JP2008041838A - Metal core board and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱伝導性及び耐熱性に優れ、絶縁層の分解による変色のおそれの少ないメタルコア基板の製造方法及びメタルコア基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal core substrate and a metal core substrate that are excellent in thermal conductivity and heat resistance and are less likely to cause discoloration due to decomposition of an insulating layer.
電子回路の集積化にともない、電子部品が実装される配線用基板には、優れた放熱特性が求められている。このため、従来のガラスエポキシ配線用基板に替えて、熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属をベースとしたメタルコア基板が開発されている。例えば、特許文献1には、銅箔付の樹脂フィルムをメタルコアに貼り付けたり、プリプレグを介して直接銅箔にメタルコアを貼り付けるメタルコア基板が記載されている。
With the integration of electronic circuits, wiring substrates on which electronic components are mounted are required to have excellent heat dissipation characteristics. For this reason, metal core substrates based on metals such as aluminum having excellent thermal conductivity have been developed in place of conventional glass epoxy wiring substrates. For example,
しかし、このような樹脂を介在してメタルコアに金属箔を貼り付けたメタルコア基板では、電子部品からの発熱により、樹脂が分解して剥離が起こったり、分解物によって変色が起こったりするという問題が生じていた。特に発光ダイオードの実装においては、集積化や高輝度化による発熱量の増大により、変色や剥離が問題となっていた。また、絶縁層として熱伝導性に劣る樹脂が用いられているため、未だ十分な放熱特性を有するとはいえない。 However, in the metal core substrate in which the metal core is bonded to the metal core with such a resin interposed, there is a problem that the resin decomposes and peels off due to heat generated from the electronic component, or the discolored product causes discoloration. It was happening. In particular, in the mounting of light emitting diodes, discoloration and peeling have been problems due to an increase in the amount of heat generated by integration and high brightness. In addition, since a resin having inferior thermal conductivity is used as the insulating layer, it cannot be said that the insulating layer has sufficient heat dissipation characteristics.
このため、アルミニウム板等のメタルコアに陽極酸化皮膜を形成してこれを絶縁層とし、さらに陽極酸化皮膜上にガラス成分の入った導電性膜形成用のインクで印刷し、焼付けを行うというメタルコア基板の製造方法も提案されている(特許文献2)。この方法により得られたメタルコア基板は、絶縁層に樹脂を用いていないため耐熱性に優れており、分解物による変色のおそれも少ない。また、優れた放熱特性を有する。
しかし、上記特許文献2に記載のメタルコア基板では、インクを焼き付けるためにインクに含まれているガラス成分が溶融するまで加熱しなければならず、陽極酸化皮膜の電気絶縁性が低下するおそれがあった(上記特許文献2の段落番号0019参照)。このため、スパッタリングや蒸着によって回路を形成することも提案されているが、このためには大掛かりな装置が必要となるとともに、回路の膜厚が極めて薄くなるため、許容電流が小さくなってしまうという問題もあった。
However, in the metal core substrate described in
本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたものであり、熱による剥離や変色が生じ難く、厚膜回路の形成も可能なメタルコア基板及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and it is an object to be solved to provide a metal core substrate and a method for manufacturing the metal core substrate that are less likely to be peeled off or discolored by heat and can form a thick film circuit. .
本発明の第1の局面のメタルコア基板の製造方法は、金属板に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化工程と、該陽極酸化皮膜上に金属アルコキシド重合層を形成する重合層形成工程と、金属アルコキシド重合層上に金属層を形成させる金属層形成工程と、を備えることを特徴とする。 The method for producing a metal core substrate according to the first aspect of the present invention includes an anodizing step for forming an anodized film on a metal plate, a polymerized layer forming step for forming a metal alkoxide polymerized layer on the anodized film, and a metal alkoxide. And a metal layer forming step of forming a metal layer on the polymerized layer.
