JP2753743B2 - 電子回路基板の製造方法 - Google Patents

電子回路基板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,放熱性及び導体層の密着性に優れた電子回
路基板の製造方法に関する。
〔従来技術〕
近年,電子回路基板としては種々のものが知られ,か
つ実用化されており,例えばガラス・エポキシ複合体,
アルミナ質焼結体およびムライト質焼結体等を材料とす
る電子回路基板が提案され使用されている。そして,高
集積化を促進する1つの方法として,シリコン集積回路
などを直接基板に搭載する実装方法が検討されている。
しかしながら,ガラス・エポキシ複合体はシリコン集
積回路と熱膨張率が大きく異なるため,該基板に直接搭
載することのできるシリコン集積回路は極めて小さいも
のに限られている。そればかりでなく,ガラス・エポキ
シ複合体のみからなる基板は,回路形成工程において寸
法が変化し易いため,特に微細で精密な回路が要求され
る基板には適用が困難である。
また,これらの基板は,その中に占める樹脂の割合が
大きいため,その熱伝導率はせいぜい0.5W/m・Kであ
り,最近の高密度シリコン集積回路や抵抗部品などの発
熱を充分に熱放散させることができない。
また,アルミナ質焼結体やムライト質焼結体は,比較
的熱伝導率が大きいが,硬度が高く機械加工性に劣る。
そのため,例えばスルーホール等を設けるような機械加
工が必要な場合には,生成形体の段階で加工した後焼成
する方法が行われている。しかし,焼成時の収縮を均一
に生じさせることは困難であり,特に高い寸法精度を要
求されるものや寸法の大きなものを製造することは困難
であった。
そこで,これらの問題に対処するため,特開昭61−28
7190号あるいは特開昭64−82689号には,多孔質セラミ
ックの気孔内に樹脂を含浸した基板が提案されている。
この基板は,セラミックの気孔率を種々変化させるこ
とで,実装する部品,例えばシリコン集積回路等の熱膨
張に合わせ,低膨張で寸法安定性に優れている。また,
機械加工が容易で基板の大型化及び軽量化に対応でき
る。
〔解決しようとする課題〕
しかしながら,上記の樹脂含浸多孔質セラミック焼結
体基板に膜状素子を形成した電子回路基板は,使用上の
信頼性に乏しい。
即ち,上記樹脂含浸基板は,多孔質セラミック焼結体
を構成するセラミック粒子と導体層との間に樹脂が多く
含まれた層が介在するために,導体層で発生した熱はこ
れらの樹脂層で遮断されてしまい放熱性が悪い。特に,
多層化すればするほど樹脂層が増加するため,外部に速
やかに熱が放出されない欠点があった。
また,この従来基板においては,導体層は樹脂層の上
に接着形成されているので,導体層と多孔質セラミック
焼結体との密着強度は0.5〜1.5kg/cm程度で,接着強度
が低い。また,その接着強度にバラツキがある。
本発明は,かかる従来の問題点に鑑み,上記の樹脂含
浸多孔質セラミック焼結体基板の長所を生かし,放熱性
及び導体層の密着性に優れた電子回路基板の製造方法を
提供しようとするものである。
〔課題の解決手段〕
本発明は,多孔質セラミック焼結体に,硬化時に収縮
を伴う樹脂を充填し,次いで該樹脂を硬化収縮させて,
多孔質セラミック焼結体表面にセラミック粒子によって
形成される凹凸表面を露出させ,その後該凹凸表面に導
体層を形成することを特徴とする電子回路基板の製造方
法にある。
本発明において最も注目すべきことは,多孔質セラミ
ック焼結体に含浸させる樹脂として,硬化時に収縮する
樹脂を用い,この硬化収縮によって露出した凹凸表面の
上に導体層を形成することにある。
本発明において,凹凸表面の深さは1〜20μmが好ま
しい。その理由は1μmよりも少ないと,セラミック粒
子の間に導体層を密着させるアンカー効果を形成し難い
からである。一方20μmよりも大きいと,アンカー効果
を持った気孔は多くできるが,導体層をそれ以上深くま
で形成し難くなり,セラミック粒子と密着しがたくなる
からである。なかでも,2〜10μmがより好適な条件であ
る。
また,多孔質セラミック焼結体の平均気孔径は5μm
以下であることが好ましい。その理由は,5μmよりも大
きいと導体層の接着面の凹凸が激しくなるので,微細な
導体回路が得難くなるからである。
次に,硬化時に収縮を伴う未硬化の樹脂としては,エ
ポキシ樹脂,ビスマレイミド・トリアジン樹脂,ポリエ
ステル樹脂,ポリイミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,
シリコン樹脂,エポキシシリコン樹脂,アクリル酸樹
脂,メタクリル酸樹脂,アニリン酸樹脂,フェノール樹
脂,ウレタン樹脂,フラン系樹脂,フッ素樹脂,フッ素
