JPH0460349B2 - - Google Patents
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Description
本発明は熱伝導性が良く、放熱性、耐熱性、電
気絶縁性に優れた電子回路用基板に関する。 近年電子関連装置の小形化が進み電気容量が増
大するにつれて、これらの回路に用いられる基板
の放熱性が厳しく要求されるようになつている。 従来、電子回路用基板としては、セラミツク基
板、合成樹脂基板、合成樹脂でコートした金属基
板、セラミツクでコートした金属基板等が用いら
れている。 しかし、セラミツク基板は耐熱性はよいが放熱
性が不充分なため大容量の回路が組込めず、合成
樹脂製基板は耐熱温度および放熱性が低いため使
用上の制約を受け、また、合成樹脂或いはセラミ
ツクでコートした金属基板は、耐熱性の点で満足
なものでながつた。 本発明は、上記の事情に鑑み、耐熱性、放熱
性、電気絶縁性の共に優れた基板を提供すること
を目的とするもので、その要旨は、粒状の金属又
は炭素又は炭化物の一つを核とし、この核の表面
に金属酸化物又は無ソーダガラスもしくはこれら
の混合物をコーテングしてなる粒子を骨材とし、
粉末状の金属酸化物又は無ソーダガラスを充填材
として、成形してなる放熱性基板にある。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明に係る基板は、第１図にその断面模型図
を示すように構成されている。 すなわち、先ず熱伝導性のよい金属又は炭素又
は炭化物の粒径が５〜100μの微粒子を核１とし、
この核１の周囲を後述する方法によつて、電気絶
縁性の良好な金属酸化物又は無ソーダガラスの単
体の粒径4μ以下の粉末、又は上記金属酸化物と
無ソーダガラスを混合した粉末によつてコーテイ
ングして、核１の表面をコーテング層２によつて
被覆した骨材３をつくる。また、充填材４は骨材
３のコーテイング層２を構成する物質と同一の物
質を使用するのが好ましく、金属酸化物又は無ソ
ーダガラスの粒径10μ以下の粉末を充填材４とす
る。 次いで骨材３：100部、充填材４：３〜20部、
および必要に応じて合成樹脂などよりなるバイン
ダ：〜７部を通常の混合装置、例えばニーダー、
ヘンシエルミキサー、ミツクスマーラー、ノウタ
ーミキサー等の混合機を用いて混練し、この混練
したものを圧力：10〜100Ton／10cm2のもとで、
100〜200℃の加熱成形又は400〜1100℃のホツト
プレスによつて基板Ａを成形する。 上記基板は、そのまま、或いは焼成されて使用
に供される。上記焼成は、核１、コーテング層２
から成る骨料、充填材４の融点が高いものである
場合に行なうことが出来、通常、非酸化性の雰囲
気で、使用した材質の焼結温度より高く、溶融温
度より低い温度（1000〜1400℃）で焼成される。 上記骨材３の核１となる金属としては、Al、
Cu、Mo、Fe、Ni、Ｗ、Siが用いられるが、Al
は熱伝導性がよく骨材を軽量化出来るが融点が低
く熱的に弱く、Cuは熱伝導性がよいが重いなど、
それぞれ一長一短があり目的によつて使い分けら
れる。また、炭素としては人造黒鉛、炭化物とし
てはSiCが主として使われる。 また、コーテング層２、および充填材４に用い
られる材質は、金属酸化物としてAl2O3、SiO2、
MgO、BeO、ムライト、スピネル等の単体又は
２種以上の混合物または無ソーダガラス単体もし
くは上記酸化物と無ソーダガラス混合物をそれぞ
れ用いることが出来るが、コーテング層と充填材
の材質として同じものを用いることが熱膨張その
他の点から好ましい。 次に、上記基板Ａの主要材料である骨材３の製
法を説明する。金属酸化物又は無ソーダガラスの
粉末（以下コーテイング材という）によつてつく
られたコーテイング層２で核１を被覆し、強固な
コーテイング層を有する骨材を得ることは、基板
Ａの物性上極めて重要であり、目的とする基板に
よつて、以下に説明する種々な方法が用いられ
る。 (a) バインダーで造粒する方法 バインダーとしては、汎用の接着用樹脂が使用
されるが、コストの面および樹脂特性等の面か
ら、フエノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬
化性樹脂が好ましい。コーテイング方法は特に制
限ないが、核となる粒子が細いので、コーテング
されるコーテング材の２次凝集を防止するため通
常高速攪拌装置、例えばヘンシエルミキサー（商
品名）等による造粒が行なわれる。この造粒時、
粉末状のコーテング材とバインダーとをスラリー
状としてこれに核を添加しても、或いは核とコー
テイング材とを混合し、これにバインダーを添加
してもよい。 また、核およびコーテイング材の前処理とし
て、予めカツプリング処理をしておくと強固なコ
ーテイング層が形成される。例えば、シランカツ
プリング剤（一例を示せば信越シリコン製
KBM403）を予めメチルアルコールに希釈し、
これに核となる粒子とコーテイング材粉末を、最
終的にカツプリング剤が核又はコーテング材に対
して0.5wt％残るように配合して、カツプリング
処理し、その後80℃で１時間程度乾燥して上記造
粒に供する。 また、上記造粒する場合の核とコーテイング材
との割合は、重量比で核／コーテイング材：
100／15〜120、特に容積比で１／１となるように
するのが好ましい。コーテイング材が少ないと均
一コートすることが難かしく、多すぎるとコーテ
イング層が厚くなつて骨材の放熱性が悪くなる。
また、バインダーの量は核／バインダーの重量
比：100／３〜７が好ましい。バインダーの量が
少ないとコーテイング層の強度が低下し、多過ぎ
ると放熱性が悪くなる。 (b) 完全揮発性のバインダーを用いる方法。 核としては融点の低いAl以外の融点700℃以上
のものを用い、バインダーとしては700℃以上で
完全に分解、揮発するもの、例えばポリビニルア
ルコール（PVA）、ポリエチレングリコール、エ
チルセルローズ、CMC、コンスターチ等が用い
られる。これら核、コーテング材、バインダー
を、上記ａ）の場合とほぱ同じ配合によつて造粒
する。この造粒物を700〜1400℃の温度で焼成す
るが、焼成温度は使用する材質によつて異なり、
焼結が起り、かつ融点以下の温度範囲から選択さ
れる。この温度範囲で高温、かつ長時間焼成する
程、強固なコーテイング層が得られる。また当然
のことながら、焼成雰囲気は核の酸化を防止する
ため、通常非酸化性雰囲気で行なわれる。しか
し、核がCu又はMoのように酸化物が還元され易
い場合には、酸化性雰囲気で焼成し、酸化物とな
つたものを水素還元雰囲気で還元してもよい。例
えば核がCuの場合、水素気流中で900℃まで昇温
し、２時間保持した後、200℃以下に降温してか
ら大気中に取出しても、或いは、大気中で900℃
に昇温し、２時間保持した後、水素雰囲気に変え
１時間保持して還元し、その後200℃まで降温し
て大気中に取出してもよい。 (c) プラズマ気流中に噴霧して焼結する方法。 先ずａ）又はｂ）と同じ核、コーテイング材、
バインダーを用い、同様な方法で核にコーテング
を施す。これを乾燥した後、プラズマ気流中を通
過させ、瞬時にコーテング材を焼結させる。この
方法は、Alのような低融点金属を核として用い
た場合にも適用でき、またコーテイング層は極め
て強固、かつ均一なものが形成される。 次に実施例、比較例を示して本発明を具体的に
説明する。 実施例１〜８、比較例１，２、 実施例１〜８においては、厚さ：1.5mmの本発
明に係る各種基板を作成し、比較例においては、
実施例１〜３の基板に対応する比較例１に示す従
来の基板および実施例４〜８に対応する比較例２
の従来の基板を作成して、これらの熱抵抗、耐電
圧、耐用温度を測定した。これを第１表に示す。 なお、熱抵抗は、一定寸法（50mm×50mm）の基
板にトランジスターを搭載し、このトランジスタ
ーに一定のコレクター損失を供給して(1)式によつ
て算出するJIS G7030に準ずる方法で、各温度の
測定は熱的飽和状態に達した後、行なつた。 Rth＝Tj（又はTtab）−Ta／Pc……(1) 但し、Rth：熱抵抗〔℃／Ｗ〕 Tj：トランジスター接合部温度、〔℃〕（Tjは
エミツター、ベース間の電圧・VEBの変
化により求める）。 Ttab：トランジスタータブ温度〔℃〕 Ta：雰囲気温度〔℃〕 Pc：コレクター損失〔Ｗ〕 耐電圧測定はJIS 2110による。基板の耐電圧が
5KV以上あれば実用上支障ない。 また、耐用温度は、長期使用しても基板が何等
