JP2008270247A - Printed wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半田接合信頼性を向上させた金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板に関するものである。 The present invention relates to a metal base or metal core type printed wiring board with improved solder joint reliability.
厳しい環境での動作が要求される車両、例えば自動車のエンジンルーム内で使用されるパワー基板は、高温環境下での回路動作が必要であり、一般的に放熱特性を向上させるために金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板が用いられている。さらに自動車は極寒地域から熱帯地域に至る広い地域の環境下で運転できなければならず、動作環境が厳しいので、エンジンルーム内で使用される制御基板は、実装部品の半田接続信頼性の要求は厳しく、例えば−40℃/125℃ヒートサイクルで3600回以上の耐性を有する信頼性が要求されることがある。 Power boards used in vehicles that are required to operate in harsh environments, such as automobile engine rooms, require circuit operation in a high temperature environment. A metal core type printed wiring board is used. Furthermore, since automobiles must be able to operate in a wide range of environments from the extremely cold region to the tropical region and the operating environment is severe, the control board used in the engine room is not required for solder connection reliability of mounted components. Severely, for example, a reliability having a resistance of 3600 times or more in a −40 ° C./125° C. heat cycle may be required.
従来からプリント配線板を構成するガラスエポキシ等の基材の弾性率を下げることにより実装部品の半田接続信頼性を向上させることは公知である。例えば特許文献1ではガラスクロスに含浸させるエポキシ樹脂にダイマー酸変性エポキシ樹脂とプロピレンオキサイド付加ビスフェノ−ルA型エポキシ樹脂成分を用いることにより、基材の耐熱性、耐湿性、金属箔引き剥がし強さを確保したまま低弾性化が可能であり、−30℃/120℃ヒートサイクルで1000回後の半田クラック発生率が低い多層プリント配線板が示されている。
Conventionally, it is known to improve the solder connection reliability of a mounted component by lowering the elastic modulus of a base material such as glass epoxy constituting a printed wiring board. For example, in
また金属ベース板の上に弾性率の低い熱伝導性シリコーンゴムを形成し、その上に回路形成した高信頼性金属ベース基板が市販されている。 Further, a highly reliable metal base substrate in which a heat conductive silicone rubber having a low elastic modulus is formed on a metal base plate and a circuit is formed thereon is commercially available.
特許文献1のようなプリント配線板は金属ベースあるいは金属芯タイプでないため、放熱性能は低く、高温環境下での回路動作ができない問題が発生する恐れが高い。また、−30℃/120℃ヒートサイクルで1000回後の半田クラック発生率が低い多層プリント配線板が示されているが、半田変形量が大きくなる金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板を用いた場合は半田クラック発生率が大幅に低下するので、厳しい動作環境下での半田接合信頼性を十分に確保できない問題があった。
Since the printed wiring board as disclosed in
また上記市販金属ベース基板は優れた半田接続信頼性が得られているものの、絶縁樹脂にシリコーンゴムを用いているため、多層化が困難である。 Moreover, although the said commercially available metal base board has acquired the outstanding solder connection reliability, since the silicone rubber is used for insulating resin, multilayering is difficult.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、多層構造でかつ金属ベース或いは金属芯タイプのプリント配線板の半田接合信頼性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the solder joint reliability of a printed wiring board having a multilayer structure and a metal base or metal core type.
この発明に係るプリント配線板は、金属板を有する金属ベース或いは金属芯タイプであって、基材と金属配線層とが複数重ねられて構成された多層構造を有する。この多層構造は金属板に熱伝導性絶縁樹脂を介して接着され、この多層構造の基材はエポキシ樹脂であり、−40℃での引張弾性率が400MPa以下であることを特徴とする。 The printed wiring board according to the present invention is a metal base or metal core type having a metal plate and has a multilayer structure in which a plurality of base materials and metal wiring layers are stacked. This multilayer structure is bonded to a metal plate via a heat conductive insulating resin, the base material of this multilayer structure is an epoxy resin, and the tensile elastic modulus at −40 ° C. is 400 MPa or less.
