JPH0574251A

JPH0574251A - 表面金属絶縁基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0574251A
Application number: JP18667291A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 俊之鈴木; Kunji Nakajima; 勲二中嶋; Takeyoshi Fujii; 猛美藤井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP3424237B2

Abstract

(57)【要約】【目的】セラミック絶縁層の長所を損なうことなく、
その金属への密着性を改善した表面金属絶縁基板を提供
することを目的とする。【構成】片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導
性のセラミックからなる絶縁層２が形成された金属材
（金属基板または金属箔）１と、片面に樹脂層４が形成
された金属材（金属基板または金属箔）３とを、互いの
絶縁層２と樹脂層４とを張り合わせることにより一体化
するようにするとともに、前記両金属材の少なくとも一
方が金属箔である表面金属絶縁基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱伝導性にすぐれ高
放熱性であって、絶縁性が高く、しかも、ピール強度が
十分な表面金属絶縁基板、およびこの表面金属絶縁基板
を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント配線板の基板としては、
紙・フェノール樹脂積層板や、ガラス・エポキシ樹脂積
層板等の樹脂基板が多く用いられてきた。しかし、最
近、電子機器の高性能化、小型化、高密度化に伴い、そ
れによって生じる熱の高密度発生をいかに処理するかが
課題になってきたため、従来のこれらの樹脂基板では、
このような課題に対処することができない。すなわち、
これらの樹脂基板は、熱伝導性が低くて熱放散性が悪
く、特に大電流を流すように設計された集積回路では、
その熱によってコンデンサーやトランジスタ等を破損す
る恐れがあり、また、破損しないまでも電気特性が大き
く変化する欠点があったからである。

【０００３】このような樹脂基板の欠点を克服するた
め、近年、樹脂基板に代えて、アルミニウム等の熱伝導
性のよい金属板を用い、その表面にエポキシ樹脂等の有
機系絶縁層を設けて、その上に銅箔などを貼付け、回路
を形成するようにする構造の金属プリント板が使われる
ようになってきた。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未だ存在する
ため、金属板の高熱伝導性を十分に活かすことが出来な
い。

【０００４】このようなことから、金属基板表面に設け
る絶縁層を、熱伝導性の良好なアルミナ等のセラミック
溶射で形成する方法が考えられている。さらに、溶射に
より形成されるセラミック絶縁層には気孔が存在する
が、この気孔により耐電圧、吸湿時の絶縁特性が低下す
ることを防ぐ目的で特公昭５７−３９００７号公報記載
の技術では、前記セラミック絶縁層にプレポリマーやモ
ノマーを含浸して、前記気孔を塞ぐようにしている。

【０００５】絶縁層をセラミックの溶射で形成する、以
上の方法によれば、回路と金属板の間が熱伝導性の低い
樹脂層で完全に遮断されるというようなことがないた
め、プリント配線板の熱伝導性が大いに向上する。しか
し、元来、金属とセラミックとは密着性が良くないた
め、前記セラミック溶射により絶縁層を形成した絶縁基
板では、この絶縁層上に金属箔を張りつける等して電気
回路を形成するのであるが、その際の密着性に問題があ
り、この点の改良が望まれている。

【０００６】特開昭５８−１４０１９１号公報は、金属
基板表面のプラズマ溶射層上に樹脂シートを乗せて熱圧
着することにより表面を平滑にする技術を開示してい
る。しかし、この技術では、樹脂シートの厚みを薄くす
ることが難しいので、わざわざ絶縁層にセラミックを使
用して熱放散性を上げるようにしても、熱伝導性の悪い
樹脂層が厚くて十分な放熱効果が得られないという問題
が残る。そして、金属箔とセラミック層との密着性もま
だ悪い。樹脂シートの熱圧着だけでは、セラミック層の
微細気孔の中まで樹脂が浸透しないので、セラミックの
気孔を埋めることができず、絶縁性があまり良くないと
いう問題もある。他方、特開平０１−１９４４９１号公
報は、銅箔の片面にセラミック溶射層を形成し、この溶
射層と金属基板との間に炭素繊維基材プリプレグ（ＣＦ
ＲＰ）を介在させることにより、金属基板とセラミック
層を張り合わせ、金属基板上にセラミック絶縁層を介し
て銅箔を張り合わせるようにする技術を開示している。
しかし、ＣＦＲＰの熱伝導率は０．０５〜０．０１５
（単位cal / cm・s ・℃）であって、ガラス繊維基材プ
リプレグの０．００１よりは良いが、アルミナの０．０
７〜０．１よりは劣り、かつ、プリプレグであるために
厚みが０．０６mm以上となり、十分な効果が得られな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
セラミック絶縁層の長所を損なうことなく、その金属へ
の密着性を改善した表面金属絶縁基板およびその製造方
法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明は、以下の〜のような構成をとる
ようにしている。片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性のセ
ラミックからなる絶縁層が形成された金属材（金属基板
または金属箔）と、片面に接着用樹脂層が形成された金
属材（金属基板または金属箔）とを、互いの絶縁層と樹
脂層とを張り合わせることにより一体化するようにする
とともに、前記両金属材の少なくとも一方は金属箔とす
るのである。

