JPS6043891A - 高熱伝導性金属ペ−スプリント基板 - 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、各種電子機器に利用されるプリント配線板に
用いることができる高熱伝導性金属ベースプリント基板
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、電子機器分野においては、小型化、軽量化の方向
にあり、ＩＣ，ＭＳ工、ＬＳＩ、パワートランジスター
なとの高発熱部品全いかに放熱し、高密度実装するかが
大きな課題となってきている。

従来から、熱放散性の優れた高熱伝導性金属べ−スプリ
ント基板として、アルミニウム、鉄、鉄−ニッケル合金
等の金属ベース上に厚さ数十μのエポキシ樹脂等の有機
゛高分子化合物からなる接着剤層を設け、その上に銅箔
等の導電性金属箔を貼り合せた高熱伝導性金属ベースプ
リント基板が知られている。また従来技術として、絶縁
性で高熱伝導性の粉末を６０ＭＪｔ％以下あるいは６０
〜８０重量％含有する接着剤層に導電性金属薄層を設け
た高熱伝導性金属ベースプリント基板が知られている。

しかしこのよう、なものでは、まだ十分な熱放散性が得
られず、高電力集積回路の高密度化を妨ける原因となっ
ている。そこでこれらの欠点を解決するために、絶縁性
でかつ高熱伝導性の粉末を従来より多い５０〜６５容積
饅含有した接着剤に、さらにカップリング剤を含有させ
たものを金属ベースと導電性金属薄層の間に介在させ、
これによって、接着強度並ひに熱放散性を改善する技術
がある。この′ように有機高分子からなる接着剤へ絶縁
性で高熱伝導性の粉末を高充填すれば、熱放散性が良く
なることは周知の通りであり、高熱伝導性金属ベースプ
リント基板としては、できる限り高充填を行うことが好
ましい。しかし充填剤を充填した接着剤層は気泡が発生
し易く、それも充填量が増すほど多く発生してくる。こ
のために絶縁抵抗、絶縁耐圧が低下するという欠点があ
る。

上記した従来の技術でも前記気泡の発生が著しく、絶縁
抵抗、絶縁耐圧がまだ不十分である。ずなわぢ、従来の
技術では、接着強度の改善と高充填化を図るためにシラ
ン系カンブリング剤、チタネート系カップリング剤など
を添加剤として使用しているが、気泡対策は全くなされ
ていない。このために接着剤作製工程、接着剤層形成工
程において空気を巻き込んだり、貼り合せ工程での硬化
反応ガス等の影響で気泡が発生する。この気泡は高粘度
の接着剤層から逃げきれずそのまま気孔となって残り、
これが絶縁抵抗を小さくし、絶縁耐圧不足という欠点を
生じている。

発明の目的 本発明の目的は、高熱伝導性接着剤から成る高熱伝導性
絶縁層の気孔をなくし、これによって絶縁耐圧特性、接
着強度、放熱特性の優れた高熱伝導性金属ベースプリン
ト基板を提供することである。

発明の構成 本発明の高熱伝導性金属ベースプリント基板は金属ベー
スとその金属ベースの少なくとも一主面上に設けられた
絶縁層と前記絶縁層上に設けた導電性金属薄層より成る
金属ベースプリント基板で、前記絶縁層が接着性のある
有機高分子中に絶縁性および熱伝導性の優れた無機充填
剤を分散した接着剤にさらに消泡剤を含有した高熱伝導
性接着剤で成るもの、まだは前記高熱伝導性接着剤にさ
らにシラン系カップリング剤およびチタネート系カソグ
リングー剤を単独もしくは複合して含有した高熱伝導性
接着剤で成るもの、或いはさらに絶縁層として少なくと
も２層形成し、その内少なくとも１層には消泡剤を含有
した高熱伝導性接着剤から成る構成にすることによって
絶縁耐圧特性、接−着強度、放熱特性の優れた高熱伝導
性金属ベースプリント基板を得るものである。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例における高熱伝導性金属ベ
ースプリント基板の断面図を示すものである。第１図に
おいて１はアルミニウム、鉄、鉄−ニッケル合金等から
成る金属ベース、２は金属ベース１の上に形成された有
機高分子材料から成る接着剤に絶縁性、熱伝導性に優れ
た無機充填剤を分散した高熱伝導性絶縁層、３は高熱伝
導性絶縁層２の上に形成された銅箔に代表される導電性
金属薄層である。

