JPH01194491A - 銅張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、熱放散性にすぐれた銅張金属ベース基板の製
造方法に関する。

（従来の技術） 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などのプラスチ
ック系基板が多く用いられてきた。しかし、最近では電
子機器の小型化、高性能化、高密度化が進みそのために
発生する熱をいかに処理するか、あるいは塔載するセラ
ミックチップ、シリコンチップ等との接続信頼性を確保
するために基板の低熱膨張化が要求されるようになって
きた。

これに刻して、従来のプラスチック系基板は熱伝導率が
低（、熱放散性が悪いために、このような用途には不向
である。そのために、熱伝導性にすぐれた基板として熱
伝導率の高いアルミニラム、鉄などの金属板をベースと
し、その表面に絶縁層を形成した金属ベース基板が注目
この金属ベース基板はアルミニウムなどの熱伝導性の高
い金属板の表面にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの
樹脂からなる薄い絶縁層を設け、さらにその上に回路を
形成する銅箔を貼りつけた構造のものが主流である。し
かし、このような構造では、回路と金属板との間に熱伝
導性の低い樹脂層が存在するため、その下の金騰板の高
熱伝導性を十分に生かすことができない。これについて
は樹脂絶縁層を極力薄くする、あるいは樹脂に熱伝導性
の高い無機質フィラーを混入するなどの方法が考えられ
ているがその効果は十分とはいえない。

このようなことから絶縁層として熱伝導性にすぐれたア
ルミナなどのセラミックを使用する方法が考えられてい
る。具体的にはベースとなる金属板の表面にセラミック
を溶射してセラミック層を形成する方法である。この方
法によれば熱伝導性の低い樹脂を全く使用しないため、
熱伝導性は向上するものの、金属板とセラミック勉との
密着性が十分でない、あるいは溶射により形成されるセ
ラミック層には気孔か存在するために耐電圧、吸湿時の
絶縁特性が低下する欠点があり、一部で実用化されてい
るのみでその用途は限られたものとなっている。

また、このような構造の基板は、回路形成するには導体
ペースト塗布法、めっきなど煩雑な工程を経なければな
らない。

本発明は、これらの欠点を改良し熱放散性にすぐれた銅
張金属ベース基板を提供するものですなわち、本発明は
、銅箔にセラミックを溶射してセラミック層を形成し、
該セラミック周側とベースとなる金属板の間に炭素繊維
基材プリプレグを配置して熱圧成形、一体止することを
特徴とするものである。

溶射するセラミックは、電気特性の点からセラミック基
板として最も一般的に用いられているアルミナが好適で
あるか、その他にスピネル、ムライト、シリカ、コージ
ェライト、ジルコニアなどの電気絶縁性のセラミックを
用いることができる。その溶射法はカス溶射法、プラズ
マ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法など
が過用できる。

次１ζ本発明に用いる．炭素繊維基相プリプレグについ
て述べる。炭素繊維の形態は本発明を限定するものでは
なく任意であり、ＰＡＮ系炭素炭素繊維ッチ系炭素繊維
の短＆維、あるいは長繊維の引きそろえロービング、ク
ロスなどが用いられる。

プリプレグの樹脂は、接着性の点からはエポキシ樹脂、
耐熱性の点からはポリイミド樹脂が好適であるが、その
他にフェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂などが用いられる。

また、ベースとなる金属板は、アルミニウム、銅、鉄、
ステンレス、真ちゅう、４２合金、インバー合金などが
用いられる。この中で４２合金、インバー合金は熱膨張
係数が小さく　（３〜４　Ｘ　１０−＠／℃）　、セラ
ミック（６〜７　Ｘ　Ｉ　Ｑ−’／’Ｃ）に近いため、
これらをベース金属とすれば基板の熱膨張係数を低くす
ることができ、セラミックチップ、シリコンチップ実装
時の接続信頼性の向上に非常に大きな効果かある。また
、４２合金、インバー合金は必要に応じて銅、アルミニ
ウムなどの他の金属とクラッドした状態で用いてもよい
。

