KR101156151B1 - 금속 베이스 회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 금속 기판과 당해 금속 기판 상에 적층된 절연층과 당해 절연층 상에 적층된 회로 형성용의 도전박을 가지고 이루어지는 금속 베이스 회로 기판으로서, 상기 금속 기판이 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께가 0.2～5.0mm이며, 상기 절연층이, 비이방성의 액정 폴리에스테르 용액에 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제가 분산되어 이루어지는 절연재 조성물을 사용하여 형성된 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 인버터나 높은 방열성을 필요로 하는 용도에 적용 가능한, 높은 열 전도율을 가짐과 동시에, 열 안정성 및 전기적 신뢰성이 높은 금속 베이스 회로 기판을 제공할 수 있다.

Description

금속 베이스 회로 기판 및 그 제조 방법{METAL-BASED CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 방열성이 우수하고, 또한 고온 하에서도 전기 절연성, 전기적 신뢰성이 높은 금속 베이스 회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 탑재용의 회로 기판에 있어서는, 소형화, 고밀도 실장화 및 고성능화는, 항상 존재하는 요구이며, 이러한 회로 기판은, 회로 기판에 탑재되는 반도체 소자의 소형화 기술의 개량에 의해, 해를 경과함에 따라 소형화되고 있다.

그러나, 회로 기판에 탑재되는 반도체 소자의 소형화, 고성능화, 하이파워화가 진행됨에 따라, 반도체 소자로부터 발생한 열을 어떻게 방산할 것인지가 큰 문제가 되고 있으며, 특히 고온 환경 하에서 사용되는 회로 기판에 있어서, 그 방열성의 향상이 요구되고 있다.

상기 고온 환경 하에서 사용되는 회로 기판에는, 주로 세라믹 베이스 회로 기판이 사용되고 있다. 이 세라믹 베이스 회로 기판은, 알루미나나 질화알루미늄으로 이루어지는 기판을 지지 기판으로서 사용하고, 이 지지 기판의 표면에 메탈라이징 기술을 이용하여 회로 형성용의 도전박을 적층한 구성의 회로 기판이다.

이 세라믹 베이스 회로 기판은, 고온 환경 하에서의 내구성이 양호하지만, 사이즈가 큰 제품을 만들기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 이 세라믹 베이스 회로 기판은, 세라믹 기판 자체가 취약하기 때문에, 차량 탑재용 전자 제품용의 전자 부품 등의 진동이 심한 상황 하에서 사용되는 제품에는 사용할 수 없고, 또한, 재료 가격이 매우 비싸, 제품 가격의 저감이 곤란하다는 문제점도 있다.

한편, 인버터 등 전원 분야를 중심으로, 방열성이 우수하다는 이유에서, 금속 베이스 회로 기판이 채용되고 있다. 금속 베이스 회로 기판에서는, 금속판 상에 절연층을 형성하고, 이 절연층 상에 회로 형성용의 도전박을 적층하는 구조로 할 필요가 있다. 따라서, 회로에 접속된 반도체 소자로부터 발생한 열은, 절연층을 구성하는 수지 재료를 통해 금속 기판에 전달되고, 금속 기판으로부터 방열되게 된다. 그런데, 절연층을 구성하는 수지는, 열 전도율이 낮기 때문에, 금속 베이스 회로 기판의 방열은, 불충분한 것으로 되어 있다. 이와 같이, 금속 베이스 회로 기판을 고온 환경 하에 놓이는 전자 부품용으로 사용할 수는 없는 것이, 현재의 상태이며, 제품 가격이 저렴한 금속 베이스 회로 기판의 방열성의 향상이 기대되고 있다.

그 때문에, 종래부터, 금속 베이스 회로 기판에 대하여, 절연층의 열 전도율을 높이는 여러 가지 노력은 진행되고 있다.

예를 들어, 수지 성분에, 구 형상이고 또한 입도 분포가 넓은 무기 필러를 65～85 체적％ 함유시킴으로써 절연 수지층 중에 무기 필러를 최밀 충전시키고, 열 전도율이 높은 무기 필러끼리를 수지층 중에서 접촉시킴으로써 열 방산성을 향상시키는 시도가 이루어져 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 이 시도에 의해 무기 필러의 충전성은 향상되고 열 전도율의 상승은 도모되었으나, 무기 필러 입자끼리의 접촉 면적은 작고, 달성되는 열 전도율은 5W/mK로 불충분한 것이다. 또한, 절연층에 차지하는 수지 성분량이 적어지기 때문에 수지층이 취약해져, 얻어지는 금속 베이스 회로 기판의 절연층의 기계적 강도가 불충분해지는 문제가 새롭게 발생한다.

일반적으로, 절연층의 열 전도율을 높이기 위해서는, 무기 충전제 입자끼리가 접촉하는 상태로 되지 않으면 높아지지 않는다. 따라서, 절연층의 열 전도율을 높이는 것을 고려하면, 무기 필러는 최밀 충전 구조에 가까운 상태까지 배합량을 늘려야 한다. 무기 충전제의 배합량이 늘어난 만큼, 절연층을 구성하는 수지 성분량이 감소하게 된다. 그 결과, 절연층과 금속 기판 혹은 도전박과의 접착성은 대폭 저하하게 된다. 또한, 수지 성분량이 감소함으로써, 절연층이 취약해진다는 문제점도 발생한다. 이 문제점은, 수지 성분으로서, 열경화성의 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 사용한 경우에, 현저해진다. 이와 같은 절연층은, 매우 취약해지기 때문에, 이와 같은 절연층을 가지는 금속 베이스 회로 기판에서는, 절단 가공되었을 때에, 절연층의 부스러기가 발생하기 쉬워진다. 발생한 부스러기가 파티클로서 기판을 더럽히거나, 프레스시에 기판 상에 놓인 파티클이 타흔(打痕)으로서 기판을 흠집을 내는 등의 가공 상의 문제가 많아진다.

또한, 종래 기술로서, 무기 충전제로서 열 전도율이 높은 질화붕소, 다이아몬드, 산화베릴륨을 사용하고, 수지 성분으로서 에폭시 수지를 사용한 금속 베이스 회로 기판이 개시되어 있다(특허문헌 2).

