JPH0897526A

JPH0897526A - 金属ベースプリント配線基板

Info

Publication number: JPH0897526A
Application number: JP3286393A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Asada; 敏明浅田; Hideo Otsuka; 英雄大塚; Shozo Yano; 正三矢野; Ayaha Oosawa; 文葉大澤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】耐電圧特性に優れた高放熱性の金属ベースプ
リント配線基板を提供する。【構成】金属板の少なくとも一方の面に、絶縁層を介
して、金属箔を貼り合わせてなる金属ベースプリント配
線基板であつて、前記絶縁層が、無機充填剤を含有する
１ＭＨｚの周波数での誘電率が、１１以上のプラスチッ
クフイルム層の両面に、無機充填剤を配合した絶縁性接
着剤層を有するものであることを特徴とする。【効果】優れたＡＣ耐電圧特性、課電劣化特性および
熱抵抗特性を有するハイパワー用途用に好適な金属ベー
スプリント配線基板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器分野で使用さ
れる金属ベースプリント配線基板に関し、特に、高電圧
耐久性に優れた高放熱性の金属ベースプリント配線基板
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高放熱性の金属べースプリント配
線基板は、アルミニウム、銅、鉄などの金属板をべース
とし、その片面または両面に、熱伝導性を改善した絶縁
層を介して、銅箔等の金属箔を貼り合わせて回路導体を
形成したもので、ベースである金属板の熱伝導性を利用
して放熱性を高め、トランジスタ等の発熱の大きい部品
を実装できるようにしたものである。このような金属ベ
ースプリント配線基板は、ハイパワーの電源機器に使用
されるケースが多く、必然的に高電圧通電時の耐久性に
対する要求も大きい。このような金属ベースプリント配
線基板は、従来、１００Ｖ程度の比較的低電圧用途に用
いられていたが、最近では８００Ｖ以上の高電圧が常時
印加される用途に使用される場合がある。金属ベースプ
リント配線基板は高放熱性が要求されるため、約２００
μｍ以下の薄い絶縁層が設けられるケースが多く、その
厚さで常時８００Ｖの電圧に耐える必要がある。一般
に、樹脂絶縁材料の場合、膜厚にもよるが、数百Ｖから
コロナが発生し、これ以上の電圧を印加し続けると絶縁
層が劣化し、短時間で破壊に至ることが知られている。
従って、薄膜でありながら数百Ｖ以上の高電圧に耐える
耐電圧特性の優れた絶縁層を有する金属ベースプリント
配線基板が熱望されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】絶縁層の高耐電圧化の
方法として、ポリイミドフイルムを絶縁層に用いた例は
あるが、耐電圧特性が向上する反面、放熱性が損なわれ
る傾向がある。また、同一絶縁材料を薄く多数回塗布し
硬化させることによって絶縁層を形成して、ボイド等の
初期故障を引き起こす欠陥の確率を減らして、絶縁層の
耐電圧特性を向上させた例もあるが、期待されるほどの
大きな効果は、認められなかった。また、特公昭６２−
１３１８４号に開示された金属ベースプリント配線基板
では、絶縁層を、シリカなどの一般的な無機充填剤の充
填比率を変えた二つの層からなる絶縁構造にし、耐電圧
特性の向上を図っている。即ち、二つの層からなる絶縁
層のうち、金属箔に接する絶縁層中の無機充填剤の充填
比率を少なくすることによって、絶縁層の耐電圧特性の
向上を狙ったものであるが、絶縁層に配合する無機充填
剤の配合量を少なくした分、絶縁層の放熱性が損なわれ
ることはいなめない。

