JPH10242607A - 金属ベース基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比誘電率が高く、誘電正接が低い絶縁接着材料
を有する接着性や加工性に富む金属ベース基板を提供す
る。 【解決手段】銅箔に絶縁接着材料を配置してなる銅箔付
き絶縁接着材料を金属板上に積層した金属ベース基板に
おいて、比誘電率が５０以上の無機フィラーを４０体積
％から８０体積％含む絶縁接着材料を用いた金属ベース
基板とその製造方法。絶縁接着材料が少なくとも２層以
上から構成され、銅箔に接する第１層には、無機フィラ
ーを５０体積％から８０体積％含む絶縁接着材料を用
い、銅箔に接しない第２層の最外層には無機フィラーを
４０体積％から５０体積％含む絶縁接着材料を用い、第
１層を硬化度がＢまたはＣステージ、第２層をＡまたは
Ｂステージとなるように銅箔付き絶縁接着材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘電率の高い絶縁接
着材料をもちいた金属ベース基板及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、高密度化、及
び使用周波数の高周波化が図られており、これらに対応
して、高周波ノイズの低減や配線板の小型化をはかるこ
とを目的として絶縁接着材料を高誘電率化する要求があ
る。比誘電率の高い積層基板を得る方法として、例え
ば、特開昭５５−５７２１２号公報、特開昭６１−１３
６２８１号公報、特開平３−２２１４４８号公報などの
ように絶縁層に高誘電体を含有させる方法があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらは、何れもガラ
ス布に絶縁材料を含浸させる工程が必要であり、積層板
とする加熱加圧工程で金属箔との接着性や積層板の板厚
精度向上のため絶縁材料に流動性が必要である。しかし
ながら、高誘電体を多量に含んだ絶縁材料は流動性が低
いため、高誘電体を多量に含ませることできず、比誘電
率を十分大きくすることは出来なかった。高誘電率の金
属ベース基板を製造することは、プリント回路学会第８
回学術講演大会要旨集１１７頁中に「高誘電率銅ベース
基板」と題して記載されているが、比誘電率が２６程度
であり、配線板の小型化、高周波ノイズの低減に十分な
ものではなかった。また周波数が５００ＭＨｚ以上で
は、誘電正接（tanδ）が大きくなり、５００ＭＨｚ以
上での使用には十分でないという問題点があった。高誘
電体として高誘電率の無機フィラーがあり、絶縁材料に
高誘電率の無機フィラーを含有せしめ誘電率を高くする
ことは良く知られていることであるが、絶縁材料に無機
フィラーを高充填した場合、絶縁材料の溶融粘度が上昇
し、流動性が悪く金属板との接着性の低下、可撓性の低
下、絶縁層中にボイドが残るなど、多くの問題点が発生
し実用されるに至っていない。また、従来、高誘電率の
無機粉体を焼結した高誘電率のセラミック基板がある
が、外形加工等に対する加工性が十分とは言えなかっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる状況に鑑
みなされたもので、比誘電率が高く、誘電正接が低く、
金属との接着性に優れ、加工性が良好な金属ベース基板
を得ることを課題とした。この課題を解決するため、本
発明者等は鋭意検討した結果、絶縁接着材料の各層のフ
ィラー含有量、樹脂成分、硬化度を選定することによ
り、高誘電率の金属ベース基板を得ることができた。本
発明は、銅箔に絶縁接着材料を配置してなる銅箔付き絶
縁接着材料を金属板上に積層した金属ベース基板におい
て、絶縁接着材料中に比誘電率が５０以上の無機フィラ
ーを４０体積％から８０体積％含有することを特徴とす
る金属ベース基板である。そして、銅箔上に少なくとも
２層に分けて作製した絶縁接着材料層のうち、銅箔に接
する絶縁接着材料層には比誘電率が５０以上の無機フィ
ラーを５０体積％から８０体積％含有し、銅箔に接しな
い最外層の絶縁接着材料層には比誘電率が５０以上の無
機フィラーを絶縁接着材料中に40体積％から５０体積％
含有する金属ベース基板であり、少なくとも最外層の絶
縁接着材料層に、分子量が５００以下のエポキシ樹脂を
少なくとも２０体積％以上含む金属ベース基板であると
好ましいものである。また、本発明は、比誘電率５０以
上の無機フィラーが４０体積％から８０体積％となるよ
うに含有する絶縁接着材料ワニスを銅箔に塗布、乾燥し
銅箔付き絶縁接着材料を作製し、金属板と積層して成形
することを特徴とする金属ベース基板の製造方法であ
る。さらに、比誘電率５０以上の無機フィラーが５０体
積％から８０体積％となるように含有する絶縁接着材料
ワニスを銅箔に塗布、乾燥した後、さらに、その上に比
誘電率５０以上の無機フィラーが４０体積％から５０体
積％となるように含有する絶縁接着材料ワニスを銅箔に
塗布し、銅箔に接する側の絶縁接着材料層の硬化度がＢ
またはＣステージであり、銅箔に接しない最外層の絶縁
接着材料層がＡまたはＢステージとなるように乾燥した
銅箔付き絶縁接着材料を作製し、金属板と積層して成形
する金属ベース基板の製造方法であり、銅箔に接しない
最外層となる絶縁接着材料ワニスに、分子量が５００以
下のエポキシ樹脂を少なくとも２０体積％となるように
含むワニスを用いる金属ベース基板の製造方法である。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の絶縁接着材料は、主とし
て樹脂成分と無機フィラーとからなる。樹脂成分として
しては、エポキシ樹脂系、ポリイミド樹脂系、フェノー
ル樹脂系などを使用することができ、これには、電気絶
縁性の良い高分子物質である可撓性付与成分を配合する
ことが好ましく、例えば、アクリルゴム、ＮＢＲ、エポ
キシ変性アクリルゴム、エポキシ化ポリブタジエン、フ
ェノキシ樹脂などがある。また銅箔と絶縁接着材料との
接着性を向上させるためカップリング剤を使用すること
が好ましい。カップリング剤としては、シランカップリ
ング剤が好ましく、γ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレ
イドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチ
ル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げら
れる。

