JPH01142089A - メタル・コア基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は各種電子機器に用いられるメタル・コア基板及
びその製造方法に関し、特に複雑な形状に成形でき（例
えばプレス成形）、寸法精度に優れ且つ、電磁遮蔽性を
有する等の特徴を有するメタル・コア基板及びその製造
方法に関する。

（従来の技術及び解決すべき問題点） 熱伝導性の良好な金属材を芯材とし、これに絶縁皮膜層
を積層したメタル・コア基板は、機械加工が可能で大型
寸法の板が得られるため機械的設計の自由度が高く、ま
た機械的強度があり、耐熱性についても優れているので
セラミック基板に劣らず、また現在量も広く使用されて
いるガラスエポキシ基板より遥かに優れている。さらに
、金属の芯材として、Ａｌを除くメタル基板（例えば、
低炭素鋼板、４２合金等）を使用したものは、磁気回路
や磁気シールドに利用できるという利点もある。

しかしながら、このような多くの利点を有するメタル・
コア基板において、問題点の１つとしてメタルプリント
基板上に搭載するセラミックチップキャリヤのハンダ接
続部における熱疲労に基く剥離（破壊）がある。これを
避けるためにメタル・コア基板もしくは絶縁層の熱膨脹
係数をセラミック（アルミナセラミック）の熱膨脹係数
（６４〜７０×１ｏ−’／℃）に近ずける試みがなされ
ている。例えば金属基板上にアルミナペーストを塗布、
焼成してアルミナセラミック絶縁層を形成したり、金属
基板上にＣｕまたはＮｉ及び金属酸化物よりなる焼結層
を形成した後、その上に順次に１０〜５０％ガラス成分
を含むアルミナ絶縁被覆層と高アルミナセラミックを材
料とした絶縁被覆層をそれぞれ塗布、焼成する方法（特
開昭５９−２０８８９２号参照）、或は金属基板表面に
アルミナ粉末を溶射してアルミナ絶縁層を形成した後、
該アルミナ絶縁層の上に高アルミナセラミックを材料と
する絶縁被覆層を塗布、焼成して形成する方法（特開昭
５９−２０８８９３号参照）があるが、これらの方法は
コスト高であったり、或は熱膨張の差による剥離が生ず
る等の欠点がみられた。

（発明の目的） 本発明は上記の欠点を解決すべく種々検討した結果、本
発明を完成するに至ったもので本発明の目的は通常のセ
ラミック基板と同等もしくはそれ以上の耐熱性を有して
おり、且つ金属基板と絶縁層の密着性に優れたメタル・
コア基板及びその製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明はＡｌを含有する鋼よりなる金属基板
または表面にＡｌをメッキした金属よりなる金属基板と
高アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層とからな
るメタル・コア基板において、前記金属基板表面と前記
絶縁被覆層との間にアルミナウィスカーまたはアルミナ
皮膜よりなる絶縁層を介在せしめたことを特徴とするメ
タル・コア基板であり、また、本発明はＡｌを含有する
鋼よりなる金属基板と高アルミナセラミックを材料とす
る絶縁被覆層とからなるメタル・コア基板の製造方法に
おいて、前記金属基板表面を真空中若しくは非酸化性ガ
スの雰囲気下で加熱して、Ａｌを金属内部に拡散させて
表面をＡｌ含有状態にしてアルミナ前駆体を形成したの
ち、空気中で８００℃より９５０℃未満の温度範囲に加
熱することによりアルミナウィスカーよりなる絶縁層を
形成し、該絶縁層の上に高アルミナセラミックを材料と
する絶縁被覆層を形成することを特徴とするメタル・コ
ア基板の製造方法であり、また、Ａｌを含有する鋼より
なる金属基板と高アルミナセラミックを材料とする絶縁
被覆層とからなるメタル・コア基板の製造方法において
、該金属基板表面を真空中若しくは非酸化性ガスの雰囲
気下で加熱してｌを金属内部に拡散させて表面をＡｌ含
有状態にしてアルミナ前駆体を形成したのち、空気中で
９５０℃より１１００℃の温度範囲に加熱することによ
りアルミナ皮膜よりなる絶縁層を形成し、該絶縁層の上
に高アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層を形成
することを特徴とするメタル・コア基板の製造方法であ
る。

本発明において使用する金属基板とは通常メタル・コア
基板の芯材として使用されている金属のうちＡｌを含有
する鋼、例えば１８Ｃｒ　−３Ａ　Ｑ　、　２０Ｃｒ　
−５ＡΩなどのステンレス鋼、若しくはフェライト系ス
テンレス鋼（例えば５Ｏ３４３０，４０９，４１０，４
４４）、オーステナイト系ステンレス鋼（例えば５ＵＳ
３０４，３０１゜３１６．３０９，３１０）若しくは４
２合金（４２Ｎｉ−Ｆｅ）やコバールなどのような金属
の表面にｌｉメッキを施した金属であってもよい。

