JPS605589A - 高熱伝導性金属ベ−スプリント基板 - 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、電子機器に利用される放熱性の優れた高熱伝
導性金属ベースプリント基板に関するものである０ 従来例の構成とその問題点 近年、電子機器分野においては、小型化２戦量化の方向
にあり、ＩＣ、ＭＳＩ　、ＬＳＩ　、・くワードランシ
スターなどの高発熱部品をいかに放“シし高密度実装す
るかが大きな課題となってきている。

従来、プリント配線板、放熱板等の基板材料には、紙フ
エノール樹脂積層板、あるいはガラス基材エポキシ樹脂
積層板などの有機高分子材料や、アルミナ基板などのセ
ラミック材料が用いられているが、いずれも熱伝導率が
小さく熱放散が不十分なためＩＣ，ＭＳＩ　、ＬＳＩ　
、パワートランジスターなどの高発熱部品を高密度に実
装することができない欠点があった。そこで耐熱性と熱
伝導性に優れた金属をベースとした高熱伝導性金属ベー
スプリント基板が開発されてきた。この高熱伝導性金属
ベースプリント基板は、金属ベースと導体を絶縁層を内
層して構成したものであり、絶縁層には、有機高分子材
料を使用した樹脂絶縁層のものと高熱伝導性フィラーを
付加し高熱伝導性絶縁層でなるものがあり、一般には前
者の樹脂絶縁層だけでなるものが出回っている。

以下、図面を参照しながら従来の高熱伝導性金属ベース
プリント基板について説明する。第１図は、従来の樹脂
絶縁層を内層した高熱伝導性金属ベースプリント基板の
断面図であり、１は銅２乙に代表される導体、２は、樹
脂絶縁層、３は金属ベースである。第２図は、高熱伝導
性絶縁層を内層した考案段階にある高熱伝導性金属ベー
スプリント基板の断面図であり、１，３は第１図と同様
導体および金属べ一゛スである。４は高熱伝導性絶縁層
である。

以上のように構成された従来の高熱伝導性金属ベースに
ついてその機能を説明する。第１図、第２図とも配線パ
ターン化された導体１土にＩＣ。

ＭＳＩ、ＬＳＩ、パワートランジスターなどの高発熱部
品が高密度に実装された場合、前記高発熱部品からの熱
が、白ｏ〜４０μｍに薄く形成された有機高分子からな
る樹脂絶縁層２および接着性のある有機高分子中に高熱
伝導性フィラーを分散した高熱伝導性絶縁層４を通過し
て放熱性の潰れた金属ベース３によって効率よく放熱さ
れる。この第１図にみる樹脂絶縁層２を使った高熱伝導
性金属ベースプリント基板と第２図にみる高熱伝導性絶
縁層４を使った高熱伝導性金属ベースプリント基板を比
較すると、前者の弼脂絶縁層２の場合、前記樹脂絶縁層
２は材料としての熱伝導率が小さいため、絶縁耐圧、電
気的谷量など実用上支障のない程度にできるだけ博く形
成し、熱抵抗を小さくしている特徴があり、後者の高熱
伝導性絶縁層の場合、材料としての熱伝導率は大きいが
前記樹脂絶縁層２に比較して、絶縁耐圧が小さくまた、
電気的容量も大きいという欠点があり、前記樹脂絶縁層
２より厚く形成しなければならないという両者の違いの
特徴がある。しかし前記両者を比較した場合、例えば絶
縁層（樹脂絶縁層２および高熱伝導性絶縁層４）におけ
る前記電気的容量（コンデンサ容量）を同じにした場合
、前記絶縁層の厚みとしては、当然、高熱伝導性絶縁層
４の方が厚くはなるが、それでも熱抵抗からみると高熱
伝導性絶縁層４の方が小さいなど高熱伝導性金属ベース
プリント基板としては、高熱伝導性絶縁層４を使用した
方が特性として優れている。