그러나, 전술한 바와 같이, 열 전도율이 높은 무기 충전제를 최밀 충전하였다고 해도, 무기 충전제끼리의 접촉 면적의 향상은 미소한 것으로, 대부분의 열은, 수지층을 통과하게 된다. 그러나, 수지의 열 전도율은 낮기 때문에, 열은 수지층에, 차단된다. 특허문헌 2에 개시된 구성에서도, 수지 성분은, 열 전도율이 낮은 비정성(非晶性)의 에폭시 수지이며, 이 수지층에 의해 열의 전도가 촌단(寸斷)되어 절연층 전체의 열 전도율은 높아도 12.4W/mK이다.

또한, 종래 기술로서, 수지 성분으로서, 비스말레이미드트리아진(BT레진) 또는 폴리페닐렌옥사이드 중 어느 것을 사용하고, 무기 충전제로서, 알루미나 또는 질화알루미늄을 사용하는 구성이 개시되어 있다(특허문헌 3).

BT레진과 같은 강직한 수지를 선택해도, 수지가 비정성이기 때문에 열 전도율이 낮고, 전술한 바와 같이 수지 성분이 전열 경로의 방해가 되는 것에 변함없으며, 얻어지는 절연층의 열 전도율은 높아도 7.5W/mK 정도이다.

또한, 종래 기술로서, 수지 성분으로서, 이방성을 나타내는 용융 성형 가능한 서모 트로픽 액정 폴리에스테르를 사용하고, 충전제로서, 열 전도율이 300°K에서 10W/mK 이상인 충전제를 사용한 구성의 절연층을 가지는 전기 부품 기판이 개시되어 있다(특허문헌 4).

이 기술에서는, 용융 수지에 무기 충전제를 배합함으로써 수지의 용융 점도가 매우 높아지기 때문에, 무기 충전제의 배합량을 높일 수 없고, 그 때문에 절연층의 열 전도율을 높일 수 없었다.

또한, 압출 성형시에도 수지의 점도가 높기 때문에 100～200㎛ 정도의 얇은 필름은 성형할 수 없다. 금속 베이스 기판의 절연층의 두께는 바람직하게는 50～200㎛이므로, 특허문헌 4에 기재된 재료는 금속 베이스 회로 기판의 절연층에는 전혀 적합성이 없다. 이것은, 특허문헌 4의 실시예 1에 개시되어 있는 바와 같이, 액정 폴리에스테르에 대하여 알루미나의 배합량은 35 용량％로 적고, 압출 두께는 0.4mm로 두껍고, 열 전도율은 1.5W/mK로 낮은 값이 되어 있는 점에서, 확인할 수 있다.

또한, 이방성을 나타내는 액정 폴리에스테르를 압출 성형하면, 폴리머는 압출 방향으로 배향하기 때문에 열 전도율도 길이 방향으로 높고 두께 방향으로 낮아진다. 금속 베이스 회로 기판에 있어서는, 회로에 발생하는 열은, 절연층 상의 회로층으로부터 절연층을 세로(두께 방향)로 가로지르도록 금속 기판을 향하여 흐르기 때문에, 절연층은 그 두께 방향의 열 전도율이 높은 것이 바람직하다. 그러나, 이 특허문헌 4의 구성에서는, 절연층의 두께 방향의 열 전도율은, 낮아지므로, 금속 베이스 회로 기판의 방열성은, 불충분한 것이 되지 않을 수 없다.

일본 공개특허공보 평5-167212호 일본 공개특허공보 평7-320538호 일본 공개특허공보 평6-188530호 일본 특허공보 평6-082893호

본 발명은, 상기 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 과제는, 인버터나 높은 방열성을 필요로 하는 용도에 적용 가능한, 높은 열 전도율을 가짐과 동시에, 열 안정성 및 전기적 신뢰성이 높은 금속 베이스 회로 기판을 제공하는 것에 있다.

또한, 세라믹 베이스 회로 기판은, 내열성이 우수하다는 이점을 가지는 한편, 대형 기판을 만들기 어렵고, 충격에 대해 약하다는 결점을 가지지만, 이에 대응하여, 상기 결점을 가지지 않고, 세라믹 베이스 회로 기판과 동일한 용도 분야에 사용할 수 있는, 내열성과 절연성과 신뢰성을 겸비하는 금속 베이스 회로 기판을 제공하는 것도, 본 발명의 과제이다. 본 발명의 금속 베이스 회로 기판의 용도는, 자동차 용도의 기판에 사용되고, 예를 들어, 전동 파워 스티어링 컨트롤 유닛, LED 헤드업 디스플레이, 오토매틱 트랜스미션, ABS 모듈, 엔진 제어 컨트롤 유닛, LED 미터패널 등을 예시할 수 있다. 기타 용도로서, LED 조명 기구, LED 표시판의 백라이트 등의 기판이나, 엘리베이터, 전차 등의 파워계 기판에도 사용된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 금속 기판과 당해 금속 기판 상에 적층된 절연층과 당해 절연층 상에 적층된 회로 형성용의 도전박을 가지고 이루어지는 금속 베이스 회로 기판으로서, 상기 금속 기판이 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께가 0.2～5.0mm이며, 상기 절연층이, 비이방성의 액정 폴리에스테르 용액에 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제가 분산되어 이루어지는 절연재 조성물을 사용하여 형성된 것임을 특징으로 한다.

