WO2018173668A1 - 放熱回路基板 - Google Patents

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WO2018173668A1
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particles
insulating layer
ceramic particles
circuit board
heat dissipation
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史朗 石川
和彦 山▲崎▼
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三菱マテリアル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation circuit board.
  • a heat dissipating circuit board in which a circuit layer is laminated on a metal substrate via an insulating layer is used as a circuit board for mounting a highly exothermic electronic component.
  • heat generated in the electronic component is conducted to the metal substrate through the insulating layer, and the heat is radiated by the metal substrate.
  • the insulating layer is required to have high voltage resistance and low thermal resistance.
  • V R of the insulating film when generally the thickness of the insulating film h, and withstand voltage per thickness and V F, represented by the following formula (1).
  • V R V F ⁇ h (1)
  • the thermal resistance R of the insulating film is expressed by the following formula (2), where h is the thickness of the insulating film and ⁇ is the thermal conductivity of the insulating film. R ⁇ h / ⁇ (2) From the expressions (1) and (2), the thermal resistance R of the insulating film can be expressed by the following expression (3).
  • the insulating layer of the heat dissipation circuit board is generally formed from a resin composition including a resin and an inorganic filler having thermal conductivity.
  • a resin composition including a resin and an inorganic filler having thermal conductivity.
  • the resin a resin having high voltage resistance, heat resistance, chemical resistance, and mechanical strength such as polyimide and polyamideimide is used.
  • the inorganic filler preferably has a large particle size in order to improve thermal conductivity.
  • a withstand voltage (dielectric breakdown voltage) per film thickness decreases (Non-patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses that a filler-containing polyimide resin layer in which a thermally conductive filler is dispersed in polyimide having a specific structure is used as an insulating layer of a heat dissipation circuit board.
  • Patent Document 1 describes spherical alumina having an average particle size in the range of 0.5 to 10 ⁇ m as an example of a thermally conductive filler.
  • Patent Document 2 as an insulating layer for heat dissipation circuit board, as the thermally conductive filler, a plate-like filler having an average long diameter D L is 0.1 ⁇ 2.4 [mu] m, an average particle diameter D R is 0.05-5. It is disclosed to use a filler-containing polyimide resin layer containing a 0 ⁇ m spherical filler.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a heat dissipation circuit board having high heat dissipation.
  • the present inventor has focused attention on the specific surface area serving as an index of the particle size of the inorganic filler contained in the insulating layer and the aggregation state of the particles.
  • a heat dissipation circuit board with an insulating layer containing ceramic particles having a large specific surface area in the form of aggregated particles improves both voltage resistance and thermal conductivity in a well-balanced manner, and has high performance values, that is, high heat dissipation. It was found to have sex.
  • the heat dissipation circuit board of the present invention includes a metal substrate, an insulating layer disposed on at least one surface of the metal substrate, and a circuit layer disposed on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate.
  • the insulating layer includes a resin made of polyimide, polyamideimide, or a mixture thereof, and ceramic particles having a specific surface area of 10 m 2 / g or more, the ceramic particles form aggregated particles, and the ceramic The content of the particles is in the range of 5% by volume to 60% by volume.
  • the resin contained in the insulating layer is made of polyimide, polyamideimide, or a mixture thereof, the voltage resistance, heat resistance, chemical resistance, and mechanical properties are improved.
  • the ceramic particles contained in the insulating layer are fine with a specific surface area of 10 m 2 / g or more, the ceramic particles have a high withstand voltage, and even if added in a large amount, the withstand voltage of the insulating layer is lowered. Hateful.
  • the fine ceramic particles contained in the insulating layer form aggregated particles, heat is easily conducted between the primary particles of the ceramic particles, making it easy to create a heat conduction network structure. Will improve.
  • the content of the ceramic particles in the insulating layer is in the range of 5% by volume or more and 60% by volume or less, the excellent voltage resistance, heat resistance, chemical resistance, and mechanical properties of polyimide and polyamideimide It is possible to further improve the thermal conductivity without impairing. Since the heat dissipation circuit board having the above-described configuration includes the insulating layer as described above, heat dissipation is improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation circuit substrate 10 is disposed on the metal substrate 11, the insulating layer 12 disposed on the surface of the metal substrate 11 (upper side in FIG. 1), and the surface of the insulating layer 12 opposite to the metal substrate 11.
