JPH04500584A - 電気的及び／または電子的構成要素配置用基板の製造方法 - 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】 電気的及び／または電子的構成要素 配置用基板の製造方法 本発明は％　請求の範囲第１項の前文記載の電気的及び／または電子的構成要素 を配置するための基板の製造方法に関する。特に本発明に係る方法は良好な熱的 ならびに機械的性質を持ち、特に′ＷＬ源電子電子工学用混成モジュールける使 用に好適な基板の製造に関する。

実用上、上述の種類の基板はプリント回路基板と同じ機能を有する。電子構成要 素の配置に適用する普通のプリント回路基板は、通常エポキシ樹脂材料で作られ 、その基板上には予め設計された電気的導通パターンが電気めっきによって提供 されている。経済的に良くするため及び空間的占有部分を減らずために、この導 を性パターンは、一般に基板の両面に形成され、基板片面のそれぞれに形成され た導電性パターン間の電気的接続は、エポキシ基板に設番づた内部にまでめっき を施した穴によってなされる。しかし、このような回路基板は、低電圧・小電流 を用いる電子装置であってしかも特に取りたてて言うほどのない程度の機械的な らびに熱的負荷しか受けることのない電子装置に適している。

高電圧・大電流が適用されしかも装置が機械的ならびに熱的な大負荷にさらされ るような電気技術もしくは電子工学上の用途に適用される基板は、しばしば、１ 金属製基板、例えば良好な熱伝導性及び充分な機械的強度を得るために鋼及びア ルミニウムのシートから成る基板を用いることを基本としている。導電性パター ンと基板との間の電気的絶縁性は例えばエナメル被覆、アルミナ被覆あるいは浸 炭窒化物における酸化物、窒化物の組合せ物質の絶縁層を伴った被覆によって提 供される。この絶縁層はまた金属基板にエポキシ樹脂層を適用しても形成できる 。この電気絶縁層は金属基板の両面に用いてもよくまた片面にだけ用いてもよく 、この片面に用いる場合基板を例えば電源電子工学のモジュールに用いるのが通 常の用い方であって、この場合、金属基板では一方の面に冷却用リブを形成し熱 を放散させるようにするのである。この電気絶縁層には、例えば科学的方法とか 蒸着法などの各種方法を用いて導電性パターンすなわち電気リードが具えられる 。この種の回路基板の実施例については、例えばドイツ特許ＮＯ，３４４７５２ ０及びドイツ特許ＮＯ，２５５６８２６に開示されている。

イギリス特許ＮＯ，２１１０４７５Ａによると、ここではＦｅ、Ｃｒ、Ａｌ及び Ｙｔの合金の形態から成る基板を用いることが更に開示されており、この場合、 基板には酸化性雰囲気内で加熱することによって形成されたセラミック表面層が 被覆される。

しかし、公知の回路基板すなわち基板は、その製造に適用する方法と同様に多く の欠点をもっている。絶縁層ならびに導電層を適用する場合に各種の工程が用い らオ］るが、これらの工程がもっている特性は多くの場合、既に形成されている 被覆に対してその性質を否定的方向にもってゆ（ように作用する。誘電的、熱的 そして機械的性質を満足する誘電層を達成することは困難であることが既に証明 されており、これらの誘電層に導電性パターンを提供するとかあるいは構成要素 を半田づけすることによって上記のこれらの諸性質が否定的に影響を及ぼすとす れば、出来上った製品は、例えば電源電子工学における混成モジュールの要求す る必要条件に適合することはほとんどできないと思われる。コアとベースを形成 する絶縁層と金属基板のような異種の層間の満足な接着を達成することは難しい ということが結局言えるのであって、しかも電気的絶縁層の絶縁耐力は所望の良 い水準にはないということが同様に証明されている。電気的絶縁層の厚さを増す ことは、もちろん一つの解決方法であるが、セラミック被覆の場合これは費用の かかる方法であってどんな場合でも、この方法は改善にはつながらない、何故か と言うと、セラミック被覆は硬質材料であって理論上高絶縁耐力をもつが、一般 に脆く、引張り強さとせん断強さが比較的小さいからである。しかし、前掲の一 番後の特性、すなわち絶縁耐力は移動によって生じた気孔や不純物によって減殺 される０例えば、プラズマ溶射法などによって形成されたセラミック層は、もし 層の厚さが０．３ｍｍ以上に増せば良好な誘電性を達成することはないというこ ともまた結果として分っている。加えて、金属基板に対して各種の方法を用いて 絶縁層を適用するということは製造上の経済性を損うことになる。

