JP2009111249A - 電気回路用アルミニウムベース放熱基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐薬品性及び絶縁特性に優れた絶縁膜を形成することによって、低コストで高い信頼性を有する電気回路用のメタルベース放熱基板を提供する。
【解決手段】 陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に、気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、陽極酸化処理したアルミニウム基板を、樹脂量を１〜１０重量％に調整したポリイミドワニス溶液に５分以上浸漬することにより、絶縁膜のポア内にポリイミド樹脂を充填する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ハイパワー用電子回路等の放熱特性を重要視する回路に使用されるメタルベース基板、特にアルミニウムベースの電子回路用放熱基板に関する。

従来、インバータ、電源、車載用途などの放熱性が要求される電子回路基板には、アルミニウム板や銅板の表面に絶縁性樹脂層を形成し、更にその上に銅箔を張り合わせるなどしたメタルベース基板が用いられてきた。

しかし、これらメタルベース基板は、ベースとなるメタルと回路との間に樹脂層が存在するため、放熱特性は一般的なプリント配線用回路基板に比べてわずかに向上する程度であり、最近検討されつつあるレーザーダイオード、発光ダイオードなどのハイパワー化の流れに対応できないという課題が生じてきた。

一方、従来から高放熱性用途の回路基板として、窒化アルミニウムなどのセラミック基板の表面に直接回路を形成した回路基板が検討されてきた。この回路基板は、優れた放熱特性を有しているが、セラミック基板自身への孔開けが困難であるなど加工性に乏しく、またコストが高くなるという問題点がある。

そこで、これら従来の回路基板のそれぞれの長所、即ち、低コスト、高加工性、及び高放熱特性をあわせ持つ回路基板が検討されるようになってきた。例えば、アルミニウム基板に陽極酸化処理を用いてアルマイト皮膜からなる絶縁層を形成し、その表面にスパッタ法もしくは蒸着法などの気相成長法によって導電性のシード層を形成した後、電気めっき法で所望の厚みの導電性膜を形成する方法が提案されている。

一般に、上記したアルマイト皮膜は、表面から垂直に伸びた直径数十〜数百Åのポア（細孔）を無数に有する多孔性皮膜によって形成されている。このポアの底部には数十Åの厚さのバリヤー層が存在しており、それによって下地であるアルミニウムが外部環境から遮断されている。

アルマイト皮膜に形成されるポアは活性度が高いため、そのままの状態では、後続する処理工程において電気めっきや回路パターン形成が行われた場合、さまざまな汚れとともに銅などの導電性皮膜形成用のめっき液及び各種の酸性薬品やアルカリ性薬品等の処理薬品を吸着してしまい、結果としてバリヤー層の溶解が生じる。このことはアルマイト皮膜の絶縁性を低下させる原因となるため、ポアの不活性化もしくは閉塞のための封孔処理が一般的に行なわれている。

封孔処理には、例えば特開平０５−２１０２４５号公報などに記載されるように、さまざまな方法が用いられる。一般的な方法としては、沸騰した純水中に陽極酸化した基板を浸漬することで、水和反応によってアルマイト表面に酸化アルミニウム水和物（ベーマイト）を形成させ、ポアを封孔する沸騰純水法、同じく酸化アルミニウム水和物を形成させる加圧蒸気法などが用いられている。
特開平０５−２１０２４５号公報

上記の封孔処理方法の中で、例えば沸騰純水法で形成される酸化アルミニウム水和物は、大気雰囲気中などのような一般的な耐環境特性は優れていても、必ずしも耐薬品性に優れた材料ではない。即ち、耐酸および耐アルカリ特性については、陽極酸化皮膜（酸化アルミニウム）より劣っている。従って、沸騰純水法は電子基板用の封孔処理方法としては必ずしも信頼性の高い方法とはいえない。

本発明は、上記した従来の封孔処理の問題点を克服し、陽極酸化処理されたアルミニウム基板に対し、封孔処理により耐薬品性に優れた絶縁膜を形成して、放熱性に優れた電気回路用放熱基板を製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する電気回路用放熱基板の製造方法は、陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に、気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、前記陽極酸化処理したアルミニウム基板を、樹脂量を１〜１０重量％に調整したポリイミドワニス溶液に５分以上浸漬することにより、前記絶縁膜のポア内にポリイミド樹脂を充填することを特徴とする。