상기 구성에 있어서, 절연층을 구성하는 절연재의 열 전도율이 6～30W/mK인 것이, 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법은, 상기 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법으로서, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께 0.2～5.0mm인 금속 기판의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과, 상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과, 상기 절연재층을 열처리하고, 분자량을 증가시켜 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과, 상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면에 상기 도전박을 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과, 상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법의 다른 구성은, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 도전박의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과, 상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과, 상기 절연재층을 열처리하고, 분자량을 증가시켜 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과, 상기 도전박의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면을 상기 금속 기판의 표면에 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과, 상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판에 의하면, 절연층을 구성하는 절연재로서 열 전도율이 높은 액정 폴리머를 매트릭스(모재)로서 사용하기 때문에, 도전박으로부터의 열을 금속 기판에 전달하는 절연층의 열 전도율을 대폭 향상시킬 수 있어, 금속 기판이 가지는 높은 열 방산성을 최대한으로 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법에 의하면, 액정 폴리에스테르 용액을 사용하고 있고, 이 액정 폴리머 용액은, 용이하게 대량의 무기 충전제를 배합할 수 있으며, 그 때문에, 수지 성분 중에 원하는 양의 무기 충전제를 균등하게 분산시킬 수 있고, 그 결과, 높은 열 전도율의 제품을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 절연층의 모재를 구성하는 수지 성분 자체의 열 전도율이 높기 때문에, 무기 충전제의 배합량을 저감시켜도, 절연층의 열 전도율을 높은 상태로 유지할 수 있고, 그 결과, 절연층의 열 전도성의 향상과, 절연층의 절연성 및 기계적 강도의 확보를 동시에 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 얻어지는 제품은, 높은 방열성을 가짐과 함께, 기계적 강도도 우수하기 때문에, 절단 가공이나 프레스 가공에도 대응할 수 있고, 저렴하게 얻을 수 있어, 세라믹 베이스 회로 기판이 주력이었던 분야를 포함하는 넓은 분야에 적용 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 크게 3종류의 구성 요소, 즉, 금속 기판과, 당해 금속 기판 상에 적층된 절연층과, 당해 절연층 상에 적층된 회로 형성용의 도전박을 가진다. 이하, 이들 구성 요소에 대해, 순서대로 상세하게 설명한다.

(금속 기판)

본 발명에서 사용되는 금속 기판으로는, 열 전도율 60W/mK 이상의 금속판이 사용된다. 이러한 금속 기판을 구성하는 금속 재료로는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 구리, 스테인리스, 혹은 이들의 합금, 열 전도율이 높은 카본을 복합화한 변성 알루미늄 등을 들 수 있다. 당해 금속 기판의 두께는, 0.2～5mm로 하는 것이 바람직하다.

(도전박)

본 발명의 금속 베이스 회로 기판에 사용하는 도전박으로는, 구리박, 알루미늄박이 바람직하고, 그 두께는, 10～400㎛로 하는 것이 바람직하다.

(절연층)

절연층은, 후술하는 특정한 절연재 조성물을 도전박 또는 금속 기판의 일방의 표면(접착면)에 도포하고, 이 도막을 건조시킨 후, 건조에 의해 얻어진 절연재층을 열처리하여, 절연재층을 구성하는 수지 성분의 분자량이 열처리에 의해 증가함으로써 얻어진다.

상기 도막이 형성되지 않는 타방인 도전박 또는 금속 기판의 적층은, 상기 열처리에 의해 절연층이 형성된 후에 행한다.

또한, 본 발명에 사용하는 절연층은, 필름 형상으로 별체로서 형성한 것을 사용해도 된다. 이 경우, 필름 형상의 절연층을 도전박과 금속 기판 사이에 배치하고, 이 적층체를 가열함으로써 도전박 및 금속 기판에 대한 접착을 실현한다. 열처리에 관해서는, 온도를 250～350℃에서 1시간 내지 10시간 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열접착시에는, 적층체를 두께 방향으로 가압하는 것이 바람직하다.

(절연재 조성물)

상기 절연층을 형성하기 위해 사용되는 절연재 조성물은, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 구성된다. 비이방성 폴리에스테르 용액은, 액정 폴리에스테르를 용제에 녹이고, 필요에 따라 다른 첨가제를 배합하여 이루어지는 폴리머 용액이다.

(액정 폴리에스테르)

본 발명에 사용되는 액정 폴리에스테르는, 용융시에 광학 이방성을 나타내고, 450℃ 이하의 온도에서 이방성 용융체를 형성하는 것이다.

이 이방성 용융체를 형성하는 액정 폴리에스테르는, 하기 일반식 (1)로 나타내는 구조 단위와, 하기 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위와, 하기 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위를 가진다.

-O-Ar¹-CO- (1)

-CO-Ar²-CO- (2)

-X-Ar³-Y- (3)

(식 (1) 중의 Ar¹은, 페닐렌 또는 나프틸렌이고, 식 (2) 중의 Ar²는, 페닐렌, 나프틸렌 또는 하기 식 (4)로 나타내는 기이고, 식 (3) 중의 Ar³은, 페닐렌 또는 하기 식 (4)로 나타내는 기이며, X 및 Y는 O 또는 NH를 나타내고, X와 Y가 동일한 구성이어도 된다. 또한, Ar¹, Ar² 및 Ar³의 방향고리에 결합하고 있는 수소 원자는, 할로겐 원자, 알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.)

-Ar¹¹-Z-Ar¹²- (4)

(식 (4) 중, Ar¹¹ 및 Ar¹²는 각각 독립적으로, 페닐렌 또는 나프틸렌을 나타낸다. Z는 O, CO 또는 SO₂를 나타낸다.)

상기 일반식 (1)～(3)으로 나타내는 각 구조 단위의 배합 비율은, 전체 구조 단위의 합계에 대하여, 일반식 (1)로 나타내는 구조 단위가 30.0～45.0 몰％, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위가 27.5～35.0 몰％, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위가 27.5～35.0 몰％인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 액정 폴리에스테르는, 방향족 디아민 유래의 구성 단위 및 수산기를 가지는 방향족 아민 유래의 구성 단위로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 구성 단위 (a)를, 전체 구성 단위에 대하여 27.5～35.0 몰％ 포함하는 폴리머이면 바람직하다. 특히, 상기 구성 단위 (a)를, 상기 일반식 (3)으로 나타내는 구성 단위로서 가지고 있으면, 상기 서술한 효과, 즉, 「용융시에 광학 이방성을 나타내고, 450℃ 이하의 온도에서 이방성 용융체를 형성한다」는 효과가 보다 양호하게 얻어지게 되는 경향이 있다.

일반식 (1)로 나타내는 구조 단위는, 방향족 하이드록시카르본산 유래의 구조 단위이고, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위는, 방향족 디카르본산 유래의 구조 단위이며, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위는, 방향족 디아민 또는 페놀성 수산기를 가지는 방향족 아민에서 유래된 구조 단위이다. 이러한 구조 단위 (1)～(3)을 각각 유도하는 화합물을 모노머로서 사용하고, 그들 모노머를 중합함으로써, 본 발명에 사용하는 액정 폴리에스테르가 얻어진다.

또한, 본 발명에 사용하는 방향족 액정 폴리에스테르를 얻는 중합 반응의 진행을 용이하게 하는 관점에서는, 상기 서술한 모노머 대신에, 그들의 에스테르 형성성 유도체나 아미드 형성성 유도체를 사용해도 된다.