【０００４】また、絶縁層を異種多層にした例として、
特公平３−５５９９３号に開示された金属ベースプリン
ト配線基板がある。しかし、この金属ベースプリント配
線基板は、接着性および柔軟性を備えた層と、耐熱クリ
ープ性を備えた層にて絶縁層を構成し、曲げ加工性や耐
熱圧着性を向上させることを目的としたものである。ま
た、特開平２−１５８１９３号に開示された金属ベース
プリント配線基板は、金属箔に、スパッタリングや蒸着
により金属酸化物層を設けたもので、耐電圧特性を向上
させることを目的としている。しかし、この金属ベース
プリント配線基板には、実用上、回路間の絶縁信頼性や
エッチング技術、製造コスト等に問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点に鑑み、基本的に耐電圧特性を左右する要因を追求し
た。その結果、従来、銅箔の接着力向上のために施され
ていた銅箔の粗化面の凸部に電界が集中し、この部分か
らコロナが発生し、絶縁破壊にいたるケースが多いこと
と、絶縁層中に存在するボイドが原因となった初期故障
が多いことを見出した。更に、電界集中を緩和させ、か
つ放熱性を損なわない手段を種々検討した結果、本発明
に至ったものである。即ち、本発明は、金属板の少なく
とも一方の面に、絶縁層を介して、金属箔を貼り合わせ
てなる金属ベースプリント配線基板であつて、前記絶縁
層が、無機充填剤を含有する１ＭＨｚの周波数での誘電
率が１１以上のプラスチックフイルム層の両面に、無機
充填剤を配合した絶縁性接着剤層を有するものであるこ
とを特徴とする、高放熱性と高耐電圧性を両立させた金
属ベースプリント配線基板である。

【０００６】以下、本発明について具体的に説明する。
第１図は、本発明の金属ベースプリント配線基板の基本
的な断面図である。図中、１はベースとしての金属板、
７は絶縁層で、無機充填剤６が配合された絶縁性接着剤
層２と、該絶縁性接着剤層２間に挟まれた無機充填剤５
を含有するプラスチックフイルム層３からなる。４は回
路を形成する金属箔である。

【０００７】本発明において使用する金属板１として
は、特に限定されるものではないが、例えば、銅板、鉄
板、ケイ素鋼板、あるいは、それらの合金板、複層板等
が使用できる。また、絶縁層７を構成する絶縁性接着剤
層２のベース樹脂としては、特に限定されるものでない
が、例えば、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、
フェノール系、ポリアミド系、ポリエステル系等の樹脂
およびその変成物、混合物が使用できる。また、絶縁層
７を構成する絶縁性接着剤層２に混合される無機充填剤
６としては、特に限定されるものでないが、混合の目的
が放熱性と絶縁性の向上であるため、例えば、Ａｌ₂Ｏ
₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ等の熱伝導性およ
び絶縁性にすぐれた無機物微粒子の単独、もしくは、そ
れらの混合物が好ましい。この絶縁性接着剤層２の誘電
率は、無機充填剤６を放熱性を持たせるため高充填する
と１ＭＨｚの周波数で一般には７程度になるが、低いほ
ど良い。

【０００８】また、絶縁層７を構成するプラスチックフ
イルム層３のベース樹脂は、特に限定されるものでない
が、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポ
リフェニレンサルファイド等の樹脂が好ましい。また、
該プラスチックフイルム層に混合する無機充填剤５とし
ては、特に限定されるものでないが、導電性微粒子や高
誘電性セラミックスが好適である。導電性微粒子として
はカーボンブラックが最適である。また、高誘電率セラ
ミックスとしては、例えば、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ
₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＰｂＴｉＯ₃、ＰｂＺｒＯ₃、Ｓｉ
Ｃ等およびこれらのうちから２種以上を混合して焼結す
ることによって得られる焼結体や、それらの混合物を使
用できる。また、無機充填剤５が配合されたプラスチッ
クフイルム層３は、１ＭＨｚの周波数で誘電率が１１以
上であることが必要である。その明確な理由は不明であ
るが、プラスチックフイルム層３に無機充填剤５が配合
されていない場合のもの、またはその配合量が少ない場
合は、該プラスチックフイルム層３の１ＭＨｚの周波数
での誘電率が１１未満となり、電界緩和効果が弱くなる
ため、耐電圧特性が劣り、更に放熱性の点でも劣る。な
お、この誘電率が１ＭＨｚの周波数で１５以上となる
と、確実な耐電圧特性向上の効果が得られる。

