JPH01157589A - 金属ベース基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱伝導性および熱放散性に優れた金属ベース
基板の製造方法に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、プリント配線板としては紙基材フェノール樹脂積
層板、ガラス布基材エポキシ樹脂積層板等が用いられて
きた。

しかし、最近では電子機器の高性能化、小型化。

高密度化に伴い、それらによって生ずる熱をいかに処理
するか、また搭載するセラミックチップ。

シリコンチップ等と基板の熱膨張係数をいかに近付ける
か、すなわち基板の低熱膨張化を図り、接続信頼性をい
かにして向上させるかが課題になっている。

これに対し、従来のプラスチック系基板は熱伝導性が低
いために熱放散性が悪く、高密度の実装は困難であった
。そのために熱伝導性に優れた基板として金属板をベー
スに、その表面に絶縁層を形成した金属ベース基板が注
目されている。

ところで、上記金属ベース基板としては、アルミニウム
等の金属板の表面にエボキレ樹脂などからなる薄い絶縁
層を設けたものが主に用いられて　１いる。

しかしながら、上記の如き構造では、ベースとなる金属
板と回路となる導体層との間は、依然熱伝導性の悪い樹
脂層であるため、部品からの発熱をベースとなる金属板
に効率良く伝えることが難しく、ベースとなる金属板の
高い熱伝導性を充分に生かすことができない。

これに対しては、可能な限り絶縁層の厚さを薄くすると
か、あるいは樹脂にセラミック等の熱伝導性の良い充填
剤を混入する等の方策が考えられているが、その効果は
充分ではない。

このようなことから、絶縁層として樹脂を使用せず、熱
伝導性の良いセラミックを使用することが考えられてい
る。すなわち、ベースとなるアルミニウム等の金属板の
表面に、セラミックを溶射して絶縁層を形成する方法で
ある。

しかし、この方法ではセラミックと金属板の材料相互間
の親和性の乏しさ、また両者の熱膨張係数め差によ′り
密着性が充分でなく、さらには本来的なセラミック溶射
層の特性として気孔を有し、そのために耐湿性、耐電圧
等の絶縁特性が充分でない等の問題点がある。

またセラミック溶射層の表面は粗面であり、その上に回
路を形成するには、無電解銅メツキ法。

導体ペーストの塗布、さらには銅粉の溶射等によるが、
上記の如く表面が粗面であるために微細な回路の形成が
困難であるという問題点もある。

（発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑み、熱伝導性および熱放散性に
優れ、しかも基板の熱膨張係数がセラミックチップ、シ
リコンチップ等に近く接続信頼性に優れた金属ベース基
板の製造方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、インバー合金（Ｎｉ３６％、Ｆｅ６４％の合
金）または４２合金（Ｎｉ４２％、　Ｆｅ５８％の合金
）の板、またはインバー合金または４２合金の両面に銅
をクラッドした板の表面にセラミックを溶射してセラミ
ック溶射層を形成し、次に上記セラミック溶射層に未硬
化の熱硬化性樹脂を塗布、含浸、硬化し、 さらに上記熱硬化性樹脂を含浸したセラミック溶射層の
表面を研磨することを特徴とする金属ベース基板の製造
方法に関する。

ベースとなる金属板として、インバー合金（Ｎｉ３６％
、Ｆｅ６４％の合金、以下インバー合金という）または
４２合金（Ｎｉ４２％、Ｆｅ５８％の合金、以下４２合
金という）の板、あるいはこれらの両面に銅をクラッド
した板を使用するのは、得られる金属ベース基板の熱膨
張係数を搭載するセラミックチップ、シリコンチップ等
の熱膨張係数に近似させるとともに、溶射により形成さ
れるセラミック絶縁層の熱膨張係数にも近いものとする
ことにより、セラミック絶縁層と金属板との密着性を向
上させ、同時に反りの発生を防止するためである。

すなわち、従来の金属ベース基板に用いられているアル
ミニウムの熱膨張係数は約１５Ｘ１０−６／’Ｃであり
、基板に搭載されるセラミックチップ（熱膨張係数：５
〜７　ｘ　１０−６／’Ｃ）　、シリコンチップ（熱膨
張係数：３．５Ｘ１０−６／’Ｃ）等とは大きく異なる
。また、ベースとなる金属板上に溶射形成される絶縁層
、例えばアルミナ圏の熱膨張係数６〜７Ｘ１０−６／’
Ｃとも大きく異なる。このため、搭載部品との接続信頼
性、あるいはベースとなる金属板とセラミック溶射層と
の密着性に劣り、さらには金属ベース基板自体にも熱膨
張係数の差による反りが発生することになる。

