JPS62133061A - 絶縁金属基板及びその製造方法 - Google Patents

絶縁金属基板及びその製造方法

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JPS62133061A
JPS62133061A JP60272219A JP27221985A JPS62133061A JP S62133061 A JPS62133061 A JP S62133061A JP 60272219 A JP60272219 A JP 60272219A JP 27221985 A JP27221985 A JP 27221985A JP S62133061 A JPS62133061 A JP S62133061A
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JP
Japan
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al2o3
plasma
alumina
alpha
metal substrate
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Pending
Application number
JP60272219A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Yoshikawa
一男 吉川
Yoshio Nanba
吉雄 難波
Nobuyasu Kawai
河合 伸泰
Yoshitomo Sato
佐藤 義智
Rikuro Ogawa
小川 陸郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)

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、金属ベースIC基板や電源用トランジスタ絶
縁基板等に用いられる絶縁金属基板及びその製造方法に
関し、詳細には熱放散性に優れる上に靭性1耐割れ性、
耐剥離性を向上させることに成功した絶縁金属基板及び
その製造方法に関するものである。
[従来の技術] 近年、電子部品やプリント回路等の高集積化が進展して
いるが、これに伴ない上記電子部品等から放散される熱
量が増大し、それによる悪影響が上記電子部品等の機能
に及んでいる。即ち上記放散熱は、上記電子部品等を装
着している絶縁基板(基板に絶縁層を設けたものや基板
と絶縁層を兼ねたもののことをいう)に放散されるから
、上記絶縁基板の熱放散性は上記電子部品等の機能を維
持していく上で重要な特性である。
ところで上記絶縁基板としては、合成樹脂殊にエポキシ
樹脂(該エポキシ樹脂は基板及び絶縁層を兼ねる)等が
汎用されている。この様な絶縁基板は上記熱放散性が必
ずしも良好ではなく、従って上記合成樹脂以外の他の材
質を用いた絶縁基板の開発が待たれていた。
そこで金属を基板として用いた絶縁基板(以下絶縁金属
基板という場合もある)について検討がなされた。こう
した絶縁金属基板としては、金属基板上にガラスエポキ
シ樹脂層やポリイミド樹脂層等を形成してなるものがま
ず第1に挙げられる。しかし上記ガラスエポキシ樹脂層
等は、耐電圧性には優れているが熱伝導率が低いという
欠点を有しているので、上記樹脂層の厚みを可及的に薄
くしても絶縁金属基板全体としての熱放散性は必ずしも
満足し得るレベルとはならなかった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明者等は、この様に状況に鑑み上記ガラスエポキシ
樹脂層に代わるものとして、セラミックス層殊にアルミ
ナ層に着目し種々検討した。その結果、アルミナ層を絶
縁層として用いた絶縁金属基板(以下アルミナ絶縁金属
基板という場合もある)は、熱放散性に優れておりこの
点当初の意図に適うものであったが、上記アルミナ層の
靭性。
耐割れ性、耐剥離性については必ずしも要求性能を満た
し得ないことが分かった。即ち上記アルミナ層は、その
靭性が劣っているのでアルミナ絶縁金属基板をわずかに
変形させただけて割れか生じる。またアルミナ絶縁金属
基板に回路パターンを形成するに当たっては、該アルミ
ナ絶縁金属基板上に導体ペーストをスクリーン印刷し、
該導体ペーストを焼成するといった方法があるが、これ
を用いた場合においては、該焼成時(最高温度は900
〜1000℃までに達する)の熱による上記アルミナ層
の剥離が著しい。更に銅箔エツチング法等によって形成
された回路パターン上に、電子部品等を半田付けすると
いう方法を用いた場合においても、上記アルミナ層の剥
離が生ずる。
本発明はこうした事情を憂慮してなされたものであって
、熱放散性に優れる上に靭性、耐割れ性、耐剥離性を向
上させることのできる絶縁金属基板及びその製造方法を
提供しようとするものである。