【０００６】最外層の絶縁接着材料層には、成形時の流
動性を向上させるために、分子量５００以下の低分子量
エポキシ樹脂を２０体積％以上含有することが好まし
い。このようなエポキシ樹脂としては、一分子中にエポ
キシ基を２個以上有したビスフェノールＡ型またはビス
フェノールＦ型液状樹脂が挙げられ、油化シェルエポキ
シ株式会社から、エピコート８０７、エピコート８２
７、エピコート８２８という商品名で市販されている。
また、ダウケミカル日本株式会社からは、Ｄ．Ｅ．Ｒ．
３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３６１とい
う商品名で市販されている。さらに、東都化成株式会社
から、ＹＤ１２８、ＹＤＦ１７０という商品名で市販さ
れている。エポキシ樹脂の硬化剤としては特に制限する
ものではないが、ワニスライフの長い潜在性の高いもの
が望ましい。この例としては、３級アミン、酸無水物、
イミダゾール化合物、ポリフェノール樹脂、マスクイソ
シアネートなどの１種以上を使用することができる。ま
た、不純物イオンが原因となる、吸湿時の絶縁抵抗の低
下を防止するために、イオン吸着無機物質を添加するこ
とが好ましい。

【０００７】比誘電率が５０以上の無機フィラーとして
は以下にあげるものがあり、これらのうち１種または２
種以上を組み合わせて用いることができる。すなわち、
二酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウ
ム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸
バリウム、ジルコン酸カルシウム、スズ酸バリウム、ス
ズ酸カルシウム等の粉末がある。また無機フィラーとし
てセラミックコンデンサー用原料を焼成し粉砕した粉末
で、その比誘電率が３００以上であるものを用いること
で、更に高誘電率の基板を得ることができる。無機フィ
ラーの形状、粒径については特に制限するものではない
が、球状のフィラーを用いると成形時の絶縁接着材料の
流動性が向上し、破砕状、繊維状のものを用いると、機
械的強度が向上する。このような無機フィラーの配合量
は絶縁接着材料の内の４０体積％から８０体積％である
ことが必要である。この理由としては、配合量４０体積
％未満では誘電率を高くする効果が少なく、８０体積％
を超えると絶縁接着材料の流動性が低下し、ボイドの発
生により耐電圧が低下するためである。

