JP2020136577A - Heat dissipation substrate - Google Patents

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史朗 石川
Shiro Ishikawa
史朗 石川
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Abstract

To provide a heat dissipation substrate which is hardly subjected to cracking in solder even if going through cooling and heating cycles with an electronic component mounted thereon by the solder, and which is low in heat resistance.SOLUTION: A heat dissipation substrate comprises: a thermally conductive substrate; an insulator layer laminated on one face of the thermally conductive substrate; and a circuit layer laminated on a face of the insulator layer on a side opposite to a thermally conductive substrate side. The thermally conductive substrate contains at least one heat conductive material selected from a group consisting of graphite, a graphite-based aluminum composite material, and an aluminum-based silicon carbide composite material. The insulator layer contains a resin, and ceramic particles dispersed in the resin. The content of the ceramic particles falls within a range of 60-80 vol.%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放熱基板に関する。 The present invention relates to a heat dissipation substrate.

半導体素子などの電子部品を実装するための基板は、電子部品にて発生した熱を外部に効率よく放熱できる放熱基板であることが好ましい。放熱基板としては、ベース基板として金属基板を用い、この金属基板と、絶縁層と、回路層とがこの順で積層された金属ベース基板が知られている。電子部品は、回路層の上に、はんだを介して接合される。このような構成とされた金属ベース基板では、電子部品にて発生した熱は、絶縁層を介して金属基板に伝達され、金属基板から外部に放熱される。 The substrate for mounting an electronic component such as a semiconductor element is preferably a heat radiating substrate that can efficiently dissipate heat generated by the electronic component to the outside. As the heat radiating substrate, a metal substrate is used as the base substrate, and a metal base substrate in which the metal substrate, the insulating layer, and the circuit layer are laminated in this order is known. Electronic components are joined on top of the circuit layer via solder. In the metal base substrate having such a configuration, the heat generated in the electronic component is transferred to the metal substrate via the insulating layer and dissipated from the metal substrate to the outside.

金属ベース基板の絶縁層は、一般に絶縁性に優れる樹脂と、熱伝導性に優れるセラミック粒子(熱伝導性フィラー、無機充填材)とを含む絶縁性樹脂組成物から形成されている。絶縁層用の樹脂としては、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂が用いられている。例えば、特許文献1には、絶縁層として、熱伝導性フィラーを40〜80vol%の範囲内で含有するポリイミド樹脂層を用いた金属張積層体が開示されている。また、特許文献2には、絶縁層を形成する樹脂がポリジメチルシロキサン骨格からなるシリコーン樹脂であり、絶縁層中の無機充填材が45〜60体積%であり、無機充填材の25質量%以上が結晶性シリカである回路基板が開示されている。 The insulating layer of the metal base substrate is generally formed of an insulating resin composition containing a resin having excellent insulating properties and ceramic particles having excellent thermal conductivity (thermally conductive filler, inorganic filler). As the resin for the insulating layer, a polyimide resin, a polyamide-imide resin, and a silicone resin are used. For example, Patent Document 1 discloses a metal-clad laminate using a polyimide resin layer containing a thermally conductive filler in the range of 40 to 80 vol% as an insulating layer. Further, in Patent Document 2, the resin forming the insulating layer is a silicone resin composed of a polydimethylsiloxane skeleton, the inorganic filler in the insulating layer is 45 to 60% by volume, and 25% by mass or more of the inorganic filler. A circuit board in which is crystalline silica is disclosed.

特許第5665449号公報Japanese Patent No. 5665449 特開2017−152610号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-152610

ところで、金属ベース基板と、その金属ベース基板にはんだを介して接合された電子部品との熱膨張率の差が大きいと、電子部品のオン/オフや外部環境による冷熱サイクルによって、電子部品と金属ベース基板とを接合しているはんだに付与される応力が大きくなり、はんだクラックが発生しやすくなる。金属ベース基板の金属基板は一般に熱膨張率が大きく、通常セラミックからなる電子部品は一般に熱膨張率が低い。このため、冷熱サイクルによって、電子部品と金属ベース基板とを接合しているはんだに付与される応力を、絶縁層で緩和することができれば好ましい。 By the way, if the difference in thermal expansion coefficient between the metal base substrate and the electronic component bonded to the metal base substrate via solder is large, the electronic component and the metal are affected by the on / off of the electronic component and the cooling / heating cycle due to the external environment. The stress applied to the solder that joins the base substrate increases, and solder cracks are likely to occur. The metal substrate of the metal base substrate generally has a large coefficient of thermal expansion, and the electronic component usually made of ceramic generally has a low coefficient of thermal expansion. Therefore, it is preferable that the stress applied to the solder joining the electronic component and the metal base substrate by the cooling / heating cycle can be relaxed by the insulating layer.

特許文献1に記載されている金属張積層体の絶縁層として用いられている熱伝導性フィラーを40〜80vol%の範囲内で含有するポリイミド樹脂は、一般に、熱伝導性フィラーの含有量を多くすることに伴って、熱伝導性が向上し、熱抵抗が低くなる。しかしながら、熱伝導性フィラーの含有量が多くなることに伴って弾性率が高くなるため、これを用いた絶縁層では、冷熱サイクルによって、はんだに付与される応力を緩和することが難しい場合があった。 The polyimide resin containing the heat conductive filler used as the insulating layer of the metal-clad laminate described in Patent Document 1 in the range of 40 to 80 vol% generally has a large content of the heat conductive filler. As a result, the thermal conductivity is improved and the thermal resistance is lowered. However, since the elastic modulus increases as the content of the thermally conductive filler increases, it may be difficult to relieve the stress applied to the solder by the thermal cycle in the insulating layer using this. It was.

一方、特許文献2に記載されているシリコーン樹脂は、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂と比較すると弾性率は低い。しかしながら、シリコーン樹脂を用いた場合でも、熱伝導性フィラーの含有量を多くすることに伴って弾性率が高くなるため、絶縁層用の樹脂としてシリコーン樹脂を用いることだけでは、冷熱サイクルによって、はんだに付与される応力を十分に低減させることは難しい。 On the other hand, the silicone resin described in Patent Document 2 has a lower elastic modulus than the polyimide resin or the polyamide-imide resin. However, even when a silicone resin is used, the elastic modulus increases as the content of the thermally conductive filler increases. Therefore, simply using the silicone resin as the resin for the insulating layer causes soldering by a cold heat cycle. It is difficult to sufficiently reduce the stress applied to the resin.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、はんだを介して電子部品を接合した状態で、冷熱サイクルを付与しても、はんだクラックの発生が起こりにくく、かつ熱抵抗が低い放熱基板を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is that solder cracks are unlikely to occur even if a cold heat cycle is applied in a state where electronic components are joined via solder. An object of the present invention is to provide a heat radiating substrate having a low thermal resistance.