影響を受けない温度である。
気絶縁性に優れた電子回路用基板に関する。 近年電子関連装置の小形化が進み電気容量が増
大するにつれて、これらの回路に用いられる基板
の放熱性が厳しく要求されるようになつている。 従来、電子回路用基板としては、セラミツク基
板、合成樹脂基板、合成樹脂でコートした金属基
板、セラミツクでコートした金属基板等が用いら
れている。 しかし、セラミツク基板は耐熱性はよいが放熱
性が不充分なため大容量の回路が組込めず、合成
樹脂製基板は耐熱温度および放熱性が低いため使
用上の制約を受け、また、合成樹脂或いはセラミ
ツクでコートした金属基板は、耐熱性の点で満足
なものでながつた。 本発明は、上記の事情に鑑み、耐熱性、放熱
性、電気絶縁性の共に優れた基板を提供すること
を目的とするもので、その要旨は、粒状の金属又
は炭素又は炭化物の一つを核とし、この核の表面
に金属酸化物又は無ソーダガラスもしくはこれら
の混合物をコーテングしてなる粒子を骨材とし、
粉末状の金属酸化物又は無ソーダガラスを充填材
として、成形してなる放熱性基板にある。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明に係る基板は、第１図にその断面模型図
を示すように構成されている。 すなわち、先ず熱伝導性のよい金属又は炭素又
は炭化物の粒径が５〜100μの微粒子を核１とし、
この核１の周囲を後述する方法によつて、電気絶
縁性の良好な金属酸化物又は無ソーダガラスの単
体の粒径4μ以下の粉末、又は上記金属酸化物と
無ソーダガラスを混合した粉末によつてコーテイ
ングして、核１の表面をコーテング層２によつて
被覆した骨材３をつくる。また、充填材４は骨材
３のコーテイング層２を構成する物質と同一の物
質を使用するのが好ましく、金属酸化物又は無ソ
ーダガラスの粒径10μ以下の粉末を充填材４とす
る。 次いで骨材３：100部、充填材４：３〜20部、
および必要に応じて合成樹脂などよりなるバイン
ダ：〜７部を通常の混合装置、例えばニーダー、
ヘンシエルミキサー、ミツクスマーラー、ノウタ
ーミキサー等の混合機を用いて混練し、この混練
したものを圧力：10〜100Ton／10cm2のもとで、
100〜200℃の加熱成形又は400〜1100℃のホツト
プレスによつて基板Ａを成形する。 上記基板は、そのまま、或いは焼成されて使用
に供される。上記焼成は、核１、コーテング層２
から成る骨料、充填材４の融点が高いものである
場合に行なうことが出来、通常、非酸化性の雰囲
気で、使用した材質の焼結温度より高く、溶融温
度より低い温度（1000〜1400℃）で焼成される。 上記骨材３の核１となる金属としては、Al、
Cu、Mo、Fe、Ni、Ｗ、Siが用いられるが、Al
は熱伝導性がよく骨材を軽量化出来るが融点が低
く熱的に弱く、Cuは熱伝導性がよいが重いなど、
それぞれ一長一短があり目的によつて使い分けら
れる。また、炭素としては人造黒鉛、炭化物とし
てはSiCが主として使われる。 また、コーテング層２、および充填材４に用い
られる材質は、金属酸化物としてAl2O3、SiO2、
MgO、BeO、ムライト、スピネル等の単体又は
２種以上の混合物または無ソーダガラス単体もし
くは上記酸化物と無ソーダガラス混合物をそれぞ
れ用いることが出来るが、コーテング層と充填材
の材質として同じものを用いることが熱膨張その
他の点から好ましい。 次に、上記基板Ａの主要材料である骨材３の製
法を説明する。金属酸化物又は無ソーダガラスの
粉末（以下コーテイング材という）によつてつく
られたコーテイング層２で核１を被覆し、強固な
コーテイング層を有する骨材を得ることは、基板
Ａの物性上極めて重要であり、目的とする基板に
よつて、以下に説明する種々な方法が用いられ
る。 (a) バインダーで造粒する方法 バインダーとしては、汎用の接着用樹脂が使用
されるが、コストの面および樹脂特性等の面か
ら、フエノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬
化性樹脂が好ましい。コーテイング方法は特に制
限ないが、核となる粒子が細いので、コーテング
されるコーテング材の２次凝集を防止するため通
常高速攪拌装置、例えばヘンシエルミキサー（商
品名）等による造粒が行なわれる。この造粒時、