−オレフィン共重合樹脂から選ばれる何れか1種を使用
することができる。これらの樹脂は,その溶解液,分散
液あるいは前駆体を使用する。
この充填樹脂は,硬化して外気と遮断できるように,
気孔内に充分に充填する。この理由は,外気と遮断する
ことによって基板の耐湿性が向上し信頼性の高い回路が
形成できるからである。
そして,充填された樹脂の硬化時の収縮量は,体積収
縮率が1%以上であることが好ましい。その理由は,1%
よりも小さいと,例えば,極めて薄い基板を製作しよう
とすると,充填される樹脂量が少なくなり,収縮によっ
て露出凹凸表面が極めて薄くなるからである。なかで
も,体積収縮率が3%以上であることが好ましい。
樹脂の硬化方法としては,加熱,あるいは常温にて硬
化材を添加する方法,紫外線による光硬化などがある。
また,熱可塑性の樹脂に対しては溶融状態で含浸して,
次いで、冷却によって硬化させる。この硬化によって,
多孔質セラミック焼結体内に充填された樹脂は,硬化収
縮する。そのため,多孔質セラミック焼結体の表面に
は,セラミック粒子のみが露出した凹凸表面が形成され
る。そして,この露出した凹凸表面上に導体層を形成す
る。
前記導体層の形成方法としては,無電解メッキによる
方法,蒸着,スパッタリングによる方法が有効である。
これらの方法によれば,前記凹凸表面のセラミック粒子
に直接導体層が接触し,放熱性を高めることができるか
らである。
なお,上記導体層形成に先立って,前記凹凸表面に含
浸樹脂が残留付着している場合には,濃硫酸等によって
その残留樹脂を除去しておくことが好ましい(実施例参
照)。
また,多層電子回路基板を得るためには,上記のごと
く形成した電子回路基板を積層して多層状となす。
更に,電子回路基板の表裏に樹脂あるいは樹脂と無機
材料との複合材からなる絶縁層を形成し,更にその上に
導体層を形成することもできる。これらの絶縁層は,前
記凹凸表面に充填され,一層信頼性の高い回路を形成す
ることに効果的である。
また,上記多孔質セラミック焼結体の材質としては,
コージェライト,アルミナ,窒化アルミニウム,ムライ
ト,チタン酸マグネシウム,チタン酸アルミニウム,二
酸化ケイ素,酸化鉛,酸化亜鉛,酸化ベリリウム,酸化
錫,酸化バリウム,酸化マグネシウム,酸化カルシウム
のいずれか少なくとも1種を主成分とするセラミックス
などがある。この中,コージェライトは,熱膨張率がシ
リコン集積回路のそれに近く,好ましい材料である。
本発明によって得られる電子回路基板においては,多
孔質セラミック焼結体の凹凸表面の気孔及び凹凸部分
に,導体層の下方部がくさび状に入り込んでセラミック
粒子と直接密着している。一方,その他の基板内部の気
孔内には,硬化した樹脂が充填されている。
〔作用及び効果〕
本発明においては,多孔質セラミック焼結体の気孔内
に硬化収縮性の樹脂を含浸させ,次いで硬化させる。こ
れにより,多孔質セラミック焼結体内の樹脂が収縮す
る。そのため,上記焼結体表面に,セラミック粒子によ
って形成される凹凸表面が露出する。そこで,該凹凸表
面上に導体層を形成する。
このようにして得られた電子回路基板は,多孔質セラ
ミック焼結体の凹凸表面に,直接,導体層を形成させて
いるため,該導体層が上記セラミック粒子の間にくさび
状に強固に密着結合している。そのため,導体層で発生
した熱は,直接に効率良くセラミック粒子に伝熱され
る。また,各セラミック粒子は互いに焼結し合って多孔
質セラミック焼結体を構成しているので,上記の熱はこ
れらのセラミック粒子の間を速やかに伝って外部に放散
される。
また,上記のごとく導体層がくさび状に結合している
ので,導体層が剥離することはない。
また,導体層が形成されていない部分は,樹脂が充填
されているので,電子回路基板は耐高湿度性,耐高温度
性にも優れている。。
更に,樹脂を充填させていることで基板の強度を増加
させ,割れにくくすると同時に機械加工を容易にし,カ
ケ,チッピング等の加工欠陥を防ぐことができる。ま
た,気体の透過を防ぎ使用環境からの影響を低減するこ
とに効果的である。
したがって,本発明によれば,放熱性及び導体層の密
着性に優れた,信頼性の高い電子回路基板の製造方法を
提供することができる。
〔実施例〕
第1実施例 本発明における電子回路基板の製造方法につき第1図
〜第3図を用いて説明する。
まず,第1図に示すごとく,多孔質セラミック焼結体
1の気孔11内に樹脂2を含浸する。多孔質セラミック焼
結体1は,多数のセラミック粒子10を互いに焼結したも
のである。この段階では,多孔質セラミック焼結体1の
表面にも樹脂2が膜状に存在している。
次に,これらを加熱して,上記樹脂2を硬化させる。
この硬化によって樹脂2は,第2図に示すごとく収縮す