【０００９】少なくとも一方が金属箔からなり、そ
れぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性
のセラミックからなる絶縁層が形成されている金属材２
枚を、互いの絶縁層を接着材層を介して圧着することに
より一体化させるようにする。なお、上記の、の場
合、絶縁層に絶縁材を予め含浸しておくことは有用であ
るし、さらに、絶縁層表面における含浸絶縁材を除去す
ることも有用である。また、絶縁層と絶縁性樹脂層の圧
着が真空雰囲気中での熱圧着であったり、樹脂層に良熱
伝導性フィラーを予め含ませておくことも有用である。

【００１０】少なくとも一方が金属箔からなり、そ
れぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性
のセラミックからなる絶縁層が形成されているとともに
両絶縁層にはそれぞれ接着性絶縁材が含浸されている金
属材２枚を、互いの絶縁層を圧着することにより一体化
させるようにする。図１は、この発明にかかる表面金属
絶縁基板のうちのひとつのタイプのものを得る工程を示
している。

【００１１】図１（ａ）にみるように、まずアルミニウ
ムからなる金属基板１にアルミナを例えば２０〜２００
ｋＶの出力でプラズマ溶射してセラミック絶縁層２を形
成する。金属基板としては、耐食性、熱伝導性の点から
上述のアルミ板が好ましいが、用途（機械的強度、電磁
波シールド性等）によっては、メッキ鋼板、ステンレス
鋼板、クラッド板、銅板、合金板（インバー、４２アロ
イ等）なども使用可能であり、これら以外であっても良
い。セラミックの溶射法は、炎溶射法、アーク溶射法、
プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射
法等が使用できるが、素材と溶射粉末との結合力が強い
と言う点でプラズマ溶射法が好ましい。溶射粉末は、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＢｅＯ、ＭｇＯ、スピンネル、ム
ライト、ＳｉＣ、ＡｌＮ、窒化ホウ素などの熱伝導性の
良い無機物を用いることができ、特にアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）が好ましいが、これら以外であっても良い。その
粒径は１〜１００μｍ程度が好ましい。溶射されたアル
ミナ層には気孔が多くあり、その気孔率は５〜１５ｖｏ
ｌ％程度である。アルミナ層の厚みは、３０〜３００μ
ｍ、普通は３０〜２００μｍ程度が良い。それより厚い
とクラックが発生して耐電圧の劣化を起しやすく、それ
より薄いと絶縁信頼性が低下するからである。なお、減
圧プラズマ溶射法によれば、前記よりも薄いが緻密な膜
を得ることができる。

【００１２】前記気孔は、水などが存在すると、耐電圧
等の絶縁性を著しく劣化させる。したがって、この気孔
をエポキシ樹脂等の絶縁材で封孔するようにするのが良
い。封孔に用いる絶縁材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂が適当であるが、この他に、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、メ
ラミン樹脂、フッ素樹脂等があり、無機系では金属アル
コキシキレート、低融点ガラス等があるが、これらに限
定されるものではない。封孔する絶縁材は、気孔への含
浸性の良いことが要求されるので、低粘度で、浸透性の
あるものが選ばれる。含浸性をより良くするために、セ
ラミック層をカップリング剤で表面処理しておくのが良
い。含浸は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプ
レー法、ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の
塗布法、ドクターブレード法、カーテンコータ法等によ
ることができる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層
２の気孔の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱に
より付着水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材
は、短時間で十分に含浸される。必要があればＢステー
ジ状態（半効果）等とするために加熱することもある。

【００１３】次に、図１（ａ）にみるように、別の金属
材（銅箔等の金属箔）３の表面にエポキシ樹脂等による
絶縁性の接着用樹脂層４を形成する。エポキシ樹脂等の
中にアルミナ等の熱伝導性の良い絶縁性フィラーを混入
しておくのが、熱放散性をより良くする上で好ましい。
フィラーが５０ｖｏｌ％以上充填されていると非常に良
い。このような樹脂としては、一般に、金属箔（金属基
板）との密着力が良いエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
フェノール樹脂、ブチラール樹脂等を用いることができ
る。塗布方法はスプレー法、はけ塗りやローラー塗り等
による塗布法、ドクターブレード法、カーテンコータ
法、押出し（ダイコータ）法等を用いることができる。
樹脂層の厚みは１〜１００μｍが好ましく、より好まし
くは１〜３０μｍである。樹脂層は、樹脂含浸シート
（プリプレグ）よりも薄い膜になる。形成された樹脂層
をＢステージ状態（熱硬化性樹脂の場合）にしてから、
セラミック絶縁層の形成された金属基板（金属箔）１の
絶縁層２と、樹脂層の形成された金属箔（金属基板）３
の樹脂層４を、図１（ｂ）にみるように向かい合わせて
積層し、プレス等で熱圧着する。そうすると、図１
（ｃ）にみるように、表面金属絶縁基板が得られる。こ
の場合にはロールトウロールで連続処理をすることもで
きるが、これらに限定されない。

