JP6477483B2 - エポキシ樹脂組成物、樹脂層付きキャリア材料、金属ベース回路基板および電子装置 - Google Patents
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Description
これらの電力制御装置は、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれら電力制御装置の使用が年々拡大している。
特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ−ス化と共に電力制御装置をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きい等過酷な環境であり、また、放熱面積の大きな基板が必要とされる。このような用途に対して、より一層放熱性に優れる金属ベース回路基板が注目されている。
金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する前記絶縁樹脂層の形成に使用されるエポキシ樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
アルミナと、
を含み、
前記アルミナの含有量が、当該エポキシ樹脂組成物の全固形分100質量%に対し、75質量%以上95質量%以下であり、
前記アルミナが、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が5.0μm以上25μm以下の第1粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.80以上1.0以下である大粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が1.0μm以上5.0μm未満の第2粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である中粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が0.1μm以上1.0μm未満の第3粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である小粒径アルミナと、
の混合物であり、
前記大粒径アルミナは、前記アルミナ全体に対し、65質量%以上85質量%以下であり、
前記中粒径アルミナは、前記アルミナ全体に対し、10質量%以上20質量%以下であり、
前記小粒径アルミナは、前記アルミナに対し5質量%以上18質量%以下である、エポキシ樹脂組成物が提供される。
金属基板と、上記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、上記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する上記絶縁樹脂層の形成に使用される樹脂層付きキャリア材料であって、
キャリア材料と、
上記キャリア材料の一方の面に設けられ、エポキシ樹脂と、アルミナを含み、かつ、Bステージ状態の樹脂層と、
を備え、
上記樹脂層が前述したエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、樹脂層付きキャリア材料を提供できる。
金属基板と、上記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、上記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板であって、
上記絶縁樹脂層は前述したエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、金属ベース回路基板を提供できる。
前述した金属ベース回路基板と、
上記金属ベース回路基板上に設けられた電子部品と、
を備える電子装置を提供できる。
金属ベース回路基板100は、金属基板101と、金属基板101上に設けられた絶縁樹脂層102と、絶縁樹脂層102上に設けられた金属層103とを備える。
そして、絶縁樹脂層102は以下のエポキシ樹脂組成物により形成されたものである。上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、アルミナと、を含む。アルミナの含有量は、当該エポキシ樹脂組成物の全固形分100質量%に対し、75質量%以上95質量%以下である。なお、本実施形態において、エポキシ樹脂組成物の全固形分とは当該エポキシ樹脂組成物を加熱硬化した際に固形分として残るものであり、例えば、溶剤など加熱により揮発する成分は除かれる。一方で、液状のエポキシ樹脂、カップリング剤等の液状成分は、加熱硬化した際に絶縁樹脂層102に取り込まれるため全固形分に含まれる。
ここで、アルミニウム基板とはアルミニウムを含む基板のことをいい、アルミニウム合金により形成された基板も含まれる。同様に、銅基板とは銅を含む基板のことをいい、銅合金により形成された基板も含まれる。
金属基板101の厚さは、例えば、100μm以上5000μm以下である。金属基板101の厚さが上記下限値以上であると、放熱性をより向上させることができる。また、金属基板101の厚さが上記上限値以下であると、金属ベース回路基板100の折り曲げ等の加工性を向上させることができる。
絶縁樹脂層102の厚みを上記上限値以下とすることで、電子部品からの熱を金属基板101に伝達させやすくすることができる。
