JP2529780B2

JP2529780B2 - 金属基板

Info

Publication number: JP2529780B2
Application number: JP3036933A
Authority: JP
Inventors: 博善郡司; 博木下; 弘志田; 常一橋本; 敦史奥野; 紀隆大山
Original assignee: NIPPON RETSUKU KK; SUKAI ARUMINIUMU KK
Current assignee: NIPPON RETSUKU KK; SUKAI ARUMINIUMU KK
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JPH04255254A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プリント配線板、ハ
イブリッドＩＣ基板、ＬＳＩ実装基板、多層金属基板Ｃ
ＯＢ基板、フィリップチップ基板、ＴＡＢ用基板等に好
適に用いられ、高放熱性及び高熱伝導性を有する金属基
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子部品実装技術における進歩は
目覚ましく、電子部品の小型化、チップ化及び表面実装
技術の急激な進展回路の多層化等により一層の高集積
化、高密度化、多機能化を遂げてきており、これらの実
装基板においては搭載される電子部品からの発熱が大き
な問題となっている。

【０００３】上記の電子部品の動作特性は一般に温度依
存性が大きく、部品によっては周囲温度の変化に対して
著しく特性が変化してしまうものも少なくない。また、
これらの電子部品の特性を十分把握せずに誤った回路設
計を行うと、部品が誤動作したりあるいはこれらの部品
に過負荷がかかったりすることとなり、ひいては機器や
システムが故障する原因となる。これらの電子部品の動
作異常は、機器やシステム全体の信頼性及び安全性に深
く拘わってくる問題であり、したがって、実装基板の放
熱性は電子回路を設計する際の大きな要素になってお
り、これらの電子部品から発する熱エネルギーをいかに
素早く放熱させるかが重要な課題になっている。

【０００４】電子部品の信頼性が問われる分野は、従来
の電子計算機、航空機、自動車、産業機器、化学プラン
ト等の高度の制御が要求される分野から最近では民生用
の電気機器の分野に急速に広がりつつあり、多種多様の
放熱構造のものが提案され採用されている。

【０００５】例えば、電子部品自体の放熱を高めるもの
としては、これらの電子部品に放熱フィンを設けたり、
あるいはヒートシンクを設けたりしたものがあり、更
に、発熱の大きい電子計算機、通信機器、各種システム
等においては、通常これらの機器やシステム全体を冷却
ファンにより空冷したり冷却液を循環させて冷却する方
法が採られている。

【０００６】しかしながら、電子部品の小型化、チップ
化により電子部品自体を放熱構造とすることは極めて困
難であり、上記の冷却方法ではシステム自体が非常に大
掛かりなものとならざるを得ず、各種小型機器類の冷却
には不向きである。そこで、実装基板自体を放熱構造と
することが強く望まれており、従来の放熱性の十分でな
いガラス基板やエポキシ樹脂等からなる樹脂系のプリン
ト基板にかわり放熱を考慮した金属基板や、例えば、ダ
イヤモンド、ベリリヤ、炭化ケイ素(ＳiＣ)、窒化アル
ミニウム(ＡlＮ)等の高熱伝導性の基板材料を用いた各
種基板が開発され実用に供されている。

【０００７】上記の金属基板は、例えば、アルミニウム
合金板、ステンレス板、銅板等の金属板の表面に、エポ
キシ樹脂、ガラス布基材エポキシ樹脂プリプレグ、ポリ
イミド樹脂、ガラス布基材、フェノール樹脂等からなる
絶縁層、及び銅箔を順次積層してなるもので、従来の樹
脂系プリント基板と比べて放熱性が良く、金属自体強度
があることからそのまま外装として用いることもでき、
電磁シールド効果もあること等の利点があることから急
速に普及しつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、上記の金属基板
では、基板の放熱性を高めるために表面積を大きくした
り、基板の熱伝導率を高めたり、更に熱容量を増やすた
めに基板の厚みを増したりしているが、これらは全体の
面積、体積、重量等を増加させ、製造コストも上昇させ
るという欠点があった。また、機器の小型化に逆行する
という問題もあり早急に改善する必要にせまられてい
た。

