JP2000151050A - 複合絶縁金属基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流回路および細密なパターンの小電流回
路を同時に作製することが可能な複合絶縁金属基板を提
供する。 【解決手段】 放熱用の金属板１と、この金属板１上に
形成された第１の絶縁層２と、第１の絶縁層２の上に形
成された０．２ｍｍ〜２ｍｍの厚さの大電流回路用の厚
膜導電層３および該厚膜導電層３と近接して設けられた
第２の絶縁層４と、第２の絶縁層４上に該厚膜導電層３
と同一面となるように形成された小電流回路用の薄膜導
電層５とを備え、第１の絶縁層２は１．４Ｗ／ｍ・℃以
上の熱伝導率を有し、第２の絶縁層４は５以下の誘電率
と第１の絶縁層の熱伝導率よりも小さい熱伝導率とを有
することを特徴とする複合絶縁金属基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路用金属基板に
関し、特に、大電流回路と小電流回路の両方を要求する
電子機器回路に用いるための回路用金属基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器回路に用いられる回路用
金属基板として、放熱用の金属ベース上に熱伝導性が優
れた充填剤入りの熱硬化性樹脂層を形成し、この樹脂層
の上に配線用の導電層を形成した構成の金属基板が知ら
れている。この金属基板は、これらの金属ベース、熱硬
化性樹脂層、および配線用の導電層を接合して一体化す
ることによって作製される。導電層を加工して、所望の
回路用配線パターンを形成する。

【０００３】このような回路用金属基板としては、特開
平６−９００７１号公報に示されているような複合絶縁
金属基板が知られている。この複合絶縁金属基板は、パ
ワー回路のような大電流回路と信号回路のような小電流
回路とを同一平面上に形成した構成のものであり、電気
機器の小型化に貢献する有用な基板として知られてい
る。

【０００４】しかし、特開平６−９００７１に示されて
いるような複合絶縁金属基板においては、大電流回路と
小電流回路とにおいて同じ厚さの導電層を配線用に共有
していた。

【０００５】小電流回路においては細密な配線パターン
を形成するためには、導電層は薄い方が良い。しかし、
大電流回路においては、このような薄い導電層から断面
積の大きい配線を形成しようとすると、配線幅が大きく
なり回路自体が大きくなってしまうという問題があっ
た。

【０００６】逆に、大電流回路においては配線の断面積
を大きくするために導電層は厚い方が良い。しかし、小
電流回路においては、導電層が厚くなると配線幅の小さ
い細密な配線パターンを加工することは困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、配線幅の小さい大電流回路
および細密な配線パターンの小電流回路を同時に作製す
ることが可能な複合絶縁金属基板を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、放熱用
の金属板と、この金属板上に形成された第１の絶縁層
と、第１の絶縁層の上に形成された０．２ｍｍ〜２ｍｍ
の厚さの大電流回路用の厚膜導電層および該厚膜導電層
に近接して設けられた第２の絶縁層と、第２の絶縁層の
上に該厚膜導電層と同一面となるように形成された小電
流回路用の第１の薄膜導電層とを備え、第１の絶縁層は
１．４Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導率を有し、第２の絶縁層
は５以下の誘電率と第１の絶縁層の熱伝導率よりも小さ
い熱伝導率とを有することを特徴とする複合絶縁金属基
板が提供される。

【０００９】本発明においては、該第１の絶縁層と該第
２の絶縁層との間に、第２の薄膜導電層をさらに備えて
いることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
説明する。

【００１１】図１は、本発明に係る複合絶縁金属基板の
一例を示す断面図である。

【００１２】図１に示すように、本発明に係る複合絶縁
金属基板は、放熱用金属板１、第１の絶縁層２、大電流
回路用の厚膜導電層３、第２の絶縁層４、および小電流
回路用の第１の薄膜導電層５を備える。

【００１３】放熱用の金属板１としては、例えばアルミ
板などが挙げられる。金属板の厚さとしては、例えば
０．５〜３ｍｍである。

【００１４】第１の絶縁層２は、放熱用金属板１の一表
面の全面に渡って形成されており、その厚さは、例えば
０．０８〜０．２６ｍｍである。

【００１５】第１の絶縁層２は、１．４Ｗ／ｍ・℃以上
の熱伝導率を有しており、後述する第２の絶縁層４より
も熱伝導率の大きい層である。

【００１６】このような熱伝導率を有する第１の絶縁層
２は、例えば、このような熱伝導率を有する第１の樹脂
系絶縁材料からなるシートを配置したのちに、加熱など
によって硬化させることで形成することができる。

【００１７】第１の樹脂系絶縁材料は、例えば、熱硬化
性樹脂５０〜１５重量部と、３〜１０の誘電率および
１．０Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導率を有する充填剤５０〜
８５重量部とを配合することによって調製することがで
きる。

【００１８】熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂などが挙げられ
る。エポキシ樹脂としては、例えば、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられ
る。これらの樹脂をそれぞれ単独で、または混合して用
いる。

【００１９】充填剤としては、アルミナ、シリカ等の無
機充填剤などが挙げられる。アルミナおよびシリカの熱
伝導率、および誘電率値を下表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】これらの充填剤をそれぞれ単独で、または
混合して熱硬化性樹脂に添加する。