  • Circuit layer 13 is a cross-sectional view of a heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation circuit substrate 10 is disposed on the metal substrate 11, the insulating layer 12 disposed on the surface of the metal substrate 11 (upper side in FIG. 1), and the surface of the insulating layer 12 opposite to the metal substrate 11.
  • Circuit layer 13 is a cross-sectional view of a heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • the metal substrate 11 may be a composite plate of a metal and a non-metal material.
  • the nonmetallic material include ceramics and graphite.
  • the metal substrate 11 include a copper plate, a copper alloy plate, an aluminum plate, an aluminum alloy plate, an iron plate, an AlSiC plate, and a graphite aluminum composite plate.
  • the thickness and shape are not particularly limited.
  • the insulating layer 12 includes a resin made of polyimide, polyamideimide, or a mixture thereof, and ceramic particles having a specific surface area of 10 m 2 / g or more. Part or all of the ceramic particles in the insulating layer 12 form aggregated particles. Content of the ceramic particle in the insulating layer 12 exists in the range of 5 volume% or more and 60 volume% or less. When some ceramic particles form aggregated particles, non-aggregated ceramic particles may be mixed.
  • Polyimide and polyamideimide have an imide bond and thus have excellent heat resistance and mechanical properties. For this reason, in this embodiment, polyimide, polyamideimide, or a mixture thereof is used as the resin of the insulating layer 12.
  • the polyamide-imide and the polyimide preferably have a mass average molecular weight of 100,000 or more, and more preferably in the range of 100,000 to 500,000.
  • the insulating layer 12 containing polyamideimide or polyimide having a mass average molecular weight within the above range is further improved in heat resistance and mechanical properties.
  • the ceramic particles have an effect of efficiently improving the performance value of the insulating layer 12. If the specific surface area of the ceramic particles becomes too small, that is, if the particle size of the primary particles of the ceramic particles becomes too large, the voltage resistance of the insulating layer 12 may be lowered. For this reason, in this embodiment, the specific surface area of the ceramic particles is set to 10 m 2 / g or more. In order to reliably improve the thermal conductivity of the insulating layer 12, the specific surface area of the ceramic particles is preferably 50 m 2 / g or more.
  • the specific surface area of the ceramic particles becomes too large, that is, if the particle size of the primary particles of the ceramic particles becomes too small, the ceramic particles tend to form excessively large agglomerated particles, and the surface roughness Ra of the insulating layer 12 becomes large. There is a risk.
  • the surface roughness Ra of the insulating layer 12 becomes excessively large, the contact area with the circuit layer 13 is narrowed, and the insulating layer 12 and the circuit layer 13 are easily peeled off, and the electronic component disposed on the circuit layer 13 There is a possibility that problems such as difficulty in conducting the heat generated in step 1 to the metal substrate 11 through the insulating layer 12 may occur.
  • the surface roughness Ra of the insulating layer 12 is preferably smaller.
  • the specific surface area of the ceramic particles is preferably 300 m 2 / g or less.
  • the specific surface area of the ceramic particles is the BET specific surface area measured by the BET method.
  • a specific measurement method is defined in, for example, JIS8830.
  • the specific surface area of the ceramic particles in the insulating layer 12 can be measured by heating the insulating layer 12 to thermally decompose and remove the resin component, and collecting the remaining ceramic particles.
  • At least a part of the ceramic particles forms agglomerated particles.
  • Aggregated particles may be agglomerates in which primary particles are relatively weakly connected, or may be aggregates in which primary particles are relatively strongly connected.
  • a particle aggregate in which aggregated particles are further aggregated may be formed. Since the primary particles of the ceramic particles form aggregated particles and are dispersed in the insulating layer 12, a network is formed by mutual contact between the ceramic particles, and heat is easily conducted between the primary particles of the ceramic particles. The thermal conductivity of the insulating layer 12 is improved.
  • the agglomerated particles of the ceramic particles preferably have a shape having anisotropy in which the primary particles are connected by point contact. In this case, it is preferable that the primary particles of the ceramic particles are chemically strongly bonded.
  • the average particle diameter of the agglomerated particles is preferably 5 times or more and preferably in the range of 5 times to 100 times the BET diameter.
  • the average particle diameter of the aggregated particles is preferably in the range of 20 nm to 500 nm. When the average particle diameter of the aggregated particles is in the above range, the thermal conductivity of the insulating layer 12 can be reliably improved.
  • the average particle diameter of the agglomerated particles is a value of Dv50 (50% diameter of cumulative frequency distribution (volume basis)) measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer by subjecting ceramic particles to ultrasonic dispersion in a NMP solvent together with a dispersant. It is. Aggregated particles (ceramic particles) in the insulating layer 12 can be recovered by heating the insulating layer 12 to thermally decompose and remove the resin component.
