KR20130004930A - 회로 기판용 적층판 및 금속 베이스 회로 기판 - Google Patents

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수미토모 케미칼 컴퍼니 리미티드
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Abstract

방열성, 절연성 및 박리강도기 우수한 금속 베이스 회로 기판의 실현에 유리한 기술을 제공한다. 회로 기판용 적층판(1)은 금속 기판(2)과, 금속 기판(2) 상에 설치된 절연층(3)과, 절연층(3) 상에 설치된 금속박(4)을 포함하고 있다. 절연층(3)은 액정 폴리에스터와 50체적% 이상의 무기 충전재를 함유하고 있다. 무기 충전재는 질화붕소와 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어진다. 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있다.

Description

회로 기판용 적층판 및 금속 베이스 회로 기판{LAMINATE FOR CIRCUIT BOARDS AND METAL-BASED CIRCUIT BOARDS}
본 발명은 회로 기판용 적층판 및 이 회로 기판용 적층판으로부터 제조되는 금속 베이스 회로 기판에 관한 것이다.
최근의 일렉트로닉스 기술의 발달은 눈부시고, 전기 전자 기기의 고성능화 및 소형화는 급속히 진행되고 있다. 이에 따라, 전기 소자 및/또는 전자 소자를 실장한 부품의 발열량은 점점 커지고 있다. 이와 같은 배경 하에, 전형적으로는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 및 IGBT(insulated-gate bipolar transistor) 등의 소위 파워 디바이스를 탑재하는 금속 베이스 회로 기판에는, 충분한 내열성에 더하여 우수한 방열성이 요구되고 있다.
금속 베이스 회로 기판은, 금속 기판 상에 절연층과 회로 패턴이 이 순서로 적층된 구조를 갖고 있다. 이 절연층을 수지와 무기 충전재의 혼합물로 형성하면, 방열성이 우수한 금속 베이스 회로 기판이 얻어진다. 일본 특허공개 평5-167212호 공보에는, 무기 충전재로서 알루미나, 실리카, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화베릴륨 또는 그들의 조합을 사용하는 것과, 수지로서 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지 또는 폴리이미드 수지를 사용하는 것이 기재되어 있다.
한편, 일본 특허공개 2005-325231호 공보에는, 특정 구조를 갖고 있는 액정 폴리에스터에 고열전도성 무기물을 충전하여 이루어지는 수지 조성물이 기재되어 있다. 이 문헌에는, 고열전도성 무기물로서 질화알루미늄, 질화붕소 및 산화알루미늄 등의 재료를 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다는 것이 기재되어 있다. 또한, 이 문헌에는, 이 수지 조성물은 반도체, 저항체 및 콘덴서 등의 봉지재, 기판 및 하우징 등의 전기 전자 부품의 소재, 또는 열교환기 및 축받이 등의 기기 구성 소재로서 사용 가능하다는 것이 기재되어 있다.
회로 기판에 사용하는 회로 기판용 적층판에는, 방열성이 우수한 것에 더하여 절연성 및 박리강도도 높을 것이 요구되고 있다. 예컨대, 파워 디바이스를 탑재하는 금속 베이스 알루미늄 기판의 경우, 기판의 내구성을 고려하면, 내전압은 4.0kV 이상인 것이 바람직하다. 또한, 회로 패턴의 박리가 생김이 없이 기판의 절단 및 기판에 천공 가공 등의 가공이 가능하다는 것을 고려하면, 회로 패턴의 박리강도는 7.0N/cm 이상인 것이 바람직하다.
액정 폴리에스터와 무기 충전재를 포함한 수지 조성물을 사용하면, 방열성, 절연성 및 박리강도가 우수한 금속 베이스 회로 기판이 얻어질 가능성이 있다. 그러나 본 발명자들은, 이렇게 하여 얻어지는 회로 기판은, 절연층에서 차지하는 무기 충전재의 비율을 높인 경우에, 반드시 기대되는 정도의 성능을 달성할 수 있는 것은 아닐 가능성이 있다는 것을 발견했다.
본 발명의 목적은 방열성, 절연성 및 박리강도가 우수한 금속 베이스 회로 기판의 실현에 유리한 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 설치되고, 액정 폴리에스터와 50체적% 이상의 무기 충전재를 함유하며, 상기 무기 충전재는 질화붕소와, 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어지고, 상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있는 절연층과, 상기 절연층 상에 설치된 금속박을 구비한 회로 기판용 적층판이 제공된다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 설치되고, 액정 폴리에스터와 50체적% 이상의 무기 충전재를 함유하며, 상기 무기 충전재는 질화붕소와, 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어지고, 상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있는 절연층과, 상기 절연층 상에 설치된 회로 패턴을 구비한 금속 베이스 회로 기판이 제공된다.
도 1은 본 발명의 한 태양에 따른 회로 기판용 적층판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 회로 기판용 적층판의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타내는 회로 기판용 적층판으로부터 얻어지는 금속 베이스 회로 기판의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 절연층의 압축률에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 절연층에서 차지하는 기공의 비율에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 회로 기판용 적층판의 금속박의 박리강도에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 회로 기판용 적층판의 내전압에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 회로 기판용 적층판의 열저항에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 태양에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 한편, 동일하거나 유사한 기능을 발휘하는 구성요소에는 모든 도면에 걸쳐 동일한 참조부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
상기와 같이, 본 발명자들은, 액정 폴리에스터와 무기 충전재를 포함한 수지 조성물을 사용하면, 절연층에서 차지하는 무기 충전재의 비율을 높인 경우에, 반드시 기대되는 정도의 성능을 달성할 수 있는 것은 아닐 가능성이 있다는 것을 발견했다. 본 발명자들은 그 이유에 대하여 예의 검토한 결과, 액정 폴리에스터는 에폭시 수지 등의 다른 수지와 비교하여 고점도이기 때문에, 액정 폴리에스터 용액과 무기 충전재를 포함한 분산액은 기포를 포함하기 쉽고, 이 분산액으로부터 얻어지는 도막으로부터 기포를 충분히 제거하는 것은 어렵다는 것을 발견했다. 그리고, 본 발명자들은, 이 도막으로부터 얻어지는 절연층의 기공률이, 회로 기판용 적층판 및 이로부터 얻어지는 금속 베이스 회로 기판의 성능, 특히는 내전압에 큰 영향을 미친다는 것을 발견했다.
그리고, 본 발명자들은, 무기 충전재의 적어도 일부로서 질화붕소를 사용함으로써 절연층의 기공률을 저감할 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 본 발명자들은, 무기 충전재로서 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽과 질화붕소의 조합을 사용하고 또한 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율을 소정의 범위 내로 하면, 충분한 박리강도, 높은 내전압 및 낮은 열저항을 동시에 달성할 수 있다는 것을 발견했다. 본 발명은 이상의 지견에 기초하여 발명된 것이다.
