JPH10273592A - 熱伝導性に優れた組成物及び金属ベ−スプリント基板 - Google Patents
熱伝導性に優れた組成物及び金属ベ−スプリント基板Info
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Abstract
金属ベ−スプリント基板を提供する。 【構成】 非結晶性のポリイミドをポリイミドとして使
用し、無機充填材を高濃度で含有する電気絶縁性ポリイ
ミド組成物、および二層の金属箔をこのポリイミド組成
物で接合した熱伝導性に優れた金属ベ−スプリント基板
に関する。
Description
おいて普及しつつある、金属ベ−スプリント基板などに
好適な熱伝導性の優れた電気絶縁性ポリイミド組成物及
び熱伝導性に優れた金属ベ−スプリント基板に関する。
主としてプリント配線基板用の基材として使用されてい
る。近年においてプリント配線基板を使用した電子機器
が小型化、高密度化されるに伴い、部品・素子の高密度
実装が可能なポリイミド金属箔積層板の利用が増大して
いる。更に、高密度実装に伴い、部品・素子に発生する
熱の放熱性を高めるために、熱伝導性の優れたポリイミ
ド系金属ベ−スプリント基板の要望が高まっている。こ
の放熱性を高めるために金属層にアルミニウム板などの
熱伝導率の高い金属ベ−ス板を使用する試みがなされて
いる。しかしながら二層の金属箔の層間に熱伝導率の低
いポリイミド層を絶縁層として使用しているため、ポリ
イミド層の伝熱抵抗により放熱性は効率の良いものでは
なかった。
ラ−を充填したポリイミド層を使用する検討もなされて
いる。しかしながら、このようなフィラ−を充填したポ
リイミドは金属箔との接着性が悪いために、ポリイミド
層と金属箔層とをエポキシ樹脂などの接着剤を用いて貼
り合わせる方法がとれれていた。このようにして製造さ
れた金属ベ−スプリント基板は耐熱性、耐薬品性、電気
的特性は使用される接着剤の特性に支配され、ポリイミ
ドの特性が十分に活かされず、特に耐熱性の点で十分な
ものではなかった。
ント基板の欠点を克服するために、金属箔上にポリイミ
ド溶液またはポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液
を直接流延塗布することにより、通常の接着剤層を有し
ない、絶縁層が全てポリイミド層からなる金属ベ−スプ
リント基板を得ようとする試みがなされている。また、
ポリイミドフィルムの片面または両面に接着性を有する
ポリイミド前駆体を積層し、このポリイミド前駆体を金
属箔とを重ね合わせ加熱圧着して、同様な絶縁層が全て
ポリイミド層からなる金属ベ−スプリント基板を得よう
とする試みもなされている。さらに、ポリイミドフィル
ムの両面に熱可塑性ポリイミドを積層し、このポリイミ
ド前駆体を金属箔と加熱圧着する方法も試みられてい
る。
のようにフィラ−を充填したポリイミド層を形成する場
合には接着性が認められず、接着剤を使用する方法しか
実用的でなかった。
属ベ−スプリント基板の需要が拡大するに伴い、熱伝導
性に優れたポリイミド層を絶縁層とした金属ベ−スプリ
ント基板の要望が高まってきており、この要望に対し
て、加熱圧着により金属箔との接着性が良好で、熱伝導
性の優れた電気絶縁性ポリイミド組成物、及び熱伝導性
の優れた金属ベ−スプリント基板を提供することであ
る。
た結果、特定のポリイミドを使用することによって、熱
伝導性が高く、絶縁性に優れた無機フィラ−を充填して
も金属箔との接着を加熱圧着によって容易に成しえるこ
とを見い出し、本発明を完成した。
性の芳香族ポリイミドに、熱伝導性の向上に有効な充填
材を含有してなる熱伝導性の優れた電気絶縁性ポリイミ
ド組成物に関する。
芳香族ポリイミドに、熱伝導性の向上に有効な充填材を
含有してなる熱伝導性の優れた電気絶縁性ポリイミド組
成物からなる絶縁膜によって二層の金属箔を接合してな
る熱伝導性に優れた金属ベ−スプリント基板に関する。
着性の芳香族ポリイミドを使用することが必要である。
非結晶性とはX線回折スペクトルについてル−ランド法
による解析で実質的に結晶性が認められないもの、好適
には結晶化度が5%未満、特に3%以下のもの、その中
でも特に1%以下のものが好適である。非結晶性で熱融
着性ではないポリイミドを使用すると、熱伝導性の向上
に有効な充填材を含有させた電気絶縁性ポリイミド組成
物が粉末化し絶縁膜を形成することが困難になる。
ミドに使用することができるテトラカルボン酸二無水物
類(酸、酸二無水物、酸エステル)としては、2,3,
3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物類が
最も好ましいが、2,2−ビス(3、4−ジカルボキシ
フェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボ
キシフェニル)エ−テル二無水物、これらの酸、酸エス
テルが挙げられる。これらの酸の一部をピロメリット酸
二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物によって置き換えられてもよ
い。
することができる芳香族ジアミンとしては、1,3−ビ
ス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス
(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、3,3’−ジアミ
ノジフェニルエ−テル、3,3’−ジアミノベンゾフェ
ノン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、
1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,
4’−ビス(3−アミノフェニル)ジフェニルエ−テ
ル、4,4’−ビス(3−アミノフェニル)ジフェニル
メタン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ジフ
ェニルエ−テル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキ
シ)ジフェニルメタン、2,2−ビス〔3−(アミノフ
ェノキシ)フェニル〕プロパンなどの複数のベンゼン環
とO、CH2、C(CH3 )2 、O(Bz)O(Bz:
ベンゼン)、(Bz)O(Bz)などの基を分子主鎖中
に有する柔軟な構造でジアミンがメタ位にある芳香族ジ
アミンが好適に使用される。
成分を使用し、好適にはテトラカルボン酸二無水物を過
剰の条件下、もしくはジカルボン酸無水物でジアミン末
端を封止する条件下で有機溶媒中で反応させてポリアミ
ック酸の溶液(均一な溶液状態が保たれていれば一部が
イミド化されていてもよい)とする。ポリイミドのアミ
ン末端を封止するためのジカルボン酸無水物、例えば、
無水フタル酸およびその置換体、ヘキサヒドロ無水フタ
ル酸およびその置換体、無水コハク酸およびその置換体
などを使用してもよい。
ためには、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメ
チルアセトアミドなどの有機溶媒中、好適には20〜6
0℃の反応温度で、ジアミン(アミノ基のモル数とし
て)の使用量が酸無水物の全モル数(テトラ酸二無水物
とジカルボン酸無水物の酸無水物基としての総モルとし
て)に対する比として、好ましくは0.9〜1.0、特
に0.98〜1.0、そのなかでも特に0.99〜1.
0であり、末端ジアミンを封止するジカルボン酸無水物
の使用量がテトラカルボン酸二無水物の酸無水物基モル
量に対する比として、好ましくは0.05以下、特に
0.0001〜0.02であるような割合の各成分を反
応させることが好ましい。
の使用割合が前記の範囲外であると、得られるポリアミ
ック酸、従ってポリイミドの分子量が小さく、ポリイミ
ド自体の強度および金属箔との剥離強度の低下をもたら
す。また、特にジアミン成分過剰の条件では、ポリアミ
ック酸の環化イミド化あるいは溶媒の除去の際に劣化な
どを生じ、剥離強度の低下をもたらす傾向がある。この
発明において使用される非結晶性で熱融着性のポリイミ
ドとしては、ηinh〔N−メチル−2−ピロリドン中
0.5g/dl(30℃)〕が0.5以上、特に0.5
〜3であるものが好ましい。
性の芳香族ポリイミドが、芳香族テトラカルボン酸成分
として2,3,3’4’−ビフェニルテトラカルボン
酸、酸のエステルまたは酸二無水物と、ジアミンとして
主鎖中に少なくとも1つのエ−テル結合を有し且つエ−
テル結合を介してフェニル基を少なくとも2つ有する芳
香族ジアミンとから重合、イミド化されたポリイミドが
好ましい。
う一方の熱伝導性の向上に有効な充填材としては結晶性
シリカ粉末、窒化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒
化ホウ素、アルミナ粉末、酸化マグネシウム粉末、炭化
珪素粉末またはこれらの混合物を代表例として挙げるこ
とができる。
ては組成物全体100重量%中、ポリイミドが5〜50
重量%に対して充填材が50〜95重量%が好ましい。
より好ましくはポリイミドが10〜45重量%に対して
充填材が55〜90重量%であることが熱伝導性が高く
好ましい。
熱伝導性を向上させるのに有効な充填材の充填方法とし
ては、特に限定されないが、具体例としては、予め重合
されたポリイミド前駆体であるポリアミド酸の有機溶媒
