CN117321755A - 散热电路基板、散热构件及散热电路基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种散热电路基板,其为在绝缘层的一个面上以邻接于该面的方式设置有金属材料,并在所述绝缘层的另一个面上设置有导电金属层的散热电路基板,所述金属材料的材质为铜或铜合金、或者铝或铝合金,并且所述金属材料为厚度为0.2mm以上20mm以下的片状,所述绝缘层为组成式AlxOyTz所表示的、厚度为0.2μm以上30μm以下、体积电阻率为1000GΩ·cm以上且孔隙率为10%以下的金属氧化物层。该散热电路基板的散热性及绝缘性优异。
Description
技术领域
本发明涉及散热电路基板、散热构件及散热电路基板的制造方法。
背景技术
以往,为了将半导体芯片等电子部件所产生的热释放到体系外而使用了金属制的散热构件。在该散热构件中有以不通电的方式而设置绝缘层的散热构件。作为绝缘层,使用有由金属氧化物等构成的陶瓷、热固性树脂、塑料等。其中,陶瓷的耐热性和绝缘性优异,但在对由近年来以电动汽车为代表的大电流化所产生的热进行散热方面存在导热性不充分的问题。
陶瓷的导热性不充分的原因可大致分为三个。原因可列举出:第一,难以将陶瓷加工至较薄,在热烧成法中难以加工至150μm以下;第二,用于将陶瓷贴合于金属的粘合剂的导热性低;第三,以热烧成法形成的陶瓷中存在细小的气泡从而孔隙率高。
因此,为了解决上述问题,专利文献1中提出了不经由粘合层而在加热下将绝缘层与铝板加压密合从而直接接合的技术。然而,由于是在加热加压下接合绝缘层,因此当绝缘层较薄时会发生破裂,因此需要使绝缘层的膜厚为150μm以上,从而存在导热性差的问题。
此外,专利文献2中提出了,在铝或铝合金上形成有作为绝缘层的氧化铝层的金属基底基板。在该专利文献中,例示出了通过阳极氧化来形成氧化铝层的方法,但由于在阳极氧化法中难以控制膜厚而绝缘击穿电场强度不够充分,因此为了保证绝缘性需要使氧化铝层为30~200μm。此外,由于以阳极氧化法得到的氧化铝层中具有六棱柱的空洞,因此存在孔隙率高导热性差的问题。
此外,专利文献3中提出了具备将陶瓷粉末热喷涂于导电性基材的表面上而形成的绝缘膜的绝缘基板。关于热喷涂法也存在难以进行膜厚控制而在绝缘膜上形成穿孔的可能性,因此需要使绝缘膜的膜厚为80~300μm,孔隙率也变高,因此导热性不充分。
进一步,专利文献4中提出了使导电性金属氧化膜在铜或其合金等上成膜的方法。然而,作为成膜的对象仅是导电性的金属氧化物,没有关于绝缘膜的记载。此外,没有关于所得到的金属氧化物层的孔隙率或致密度、散热性的记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2018-157115号公报
专利文献2:日本特开2012-212788号公报
专利文献3:日本特开2014-207490号公报
专利文献4:日本特开2018-172793号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供一种散热性及绝缘性优异的散热电路基板,进一步还提供具有该散热电路基板的散热构件及散热电路基板的制造方法。
解决技术问题的技术手段
(项1)即,本发明涉及一种散热电路基板,其为在绝缘层的一个面上以邻接于该面的方式设置有金属材料,并在所述绝缘层的另一个面上设置有导电金属层的散热电路基板,其中,所述金属材料的材质为铜或铜合金、或者铝或铝合金,并且所述金属材料为厚度为0.2mm以上20mm以下的片状,所述绝缘层为组成式AlxOyTz所表示的、厚度为0.2μm以上30μm以下、体积电阻率为1000GΩ·cm以上且孔隙率为10%以下的金属氧化物层,式中,Al表示铝原子,O表示氧原子,T表示除Al及O以外的单独的或多种原子,x、y、z表示质量比,x+y+z=100,x为30以上60以下,y为40以上70以下,z为0以上10以下。