도 1은 본 발명의 한 태양에 따른 회로 기판용 적층판을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 회로 기판용 적층판의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2에 나타내는 회로 기판용 적층판(1)은 금속 기판(2), 절연층(3) 및 금속박(4)을 포함하고 있다. 한편, 도 1 및 도 2에 있어서, X 및 Y 방향은 금속 기판(2)의 주면(主面)에 평행하고 또한 서로 직교하는 방향이며, Z 방향은 X 및 Y 방향에 대하여 수직인 두께 방향이다. 도 1에는 일례로서 직사각형상의 회로 기판용 적층판(1)를 도시하고 있지만, 회로 기판용 적층판(1)은 다른 형상을 갖고 있어도 된다.
금속 기판(2)은 예컨대 단체 금속 또는 합금으로 이루어진다. 금속 기판(2)의 재료로서는 예컨대 알루미늄, 철, 구리, 알루미늄합금 또는 스테인레스를 사용할 수 있다. 금속 기판(2)은 탄소 등의 비금속을 더 포함하고 있어도 된다. 예컨대, 금속 기판(2)은 탄소와 복합화한 알루미늄을 포함하고 있어도 된다. 또한, 금속 기판(2)은 단층 구조를 갖고 있어도 되고, 다층 구조를 갖고 있어도 된다.
금속 기판(2)은 높은 열전도율을 갖고 있다. 전형적으로는, 금속 기판(2)은 60W·m-1·K-1 이상의 열전도율을 갖고 있다.
금속 기판(2)은 가요성을 갖고 있어도 되고, 가요성을 갖고 있지 않아도 된다. 금속 기판(2)의 두께는 예컨대 0.2 내지 5mm의 범위 내에 있다.
절연층(3)은 금속 기판(2) 상에 설치되어 있다. 절연층(3)은 액정 폴리에스터와 무기 충전재를 함유하고 있다.
액정 폴리에스터는 무기 충전재끼리를 결합시키는 바인더로서의 역할과, 금속박(4)을 금속 기판(2)에 접착시키는 접착제로서의 역할을 한다. 또한, 액정 폴리에스터는 절연층(3)의 표면을 평탄하게 하는 역할을 한다.
액정 폴리에스터는 전기 절연성의 재료이다. 액정 폴리에스터는 다른 많은 수지와 비교하여 비저항이 보다 크다.
절연층(3)에서 차지하는 액정 폴리에스터의 비율은 예컨대 20 내지 50체적%의 범위 내에 있고, 전형적으로는 35 내지 50체적%의 범위 내에 있다. 이 비율을 과도하게 작게 하면, 무기 충전재끼리의 접착강도가 저하되거나, 절연층(3)과 금속 기판(2) 또는 금속박(4)의 접착강도가 저하되거나, 또는 절연층(3)의 표면을 평탄하게 하는 것이 곤란해진다. 이 비율을 과도하게 크게 하면, 회로 기판용 적층판(1)의 내전압이 저하되거나 또는 회로 기판용 적층판(1)의 열저항이 커진다.
액정 폴리에스터는 전형적으로는 열가소성을 갖고 있다. 액정 폴리에스터로서는, 예컨대 용융 시에 광학 이방성을 나타내고, 450℃ 이하의 온도에서 이방성 용융체를 형성하는 것을 사용할 수 있다. 그와 같은 액정 폴리에스터로서는, 예컨대 하기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위를 갖고 있는 것을 사용할 수 있다.
하기 화학식 (1) 내지 (3)에 있어서, Ar1은 예컨대 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar2는 예컨대 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, Ar3은 예컨대 페닐렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, X 및 Y는 예컨대 각각 독립적으로 O 또는 NH를 나타낸다. Ar, Ar2 및 Ar3의 방향족환에 결합되어 있는 수소 원자는 예컨대 할로젠 원자, 알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다. 또한, 하기 화학식 (4)에 있어서, Ar11 및 Ar12는 예컨대 각각 독립적으로 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Z는 예컨대 O, CO 또는 SO2를 나타낸다.
-O-Ar1-CO- …(1)
-CO-Ar2-CO- …(2)
-X-Ar3-Y- …(3)
-Ar11-Z-Ar12- …(4)
이 액정 폴리에스터에서는, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (1)로 표시되는 구조단위의 비율은 예컨대 30 내지 80몰%의 범위 내에 있다. 이 경우, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 비율은 예컨대 10 내지 35몰%의 범위 내에 있다. 그리고, 이 경우, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 비율은 예컨대 10 내지 35몰%의 범위 내에 있다.
이 액정 폴리에스터에서는, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (1)로 표시되는 구조단위의 비율은 30 내지 45몰%의 범위 내에 있어도 된다. 이 경우, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 비율은 27.5 내지 35몰%의 범위 내에 있어도 된다. 그리고, 이 경우, 상기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 상기 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 비율은 27.5 내지 35몰%의 범위 내에 있어도 된다.
액정 폴리에스터는, 방향족 다이아민 유래의 구성단위 및 하이드록실기를 갖는 방향족 아민 유래의 구성단위로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 구성단위 (a)를 전체 구성단위에 대하여 27.5 내지 35.0몰%의 범위 내로 포함하고 있는 것이 바람직하다. 특히, 상기 화학식 (3)으로 표시되는 구성단위로서 구성단위 (a)를 갖고 있는 액정 폴리에스터는, 전술한 효과, 즉 「용융 시에 광학 이방성을 나타내고, 450℃ 이하의 온도에서 이방성 용융체를 형성한다」는 효과가 보다 양호하게 얻어지는 경향이 있다.
화학식 (1)로 표시되는 구조단위는 방향족 하이드록시카복실산 유래의 구조단위이고, 화학식 (2)로 표시되는 구조단위는 방향족 다이카복실산 유래의 구조단위이고, 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위는 방향족 다이아민 또는 페놀성 하이드록실기를 갖는 방향족 아민 유래의 구조단위이다. 이와 같은 구조단위 (1) 내지 (3)을 각각 유도하는 화합물을 모노머로서 이용하여 그들 모노머를 중합하는 것에 의해 상기의 액정 폴리에스터가 얻어진다.
한편, 이 액정 폴리에스터를 얻기 위한 중합 반응의 진행을 용이하게 하는 관점에서는, 전술한 모노머 대신에 그들의 에스터 형성성 유도체나 아마이드 형성성 유도체를 이용해도 된다.
상기 카복실산의 에스터 형성성 유도체 또는 아마이드 형성성 유도체로서는, 예컨대 폴리에스터나 폴리아마이드를 생성하는 반응을 촉진하도록 카복실기가 산 염화물 및 산 무수물 등의 반응 활성이 높은 유도체로 되어 있는 것, 및 에스터교환 반응 또는 아마이드교환 반응에 의해 폴리에스터나 폴리아마이드를 생성하도록 카복실기가 알코올류나 에틸렌글리콜 등과 에스터를 형성하고 있는 것을 들 수 있다.
또한, 상기 페놀성 하이드록실기의 에스터 형성성 유도체 또는 아마이드 형성성 유도체로서는, 예컨대 에스터교환 반응에 의해 폴리에스터나 폴리아마이드를 생성하도록 페놀성 하이드록실기가 카복실산류와 에스터를 형성하고 있는 것을 들 수 있다.