また、絶縁樹脂層102の厚みを上記下限値以上とすることで、金属基板101と絶縁樹脂層102との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁樹脂層102で緩和することが十分にできる。さらに、金属ベース回路基板100の絶縁性が向上する。
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と、アルミナ(B)と、必要に応じてフェノキシ樹脂(C)と、硬化剤(D)と、カップリング剤(E)とを含む。
このようなエポキシ樹脂(A1)を使用することで、ガラス転移温度を高くするとともに、絶縁樹脂層102の熱伝導性を向上させることができる。
そして、芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂(A1)としては、例えば、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールM型エポキシ樹脂、ビスフェノールP型エポキシ樹脂、ビスフェノールZ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂;ナフタレン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中の1種類を単独で用いることもできるし、2種類以上を併用したりすることもできる。
より具体的には、アルミナ(B)は、平均粒子径が5.0μm以上50μm以下、好ましくは5.0μm以上25μm以下の第1粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.80以上1.0以下、好ましくは0.85以上0.95以下である大粒径アルミナと、平均粒子径が1.0μm以上5.0μm未満の第2粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下、好ましくは0.70以上0.80以下である中粒径アルミナと、平均粒子径が0.1μm以上1.0μm未満の第3粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下、好ましくは0.70以上0.80以下ある小粒径アルミナと、の混合物であることが好ましい。
ここで、粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置SALD−7000を用いて、水中にアルミナを1分間超音波処理することにより分散させ、測定することができる。
また、このようなアルミナ(B)を用いることにより、絶縁樹脂層102と金属基板101との密着性をより一層向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース回路基板100の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
また、フェノキシ樹脂(C)を含むことにより、絶縁樹脂層102の弾性率を低下させることが可能となり、その場合には金属ベース回路基板100の応力緩和力を向上させることができる。例えば、電子装置1を製造した場合、急激な加熱/冷却の環境下においても、電子部品11と金属ベース回路基板100を接合する半田接合部、またはその近傍で、クラック等の不良が発生することが抑制されることになる。このように金属ベース回路基板100のヒートサイクル特性を向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂(C)を含むと、粘度上昇により、プレス時の流動性が低減し、得られる絶縁樹脂層102中にボイド等が発生することを抑制できたり、得られる絶縁樹脂層102の厚みをより容易に調整できたり、絶縁樹脂層102の厚みの均一性を向上できたりする。また、絶縁樹脂層102と金属基板101との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、金属ベース回路基板100の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
なお、フェノキシ樹脂(C)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の値である。
これらの中でも、接着性に優れ、かつ比較的低温で反応し、耐熱性が優れた硬化物が得られる点で、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤が好ましい。
カップリング剤(E)の添加量はアルミナ(B)の比表面積に依存するので、とくに限定されないが、アルミナ(B)100質量部に対して0.05質量部以上3質量部以下が好ましく、とくに0.1質量部以上2質量部以下が好ましい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は以下のような粘度挙動を有することが好ましい。動的粘弾性測定装置を用いて、当該エポキシ樹脂組成物を60℃から昇温速度3℃/min、周波数1Hzで溶融状態まで昇温したときに、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ、最低溶融粘度が1×103Pa・s以上1×105Pa・s以下の範囲内である。
最低溶融粘度が上記下限値以上であると、エポキシ樹脂(A)とアルミナ(B)とが分離し、エポキシ樹脂(A)のみが流動してしまうことを抑制でき、より均質な絶縁樹脂層102を得ることができる。