  • the content of the ceramic particles in the insulating layer 12 is 5% by volume or more and 60% by volume or less. If the ceramic particle content is too low, the thermal conductivity of the insulating layer 12 may not be sufficiently improved. If the ceramic particle content is too high, the resin content may be relatively reduced, and the shape of the insulating layer 12 may not be stably maintained. In addition, the ceramic particles tend to form excessively large aggregated particles, which may increase the surface roughness Ra of the insulating layer 12. In order to reliably improve the thermal conductivity of the insulating layer 12, the content of the ceramic particles is preferably 10% by volume or more. In order to reliably improve the stability of the shape of the insulating layer 12 and reduce the surface roughness Ra, the content of the ceramic particles is preferably 50% by volume or less.
  • Ceramic particles examples include silica (silicon dioxide) particles, alumina (aluminum oxide) particles, boron nitride particles, titanium oxide particles, alumina-doped silica particles, and alumina hydrate particles.
  • a ceramic particle may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among these ceramic particles, alumina particles are preferable because of their high thermal conductivity.
  • Ceramic particles commercially available products may be used. Commercially available products include silica particles such as AE50, AE130, AE200, AE300, AE380, AE90E (Nippon Aerosil Co., Ltd. trade name), T400 (Wacker trade name), SFP-20M (Denka Corporation trade name), etc.
  • silica particles such as AE50, AE130, AE200, AE300, AE380, AE90E (Nippon Aerosil Co., Ltd. trade name), T400 (Wacker trade name), SFP-20M (Denka Corporation trade name), etc.
  • Alumina particles such as Alu65 (Nippon Aerosil Co., Ltd.), boron nitride particles such as AP-170S (Maruka Co., Ltd.), titanium oxide particles such as AEROXIDE (R) TiO 2 P90 (Nippon Aerosil Co., Ltd.)
  • Alumina-doped silica particles such as MOX170 (trade name of Nippon Aerosil Co., Ltd.) and alumina hydrate particles manufactured by Sasol can be used.
  • Circuit layer 13 There is no restriction
  • the insulating layer 12 is formed on at least one surface of the metal substrate 11, and then the circuit layer 13 is formed on the surface of the insulating layer 12 opposite to the metal substrate 11. Can be manufactured.
  • the insulating layer 12 has a specific surface area of 10 m 2 / g or more, in which a ceramic particle forming aggregated particles is dispersed, in which a polyimide, polyamideimide, or a precursor thereof is dissolved in a solvent.
  • a ceramic particle dispersed resin solution can be prepared and then formed using this ceramic particle dispersed resin solution.
  • the solvent include aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), diglyme, triglyme, ⁇ -butyrolactone, dimethyl sulfoxide (DMSO), and mixtures thereof.
  • the ceramic particle-dispersed resin solution can be prepared by a method in which a ceramic solution is mixed with a resin solution in which polyimide or polyamideimide or a precursor thereof is dissolved in a solvent, and the ceramic particles are dispersed in the resin solution. Also, a ceramic particle dispersion in which ceramic particles are dispersed in a solvent is mixed with polyimide, polyamideimide, or a precursor thereof, and then polyimide, polyamideimide, or a precursor thereof is dissolved in the ceramic particle dispersion. It can be prepared by the method. Furthermore, it can be prepared by mixing a resin solution in which polyimide or polyamideimide or a precursor thereof is dissolved in a solvent, and a ceramic particle dispersion in which ceramic particles are dispersed in the solvent.
  • an electrodeposition method or a coating method can be used as a method for producing the insulating layer 12 on the metal substrate 11, for example, an electrodeposition method or a coating method can be used.
  • the electrodeposition method uses an electrodeposition solution prepared by adding water to a ceramic particle-dispersed resin solution, and generates an electrodeposition product on the metal substrate 11 by an electrodeposition coating method.
  • the insulating layer 12 is produced by heating, drying and curing.
  • the coating method the ceramic particle-dispersed resin solution is coated on the metal substrate 11 to form a coating film, and then the coating film is dried to form a dry film, and then heated and cured to thereby form the insulating layer 12. It is a method of producing.
  • the circuit layer 13 can be formed, for example, by placing a metal foil on the surface of the insulating layer 12 and subjecting the obtained laminate to thermocompression bonding while pressing in the thickness direction of the laminate.