또한, 상기 아미노기의 아마이드 형성성 유도체로서는, 예컨대 아마이드교환 반응에 의해 폴리아마이드를 생성하도록 아미노기가 카복실산류와 에스터를 형성하고 있는 것을 들 수 있다.
상기 구조단위 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위로서는, 구체적으로는 하기의 것을 예시할 수 있다. 단, 상기 구조단위 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위는 이들에 한정되는 것은 아니다.
화학식 (1)로 표시되는 구조단위로서는, 예컨대 p-하이드록시벤조산, 2-하이드록시-6-나프토산 및 4-하이드록시-4'-바이페닐카복실산으로부터 선택되는 방향족 하이드록시카복실산 유래의 구조단위 등을 들 수 있다. 액정 폴리에스터는 이들 구조단위 중 1종만을 포함하고 있어도 되고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다. 특히, p-하이드록시벤조산 유래의 구조단위 또는 2-하이드록시-6-나프토산 유래의 구조단위를 갖는 방향족 액정 폴리에스터를 이용하는 것이 바람직하다.
전체 구조단위의 합계에 대하여 화학식 (1)로 표시되는 구조단위가 차지하는 비율은 예컨대 30.0 내지 45.0몰%의 범위 내에 있고, 바람직하게는 35.0 내지 40.0몰%의 범위 내에 있다.
화학식 (1)로 표시되는 구조단위의 전체 구조단위에 대한 비율을 크게 하면, 후술하는 비프로톤성 용매에 대한 액정 폴리에스터의 용해성이 저하된다. 이 비율이 작은 경우, 폴리에스터가 액정성을 나타내지 않는 경향이 있다.
화학식 (2)로 표시되는 구조단위로서는, 예컨대 테레프탈산, 아이소프탈산 및 2,6-나프탈렌다이카복실산으로부터 선택되는 방향족 다이카복실산 유래의 구조단위를 들 수 있다. 액정 폴리에스터는 이들 구조단위 중 1종만을 포함하고 있어도 되고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다. 특히, 후술하는 비프로톤성 용매에 대한 액정 폴리에스터의 용해성의 관점에서는, 아이소프탈산 유래의 구조단위를 갖는 액정 폴리에스터를 이용하는 것이 바람직하다.
전체 구조단위의 합계에 대하여 화학식 (2)로 표시되는 구조단위가 차지하는 비율은 예컨대 27.5 내지 35.0몰%의 범위 내에 있고, 바람직하게는 30.0 내지 32.5몰%의 범위 내에 있다.
화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 전체 구조단위에 대한 비율을 크게 하면, 폴리에스터의 액정성이 저하되는 경향이 있다. 이 비율을 작게 하면, 비프로톤성 용매에 대한 폴리에스터의 용해성이 저하되는 경향이 있다.
화학식 (3)으로 표시되는 구조단위로서는, 예컨대 3-아미노페놀 및 4-아미노페놀 등의 페놀성 하이드록실기를 갖는 방향족 아민 유래 구조단위, 및 1,4-페닐렌다이아민 및 1,3-페닐렌다이아민 등의 방향족 다이아민 유래의 구조단위를 들 수 있다. 액정 폴리에스터는 이들 구조단위 중 1종만을 포함하고 있어도 되고, 2종 이상을 포함하고 있어도 된다. 그 중에서도, 액정 폴리에스터의 제조에 있어서 행하는 중합 반응의 관점에서, 4-아미노페놀 유래의 구조단위를 갖는 액정 폴리에스터를 이용하는 것이 바람직하다.
전체 구조단위의 합계에 대하여 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위가 차지하는 비율은 예컨대 27.5 내지 35.0몰%의 범위 내에 있고, 바람직하게는 30.0 내지 32.5몰%의 범위 내에 있다.
화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 전체 구조단위에 대한 비율을 크게 하면, 폴리에스터의 액정성이 저하되는 경향이 있다. 이 비율을 작게 하면, 비프로톤성 용매에 대한 액정 폴리에스터의 용해성이 저하되는 경향이 있다.
한편, 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위와 화학식 (2)로 표시되는 구조단위는 실질적으로 등량(等量)인 것이 바람직하다. 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 전체 구조단위에 대한 비율과 화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 전체 구조단위에 대한 비율의 차를 -10 내지 +10몰%의 범위 내로 하는 것에 의해, 방향족 액정 폴리에스터의 중합도를 제어할 수도 있다.
상기 액정 폴리에스터의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 이 액정 폴리에스터의 제조 방법으로서는, 예컨대 화학식 (1)로 표시되는 구조단위에 대응하는 방향족 하이드록시카복실산과, 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위에 대응하는 하이드록실기를 갖는 방향족 아민 또는 방향족 다이아민의 페놀성 하이드록실기 또는 아미노기를, 과잉량의 지방산 무수물에 의해 아실화하고, 얻어진 아실화물(에스터 형성성 유도체나 아마이드 형성성 유도체)과, 화학식 (2)로 표시되는 구조단위에 대응하는 방향족 다이카복실산을 에스터교환(중축합)하여 용융 중합하는 방법을 들 수 있다.
상기 아실화물로서는, 미리 아실화하여 얻은 지방산 에스터를 이용해도 된다(예컨대, 일본 특허공개 2002-220444호 공보 또는 일본 특허공개 2002-146003호 공보를 참조).
상기 아실화 반응에 있어서는, 지방산 무수물의 첨가량은 페놀성 하이드록실기와 아미노기의 합계에 대하여 1.0 내지 1.2배 당량인 것이 바람직하고, 1.05 내지 1.1배 당량인 것이 보다 바람직하다.
지방산 무수물의 첨가량이 적은 경우, 에스터교환(중축합) 시에 아실화물이나 원료 모노머 등이 승화하여 반응계가 폐색되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 지방산 무수물의 첨가량이 많은 경우, 얻어지는 방향족 액정 폴리에스터의 착색이 현저해지는 경향이 있다.
상기 아실화 반응은 130 내지 180℃에서 5분 내지 10시간에 걸쳐 행하는 것이 바람직하고, 140 내지 160℃에서 10분 내지 3시간에 걸쳐 행하는 것이 보다 바람직하다.
상기 아실화 반응에 사용되는 지방산 무수물은 특별히 한정되지 않는다. 이 지방산 무수물로서는, 예컨대 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 뷰티르산, 무수 아이소뷰티르산, 무수 발레르산, 무수 피발산, 무수 2에틸헥산산, 무수 모노클로로아세트산, 무수 다이클로로아세트산, 무수 트라이클로로아세트산, 무수 모노브로모아세트산, 무수 다이브로모아세트산, 무수 트라이브로모아세트산, 무수 모노플루오로아세트산, 무수 다이플루오로아세트산, 무수 트라이플루오로아세트산, 무수 글루타르산, 무수 말레산, 무수 석신산 및 무수 β-브로모프로피온산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 이용해도 된다.
이들 중에서도, 가격과 취급성의 관점에서 무수 아세트산, 무수 프로피온산, 무수 뷰티르산 및 무수 아이소뷰티르산이 바람직하고, 보다 바람직하게는 무수 아세트산이다.