상기 카르본산의 에스테르 형성성?아미드 형성성 유도체로는, 예를 들어, 카르복실기가, 폴리에스테르나 폴리아미드를 생성하는 반응을 촉진시키는, 산 염화물, 산 무수물 등의 반응 활성이 높은 유도체로 되어 있는 것, 카르복실기가, 에스테르 교환?아미드 교환 반응에 의해 폴리에스테르나 폴리아미드를 생성하는 알코올류나 에틸렌글리콜 등과 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.

또한, 상기 페놀성 수산기의 에스테르 형성성?아미드 형성성 유도체로는, 예를 들어, 에스테르 교환 반응에 의해 폴리에스테르나 폴리아미드를 생성하도록, 페놀성 수산기가 카르본산류와 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.

또한, 상기 아미노기의 아미드 형성성 유도체로는, 예를 들어, 아미드 교환 반응에 의해 폴리아미드를 생성하도록, 아미노기가 카르본산류와 에스테르를 형성하고 있는 것 등을 들 수 있다.

상기 일반식 (1)～(3)으로 나타내는 구조 단위로는, 구체적으로는, 하기의 것을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

일반식 (1)로 나타내는 구조 단위로는, 예를 들어, p-하이드록시벤조산, 6-하이드록시-2-나프토에산 및 4-하이드록시-4'-비페닐카르본산에서 선택되는 방향족 하이드록시카르본산에서 유래된 구조 단위 등을 들 수 있고, 이들 구조 단위 중, 2종 이상의 구조 단위가 포함되어 있어도 된다. 특히, p-하이드록시벤조산 유래의 구조 단위 또는 2-하이드록시-6-나프토에산 유래의 구조 단위를 가지는 방향족 액정 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.

전체 구조 단위의 합계에 대하여, 일반식 (1)로 나타내는 구조 단위의 배합량은, 30.0～45.0 몰％이고, 보다 바람직하게는 35.0～40.0 몰％의 범위이다.

일반식 (1)로 나타내는 구조 단위가 45.0 몰％를 초과하면, 후술하는 비프로톤성 용매에 대한 용해성이 저하되고, 30.0 몰％ 미만에서는, 폴리에스테르의 액정성을 나타내지 않는 경향이 있기 때문에, 모두 바람직하지 않다.

다음으로, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위로는, 예를 들어, 테레프탈산, 이소프탈산 및 2,6-나프탈렌디카르본산에서 선택되는 방향족 디카르본산에서 유래된 구조 단위 등을 들 수 있고, 이들 구조 단위 중, 2종 이상의 구조 단위가 포함되어 있어도 된다. 특히, 후술하는 비프로톤성 용매에 대한 용해성의 관점에서는, 이소프탈산 유래의 구조 단위를 가지는 액정 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.

전체 구조 단위의 합계에 대하여, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위의 배합량은, 27.5～35.0 몰％이고, 보다 바람직하게는 30.0～32.5 몰％의 범위이다.

일반식 (2)로 나타내는 구조 단위가 35.0 몰％를 초과하면, 액정성이 저하되는 경향이 있고, 27.5 몰％ 미만에서는 상기 비프로톤성 용매에 대한 용해성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 모두 바람직하지 않다.

다음으로, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위로는, 예를 들어, 3-아미노페놀 또는 4-아미노페놀로 예시되는 페놀성 수산기를 가지는 방향족 아민 유래 구조 단위이거나, 1,4-페닐렌디아민 또는 1,3-페닐렌디아민으로 예시되는 방향족 디아민 유래의 구조 단위를 들 수 있고, 이들 구조 단위 중, 2종 이상의 구조 단위가 포함되어 있어도 된다. 그 중에서도, 액정 폴리에스테르 제조에 관련된 중합 반응성의 관점에서, 4-아미노페놀 유래의 구조 단위를 가지는 액정 폴리에스테르를 사용하는 것이 바람직하다.

전체 구조 단위의 합계에 대하여, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위의 배합량은, 27.5～35.0 몰％이고, 보다 바람직하게는 30.0～32.5 몰％의 범위이다.

일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위가 35.0 몰％를 초과하면, 액정성이 저하되는 경향이 있고, 27.5 몰％ 미만에서는 상기 비프로톤성 용매에 대한 용해성이 저하되는 경향이 있어, 모두 바람직하지 않다.

또한, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위와, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위는, 실질적으로 등량인 것이 바람직하지만, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위를 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위에 대하여, -10 몰％～＋10 몰％로 함으로써, 방향족 액정 폴리에스테르의 중합도를 제어할 수도 있다.

상기 방향족 액정 폴리에스테르의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 일반식 (1)로 나타내는 구조 단위에 대응하는 방향족 하이드록시카르본산, 일반식 (3)으로 나타내는 구조 단위에 대응하는 수산기를 가지는 방향족 아민, 방향족 디아민의 페놀성 수산기나 아미노기를, 과잉량의 지방산 무수물에 의해 아실화하여 아실화물(에스테르 형성성 유도체나 아미드 형성성 유도체)을 얻고, 얻어진 아실화물과, 일반식 (2)로 나타내는 구조 단위에 대응하는 방향족 디카르본산을 에스테르 교환(중축합)하여 용융 중합하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 아실화물로는, 미리 아실화하여 얻은 지방산 에스테르를 사용해도 된다(일본 공개특허공보 제2002-220444호, 일본 공개특허공보 제2002-146003호 참조).

상기 아실화 반응에 있어서는, 지방산 무수물의 첨가량은, 페놀성 수산기와 아미노기의 합계에 대하여, 1.0～1.2배 당량인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.05～1.1배 당량이다.

지방산 무수물의 첨가량이 1.0배 당량 미만에서는, 에스테르 교환(중축합)시에 아실화물이나 원료 모노머 등이 승화하여, 반응계가 폐색되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 1.2배 당량을 초과하는 경우에는, 얻어지는 방향족 액정 폴리에스테르의 착색이 현저해지는 경향이 있다.

상기 아실화 반응은, 130～180℃에서 5분～10시간 반응시키는 것이 바람직하고, 140～160℃에서 10분～3시간 반응시키는 것이 보다 바람직하다.

