JPH04266087A - 絶縁層付き金属基板およびその製造方法 - Google Patents
絶縁層付き金属基板およびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
絶縁性が高く、耐熱性のある絶縁層付き金属基板および
その製造方法に関する。
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、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いる
。
熱放散性が悪く、特に大電流を流すように設計された集
積回路では、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欠点があった。このような樹
脂基板の欠点を克服するため、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系
絶縁物の層を設け、回路を形成するための銅箔などをそ
の上に貼付けた構造の金属基板が使われるようになって
きた。しかし、このような構造では、回路と金属板との
間に熱伝導性の低い樹脂層が存在するため、金属板の高
熱伝導性を十分に活かすことが出来ない。
特公昭57−39007号公報等に記載のごとく、絶縁
層を、熱伝導性の良好なアルミナ等のセラミック溶射で
形成する方法が考えられている。この方法によれば、熱
伝導性の低い樹脂を全く使用しないため、熱伝導性が大
いに向上する。
るセラミック層に気孔が存在するため、耐電圧、吸湿時
の絶縁特性が低下するという欠点を有する。また、金属
とセラミックとの熱膨張率が大きく違うため、ヒートサ
イクルを行うと、熱膨張率の違いからクラックが生じ、
そこから絶縁破損が起きて、絶縁信頼性が極端に落ちる
という問題もあった。これらの材料間の熱膨張率は、例
えば、エポキシ樹脂:1.60×10−4、アルミニウ
ム:0.237×10−4、アルミナ:0.08×10
−4であって、それぞれ1桁ずつ違う。
熱膨張率の違いによる耐熱衝撃性低下、溶射皮膜の熱伝
導性の悪化といった問題を解決することにある。
、この発明では、金属基板の表面にセラミックを溶射し
て絶縁層を形成するに当たり、金属基板表面にセラミッ
クを溶射した後に、溶射セラミック層にレーザを照射し
て絶縁材を含浸するようにする。具体的には、まず、金
属基板(通常は金属板であるが、金属箔であってもよい
。)の表面にサンドブラスト処理を行う。粗面化するこ
とにより、表面積を拡大すると同時にブランク面とし、
結晶格子構造を部分的に破壊して結合力を高め、溶射セ
ラミック層と基板の密着を良くするためである。密着を
良くする他の方法としては、表面をプラズマエッチング
したり、化学処理による表面処理を行ったりする等の方
法がある。金属基板の材料としては、アルミニウム、銅
、鉄、ステンレススチール、アルミニウム合金、銅合金
等なんでも良い。
前記金属基板の表面にプラズマ溶射等の溶射方法でセラ
ミック層を形成する。この場合、例えば、20〜200
kvの出力で溶射する。溶射するセラミック粉は、1〜
100μmの粒径で熱伝導性が良く、絶縁性の有るもの
であればなんでも良い。例えば、アルミナ、ジルコニア
、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などであ
る。但し、窒化物は溶射条件が特殊になる。溶射セラミ
ック層(絶縁層。皮膜ともいう。)の厚みは、通常、3
0〜300μmである。
を照射するレーザ処理を施す。レーザを照射すると、セ
ラミックが溶融し、溶射皮膜中に存在していた未接合粒
界、マイクロクラック、気孔等の空間が寄り集まって大
きな気孔となり、皮膜表面からガスとして抜け出す。ま
た、このとき、セラミックが凝固し、再結晶化すること
により、非常に緻密な膜が形成され、放熱性、絶縁性が
向上する。溶融したセラミックが凝固する際にはクラッ
クが発生する。レーザ処理により発生するクラックは、
基板に対して垂直であり、かつ網目状である。このクラ
ック以外の組織は、非常にち密である。
材を含浸する。絶縁材は、有機系、無機系のどちらでも
良く、例えば有機系ではエポキシ樹脂、無機系では金属
アルコキシレート系である。この絶縁材含浸は、真空含
浸により行うと特に効果が大きい。絶縁材とセラミック
との濡れ性が悪いようであれば、前処理としてカップリ
ング剤等を含浸または塗布する等しても良い。必要であ
れば絶縁材の硬化のために加熱処理をする。
を含浸することにより、絶縁材が緩衝材の働きをし、耐
熱衝撃性に優れた性能を発揮する。このようにして処理
した溶射セラミック層表面に回路形成を行う。この回路
形成は、一般的な方法、例えば銅ペースト印刷、銅箔圧
着、化学銅めっき、蒸着等により行う。この発明にかか
る絶縁層付き金属基板は、このような、表面に金属箔や
回路を備えたものを含む。
ミックの再結晶化が起きて、セラミック自体の放熱性、
絶縁性が向上する。レーザ照射により発生するクラック