この発明は、金属ベース或いは金属芯タイプであって、複数層の金属配線で構成された多層構造を有するプリント配線板の基材にエポキシ樹脂組成物(以下エポキシ樹脂)を用いて、そのエポキシ樹脂硬化物の引張弾性率を、−40℃に於いて400MPa以下にしたので、半田接合信頼性を向上させることができる。 The present invention is a metal base or metal core type, and uses an epoxy resin composition (hereinafter referred to as epoxy resin) as a base material of a printed wiring board having a multilayer structure composed of a plurality of layers of metal wiring, and the epoxy resin. Since the tensile elastic modulus of the cured product is set to 400 MPa or less at −40 ° C., the solder joint reliability can be improved.
金属ベース基板(又は金属芯基板)に用いる基材(エポキシ樹脂)の−40℃における引張弾性率(印加周波数1Hz、以下同条件)と−40℃と125℃間での部品実装部分の半田変形量(半田歪率)に相関関係があることを実験的に見出し、図1を得た。半田歪率を測定した部品は3225抵抗チップであり、半田はSn−3Ag−0.5Cuを用いた。 Tensile modulus of elasticity (applied frequency: 1 Hz, hereinafter the same condition) of the base material (epoxy resin) used for the metal base substrate (or metal core substrate) at −40 ° C. and solder deformation of the component mounting part between −40 ° C. and 125 ° C. It was experimentally found that the amount (solder distortion) has a correlation, and FIG. 1 was obtained. The part whose solder distortion was measured was a 3225 resistor chip, and Sn-3Ag-0.5Cu was used as the solder.
−40℃における400MPa以下のエポキシ樹脂を基材として金属ベース又は金属芯タイプの多層プリント配線板に適用することにより、−40℃/125℃ヒートサイクルでの3225チップ部品実装部の半田歪率が5.0%以下となり、3600サイクル以上の耐性が得られることも見出した。図2はエポキシ樹脂を金属ベース又は金属芯タイプの多層プリント配線板に実装した3225チップ部品実装部の半田歪率と−40℃/125℃ヒートサイクルの3600サイクル後における半田接合の良品率を示す図である。なお、符号Aで示した点は後述する実施の形態1のプリント配線板の結果である。
By applying an epoxy resin of 400 MPa or less at −40 ° C. as a base material to a metal-based or metal core type multilayer printed wiring board, the solder distortion ratio of the 3225 chip component mounting part at −40 ° C./125° C. heat cycle can be obtained. It was also found that the resistance was 5.0% or less, and resistance of 3600 cycles or more was obtained. FIG. 2 shows the solder distortion rate of a 3225 chip component mounting part in which an epoxy resin is mounted on a metal base or metal core type multilayer printed wiring board, and the yield rate of solder joints after 3600 cycles of −40 ° C./125° C. heat cycle. FIG. In addition, the point shown with the code | symbol A is a result of the printed wiring board of
ここでヒートサイクル後の良否判定は、断面観察での半田接合長当たりのクラック長(半田クラック率)が20%未満とした。半田歪率が5.0%以下になると半田接合の良品率が100%になった。逆に半田歪率が6.4%から7.0%であったものは3600サイクルの耐性は得られなかった。プリント配線板には複数の実装部品が実装されるので、全ての実装部品において半田接合が良品になることで、部品実装済みのプリント配線板が良品になる。仮に良品率X%で実装部品n個を実装すると、プリント配線板としては(X/100)n×100%の良品率となる。よって実装部品における半田接合の良品率は100%であることが求められる。したがって半田歪率5.0%以下であれば、部品実装済みのプリント配線板において良品が得られる。以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。 Here, the quality determination after the heat cycle was such that the crack length (solder crack rate) per solder joint length in cross-sectional observation was less than 20%. When the solder distortion rate was 5.0% or less, the yield rate of solder joints was 100%. On the contrary, when the solder distortion ratio was 6.4% to 7.0%, the durability of 3600 cycles could not be obtained. Since a plurality of mounting components are mounted on the printed wiring board, solder mounting becomes a non-defective product in all mounting components, and the printed wiring board on which the components are mounted becomes a non-defective product. If n mounting parts are mounted at a non-defective product rate X%, the printed circuit board has a non-defective product rate of (X / 100) n × 100%. Therefore, it is required that the non-defective product rate of solder bonding in the mounted component is 100%. Therefore, if the solder distortion is 5.0% or less, a non-defective product can be obtained in a printed wiring board on which components are mounted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
実施の形態1.