상기 아실화 반응에 사용되는 지방산 무수물은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 부티르산, 무수 이소부티르산, 무수 발레르산, 무수 피발산, 무수 2에틸헥산산, 무수 모노클로르아세트산, 무수 디클로르아세트산, 무수 트리클로르아세트산, 무수 모노브로모아세트산, 무수 디브로모아세트산, 무수 트리브로모아세트산, 무수 모노플루오로아세트산, 무수 디플루오로아세트산, 무수 트리플루오로아세트산, 무수 글루타르산, 무수 말레산, 무수 숙신산, 무수 β-브로모프로피온산 등을 들 수 있고, 이들은 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

이들 중에서도, 가격과 취급성의 관점에서, 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 부티르산, 무수 이소부티르산이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 무수 아세트산이다.

상기 에스테르 교환?아미드 교환에 있어서는, 아실화물의 아실기가 카르복실기의 0.8～1.2배 당량인 것이 바람직하다.

또한, 상기 에스테르 교환?아미드 교환은, 130～400℃에서 0.1～50℃/분의 비율로 승온시키면서 행하는 것이 바람직하고, 150～350℃에서 0.3～5℃/분의 비율로 승온시키면서 행하는 것이, 보다 바람직하다.

상기 아실화하여 얻은 지방산 에스테르와, 카르본산이나 아민을 에스테르 교환?아미드 교환시킬 때, 평형을 이동시키기 위해, 부생하는 지방산과 미반응의 지방산 무수물은, 증발시키는 등을 하여 계외로 증류 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 아실화 반응, 에스테르 교환?아미드 교환은, 촉매의 존재 하에 행해도 된다. 당해 촉매로는, 폴리에스테르의 중합용 촉매로서 관용인 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, 아세트산마그네슘, 아세트산 제1주석, 테트라부틸티타네이트, 아세트산납, 아세트산나트륨, 아세트산칼륨, 3산화안티몬 등의 금속염 촉매, N,N-디메틸아미노피리딘, N-메틸이미다졸 등의 유기 화합물 촉매 등을 들 수 있다.

상기 촉매 중에서도, N,N-디메틸아미노피리딘, N-메틸이미다졸 등의 질소 원자를 2개 이상 포함하는 복소고리형 화합물이 바람직하게 사용된다(일본 공개특허공보 제2002-146003호 참조).

상기 촉매는, 통상, 모노머류의 투입시에 투입되고, 아실화 후에도 제거하는 것은 반드시 필요하지는 않으며, 당해 촉매를 제거하지 않는 경우에는 그대로 에스테르 교환을 행할 수 있다.

상기 에스테르 교환?아미드 교환에 의한 중합은, 통상, 용융 중합에 의해 행해지는데, 용융 중합과 고상 중합을 병용해도 된다. 고상 중합은, 용융 중합 공정으로부터 폴리머를 발출하고, 그 후, 분쇄하여 파우더상 혹은 플레이크상으로 한 후, 공지된 고상 중합 방법에 의해 행할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 질소 등의 불활성 분위기 하, 20～350℃에서, 1～30시간 고상 상태로 열처리하는 방법을 들 수 있다. 고상 중합은, 교반하면서 행해도 되고, 교반하지 않고 정치(靜置)한 상태에서 행해도 된다.

또한 적당한 교반 기구를 구비함으로써 용융 중합조와 고상 중합조를 동일한 반응조로 할 수도 있다.

고상 중합 후, 얻어진 방향족 액정 폴리에스테르는, 공지된 방법에 의해 펠릿화하여, 성형해도 된다.

상기 방향족 액정 폴리에스테르의 제조는, 예를 들어, 회분 장치, 연속 장치 등을 사용하여 행할 수 있다.

또한, 상기 방향족 액정 폴리에스테르로는, 하기의 방법으로 구해지는 유동 개시 온도가 260℃ 이상이면, 얻어지는 방향족 액정 폴리에스테르와 금속박 등의 도전층이 될 수 있는 기재와의 사이에, 그리고 금속 기판과의 사이에, 보다 고도의 밀착성이 얻어지기 때문에, 바람직하다.

또한, 상기 유동 개시 온도는 250℃ 이상 300℃ 이하인 것이, 보다 바람직하다. 유동 개시 온도가 250℃ 이상이면, 상기 서술한 바와 같이, 도전박 및 금속 기판의 각각과 방향족 액정 폴리에스테르의 밀착성이 보다 향상되는 경향이 있고, 반대로, 유동 개시 온도가 300℃ 이하이면 용매에 대한 용해성이 보다 향상되는 경향이 보인다. 이러한 관점에서, 유동 개시 온도가 260℃ 이상 290℃ 이하의 범위인 것이, 더욱 바람직하다.

상기 유동 개시 온도란, 플로우 테스터에 의한 용융 점도의 평가에 있어서, 이러한 방향족 폴리에스테르의 용융 점도가 9.8MPa의 압력 하에서 4800Pa?s 이하가 되는 온도를 말한다.

또한, 1987년 발행의 서적 「액정 폴리머 -합성?성형?응용-」 (코이데 나오유키편, 95～105페이지, CMC, 1987년 6월 5일 발행)에 의하면, 1970년대에 액정 폴리에스테르 수지가 개발된 이후, 액정 폴리에스테르 수지의 분자량의 기준으로서, 플로우 온도(본 발명에 있어서의 유동 개시 온도와 동등한 정의)가 이용되고 있다.

상기 방향족 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도를 제어하는 방법으로는, 예를 들어, 용융 중합 공정으로부터 폴리머를 발출하고, 그 폴리머를 분쇄하여 파우더상 혹은 플레이크상으로 한 후, 공지된 고상 중합 방법에 의해 유동 개시 온도를 조정함으로써 용이하게 실시할 수 있다.

보다 구체적으로는, 예를 들어, 용융 중합 공정 후, 질소 등의 불활성 분위기 하, 210℃를 초과하는 온도에서, 보다 바람직하게는 220℃～350℃의 온도에서, 1～10시간, 고상 상태에서 열처리하는 방법에 의해 얻어진다. 고상 중합은, 교반하면서 행해도 되고, 교반하지 않고 정치한 상태에서 행해도 된다. 예를 들어, 질소의 불활성 분위기 하에서 교반하지 않고 정치한 상태에서, 온도 225℃ 3시간의 조건 하에서 고상 중합을 행하는 방법을 들 수 있다.