また、最低溶融粘度が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂組成物の金属基板101への濡れ性を向上でき、絶縁樹脂層102と金属基板101との密着性をより一層向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース回路基板100の放熱性および絶縁破壊電圧をより一層向上できる。さらに、金属ベース回路基板100のヒートサイクル特性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、フロー率が好ましくは15%以上、より好ましくは60%未満である。フロー率は、以下の手順で測定することができる。まず、本実施形態のエポキシ樹脂組成物により形成された樹脂層を有する金属箔を所定のサイズ(50mm×50mm)に裁断後5〜7枚積層し、その重量を測定する。次に、内部温度を175℃に保持した熱盤間で5分間プレスした後、冷却し、流れ出た樹脂を丁寧に落として再び重量を測定する。フロー率は次式(I)により求めることができる。
フロー率(%)=(測定前重量−測定後重量)/(測定前重量−金属箔重量) (I)
このような粘度挙動を有すると、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化して絶縁樹脂層102を形成する際に、エポキシ樹脂組成物中に空気が侵入するのを抑制できるとともに、エポキシ樹脂組成物中に溶けている気体を十分に外部に排出できる。その結果、絶縁樹脂層102に気泡が生じてしまうことを抑制でき、絶縁樹脂層102から金属基板101へ確実に熱を伝えることができる。また、気泡の発生が抑制されることにより、金属ベース回路基板100の絶縁信頼性を高めることができる。また、絶縁樹脂層102と金属基板101との密着性を向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース回路基板100の放熱性をより一層向上でき、その結果、金属ベース回路基板100のヒートサイクル特性をより一層向上させることができる。
絶縁樹脂層102は、高い熱伝導性を有する。具体的には、レーザーフラッシュ法により測定される、絶縁樹脂層102の厚み方向の熱伝導率が3.0W/(m・k)以上であることが好ましく、5.0W/(m・k)以上であることがより好ましい。
これにより、電子部品11からの熱が、絶縁樹脂層102を介して、金属基板101に伝達させやすくすることができる。
動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント社製DMA/983)を用いて窒素雰囲気(200ml/分)のもと引っ張り荷重をかけて、周波数1Hz、−50℃から300℃の温度範囲を昇温速度5℃/分の条件で測定し、tanδのピーク位置よりガラス転移温度Tgを得る。
なお、上記貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置で測定したものである。
貯蔵弾性率E'は、絶縁樹脂層102に引張り荷重をかけて、周波数1Hz、昇温速度5〜10℃/分で−50℃から300℃で測定した際の、25℃の貯蔵弾性率の値である。
はじめに、金属基板101を用意する。
その後、金属基板101上に、前述したエポキシ樹脂組成物からなるBステージ状態の樹脂層を設ける。このとき、前述した樹脂組成物を金属基板101に塗布することにより金属基板101上に樹脂層を形成してもよく、また、樹脂層をキャリア材料上に形成して樹脂層付きキャリア材料を作製し、この樹脂層付きキャリア材料を金属基板101に積層することにより金属基板101上に樹脂層を形成してもよい。
このとき、Bステージ状態の樹脂層の厚みは、例えば、40μm以上300μm以下である。
キャリア材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の樹脂フィルム;銅箔等の金属箔等である。キャリア材料の厚みは、例えば、10〜500μmである。
金属層103は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫等から構成され、2種以上含んでいてもよい。金属層103の厚みは、例えば、10μm以上500μm以下である。なお、絶縁樹脂層102と金属層103との間には、接着層等の他の層が介在していてもよい。
その後、樹脂層を後硬化することにより、絶縁樹脂層102を形成する。
次いで、必要に応じて、金属層103を所定のパターンにエッチング等することにより回路を形成し、金属ベース回路基板100が得られる。なお、本実施形態において、金属ベース回路基板100には金属層103が回路加工される前の状態も含まれる。
多層にする場合は、金属ベース回路基板100に回路形成後、さらに絶縁シートを積層し、上記同様エッチングすることにより回路形成し、多層の金属ベース回路基板100を得ることができる。なお、上記絶縁シートとしては、電子装置1の熱伝導性をより一層向上させる観点から、前述した絶縁樹脂層102に用いたものと同じエポキシ樹脂組成物により形成したものが好ましい。
また、最外層にソルダーレジストを形成し、露光・現像により電子部品11が実装できるよう接続用電極部を露出させてもよい。
電子装置1は、金属ベース回路基板100と、金属ベース回路基板100上に設けられた電子部品11と、を備える。絶縁樹脂層102は前述したエポキシ樹脂組成物により形成されたものである。