このメタルコア基板の製造方法では、まず陽極酸化工程として、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を陽極酸化し、金属板上に絶縁層としての陽極酸化皮膜を形成させる。次に、重合層形成工程として、陽極酸化皮膜上に金属アルコキシド重合層を形成する。金属アルコキシド重合層の形成方法としては、シリコンアルコキシド等の金属アルコキシド溶液あるいはその加水分解物を塗布や噴霧やスピンコート等の方法によって陽極酸化皮膜に付着させ、乾燥させることによって形成させることができる。そして、さらに金属層形成工程として、金属アルコキシド重合層上に金属層を形成させる。金属層の形成方法としては、金属アルコキシド重合層を接着剤として使用して銅等の金属の箔を圧着させる方法や、蒸着やスパッタリングによる方法等が挙げられる。 In this method of manufacturing a metal core substrate, first, as an anodizing step, a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy is anodized to form an anodized film as an insulating layer on the metal plate. Next, as a polymerization layer forming step, a metal alkoxide polymerization layer is formed on the anodized film. As a method for forming the metal alkoxide polymerization layer, a metal alkoxide solution such as silicon alkoxide or a hydrolyzate thereof may be attached to the anodized film by a method such as coating, spraying or spin coating, and dried. And as a metal layer formation process, a metal layer is formed on a metal alkoxide polymerization layer. Examples of the method for forming the metal layer include a method in which a metal foil such as copper is pressure-bonded using a metal alkoxide polymerization layer as an adhesive, a method by vapor deposition or sputtering, and the like.
このようにして製造されたメタルコア基板は、絶縁層として、樹脂よりも熱伝導性に優れた陽極酸化皮膜や金属アルコキシド重合層を用いているため、放熱特性に優れている。また、エポキシ等の樹脂を用いていないため、耐熱性に優れ、変色の原因となる分解ガスの発生もない。さらには、金属層の形成方法として金属箔の圧着等を行えば、厚膜回路の形成も可能となる。 The metal core substrate manufactured in this way is excellent in heat dissipation characteristics because an anodized film or a metal alkoxide polymerized layer having better thermal conductivity than the resin is used as the insulating layer. In addition, since no resin such as epoxy is used, it has excellent heat resistance and does not generate decomposition gas that causes discoloration. Furthermore, if a metal foil is crimped as a method for forming the metal layer, a thick film circuit can be formed.
本発明の第2の局面のメタルコア基板の製造方法では、陽極酸化皮膜は封孔処理がされていないこととした。封孔処理がされていない陽極酸化皮膜は、微細な孔が生じているため、重合層形成工程において金属アルコキシド重合物が微細な孔の内部まで充填される。このため、陽極酸化皮膜がさらに緻密となり、熱伝導性がさらに向上し、機械的強度も増大する。
なお、封孔処理された陽極酸化皮膜上に金属アルコキシド重合層を形成させることも、もちろん可能である。封孔処理によって緻密化された陽極酸化皮膜は優れた耐食性を示すため、その上に金属アルコキシド重合層を形成したメタルコア基板も、優れた耐食性を示すこととなる。
In the method for manufacturing a metal core substrate according to the second aspect of the present invention, the anodized film is not sealed. Since the anodic oxide film not subjected to the sealing treatment has fine pores, the metal alkoxide polymer is filled into the fine pores in the polymerization layer forming step. For this reason, the anodized film becomes denser, the thermal conductivity is further improved, and the mechanical strength is also increased.
It is of course possible to form a metal alkoxide polymerization layer on the anodized film that has been subjected to the sealing treatment. Since the anodic oxide film densified by the sealing treatment exhibits excellent corrosion resistance, the metal core substrate on which the metal alkoxide polymer layer is formed also exhibits excellent corrosion resistance.
本発明の第3の局面のメタルコア基板の製造方法では、前記金属層形成工程における金属層の形成は、半硬化した金属アルコキシド重合層に金属箔を圧着させることによって行うこととした。半硬化した金属アルコキシド重合層は粘性を有し、接着剤として機能するため、金属箔を確実に圧着させることができる。 In the method for manufacturing a metal core substrate according to the third aspect of the present invention, the formation of the metal layer in the metal layer forming step is performed by pressure-bonding a metal foil to the semi-cured metal alkoxide polymerization layer. The semi-cured metal alkoxide polymerized layer has viscosity and functions as an adhesive, so that the metal foil can be securely crimped.
