TWI797520B - 積層體以及接合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之積層體具備：基材；電路；絕緣層，其設置於基材與電路之間，且包含具熱傳導性的填料；及接合劑，其至少將基材與絕緣層接合，其中，基材與絕緣層，一部分係藉由接合劑接合，其他部分係彼此接觸，於絕緣層中形成複數個空間，於空間的至少一部分當中填充有接合劑。
Description
本發明係關於在基材上隔著絕緣層來層疊電路而成的積層體、接合方法以及電路基板用半成品。
以往，作為安裝有積體電路等的基板，係使用於基材上隔著絕緣層來層疊電路而成的積層體(例如參考專利文獻1、2)。絕緣層具有確保基材與電路之間的耐電壓的作用。此外，於絕緣層當中包含填料，藉由此填料來確保絕緣層的熱傳導性。藉由形成如此的積層體，使電路上的發熱元件中所產生並傳達至電路的熱，經由絕緣層而傳遞至基材，並且從基材散熱至外部。於專利文獻1當中，藉由壓合來將絕緣層與基材接合。另一方面，於專利文獻2當中，於絕緣層與基材之間形成由接合劑所形成的接合層，並更為堅固地將絕緣層與基材接合。
[專利文獻1]日本特開2009-246079號公報
[專利文獻2]日本特開2013-254921號公報
另外，對於積層體要求確保所述耐電壓及散熱特性(熱傳導性)，且在基材與絕緣層之間、絕緣層與電路之間不要剝離。然而，當如專利文獻2般地形成接合層時，熱傳導性降低。
本發明係有鑑於上述情況而完成，其目的在於，提供可同時滿足耐電壓、熱傳導性及接合強度的積層體、接合方法以及電路基板用半成品。
為了解決上述問題並達成目的，本發明之積層體具備：基材；電路；絕緣層，其設置於所述基材與所述電路之間，且包含具熱傳導性的填料；及接合劑，其至少將所述基材與所述絕緣層接合，其中，所述基材與所述絕緣層，一部分係藉由所述接合劑接合，其他部分係彼此接觸，於所述絕緣層具有複數個空間，於所述空間的至少一部分當中填充有所述接合劑。
此外，本發明之積層體，於所述發明當中，所述接合劑將所述電路與所述絕緣層接合，所述電路與所述絕緣層，一部分係藉由所述接合劑接合，其他部分係彼此接觸。
此外，本發明之積層體，於所述發明當中，所述絕緣層包含體積比為60%以上且85%以下的所述填料。
此外，本發明之積層體具備：基材；電路；絕緣層，其設置於所述基材與所述電路之間，且包含絕緣性的填料；及接合劑，其至少將所述電路與所述絕緣層接合，其中，所述電路與所述絕緣層，一部分係藉由所述接合劑接合，其他部分係彼此接觸，於所述絕緣層中形成複數個
空間，於形成在所述絕緣層的至少一部分的空間且係與所述基材側之表面連通的空間當中，填充有所述接合劑。
此外，本發明之接合方法，於所述接合方法當中，積層體具備基材、電路、絕緣層，以及接合劑，所述絕緣層設置於所述基材與所述電路之間且包含絕緣性的填料，所述接合劑至少將所述基材與所述絕緣層接合，所述接合方法係：將液狀的所述接合劑塗佈於所述絕緣層當中與所述基材接合的接合面上，使所述接合劑滲透至形成於所述絕緣層中的至少一部分的空間中，使所述絕緣層之接合面與所述基材之接合面重疊之後，於高溫下加壓，以使所述接合劑固化。
此外，本發明之電路基板用半成品係由絕緣層及接合劑所形成，所述絕緣層中形成有複數個空間，於所述空間的至少一部分當中填充有接合劑。
根據本發明，達到於積層體當中可同時滿足耐電壓、熱傳導性及接合強度之效果。
1:積層體
1A:積層體
1B:積層體
10:基材
11:電路
12:絕緣層
12a:空間
12b:空間
13:接合劑
