JPH01194384A - 銅張積層板の製造方法 - 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、熱膨張係数が小さく、しかも熱伝導性にすぐ
れた銅張積層板の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、プリント配線板としては、紙基材フェノール樹脂
積層板、ガラス布基材エポキシ樹脂積層板などのプラス
チック系基板が多く用いられている。

ところが、最近では電子機器の小型化、高出力化、高密
度化の進歩が目ざましく、それに伴ってプリント基板に
も低熱膨張化、高熱伝導化の要求がきひしくなってきて
いる。これに対しては金属ベース基板が注目されている
。金属ベース基板とは熱伝導性の高い金属板をベースと
し、その表面に絶縁層としてエポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂などの樹脂単独、あるいはガラス布基材に含浸させ
た層を設け、さらにその上に回路を形成するための銅箔
などの導体層を設けしかし、上記構成の基板においては
次のような問題点がある。

第１は、このような構成の基板は熱膨張係数が基板に搭
載するセラミックチップあるいはシリコンチップなどの
■０チップに比べて大きいために実際の使用時の熱衝撃
によりチップと基板との接続破壊等が起きやすく、接続
信頼性が乏しい点である。この点についてはベースとな
る金属板として熱膨張係数がシリコンチップあるいはセ
ラミックチップに近い低熱膨張の金属、具体的には４２
合金、インバー合金などを用いることが考えられている
。しかし、これらの低熱膨張の合金は基板の低熱膨張化
には有効であるか、その熱伝導率は銅、アルミニウムな
どに比べると極めて低く　（約０．０３　ｃ　ａ　ｌ／
ｃｍ・３・℃）、そのためにこれをベースとしたもので
は熱放散性の向上はさほど期待できない。さらに絶縁層
である樹脂層、あるいはガラス布基材エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂層とベースとの熱膨張係数差は非常に大き
くなるために、絶縁層とベース金属層との密着性は信頼
性がなくなり熱衝撃により剥離、クラック等の欠陥を発
生しやすくなる。

第２の問題点は上述したように熱放散性が必ずしも十分
ではない点である。これは、低熱膨張化を目的として低
熱膨張の合金をベースに用いた場合、特に顕著なものと
なるが、それにも増して大きな影響を及ぼしているのが
絶縁層の存在である。これは絶縁層として用いているエ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはガラス布基材エ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂の熱伝導率が０．０００４
〜０．０００７　ｃａｔ／ｃｍ　・ｓ　・’Ｃと極めて
低いものであるためである。すなわちこれらにより絶縁
層を構成するとこれら絶縁層上に形成された導体回路上
に搭載した電子部品から発生した熱はこの絶縁層の大き
な熱抵抗のためにその下の熱伝導性の高い金属板に容易
に伝わらない。したがって、ベースとなる金属板の熱放
散性を有効に生かすことができない。これについては樹
脂に熱伝導性の良好な無機充填剤を添加する方法などが
とられているが、マトリックスは樹脂であるために、そ
の効果は十分とはいえない。

本発明は、これらの欠点を改良し、熱伝導性にすぐれ、
しかも熱膨張係数の小さい基板を提すなわち、本発明は
、銅箔の片面にセラミックを溶射してセラミック層を形
成し、該セラミック層と接するように炭素繊維基材プリ
プレグを積層してこれを熱圧成形一体化することを特徴
とする。

銅箔に溶射するセラミックは絶縁層を形成するものであ
るので、セラミック基板として最も実績があり、−数的
に用いられているアルミナあるいは、電気絶縁性にすぐ
れしかもアルミナよりも熱膨張係数の低いムライトが好
適であるが、その他にスピネル、コージェライト、ジル
コニアなどの単体あるいはこれらの混合物である電気絶
縁性のセラミックを用いることができる。また、これら
のセラミックの溶射はガス溶射法、プラズマ溶射法、水
プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法、爆発溶射法など
が適用できる。

次に炭素繊維基材プリプレグは、本発明において基板の
高熱伝導化と低熱膨張化に効果をもたらすものである。

低熱膨張化の観点からみれば炭素繊維の形態は短繊維よ
りも長繊維の方が好ましく、一方向に引きそろえたもの
、あるいはクロス状のものが用いられるが、短繊維でも
その効果は認められる。

また、炭素繊維基材プリプレグの樹脂としては成形加工
性の点からエポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂が好適
であるが、その他にフェノール樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ビニルエステル樹脂などを用いることができる
。

なお、本発明において炭素繊維基材プリプレグ層の表面
に設けるセラミック層及び銅箔は炭素繊維基材プリプレ
グ層の片面でも両面でもよく、本発明を限定するもので
はない。

〔作用〕

炭素繊維基材プリプレグを熱圧成形することによって得
られる炭素繊維強化プラスチック　（以下０ＦＲＰと記
す）は、その熱伝導率は約０゜ｌ　ｃａ　１７ｃｍ　＃
　ｓ・℃、熱膨張係数（面方向）は約０．７　Ｘ　１０
−’／’Ｃと高熱伝導性でしかも低熱膨張の材料である
。しかし、炭素繊維が導電性であるために０ＦＲＰも導
電性を示し、絶縁材料としては用いられない。ところが
本発明のように０ＦＲＰを絶縁層として用いる・のでは
なく金属ベース基板におけるベースとして用い、ベース
であるＣＦＲＰの表面に絶縁層としてセラミック層を形
成することによって０ＦＲＰのもつ高熱伝導性、低熱膨
張を有効に利用することができる。