상기 에스터교환 및 아마이드교환 반응에 있어서는, 아실화물의 아실기가 카복실기의 0.8 내지 1.2배 당량인 것이 바람직하다.
또한, 상기 에스터교환 및 아마이드교환 반응은 130 내지 400℃에서 0.1 내지 50℃/분의 비율로 승온하면서 행하는 것이 바람직하고, 150 내지 350℃에서 0.3 내지 5℃/분의 비율로 승온하면서 행하는 것이 보다 바람직하다.
상기 아실화하여 얻은 지방산 에스터와 카복실산이나 아민을 에스터교환 및 아마이드교환시킬 때, 평형을 이동시키기 위해, 부생하는 지방산과 미반응의 지방산 무수물은 증발시키는 등으로 계 밖으로 증류 제거하는 것이 바람직하다.
한편, 아실화 반응, 및 에스터교환 및 아마이드교환 반응은 촉매의 존재 하에서 행해도 된다. 이 촉매로서는, 예컨대 폴리에스터 중합용 촉매로서 관용되는 것을 사용할 수 있다. 그와 같은 촉매로서는, 예컨대 아세트산마그네슘, 아세트산제일주석, 테트라뷰틸타이타네이트, 아세트산납, 아세트산나트륨, 아세트산칼륨 및 삼산화안티몬 등의 금속염 촉매, 및 N,N-다이메틸아미노피리딘 및 N-메틸이미다졸 등의 유기 화합물 촉매를 들 수 있다.
상기 촉매 중에서도, N,N-다이메틸아미노피리딘 및 N-메틸이미다졸 등의 질소 원자를 2개 이상 포함하는 헤테로환상 화합물이 바람직하게 사용된다(일본 특허공개 2002-146003호 공보를 참조).
상기 촉매는 통상 모노머류의 투입 시에 투입된다. 이 촉매는 아실화 후에 제거해도 되고, 제거하지 않아도 된다. 이 촉매를 제거하지 않는 경우에는, 아실화와 연속하여 에스터교환을 행할 수 있다.
상기 에스터교환 및 아마이드교환 반응에 의한 중합은 통상 용융 중합에 의해 행해지지만, 용융 중합과 고상 중합을 병용해도 된다. 고상 중합은, 용융 중합 공정으로부터 폴리머를 추출하고, 이를 분쇄하여 분말상 또는 플레이크상으로 한 후, 공지의 고상 중합 방법에 의해 행할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 질소 등의 불활성 분위기 하 20 내지 350℃에서 1 내지 30시간에 걸쳐 고상 상태에서 열처리하는 방법을 들 수 있다. 고상 중합은 교반하면서 행해도 되고, 교반함이 없이 정치한 상태에서 행해도 된다.
한편, 적당한 교반 기구를 설치하는 것에 의해, 용융 중합과 고상 중합을 동일한 반응조에서 행할 수도 있다.
고상 중합 후, 얻어진 액정 폴리에스터는 공지의 방법에 의해 예컨대 펠릿상으로 성형해도 된다.
상기 액정 폴리에스터의 제조는 회분 장치 및/또는 연속 장치를 이용하여 행할 수 있다.
상기 액정 폴리에스터는 하기의 방법으로 구해지는 유동 개시 온도가 250℃ 이상인 것이 바람직하고, 260℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 액정 폴리에스터를 사용한 경우, 유동 개시 온도가 보다 낮은 액정 폴리에스터를 사용한 경우와 비교하여, 절연층(3)과 금속박(4) 사이에서 및 절연층(3)과 금속 기판(2) 사이에서 보다 고도의 밀착성이 얻어진다.
또한, 상기 폴리에스터는 유동 개시 온도가 300℃ 이하인 것이 바람직하고, 290℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 액정 폴리에스터는, 유동 개시 온도가 보다 높은 액정 폴리에스터와 비교하여, 용매에 대한 용해성이 보다 높은 경향이 있다.
여기서, 「유동 개시 온도」란, 플로우 테스터에 의한 용융 점도의 평가에 있어서 이러한 방향족 폴리에스터의 용융 점도가 9.8MPa의 압력 하에서 4800Pa·s 이하가 되는 최저 온도를 말한다.
한편, 1987년 발행된 서적 「액정 폴리머-합성·성형·응용-」(고이데 나오유키 편집, 95 내지 105페이지, 씨엠씨, 1987년 6월 5일 발행)에 의하면, 1970년대에 액정 폴리에스터 수지가 개발된 이후, 액정 폴리에스터 수지 분자량의 지표로서 유동 온도(본 명세서에서 사용하고 있는 용어 「유동 개시 온도」와 동등)가 이용되고 있다.
상기 액정 폴리에스터의 유동 개시 온도의 제어는, 예컨대 용융 중합 공정으로부터 폴리머를 추출하고, 그 폴리머를 분쇄하여 분말상 또는 플레이크상으로 한 후, 공지의 고상 중합 방법에 의해 유동 개시 온도를 조정함으로써 용이하게 실시할 수 있다.
보다 구체적으로는, 예컨대 용융 중합 공정 후, 질소 등의 불활성 분위기 하 210℃를 초과하는 온도에서, 보다 바람직하게는 220 내지 350℃의 온도에서, 1 내지 10시간에 걸쳐 고상 상태에서 열처리하는 방법에 의해 얻어진다. 고상 중합은 교반하면서 행해도 되고, 교반함이 없이 정치한 상태에서 행해도 된다. 예컨대, 질소 등의 불활성 분위기 하, 교반함이 없이 정치한 상태에서, 225℃에서 3시간에 걸쳐 고상 중합을 행해도 된다.
무기 충전재는 절연층(3)의 전체에 걸쳐 분포되어 있다. 무기 충전재는 액정 폴리에스터와 비교하여 열전도율은 크다.
절연층(3)에서 차지하는 무기 충전재의 비율은 예컨대 50 내지 80체적%의 범위 내에 있고, 전형적으로는 50 내지 65체적%의 범위 내에 있다. 이 비율을 과도하게 작게 하면, 열저항이 커지거나 또는 내전압이 저하된다. 이 비율을 과도하게 크게 하면, 무기 충전재끼리의 접착강도가 저하되거나, 절연층(3)과 금속 기판(2) 또는 금속박(4)의 접착강도가 저하되거나, 또는 절연층(3)의 표면을 평탄하게 하는 것이 곤란해진다.
무기 충전재는 질화붕소와, 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어진다. 이들의 각각은 절연층(3)의 전체에 걸쳐 대략 균일하게 분포되어 있다.
질화알루미늄 및 산화알루미늄은 예컨대 대략 구상 입자의 형태로 사용한다. 절연층(3)에 있어서, 질화알루미늄 및 산화알루미늄은 일차 입자의 형태로 분포되어 있어도 되고, 이차 입자의 형태로 분포되어 있어도 된다. 또는, 절연층(3)에 있어서, 질화알루미늄 및 산화알루미늄의 일부는 일차 입자의 형태로 분포되고, 나머지는 이차 입자의 형태로 분포되어 있어도 된다.