ところが、本発明においてベースとして用いるインバー
合金の熱膨張係数は２．５Ｘ１０−６／’Ｃ１４２合金
では４．４Ｘ１０−６／°Ｃと、その熱膨張係数は従来
用いられているアルミニウムに比べると非常に低いもの
である。また、これらの低熱膨張合金の両面に銅をクラ
ッドした材料も、銅と低熱膨張合金との厚さの比率を適
宜に選択することにより、容易にアルミナ等のセラミッ
クと等しい低熱膨張係数の金属基板が得られる。従って
、これらの材料を使用することにより、基板の低熱膨張
化が図られることになる。

上記の如きベースとなる金属板に、セラミックを溶射す
るのは、ガス溶射法、プラズマ溶剣法。

減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、爆発溶射法等
一般のセラミック溶射に用いられる溶射法が適用できる
。

また、溶射するセラミックは、溶射の容易さ。

絶縁層としての電気特性の点から、アルミナまたはムラ
イトが好適であるが、その他にスピネル。

窒化アルミニウム、コージェライト、炭化ケイ素等の電
気絶縁性の良いセラミックを用いることができる。

次に、本発明では溶射によりベースとなる金属板表面に
形成されたセラミック溶射層に、未硬化の熱硬化性樹脂
を塗布、含浸、硬化させるが、これはセラミック溶射層
に存在する気孔を封孔するためと、セラミック溶射層と
金属板との密着性を向上するためである。溶射により形
成されるセラミック溶射層はセラミック層の特性として
気孔を含有する。その量は溶射距離、溶射出力等の溶射
条件、あるいは減圧下で溶射を行なう等の方法により減
らすことはできるが、完全になくすことは困難である。

ところで、絶縁層として用いるセラミック溶射層に上記
の如く気孔が存在すると、吸湿時の電気特性あるいは耐
電圧特性が充分でなく、そのままでは絶縁層として用い
ることはできない。

そこで、本発明では次にこの気孔を樹脂により封孔する
。その方法としては、未硬化の熱硬化性樹脂をセラミッ
ク溶射層表面に塗布することにより内部まで含浸させた
後、硬化する方法が好ましい。

また、このような封孔処理を行なうことによって、含浸
させた樹脂がセラミック溶射層と金属板との界面まで浸
透して硬化するため、上記樹脂は接着剤としても作用す
ることになり、セラミック溶射層と金属板との密着性も
向上することになる。

本発明で使用する未硬化の熱硬化性樹脂とじては、耐熱
性の点からポリイミド樹脂、接着性の点からはエポキシ
樹脂が好適であるが、その他にフェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フッ素系樹脂、ビニ
ルエステル樹脂等を用いることができる。

次に樹脂により封孔したセラミック溶射層の表面を研磨
する。これは、表面を平滑にするためと、表面の封孔に
用いた樹脂層を除去して、セラミック溶射層を露出させ
るためである。

すなわち、セラミック溶射層の表面は非常に粗く、その
ままではその上への回路形成が困難であるとともに、無
理にメツキ等により回路を形成しても高密度実装化に対
応し得る微細な回路の形成は不可能である。

また、セラミック溶射層に樹脂を塗布して封孔した場合
、その表面は封孔に用いた樹脂により覆われた状態とな
る。従って、その上に回路を形成すると、回路のすぐ下
は熱伝導性の低い樹脂層となるため、搭載部品から発生
する熱はヒートシンクであるベース金属板へ伝わりにく
くなる。すな−〇　− わち、セラミック溶射層、ベース金属板の高い熱伝導性
が充分に生かされないのである。

そこで、本発明のように、表面を研磨することにより、
表面の樹脂層の除去と表面の平滑化が行なわれるのであ
る。それによって、微細回路の形成が可能になるととも
に、熱放散性に優れた金属ベース基板を得ることができ
ることになる。

（実施例の説明） 次に本発明を実施例により説明する。

第１図は１本発明によって得られた金属ベース基板の断
面図であり、金属板１の上にセラミック溶射層２が設け
られている。

本実施例では、金属板１は厚さ１ｍｍの４２合金板より
なり、片面１Ａをブラスト処理して粗面化し、この粗化
面にプラズマ溶射機によりアルミナを溶射して、厚さ１
５０μｍのアルミナよりなるセラミック溶射層２を形成
した。

次に上記の如くして得たセラミック溶射層の表面に、未
硬化のエポキシ樹脂を溶剤で希釈した液を塗布含浸させ
、室温放置後、加熱炉に投入して溶剤を除去するととも
に樹脂を硬化させた。