本発明の第4の局面のメタルコア基板の製造方法では、前記金属アルコキシドはシリコンアルコキシドであることとした。シリコンアルコキシドはゾル−ゲル反応を容易に起こし、緻密な金属アルコキシド重合層を形成させることができる。また、他の金属アルコキシドと比較して安価であるため、製造コストの低廉化が可能となる。 In the metal core substrate manufacturing method according to the fourth aspect of the present invention, the metal alkoxide is silicon alkoxide. Silicon alkoxide easily causes a sol-gel reaction to form a dense metal alkoxide polymerized layer. Moreover, since it is cheaper than other metal alkoxides, the manufacturing cost can be reduced.
本発明の第5の局面のメタルコア基板の製造方法は、前記金属板にはスルーホールが形成されており、前記陽極酸化工程、前記重合層形成工程及び前記金属層形成工程は前記スルーホールの周面に対しても実行されることとした。このようにして、表裏間で電気的導通がなされたスルーホールの両面回路基板とすることができる。 In the metal core substrate manufacturing method of the fifth aspect of the present invention, a through hole is formed in the metal plate, and the anodizing step, the polymerization layer forming step, and the metal layer forming step are performed around the through hole. It was decided to be executed on the surface. In this manner, a double-sided circuit board with through holes in which electrical conduction is made between the front and back sides can be obtained.
本発明の第1の局面のメタルコア基板の製造方法により、本発明のメタルコア基板が製造される。すなわち、本発明のメタルコア基板は、陽極酸化皮膜が形成された金属板と、該陽極酸化皮膜上に形成された金属アルコキシド重合層と、該金属アルコキシド重合層上に形成された金属層と、からなることを特徴とする。 The metal core substrate of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a metal core substrate of the first aspect of the present invention. That is, the metal core substrate of the present invention comprises a metal plate on which an anodized film is formed, a metal alkoxide polymer layer formed on the anodized film, and a metal layer formed on the metal alkoxide polymer layer. It is characterized by becoming.
陽極酸化工程に用いる金属としては、電気的な絶縁性が得られる陽極酸化皮膜が形成可能な金属であれば、どのような金属でも用いることができる。このような金属として、例えば、アルミニウム、各種アルミニウム合金、マグネシウム合金等が挙げられる。
また、陽極酸化工程では、金属板の全面に陽極酸化皮膜を形成させてもよいが、あらかじめマスキングした金属板を陽極酸化させてからマスキングを剥がすことにより、パターン形成された陽極酸化皮膜とすることもできる。このようにして、金属光沢部分を残した部分を、例えばLEDを実装する場合の反射板等に利用することもできる。
As the metal used in the anodizing step, any metal can be used as long as it can form an anodized film capable of obtaining electrical insulation. Examples of such metals include aluminum, various aluminum alloys, and magnesium alloys.
Also, in the anodizing step, an anodized film may be formed on the entire surface of the metal plate. However, a patterned anodized film is obtained by anodizing a previously masked metal plate and removing the masking. You can also. In this way, the portion where the metallic luster portion is left can also be used for a reflection plate or the like when mounting an LED, for example.
