い大電力半導体素子等が直接搭載できず、別途放熱
板等に搭載する必要がある。一方、放熱性を付与した配
線板としては金属芯配線板があり、これは金属板表面に
樹脂を塗布して絶縁層を形成し金属箔を接着して得られ
る。このような金属芯基板では、表裏両面の回路形成は
可能であるがこれらを電気的に接続するスルーホールの
形成は金属板が電気的に導体であるため困難である。こ
れに対し、金属板にあけた透孔に絶縁樹脂を充填してか
らプリプレグと積層する方法（例えば特開昭59-105216
号公報）や、金属板にあけた透孔にプリプレグの過剰の
樹脂を充填するような方法（例えば特開昭59-213431号
公報、特開昭59-213432号公報）が提案されている。し
かし、これらの方法ではプリプレグを使用しているた
め、透孔中に充填された樹脂には基材が含まれず、熱膨
張率等の物性が絶縁層部分とは異なり、スルーホール部
の電気的信頼性に不安が残る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題に対
し、成形材料を用いて金属芯入り基板を成形する方法が
あるが、一般の成形基板に主に用いられている熱可塑性
樹脂、例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテ
ルスルフォン、ポリエーテルイミド等は、成形温度が３
００℃前後と非常に高く寸法安定性等に問題がある。ま
た、溶融粘度が高いため、成形中に金属芯が成形圧で移
動、変形しやすい。さらに、耐熱性が良好な樹脂は価格
が高い。これに対し、熱硬化性樹脂は成形温度を低くで
き寸法安定性が良好である。また、耐熱性が良好であり
ながら価格が低い。一方、金属芯を１枚の連続した金属
板で構成した場合、基板上のある部分で発生した熱が金
属芯を通して他の部分に拡散し、そこでの温度を不要に
上昇させる恐れがある。また、金属芯を電気回路の一部
として使用する場合は、１配線のみに限られる。例えば
高電圧回路と低電圧回路や、アナログ回路とデジタル回
路など複数の回路が同一基板上にあって、それぞれの接
地電位が異なるような場合、ある１回路でしか金属芯を
接地として使用することができない。さらに半導体素子
の放熱性を向上するため、半導体素子を直接金属芯に搭
載するような場合、金属芯が電気的に導体であるため素
子同士の短絡を生ずる。本発明はかかる状況に鑑みなさ
れたもので、放熱性、耐熱性に優れかつ金属芯が部分的
に電気的または熱的に分離された金属芯入り印刷配線用
基板を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、連結
部によって連結された複数の平坦部分からなる金属板を
芯材として成形金型内に配置し、次いで熱硬化性樹脂組
成物を注入して硬化させた後、該連結部を除去すること
により前記金属芯の一部分を電気的または熱的に分離す
ることを特徴とする金属芯入り印刷配線用基板の製造方
法に関する。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００５】図１に本発明方法で用いられる金属芯の一
例を示す。金属芯は、電気的または熱的に分離される部
分１と他の部分２が連結部３を介して連結された形状と
なっている。この金属芯を内挿して熱硬化性樹脂組成物
を用いて板状に成形した後、該連結部を除去することに
より金属芯の一部分を電気的または熱的に分離すること
ができる。

【０００６】これら３つの各部分は材質が異なってもよ
いし同一であってもよい。また、１枚の金属板からプレ
ス打ち抜きやエッチング加工等で作製してもよいし２枚
以上の金属板から作製してもよい。例えば、連結部とな
る凸部によって入れ子をはめ込み固定する方法や、連結
部のみが酸で溶解するような材質を用いる方法等が挙げ
られる。金属芯が２枚以上の金属板からなる場合は、か
しめや溶接、はめ込み等で互いに連結され、見かけ上１
枚となっていることが好ましい。これは、成形作業性及
び成形性を向上させるためである。すなわち、金属芯が
複数の金属板からなると、金型上に金属板を配置する作
業は非常に手間や時間がかかり、金属芯の位置精度も不
確かなものとなり易い。また、固定されていない金属板
は成形時に移動、変形を生じ易い。これに対し、複数の
金属板であっても互いに固定されて見かけ上１枚となっ
ていれば、金型への配置も容易であり、また成形時の移
動、変形も生じにくい。

【０００７】連結部の形状は、成形後に除去し易く、除
去した後の基板の強度を著しく低下させない形状であれ
ばどのようなものでもよい。またその個数は、成形時に
金属芯の変形等を生じさせない程度であれば特に限定す
るものではないが、多くなるに従い除去工程も増加する
ので少ない方がよい。このような金属板の材質は、銅、
アルミニウム、鉄等の金属、またはステンレス等の合金
や、亜鉛や錫、ニッケル等のめっきを施したもの等どの
ようなものでもよいが、放熱性が必要な部分に使用され
るものは熱伝導率の高いものが好ましい。また、電気回
路の一部として使用されるものは電気伝導率の高いもの
が好ましい。これらの金属芯の表面には脱脂や粗化、カ
ップリング剤処理等を行なうことができ、樹脂との接着
性を向上することができる。