(비이방성 액정 폴리에스테르 용액의 용매)

상기 서술한 액정 폴리에스테르를 용해시켜 본 발명에 사용하는 비이방성 액정 폴리에스테르 용액을 얻기 위한 용매로는, 할로겐 원자를 포함하지 않는 비프로톤성 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 할로겐 원자를 포함하지 않는 비프로톤성 용매란, 예를 들어, 디에틸에테르, 테트라하이드로푸란, 1,4-디옥산 등의 에테르계 용매, 아세톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 아세트산에틸 등의 에스테르계 용매, γ-부티로락톤 등의 락톤계 용매, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매, 트리에틸아민, 피리딘 등의 아민계 용매, 아세토니트릴, 숙시노니트릴 등의 니트릴계 용매, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 테트라메틸우레아, N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 용매, 니트로메탄, 니트로벤젠 등의 니트로계 용매, 디메틸술폭시드, 술포란 등의 술파이드계 용매, 헥사메틸인산아미드, 트리n-부틸인산 등의 인산계 용매 등을 들 수 있다.

이들 중에서, 쌍극자 모멘트가 3 이상 5 이하인 용매를 사용하면, 상기 방향족 액정 폴리에스테르의 용해성의 관점에서 바람직하고, 구체적으로는, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 테트라메틸우레아, N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 용매, γ-부티로락톤 등의 락톤계 용매가 바람직하고, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈(NMP)이 보다 바람직하다. 나아가서는, 상기 용매가, 1기압에서의 비점이 180℃ 이하인 휘발성이 높은 용매이면, 방향족 액정 폴리에스테르 용액을 포함하는 절연재 조성물을 도막으로 한 후, 당해 도막으로부터 용매를 제거하기 쉽다는 이점도 있다. 이 관점에서는, N,N-디메틸포름아미드(DMF), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc)가 특히 바람직하다.

본 발명에 사용되는 비이방성 액정 폴리에스테르 용액은, 상기 방향족 액정 폴리에스테르가, 전술한 비프로톤성 용매 100 중량부에 대하여 10～50 중량부, 바람직하게는 20～40 중량부 함유된다.

방향족 액정 폴리에스테르가 10 중량부 미만이면, 용매분이 많아, 건조 제거시에 도막의 외관 불량이 일어나기 쉽다. 방향족 액정 폴리에스테르가 50 중량부를 초과하면, 방향족 액정 폴리에스테르 용액이 고점도화되는 경향이 있어, 취급성이 저하된다. 상기 용액 조성물에 있어서의 방향족 액정 폴리에스테르 함유량은, 그 용액 점도의 밸런스로부터 상기 범위에서 적절히 최적화할 수 있지만, 비프로톤성 용매 100 중량부에 대하여, 방향족 액정 폴리에스테르가 20～40 중량부인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 금속 베이스 회로 기판의 절연층의 모재로서 사용하는 상기 액정 폴리에스테르는, 열경화 전의 분자량은 비교적 작기 때문에, 비교적 용이하게 용액으로 할 수 있고, 용이하게 도막을 형성할 수 있다. 그리고, 도막으로 한 후, 건조시키고, 그 후, 열처리함으로써, 도막을 구성하는 수지의 분자량을 증가시킬 수 있고, 그 결과, 얻어지는 절연층은, 기계적 강도가 우수한 것이 된다.

또한, 상기 액정 폴리에스테르는 열가소성 때문에, 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지의 보관에 의한 시간 경과적 변화가 없기 때문에, 공업 제품으로서 안심하고 사용할 수 있다. 또한 열가소성이기 때문에, 배향을 충분히 발달시키는 것이 가능하고, 분자량을 충분히 높이는 가열 프로세스를 취함으로써 포논 전도의 패스 길이를 길게 취할 수 있기 때문에 대폭 열 전도율을 높이는 것이 가능해지고, 아울러 강인하고 접착력이 높은 절연층을 구성할 수 있다. 따라서, 이 액정 폴리에스테르를 모재로서 사용하여 절연층을 구성함으로써, 금속 베이스 회로 기판의 가공성을 만족하면서 품질면이나 전기적 신뢰성이 높은 제품이 얻어진다.

(무기 충전제)

본 발명에 사용하는 무기 충전제로는, 30W/mK 이상의 열 전도율과 절연성이 우수한 것을 선택할 필요가 있다. 알루미나, 산화마그네슘, 산화베릴륨, 수산화알루미늄, 산화아연, 질화알루미늄, 질화붕소 등의 입자가 바람직하다.

입자의 형상은, 상기 비이방성 액정 폴리에스테르 용액에 배합하여 조정한 절연재 조성물의 점도가 높아지지 않는 것이나, 액정 폴리에스테르 수지 중에서 무기 충전제의 입자가 조밀하게 충전되기 쉬운 것을 고려하면, 구 형상이 바람직하다. 구 형상이 아닌 경우에는, 무기 충전제를 미분말로 한 후, 파우더 스프레이법에 의해 대략 구 형상으로 성형한 것이 바람직하다.

이들 무기 충전제는 수지와의 밀착성이나 분산성을 향상시키기 위해, 표면 처리제로 무기 충전제 입자의 표면을 처리하는 것이 바람직하다. 표면 처리제로는, 실란커플링제, 티탄커플링제, 알루미늄이나 지르코늄계의 커플링제, 장쇄 지방산, 이소시아네이트 화합물, 에폭시기나 메톡시실란기, 아미노기, 수산기 등을 포함한 극성 고분자나 반응성 고분자 등이 바람직하다.

(금속 베이스 회로 기판의 제조 프로세스)

상기 수지 성분(액정 폴리에스테르)과, 상기 무기 충전제와, 필요에 따라 다른 첨가제를 상기 용제에 용해?분산시켜 바니시(절연재 조성물)로 하고, 금속박 또는 금속 기판 및 기타 기재에 도포하고, 가열에 의해 용제를 제거하여 절연층을 형성한다.

상기 무기 충전제는 균일하게 분산시키는 것이 중요하고, 그 때문에, 예를 들어, 먼저, 용제에, 수지 성분과, 실란커플링제, 티탄커플링제 등의 커플링제와, 필요에 따라 이온 흡착제 등을 첨가하고, 이들을 용제에 용해, 분산시킨다. 그 후, 무기 충전재를 적당량 첨가하여 볼 밀, 3본 롤, 원심 교반기 및 비즈 밀 등에 의해 충전제를 분쇄하면서, 수지 용액 중에 분산시킨다.