上記の課題を解決するために、本発明の放熱基板は、熱伝導性基板と、前記熱伝導性基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記熱伝導性基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備え、前記熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導材を含み、前記絶縁層は、樹脂と、前記樹脂に分散されたセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の含有量が60体積%以上80体積%以下の範囲内にあることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the heat radiating substrate of the present invention includes a thermally conductive substrate, an insulating layer laminated on one surface of the thermally conductive substrate, and the thermally conductive substrate side of the insulating layer. The thermally conductive substrate comprises a circuit layer laminated on the opposite surface, and the thermally conductive substrate is at least one thermally conductive material selected from the group consisting of graphite, a graphite-based aluminum composite material and an aluminum-based silicon carbide composite material. The insulating layer contains a resin and ceramic particles dispersed in the resin, and the content of the ceramic particles is in the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less.

本発明の放熱基板によれば、熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導材を含むので、熱伝導性基板の熱膨張率が低減し、放熱基板全体の熱膨張率が低くなる。このため、はんだを介して電子部品を接合した状態で、冷熱サイクルを付与しても、電子部品と放熱基板の熱膨張率の差によってはんだに付与される応力が低くなる。よって、はんだクラックの発生が起こりにくくなる。また、絶縁層のセラミック粒子の含有量が60体積%以上80体積%以下の範囲内と、セラミック粒子の含有量が多いので、絶縁層の熱伝導性が向上し、放熱基板全体の熱抵抗が低くなる。 According to the heat radiating substrate of the present invention, the heat conductive substrate contains at least one heat conductive material selected from the group consisting of graphite, graphite-based aluminum composite material and aluminum-based silicon carbide composite material, and therefore the heat conductive substrate. The coefficient of thermal expansion of the aluminum is reduced, and the coefficient of thermal expansion of the entire heat dissipation substrate is lowered. Therefore, even if a cold cycle is applied in a state where the electronic components are joined via the solder, the stress applied to the solder is reduced due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the electronic components and the heat dissipation substrate. Therefore, the occurrence of solder cracks is less likely to occur. Further, since the content of the ceramic particles in the insulating layer is within the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less, and the content of the ceramic particles is large, the thermal conductivity of the insulating layer is improved and the thermal resistance of the entire heat radiation substrate is increased. It gets lower.

ここで、本発明の放熱基板においては、熱伝導性基板と絶縁層との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層を有していてもよい。
この場合、密着層によって熱伝導性基板と絶縁層の間に隙間が形成されにくいので、熱伝導性基板と絶縁層との間の熱抵抗が低減し、これにより、放熱基板全体の熱抵抗をさらに確実に低くすることができる。
Here, in the heat radiating substrate of the present invention, an adhesion layer containing a cured product of a thermosetting resin may be provided between the heat conductive substrate and the insulating layer.
In this case, since it is difficult for the adhesive layer to form a gap between the heat conductive substrate and the insulating layer, the thermal resistance between the heat conductive substrate and the insulating layer is reduced, thereby reducing the thermal resistance of the entire heat radiating substrate. It can be lowered even more reliably.

本発明によれば、はんだを介して電子部品を実装した状態で、冷熱サイクルを付与しても、はんだクラックの発生が起こりにくく、かつ熱抵抗が低い放熱基板を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat-dissipating substrate in which solder cracks are less likely to occur and thermal resistance is low even if a cold-heat cycle is applied in a state where electronic components are mounted via solder.

本発明の一実施形態に係る放熱基板を用いたモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the module using the heat dissipation substrate which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の一実施形態である放熱基板について、添付した図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る放熱基板を用いたモジュールの断面図である。
The heat radiating substrate according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a module using a heat radiating substrate according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、モジュール1は、放熱基板10と、放熱基板10の上にはんだ2を介して実装された電子部品3とを含む。放熱基板10は、熱伝導性基板20の上に、絶縁層30と、回路層40とがこの順で積層された積層体である。熱伝導性基板20と絶縁層30との間には密着層50が設けられている。密着層50、絶縁層30、回路層40は、それぞれ熱伝導性基板20の一方の面に対して、垂直方向(図1において、Z方向)に積層されている。回路層40は、回路パターン状に形成されている。 As shown in FIG. 1, the module 1 includes a heat radiating board 10 and an electronic component 3 mounted on the heat radiating board 10 via solder 2. The heat radiating substrate 10 is a laminate in which an insulating layer 30 and a circuit layer 40 are laminated in this order on a heat conductive substrate 20. An adhesion layer 50 is provided between the heat conductive substrate 20 and the insulating layer 30. The adhesion layer 50, the insulation layer 30, and the circuit layer 40 are respectively laminated in the direction perpendicular to one surface of the heat conductive substrate 20 (Z direction in FIG. 1). The circuit layer 40 is formed in a circuit pattern.

熱伝導性基板20は、放熱基板10のベースとなる部材である。熱伝導性基板20は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導材を含む。これらの熱伝導材は、熱膨張率が低く、優れた熱伝導性を有する。 The heat conductive substrate 20 is a member that is a base of the heat radiating substrate 10. The thermally conductive substrate 20 contains at least one thermally conductive material selected from the group consisting of graphite, a graphite-based aluminum composite material and an aluminum-based silicon carbide composite material. These heat conductive materials have a low coefficient of thermal expansion and have excellent heat conductivity.

グラファイト基アルミニウム複合材は、アルミニウムとグラファイトとからなる複合材である。 The graphite-based aluminum composite is a composite composed of aluminum and graphite.

アルミニウム基炭化ケイ素複合材(Al-SiC)は、アルミニウムと炭化ケイ素とからなる複合材料である。 The aluminum-based silicon carbide composite material (Al-SiC) is a composite material composed of aluminum and silicon carbide.

グラファイトを含む熱伝導性基板20(グラファイト基板)は、扁平形状のグラファイトと単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体とを含み、扁平形状のグラファイトが、そのベーサル面が折り重なるように、グラフェン集合体をバインダーとして積層された構造とされていることが好ましい。 The thermally conductive substrate 20 (graphite substrate) containing graphite contains flat graphite and a graphene aggregate formed by depositing single-layer or multi-layer graphene so that the flat graphite folds its basal surface. , It is preferable that the graphene aggregate has a laminated structure as a binder.