(项2)此外,本发明涉及前项1所述的散热电路基板,其中,所述金属材料的绝缘层侧的表面粗糙度(Ra1)为1.0μm以下,所述绝缘层的导电金属层侧的表面粗糙度(Ra2)为0.3μm以下。
(项3)此外,本发明涉及前项1或2所述的散热电路基板,其中,所述金属氧化物层的碳原子的含量为0.1质量%以上5质量%以下。
(项4)此外,本发明涉及一种散热构件,其中,其通过利用粘合剂或润滑脂使权利要求1或2所述的散热电路基板中的所述金属材料结合于散热器而成。
(项5)此外,本发明涉及一种散热电路基板的制造方法,其为前项1~3中的任一项所述的散热电路基板的制造方法,其中,所述绝缘层通过使包含铝的盐或络合物的涂布液在所述金属材料上进行反应从而进行成膜而形成。
(项6)此外,本发明涉及前项5所述的散热电路基板的制造方法,其中,所述成膜的方法为通过载气输送使所述涂布液雾化或液滴化而得到的气雾或液滴,然后使所述气雾或液滴在230℃以上450℃以下的温度氛围下在所述金属材料上进行反应的方法。
(项7)此外、本发明涉及前项5或6所述的散热电路基板的制造方法,其特征在于,所述涂布液包含0.2质量%以上20质量%以下的铝络合物。
发明效果
本发明的散热电路基板,在金属材料上以邻接(直接)于该金属材料的方式形成有具有薄膜及低孔隙率的绝缘性的金属氧化物层,因此热易于在作为热的良导体的金属材料与金属氧化物层之间移动,从而具有高散热性及绝缘性。
此外,虽然作为所述绝缘层的金属氧化物层为0.2μm~30μm且为薄膜,但若所述金属材料的绝缘层侧的表面粗糙度(Ra1)小于1.0μm,则即使反复暴露于高温下绝缘层(金属氧化物层)也不会产生裂纹从而耐久性优异。进一步,若所述绝缘层的导电金属层侧的表面粗糙度(Ra2)为0.3μm以下,则即使反复暴露于高温下导电金属层也不会产生裂纹从而耐久性优异。
附图说明
图1为本发明的散热电路基板的制造方法中的绝缘层的成膜装置的示意图。
具体实施方式
<散热电路基板>
本发明的散热电路基板,在绝缘层的一个面上以邻接于该面的方式设置有金属材料,并在所述绝缘层的另一个面上设置有导电金属层。所述散热电路基板主要用于将由电路或半导体芯片等所产生的热进行散热,其具有所述金属材料、所述绝缘层、所述导电金属层。所述导电金属层是为了半导体芯片等的电极而设置的,所述金属材料是为了对由半导体芯片等所产生的热进行散热而设置的。所述绝缘层是为了使导电金属层与金属材料之间绝缘而设置的。
<金属材料>
所述金属材料的材质为铜或铜合金、或者铝或铝合金,且为厚度为0.2mm以上20mm以下的片状。所述金属材料中的铜原子或铝原子同与所述绝缘层的界面处的绝缘层(金属氧化物层)中的铝原子直接键合或经由氧原子键合,由此能够使金属材料与绝缘层之间具有高密合性。
所述铜或铜合金、或者铝或铝合金只要具有作为散热电路基板的散热性则可适用公知的物质。作为所述铜或铜合金,例如,可列举出组成式为CuxMyTz的化合物,Cu表示铜原子,M表示铬、铍、钼、氮或磷原子,T表示除Cu及M以外的单独的或多种原子,x、y、z表示质量比,x+y+z=100,x为60以上100以下,y为0以上40以下,z为0以上5以下。其中,优选金属材料中的铜原子较多,当追求高密合性时,更优选x为80以上100以下。