【０００８】基板の金属芯が内挿されている部分にスル
ーホールを形成する場合には、金属芯にスルーホール径
より大きな貫通孔または切り欠きを設けてあることが好
ましい。この貫通孔内または切り欠き部で硬化した樹脂
にドリル加工等で孔明けをすることにより、芯材である
金属板と硬化樹脂を介して絶縁性を保ったスルーホール
を形成することができる。

【０００９】金属芯には、成形時に樹脂が流れるための
樹脂充填用貫通孔を設けてあることが好ましい。この理
由は、成形時の成形圧力の片寄りにより金属板が変形す
るような場合、金属板に適度な密度で貫通孔が施されて
いるとこの孔を通して樹脂が流動し、成形圧力の片寄り
を緩和して金属板の変形を防止できる。また、貫通孔を
通して上下樹脂層が結合しているので、熱衝撃試験やは
んだ耐熱性試験等での剥離やクラックに対する強度も向
上させることができる。放熱性の点からは、金属芯の一
部を露出させてあることが好ましい。この理由として
は、露出した金属芯に直接半導体素子や放熱板を搭載す
ることにより、基板の絶縁樹脂層で生じる熱抵抗が無く
なり、優れた放熱性を得ることができる。このような金
属芯が露出する部分の形成は基板の成形時に行なうこと
ができ、ザグリ等の新たな工程は不要である。形成方法
は特に限定するものではなく、例えば金型のキャビティ
内面および／または金属芯に凸状および／または凹状の
形状をもたせ、成形時にキャビティ内面と金属芯を密着
させ樹脂を流入させないで露出部を得る方法や、分離可
能な板片をキャビティ内面と金属芯との間に配置して成
形し、その後板片を除去して露出部を得る方法等があげ
られる。

【００１０】絶縁層となる熱硬化性樹脂としては、フェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、トリアジン樹脂等どのようなものでも
よく、何種類か併用してもよい。特に、エポキシ樹脂に
硬化剤としてフェノール樹脂を配合した系では耐熱性、
電気特性等に優れている。また、これらの樹脂には硬化
反応を促進する硬化促進剤や難燃性を付与する難燃助
剤、着色剤、離型剤などの添加剤を適宜適量配合するこ
とができる。このような樹脂系には種々の充填剤を配合
することにより、熱伝導率を向上したり熱膨張係数を芯
材に整合することができる。例えば溶融シリカ、結晶シ
リカ、アルミナ、窒化珪素等の無機物や、シリコーン、
テフロン等の有機物の粉末等が使用でき、単独または何
種か併用してもよいが、本発明の目的からは熱伝導率の
高いものが好ましい。充填剤の粒径は成形金型のゲート
に詰まらない程度の大きさ以下であればよく、またその
形状はどのようなものでもよい。充填剤の配合量は特に
限定するものではないが、樹脂組成物の溶融粘度や硬化
物の熱伝導率、熱膨張係数等から２０〜８０体積％の範
囲が好ましい。充填剤を配合する場合、樹脂との接着性
を高めるためシラン系カップリング剤に代表されるよう
な表面処理剤を添加してもよい。

【００１１】成形方法については注型、移送成形、射出
成形、圧縮成形等一般の成形材料の成形方法を用いるこ
とができ、必要に応じて加熱、加圧してもよい。基板の
成形後に、金属芯の連結部を除去するが、この方法は特
に限定するものではない。例えば、ドリルやルーター等
により穴明けをして除去する方法や、連結部を露出する
ような金型を用いて成形し、エッチングや打ち抜きで除
去する方法等が挙げられる。回路形成方法については、
無電解めっきを用いるアディティブ法など公知の方法が
使用できる。また、成形時に金型キャビティ内面と金属
芯との間に回路形成用の金属箔を配置して、一体成形す
ることにより銅張り基板が得られ、これにエッチング等
の公知の方法で回路を形成することができる。

【００１２】

【作用】連結部により連結された金属板を芯材とし、熱
硬化性樹脂組成物を用いて成形した後、該連結部を除去
することにより、放熱性、耐熱性に優れかつ電気的また
は熱的な設計が容易であり、スルーホール形成が容易な
印刷配線用基板を得ることができる。すなわち、熱伝導
性の良好な金属芯を芯材として基板を成形するため、優
れた放熱性が得られる。また、熱硬化性樹脂を用いてい
るため、優れた耐熱性と任意の形状が得られる。さら
に、金属芯を部分的に電気的または熱的に分離すること
ができるため、電気的または熱的な基板の設計が容易と
なる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明するが、
本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【００１４】実施例１ ＥＳＣＮ−１９５（住友化学(株)製オルソクレゾール ノボラック型エポキシ樹脂、商品名） ：１００重量部 ＨＰ−８００Ｎ（日立化成工業(株)製フェノールノボ ラック樹脂、商品名） ： ５０重量部 アルミナ粉 ：９５０重量部 エポキシシランカップリング剤 ： ３重量部 トリフェニルホスフィン ： ５重量部 カーボンブラック着色剤 ： １重量部 上記化合物を充分混練して熱硬化性樹脂組成物を得た。
一方、直径１．５mmのスルーホール形成用の貫通孔を設
けた厚さ１mmの銅板に、幅１mm、長さ１mmの突起４個が
内側に出た１２mm角の貫通孔３個を明け、それぞれの中
に厚さ１．６mm、１０mm角の銅板を固定して金属芯を得
た。この金属芯と厚さ３５μm の金属箔２枚を、上下と
も深さ０．３mmのキャビティを有する金型に配置した。
これに上記樹脂組成物を移送プレスにより１７５℃、９
０秒で移送し、成形したものを１７５℃、５時間後硬化
して、厚さ１．６７mm、１００mm角の金属芯入り銅張り
基板を得た。得られた基板の金属芯の突起に相当する部
分４箇所に、ドリルで直径１．５mmの貫通孔を明けて金
属芯を分離した。

