JPH03277544A

JPH03277544A - 高熱伝導性絶縁金属基板

Info

Publication number: JPH03277544A
Application number: JP2078377A
Authority: JP
Inventors: Osamu Miyazawa; 修宮沢; Takeshi Sato; 武佐藤; Kazunobu Ogawa; 和伸小川; Nobuyuki Asaoka; 浅岡　伸之
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-09

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】［産業上の利用分野コ本発明は高熱伝導性絶縁金属基板に係り、特に、高集積
化、ハイパワー化を対象とするハイブリッドｒｃ用の高
熱伝導性、高熱放散性絶縁金属基板、とりわけ、セラミ
ックス絶縁基板と金属板とを一体複合化した金属基板の
改良に関するものである。

［従来の技術］電子部品の軽薄短小化、高機能化、高集積化に対応して
、パワーＩＣ等を搭載する実装基板においては、ＩＣか
ら発生する熱を系外へより多量に、より速く放散させる
ことが強く要望されている。このため、従来から種々の
熱伝導性金属基板が開発され、製品化されてきた。一般
には、厚さ６００〜１０００μｍ程度のアルミナ基板に
メタライズ層を形成しておき、これと銅、ニッケル、ア
ルミニウム等の熱伝導性の良い金属板等とを、ハンダ、
銀ろう等により接合した熱伝導性絶縁金属基板或いはア
ルミナ基板と該金属板とを有機樹脂等により接着した熱
伝導性絶縁金属基板が提供されている。

具体的には、第６図に示す如く、８００μｍの厚みのア
ルミナ基板１１にパラジウム処理した後、無電解めっぎ
により２〜３μｍの銅メタライズ層１２を形成し、これ
と２ｍｍ厚さの無酸素銅板１３とを共晶ハンダ１４でハ
ンダ付けしたもの、或いは、第７図に示す如く、６３５
μｍ厚みのアルミナ基板１５とアルミニウム板１６とを
シリコーン樹脂１７で接着したものがある。

また、アルミナより熱伝導車が大きい絶縁基１として、
ベリリヤ、窒化アルミニウム等があり、これにメタライ
ズ層を形成したものを前記と同４に金属板に接合或いは
接着した熱伝導性絶縁金１基板も提案されている。

［発明が解決しようとする課Ｉ！］しかしながら、上記従来の熱伝導性絶縁金属１板は、次
のような欠点があった。

■　アルミナ絶縁基板又はアルミナよりも更叡熱伝導率
が大きいベリリヤ、窒化アルミニテム絶縁基板は、銅、
アルミニウム等の熱伝導性の良い金属板と熱膨張係数が
大きく異なくため、両者を接合ないし接着して一体化し
た熱伝導性絶縁金属基板は、ヒートシミツタに弱く、ア
ルミナ等のセラミックス絶縁基板自体のクランク、割れ
発生等の破損、或いは、メタライズ層の剥離が発生する
。一方、アルミナの熱膨張係数に合うものとして、コバ
ール、４２アロイ等の金属があるが、これらは熱伝導率
が極めて低いため実用的ではない。

■　従来使用されている厚さ６００〜１０００μｍ程度
のアルミナ絶縁基板では厚みが大きいため、基板自体の
熱伝導性が悪く、熱伝導性絶縁金属基板としての性能に
劣る。

■　熱伝導性の良いベリリヤ絶縁基板は、毒性があるこ
とから国内では殆ど製造できず、供給地がアメリカなど
一部の場所に限定されるため、コスト高となる。また、
窒化アルミニウム絶縁基板では、表面が変質する、或い
は、コストが高い等の難題がある。

このように、従来の熱伝導性絶縁金属基板では上記のよ
うな欠点があり、いずれも、性能、品質、コスト、信頼
性等の面で問題があフた。

本発明は上記従来の問題点を解決し、パワーハイブリッ
ドＩＣ用熱伝導性絶縁金属基板として好適な、高性能、
高信頼性、高品質かつ安価な高熱伝導性絶縁金属基板を
提供することを目的とする。

［ｉ３！題を解決するための手段］請求項（１）の高熱伝導性絶縁金属基板は、銅−モリブ
デン合金板と、厚さ１０〜１５０μｍのアルミナフィル
ムとを貼り合せてなることを特徴とする請求項（２）の高熱伝導性絶縁金属基板は、請求項（１
）において、該銅−モリブデン合金板が＃！５〜３０重
量％を含有してなることを特徴とする。