此外,作为所述铝或铝合金,例如,可列举出组成式为AlxMyTz的化合物,Al表示铝原子,M表示铜、镁、氮原子,T表示除Al及M以外的单独的或多种原子,x、y、z表示质量比,x+y+z=100,x为80以上100以下,y为0以上20以下,z为0以上3以下。其中,优选金属材料中的铝原子较多,当追求高密合性时,更优选x为90以上100以下。
由上述各组成式表示的化合物的导热率高,更适合用作散热材料。
所述金属材料为厚度为0.2mm以上20mm以下的片状,厚度优选为0.5mm以上20mm以下。当所述金属材料的厚度小于0.2mm时,散热性能不充分,若大于20mm则会在散热电路基板的安装工序中产生不便。
对于所述金属材料,优选所述金属材料的绝缘层侧的表面粗糙度(Ra1)为1.0μm以下,更优选为0.8μm以下。当所述表面粗糙度(Ra1)大于1.0μm时,在反复暴露于高温下时,有时会在绝缘层上产生裂纹。当希望具有150℃以上的耐热性时,更优选所述表面粗糙度(Ra1)为0.8μm以下。
所述金属材料优选以使所述表面粗糙度(Ra1)为1.0μm以下的方式进行化学和/或物理平滑化。更优选的是,由于金属材料表面的微观的化学变化会对其与金属氧化物层之间的密合性造成不良影响,因此优选物理平滑化。作为物理平滑化的实例可列举出添加了磨粒的抛光等。
其中,所述表面粗糙度(Ra1)是指“算术平均粗糙度”,其为通过利用接触式表面粗糙度仪或激光显微镜、原子力显微镜等的测定而计算出的值。后述的表面粗糙度(Ra2)也同样。
<绝缘层>
本发明的绝缘层为组成式AlxOyTz所表示的、厚度为0.2μm以上30μm以下、体积电阻率为1000GΩ·cm以上且孔隙率为10%以下的金属氧化物层,式中,Al表示铝原子,O表示氧原子,T表示除Al及O以外的单独的或多种原子,x、y、z表示质量比,x+y+z=100,x为30以上60以下,y为40以上70以下,z为0以上10以下。
所述金属氧化物层为铝的氧化物,只要为由上述组成式表示的金属氧化物层则多数情况下其体积电阻率为1000GΩ·cm以上,然而从提高绝缘性及导热性的角度出发,优选x为40以上,并且优选x为57以下,优选y为43以上,并且优选y为60以下,优选z为0.1以上,并且优选z为8以下。当z小于0.1时,金属氧化物膜变得过硬,当在散热电路基板上产生形变时,金属氧化物层变得容易碎裂。此外,若z大于8,当施加大于400V的电压时,绝缘性可能会受损。此外,从防止因杂质使得体积电阻值下降的角度出发,优选T为碳原子、氢原子、氮原子、磷原子、硫原子、卤素原子及这些原子的组合。
所述绝缘层的厚度为0.2μm以上30μm以下,当谋求更高的绝缘性时,优选厚度为0.8μm以上30μm以下。若厚度小于0.2μm,则绝缘性能差,若厚度大于30μm,则当加热至100℃以上时,绝缘层有时会产生裂纹。
所述绝缘层的施加400V直流电压时的体积电阻率为1000GΩ·cm以上。由此,在导电金属层与金属材料之间不会在400V以下的电压下流过使电路发生短路的水平的电流。优选所述绝缘层的体积电阻率为2000GΩ·cm(2TΩ·cm)以上,更优选为80000GΩ·cm(80TΩ·cm)以上。
所述绝缘层的孔隙率为10%以下。从提高散热性的角度出发,优选所述绝缘层的孔隙率为5%以下,更优选为3%以下,进一步优选为1%以下。其中,孔隙率为也被称作气孔率的测定值,其为在金属氧化物层中气体所占空间的体积比。若绝缘层中产生孔隙、裂纹或空隙等,则孔隙率的值变大。孔隙率的测定方法已知有阿基米德法或水银气孔率法、重量气孔率法等,没有特别限定。然而,上述的测定方法无法适用于测定如本发明的绝缘层(金属氧化物层)的10%以下的孔隙率。因此,关于10%以下的孔隙率以下述方式获得,拍摄绝缘层(金属氧化物层)的电子显微镜照片,计算出绝缘层(金属氧化物与孔隙的合计)的面积(S1),并同样计算出电子显微镜照片中的空隙的面积(S2),根据以下的公式而求出。