次に、高アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層と
しては、１％以下のガラス成分を含むアルミナ粉末ペー
スト（例えばＤｕｐｏｎｔ＃４２７５を非酸化性雰囲気
下において９００℃の温度で焼成したもの）である。ガ
ラス成分が１％以下のペーストが好適である理由は、ア
ルミナセラミック絶縁被覆層に後で印刷回路の導体パタ
ーン（例えばＣｕの厚膜）を形成したときに、その表面
にガラス質の薄層が浸出してハンダ付性を低下させるの
を防止するためである。

本発明のメタル・コア基板の製造手段としては、Ａｌを
含有する錆よりなる金属基板上にアルミナウィスカーま
たはアルミナ皮膜よりなる絶縁層を形成した後、該絶縁
層の上に高アルミナセラミックを塗布、焼成して絶縁被
覆層を形成せしめるものであって、更に詳細に説明する
と該金属基板表面上にアルミナウィスカーまたはアルミ
ナ皮膜よりなる絶縁層を形成する手段としては、先ず、
アルミナ前駆体を形成させるため、酸素分圧をコントロ
ールした雰囲気下で加熱する熱処理（１ｓｔ　ｏｘｉｄ
ａｔｉｏｎ）及び、得られたアルミナ前駆体よりアルミ
ナウィスカーまたはアルミナ皮膜を生成させるため酸化
性雰囲気下で熱処理（２ｎｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を
施してアルミナウィスカーまたはアルミナ皮膜を生成す
る。しかる後、前述したようにアルミナセラミックを塗
布、焼成して絶縁被覆層を形成する。

また、金属基板としては、上述したＡｆｉを含有する鋼
よりなる金属基板の代わりに表面にｌｉをメッキした金
属よりなる金属基板を使用することができる。

次に、本発明における熱処理について詳細に説明すると
、前記１ｓｔ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎとは、ｌを含有する
鋼にあっては金属表面に酸化皮膜であるアルミす前駆体
を生成する熱処理を言い、また、表面に１１をメッキし
た金属よりなる金属基板にあっては前記アルミナ前駆体
を生成すると同時に表面のＡｌが金属基板中に拡散され
る熱処理を言う。２ｎｄｏｘｉｄａｔｉｏｎとは、前記
アルミナ前駆体よりアルミナウィスカーまたはアルミナ
皮膜を生成する熱処理を言い、８００℃から９５０℃未
満の温度範囲ではアルミナウィスカーが生成され、９５
０℃から１１００℃の温度範囲ではアルミナ皮膜が生成
される。

金属表面にＡｌをメッキする手段としては、特に本件出
願人が先に特願昭６１−１０７７６４号で開示した金属
表面にＡｌ又はＡ２合金よりなる金属ブラシで摩擦接触
させて金属表面にＡｌメッキ層を形成するメカニカルメ
ッキ法を用いることが有利である。

次に実施例をもって本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 本発明の実施例につき図を用いて説明する。第１図は本
発明に基くメタル・コア基板の一実施例を示す部分断面
図である。

本実施例においては、金属基板１としてＳＵＳ４３０に
Ａｌをメッキした材料を用いる。

先ず、金属基板１の表面上をＡｌよりなるワイヤーブラ
シで研磨して金属基板１の表面にＡｌメッキ層を形成す
る。このメッキ層を形成する手段としては金属表面をＡ
ｌ又はＡｌ合金よりなる金属ブラシで摩擦接触させて金
属表面にＡｌメッキ層を形成するメカニカルメッキ法（
特願昭６１−１０７７６４号参照）によって行う。次に
、得られたメッキ層のＡｌを金属基板１に拡散させるこ
ととアルミナ前駆体を形成させることを兼ねた熱処理（
１ｓｔ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を実施する。その条件は
９００℃×１０分、５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの減圧下
で行なった。ついで大気中で９００℃×１６時間加熱し
た。こうすることにより金属表面上にアルミナウィスカ
ー２が生成される。アルミナウィスカー２は金属基板１
より生成したものであるから密着性に優れ、広い範囲の
温度域で剥離することはない。次に、ガラス成分１％以
下を含むアルミナ粉末ペースト（例えばＤｕｐｏｎｔ＃
４２７５）をアルミナウィスカー２の上に塗布して焼成
し、厚さ約３０μｍの高アルミナセラミック絶縁被覆層
３を形成し、焼成条件としては窯業炉など非酸化性雰囲
気炉中で９００℃まで加熱する。上記のアルミナセラミ
ック絶縁被覆層用のアルミナペーストの塗布には、スク
リーン印刷法を採用した。

（実施例２） 本発明の実施例につき第２図を用いて説明する。

第２図は本発明に基くメタル・コア基板の一実施例を示
す部分断面図である。

本実施例においては、金属基板（とじて厚さ１ｍの５Ｕ
Ｓ４３０冷間圧延板にＡｌ１をメッキした材料を用、　
いる。

先ず、金属基板士の表面上を、ｌよりなるワイヤーブラ
シで研磨して金属基板ｌの表面にＡｌメッキ層を形成す
る。次に、得られたメッキ層のＡｌを金属基板１に拡散
させることと、アルミナ前駆体を形成させることを兼ね
た熱処理（１ｓｔ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を実施する。