[問題点を解決する為の手段コ 本発明に係る絶縁金属基板とは、金属基板上にアルミナ
絶縁層を形成してなる絶縁金属基板において、上記絶縁
層としてγ−Al2O3が5〜45重量%、残部が実質
的にα−Al2O3であるアルミナ層を形成したもので
あるところにその要旨か存在するものである。
また上記絶縁金属基板を得るに当たって用いられる方法
とは、α−Al2O3原料粉を用い、プラズマ溶射法に
よりγ−Al2O3を5〜45重量%含み且つ残部がα
−Al2O3であるアルミナ絶縁層を形成するところに
その要旨が存在するものである。
[作用] 本発明者等は、前記アルミナ絶縁金属基板の機械的性質
が劣っている点について、アルミナ層の性状分析から検
討を開始した。その結果、上記アルミナ層のほとんどが
α−Al2O3から構成されていることを確認し、該α
−Al2O3の機械的性質がそのままアルミナ層のそれ
に反映していることを知った。
ところでα−Al2O3と結晶形態を異にするものとし
てγ−Al2O3が知られ、ている。このγ−Al2O
3の物性については現在まで系統立った研究は余りなさ
れていないのが実情であるが、本発明者等はこのγ−A
l2O3について検討することとし、これを上記アルミ
ナ層に混入せしめて積極的に活用してやれば、上記機械
的性質に劣るという問題点を解決できるかも知れないと
の期待の下で研究を行なった。
そこで本発明者等は、プラズマ溶射法を用いて下記第1
表に示す如き溶射層を金属基板(軟鋼板)上に形成し、
夫々のアルミナ絶縁金属基板について曲げ角度や損傷の
形態を検討した。
その結果γ−Al2O3の含有率が5重量%以上になる
と、曲げ角度の上昇、即ち靭性の向上を果し得ることを
知った。しかし45重量%を超えると、損傷の形態が割
れから剥離に変わることが認められたので、剥離の面か
ら検討することの必要性を痛感した。
そこで前記アルミナ層の表面に金属片(約1 cm2)
を接着し、アルミナ絶縁金属基板を固定した状態のまま
上記金属片に引張力を加えて上記アルミナ層の!II#
J強度を測定し、その結果を上記第1表に併記した。上
記第1表よりγ−Al2O3の含有率が45重量%を超
えると剥離強度は大幅に低下することが分かった。
尚前記金属基板上に、該金属成分の少なくとも数種を含
む冶金学的金属層を例えばプラズマ溶射法によって形成
し、これに前記アルミナ絶縁層を形成しても良い。この
様な絶縁金属基板は、スクリーン印刷された導体ペース
トを焼成するときの最高温度、即ち900〜1000℃
においてもそのアルミナ絶縁層が1!lI離しないもの
であった。このことは、アルミナ絶縁金属基板[ステン
レス板上にこれと同一成分のステンレス溶射膜(厚さ7
0μm)を形成し、これに種々条件を変えてアルミナ絶
縁層を形成することによって得た]を、925℃より空
冷した場合の上記アルミナ絶縁層について!lJ離性等
を観察することによって確認された。
本発明に係る絶縁金属層を得るに当たっては、前述の如
くプラズマ溶射法を用いることが推奨されるが、以下該
プラズマ溶射法を用いるときの条件を踏まえつつ製造法
について説明する。
α−Al2O3は、これを高温加熱後急冷することによ
ってγ−Al2O3に変ることが知られている。そこで
本発明者等は、α−Al2O3を原料粉としプラズマ溶
射条件を種々変化させつつγ−Al2O3の生成効率に
ついて検討した。その結果、溶射ガンから放出されるα
−Al2O3の温度をできるだけ高温にすると共にこれ
を可及的大きい速度で極力速く冷却し、且つ上記アルミ
ナか金属基板に衝突するときの速度をできる限り上昇さ
せてやれば、γ−Al2O3の生成効率を向上させ得る
との確証を得た。
もっともアーク溶射やガス溶射を行なったとしてもα−
Al2O3からγ−Al2O3へ変えることは可能であ
るが、こうした溶射法を利用した際のγ−Al2O3生
成効率はプラズマ溶射に比較して劣っていた。ちなみに
10μm/秒の溶射層の形成速度で溶射を行なった場合
のγ−Al2O3生成率はプラズマ溶射では19%、ガ
ス溶射では3%であった。しかしアーク溶射等を用いた
場合であっても、溶射ガンに加えるエネルギー、溶射ガ
ンと金属基板との距離や基板の温度等を調節することに
よって8%程度まで上昇させることは可能である。
また同じプラズマ溶射であっても、大気圧条件下で行な
った場合と減圧下で行なった場合とではγ−Al2O3
の生成効率に差異が認められた。
10μm/秒の溶射層の形成速度では前者が19%であ
るのに対して後者が29%であった。
更に原料粉として用いられるα−Al2O3の粒度につ
いては、細かい程γ−Al2O3の生成効率は高いとい
うことが分かっているが、本発明者等は粒度の好適範囲
を規定すべく、下記第2表の如きα−Al2O3を用い
てγ−Al2O3の生成効率を検討した。
第   2   表 第2表より、粒径路20μmを超える原料粉が存在する