孔隙率=S2×100/S1(%)
对于所述绝缘层,优选所述绝缘层的导电金属层侧的表面粗糙度(Ra2)为0.3μm以下,更优选为0.1μm以下。当所述表面粗糙度(Ra2)大于0.3μm时,在反复暴露于高温下时导电金属层有时会产生裂纹。当希望具有150℃以上的耐热性时,更优选所述表面粗糙度(Ra2)为0.1μm以下。
从在具有散热性及绝缘性的基础上提高对金属材料的密合性和柔软性的角度出发,优选所述金属氧化物层的碳原子的含量为0.1质量%以上,更优选为0.2质量%以上。若碳原子的含量低于0.1质量%,则金属氧化物层变硬,当在散热电路基板上发生挠曲时有可能会密合性或柔软性不够充分并发生破裂。此外,碳原子的含量更优选为5质量%以下,进一步优选为3质量%以下。若大于3质量%,则有可能在施加400V以上的电压时使得绝缘性受损。所述金属氧化物层的碳原子的含量可根据动态二次离子质谱(Secondary Ion MassSpectroscopy,SIMS)进行测定。
所述绝缘层(金属氧化物层)的形成方法没有特别限定,例如,为了实现孔隙率10%以下和体积电阻率1000GΩ·cm以上,可优选列举出真空蒸镀、离子镀或溅射等物理气相沉积法;等离子体CVD或原子层沉积(ALD)、有机金属CVD、气雾式CVD等化学气相沉积法;如喷雾、喷墨、旋涂、浸涂等使涂布液在金属材料上进行反应的涂布法。其中,从成膜速度和成膜均一性优异的角度出发,优选化学气相沉积法与涂布法。
在所述化学气相沉积法与涂布法中,通过使包含铝的盐或络合物的涂布液在230℃以上450℃以下的温度氛围下在金属材料上进行加热反应从而成膜为金属氧化物层的这种方法,可使金属材料中的铜原子或铝原子与绝缘层中的铝原子直接键合或经由氧键而键合,因此界面的密合性增高,故而优选。若成膜温度大于450℃,则对金属材料的热负载较大,所得到的散热电路基板的尺寸稳定性变差,并且有时还因金属材料与绝缘层之间的热膨胀系数之差较大而在恢复到室温后在金属氧化物层上产生裂纹。
特别地,最优选下述方法:使涂布液在金属材料上进行加热反应时,使用氮气等载气向金属材料上输送使所述涂布液雾化或气雾化(mist)而得到的气雾或液滴,然后使所述气雾或液滴在230℃以上450℃以下的温度氛围下在所述金属材料上进行加热反应从而成膜(以下,简称为mCVD)。该方法为化学气相沉积法的一种。如此,通过将包含铝的盐或络合物的涂布液制成微小的液滴并使其进行反应,从而可使膜厚较薄且均匀并可使孔隙率为3%以下,进一步,通过在表面粗糙度(Ra1)为1.0μm以下的金属材料上成膜,可得到表面粗糙度(Ra2)为0.3μm以下的金属氧化物层。此外,若为该方法,则经雾化或气雾化使得涂布液中的铝盐或铝络合物的反应性得到提高,因此能够在230℃以上450℃以下这样的温度下得到金属氧化物层,由此可使金属材料成膜而不发生劣化,并得到具有高体积电阻率的金属氧化物层。进一步,通过利用mCVD在230℃以上450℃以下的温度区域内成膜,能够将金属氧化物层的碳原子的含量控制在0.1质量%以上5质量%以下的范围内。作为mCVD及其装置,例如,可参考日本特开2018-140352号公报、日本特开2018-172793号公报等。
优选所述涂布液包含0.2质量%以上20质量%以下的铝络合物。若铝络合物小于0.2质量%,则成膜时间变长,若大于20质量%,则有时金属氧化物层的表面粗糙度(Ra2)变大