【００２２】充填剤の添加量が、上述のように、５０〜
８５重量部であるのは、次の理由による。すなわち、充
填剤の添加量が５０重量部を下回ると調製された第１の
樹脂系絶縁材料の熱伝導率が低すぎるからである。ま
た、充填剤の添加量が８５重量部を上回ると調製後の第
１の樹脂系絶縁材料の取り扱いが難しくなるからであ
る。

【００２３】熱硬化性樹脂に添加する充填剤の種類およ
び添加量を調整することによって、第１の樹脂系絶縁材
料の熱伝導率および誘電率を容易に所望の値に調製する
ことができる。

【００２４】また、必要であるならば、樹脂の硬化を促
進するための硬化促進剤をさらに加えても良い。硬化促
進剤としては、例えば、イミダゾールなどが挙げられ
る。

【００２５】厚膜導電層３および第２の絶縁層４は、第
１の絶縁層２の上に形成されている。

【００２６】厚膜導電層３は、パワー回路などの大電流
回路で流れる大電流を流すための導電層である。大電流
回路には、例えば２０〜１００Ａのような電流が流れ
る。

【００２７】厚膜導電層３は例えば銅などの金属からな
り、形態としては、例えば、板状および箔状などが挙げ
られる。このような形態の厚膜導電層３は、例えば、メ
ッキ法、金属の板を貼り付ける方法、または貼り付けた
金属の板にメッキを施す方法などによって形成すること
ができる。厚膜導電層３をパターニングして、大電流回
路で用いるための回路配線パターンを形成する。

【００２８】厚膜導電層３の厚さは、好ましくは０．２
ｍｍ〜２ｍｍである。厚膜導電層３の厚さがこの範囲で
あるのは、以下の理由による。すなわち、厚膜導電層３
の厚さが０．２mmを下回ると、厚膜導電層３から形成さ
れる配線の断面積が小さすぎるために、上述のような大
電流を流したときに電流によるジュール熱によって配線
が焼き切れる可能性がある。また、厚さが２ｍｍを上回
ると導電層３が厚すぎるために、後述する打ち抜き加工
などによって厚膜導電層３をパターニングして配線を形
成するときに、所望する加工精度が得られない。

【００２９】第２の絶縁層４は、厚膜導電層３に近接し
て、第１の絶縁層２の上に設けられている。第２の絶縁
層４の厚さは、厚膜導電層３と同じ０．２ｍｍ〜２ｍｍ
の範囲にある。ただし、第２の絶縁層４の上に形成され
る後述する第１の薄膜導電層５の厚さの分だけ厚膜導電
層３よりも薄く形成する。これは、後述するように、第
１薄膜導電層５と厚膜導電層３とが同一面となるように
するためである。

【００３０】第２の絶縁層４は、５以下の誘電率と前述
の第１の絶縁層２の有する熱伝導率よりも小さい熱伝導
率を有する絶縁層である。

【００３１】このような誘電率と熱伝導率とを有する第
２の絶縁層４は、例えば、このような誘電率と熱伝導率
とを有する第２の樹脂系絶縁材料からなるシートを配置
したのちに、加熱などによって硬化させることによって
形成することができる。

【００３２】第２の樹脂系絶縁材料は、例えば、前述の
第１の樹脂系絶縁材料を調製する方法と同様の方法によ
って調製することができる。すなわち、第２の樹脂系絶
縁材料は、例えば、熱硬化性樹脂５０〜１５重量部と、
３〜１０の誘電率および１．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導
率を有する充填剤５０〜８５重量部とを配合することに
よって調製することができる。ただし、第２の樹脂系絶
縁材料は、第１の樹脂系絶縁材料よりも熱伝導率が小さ
くなるように、熱硬化性樹脂と充填剤とを上述の範囲内
において配合して調製する。

【００３３】熱硬化性樹脂および充填剤の種類として
は、例えば、前述した第１の樹脂系絶縁材料を調製する
際に用いるものと同じものを用いる。また、必要に応じ
て、前述した硬化促進剤をさらに加えても良い。

【００３４】第１の薄膜導電層５は、第２の絶縁層４の
上に形成されている。

【００３５】薄膜導電層５は、信号回路のような小電流
回路で流れる小電流を流すための導電層である。小電流
回路には、例えば２０Ａ以下のような小電流が流れる。

【００３６】薄膜導電層５を形成する材料としては、例
えば銅などの金属が挙げられる。また、薄膜導電層５の
形態としては、板状、箔状などが挙げられる。薄膜導電
層５の形成は、厚膜導電層３の形成と同様に、例えば、
メッキ法、銅などからなる金属板を貼り付ける方法、ま
たは貼り付けた銅などの金属板にメッキを施す方法によ
って形成することができる。

【００３７】第１の薄膜導電層５の厚さは、例えば９μ
m〜３５μmである。

【００３８】第１の薄膜導電層５は、前述したように、
厚膜導電層３と同一面となるように第２の絶縁層４の上
に形成する。

【００３９】第１の薄膜導電層５の形態としては、例え
ば、箔状などが挙げられる。このような形態の薄膜導電
層５をパターニングして、小電流回路で用いるための回
路配線パターンを形成する。

