説明

プリント配線板装置およびその製造法

【課題】プリント配線板の片面に熱伝導性の金属板を熱硬化性樹脂層により一体化して放熱性をよくしたプリント配線板装置において、プリント配線板と金属板が両者の熱膨張係数の違いに起因して熱硬化性樹脂層において剥離するのを防止する。
【解決手段】プリント配線板の最外層片面に、シート状基材を含まない低弾性率の熱硬化性樹脂層(エポキシ変性アクリルゴム)介して金属板(アルミニウム板)を加熱加圧成形により一体化する。熱硬化性樹脂層に粒状の無機充填剤(水酸化アルミニウム)を配合しておくと放熱性が一層高まる。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板の片面に熱伝導性の金属板を一体化して放熱性をよくしたプリント配線板装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント配線板に実装する電子回路素子の集積密度は年々高くなり、素子の発熱量が増えてきた。これと併せてプリント配線板を組み込んだ電子機器の使用環境も高温になることが多くなってきた。一方、プリント配線は、樹脂系やセラミック系の絶縁基体に形成されており、これら絶縁基体は熱伝導率が低いので放熱性が悪く、蓄積された熱が電子回路素子の動作に悪影響を及ぼすおそれがあった。その解決手段として、プリント配線板に熱伝導性の金属板を一体化して放熱性を高めることが行なわれている。プリント配線板に金属板を一体化するには、金属板の片面に熱硬化性樹脂を塗布乾燥し、プリント配線板の片面に前記金属板の熱硬化性樹脂塗布面を重ねて加熱加圧により一体化する手段が採用されている。また、シート状基材に熱硬化性樹脂を含浸乾燥したプリプレグをプリント配線板の片面と金属板の間に挟んで加熱加圧により一体化する手段も採用されている。前記熱硬化性樹脂は汎用のエポキシ樹脂等であり、プリント配線板と金属板の間に形成される熱硬化性樹脂層の弾性率は高い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子回路素子のプリント配線板への実装作業は、手はんだからリフローはんだに移っており、リフローはんだでは、プリント配線板全体を加熱することになる。樹脂系の絶縁基板を用いたプリント配線板に熱硬化性樹脂層を介して金属板を一体化したプリント配線板装置を使用する場合、プリント配線板の熱膨張係数(10ppm)と金属板(例えば、アルミニウム板)の熱膨張係数(23ppm)には差があるため、リフローはんだ工程で、プリント配線板と金属板の熱膨張による寸法変化に差ができ、プリント配線板と金属板が熱硬化性樹脂層において剥離する心配があった。また、プリント配線板装置の使用環境は温度の上昇下降が繰り返されるので、プリント配線板と金属板の膨張収縮による寸法変化に差ができ、同様にプリント配線板と金属板が熱硬化性樹脂層において剥離する心配があった。
【0004】本発明が解決しようとする課題は、プリント配線板の片面に熱伝導性の金属板を熱硬化性樹脂層により一体化して放熱性をよくしたプリント配線板装置において、プリント配線板と金属板が両者の熱膨張係数の違いに起因して熱硬化性樹脂層において剥離するのを防止することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明に係るプリント配線板装置は、温度の上昇下降の繰り返し時に、プリント配線板と金属板の熱膨張差に起因してプリント配線板と金属板の界面に生じる応力を、プリント配線板と金属板を一体化している熱硬化性樹脂層において緩和し、両者の剥離を抑制する。熱硬化性樹脂層を低弾性率にすることにより前記応力を熱硬化性樹脂層で吸収して緩和することが可能になる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1に示すように、両面プリント配線板や多層プリント配線板のようなプリント配線板1の最外層片面に、熱伝導性のよい金属板2を低弾性率の熱硬化性樹脂層3によって一体化した構成である。プリント配線板最外層片面の回路と金属板2の間は、熱硬化性樹脂層3によって絶縁されている。また、プリント配線板最外層の回路(表面側)には、電子回路部品4がリフローはんだにより表面実装されている。
【0007】熱硬化性樹脂層3は、ゴム変性熱硬化性樹脂組成物で構成することにより低弾性率にできる。ゴム変性熱硬化性樹脂組成物は、好ましくは、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂と反応性を有するゴム成分、硬化剤を必須成分とするものである。前記ゴム成分は、好ましくは、アクリルゴムである。熱硬化性樹脂層3の弾性率を10kgf/mm2以下にすれば、プリント配線板と金属板の熱膨張差に起因してプリント配線板と金属板の界面に生じる応力を熱硬化性樹脂層3で緩和する作用が一層大きくなる。熱硬化性樹脂層3には、粒状の無機充填剤を含有させることができる。無機充填剤は熱硬化性樹脂層3の熱伝導をよくする作用があり、プリント配線板から金属板への熱伝導を促進して放熱性さらに高めることに寄与する。プリント配線板1は、FR−4、FR−5、CEM−3などの積層板を絶縁基板としたものであり、また、片面回路、両面回路、多層回路のいずれであってもよく、特に限定するものではない。金属板2は、アルミニウム板、銅板、鉄板等を使用できるが、軽量化および加工性の点より、アルミニウム板を使用することが望ましい。
【0008】上記プリント配線板装置は、図2に示すような工程を経て製造することができる。まず、離型フィルム11の片面に硬化後における弾性率が低い熱硬化性樹脂を塗布乾燥する。熱伝導性のよい金属板2の片面に前記離型フィルムの熱硬化性樹脂塗布面12を重ね、加熱加圧して、離型フィルムから金属板へ熱硬化性樹脂を転写する。そして、プリント配線板1の片面に前記金属板2の熱硬化性樹脂転写面13を重ね、加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化する。また、上記プリント配線板装置は、次のような工程を経て製造することもできる。まず、熱伝導性の金属板の片面に硬化後における弾性率が低い熱硬化性樹脂を塗布乾燥する。プリント配線板の片面に前記金属板の熱硬化性樹脂塗布面を重ね、加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化する。上記の各製造法において、プリント配線板と金属板を一体化する加熱加圧は、プレス熱盤の間にプリント配線板と金属板の積層物を投入して実施するほか、加熱されたロール間隙に同積層物を通すことにより実施することができる。熱硬化性樹脂に粒状の無機充填剤を添加しておくと、離型フィルムや金属板の低弾性熱硬化性樹脂塗布面ないし転写面に粘着性が残らないようにでき、プリント配線板装置製造における作業性の低下を防止できる。
【0009】
【実施例】
実施例1〜6低弾性率の熱硬化性樹脂層を形成するために、表1に示す配合割合(重量%)で熱硬化性樹脂組成物のワニスを調整した。表中、エポキシ樹脂はビスフェノールA型エポキシ樹脂、ゴム成分はエポキシ変性アクリルゴム、硬化剤はノボラック型フェノール樹脂、無機充填剤は水酸化アルミニウム粉末である。上記ワニスをポリプロピレンからなる離型フィルム11の片面に塗布し、100℃で20分間乾燥した。厚さ1mmの金属板2(アルミニウム板)の片面に離型フィルム11の熱硬化性樹脂塗布面12を重ね、加熱加圧して、離型フィルム11から金属板2へ熱硬化性樹脂を転写した。転写して最終的に形成される熱硬化性樹脂層の厚さとその弾性率は、表1に示したとおりである。ガラス織布を基材とするFR−4両面銅張り積層板(板厚0.4mm,銅箔厚み18μm)に所定のエッチングによる回路加工、穴あけおよびスルーホールめっきを行ない、両面に厚み30μmの回路を有するプリント配線板1を得た。次いで、プリント配線板1の片面に前記金属板2の熱硬化性樹脂転写面13を重ね、これを鏡面板に挟んで150℃で30分間加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化した。
【0010】
【表1】