粉末状のコーテング材とバインダーとをスラリー
状としてこれに核を添加しても、或いは核とコー
テイング材とを混合し、これにバインダーを添加
してもよい。 また、核およびコーテイング材の前処理とし
て、予めカツプリング処理をしておくと強固なコ
ーテイング層が形成される。例えば、シランカツ
プリング剤（一例を示せば信越シリコン製
KBM403）を予めメチルアルコールに希釈し、
これに核となる粒子とコーテイング材粉末を、最
終的にカツプリング剤が核又はコーテング材に対
して0.5wt％残るように配合して、カツプリング
処理し、その後80℃で１時間程度乾燥して上記造
粒に供する。 また、上記造粒する場合の核とコーテイング材
との割合は、重量比で核／コーテイング材：
100／15〜120、特に容積比で１／１となるように
するのが好ましい。コーテイング材が少ないと均
一コートすることが難かしく、多すぎるとコーテ
イング層が厚くなつて骨材の放熱性が悪くなる。
また、バインダーの量は核／バインダーの重量
比：100／３〜７が好ましい。バインダーの量が
少ないとコーテイング層の強度が低下し、多過ぎ
ると放熱性が悪くなる。 (b) 完全揮発性のバインダーを用いる方法。 核としては融点の低いAl以外の融点700℃以上
のものを用い、バインダーとしては700℃以上で
完全に分解、揮発するもの、例えばポリビニルア
ルコール（PVA）、ポリエチレングリコール、エ
チルセルローズ、CMC、コンスターチ等が用い
られる。これら核、コーテング材、バインダー
を、上記ａ）の場合とほぱ同じ配合によつて造粒
する。この造粒物を700〜1400℃の温度で焼成す
るが、焼成温度は使用する材質によつて異なり、
焼結が起り、かつ融点以下の温度範囲から選択さ
れる。この温度範囲で高温、かつ長時間焼成する
程、強固なコーテイング層が得られる。また当然
のことながら、焼成雰囲気は核の酸化を防止する
ため、通常非酸化性雰囲気で行なわれる。しか
し、核がCu又はMoのように酸化物が還元され易
い場合には、酸化性雰囲気で焼成し、酸化物とな
つたものを水素還元雰囲気で還元してもよい。例
えば核がCuの場合、水素気流中で900℃まで昇温
し、２時間保持した後、200℃以下に降温してか
ら大気中に取出しても、或いは、大気中で900℃
に昇温し、２時間保持した後、水素雰囲気に変え
１時間保持して還元し、その後200℃まで降温し
て大気中に取出してもよい。 (c) プラズマ気流中に噴霧して焼結する方法。 先ずａ）又はｂ）と同じ核、コーテイング材、
バインダーを用い、同様な方法で核にコーテング
を施す。これを乾燥した後、プラズマ気流中を通
過させ、瞬時にコーテング材を焼結させる。この
方法は、Alのような低融点金属を核として用い
た場合にも適用でき、またコーテイング層は極め
て強固、かつ均一なものが形成される。 次に実施例、比較例を示して本発明を具体的に
説明する。 実施例１〜８、比較例１，２、 実施例１〜８においては、厚さ：1.5mmの本発
明に係る各種基板を作成し、比較例においては、
実施例１〜３の基板に対応する比較例１に示す従
来の基板および実施例４〜８に対応する比較例２
の従来の基板を作成して、これらの熱抵抗、耐電
圧、耐用温度を測定した。これを第１表に示す。 なお、熱抵抗は、一定寸法（50mm×50mm）の基
板にトランジスターを搭載し、このトランジスタ
ーに一定のコレクター損失を供給して(1)式によつ
て算出するJIS G7030に準ずる方法で、各温度の
測定は熱的飽和状態に達した後、行なつた。 Rth＝Tj（又はTtab）−Ta／Pc……(1) 但し、Rth：熱抵抗〔℃／Ｗ〕 Tj：トランジスター接合部温度、〔℃〕（Tjは
エミツター、ベース間の電圧・VEBの変
化により求める）。 Ttab：トランジスタータブ温度〔℃〕 Ta：雰囲気温度〔℃〕 Pc：コレクター損失〔Ｗ〕 耐電圧測定はJIS 2110による。基板の耐電圧が
5KV以上あれば実用上支障ない。 また、耐用温度は、長期使用しても基板が何等
影響を受けない温度である。
【表】
表より明かなように、本発明に係る基板の熱抵
抗は、従来の低温用のプリント用基板（比較例
１）より飛躍的に低くすることができ、高温用の
従来のセラミツク基板（比較例２）よりも著しく