【００４０】図２は、本発明に係る複合絶縁金属基板の
別の形態を示す断面図である。

【００４１】図２に示したように、本発明に係る複合絶
縁金属基板は、第１の絶縁層２と第２の絶縁層４との間
に、第２の薄膜導電層６をさらに備えていても良い。

【００４２】第２の薄膜導電層６を形成する材料、厚さ
および形態は、第１の薄膜導電層５のところで述べた内
容と同様である。

【００４３】第２の薄膜導電層６には、小電流回路用の
配線パターンが形成されていても良いし、形成されてい
なくても良い。

【００４４】図２に示した第２の薄膜導電層６は、一例
として配線パターンが形成されていない薄膜導電層６で
ある。つまり、図２の薄膜導電層６は、第２の絶縁層４
の下の全面に形成されている。このように全面に形成さ
れた薄膜導電層６は、例えば外部の回路と接続して接地
電位にすることで、小電流回路用のシールド層として用
いることができる。

【００４５】図３は、本発明に係る複合絶縁金属基板の
他の形態を示す断面図である。

【００４６】図３に示したように、本発明に係る複合絶
縁金属基板は、第１の絶縁層２の上に薄い第３の絶縁層
７をさらに備え、この第３の絶縁層７の上に厚膜導電層
３および第２の絶縁層４を備えていても良い。

【００４７】第３の絶縁層７は、例えば１００μｍ以下
の厚さを有する薄い層である。

【００４８】第３の絶縁層７は、第１の絶縁層２と同様
に、１．４Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導率を有しており、や
はり、第２の絶縁層４よりも熱伝導率の高い層である。

【００４９】このような熱伝導率を有する第３の絶縁層
７は、例えば、このような熱伝導率を有する第３の樹脂
系絶縁材料を塗布するか、または第３の樹脂系絶縁材料
からなるシートを配置したのちに、加熱などによって硬
化させることによって形成することができる。

【００５０】第３の樹脂系絶縁材料は、例えば、前述の
第１の樹脂系絶縁材料を調製する方法と同様の方法によ
って調製することができる。すなわち、第３の樹脂系絶
縁材料は、例えば、熱硬化性樹脂５０〜１５重量部と、
３〜１０の誘電率および１．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導
率を有する充填剤５０〜８５重量部とを配合することに
よって調製することができる。ただし、第３の樹脂系絶
縁材料は、第２の樹脂系絶縁材料４よりも熱伝導率が高
くなるように、熱硬化性樹脂と充填剤とを上述の範囲内
において配合して調製する。

【００５１】熱硬化性樹脂および充填剤の種類として
は、例えば、前述した第１の樹脂系絶縁材料を調製する
際に用いるものと同じものを用いる。また、必要に応じ
て、前述した硬化促進剤をさらに加えても良い。

【００５２】第３の絶縁層７をさらに備える場合には、
後述するように、第１の樹脂系絶縁材料を完全に硬化さ
せて第１の絶縁層２を形成したのちに、この第１の絶縁
層２の上に未硬化の第３の樹脂系絶縁材料を配置する。
そして、例えば、この第３の樹脂系絶縁材料が未硬化の
うちに厚膜導電層３、第２の絶縁層４、および第１の薄
膜導電層５を配置し、その後、全体の構造を加圧下で加
熱して第３の樹脂系絶縁材料を硬化させ第３の絶縁層７
を形成する。絶縁層７が形成されるとともに、厚膜導電
層３および第２の絶縁層４が第３の絶縁層７を介して第
１の絶縁層２と接合され、第１の薄膜導電層５が第２の
絶縁層４と接合される。

【００５３】第３の絶縁層７を形成する利点は、以下の
通りである。

【００５４】第１の樹脂系絶縁材料が未硬化のうちに厚
膜導電層３を形成し、その後、全体を加圧下で加熱して
第１の樹脂系絶縁材料を硬化させようとすると、加圧の
際に第１の樹脂系絶縁材料の厚さが変動することがあ
る。すなわち、加圧によって、第１の樹脂系絶縁材料
が、配線パターンが形成された厚膜導電層３の配線間の
隙間に入り込んでしまい、第１の樹脂系絶縁材料の厚さ
が減少することがある。場合によっては、第１の樹脂系
絶縁材料の厚さがほとんど無くなり、厚膜導電層３と放
熱用の金属板１とが接触することもある。このような事
態を避けるために、最初に第１の絶縁層２を形成して厚
さを確保してから、第３の絶縁層７を介して厚膜導電層
３を接合するのである。

【００５５】第３の絶縁層７の厚さは、第１および第３
の絶縁層の全体としての厚さが第１の絶縁層２とほぼ等
しくなるように、第１の絶縁層７の厚さと比較してでき
る限り小さい方が良い。このような第３の絶縁層７の厚
さとしては、上述したように、例えば１００μｍ以下で
ある。

【００５６】図４は、本発明に係る複合絶縁金属基板の
別の形態を示す断面図である。

【００５７】図４に示したように、本発明に係る複合絶
縁金属基板は、当然のことながら、上述の第３の絶縁層
７を形成した後に、前述の第２の薄膜導電層６を形成し
ても良い。