질화알루미늄 및 산화알루미늄의 평균 입경은 예컨대 5 내지 30㎛의 범위 내에 있다. 여기서, 「평균 입경」은 레이저 회절 산란법에 의해 측정한 입자의 평균 입경을 의미한다.
무기 충전재에서 차지하는 질화알루미늄 및/또는 산화알루미늄의 합계량의 비율은 20 내지 65체적%의 범위 내에 있고, 전형적으로는 20 내지 50체적%의 범위 내에 있다. 이 비율이 과도하게 큰 경우, 기공이 적은 절연층(3)을 얻는 것은 어렵고, 높은 대전압과 작은 열저항을 달성하는 것은 곤란하다. 이 비율이 과도하게 작은 경우, 높은 박리강도를 갖고 있는 회로 기판용 적층판(1) 및 금속 베이스 회로 기판(1')을 얻는 것이 곤란하다.
질화붕소는 예컨대 인편(鱗片)상 또는 판상 입자의 형태로 사용한다. 절연층(3)에 있어서, 질화붕소는 인편상 또는 판상의 일차 입자의 형태로 분포되어 있어도 된다. 또는, 절연층(3)에 있어서, 질화붕소는, 인편상 또는 판상의 일차 입자를 그의 법선 방향이 랜덤하게 배향되도록 응집시켜 이루어지는 이차 입자의 형태로 분포되어 있어도 된다. 전형적으로는, 절연층(3)에 있어서, 질화붕소의 일부는 인편상 또는 판상의 일차 입자의 형태로 분포되고, 다른 일부는 상기의 이차 입자의 형태로 분포되어 있다.
질화붕소의 평균 입경은 예컨대 10 내지 50㎛의 범위 내에 있다. 한편, 이 평균 입경은 질화알루미늄 및 산화알루미늄에 대하여 전술한 것과 마찬가지의 방법에 의해 얻어지는 것이다.
무기 충전재의 적어도 일부로서, 액정 폴리에스터와의 밀착성 및 후술하는 분산액 중에서의 분산성을 향상시키도록 표면 처리를 실시한 것을 사용해도 된다. 이 표면 처리에 사용 가능한 표면 처리제로서는, 예컨대 실레인 커플링제, 타이타늄 커플링제, 알루미늄 또는 지르코늄계의 커플링제, 장쇄 지방산, 아이소사이아네이트 화합물, 및 예컨대 에폭시기, 메톡시실레인기, 아미노기 또는 하이드록실기를 포함한 극성 고분자 또는 반응성 고분자를 들 수 있다.
무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있고, 전형적으로는 50 내지 80체적%의 범위 내에 있다. 이 비율이 과도하게 큰 경우, 높은 박리강도를 갖고 있는 회로 기판용 적층판(1) 및 금속 베이스 회로 기판(1')을 얻는 것이 곤란하다. 이 비율이 과도하게 작은 경우, 기공이 적은 절연층(3)을 얻는 것은 어렵고, 높은 내전압과 작은 열저항을 달성하는 것은 곤란하다.
금속박(4)은 절연층(3) 상에 설치되어 있다. 금속박(4)은 절연층(3)을 사이에 끼우고 금속 기판(2)과 마주하고 있다.
금속박(4)은 예컨대 단체 금속 또는 합금으로 이루어진다. 금속박(4)의 재료로서는 예컨대 구리 또는 알루미늄을 사용할 수 있다. 금속박(4)의 두께는 예컨대 10 내지 500㎛의 범위 내에 있다.
이 회로 기판용 적층판(1)은 예컨대 이하의 방법에 의해 제조한다.
우선, 전술한 액정 폴리에스터를 용매에 용해시켜 광학적으로 등방성인 용액을 얻는다.
액정 폴리에스터로서는, 그의 용매에 대한 용해성을 고려하여, 분자량이 비교적 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지는 보관하고 있는 동안에 시간 경과에 따른 변화가 생긴다. 이에 반하여, 액정 폴리에스터는 열가소성이기 때문에 그와 같은 시간 경과에 따른 변화가 생기지 않는다. 따라서, 공업 제품으로서 안심하고 사용할 수 있다.
상기 용매로서는, 할로젠 원자를 포함하지 않는 비프로톤성 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 그와 같은 비프로톤성 용매로서는, 예컨대 다이에틸에터, 테트라하이드로퓨란 및 1,4-다이옥세인 등의 에터계 용매; 아세톤 및 사이클로헥산온 등의 케톤계 용매; 아세트산에틸 등의 에스터계 용매; γ-뷰티로락톤 등의 락톤계 용매; 에틸렌카보네이트 및 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매; 트라이에틸아민 및 피리딘 등의 아민계 용매; 아세토나이트릴 및 석시노나이트릴 등의 나이트릴계 용매; N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, 테트라메틸요소 및 N-메틸피롤리돈 등의 아마이드계 용매; 나이트로메테인 및 나이트로벤젠 등의 나이트로계 용매; 다이메틸설폭사이드 및 설폴레인 등의 설파이드계 용매; 헥사메틸인산아마이드 및 트라이n-뷰틸인산 등의 인산계 용매를 들 수 있다.
이들 중에서도, 쌍극자 모멘트가 3 내지 5인 용매가, 전술한 액정 폴리에스터의 용해성의 관점에서 바람직하다. 구체적으로는, N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, 테트라메틸요소, N-메틸피롤리돈 등의 아마이드계 용매, 및 γ-뷰티로락톤 등의 락톤계 용매가 바람직하고, N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드 및 N-메틸피롤리돈(NMP)이 특히 바람직하다. 또한, 1기압에서의 비점이 180℃ 이하인 휘발성이 높은 용매를 사용한 경우, 액정 폴리에스터와 무기 충전재를 포함한 분산액으로 이루어지는 도막을 형성한 후에 이 도막으로부터 용매를 제거하기 쉽다. 이 관점에서는, N,N-다이메틸폼아마이드(DMF) 및 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAc)가 특히 바람직하다.
이 분산액에는, 액정 폴리에스터를 비프로톤성 용매 100질량부에 대하여 예컨대 10 내지 50질량부, 바람직하게는 20 내지 40질량부 함유시킨다. 액정 폴리에스터의 양이 과도하게 적은 경우, 도막으로부터 대량의 용매를 제거해야 한다. 그 때문에, 도막의 외관 불량이 생기기 쉽다. 액정 폴리에스터의 양을 과도하게 많게 하면, 전술한 용액 또는 분산액이 고점도화되는 경향이 있어, 그의 취급성이 저하된다.
다음으로, 전술한 무기 충전재를 앞의 용액 중에 분산시켜, 폴리에스터와 무기 충전재를 포함한 분산액을 얻는다. 무기 충전재는, 예컨대 볼 밀, 3본 롤, 원심 교반기 또는 비드 밀을 이용하여 분쇄하면서 상기 용액 중에 분산시켜도 된다. 또한, 상기 용액에 무기 충전재를 가하기에 앞서서, 이 용액에 실레인 커플링제 및 타이타늄 커플링제 등의 커플링제, 및 이온 흡착제 등의 첨가제를 가해도 된다.
