TWI410188B - 金屬基底電路基板及其製造方法 - Google Patents

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Description

金屬基底電路基板及其製造方法
本發明係關於一種散熱性佳、且即使在高溫下電氣絕緣性、電氣可靠性亦高之金屬基底電路基板及其製造方法。
在半導體搭載用之電路基板中，小型化、高密度安裝化及高性能化係為恆常存在之需求，因搭載在電路基板之半導體元件之小型化技術的改良，該電路基板係逐年地朝小型化發展。
然而，隨著搭載在電路基板之半導體元件之小型化、高性能化、高功率化之發展，會造成要如何將從半導體元件產生之熱予以散放之大問題，特別是在高溫環境下使用之電路基板中，要求其散熱性之提升。
在高溫環境下使用之電路基板主要係使用陶瓷基底電路基板。該陶瓷基底電路基板係為使用由氧化鋁或氮化鋁所構成之基板作為支持基板，並利用金屬化技術將電路形成用之導電箔積層在該支持基板之表面之構成的電路基板。
該陶瓷基底電路基板雖在高溫環境下具良好之耐久性，但有難以製作尺寸大之製品的問題點。此外，該陶瓷基底電路基板之陶瓷基板本身脆弱，因此無法使用在車用之電子製品用之電子零件等於振動劇烈之狀況下所用的製品，且有材料價格非常高且難以降低製品價格的問題。
另一方面，以反相器等電源領域為主，基於散熱性佳之理由，採用金屬基底電路基板。金屬基底電路基板係必須作成為：在金屬板上形成絕緣層，並且在該絕緣層上積層電路形成用之導電箔的構造。因此，從連接於電路之半導體元件產生之熱係透過構成絕緣層之樹脂材料傳送至金屬基板，並從金屬基板散熱。然而，構成絕緣層之樹脂之熱傳導率較低，因此金屬基底電路基板之散熱並不充分。如此，其現狀係無法將金屬基底電路基板使用在處於高溫環境下之電子零件，而期待製品價格低廉之金屬基底電路基板的散熱性之提升。
因此，向來係針對金屬基底電路基板推動各種設法提高絕緣層之熱傳導率之努力。
例如，藉由使球狀且粒度分佈較廣之無機填充料以65至85體積%含有在樹脂成分，而使無機填充料最密集地填充在絕緣樹脂層中，並且使熱傳導率高之無機填充料彼此在樹脂層中接觸，藉此嘗試使熱散熱性提升(例如專利文獻1)。藉由上述嘗試，雖使無機填充料之填充性提升，而實現熱傳導率之上昇，但無機填充料粒子彼此之接觸面積較小，達成之熱傳導率係為5W/mK而不充分。此外，絕緣層中所佔之樹脂成分量會變少，因此會發生樹脂層變得脆弱，所得之金屬基底電路基板之絕緣層的機械強度不充分的新問題。
一般而言，若要提高絕緣層之熱傳導率，無機填充劑粒子彼此必須成為接觸狀態，才能提高熱傳導率。因此，當考慮提高絕緣層之熱傳導率時，無機填充料係必須增加調配量，直到成為接近最密填充構造之狀態為止。構成絕緣層之樹脂成分量會減少達無機填充劑所增加之調配量份量。結果，絕緣層與金屬基板或導電箔之接著性會大幅降低。此外，由於樹脂成分量減少，因此亦會產生絕緣層變得脆弱之問題。該問題在使用熱硬化性之環氧樹脂等熱硬化性樹脂作為樹脂成分時特別顯著。該種絕緣層極脆弱，因此在具有該絕緣層之金屬基底電路基板中，於進行切斷加工時容易產生絕緣層之碎屑。所產生之碎屑會成為微粒子而汚染基板，或在衝壓時載置於基板上之微粒子會成為壓痕而損傷基板等加工上之問題會變多。
此外，就先前技術而言，揭示有一種使用熱傳導率高之氮化硼、鑽石、氧化鈹作為無機填充劑，並使用環氧樹脂作為樹脂成分的金屬基底電路基板(專利文獻2)。
然而，如前所述，即使將熱傳導率高之無機填充劑作成為最密填充，無機填充劑彼此之接觸面積僅有些許之提升，大部分之熱係通過樹脂層。然而，由於樹脂之熱傳導率低，因此熱係被樹脂層所遮擋。即使在專利文獻2所揭示之構成中，樹脂成分係為熱傳導率低之非晶性環氧樹脂，熱之傳導會因該樹脂層而寸斷，絕緣層整體的熱傳導率至多為12.4W/mK。
再者，就習知技術而言揭示有一種以下之構成：樹脂成分係採用雙馬來醯亞胺-三樹脂(bismaleimide-triazine resin，BT樹脂)或聚苯醚(polyphenylene oxide)之任一者，無機填充劑係採用氧化鋁或氮化鋁(專利文獻3)。
即使選擇BT樹脂之類的剛直性的樹脂，由於樹脂為非晶性，因此熱傳導率低，如前所述樹脂成分依然會成為傳熱路徑之妨礙，所得之絕緣層的熱傳導率至多為7.5W/mK左右。
再者，就習知技術而言揭示有一種具有以下構成之絕緣層的電氣零件基板：樹脂成分係採用顯現異向性之可熔融成型之熱向型液晶聚酯，填充劑係採用熱傳導率在300°K為10W/mK以上之填充劑(專利文獻4)。
