JP2915665B2 - 絶縁シートとそれを使った金属配線板との製造方法。 - Google Patents

絶縁シートとそれを使った金属配線板との製造方法。

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、パワートランジスタ
や集積回路等の発熱性電子部品から発生する熱を、金属
基板や放熱フィン等に伝熱させる電気絶縁性および熱伝
導性にすぐれた絶縁シートとそれを使った金属配線板の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、プリント配線板として紙・フェノ
ール樹脂、ガラス・エポキシ樹脂等の樹脂基板が多く用
いられてきた。しかし、最近では電子機器の高性能化、
小型化、高密度化に伴い、それによって生じる熱の高密
度発生をいかに処理するかが課題になってきたため、従
来の樹脂基板では、このような課題に対処することがで
きなかった。
【0003】すなわち、これら従来の樹脂基板では、熱
伝導性が低くて熱放散性が悪く、特に大電流を流すよう
に設計された回路では、その熱によってコンデンサー、
トランジスタ等を破損する恐れがあった。また、破損し
ないまでも電気特性が大きく変化するという課題があっ
た。このような課題を克服するため、近年、アルミニウ
ム等の熱伝導性のよい金属板の表面にエポキシ樹脂等の
有機絶縁物を設け、更にその上に、回路を形成する銅箔
などを貼付けた構造の金属プリント板が使われている。
しかし、このような構造では、回路と金属板との間に熱
伝導性の悪い有機系絶縁物が存在し、金属板の高熱伝導
の特性を十分に活かすことが出来なかった。
【0004】また、発熱性部品と放熱フィンとの間にも
熱伝導性の低い樹脂(絶縁シート)が存在するため、金
属板の高熱伝導性を十分に活かすことが出来なかった。
従来、この絶縁シートとしては、マイカ絶縁板や合成ゴ
ムに無機充填材、例えば雲母、アルミナ、シリカ、窒化
硼素等を単体で、またはこれらを併用していたものがあ
った(特開昭54−61253号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マイカ絶縁板
は使用時に割れやすく、また、無機充填材入り合成ゴム
シートは熱伝導性が十分でない。更に、窒化硼素を使用
したものも酸化物単体で使用したもの(アルミナ)の値
と大きな差はなく、熱伝導率は0.42w/mk程度で
あり高価な窒化硼素粉を利用するメリットが生かされな
かった。本発明は斯かる課題を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、六方晶窒化硼素の結
晶配向を制御して熱伝導率を良くした絶縁シートとそれ
を使った金属配線板との製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、第1に、六方晶窒化硼素とバインダーを
混合する工程と、重力により六方晶窒化硼素をその結晶
平行面に沿って順次堆積させる工程と、この堆積物を固
める工程と、この固形物を堆積方向に切断する工程とか
ら、この切断された固形物の厚み方向に前記結晶平行面
が配置されるようにしたことを特徴とする絶縁シートの
製造方法であることを特徴とする。第2に、六方晶窒化
硼素とバインダーを混合する工程と、六方晶窒化硼素の
結晶を帯電させる工程と、この帯電した六方晶窒化硼素
と接地した金属板との間の静電気力により六方晶窒化硼
素の結晶平行面を厚み方向に配置する工程と、この厚み
方向に配置した六方晶窒化硼素を固める工程とから、こ
の固形物の厚み方向に前記結晶平行面が配置されるよう
にしたことを特徴とする絶縁シートの製造方法であるこ
とを特徴とする。第3に、六方晶窒化硼素とバインダー
を混合する工程と、六方晶窒化硼素の結晶を帯電させる
工程と、この帯電した六方晶窒化硼素と接地した金属板
との間の静電気力により六方晶窒化硼素の結晶平行面を
厚み方向に配置する工程と、前記バインダーを半硬化状