다음으로, 이 분산액을 금속 기판(2) 및 금속박(4) 중 적어도 한쪽 상에 도포한다. 분산액의 도포에는, 예컨대 롤 코팅법, 바 코팅법 또는 스크린 인쇄법을 이용할 수 있다. 연속식으로 행해도 되고, 단판식(單板式)으로 행해도 된다.
필요에 따라 도막을 건조시킨 후, 금속 기판(2)과 금속박(4)이 도막을 사이에 끼우고 마주하도록 중첩시킨다. 또한, 그들을 열 프레스한다. 이상과 같이 하여 회로 기판용 적층판(1)을 얻는다.
이 방법에서는, 액정 폴리에스터를 포함한 도막을 가열 프로세스에 제공한다. 액정 폴리에스터를 가열하면, 그의 분자량이 증대하고, 도막이 경화된다. 이렇게 하여 얻어지는 절연층(3)은 기계적 강도가 우수하다.
게다가, 액정 폴리에스터는 열가소성이기 때문에, 도막의 건조 후에 메소겐의 배향을 충분히 발달시키는 것이 가능하다. 즉, 분자량을 충분히 증대시키는 가열 프로세스를 거치는 것에 의해, 포논 전도의 패스 길이를 길게 할 수 있고, 그 결과, 열전도율이 대폭 향상된다.
또한, 전형적으로는 질화붕소의 일차 입자는 인편상 또는 판상이기 때문에, 건조 후의 도막을 가열하여, 액정 폴리에스터가 유동할 수 있는 상태에서 도막에 압력을 가하면, 질화붕소의 일차 입자의 일부는 그의 방위를 변화시킨다. 이에 의해, 기포, 액정 폴리에스터, 질화알루미늄 및 산화알루미늄의 이동이 촉진되어, 기포가 적고 또한 치밀한 절연층(3)이 얻어진다.
또한, 압력을 가하기 전의 도막에 있어서, 질화붕소의 적어도 일부가, 인편상 또는 판상의 일차 입자를 그의 법선 방향이 랜덤하게 배향되도록 응집시켜 이루어지는 이차 입자의 형태로 존재하고 있는 경우, 이 이차 입자가 포함하고 있는 일차 입자의 적어도 일부는, 그의 주면이 도막의 하지(下地) 표면에 대하여 수직이 되거나 또는 비스듬해지도록 배향하고 있다. 도막에 압력을 가하면, 하지 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬하게 배향된 일차 입자의 일부는 그의 방위를 변화시키지만, 그들 일차 입자의 모두가 그의 방위를 변화시키는 것은 아니다. 또한, 도막에 압력을 가함으로써 하지 표면에 대하여 평행하게 배향되는 일차 입자는, 방위를 변화시키는 일차 입자 중의 일부에 불과하다. 즉, 압력을 가한 후의 도막에서는, 질화붕소의 일차 입자의 적어도 일부는 도막의 하지 표면에 대하여 수직으로 또는 비스듬하게 배향되어 있다. 질화붕소의 일차 입자가 그와 같이 배향되어 있는 절연층(3)은, 질화붕소의 일차 입자가 Z 방향에 대하여 수직으로 배향되어 있는 절연층(3)과 비교하여 Z 방향에서의 열전도율이 높다. 즉, 질화붕소를 전술한 형태로 존재시키면, 보다 우수한 성능의 회로 기판용 적층판(1)을 얻을 수 있다.
다음으로, 전술한 회로 기판용 적층판(1)으로부터 얻어지는 금속 베이스 회로 기판(1')에 대하여 설명한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타내는 회로 기판용 적층판(1)으로부터 얻어지는 금속 베이스 회로 기판(1')의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3에 나타내는 금속 베이스 회로 기판(1')은 금속 기판(2), 절연층(3) 및 회로 패턴(4')을 포함하고 있다. 회로 패턴(4')은, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한 회로 기판용 적층판(1)의 금속박(4)을 패터닝하는 것에 의해 얻어진다. 이 패터닝은, 예컨대 금속박(4) 상에 마스크 패턴을 형성하고, 금속박(4)의 노출부를 에칭에 의해 제거하는 것에 의해 얻어진다. 금속 베이스 회로 기판(1')은, 예컨대 앞의 회로 기판용 적층판(1)의 금속박(4)에 대하여 상기의 패터닝을 행하고, 필요에 따라 절단 및 천공 가공 등의 가공을 행하는 것에 의해 얻을 수 있다.
이 금속 베이스 회로 기판(1')은 전술한 회로 기판용 적층판(1)으로부터 얻어지기 때문에, 방열성 및 내열성이 우수하다. 이에 더하여, 이 금속 베이스 회로 기판(1')은 절연층(3)에서 차지하는 무기 충전재의 비율이 높음에도 불구하고, 회로 패턴(4')은 충분한 박리강도를 갖고 있다.
이하에, 본 발명의 예를 기재한다.
<액정 폴리에스터의 제조>
교반 장치, 토크 미터(torque meter), 질소 가스 도입관, 온도계 및 환류 냉각기를 구비한 반응기에, 1976g(10.5몰)의 2-하이드록시-6-나프토산, 1474g(9.75몰)의 4-하이드록시아세트아닐라이드, 1620g(9.75몰)의 아이소프탈산, 2374g(23.25몰)의 무수 아세트산을 투입했다. 반응기 내의 분위기를 질소 가스로 충분히 치환한 후, 질소 가스 기류 하에서 15분에 걸쳐 150℃까지 승온시키고, 이 온도에서 3시간에 걸쳐 환류시켰다.
그 후, 유출(留出)된 부생 아세트산 및 미반응의 무수 아세트산을 증류 제거하면서 170분에 걸쳐 300℃까지 승온시키고, 토크의 상승이 확인된 시점을 반응 종료로 간주하여, 내용물을 취출했다. 취출한 내용물을 실온까지 냉각하고, 분쇄기로 분쇄하는 것에 의해, 비교적 저분자량의 액정 폴리에스터의 분말을 얻었다.
얻어진 분말의 유동 개시 온도를 시마즈제작소 플로우 테스터 CFT-500에 의해 측정한 바, 235℃였다. 또한, 이 액정 폴리에스터 분말을 질소 분위기에서 223℃에서 3시간에 걸쳐 가열 처리하여 고상 중합을 일으켰다. 고상 중합 후의 액정 폴리에스터의 유동 개시 온도는 270℃였다.
<액정 폴리에스터 용액의 조제>
전술한 방법에 의해 얻어진 2200g의 액정 폴리에스터를 7800g의 N,N-다이메틸아세트아마이드(DMAc)에 가하고, 100℃에서 2시간에 걸쳐 가열하여 액정 폴리에스터 용액을 얻었다. 이 용액의 점도는 320cP였다. 한편, 이 점도는 B형 점도계(도키산업제, 「TVL-20형」, 로터 No. 21(회전수: 5rpm))를 이용하여 23℃에서 측정한 값이다.