【０００８】次に銅箔付き絶縁接着材料の層構成につい
て、銅箔上に絶縁接着材料ワニスを第１層として塗工
し、これを硬化度がＢまたはＣステージに加熱硬化する
ことにより、流動性を小さくする。さらに絶縁接着材料
の上に第２層を塗工し、これを硬化度がＡまたはＢステ
ージに加熱する。このような２層構成にすることにより
絶縁接着材料のボイド、クレータ、異物混入などの塗膜
欠陥による絶縁信頼性の低下の防止する。２層構成につ
いて説明したが、同様の操作を繰り返し３層構成以上に
してもさしつかえない。この場合、銅箔に接しない最外
層の絶縁接着材料は、硬化度がＡまたはＢステージにす
る。硬化度が、Ａ，Ｂ，Ｃステージとは、接着剤の硬化
の程度を示し、Ａステージはほぼ未硬化でゲル化してい
ない状態であり、全硬化発熱量の０から２０％の発熱を
終えた状態である。Ｂステージは若干硬化、ゲル化が進
んだ状態であり全硬化発熱量の２０から６０％の発熱を
終えた状態である。Ｃステージはかなり硬化が進み、ゲ
ル化した状態であり、全硬化発熱量の６０から１００％
の発熱を終えた状態である。２層構成の絶縁接着材料の
場合、銅箔上に設ける第１層目の絶縁接着材料ワニスに
は、比誘電率が５０以上の無機フィラーを５０体積％か
ら８０体積％となるように含有させ、塗布、乾燥させた
場合の無機フィラーが５０体積％から８０体積％となる
ようにする。第１層目の絶縁接着材料は、第２層目の絶
縁接着材料がその上に塗布、乾燥されるので、それを見
越した塗工、乾燥条件とする。そして、さらに、この上
に比誘電率が５０以上の無機フィラーを４０体積％から
５０体積％となるように含有させた絶縁接着材料ワニス
を塗布、乾燥し、硬化度がＢまたはＣステージとなるよ
うにさせる。３層構成以上の場合は、銅箔と接しない最
外層の絶縁接着層には、無機フィラーを４０体積％から
５０体積％となるようにする。

【０００９】絶縁接着材料ワニスを銅箔に塗工する方法
としてはバーコータ、リップコータ、ロールコータなど
があり、クレータ、ボイドなどの欠陥が少なく、塗工の
際の厚みを均一に塗工できるものであれば制限されな
い。本発明の金属ベース基板は、それを用いて多層配線
板とすることもできる。多層配線板の製造方法は、以下
のようにして行うことができる。銅箔付き絶縁接着材料
と金属板を加圧加熱一体化することにより金属ベース基
板を得る。これには、プレス、真空プレス、ホットロー
ルラミネータ、真空ラミネータなどを用いることが出来
る。得られた金属ベース基板は、常法により回路加工、
外形加工等を行い、金属ベース配線基板とする。この金
属配線基板の銅箔配線層の上にさらに、銅箔付き絶縁接
着材料を積層し加圧加熱一体化して、多層配線板とす
る。この場合、金属ベース基板の上に積層する銅箔付き
絶縁接着材料としては、無機フィラーを含まない銅箔付
き絶縁接着材料を積層してもよいし、ガラス基材のプリ
プレグや接着フィルムを介して積層しても良い。以下本
発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

【００１０】

【実施例】

（実験例１） （１） 厚み３５μｍの銅箔を用い、この上に絶縁接着
材料の第１層として乾燥後の厚みが３５μｍになるよう
に表１に示す絶縁接着材料ワニスＡを塗工し、１５０℃
で１０分間乾燥し、さらに、この上に絶縁接着材料の第
２層として乾燥後の厚みが第１層、第２層合わせて７０
μｍになるように表１の絶縁接着材料ワニスＢを塗工
し、１１０℃で１０分間乾燥して銅箔付き絶縁接着材料
を作製した。 （２）上記の銅箔付き絶縁接着材料と表面を研磨処理し
た板厚２ｍｍのアルミ板を積層し、１７０℃，３０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²、６０分間加熱加圧成形して、金属ベース基
板を作製した。 （３）金属ベース基板の銅箔を常法によりエッチング処
理し、金属ベース配線基板を得た。

【００１１】（実験例２）厚み３５μｍの銅箔を用い、
この上に絶縁接着材料の第１層として乾燥後の厚みが１
８μｍになるように表１に示す絶縁接着材料ワニスＣを
塗工し、１５０℃で１０分間乾燥し、さらに、この上に
絶縁接着材料の第２層として乾燥後の厚みが第１層、第
２層合わせて３５μｍになるように表１の絶縁接着材料
ワニスＡを塗工し、１５０℃で１０分間乾燥して銅箔付
き絶縁接着材料を作製した。そして、さらに、この上に
絶縁接着層の第３層として乾燥後の厚みが第１層から第
３層合わせて７０μｍになるように表１の絶縁接着材料
ワニスＢを塗工し、１１０℃で１０分間乾燥して銅箔付
き絶縁接着材料を作製した。この銅箔付き絶縁接着材料
を使用すること以外は、実施例１と同様にして、金属ベ
ース基板そして、金属ベース配線基板を得た。