なお、本発明においてベースとなる金属板へのセラミッ
ク絶縁層の形成は片面のみでも、両面でも良い。

（作用） 本発明の方法により得られる銅張金属ベース基板は回路
となる銅箔に布着してセラミック層が存在し、さらに炭
素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと記す）屑を通
して金属板と一体化しているため、その熱放散性は極め
て良好である。すなわち、従来の銅張金属ベース基板は
、回路を形成する銅箔の真下は熱伝導性の極めて低い樹
脂層であるため、ベースである金属板の高熱伝導性が十
分に生かしきれない。ところが、本発明においては、絶
縁石は熱伝導性にすぐれたセラミックであり、しかも、
そのセラミック層とベース金属とはＣＦＲＰにより接着
、一体止している。ＣＦＲＰの熱伝導率は０．０５〜０
゜１５　ｃａｌ　／　ｃｍ、ｓ、℃と、樹脂（熱伝導率
約０．０００４　ｏａ　ｌ　／　ｃｍ、ｓ、　’Ｃ）あ
るいは、ガラス繊維強化プラスチック（熱伝導率約０．
　ＯＯＯ７ｃａｔ　７ｃｍ−ｓ。

°Ｃに比べると非常に大きい。そのために、従来の樹脂
あるいはガラス繊維強化プラスチックを絶縁層とした金
執ベース基板に比べると絶縁層の熱伝導性が向上し、ベ
ースとなる金属板の高熱伝導性を十分に生かすことがで
きる。したがって、熱放散性にすぐれた金属ベース基板
を得ることができる。

また、従来のセラミック溶射を利用したいわゆる溶射基
板においては、ベースとなる金属板の表面に直接、絶縁
層となるセラミックを溶射したものであるため、その密
着性は必ずしも十分とはいえず、信頼性に問題があった
。ところが、本発明においては、回路を構成する銅箔に
セラミックを溶射してセラミック層を構成し、これを炭
素繊維基材プリプレグを用いてベースとなる金属板と接
着するものである。このようにすると炭素繊維基材プリ
プレグの樹脂がセラミック鍮と金属板との接着剤の役目
を果たし、直接セラミックを溶射した場合では得られな
い強固な密着性を得ることができる。さらに、銅箔と銅
箔に溶射したセラミックとの密着性は銅箔として片面を
粗面化した電解銅箔を用い、その粗化面に溶射すること
によってアンカー効果により良好な密着性が得られる。

そして、炭素繊維基材プリプレグと金属板との熱圧成形
時に熱により低粘度化した樹脂は、セラミック溶射層に
存在する気孔に含浸し、銅箔とセラミック溶射層との界
面まで達する。そのために銀箔と含浸してきた樹脂が接
着することによりさらに密着性は強固なものとなる。

また、セラミックと樹脂の密着性は一般には異種材料で
あるために乏しいとされているが、セラミック溶射によ
り形成されたセラミック溶射層の表面に粗面度が大きく
、しかも気孔を有するためにアンカー効果と気孔内への
樹脂の含浸によりその密着性は大きくなる。

なお、セラミック溶射層においては、溶射基板の場合で
も問題となっているように本質的に気孔が存在するため
に絶縁層として用いるには耐電圧、吸湿時特性に乏しい
。ところが本発明の方法によれば、炭素繊維基材プリプ
レグとの熱圧成形時に炭素繊維プリプレグの樹脂がセラ
ミック溶射層の気孔に含浸し、それによって封孔がなさ
れる。したがって、従来の溶射によって形成されたセラ
ミック層の欠点も容易に解決し得るのである。なお、炭
素繊維基材プリプレグの樹脂の粘度が高く、セラミック
層の封孔が十分ではないときは、熱圧成形に先立ってセ
ラミック溶射層に低粘度の樹脂を塗布しておいてもさし
つかえない。

次に．炭素繊維基相プリプレグを用いることの特徴につ
いて述べる。炭素繊維基材プリプレグは、銅箔に溶射さ
れたセラミック層とベースとなる金属板との接着のため
に用いるのであるが、炭素繊維基材プリプレグを用いる
ことの利点の一つは炭素繊維基材プリプレグから形成さ
れるＣ　Ｆ　ＲＰは熱伝導性が良いことである。一般の
金属ベース基板の絶縁層に用いられるエポキシ樹脂の熱
伝導率は約０．０００４　ｃａｌ　７ｃｍ、ｓ−”Ｃ、
ガラス布基材エポキシ樹脂では約０．　ＯＯＯ７ｃａ＋
／ｃｍ、ｓ、”ｌ：、である。ところが、ＣＦＲＰの熱
伝導率は０．０５〜Ｑ、ｌ　５　ｃａｔ　７ｃｍ、ｓ−
℃とこれらに比べて格段に高いものである。したがって
、ＣＦＨＰ層を介してセラミック層と金属板を接着する
ことによって樹脂単独、あるいはガラス繊維強化プラス
チツク層で接着した場合に比べて、表面の回路に接続さ
れた部品から発生する熱をセラミック層、ＣＦＲＰ層を
通して効率よくベース金属板に逃がすことができ、基板
の熱放散性が格段に向上するのである。