ここでインバーター装置とは、直流電力から交流電力を電気的に生成する(逆変換する機能を持つ)ものである。またパワー半導体装置とは、通常の半導体素子に比べて高耐圧化、大電流化、高速・高周波化されている特徴を有し、一般的にはパワーデバイスと呼ばれ、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、トライアック等が挙げられる。
電子部品11は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ダイオード等の半導体素子、抵抗、コンデンサ、等の各種発熱素子である。金属ベース回路基板100はヒートスプレッダーとして機能する。
電子部品11は、支持基材12に半田15を介して接合されている。
リードフレーム121は、ダイパッド部121Aと、このダイパッド部121Aに接続されたインナーリード(図示略)と、インナーリードに接続されたアウターリード(図示略)とを備える。リードフレーム121はダイパッド部121Aで電子部品11を支持している。ダイパッド部121Aは、半田15を介して電子部品11に電気的に接続されている。リードフレーム121は導電性の部材であればよいが、例えば、Cu等の金属製である。
例えば、絶縁シート122は、樹脂成分であるカルボキシル基を有する樹脂と、熱伝導性のフィラーとを含む。
カルボキシル基を有する樹脂としては、アクリル酸ブチルおよびアクリル酸エチルのいずれかまたは両方を主要原料成分とした、カルボキシル基含有ポリ(メタ)アクリル酸エステル系高分子化合物(所謂アクリルゴム)が挙げられる。
また、熱伝導性のフィラーとしては、窒化ホウ素や、アルミナ等を使用できる。
熱伝導性フィラーの含有量は絶縁シート122全体に対して50〜60体積%であり、樹脂成分は、40〜50体積%であることが好ましい。
本実施形態では、絶縁シート122は、リードフレーム121のダイパッド部121Aよりも平面形状が大きくなっており、電子部品11、支持基材12、金属層103、絶縁樹脂層102、金属基板101の積層方向に沿って、電子装置1を平面視した際に、ダイパッド部121Aの外周縁からはみ出している。
なお、絶縁シート122としては、電子装置1の熱伝導性をより一層向上させる観点から、前述した絶縁樹脂層102に用いたものと同じエポキシ樹脂組成物により形成したものが好ましい。
この金属層103は、電子部品11からの熱を、金属基板101に伝達する。金属層103は例えば、Cu等の金属製である。金属層103は板状の部材であり、絶縁シート122とほぼ同じ大きさとなっている。
はじめに、金属ベース回路基板100を用意する。
次に、金属層103上に、絶縁シート122、リードフレーム121を配置する。その後、リードフレーム121のダイパッド部121Aと、電子部品11とを半田15を介して接合する。その後、封止材16により、電子部品11を封止する。
例えば、上記実施形態では、支持基材12は、リードフレーム121と、絶縁シート122とを備えていたが、これに限られるものではない。例えば、支持基材12および金属層103の代わりに、セラミックス基板を使用してもよい。この場合には、絶縁樹脂層102は、セラミックス基板と、金属基板101とを接着することとなる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する前記絶縁樹脂層の形成に使用されるエポキシ樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
アルミナと、
を含み、
前記アルミナの含有量が、当該エポキシ樹脂組成物の全固形分100質量%に対し、75質量%以上95質量%以下である、エポキシ樹脂組成物。
2. 1.に記載のエポキシ樹脂組成物において、
前記アルミナが、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が5.0μm以上50μm以下の第1粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.80以上1.0以下である大粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が1.0μm以上5.0μm未満の第2粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である中粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が0.1μm以上1.0μm未満の第3粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である小粒径アルミナと、
の混合物である、エポキシ樹脂組成物。
3. 1.または2.に記載のエポキシ樹脂組成物において、
動的粘弾性測定装置を用いて、当該エポキシ樹脂組成物を60℃から昇温速度3℃/min、周波数1Hzで溶融状態まで昇温したときに、
初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ、
前記最低溶融粘度が1×10 3 Pa・s以上1×10 5 Pa・s以下の範囲内である、エポキシ樹脂組成物。
4. 3.に記載のエポキシ樹脂組成物において、
前記最低溶融粘度に到達する温度が60℃以上100℃以下の範囲内である、エポキシ樹脂組成物。