【００５８】図４においては、一例として、厚膜導電層
３には大電流回路用の配線９が形成されており、また、
第１の薄膜導電層５および第２の薄膜導電層６には、小
電流回路用の配線１１および配線１３がそれぞれ形成さ
れている。

【００５９】図５は、本発明に係る複合絶縁金属基板の
他の形態を示す断面図である。

【００６０】図５に示したように、本発明に係る複合絶
縁金属基板は、上述の第１の薄膜導電層５および第２の
薄膜導電層６の両方を備えている場合には、両薄膜導電
層５、６を電気的に接続する導電材料を形成するための
スルーホールのような貫通孔１４をさらに備えているこ
とが好ましい。

【００６１】図５において、貫通孔１４は、第１の薄膜
導電層５に形成された配線１１、第２の薄膜導電層６に
形成された配線１３、および両薄膜導電層５、６の間の
第２の絶縁層４を貫通して形成されている。貫通孔１４
は、配線１１、１３の形状に合わせて、所定の大きさの
孔を有するものが所定の位置に形成される。

【００６２】貫通孔１４の側面に銅、銀のような金属等
の導電材料１５をメッキ法などによって形成するなどし
て、配線１１および１３を互いに電気的に接続すること
ができる。このようにして配線１１、１３を接続するこ
とによっていわゆる多層配線が可能となるため、複雑な
配線を有する小電流回路をより高密度に作製することが
できる。

【００６３】以上、説明した本発明に係る複合絶縁金属
基板においては、大電流回路用の厚膜導電層３を厚さが
０．２ｍｍ〜２ｍｍと非常に厚く形成し、小電流回路用
の薄膜導電層５を例えば厚さが９μｍ〜３５μｍと非常
に薄く形成している。

【００６４】このように本発明に係る複合絶縁金属基板
においては、厚膜導電層２の厚さと薄膜導電層５の厚さ
とを大きく違えて形成しているために、配線幅の小さい
大電流回路と細密な配線パターンの小電流回路とを同時
に作製することが可能となっている。

【００６５】すなわち、大電流回路用の厚膜導電層３は
０．２ｍｍ〜２ｍｍと非常に厚いために、配線幅を小さ
くしても配線の断面積を大きく保つことが可能であり、
大電流を十分に許容することができる。回路の配線幅を
小さくできるため、大電流回路自体を小さく抑えること
ができる。

【００６６】また、小電流回路用の薄膜導電層５は例え
ば９μm〜３５μmと非常に薄いため、小電流回路におい
て配線幅の小さい細密な配線パターンを形成することが
可能である。

【００６７】さらに、厚膜導電層３および薄膜導電層５
は同一面となるように形成されており、大電流回路およ
び小電流回路を容易に同時に作製することが可能であ
る。

【００６８】以上のように、本発明に係る複合絶縁金属
基板によって、配線幅の小さい大電流回路と細密な配線
パターンの小電流回路とを同時に作製することが可能と
なっている。

【００６９】上述した、本発明に係る複合絶縁金属基板
において厚膜導電層３の厚さが大きいことの効果を、従
来の金属基板と比較して説明する。

【００７０】下表２は、従来の金属基板の場合と、本発
明に係る複合絶縁金属基板の場合の両方について、導電
層の幅と厚さから算出される導電層の断面積を示したも
のである。本発明に係る金属基板の場合については、厚
膜導電層３について示している。

【００７１】

【表２】

【００７２】上表２において、導電層の幅が０．５ｍｍ
〜６．０ｍｍの場合について算出している。また、導電
層の厚さについては、従来の金属基板については典型的
な値である０．１４ｍｍとし、本発明の金属基板につい
ては厚膜導電層３の厚さである０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ
としているた。

【００７３】表２において、例えば導電層の断面積とし
て約０．５ｍｍ² （これは、従来の金属基板において、
約７０Ａの電流を流すために必要な断面積である）が必
要だとすると、従来の金属基板においては導電層の幅は
約３．５ｍｍとなることが分かる。一方、本発明に係る
金属基板においては、厚さ１．０ｍｍの厚膜導電層３を
形成すれば、同じ０．５ｍｍ² の断面積を得るのに導電
層の幅は０．５ｍｍで済むことが分かる。

【００７４】このように、本発明においては、従来の金
属基板と比較して、大電流回路における導電層の幅、つ
まり配線幅を大幅に小さくすることができる。

【００７５】また、本発明に係る複合絶縁金属基板にお
いては、大電流回路側において熱伝導率が１．４Ｗ／ｍ
・℃以上であるような熱伝導性の高い第１の絶縁層２を
厚膜導電層３の下に配置し、小電流回路側において第１
の絶縁層２よりも熱伝導率が小さい第２の絶縁層４を薄
膜導電層５の下に配置している。

【００７６】こうすることによって、大電流回路で動作
中に発生する熱を第１の絶縁層２を通して効率良く放熱
用の金属板１へと逃すことができるとともに、発生した
熱が第２の絶縁層４を通って小電流回路側に流れ小電流
回路の温度が増加することを抑えることができる。