次に高熱伝導性絶縁層４を内層すると高熱伝導性金属ベ
ースプリント基板の材料構成を述べる。

第２図に示す高熱伝導性絶縁層４は、エポキシ系樹脂、
フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂など、耐熱性のあ
る接着剤に高熱伝導性フィラーとして、アルミナ、蟹化
ボロン、屋化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシ
ウムなどの粒子を単独または複合して混練し、分散した
ものを、塗布形成することによって得られるが、高熱伝
導性フィラーについてはプリント基板とした時の熱伝導
率、吸水性、絶縁耐圧、誘電率、接着強度などの特性比
較からアルミナが多く使用されている。

このように高熱伝導性絶縁層として接着性のある有機高
分子中に高熱伝導性フィラーとしてアルミナの粒子を分
散じた方法では、前記アルミナの誘電率が大きく、前記
高熱伝導性金属ヘースプリント基板の絶縁層として使用
した場合、電気的容量が大きくなる。このため前記絶縁
層を厚ぐする必要がある。しかし、絶縁層を厚くするこ
とは、絶縁層における熱抵抗が大きくなり、放熱基板と
しての特性が悪くなる問題かある。特にこの種の高熱伝
導性金属ベースプリント基板は、放熱性の要求される高
発熱部品を実装する基板に使われ、これらは−ｊ投に電
気的８量を小さくすることか強く要求されている。この
ために前記絶縁層の厚みは、絶縁耐圧特性からみると５
０μｍ以上あれば良いが実際８０μｍ以上に形成してい
るのが実情であり、これ以上薄く形成して熱抵抗を小さ
くすることは限界であった。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、絶縁層の電気的容量を大きく
することなく、しかも絶縁層の熱抵抗を小さくし、放熱
特性を良くした高熱伝導性金属ベースプリント基板を提
供することである。

発明の構成 上記目的を達成するために本発明の高熱伝導性金属ベー
スプリント基板は接着性のある有機高分子中に高熱伝導
性フィラーを分散した高熱伝導性絶縁物からなる硬化絶
縁層と接着絶縁層とを介して導体および金属ベースを積
層し、前記硬化絶縁層と接着絶縁層のうち少なくとも前
記硬化絶縁層の高熱伝導性フィラーとして窒化ボロンを
単独または複合して使用するものである。

窒化ボロンは、熱伝導率が大きく、誘電率か小さいため
、絶縁層における電気的容量を大きくすることなく、熱
抵抗を小さくできるものである。

、　実施例の説明 以下本発明の一実施例における高熱伝導性金属ベースプ
リント基板について、図面を参照しながら説明する。

第３図は、本発明の一実施例における高熱伝導性金属ベ
ースプリント基板の断面図である。第３図において、６
は導体、６は金属ベース、７は硬化絶縁層、８は接着絶
縁層を示し、硬化絶縁層７と接着絶縁層８を介して導体
６と金属べＸス６が積層され貼合せである。ここで硬化
絶縁層７と接着絶縁層８は、接着性のある有機高分子中
に高熱伝導性フィラーを分散した高熱伝導性絶縁物で構
成され、高熱伝導性接着剤を硬化したものでなっている
。硬化絶縁層７と接着絶縁層８とを区別しているのは、
高熱伝導性絶縁層を形成する上において、高熱伝導性フ
ィラーの独類をかえたもの、組成をかえたものを多層に
塗布形成する場合、最終に塗布する層は、導体６と金属
ベース６を接着する役目があるところから接着絶縁層８
とし、他の硬化絶縁層７と区別するためである。高熱伝
導−性フィラーとしては、硬化絶縁層７には、窒化ボロ
ンを単独もしくは、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化
ケイ素、酸化マグネシウムなどの無機絶縁性の高熱伝導
性フィラーと複合でなるものを使用し、接着絶縁層８の
高熱伝導性フィラーとしては、他の高熱伝導性フィラー
だけで形成したもの、寸たけ窒化ボロンを前記同様に他
の高熱伝導性フィラーと複合したものもしくは単独で分
散したものを使用する。ただし後者の窒化ボロンを接着
絶縁層８に分散する場合、他の高熱伝導（４１Ｅフイラ
ーと複合するものにあっては、窒化ボロンを他の高熱伝
導性フィン−の質量以下とし、単独で使用するものにあ
っては、接着性のある有機高分子に対し質量比で７６％
以下の組成にしたもので形成される。窒化ボロンを他の
高熱伝導性フィラーより多く配合すると絶縁層の接着力
の低下につながるので、上記のように窒化ボロンの配合
範囲を限定した。なお窒化ボロンをｍ機関分子に対し質
量比で７５係以下としたのも同様の理由である。