【0011】実施例7上記実施例1の熱硬化性樹脂組成物のワニスを実施例1と同様の金属板の片面にアプリケータにて厚み30μmになるように塗布し、100℃で10分間乾燥した。以下、実施例1と同様にしてプリント配線板と金属板を一体化した。
【0012】従来例ビスフェノールA型エポキシ樹脂ワニスを公称0.2mm厚さのガラス織布基材に塗布乾燥し、0.2mm厚さの接着用プリプレグを作製した。実施例と同様のプリント配線板と金属板の間に前記接着用プリプレグを配置し、これを鏡面板に挟んで150℃で30分間加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化した。
【0013】上記各実施例、比較例、従来例のプリント配線板装置表面にIC等の電子回路部品をリフローはんだにて表面実装した。以上のプリント配線板装置の通電中の温度上昇および冷熱サイクルにおける層間剥離の有無について評価した結果を表2に示す。表2において、温度上昇は、表面実装した4.0ワットの電子回路部品に通電し、1時間後の部品の表面温度の上昇を測定した。また、層間剥離は、−60℃と150℃の雰囲気に30分間ずつ置く冷熱サイクルで、層間剥離の発生を目視で観察できたときのサイクル数を示した。
【0014】従来例では、熱硬化性樹脂層にガラス織布基材が存在し、また、熱硬化性樹脂自体の弾性率も高いので、冷熱サイクルにおける層間剥離が早く起こる。熱硬化性樹脂層が厚くなることから、熱伝導も悪く放熱性が十分でない。
【0015】
【表2】