図3はこの発明の実施の形態1における金属ベースのプリント配線板の断面図である。銅配線1が絶縁樹脂2で絶縁された6層の配線層を有する多層構造3は、金属ベースであるアルミ板4に熱伝導性絶縁樹脂5を介して接着されている。多層構造3にはサーマルビアである貫通孔6A乃至6Eが形成されている。サーマルビアは放熱特性を向上させるためのものであって、壁面に伝熱膜として銅メッキが施される。多層構造3における異なる層の銅配線1の接続はスルーホールである配線接続孔7A乃至7Bによってなされる。例えば配線接続孔7Bにおいて、最上層(第1層)の銅線1Aは最上層から4層目及び6層目に当たる第4層の銅配線1B及び第6層の銅配線1Cと配線接続孔7Bの内面に施された銅メッキ等の金属で接続される。
3 is a cross-sectional view of a metal-based printed wiring board according to Embodiment 1 of the present invention. A
高熱を発生する半導体回路部品のプリント配線板への放熱を効率的に行うため、サーマルビアである貫通孔6A乃至6Eの上に配置されるように該当部品をプリント配線板に実装する。この貫通孔6A乃至6Eから熱が金属ベースに放熱されるため、サーマルビアが無い場合に比べて熱抵抗が下がり、半導体回路部品及び半導体回路部品が実装された周辺の温度を下げることができる。これによって、半導体回路部品が正常に動作しなくなったり、制御基板が搭載された機器の動作と停止に伴う温度変化によって半田接続部にクラックが入ったりする不具合を防止することができる。
In order to efficiently dissipate heat from the semiconductor circuit component that generates high heat to the printed wiring board, the corresponding component is mounted on the printed wiring board so as to be disposed on the through
次にプリント配線板に製造方法並びに製造されたプリント配線板の特性について説明する。 Next, a manufacturing method for the printed wiring board and characteristics of the manufactured printed wiring board will be described.
まず、絶縁樹脂2として用いるエポキシ樹脂組成を説明する。ジャパンエポキシ社製YL−7217を100部に対し、MB7(ジャパンエポキシ社製、ジシアンジアミド/ビスフェノールA型エポキシ樹脂 マスターバッチ)5.8部、2E4MZ(四国化成(株)製 2−エチル−4−メチルイミダゾール)2.5部、をPGMA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)で固形分が60質量%になるように希釈し、混合・溶解した。
First, the epoxy resin composition used as the
得られた樹脂組成物を18μm厚の電解銅箔のマット面に乾燥厚が40μmになる様にコーティングし、120℃の熱風炉中に10分、更に150℃の熱風炉中に3分、熱乾燥してRCC(Resin Coated on Copper)シートを得た。 The resulting resin composition was coated on the mat surface of an 18 μm thick electrolytic copper foil so that the dry thickness was 40 μm, and then heated in a 120 ° C. hot air oven for 10 minutes, and further in a 150 ° C. hot air oven for 3 minutes. It dried and the RCC (Resin Coated on Copper) sheet | seat was obtained.
得られたRCCシートを150℃で1時間、さらに180℃で1時間、熱処理して硬化させた。硬化後のRCCシートの銅箔をエッチングした。エッチング後の樹脂部分の引張粘弾性を測定したところ、−40℃での弾性率は177MPa、Tanδピークから求めたガラス移転点は−41℃であった。 The obtained RCC sheet was cured by heat treatment at 150 ° C. for 1 hour and further at 180 ° C. for 1 hour. The copper foil of the RCC sheet after curing was etched. When the tensile viscoelasticity of the resin part after etching was measured, the elastic modulus at −40 ° C. was 177 MPa, and the glass transition point obtained from the Tan δ peak was −41 ° C.