在上述mCVD中,为了抑制金属的氧化,优选在氧气为1%以下的环境下成膜。此外,为了防止引燃雾化后的涂布液优选使用水作为氧化源。其中,氧化源是指用于将铝盐或铝络合物制成氧化铝的氧原子的供给源。
如此,通过在金属材料上使包含铝的盐或络合物的涂布液形成为微小的液滴,并在此基础上使其进行反应,能够填补金属材料的表面的凹凸。
<导电金属层>
本发明的导电金属层的材料只要为通常用作电极的金属则没有特别限定。作为所述导电金属层的材料的实例,例如,可列举出铜、银、铬、ITO、IZO等。此外,电极的厚度没有特别限定,例如,可列举出0.5μm以上0.5mm以下。
在所述散热电路基板中,虽然要求所述导电金属层与所述金属材料之间为不通电的状态,但作为其确认方法,在对金属材料与导电金属层施加5V的直流电压时,不流过1mA以上的电流即可。
所述导电金属层的形成方法没有特别限定,例如,可列举出贴合加工成电路状的铜箔、在形成镀层后蚀刻成电路状、在蒸镀导电金属层后蚀刻成电路状的方法。
还可根据需要在所述绝缘层与所述导电金属层之间设置粘合剂层或锚固层等。
当期望更高的散热性时,本发明的散热电路基板优选用作利用粘合剂或润滑脂将所述金属材料结合于散热器而成的散热构件。所述粘合剂或润滑脂优选使用导热性高的材料。
本发明的散热电路基板的通常的使用方法为在导电金属层上设置半导体芯片等因通电而发热的发热体,将发热体所产生的热经由绝缘层(金属氧化物层)散热至金属材料。
实施例
以下,列举实施例及比较例对本发明进行进一步的具体说明。
<制造例>
<涂布液的制备>
按照表1所述的原料及配比(质量%)制备涂布液。
[表1]
在表1中,Al(acac)3表示三乙酰丙酮铝(“Aluminum Chelate A”、Kawaken FineChemicals Co.,Ltd.制造);
Al(iPr)2Eacac表示乙酰乙酸乙基铝二异丙酯(“ALCH”、Kawaken Fine ChemicalsCo.,Ltd.制造);
Al(Eacac)3表示三(乙基乙酰乙酸基)铝(“ALCH-TR”、Kawaken Fine ChemicalsCo.,Ltd.制造);
Al(Eacac)2acac表示单乙酰丙酮铝双(乙酰乙酸乙酯)(“Aluminum Chelate D”、Kawaken Fine Chemicals Co.,Ltd.制造)。
<实施例1>
<绝缘层(金属氧化物层)的形成>
使用图1所示的成膜装置(mCVD装置),通过以下方法在金属材料上形成绝缘层(金属氧化物层)。利用O形环和填缝剂将聚丙烯制膜固定在距玻璃制圆筒(直径为13cm,高度为15cm)底部1cm的位置。圆筒的上部设有特氟龙(注册商标)制的盖子,盖子上开有两个孔,插入氮气供给用玻璃制配管与气雾输送用玻璃制配管。气雾输送用玻璃管设置在距离加热板上的金属材料1cm~2cm的位置。将圆筒浸渍于水浴中,在聚丙烯的正下方设置超声波振荡器(超声波雾化单元HMC-2401,HONDA ELECTRONICS Co.,LTD.制造)。加热板设置在填充有氮气的箱内,并将氧气浓度控制在1%以下。向圆筒中添加上述的涂布液并启动超声波振荡器,超声波经由水槽中的水及聚丙烯传递至涂布液而使一部分涂布液雾化。通过氮气将雾化后的涂布液输送到金属材料上(30mm×30mm)。使用加热板将金属材料加热,并使雾化后的涂布液在金属材料上进行化学反应从而形成金属氧化物层,进而得到层叠体。另外,金属氧化物层的膜厚根据成膜时间(向金属材料上喷射雾化后的涂布液的时间)来进行调整,并通过以下的方法进行测定。氮气流量为6L/分钟,超声波振荡器的震动频率为2.4MHz、电压为24V、电流为0.6A。此外,所使用的金属材料、涂布液、加热板温度等的条件如表2所示。
