JPH03279488A - セラミックスペーパの製造方法 - 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〕 本発明は大電力素子を搭載したパワーモジュール等の優
れた放熱性を必要とする金属ベース基板や金属芯基板に
用いられ、絶縁層を形成するセラミックスペーパに関す
るものである。

〔従来の技術〕

大電力素子を搭載したパワーモジュールなど、優れた放
熱性を必要とする金属ベース基板や金属芯基板は、アル
ミニウム板等の金属ベース板などの放熱体と導電層との
間に、熱伝導性に優れたセラミックスと耐熱性樹脂の複
合体からなる絶縁層を設けている。

従来、高放熱性を必要とする金属ベース基板の絶縁層は
、セラミックスとして、特開昭５８−１５２９０号公報
および特開昭６０−５５８９号公報に示されているよう
に、粉末状のアルミナや窒化ホウ素等と予め混合したペ
ーストを塗布した後硬化させたものが用いられていた。

これに代えて、特開昭６３−２７４１９５号公報や特開
昭６４−１０６９８号公報では、絶縁層の形成を容易に
するため、セラミックスとして、熱の伝導効率に優れた
繊維状アルミナを用いた基材であるアルミナペーパを用
いている。アルミナペーパは樹脂の含浸性に優れている
ことからペーストの塗布工程をなくし、従来からの積層
成暦法による製造を可能にしている。次に、この金属ベ
ース基板の製造方法を述べる。まずアルミナペーパは特
開昭６２−１９１５９９号公報および特開昭６２−１９
５９５号公報に基づいて、アルミナの短繊維とフィブリ
ル化された有機繊維を含有する分散液を抄き網上に流出
させた後、脱水乾燥することによって得る。次に特開昭
６３−２７４１９５号公報に示されているように、アル
ミナペーパに熱硬化性樹脂を浸透させたものを金属板お
よび導電層の間に挾み込んだり、特開昭６４−１０６９
８号公報に示されているように、熱硬化性樹脂の塗膜を
形成した金属板または導電層と別の導電層または金属板
との間に上記アルミナペーパを挟み込んで積層したもの
を、加熱加圧成形することによって、金属ベース基板を
得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の高放熱基板は上記の様に製造されているので、基
材であるアルミナペーパが成形時の加圧力で十分に圧縮
された状態であっても、繊維は面方向に不規則な配向を
しているので、空隙が多く残存する。従って成形された
絶縁層のアルミナ繊維含有率は、上記空隙に樹脂が充填
された状態となるので低い値に留まる。従って、従来の
アルミナペーパを基材とした複合樹脂は、空隙の少ない
充填形態（高い含有率）をとることができないため、粒
子を充填した場合のように熱の伝導効率が悪く、アルミ
ナ繊維の熱の伝導効率がよくても、高い熱伝導率を得る
だけのアルミナ繊維を含むことができなかった。従って
、アルミナペーパを基材とする複合樹脂の熱伝導率は、
例えば特開昭５８−１５２９０号公報に記述したような
、多量のセラミックス微粒子を含む複合樹脂の熱伝導率
を大きく越えることができず、これを絶縁層に用いた高
放熱基板は優れた放熱性が得られ難いという問題点があ
った。

また、セラミックス繊維にセラミックス微粒子を混抄し
て作られる従来のセラミックスペーパは、マイカフレー
クや窒化ホウ素などの板状の微粒子を混合した場合、繊
維間に微粒子が分散したペーパが形成される。板状粒子
を複合した樹脂の特徴は、板状粒子が平面方向に配向し
た場合に、板厚方向の耐電圧特性が球状粒子を充填した
樹脂と比較して優れる点にある。ところが、従来の方法
で混抄したセラミックスペーパは、繊維間に板状粒子が
ランダムに配向するため、板状粒子の特長である板厚方
向の耐電圧特性を活用することができない難点があった
。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、耐電圧特性と熱伝導性に優れた絶縁層を得るため、板
状のセラミックス粒子を平面方向に配向したセラミック
スペーパの製造方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は次のセラミックスペーパの製造方法である。