【００１４】以上では、金属基板側にセラミック層を金
属箔側に樹脂層を形成する場合を中心にして説明した
が、逆に金属箔側にセラミック層を金属基板側に樹脂層
を形成しても、結果は変らず、良好な効果が得られる。
また、両金属材とも金属箔にしてもよい。以下、図２を
参照しながらセラミック層を金属箔側に樹脂層を金属基
材側に形成する場合について具体的に説明する。

【００１５】図２（ａ）にみるように、まず金属箔（例
えば、銅箔）３にアルミナを例えば２０〜２００ｋＶの
出力でプラズマ溶射してセラミック絶縁層２を形成す
る。セラミックの溶射法は、炎溶射法、アーク溶射法、
プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射
法等が使用できるが、素材と溶射粉末との結合力が強い
と言う点でプラズマ溶射法が好ましい。溶射粉末は、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＢｅＯ、ＭｇＯ、スピンネル、ム
ライト、ＳｉＣ、ＡｌＮ、窒化ホウ素などの熱伝導性の
良い無機物を用いることができ、特にアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）が好ましいが、これら以外であっても良い。その
粒径は１〜１００μｍ程度が好ましい。溶射されたアル
ミナ層には気孔が多くあり、その気孔率は５〜１５ｖｏ
ｌ％程度である。アルミナ層の厚みは、３０〜３００μ
ｍ、普通は３０〜２００μｍ程度が良い。それより厚い
とクラックが発生して耐電圧の劣化を起しやすく、それ
より薄いと絶縁信頼性が低下するからである。なお、減
圧プラズマ溶射法によれば、前記よりも薄いが緻密な膜
を得ることができる。

【００１６】前記気孔は、絶縁性を向上させるために絶
縁材で封孔するようにするのが良い。封孔に用いる絶縁
材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が適当で
あるが、この他に、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、メラミン樹脂、フッ素樹
脂等があり、無機系では金属アルコキシキレート、低融
点ガラス等があるが、これらに限定されるものではな
い。封孔する絶縁材は、気孔への含浸性の良いことが要
求されるので、低粘度で、浸透性のあるものが選ばれ
る。含浸性をより良くするために、セラミック絶縁層２
をカップリング剤で表面処理しておくのが良い。含浸
は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプレー法、
ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の塗布法、
ドクターブレード法、カーテンコータ法等によることが
できる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層２の気孔
の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱により付着
水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材は、短時
間で十分に含浸される。必要があればＢステージ状態
（半効果）等とするために加熱することもある。

【００１７】そして、絶縁材を含浸させる場合は、好ま
しくは、さらに以下のようにして、セラミック絶縁層表
面の含浸絶縁材を除去するようにする。熱伝導性の良い
絶縁性フィラーが十分（例えば、５０ｖｏｌ％）に含ま
れた樹脂絶縁材を含浸させた場合は粘度が高すぎて十分
な含浸効果を確保することが出来ない。ただ、十分な含
浸効果を確保するため、熱伝導性の良い絶縁性フィラー
を含有しないか含有量が僅かな場合、絶縁表面に熱伝導
性の良くない層として介在し十分な放熱性の確保を妨げ
る可能性があるため、絶縁層表面における含浸絶縁材を
除去するのである。

【００１８】セラミック絶縁層表面における含浸絶縁材
を除去する場合、例えば、図４にみるように、スキージ
２１でセラミック絶縁層２の上の余分な含浸（樹脂）絶
縁材２０を掻き取り、次に、図５にみるように、含浸絶
縁材２０を溶かす溶剤を含むスポンジローラ２２でセラ
ミック絶縁層表面の凹部２２ａ内の含浸（樹脂）絶縁材
２０を溶かしながら取り除く。その後、圧着前に加熱し
セラミック絶縁層内の含浸（樹脂）絶縁材を必要な程度
まで硬化させてもよい。

【００１９】一方、図２（ａ）にみるうよに、金属基板
１の表面にエポキシ樹脂等による絶縁性の接着用樹脂層
４を形成する。金属基板１としては、耐食性、熱伝導性
の点から上述のアルミ板が好ましいが、用途（機械的強
度、電磁波シールド性等）によっては、メッキ鋼板、ス
テンレス鋼板、クラッド板、銅板、合金板（インバー、
４２アロイ等）なども使用可能であり、これら以外であ
っても良い。エポキシ樹脂等の中にアルミナ等の熱伝導
性の良い絶縁性フィラー（金属系フィラーや無機系フィ
ラー）を混入しておくのが、熱放散性をより良くする上
で好ましい。フィラーが５０ｖｏｌ％以上充填されてい
ると非常に良い。このような樹脂としては、一般に、金
属基板１との密着力が良いエポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂等を用いることが
できる。塗布方法はスプレー法、はけ塗りやローラー塗
り等による塗布法、ドクターブレード法、カーテンコー
タ法、押出し（ダイコータ）法等を用いることができ
る。樹脂層４の厚みは１〜１００μｍが好ましく、より
好ましくは１〜３０μｍである。樹脂層４は、樹脂含浸
シート（プリプレグ）よりも薄い膜になる。形成された
樹脂層をＢステージ状態（熱硬化性樹脂の場合）にして
から、セラミック絶縁層の形成された金属箔３の絶縁層
２と、樹脂層の形成された金属基板１の樹脂層４を、図
２（ｂ）にみるように向かい合わせて積層し、プレス等
で熱圧着する。そうすると、図２（ｃ）にみるように、
表面金属絶縁基板が得られる。この場合にはロールトウ
ロールで連続処理をすることもできるが、これらに限定
されない。

