JP7262918B2 - 回路基板用積層板、金属ベース回路基板及びパワーモジュール - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係る回路基板用積層板は、金属基板と、この金属基板の少なくとも片面に設けられた絶縁層と、この絶縁層上に設けられた金属箔とを具備する。図2及び図3に示す回路基板用積層板1は、金属基板2の片面に絶縁層3が形成され、絶縁層3の上に金属箔4が形成された3層構造をしている。本発明の他の実施形態において、回路基板用積層板は、金属板2の両面に絶縁層3が形成され、更に各絶縁層3の上に金属箔4が形成された5層構造をしていてもよい。なお、図2及び図3において、X及びY方向は金属基板2の主面に平行であり且つ互いに直交する方向であり、Z方向はX及びY方向に対して垂直な厚さ方向である。図2には、一例として矩形上の回路基板用積層板1を示しているが、回路基板用積層板1は他の形状を有していてもよい。
すなわち、ゴムが連続相を形成する本発明の相分離構造の場合は、ゴムの配合比が少量でもDMA測定によりゴム由来のピークが明確に観測できる。一方、例えばゴム粒子のように、ゴムが非連続相を形成する逆相分離構造の場合、ゴムの配合比が高くないとDMA測定によってはゴム由来のピークは検出されない。これは、ゴムが非連続相を形成する逆相分離構造の場合、ゴムの配合比が少量であると樹脂の挙動が支配的となり、DMA測定によりゴム由来のピークが観測しにくくなるためと推測される。
図1Aは、本発明の相分離構造の一例を示す走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)写真である。本発明の相分離構造を分かりやすく説明するため、図1Aに示.される相分離構造は無機充填材を含んでいない。図1Aに示された相分離構造では、連続相のゴム101中に、非連続相(分散相)の熱硬化性樹脂102が分散している。このようにゴムが連続相を構成することにより、上述の通り、低吸水性と耐酸化劣化性が向上する。
図1Bに示される相分離構造に対し、図1Cはゴムを含有しない系の光学顕微鏡写真である。図1Cに示される構造では、連続相の熱硬化性樹脂121中に、無機充填材(窒化アルミニウム)123a、及び、実線で囲まれた筋状の無機充填材(窒化ホウ素)123bが分散している。破線枠A’内をみると、無機充填材(窒化アルミニウム)123aの空隙は熱硬化性樹脂121のみで埋まっていることがわかる。
本発明において用い得るゴムは、常温でゴム弾性を有する高分子材料であればよく、例えば、常温(例えば、25℃)における弾性率が100MPa以下のものであればよい。
ここで、重要平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定されたポリスチレン換算値を表す。
絶縁層は、ゴムとして1種を単独で含有していてもよいし、2種以上を含有していてもよい。
ビスフェノール型シアネート樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型フェノール樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等を挙げることができる。ビスフェノール型シアネート樹脂の重量平均分子量は特に限定されるものではなく、オリゴマーやモノマーであってもよい。例えば、耐熱性の観点からは、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂の順に優れており、反応性の観点からはビスフェノールA型シアネート樹脂が優れている。
リン系ボレート錯体の例として、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート、トリ-tert-ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、ジ-tert-ブチルメチルホスホニウムテトラフェニルボレート、p-トリルトリフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルホスフィントリフェニルボレートなどが挙げられる。
金属基板は、可撓性を有していてもよく、可撓性を有していなくてもよい。金属基板の厚さは、例えば、0.2-5mmの範囲内にある。
金属箔は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属箔の材料としては、例えば、銅又はアルミニウムを使用することができる。金属箔の厚さは、例えば、10~500μmの範囲である。
まず、上述した樹脂組成物を、金属基板及び金属箔の少なくとも一方に塗布する。樹脂組成物の塗布には、例えば、ロールコート法、バーコート法又はスクリーン印刷法を利用することができる。連続式で行ってもよく、単板式で行ってもよい。
図4に金属ベース回路基板の一実施形態を示す。図4に示される金属ベース回路基板1´は、図2及び図3に示す回路基板用積層板1から得られるものであり、金属基板2と、絶縁層3と、回路パターン4´とを含んでいる。回路パターン4´は、図2及び図3を参照しながら説明した回路基板用積層板の金属箔4をパターニングすることにより得られる。このパターニングは、例えば、金属箔4の上にマスクパターンを形成し、金属箔4の露出部をエッチングによって除去することにより得られる。金属ベース回路基板1´は、例えば、先の回路基板用積層板1の金属箔4に対して上記のパターニングを行い、必要に応じて、切断及び穴あけ加工などの加工を行うことにより得ることができる。
<組成物の調製>
合成例1~6:樹脂組成物1~6の調製
ビスフェノール型シアネート樹脂(以下、「B型シアネート樹脂」ともいう。)(商品名「BA200」;ロンザジャパン株式会社製)と、ノボラック型シアネート樹脂(以下、「N型シアネート樹脂」ともいう。)(商品名「PT30」;ロンザジャパン株式会社製)を、質量比でB型シアネート樹脂:N型シアネート樹脂=9:1になるように混合した。得られたシアネート樹脂の混合物100質量部に対し、硬化促進剤として、下式で表されるPd型ベンゾオキサジン化合物(商品名「Pd型ベンゾオキサジン」;四国化成工業株式会社製)を10質量部添加し、100℃において混合物が均一になるまで撹拌し、溶剤メチルエチルケトン(MEK)により溶液化した。