在該技術中，由於會因為將無機填充劑調配於熔融樹脂而使樹脂之熔融黏度變得非常高，因此無法提高無機填充劑之調配量，因而無法提升絕緣層之熱傳導率。
再者，在進行擠壓成形時，亦由於樹脂之黏度高，因此無法成形100至200μm左右之薄膜。金屬基底基板之絕緣層的厚度係以50至200μm為佳，因此專利文獻4記載之材料係完全不適合金屬基底電路基板之絕緣層。如專利文獻4之實施例1所揭示，由於氧化鋁相對於液晶聚酯之調配量係少至35容量%，擠壓厚度係厚達0.4mm，熱傳導率係為1.5W/mK之低值，因而可確認出上述情形。
此外，當對顯現異向性之液晶聚酯進行擠壓成形時，由於聚合物係朝擠壓方向配向，因此熱傳導率亦在長度方向變高，在厚度方向變低。在金屬基底電路基板中，電路所產生之熱係以從絕緣層上之電路層朝縱向(厚度方向)切過絕緣層之方式往金屬基板流動，因此絕緣層係以其厚度方向之熱傳導率高者為佳。然而，在專利文獻4之構成中，由於絕緣層之厚度方向的熱傳導率會變低，因此金屬基底電路基板之散熱性必定會變得不充分。
(先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開平5-167212號公報
(專利文獻2)日本特開平7-320538號公報
(專利文獻3)日本特開平6-188530號公報
(專利文獻4)日本特公平6-082893號公報
本發明係鑑於上述既有情事而研創者，其課題在於提供一種可應用在反相器或需要高散熱性之用途之金屬基底電路基板，其具有高熱傳導率，同時熱穩定性及電氣可靠性亦高。
此外，陶瓷基底電路基板係具有耐熱性佳之優點，另一方面具有難以製作大型基板且不耐衝撃之缺點，而本發明之課題亦在於提供一種金屬基底電路基板，其可解決該陶瓷基底電路基板之缺點，不具有前述缺點且可使用在與陶瓷基底電路基板相同之用途領域，並且兼具耐熱性、絕緣性及可靠性。本發明之金屬基底電路基板的用途係用於汽車用途之基板，可列舉例如動力方向盤控制單元、LED抬頭顯示器(Head Up Display，HUD)、自動變速箱、ABS模組、引擎控制單元(ECU)、LED儀表板等。就其他用途而言，亦可使用在LED照明器具、LED顯示板之背光等之基板、或電梯、電車等動力系基板。
為了要解決上述課題，本發明之金屬基底電路基板，係具有金屬基板、積層在該金屬基板上之絕緣層、及積層在該絕緣層上之電路形成用之導電箔而構成者，該金屬基底電路基板之特徴為：前述金屬基板之熱傳導率為60W/mK以上，厚度為0.2至5.0mm；前述絕緣層係利用將熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑分散在非異向性之液晶聚酯溶液而成之絕緣材組成物而形成者。
在上述構成中，構成絕緣層之絕緣材的熱傳導率為6至30W/mK。
再者，本發明之金屬基底電路基板之製造方法，係為前述本發明之金屬基底電路基板的製造方法，該製造方法之特徴為具有以下步驟：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑構成之絕緣材組成物塗覆在熱傳導率為60W/mK以上且厚度為0.2至5.0mm之金屬基板的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，使分子量增加以獲得絕緣層；積層步驟，使前述導電箔與形成於前述金屬基板之表面的前述絕緣層之露出面貼合，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
前述本發明之金屬基底電路基板之製造方法的其他構成係具有以下步驟：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑構成之絕緣材組成物塗覆在導電箔的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，使分子量增加以獲得絕緣層；積層步驟，使形成於前述導電箔之表面的前述絕緣層之露出面與前述金屬基板之表面貼合，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
依據本發明之金屬基底電路基板，由於構成絕緣層之絕緣材係採用熱傳導率高之液晶聚合物作為母材(matrix)，因此可大幅提升將來自導電箔之熱傳達至金屬基板之絕緣層的熱傳導率，且能以最大限度運用金屬基板所具有之高散熱性。
再者，依據本發明之金屬基底電路基板之製造方法，由於使用液晶聚酯溶液，且該液晶聚酯溶液係可容易地調配大量之無機填充劑，因此可使所希望量之無機填充劑均等地分散至樹脂成分中，結果可獲得高熱傳導率之製品。