【００２０】なお、図３にセラミック絶縁層表面の含浸
絶縁材を除去する場合の一連の工程を纏めて図示する。
まず、図３（ａ）のように、金属箔３の上にセラミック
絶縁層２を形成し、図３（ｂ）のように、絶縁材を含浸
してから、図３（ｃ）のように、セラミック絶縁層２表
面の絶縁材２０を除去する。一方、図３（ｄ）のよう
に、金属基板１の片面に接着用樹脂層４を形成し、図３
（ｅ）のように、セラミック絶縁層２と接着用樹脂層４
を圧着し、図３（ｆ）にみるように、表面金属絶縁基板
を完成する。なお、セラミック絶縁層表面の絶縁材２０
を除去せず、図３（ｂ）の状態でそのまま圧着すると絶
縁材２０が熱的バリヤ層とある恐れがあるため好ましく
ない。なお、このセラミック絶縁層表面の含浸絶縁材を
圧着前に除去する方法は、金属基板の方に形成されたセ
ラミック絶縁層表面における含浸絶縁材へ適用しても有
効である。

【００２１】この発明の場合、絶縁層２と樹脂層４の圧
着が真空雰囲気中での熱圧着であることが望ましい。こ
の真空雰囲気中での熱圧着方式は、セラミック絶縁層２
に絶縁材を予め含浸せず、金属基板１の片面に形成され
る樹脂層が熱伝導性の良い絶縁性フィラー入りである場
合に特に有効である。勿論、セラミック絶縁層２に絶縁
材を予め含浸する場合にも適用してもよいし、また、セ
ラミック絶縁層が金属基板側に形成される先の場合に適
用することもできる。

【００２２】図２（ｂ）にみるように、絶縁層２と樹脂
層４を重ね合わせ、熱板で軽く押さえた状態で真空プレ
ス内を排気して１〜１０Torr程度とする。これにより、
セラミック絶縁層の気孔部分の空気が抜かれる。そし
て、熱板を加熱し接着用樹脂層が再溶融する温度まで上
昇させ、この状態で加圧し、さらに熱板温度を上昇さ
せ、一定時間キープする。接着用樹脂層がフィラーを多
量に含んでいても溶融し空気の抜かれたセラミック絶縁
層内の隅々まで容易に浸透し硬化する。

【００２３】得られた表面金属絶縁基板が金属基板／フ
ィラー入り極薄樹脂層／セラミック層／金属箔という熱
膨張係数が徐々に変化する構成である場合は、ヒートサ
イクルテストにおいてもセラミック層にクラックが入る
ということもない。樹脂層の熱膨張率はフィラーの添加
量で適当に調整することが出来る。また、セラミック絶
縁層内に、フィラー入りの樹脂が十分に含浸充填される
ため絶縁性、特に破壊電圧特性は良好である。超音波印
加等の格別のアシスト処置を講じる必要がないため非常
に有用な方法である。この場合、セラミック絶縁層内に
予め絶縁材を含浸しておく必要がない。従って、絶縁層
への絶縁材の含浸工程や絶縁層表面の含浸絶縁剤の除去
工程の省略が可能であり、簡単な設備で安価に製造でき
ることにもなるし、比較的短時間で処理でき材料の無駄
も少ない。

【００２４】なお、金属箔側にセラミック絶縁層を形成
する場合は、金属基板側にセラミック絶縁層を形成する
場合よりもヒートサイクルテストにおいてセラミック絶
縁層にクラックが入り難く信頼性が高まる傾向がみられ
る。続いて、この発明にかかる表面金属絶縁基板の別タ
イプのものの製造工程を図６に基づいて詳しく説明す
る。

【００２５】このタイプでは、２枚の金属材（少なくと
も一方は金属箔である）１１、１３の片面に、前記と同
様にして溶射によりセラミック絶縁層１２、１４を形成
しておく。そして、図６（ａ）にみるように、両金属材
１１、１３の絶縁層１２、１４同士を、図６（ｂ）にみ
るように、間に絶縁性の接着材層１５を介して、張り合
わせることにより、図６（ｃ）にみるように、表面金属
絶縁基板が得られる。この接着材層は、シートやフィル
ムでも良いし、図示のものに限らず、一方または両方の
セラミック絶縁層表面に一般的な方法で接着材を塗布す
る等して形成するようにしたものでも良い。圧着した時
に、接着材はセラミック層の気孔内に含浸し、それによ
ってセラミック層が封孔される。このタイプのように、
絶縁層同士を接合させる場合は、セラミック同士の接合
になること（同種材料の接合による効果）と、溶射層表
面の凹凸による効果とで、密着性が極めて良い。なお、
接着材層は、気孔を埋めるに適度な量に設定することに
より、両絶縁層間に存在する接着材層厚みが極く薄くな
り、熱放散性を良くすることができる。この場合も、接
着材は有機系、無機系のどちらでも良く、特に限定され
ない。ただし、前記と同様、気孔内への浸透性がよい物
性のものを選ぶようにする。圧着工程は特に限定されな
いが好ましくは真空成形等による接着材が気孔内に含浸
しやすいものが良い。接着材層の材料等の具体的なもの
としては、図１の樹脂層４と同様の材料の樹脂シートや
樹脂フィルムあるいは樹脂塗布層が挙げられる。