また、重合層形成工程で用いられる金属アルコキシドとしては、水の存在下においてゾル−ゲル反応により分子間で縮合するものであればよく、例えば 一般式がRmSi(OR)4−m(ここでRはアルキル基、アルケニル基、フェニル基、シクロアルキル基等の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す)で表される各種のシリコンアルコキシド、一般式がRmAl(OR)3−m(ここでRはアルキル基、アルケニル基、フェニル基、シクロアルキル基等の炭化水素基を表し、mは0〜2の整数を表す)で表される各種のアルミニウムアルコキシド、一般式がRmTi(OR)4−m(ここでRはアルキル基、アルケニル基、フェニル基、シクロアルキル基等の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す)で表される各種のチタンアルコキシド、RmZr(OR)4−m(ここでRはアルキル基、アルケニル基、フェニル基、シクロアルキル基等の炭化水素基を表し、mは0〜3の整数を表す)で表される各種のジルコニウムアルコキシド等を用いることができる。さらにこれらの金属アルコキシドを混合して用いることも可能である。 The metal alkoxide used in the polymerization layer forming step is not particularly limited as long as it condenses between molecules by a sol-gel reaction in the presence of water. For example, the general formula is R m Si (OR) 4-m (here Wherein R represents a hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, a phenyl group, a cycloalkyl group, and m represents an integer of 0 to 3, and the general formula is R m Al (OR ) 3-m (wherein R represents a hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, a phenyl group, a cycloalkyl group, and m represents an integer of 0 to 2), various aluminum alkoxides represented by the general formula various but represented by R m Ti (OR) 4- m ( wherein R represents an alkyl group, an alkenyl group, a phenyl group, a hydrocarbon group such as a cycloalkyl group, m represents an integer of 0 to 3) of Titanium alkoxide, R m Zr (OR) 4-m (wherein R represents a hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, a phenyl group, a cycloalkyl group, and m represents an integer of 0 to 3). Various zirconium alkoxides can be used. Further, these metal alkoxides can be used in combination.
金属層形成工程における金属層の形成方法としては、金属アルコキシド重合層を接着剤として使用して銅等の金属の箔を圧着させる方法や、蒸着やスパッタリングによる方法等が挙げられる。 Examples of the method for forming the metal layer in the metal layer forming step include a method in which a metal alkoxide polymerization layer is used as an adhesive and a metal foil such as copper is pressure-bonded, a method by vapor deposition or sputtering, and the like.
以下、本発明をさらに具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(実施形態1)
実施形態1では図1に示す工程によりメタルコア基板を作製した。
<陽極酸化工程>
アルミ板1を所定の大きさに切断し、硫酸浴や蓚酸浴等の通常のアルマイト浴の中で陽極酸化を行い、陽極酸化皮膜2を形成した。ただし、封孔処理は行わなかった。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments that further embody the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
In
<Anodizing process>
The
<重合層形成工程>
次に、金属アルコキシドとしてフェニルトリメトキシシラン50gに水9.1g、酢酸1.5gを添加し、室温にて24時間撹拌した。その後、アルコール(イソプロピルアルコール、n−プロパノール、エタノール等)で希釈し、所望の濃度の溶液を得た。この溶液を用いて、上記の陽極酸化皮膜が形成されたアルミ板を浸漬し、引き上げてから、50〜80°Cで半硬化させる。こうして、陽極酸化皮膜上に半硬化したシリコンアルコキシド重合層3を形成させる。なお、陽極酸化皮膜2は封孔処理されていないため、陽極酸化皮膜2に形成された微細な孔の内部にまでシリコンアルコキシドが浸透し、重合物が充填される。
<Polymerization layer formation process>
Next, 9.1 g of water and 1.5 g of acetic acid were added to 50 g of phenyltrimethoxysilane as a metal alkoxide, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Then, it diluted with alcohol (isopropyl alcohol, n-propanol, ethanol etc.), and obtained the solution of the desired density | concentration. Using this solution, the aluminum plate on which the anodized film is formed is dipped and pulled up, and then semi-cured at 50 to 80 ° C. In this way, a semi-cured silicon
<金属層形成工程>
こうしてシリコンアルコキシド重合層3が半硬化した状態で、その上に膜厚30μmの銅箔4を載せ、ロールプレスによって圧着させる。そして、200°Cで約30分保持し、シリコンアルコキシドを完全に重合させてメタルコア基板を得た。
<Metal layer formation process>
With the silicon
以上のようにして得られたメタルコア基板は、絶縁層として樹脂よりも熱伝導性及び耐熱性に優れた陽極酸化皮膜及びシリコンエトキシドの重合層によって構成されているため、放熱特性に優れ、変色の原因となる分解ガスの発生もない。さらには、封孔処理されていない陽極酸化皮膜の微細な孔の中にシリコンエトキシドの重合物が充填されているため、陽極酸化皮膜が緻密となり、熱伝導性がさらに向上し、機械的強度も増大する。また、30μmの銅箔という厚膜によって回路が形成されているため、許容電流も大きくなる。 The metal core substrate obtained as described above is composed of an anodic oxide film and a polymerized layer of silicon ethoxide, which are better in thermal conductivity and heat resistance than resin as an insulating layer. There is no generation of cracked gas that causes Furthermore, the fine pores of the anodized film that has not been sealed are filled with a polymer of silicon ethoxide, so that the anodized film becomes dense, further improving thermal conductivity, and mechanical strength. Will also increase. Further, since the circuit is formed by a thick film of copper foil of 30 μm, the allowable current is also increased.