（１）抄き網上に流し込んだセラミックス繊維を主成分
とするスラリー液上に、板状セラミックス粒子を主成分
とするスラリー液を流し込み、脱水乾燥することを特徴
とするセラミックスペーパの製造方法、　　　　　　　
　・・・製造方法（Ｉ）（２）抄き網上に流し込んだセ
ラミックス繊維を主成分とするスラリー液の上に設けた
フィルムを介して、板状セラミックス粒子を主成分とす
るスラリー液を流し込んだ後、これらのスラリー液を合
流させ、脱水乾燥することを特徴とするセラミックスペ
ーパの製造方法。　・・・製造方法（ＩＩ）本発明で用
いるセラミックス繊維は、均一な絶縁層の形成を可能な
ものとし、さらに取扱が容易なものとするために、５０
μｍ以下の直径で、直径の１０倍以上の繊維長を有する
アルミナ繊維を用いることが望ましい。繊維の直径が５
０μＩより大きいと、セラミックスペーパの表面平滑性
が低下し、基板の絶縁層の均一性が低下する。また、繊
維の直径の１０倍より小さい短い繊維長を有するアルミ
ナ繊維を用いると、アルミナペーパの強度が低下し、樹
脂の含浸時や成形時に紙切れを生じるなど、取扱性が低
下する。

板状セラミック粒子としては、窒化ホウ素、マイカ、板
状アルミナ粒子などがあげられる。

これらのセラミック繊維または板状セラミック粒子の結
合材としては、微量で、優れた結合力を有するミクロフ
ィブリル化したセルロースや有機繊維を用いることが好
ましい。この結合材の濃度としては、セラミック繊維ま
たは粒子に対して３〜１０ｗｔ％が望ましく、３ｗｔ％
未満では結合力が不十分となり、１０ｗｔ％を超えると
抄き網からの濾水性が著しく低下する問題が生じる。

またフィルムとしてはプラスチックフィルムなど、任意
のフィルムを用いることができる。

〔作　用〕

本発明の製造方法（Ｉ）においては、セラミックスペー
パの抄造工程で、抄き網上のセラミックス繊維を主成分
とするスラリー液の層の上に、層流状態で流し込んだ板
状セラミックスの層は１両スラリー液の濾水が減少する
とともに、平面方向に配向した状態で形成される。さら
にセラミックス繊維および板状セラミックス粒子はスラ
リー液中に含まれるフィブリル化した有機繊維の吸着作
用によって強固に結合されるので、そのままの状態を保
持し、板状セラミックス粒子が面方向に配向したセラミ
ックスペーパを得ることができる。

また本発明の製造方法（ＩＩ）においては、板状セラミ
ックス粒子を主成分とするスラリー液はセラミックス繊
維を主成分とするスラリー液上に設けたフィルム上に流
し込んだのち、層流状態を保ったままの状態で合流させ
るので、両液が混ざり合うことがなくなり、板状セラミ
ックス粒子がセラミックス繊維の層の上に十分な配向状
態を保持した２層状態のセラミックスペーパが得られる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による製造方法における抄造
方法の概略図である。

図において、（１）は抄き網で、ロール（２）により回
転している。（３）はセラミックス繊維を主成分とする
繊維スラリーで、繊維スラリー用フローボックス（４）
から繊維スラリー用エプロン（５）を介して抄き網（１
）上に流し込むようになっている。（６）は板状セラミ
ックス粒子を主成分とする板状粒子スラリーで、粒子ス
ラリー用フローボックス（７）から粒子スラリー用エプ
ロン（８）を介して抄き網（１）上の繊維スラリー（３
）の層の上に流し込むようになっている。（９）は粒子
スラリー用エプロン（８）の先端に取付けられたフィル
ム、（１０）は製造されたセラミックスペーパである。