態にする工程と、半硬化状態のバインダ上に金属箔を設
置してから加熱圧着する工程と、前記金属箔をエッチン
グする工程とからなることを特徴とする金属配線板の製
造方法であることを特徴とする。
【0007】
【作用】前記構成における六方晶化硼素は、熱伝導率の
異方性があり、その値は結晶方向により大きく異なる。
そして、結晶平行面の熱伝導率は60w/mKで、結晶
垂直面の熱伝導率は2w/mKである。ところで、従来
の絶縁シートは、図7のように、バインダ3と混合され
る窒化硼素の結晶2を配向制御していなかったので、ア
ルミナの熱伝導率23w/mkとほぼ同じであった。
【0008】本発明は、遠心力、重力、磁力、静電気力
等の力を利用して六方晶窒化硼素の結晶2を燐片状に、
つまり結晶平行面どうしを密着させるようにして、結晶
平行面を厚み方向に配置させている。これにより、六方
晶窒化硼素をより高充填でき、かつ熱伝導率の低いバイ
ンダーとの接触が少なくなり、六方晶窒化硼素の熱伝導
率の良い結晶平行面が厚み方向に配置でき、六方晶窒化
硼素の熱伝導率の異方性を充分に活用できる。また、こ
の絶縁シートを熱伝導率の高い金属板の少なくとも一面
に形成することで、より放熱性の高い絶縁シートを作成
することができる。
【0009】この絶縁シートの製造方法において、本発
明は、バインダーと混合した六方晶窒化硼素を結晶平行
面に沿って順次重力により堆積させ、この堆積物を遠心
力により圧縮させ、バインダーを固めると共に、堆積方
向に薄く切断して結晶平行面を厚み方向に配置させるよ
うにしている。また、もう一つの製造方法は、バインダ
ーと六方晶窒化硼素の混合液に電荷を与え、六方晶窒化
硼素の結晶を帯電させる。このとき、結晶の鋭利部に電
荷が集中し、対向電極に形成すると結晶平行面が堆積方
向に配置されることを利用したものである。
【0010】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の好ましい実施例
を具体的に説明する。本発明では、六方晶窒化硼素の結
晶平行面を厚み方向に配置させて結晶間をバインダー材
で結合させ、こうしてできた絶縁シートを金属板の少な
くとも一面に形成した。すなわち、図1のように、絶縁
シート1は、六方晶窒化硼素2の結晶平行面が厚み方向
に配置され、かつ結晶間はバインダー材3で結合されて
いる。又、この絶縁シート1を金属板の少なくとも一面
に形成する。
【0011】又、本発明では、金属板の片面に前記絶縁
シートを絶縁層として金属配線板を形成した。図2に、
その断面図を示す。すなわち、この金属配線板1a"
は、金属板6の片面に絶縁層1aが形成され、この絶縁
層1aの上に銅箔7が、更にその上に発熱素子8が形成
されている。
【0012】本発明では、バインダーと混合した六方晶
窒化硼素を結晶平行面に沿って順次重力により堆積させ
る工程と、この堆積物を固める工程と、堆積方向に切断
して結晶平行面を厚み方向に配置させる工程とを含む絶
縁シートの製造方法であることを特徴とする。これを図
3のフローチャートに基づき説明する。先ず、ステップ
10において、六方晶窒化硼素(BN)とバインダーを
混合する。このバインダーとしては、電気絶縁性を有す
るゴム弾性を具えたもの、例えばシリコーンゴム、フッ
素ゴム等または熱硬化樹脂、例えばエポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂等または金属アルコキシレート化合物、例え
ばケイ酸エチル等である。なお、バインダーの種類によ
って有機溶剤、水、アルコール等を適当に加えても良
い。そして、バインダーとしてのエポキシ樹脂と六方晶
窒化硼素をMEK溶液で1次粒子になるまで高速攪拌機
で攪拌する。
【0013】また、ステップ12において、重力により
六方晶窒化硼素(BN)を堆積させる。この場合、粘度
100〜10000cps、好ましくは200〜200
0cpsのMEK溶液をセルの中に入れ、振動の無い密
閉容器の中に1週間放置する。六方晶窒化硼素の自重だ