【００１２】（実験例３）厚み３５μｍの銅箔を使用
し、銅箔の上に乾燥後の厚みが７０μｍになるように表
１の絶縁接着材料ワニスＡを塗工し、１１０℃で１０分
間乾燥し、銅箔付き絶縁接着材料を作製するした。この
銅箔付き絶縁接着材料を使用すること以外は、実施例１
と同様にして、金属ベース基板そして、金属ベース配線
基板を得た。

【００１３】（実験例４）厚み３５μｍの銅箔を使用
し、銅箔の上に乾燥後の厚みが７０μｍになるように表
１の絶縁接着材料ワニスＢを塗工し、１１０℃で１０分
間乾燥し、銅箔付き絶縁接着材料を作製した。この銅箔
付き絶縁接着材料を使用すること以外は、実施例１と同
様にして、金属ベース基板そして、金属ベース配線基板
を得た。

【００１４】（実験例５）厚み３５μｍの銅箔を使用
し、絶縁接着材料の第１層として銅箔の上に、乾燥後の
厚みが３５μｍになるように表１の絶縁接着材料ワニス
Ａを塗工し、１５０℃で１０分間乾燥し、さらに、この
上に絶縁接着材料の第２層として、乾燥後の厚みが第１
層、第２層合わせて７０μｍになるように表１の絶縁接
着材料ワニスＡを塗工し、１５０℃で１０分間乾燥し、
第１層、第２層ともに硬化度をＣステージとした銅箔付
き絶縁接着材料を作製した。この銅箔付き絶縁接着材料
を使用すること以外は、実施例１と同様にして、金属ベ
ース基板そして、金属ベース配線基板を得た。

【００１５】比誘電率と誘電正接の測定は、ＪＩＳ Ｃ
６４８１に準拠し、ＬＣＲメータ（モデル４２７４
Ａ、ヒューレットパッカード製）及びトリプレート構造
直線線路共振器法により室温（２５℃）で行った。耐電
圧は、絶縁接着材料をはさむ銅箔とアルミニウム板の間
の耐電圧を測定した。金属ベース基板の銅箔を直径２０
ｍｍの銅箔が残るようにエッチングで除去し、耐電圧計
を用いて測定した。そして、耐電圧不良率は、２ＫＶ未
満の耐電圧を示した試験数／評価した試験片の数とし
た。絶縁接着材料とアルミニウム板の密着性は、２６０
℃のはんだ浴中に３分間浸漬した際に、剥離が見られた
ものを不良、剥離がないものを良好とした。

【００１６】実験例１〜５で作製した金属ベース基板の
試験結果を表２に示した。実験例１及び２は比誘電率が
大きくまた耐電圧、絶縁接着材料とアルミニウム板との
密着性も良好である。実験例３は比誘電率は大きいが、
絶縁接着材料とアルミニウム板の密着性が不良であり、
実験例４は、絶縁接着材料とアルミニウム板との密着性
を向上させるため、無機フィラーの配合量を低くした結
果、比誘電率が低い。実験例５は絶縁接着材料の硬化度
が好ましい範囲からはずれた場合であり、耐電圧、絶縁
接着材料とアルミニウム板との密着性も不良である。

【００１７】

【表１】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 項 目 品 名 ワニスＡ ワニスＢ ワニスＣ ―――――――――――――――――――――――――――――――――― エホ゜キシ樹脂 エヒ゜コート828 ６０ ６０ ０ エヒ゜コート1007 ０ ０ ６０ 可とう化剤 フェノキシ樹脂 ４０ ４０ ４０ 硬化剤 フェノールノホ゛ラック ３０ ３０ １５ 硬化促進剤 2PZ-CN ０．５ ０．５ ０．５ シランカッフ゜ A187 ２ ０ ２ リンク゛剤 無機フィラー チタン酸ハ゛リウム ８００ ４５０ ４５０ チタン酸ハ゛リウムの体積％ 55.6 41.7 44.6 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――エヒ゜コート 828：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量＝１９０、油化シェルエポキシ株式会社製商品
名）エヒ゜コート 1007：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量＝２０００、油化シェルエポキシ株式会社製商品
名）フェノキシ 樹脂：ＹＰ−５０（東都化成株式会社商品名）フェノールノホ゛ラック ：ＬＦ−２８８２（大日本インキ株式会社
商品名、水酸基当量＝１１８）チタン 酸ハ゛リウム：富士チタン工業株式会社製、粒径１．４μ
ｍ、比誘電率＝１１５０