エッチングによって配線パターンを形成したRCCシートを用いて、40mm×60mmの6層プリント配線板を作製した。まず2つのRCCシートを樹脂同士で重ねて2層化する。RCCシートの樹脂は2層配線の基材であり、絶縁樹脂2としての役割を果たしている。その後は配線間に絶縁樹脂2が配置されるように重ねて、外面(表面及び裏面)に配線が露出した6層プリント配線板を得た。6層プリント配線板の裏面(C面)と同サイズの銅板を熱伝導1.5Wm・Kのアルミナ含有高熱伝導エポキシ樹脂で熱プレス接着した。銅板と銅箔配線間の接着厚さは約40μmであった。
A 40 mm × 60 mm 6-layer printed wiring board was produced using an RCC sheet on which a wiring pattern was formed by etching. First, two RCC sheets are overlapped with each other to form two layers. The resin of the RCC sheet is a base material for the two-layer wiring and plays a role as the
得られた基板に3225コンデンサチップ部品及び3225抵抗チップ部品をX軸方向及びY軸方向の直角の向きに5個ずつ計20個をリフローにより実装した。半田はSn−3Ag−0.5Cuペーストをプリント配線板に印刷して形成した。 A total of 20 3225 capacitor chip components and 3225 resistor chip components in a direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction were mounted on the obtained substrate by reflow. The solder was formed by printing Sn-3Ag-0.5Cu paste on a printed wiring board.
上記の部品を実装した基板を−40℃(30分)/125℃(30分)の気槽ヒートサイクル装置に入れて、ヒートサイクル試験を実施した。3600サイクル後に基板を取り出して、半田接合部の断面観察を行った。その結果、10個全てのコンデンサ(半田接合部 20カ所)は半田クラック率が10%未満であり、10個全ての抵抗(半田接合部 20カ所)は半田クラック率が15%未満であったので、良品と判断した。またヒートサイクルの際即ち−40℃と125℃間での半田歪率は5.0%以下である3.5%であった。 The board on which the above components were mounted was put into an air tank heat cycle apparatus of −40 ° C. (30 minutes) / 125 ° C. (30 minutes), and a heat cycle test was performed. After 3600 cycles, the substrate was taken out and the cross section of the solder joint was observed. As a result, all 10 capacitors (20 solder joints) had a solder crack rate of less than 10%, and all 10 resistors (20 solder joints) had a solder crack rate of less than 15%. Judged to be non-defective. In addition, the solder distortion rate during the heat cycle, that is, between −40 ° C. and 125 ° C. was 3.5%, which is 5.0% or less.
以上のように実施の形態1における金属ベースの多層構造のプリント配線板は、基材に用いるエポキシ樹脂の弾性率が、−40℃に於いて、400MPa以下にしたので、−40℃と125℃間での半田歪率は3.5%にすることができた。これによって半田クラック率が15%未満であり、半田接合信頼性を向上させることができた。
As described above, the metal-based multilayer printed wiring board according to
なお、上述した多層構造のプリント配線板の製造方法は一例であって、これに限定されない。また、金属板の片面側に配線が配置される金属ベースの多層構造のプリント配線板で説明したが、金属板の両面側に配線が配置されるようにすることで、金属芯タイプの多層構造のプリント配線板にも適用できる。 In addition, the manufacturing method of the printed wiring board of the multilayer structure mentioned above is an example, Comprising: It is not limited to this. In addition, although the metal-based multilayer printed wiring board in which the wiring is arranged on one side of the metal plate has been described, the wiring is arranged on both sides of the metal plate so that the metal core type multilayer structure is provided. It can also be applied to printed wiring boards.
1、1A、1B、1C 銅配線
2 絶縁樹脂
3 多層構造
4 アルミ板
5 熱伝導性絶縁樹脂
6A、6B、6C、6D、6E 貫通孔
1, 1A, 1B,
Claims (2)
前記金属板に熱伝導性絶縁樹脂を介して接着され、基材と金属配線層とが複数重ねられて構成された多層構造を有し、
前記基材はエポキシ樹脂であり、−40℃での引張弾性率が400MPa以下であることを特徴としたプリント配線板。 A metal base or metal core type printed wiring board having a metal plate,
Adhered to the metal plate via a heat conductive insulating resin, and having a multilayer structure configured by stacking a plurality of base materials and metal wiring layers,
The printed wiring board, wherein the substrate is an epoxy resin and has a tensile elastic modulus at −40 ° C. of 400 MPa or less.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011031756A (en) * | 2009-08-01 | 2011-02-17 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Motor unit for electric power-steering and electric power-steering device |
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