【００２６】つぎに、この発明にかかる表面金属絶縁基
板のさらに別タイプのものの製造工程を図７に基づいて
詳しく説明する。このタイプでも、図７（ａ）にみるよ
うに、２枚の金属材（少なくとも一方は金属箔である）
１１、１３の片面に、前記と同様にして溶射によりセラ
ミック絶縁層１２、１４を形成しておく。そして、図７
（ｂ）にみるように、セラミック絶縁層１２、１４に絶
縁性の接着材（接着性絶縁材）を含浸させる。ついで、
両金属材１１、１３の絶縁層１２、１４同士を圧着で張
り合わせることにより、図７（ｃ）にみるように、表面
金属絶縁基板が得られる。接着材は図１の樹脂層４と同
様の樹脂材が例示される。金属材１１、１３それぞれに
異なる接着材を含浸させるようにしてもよい。含浸方法
は、一般的なスプレー法、はけ塗り法、ローラ塗り法、
ディピング法、ドクターブレード法、カーテンコータ法
等があるが、真空含浸方式が望ましい。

【００２７】図６、７において、絶縁材を含浸させる場
合は、先に述べたように、セラミック絶縁層表面におけ
る含浸絶縁材を除去するようにすることが好ましい。な
お、セラミック層の付着性を向上させるために、前記セ
ラミック溶射に先立って金属材表面に物理的または化学
的粗面化処理を施しておくことが好ましい。物理的粗面
化処理としてはサンドブラスト法があり、化学的粗面化
処理としてはエッチング法がある。しかし、つぎのよう
な方法も好ましく実施される。

【００２８】つまり、金属材表面の粗度が大きすぎる
と、セラミック層接合面がこの影響を受けて凹凸にな
り、ファインなプリント基板を作りにくいという問題が
生じる。以下に述べる方法によれば、セラミックとの密
着力を上げるための金属材表面の粗度を小さくして、し
かも密着力が落ちない。この方法では、金属材表面の表
面積を機械的方法たとえばサンドブラスト等で広げ、つ
ぎに化学的方法たとえばプラズマエッチング等で金属材
表面を活性化して結合力を強めるようにするのである。
これを詳しく述べると、まず、金属材表面を機械的方法
で研磨する。機械的研磨方法としては、例えば、サンド
ブラスト、液体ホーニング等がある。つぎに化学的方法
で研磨する。化学的研磨方法としては、例えば、プラズ
マエッチング、２０重量％程度のＮａＯＨ液でのエッチ
ング、９０重量％程度のリン酸液でのエッチング、クロ
ム酸処理、酸化処理等がある。しかし、機械的方法およ
び化学的方法とも、以上に限定されることはなく、場合
によっては機械的方法か化学的方法のどちらか一方でも
良い。ただし、この場合、表面粗さ（十点平均粗さＲ
ｚ）が１〜２０μｍの範囲となるように研磨することが
重要である。

【００２９】参考のために、板厚３mmのアルミニウム板
の表面を♯３２０のサンドブラスト処理を行い（Ｒｚ
４．６μｍ）、つぎに、その表面にプラズマエッチング
を施したあと、すぐに粒径１０〜３０μｍのアルミナを
用いてプラズマ溶射（溶射条件３０ｋｗ）で厚さ１００
μｍのセラミック絶縁層形成した。・・粗面化方法Ａ。
比較のために、方法Ａにおいて♯３２０のサンドブラス
ト処理を、Ｒｚ２４．６μｍの粗さで行い、それ以外は
方法Ａと同様にした。・・粗面化方法Ｂ。

【００３０】このようにして形成したセラミック絶縁層
の表面粗度を測定すると、以下のようになり、明らかに
差がある。粗面化方法Ａ粗面化方法Ｂ中心平均粗さＲａ２．９５．１十点平均粗さＲｚ１７．０４８．３最大粗さＲmax ２３．８５５．２

【００３１】

【作用】請求項１〜６の発明の場合、少なくとも一方が
金属箔からなり、一方の片面には溶射法により絶縁性が
良好で良熱伝導性のセラミックからなる絶縁層が形成さ
れているとともに他方の片面には接着用樹脂層が形成さ
れている金属材２枚を、互いの絶縁層と樹脂層を圧着す
ることにより一体化させるようにしているため、熱抵抗
が低く、耐電圧が高く、しかも、ピール強度が十分とな
る。