次に、その表面を回転円盤式研磨装置を用いて研磨し、
表面のエポキシ樹脂層を除去するとともに平滑化した。

上記の如くして得られた金属ベース基板は、高い熱放散
性を示し、吸湿による電気特性の低下は見られなかった
。また回路の形成は無電解銅メツキにより微細パターン
の形成が可能であり、熱膨張係数が小さいため、搭載部
品との接続信頼性も良好なものであった。

上舶の如く、本発明になる金属ベース基板は、従来の金
属ベース基板が絶縁層として熱伝導性の低い樹脂を主体
とした層を用いているのに対し、絶縁層としてセラミッ
ク層を用いている。

このため、従来の金属ベース基板に比して、熱伝導性を
大きく向上させることができ、これによって熱放散性も
大きく改善される。

また、従来の金属ベース基板では、絶縁層が樹脂を主体
とする層であり、しかもベースとなる金属板は主にアル
ミニウム製である。そのために、熱膨張係数が基板に搭
載するセラミックチップ。

シリコンチップの熱膨張係数と大きく異なるため、接続
信頼性に問題があったが、本発明においては、ベースと
なる金属板として熱膨張係数の小さい４２合金、インバ
ー合金、あるいはこれらの両面に銅をクラッドした金属
板を用いており、しかも絶縁層はセラミック層としてる
ので、得られる金属ベース基板の熱膨張係数は搭載部品
のそれと近いものになり、接続信頼性は大幅に向上する
。

さらに、絶縁層であるセラミック層は、ベースとなる金
属板に直接溶射することヒよって形成するため、金属板
とセラミック層の間に熱伝導性の低い接着剤層が不要で
、金属板とセラミック層の高熱伝導性を充分に生かすこ
とができる。

また、溶射によって得られるセラミック溶射層は、本来
セラミック層の特性として気孔を有し、しかもその表面
の表面粗さのため、絶縁層として用いるには、耐電圧性
、吸湿時特性などが充分ではなく、また微細な回路の形
成は困難である。

ところが、本発明では、セラミック溶射層に未硬化の熱
硬化性樹脂を塗布、含浸して硬化することによって気孔
を封孔する。一方、含浸した樹脂はセラミック溶射−と
金属板の界面まで達し、接着剤としても作用する。この
ため、セラミック溶射層と金属板の密着性も増大するこ
とになる。

さらに、樹脂を含浸、硬化後、その表面を研磨すること
によって表面を平滑化するとともに、表面の樹脂層を除
去し、セラミック層を露出させる。

これによって、微細な回路の形成が可能となると同時に
、セラミック層の上に直接回路が形成されるため、その
熱伝導性を有効に生かすことができる。

なあ、本発明により得られる金属ベース基板への回路の
形成は、一般に行なわれているように、導体ペーストを
塗布する方法、銅、ニッケル等の電気メツキ、無電解メ
ツキ法等によることができることは勿論である。

（効果） 本発明になる金属ベース基板の製造方法は、上記の如く
、インバー合金または４２合金の板等の表面にセラミッ
クを溶射してセラミック溶射層を形成し、上記セラミッ
ク溶射層に未硬化の熱硬化性樹脂を塗布、含浸、硬化し
、さらに上記熱硬化性樹脂を含浸したセラミック溶射層
の表面を研磨することにより金属ベース基板を形成する
ので、熱伝導性および熱放散性に優れ、しかも基板の熱
膨張係数がセラミックチップ、シリコンチップ等に近く
、微細回路の形成を可能にするとともに接続信頼性に優
れた金属基板が得られる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により得られる金属ベース基板の断面図
である。 １・・・金属板 ２・・・セラミック溶射層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）インバー合金（Ｎｉ３６％，Ｆｅ６４％の合金）
   または４２合金（Ｎｉ４２％，Ｆｅ５８％の合金）の板
   、またはインバー合金または４２合金の両面に銅をクラ
   ッドした板の表面にセラミックを溶射してセラミック溶
   射層を形成し、 次に上記セラミック溶射層に未硬化の熱硬化性樹脂を塗
   布，含浸，硬化し、 さらに上記熱硬化性樹脂を含浸したセラミック溶射層の
   表面を研磨することを特徴とする金属ベース基板の製造
   方法。
2. （２）上記セラミックはアルミナまたはムライトを主成
   分とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   金属ベース基板の製造方法。
3. （３）上記熱硬化性樹脂がポリイミド樹脂またはエポキ
   シ樹脂であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の金属ベース基板の製造方法。