JPH05136538A - 金属ベース電子回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高い熱伝導率と低い熱膨脹率を兼備
する基板材料をベース基板に使用し、集積回路部品を高
密度に実装可能な電子回路基板を製造することを目的と
する。 【構成】金属ベース電子回路基板１００は、冷却凝固金
属粉末または冷却凝固金属粉末とセラミック粒子の混合
粉末を固化することにより形成された基板ベース部材１
３、基板ベース部材上に積層される絶縁層１２と絶縁層
１２上に形成された導体層１１からなる回路パターンか
ら構成される。基板ベース部材１３は、目的に応じた熱
膨脹率が得られるように、アルミニウム合金粉末にアル
ミニウムよりも低い熱膨脹率の金属元素を所定量添加
し、急冷凝固することにより製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器に使用される
電子回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子回路基板は、図６に示すよう
に樹脂性の板（以下、樹脂基板）６１上にエッチング法
により、銅メッキの回路６２を作成するものが主流であ
り、図６は、このようにして製造された電子回路基板に
ＩＣチップ６３が配された状態を示している。

【０００３】樹脂基板６１は、基板材料の耐熱性及び熱
伝導性が低く、基板材料自体の強度が低い。基板材料の
耐熱性及び熱伝導性が低いので、ＩＣチップ６３等の部
品を高密度に実装することが困難である。また、基板材
料の強度が低いことから、構造部品の一部として組み込
むことも困難である。

【０００４】これらの問題を解決する為に、金属板を用
いた電子回路基板が考案されている。図７に示される金
属板を使用した電子回路基板は金属ベース板７１と、そ
の上に形成された絶縁層７６を蒸着し、絶縁層７６の上
に形成されたアルミニウムのパターン７４と銅パターン
（Ｃｕ）７５から構成されている。そして、この基板上
にＩＣチップ７３等の回路部品が配置される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、金属ベ
ース板に絶縁材を蒸着させて形成された電子回路基板に
おいて、高い熱伝導率を得ようとして金属ベース板とし
て熱伝導率の高い金属、例えば、アルミ合金を使用する
と、絶縁材（アルミナ）と金属ベース板の熱膨脹率の差
が大きくなり、絶縁割れが生じてしまう。

【０００６】一方、絶縁割れを防止する為、熱膨脹率が
比較的低い金属（例えば、チタン）を金属ベース板７１
として使用すると、電子回路基板全体の熱伝導率が低下
してしまう。本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
高い熱伝導率と低い熱膨脹率を兼備する金属ベース板を
使用した電子回路基板を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】金属ベース電子回路基板
は、急冷凝固金属粉末または前記冷却凝固金属粉末とセ
ラミック粒子の混合粉末を固化することにより形成され
た基板ベース部材と、前記基板ベース部材上に積層され
る絶縁部材と、前記絶縁部材上に形成された導体部材か
らなる回路パターンとを具備することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成の金属ベース電子回路基板を構成する
基板ベース部材は、急冷凝固金属粉末または前記冷却凝
固金属粉末とセラミック粒子の混合粉末を固化すること
により形成されるので、低い熱膨脹率と高い熱伝導率を
兼備する。よって、前記基板ベース部材の上に絶縁層を
形成して、金属ベース電子回路基板を形成する場合、前
記基板ベース部材と前記絶縁部材の熱膨脹率の差を小さ
くすることが出来、前記基板ベース部材と前記絶縁部材
間の絶縁割れを回避出来る。また、放熱を効果的に行え
る。よって、金属ベース電子回路基板は集積回路部品を
高密度に実装出来る。金属ベース電子回路基板は、例え
ば前記基板ベース部材上に前記絶縁部材を形成後、前記
絶縁部材上に前記導体部材を形成して製造される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例に係
る金属ベース電子回路基板について説明する。図１の電
子回路基板１００は、基板ベース部材１３、基板ベース
部材１３の上に形成された絶縁層１２、絶縁層１２の上
に形成された回路パターンを形成する導体層１１から構
成されている。

【００１０】絶縁層１２は、例えばアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）等の材料によって形
成される。導体層１１は例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ等の金属材料によって形成される。基板ベース
部材１３は、急冷凝固されたアルミニウム合金粉末を固
化したもの、または、急冷凝固されたアルミニウム合金
粉末にセラミックス粒子を混合した混合粉末を固化した
ものから形成される。