扁平形状のグラファイトは、炭素六角網面が現れるベーサル面と、炭素六角網面の端部が現れるエッジ面と、を有するものである。この扁平形状のグラファイトとしては、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、薄片状黒鉛、キッシュグラファイト、熱分解黒鉛、高配向熱分解黒鉛等を用いることができる。ここで、グラファイトのベーサル面から見た平均粒径は、10μm以上1000μm以下の範囲内であることが好ましく、50μm以上800μm以下の範囲内であることがさらに好ましい。グラファイトの平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。さらに、グラファイトの厚さは、1μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましく、1μm以上20μm以下の範囲内であることがさらに好ましい。グラファイトの厚さを上述の範囲内とすることで、グラファイトの配向性が適度に調整される。また、グラファイトの厚みがベーサル面から見た粒径の1/1000〜1/2の範囲内とすることによって、優れた熱伝導性とグラファイトの配向性が適度に調整される。 The flat graphite has a basal surface on which a carbon hexagonal network surface appears and an edge surface on which an end portion of the carbon hexagonal network surface appears. As the flat graphite, scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite, flaky graphite, kiss graphite, pyrolytic graphite, highly oriented pyrolytic graphite and the like can be used. Here, the average particle size of graphite as seen from the basal surface is preferably in the range of 10 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably in the range of 50 μm or more and 800 μm or less. By keeping the average particle size of graphite within the above range, thermal conductivity is improved. Further, the thickness of graphite is preferably in the range of 1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably in the range of 1 μm or more and 20 μm or less. By setting the thickness of graphite within the above range, the orientation of graphite is appropriately adjusted. Further, by setting the thickness of graphite within the range of 1/1000 to 1/2 of the particle size seen from the basal surface, excellent thermal conductivity and the orientation of graphite are appropriately adjusted.

グラフェン集合体は、単層又は多層のグラフェンが堆積したものであり、多層のグラフェンの積層数は、例えば100層以下、好ましくは50層以下とされている。このグラフェン集合体は、例えば、単層又は多層のグラフェンが低級アルコールや水を含む溶媒に分散されたグラフェン分散液を、ろ紙上に滴下し、溶媒を分離しながら堆積させることによって製造することが可能である。ここで、グラフェン集合体の平均粒径は、1μm以上1000μm以下の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。さらに、グラフェン集合体の厚さは、0.05μm以上50μm未満の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の厚さを上述の範囲内とすることで、グラファイト基板の強度が確保される。 The graphene aggregate is a deposit of single-layer or multi-layer graphene, and the number of layers of the multi-layer graphene is, for example, 100 layers or less, preferably 50 layers or less. This graphene aggregate can be produced, for example, by dropping a graphene dispersion in which single-layer or multi-layer graphene is dispersed in a solvent containing a lower alcohol or water onto a filter paper and depositing the graphene while separating the solvent. It is possible. Here, the average particle size of the graphene aggregate is preferably in the range of 1 μm or more and 1000 μm or less. By keeping the average particle size of the graphene aggregate within the above range, the thermal conductivity is improved. Further, the thickness of the graphene aggregate is preferably in the range of 0.05 μm or more and less than 50 μm. By keeping the thickness of the graphene aggregate within the above range, the strength of the graphite substrate is ensured.

絶縁層30は、熱伝導性基板20と回路層40とを絶縁するための層である。絶縁層30は、絶縁性樹脂31とセラミック粒子32とを含む絶縁性樹脂組成物から形成されている。絶縁層30を、絶縁性が高い絶縁性樹脂31と、熱伝導度が高いセラミック粒子32とを含む絶縁性樹脂組成物から形成することによって、絶縁性を維持しつつ、回路層40から熱伝導性基板20までの放熱基板10全体の熱抵抗をより低減させることができる。 The insulating layer 30 is a layer for insulating the heat conductive substrate 20 and the circuit layer 40. The insulating layer 30 is formed of an insulating resin composition containing the insulating resin 31 and the ceramic particles 32. By forming the insulating layer 30 from an insulating resin composition containing an insulating resin 31 having high insulating properties and ceramic particles 32 having high thermal conductivity, heat conduction from the circuit layer 40 while maintaining insulating properties. The thermal resistance of the entire heat radiating substrate 10 up to the sex substrate 20 can be further reduced.

絶縁性樹脂31は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物であることが好ましい。ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂は、イミド結合を持つので、優れた耐熱性と機械特性を有する。 The insulating resin 31 is preferably a polyimide resin, a polyamide-imide resin, or a mixture thereof. Since the polyimide resin and the polyamide-imide resin have an imide bond, they have excellent heat resistance and mechanical properties.

セラミック粒子32としては、シリカ(二酸化ケイ素)粒子、アルミナ(酸化アルミニウム)粒子、窒化ホウ素(BN)粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子などを用いることができる。セラミック粒子32は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。これらのセラミック粒子の中では、アルミナ粒子は熱伝導性が高い点で好ましい。セラミック粒子32の形態は、特に制限はないが、微細なセラミック粒子の凝集粒子、あるいは単結晶のセラミック粒子であることが好ましい。 As the ceramic particles 32, silica (silicon dioxide) particles, alumina (aluminum oxide) particles, boron nitride (BN) particles, titanium oxide particles, alumina-doped silica particles, alumina hydrate particles, aluminum nitride particles and the like can be used. it can. As the ceramic particles 32, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among these ceramic particles, alumina particles are preferable because they have high thermal conductivity. The form of the ceramic particles 32 is not particularly limited, but is preferably agglomerated particles of fine ceramic particles or single crystal ceramic particles.

微細なセラミック粒子の凝集粒子は、一次粒子が比較的弱く連結しているアグロメレートであってもよいし、一次粒子が比較的強く連結しているアグリゲートであってもよい。
また、凝集粒子同士がさらに集合した粒子集合体を形成していてもよい。セラミック粒子32の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層30中に分散していることによって、セラミック粒子32間の相互接触によるネットワークが形成されて、セラミック粒子32の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層30の熱伝導度が向上する。
The agglomerated particles of the fine ceramic particles may be agglomerates in which the primary particles are relatively weakly linked, or may be aggregates in which the primary particles are relatively strongly linked.
Further, the aggregated particles may form a particle aggregate in which the aggregated particles are further aggregated. Since the primary particles of the ceramic particles 32 form aggregated particles and are dispersed in the insulating layer 30, a network is formed by mutual contact between the ceramic particles 32, and heat is conducted between the primary particles of the ceramic particles 32. This facilitates the process and improves the thermal conductivity of the insulating layer 30.