5. 1.乃至4.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物において、
フロー率が15%以上であるエポキシ樹脂組成物。
6. 1.乃至5.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物において、
前記エポキシ樹脂はナフタレン環骨格を有し、かつ、グリシジル基を2つ以上有するナフタレン型エポキシ樹脂を含む、エポキシ樹脂組成物。
7. 1.乃至6.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物において、
フェノキシ樹脂をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。
8. 1.乃至7.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物において、
硬化剤をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。
9. 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する前記絶縁樹脂層の形成に使用される樹脂層付きキャリア材料であって、
キャリア材料と、
前記キャリア材料の一方の面に設けられ、エポキシ樹脂と、アルミナを含み、かつ、Bステージ状態の樹脂層と、
を備え、
前記樹脂層が1.乃至8.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、樹脂層付きキャリア材料。
10. 9.に記載の樹脂層付きキャリア材料において、
前記キャリア材料が樹脂フィルムまたは金属箔である、樹脂層付きキャリア材料。
11. 9.または10.に記載の樹脂層付きキャリア材料において、
Bステージ状態の前記樹脂層の厚みが300μm以下である、樹脂層付きキャリア材料。
12. 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板であって、
前記絶縁樹脂層は1.乃至8.いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、金属ベース回路基板。
13. 12に記載の金属ベース回路基板において、
前記金属基板は、アルミニウム基板である、金属ベース回路基板。
14. 12または13に記載の金属ベース回路基板において、
レーザーフラッシュ法により測定される、前記絶縁樹脂層の厚み方向の熱伝導率が3W/(m・k)以上である、金属ベース回路基板。
15. 12.乃至14.いずれかに記載の金属ベース回路基板と、
前記金属ベース回路基板上に設けられた電子部品と、
を備える電子装置。
(1)樹脂ワニスの調製
ビスフェノールF骨格とビスフェノールA骨格を有するフェノキシ樹脂(三菱化学社製、4275、重量平均分子量6.0×104、ビスフェノールF骨格とビスフェノールA骨格の比率=75:25)3.9質量部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC社製、830S、エポキシ当量170)3.0質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製、HP−6000、エポキシ当量250:化学式(10)において、Rがいずれも水素原子で、n=1である成分とn=2である成分との混合物)3.0質量部、ジシアンジアミド(デグサ製)0.3質量部、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン社製、KBM−403)1.3質量部、球状アルミナ(平均粒子径22μm、円形度:0.91、新日鉄住金マテリアルズ社製、AX−25)67.3質量部、多面体状アルミナ(平均粒子径4μm、円形度:0.75、日本軽金属社製、LS−210)13.2質量部、多面体状アルミナ(平均粒子径0.7μm、円形度:0.71、日本軽金属社製、LS−250)8.0質量部、をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、固形分基準で86質量%のワニス状のエポキシ樹脂組成物を得た。
(2)樹脂付き金属箔の作製
金属箔として、厚さ70μmの銅箔(古河サーキットホイル社製、GTSMP)を用い、銅箔の粗化面にワニス状のエポキシ樹脂組成物をコンマコーターにて塗布し、100℃で3分、150℃で3分加熱乾燥し、樹脂厚80μmの樹脂付き銅箔を得た。
(3)金属ベース回路基板の作製
上記樹脂付き銅箔と1mm厚のアルミニウム板を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧100kg/cm2で80℃30分、180℃60分の条件下でプレスし、金属ベース回路基板(絶縁樹脂層の厚み:80μm)を得た。
なお、表1に示した特性の測定方法は以下の通りである。後述する実施例、比較例においても同様である。
(1)粘度特性
アントンパールジャパン社製レオメーターMCR301を用い、60℃から昇温速度3℃/min、周波数1Hzで160℃まで昇温した。得られた粘度プロファイルより、最低溶融粘度および最低溶融粘度に到達する温度を求めた。
(2)フロー率
得られた樹脂付き金属箔を50mm×50mmに裁断した後、5枚積層して、内部温度175℃に保持した熱盤間に挟み、50kg/cm2の圧力にて5分間プレスした後、冷却した。その後流れ出た樹脂を切り落として、前述の計算式(I)に従って、フロー率を算出した。