炭素繊維基材プリプレグを用いることのもう一つの利点
は、得られる基板の熱膨張係数を低くすることができる
点である。ＣＦＲＰの熱膨張係数は基材である炭素繊維
の熱膨張係数が繊維方向でゼロに近く、逆にマイナスの
値を示す。

そのために、ＣＦＲＰの熱膨張係数は面方向で約０．７
　Ｘ　１０−＠／’Ｃ：と一般のガラス布基材エポキシ
樹脂（面方向の熱膨張係数１０〜１５×１０−’／’Ｃ
）に比べて非常に小さいものとなる。

したかって、ＣＦＲＰ層を介してセラミック層とベース
となる金属板を一体化した金属ベース基板の熱膨張係数
はＣＦＲＰとセラミック層の熱膨張係数が低いために従
来の金属ベース基板よりも低くすることができる。特に
、ベースとなる金属板に低熱膨張係数の４２合金あるい
はインバー合金を主体としたものを用いると従来では得
られなかったセラミックチップ、シリコンチップ等の実
装部品の熱膨張係数に近い熱膨張係数をもつ金属ベース
基板を得ることができ、実装部品との接続信頼性を太き
（向上することができるものである。

（実施例） 本発明の実施例を第１図及び第２図に基づき以下説明す
る。

第１図は本発明の金属ベース基板の積層構成図、第２図
は得られた金属ベース基板の断面模式図である。

厚さ３５μｍの電解銅箔１の粗化面にプラズマ溶射装置
によりアルミナを溶射して厚さ１５０μｍのアルミナ溶
射層２を形成した。次に第１図に示すごとく、アルミナ
溶射層２をもっ銅箔１のアルミナ溶射層側と厚さ１　ｒ
ｒｍｒの４２合金板３との間に炭素繊維基材エポキシ樹
脂プリプレグ（炭素繊維平織クロス、目付け１００ｇ／
醪、エポキシ樹脂含有率４Ｑｗｔ９６、成形後の厚み０
．１ｍｍ）４を置き、温度１３０’Ｃ１圧力１０にノ／
　ｃｒｄの条件で９０分間熱圧成形し、第２図の断面構
造を有する金属ベース基板を得た。

この金属ベース基板は高い熱放散性を有し１、溶射によ
り形成されたアルミナ層の気孔は炭素繊維基材プリプレ
グとの熱圧成形時に低粘度化したエポキシ樹脂がアルミ
ナ層の気孔に含浸したために完全に封孔され、吸湿時の
絶縁特性の低下は認められなかった。また、基板の熱膨
張係数も従来のものに比べて低くなったため、実装部品
との接続信頼性も向上した。

（発明の効果） 以上、述べてきたように本発明により得られる金属ベー
ス基板は、従来の金属ベース基板では問題となっていた
熱放散性、熱膨張係数の欠点を一挙に解決したものであ
る。

これによって電子機器の小型化、高出力化、高密度化に
対応した高熱放散性でしかも低熱膨張係数で実装部品と
の接続信頼性にすぐれた金属ベース基板を提供すること
ができるものである。

符号の説明 １・・・銅箔　　　　　　　２・・・アルミナ溶射層３
・・・４２合金板 ４・・・．炭素繊維基相プリプレグ ５・・・ＣＦＲＰ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．　銅箔の片面にセラミックを溶射してセラミック層
   を形成し、該セラミック溶射銅箔のセラミック層側と金
   属板との間に炭素繊維基材プリプレグを配置しこれらを
   熱圧成形して一体化することを特徴とする銅張金属ベー
   ス基板の製造方法。
2. ２．　溶射するセラミックがアルミナを主体とするもの
   であることを特徴とする請求項１記載の銅張金属ベース
   基板の製造方法。
3. ３．　ベースとなる金属板が４２合金またはインバー合
   金であることを特徴とする請求項１項記載の銅張金属ベ
   ース基板の製造方法。
4. ４．　炭素繊維基相プリプレグの樹脂がエポキシ樹脂で
   あることを特徴とする請求項１記載の銅張金属ベース基
   板の製造方法。
5. ５．　炭素繊維基材プリプレグの樹脂がポリイミド樹脂
   であることを特徴とする請求項１記載の銅張金属ベース
   基板の製造方法。