微細なセラミック粒子の凝集粒子の市販品としては、AE50、AE130、AE200、AE300、AE380、AE90E(いずれも、日本アエロジル株式会社製)、T400(ワッカー社製)、SFP−20M(デンカ株式会社製)などのシリカ粒子、Alu65(日本アエロジル株式会社製)、AA−04(住友化学株式会社製)などのアルミナ粒子、AP−170S(Maruka社製)などの窒化ホウ素粒子、AEROXIDE(R)TiO2 P90(日本アエロジル株式会社製)などの酸化チタン粒子、MOX170(日本アエロジル株式会社製)などのアルミナドープシリカ粒子、Sasol社製のアルミナ水和物粒子などを用いることができる。 Commercially available products of aggregated particles of fine ceramic particles include AE50, AE130, AE200, AE300, AE380, AE90E (all manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), T400 (manufactured by Wacker Co., Ltd.), SFP-20M (manufactured by Denka Co., Ltd.). ), Alu65 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), alumina particles such as AA-04 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), boron nitride particles such as AP-170S (manufactured by Maruka), AEROXIDE (R) TiO2 P90 Titanium oxide particles such as (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), alumina-doped silica particles such as MOX170 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), alumina hydrate particles manufactured by Sasol, and the like can be used.

単結晶のセラミック粒子は、αアルミナ(αAl)の結晶構造を有するαアルミナ単結晶粒子であることが好ましい。αアルミナ単結晶粒子の市販品としては、住友化学株式会社から販売されているアドバンストアルミナ(AA)シリーズのAA−03、AA−04、AA−05、AA−07、AA−1.5などを用いることができる。 The single crystal ceramic particles are preferably α-alumina single crystal particles having a crystal structure of α-alumina (αAl 2 O 3 ). Commercially available products of α-alumina single crystal particles include AA-03, AA-04, AA-05, AA-07, and AA-1.5 of the Advanced Alumina (AA) series sold by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Can be used.

絶縁層30のセラミック粒子32の含有量は、60体積%以上80体積%以下の範囲内とされている。セラミック粒子32の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層30の熱伝導性が十分に向上せず、放熱基板10全体の熱抵抗が高くなるおそれがある。一方、セラミック粒子32の含有量が多くなりすぎると、絶縁性樹脂31の含有量が相対的に減少して、絶縁層30の弾性率が高くなりすぎて、冷熱サイクルによって、はんだ2に付与される応力を絶縁層30で緩和することが難しくなり、はんだクラックが発生しやくなるおそれがある。
絶縁層30の膜厚は、特には制限されるものではないが、1μm以上200μm以下の範囲内にあることが好ましく、3μm以上100μm以下の範囲内にあることが特に好ましい。
The content of the ceramic particles 32 in the insulating layer 30 is in the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less. If the content of the ceramic particles 32 is too small, the thermal conductivity of the insulating layer 30 may not be sufficiently improved, and the thermal resistance of the entire heat radiating substrate 10 may increase. On the other hand, if the content of the ceramic particles 32 becomes too large, the content of the insulating resin 31 decreases relatively, the elastic modulus of the insulating layer 30 becomes too high, and the insulating layer 30 is imparted to the solder 2 by the thermal cycle. It becomes difficult for the insulating layer 30 to relieve the stress, and solder cracks may easily occur.
The film thickness of the insulating layer 30 is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 μm or more and 200 μm or less, and particularly preferably in the range of 3 μm or more and 100 μm or less.

絶縁層30のセラミック粒子32の含有量は、例えば、次のようにして求めることができる。
絶縁層30を、大気中、400℃で12時間加熱して、絶縁性樹脂31を熱分解除去し、残分のセラミック粒子32を回収する。回収したセラミック粒子32の重量を測定して、加熱前の絶縁層30の重量とから、セラミック粒子32の含有量(重量ベース)(重量%)を算出する。重量ベースの含有量を、絶縁性樹脂の密度、セラミックの密度を用いて体積ベースの含有量(体積%)に変換する。
The content of the ceramic particles 32 in the insulating layer 30 can be determined, for example, as follows.
The insulating layer 30 is heated in the air at 400 ° C. for 12 hours to thermally decompose and remove the insulating resin 31, and recover the remaining ceramic particles 32. The weight of the recovered ceramic particles 32 is measured, and the content (weight base) (weight%) of the ceramic particles 32 is calculated from the weight of the insulating layer 30 before heating. The weight-based content is converted to a volume-based content (volume%) using the density of the insulating resin and the density of the ceramic.

具体的には、加熱して回収したセラミック粒子の重量をWa(g)、加熱前の絶縁層の重量をWf(g)、セラミックの密度をDa(g/cm)、絶縁性樹脂の密度をDr(g/cm)として、セラミック粒子の含有量(重量%)を下記の式より算出する。
セラミック粒子の含有量(重量%)=Wa/Wf×100
=Wa/{Wa+(Wf−Wa)}×100
Specifically, the weight of the ceramic particles recovered by heating is Wa (g), the weight of the insulating layer before heating is Wf (g), the density of the ceramic is Da (g / cm 3 ), and the density of the insulating resin. Is Dr (g / cm 3 ), and the content (% by weight) of the ceramic particles is calculated from the following formula.
Ceramic particle content (% by weight) = Wa / Wf x 100
= Wa / {Wa + (Wf-Wa)} x 100

次に、セラミック粒子の含有量(体積%)を下記の式より算出する。
セラミック粒子の含有量(体積%)=(Wa/Da)/{(Wa/Da)+(Wf−Wa)/Dr}×100
Next, the content (volume%) of the ceramic particles is calculated from the following formula.
Ceramic particle content (volume%) = (Wa / Da) / {(Wa / Da) + (Wf-Wa) / Dr} × 100

密着層50は、熱伝導性基板20と絶縁層30とを密着させて、熱伝導性基板20と絶縁層30との間に隙間が形成されるのを抑えるための層である。密着層50は、熱硬化性樹脂の硬化物を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。シリコーン樹脂は、各種有機基を導入した変性シリコーン樹脂を含む。変性シリコーン樹脂の例としては、ポリイミド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、オレフィン変性シリコーン樹脂、エーテル変性シリコーン樹脂、アルコール変性シリコーン樹脂、フッ素変性シリコーン樹脂、アミノ変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂を挙げることができる。エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。 The adhesion layer 50 is a layer for bringing the heat conductive substrate 20 and the insulating layer 30 into close contact with each other to prevent the formation of a gap between the heat conductive substrate 20 and the insulating layer 30. The adhesion layer 50 preferably contains a cured product of a thermosetting resin. As the thermosetting resin, a silicone resin, an epoxy resin, a polyamide-imide resin, a polyimide resin and the like can be used. The silicone resin includes a modified silicone resin into which various organic groups have been introduced. Examples of modified silicone resins include polyimide-modified silicone resins, polyester-modified silicone resins, urethane-modified silicone resins, acrylic-modified silicone resins, olefin-modified silicone resins, ether-modified silicone resins, alcohol-modified silicone resins, fluorine-modified silicone resins, and amino-modified. Examples thereof include silicone resins, mercapto-modified silicone resins, and carboxy-modified silicone resins. Examples of the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak type epoxy resin, aliphatic type epoxy resin, and glycidylamine type epoxy resin. One of these resins may be used alone, or two or more of these resins may be used in combination.