얻어진 절연재 조성물의 도공 방법은, 롤 코트, 바 코트 및 스크린 인쇄 등으로 행하고, 연속식 및 단판식 도공이 가능하다.

연속식 도공의 기재에 구리박을 사용함으로써 절연층이 있는 금속 도체박으로 할 수 있다.

또한, 단판식 도공에는, 철, 구리 및 알루미늄판 등을 사용하는 것도 가능하다.

상기 구성이 절연층의 형성에 초점을 맞춘 경우의, 본원발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법의 기본적 구성인데, 도전박, 절연층, 및 금속 기판이라는 주(主)구성 요소의 적층 순서를 포함한 전체의 제조 방법을 고려한 경우, 이하의 3가지의 프로세스를 생각할 수 있다.

(제1 프로세스)

제1 프로세스는, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께 0.2～5.0mm인 금속 기판의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과, 상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과, 상기 절연재층을 열처리하고, 분자량을 증가시켜 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과, 상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면에 상기 도전박을 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과, 상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 프로세스이다.

(제2 프로세스)

제2 프로세스는, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 도전박의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과, 상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과, 상기 절연재층을 열처리하고, 분자량을 증가시켜 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과, 상기 도전박의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면을 상기 금속 기판의 표면에 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과, 상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 프로세스이다.

(제3 프로세스)

제3 프로세스는, 비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 별체의 지지 기재의 표면에 도공하고, 얻어진 절연 도막을 건조시키고, 건조시킨 절연 도막을 열처리하여, 분자량을 증가시켜 절연층용의 필름을 얻는 절연층 형성 공정과, 상기 필름 형상의 절연층을 상기 지지 기재로부터 박리하고, 도전박과 금속 기판 사이에 배치하여, 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 프로세스이다.

상기 각 프로세스에 있어서, 절연층을 가열함으로써 도전박 및 금속 기판에 접착하고 있는데, 이것은, 절연재 조성물을 구성하는 액정 폴리에스테르가 열가소성 수지이기 때문이며, 열접착이라는 간이한 방법에 의해, 적층의 각 층간의 접착이 확실하게 행해진다.

상기 3종류의 프로세스 중 어느 프로세스를 이용해도, 본원발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판을 제조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 절연층의 모재로 하는 수지 성분으로서 열 전도성이 높은 액정 폴리에스테르를 사용하고, 이것에 열 전도성의 무기 충전제를 배합하기 때문에, 절연층의 열 전도율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 절연층의 모재인 수지 성분의 열 전도율이 대폭 향상됨에 따라 무기 충전제의 배합량을 과도하게 증대시킬 필요가 없어지고, 수지 성분량을 많게 하여 절연층의 절연성 및 기계적 강도를 향상시키는 것도 가능하게 된다.

또한, 액정 폴리에스테르는, 금속에 대한 열접착성이 우수하기 때문에, 접착제 등의 접착 수단을 사용한 접착 전용의 공정을 필요로 하지 않으므로, 제조가 용이하고, 또한 경제적 효과가 얻어진다.

이와 같이 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 방열성이 높기 때문에 전기적 신뢰성이 높고, 게다가 절연층의 절연성 및 기계적 강도가 높으므로, 인버터 등에 사용되고 있는 세라믹 기판의 용도에 저렴한 대체 제품으로서 적용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 예시로서, 전혀 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

〔1〕액정 폴리에스테르의 제조

교반 장치, 토크 미터, 질소 가스 도입관, 온도계 및 환류 냉각기를 구비한 반응기에, 6-하이드록시-2-나프토에산 1976g(10.5몰), 4-하이드록시아세트아닐리드 1474g(9.75몰), 이소프탈산 1620g(9.75몰) 및 무수 아세트산 2374g(23.25몰)을 주입하였다. 반응기 내를 충분히 질소 가스로 치환한 후, 질소 가스 기류 하에서 15분에 걸쳐 150℃까지 승온시키고, 그 온도를 유지하여 3시간 환류시켰다.

그 후, 증류 추출하는 부생 아세트산 및 미반응의 무수 아세트산을 증류 제거하면서, 170분에 걸쳐 300℃까지 승온시키고, 토크의 상승이 관찰되는 시점을 반응 종료로 간주하여, 내용물을 취출하였다. 취출한 내용물을 실온까지 냉각하고, 분쇄기로 분쇄 후, 비교적 저분자량의 액정 폴리에스테르의 분말을 얻었다. 얻어진 분말을 시마즈 제작소 플로우 테스터 CFT-500에 의해 유동 개시 온도를 측정한 결과, 235℃였다. 이 액정 폴리에스테르 분말을, 질소 분위기에서 223℃ 3시간에 가열처리하는 고상 중합을 행하였다. 고상 중합 후의 액정 폴리에스테르의 유동 개시 온도는 270℃였다.

〔2〕액정 폴리에스테르 용액 A의 조제

상기〔1〕에서 얻어진 액정 폴리에스테르 2200g을, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc) 7800g에 첨가하고, 100℃에서 2시간 가열하여 액정 폴리에스테르 용액 A를 얻었다. 이 용액 조성물의 용액 점도는 320cP였다. 또한, 이 용융 점도는, B형 점도계(토키 산업 제조, 「TVL-20형」, 로터 No.21(회전수:5rpm)을 사용하여, 측정 온도 23℃에서 측정한 값이다.

(실시예 1)

고형분 22％의 액정 폴리에스테르 용액 A : 100부에 대하여, 구 형상 알루미나(쇼와 전공사 제조, 상품명 「AS-40」, 평균 입경 11㎛)를 체적 충전율로 65％ 배합하여 절연재 용액을 제조하였다. 이 절연재 용액을 원심식 교반 탈포기로 5분 교반한 후, 두께 70㎛의 구리박 상에 약 300㎛의 두께로 도포하였다. 이것을 100℃에서 20분 건조 후, 320℃에서 3시간 열처리하였다. 금속 기판으로서 열 전도율 140W/mK, 두께 2.0mm의 알루미늄 합금에 절연재 조성물을 도포한 상기 구리박을 적층하고, 압력 50kg/㎠, 온도 340℃에서 20분 가열처리하여, 열접착하였다.