〔圖1〕係為表示本發明一實施型態之積層體之結構的剖面圖。
〔圖2〕係為說明本發明一實施型態之積層體的製造方法的剖面圖(其一)。
〔圖3〕係為說明本發明一實施型態之積層體的製造方法的剖面圖(其二)。
〔圖4〕係為表示本發明實施型態之變形例1的積層體之結構的剖面圖。
〔圖5〕係為表示本發明實施型態之變形例2的積層體之結構的剖面圖。
〔圖6〕係為表示觀察本發明實施型態之變形例2的積層體中的絕緣層之剖面時的圖像的圖。
於下文中，結合圖式詳細說明用於實施本發明之型態。另外，本發明並不限於以下實施型態。此外，於以下說明當中所參照的各個圖式，係僅為可使理解本發明內容程度而概略地示出形狀、尺寸及位置關係。也就是說，本發明並不僅限於各圖當中所例示的形狀、尺寸及位置關係。
圖1係為表示本發明一實施型態之積層體之結構的剖面圖。圖1所示的積層體1具備：基材10；複數個電路11；設置於基材10與電路11之間的絕緣層12；將基材10與絕緣層12接合的接合劑13。
基材10為大致板狀的組件。於圖1當中，基材10係示出了具有大致板狀的示例，但並不限於此形狀。基材10亦可為例如具有散熱片的散熱器等。作為基材10的材料，可列舉例如：鋁、以鋁為主成分的鋁合金、銅、鐵等。另外，於此所述「主成分」係指構成材料的成分當中含量最高的成分。
絕緣層12係介於基材10與電路11之間，其將從電路上的發熱元件傳達至電路11的熱傳遞至基材10。絕緣層12係使用含有填料的絕緣性樹脂而形成。絕緣性樹脂可使用例如環氧樹脂等熱固性樹脂。填料係具有絕緣性及熱傳導性，其存在的比例可為例如於整個絕緣層12當中體積比60%以上且85%以下。填料可使用氧化鋁、氧化矽、氮化硼。電路11與絕緣層12係藉由絕緣層的
樹脂成分的接合力而接合。於此，填料的體積比係指填料之體積相對於樹脂之體積及填料之體積之合計的比例。
此外，於絕緣層12之內部當中形成由空隙或龜裂等所形成的複數個空間(孔)。此等空間包含：連通至絕緣層12之表面的空間、於絕緣層12之內部封閉的空間。
接合劑13係介於基材10與絕緣層12彼此相對的表面的一部分中，且將基材10與絕緣層12接合。基材10與絕緣層12，一部分係藉由接合劑13接合，於其他部分彼此接觸。此外，接合劑13進入形成於絕緣層12當中空隙、龜裂部分等空間當中連通至絕緣層12之表面的空間12a中，並填充此空間12a。於本實施型態當中，空間12a係為連通至絕緣層12當中與基材10彼此相對的表面的空間。另外，接合劑13係填充至可從絕緣層12之表面滲透的空間12a當中，且並未填充至不與表面連通的封閉的空間12b當中。接合劑13係使用具有絕緣性的熱固性樹脂。作為熱固性樹脂，可列舉例如環氧樹脂。作為環氧樹脂的固化劑，可列舉胺系固化劑、苯酚系固化劑、酸酐系固化劑、咪唑系固化劑等。作為接合劑13，可使用與絕緣層12相同的絕緣性樹脂。
接著，參照圖2及圖3來說明於積層體當中基材10與絕緣層12之間的接合。圖2及圖3係為說明本發明一實施型態之積層體的製造方法的剖面圖。
首先，使包含體積比70%的填料的絕緣性樹脂成型，並使其乾燥，藉此製作厚度200μm的絕緣層12(參照圖2)。
之後，將液狀的接合劑13塗佈至絕緣層12中與基材10接合的表面上。接合劑的塗佈量係設定為小於乾燥後的絕緣層的體積。此時，接合劑13的一部分滲
透至絕緣層12中。另外，即使在塗佈接合劑13之前絕緣層12為硬固狀態，也會在塗佈之後變得柔軟而容易處理。滲透有接合劑13的絕緣層12構成電路基板用半成品。