密着層50は、熱伝導性を向上させるために、無機物粒子を分散させてもよい。無機物粒子としては、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子の例としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。 Inorganic particles may be dispersed in the adhesion layer 50 in order to improve thermal conductivity. Ceramic particles can be used as the inorganic particles. Examples of ceramic particles include silica particles, alumina particles, boron nitride particles, titanium oxide particles, alumina-doped silica particles, alumina hydrate particles, and aluminum nitride particles.

回路層40の材料としては、アルミニウム、銅、銀、金、錫、鉄、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、チタン、亜鉛及びこれら金属の合金を用いることができる。これらの金属の中では、アルミニウム、銅が好ましい。回路層40の膜厚は、10μm以上1000μm以下の範囲内、好ましくは20μm以上100μm以下の範囲内にある。回路層40の膜厚が薄くなりすぎると、熱抵抗が高くなるおそれがある。一方、回路層40の膜厚が厚くなりすぎると、エッチングにより回路パターンを形成するのが困難となるおそれがある。 As the material of the circuit layer 40, aluminum, copper, silver, gold, tin, iron, nickel, chromium, molybdenum, tungsten, palladium, titanium, zinc and alloys of these metals can be used. Among these metals, aluminum and copper are preferable. The film thickness of the circuit layer 40 is in the range of 10 μm or more and 1000 μm or less, preferably in the range of 20 μm or more and 100 μm or less. If the film thickness of the circuit layer 40 becomes too thin, the thermal resistance may increase. On the other hand, if the film thickness of the circuit layer 40 becomes too thick, it may be difficult to form a circuit pattern by etching.

回路層40に実装される電子部品3の例としては、特に制限はなく、半導体素子、抵抗、キャパシタ、水晶発振器などが挙げられる。半導体素子の例としては、MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、LSI(Large Scale Integration)、LED(発光ダイオード)、LEDチップ、LED−CSP(LED-Chip Size Package)が挙げられる。 Examples of the electronic component 3 mounted on the circuit layer 40 are not particularly limited, and examples thereof include a semiconductor element, a resistor, a capacitor, and a crystal oscillator. Examples of semiconductor elements include MOSFETs (Metal-oxide-semiconductor field effect transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), LSIs (Large Scale Integration), LEDs (Light Emitting Diodes), LED Chips, and LED-CSPs (LED-Chips). Size Package).

次に、本実施形態の放熱基板10の製造方法について説明する。
本実施形態の放熱基板10は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、回路層40を形成する回路層形成用基材(例えば、アルミニウム箔、銅箔)の上に、絶縁層30と、密着層50とをこの順で積層して、絶縁積層体シートを作製する。次いで、作製した絶縁積層体シートの密着層50と、熱伝導性基板20とを接合する。
Next, a method of manufacturing the heat radiating substrate 10 of the present embodiment will be described.
The heat radiating substrate 10 of the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, the insulating layer 30 and the adhesive layer 50 are laminated in this order on a circuit layer forming base material (for example, aluminum foil, copper foil) forming the circuit layer 40 to prepare an insulating laminated body sheet. To do. Next, the adhesion layer 50 of the produced insulating laminate sheet and the heat conductive substrate 20 are joined.

回路層形成用基材の上に、絶縁性樹脂31とセラミック粒子32とを含む絶縁性樹脂組成物からなる絶縁層30を形成する方法としては、塗布法あるいは電着法を用いることができる。 As a method of forming the insulating layer 30 made of the insulating resin composition containing the insulating resin 31 and the ceramic particles 32 on the substrate for forming the circuit layer, a coating method or an electrodeposition method can be used.

塗布法は、絶縁性樹脂31とセラミック粒子32と溶剤とを含む絶縁層形成用塗布液を、回路層形成用基材の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させて絶縁層30を形成する方法である。絶縁層形成用塗布液を、回路層形成用基材の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。 In the coating method, an insulating layer forming coating liquid containing an insulating resin 31, ceramic particles 32, and a solvent is applied to the surface of a circuit layer forming base material to form a coating layer, and then the coating layer is heated. This is a method of forming the insulating layer 30 by drying. As a method of applying the coating liquid for forming an insulating layer to the surface of a substrate for forming a circuit layer, a spin coating method, a bar coating method, a knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a die coating method, a gravure coating method, etc. A dip coat method or the like can be used.

電着法は、電荷を有する絶縁性樹脂粒子とセラミック粒子が分散されている電着液に、回路層形成用基材と電極とを浸漬し、回路層形成用基材と電極との間に直流電圧を印加することによって、回路層形成用基材の表面に絶縁性樹脂粒子とセラミック粒子を電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱し、乾燥させて絶縁層30を形成する方法である。電着液は、例えば、セラミック粒子を含む絶縁性樹脂溶液に、絶縁性樹脂の貧溶媒を加えて、絶縁性樹脂を析出させることによって調製することができる。絶縁性樹脂の貧溶媒としては、例えば、水を用いることができる。 In the electrodeposition method, a circuit layer forming base material and an electrode are immersed in an electrodeposition solution in which charged insulating resin particles and ceramic particles are dispersed, and between the circuit layer forming base material and the electrode. By applying a DC voltage, insulating resin particles and ceramic particles are electrodeposited on the surface of the circuit layer forming base material to form an electrodeposition layer, and then the electrodeposition layer is heated and dried to form an insulating layer 30. Is a method of forming. The electrodeposition liquid can be prepared, for example, by adding a poor solvent for the insulating resin to an insulating resin solution containing ceramic particles to precipitate the insulating resin. For example, water can be used as the poor solvent for the insulating resin.

絶縁層30の上に密着層50を形成する方法としては、塗布法を用いることができる。
密着層50は、密着層形成用の樹脂と溶剤と必要に応じて添加される熱伝導性フィラーとを含む密着層形成用塗布液を、絶縁層30の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させることによって形成することができる。密着層形成用塗布液を絶縁層30の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
A coating method can be used as a method for forming the adhesion layer 50 on the insulating layer 30.
The adhesion layer 50 forms a coating layer by applying a coating liquid for forming an adhesion layer containing a resin for forming the adhesion layer, a solvent, and a heat conductive filler added as needed on the surface of the insulating layer 30. It can then be formed by heating and drying the coating layer. Examples of the method of applying the coating liquid for forming the adhesive layer to the surface of the insulating layer 30 include a spin coating method, a bar coating method, a knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a die coating method, a gravure coating method, and a dip coating method. Can be used.