(実施形態2)
実施形態2では、金属形成工程においてスパッタリングの手法を用いたメタルコア基板の製造方法であり、次のようにして作製した。
<陽極酸化工程>
陽極酸化工程は実施形態1と同様であり、説明を省略する。
(Embodiment 2)
The second embodiment is a method for manufacturing a metal core substrate using a sputtering technique in the metal forming step, and was manufactured as follows.
<Anodizing process>
The anodizing step is the same as that in the first embodiment, and a description thereof is omitted.
<重合層形成工程>
次に、金属アルコキシドとしてテトラエトキシシラン50gに水8.6g、酢酸14.4gを添加し、n−プロパノールで希釈した溶液を60〜80℃で2時間攪拌し、n−プロパノールで所望の濃度になるようにさらに希釈した。この溶液を用いて上記の陽極酸化皮膜が形成されたアルミ板を浸漬し、引き上げてから、200°Cで10分間保持し、完全に重合させる。
<Polymerization layer formation process>
Next, 8.6 g of water and 14.4 g of acetic acid are added to 50 g of tetraethoxysilane as a metal alkoxide, and the solution diluted with n-propanol is stirred at 60 to 80 ° C. for 2 hours and adjusted to a desired concentration with n-propanol. Further dilution was performed. Using this solution, the aluminum plate on which the anodized film is formed is dipped, pulled up, held at 200 ° C. for 10 minutes, and completely polymerized.
<金属層形成工程>
こうしてシリコンアルコキシド重合層が完全に硬化した後、スパッタリング装置のチャンバー内に入れ、Cuスパッタリングを行い、シリコンアルコキシド重合層上に銅皮膜を形成させて、メタルコア基板を得た。
なお、スパッタリングの替わりに、無電解銅めっきを施すことも可能である。
<Metal layer formation process>
After the silicon alkoxide polymerized layer was completely cured in this manner, it was placed in a chamber of a sputtering apparatus and Cu sputtering was performed to form a copper film on the silicon alkoxide polymerized layer to obtain a metal core substrate.
In place of sputtering, electroless copper plating can be applied.
実施形態2のメタルコア基板も、絶縁層が陽極酸化皮膜及びシリコンエトキシドの重合層によって構成されているため、放熱特性及び耐熱性に優れ、変色の原因となる分解ガスの発生もない。さらには、封孔処理されていない陽極酸化皮膜の微細な孔の中にシリコンエトキシドの重合物が充填されるため、陽極酸化皮膜が緻密となり、熱伝導性がさらに向上し、機械的強度も増大する。 In the metal core substrate of the second embodiment, the insulating layer is composed of an anodized film and a polymerized layer of silicon ethoxide, so that it has excellent heat dissipation characteristics and heat resistance and does not generate decomposition gas that causes discoloration. Furthermore, since the polymer of silicon ethoxide is filled in the fine pores of the anodized film that has not been sealed, the anodized film becomes dense, further improving thermal conductivity, and mechanical strength. Increase.