<金属氧化物层的膜厚的测定>
金属氧化物层的膜厚的测定通过使用铬玻璃代替上述金属材料并在其上形成金属氧化物层进而利用反射分光式膜厚测定仪(F20,Filmetrics公司制造)进行测定。在铬玻璃上与在金属材料上能够以相同的膜厚形成金属氧化物层。然而,由于后述的实施例6、7、9、13及比较例的金属氧化物层不透明,因此使用离子铣削法形成剖面,以扫描型电子显微镜拍摄显微镜照片并测定膜厚。
<金属材料及金属氧化物层的表面粗糙度的测定>
使用接触式表面粗糙度仪(DektakXT-S,Bruker-Japan公司制造)测定金属材料的表面粗糙度(Ra1)及金属氧化物层的表面粗糙度(Ra2)。测定基材中心部的0.5mm,并计算出算数平均粗糙度。
<金属氧化物层的组成的测定>
通过动态SIMS计算出铝原子、氧原子、碳原子的每单位体积的质量及其比值。使用PHI ADEPT(ULVAC-PHI,Inc制造)作为测定装置,一次离子种类为Cs+,一次加速电压为5.0kV、检测区域为45×45μm。作为样本,准备了在玻璃上形成有1μm的金属氧化物的样本。对样本中心部在深部方向上进行测定,将检测到硅的位点规定为深度1μm。根据铝原子、氧原子、碳原子各自的二次离子强度、相对灵敏度系数及原子量计算出三种原子的质量比。由于三种原子的每单位体积的质量的合计值与金属氧化物层的比重不存在1%以上的差,因此视作金属氧化物层主要由三种原子构成,计算出三种原子的每单位体积的质量比作为组成比。
使用上述中得到的层叠体进行以下评价。
<密合性>
密合性通过耐冷热试验后的金属材料与金属氧化物之间有无剥离而进行评价。具体而言,使用ESPEC CORP.制造TSA-103ES-W冷热试验机以-40℃下35分钟、200℃下35分钟为一个循环,对30mm×30mm的层叠体进行100个循环的耐冷热试验。以肉眼观察试验后的层叠体,将无剥离的样本评价为良好“〇”、将无剥离但有裂纹的样本评价为合格“△”、将发生了剥离的样本评价为不合格“×”。
<绝缘性>
在30mm×30mm的层叠体的金属氧化物层上,利用银膏(DOTITE FA-451A,FUJIKURAKASEI CO.,LTD.制造)形成直径为10mm的圆形主电极作为导电金属层,从而制作散热电路基板。使用所得到的散热电路基板并利用ADC CORPORATION制造的5450高电阻仪,在金属材料与主电极之间施加400V的直流电压从而测定电流,由此进行体积电阻率的测定。将体积电阻率为2000GΩ·cm以上的样本评价为良好“〇”,将体积电阻率为1000GΩ·cm以上小于2000GΩ·cm的样本评价为合格“△”,将体积电阻率小于1000GΩ·cm的样本评价为不合格“×”。
<孔隙率>
通过离子铣削法对金属氧化物层形成断面,获取500nm×500nm以上的显微镜照片。计算出该显微镜照片的绝缘层(金属氧化物与孔隙的合计)的面积(S1=500nm×500nm),同样地算出电子显微镜照片中的空隙的面积(S2),根据以下的公式而求出孔隙率。作为空隙的面积,计算出长边为10nm以上的所有空隙的面积并加合。
孔隙率=S2×100/S1(%)
将孔隙率为10%以下的样本评价为良好“〇”,将孔隙率大于10%的样本评价为不合格“×”。
<导热性(散热性)>
在用气瓶中的氮气进行了置换的干燥手套箱中,在30mm×30mm的层叠体的金属氧化物层上载置10颗左右未潮解的乙酸铵(熔点112℃)的颗粒,以金属材料在下的方式将其载置于120±3℃的加热板上。使用CCD相机对乙酸铵熔融的状态进行拍照,测定从载置于热板上开始直至乙酸铵完全变为液体为止的时间T1。将时间T1为120秒以下的样本评价为良好“〇”、将时间T1小于120秒且为150秒以下的样本评价为合格“△”、将时间T1大于150秒的样本评价为不合格“×”。