【０００９】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、以上の欠点や問題点を有効に解決することがで
き、特に基板からの放射特性を高めることができる金属
基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様な金属基板を採用した。すなわ
ち、金属板に絶縁層及び銅箔を順次積層してなる金属基
板において、該金属板の表面にＬ値が４０以下、吸収率
が０．５以上の酸化膜を設けたことを特徴とした金属基
板である。ここで、Ｌ値とは、明度指数Ｌのことであり
（日本工業規格：ＪＩＳＺ−２０５７参照）、この明
度指数Ｌは、ハンターの表色系において試料物体色の三
刺激値（％）であるＸ，Ｙ，ＺのうちのＹを用いて、Ｌ＝１０×Ｙ ^1/2 と表される（日本工業規格：ＪＩＳＺ−２０５６参
照）。Ｌ値は、小さければ小さい程、その色調が暗色化
（明度が低下）したものとなる。また、吸収率は、物体
に吸収された放射束と、該物体に入射した放射束との比
として定義される（日本工業規格：ＪＩＳＺ−８１１
３参照）。

【００１１】また、前記金属板はアルミニウムもしくは
アルミニウム合金からなり、前記酸化膜は厚さ０．００
５〜０．１００mmの酸化アルミニウム膜からなることを
特徴とした基板板である。

【００１２】また、請求項３記載の金属基板としては、
請求項１または２記載の金属基板において、前記酸化膜
は、溶射法、陽極酸化法、塗装法、酸処理法、蒸着法、
傾斜機能法、あるいはこれらの方法を複数組み合わせる
方法により形成された酸化皮膜からなることを特徴とし
ている。

【００１３】

【作用】ところで、熱の伝搬には伝導、対流、放射の３
つの形態があり、放射についてはステファンーボルツマ
ンの法則が成り立ち、更に分光放射輝度についてはプラ
ンクの法則が成り立つ。熱の放射量を多くするためには
吸収率１、反射率０の完全黒体が理想であるから、上記
金属基板の吸収率を１に近付けるためには、この金属基
板を完全黒体に近付ければよい。特に、赤外線領域の放
射量を大きくすることができれば、上記の放射エネルギ
ーは赤外線領域の電磁波エネルギーとして速やかに放射
される。

【００１４】この発明の金属基板では、該金属板の表面
にＬ値が４０以下、吸収率が０．５以上の酸化膜を設け
たことにより、この金属基板の放熱特性が大幅に向上す
る。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図１ない
し図３を参照して説明する。図１において、符号１はこ
の発明に係る金属基板である。

【００１６】この金属基板１は、アルミニウム合金板
(金属板)２の表面に、酸化アルミニウム膜(酸化膜)３、
絶縁層４及び銅箔５が順次積層されている。

【００１７】なお金属板２としては、アルミニウム又は
アルミニウム合金以外にも銅系、ケイ素鋼系、ステンレ
ス系、鉄系のもの、もしくはこれらの合金等、あるいは
これらの組み合わせによるクラッド材等が好適に用いら
れる。

【００１８】酸化アルミニウム膜３は、Ｌ値が４０以
下、吸収率が０．５以上で厚みが０．００５〜０．１０
０mmの暗色の（明度指数の低い）酸化皮膜である。この
酸化アルミニウム膜３は陽極酸化法によりアルミニウム
板２の表面２aに形成されている。酸化アルミニウム膜
３の形成方法としては、陽極酸化法の他に、溶射、塗装
法、酸処理法、蒸着法、傾斜機能法、あるいはこれらの
方法を複数組み合わせる方法が好適に用いられる。

【００１９】絶縁層４は、例えば、エポキシ樹脂、ガラ
ス布基材エポキシ樹脂プリプレグ、ポリイミド樹脂、ガ
ラス布基材、フェノール樹脂等の絶縁性の樹脂から構成
されている。また、銅箔５は電気回路を形成するもので
ある。なお、金属基板の板厚は薄いものでもまた厚いも
のでもよく、通常０．０５〜１０ｍｍであるが特にこれ
に限定されるものではない。