溶液中に充填材の粉末を所定量容器に配合し、ホモミキ
サ−等の攪拌機により攪拌混合する方法、あるいはポリ
アミド酸を重合する際に予め重合溶媒中に充填材を分散
させておいて、この充填材分散溶媒中でポリアミド酸を
重合し、混合する方法などを挙げることができる。
は特に限定されないが、通常5〜150μm、好ましく
は8〜50μmである。
記の熱伝導性の優れた電気絶縁性ポリイミド組成物から
なる絶縁膜によって二層の金属箔を接合してなる。ここ
で、二層の金属箔の一層は回路用(導電性)の金属箔、
好適には銅箔であり、もう一方の金属箔がベ−ス基板用
の金属箔(板といわれるものも含む)、好適には銅箔、
アルミニウム箔、ステンレス箔または鉄箔である。
制限はないが、回路用(導電性)金属箔用としては3〜
175μmのもの、好ましくは8〜105μmのものが
使用され、ベ−ス基板用の金属箔(板)用としては50
〜3000μmのものが好適に使用される。また、この
金属箔のポリイミドと接着される表面の表面粗さについ
ては特に限定されないが、JIS B O6O1(表面
粗さの定義と表示)における、中心線平均粗さ(以下R
aと記載する)および十点平均粗さ(以下Rzと記載す
る)で表示されるところの値が、Raについては0.1
μm未満、Rzについては1.00μm未満であるもの
が特に効果が大きく好ましい。その中でも特にこれらの
条件を同時に満足するものが好ましい。
表面に金属単体やその酸化物などの無機物塗膜したり、
あるいはアミノシラン、エポキシシランなどのカップリ
ング剤で処理したり、あるいはサンドプラスト処理、ホ
−リング処理、コロナ処理、プラズマ処理、エッチング
処理などの処理を施したものを使用することも可能であ
る。
の表面にホ−ニング処理、コロナ処理、プラズマ処理、
エッチング処理などの処理を施してもよい。
方法としては特に限定はされないが、具体的な例として
は、予め充填材を充填したポリイミド前駆体であるポリ
アミド酸ド−プをフィルム化し、加熱または化学イミド
化処理したフィルムを製造し、次にこのポリイミドフィ
ルムを金属箔にサンドイッチ状に挟み込み加熱プレスで
加熱圧着する方法や一方の金属箔に充填材を充填したポ
リイミド前駆体であるポリアミック酸ド−プを塗布し、
加熱して乾燥、イミド化した後、もう一方の金属箔を加
熱圧着する方法などを挙げることができる。前記のイミ
ド化は、前述のようにして塗布したポリアミック酸ド−
プを150〜250℃に加熱するか、またはイミド化剤
を添加して150℃以下、特に15〜50℃の温度で反
応させて、イミド環化することが好ましい。
コンマコ−タ−、ナイフコ−タ−、ロ−ルコ−タ−、リ
バ−スコ−タ−、ダイコ−タ−、グラビアコ−タ−、ワ
イヤ−バ−等公知の塗布装置を使用することができる。
また、加熱方法は熱風、熱窒素、遠赤外線、高周波誘導
加熱など公知の方法を挙げることができる。
用されるポリイミド層のガラス転移点以上にすることが
好ましい。具体的には250〜350℃の温度範囲が好
ましい。これ以下の条件では充分な接着強度が得られな
いし、この温度より高いと接着時に気泡をかみ込む傾向
がある。
ルアセトアミドを200ml仕込み、このジメチルアセ
トアミド中に窒化アルミニウムの粉体を102.7g仕
込み超音波分散器に15分間かけて窒化アルミニウムを
一次粒子に分散処理した後、攪拌翼を取り付けて攪拌を
行いながら1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベン
ゼン21.929g仕込み、10分間攪拌を行った後、
2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸ジ無
水物22.071gを仕込んだ。3時間反応を行い、ポ
リイミド前駆体であるポリアミド酸(ポリアミック酸)
の窒化アルミニウム含有ド−プを得た。このド−プ中の
窒化アルミニウムの含量はポリイミド組成物中69.5
重量%となる。このポリアミック酸ド−プを40μmの
フィルタ−を用いて5kg/cm2 の加圧下で窒化アル
ミニウムの凝集物を濾別した。得られたド−プの粘度は
900ポイズであった。
上に35μmの厚さでコ−ティングし、250℃の熱風
条件下でイミド化を行った。得られたアルミニウム箔上
にコ−ティングされた窒化アルミニウムを含有するポリ
イミド層(厚さ25μm)は均一にアルミニウム箔上に
接着されたものであった。さらに、ポリイミド層がコ−
ティングされているにもかかわらず、この積層体はソリ
の全くないものであった。なお、このポリイミドについ
て別途測定したX線回折法(広角X線法)によるル−ラ
ンド法での結晶化度は0%で、ηinh〔N−メチル−
2−ピロリドン中、0.5g/dl(30℃)〕が0.