このように、本発明の目的は上述の、そしてその他の欠点を除くことであってそ のため本発明では、高度の機械的強度ならびに絶縁耐力を有することを特徴とし 、か−）おそらく同一工程が電気絶縁層ならびに導電層の両層を具備した好まし くは金属材料のベースを被覆するために使用されるであろう大きな熱的負荷にｆ １１六るのに良く適した基板の製造方法を提供する。

本発明に係る方法は請求の範囲第１項記載の特徴表現部分に開示きれている特徴 により特徴付けられており、これに関し本方法の更なる特色ならびに利点に関し ては添付の従属請求の範囲に開示されている。

本方法について、添付の図面により標準的な工程の実施例を用いて説明する。

図１は、従来技術に係る基板の断面図を示す。

図２は、本発明に係る方法で使用するプラズマ溶射ガンの慨略図である。

図３は、本発明に係る方法に基づいて製造した基板の断面図である。

図４は、導電性パターンの形態における導電層の適用を示す図である。

図５は、電源電子工学用の完成され、装着された混成モジュールの斜視ならびに 一部露出の基板を示す図である。

図１には、従来技術に係る基板が示してあり、これには導電性接着剤もしくは半 田を用いて導電層上に半導体接点が設けられている。この基板を構成する多くの 異質の層は異る工程を用いて形成されており、絶縁層は例えばベースにのりづけ されており、一方熱シンクまたは冷却体は分離構成要素となっている。以下は図 ３の断面に示すように構成要素を１面に配置した基板の製造に関し記載された本 発明に係る方法である。以下の実施例で用いられる熱的被覆工程はプラズマ溶射 である。ベースこのものは金属シート好ましくは鋼か、アルミニウム、もしくは 銅のシートであるがこのシートは、溶射によって絶、線層を被覆される側の面を 、トリクロロエタン、アセトン等を用いて清掃し脱脂される０次いで、この表面 は第１工程においてアルミナ（Ａ１章Ｏｎ）、例えば”Ｍｅｔｃｏ　ｌ　ｉ　ｔ ｅ−という粒度が０．２〜０．８＋ｏ＠のアルミナを用いてサンドブラストされ る。この工程段階で採用される工程要素は、その１例として次のとおりである。

吹付は圧力　３〜６バール ノズル直径　４〜８ａ＋ｍ 吹付は距ｌｉ　１００〜２００ｍｌ１１吹付は角度　６０〜９０゜ 表面粗さ　２０μｍ（平均値） サンドブラストを施した表面は施行後、完全に乾燥したしかも油脂分のない圧搾 空気もしくは窒素ガスを吹付けてごみを直ちに除去しなければならない。

サンドブラスト後、高々１〜２時間経ってから実施される次の工程段階では、プ ラズマ溶射法により接着層がその表面に被覆される。この接着層のもつ目的は５ 誘電性被覆層を形成するセラミック層に対する担持体としての機能をもたせるに ある。接着層は好ましくはＰＴ２９０１型の銅の粉体、Ｍｅｔｃｏ５６などから 成る。この銅粉体は、図２に概略を示すような種類のプラズマガンを用いるプラ ズマ溶射工程で溶射される。この工程段階においては、基板、すなオ）ち被加工 物か、あるいはピストンの何れかがｌｒｎ／秒の速さで動かされる。

これと同時に、プラズマ溶射ガンは連続的に１バス当り５ｔｎｒｎの速さで基板 に対して直角方向に動かされる。接着層は、０．０１５〜０−１５ｍｍの範囲の 厚さで施工され、１回バスで施工される厚さは１５ｕである。この工程段階で採 用される要素は次の通りである。

