JPH0946011A - 電気回路用基板及びその製造法 - Google Patents

電気回路用基板及びその製造法

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JPH0946011A
JPH0946011A JP7198838A JP19883895A JPH0946011A JP H0946011 A JPH0946011 A JP H0946011A JP 7198838 A JP7198838 A JP 7198838A JP 19883895 A JP19883895 A JP 19883895A JP H0946011 A JPH0946011 A JP H0946011A
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JP
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electric circuit
glass
carbon
thermosetting resin
substrate
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JP7198838A
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Inventor
Kojiro Ota
幸次郎 太田
Mitsuji Kamata
充志 鎌田
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導性及び熱膨張性に優れた電気回路用基
板並びにその製造法を提供する。 【解決手段】 可塑剤を含む熱硬化性樹脂組成物を原料
とする、熱伝導率が5W/mK以上であるガラス状炭素を基
材とし、電気回路を形成する面に電気絶縁層を形成して
なる電気電気回路用基板及びその製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高い熱伝導性を必要
とする電気回路用基板及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化や大電力化が進
み、これに従って放熱性の良い電気回路用基板が要求さ
れるようになってきている。これらに応えて各種材料が
提案されている。例えば、鉄又はアルミニュウム板の面
に樹脂フィルム層を形成して放熱性と絶縁性を具備させ
た基板や、アルミニュウム板の面にアルマイト層を形成
しその上に樹脂フィルム層を形成して電気絶縁性と高熱
伝導性を具備させた基板がある。一方セラミックスを素
材としたものとして窒化アルミニュウムセラミックス、
酸化ベリリウムセラミックス、炭化珪素セラミックス等
が知られている。しかし、上記の各基板は熱伝導性、熱
膨張性が充分でなく、また高価である。
【0003】また、黒鉛素地上に窒化アルミニュウム層
又はダイアモンド層を形成した基板が知られている(特
開昭63−45189号公報等)。黒鉛は熱伝導性は良
好であるが粉塵発生の恐れがあり、このように要求を満
足するような基板は未だ提供されていない。よって、熱
伝導性、熱膨張性及び価格の面で優れた高熱伝導性電気
回路用基板が要望されている。
【0004】
【発明が解決しょうとする課題】本発明は上記の課題を
解決するものである。請求項1記載の発明は、熱伝導性
及び熱膨張性に優れた電気回路用基板を提供するもので
ある。請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の解
決する課題に加えて、安定な絶縁層が形成できる電気回
路用基板を提供するものである。請求項3記載の発明
は、熱伝導性及び熱膨張性に優れた電気回路用基板の製
造法を提供するものである。請求項4記載の発明は、請
求項3記載の発明の解決する課題に加えて、気孔発生の
少ない電気回路用基板の製造法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、可塑剤を含む
熱硬化性樹脂組成物を原料とする、熱伝導率が5W/mK以
上であるガラス状炭素を基材とする電気回路用基板に関
する。また本発明は、前記電気回路用基板において、基
材であるガラス状炭素の見掛け密度が1.48〜1.5
5g/cm3、気孔径が5μm以下である電気回路用基板に
関する。また本発明は、可塑剤を含む熱硬化性樹脂組成
物を、成形硬化後、非酸化性雰囲気で炭化し、次いでガ
ラス状炭素化したガラス状炭素を基材とすることを特徴
とする電気回路用基板の製造法に関する。さらに本発明
は、前記可塑剤がエチレングリコール又はフタル酸エス
テルである電気回路用基板の製造法に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる熱硬化性樹脂
組成物の原料とする熱硬化性樹脂としては、特に制限は
ないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹
脂、キシレン樹脂等を挙げることができ、また、これら
の樹脂の混合物が用いられる。これらの中でフラン樹脂
又はフェノール樹脂が、炭素化の効率が高く、基材とし
ての特性が良好なガラス状炭素が得られるので好ましく