絶縁積層体シートの密着層50と、熱伝導性基板20とを接合する方法としては、絶縁積層体シートの密着層50と熱伝導性基板20とを重ね合わせ、次いで、その絶縁積層体シートと熱伝導性基板20を加圧しながら加熱する方法を用いることができる。加熱は、回路層形成用基材および熱伝導性基板20が酸化しないように、非酸化性雰囲気中(例えば、窒素雰囲気中、真空中)で行なうことが好ましい。 As a method of joining the adhesive layer 50 of the insulating laminate sheet and the thermally conductive substrate 20, the adhesion layer 50 of the insulating laminate sheet and the thermally conductive substrate 20 are laminated, and then the insulating laminate sheet and the insulating laminate sheet are combined. A method of heating the thermally conductive substrate 20 while pressurizing it can be used. The heating is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere (for example, in a nitrogen atmosphere or in a vacuum) so that the circuit layer forming base material and the heat conductive substrate 20 are not oxidized.

以上のような構成とされた本実施形態に係る放熱基板10によれば、熱伝導性基板20は、グラファイト、グラフェン、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導材を含むので、熱伝導性基板20の熱膨張率が低減し、放熱基板全体の熱膨張率が低くなる。このため、はんだ2を介して電子部品3を接合した状態で、冷熱サイクルを付与しても、電子部品3と放熱基板10の熱膨張率の差によってはんだ2に付与される応力が低くなる。よって、はんだクラックの発生が起こりにくくなる。また、絶縁層30のセラミック粒子32の含有量が60体積%以上80体積%以下の範囲内と、セラミック粒子32の含有量が多いので、絶縁層30の熱伝導性が向上し、放熱基板10全体の熱抵抗が低くなる。 According to the heat dissipation substrate 10 according to the present embodiment having the above configuration, the heat conductive substrate 20 is selected from at least a group consisting of graphite, graphene, a graphite-based aluminum composite material and an aluminum-based silicon carbide composite material. Since it contains one kind of heat conductive material, the heat expansion rate of the heat conductive substrate 20 is reduced, and the heat expansion rate of the entire heat radiation substrate is lowered. Therefore, even if a cold cycle is applied in a state where the electronic component 3 is joined via the solder 2, the stress applied to the solder 2 is reduced due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the electronic component 3 and the heat radiating substrate 10. Therefore, the occurrence of solder cracks is less likely to occur. Further, since the content of the ceramic particles 32 in the insulating layer 30 is within the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less and the content of the ceramic particles 32 is large, the thermal conductivity of the insulating layer 30 is improved and the heat dissipation substrate 10 is used. The overall thermal resistance is low.

本実施形態の放熱基板10において、熱伝導性基板20と絶縁層30との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層50を有している場合は、密着層50によって熱伝導性基板20と絶縁層30の間に隙間が形成されにくいので、熱伝導性基板20と絶縁層30との間の熱抵抗が低減し、これにより、放熱基板10全体の熱抵抗をさらに確実に低くすることができる。 In the heat radiating substrate 10 of the present embodiment, when the adhesive layer 50 containing the cured product of the thermosetting resin is provided between the thermally conductive substrate 20 and the insulating layer 30, the adhesive layer 50 provides thermal conductivity. Since it is difficult to form a gap between the substrate 20 and the insulating layer 30, the thermal resistance between the thermally conductive substrate 20 and the insulating layer 30 is reduced, whereby the thermal resistance of the entire heat radiating substrate 10 is further lowered. can do.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、熱伝導性基板20と絶縁層30との間に密着層50を設けた構成を説明したがこれに限定されることはない。絶縁層30単独で熱伝導性基板20との密着性を十分に確保できる場合は、密着層50を設けなくてもよい。また、絶縁層30と回路層40との間の熱抵抗を低減させるために、絶縁層30と回路層40との間に密着層を設けてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.
For example, in the present embodiment, the configuration in which the adhesion layer 50 is provided between the heat conductive substrate 20 and the insulating layer 30 has been described, but the present invention is not limited to this. When the insulating layer 30 alone can sufficiently secure the adhesiveness with the heat conductive substrate 20, the adhesive layer 50 may not be provided. Further, in order to reduce the thermal resistance between the insulating layer 30 and the circuit layer 40, an adhesion layer may be provided between the insulating layer 30 and the circuit layer 40.

[本発明例1]
(ポリアミック酸溶液の調製)
容量300mLのセパラブルフラスコに、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、およびNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を仕込んだ。NMP量は、得られるポリアミック酸の濃度が40質量%になるように調整した。常温で撹拌して、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が30℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸2無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で16時間の撹拌を続け、ポリアミック酸(ポリイミド樹脂前駆体)溶液を調製した。
[Example 1 of the present invention]
(Preparation of polyamic acid solution)
A separable flask having a capacity of 300 mL was charged with 4,4'-diaminodiphenyl ether and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). The amount of NMP was adjusted so that the concentration of the obtained polyamic acid was 40% by mass. After stirring at room temperature to completely dissolve 4,4'-diaminodiphenyl ether, a predetermined amount of tetracarboxylic dianhydride was added little by little so that the internal temperature did not exceed 30 ° C. Then, stirring was continued for 16 hours under a nitrogen atmosphere to prepare a polyamic acid (polyimide resin precursor) solution.

(セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液の調製)
セラミック粒子としてαアルミナ単結晶粒子(平均粒子径:0.5μm)を用意した。用意したαアルミナ単結晶粒子を、NMP10gに対して1.0g投入し、30分間超音波処理して、αアルミナ単結晶粒子分散液を調製した。
(Preparation of ceramic particle-dispersed polyamic acid solution)
As ceramic particles, α-alumina single crystal particles (average particle diameter: 0.5 μm) were prepared. 1.0 g of the prepared α-alumina single crystal particles was added to 10 g of NMP and sonicated for 30 minutes to prepare an α-alumina single crystal particle dispersion.

次いで、上記のポリアミック酸溶液と、上記のセラミック粒子分散液と、NMPを混合して、ポリアミック酸の含有量が5質量%で、加熱によって生成するポリイミド樹脂成分とαアルミナ単結晶粒子の合計量に対するαアルミナ単結晶粒子の含有量が60体積%となる混合物を調製した。続いて得られた混合物を、スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力50MPaの高圧噴射処理を10回繰り返す分散処理を行って、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を調製した。 Next, the above polyamic acid solution, the above ceramic particle dispersion, and NMP are mixed, and the polyamic acid content is 5% by mass, and the total amount of the polyimide resin component and α-alumina single crystal particles generated by heating. A mixture was prepared in which the content of α-alumina single crystal particles was 60% by volume. Subsequently, the obtained mixture was subjected to a dispersion treatment in which a high-pressure injection treatment at a pressure of 50 MPa was repeated 10 times using a starburst manufactured by Sugino Machine Limited to prepare a ceramic particle-dispersed polyamic acid solution.