【０００９】

【作用】本発明の金属ベースプリント配線基板では、絶
縁層７が、無機充填剤５が配合された１ＭＨｚの周波数
での誘電率が１１以上のプラスチックフイルム層３の両
面を無機充填剤６を配合した絶縁性接着剤層２で挟み込
ん構造なので、電界の集中するのを防ぐエミッションシ
ールド効果により、耐電圧特性が向上し、また、無機充
填剤５を配合しないプラスチックフイルム単体を絶縁接
着剤層で挟み込んだものよりも、放熱特性が向上した。

【００１０】

【実施例】以下に本発明を実施例を挙げて説明する。実施例１図１に示した金属ベースプリント配線基板を、以下のよ
うに製作した。樹脂分１００重量部に対し、平均粒径８
０ｎｍのカーボンブラック微細粒子５を１０重量部配合
した厚さ５０μｍのポリイミドフイルム３の両面に、無
機充填剤６として、平均粒径３. ５μｍのＡｌ₂Ｏ₃を
エポキシ系接着剤中に６５重量％混合した絶縁接着剤を
塗布し、乾燥させてそれぞれ厚さ５０μｍの絶縁接着剤
層２を形成して絶縁層材を作製した。次に、作製した絶
縁層材を、厚さ１０５μｍの電解銅箔４と厚さ２. ０ｍ
ｍのアルミ板１の間に挟み、加熱プレスを用いて一体に
張り合わせた。なお、絶縁層材に用いたカーボンブラッ
ク配合ポリイミドフイルム３の誘電率は１１であった。
得られた金属ベースプリント配線基板について、下記の
方法にてＡＣ耐電圧試験、２. ０ｋｖ課電劣化試験およ
び熱抵抗の測定を行った。

【００１１】ＡＣ耐電圧試験：図２に示すような直径１
５ｍｍの円形パターン１０とアルミ板にリード線を接続
し、高圧絶縁油中にて５００Ｖ／秒の昇電圧速度で課電
し、絶縁破壊により１ｍＡ以上の電流が流れた時の電圧
値を求めた。２. ０ｋｖ課電劣化試験：図２に示すような直径１５ｍ
ｍの円形パターン１０とアルミ板にリード線を接続し、
ＡＣ２. ０ｋｖを課電し続け、絶縁破壊により１ｍＡ以
上の電流が流れるまでの時間を測定した。熱抵抗：図４のような装置で、水冷した放熱フインの上
にサイズ４０ｍｍ×３０ｍｍ×２. ０ｍｍｔのアルミ配
線板を放熱用グリースを介して取り付け、その上にパワ
ートランジスタ２ＳＣ２２３３（回路構成は図３に示す
通り）を半田付けし、電流を２. ０Ａ一定に設定しなが
ら負荷電圧を変えてトランジスタに流れる電力を変え、
消費電力とトランジスタ表面温度（平衡値）を測定し、
消費電力（Ｗ）に対するトランジスタの温度上昇値
（℃）を求めた。なお、℃／Ｗの数値が低い程、放熱性
に優れているものである。

【００１２】実施例２絶縁層材中のプラスチックフイルムに、平均粒径１. １
μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子を１６重量部配合した厚さ５
０μｍのポリイミドフイルムを用いたこと以外は、実施
例１と同様にして金属ベースプリント配線基板を作製し
た。なお、用いたＢａＴｉＯ₃微粒子配合ポリイミドフ
イルムの誘電率は１５であった。実施例３絶縁層材中のプラスチックフイルムに、平均粒径１. １
μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子の配合量を増量して誘電率を
２４とした厚さ５０μｍのポリイミドフイルムを用いた
こと以外は、実施例１と同様にして金属ベースプリント
配線基板を作製した。実施例４絶縁層材中のプラスチックフイルムに、平均粒径１. ４
μｍのＳｉＣ微粒子を配合して誘電率を２０とした厚さ
５０μｍのポリイミドフイルムを用いたこと以外は、実
施例１と同様にして金属ベースプリント配線基板を作製
した。