<예 1>
전술한 방법에 의해 얻어진 액정 폴리에스터 용액에 질화알루미늄(후루카와전자공업주식회사제, 「FAN-f30」, 평균 입경 30㎛)을 첨가하여 분산액을 조제했다. 여기서는, 질화알루미늄은, 이 분산액으로부터 얻어지는 절연층에 있어서 질화알루미늄으로 이루어지는 무기 충전재가 차지하는 비율이 65체적%가 되도록 첨가했다.
이 분산액을 원심식 교반 탈포기로 5분간에 걸쳐 교반한 후, 이를 두께 70㎛의 구리박 상에 약 130㎛의 두께로 도포했다. 이어서, 이 도막을 100℃에서 20분간에 걸쳐 건조시킨 후, 340℃에서 3시간에 걸쳐 열처리했다.
다음으로, 금속 기판과 앞의 구리박을 그들 사이에 도막이 개재하도록 중첩시켰다. 여기서는, 금속 기판으로서 열전도율이 140W·m-1·K-1이고 두께가 2.0mm인 알루미늄 합금 기판을 사용했다. 그리고, 이들을 20MPa의 압력을 가하면서 340℃에서 20분간에 걸쳐 가열 처리하여 열 접착시켰다.
이때, 압력을 가하기 전의 도막의 두께 D1과, 열 접착 후의 도막, 즉 절연층의 두께 D2를 측정하여, 두께 D2와 두께 D1의 차 D1-D2를 구했다. 그리고, 차 D1-D2와 두께 D1의 비 (D1-D2)/D1을 압축률로서 구했다. 그 결과, 압축률은 14.6%였다.
또한, 분산액의 조성 및 단위 면적당 도공량 등에 기초하여, 기포 함유율이 제로라고 가정한 경우의 절연층의 두께 D2'를 산출했다. 그리고, 두께 D2와 두께 D2'의 차 D2-D2'와 두께 D2의 비 (D2-D2')/D2를 기공률로서 구했다. 그 결과, 기공률은 20.0%였다.
다음으로, 이렇게 하여 얻어진 회로 기판용 적층판을 이용하여 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 각각 이하의 조건에서 행했다.
내전압:
소정의 치수로 절단한 회로 기판용 적층판을 절연유 중에 침지시키고, 실온에서 구리박에 교류 전압을 인가했다. 인가 전압을 상승시켜 절연 파괴가 생기는 최저 전압을 내전압으로 했다.
T 박리강도 시험:
소정의 치수로 절단한 회로 기판용 적층판의 구리박을 에칭에 의해 부분적으로 제거하여 폭 10mm의 구리박 패턴을 형성했다. 이 구리박 패턴의 일단(一端)을 쥐고, 구리박 패턴 중 박리된 부분이 금속 기판의 주면에 대하여 수직이 되도록 힘을 가하면서, 구리박 패턴을 50mm/분의 속도로 금속 기판으로부터 박리했다. 이때, 구리박 패턴에 가한 힘을 T 박리강도로 했다.
열저항:
30mm×40mm의 치수로 절단한 회로 기판용 적층판의 구리박을 에칭에 의해 부분적으로 제거하여 14mm×10mm의 랜드(land)를 형성했다. 이 랜드에 땜납을 이용하여 트랜지스터(C2233)를 장착한 후, 이를, 금속 기판이 실리콘 그리스층을 통해 냉각 장치의 냉각 면과 마주하도록 수냉각 장치에 세팅했다. 이어서, 트랜지스터에 30W의 전력 P를 공급하여, 트랜지스터의 온도 T1과 냉각 장치의 냉각 면의 온도 T2를 측정했다. 이렇게 하여 얻어진 온도 T1과 온도 T2의 차 T1-T2를 구하고, 이 차 T1-T2와 공급한 전력 P의 비 (T1-T2)/P를 열저항으로 했다.
이상의 조건에서 각 측정을 행한 바, 내전압은 1.5kV, T 박리강도는 13.6N/cm, 열저항은 0.20℃/W였다.
<예 2>
전술한 방법에 의해 얻어진 액정 폴리에스터 용액에, 예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 질화알루미늄과 질화붕소(미즈시마합금철주식회사제, 「HP-40」, 평균 입경 20㎛)를 첨가하여 분산액을 조제했다. 여기서는, 질화알루미늄과 질화붕소는, 이 분산액으로부터 얻어지는 절연층에 있어서 질화알루미늄과 질화붕소로 이루어지는 무기 충전재가 차지하는 비율이 65체적%가 되도록 및 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율(이하, 「BN 블렌딩률」이라고 한다)이 25체적%가 되도록 첨가했다.
이상과 같이 하여 조제한 분산액을 사용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 18.0% 및 10.8%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 2.0kV, T 박리강도는 13.1N/cm, 열저항은 0.18℃/W였다.
<예 3>
BN 블렌딩률을 35체적%로 한 것 이외는, 예 2에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 20.0% 및 7.0%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 4.0kV, T 박리강도는 12.3N/cm, 열저항은 0.17℃/W였다.
<예 4>
BN 블렌딩률을 50체적%로 한 것 이외는, 예 2에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 21.7% 및 1.3%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 7.0kV, T 박리강도는 11.6N/cm, 열저항은 0.16℃/W였다.
<예 5>
BN 블렌딩률을 80체적%로 한 것 이외는, 예 2에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 29.0% 및 0.5%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 8.0kV, T 박리강도는 7.5N/cm, 열저항은 0.15℃/W였다.
<예 6>
질화알루미늄 대신에 예 2에서 사용한 것과 마찬가지의 질화붕소를 사용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 33.3% 및 0.1%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 9.0kV, T 박리강도는 5.0N/cm, 열저항은 0.15℃/W였다.
<예 7>
질화알루미늄 대신에 산화알루미늄(스미토모화학주식회사제, 「AA-5」, 평균 입경 5㎛)을 사용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 13.0% 및 25.0%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 1.5kV, T 박리강도는 15.9N/cm, 열저항은 0.26℃/W였다.
<예 8>
전술한 방법에 의해 얻어진 액정 폴리에스터 용액에, 예 7에서 사용한 것과 마찬가지의 산화알루미늄과, 예 2에서 사용한 것과 마찬가지의 질화붕소를 첨가하여 분산액을 조제했다. 여기서는, 산화알루미늄과 질화붕소는, 이 분산액으로부터 얻어지는 절연층에 있어서 산화알루미늄과 질화붕소로 이루어지는 무기 충전재가 차지하는 비율이 65체적%가 되도록 및 BN 블렌딩률이 25체적%가 되도록 첨가했다.
이상과 같이 하여 조제한 분산액을 사용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 17.0% 및 13.0%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 1.5kV, T 박리강도는 12.9N/cm, 열저항은 0.23℃/W였다.
<예 9>
BN 블렌딩률을 35체적%로 한 것 이외는, 예 8에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 19.0% 및 8.5%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 4.0kV, T 박리강도는 12.3N/cm, 열저항은 0.20℃/W였다.
<예 10>
BN 블렌딩률을 50체적%로 한 것 이외는, 예 8에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 22.0% 및 1.0%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 8.0kV, T 박리강도는 11.1N/cm, 열저항은 0.17℃/W였다.