此外，依據本發明，由於構成絕緣層之母材的樹脂成分本身的熱傳導率高，因此即使減少無機填充劑之調配量，亦可將絕緣層之熱傳導率維持在高狀態，結果，可同時實現絕緣層之熱傳導性的提升、及絕緣層之絕緣性及機械強度的確保。
因此，由本發明所得之製品係具有高散熱性，且機械性強度亦佳，因此亦可對應於切斷加工或衝壓加工，且可廉價地獲得，亦可應用在包含以陶瓷基底電路基板為主之領域的廣泛領域。
如前所述，本發明之金屬基底電路基板係大致具有3種構成要素，亦即具有金屬基板、積層在該金屬基板上之絕緣層、及積層在該絕緣層上之電路形成用之導電箔。以下針對該等構成要素，依序詳細地說明。
(金屬基板)
就本發明所用之金屬基板而言，係採用熱傳導率60W/mK以上之金屬板。就構成該金屬板之金屬材料而言，可列舉鋁、鋁合金、鐵、銅、不鏽鋼、或該等金屬之合金、將熱傳導率高之碳予以複合化的改質鋁等。該金屬基板之厚度較佳為0.2至5mm。
(導電箔)
就本發明之金屬基底電路基板所使用之導電箔而言，較佳為銅箔、鋁箔，其厚度係以10至400μm為佳。
(絕緣層)
絕緣層係在將後述之特定的絕緣材組成物塗布在導電箔或金屬基板之一方表面(接合面)，並使該塗膜乾燥後，對藉由乾燥所得之絕緣材層進行熱處理，並藉由熱處理使構成絕緣材層之樹脂成分的分子量增加而得者。
未形成前述塗膜之另一方的導電箔或金屬基板之積層係在藉由前述熱處理形成絕緣層後進行。
此外，使用於本發明之絕緣層亦可使用作為另一個體而形成為薄膜狀者。此時，將薄膜狀之絕緣層配置在導電箔與金屬基板之間，並藉由對該積層體進行加熱，而實現對導電箔及金屬基板之接著。關於熱處理，較佳為在溫度250至350℃下進行1小時至10小時。
此外，在前述熱接著時，較佳為將積層體朝厚度方向加壓。
(絕緣材組成物)
為了形成前述絕緣層所用之絕緣材組成物係由非異向性液晶聚酯溶液及熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑所構成。非異向性聚酯溶液係為使液晶聚酯溶解於溶劑，且依需要調配其他添加劑所構成之聚合物溶液。
(液晶聚酯)
本發明所用之液晶聚酯係在熔融時顯現光學異向性，在450℃以下之溫度形成異向性熔融體者。
形成該異向性熔融體之液晶聚酯係具有以下述一般式(1)所示之構造單位、以下述一般式(2)所示之構造單位、及以下述一般式(3)所示之構造單位。
-O-Ar1 -CO-　(1)
-CO-Ar2 -CO-　(2)
-X-Ar3 -Y-　(3)
(式(1)中之Ar1 係為伸苯基或伸萘基(naphthylene)，式(2)中之Ar2 係為伸苯基、伸萘基或以下述式(4)所示之基，式(3)中之Ar3 係為伸苯基或以下述式(4)所示之基，X及Y係表示O或NH，X與Y亦可為相同構成。此外，與Ar1 、Ar2 及Ar3 之芳香環結合的氫原子亦可經鹵原子、烷基或芳基所取代。)
-Ar11 -Z-Ar12 -　(4)
(式(4)中、Ar11 及Ar12 係分別獨立地表示伸苯基或伸萘基，Z係表示O、CO或SO2 。)
以上述式(1)至(3)所示之各構造單位的調配比率較佳為相對於全構造單位之合計，以一般式(1)所示之構造單位為30.0至45.0莫耳%，以一般式(2)所示之構造單位為27.5至35.0莫耳%，以一般式(3)所示之構造單位為27.5至35.0莫耳%。
再者，本發明所用之液晶聚酯較佳為相對於全構成單位包含27.5至35.0莫耳%之由來自芳香族二胺之構成單位及具有羥基之來自芳香族胺之構成單位所構成之組群所選出的至少一種之構成單位(a)。特別是，具有前述構成單位(a)而作為以一般式(3)所示之構成單位時，會有更良好地獲得上述效果的傾向，亦即獲得「熔融時顯現光學異向性，在450℃以下之溫度形成異向性熔融體」之效果。
以一般式(1)所示之構造單位係為來自芳香族羥基羧酸之構成單位，以一般式(2)所示之構造單位係來自芳香族二羧酸之構造單位，以一般式(3)所示之構造單位係來自芳香族二胺或具有酚性羥基之芳香族胺的構造單位。將由該構造單位(1)至(3)所衍生之化合物分別作為單體，藉由將該等單體予以聚合，而獲得本發明所用之液晶聚酯。
此外，就充容易進行獲得本發明所用之芳香族液晶聚酯之聚合反應的觀點來看，亦可使用上述單體之酯形成性衍生物或醯胺形成性衍生物來取代上述單體。
就上述羧酸之酯形成性/醯胺形成性衍生物而言，可列舉例如，羧基成為促進生成聚酯或聚醯胺之反應的酸氯化物、酸酐等反應活性高之衍生物者，羧基與會藉由酯交換/醯胺交換反應而產生聚酯或聚醯胺之醇類或乙二醇等形成酯者等。
再者，就上述酚性羥基之酯形成性/醯胺形成性衍生物而言，可列舉例如：以藉由酯交換反應而產生聚酯或聚醯胺的方式，使酚性羥基與羧酸類形成酯者等。