<导电金属层的形成的确认>
在金属氧化物层的中心附近位置上,通过丝网印刷将银膏(DOTITE FA-451A,FUJIKURA KASEI CO.,LTD.制造)印刷成2mm×20mm(厚度20~30μm)作为导电金属层,在150℃下加热30分钟,进一步在200℃下加热24小时形成电极,从而制作散热电路基板。对电极的长边的两端施加5V的电压并测定电阻。将电阻为5×10-3Ω·cm以下的样本评价为良好“〇”、将电阻为大于5×10-3Ω·cm的样本评价为不合格“×”。此外,电极上产生了裂纹时,评价为不合格“×”。即使电阻为5×10-3Ω·cm以下但能够以肉眼在导电金属层上确认到裂纹时,评价为合格“△”。
<导电金属层与金属材料的通电的确认>
使用上述所得到的散热电路基板,对以银膏而形成的电极与金属材料施加5V的电压,将流过的电流为1mA以下的样本评价为“〇”、流过的电流大于1mA时,评价为不合格“×”。
<实施例2-12、及14>
除了将实施例1的绝缘层(金属氧化物层)的形成的条件变更为表2所示的条件以外,用与实施例1相同的操作制作层叠体,并进行上述评价。将结果示于表2。
<实施例13>
参考化学工学论文集“CVD法によるアルミナ薄膜の製造と反応速度解析”(1998年24卷1号p.81-85),使用内热式CVD装置,以三异丙氧基铝为原料在金属材料上使金属氧化物层成膜从而制作层叠体,并进行上述评价。其中,成膜时间为90分钟,成膜温度为630℃,氧气流量为6L/分钟。成膜后的金属材料形成氧化铜而黑化,通过肉眼可观察到在金属氧化物层上有多处裂纹。
<比较例1>
参考专利文献1的实施例1得到电路基板。具体而言,隔着由Al-7.5质量%Si合金构成的焊料箔(厚度为12μm)将由铝构成的厚度为0.4mm的金属材料(30mm×30mm)与由氮化铝(AlN)构成的厚度为635μm的金属氧化物基板(陶瓷基板,30mm×30mm)层叠,在630℃×6.0×10-4Pa的氛围下以热压机加温加压从而将其接合。对所得到的电路基板进行上述评价。将结果示于表3。
<比较例2>
参考专利文献2的实施例1得到电路基板。具体而言,在由铝构成的厚度为0.3mm的金属材料(30mm×30mm)的一个面上涂布20μm的由双酚A环氧树脂与3-甲基-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐或4-甲基-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐构成的热固性树脂,在230℃下加热3小时使其固化。然后,在草酸水溶液中对未涂布热固性树脂的一面进行阳极氧化处理,从而得到80μm的耐蚀铝层。作为耐蚀铝层的厚度,通过以离子铣削法形成剖面并利用扫描型电子显微镜拍摄显微镜照片而对膜厚进行测定。对所得到的电路基板进行上述评价。将结果示于表3。
<比较例3>
参考专利文献3得到电路基板。具体而言,在由铜构成的厚度为0.5mm的金属材料(30mm×30mm)的一个面上,以使金属氧化物层达到95μm的方式在1650℃下热喷涂氧化铝粉(6103,METCO公司制造)。作为热喷涂层的厚度,通过利用离子铣削法形成剖面并利用扫描型电子显微镜拍摄显微镜照片而对膜厚进行测定。对所得到的电路基板进行上述评价。将结果示于表3。
<比较例4>