けで自然と沈降させ、結晶面を下にし、配向させる方法
である。
【0014】1週間放置後、遠心分離器に掛け、遠心力
により圧縮させる(ステップ14)。つまり、堆積させ
ただけではフィラー同士の間隔が大きく、雪が積もった
ような状態になっているので、乾燥したときにフィラー
間のバインダーが多く残り、熱伝導率が小さくなる。そ
のために、遠心力で圧縮させ、フィラー間のバインダー
を取り除き、フィラー同士をより多く接触させる。堆積
方法は、これに限定されず、燐片状に堆積させるもので
あればよい。
【0015】この後、溶剤を飛散させて乾燥させ、加熱
により固化させる(ステップ16)。固化させた後、ス
テップ18のように、スライスカッター4等で0.1m
m程度にスライスし、ステップ20のように、絶縁シー
ト1aを得る。スライス時の幅は必要なシートの厚みに
より決定される。このとき、シート1aの厚み方向が、
図4の様に、結晶方向と平行となるようにテーブル5の
上に置き、垂直方向に切断する。好ましくは、切断した
シートが切断後の衝撃で壊れないようにシリコンゲル中
で切断するとよい。
【0016】また、本発明では、六方晶窒化硼素の結晶
を帯電させ、対向電極に六方晶窒化硼素の結晶平行面を
厚み方向に配置させる工程とを含む絶縁シートの製造方
法であることを特徴とする。図5にその製造工程を示
し、以下、このフローチャートに基づき絶縁シートの製
造方法を説明する。同図のステップ30において、六方
晶窒化硼素(BN)とバインダーを混合するのは、前記
の実施例と同様であり、ステップ32では、六方晶窒化
硼素(BN)に正の電荷を与える。また、ステップ34
において、金属板6を接地して負に帯電することによ
り、静電気力で六方晶窒化硼素(BN)の結晶平行面を
厚み方向に配置する。次に、ステップ36のように、金
属板6の上でバインダーを加熱により固化させて絶縁層
1bを形成し、ステップ38のように、絶縁シート1
a' を得る。
【0017】更に、本発明では、六方晶窒化硼素の結晶
を帯電させ、対向電極に六方晶窒化硼素の結晶平行面を
厚み方向に配置させたままバインダーの樹脂を硬化させ
た金属配線板の製造方法であることを特徴とする。図6
にその製造工程を示し、以下、このフローチャートに基
づき金属配線板の製造方法を説明する。先ず、ステップ
40において、六方晶窒化硼素(BN)とバインダを混
合し、ステップ42において、六方晶窒化硼素(BN)
に電荷を与え、ステップ44において、静電気力で六方
晶窒化硼素(BN)の結晶平行面を厚み方向に配置する
のは、前記の実施例と同様である。
【0018】次に、ステップ46において、自己接着性
を持たすために、バインダーを半硬化(Bステージ)状
態にとどめ、金属板6の上に絶縁層1bを形成し、ステ
ップ48において、この絶縁層1bの上から金属箔7を
重ね合わせ、加熱プレス等で圧着させる。こうして、ス
テップ50のように、金属箔7をエッチング処理等して
金属配線板1a" を得る。なお、上記のステップ46に
おいて、半硬化(Bステージ)状態の絶縁シートを加熱
圧着時に再溶融させて接着させるか、又は接着剤を塗布
して貼り合わせても良い。
【0019】〔実施例1〕 バインダーとして、加熱加硫型シリコンゴムをトリクロ
ロエタンに溶解したものを用い、このバインダーと平均
粒形30μmの六方晶窒化硼素(BN)を混合し、攪拌
機ホモミキサ(特殊機加工製)を使い1時間分散する。
粘度は約1500cpsである。この溶液を特殊セルの
中に入れ、1週間無振動室中で放置する。その後、遠心
分離機にこのセルをかけ、堆積物を圧縮させる。その
後、上澄み液を捨て、常温で乾燥させ、トリクロロエタ
ンを飛散させる。次に加熱加硫を行い、0.2mmの絶
縁シートを作成した。
【0020】〔実施例2〕 バインダーとして、ビスフェノール型エポキシ樹脂をM
EKに溶解したものを使い、平均粒形10μmの六方晶
窒化硼素を攪拌機ホモミキサ(特殊機加工製)を使い1
時間分散する。この混合液を、空気中で噴霧状態にして