【００１１】本実施例では、急冷凝固粉末として図２に
示すように、鉄（Ｆｅ）が８．４％、モリブデン（Ｍ
ｏ）が２．０％、バナジウム（Ｖ）が２．０％、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）が１．０％、残りがアルミニウム（Ａ
ｌ）の重量割合（ｗｔ％）で組成されたアルミニウム合
金粉末を使用する。

【００１２】セラミックス粒子としてはＡｌ₂ Ｏ₃ 、Ｓ
ｉＣ、ＴｉＮ等があるが、基板中に均一に分散させる上
で粒子の直径は１０μ以下が好ましい。尚、本実施例で
はＳｉＣ粉末（平均粒径０．１μ）を使用する。

【００１３】次に、基板ベース部材１３を形成する金属
材料を製造する方法について説明する。まず、アルミニ
ウムと、アルミニウムよりも低い熱膨脹率を有する金属
元素を溶融し、アルミニウム合金を形成する。このアル
ミニウム合金を１０⁴ ℃／ｓｅｃ以上の速い冷却速度を
与える急冷凝固法で冷却し、凝固する。

【００１４】急冷凝固後、目的に応じた熱膨脹率を得る
為、急冷凝固されたアルミニウム合金粉末にセラミック
ス粒子を必要に応じて混合し、急冷凝固アルミニウム合
金に対するセラミック粒子の体積含有率を適宜変える。

【００１５】次に、急冷凝固されたアルミニウム合金粉
末または、急冷凝固されたアルミニウム合金粉末にセラ
ミックス粒子を混合した混合粉末を通常の粉末治金法と
同様の方法で固化する。例えば、アルミニウムの粉末ま
たは混合粉をアルミニム合金カプセル中に充填し、４５
０℃で２時間、真空脱ガスを行う。カプセルを封印の
後、熱間押出を４５０℃、押出比１０で行い、これによ
り目的に応じた熱膨張率を有する金属材料が製造され
る。尚、アルミニウム合金を冷却する際に、上述のよう
に速い冷却速度を与えるのは、以下の理由による。

【００１６】即ち、アルミニウムよりも低い熱膨脹率を
持つ金属元素を添加すれば、そのアルミニウム合金の熱
膨脹率は低下する。しかし、通常の鋳造法では、凝固過
程において、粗大な析出相を生じてしまい、その添加量
は制限され、不都合である。そこで、上述のように１０
⁴ ℃／ｓｅｃ以上の非常に高い冷却速度を与え、上記析
出相の晶出を抑制し、鋳造法よりも多量の元素を添加出
来るようにした。

【００１７】次に、図３及び図４を参照して上記方法で
製造された金属材料を使用し、電子回路基板を形成する
方法について説明する。まず、上記方法で製造された金
属材料を必要に応じて加工し、図３（ａ）に示すように
金属ベース板３１を形成する。

【００１８】図３（ｂ）に示すように、この金属ベース
板３１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）３２を形成して
絶縁層とする。次に、シリコン酸化膜３２上に銅（Ｃ
ｕ）を１〜５０μｍの厚さで真空蒸着し、導体層３３を
形成する。導体層３３形成後、図３（ｃ）に示すように
導体層３３上にレジスト３４を一様の厚さで塗布する。

【００１９】レジスト３４を所望の回路パターンに露光
する。露光の終わったレジスト３４を図３（ｄ）に示す
ように現像する。現像後、レジスト３４をマスクとして
図３（ｅ）に示すように導体層３３をエッチングする。
エッチング後、図３（ｆ）に示すように導体層３３の表
面に残ったレジスト３４を除去することにより、第１層
目のプリント回路が形成される。

【００２０】その後、図４（ｇ）に示すようにプリント
回路の上に、再びシリコン酸化膜（第２層目の絶縁層）
３２を真空蒸着する。真空蒸着後、図４（ｇ）に示すよ
うに絶縁層３２をエッチングし、ビアホール（ｖｉａ
ｈｏｌｅ）３５を形成する。

【００２１】ビアホール３５形成後、このビアホール３
５と絶縁層３２の上に導体層（Ｃｕ）３３を真空蒸着す
る。真空蒸着することにより、ビアホール３５が導体層
３３で埋められ、形成された２層目の導体層３３と第一
層目の導体層３３が接続される。導体層を形成後、２層
目の導体層３３のエッチングを行い、図４（ｈ）に示す
ように第２層目のプリント回路を形成する。