(絶縁積層体シートの作製)
厚み40μmの銅箔に、上記のセラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を、ディップコート法により塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜を形成した銅箔をホットプレート上に配置して、3℃/分の昇温速度で室温から60℃まで昇温し、60℃で100分間加熱した後、さらに1℃/分の昇温速度で120℃まで昇温し、120℃で100分間加熱して、乾燥して、乾燥膜とした。その後、乾燥膜を250℃で1分間、次いで400℃で1分間加熱して、厚さ20μmの絶縁層を形成した。
(Preparation of insulating laminate sheet)
The above ceramic particle-dispersed polyamic acid solution was applied to a copper foil having a thickness of 40 μm by a dip coating method to form a coating film. Next, the copper foil on which the coating film was formed was placed on a hot plate, the temperature was raised from room temperature to 60 ° C. at a heating rate of 3 ° C./min, heated at 60 ° C. for 100 minutes, and then further 1 ° C./min. The temperature was raised to 120 ° C. at a heating rate, heated at 120 ° C. for 100 minutes, and dried to obtain a dry film. Then, the dry film was heated at 250 ° C. for 1 minute and then at 400 ° C. for 1 minute to form an insulating layer having a thickness of 20 μm.

次いで、上記の絶縁層の表面に、熱硬化性ポリイミドシリコーン溶液(SMP−5008PGMEA、信越化学工業株式会社製)を、スピンコート法にて4000rpmの回転速度で塗布し、150℃で乾燥して、厚さ2μmの密着層を形成した。こうして、銅箔、絶縁膜、密着層からなる絶縁積層体シートを作製した。 Next, a thermosetting polyimide silicone solution (SMP-5008PGMEA, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was applied to the surface of the above insulating layer at a rotation speed of 4000 rpm by a spin coating method, dried at 150 ° C., and dried. An adhesion layer having a thickness of 2 μm was formed. In this way, an insulating laminate sheet composed of a copper foil, an insulating film, and an adhesive layer was produced.

(放熱基板の作製)
熱伝導性基板として、扁平形状のグラファイトとグラフェン集合体とを含むグラファイト基板(InALA社製)を用意した。上記の絶縁積層体シートの密着層とグラファイト基板とを重ね合わせた。次いで、絶縁積層体シートとグラファイト基板とを10MPaの圧力で加圧しながら、300℃120分間加熱して、グラファイト基板と絶縁積層体シートとを熱圧着して、放熱基板を作製した。
(Making a heat dissipation board)
As a heat conductive substrate, a graphite substrate (manufactured by InALA) containing flat graphite and a graphene aggregate was prepared. The adhesion layer of the above-mentioned insulating laminate sheet and the graphite substrate were superposed. Next, the insulating laminate sheet and the graphite substrate were heated at 300 ° C. for 120 minutes while being pressurized at a pressure of 10 MPa, and the graphite substrate and the insulating laminate sheet were thermocompression-bonded to prepare a heat-dissipating substrate.

[本発明例2〜5]
絶縁層のセラミック粒子の含有量を下記の表1に示す量としたこと以外は、本発明例1と同様にして放熱基板を作製した。なお、絶縁層のセラミック粒子の含有量は、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液のαアルミナ単結晶粒子の含有量を変えることによって調整した。
[Examples 2 to 5 of the present invention]
A heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the content of the ceramic particles in the insulating layer was set to the amount shown in Table 1 below. The content of the ceramic particles in the insulating layer was adjusted by changing the content of the α-alumina single crystal particles in the ceramic particle-dispersed polyamic acid solution.

[本発明例6〜8]
熱伝導性基板として、グラファイト基アルミニウム複合材基板(Advance composite社製、ACM−a)を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表1に示す量としたこと以外は、本発明例1と同様にして放熱基板を作製した。
[Examples 6 to 8 of the present invention]
Except for the fact that a graphite-based aluminum composite substrate (ACM-a manufactured by Advance complex) was used as the heat conductive substrate and the content of ceramic particles in the insulating layer was set to the amount shown in Table 1 below. A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention.

[本発明例9〜11]
熱伝導性基板として、AlSiC基板(Advance composite社製、AC−AlSiC)を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表1に示す量としたこと以外は、本発明例1と同様にして放熱基板を作製した。
[Examples 9 to 11 of the present invention]
Example 1 of the present invention except that an AlSiC substrate (AC-AlSiC manufactured by Advance Company) was used as the heat conductive substrate and the content of ceramic particles in the insulating layer was set to the amount shown in Table 1 below. A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in the above.

[比較例1〜5]
熱伝導性基板として銅基板を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表1に示す量としたこと以外は、本発明例1と同様にして放熱基板を作製した。
[Comparative Examples 1 to 5]
A heat-dissipating substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that a copper substrate was used as the heat conductive substrate and the content of ceramic particles in the insulating layer was set to the amount shown in Table 1 below.

[比較例6〜9]
絶縁層のセラミック粒子の含有量を下記の表1に示す量としたこと以外は、本発明例1と同様にして放熱基板を作製した。
[Comparative Examples 6 to 9]
A heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the content of the ceramic particles in the insulating layer was set to the amount shown in Table 1 below.

[評価]
(試験体の作製)
放熱基板に、LED素子を実装した試験体を次のようにして作製した。
まず、放熱基板の銅箔(回路層)をエッチング処理して、回路パターンを形成した。回路パターンに、Sn−Ag−Cuはんだ(千住金属工業株式会社製:M705)を塗布して、厚み100μmのはんだ層を形成した。そして、はんだ層の上にLED素子(Oslon compact)を搭載し、リフロー炉で加熱して、試験体を作製した。
[Evaluation]
(Preparation of test piece)
A test body in which an LED element was mounted on a heat radiating substrate was produced as follows.
First, the copper foil (circuit layer) of the heat dissipation substrate was etched to form a circuit pattern. Sn-Ag-Cu solder (manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd .: M705) was applied to the circuit pattern to form a solder layer having a thickness of 100 μm. Then, an LED element (Oslon compact) was mounted on the solder layer and heated in a reflow furnace to prepare a test piece.