再者，就上述胺基之醯胺形成性衍生物而言，可列舉例如：以藉由醯胺交換反應而產生聚醯胺的方式，使胺基與羧酸類形成酯者等。
就以一般式(1)至(3)所示之構造單位而言，具體來說可例示以下所示者，但並不限定於以下所示者。
就以一般式(1)所示之構造單位而言，可列舉例如來自由對羥基苯甲酸、6-羥基-2-萘甲酸、及4-羥基-4’-聯苯甲酸所選出之芳香族羥基羧酸的構造單位等，在該等構造單位中，亦可包含二種以上之構造單位。特別是，較佳為使用具有來自對羥基苯甲酸之構造單位或來自2-羥基-6-萘甲酸之構造單位的芳香族液晶聚酯。
相對於全構造單位之合計，以一般式(1)所示之構造單位的調配量為30.0至45.0莫耳%，更佳為在35.0至40.0莫耳%之範圍。
以一般式(1)所示之構造單位超過45.0莫耳%時，相對於後述之非質子性溶媒的溶解性會降低，在未達30.0莫耳%時，由於會有不會顯現聚酯之液晶性的傾向，因此皆不理想。
接著，就以一般式(2)所示之構造單位而言，可列舉例如由對苯二甲酸、間苯二甲酸及2,6-萘二甲酸所選出之來自芳香族二羧酸之構造單位等，在該等構造單位中，亦可包含二種以上之構造單位。特別是，從相對於後述之非質子性溶媒的溶解性的觀點來看，較佳為使用具有來自間苯二甲酸之構造單位的液晶聚酯。
相對於全構造單位之合計，以一般式(2)所示之構造單位的調配量為27.5至35.0莫耳%，更佳為在30.0至32.5莫耳%之範圍。
以一般式(2)所示之構造單位超過35.0莫耳%時，會有液晶性降低之傾向，在未達27.5莫耳%時，由於會有相對於前述之非質子性溶媒的溶解性降低的傾向，因此皆不理想。
接著，就以一般式(3)所示之構造單位而言，可列舉例如來自3-胺基苯酚或4-胺基苯酚所例示之具有酚性羥基的芳香族胺之構造單位，或是來自1,4-苯二胺或1,3-苯二胺所例示之芳香族二胺的構造單位，在該等構造單位中，亦可包含二種以上之構造單位。特別是，從液晶聚酯製造之聚合反應性的觀點來看，較佳為使用具有來自4-胺基苯酚之構造單位的液晶聚酯。
相對於全構造單位之合計，以一般式(3)所示之構造單位的調配量為27.5至35.0莫耳%，更佳為在35.0至32.5莫耳%之範圍。
以一般式(3)所示之構造單位超過35.0莫耳%時，會有液晶性降低之傾向，在未達27.5莫耳%時，由於有相對於前述之非質子性溶媒的溶解性降低之傾向，因此皆不理想。
再著，以一般式(3)所示之構造單位與以一般式(2)所示之構造單位較佳為實質上為等量，而藉由將以一般式(3)所示之構造單位相對於以一般式(2)所示之構造單位設為-10莫耳%至+10莫耳%，亦可控制芳香族液晶聚酯之聚合度。
前述芳香族液晶聚酯之製造方法雖並無特別地限定，但可列舉例如：藉由過剰量之脂肪酸酐將對應於以一般式(1)所示之構造單位的芳香族羥基羧酸、對應於以一般式(3)所示之構造單位之具有羥基的芳香族胺、芳香族二胺之酚性羥基或胺基予以醯化而獲得醯化物(酯形成性衍生物或醯胺形成性衍生物)，並將所得之醯化物、與對應於以一般式(2)所示之構造單位的芳香族二羧酸進行酯交換(聚縮合)，並進行熔融聚合之方法等。
就前述醯化物而言，亦可使用預先醯化所得之脂肪酸酯(參照日本特開2002-220444號公報、日本特開2002-146003號公報)。
在前述醯化反應中，脂肪酸酐之添加量較佳為相對於酚性羥基與胺基之合計為1.0至1.2倍當量，更佳為1.05至1.1倍當量。
在脂肪酸酐之添加量未達1.0倍當量時，在進行酯交換(聚縮合)時會有醯化物或原料單體等昇華，且反應系統容易閉塞之傾向。此外，在超過1.2倍當量時，則會有所得之芳香族液晶聚酯之著色變得顯著的傾向。
前述醯化反應較佳為在130至180℃下反應5分鐘至10小時，更佳為在140至160℃下反應10分鐘至3小時。
前述醯化反應所使用之脂肪酸酐並無特別限定，可列舉例如醋酸酐、丙酸酐、丁酸酐、異丁酸酐、戊酸酐、特戊酸酐(pivalic anhydride)、2-乙基己酸酐、單氯醋酸酐、二氯醋酸酐、三氯醋酸酐、單溴醋酸酐、二溴醋酸酐、三溴醋酸酐、單氟醋酸酐、二氟醋酸酐、三氟醋酸酐、戊二酸酐(glutaric anhydride)、馬來酸酐、琥珀酸酐、β-溴丙酸酐等，該等脂肪酸酐亦可混合二種類以上來使用。
其中，由價格及處理性之觀點來看，較佳為醋酸酐、丙酸酐、丁酸酐、異丁酸酐，更佳為醋酸酐。
在前述酯交換、醯胺交換中，醯化物之醯基較佳為羧基之0.8至1.2倍當量。
此外，前述酯交換、醯胺交換較佳為在130至400℃下以0.1至50℃/分之比例升溫之同時進行，更佳為在150至350℃下以0.3至5℃/分之比例升溫之同時進行。