なお、実施形態2の変形例として、陽極酸化工程の前に金属をマスキング剤によってパターニングし、陽極酸化皮膜のパターン形成をさせ、さらに金属層形成工程において、フルアディティブのパターンニングされた回路を形成してもよい。このようにして得られたメタルコア基板を用いて、LEDを実装した例を図2に示す。LED5はアルミ板6が剥き出しにされている部分に実装されているおり、その周りに陽極酸化皮膜7及び銅めっき層8が形成されている。このため、LED5から発せられた光はアルミ板6によって反射することとなり、反射率を大幅に向上させることができる。高反射率のアルミ板を用いた場合には、特に好適である。
As a modification of the second embodiment, the metal is patterned with a masking agent before the anodizing step to form a pattern of the anodized film, and further, a fully additive patterned circuit is formed in the metal layer forming step. May be. FIG. 2 shows an example in which LEDs are mounted using the metal core substrate thus obtained. The
(実施形態3)
実施形態3では、表裏間で電気的導通がなされた両面回路が形成されたメタルコア基板を以下のようにして製作した(図3参照)。
(Embodiment 3)
In
<穴あけ工程>
アルミ板11を所定の大きさに切断し、さらに所定の位置に貫通穴11aを開ける。
<Drilling process>
The
<陽極酸化工程>
貫通穴11aを開けたアルミ板11をアルマイト浴の中で陽極酸化を行い、陽極酸化皮膜12を形成した。これにより、貫通孔11aの周面も陽極酸化される。ただし、封孔処理は行わなかった。
<Anodizing process>
The
<重合層形成工程>
次に、金属アルコキシドとしてテトラエトキシシラン50gに水8.6g、酢酸14.4gを添加し、n−プロパノールで希釈した溶液を60〜80℃で2時間攪拌し、n−プロパノールで所望の濃度になるようにさらに希釈した。この溶液を用いて上記の陽極酸化皮膜12が形成されたアルミ板を浸漬し、引き上げてから、200°Cで10分間保持し、完全に重合させた。これにより、貫通孔11aの陽極酸化被膜12上にも金属アルコキシド重合層13が形成される。
<Polymerization layer formation process>
Next, 8.6 g of water and 14.4 g of acetic acid are added to 50 g of tetraethoxysilane as a metal alkoxide, and the solution diluted with n-propanol is stirred at 60 to 80 ° C. for 2 hours and adjusted to a desired concentration with n-propanol. Further dilution was performed. Using this solution, the aluminum plate on which the
<金属層形成工程>
こうしてシリコンアルコキシド重合層13が完全に硬化した後、無電解銅めっきによって銅めっき層14を基板の表面及び貫通孔11aの周面に形成させ、メタルコア基板を得た。
なお、無電解銅めっきの替わりに、導電性ペーストを貫通穴11aに充填したビアホールとしてもよい。
<Metal layer formation process>
After the silicon
Instead of electroless copper plating, a via hole in which the conductive paste is filled in the through
こうして得られたメタルコア基板は、無電解銅めっきによって貫通孔11aの側壁まで銅めっき層14が形成されるため、表裏間で電気的導通がなされたスルホールの両面回路基板となる。
Since the
この発明は上記発明の実施形態に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments of the invention described above. Various modifications are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.
1、11…金属板(アルミ板)
2、12…陽極酸化皮膜
3、13…金属アルコキシド重合層(シリコンアルコキシド重合層)
4、14…金属層(4…銅箔、14…銅めっき層)
1, 11 ... Metal plate (aluminum plate)
2, 12 ... anodized
4, 14 ... Metal layer (4 ... Copper foil, 14 ... Copper plating layer)
Claims (6)
該陽極酸化皮膜上に金属アルコキシド重合層を形成する重合層形成工程と、
金属アルコキシド重合層上に金属層を形成させる金属層形成工程と、
を備えることを特徴とするメタルコア基板の製造方法。 An anodizing step of forming an anodized film on the metal plate;
A polymerized layer forming step of forming a metal alkoxide polymerized layer on the anodized film;
A metal layer forming step of forming a metal layer on the metal alkoxide polymerization layer;
A method of manufacturing a metal core substrate, comprising:
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