얻어진 금속 베이스 회로 기판을 샘플로 하여, 열 전도율, 땜납 내열성, 내전압성, T필 강도의 각 성능을 각각 이하의 측정 조건으로 평가하였다.

(열 전도율)

기판 사이즈 30×40mm, 랜드 사이즈 14×10mm의 기판에 땜납으로 트랜지스터 C2233을 장착하였다. 당해 기판 이면에 열 전도성의 실리콘 그리스를 사용하여 수냉각 장치에 세트하고 30W의 전력을 공급하였을 때 발열하는 트랜지스터 표면과 냉각 장치의 온도를 측정하였다. 열 저항값={(트랜지스터 표면 온도)-(냉각 장치 표면 온도)}/부하 전력으로부터 산출하였다. 열 저항값으로부터 환산식을 이용하여 열 전도율을 산출하였다.

(땜납 내열)

300℃의 땜납욕 위에 기판 사이즈 50×50mm, 랜드 사이즈 25×50mm(우측 절반의 구리박을 남긴다)의 기판을 올려 4분간 팽창이나 박리가 없는 것을 육안으로 관찰하여, 평가하였다.

(내전압)

절연유 중에 시험편을 침지시키고, 실온에서 교류 전압을 구리박과 알루미늄판 사이에 인가하여 절연 파괴되는 전압을 측정하였다.

(T필 강도 시험)

적층판의 구리박을 에칭하여 폭 10mm의 패턴을 형성한 샘플을 제조하고, 기판과 구리박이 수직이 되도록 50mm/분의 속도로 뗄 때의 T필 강도(N/cm)를 측정하였다.

상기 각 평가 방법에 의해 평가를 한 결과, 열 전도율은 10.8W/mK, T필 강도는 20.5N/cm, 내전압은 4.5kV, 땜납 내열은 300℃에서 4분간으로서, 합격이었다.

(비교예 1)

액정 폴리에스테르 용액 A 대신에 비스페놀 A계 에폭시 수지(아데카사 제조, 상품명 「EP4100G」, 에폭시 당량 190) 100부, 산 무수물계 경화제(아데카사 제조, 상품명 「EH3326」, 산가 650) 85부, 용매로서 톨루엔 100부를 사용한, 실시예 1과 동일하게 알루미나를 체적 충전율로 65％ 배합, 교반하여 구리박에 도포 후 건조시켰다. 열처리는 행하지 않고 그대로 알루미늄에 적층하여 180℃, 50kg/㎠로 1.5시간 가열하고, 열접착하였다.

얻어진 금속 베이스 회로 기판의 성능은, 열 전도율은 3.4W/mK로 액정 폴리에스테르를 사용한 실시예에 비해 매우 낮은 값이었다.

(실시예 2)

액정 폴리에스테르 용액 A : 100부에 대하여, 질화붕소(평균 입경 5～8㎛, 미즈시마 합금철사 제조, 상품명 「HP-40」)를 체적 충전율로 70％ 배합하고, 실시예 1과 동일하게 금속 베이스 회로 기판을 제조하였다.

얻어진 금속 베이스 회로 기판의 성능은, 열 전도율은 16.8W/mK로 높고, 그 밖에, T필 강도가 7.6N/cm, 내전압 4.5kV, 땜납 내열 300℃에서 4분간으로서, 합격이었다.

(비교예 2)

비교예 1에서 사용한 에폭시 수지 및 산 무수물 경화제 100부에 질화붕소를 체적 충전율로 70％ 배합하고, 비교예 1과 동일한 순서로 금속 베이스 회로 기판을 제조하였다.

얻어진 금속 베이스 회로 기판의 열 전도율은 5.2W/mK로서, 액정 폴리에스테르를 모재로서 사용한 실시예에 비해 대폭 낮은 값이었다.

이상과 같이, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 절연층의 모재를 구성하는 수지 성분 자체의 열 전도율이 높기 때문에, 무기 충전제의 배합량을 저감시켜도, 절연층의 열 전도율을 높은 상태로 유지할 수 있고, 그 결과, 절연층의 열 전도성의 향상과, 절연층의 절연성 및 기계적 강도의 확보를 동시에 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 금속 베이스 회로 기판은, 높은 방열성을 가짐과 함께, 기계적 강도도 우수하므로, 절단 가공이나 프레스 가공에도 대응할 수 있고, 저렴하게 얻을 수 있어, 세라믹 베이스 회로 기판이 주력이었던 분야를 포함하는 넓은 분야에 적용 가능하다.

Claims (4)

1. 금속 기판과 당해 금속 기판 상에 적층된 절연층과 당해 절연층 상에 적층된 회로 형성용의 도전박을 가지고 이루어지는 금속 베이스 회로 기판에 있어서,
   상기 금속 기판이 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께가 0.2～5.0mm이며,
   상기 절연층이, 비이방성의 액정 폴리에스테르 용액에 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제가 분산되어 이루어지는 절연재 조성물을 사용하여 형성된 것이고,
   상기 절연층을 구성하는 절연재의 열 전도율이 6～30W/mK인 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판.
2. 삭제
3. 제1항에 기재된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법에 있어서,
   비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 열 전도율 60W/mK 이상이고 두께 0.2～5.0mm인 금속 기판의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과,
   상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과,
   상기 절연재층을 열처리하여, 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과,
   상기 금속 기판의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면에 상기 도전박을 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과,
   상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법.
4. 제1항에 기재된 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법에 있어서,
   비이방성 액정 폴리에스테르 용액과 열 전도율 30W/mK 이상의 무기 충전제로 이루어지는 절연재 조성물을, 도전박의 표면에 도공하여 절연 도막을 형성하는 절연 도막 형성 공정과,
   상기 절연 도막을 건조시켜 절연재층을 형성하는 절연재층 형성 공정과,
   상기 절연재층을 열처리하여, 절연층을 얻는 절연층 형성 공정과,
   상기 도전박의 표면에 형성된 상기 절연층의 노출면을 상기 금속 기판의 표면에 밀착시켜 상기 금속 기판과 도전박 사이에 절연층을 형성한 적층 구조를 구성하는 적층 공정과,
   상기 적층 공정 후에, 상기 절연층을 가열함으로써 절연층과 상기 금속 기판 및 도전박과의 접착을 행하는 열접착 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 베이스 회로 기판의 제조 방법.