  • the resin contained in the insulating layer 12 is made of polyimide, polyamideimide, or a mixture thereof. Resistance and mechanical properties are improved. Further, since the ceramic particles contained in the insulating layer 12 are fine with a specific surface area of 10 m 2 / g or more, the withstand voltage of the ceramic particles is improved, and the withstand voltage of the insulating layer 12 is improved even when added in a large amount. It is hard to decline. Further, since the fine ceramic particles contained in the insulating layer 12 form aggregated particles, heat is easily conducted between the primary particles of the ceramic particles, and a heat conduction network structure is easily formed. Conductivity is improved.
  • the content of the ceramic particles in the insulating layer 12 is in the range of 5% by volume or more and 60% by volume or less, the excellent voltage resistance, heat resistance, chemical resistance, mechanical properties of the polyimide and polyamideimide are obtained.
  • the withstand voltage and the thermal conductivity can be further improved without impairing the resistance. Therefore, since the heat dissipation circuit board 10 according to the present embodiment includes the insulating layer 12 as described above, the voltage resistance and heat dissipation are improved.
  • Ceramic particles and resins described in Table 1 below were prepared.
  • the specific surface area of the ceramic particles described in Table 1 is a BET specific surface area measured by the BET method.
  • the average particle size of the agglomerated particles was subjected to ultrasonic dispersion in a NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent together with a dispersant (0.2% by mass of sodium hexametaphosphate), and a laser diffraction particle size distribution analyzer (HORIBA). This is a value of Dv50 measured by a product name (LA-950).
  • a ceramic particle dispersion was prepared by sonication.
  • the prepared resin was dissolved in NMP to prepare a resin solution.
  • a ceramic particle dispersion resin solution was prepared by mixing the ceramic particle dispersion and the resin solution at a ratio at which the ceramic particle concentration is a value described in Table 1 below.
  • the ceramic particle concentration is the volume content of ceramic particles relative to the total volume of resin and ceramic particles.
  • a 30 mm ⁇ 20 mm copper plate having a thickness of 0.3 mm was prepared as a metal substrate. Further, a copper foil having a thickness of 18 ⁇ m (Fukuda Metal Foil Powder Co., Ltd. trade name: CF-T4X-SV-18) was prepared as a material for the circuit layer.
  • the above copper plate was immersed in the prepared electrodeposition solution, and a DC voltage of 100 V was applied by an electrodeposition method to generate an electrodeposition product on the surface of the copper plate so that the thickness after heating was 25 ⁇ m. .
  • the electrodeposition product was heated at 250 ° C.
  • the electrodeposition solutions prepared in Comparative Examples 1-3 and Comparative Examples 1-5 could not form a uniform insulating layer.
  • the film thickness was measured by filling a copper plate on which an insulating layer was formed with a resin, taking out a cross section, and observing with a laser microscope.
  • the above copper foil was placed on the formed insulating layer, and a laminated body in which a copper plate, an insulating layer, and a copper foil were laminated in this order was obtained.
  • the obtained laminate was heated at 250 ° C. for 20 minutes in a vacuum while applying a pressure of 5 MPa in the thickness direction of the laminate using a carbon holding tool, and subjected to thermocompression treatment, A heat dissipation circuit board in which a copper substrate, an insulating layer, and a circuit layer (copper foil) were laminated in this order was produced.
  • the heat dissipation circuit board was cut into a size of 5 cm ⁇ 5 cm, the copper board was processed into a 2 cm diameter circle, and unnecessary portions were removed with a copper foil etchant.
  • the withstand voltage was measured according to JIS C 2110 using Kikusui Electronics Co., Ltd. trade name: TOS5101 in insulating oil (3M trade name: Florinert FC-770).
  • An electrode plate was placed on the surface of the circuit layer.
  • the electrode plates disposed on the surfaces of the copper substrate and the circuit layer were each connected to a power source and then boosted to 8000 V in 30 seconds.
  • the voltage at the time when the value of the current flowing between the copper plate and the electrode plate reached 8500 ⁇ A was taken as the withstand voltage.
  • the value of the withstand voltage was divided by the film thickness of the insulating layer, and the obtained value was defined as the withstand voltage per unit thickness (absolute value).
  • the thermal conductivity (thermal conductivity in the thickness direction of the insulating layer) was measured by a laser flash method using LFA477 Nanoflash (trade name) manufactured by NETZSCH-Geratebau GmbH. For the measurement, a three-layer model that does not consider the interface thermal resistance was used. The thermal diffusivity of the copper substrate and the circuit layer was set to 117.2 mm 2 / sec.