そして接着性のある有機高分子では、例えばシアン酸エ
ステル樹脂、シアン酸エステル−マレイミド樹脂、シア
ン酸エステル−マレイミド−エポキシ樹脂などのシアン
酸エステル系初詣組成物。

フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂。

不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂なとの熱硬化
性樹脂や、ポリビニルブチラール、ブタジェン樹脂、ア
クリロニトリル−ブタジェン樹脂などの熱可塑性樹脂で
変性したシアン酸エステル樹脂、シアン酸ニスデル−マ
レイミド樹脂、シアン酸エステル−マレイミド−エポキ
シ樹脂などが使える。丑だ導体６は特に指定するもので
はないか銅箔などを使用し、金属ベース６は、鉄、アル
ミニウムまたはアルマイト処理をしたアルミニウムを用
いる。

以上のように構成された本実施例の高熱伝導性金属ペー
スペリント基板について以下その動作を説明する。接着
性のある有機高分子中に間熱伝導性フィラーを分散した
高熱伝導性絶縁層は、硬化絶縁層７と接着絶縁層８から
なるが、その構成拐料としては、前記した有機高分子材
料と、高熱伝導性フィラーに大きく区分できるものであ
る。そこで本発柄の高熱伝導性金属ベースプリント基板
に使用する前記有機高分子材料の条件としては、特性面
では、耐熱性があって接着強度の大きなものが必要であ
り、製造面では高熱伝導性ンイラーを高配合しても塗布
の障害となるほどに粘度が大きくならない低粘度である
こと、および塗布後に常温で硬化しないように、１００
℃以上で硬化する高温硬化型であることが望ましく、内
容としては、前記したものが選ばれる。−力木発明の意
図する高熱伝導性ンイラーの条件としては特性面でみる
と、熱伝導率が大きく、絶縁層としたとき熱抵抗が小さ
いものであり、誘電率が小さく、絶縁層としたとき電気
的容量が小さく、シかも絶縁抵抗、絶縁耐圧が大きいこ
となどがあげられる。また製造面からみると接着性のあ
る有機高分子に分散したとき均一に分散するかどうかの
分散性が優れており、実際に高熱伝導性フィシ−として
使った時に接着強度か強く、高配合が可能で、平均粒子
径が６０μｍ以下のものが容易に得られることなどがあ
げられる。高熱伝導性フィラーについては、以上の観点
にたって選定すると、アルミナ。

窒化ボロン、ジルコニア、酸化マグネシウム、べ９リヤ
などがあげられ、褥に熱伝導率の大きい、頓でハヘリリ
ャ、酸化マグネシムウ、窒化ポロン。

ジルコニア、アルミナとなるがべＩＪ　ＩＪヤは毒性の
問題で国内での使用が禁止され、酸化マグネ／ラムとジ
ルコニアは、吸湿性が大きく実用時における耐湿劣化が
著しく゛、添加剤として少量の配合しかできないなどの
基本特性に問題がある。その／こめ残る窒化ボロンとア
ルミナが高熱伝導性ノイラーとして実用可能なものであ
った。この窒化ボロンとアルミナを特性面から比較する
と窒化ボロンの方がアルミナに比べ熱伝導率では１．６
〜２．０倍大きく、誘電率の方でも１／２〜１／３で小
さく両特性とも、優れている。このため、高熱伝導性フ
ィラーとして窒化ボロンを使用したものを単独で、接着
性のある有機高分子中に分散させる構成が電気的容量お
よび熱放散特性に最も［憂れた高熱伝導性金属ベースプ
リント基板が得られる。しがし、前記窒化ボロンのみを
分散した高熱伝導性接着剤は、塗布した基材面側との接
着以外は、接着力としての機能が他の高熱伝導性フィラ
ーと比べて極めて弱く高熱伝導性金属ベースプリント基
板とした時、実用可能な接着強度をもったものが得られ
ない。このために発明者らは、窒化ボロンの特性面の前
記長所を生かすため以下の構成をとる。