7で、ガラス転移点(Tg、)は250℃であった。次
いでこのアルミニウム箔上にコ−ティングされたポリイ
ミド層上に35μmの電解銅箔(福田金属株式会社製)
をホットプレスで320℃の温度条件で圧着した。この
ようにして得られアルミニウム金属ベ−スプリント基板
について、金属箔/ポリイミド界面のピ−ル強度(18
0°剥離法により、引張り強度試験機を使用して常温で
測定)を測定した。結果を表1に示す。またこの実施例
のポリアミド酸ド−プを使用して、厚さ40μmのフィ
ルムを作成し、このフィルムの熱伝導率を京都電子工業
株式会社製の迅速熱伝導率計を使用して測定した。結果
を表1に示す。
例1と同様な操作によりポリイミド組成物中に窒化アル
ミニウムが60重量%含有する組成となるポリアミック
酸ド−プを得た。このド−プの粘度は820ポイズであ
った。このド−プを使用して実施例1に記載と同様の方
法によって金属ベ−スプリント基板を作成した。結果を
表1に示す。
実施例1と同様の操作により、ポリイミド層に窒化珪素
を70wt%含有するポリイミド層を有する金属ベ−ス
プリント基板を作成した。評価結果を表1に示す。
属箔として厚さ150μmのステンレス箔(SUS−3
04)を用い、このステンレス箔上にポリアミド酸ド−
プをコ−トし、実施例1と同様の条件によりステンレス
箔上にポリイミド層を形成した。これに銅箔を実施例1
と同様の条件で圧着し、ステンレスをベ−ス金属とした
プリント基板を得た。結果を表1に示す。
ルエ−テルを使用した以外は実施例1と同様の操作によ
り窒化アルミニウムを含有したポリイミド層を有する金
属ベ−スプリント基板を作成した。結果を表1に示す。
属箔として厚さ500μmの銅箔を用い、この銅箔箔上
にポリアミド酸ド−プをコ−トし、実施例1と同様の条
件により銅箔箔上にポリイミド層を形成した。これに銅
箔を実施例1と同様の条件で圧着し、銅箔をベ−ス金属
としたプリント基板を得た。結果を表1に示す。
ェニルテトラカルボン酸ジ無水物、ジアミンとしてパラ
フェニレンジアミンを使用した以外は実施例1と同様に
してポリイミド組成物を調製した。組成物は粉末化し絶
縁膜を形成できなかった。この組成物層を使用した他は
同様の操作によって金属ベ−スプリント基板を作成し
た。この金属ベ−スプリント基板の金属箔/ポリイミド
層のピ−ル強度を測定した。結果を表1に示す。
ェニルテトラカルボン酸ジ無水物、ジアミンとして4,
4’−ジアミノジフェニルエ−テルを使用した他は実施
例1と同様にしてポリイミド組成物を調製した。組成物
は粉末化し絶縁膜を形成できなかった。この組成物層を
使用した他は同様の操作によって金属ベ−スプリント基
板を作成した。この金属ベ−スプリント基板の金属箔/
ポリイミド層のピ−ル強度を測定した。結果を表1に示
す。
ンを使用した以外は実施例1と同様の操作により金属ベ
−スプリント基板を作成し、金属箔/ポリイミド層のピ
−ル強度を測定した。結果を表1に示す。
合方法により、窒化アルミニウムを含有しないポリアミ
ド酸ド−プを調製し、このド−プを使用して、ガラス板
上でキャスティングフィルムを作成した。このフィルム
を250℃の温度条件でイミド化してポリイミドフィル
ムを得た。このポリイミドフィルムの熱伝導率を実施例
1と同様の方法により測定した。結果を表1に示す。
同様な操作によりポリイミド組成物中に窒化アルミニウ
ムが85重量%含有する組成となるポリアミック酸ド−
プを得た。このド−プを使用して実施例1に記載と同様
の方法によって金属ベ−スプリント基板を作成した。こ
の金属ベ−スプリント基板の金属箔/ポリイミド界面の
ピ−ル強度は1.1kg/cmであり前記の各実施例の
ものより大幅に良好な熱伝導率を示す。
曲げ加工した。Rを3mm〜5mmに折り曲げても、い
ずれも回路用の銅箔の破断や絶縁膜層の剥離が認められ
ず、折り曲げ加工を行うことができた。
箔との熱融着性が良好で、熱伝導性の優れた電気絶縁性
ポリイミド組成物を得ることができる。
ポリイミド層によって強固に接着し、熱伝導性に優れた