【００３２】請求項７〜９の発明の場合、少なくとも一
方が金属箔からなり、それぞれの片面に溶射法により絶
縁性が良好で良熱伝導性のセラミックからなる絶縁層が
形成されている金属材２枚を、互いの絶縁層を接着材層
を介して圧着するか、少なくとも一方が金属箔からな
り、それぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱
伝導性のセラミックからなる絶縁層が形成されていると
ともに両絶縁層にはそれぞれ接着性絶縁材が含浸されて
いる金属材２枚を、互いの絶縁層を圧着するかにより一
体化させるようにしているため、熱抵抗が低く、耐電圧
が高く、しかも、ピール強度が十分となる。

【００３３】また、この発明における表面金属絶縁基板
は、表面に金属箔を有するため、いわゆるサブトラクト
法による加工で簡単かつ安価に回路形成が行えるという
利点がある。

【００３４】

【実施例】以下にこの発明の実施例を述べるが、この発
明の範囲はこれに限られない。実施例１〜５は請求項１
〜６記載の発明の実施例であり、実施例６は請求項７、
８記載の発明の実施例であり、実施例７は請求項７、９
記載の発明の実施例である。

【００３５】−実施例１− 金属基板としてアルミ板（厚さ２mm）を用い、プラズマ
溶射でアルミ板上に約７０μｍのアルミナ層を形成し、
真空含浸（１〜１０Ｔｏｒｒ、約１時間）でエポキシ樹
脂（東都化成）を含浸した。含浸後アルミナ表面の樹脂
をふきとる。銅箔３５μｍ（三井金属）の表面にロール
コータで約１０μｍの樹脂層を形成し、乾燥してＢステ
ージ状態にした。そして、成形プレスで両者を加熱圧着
する。この場合の条件は１８０℃×８０分、４０kg/cm²
であった。

【００３６】−実施例２− 銅箔表面に塗布するエポキシ樹脂にアルミナフィラー
（粒径０．１〜５μｍ、昭和電工社製）を８５重量％の
割合で混合した。その他は実施例１と同様にした。 −実施例３− 厚さ３５μｍの銅箔（三井金属社製）に約７０μｍの厚
さでアルミナをプラズマ溶射し、このセラミック絶縁層
に真空含浸（１〜１０Ｔｏｒｒ、約１時間）でエポキシ
樹脂を含浸した。含浸後アルミナ表面の樹脂をふきと
り、アルミ板（厚さ２mm）にエポキシ樹脂を約１０μｍ
の厚さで塗布し、乾燥してＢステージ状態にした。そし
て成形プレスで両者を加熱圧着した。その条件は１８０
℃×８０分、４０kg/cm²であった。

【００３７】さらに、図４および図５に示すように、ス
キージおよびスポンジローラで含浸樹脂（絶縁材）を除
去するようにして表面金属絶縁基板を得る実施例４を示
す。 −実施例４− 厚さ３５μｍの銅箔（三井金属社製３ＥＣ）の凹凸面
（マット面）側に１０〜３０μｍのアルミナを用いて
（３０ｋＶで）プラズマ溶射を行い、厚み１００μｍの
セラミック絶縁層を形成した。

【００３８】セラミック絶縁層に真空含浸（１０Ｔｏｒ
ｒ、約１０時間）でエポキシ樹脂を含浸した。その後、
１００℃、２０分乾燥した。樹脂がゲル化された絶縁層
表面の不用の樹脂をスキージで掻き取り、ついで、メチ
ルエチルケトンを含んだスポンジローラで凹部内の樹脂
を取り除いた。その後、１８０℃で１時間硬化処理し
た。

【００３９】一方、厚み３ｍｍのアルミ板にアルミナフ
ィラー６５ｖｏｌ％添加のエポキシ接着材をスクリーン
印刷法により厚み３０μｍで印刷した。溶剤を飛散させ
てから１５０℃で２０分乾燥させた。セラミック絶縁層
を形成した銅箔と接着材層を塗布したアルミ板をプレス
で熱圧着し表面金属絶縁基板を得た。プレス条件は８０
ｋｇ／ｃｍ²、１８０℃、１時間である。なお、この表
面金属絶縁基板の耐電圧は６．３４ｋＶであった。ま
た、熱抵抗は０．４７℃／Ｗであった。

【００４０】さらに、圧着を真空雰囲気で行って表面金
属絶縁基板を得るようにした実施例５を示す。 −実施例５− 厚さ３５μｍの銅箔（三井金属社製３ＥＣ）の凹凸面
（マット面）側に５〜２５μｍのアルミナを用いてプラ
ズマ溶射を行い、厚み１００μｍのセラミック絶縁層を
形成した。