在使經上述醯化所得之脂肪酸酯、與羧酸或胺進行酯交換/醯胺交換時，由於會使平衡移動，因此副生之脂肪酸與未反應之脂肪酸酐較佳為使之蒸發等而蒸餾去除至系統外。
此外，醯化反應、酯交換、醯胺交換亦可在觸媒之存在下進行。就該觸媒而言，可使用作為聚酯之聚合用觸媒而慣用者，可列舉例如醋酸鎂、醋酸亞錫、鈦酸四丁酯(tetrabutyl titanate)、醋酸鉛、醋酸鈉、醋酸鉀、三氧化銻等金屬鹽觸媒、N,N-二甲基胺基吡啶、N-甲基咪唑等有機化合物觸媒等。
在上述觸媒中，較佳為使用N,N-二甲基胺基吡啶、N-甲基咪唑等包含2個以上氮原子之雜環狀化合物(參照日本特開2002-146003公報)。
上述觸媒係通常在投入單體類時被投入，在醯化後亦不一定去除，在不去除該觸媒時，可直接進行酯交換。
以前述酯交換/醯胺交換進行之聚合通常係藉由熔融聚合而進行，亦可併用熔融聚合與固態聚合。固態聚合係從熔融聚合步驟抽出單體，然後予以粉碎成粉末狀或薄片狀後，可藉由公知之固態聚合方法而進行。具體而言，可列舉例如在氮等惰性環境氣體下以20至350℃在固態狀態下進行1至30小時之熱處理的方法。固態聚合係即使在進行攪拌之同時，亦可在不進行攪拌而在靜置之狀態下進行。
此外，亦可藉由具備適當之攪拌機構，將熔融聚合槽與固態聚合槽作成為同一之反應槽。
在固態聚合後，所得之芳香族液晶聚酯亦可藉由公知之方法粒狀化而成形。
前述芳香族液晶聚酯之製造係可利用批量(batch)裝置、連續裝置等來進行。
此外，就上述芳香族液晶聚酯而言，當以下述方法求出之流動開始溫度為260℃以上時，在所得之芳香族液晶聚酯與金屬箔等可成為導電層之基材之間，且在芳香族液晶聚酯與金屬基板之間，可獲得更高度之密接性，因此較為理想。
再者，上述流動開始溫度係以250℃以上300℃以下為更佳。若流動開始溫度為250℃以上時，則如上所述，會有導電箔及金屬基板之各者與芳香族液晶聚酯之密接性更為提升之傾向，相反地，若流動開始溫度為300℃以下時，則會有相對於溶媒之溶解性更為提升之傾向。由上述觀點來看，流動開始溫度係以260℃以上290℃以下之範圍為更佳。
前述流動開始溫度係指在以流動測試器進行之熔融黏度的評價中，該芳香族聚酯之熔融黏度在9.8MPa之壓力下成為4800Pa‧s以下的溫度。
此外，依據1987年發行之書籍「液晶聚合物-合成/成形/應用-」(小出直之編，95至105頁，CMC，1987年6月5日發行)，在1970年代開發液晶聚酯以後，係使用流動溫度(與本發明之流動開始溫度同等之定義)作為液晶聚酯樹脂之分子量的基準。
就控制上述芳香族液晶聚酯之流動開始溫度的方法而言，例如，從熔融聚合步驟抽出聚合物，然後將該聚合物予以粉碎成粉末狀或薄片狀後，可藉由公知之固態聚合方法來調整流動開始溫度，而可容易地實施。
更具體而言，例如藉由在熔融聚合步驟後，在氮等惰性環境氣體下，以超過210℃之溫度，更佳為在220℃至350℃之溫度下，在固態狀態下進行1至10小時之熱處理的方法而得者。固態聚合可在進行攪拌之同時進行，亦可在不進行攪拌而在靜置之狀態下進行。可列舉例如在氮等惰性環境氣體下不進行攪拌而在靜置之狀態下，以溫度225℃、3小時之條件下進行固態聚合的方法。
(非異向性液晶聚酯溶液之溶媒)
就用以溶解上述之液晶聚酯而獲得本發明所用之非異向性液晶聚酯溶液之溶媒而言，較佳為採用不含鹵原子之非質子性溶媒。
上述不含鹵原子之非質子性溶媒係可列舉例如：二乙醚、四氫呋喃、1,4-二烷等醚系溶媒；丙酮、環己酮等酮系溶媒；醋酸乙酯等酯系溶媒；γ-丁內酯等內酯系溶媒；碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯等碳酸酯系溶媒；三乙基胺、吡啶等胺系溶媒；丙烯腈、丁二腈等腈系溶媒；N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、四甲基脲、N-甲基吡咯啶酮等醯胺系溶媒；硝基甲烷、硝基苯等硝基系溶媒；二甲基亞碸、環丁碸等硫化物系溶媒；六甲基磷醯胺、三正丁基磷酸等磷酸系溶媒等。
其中，當使用雙極子力矩為3以上5以下之溶媒時，從前述芳香族液晶聚酯之溶解性的觀點來看較佳，具體而言，較佳為N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、四甲基脲、N-甲基吡咯啶酮等醯胺系溶媒；γ-丁內酯等內酯系溶媒，更佳為N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮(NMP)。再者，若前述溶媒為在1大氣壓下之沸點為180℃以下之揮發性高的溶媒，則亦有以下優點：在將包含芳香族液晶聚酯溶液之絕緣材組成物作為塗膜後，容易從該塗膜去除溶媒。由該觀點來看，特別以N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)為佳。