B型シアネート樹脂(商品名「BA200」;ロンザジャパン株式会社製)と、N型シアネート樹脂(商品名「PT30」;ロンザジャパン株式会社製)を、質量比でB型シアネート樹脂:N型シアネート樹脂=9:1になるように混合した。得られたシアネート樹脂の混合物100質量部に対し、硬化促進剤として、上記式で表されるPd型ベンゾオキサジン化合物(商品名「Pd型ベンゾオキサジン」;四国化成工業株式会社製)を10質量部添加し、100℃において混合物が均一になるまで撹拌し、溶剤エチレングリコールモノメチルエーテルにより溶液化した。
フェノキシ樹脂(商品名「YP-50」;新日鉄住金化学株式会社製)を、シアネート樹脂の混合物90質量部に対して10質量部添加し、均一になるまで混合した以外は、樹脂組成物1Rと同様の方法で樹脂組成物2Rを調製した。
アクリルゴム粒子(商品名「ユニパウダー」;JXエネルギー株式会社製)を、シアネート樹脂の混合物90質量部に対して10質量部添加し、均一になるまで混合した以外は、樹脂組成物1Rと同様の方法で樹脂組成物3Rを調製した。
上記で調製した各樹脂組成物を、加熱加圧後の厚みが100μmになるように回路用銅箔に塗布した。次いで、溶剤を乾燥させた後、ベースとなる銅板と貼り合せて加熱加圧成形し、積層板を作製した。
絶縁層における本発明の相分離構造の有無を、絶縁層の断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより確認した。
DMA測定では、各積層板に対し、回路用銅箔とベース銅板をエッチングにて除去し、得られた絶縁層を幅3mm×長さ50mmの短冊状に切り出したものをサンプルとした。測定条件は、-50℃~350℃まで5℃/分で昇温し、周波数1Hz、引張モードで測定した。そこで得られた貯蔵弾性率と損失弾性率の比をtanδとした。
以下に示す方法により、加工性、吸水率、吸水はんだ耐電圧、及び耐熱接着力を評価した。結果を表2に示す。尚、吸水率が小さく、吸水はんだ耐電圧が大きいほど、低吸水性に優れることを示す。また、耐熱接着力が大きいほど、耐酸化劣化性に優れることを示す。
加工性は、回路用銅箔に各樹脂組成物を塗布し、これを乾燥して形成した乾燥膜をシャーリングにてカットした際の塗膜の欠けの有無を目視で観察した。
乾燥膜に欠けがなかったものをA、乾燥膜に欠けがあったものをBとして、結果を表2に示す。
なお、乾燥膜に欠けがなかったものは加工性に優れることがわかり、更に、それを硬化させた絶縁層においても加工性に優れることがわかる。
[吸水率(質量%)]
各積層板に対し、回路用銅箔とベース銅板をエッチングにて除去した後、得られた絶縁層について、以下の方法により吸水率を測定した。
各積層板の回路用銅箔面をエッチングし、φ20mmの回路パターンを形成した。この回路パターンに、40℃98%の雰囲気で24時間吸水させた。次いで、280℃のはんだ浴に5分間浮かべた後、以下の方法により破壊電圧を測定することで、吸水はんだ耐電圧を得た。
各積層板の回路用銅箔面をエッチングし、φ4mmの回路パターンを形成した。この回路パターンを、大気雰囲気中、200℃で1000時間放置した後、以下の方法により回路パターンの垂直引き剥がし強度を測定することで耐熱接着力を得た。
また、本発明の実施形態に係る実施例1~6は、吸水率が小さく、且つ、吸水はんだ耐電圧が大きくことから、低吸水性にも優れることがわかる。
また、本発明の実施形態に係る実施例1~6は、耐熱接着力が大きいことから、耐酸化劣化性にも優れることがわかる。
1’ 金属ベース回路基板
2 金属基板
3 絶縁層
4 金属箔
4’ 回路パターン
100 パワーモジュール
11 パワーデバイス
12 はんだ層
13 金属ベース回路基板
13a 回路パターン
13b 絶縁層
13c 金属基板
14 放熱シート
15 ヒートシンク
200 従来のパワーモジュール
21 パワーデバイス
22 第一はんだ層
23 回路パターン
24 セラミック基板
25 メタライズ層
26 第二はんだ層
27 金属基板
28 放熱シート
29 ヒートシンク
101 連続相(ゴム)
102 非連続相(熱硬化性樹脂)
103a 無機充填材(窒化アルミニウム)
103b 無機充填材(窒化ホウ素)
111 連続相(熱硬化性樹脂)
112 非連続相(ゴム粒子)
113a 無機充填材(アルミナ)
113b 無機充填材(窒化ホウ素)
121 連続相(熱硬化性樹脂)
123a 無機充填材(窒化アルミニウム)
123b 無機充填材(窒化ホウ素)
Claims (7)
- 金属基板と、該金属基板の少なくとも片面に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備する回路基板用積層板であって、前記絶縁層は樹脂成分と無機充填材とを含有し、前記樹脂成分は、熱硬化性樹脂を含有する非連続相と、ゴムを含有する連続相とを含む相分離構造を有し、前記熱硬化性樹脂としてビスフェノール型シアネート樹脂及びノボラック型シアネート樹脂を含有し、且つ、エポキシ樹脂を含有しない回路基板用積層板。
- 前記ゴムとして、重量平均分子量が150万以下のゴムを少なくとも含有する、請求項1に記載の回路基板用積層板。
- 前記ゴムとして、主鎖が飽和構造であるゴムを少なくとも含有する、請求項1又は2に記載の回路基板用積層板。
- 前記ゴムとして、アクリルゴムを少なくとも含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の回路基板用積層板。
- 前記絶縁層における前記ゴムの配合比が、前記樹脂成分の全質量に対して1~40質量%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の回路基板用積層板。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の回路基板用積層板が具備する前記金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板。
- 請求項6に記載の金属ベース回路基板を備えるパワーモジュール。
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