將塗佈了液狀接合劑13的絕緣層12放置於厚度2mm的基材10上，進行加熱及加壓以使接合劑13固化(參照圖3)。固化時的溫度、壓力係根據所使用的材料而適當地設定。例如，於110℃以上且200℃以下的高溫下，在15MPa以上且35MPa以下的壓力下處理數分鐘。此時，接合劑13透過加壓而進入形成於絕緣層12中的空隙、龜裂部分(上述空間12a)中。此外，基材10與絕緣層12係於一部分彼此接觸。透過加壓使得絕緣層12的厚度變成120μm。
以上述方式，藉由接合劑13來接合基材10與絕緣層12。其後，透過將厚度0.5mm的電路11接合至絕緣層12，來製作積層體1。另外，電路11與絕緣層12之間的接合係藉由絕緣層12的樹脂成分的接合力而接合。
如上所述般，根據本實施型態，基材10與絕緣層12係於一部分被接合劑13接合起來，且同時於其他部分彼此接觸，因此在堅固地接合的同時，也確保了從電路11傳遞至基材10的熱傳導路徑，因此可滿足熱傳導性及接合強度。另外，由於接合劑13進入形成於絕緣層12的空隙、龜裂部分等空間中，並填充該空間，因此可提升耐電壓。
接著，參照圖4來說明本發明實施型態的變形例1。圖4係為表示本發明實施型態的變形例之積層體的結構的剖面圖。本變形例1之積層體1A當中係使用速固性的樹脂來作為絕緣層12。另外，於積層體1A當中，可透過使用速固性的
樹脂來實現基材10與絕緣層12之間的接合。相對於上述實施型態之積層體1，積層體1A的不同之處在於接合劑13係將電路11與絕緣層12之間接合。
本變形例1之積層體1A係具備：基材10；複數個電路11；設置於基材10與電路11之間的絕緣層12；將電路11與絕緣層12接合的接合劑13。接合劑13係介於電路11與絕緣層12彼此相對的表面之一部分當中而將電路11與絕緣層12接合。此外，與積層體1中的基材10與絕緣層12之間的情況相同，電路11與絕緣層12，其一部分係藉由接合劑13接合，於其他部分彼此接觸。於本變形例1當中，基材10與絕緣層12係藉由絕緣性樹脂與接合劑的接合力而接合。
根據本變形例1，電路11與絕緣層12係於一部分被接合劑13接合起來，且同時於其他部分彼此接觸，因此堅固地接合，且同時也確保了從電路11傳遞至絕緣層12的熱傳導路徑，因此與實施型態同樣地可滿足熱傳導性及接合強度。
接著，參照圖5來說明本發明之實施型態的變形例2。圖5係為表示本發明實施型態之變形例2的積層體之結構的剖面圖。相對於上述實施型態之積層體1，本變形例2之積層體1B的不同之處在於電路11與絕緣層12之間也藉由接合劑13接合。
本變形例之積層體1B具備：基材10；複數個電路11；設置於基材10與電路11之間的絕緣層12；將基材10與絕緣層12接合的接合劑13。接合劑13係介於基材10與絕緣層12彼此相對的表面之一部分中，以將基材10與絕緣層12接合，並且也介於電路11與絕緣層12彼此相對的表面之一部分中，以將電路
11與絕緣層12接合。此外，與基材10與絕緣層12之間的情況相同，電路11與絕緣層12，其一部分藉由接合劑13接合，其他部分係彼此接觸。
此外，與實施型態相同，接合劑13係進入形成於絕緣層12當中的空隙、龜裂部分等空間當中連通至絕緣層12之表面的空間12a中，並填充該空間12a。於本變形例當中，空間12a係為連通至絕緣層12當中與基材10彼此相對的表面空間；或是連通至絕緣層12於電路的層疊側上的表面的空間。
圖6係為表示觀察本發明實施型態之積層體當中，基材與絕緣層之間接合部分的剖面時的圖像的圖。另外，於圖6當中，對與圖5所示積層體1B對應的構成標示相同的符號。於圖6中表示觀察積層體當中絕緣層之剖面時的SEM圖像。於圖6當中，可觀察到接合劑13進入形成於絕緣層12中的空隙、龜裂部分等空間(空間12a)中，並填充該空間的情況。於圖6當中，以白色來表示接合劑13。另外，圖6所示的符號係附註在各個構成要素的代表部分上。