正の電荷を与え帯電させる。帯電させた液を、スプレー
で負に帯電させた銅板(0.3mm)の上に塗布する。
溶剤を飛散させて熱をかけ、樹脂を硬化させて絶縁シー
トを作成する。
【0021】〔実施例3〕 実施例2の混合液を、実施例2と同様に、空気中で噴霧
状態にして正の電荷を与え、帯電させた液を、スプレー
で負に帯電させたアルミ板(3mm)の上に塗布する。
電荷をかけたまま溶剤を飛散させて熱をかけ、樹脂を硬
化させる。ただし、半硬化(Bステージ)状態にし、3
5μmの銅箔を重ね合わせ、熱プレスで貼り合わせて金
属基板を作成した。
【0022】〔比較例1〕 電気化学工業(株)製「デンカ放熱シート」BFG−4
【0023】〔比較例2〕 電気化学工業(株)製金属基板「デンカHITTプレー
ト」各実施例、比較例を表1に示す。
【0024】
【表1】.熱伝導率の比較表
【0025】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、六方晶窒
化硼素の結晶平行面を厚み方向に配置させて結晶間をバ
インダー材で結合させ、こうしてできた絶縁シートを金
属板の少なくとも一面に形成したり、金属板の片面にそ
の絶縁シートを絶縁層として形成することで、いわゆる
六方晶窒化硼素の結晶平行面どうしを密着させるように
し、この結晶平行面を厚み方向に配置することにより、
熱伝導性に優れた絶縁シートや金属配線板を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の絶縁シートの製造方法により製造され
た絶縁シートの結晶構造を示す図である。
【図2】本発明の金属配線板の製造方法により製造され
た金属配線板の断面を示す図である。
【図3】本発明の絶縁シートの製造方法における製造工
程のフローチャートを示す図である。
【図4】本発明の絶縁シートの製造方法に用いられる治
具の外観を示す図である。
【図5】本発明の絶縁シートの製造方法における製造工
程の他のフローチャートを示す図である。
【図6】本発明の金属配線板の製造方法における製造工
程のフローチャートを示す図である。
【図7】従来の絶縁シートの結晶構造を示した図であ
る。
【符号の説明】
1,1a,1a' 絶縁シート 1a" 金属配線板 2 六方晶窒化硼素の結晶 3 バインダー 4 カッター

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 六方晶窒化硼素とバインダーを混合する
    工程と、 重力により六方晶窒化硼素をその結晶平行面に沿って順
    次堆積させる工程と、 この堆積物を固める工程と、 この固形物を堆積方向に切断する工程とから、 この切断された固形物の厚み方向に前記結晶平行面が配
    置されるようにしたことを特徴とする絶縁シートの製造
    方法。
  2. 【請求項2】 六方晶窒化硼素とバインダーを混合する
    工程と、 六方晶窒化硼素の結晶を帯電させる工程と、 この帯電した六方晶窒化硼素と接地した金属板との間の
    静電気力により六方晶窒化硼素の結晶平行面を厚み方向
    に配置する工程と、 この厚み方向に配置した六方晶窒化硼素を固める工程と
    から、 この固形物の厚み方向に前記結晶平行面が配置されるよ
    うにしたことを特徴とする絶縁シートの製造方法。
  3. 【請求項3】 六方晶窒化硼素とバインダーを混合する
    工程と、 六方晶窒化硼素の結晶を帯電させる工程と、 この帯電した六方晶窒化硼素と接地した金属板との間の
    静電気力により六方晶窒化硼素の結晶平行面を厚み方向
    に配置する工程と、 前記バインダーを半硬化状態にする工程と、 半硬化状態のバインダ上に金属箔を設置してから加熱圧
    着する工程と、 前記金属箔をエッチングする工程とからなることを特徴
    とする金属配線板の製造方法。
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