即ち、本発明者らは、前記従来の問題点を解決すべく種
々検討した結果、絶縁基板として従来にない超薄型のア
ルミナフィルムを用いることにより熱伝導性を良くし、
また、このアルミナフィルムと熱膨張係数の近似した、
しかも熱伝導性の高い金属板、即ち銅−モリブデン合金
板を貼り合せて一体化することにより、前述の種々の問
題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明で使用される錆−そリプデン合金板は、例えば、
モリブデン粉末を焼結して多孔体とし、これに銅を溶浸
することにより製造される複合材料であり、銅とモリブ
デンとの配合比により、熱膨張係数又は熱伝導率を任意
に変えることができる。従って、銅とモリブデンとの配
合比を調整することにより、少なくともアルミナフィル
ムの熱膨張係数に近似した銅−モリブデン合金板を使用
するのが好ましい、即ち、アルミナの熱膨張係数は７３
　ｘ　１０−７前後であるので、これに適合させるため
に銅−モリブデン合金中の銅含有量は５〜３０！量％の
範囲とするのが好適であり、特に１０〜３０重量％の範
囲とするのが好ましい。

なお、銅〜モリブデン合金は市販品が提供されているた
め、これを購入使用することができる。

一方、本発明で使用されるアルミナフィルムは厚さ１０
〜１５０μｍのものであり、このような極薄アルミナフ
ィルムは、従来のアルミナ粉末法では製造不可能である
。このような極薄アルミナフィルムは、水酸化アルミニ
ウムのコロイド物買を出発原料として製造することが好
ましく、例えば、アルコキシド加水分解法は好適な製造
方法の一つである。即ち、アルミニウムアルコキシドを
合成した後、これに水を加えて加水分解し、ベーマイト
を生成させる。更に、これに酸を添加して解膠させ、超
微粒子のコロイドを作製する。

次いで、これに有機バインダーを加え、粘度調整し、成
形乾燥した後、得られたグリーンシートを焼成する。こ
のような方法によって、１０〜１５０μｍという極く薄
い、緻密なアルミナフィルムを作ることができる。もち
ろん、本発明に係るアルミナフィルムの製造方法は上記
アルコキシド加水分解法に何ら限定されるものではなく
、その他の方法、例えば無機塩加水分解法でも製造でき
るや銅−モリブデン合金板とアルミナフィルムとを貼り合せ
て一体化する方法としては、特に制限はなく、銀ろう付
け、ハンダ付は等による接合法或いは有機樹脂等による
接着法を採用することができる。

銀ろう付け、ハンダ付は等で接合する場合には、銅−モ
リブデン合金板及びアルミナフィルムの接合面側に、銅
、ニッケル、銀、金の接合用メタライズ層を予めめっき
或いは厚膜法で形成しておけば良い、また、樹脂で接着
する場合には、熱伝導性の良いシリコーン樹脂等を用い
て直接接着すれば良い、その他、熱伝導性グリースを使
用することもできる。

［作用］厚さ１０〜１５０μｍの極薄アルミナフィルムは、熱抵
抗が小さく、また、銅−モリブデン合金はアルミナと熱
膨張係数が近似しているため、綱−モリブデン合金板と
アルミナフィルムとを一体化することにより熱？＃撃に
強い高熱伝導性絶縁金属基板が提供される。特に、銅−
モリブデン合金の銅含有量を５〜３０重量％とじた場合
には、熱膨張係数をアルミナに署しく近づけることがで
き、より一層優れた効果が奏される。

［実施例コ以下に図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図〜第５図は本発明の高熱伝導性絶縁金属基板の実
施例を示す断面図である。

実施例１第１図に示す本発明の高熱伝導性絶縁金属基板ｌを製造
した。

第１図において、アルミナフィルム２は、１００μｍの
厚みを有している。このアルミナフィルム２は、超微粒
子のベーマイトゾルを出発原料とするものであり、アル
コキシド加水分解法により作製されている。具体的には
、アルミニウムインゴットとアルコールとを反応させ、
アルミニウムアルコキシドを合成し、加水分解した後、
更に酸を添加して解膠し、ベーマイトゾルを生成させた
。これに有機バインダーを加え、スラリー化した後は、
ドクターブレードを通しキャスティングしながら成形、
乾燥してグリーンシートとした。その後、所定の形状に
切断して、焼成炉で焼成し、緻密なアルミナフィルムを
得ることができた。なお、アルミナ粒は微粒子からなっ
ているため、焼成体の厚みが薄くなってもピンホールが
なく、表面の平滑性も非常に良いものであった。また、
アルミナフィルムの厚みも所望の厚みに制御できた。