実施例１ 抄き網（１）として１ｍの幅のものを使用し、アルミナ
繊維を主成分とする繊維スラリー（３）および板状セラ
ミックス粒子である粒径１〜２０μｍの窒化ホウ素（以
下、ＢＮと記す）粒子を主成分とする板状粒子スラリー
（６）の流出方向と同一方向に５ｍ／＋ｓｉｎの速度で
移動させる。まず、予め繊維スラリー用フローボックス
（４）内にて水中に２ｗｔ％のアルミナ繊維とその８ｗ
ｔ％のフィブリル化した有機繊維を均一に分散させた繊
維スラリー（３）を、繊維スラリー用エプロン（５）を
介して層流状態で抄き網（１）上に６Ω／ｓｅｅの流速
で流出させる。繊維スラリー（３）が抄き網（１）上に
１ｍ流出し、繊維が沈降した位置で、繊維スラリー（３
）の層の上に、粒子スラリー用フローボックス（７）内
にて水中に２ｗｔ％の粒径５０μ−以下のＢＮ粒子とそ
の８ｗｔ％のフィブリル化した有機繊維を均一に分散さ
せた板状粒子スラリー（６）を３１７ｓｅｃの流速で、
繊維スラリー（３）の層を大きく乱さないように、かっ
２液が混ざり合わないように、粒子スラリー用エプロン
（８）から緩やかに流出させる。こののち、抄き網（１
）上をスラリー液中の水分がほとんどなくなるまで静置
状態で移動させたのち、公知の連続抄紙設備に設けられ
ているようなりンキードライヤー等の連続乾燥設備で乾
燥して、２層構造のセラミックスペーパ（１０）　（ア
ルミナペーパ）を得た。

次に、得られたアルミナペーパを用いて、高放熱基板を
作成し、放熱特性と耐電圧特性を測定した。高放熱基板
は、まず触媒としてＩＢ２ＮＺを用いたフェノール硬化
型エポキシ樹脂の２−ブタノン溶液に上記アルミナペー
パを含浸させた後、１２０〜１５０℃の雰囲気中にて乾
燥処理を行い、プリプレグシートを得た。これを３．０
１厚さのアルミ板上において、さらにその上に３５μ■
厚さの銅箔を重ねた後、離型剤付きのアルミニウム箔を
介してプレスプレートで挟み込んで積層し、１５０〜１
８０℃、３０〜８０ｋｇ／ｃｄの圧力で３０〜１２０分
間の加熱加圧成形を行い、アルミニウムベース基板を得
た。このとき２−ブタノン中のエポキシ樹脂の濃度を調
整して、アルミニウムベース基板の絶縁層中の充填材量
が４５体積％のアルミニウムベース基板を作成した。

熱抵抗の測定は、アルミニウムベース基板の銅箔を１３
■■Ｘ１０ｍｍの大きさで残して、その上にＴＯ２２０
型パワートランジスタをハンダ付けし、これの単位コレ
クタ損失（ｗ）あたりのトランジスタベース板温度上昇
から求めた。耐電圧は、直径が２０■璽の銅箔とベース
板の間に０．５ｋＶ／ｓｅｅの昇圧速度で電圧を上昇さ
せたときの、絶縁層の破壊電圧を求めた。

熱抵抗と耐電圧の測定結果を表１にまとめた。

実施例２ 実施例１と同様のスラリー液を用いて、粒子スラリー用
エプロン（８）の先端にフィルム（９）を設け、フィル
ム（９）の上に板状粒子スラリー（６）を流出させ、板
状粒子スラリー（６）が繊維スラリー（３）の層の上に
緩やかに合流したのち、抄き網（１）上をスラリー液中
の水分がほとんどなくなるまで静置状態で移動させ、ヤ
ンキードライヤー等の連続乾燥設備で乾燥して、２層構
造のセラミックスペーパ（１０）　（アルミナペーパ）
を得た。絶縁層中の充填材量は４４体積％であった。実
施例１と同様に、アルミニウムベース基板を製作し、熱
抵抗と耐電圧を測定した結果を表１にまとめた。