本發明所用之非異向性液晶聚酯溶液係相對於前述非質子性溶媒100重量份含有10至50重量份、較佳為20至40重量份之前述芳香族液晶聚酯。
當芳香族液晶聚酯未達10重量份時，溶媒份量較多，在乾燥去除時容易產生塗膜之外觀不良。當芳香族液晶聚酯超過50重量份時，會有芳香族液晶聚酯溶液成為高黏度化之傾向，且處理性會降低。前述溶液組成物中芳香族液晶聚酯之含有量可從其溶液黏度之均衡在上述範圍適當地最適化，更佳為芳香族液晶聚酯係相對於非質子性溶媒100重量份為20至40重量份。
作為本發明之金屬基底電路基板之絕緣層的母材而使用之前述液晶聚酯係由於熱硬化前之分子量較小，因此可比較容易地作成溶液，且可容易地形成塗膜。而且，在作成塗膜後使之乾燥，然後進行熱處理，藉此可使構成塗膜之樹脂的分子量增加，結果，所得之絕緣層係成為機械性強度佳者。
此外，由於前述液晶聚酯具熱可塑性，因此不會有因環氧樹脂之類的熱硬化性樹脂的保管所致的經時性變化，因此可作為工業製品安心地使用。此外，由於具熱可塑性，因此可使配向充分地發展，藉由採用使分子量充分地提升之加熱步驟而使熱子(phonon)傳導之傳遞長度變長，因而可大幅提高熱傳導率，而且可構成韌性高且接著力高之絕緣層。因此，藉由使用該液晶聚酯作為母材而構成絕緣層，則可獲得滿足金屬基底電路基板之加工性且品質面及電性可靠性高的製品。
(無機填充劑)
就本發明所用之無機填充劑而言，必須選擇30W/mK以上之熱傳導率及絕緣性佳者。較佳為氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹、氫氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼等之粒子。
考量到調配於上述非異向性液晶聚酯溶液而調整之絕緣材組成物的黏度不會變高，以及液晶聚酯樹脂中無機填充劑的粒子容易緊密地填充時，粒子之形狀較佳為球狀。在非球狀之情形時，在將無機填充劑作成為微粉末後，較佳為藉由粉末噴霧法成形為大致球狀者。
該等無機填充劑係為了提升與樹脂之密接性與分散性，較佳為利用表面處理劑對無機填充劑粒子之表面進行處理。就表面處理劑而言，較佳為矽烷耦合劑、鈦耦合劑、鋁系或鋯系之耦合劑、長鏈脂肪酸、異氰酸酯化合物、包含環氧基或甲氧基矽烷基、胺基、羥基等之極性高分子或反應性高分子等。
(金屬基底電路基板之製造步驟)
將前述樹脂成分(液晶聚酯)、前述無機填充劑、及依所需使其他添加劑溶解/分散在前述溶劑所成之清漆(絕緣材組成物)，塗布在金屬箔或金屬基板及其他基材，並藉由加熱去除溶劑，以形成絕緣層。
較重要為使上述無機填充劑均勻地分散，因此例如首先在溶劑添加樹脂成分、與矽烷耦合劑、鈦耦合劑等耦合劑及依需要添加離子吸著劑，並且使該等劑溶解並分散在溶劑。然後，添加適當量之無機填充劑，藉由球磨機、3輥研磨機、離心攪拌機及珠磨機等將填充劑予以粉碎，同時使該填充劑分散在樹脂溶液中。
所得之絕緣材組成物的塗覆方法係利用滾筒塗覆、棒塗覆及網版印刷等進行，且可進行連續式及單板式塗覆。
藉由使用銅箔作為連續式塗布之基材，即可製作附有絕緣層之金屬導體箔。
此外，單板式塗覆亦可使用鐵、銅及鋁板等。
上述構成為以絕緣層之形成為焦點時之本發明之金屬基底電路基板的製造方法之基本構成，但考慮到包含導電箔、絕緣層及金屬基板等主要構成要素之積層順序的整體製造方法時，係可考慮以下之3種製程。
(第1製程)
第1製程係具有：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑所構成之絕緣材組成物塗覆在熱傳導率為60W/mK以上且厚度為0.2至5.0mm之金屬基板的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，以使分子量增加而獲得絕緣層；積層步驟，使前述導電箔密著在形成於前述金屬基板之表面的前述絕緣層之露出面，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
(第2製程)
第2製程係具有：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑所構成之絕緣材組成物塗覆在導電箔的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，並使分子量增加，以獲得絕緣層；積層步驟，使形成於前述導電箔之表面的前述絕緣層之露出面密著在前述金屬基板之表面，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