電流の強さ　３００〜５００Ａ 電圧　６０〜６５Ｖ 溶射距ｌ１ｌ（大体）　１５０ｍｍ アルゴンガス供給量　５０〜７ｏ　２７分水素ガス供給量　６　ε／分 粉体供飴量　５０　ｇ／分 セラミック材料の誘電層は、ここで接着層の適用直後における後続工程段階で施 工される。セラミック層は、２５％酸化ジルコニウムを交番的に混合したアルミ ナから成る０粒度は、例えばＭｅｔｃｏ　１０５　ＳＦＰを用いた場合、基本的 に１０〜１１０ｕｍである。セラミック層が金属層に対して溶射被覆される場合 は、重量百分率で２５％のジルコニア（ｚ、Ｏｍ　）（ＩＩ化リジルコニウムが 加えられる。この工程段階で採用される要素は次のとおりである。

電流の強さ　５５０〜１００ＯＡ 電圧　５０〜７５Ｖ 溶射距離　９０〜１１０ｍｍ アルゴンガス供給量　３０〜４０２／分水素ガス供給量　５０〜２０ｆ２７分 粉体供給量　２０〜１１００ｇ／分 １回バス当り厚さ　２〜１５μｍ 層厚さ　０．３ｍｍ セラミック層を施工する作業中は基板盤湿度は５０〜１５０℃の範囲内になけれ ばならない、これは容易に実施可能であって基板を空気で強制冷却すればよい。

次の工程段階では、セラミック層が含浸処理を施され、これは所望の誘電特性を 付与するためである。基板温度が５０℃以下、型温以上となると好ましくはＢａ ｙｓ　ｉ　ｌ　ｏｎｅ　ｌ　００のシリコンオイルが刷毛、噴射ガンなど適当な 工具を便って施工され表面全体にわたって認められるような目視可能な輝いた皮 膜を形成する。施工に当って、シリコンオイルはセラミック層に吸収され、それ と同時に過剰シリコンオイルは例えば吸湿性多孔質紙を用いて表面から除かれる 。この紙は２〜５回表面に対して押しつけ、最終的に目視できるシリコンオイル を認めないまでに除去する。

後続する工程段階においては、ここで誘電層は銅の誘電性パターンもしくは電流 リードパターンを被覆されるのであってこの施工はセラミック材料のプラズマ溶 射後１時間以内に実施されねばならない。所望の誘電性パターンは、厚さが２〜 ３ｍｍのシートの形態をもつステンｌノス鋼の型板（テンプレート）を介して銅 粉体をプラズマ溶射して得られるのであって、この場合、所望の導電性パターン は前もってレーザな用いて裁断されている、この導電性パターンは基板を用いる ことによって現実化される電気的機能によって決められるということを理解すべ きである。型板とセラミック層との距離は０，５〜１．０ｍｍの間になければな らない。セラミック層をもった基板は、溶射施工時に使用したものと同じ溶射ガ ンを用いて約５０℃にまでプラズマで予熱される。同一の銅粉体が導電パターン 、すなわち導電層に対して用いられ、これは接着層、すなわちＰＴ２９０″ｉ、 Ｍｅｔｅｏ５６などに対して用いたのと同じ銅粉である。溶射速度ならびに垂直 送結に関する要素はやはり接着層に対する場合と同様である。この工程段階で採 用される要素は次のとおりである。

電流の強さ　３００〜５００Ａ 電圧　５０〜６５Ｖ 溶射距離　１５０ｍｍ アルゴンガス供給量　５０〜７（Ｍ／分水素ガス供給負　５．ｅ／分 粉体供飴ｊｌ　５０　ｇ　／分 １回バス当り厚さ　０．０５〜０．１５ｍｍ層の厚さ　０．１〜ｌｔｎｍ 銅層は所望の寸法、もしくは０．１ｍｍだけ過剰に溶射される。後の方の場合、 この層はグラインダー、ミーリングその多類似の後加工により平滑、平坦化され る。

最終工程段階においては、ここで基板は銅のゴミが除去されるように清掃される 。それには導電性パターンのシリコン汚染を回ｉ！１″するため別室となった場 所でガラスの微小粒を吹付けで清掃する。この段階では注意を払わねばならず、 その場合の要素は次のとおりである。