<예 11>
BN 블렌딩률을 80체적%로 한 것 이외는, 예 8에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 회로 기판용 적층판을 제조했다. 한편, 여기서도, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 압축률 및 기공률을 구했다. 그 결과, 압축률 및 기공률은 각각 29.0% 및 0.5%였다.
또한, 이 회로 기판용 적층판을 이용한 것 이외는, 예 1에서 행한 것과 마찬가지의 방법에 의해 내전압, T 박리강도 및 열저항의 측정을 행했다. 그 결과, 내전압은 8.5kV, T 박리강도는 7.9N/cm, 열저항은 0.16℃/W였다.
예 1 내지 예 11에서 얻어진 결과를 하기 표 1 및 도 4 내지 도 8에 나타낸다.
Figure pct00001
도 4는 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 절연층의 압축률에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다. 도 5는 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 절연층에서 차지하는 기공의 비율에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다. 도 6은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 금속박의 박리강도에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다. 도 7은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 회로 기판용 적층판의 내전압에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다. 도 8은 무기 충전재에서 차지하는 질화붕소의 비율이 회로 기판용 적층판의 열저항에 미치는 영향의 예를 나타내는 그래프이다.
BN 블렌딩률을 높이면, 압축률은 도 4에 나타내는 바와 같이 커지고, 기공률은 도 5에 나타내는 바와 같이 작아졌다. 구체적으로는, 압축률은 BN 블렌딩률을 증가시키면 그 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 감소했다. 또한, 기공률은 BN 블렌딩률을 증가시키면 BN 블렌딩률 0 내지 50체적%의 범위 내에서는 그 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 감소하고, BN 블렌딩률 50 내지 100체적%의 범위 내에서는 그 증분에 대한 변화는 조금이었다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 박리강도는 BN 블렌딩률을 증가시키면 그 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 낮아졌다. BN 블렌딩률이 80체적% 이하인 경우, 7.5N/cm 이상의 박리강도를 달성할 수 있었다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 내전압은 BN 블렌딩률을 증가시키면 높아졌다. 구체적으로는, 내전압은 BN 블렌딩률 0 내지 25체적%의 범위 내에서는 BN 블렌딩률의 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 높아졌지만, 그 변화는 조금이었다. BN 블렌딩률 25 내지 50체적%의 범위 내에서는, 내전압은 BN 블렌딩률의 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 높아졌고, BN 블렌딩률이 0 내지 25체적%의 범위 내에 있는 경우와 비교하여 BN 블렌딩률의 증분에 대한 내전압의 상승은 보다 컸다. BN 블렌딩률 50 내지 100체적%의 범위 내에서는, 내전압은 BN 블렌딩률의 증분에 대하여 거의 일정한 비율로 높아졌지만, BN 블렌딩률이 25 내지 50체적%의 범위 내에 있는 경우와 비교하여 BN 블렌딩률의 증분에 대한 내전압의 상승은 보다 작았다. 그리고, BN 블렌딩률을 35체적% 이상으로 한 경우, 4kV 이상의 내전압을 달성할 수 있고, BN 블렌딩률을 50체적% 이상으로 한 경우, 7kV 이상의 내전압을 달성할 수 있었다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 열저항은 BN 블렌딩률을 증가시키면 작아졌다. BN 블렌딩률이 35체적% 이상인 경우, 무기 충전재의 일부로서 산화알루미늄을 사용한 경우에는 0.20℃/W 이하의 열저항을 달성할 수 있고, 무기 충전재의 일부로서 질화알루미늄을 사용한 경우에는 0.17℃/W 이하의 열저항을 달성할 수 있었다.
추가적인 이익 및 변형은 당업자에게는 용이하다. 그러므로, 본 발명은, 그의 보다 넓은 측면에 있어서, 여기에 기재된 특정 기재나 대표적인 태양으로 한정되어서는 안 된다. 따라서, 첨부된 청구의 범위 및 그의 등가물에 의해 규정되는 본 발명의 포괄적 개념의 진의 또는 범위로부터 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (6)

  1. 금속 기판과,
    상기 금속 기판 상에 설치되고, 액정 폴리에스터와 50체적% 이상의 무기 충전재를 함유하며, 상기 무기 충전재는 질화붕소와, 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어지고, 상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있는 절연층과,
    상기 절연층 상에 설치된 금속박
    을 구비한 회로 기판용 적층판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 50 내지 80체적%의 범위 내에 있는 회로 기판용 적층판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정 폴리에스터는 하기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위를 갖고, 하기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 하기 화학식 (1)로 표시되는 구조단위의 비율은 30 내지 80몰%의 범위 내에 있고, 하기 화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 비율은 10 내지 35몰%의 범위 내에 있고, 하기 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 비율은 10 내지 35몰%의 범위 내에 있는 회로 기판용 적층판.
    -O-Ar1-CO- …(1)
    -CO-Ar2-CO- …(2)
    -X-Ar3-Y- …(3)
    (식 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar2는 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, Ar3은 페닐렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, X 및 Y는 각각 독립적으로 O 또는 NH를 나타낸다. Ar, Ar2 및 Ar3의 방향족환에 결합되어 있는 수소 원자는 할로젠 원자, 알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.)
    -Ar11-Z-Ar12- …(4)
    (식 중, Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Z는 O, CO 또는 SO2를 나타낸다.)
  4. 금속 기판과,
    상기 금속 기판 상에 설치되고, 액정 폴리에스터와 50체적% 이상의 무기 충전재를 함유하며, 상기 무기 충전재는 질화붕소와, 질화알루미늄 및 산화알루미늄 중 적어도 한쪽으로 이루어지고, 상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 35 내지 80체적%의 범위 내에 있는 절연층과,
    상기 절연층 상에 설치된 회로 패턴
    을 구비한 금속 베이스 회로 기판.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 무기 충전재에서 차지하는 상기 질화붕소의 비율은 50 내지 80체적%의 범위 내에 있는 금속 베이스 회로 기판.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 액정 폴리에스터는 하기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위를 갖고, 하기 화학식 (1) 내지 (3)으로 표시되는 구조단위의 합계에 대하여 하기 화학식 (1)로 표시되는 구조단위의 비율은 30 내지 80몰%의 범위 내에 있고, 하기 화학식 (2)로 표시되는 구조단위의 비율은 10 내지 35몰%의 범위 내에 있고, 하기 화학식 (3)으로 표시되는 구조단위의 비율은 10 내지 35몰%의 범위 내에 있는 금속 베이스 회로 기판.
    -O-Ar1-CO- …(1)
    -CO-Ar2-CO- …(2)
    -X-Ar3-Y- …(3)
    (식 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar2는 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, Ar3은 페닐렌기 또는 하기 화학식 (4)로 표시되는 기를 나타내고, X 및 Y는 각각 독립적으로 O 또는 NH를 나타낸다. Ar, Ar2 및 Ar3의 방향족환에 결합되어 있는 수소 원자는 할로젠 원자, 알킬기 또는 아릴기로 치환되어 있어도 된다.)
    -Ar11-Z-Ar12- …(4)
    (식 중, Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Z는 O, CO 또는 SO2를 나타낸다.)
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