と、γ−Al2O3生成効率の低下を来たすことが分か
った。一方粒径2μm未満の原料粉においては、溶射ガ
ンへの供給が困難であること及び原料粉の調整が容易で
ないこと等の実用上の問題点が存在していた。
本発明者等は、以上の如き検討の結果アルミナ絶縁層に
γ−Al2O3を5〜45重量%形成する為には下記の
如き条件が必要であることを知った。
(八)プラズマ溶射条件 電   流   = 300〜700A電   圧  
 ; 40〜80V 溶射距餌  : 100〜300mm プラズマガス:ArとH2の混合ガス (B)原料条件 Cc−Al2O3の粒径2〜20μm [実施例] 実施例1 アルミ板上にγ−Al2O322%を含むアルミナ層を
150ミリバールの減圧下でプラズマ溶射を用い200
μmの厚みに形成し、次いて厚さ35μmの電解銅箔を
接着すると共にエツチング性により回路パターンを形成
し、この後耐電圧性や耐熱性等の試験を行なった。尚溶
射原料としては粒径2〜17μmのα−Al2O3を用
いた。
その結果耐電圧は10KVと極めて良好であることが分
かり、また260℃、30分加熱で行なった半田耐熱試
験後も上記アルミナ絶縁層の損傷及び耐電圧の劣化は認
められなかった。
第1図は、上記アルミナ絶縁金属基板の熱放散性を検討
する目的で、上記アルミナ絶縁金属基板にチップ抵抗を
設けてこれに電圧を印加し、この時の供給電力に対する
上記チップ抵抗の温度変化を追跡した結果を示すグラフ
である。このグラフから本発明に係るアルミナ絶縁金属
基板は、合成樹脂性の基板を使用した絶縁基板に比較し
て、温度上昇が緩やかで熱放散性に優れた特性を有して
いることが分かった。
実施例2 ステンレス板上に、これと同一組成のステンレス粉(原
料粉の粒径2〜17μm)をプラズマ溶nすすることに
よって厚さ約70μmのステンレス溶射膜を形成し、更
に該溶射膜上に厚さ150μmのアルミナ絶縁層(γ−
Al2O313重量%)を減圧プラズマ溶射法によって
形成した。その後導体ペーストをスクリーン印刷し、8
75℃で焼成した。
この時のアルミナ絶縁膜の状態について検討したところ
、亀裂や剥離等の損傷は全く認められず、耐電圧も7.
8KVと良好な値を示していた。
また上記第1図を得るに当たって行なったのと同様の検
討を行なったが、本実施例に係るアルミナ絶縁基板は優
れた熱放散性を有していることが分かった。
[発明の効果] 本発明は、上述の如く構成されているので、熱放散性に
優れる上に靭性、耐割れ性、耐剥離性を向上させること
のできる絶縁金属基板及びその製造方法を提供すること
ができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る絶縁金属基板の熱放散性を検討
する為のグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属基板上にアルミナ絶縁層を形成してなる絶縁
    金属基板において、上記絶縁層としてγ−Al_2O_
    3が5〜45重量%、、残部が実質的にα−Al_2O
    _3であるアルミナ層を形成したものであることを特徴
    とする絶縁金属基板。
  2. (2)金属基板上にアルミナ絶縁層を形成してなる絶縁
    金属基板を製造する方法において、α−Al_2O_3
    原料粉を用い、プラズマ溶射によりγ−Al_2O_3
    を5〜45重量%含み、残部が実質的にα−Al_2O
    _3であるアルミナ絶縁層を形成することを特徴とする
    絶縁金属基板の製造方法。
JP60272219A 1985-12-03 1985-12-03 絶縁金属基板及びその製造方法 Pending JPS62133061A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6482436A (en) * 1987-09-25 1989-03-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image display device
JPH01195642A (ja) * 1988-01-29 1989-08-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像表示装置
JP2011114010A (ja) * 2009-11-24 2011-06-09 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体モジュールおよびその製造方法ならびに電気機器
JP2011129731A (ja) * 2009-12-18 2011-06-30 Fuji Electric Co Ltd 配線基板およびその製造方法ならびに半導体モジュール

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