(第3製程)
第3製程係具有：絕緣層形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑所構成之絕緣材組成物塗覆在另一個支持基材的表面，令所得之絕緣塗膜乾燥，對經乾燥之絕緣塗膜進行熱處理，並使分子量增加，以獲得絕緣層用之薄膜；積層步驟，從前述支持基材剝離前述薄膜狀之絕緣層，並將該絕緣層配置在導電箔與金屬基板之間，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
在前述各製程中，雖係藉由對絕緣層進行加熱而接著在導電箔及金屬基板，但這是由於構成絕緣材組成物之液晶聚酯為熱可塑性樹脂之故，藉由熱接著之簡易方法，亦可確實地進行積層之各層間的接著。
利用上述3種類之製程中之任一製程，亦可製造本發明之金屬基底電路基板。
如上述之說明，依據本發明，由於使用熱傳導性高之液晶聚酯作為絕緣層之母材的樹脂成分，並將熱傳導性之無機填充劑調配在該液晶聚酯，因此可使絕緣層之熱傳導率大幅地提升。
此外，無須因應作為絕緣層之母材的樹脂成分之熱傳導率大幅地提升而使無機填充劑之調配量過度地增大，且亦可使樹脂成分量增多而提升絕緣層之絕緣性及機械強度。
再者，由於液晶聚酯之對於金屬之熱接著性佳，因此無須利用接著劑等接著手段之接著專用的步驟，因此製造容易，且可獲得經濟效應。
如此，本發明之金屬基底電路基板之散熱性高，因此電氣可靠性高且絕緣層之絕緣性及機械強度高，而可應用作為反相器等所使用之陶瓷基板的用途之廉價的替代製品。
(實施例)
以下，說明本發明之實施例。以下所示之實施例係用以說明本發明之適當的例示，並非限定本發明者。
[1]　液晶聚酯之製造
在具備攪拌裝置、轉矩計(torque meter)、氮氣導入管、溫度計及回流冷卻器的反應器中，饋入6-羥基-2-萘甲酸1976g(10.5莫耳)、4-羥基乙醯胺苯(4-hydroxyacetanilide)1474g(9.75莫耳)、間苯二甲酸1620g(9.75莫耳)及醋酸酐2374g(23.25莫耳)。在以氮氣充分地置換於反應器內後，在氮氣氣流下費時15分鐘升溫至150℃，並保持該溫度而回流3小時。
然後，一面將蒸餾產生之副生醋酸及未反應之醋酸酐予以蒸餾去除，一面費時170分鐘升溫至300℃，將確認轉矩之上昇的時間點視為反應結束，並取出內容物。將所取出之內容物冷卻至室溫，並以粉碎機予以粉碎後，獲得比較低分子量之液晶聚酯的粉末。藉由島津製作所製之流動測試器CFT-500對所得之粉末測量流動開始溫度時，為235℃。並進行以下之固態聚合：在氮環境氣體下對該液晶聚酯粉末以223℃進行加熱處理3小時。固態聚合後之液晶聚酯的流動開始溫度係270℃。
[2]　液晶聚酯溶液A之調製
將由前述[1]所得之液晶聚酯2200g添加在N，N-二甲基乙醯胺(DMAc)7800g，並在100℃下加熱2小時，以獲得液晶聚酯溶液A。該溶液組成物之溶液黏度係為320cP。此外，該溶液黏度係利用B度黏度計(東機產業製、「TVL-20型」、轉子No.21(轉數：5rpm)，在測量溫度23℃下測量之值。
(實施例1)
以65%之體積填充率將球狀鋁(昭和電工公司製、商品名「AS-40」、平均粒徑11μm)調配於固態份22%之液晶聚酯溶液A：100份，以製作絕緣材溶液。在以離心式攪拌脫泡機對該絕緣材溶液攪拌5分鐘後，以約300μm之厚度塗布在厚度70μm之銅箔上。在令塗布有溶液的銅箔在100℃下乾燥20分鐘後，在320℃下進行熱處理3小時。將塗布有絕緣材組成物之上述銅箔積層在作為金屬基板之熱傳導率140W/mK、厚度2.0mm之鋁合金，且在壓力50kg/cm2 、溫度340℃下進行加熱處理20分鐘，並進行熱接著。
將所得之金屬基底電路基板作為樣本，分別以下述之測量條件評價熱傳導率、銲料耐熱性、耐電壓性、T剝離強度的各性能。
(熱傳導率)
以銲料將電晶體C2233安裝在基板尺寸30×40mm、島部尺寸14×10mm之基板。使用熱傳導性之矽酮潤滑油將水冷卻裝置安裝在該基板背面，並測量在供給30W之電力時發熱之電晶體表面與冷卻裝置的溫度。熱電阻值係由下式算出者：{(電晶體表面溫度)-(冷卻裝置表面溫度)}/負荷電力。利用換算式由熱電阻值算出熱傳導率。
(銲料耐熱)
使基板尺寸50×50mm、島部尺寸25×50mm(殘留右半部分之銅箔)之基板放置在300℃之銲料浴上，以目視觀察到4分鐘沒有膨脹或剝落，並進行評價。