於此，針對測量各種積層體的特性而得到的結果進行說明。
於積層體1B的樣品當中，針對熱傳導率；耐電壓；剝離強度，其表示將例如基材10之絕緣層12予以剝離的每單位面積(寬度)的剝離強度；空隙率，進行測量，獲得熱傳導率為9W/mK，耐電壓為6.4kV，剝離強度為6.5N/cm，空隙率為6.2。相對於此，對樣品A及樣品B進行了相同的測量，其中樣品A當中分別地經由接合層來將基材10與絕緣層12接合、將電路11與絕緣層12接合，其中該接合層設置為通過使接合劑相對於基材10的表面連續而形成層狀，而樣品B當中並不具有接合劑13。樣品A的熱傳導率為8.1W/mK，耐電壓為4.7kV，剝離強度為8.6N/cm。樣品B的熱傳導率為8.3W/mK，耐電壓為3.0kV，空隙率為7.1%。相對於積層體1B，樣品A當中，由於接合劑13係分別地層狀地存在於基
材10與絕緣層12之間、電路11與絕緣層12之間，因此雖然剝離強度變高，熱傳導率卻變低了。此外，接合劑13並未進入形成於絕緣層12當中的空隙、龜裂部分等空間中，耐電壓也變低了。另一方面，由於接合不良導致無法測量樣品B的剝離強度。研判此乃由於絕緣層的填料含量高而導致以絕緣層之樹脂的接合力不足以進行層疊的緣故。由此測量結果可知，相較於以往的積層體，本發明之積層體1B可同時地確保熱傳導率、耐電壓，及剝離強度。
此外，相對於積層體1B，製備積層體(將其設定為積層體1C)，且其中將絕緣層12所包含的填料的體積比設定為75%，並測量上述特性。當使用咪唑系固化劑作為積層體1C的接合劑時，例如，以體積比計，將19.6%的環氧樹脂(主劑)、5.4%的固化劑、75%的填料混合並形成片狀，並使其乾燥，藉此獲得包含了19.9%的聚合成分、5.0%的主劑、0.1%的固化劑、75%的填料之絕緣層12。於此，聚合成分係包含主劑彼此間反應所產生的反應物以及主劑與固化劑間反應所產生的反應物等的、主劑彼此間或是主劑與固化劑間之各種組合反應後的反應物，各種反應物包括低分子量至高分子量的反應物。
之後，塗佈接合劑，使其滲透至絕緣層12中。藉此，獲得滲透有接合劑的絕緣層12，且該接合劑包含12.2%的主劑、18.3%的聚合成分、69.5%的填料。此時接合劑對絕緣層12的滲透率係，相對於接合劑滲透之後的整個絕緣層12，接合劑之體積比為7.9%。此外，此時的絕緣層12的接合劑滲透之前的孔隙率為39.9%，滲透之後的孔隙率為35.1%。使用此絕緣層12來製備積層體1C。此積層體1C的熱傳導率為10.9W/mK，耐電壓為8.0kV。與積層體1B相比，積層體1C具有較高的熱傳導率及耐電壓。
另外，當積層體1C的接合劑之主劑係使用環氧樹脂，且固化劑係使用胺系固化劑時，例如，以體積比計，將19.6%的環氧樹脂(主劑)、5.4%的固化劑(胺)、75%的填料混合並形成片狀，並使其乾燥，藉此獲得包含了19.9%的聚合成分、5.0%的主劑、0.1%的固化劑、75%的填料之絕緣層12。之後，塗佈接合劑，使其滲透至絕緣層12中。藉此，獲得滲透有接合劑的絕緣層12，且該接合劑包含了8.5%的主劑、1.0%的固化劑、19.0%的聚合成分、71.4%的填料。此時，接合劑對絕緣層12的滲透率係，相對於接合劑滲透之後的整個絕緣層12，接合劑之體積比為5.0%。接合劑滲透率根據接合劑的黏度而變化。接合劑的滲透率為2.0%以上。