比較例１ 実施例と同様にして、４％Ｉｔ％のアルミナ繊維のみの
スラリー液によりアルミナペーパを製造し、アルミニウ
ムベース基板を作成した。絶縁層中の充填材量は４５体
積％であった。熱抵抗と耐電圧の測定結果を表１にまと
めた。

比較例２ 実施例と同様にして、平均粒径１〜２０μｍのＢＮ粒子
が２ｖｔ％、アルミナ繊維が２ｗｔ％の混合スラリー液
を用いてアルミニウムベース基板を作成し、熱抵抗と耐
電圧を測定した。なお、絶縁層中の充填材量は４５体積
％であった。測定結果を表１にまとめた。

表１　放熱特性と耐電圧特性 表１の結果から明らかなように、比較例１に示す繊維の
みのアルミナペーパの場合には、繊維間に大きな空隙が
あり、熱抵抗を低下させることは困難である。また比較
例２に示すように、繊維とＢＮ粒子を混合したスラリー
を用いた場合には、ＢＮ粒子が樹脂加圧時にアルミナペ
ーパが圧縮変形するのを妨げ、熱抵抗を低下させること
ができず、また耐電圧も低い値しか得られない。

これに対して、実施例１では、ＢＮ粒子が面方向に整然
と配向するため、低い熱抵抗と優れた耐電圧特性を示し
た。さらに、実施例２では、ＢＮ粒子が実施例１よりも
さらに整然と配向するため、熱抵抗や耐電圧もより優れ
た値を示した。

なお、上記実施例では板状セラミックス粒子として窒化
ホウ素（ＢＮ　）を用いたが、これに代えてマイカや板
状アルミナ粒子を用いても同様な効果を得ることができ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の製造方法（１）によれば、セラ
ミックス繊維を主成分とするスラリー液上に板状セラミ
ックス粒子を主成分とするスラリー液を流し込んで製造
するので、セラミックス繊維層の上に板状セラミックス
粒子が面方向に整然と配向し、耐電圧特性および放熱特
性に優れた金属ベース基板などの絶縁層基材となるセラ
ミックスペーパを得ることができる。

また、本発明の製造方法（ＩＩ）によれば、抄き網上に
流し込んだセラミックス繊維を主成分とするスラリー液
上に設けたフィルムを介して、板状セラミックス粒子を
主成分とするスラリー液を流し込み合流させるので、セ
ラミックス繊維層の中に板状セラミックス粒子がほとん
ど入り込まないで、面方向に板状セラミックス粒子を配
向させることができ、耐電圧特性がさらに優れた金属ベ
ース基板などの絶縁層基材となるセラミックスペーパを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における抄造方法の概略図で
ある。 図において、（１）は抄き網、（３）は繊維スラリー（
４）は繊維スラリー用フローボックス、（５）は繊維ス
ラリー用エプロン、（６）は板状粒子スラリー（７）は
粒子スラリー用フローボックス、（８）は粒子スラリー
用エプロン、（９）はフィルム、（１０）はセラミック
スペーパである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）抄き網上に流し込んだセラミックス繊維を主成分
   とするスラリー液上に、板状セラミックス粒子を主成分
   とするスラリー液を流し込み、脱水乾燥することを特徴
   とするセラミックスペーパの製造方法。
2. （２）抄き網上に流し込んだセラミックス繊維を主成分
   とするスラリー液の上に設けたフィルムを介して、板状
   セラミックス粒子を主成分とするスラリー液を流し込ん
   だ後、これらのスラリー液を合流させ、脱水乾燥するこ
   とを特徴とするセラミックスペーパの製造方法。