【００２２】以下、上記方法と同様に回路形成を繰り返
し、金属ベース電子回路基板を製造する。尚、図４
（ｉ）は、このようにして第３層目の回路を形成した状
態を示したものである。 実験例 急冷凝固アルミニウム合金とセラミック粒子（ＳｉＣ）
の組成比率を変え、図５に示すような４種類の金属材料
を製造し、その評価試験を行った。

【００２３】この結果、図５の第１実験例の場合のよう
に、急冷凝固アルミニウム合金を単独で用いた場合は、
図５に示すように熱膨脹係数が２０×１０⁶ ／℃とな
り、通常のアルミ合金に比べて３０％程低い熱膨脹率が
得られた。

【００２４】また、第２実験例では急冷凝固アルミニウ
ム合金を９０％、セラミックス粒子を１０％の割合で、
第３実験例ではそれぞれ８０％、２０％の割合で、第４
実験例ではそれぞれ７０％、３０％の割合で組成した。
この第２乃至第４実験例においては、セラミックス粒子
（ＳｉＣ粒子）を混合した結果、図６に示すように一
層、熱膨脹係数が低下し、一層低い熱膨脹率が得られ
た。

【００２５】尚、セラミックス粒子の体積含有率の増加
に伴い熱膨脹率は低下するが、固化プロセス（固化処理
の過程）が困難になるので、セラミックス粒子の体積含
有率は実用上３０％以下が望ましい。

【００２６】また、図５に示す組成を有する金属材料を
使用して、図３及び図４に示す方法で、形成された回路
基板を使用した結果、何れの実験例においても基板表面
上に割れを生ずることなく回路を形成出来た。

【００２７】この実験結果より、金属ベース板材料とし
て急冷凝固合金とセラミックス粒子の複合材を用いるこ
とにより、低い熱膨脹率で高い熱伝導率を兼備する金属
基板ベース材料の製造が可能であると評価出来る。ま
た、この金属材料を使用して、図３及び図４に示すよう
な方法で回路を形成することにより、電子回路基板の耐
熱性及び強度を向上出来、また、コンパクトな立体回路
が容易に形成出来る。

【００２８】尚、本発明は上記実施例に限定されず、種
々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、アル
ミニウムの熱膨脹率を低下させる為に、アルミニウムよ
りも低い熱膨脹率を有する金属元素をアルミニウムに添
加したが、アルミニウム中にセラミックス粒子を均一に
分散させてアルミニウムの熱膨脹率を低下させてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明の構成に従って、金属ベース板が
冷却凝固金属粉末または冷却凝固金属粉末とセラミック
粒子の混合粉末を固化することにより形成されている
為、高い熱伝導率と低い熱膨脹率を兼備する金属ベース
板を有する電子回路基板を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電子回路基板を示す概略
図である。

【図２】本発明の実施例に係る急冷凝固粉末として使用
されるアルミニウム合金粉末組成を示す図である。

【図３】本発明の実施例に係る電子回路基板を製造する
方法を示す図である。

【図４】本発明の実施例に係る電子回路基板を製造する
方法を示す図である。

【図５】本発明の実施例に係る急冷凝固粉末とセラミッ
クス粒子の体積含有率の割合を示す図である。

【図６】本発明の実施例に係る熱膨脹率とセラミック粒
子（ＳｉＣ）の体積含有率の関係を示すグラフである。

【図７】従来の電子回路基板を示す概略図である。

【図８】従来の別の電子回路基板を示す概略図である。

【符号の説明】

１１…導体層、１２…絶縁層、１３…基板ベース部材、
３１…金属ベース板、３２…シリコン酸化膜、３３…導
体層、３４…レジスト、３５…ビアホール（ｖｉａ ｈ
ａｌｌ）、１００…電子回路基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 急冷凝固金属粉末または前記冷却凝固金
   属粉末とセラミック粒子の混合粉末を固化することによ
   り形成された基板ベース部材と、 前記基板ベース部材上に積層される絶縁部材と、 前記絶縁部材上に形成された導体部材からなる回路パタ
   ーンとを具備することを特徴とする金属ベース電子回路
   基板。