【００１３】比較例１絶縁層材中のプラスチックフイルムに、無機充填剤を配
合しない厚さ５０μｍのポリイミドフイルムを用いたこ
と以外は、実施例１と同様にして金属ベースプリント配
線基板を作製した。比較例２平均粒径８０ｎｍのカーボンブラック微細粒子５を１０
重量部配合した厚さ５０μｍのポリイミドフイルム３
（誘電率１１）の両面に、無機充填剤を配合しないエポ
キシ系接着剤を塗布し、乾燥させて、それぞれ厚さ５０
μｍの絶縁性接着剤層２を形成して作製した絶縁層材を
用いたこと以外は、実施例１と同様にして金属ベースプ
リント配線基板を作製した。比較例３絶縁層材中のプラスチックフイルムに、カーボンブラッ
ク微細粒子の配合量を少なくして誘電率を１０とした厚
さ５０μｍのポリイミドフイルムを用いたこと以外は、
実施例１と同様にして金属ベースプリント配線基板を作
製した。比較例４厚さ１０５μｍの電解銅箔と厚さ２. ０ｍｍのアルミ板
とを、エポキシ系接着剤中に平均粒径３. ５μｍのＡｌ
₂Ｏ₃６を６５重量％混合した絶縁接着剤の１５０μｍ
厚さの絶縁接着剤層のみを介して熱プレスを用いて一体
に張り合わせて金属ベースプリント配線基板を作製し
た。以上、実施例１〜４および比較例１〜４で作製した
それぞれの金属ベースプリント配線基板について、実施
例１と同様にしてＡＣ耐電圧試験、２. ０ｋｖ課電劣化
試験および熱抵抗の測定を行った。得られた測定結果を
表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１から明らかなように、本発明の金属ベ
ースプリント配線基板は、ＡＣ耐電圧試験、２. ０ｋｖ
課電劣化試験および熱抵抗特性が、比較例の金属ベース
プリント配線基板に較べて数段と優れている。これに対
し、プラスチックフイルム層の誘電率が１０以下のもの
（比較例１、３、４）は、ＡＣ耐電圧が極端に低下して
いる。また、無機充填剤を配合しない接着剤を用いたも
の（比較例２）は熱抵抗が著しく大である。

【００１６】

【発明の効果】本発明の金属ベースプリント配線基板
は、優れたＡＣ耐電圧特性、課電劣化特性および熱抵抗
特性を有するものであり、高い耐電圧特性および高い放
熱性を必要とするハイパワー用途の金属ベースプリント
配線基板として実用価値は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属ベースプリント配線基板の構造を
説明するための断面説明図である。

【図２】ＡＣ耐電圧試験法を説明するための試験試料の
説明図である。

【図３】熱抵抗性を測定する装置の説明図である。

【図４】熱抵抗性を測定する装置の熱抵抗測定回路図で
ある。

【符号の説明】

１金属板２絶縁性接着剤層３プラスチックフィルム層４回路銅箔５絶縁性接着剤層に配合された無機充填剤６プラスチックフィルム層に配合された無機充填剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０９Ｊ 7/02 ＪＬＥ (72)発明者大澤文葉東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板の少なくとも一方の面に、絶縁層
を介して、金属箔を貼り合わせてなる金属ベースプリン
ト配線基板であつて、前記絶縁層が、無機充填剤を含有
する１ＭＨｚの周波数での誘電率が１１以上のプラスチ
ックフイルム層の両面に、無機充填剤を配合した絶縁性
接着剤層を有するものであることを特徴とする金属ベー
スプリント配線基板。