【００７７】また、本発明に係る複合絶縁金属基板にお
いては、小電流回路側において誘電率が５以下であるよ
うな誘電率の小さい第２の絶縁層４を薄膜導電層５の下
に配置している。

【００７８】こうすることによって、小電流回路側での
電気的特性、例えば信号回路の伝達特性などを良好なも
のとすることができる。

【００７９】以上、述べたように、本発明によって、高
熱伝導性と低誘電率化の両方を備える複合絶縁金属基板
が実現される。

【００８０】また、本発明においては、第１、第２の絶
縁層２、４を、樹脂系絶縁材料から形成している。その
ため、樹脂系絶縁材料に添加する充填剤の種類および添
加量を調製することによって、絶縁層２、４の熱伝導率
および誘電率を容易に所望の値に調製することができ
る。

【００８１】小電流回路側における第２の絶縁層２の誘
電率が低いことの利点を、以下の説明によって詳しく示
す。

【００８２】高周波領域で用いる機器（例えば、１０ｋ
Ｈｚ〜数１００ｋＨｚの周波数で用いるインバータなど
のような通常の電気機器）では、回路が高密度化するこ
とにともない、回路から発生する熱を放散することとと
もに、回路の誘電損失を低減することが大事である。高
周波領域での課電と、課電に伴い発生する誘電損失は、
基板の静電容量および誘電正接に比例する。

【００８３】つまり、誘電損失を減らすためには、基板
の静電容量および誘電正接を低くすることが必要であ
る。この誘電正接は静電容量Ｃに比例する。従って、誘
電損失を減らすためには、結局、基板の静電容量、すな
わち基板に用いる材料の誘電率εを低くすれば良いこと
が分かる。

【００８４】また、信号回路においては電気信号の伝搬
速度が大きい方が良い。伝搬速度は、基板の誘電率εが
小さいほど大きくなる。

【００８５】さらに、複合絶縁金属基板上に作製される
回路間、または回路と放熱用金属板との間における放電
電荷量Ｑは、下式に従って、基板の静電容量に比例す
る。

【００８６】Ｑ＝Ｃ・ｄＶ ここで、Ｃは基板の静電容量、ｄＶは放電による電圧降
下である。

【００８７】上式より、放電による電荷量を減らすため
には、基板の静電容量、すなわち基板に用いる材料の誘
電率を低くすれば良いことが分かる。

【００８８】以上、説明したように、小電流回路側にお
ける第２の絶縁層２の誘電率は低い方が良いことが分か
る。

【００８９】以上、説明したように、本発明において
は、大電流回路側に熱伝導性の高い第１の絶縁層２を配
置し、小電流回路側に誘電率の小さい第２の絶縁層４を
配置することによって、高熱伝導性と低誘電率化の両方
を備える複合絶縁金属基板を実現している。

【００９０】次に、本発明に係る複合絶縁金属基板の製
造方法の一例について、説明する。なお、以下の説明
は、例として第３の絶縁層７を備えた構造の複合絶縁金
属基板を製造する場合について、図２〜図４を参照しな
がら行う。

【００９１】（ａ）第１の樹脂系絶縁材料からなるシー
トを放熱用金属板１の上に配置する。配置したのち加熱
などによって第１の樹脂系絶縁材料を完全に硬化させ
て、第１の絶縁層２を形成する。

【００９２】（ｂ）第３の樹脂系絶縁材料を第１の絶縁
層２上に均一に塗布するか、または、第３の樹脂系絶縁
材料からなるシートを第１の絶縁層２の上に配置する。

【００９３】（ｃ）第３の樹脂系絶縁材料が未硬化のう
ちに、第３の樹脂系絶縁材料の上に例えば、金属の板の
形態の厚膜導電層３を貼り付ける。そして、この厚膜導
電層３に近接するように第２の樹脂系絶縁材料からなる
シートを配置して、このシートの上に、例えば金属の板
の形態の第１の薄膜導電層５を配置する。または、厚膜
導電層３に近接するように、例えば金属の板の形態の第
１の薄膜導電層３、第２の樹脂系絶縁材料からなるシー
ト、および金属の板の形態の第２の薄膜導電層６を積層
して配置する。なお、第２の薄膜導電層６には図４に示
すような配線パターン１３が形成されていても良い。

【００９４】（ｄ）以上のように配置したのち、全体を
加圧した状態で加熱することによって、未硬化の第２、
第３の樹脂系絶縁材料を硬化させて全体を接合し一体化
する。

【００９５】（ｅ）（ｄ）のようにして接合したのち、
後述する配線パターンを形成する方法によって、図４に
示すように厚膜導電層、第１の薄膜導電層上に配線９、
１１を形成する。

【００９６】以上の（ａ）〜（ｄ）の工程によって、本
発明に係る複合絶縁金属基板が製造される。

【００９７】次に、本発明に係る複合絶縁金属基板の製
造方法の他の例について、説明する。なお、以下の説明
は、例として第３の樹脂系絶縁材料を備えた構造の複合
絶縁金属基板を製造する場合について、図２〜図４を参
照しながら行う。

【００９８】（ａ’）第１の樹脂系絶縁材料からなるシ
ートを放熱用金属板１の上に配置したのち、加熱などに
よって第１の樹脂系絶縁材料を完全に硬化させて、第１
の絶縁層２を形成する。