さらに、絶縁層としてセラミック層を用いると次のよう
なメリットがある。第１は、セラミックは一般に絶縁層
として用いられる樹脂を主体とする層に比べて熱伝導性
が高い点であり、これによって回路に発生する熱を効果
的に０ＦＲＰ層に伝えることができる。第２は、同様に
熱膨張係数も低いために基板全体の低熱膨張化にも効果
があり、また、樹脂を主体とする絶縁層に比べるとＯＦ
Ｉ’ＬＰ層との熱膨張差も小さいため、熱衝撃等の信頼
性も向上するのである。

例えばセラミックのうち、アルミナの熱膨張係数は６〜
７　Ｘ　１０−”／’Ｃであり、これに対して樹脂層、
例えばガラス布基材エポキシ樹脂層の面方向の熱膨張係
数は１０〜１５　Ｘ　１０−”／’Ｃである。

さらに、本発明における大きな特徴は、セラミック溶射
を用い、しかも０ＦＲＰの表面に直接溶射するのではな
く、最初に銅箔にセラミックを溶射してこれを炭素繊維
基材プリプレグとともに熱圧成形一体化にするところで
ある。セラミック溶射の被溶射体への密着性はほとんど
が被溶射体へのアンカー効果によるものであるため、さ
ほど大きなものではない。特にＣ！ＦＲＰをはじめとす
るプラスチック系材料に対する密着性は異種材料である
こと、あるいはプラスチックが耐熱性に乏しく、溶射時
の高温で劣化することなどから極めて低いものであり、
実用に耐えるものを得ることはできない。ところが、本
発明のごとく、すてに銅箔上に溶射したセラミック層と
接するように炭素繊維基材プリプレグを配置し、これら
を熱圧成形すると、プリプレグの樹脂が接着剤として作
用し、しかも熱圧成形時に溶融低粘度化した樹脂はセラ
ミック溶射層の粗面、気孔中に含浸し、接着面積が増大
するとともに大きなアンカー効果をもたらす。

したがって十分な密着性が得られるのである。

また、セラミック溶射層をプリント基板などの電気絶縁
用途に使う場合、溶射では根本的に存在する気孔が耐電
圧、吸湿時の絶縁特性の低下をもたらし最大の欠点とさ
れている。ところが本発明の方法においては、セラミッ
ク溶射層の気孔には前述のようにプリプレグとの熱圧成
形時にプリプレグの樹脂が含浸し、これによって容易に
封孔されてしまう。したがって、セラミック溶射層の最
大の問題点も簡単に解決されるのである。さらにセラミ
ック溶射層の気孔に含浸した樹脂は、セラミック溶射層
の気孔を通してセラミック溶射層と銅箔との界面にまで
達する。このために樹脂は銅箔との接着剤の役目も果た
し、銅箔とセラミック層との密着性の向上にも寄与する
のである。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図、第２図に基づき以下説明する
。

厚さ３５μｍの電解銅箔１．の粗面側にプラズマ溶射装
置を用いてアルミナを溶射し、厚さ１５０μｍのアルミ
ナ溶射層２を形成した。次にこのようにして得たアルミ
ナ溶射銅箔のアルミナ溶射層２と接するように炭素繊維
クロスエポキシ樹脂プリプレグ３を成形後の厚みがＩＩ
ＴＩＩＴ＋になるように所定枚数積み重ね、温度１３０
℃、圧力１０Ｋｆ／ｃ［ｌＩで９０分間プレス成形し、
第２図に示す構成の基板を得た。この基板はＯＦＲＰ層
４をベースとし、その表面にアルミナ溶射層２、さらに
その上に銅箔層１を有するものである。

このようにして得られた銅箔積層板は低熱膨張係数で、
しかも熱伝導性も良好で熱衝撃試験においてもＣＦＲＰ
層とアルミナ溶射層、アルミナ溶射層と銅箔層との間の
剥離、クラック等の欠陥は全（発生しなかった。

〔発明の効果〕

本発明により得られる銅張積層板は熱膨張係数が小さく
、しかも高熱伝導性のＣＦＲＰをベースとし、その表面
にまた低熱膨張で樹脂を主体とする絶縁層よりも熱伝導
性にすぐれたセラミック層を形成したものであるために
、従来の銅張積層板に比べて熱膨張係数が極めて小さく
セラミックチップ、シリコンチップなどの搭載部品との
接続信頼性にすぐれ、しかも熱放散性も太き（向上した
ものである。

また１本発明においては、セラミック層の形成はセラミ
ック溶射により行うので形状に関する制約がなく、大型
のものを容易に得ることができる。また、溶射は生産性
にもすぐれているのでコスト的にも非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の積層構成図、第２図は、本
発明により得られる銅張積層板の断面図である。 符号の説明 １・・・銅箔　　　　　　　２・・・アルミナ溶射層３
・・・炭素繊維クロスエポキシ樹脂プリプレグ４・・・
０ＦＲＰ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．銅箔の片面にセラミックを溶射してセラミック層を
   形成し、該銅箔のセラミック層と接するように炭素繊維
   基材プリプレグを載置し、これを熱圧成形一体化するこ
   とを特徴とする銅張積層板の製造方法。
2. ２．溶射するセラミックがアルミナを主成分とするもの
   であることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板の製
   造方法。
3. ３．溶射するセラミックがムライトを主成分とするもの
   であることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板の製
   造方法。
4. ４．炭素繊維基材プリプレグの樹脂がエポキシ樹脂であ
   ることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板の製造方
   法。
5. ５．炭素繊維基材プリプレグの樹脂がポリイミド樹脂で
   あることを特徴とする請求項１記載の銅張積層板の製造
   方法。