圧力　２〜５バール ノズル直径　１〜６ｍｍ 溶射距離　約１５０ｍｍ 微小粒直径　５０〜ｌｏｏｕｍ 上述の実施例で開示された方法により、電源電子工学用混成モジュールなどの生 産用に極めて好適な基板が提供されるが、この基板はまた一般に高度の機械的強 度と優れた熱的ならびに誘電的性質を具備した基板が望まれる電子工学分野に用 いられる。このような基板は更に、電気技術分野における非慣習的用途において 、そして一層包括的な電子工学的ならびに機械的装置における一体構造部品とし て結線が包有される可能性のある構造において、採用される可能性がある。金属 性ベースは構造自体の一部分であり、後に電気的もしくは電子工学的構成要素を 配置するためそれ自体がプラズマ溶射によって誘電層を被覆される。

上述の仕様条件により製造された基板は、既成梱包の形態における小形化された 混成回路モジュールの製造用の自動生産工程で使用するのに極めて好適である。

この結線における製造原価低減の達成率は、在来の装着法に比較して約２０％で あり、また回路梱包の製造により低減された容積の率は７０％以下となっている 。この製造方法はまた在来の仕様条件にもとづく回路の生産にも良く適しており 、回路モジュールの可能性のある最適化に対して良い可能性を提供し、一方機械 的ならびに熱的特性に対する仕様上の要求を満たすことができる。か（して、こ の方法は立上がり時の製造原価が低いことがら、回路パターンの変更頻度の高い 小量生産量に好適である。

経済上ならびに工程技術上の大きな利点は、例えばプラズマ溶射、あるいは噴射 被覆などの熱的被覆法を活用することに基づく被覆法によって、先づ初めに、そ して大部分が達成される。そればかりではなくセラミック材料から成る耐摩耗性 被覆を金属に被覆するといった機械工業において熱的被覆法が採用されることは 良く知られたところである。セラミック被覆を金属材料から成るペースと一体化 することによって、良好な熱伝導性が達成され、そして予め設定された導電性パ ターンの形態において導電性被覆を適用する目的で熱的被覆法がまた用いられる 場合、優れた熱伝導性をもった基板が得られる。

この被覆に対しては、既に説明したように、種々な熱的工程が用いられる。セラ ミック被覆に対してはプラズマ溶射を用いることが特に有利であることは既に示 した。有孔容積が５％あり、また酸化物が容積で５％含まれるセラミック被覆が 形成される。しかし、含浸不可能な導電性被覆は密度が大きくしかも酸化物含有 量が低いことが望まれる。これは噴射被覆の方法を適用することによって得られ る導電性層によって有利に達成されるのであって、この噴射被覆の例えばＭｅｔ ＣＯ型の“Ｄｉ　ａｍｏｎｄｊｅｔ”ではわずか有孔容積２％、酸化物容積２％ の導電性層を生産す乙。

なお、噴射被覆の場合、例えばプロパンなどの燃焼による高速噴射燃焼ガスが使 用される場合、電流温度、電圧そｌ、′Ｔ”ガス速さなど好適〕゛程実施例で与 えられたこれらの要素は適用されない。

上述の実施例により製作された基板は構成要素の１面用としてのみ適用されるが 、ニボキシ樹脂製の在来の両面回路基板におけるよりも単位面積当りの製造原価 が低いということが示されているのであって、この場合、用いられる金属ベース の価格は除外するのであり、その理由は金属ベースは立上がり時には電気的もし くは電子工学的構成要素が用いられ、ウ一層包括的構造の一部分である可能性が あるからである。

本発明に係る方法により、提供される基板は熱抵抗性がＯ，Ｇ℃／Ｗ　（計Ｉ！ 、　（Ｉｌ、　）であり、１０ｍｍのアルミニウムシートのベースを用いた場合 、厚さ０．３ｍｍのセラミック層の場合容積抵抗値が２５．１．０′ｚオーム／ 　ｍ’、同一厚さのセラミック層に対して絶縁ｔ！’ｆ力が３０　ｏ　ＯＶ、モ してプラズマ溶射による銅層の電気伝導度は絶銅の４０〜５０％であり、しかし 厚内フィルムの伝導度より１０００侶大きい値となっている。