金属ベ−スプリント基板を得ることができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 非結晶性で熱融着性の芳香族ポリイミド
に、熱伝導性の向上に有効な充填材を含有してなる熱伝
導性の優れた電気絶縁性ポリイミド組成物。 - 【請求項2】 非結晶性で熱融着性の芳香族ポリイミド
が、芳香族テトラカルボン酸成分として2,3,3’
4’−ビフェニルテトラカルボン酸、酸のエステルまた
は酸二無水物と、ジアミンとして主鎖中に少なくとも1
つのエ−テル結合およびエ−テル結合を介したフェニル
基を少なくとも2つ有する芳香族ジアミンとから重合、
イミド化されたポリイミドである請求項1記載の熱伝導
性の優れた電気絶縁性ポリイミド組成物。 - 【請求項3】 電気絶縁性ポリイミド組成物に含有され
る熱伝導性の向上に有効な充填材が結晶性シリカ粉末、
窒化珪素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素、ア
ルミナ粉末、酸化マグネシウム粉末、炭化珪素粉末また
はこれらの混合物である請求項1に記載の熱伝導性の優
れた電気絶縁性ポリイミド組成物。 - 【請求項4】 請求項1に記載の熱伝導性の優れた電気
絶縁性ポリイミド組成物からなる絶縁膜によって二層の
金属箔を接合してなる熱伝導性に優れた金属ベ−スプリ
ント基板。 - 【請求項5】 二層の金属箔の一層が回路用の銅箔であ
り、もう一方の層がベ−ス基板用のアルミニウム箔、ス
テンレス箔、銅箔または鉄箔で構成された請求項4に記
載の熱伝導性に優れた金属ベ−スプリント基板。 - 【請求項6】 ポリイミド組成物に含有される熱伝導性
の向上に有効な充填材が結晶性シリカ粉末、窒化珪素粉
末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素、アルミナ粉
末、酸化マグネシウム粉末、炭化珪素粉末またはこれら
の混合物である請求項4に記載の熱伝導性に優れた金属
ベ−スプリント基板。 - 【請求項7】 可とう性があって折り曲げ可能である請
求項4乃至6に記載の熱伝導性に優れた金属ベ−スプリ
ント基板。 - 【請求項8】 回路用の銅箔がエッティング加工して配
線とされ、さらにその上に半導体が搭載されている請求
項4乃至7記載の熱伝導性に優れた金属ベ−スプリント
基板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7857297A JP3551687B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 熱伝導性に優れた組成物及び金属ベ−スプリント基板 |
| US10/454,730 US6797392B2 (en) | 1995-08-01 | 2003-06-03 | Polyimide/metal composite sheet |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP7857297A JP3551687B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 熱伝導性に優れた組成物及び金属ベ−スプリント基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10273592A true JPH10273592A (ja) | 1998-10-13 |
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|---|---|---|---|
| JP7857297A Expired - Lifetime JP3551687B2 (ja) | 1995-08-01 | 1997-03-28 | 熱伝導性に優れた組成物及び金属ベ−スプリント基板 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3551687B2 (ja) |
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