この高熱伝導性金属ベースプリント基板の製法は、絶縁
性、熱伝導性に優れた無機充填剤および消泡剤等の添加
剤を有機高分子材料から成る接着剤に分散して高熱伝導
性接着剤を得る工程、前記高熱伝導性接着剤を金属ベー
ス１寸たけ導電性金属薄層３にロールコータ、印刷など
の塗工方法で塗工し、Ｂステージ（指触乾燥）する工程
および第１図に示すように金属ベース１と導電性金属薄
層３を熱プレス等を使って貼り合せる工程を経て作られ
る。

以上のように構成された本実施例の高熱伝導性金属ベー
スプリント基板について、以下にその機能全説明する。

高熱伝導性絶縁層２は、有機高分子から成る接着剤に、
絶縁性と熱伝導性に優れた無機充填剤を高充填した高熱
伝導性接着剤から成るが、前覗高″熱伝導性接着剤には
、少なくとも消泡剤が含まれさらには、シラン系カンブ
リング剤、チタネート系カップ１ノング剤が単独または
複合して添加しである。

本発明に使用する無機充填剤は、０．１〜４０μｍの粒
子径を９０係以上含んだ粒子径分布で成り、体積抵抗率
１０１０Ω−ｃｍ以上、熱伝導率ｏ　、０５ｃａ１１０
ｎＳＬＩＣ以上の例えばＡ３２０３　、ＭｇＯ、ＢｅＯ
等の酸化物セラミックス、Ｓｉ３Ｎ４．ＢＮ等の窒化物
セラミックスであってこれらは単独寸たは複合した状態
でのを使用すると高熱伝導性金属ペースプ史ント基板と
して貼り合した時、粗粒の影響で、導電性金、属薄層３
の表面が粗面化すること、まだ高熱伝導性接着剤の状態
におけるチクントロピックな性質が低減するため前記高
熱伝導性接着剤を塗工するないため熱伝導性の優れた高
熱伝導性絶縁層２が得られないこと。まだ高熱伝導性絶
縁層２に気孔が発生し易くなり絶縁耐圧特性上好しくな
いなどの問題があるからである。

ｌだ本発明に係る接着剤は、耐熱性、　１ｌｉＪ薬品性
。

耐湿蒜などが良い有機高分子材料で成り、例えばフェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、フェノール・ブチラール樹脂
、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂などがあげられ、これ
らを単独または混合して使用することができる。

次に、高熱伝導性絶縁層２に発生ずる気孔対策として、
高熱伝導性接着剤に添加する消泡剤について述べる。消
泡剤としては一般に揮発性が小さく拡散力の大きい油状
物、または水溶性の表面活性剤が用いられる。前者には
オクチルアルコール。

シクロヘキサノールその他の高級アルコールあるいはエ
チレングリコールなどがあり、後者にはスパンその他の
非イオン活性剤がある。そのほかシリコーン消泡剤等が
あり、いずれを用いても良いが本発明では、シリコーン
消泡剤が化学的に安定で、すぐれた効果があるのでこれ
を有機高分子月別に対し０．０１〜２％添加している。

この消泡剤の添加量（は、例えば高熱伝導性接着剤を塗
工し易ぐするために前記高級アルコールあるいはへチレ
ングリコール等を溶剤とし混合した場合などには、さら
に少量の０．０１多以下で十分であり、粘度によっては
前記シリコーン消泡剤にかわるものとしてシリコーン消
泡剤の添加を除くことも可能である。この消泡剤かない
場合の高熱伝導性絶縁層２は数多くの気孔が生じてくる
その原因は、高熱伝導性接着剤を作製する工程において
多量の空気が混入すること、また前記高熱伝導性接着剤
を塗工形成する際に空気が前記同様に巻き込む等のため
に高熱伝導性接着剤層に気泡が発生する。また、貼シ合
ぜ工程においても接着剤の硬化反応ガスや残存している
溶剤などの影響で気泡が発生する。