■　窒化ボロンを他の高熱伝導性フィラーとの複合した
ものを硬化絶縁層７および接着絶縁層８に各々使用する
。

■　硬化絶縁層７には高熱伝導性フィラーとして窒化ボ
ロンを単独で分散したものを使用し、接着絶縁層８には
他の高熱伝導性フィラーを使用する。

■　窒化ボロンを配合割合を極めて少なくして接着絶縁
層８に使用する。

前記構成をとることによって接着強度の低下を防止して
いる。ここで他の高熱伝導性フィラーとしては、アルミ
ナが前記したように緒特性、すなわち分散性、接着強度
２粒度分布の選択性の自由度などが優れておシ、最−適
である。

以上のように本実施例によれば、接着性のある有機高分
子中に高熱伝導性フィラーを分散した高熱伝導性接着剤
を硬化絶縁層７と接着絶縁層８に分けて塗布形成される
もので、その内、少なくとも前記硬化絶縁層７には高熱
伝導性ンイラーとして窒化ボロンを単独もしくは複合し
て使った構成にすることによシ、前記硬化絶縁層７と接
着絶縁層８でなる高熱伝導゛性絶縁層における電気的容
量を大きくすることなく、前記高熱伝導性絶縁層の熱抵
抗を小さくし、放熱特性を良くした高熱伝導性金属ベー
スプリント基板を実現している。

次に本発明の高熱伝導性金属ベースプリント基板を製造
する上において、その製造方法の具体的実施例を述べる
。第３図において脱脂した金属ベース６に、接着性のあ
る有機高分子中に高熱伝導性フィラーとして少なくとも
窒化ボロンが分散されている高熱伝導性接着剤をプｌ／
−トコータ一方法、スクリーン印刷方法などによって塗
布し、１００℃以上の温度で乾燥、硬化して硬化Ｉｅ３
縁層７を形成する。次に高熱伝導性フィラーとして、窒
化ボロンを除く他の高熱伝導性フィラーだけを接着性の
ある有機高分子中に分散したもの、あるいは窒化ボロン
を他の高熱伝導性フィラーと複合したものなどの高熱伝
導性接着剤を前記同様の塗布方法で前記硬化絶縁層７上
に多層塗布し、塗布後は接着性を失なわない状態に低温
（８’Ｏ℃〜１２０℃）短時間で乾燥を行い接着絶縁層
８を形成する。次に導体６を前記接着絶縁層８に積層し
、１６０℃以上の温度と３０　Ｋｇ　／　ｃｎｉ　〜５
０　Ｋｇ　／　ｃｎｉの圧力で熱プレスして本発明の高
熱伝導性金属ベースプリント基板が得られる。ここで、
金属ベース６側に硬化絶縁）９！Ｉ７を形成しているの
は、硬化絶縁層７を形成する上において塗布した高熱伝
導性接着剤を乾燥・硬化する工程で被塗工基材が歪んだ
り反ったりしないようにしているためと、前記歪や反シ
のため、或いは取扱い上において高熱伝導性絶縁層に亀
裂や割れが生じないようにしているためであり、そのた
めに可撓性のない金属ベース６側へ硬化絶縁層７を形成
している。