【００２０】ここで、酸化アルミニウム膜３の作用につ
いて説明する。

【００２１】一般に、金属の表面に酸化膜を形成して該
表面を暗色化する（表面の明度指数を低下させる）こと
により、この金属の赤外線放射特性が高まることが知ら
れている。この明度をＬ値で表すと、Ｌ値が小さければ
小さい程、その明度は低下し暗色化したものとなる。例
えば、アルミニウム合金の組成について考えてみると、
ジルコニウム(Ｚr)、マンガン(Ｍn)、クロム(Ｃr)、チ
タン(Ｔi)等の遷移元素やケイ素(Ｓi)等の元素を多く含
有しているもの程、これらの元素が酸化膜中に分散して
該酸化膜が暗色化（明度が低下）したものとなり、同時
にこれらの元素が効果的に働き金属表面の赤外線放射特
性を高めることとなる。したがって、アルミニウム板２
の表面に、Ｌ値が４０以下、吸収率が０．５以上で厚み
が０．００５〜０．１００mmの酸化アルミニウム膜３を
形成することにより、その表面が暗色化し、アルミニウ
ム板２の赤外線放射特性を高めることが可能になる。ま
た、この酸化アルミニウム膜３と絶縁層４との接着界面
の密着度が高まることにより、電子部品から発せられる
熱は金属基板１に速やかに吸収されこの金属基板１全体
に速やかに分散され、大気中に速やかに放散される。

【００２２】次に、金属基板１の実験例について説明す
る。

【００２３】(実験例１)組成が２．５Ｍnー１．０Ｍgー
０．５Ｚr−Ａlのアルミニウム合金の板を圧延加工した
後に３５０℃で５時間焼鈍処理し、板厚１．０mmのアル
ミニウム合金板を製作した。その後硫酸１５％、浴温度
１５℃、電流分布２Ａ／dm2の条件で陽極酸化処理を行
い両面に２５μmの酸化膜を形成し、９５℃の温水で半
封孔し、アルミニウム合金板を製作した。次に、図２に
示すように、３０×４０mmの大きさのアルミニウム合金
板２１に接着剤、銅箔を順次積層しエッチングして中央
部に１０×１５mmの大きさの銅箔を残したサンプルＡを
作成した。接着剤の厚みは５０μm及び１００μmの２種
類、銅箔の厚みは３５μmとし、加熱積層の条件は１６
０℃で９０分とした。

【００２4】(実験例２)厚み１．０mmのアルミニウム合
金板(Ａ１１００−Ｈ２４)に、硫酸１５％、浴温度２０
℃、電流分布１．５Ａ／dm2の条件で陽極酸化処理を行
い、更に交流電解着色法により浴温度２０℃のニッケル
塩含有水溶液に１５Ｖの交流電流を１０分間通電し、９
５℃の温水で半封孔し、黒色化したアルミニウム合金板
２２を製作した。次に、実験例１と同様に、図２に示す
ように、３０×４０mmの大きさのアルミニウム合金板２
２の中央部に１０×１５mmの大きさに接着剤、銅箔を順
次積層しサンプルＢを作成した。接着剤の厚みは５０μ
m及び１００μmの２種類、銅箔の厚みは３５μmとし、
加熱積層の条件は１６０℃で９０分とした。

【００２５】上記のサンプルＡ,ＢのＬ値及び吸収率(放
射率)を、表１に示す。なお、アルミニウム合金板(Ａ５
０５２ーＨ３４)に陽極酸化処理をほどこさずに接着
剤、銅箔を順次積層した基板を作成し、対照例とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】また、上記のサンプルＡ,Ｂの特性評価を
行った結果を表２に示す。ここでは、暗色化について
は、Ｌ値が４０以下のものを暗色化したものとして「有
り」と表示し、Ｌ値が４０を越えたものを暗色化しなか
ったものとして「無し」と表示した。また、熱抵抗の測
定は、図３に示す様に基板１にトランジスタを搭載し定
負荷制御器３３を用いて１０ー５０Ｗの負荷をかけ、熱
電対３４によりトランジスタ３２の端子の温度を測定
し、この温度が安定したところでトランジスタ３２の熱
抵抗を測定して求めた。