【００１５】実施例２ 金属芯として、実施例１で用いた金属芯の投影図と同じ
パターンで穴あけを施した厚さ１mmのアルミ板１枚を用
いたこと以外は実施例１と同じ方法で作製し、金属芯入
り銅張り基板を得た。

【００１６】比較例１ ジシアンジアミド硬化系エポキシ樹脂ワニスを厚さ０．
２mmのガラス布に含浸させた後、乾燥させプリプレグを
得た。これを８枚積層し両面に実施例１で用いた銅箔を
配置し、プレスにより１７０℃、９０分加熱、加圧成形
して厚さ１．６７mmの銅張積層板を得た。

【００１７】比較例２ ジシアンジアミド硬化系エポキシ樹脂ワニスを厚さ０．
１mmのガラス布に含浸させた後、乾燥させプリプレグを
得た。厚さ１．５mmのアルミ板の片面にこのプリプレグ
１枚と実施例１で用いた銅箔１枚を配置し、比較例１と
同様に成形して厚さ１．６４mmのアルミベース銅張り積
層板を得た。

【００１８】比較例３ 直径１．５mmのスルーホール形成用の貫通孔を明けた厚
さ１mmの銅板１枚を芯材として用いたこと以外は実施例
１と同じ方法で成形し、金属芯入り銅張り基板を得た。
ただし、金属芯の分離のための穴明けは行わなかった。

【００１９】以上のようにして得られた銅張り基板を用
いて、熱伝導率、はんだ耐熱性、スルーホール形成性を
評価した。熱伝導率の測定は、銅箔を除去した１００mm
角の基板を、平面プローブを用いた熱線法による熱伝導
率計（ＱＴＭＤ３：京都電子工業(株)製）で行なった。
はんだ耐熱性の測定は、銅張り基板を２５mm角に切断
し、８５℃、８５％ＲＨの恒湿高温槽内で５０時間加湿
し、３００℃のはんだ浴に５分間浮かべた後のふくれの
有無を目視観察した。スルーホール形成性の評価は、ド
リルを用いて孔明けした内面に無電解銅めっきを施して
めっきスルーホールを形成し、断面を顕微鏡観察した。
結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】 ＊１ 金属芯の露出部分で測定（値が高すぎて測定範囲
外）

【００２１】表１から明らかなように、本発明の方法で
製造した実施例１、２及び比較例２、３は熱伝導率が比
較例１に比べ高く、放熱性が良好であった。特に実施例
１の金属芯露出部では、絶縁樹脂層が無く金属そのもの
の熱伝導率であり、本測定方法では測定出来なほど高い
値であった。また実施例１および２では、それぞれの芯
材間は熱的または電気的に分離されていた。さらに、実
施例１、２及び比較例３のスルーホール形成は比較例１
と同等で容易であり、スルーホール部にはボイド、未充
填の発生がなく、絶縁性も良好であった。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
方法の金属芯入り基板は、従来の金属ベース基板と同等
以上の放熱性を有し、かつ耐熱性に優れ、電気的または
熱的設計が容易であるため、その産業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法で用いられる金属芯の一例である。

【符号の説明】

１…金属芯Ａ部、２…金属芯Ｂ部、３…連結部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連結部によって連結された複数の平坦部
   分からなる金属板を芯材として成形金型内に配置し、次
   いで熱硬化性樹脂組成物を注入して硬化させた後、該連
   結部を除去することにより前記金属芯の一部分を電気的
   または熱的に分離することを特徴とする金属芯入り印刷
   配線用基板の製造方法。
2. 【請求項２】 金属板が予めスルーホール形成用の貫通
   孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
   金属芯入り印刷配線用基板の製造方法。
3. 【請求項３】 金属板が予め１個以上の樹脂充填用の間
   通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載
   の金属芯入り印刷配線用基板の製造方法。
4. 【請求項４】 金属芯が露出する部分を形成するための
   突起を設けた金属芯及び／または成形金型を用いること
   を特徴とする請求項１に記載の金属芯入り印刷配線用基
   板の製造方法。