また、接着絶縁層８の高熱伝導性フィラーとして窒化ボ
ロンを他の高熱伝４性フィラーと複合して使用するもの
にあっては、接着絶縁層８が接着を意図することから熱
抵抗、電気的容量の特性は低下するが接着強度を保証す
るために窒化ｉ％ｏンを減らす必要がある。その配合割
合は、他の高熱伝導性フィラーの質量以下とし、窒化ボ
ロンを単独で使用するようなものでは、前記屋化ボロン
の配合割合は接着性のある有機高分子に対し質量比で７
５％以下にすることにより、接着絶縁層８と導体７が強
固に接着できるものである。次に金属ベース６は、放熱
性を重視した用途には、アルミニウムがコストも安く曖
れておシ、さらにはアルマイト処理をしたアルミニウム
では、絶縁耐圧か向上したシ、プリント配線板加工二Ｆ
程の酸、アルカリ液で腐食しないこと、丑だアルマイト
処ｊｊＨ面が粗面化しているため、高熱伝導性絶縁層と
の接着強度が向上するなどの利点がある。なお前記実施
例では、高熱伝導性接着剤を金属ベース側に、塗布した
場合を述べ、その利点について述べたが、導体側に、硬
化絶縁層を形成し、その土に接着絶縁層を形成して金属
ベースを貼シ合せる構成、または、金属ベース、導体の
各々に硬化絶縁層およ−び接着絶縁層を形成したものを
前記絶縁層間で貼り合せる構成などいずれの構成によっ
ても高熱伝導性金属ベースプリント基板としての熱抵抗
、電気的容量、接着強度等の特性は変るものではない０
発明の効果 以上のように本発明は、接着性のある有機高分子中に高
熱伝導性フィラーを分散した高熱伝導性絶縁物からなる
硬化絶縁層と接着絶縁層とを介して導体および金属ベー
スを設け、前記硬化絶縁層と接着絶縁層のうち少なくと
も前記硬化絶縁層の高熱伝導性フィラーとして窒化ボロ
ンを単独または複合して使用することによシ、これによ
シ前記高熱伝導性絶縁層における電気的容量を犬きくす
ることなく上熱抵抗を小さくできるという優れた効果が
得られる。この効果は、従来、電気的容量から絶縁層の
厚みとして８０μｍ以下にできなかったものをさらに薄
くでき、これによってさらに熱抵抗も相乗効果の結果、
小さいものにすることが可能となった。

また、硬化絶縁層と接着絶縁層に分けて少なくとも２回
、塗布形成する方式をとっているために、接着絶縁層の
成分２組成さえ本発明のように指定しておけば、硬化絶
縁層に、高熱伝導性フィラーとして最も優れた窒化ボロ
ンを単独で、捷たはイ也の高熱伝導性フィラーと高配合
に複合して使用することが可能となった。これは前記し
た熱抵抗。

電気的容量の特性向上につながる主要因であることに併
せ、窒化ボロンを高熱伝導性フィラーとして使用した場
合の欠点である接着性も、上記、構成によって十分満た
されるものである。また少なくとも２回塗布することに
より、絶縁耐圧上問題となる気孔もなくなるなどの効果
がある。さらには金属ベースとしてアルミニウムまたは
アルマイト処理をしたアルミニウムを使用することによ
り、高熱伝導性絶縁層がよシ薄くてき熱抵抗特性の１句
上などが図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の高熱伝導性金属ベースプリント
基板の断面図、第３図は本発明の一実施例における高熱
伝導性金属ベースプリント基板の断面図である。 ６・・・・・・導体、６・・・・・金属ベース、７・・
・・・・硬化絶縁層、８・・・・・接着絶縁層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 を 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）接着性のある有機高分子中に高熱伝導性フィラー
   を分散した高熱伝導性絶縁物からなる硬化絶縁層と接着
   絶縁層とを介して導体および金属ベースを積層し、前記
   硬化絶縁層と接着絶縁層のうち少なくとも前記硬化絶縁
   層の高熱伝導性フィラーとして窒化ボロンを単独または
   複合して使用する高熱伝導性金属ベースプリント基板。 （２）金属ベース側に硬化絶縁層を形成した特許請求の
   範囲第１項記載の高熱伝導性金属ベースプリント基板。 （３）　接着絶縁層の高熱伝導性フィラーとして窒化ボ
   ロンを他の高熱伝導性フィラーの質量以下に複合して使
   用する特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性金属ベー
   スプリント基板。 （４）接着絶縁層の高熱伝導性フィラーとして窒化ボロ
   ンを単独として、接着性のある有機高分子との質量比７
   ６％以下とした特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性
   金属ベースプリント基板。 （６）　金属ベースとしてアルシミニウム捷たはアルマ
   イト処理をしたアツベニウムを用いた特許請求の範囲第
   １項記載の高熱伝導性金属ベースフ゛リント基板。