は金属基板表面に対して垂直であるため、このクラック
に絶縁材を含浸させても、この絶縁材は熱抵抗を示さな
い。溶射セラミック層表面と金属基板の間に熱抵抗とな
るものが存在しないため、基板の放熱性が向上する。セ
ラミックと金属とでは熱膨張率が大きく異なるが、絶縁
材が緩衝材の働きをするため、基板が反らない。
て用いた。密着力を上げるために、まず、その表面に#
320のサンドブラスト処理を行った。この金属基板の
表面に、10〜30μmのアルミナを使い、プラズマ溶
射で厚さ100μmの溶射セラミック層(絶縁層)を形
成した。プラズマ溶射条件は30kwであった。
レーザ光を照射した。図2はこのレーザ処理の概要を表
す。レーザ照射条件は、出力150w、焦点はずし量+
28mm(F=330mmレンズ)、レーザ走査速度2
3〜97mm/sで同一箇所に2回以上の照射を行うと
いうものであった。このように、複数回のレーザ照射を
行うと、アルミナ中の気孔が全て消滅し、クラックのみ
の存在となる。
ク間の平均距離の関係を表す。図に○で表したように、
クラックの発生密度は、レーザの単位時間、単位面積当
りのエネルギー(w/mm2 )と相関関係が認められ
、エネルギー密度の減少と共にクラック間の平均距離が
大きくなっている。このため、レーザ照射エネルギー密
度を変化させることにより、クラック発生密度の制御が
可能である。
晶化し、クラック(気孔)が大きくなる。2,3回繰り
返して、アルミニウム板表面に達する深さまで照射した
。レーザ処理したアルミニウム板表面の溶射セラミック
層にエポキシ樹脂を真空含浸した。この含浸処理は、真
空度10Torrで約3時間行った。その後、150℃
で30分硬化処理し、35μm銅箔を50kg/cm2
、180℃、90分の成形条件で熱圧着した。
て、金属表面に形成された溶射セラミック層(絶縁層)
にレーザ処理を施すことによりセラミックが再結晶化し
て、セラミック自体の放熱性、絶縁性が向上する。レー
ザ照射により発生するクラックは基板に対して垂直であ
るため、このクラックに絶縁材を含浸させても、この絶
縁材は熱抵抗を示さない。このように、この発明にかか
る金属基板では、溶射セラミック層表面と金属基板の間
に熱抵抗となるものが存在しないため、基板としての放
熱性が極めて大きい。セラミックと金属とでは熱膨張率
が大きく異なるが、絶縁材が緩衝材の働きをするため、
高温環境に置かれた場合においても、大きく反るような
ことが起きない。このため、この発明によれば、放熱性
、絶縁性、耐熱衝撃性の優れた金属基板を提供すること
が出来るのである。
る。
る。
イクロクラック間の平均距離の関係を表すグラフである
。
Claims (2)
- 【請求項1】 金属基板の表面にセラミックを溶射し
て絶縁層を形成する方法において、金属基板表面にセラ
ミックを溶射した後に、溶射セラミック層にレーザを照
射して絶縁材を含浸するようにすることを特徴とする絶
縁層付き金属基板の製法。 - 【請求項2】 請求項1記載の製造方法により得られ
た絶縁層付き金属基板。
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JP3027380A JP2761112B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 絶縁層付き金属基板およびその製造方法 |
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Publications (2)
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JPH04266087A true JPH04266087A (ja) | 1992-09-22 |
JP2761112B2 JP2761112B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=12219446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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- 1991-02-21 JP JP3027380A patent/JP2761112B2/ja not_active Expired - Lifetime
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TWI568886B (zh) * | 2011-11-02 | 2017-02-01 | Tocalo Co Ltd | A method for forming a densified layer in a melt coating film, and a melt coating film covering member |
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