【００４１】一方、アルミ板（厚み０．５〜３ｍｍ程
度）にアルミナフィラー（平均粒径５〜３０μｍ程度）
を５０〜７５ｖｏｌ％程度添加のペースト状エポキシ接
着材をスクリーン印刷法により厚み１０〜２０μｍ程度
で印刷した。印刷後、溶剤を飛散させてから１５０℃で
３〜５分程度乾燥させＢステージ状態とした。セラミッ
ク絶縁層形成面と接着材層形成面を対面させて重ね合わ
せ、真空プレス内にセットした。熱板で軽く押さえた状
態で真空プレス内を１〜１０Ｔｏｒｒ程度に排気し、つ
いで、熱板を加熱し接着材が再溶融する温度１５０〜１
６０℃程度まで上昇させ、この状態で加圧（４０〜７０
ｋｇ／ｃｍ²）し、さらに温度を１８０℃まで上昇さ
せ、３０〜４０分キープすることにより接着材を硬化さ
せ一体化して表面金属絶縁基板を得た。

【００４２】−比較例１− 銅箔の表面に樹脂を塗布する代りにエポキシ樹脂シート
（厚さ４０μｍ）を貼り付けた。アルミナ溶射層の厚み
を５０μｍとして、樹脂による封孔を止め、溶射後にア
ルミナ溶射層内の水分を乾燥により除去した後、直ちに
一体化のための成形をした。その他は実施例１と同じで
ある。

【００４３】−比較例２− ガラスエポキシプリプレグ１００μｍ、銅箔３５μｍ、
アルミ板２mmの一体化からなる金属基板（松下電工製）
を比較例とした。性能比較のため、実施例１〜３および
比較例１、２の表面金属絶縁基板の性能を試験した結果
を、表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】−実施例６− アルミ板（板厚２mm）の片面にサンドブラストとエッチ
ングにより細かな凹凸をつける。（粗面化）表面処理したアルミ板と電解銅箔（片面粗面化済）の粗
面化面に各々約４０μｍのアルミナ層をプラズマ溶射す
る。アルミナの粒径は約１〜１０μｍ。この両者の間に
約１５μｍエポキシ樹脂のシートをはさんで真空成形機
により熱圧着することにより、表面金属絶縁基板を得
た。条件は、真空１〜５Ｔｏｒｒ、圧力６０kg／cm、温
度１８０℃×１２０分間である。

【００４６】−実施例７− アルミナ層形成後熱硬化性のポリイミド樹脂を真空含浸
し（真空含浸は１〜５Ｔｏｒｒで約一時間）、表面の余
分な樹脂をスキージ、ローラで取り除き、Ｂステージ状
態に乾燥させてから、成形機で圧着させる（条件：４０
kg／cm、温度１９０℃×１２０分）ようにした他は実施
例１と同じである。

【００４７】−比較例３− 電解銅箔の方だけに約８０μｍアルミナ層をプラズマ溶
射し実施例３と同様の方法で真空含浸し、表面の余分な
樹脂を取り除き、アルミ板に圧着させた他は、実施例４
と同様にした。 −比較例４− ガラスエポキシプリプレグ６０μｍを間に入れて圧着さ
せた。それ以外は比較例３と同じ。

【００４８】評価結果を表２に示す。評価項目は耐電
圧、熱抵抗、ピール強度で測定方法は、ＪＩＳに準じ
る。

【００４９】

【表２】

【００５０】表１、２のデータから、実施例の表面金属
絶縁基板は、熱抵抗特性、耐圧特性およびピール強度の
いずれの点でも十分に満足のできるものとなっているこ
とがよく分かる。

【００５１】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されるた
め、従来の金属基板では得られなかった高度の熱放散性
を有し、しかも絶縁性にすぐれ、密着力も良好な金属基
板を提供することができる。この発明にかかる表面金属
絶縁基板の製造方法では、両金属材の少なくとも一方に
金属箔を用いているので、従来のごとく、後でペースト
塗布、めっきなど煩雑な工程を経て、金属箔を張ったり
する必要がない。そのため、容易に安価に表面金属絶縁
基板を製造できる。そして、その熱放散性は、セラミッ
ク溶射層単体と同程度のものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の発明の製造工程の一例を説明す
る概略断面図である。