る。そのため,多孔質セラミック焼結体1の表面には,
セラミック粒子の凹凸表面15が露出する。
そこで,第3図に示すごとく,上記凹凸表面15上に導
体層3を形成する。これにより電子回路基板を得る。
この電子回路基板において,導体層3は,第3図に示
すごとく,その下方部が上記凹凸表面15の中にくさび状
に食い込み,密着結合している。
そのため,前述のごとく,導体層3の熱は急速に各セ
ラミック粒子10に伝熱され,外部へ早急に放散される。
また,導体層3は多孔質セラミック焼結体に強固に接合
され,剥がれることもない。また,多孔質セラミック焼
結体の内部には,樹脂2が充填されている。
第2実施例 平均粒径が1.8μmのコージェライト粉末100重量部に
対してポリビニールアルコール2重量部,ポリエチレン
グリコール1重量部,ステアリン酸0.5重量部及び水100
重量部を配合し,ボールミル中で3時間混合した後,噴
霧乾燥した。
この乾燥物を適量採取し,金属製押し型を用いて1.0t
/cm2の圧力で形成し,大きさが220mm×250mm×1.2mm,密
度1.5g/cm3(60vol%)のセラミックス生成形体を得
た。
この生成形体を大気中,1400℃で1時間焼成して多孔
質コージェライト焼結体とした。
得られた焼結体は,厚みが1.15mm,密度が1.8g/cm3,気
孔率が30(容量)%,平均気孔径が3.2μmであった。
次に,二液性で無溶媒タイプのエポキシ樹脂を,上記
多孔質セラミック焼結体中に含浸した。このエポキシ樹
脂は硬化時に5%体積収縮する樹脂である。この含浸
は,基板を真空下において脱泡した後,予め真空下で脱
泡しておいた樹脂中に浸漬し,次いでこれらを5kg/cm2
で加圧し,その後取り出して80℃で12時間加熱すること
により行った。
次いで,この含浸体の表面の樹脂をアセトンにて洗浄
して,表面の樹脂を溶解せしめた。次いで,1500℃,2時
間加熱して,上記樹脂を硬化,収縮させた。これによ
り,表面にセラミック粒子の凹凸表面が露出した。
なお,念のため,この基板を濃硫酸の中に5分浸漬
し,表面の残留エポキシ樹脂を,分解し,セラミック粒
子のみからなる凹凸表面を露出させた。この凹凸表面の
深さは4.2μmであった。
次に,この基板の凹凸表面に,導体層としての無電解
銅メッキを36μm形成した。そのメッキに要した時間は
14時間であった、これにより,電子回路基板を形成し
た。
この電子回路基板について,銅メッキのビール強度を
測定した結果,1.9kg/cmで高いものであった。また,ビ
ール強度のバラツキはσ=0.1kg/cmで極めて安定してい
た。
一方,基板の熱伝導率を測定したところ,1.2W/m・K
であり,極めて高いものであった。
更に,この基板を85℃・85%RH(相対湿度)で1000時
間,高温,高湿寿命試験を行った。その結果,導体間の
抵抗値の変化率は0.3%であり,優れた安定性を有して
いた。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は,第1実施例の電子回路基板の製造工
程を示し,第1図は多孔質セラミック焼結体に樹脂を含
浸した状態の断面図,第2図は樹脂を硬化収縮させた状
態の断面図,第3図は導体層を形成した状態の断面図で
ある。 1……多孔質セラミック焼結体, 10……セラミック粒子, 11……気孔, 15……凹凸表面, 2……樹脂, 3……導体層,

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔質セラミック焼結体に,硬化時に収縮
    を伴う樹脂を充填し,次いで該樹脂を硬化収縮させて,
    多孔質セラミック焼結体表面にセラミック粒子によって
    形成される凹凸表面を露出させ,その後該凹凸表面に導
    体層を形成することを特徴とする電子回路基板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】第1請求項において,凹凸表面の深さは1
    〜20μmであることを特徴とする電子回路基板の製造方
    法。
  3. 【請求項3】第1請求項又は第2請求項において,多孔
    質セラミック焼結体は,平均気孔径が5μm以下である
    ことを特徴とする電子回路基板の製造方法。
  4. 【請求項4】第1請求項ないし第3請求項において,電
    子回路基板の表面に,樹脂又は樹脂と無機材料との複合
    材からなる絶縁層を形成し,更にその上に導体層を形成
    することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
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