参考专利文献4的实施例1得到电路基板。具体而言,在由SUS316构成的厚度为0.5mm的金属材料(30mm×30mm)的一个面上,使用实施例1中所使用的成膜装置,并使用1wt%的乙酰丙酮锡(II)水溶液(在表3中称作涂布液E。)作为涂布液,将加热板温度设定为450℃,使金属氧化物层成膜。作为金属氧化物层的厚度,通过利用离子铣削法形成剖面并利用扫描型电子显微镜拍摄显微镜照片从而对膜厚进行测定。对所得到的电路基板进行上述评价。将结果示于表3。
<比较例5>
除了将实施例1的绝缘层(金属氧化物层)的形成的条件变更为表3所示的条件以外,用与实施例1相同的操作制作层叠体,并进行上述评价。将结果示于表3。
比较例1为通过作为散热电路基板的制造方法的通常的热压法制作而成的散热电路基板。结果,在比较例1中得到的散热电路基板的绝缘层的孔隙率低,并且因其较厚而使得导热性比实施例低。
比较例2为利用阳极氧化法制作的散热电路基板。结果,比较例2中得到的散热电路基板不仅绝缘性比实施例低,散热性也不够充分的。
比较例3为利用热喷涂法制作的散热电路基板。结果,比较例3中得到的散热电路基板的孔隙率低,并且因其较厚使得导热性比实施例低。
比较例4为以mCVD法制作的散热电路基板。比较例4中得到的散热电路基板的绝缘层的组成和基材的种类不在本专利的权利要求的范围内,因此绝缘性和导热性不充分。此外,还由于基材的表面粗糙度(Ra1)大,从而在导电金属层的形成中在电极上产生了裂纹。
比较例5与比较例4相同,均是以mCVD法制作的散热电路基板,并适用了本发明的绝缘层。比较例5虽然绝缘性比比较例4高,但与基材的适应性差因此密合性低,且在此基础上导热性也低。此外,还由于基材的表面粗糙度(Ra1)大,从而在导电金属层的形成中在电极上产生了裂纹。
Claims (7)
1.一种散热电路基板,其为在绝缘层的一个面上以邻接于该面的方式设置有金属材料,并在所述绝缘层的另一个面上设置有导电金属层的散热电路基板,其特征在于,
所述金属材料的材质为铜或铜合金、或者铝或铝合金,并且所述金属材料为厚度为0.2mm以上20mm以下的片状,
所述绝缘层为组成式AlxOyTz所表示的、厚度为0.2μm以上30μm以下、体积电阻率为1000GΩ·cm以上且孔隙率为10%以下的金属氧化物层,式中,Al表示铝原子,O表示氧原子,T表示除Al及O以外的单独的或多种原子,x、y、z表示质量比,x+y+z=100,x为30以上60以下,y为40以上70以下,z为0以上10以下。
2.根据权利要求1所述的散热电路基板,其特征在于,
所述金属材料的绝缘层侧的表面粗糙度(Ra1)为1.0μm以下,所述绝缘层的导电金属层侧的表面粗糙度(Ra2)为0.3μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的散热电路基板,其特征在于,
所述金属氧化物层的碳原子的含量为0.1质量%以上5质量%以下。
4.一种散热构件,其特征在于,其通过利用粘合剂或润滑脂使权利要求1或2所述的散热电路基板中的所述金属材料结合于散热器而成。
5.一种散热电路基板的制造方法,其为权利要求1或2所述的散热电路基板的制造方法,其特征在于,
所述绝缘层通过使包含铝的盐或络合物的涂布液在所述金属材料上进行反应从而进行成膜而形成。
6.根据权利要求5所述的散热电路基板的制造方法,其特征在于,
所述成膜的方法为通过载气输送使所述涂布液雾化或液滴化而得到的气雾或液滴,然后使所述气雾或液滴在230℃以上450℃以下的温度氛围下在所述金属材料上进行反应的方法。
7.根据权利要求5所述的散热电路基板的制造方法,其特征在于,
所述涂布液包含0.2质量%以上20质量%以下的铝络合物。
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