【図２】請求項２記載の発明の製造工程の他の例を説明
する概略断面図である。

【図３】請求項４記載の発明の製造工程の一例を説明す
る概略断面図である。

【図４】絶縁層表面の含浸絶縁材の除去工程を説明する
概略断面図である。

【図５】絶縁層表面の含浸絶縁材の除去工程を説明する
概略断面図である。

【図６】請求項８記載の発明の製造工程の一例を説明す
る概略断面図である。

【図７】請求項９記載の発明の製造工程の一例を説明す
る概略断面図である。

【符号の説明】

１、１１金属基板２、１２、１４セラミック絶縁層３、１３金属箔４接着用樹脂層１５接着材層

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】前記気孔は、水などが存在すると、耐電圧
等の絶縁性を著しく劣化させる。したがって、この気孔
をエポキシ樹脂等の絶縁材で封孔するようにするのが良
い。封孔に用いる絶縁材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂が適当であるが、この他に、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、メ
ラミン樹脂、フッ素樹脂等があり、無機系では金属アル
コキシキレート、低融点ガラス等があるが、これらに限
定されるものではない。封孔する絶縁材は、気孔への含
浸性の良いことが要求されるので、低粘度で、浸透性の
あるものが選ばれる。含浸性をより良くするために、セ
ラミック層をカップリング剤で表面処理しておくのが良
い。含浸は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプ
レー法、ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の
塗布法、ドクターブレード法、カーテンコータ法等によ
ることができる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層
２の気孔の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱に
より付着水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材
は、短時間で十分に含浸される。必要があればＢステー
ジ状態（半硬化）等とするために加熱することもある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】前記気孔は、絶縁性を向上させるために絶
縁材で封孔するようにするのが良い。封孔に用いる絶縁
材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が適当で
あるが、この他に、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、メラミン樹脂、フッ素樹
脂等があり、無機系では金属アルコキシキレート、低融
点ガラス等があるが、これらに限定されるものではな
い。封孔する絶縁材は、気孔への含浸性の良いことが要
求されるので、低粘度で、浸透性のあるものが選ばれ
る。含浸性をより良くするために、セラミック絶縁層２
をカップリング剤で表面処理しておくのが良い。含浸
は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプレー法、
ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の塗布法、
ドクターブレード法、カーテンコータ法等によることが
できる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層２の気孔
の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱により付着
水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材は、短時
間で十分に含浸される。必要があればＢステージ状態
（半硬化）等とするために加熱することもある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】セラミック絶縁層表面における含浸絶縁材
を除去する場合、例えば、図４にみるように、スキージ
２１でセラミック絶縁層２の上の余分な含浸（樹脂）絶
縁材２０を掻き取り、次に、図５にみるように、含浸絶
縁材２０を溶かす溶剤を含むスポンジローラ２２でセラ
ミック絶縁層表面の凹部２２ａ内の含浸絶縁材２０を溶
かしながら取り除く。その後、圧着前に加熱しセラミッ
ク絶縁層内の含浸絶縁材を必要な程度まで硬化させても
よい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】なお、図３にセラミック絶縁層表面の含浸
絶縁材を除去する場合の一連の工程を纏めて図示する。
まず、図３（ａ）のように、金属箔３の上にセラミック
絶縁層２を形成し、図３（ｂ）のように、絶縁材を含浸
してから、図３（ｃ）のように、セラミック絶縁層２表
面の絶縁材２０を除去する。一方、図３（ｄ）のよう
に、金属基板１の片面に接着用樹脂層４を形成し、図３
（ｅ）のように、セラミック絶縁層２と接着用樹脂層４
を圧着し、図３（ｆ）にみるように、表面金属絶縁基板
を完成する。なお、セラミック絶縁層表面の絶縁材２０
を除去せず、図３（ｂ）の状態でそのまま圧着すると絶
縁材２０が熱的バリヤ層となる恐れがあるため好ましく
ない。なお、このセラミック絶縁層表面の含浸絶縁材を
圧着前に除去する方法は、金属基板の方に形成されたセ
ラミック絶縁層表面における含浸絶縁材へ適用しても有
効である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱
伝導性のセラミックからなる絶縁層が形成された金属材
と、片面に接着用樹脂層が形成された金属材とが、互い
の絶縁層と樹脂層とを張り合わせることにより一体化さ
れてなり、前記両金属材の少なくとも一方が金属箔から
なる表面金属絶縁基板。
【請求項２】少なくとも一方が金属箔からなり、一方
の片面には溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性のセ
ラミックからなる絶縁層が形成されているとともに他方
の片面には接着用樹脂層が形成されている金属材２枚
を、互いの絶縁層と樹脂層を圧着することにより一体化
させる表面金属絶縁基板の製造方法。
【請求項３】絶縁層には絶縁材が含浸されている請求
項１または２記載の表面金属絶縁基板またはその製造方
法。
【請求項４】絶縁層表面における含浸絶縁材は除去さ
れている請求項３記載の表面金属絶縁基板またはその製
造方法。
【請求項５】絶縁層と樹脂層の圧着が真空雰囲気中で
の熱圧着である請求項２から４までのいずれかに記載の
表面金属絶縁基板またはその製造方法。
【請求項６】樹脂層が良熱伝導性のフィラーを含む請
求項１から５までのいずれかに記載の表面金属絶縁基板
またはその製造方法。
【請求項７】片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱
伝導性のセラミックからなる絶縁層が形成された金属材
２枚が互いの絶縁層を張り合わせることにより一体化さ
れてなり、前記両金属材の少なくとも一方が金属箔から
なる表面金属絶縁基板。
【請求項８】少なくとも一方が金属箔からなり、それ
ぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性の
セラミックからなる絶縁層が形成されている金属材２枚
を、互いの絶縁層を接着層を介して圧着することにより
一体化させる表面金属絶縁基板の製造方法。
【請求項９】少なくとも一方が金属箔からなり、それ
ぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性の
セラミックからなる絶縁層が形成されているとともに両
絶縁層にはそれぞれ接着性絶縁材が含浸されている金属
材２枚を、互いの絶縁層を圧着することにより一体化さ
せる表面金属絶縁基板の製造方法。