セラミック被ｍ法に熱的工程を採用することは異質のペース材料と極めてよく適 合することが分っており、し。

かも、導電性パターンを適用する場合に熱的被Ｎ注がまた採用されると、この熱 的被覆法は、構成要素を装着するための各種の技法ならびに方法と容易に融合で きょう。

本発明に係るセラミック被覆法の形態において誘電層を製作する方法は、１！５ ．的及び／または電子工学的構成要素の配置に対する基板と関連して用いられる のではあるが、同業技術者は、このような被覆は、また全く異った技術的ならび に工業的関連分野でも用いられることは容易に実証できるということに注意を払 わねばならない。

第２図 賑 へ １′ＣＸ 便 ぺ ｒＸ 手続ネ甫正書（自発） １、事件の表示 特願平２−５０３０２６号 ２、発明の名称 電気的及び／または電子的構成要素配置用基板の製造方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　名　へステビック、スペイン　（外１名）４、代理人〒１０７電話３５８６ −９２８７番住　所　東京都港区赤坂１−３−１共同ビル赤坂４０１号図面 ６、補正の内容 別紙のとおり図面の浄書を提出する。

第２図を訂正し、第５図を追加する。その他の図面については＋（Ｘン 第２図 国際調査報告 ｍ＾−トー一番ＰＣＴ／ＩＪＤ　９０１０００２１匡際ｖ４査報告 ＰＣＴ／Ｎｏ　９０１０００２１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．電気的及び／または電子工学的構成要素を配置するための基板であって、少 なくともより広い構造中の一部分あるいはその全体を構成するような金属材料で 好ましくは形成されたベースと、誘電層と、予め設定されたパターンを形成する 導電性層から構成されたものを製造する方法であって： ａ）Ａｌ２Ｏ２（アルミナ）の粒体を用いてベース表面をサンドプラストし、 ｂ）熱的被覆法を用いて接着層をベースのサンドプラストを施した面に被覆し、 ｃ）熱的被覆法を用いて接着層に誘電層に誘電層を被覆し、誘電層はセラミック 材料から形成されて成り、ｄ）セラミック材料から成る誘電層にシリコンオイル を含浸し、 ｅ）熱的被覆法を用いて誘電層に導電層を被覆し、予め設定されたパターンを形 成するためには型板（テンプレート）が用いられ、そして、 ｆ）電気的層表面及び導電層をガラス球体を吹付けて清掃するこれらの連続段階 から成ることを特徴とする方法。
2. ２．熱的被覆法がプラズマ溶射法であることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の方法。
3. ３．熱的被覆法が噴射被覆法であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 方法。
4. ４．プラズマ溶射法が段階Ｃ）で用いられ、そして噴射被覆法が段階ｄ）で用い られることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項に記載の方法。
5. ５．段階ｄ）における含浸がシリコンオイルを誘電層の表面に適用することによ って施行され、その結果、その表面に目視可能なシリコンオイルの皮膜が形成さ れ、次いでシリコンオイルは適用直後にその適用表面から除き目視可能なシリコ ーンオイルはもはや存在していないようにすることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の方法。
6. ６．段階ｂ）における接着層の被覆は段階ａ）終了後高々１ないし２時間後に実 施することを特徴とする請求項第１項に記載の方法。
7. ７．接着層は同粉体から成ることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項の各項 もしくは第６項に記載の方法。
8. ８．誘電層はアルミナ粉体（Ａｌ２Ｏ３粉体）から成ることを特徴とする請求の 範囲第１項〜第４項に記載の方法。
9. ９．誘電層は粉体アルミナ（Ａｌ２Ｏ２）と、ジルコニア（Ｚｒｏ２）、好まし くは重量で２５％のジルコニアから成る組成をもつことを特徴とする請求項第１ 項〜第４項に記載の方法。
10. １０．段階ｅ）を先行する誘電層は、好ましくはプラズマを用いて約５０℃に予 熱されることを特徴とする請求の範囲第１項、第８項もしくは第９項の各項に記 載の方法。