い。フラン樹脂としては、フルフリルアルコール初期縮
合物、フルフリルアルコール−フルフラール共縮合物、
フルフリルアルコールとフェノール、尿素等とによる変
性フラン樹脂などが用いられる。
【0007】また本発明においては、用いる熱硬化性樹
脂組成物に可塑剤を含ませることが重要であり、これに
よりガラス状炭素の組織中に発生する気孔を抑制する効
果がある。用いられる可塑剤としては、フタル酸ジブチ
ル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル等のフタル
酸ジアルキルなどのフタル酸エステル、グリセリン、エ
チレングリコール、トリアセチン等の多価アルコール又
はその誘導体、ナフタレン、アニリンなどから選ばれた
1種又はその混合物などが用いられる。これらの可塑剤
の中では、相溶性が良好で可塑剤の添加効果が高い点
で、多価アルコール又はフタル酸エステルが好ましく、
エチレングリコール又はフタル酸エステルがより好まし
く、エチレングリコール又はフタル酸ジ−n−ブチルが
さらに好ましい。
【0008】その量は熱硬化性樹脂に対して0.1〜3
0重量%が好ましく、0.2〜10重量%がより好まし
く、0.3〜5重量%がさらに好ましい。0.1重量%
未満では気孔抑制の効果が不十分となる傾向にあり、3
0重量%を超えると組織中の気孔が多くなり絶縁層とし
て樹脂フィルム等を形成した際にボイドの発生を招く傾
向にある。
【0009】上記熱硬化性樹脂組成物には、必要に応じ
て、硬化触媒、溶剤等を混合しても良い。硬化触媒は樹
脂の種類により異なるが、フェノール樹脂又はフラン樹
脂の場合はパラトルエンスルホン酸、硫酸等の酸が好ま
しいものとして挙げられる。硬化触媒を用いる場合は、
樹脂に対して0.3〜3重量%用いるのが成形性の点で
好ましい。溶剤としてはフルフリルアルコール等が挙げ
られる。溶剤を用いる場合は、樹脂に対して、5〜20
重量%用いるのが硬化性の点で好ましい。
【0010】上記熱硬化性樹脂組成物は、硬化前に目的
とする電気回路用基板の形状に応じて各種の成形方法で
成形されるが特に制限はない。例えば、均一な肉厚の平
板状、丸棒状等の形状に成形する。その後、硬化処理を
する。成形と硬化は、縮合水等が外部に抜け易い加熱条
件及び昇温速度で行なうか又は硬化の為の触媒量を適正
な量に設定して行うことができる。硬化のための加熱温
度は130〜200℃が好ましい。また昇温温度は3〜
10℃/時間で行うことが好ましい。
【0011】次いで、非酸化雰囲気(通常、ヘリウム、
アルゴン等の不活性ガスや窒素、水素、ハロゲンガス等
の非酸化性ガスの少なくとも一種の気体からなり、酸素
を含まない雰囲気、減圧下又は真空下)で、好ましくは
800〜1200℃の温度、より好ましくは900〜1
100℃の温度で焼成し炭化する。次いで、予め高純度
に処理した黒鉛化炉及び治具を用いて、好ましくは15
00℃以上の温度、より好ましくは2000℃以上の温
度で高温処理しガラス状炭素とする。上限は特にない
が、一般に2600℃以下である。
【0012】本発明では、以上の方法により、熱伝導率
が5W/mK以上であるガラス状炭素の基材を得る。ここで
熱伝導率が5W/mK未満では、高熱伝導性の電気回路用基
板とはならない。熱伝導率は基板に搭載した半導体等を
冷却する点で7W/mK以上であるのが好ましい。熱伝導率
は、レーザーフラッシュ法により測定できる。また、上
記基材の見掛け密度は絶縁層を形成する際の樹脂塗布を
安定させる点で、1.48〜1.55g/cm3であるのが
好ましい。前記見掛け密度は、基材の重量を基材の体積
で割ることにより算出できる。また、基材の組織中には
気孔が全く発生しないのが好ましいが、それは困難であ
り、実際には発生する気孔の気孔径が5μm以下である
のが、熱伝導性及び熱膨張性が良好な基板となるので好
ましい。気孔径は用いる基材のサンプルを切断し断面に
現われる気孔の大きさを走査型電子顕微鏡等で観察して
測定することができる。基材の厚さは特に制限されない
が、強度等の点で1〜3mmが好ましい。
【0013】本発明の電気回路用基板は、熱伝導性に優
れているが、導電性を有するガラス状炭素を基材とする
ため、電気回路を形成する面に電気絶縁層を形成する。
形成する電気絶縁層の種類に特に制限はないが、窒化ア
ルミニュウム層、樹脂層等が好ましく、接着強度の点で
樹脂層がより好ましい。窒化アルミニュウム層は、例え
ば、反応ガスとしてAlBr3、窒素、水素及びアルゴ
ンを使用し、反応管内圧力を2〜100トールとし、誘
導コイルを使用してプラズマ放電を発生させ、基材温度
を600〜800℃にして生成させることができる。樹
脂層を形成する樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリイ
ミドイソインドロキナゾリンジオン樹脂等が好ましいも
のとしてあげられる。これらはスピンコート、スプレー
コートなどの公知の方法で塗布することができる。形成
する電気絶縁層の厚さは、その種類によっても異なる
が、一般に電気絶縁性、電気絶縁層の密着性等の点か
ら、1〜50μmが好ましく、1〜20μmがより好ま
しい。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 フラン樹脂であるフルフリルアルコール−フルフラール