低くすることができる。 さらに、完全揮発性のバインダーを使用した基
板（例４〜８）においては耐用温度が高く厚膜ペ
ーストが使え、600℃温度のペースト焼成に耐え
るので強固安定な回路が形成され、また実施例１
〜３のものは回路用箔を貼り合わせることも出来
るなどの長所を有する。
抗は、従来の低温用のプリント用基板（比較例
１）より飛躍的に低くすることができ、高温用の
従来のセラミツク基板（比較例２）よりも著しく
低くすることができる。 さらに、完全揮発性のバインダーを使用した基
板（例４〜８）においては耐用温度が高く厚膜ペ
ーストが使え、600℃温度のペースト焼成に耐え
るので強固安定な回路が形成され、また実施例１
〜３のものは回路用箔を貼り合わせることも出来
るなどの長所を有する。
第１図は、本発明に係る放熱性基板の断面模型
図である。 １……核、２……コーテイング層、３……骨
材、４……充填材、Ａ……基板。
図である。 １……核、２……コーテイング層、３……骨
材、４……充填材、Ａ……基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 粒状の金属又は炭素又は炭化物の一つを核と
し、この核の表面に金属酸化物又は無ソーダガラ
スもしくはこれらの混合物をコーテングしてなる
粒子を骨材とし、粉末状の金属酸化物又は無ソー
ダガラスを充填材として、成形してなることを特
徴とする放熱性基板。 ２ 粒状の金属又は炭素又は炭化物がMo、Ｗ、
Fe、Ni、Si、人造黒鉛、SiCである特許請求の範
囲第１項記載の放熱性基板。 ３ 金属酸化物がAl2O3、SiO2、MgO、BeO、
ムライトである特許請求の範囲第１項記載の放熱
性基板。 ４ 核をコーテイングする金属酸化物又は無ソー
ダガラスと充填材とが同じ物質である特許請求の
範囲第１項記載の放熱性基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6036584A JPS60202945A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 放熱性基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6036584A JPS60202945A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 放熱性基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60202945A JPS60202945A (ja) | 1985-10-14 |
| JPH0460349B2 true JPH0460349B2 (ja) | 1992-09-25 |
Family
ID=13140038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6036584A Granted JPS60202945A (ja) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | 放熱性基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60202945A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598208A (ja) * | 1982-07-06 | 1984-01-17 | 日本特殊陶業株式会社 | 高熱伝導性ガラスの製造法 |
-
1984
- 1984-03-28 JP JP6036584A patent/JPS60202945A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598208A (ja) * | 1982-07-06 | 1984-01-17 | 日本特殊陶業株式会社 | 高熱伝導性ガラスの製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60202945A (ja) | 1985-10-14 |
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