このようにして得られた１００μｍ厚みのアルミナフィ
ルム２にパラジウム処理して、無電解め）ぎにより銅メ
タライズ層３Ａを形成した。

次に、銅１０重量％、モリブデン９０重量％の組成の銅
−モリブデン合金板４に電気めっぎにより２〜３μｍの
銅メタライズ層３Ｂを形成した後、共晶ハンダ５でハン
ダ付けを行ない、アルミナフィルム２と銅−モリブデン
合金板４とを一体化した。

実施例２第２図に示す本発明の高熱伝導性絶縁金属基板１人を製
造した。

第２図の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＡは、実施例１と同
様にして得られた１０μｍ厚さのアルミナフィルム２Ａ
と、銅２０重量％、モリブデン８０重量％の組成の２ｍ
ｍ厚さの銅−モリブデン合金板４Ａとをシリコーン樹脂
６で接着し一体化したものである。

実施例３第３図に示す本発明の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＢを製
造した。

第３図の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＢは、実施例１と同
様にして得られた１５０μｍ厚さのアルミナフィルム２
Ｂに、無電解めっきにより２〜４μｍ厚みのニッケルメ
タライズ層７Ａを形成したものと、銅２２．５重量％、
モリブデン７７．５重量％の組成の錆−モリブデン合金
板４Ｂに同様にニッケルメタライズ層７Ｂを形成したも
のとを銀ろう８でろう付けし一体化したものである。

実施例４！４ｒＩ！Ｊに示す本発明の高熱伝導性絶縁金属基板ｔ
Ｃを製造した。

１Ａ４図の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＣは、実施例！と
同様にして得られた１００μｍ厚さのアルミナフィルム
２Ｃに無電解めっぎにより銅メタライズ層３Ａを形成し
たものと、４２５重量％、モリブデン７５重量％の組成
の銅−モリブデン合金板４Ｃに同様に銅メタライズ層３
Ｂを形成したものとを、銅面を介して共晶ハンダ５でハ
ンダ付けしたものである。

実施例５第５図に示す本発明の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＤを製
造した。

第５図の高熱伝導性絶縁金属基板ＩＤは、実施例１と同
様にして得られた５０μｍ厚さのアルミナフィルム２Ｄ
に、銅導体パターン９と銅メタライズ層３Ａとを厚膜法
で形成したものと、銅３０重量％、モリブデン７０重量
％の組成の銅−モリブデン合金板４Ｄに無電解めっきに
より銅メタライズ層３Ｂを形成したものとを、共晶ハン
ダ５でハンダ付けして一体化したものである。

上記実施例１〜５で製造した高熱伝導性絶縁金属基板！
、ＩＡ、１Ｂ、ＩＣ，ＩＤについて、それぞれ、温度サ
イクル及びサーマルシせツク等の熱衝撃試験を行ない、
また、熱抵抗等を調べた結果、いずれも、接合部分のメ
タライズの剥れ、アルミナのクランクや破損がなく、ま
た、熱抵抗も従来のものよりも低く、高性能、高信頼性
のものであることが確認された。

［発明の効果］以上詳述した通り、請求項（１）の高熱伝導性絶縁金属
基板によれば、熱衝撃に強く、しかも熱抵抗の小さい、
高性能、高信頼性かつ低コストの高熱伝導性絶縁金属基
板が提供される。

特に、請求項（２）の高熱伝導性絶縁金属基板によれば
、より一層優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

！１図、第２図、第３図、１４図及び第５図は本発明の
高熱伝導性絶縁金属基板の実施例を示す断面図、第６図
及び第７図は従来例を示す断面図である。１、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤ・・・高熱伝導性絶縁金属基板、２．２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ・・・アルミナフィルム、４．４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄ・・・銅−モリブデン合金板。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅−モリブデン合金板と、厚さ１０〜１５０μｍ
のアルミナフィルムとを貼り合せてなることを特徴とす
る高熱伝導性絶縁金属基板。
（２）該銅−モリブデン合金板が銅５〜３０重量％を含
有してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の高熱伝導性絶縁金属基板。