【0016】
【発明の効果】表2から明らかなように、本発明に係るプリント配線板装置は、放熱性が良好であり、冷熱サイクルの繰り返しにおいてもプリント配線板と金属板の剥離が起こりにくい。プリント配線板と金属板を一体化している低弾性率の熱硬化性樹脂層の弾性率を10kgf/mm2以下にすれば、前記剥離は一層起こりにくくなる。さらに、熱硬化性樹脂層の厚さは、20μmを越え30μm程度にすれば、プリント配線板と金属板の熱膨張差に起因してプリント配線板と金属板の界面に生じる応力を吸収する能力が大きくなる。熱硬化性樹脂層に無機充填剤を添加すれば、当該樹脂層の熱伝導がよくなり、放熱性がさらに良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例のプリント配線板装置の断面図である。
【図2】本発明に係るプリント配線板装置の製造工程の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1はプリント配線板
2は金属板
3は熱硬化性樹脂層
4は電子回路部品
11は離型フィルム
12は熱硬化性樹脂塗布面
13は熱硬化性樹脂転写面

【特許請求の範囲】
【請求項1】プリント配線板の最外層片面に熱伝導性の金属板を熱硬化性樹脂層により一体化したプリント配線板装置において、前記熱硬化性樹脂層を、シート状基材を含まない低弾性率の樹脂層にしたことを特徴とするプリント配線板装置。
【請求項2】熱硬化性樹脂層が、ゴム変性熱硬化性樹脂組成物からなる請求項1記載のプリント配線板装置。
【請求項3】ゴム変性熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂と反応性を有するゴム成分、硬化剤を必須成分とするものである請求項2記載のプリント配線板装置。
【請求項4】ゴム成分が、エポキシ変性アクリルゴムである請求項3記載のプリント配線板装置。
【請求項5】熱硬化性樹脂層に粒状の無機充填剤が含有されている請求項1〜4のいずれかに記載のプリント配線板装置。
【請求項6】熱硬化性樹脂層の弾性率が、10kgf/mm2以下である請求項1〜5のいずれかに記載のプリント配線板装置。
【請求項7】離型フィルムの片面に硬化後における弾性率が低い熱硬化性樹脂を塗布乾燥する工程、熱伝導性の金属板の片面に前記離型フィルムの熱硬化性樹脂塗布面を重ね、加熱加圧して、離型フィルムから金属板へ熱硬化性樹脂を転写する工程、プリント配線板の片面に前記金属板の熱硬化性樹脂転写面を重ね、加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化する工程、を経ることを特徴とするプリント配線板装置の製造法。
【請求項8】熱伝導性の金属板の片面に硬化後における弾性率が低い熱硬化性樹脂を塗布乾燥する工程、プリント配線板の片面に前記金属板の熱硬化性樹脂塗布面を重ね、加熱加圧してプリント配線板と金属板を一体化する工程、を経ることを特徴とするプリント配線板装置の製造法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開平9−307204
【公開日】平成9年(1997)11月28日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平8−117359
【出願日】平成8年(1996)5月13日
【出願人】(000001203)新神戸電機株式会社 (518)