これらの気泡が高熱伝導性絶縁層２として硬化した時、
内部に気孔として残る。これらの現象は高熱伝導性接着
剤の粘度か高くなるほど気泡が出やすく気孔になり易く
なる。即ち無機充填剤を高配合し、熱放散性の優れた高
熱伝導性金属ベースプリント基板を得るためには消泡剤
を添加しないと気泡が発生し、絶縁抵抗、絶縁耐圧、放
熱等の特性劣化をはじめ接着強度も低下するという問題
が生じてくる。

本発明に使用する他の添加剤としてチクソ剤。

レベリング剤、カンプリング剤等あるが中でもシラン系
カップリング剤、チタネート系カップリング剤をそれぞ
れ単独で、ま／Ｃは複合して添加すると有機高分子月別
と無機充填剤のなじみが良くなり、高熱伝導性接着剤と
しての接着強度が向上する。

次に本発明に用いる高熱伝導性接着剤の硬化剤としでは
芳香族アミン系”と脂肪族アミン系か使えるが芳香族ア
ミン系が耐熱性、接着性が良くて好′ましい。

以」二か、本発明に使用する高熱伝導性接着剤の構成材
料に関する種類および機能であるが、その特徴とすると
ころは、消泡剤を含有させたことにある。しかし、との
消泡剤も多量に含有させると高熱伝導性接着剤の接着強
度が低下することにもなるので完璧な状態に気泡をなく
すことは、卸しい点もある。そこで第２図のように高熱
伝導性絶縁層を２層に形成する々ど多層形成することに
よって絶縁抵抗、絶縁耐圧をさらに向上させる方法があ
る。第２図は、第１図同様に高熱伝導性金属ベースプリ
ント基板の断面図であり、２ａ、２ｂと高熱伝導性絶縁
層を２層に形成している。このように高熱伝導性絶縁層
２？Ｌ、２ｂを多層に形成することによす、゛金属ベー
ス１と導電性金属箔層３間を貫通ずる連続的な気孔が全
くなくなり、上記したように絶縁抵抗、絶縁耐圧をさら
に向上させることが可能である。この高熱伝導性絶縁層
２ａ。

２ｂは、消泡剤を含有した高熱伝導性接着剤で形成して
いるが、いずれか１層だけに消泡剤を含有した高熱伝導
性接着剤を使用してもその機能は全く同じである。

以下、実施例およびその特性について説明する。

〈実施例１〉 ビスフェノール型エポキシ樹脂１００重量部にメチルセ
ロソルブ３３重量部でなる有機溶剤溶液にジシアンジア
ミド４重量部にメチルセロソルブ３６重量部でなる硬化
剤、０．１〜４０μｍの粒子径を９０％以上含む粒度分
布でなるα−アルミナ粉末を５００重量部、シラン系カ
ップリング剤を１重量部、そしてシリコーン消泡剤を１
重量部をロールミルで分散し高熱伝導性接着剤を作製し
た。

この高熱伝導性接着剤を厚さ１．５間のアルミニウム板
に塗工した。塗工は３６μｍの電解銅箔を積層し貼り合
せた時の高熱伝導性絶縁層の絶縁層厚が９０μｒｎ（ｆ
ｃなるように１層で形成した。塗工の後はアルミニウム
板を加熱して高熱伝導性接着剤をＢステー゛ジにした後
、加熱プレス機で前記電解銅箔を熱プレスして貼り合せ
、高熱伝導性金属ベースプリン）・基板を作製した。こ
のものの特性を第１表に示す。

〈実施例２〉 実施例１で高熱伝導性絶縁層の絶縁層厚を９０μｍとす
るが６０μｍと４０μｍに分けて２層に塗工形成しだも
の以外は実施例１と同様にして高熱伝導性金属ベースプ
リント基板を作製ｊ−た。その特性結果を第１表に示す
。

〈実施例３〉 実施例１でα−アルミナ粉末の含有量を２００重１ｆＹ
部とじ／こ以外ｆｄ、実施例１と１［旧〕；にして高熱
伝導性全屈ベースプリント基板を作製した。その特性結
果を・第１表に示す。