(耐電壓)
將試驗片浸漬在絕緣油中，在室溫下將交流電壓施加在銅箔與鋁板之間，以測量絕緣破壞之電壓。
(T剝離強度試驗)
對積層板之銅箔進行蝕刻，以製作形成有寛度10mm之圖案的樣本，並以基板與銅箔成為垂直的方式測量以50mm/分之速度進行剝離之T剝離強度(N/cm)。
利用上述各評價方法進行評價時，熱傳導率為10.8W/mK，T剝離強度為20.5N/cm，耐電壓為4.5kV，銲料耐熱為300℃/4分鐘，達到標準。
(比較例1)
使用雙酚A系環氧樹脂(ADEKA公司製、商品名「EP4100G」、環氧當量190)100份、酸酐系硬化劑(ADEKA公司製、商品名「EH3326」、酸價650)85份，並使用甲苯100份作為溶液以取代液晶聚酯溶液A，與實施例1同樣地，以65%之體積填充率調配並攪拌氧化鋁，並且在塗布於銅箔後使之乾燥。不進行熱處理而直接積層在鋁，在溫度180℃下以50kg/cm2 進行加熱處理1.5小時，並進行熱接著。
就所得之金屬基底電路基板之性能而言，與使用液晶聚酯之實施例相比較，熱傳導率係為低至3.4W/mK之極低的值。
(實施例2)
以70%之體積填充率將氮化硼(平均粒徑5至8μm，水島合金鐵公司製、商品名「HP-40」)調配於液晶聚酯A：100份，與實施例1同樣地製造金屬基底電路基板。
就所得之金屬基底電路基板之性能而言，熱傳導率係為高至16.8W/mK，T剝離強度為7.6N/cm，耐電壓為4.5kV，銲料耐熱為300℃/4分鐘，達到標準。
(比較例2)
以70%之體積填充率將氮化硼調配於在比較例1中所用之環氧樹脂及酸酐硬化劑100份，以與比較例1相同之順序製造金屬基底電路基板。
所得之金屬基底電路基板之熱傳導率為5.2W/mK，係為遠比使用液晶聚酯作為母材之實施例更低之值。
(產業上之可利用性)
如上所述，在本發明之金屬基底電路基板中，由於構成絕緣層之母材的樹脂成分本身的熱傳導率高，因此即使減少無機填充劑之調配量，亦可將絕緣層之熱傳導率維持在高狀態，結果，可同時實現絕緣層之熱傳導性的提升、及絕緣層之絕緣性及機械強度的確保。因此，本發明之金屬基底電路基板係具有高散熱性，且機械性強度亦佳，因此亦可對應於切斷加工或衝壓加工，且可廉價地獲得，亦可應用在包含以陶瓷基底電路基板為主之領域的廣泛領域。

Claims (4)

  1. 一種金屬基底電路基板，係具有金屬基板、積層在該金屬基板上之絕緣層、及積層在該絕緣層上之電路形成用之導電箔而構成者，該金屬基底電路基板之特徵為：前述金屬基板之熱傳導率為60W/mK以上，厚度為0.2至5.0mm；前述絕緣層係利用將熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑分散在非異向性之液晶聚酯溶液而成之絕緣材組成物而形成者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬基底電路基板，其中，構成前述絕緣層之絕緣材的熱傳導率為6至30W/mK。
  3. 一種金屬基底電路基板之製造方法，係為申請專利範圍第1項所述之金屬基底電路基板的製造方法，該製造方法之特徵為具有以下步驟：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑構成之絕緣材組成物塗覆在熱傳導率為60W/mK以上且厚度為0.2至5.0mm之金屬基板的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，以獲得絕緣層；積層步驟，使前述導電箔與形成於前述金屬基板之表面的前述絕緣層之露出面貼合，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
  4. 一種金屬基底電路基板之製造方法，係為申請專利範圍第1項所述之金屬基底電路基板的製造方法，該製造方法之特徵為具有以下步驟：絕緣塗膜形成步驟，將由非異向性液晶聚酯溶液與熱傳導率30W/mK以上之無機填充劑構成之絕緣材組成物塗覆在導電箔的表面，以形成絕緣塗膜；絕緣材層形成步驟，令前述絕緣塗膜乾燥，以形成絕緣材層；絕緣層形成步驟，對前述絕緣材層進行熱處理，以獲得絕緣層；積層步驟，使形成於前述導電箔之表面的前述絕緣層之露出面與前述金屬基板之表面貼合，以構成在前述金屬基板與導電箔之間設置有絕緣層之積層構造；以及熱接著步驟，在前述積層步驟之後，藉由對前述絕緣層進行加熱，以進行絕緣層與前述金屬基板及導電箔之接著。
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