【００１８】

【表２】 ――――――――――――――――――――――――――――――――――― 項 目 単位 実験例１ 実験例２ 実験例３ 実験例４ 実験例５ ――――――――――――――――――――――――――――――――――― 比誘電率 ― 54 45 65 36 65 誘電正接 1MHz 0.001 0.001 0.002 0.003 0.002 誘電正接 100MHz 0.002 0.002 0.022 0.013 0.011 誘電正接 1000MHz 0.004 0.004 0.032 0.020 0.023 耐電圧 ｋＶ 5.6 6.6 4.5 6.1 4.0 耐電圧不良 ％ 0.1 0.1 2.4 0.1 1.2 率 アルミ板-絶縁 ― 良好 良好 不良 良好 不良 層間の密着 （層間で （層間で 性 剥離） 剥離） ―――――――――――――――――――――――――――――――――――

【００１９】

【発明の効果】本発明の金属ベース基板を使用し、金属
ベース配線基板を形成した場合、絶縁接着材料が高誘電
率で基板自体が大きな静電容量を有しているため、配線
形成によりバイパスコンデンサー機能を付与することが
でき、新たにコンデンサを設けなくてもデジタル回路に
おいて電源ラインに混入する高周波ノイズを除去するこ
とができ、小型化や高密度化に寄与する。また本発明で
は、また熱伝導率の大きい金属板を必須の構成として使
用しており、金属板のため放熱性に優れ、局所的な温度
上昇が少なく、基板全域にわたり温度の均一化が図れ
る。このため、特性の温度依存性の大きい部品を使用し
た場合でも、温度上昇による特性の不安定化を解消でき
る。比誘電率は、温度による変化がおおきく、特に比誘
電率の高いものでは顕著であったが、金属板の熱伝導に
よる温度均一性により、温度による比誘電率の変化が少
なくなり、電子機器を安定して作動させることができ
る。比誘電率の大きい金属ベース基板は、ＡＤコンバー
タ、ハイブリッドＩＣ等に使用すると、電源ラインに混
入する高周波ノイズを除去でき、また、ＩＣの温度上昇
を抑制することもできる。また、無線送受信機等に使用
される高周波回路用途に使用すると、インピーダンスを
マッチングさせるための回路パターンの幅を狭くする作
用があり、回路全体の小型化を図ることができる。そし
て、基板全域にわたり温度の均一化が図れるため、特性
が安定する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅箔に絶縁接着材料を配置してなる銅箔
   付き絶縁接着材料を金属板上に積層した金属ベース基板
   において、絶縁接着材料中に比誘電率が５０以上の無機
   フィラーを４０体積％から８０体積％含有することを特
   徴とする金属ベース基板。
2. 【請求項２】 銅箔上に少なくとも２層に分けて作製し
   た絶縁接着材料層のうち、銅箔に接する絶縁接着材料層
   には比誘電率が５０以上の無機フィラーを５０体積％か
   ら８０体積％含有し、銅箔に接しない最外層の絶縁接着
   材料層には比誘電率が５０以上の無機フィラーを絶縁接
   着材料中に40体積％から５０体積％含有することを特徴
   とする金属ベース基板。
3. 【請求項３】 少なくとも最外層の絶縁接着材料層に、
   分子量が５００以下のエポキシ樹脂を少なくとも２０体
   積％以上含むことを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の金属ベース基板。
4. 【請求項４】 比誘電率５０以上の無機フィラーが４０
   体積％から８０体積％となるように含有する絶縁接着材
   料ワニスを銅箔に塗布、乾燥し銅箔付き絶縁接着材料を
   作製し、金属板と積層して成形することを特徴とする金
   属ベース基板の製造方法。
5. 【請求項５】 比誘電率５０以上の無機フィラーが５０
   体積％から８０体積％となるように含有する絶縁接着材
   料ワニスを銅箔に塗布、乾燥した後、さらに、その上に
   比誘電率５０以上の無機フィラーが４０体積％から５０
   体積％となるように含有する絶縁接着材料ワニスを塗布
   し、銅箔に接する側の絶縁接着材料層の硬化度がＢまた
   はＣステージであり、銅箔に接しない最外層の絶縁接着
   材料層がＡまたはＢステージとなるように乾燥した銅箔
   付き絶縁接着材料シートを作製し、金属板と積層して成
   形することを特徴とする金属ベース基板の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の金属ベース基板の製造
   方法において、銅箔に接しない最外層となる絶縁接着材
   料ワニスに、分子量が５００以下のエポキシ樹脂を少な
   くとも２０体積％となるように含むワニスを用いること
   を特徴とする金属ベース基板の製造方法。