此外，相對於積層體1B，製備設定絕緣層12的厚度為100μm的積層體(將其設定為積層體1D)，並測量上述特性。此積層體1D的熱傳導率為9W/mK，耐電壓為5.3kV，剝離強度為6.5N/cm，空隙率為6.2。積層體1B、1D皆具有比樣品A、B還要高的耐電壓。
雖然相對於積層體1B，積層體1D的絕緣層12具有較薄的厚度，但是其熱傳導率、剝離強度及空隙率卻與積層體1B相同。特別是即使相較於積層體1B，積層體1D的絕緣層的厚度較薄，仍然具有5kV以上的耐電壓，就此點來說是優異的。因此，可以說積層體1D能夠在維持積層體1B的特性之情況下，將熱阻降低約17%。
另一方面，當在製作出：不具接合層且使用絕緣層係為速固性樹脂而形成的樣品C；相對於樣品B將絕緣層12所包含的填料的體積比設定為75%的樣品D；相對於樣品B絕緣層12的厚度設定為100μm的樣品E，發現於各樣品中產生接合缺陷，無法進行上述測量。
如上所述般，本發明可包括並未記載於此的各種實施型態等，在不脫離由申請專利範圍所特定的技術思想之範圍內可進行各種的設計改變等。例如，亦可將本發明之接合方法應用於在絕緣層上層疊於樹脂上印刷有電路圖案而成的電路基板之結構，以取代本發明之電路。
如上所說明般，本發明之積層體、接合方法及電路基板用半成品係適於獲得能夠同時滿足耐電壓、熱傳導性及接合強度的積層體。
1:積層體
10:基材
11:電路
12:絕緣層
12a:空間
12b:空間
13:接合劑
Claims (5)
- 一種積層體，其特徵在於具備：基材；電路；絕緣層，其設置於所述基材與所述電路之間，且包含具熱傳導性的填料；及接合劑，其至少將所述基材與所述絕緣層接合，其中，於所述絕緣層中形成複數個空間，所述複數個空間包含：連通至所述絕緣層之表面的空間、以及於所述絕緣層之內部封閉的空間；與所述基材側之表面連通的所述空間當中，填充在該空間內的所述接合劑與所述基材接合，於所述空間與表面不連通的部分，所述絕緣層與所述基材彼此接觸。
- 如請求項1所述之積層體，其中，所述接合劑進一步將所述電路與所述絕緣層接合，與所述電路側之表面連通的所述空間當中，填充在該空間內的所述接合劑與所述電路接合，於所述空間與表面不連通的部分，所述絕緣層與所述電路彼此接觸。
- 一種積層體，其特徵在於具備：基材；電路； 絕緣層，其設置於所述基材與所述電路之間，且包含絕緣性的填料；及接合劑，其至少將所述電路與所述絕緣層接合，其中，於所述絕緣層中形成複數個空間，所述複數個空間包含：連通至所述絕緣層之表面的空間、以及於所述絕緣層之內部封閉的空間；於形成在所述絕緣層的至少一部分的空間且係與所述電路側之表面連通的空間當中，填充有所述接合劑，與所述電路側之表面連通的所述空間當中，填充在該空間內的所述接合劑與所述電路接合，於所述空間與表面不連通的部分，所述絕緣層與所述電路彼此接觸。
- 如請求項1至3中任一項所述之積層體，其中，所述絕緣層包含體積比為60%以上且85%以下的所述填料。
- 一種接合方法，其特徵在於，所述接合方法當中，積層體具備基材、電路、絕緣層，以及接合劑，所述絕緣層設置於所述基材與所述電路之間且包含絕緣性的填料，所述接合劑至少將所述基材與所述絕緣層接合，所述接合方法係：將液狀的所述接合劑塗佈於所述絕緣層當中與所述基材接合的接合面上，使所述接合劑滲透至形成於所述絕緣層中的至少一部分的空間中， 使所述絕緣層之接合面與所述基材之接合面重疊之後，於高溫下加壓，以使所述接合劑固化。
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