2.アルミナの特性
(3)円形度
円形度は、Sysmex社製のフロー式粒子像解析装置「FPIA−3000」を用い測定した。測定試料は、蒸溜水50〜100mlに界面活性剤を適正量添加し、これにアルミナ粒子10〜20mgを添加した後、超音波分散器で1分間分散処理することにより作製した。なお、円形度は、フロー式粒子像解析装置「FPIA−3000」が、一個の粒子投影像の周囲長と粒子投影像の面積に相当する円の周囲長を解析し、次式により円形度を求め、20000個当たりの平均値を自動算出する。
円形度=(粒子投影像の面積に相当する円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
3.金属ベース回路基板の特性
(4)熱伝導率
金属ベース回路基板から、銅箔およびアルミニウム板を剥離して、絶縁樹脂層を得た。そして絶縁樹脂層の厚み方向の熱伝導率を計測した。具体的には、レーザーフラッシュ法(ハーフタイム法)にて測定した熱拡散係数(α)、DSC法により測定した比熱(Cp)、JIS−K−6911に準拠して測定した密度(ρ)より次式を用いて熱伝導率を算出した。熱伝導率の単位はW/m・Kである。熱伝導率[W/m・K]=α[mm2/s]×Cp[J/kg・K]×ρ[g/cm3]
(5)ピール強度
金属ベース回路基板を100mm×25mmにグラインダーソーでカットした後、エッチングにより中央に銅箔を100mm×10mmだけ残した試料を作製し、23℃における銅箔と絶縁樹脂層とのピール強度を測定した。なお、ピール強度測定は、JIS C 6481に準拠して行った。
(6)半田耐熱性
金属ベース回路基板を50mm×50mmにグラインダーソーでカットした後、エッチングにより銅箔を1/2だけ残した試料を作製し、JIS C 6481に準拠して評価した。評価は、260℃の半田槽に30秒間浸漬した後で外観の異常の有無を調べた。
評価基準 ○:異常なし
×:異常あり(全体的に膨れの箇所がある)
(7)吸湿半田耐熱性
金属ベース回路基板を50mm×50mmにグラインダーソーでカットした後、JIS C 6481に従い半面エッチングを行って試料を作製した。121℃のプレッシャークッカーで2時間処理した後、260℃のはんだ槽に銅箔面を下にして浮かべ、30秒後の外観異常の有無を調べた。
評価基準 ○:異常なし
×:膨れあり(全体的に膨れの箇所がある)
(8)Tg(ガラス転移温度)
JIS C 6481に基づいて、以下のようにして測定した。
金属ベース回路基板から、銅箔およびアルミニウム板を剥離して、絶縁樹脂層を得た。そして、動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント社製DMA/983)を用いて窒素雰囲気(200ml/分)のもと引っ張り荷重をかけて、周波数1Hz、−50℃から300℃の温度範囲を昇温速度5℃/分の条件で測定し、tanδのピーク位置よりガラス転移温度Tgを得た。
(9)貯蔵弾性率(E')
金属ベース回路基板から、銅箔およびアルミニウム板を剥離して、絶縁樹脂層を得た。そして、絶縁樹脂層を切削して、8×20mmの試験片を得た。動的粘弾性測定装置により、引っ張りモード、周波数1Hz、昇温速度5℃/分として、−50℃〜300℃の温度範囲で測定を行った。そして、25℃の貯蔵弾性率を得た。
(10)絶縁破壊電圧
金属ベース回路基板を100mm×100mmにグラインダーソーでカットした後、銅箔をエッチングにより除去し、試料を作成した。耐電圧試験器(MODEL7473、EXTECH Electronics社製)を用いて、絶縁樹脂層とアルミニウム板に電極を接触せしめて、両電極に0.5kV/秒の速度で電圧が上昇するように、交流電圧を印加した。金属ベース回路基板の絶縁樹脂層が破壊した電圧を、絶縁破壊電圧とした。
(11)難燃性評価
UL規格UL94V(A)に準じて評価した。
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、図2に示した電子装置を製造した。ただし、封止材は設けなかった。
金属ベース回路基板上に、絶縁シート122、Cu製のリードフレーム121を配置した。絶縁シート122としては古河電工社製のエフコTMシートHFを使用した。その後、リードフレーム121のダイパッド部121Aと、電子部品11とを半田15(材料Sn−3.0Ag−0.5Cu)を介して接合した。
以上のようにして、電子装置3個を用意して、ヒートサイクル試験を実施した。ヒートサイクル試験は、−40℃5分〜+125℃5分を1サイクルとして3000回行なった。ヒートサイクル試験後、顕微鏡で半田部分のクラック率を観察した。
電子装置3個のうち1つでもクラック率が100%となったものがある場合を不良(×)とし、電子装置3個のいずれもがクラック率が100%未満のものを良好(○)と判定した。
ここで、半田部分のクラック率とは、部品接合部の半田部分のクラック進行率をいう。クラックが進み基板との接続が完全に断線した場合を100%とした比率である。
実施例2〜5、比較例1および2では、樹脂ワニスの組成を表1に示すものに変更した以外は、実施例1と同様にして、ワニス状のエポキシ樹脂組成物、樹脂付き銅箔、金属ベース回路基板および電子装置を作製し、評価した。
したがって、本発明によるエポキシ樹脂組成物および金属ベース回路基板を用いることにより、耐久性の高い電子装置が得られることが分かった。
Claims (14)