共縮合物(商品名 VF−303、日立化成工業(株)
製)100重量部にパラトルエンスルホン酸0.6重量
部及びエチレングリコール0.6重量部を添加し、充分
混合した後、得られた樹脂組成物を型に注入し、50℃
で3日、70℃で3日、90℃で3日乾燥硬化した後、
160℃まで5℃/時間で昇温し、160℃で3日間保
持し硬化処理を行ない、厚さ4mmで100mm角の円盤状
樹脂成形体を得た。前記成形体を環状炉に入れ窒素気流
中で1300℃の温度で焼成炭化した後、高純度に処理
した治具及び雰囲気炉を用い不活性雰囲気下で2000
℃の温度で高温処理を行ないガラス状炭素を得た。前記
ガラス状炭素を50mm角に切断し、さらに厚み2mmに加
工し鏡面仕上げを行い電気回路用基板とした。前記電気
回路用基板表面に、電気絶縁層としてポリイミドイソイ
ンドロキナゾリンジオン樹脂(商品名 PIQ、日立化
成工業(株)製)をスピンコート法で塗布した後、350
℃の温度で処理し高熱伝導性電気回路用基板を作成し
た。電気絶縁層の膜厚は、10μmであった。表1にそ
の特性を示す。
【0015】実施例2 フラン樹脂であるフルフリルアルコール−フルフラール
共縮合物(商品名 VF−303、日立化成工業(株)
製)100重量部にパラトルエンスルホン酸0.6重量
部、フタル酸−n−ブチル1重量部及びエチレングリコ
ール1重量部を添加し、充分混合した後、実施例1と同
じ条件下にてガラス状炭素を得、実施例1と同様にして
高熱伝導電気回路用基板を得た。表1に特性を示す。
【0016】実施例3 フラン樹脂であるフルフリルアルコール−フルフラール
共縮合物(商品名 VF−303、日立化成工業(株)
製)70重量部、フェノール樹脂(商品名 VP−11
2N、日立化成工業(株)製)30重量部を50℃の温度
で充分混合した後、30℃まで冷却した。前記混合物1
00重量部に対し、パラトルエンスルホン酸0.6重量
部、フタル酸−n−ブチル2重量部、エチレングリコー
ル2重量部を添加し、充分混合した後、実施例1と同様
の条件下にてガラス状炭素を得、実施例1と同様にして
高熱伝導性電気回路用基板を得た。表1に特性を示す。
【0017】実施例4 フラン樹脂であるフルフリルアルコール−フルフラール
共縮合物(商品名 VF−303、日立化成工業(株)
製)70重量部、フェノール樹脂(商品名 VP−11
2N、日立化成工業(株)製)30重量部を50℃の温度
で充分混合した後、30℃まで冷却した。前記混合物1
00重量部に対し、パラトルエンスルホン酸0.6重量
部、フタル酸−n−ブチル1重量部、エチレングリコー
ル2重量部を添加し、充分混合した後、実施例1と同様
の条件下にてガラス状炭素を得、実施例1と同様にして
高熱伝導性電気回路用基板を得た。表1に特性を示す。
【0018】比較例1 フラン樹脂であるフルフリルアルコール−フルフラール
共縮合物(商品名 VF−303、日立化成工業(株)
製)100重量部にパラトルエンスルホン酸50重量%
水溶液1重量部を加え、充分に混合した後、以下実施例
1と同様の条件下にて高熱伝導性電気回路用基板を得
た。表1に特性を示す。比較例296%アルミナ基板を
用いて特性を評価した。表1にその特性を示す。
【0019】
【表1】
【0017】
【発明の効果】請求項1記載の電気回路用基板は、高熱
伝導性及び低熱膨張の特性を有し、絶縁層の状態も良好
なため、極めて高密度の素子実装が可能である。請求項
2記載の電気回路用基板は、請求項1記載の電気回路用
基板の効果を奏し、さらに安定な絶縁層が形成できる。
請求項3記載の電気回路用基板の製造法は、高熱伝導性
及び低熱膨張の特性を有し、絶縁層の状態も良好な、極
めて高密度の素子実装が可能な電気回路用基板が得られ
る。請求項4記載の電気回路用基板の製造法は、請求項
3記載の電気回路用基板の製造法の効果を奏し、さらに
気孔発生の少ない製造法である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可塑剤を含む熱硬化性樹脂組成物を原料
    とする、熱伝導率が5W/mK以上であるガラス状炭素を基
    材とし、電気回路を形成する面に電気絶縁層を形成して
    なる電気電気回路用基板。
  2. 【請求項2】 基材とするガラス状炭素の見掛け密度が
    1.48〜1.55g/cm3、気孔径が5μm以下である
    請求項1記載の電気回路用基板。
  3. 【請求項3】 可塑剤を含む熱硬化性樹脂組成物を、成
    形硬化後、非酸化性雰囲気で炭化し、次いでガラス状炭
    素化したガラス状炭素を基材とすることを特徴とする電
    気回路用基板の製造法。
  4. 【請求項4】 可塑剤がエチレングリコール又はフタル
    酸エステルである請求項3記載の電気回路用基板の製造
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001019145A1 (en) * 1999-09-06 2001-03-15 Suzuki Sogyo Co., Ltd. Substrate of circuit board

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