上記発明の電気回路用放熱基板の製造方法においては、前記ポリイミドワニス溶液に浸漬したアルミニウム基板の表面を、前記樹脂量の調整に使用した溶剤を用いて洗浄した後、該アルミニウム基板を熱処理することが好ましい。

本発明によれば、耐薬品性及び絶縁特性に優れた絶縁膜を形成することが可能となるため、低コストで高い信頼性を有する電気回路用のメタルベース放熱基板を提供することができる。

本発明において、基材となるアルミニウム材料としては、一般的な純度９９％以上のアルミニウム、又は１０重量部以下の添加物が含有されたアルミニウム合金が使用可能である。

先ず、上記のアルミニウム材料に対して、通常の加工処理を行って所定の形状のアルミニウム基板を作製する。作製されたアルミニウム基板には、必要に応じて、エッチング処理等の前処理を行なった後、陽極酸化処理を行う。具体的には、硫酸、スルファミン酸等の無機酸、蓚酸、クエン酸等の有機酸等からなるアルマイト処理液（電解液）中にアルミニウム基板を浸漬し、所定の処理条件で電気分解を行うことによって陽極酸化を行い、アルミニウム基板の表面に所定の厚みを有する絶縁性の酸化アルミニウム皮膜（アルマイト皮膜）を形成する。

アルマイト皮膜の厚みは、所望の絶縁性、熱伝導性、耐薬品性等の特性を有する限り特に限定はない。上記陽極酸化処理したアルミニウム基板は、必要に応じて、純水や蒸留水を用いて洗浄され、乾燥される。

次に、アルマイト皮膜が形成されたアルミニウム基板に封孔処理を行う。具体的には、樹脂量を１〜１０重量％に調整したポリイミドワニス溶液にアルミニウム基板を５分以上浸漬し、これによりアルマイト皮膜のポア内にポリイミド樹脂を充填することによって封孔処理を行う。尚、ポリイミドワニス溶液とは、ポリイミド樹脂又はその前駆体を溶剤に溶解又は分散させたもの（ポリイミドワニス）を、所定の樹脂量となるように溶剤で希釈したものである。

ポリイミドワニス溶液への浸漬時間は、５分以上であれば特に制限されないが、５〜２０分であることが望ましい。なぜなら、浸漬時間が５分未満では、アルマイト皮膜のポア内部へのポリイミド樹脂の吸着が十分に進行せず、いわゆる半封孔の状態となるからである。一方、浸漬時間が２０分を超える場合には、処理時間が長くなるだけで、更なる封孔効果の向上は望めないからである。

ポリイミドワニス溶液の温度は、２０〜４０℃の範囲が望ましい。なぜなら、２０℃未満では、ワニス溶液の粘性が高くなり、アルマイト皮膜のポア内へのポリイミド樹脂の吸着が阻害されるからである。一方、４０℃よりも高くすることは、ポリイミドワニス溶液が非水溶性の有機溶剤溶液であるため安全上望ましくない。

尚、上記のポリイミドワニス溶液への浸漬前に、アルミニウム基板をシランカップリング剤等のカップリング剤に浸漬させるのが好ましい。これによって、アルマイト皮膜のポア表面に、より強くポリイミド樹脂を付着させることが可能となる。

上記のポリイミドワニス溶液への浸漬後、アルミニウム基板の表面を洗浄して、ポア内を除く表面に付着しているポリイミドワニスを除去することが好ましい。使用する洗浄液は、ポリイミドワニス溶液の樹脂量の調整に使用した溶剤が好ましい。例えば、ポリイミドワニス溶液としてＵ−ワニスＡ（宇部興産（株）製）を使用する場合、洗浄液には、Ｕ−ワニスＡの溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリジノンを用いるのが好ましい。洗浄方法は特に限定するものではなく、スプレー方法やディップ方法などを用いることができる。

上記洗浄後、アルミニウム基板を熱処理することにより、アルマイト皮膜のポア内などに残る溶媒を除去することが好ましい。特に、ポリイミドワニス溶液に含まれる樹脂として、ポリアミック酸などのポリイミド前駆体が使用されている場合には、上記洗浄後、アルミニウム基板を約１５０℃〜３００℃の高温で熱処理する必要がある。この熱処理によって溶剤が除去されると同時に、ポリイミド前駆体はイミド化されてポリイミド樹脂に変化する。