〈比較例１〉 実施例１で消泡剤を含有しない組成にした以外は実施例
１と同様にして高熱伝導性金属ベースフ′リンｌ−基板
を作製した。その特性を第１表に示す。

第１表 第１表で熱抵抗の測定は、第３図の構成に基ついて飽和
熱抵抗測定装置（ΔｖＥＢ法）を使って測定した。第３
図の構成で４はパワートランジスター、５ａおよび５ｂ
はシリコーングリース、３′は電解銅箔、２′は高熱伝
導性絶縁層、１′はアルミニウム板、６は無限大放熱器
を示し、電解銅箔３′と高熱伝導性絶縁層２′およびア
ルミニウム７板１′で構成する高熱伝導性金属ベースプ
リント基板を無限大放熱器６に放熱用のシリコーングリ
ース６ｂを介して載置する。電解銀箔３′上には同様に
シリコーングリース５ａを介してノ２ワードランシスタ
ー４が載置され、全体が無限大放熱器６へ固着した構成
となっている。

次に第１表の引き剥し強度および貫層耐電圧の測定はＪ
ＩＳ　Ｃ６４８１に準じて測定した。

以上の具体的実施例の比較から・分るように消泡剤を使
用した高熱伝導性接着剤を高熱伝導性金属ベースプリン
ト基板の絶縁層にすることにより絶縁耐圧の優れたしか
も放熱特性の良い（熱抵抗の小さい）ものが得られる。

また前記高熱伝導性接着剤を２層にするとさらに絶縁１
酎圧の優れた高熱伝導性金属ベースプリント基板が得ら
れる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明は、金属ベースと
その金属ベースの少なくとも一主面上に設けられた絶縁
層と前記絶縁層上に設けた導電性金属薄層よりなる全域
ベースプリント基板で、前記絶縁層が接着性のある有機
高分子中に絶縁性および熱伝導性の優れた無機充填剤を
分散した接着剤にさらに消泡剤を含有した高熱伝導性接
着剤で構成したものである。これによって従来消泡剤を
使用していなかったものより絶縁耐圧特性の大幅な向上
をはじめ接着強度、さらには放熱特性の向−にがはかれ
る。さらにはシラン系カップリング剤およびチタネート
系カップリング剤を単独もしくは複合して含有させるこ
とにより、接着強度の向上と無機充填剤の高充填化がは
かれる。また高熱伝導性絶縁層を２層に形成するなど多
層形成することによって絶縁抵抗、絶縁耐圧をさらに向
上できる効果が得られる。これらの効果によって高発熱
部品を高密度実装することが〒ｊ」能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の実施例における
高熱伝導性全局ベースプリント基板の断１ｍ図、第３図
は熱抵抗測定方法を示した断面図である。 １・・・・・金スーベース、２．２’、２ａ、２ｂ・・
・・・・高熱伝導性絶縁層、３・・・・・・導電性金属
薄層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属ベースとその金属ベースの少なくとも一生面
   上に設けられた絶縁層とその絶縁層上に設、けだ導電性
   金属薄層よりなり、前記絶縁層として接着性のある有機
   高分子中に絶縁性および熱伝導性の優れた無機充填剤を
   分散した接着剤と消泡剤を含有した高熱伝導性接着剤を
   含む高熱伝導性金属ベースプリント基板。
2. （２）絶縁層は少なくとも２層形成し、その内少なくと
   も１層は、消泡剤を含有した高熱伝導性接着剤からなる
   特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性金属ベースプリ
   ント基板。
3. （３）金属ベースとその金属ベースの少なくとも一生面
   上に設けられた絶縁層とその絶縁層上に設けた導電性薄
   層より々す、前記絶縁層として接着性のある有機高分子
   中に絶縁性および熱伝導性の優れた無機充填剤を分散し
   た接着剤、消泡剤を含有した高熱伝導性接着剤を含むと
   ともに、シラン系カンプリング剤またはチタネート系カ
   ップリング剤あるいはその複合したものを含有した高熱
   伝導性接着剤を含む高熱伝導性金属ベースプリント基板
   。
4. （４）絶縁層は少々くとも２層形成し、その内少なくと
   も１層は、消泡剤を含有した高熱伝導性接着剤からなる
   特許請求の範囲第３項記載の高熱伝導性金属ベースプリ
   ント基板。