【００９９】（ｂ’）第３の樹脂系絶縁材料を、第１の
絶縁層２の上に例えば均一に塗布して形成する。第３の
樹脂系絶縁材料が未硬化のうちに、例えば金属の板の形
態の厚膜導電層を配置する。

【０１００】（ｃ’）第２の樹脂系絶縁材料からなるシ
ートの一方または両方の面に第１または第２の薄膜導電
層５、６が形成された構造物を、別に作製しておく。

【０１０１】作製の仕方としては、例えば、第２の樹脂
系絶縁材料のシートの一方または両方の面に、金属の板
の形態の第１または第２の薄膜導電層５、６を貼り付け
るか、または、金属の板の形態の第１の薄膜導電層５の
表面に第２の樹脂系絶縁材料を塗布したのちに金属の板
の第２の薄膜導電層６を貼り付けるなどが挙げられる。

【０１０２】以上のようにして作製した構造物は、その
全体の厚さが厚膜導電層３の厚さと同じになるように作
製する。作製ののち、後述する配線パターンを形成する
方法によって、第１および第２の薄膜導電層５、６の一
方または両方に図４に示すような配線１１または１３を
形成する。両方の薄膜導電層に配線１１、１３を形成し
たときには、レーザー加工などによって前述の貫通孔１
４をさらに形成したのちに、メッキ法によって図４に示
すように貫通孔１４の側面に導電材料１５を形成しても
良い。

【０１０３】（ｄ’）第３の樹脂系絶縁材料が未硬化の
うちに、（ｃ’）で作製した構造物を、厚膜導電層３と
近接するように、第３の樹脂系絶縁材料の上に配置す
る。配置は、構造物の第１の薄膜導電層が形成されてい
ない面が第３の樹脂系絶縁材料と接触するようにして行
う。

【０１０４】（ｅ’）（ｄ’）のようにして配置したの
ち全体を加圧した状態で加熱することによって、未硬化
の第３の樹脂系絶縁材料を硬化させて全体を接合し一体
化する。

【０１０５】（ｆ’）（ｅ’）のようにして接合したの
ち、後述する配線パターンを形成する方法によって、図
４に示すように厚膜導電層３上に配線９を形成する。

【０１０６】以上の（ａ’）〜（ｆ’）の工程によっ
て、本発明に係る複合絶縁金属基板が製造される。

【０１０７】次に、厚膜導電層３、ならびに薄膜導電層
５および６を加工して配線パターンを形成する方法につ
いて説明する。

【０１０８】厚膜導電層３を大電流回路に用いる配線に
加工する方法としては、通常の印刷回路製造方法で用い
られているエッチング加工、リードフレームを持つ打ち
抜き加工、および半打ち抜き状態にした後のエッチング
加工などが挙げられる。

【０１０９】エッチング加工は、厚膜導電層３を０．５
ｍｍ以下の幅の配線に加工するときに用いることができ
る。また、打ち抜き加工および半打ち抜き状態のあとに
行うエッチング加工は、厚膜導電層３を０．５ｍｍを上
回る幅の配線に加工するときに用いることもできる。

【０１１０】薄膜導電層を小電流回路に用いる配線に加
工する方法としては、上述の通常の印刷回路製造方法で
用いられているエッチング加工などが挙げられる。

【０１１１】

【実施例】本発明に係る複合絶縁金属基板の全体として
の熱伝導性を、シミュレーションによって評価した。シ
ミュレーションによる評価は、以下のようにして行っ
た。

【０１１２】（１）まず、下表３に示すような組成を有
する第１、第２、および第３の樹脂系絶縁材料をそれぞ
れ作製した。各樹脂系絶縁材料について測定した熱伝導
率および誘電率の値も、表３に示す。

【０１１３】

【表３】

【０１１４】（２）上述のようにして作製した第１〜第
３の樹脂系絶縁材料を用いて図３に示す構造の複合絶縁
金属基板を作製した場合における、厚膜導電層３側およ
び薄膜導電層５側での熱伝導率をシミュレーションし
た。

【０１１５】シミュレーションの際、第１〜第３の絶縁
層２、４、７の厚さ、および厚膜導電層３、薄膜導電層
５、放熱用の金属板１の厚さは、下表４に示すような値
であるとした。

【０１１６】

【表４】

【０１１７】（３）シミュレーションは、以下のように
して行った。

【０１１８】（ｉ）まず、厚膜導電層３側および薄膜導
電層５側の両方について、熱伝導についての等価回路図
を作成した。

【０１１９】図７（ａ）は、厚膜導電層３側の構造を示
す模式図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に基いて作
成された厚膜導電層３側の熱伝導についての等価回路図
である。

【０１２０】図７（ａ）、（ｂ）において、Ｔ_a は厚膜
導電層３、Ｔ₁ は第１の絶縁層２、Ｔ₃は第３の絶縁層
７、Ｔ_b は放熱用金属板１を示す。ｋは熱伝導率を示
し、ｋの添え数字によって、厚膜導電層３、第１および
第３の絶縁層２および７、放熱用金属板１の各部位の熱
伝導率であることを示す。また、ｄｘは各部位の厚さを
示し、ｄｘの添え数字によって各部位の厚さであること
を示す。ｄｘ／ｋは各部位の熱抵抗を示し、添え数字に
よって各部位での熱抵抗であること示す。また、Ｖは各
部位の体積分率（今の場合は、全体の厚さに対する各部
位の厚さの割合）を示し、添え数字によって各部位の体
積分率であることを示す。ｄＴは全体に渡る温度差を示
す。