上記のごとくアルマイト皮膜を封孔処理したアルミニウム基板の表面に、スパッタ法又は蒸着法等の気相成長法にて導電性の金属シード層を形成し、更に電気めっき法にて所望の厚さの金属皮膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチング法等のパターニング法を用いて、金属皮膜に対して所定の回路パターンを形成する。これによって、電気回路用放熱基板が完成する。

このように、本発明の封孔処理によって、アルマイト皮膜のポア内にポリイミド樹脂が充填されるため、耐薬品性はもちろん絶縁特性にも優れた絶縁膜を形成することができ、高い信頼性を有する電子回路用放熱基板を作製することが可能となる。

基材として、厚さ１ｍｍ、縦横それぞれ１０ｃｍの複数のアルミニウム板（Ａ１１００）を準備した。これら複数のアルミニウム基板の表面を４０℃の１０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液で１分間エッチングした後、２５℃の５０ｗｔ％ＨＮＯ_３水溶液で３０秒間中和処理した。その後、３ｗｔ％蓚酸水溶液からなるアルマイト処理液を用いて、処理温度２８℃、電流密度３Ａ／ｄｍ^２、及び処理時間３０分の陽極酸化条件下で、アルミニウム板の表面に厚さ２０μｍのアルマイト皮膜を形成した。

一方、ポリイミドワニス「Ｕ−ワニスＡ」（宇部興産（株）製）をＮ−メチル−２−ピロリジノンで希釈して、ポリイミド前駆体からなる樹脂を、それぞれ、０.５ｗｔ％、１.０ｗｔ％、５.０ｗｔ％、１０.０ｗｔ％及び１５.０ｗｔ％含んだ５種類のポリイミドワニス溶液を調整した。

上記陽極酸化処理した複数のアルミニウム基板を、アミノシラン型シランカップリング剤に浸漬した。次に、各アルミニウム基板を、上記した５種類のワニス溶液の各々に対して、種々の浸漬時間（３分、５分、２０分及び３０分）で浸漬処理した。その後、Ｎ−メチル−２−ピロリジノンに３０秒間浸漬して、アルミニウム基板の表面を洗浄した。

その後、各アルミニウム基板を１５０℃で３０分間、２００℃で１５分間、２５０℃で１５分間、及び３００℃で１５分間の順で熱処理した。

得られた各アルミニウム基板のアルマイト皮膜に対して耐食性試験を行った。試験方法は、ＪＩＳ Ｈ８６８１（アルカリ滴下試験法）に従って実施した。試験結果を表１に示す。

比較のため、上記と同様の方法でアルマイト皮膜を形成したアルミニウム基板に対して、従来の沸騰純水法により、９５℃で３０分間封孔処理を行った。得られたアルミニウム基板のアルマイト皮膜に対し、上記と同様の試験方法で耐食性試験を行ったところ、試験結果は６０秒であった。

これらの結果より、従来の沸騰純水法による封孔処理に比べて、本発明による封孔処理条件である１.０〜１０.０重量％の樹脂濃度及び５〜３０分の浸漬時間で封孔処理を行った場合は、耐アルカリ性が向上していることがわかる。また、浸漬時間２０分と３０分の間では、試験結果にほとんど違いがないことがわかる。

Claims (2)

1. 陽極酸化処理を用いて絶縁膜を形成したアルミニウム基板の表面に、気相成長法により金属シード層を形成した後、電気めっき法により金属皮膜を形成する電気回路用放熱基板の製造方法において、前記陽極酸化処理したアルミニウム基板を、樹脂量を１〜１０重量％に調整したポリイミドワニス溶液に５分以上浸漬することにより、前記絶縁膜のポア内にポリイミド樹脂を充填することを特徴とする電気回路用放熱基板の製造方法。
2. 前記ポリイミドワニス溶液に浸漬したアルミニウム基板の表面を、前記樹脂量の調整に使用した溶剤を用いて洗浄した後、該アルミニウム基板を熱処理することを特徴とする、請求項１に記載の電気回路用放熱基板の製造方法。