(熱抵抗)
作製した試験体の熱抵抗を、T3Sterを用いて測定した。試験体を、放熱シート(TC−300、電気化学工業社製)を介して25℃のコールドプレートにトルク5Ncmにて取り付けた。その後、加熱電流1A、加熱時間60秒、測定時間300秒、測定電流10mAの条件で熱抵抗を評価した。その熱抵抗を逆数とした値を、表1に示す。なお、表1の値は、本発明例1で作製した放熱基板の値を1.00とした相対値である。
(Thermal resistance)
The thermal resistance of the prepared test piece was measured using T3Star. The test piece was attached to a cold plate at 25 ° C. with a torque of 5 N cm via a heat radiating sheet (TC-300, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.). Then, the thermal resistance was evaluated under the conditions of a heating current of 1 A, a heating time of 60 seconds, a measurement time of 300 seconds, and a measurement current of 10 mA. Table 1 shows the values obtained by reciprocal of the thermal resistance. The values in Table 1 are relative values with the value of the heat radiating substrate produced in Example 1 of the present invention as 1.00.

(冷熱サイクル後のはんだ層のクラック長さ)
作製した試験体に、1サイクルが−40℃×30分間〜150℃×30分間の冷熱サイクルを3000サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、断面を研磨によって出した。試験体のはんだ層の断面を観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ(μm)を測定した。その長さを逆数とした値を、表1に示す。なお、表1の値は、本発明例1で作製した放熱基板の値を1.00とした相対値である。
(Crack length of solder layer after cooling cycle)
The prepared test piece was subjected to 3000 cycles of cooling and heating in which one cycle was −40 ° C. × 30 minutes to 150 ° C. × 30 minutes. The test piece after the cold cycle was applied was embedded with resin, and the cross section was polished. The cross section of the solder layer of the test piece was observed, and the length (μm) of cracks generated in the solder layer was measured. Table 1 shows the values obtained by reciprocaling the length. The values in Table 1 are relative values with the value of the heat radiating substrate produced in Example 1 of the present invention as 1.00.

Figure 2020136577
Figure 2020136577

本発明例1〜11で作製した放熱基板と、比較例4、5で作製した放熱基板とを比較すると、熱伝導性基板として、グラファイト基板、グラファイト基アルミニウム複合材基板およびAlSiC基板(アルミニウム基炭化ケイ素複合材基板)を用いることによって、低い熱抵抗を維持しつつ、冷熱サイクルによるはんだクラックの発生を低減することができ、信頼性が向上することがわかる。これは放熱基板の回路層に積層したLED素子と熱伝導性基板との熱膨張率の差が小さくなったことによって、冷熱サイクルによってはんだに付与される応力が低くなったためであると考えられる。 Comparing the heat-dissipating substrate produced in Examples 1 to 11 of the present invention with the heat-dissipating substrate produced in Comparative Examples 4 and 5, the heat conductive substrate includes a graphite substrate, a graphite-based aluminum composite substrate, and an AlSiC substrate (aluminum-based carbide). It can be seen that by using the silicon composite material substrate), it is possible to reduce the occurrence of solder cracks due to the thermal cycle while maintaining low thermal resistance, and the reliability is improved. It is considered that this is because the difference in the coefficient of thermal expansion between the LED element laminated on the circuit layer of the heat radiating substrate and the thermally conductive substrate is reduced, so that the stress applied to the solder by the thermal cycle is reduced.

また、本発明例1〜5で作製した放熱基板と比較例1〜3、6〜8で作製した放熱基板とを比較すると、絶縁層のセラミック粒子の含有量が60体積%以上であると熱抵抗が低減することがわかる。一方、比較例9で作製した放熱基板の結果から、絶縁層のセラミック粒子の含有量が80体積%を超えると、冷熱サイクルによるはんだクラックの発生が多くなり、信頼性が低下することがわかる。これは、絶縁層が硬くなりすぎたことにより、冷熱サイクルによってはんだに付与される応力が大きくなったためであると考えられる。 Further, comparing the heat radiating substrate produced in Examples 1 to 5 of the present invention with the heat radiating substrate produced in Comparative Examples 1 to 3 and 6 to 8, it is heat that the content of the ceramic particles in the insulating layer is 60% by volume or more. It can be seen that the resistance is reduced. On the other hand, from the results of the heat radiating substrate produced in Comparative Example 9, it can be seen that when the content of the ceramic particles in the insulating layer exceeds 80% by volume, the occurrence of solder cracks due to the thermal cycle increases and the reliability decreases. It is considered that this is because the stress applied to the solder by the cooling / heating cycle becomes large because the insulating layer becomes too hard.

また、本発明例1〜5で作製した放熱基板と、本発明例6〜11で作製した放熱基板とを比較すると、熱伝導性基板としてグラファイト基板を用いたときに、はんだクラックの発生がより低減し、かつ熱抵抗がより低くなり、信頼性と放熱性を高いレベルで両立できる傾向があることがわかる。 Further, when the heat radiating substrate produced in Examples 1 to 5 of the present invention is compared with the heat radiating substrate produced in Examples 6 to 11, solder cracks are more likely to occur when the graphite substrate is used as the thermally conductive substrate. It can be seen that there is a tendency for both reliability and heat dissipation to be compatible at a high level by reducing the heat resistance and lowering the thermal resistance.

1 モジュール
2 はんだ
3 電子部品
10 放熱基板
20 熱伝導性基板
30 絶縁層
31 絶縁性樹脂
32 セラミック粒子
40 回路層
50 密着層
1 Module 2 Solder 3 Electronic components 10 Heat dissipation board 20 Thermal conductive board 30 Insulation layer 31 Insulation resin 32 Ceramic particles 40 Circuit layer 50 Adhesion layer

Claims (2)

熱伝導性基板と、前記熱伝導性基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記熱伝導性基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備え、
前記熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも1種の熱伝導材を含み、
前記絶縁層は、樹脂と、前記樹脂に分散されたセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の含有量が60体積%以上80体積%以下の範囲内にあることを特徴とする放熱基板。
A thermally conductive substrate, an insulating layer laminated on one surface of the thermally conductive substrate, and a circuit layer laminated on a surface of the insulating layer opposite to the thermally conductive substrate side are provided.
The thermally conductive substrate contains at least one thermally conductive material selected from the group consisting of graphite, a graphite-based aluminum composite material and an aluminum-based silicon carbide composite material.
The heat-dissipating substrate comprises a resin and ceramic particles dispersed in the resin, and the content of the ceramic particles is in the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less.
さらに、熱伝導性基板と絶縁層との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層を有する請求項1に記載の放熱基板。 The heat radiating substrate according to claim 1, further comprising an adhesion layer containing a cured product of a thermosetting resin between the thermally conductive substrate and the insulating layer.
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