【０１２１】図８（ａ）は、薄膜導電層５側の構造を示
す模式図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に基いて作
成された薄膜導電層５側の熱伝導についての等価回路図
である。

【０１２２】図８（ａ）、（ｂ）において、Ｔ_c は薄膜
導電層５、Ｔ₁ は第１の絶縁層２、Ｔ₂ は第２の絶縁層
４、Ｔ₃ は第３の絶縁層７、Ｔ_b は放熱用金属板１を示
す。ｋは熱伝導率を示し、ｋの添え数字によって薄膜導
電層５、第１〜第３の絶縁層２〜７、および放熱用金属
板１の各部位の熱伝導率であることを示す。また、ｄ
ｘ、ｄｘ／ｋ、Ｖ、ｄＴについては、図７（ａ）、
（ｂ）の厚膜導電層３の場合について述べたことと同様
である。

【０１２３】（ｉｉ）次に、図７（ｂ）の等価回路に基
いて、厚膜導電層３側の全体の熱伝導率（ｋ_thick ）を
以下のようにして求めた。

【０１２４】まず、厚膜導電層３側の全体の熱流速（１
／ｋ_thick ）は以下のようにして求められる。

【０１２５】 （１／ｋ_thick ） ＝｛（ｄｘ_a ／ｋ_a ）＋（ｄｘ₁ ／ｋ₁ ）＋（ｄｘ₃ ／ｋ₃ ）＋（ｄｘ_b ／ｋ _b ）｝／（ｄｘ_a ＋ｄｘ₁ ＋ｄｘ₃ ＋ｄｘ_b ） ＝（Ｖ_a ／ｋ_a ）＋（Ｖ₁ ／ｋ₁ ）＋（Ｖ₃ ／ｋ₃ ）＋（Ｖ_b ／ｋ_b ） ここで、各部位の体積分率Ｖ_a 、Ｖ₁ 、Ｖ₃ 、Ｖ_b は、
表３に示した値を参照して、以下のように求められる。

【０１２６】Ｖ_a ＝１／（１＋０．０５＋０．１５＋
２）＝１／３．２、Ｖ₁ ＝０．１５／３．２、Ｖ₃ ＝
０．０５／３．２、Ｖ_b ＝２／３．２、である。

【０１２７】以上の体積分率の値を用いて、厚膜導電層
３側の全体の熱流速（１／ｋ_thick）を求める。

【０１２８】 （１／ｋ_thick ） ＝{１／（４１６×３．２）}＋{０．０５／（１．５×３．２）}＋{０．１５ ／（１．８×３．２）}＋{２／（２３８×３．２）} ＝０．１３８９ すなわち、厚膜導電層３側の全体の熱伝導率ｋ
_thick は、ｋ_thick ＝１／０．１３８９＝７．２Ｗ／ｍ
・℃、となる。

【０１２９】なお、この熱伝導率は、熱流束が各部位を
上下に垂直に通過する場合の値である。実際には、厚膜
導電層３および放熱用金属板１から熱が拡散および放熱
するので、厚膜導電層３および放熱用金属板１での熱伝
導率は無視できる。

【０１３０】従って、 （１／ｋ_thick ） ＝{０．０５／（１．５×０．２）}＋{０．１５／（１．８×０．２）} _{＝０．５８７} すなわち、実際には、厚膜導電層３側の全体の導電率ｋ
_thick は、ｋ_thick ＝１／０．５８７＝１．７Ｗ／ｍ・
℃となる。

【０１３１】（ｉｉｉ）次に、図８（ｂ）の等価回路に
基いて、薄膜導電層５側の全体の熱伝導率（ｋ_thin）を
以下のようにして求めた。

【０１３２】まず、薄膜導電層５側の全体の熱流速（１
／ ｋ_thin）は以下のようにして求められる。

【０１３３】 （１／ｋ_thin ） ＝｛（ｄｘ_c ／ｋ_c ）＋（ｄｘ₁ ／ｋ₁ ）＋（ｄｘ₃ ／ｋ₃ ）＋（ｄｘ₂ ／ｋ ₂ ）＋（ｄｘ_b ／ｋ_b ）｝／（ｄｘ_c ＋ｄｘ₂ ＋ｄｘ₃ ＋ｄｘ_c ＋ｄｘ_b ） ＝（Ｖ_c ／ｋ_c ）＋（Ｖ₁ ／ｋ₁ ）＋（Ｖ₃ ／ｋ₃ ）＋（Ｖ₂ ／ｋ₂ ）＋（Ｖ _b ／ｋ_b ） ここで、各部位の体積分率Ｖ_c 、Ｖ₁ 、Ｖ₃ 、Ｖ₂ 、Ｖ
_b は、表３に示した値を参照して、以下のように求めら
れる。