【００２８】

【表２】

【００２９】これらの結果により、本発明のサンプル
Ａ,Ｂにおいては、熱抵抗が小さくなっていることがわ
かる。

【００３０】以上説明した様に、この発明の金属基板１
によれば、アルミニウム板２の表面２aに、酸化アルミ
ニウム膜３、絶縁層４及び銅箔５が順次積層され、酸化
アルミニウム膜３は、Ｌ値が４０以下、吸収率が０．５
以上で厚みが０．００５〜０．１００mmの酸化皮膜から
構成されることとしたので、アルミニウム板２の赤外線
放射特性を大幅に高めることができる。また、この酸化
アルミニウム膜３と絶縁層４との接着界面の密着度が高
まるので、電子部品から発せられる熱が金属基板１に速
やかに吸収されこの金属基板１全体に速やかに分散さ
れ、大気中に速やかに放散される。したがって、金属基
板１の放熱特性を大幅に向上させることができる。

【００３１】また、陽極酸化膜の硬度が高いので、金属
基板１上に電子部品を搭載する際に取り付け及び作業上
の疵が付き難く、絶縁層４の耐電圧を大きくとることが
でき、したがって、金属基板１の信頼性を大幅に向上さ
せることができる。

【００３２】なお、酸化アルミニウム膜３等の酸化皮膜
のポーラス部に染料、顔料等の着色材を充填することに
よりさらに暗色化させて放射特性を向上させることも可
能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した様に、この発明の金属基板
によれば、金属板に絶縁層及び銅箔を順次積層してなる
金属基板において、該金属板の表面にＬ値が４０以下、
吸収率が０．５以上の酸化膜を設けたことにより、金属
基本の赤外線放射特性を大幅に高め放熱特性を大幅に向
上させることができる。また、この酸化膜と絶縁層との
接着界面の密着度が高まるので、電子部品から発せられ
る熱が金属基板に速やかに吸収されこの金属基板全体に
速やかに分散され、大気中に速やかに放散され、したが
って、金属基板の放熱特性を大幅に向上させることがで
きる。

【００３４】また、前記金属板がアルミニウムもしくは
アルミニウム合金からなり、前記酸化膜を厚み０．００
５〜０．１００mmの酸化アルミニウム膜からなることと
したので、高熱伝導度を有しかつ赤外線放射特性が大幅
に改善されたアルミニウム基板もしくはアルミニウム合
金基板を得ることができる。

【００３５】また、前記酸化膜を形成する手段として、
溶射法、陽極酸化法、塗装法、酸処理法、蒸着法、傾斜
機能法、あるいはこれらの方法を複数組み合わせる方法
により金属板の表面に硬度の高い酸化膜を形成すること
ができる。

【００３６】以上により、基板からの放熱特性を大幅に
高めることができる金属基板を提供することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属基板を示す断面図である。

【図２】本発明の金属基板の実験例のサンプルを示す平
面図である。

【図３】熱抵抗の測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１金属基板２アルミニウム板(金属板) ３酸化アルミニウム膜(酸化膜) ４絶縁層５銅箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者志田弘東京都中央区日本橋室町四丁目３番18号スカイアルミニウム株式会社内 (72)発明者橋本常一大阪府高槻市道鵜町三丁目５番１号日本レック株式会社内 (72)発明者奥野敦史大阪府高槻市道鵜町三丁目５番１号日本レック株式会社内 (72)発明者大山紀隆大阪府高槻市道鵜町三丁目５番１号日本レック株式会社内 (56)参考文献特開平３−283530（ＪＰ，Ａ) 特開平１−100260（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−186395（ＪＰ，Ａ) 特開平４−148588（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−33274（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭60−3587（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板の少なくとも片面に、絶縁層及び
銅箔を順次積層してなる金属基板において、該金属板の
表面にＬ値が４０以下、吸収率が０．５以上の酸化膜を
設けたことを特徴とする金属基板。
【請求項２】前記金属板はアルミニウムもしくはアル
ミニウム合金からなり、前記酸化膜は厚み０．００５〜
０．１００mmの酸化アルミニウム膜からなることを特徴
とする請求項１記載の金属基板。
【請求項３】前記酸化膜は、溶射法、陽極酸化法、塗
装法、酸処理法、蒸着法、傾斜機能法、もしくはこれら
の方法を複数組み合わせる方法により形成された酸化皮
膜からなることを特徴とする請求項１または２記載の金
属基板。