- 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する前記絶縁樹脂層の形成に使用されるエポキシ樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
アルミナと、
を含み、
前記アルミナの含有量が、当該エポキシ樹脂組成物の全固形分100質量%に対し、75質量%以上95質量%以下であり、
前記アルミナが、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が5.0μm以上25μm以下の第1粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.80以上1.0以下である大粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が1.0μm以上5.0μm未満の第2粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である中粒径アルミナと、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径が0.1μm以上1.0μm未満の第3粒径範囲に属し、かつ、円形度が0.50以上0.90以下である小粒径アルミナと、
の混合物であり、
前記大粒径アルミナは、前記アルミナ全体に対し、65質量%以上85質量%以下であり、
前記中粒径アルミナは、前記アルミナ全体に対し、10質量%以上20質量%以下であり、
前記小粒径アルミナは、前記アルミナに対し5質量%以上18質量%以下である、エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物において、
動的粘弾性測定装置を用いて、当該エポキシ樹脂組成物を60℃から昇温速度3℃/min、周波数1Hzで溶融状態まで昇温したときに、
初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ、
前記最低溶融粘度が1×103Pa・s以上1×105Pa・s以下の範囲内である、エポキシ樹脂組成物。 - 請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物において、
前記最低溶融粘度に到達する温度が60℃以上100℃以下の範囲内である、エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1乃至3いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物において、
フロー率が15%以上であるエポキシ樹脂組成物。 - 請求項1乃至4いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物において、
前記エポキシ樹脂はナフタレン環骨格を有し、かつ、グリシジル基を2つ以上有するナフタレン型エポキシ樹脂を含む、エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1乃至5いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物において、
フェノキシ樹脂をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1乃至6いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物において、
硬化剤をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。 - 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板を構成する前記絶縁樹脂層の形成に使用される樹脂層付きキャリア材料であって、
キャリア材料と、
前記キャリア材料の一方の面に設けられ、エポキシ樹脂と、アルミナを含み、かつ、Bステージ状態の樹脂層と、
を備え、
前記樹脂層が請求項1乃至7いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、樹脂層付きキャリア材料。 - 請求項8に記載の樹脂層付きキャリア材料において、
前記キャリア材料が樹脂フィルムまたは金属箔である、樹脂層付きキャリア材料。 - 請求項8または9に記載の樹脂層付きキャリア材料において、
Bステージ状態の前記樹脂層の厚みが300μm以下である、樹脂層付きキャリア材料。 - 金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース回路基板であって、
前記絶縁樹脂層は請求項1乃至7いずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物により形成されたものである、金属ベース回路基板。 - 請求項11に記載の金属ベース回路基板において、
前記金属基板は、アルミニウム基板である、金属ベース回路基板。 - 請求項11または12に記載の金属ベース回路基板において、
レーザーフラッシュ法により測定される、前記絶縁樹脂層の厚み方向の熱伝導率が3W/(m・k)以上である、金属ベース回路基板。 - 請求項11乃至13いずれか一項に記載の金属ベース回路基板と、
前記金属ベース回路基板上に設けられた電子部品と、
を備える電子装置。
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