【０１３４】Ｖ_c ＝０．０３５／（０．０３５＋１＋
０．０５＋０．１５＋２）＝０．０３５／３．２３５、
Ｖ₁ ＝１／３．２３５、Ｖ₃ ＝０．０５／３．２３５、
Ｖ₂＝０．１５／３．２３５、Ｖ_b ＝２／３．２３５、
である。

【０１３５】以上の体積分率の値を用いて、薄膜導電層
５側の全体の熱流速（１／ｋ_thin）を求める。

【０１３６】 （１／ｋ_thin） ＝{０．０３５／（４１６×３．２３５）}＋{１／（１．１×３．２３５）}＋ {０．０５／（１．５×３．２３５）}＋{０．１５／（１．８×３．２３５）}＋ {２／（２３８×３．２３５）} ＝０．３１９７ すなわち、薄膜導電層５側の全体の導電率ｋ_thinは、ｋ
_thin＝１／０．３２０＝３．１３Ｗ／ｍ・℃となる。

【０１３７】なお、厚膜導電層３の場合と同様に、この
熱伝導率は熱流束が各部位を上下に垂直に通過する場合
の値である。実際には、薄膜導電層５および放熱用金属
板１から熱が拡散および放熱するので、薄膜導電層５お
よび放熱用金属板１での熱伝導率は無視できる。

【０１３８】従って、 （１／ｋ_thin） ＝{１／（１．１×１．２）}＋{０．０５／（１．５×１．２）}＋{０．１５ ／（１．８×１．２）} ＝０．８５５ すなわち、実際には、薄膜導電層５側の全体の導電率ｋ
_thinは、ｋ_thin＝１／０．８５５＝１．１７Ｗ／ｍ・℃
となる。

【０１３９】以上のシミュレーション結果をまとめる
と、厚膜導電層３側の全体の熱伝導率ｋ_thick は１．７
Ｗ／ｍ・℃、薄膜導電層５側の全体の熱伝導率ｋ
_thinは、１．１７Ｗ／ｍ・℃となることが得られた。

【０１４０】厚膜導電層側における熱伝導率の値は、実
際に複合絶縁金属基板を使用する上で十分高い値であ
り、満足のできるものである。

【０１４１】すなわち、厚膜導電層３側の大電流回路で
発生した熱の大部分は、厚膜導電層３の下の熱伝導率の
高い絶縁層７、２を通って放熱用金属板１から放熱され
ることが予想される。

【０１４２】また、薄膜導電層５側の全体の熱伝導率は
厚膜導電層３側のそれよりも低いために、大電流回路で
発生した熱が薄膜導電層３側つまり小電流回路へと移動
することが抑えられ、小電流回路側での温度の増加が少
ないことが十分に期待できる。このように小電流回路で
の温度の増加が少ないことによって、小電流回路での安
定した動作、および高い信頼性が期待できる。

【０１４３】以上、説明したように、シミュレーション
によって本発明に係る複合絶縁金属基板の良好な熱伝導
性が確認された。

【０１４４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によっ
て、細密なパターンの大電流回路および小電流回路を同
時に作製することが可能な複合絶縁金属基板が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合絶縁金属基板の一例を示す
図。

【図２】本発明に係る複合絶縁金属基板の他の例を示す
図。

【図３】本発明に係る複合絶縁金属基板の他の例を示す
図。

【図４】本発明に係る複合絶縁金属基板の他の例を示す
図。

【図５】本発明に係る複合絶縁金属基板の他の例を示す
図。

【図６】本発明に係る複合絶縁金属基板の熱伝導率をシ
ミュレーションするための等価回路を示すための図。

【図７】本発明に係る複合絶縁金属基板の熱伝導率をシ
ミュレーションするための等価回路を示すための図。

【符号の説明】

１…放熱用金属板 ２…第１の絶縁層 ３…厚膜導電層３ ４…第２の絶縁層 ５…薄膜導電層 ６…第２の薄膜層 ７…第３の絶縁層 ９、１１、１３…配線 １４…貫通孔 １５…導電材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E315 AA03 AA10 AA13 BB01 BB03 BB10 BB15 BB16 BB18 CC14 DD13 DD15 DD17 GG20 5E338 AA01 AA16 AA18 BB63 BB71 BB75 CC01 CC04 CD02 EE02 EE32

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱用の金属板と、この金属板上に形成
   された第１の絶縁層と、第１の絶縁層の上に形成された
   ０．２ｍｍ〜２ｍｍの厚さの大電流回路用の厚膜導電層
   および該厚膜導電層に近接して設けられた第２の絶縁層
   と、第２の絶縁層の上に該厚膜導電層と同一面となるよ
   うに形成された小電流回路用の第１の薄膜導電層とを備
   え、 第１の絶縁層は１．４Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導率を有
   し、 第２の絶縁層は５以下の誘電率と第１の絶縁層の熱伝導
   率よりも小さい熱伝導率とを有することを特徴とする複
   合絶縁金属基板。
2. 【請求項２】 該第１の絶縁層と該第２の絶縁層との間
   に、第２の薄膜導電層をさらに備えていることを特徴と
   する請求項１記載の複合絶縁金属基板。