その条件は９００℃ｘｉｏ分、５　Ｘ　１０””　Ｔｏ
ｙ丁芹の減圧下で行なった。ついで大気中で９８０’Ｃ
Ｘｔ　　　　　　　　　　　ｇ １６時間加熱し、金属基板１に均一なアルミナ皮膜１を
生成させた。こうすることにより金属表面上にものであ
るから密着性に優れ、広い範囲の温度域で剥離し難い。

特に膜厚１μｍ程度であると密着性に優れている。次に
、ガラス成分１％以下を含むアルミナ粉末ペースト（例
えばＤｕｐｏｎｌＪ４２７５）を前ψ 記アルミナ皮膜８の上に塗布し、非酸化性雰囲気炉中で
９００℃加熱して焼成して、厚さ約３０μｍのアルミナ
セラミック絶縁被覆層３を形成する。上記のアルミナセ
ラミック絶縁被覆層用のアルミナベ、　−ストの塗布に
は、スクリーン印刷法を採用した。

（発明の効果） 以上述べたように本発明は金属基板よりアルミナウィス
カー又はアルミナ皮膜を生成させ、アルミナセラミック
絶縁被覆層との密着強度を確保したものであるから、従
来のものに比して剥離等の点においてはるかにすぐれて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るメタル・コア基板の層構成を示す
説明図で、アルミナウィスカーを生成させた場合を示す
ものであり、第２図は本発明に係るメタル・コア基板の
層構成を示す説明図で、アルミナ皮膜を生成させた場合
を示すものである。 １！！金属基板 ２・・・アルミナウィスカー ３・・・アルミナセラミック絶縁被覆層４・・・アルミ
ナ皮膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ａｌを含有する鋼よりなる金属基板または表面にＡ
   ｌをメッキした金属よりなる金属基板と高アルミナセラ
   ミックを材料とする絶縁被覆層とからなるメタル・コア
   基板において、該金属基板表面と前記絶縁被覆層との間
   にアルミナウィスカーよりなる絶縁層を介在せしめたこ
   とを特徴とするメタル・コア基板。 ２、Ａｌを含有する鋼よりなる金属基板または表面にＡ
   ｌをメッキした金属よりなる金属基板と高アルミナセラ
   ミックを材料とする絶縁被覆層とからなるメタル・コア
   基板において、該金属基板表面と前記絶縁被覆層との間
   にアルミナ皮膜よりなる絶縁層を介在せしめたことを特
   徴とするメタル・コア基板。 ３、Ａｌを含有する鋼よりなる金属基板と高アルミナセ
   ラミックを材料とする絶縁被覆層とからなるメタル・コ
   ア基板の製造方法において、前記金属基板表面を真空中
   若しくは非酸化性ガスの雰囲気下で加熱したのち、空気
   中で８００℃より９５０℃未満の温度範囲に加熱するこ
   とによりアルミナウィスカーよりなる絶縁層を形成し、
   該絶縁層の上に高アルミナセラミックを材料とする絶縁
   被覆層を形成することを特徴とするメタル・コア基板の
   製造方法。 ４、Ａｌを含有する鋼よりなる金属基板と高アルミナセ
   ラミックを材料とする絶縁被覆層とからなるメタル・コ
   ア基板の製造方法において、該金属基板表面を真空中若
   しくは非酸化性ガスの雰囲気下で加熱したのち、空気中
   で９５０℃より１１００℃の温度範囲に加熱することに
   よりアルミナ皮膜よりなる絶縁層を形成し、該絶縁層の
   上に高アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層を形
   成することを特徴とするメタル・コア基板の製造方法。 ５、表面にＡｌをメッキした金属よりなる金属基板と高
   アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層とからなる
   メタル・コア基板の製造方法において、前記金属基板表
   面を真空中若しくは非酸化性ガスの雰囲気下で加熱して
   Ａｌを金属内部に拡散させて表面をＡｌ含有状態にして
   アルミナ前駆体を形成したのち、空気中で８００℃より
   ９５０℃未満の温度範囲に加熱することによりアルミナ
   ウィスカーよりなる絶縁層を形成し、該絶縁層の上に高
   アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層を形成する
   ことを特徴とするメタル・コア基板の製造方法。 ６、表面にＡｌをメッキした金属よりなる金属基板と高
   アルミナセラミックを材料とする絶縁被覆層とからなる
   メタル・コア基板の製造方法において、該金属基板表面
   を真空中若しくは非酸化性ガスの雰囲気下で加熱してＡ
   ｌを金属内部に拡散させて表面をＡｌ含有状態にしてア
   ルミナ前駆体を形成したのち、空気中で９５０℃より１
   １００℃の温度範囲に加熱することによりアルミナ皮膜
   よりなる絶縁層を形成し、該絶縁層の上に高アルミナセ
   ラミックを材料とする絶縁被覆層を形成することを特徴
   とするメタル・コア基板の製造方法。