  • the heat dissipation circuit board of Comparative Example 1-1 did not have a sufficiently high performance value of 1.19 times. This is presumably because the withstand voltage was lowered because the specific surface area of the ceramic particles of the insulating layer was less than 10 m 2 / g.
  • the heat dissipation circuit boards of Comparative Examples 1-2 and 1-4 also had performance values of about 1.17 times and 1.16 times. This is because the thermal conductivity of the insulating layer is the same as that of the polyamide-imide layer not containing a filler and is low. The low thermal conductivity is presumed to be because the content of ceramic particles is less than 5% by volume.
  • the electrodeposition liquid prepared in Comparative Examples 1-3 and 1-5 could not produce an insulating layer. This is presumably because the content of the ceramic particles exceeds 60% by volume.
  • the heat radiation circuit boards of Examples 1-1 to 1-20 had a performance value of 1.29 times to 4.13 times that of a high value, and the performance was greatly improved. Recognize. This is because the insulating layer is significantly improved in comparison with the polyamideimide layer not containing the filler while maintaining the same high withstand voltage as the polyamideimide layer not containing the filler.
  • Ceramic particles described in Table 3 below were prepared. 1.0 g of the prepared ceramic particles were added to 10 g of NMP and subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes to prepare a ceramic particle dispersion. Subsequently, the polyamic acid solution, the ceramic particle dispersion, and NMP were mixed so that the polyamic acid concentration in the solution was finally 5% by mass and the ceramic particle concentration was a value described in Table 4 below.
  • the obtained mixture was subjected to a dispersion treatment by repeating a high-pressure injection treatment at a pressure of 50 MPa 10 times using a trade name “Starburst” manufactured by Sugino Machine Co., to prepare a ceramic particle-dispersed resin solution.
  • a 30 mm ⁇ 20 mm copper plate having a thickness of 0.3 mm was prepared as a metal substrate. Further, a copper foil (CF-T4X-SV-18: trade name, manufactured by Fukuda Metal Foil Co., Ltd.) having a thickness of 18 ⁇ m was prepared as a material for the circuit layer. First, the prepared ceramic particle-dispersed resin solution was applied on the surface of the copper plate so that the thickness after heating was 25 ⁇ m to form a coating film. Next, the coating film is placed on a hot plate and heated from room temperature to 60 ° C. at 3 ° C./minute, then heated to 60 ° C. for 100 minutes, further raised to 120 ° C.
  • CF-T4X-SV-18 trade name, manufactured by Fukuda Metal Foil Co., Ltd.
  • the ceramic particle-dispersed resin solutions prepared in Comparative Examples 2-3, 2-5, 2-7, 2-9, and 2-16 could not produce an insulating layer.
  • the above copper foil was placed on the formed insulating layer, and a laminated body in which a copper plate, an insulating layer, and a copper foil were laminated in this order was obtained.
  • the obtained laminate was heated at 215 ° C. for 20 minutes in a vacuum while applying a pressure of 5 MPa in the thickness direction of the laminate using a carbon holding tool, and subjected to thermocompression treatment, A heat dissipation circuit board in which a copper substrate, an insulating layer, and a circuit layer (copper foil) were laminated in this order was produced.
  • the heat dissipation circuit boards of Comparative Examples 2-1 and 11-11 to 15 did not have a sufficiently high performance value of 0.95 to 1.09.
  • the specific surface area of the ceramic particles of the insulating layer is less than 10 m 2 / g, which is presumably because the withstand voltage has decreased.
  • the performance circuit boards of Comparative Examples 2-2, 2-4, 2-6, 2-8, and 2-10 also did not have a sufficiently high performance value of 0.98 to 1.21. This is presumably because the content of ceramic particles was less than 5% by volume and the thermal conductivity was not sufficiently increased.
  • the ceramic particle-dispersed resin solutions prepared in Comparative Examples 2-3, 2-5, 2-7, 2-9, and 2-16 could not form an insulating layer. This is presumably because the content of the ceramic particles exceeds 60% by volume.
  • the heat dissipation circuit boards of Examples 2-1 to 2-31 had a slightly lower withstand voltage than the polyimide film containing no filler, but the thermal conductivity was low. It is remarkably improved as compared with the polyimide film containing no filler, and as a result, the performance value is increased to 1.3 times or more.

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Abstract

この放熱回路基板（１０）は、金属基板（１１）と、前記金属基板（１１）の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層（１２）と、前記絶縁層（１２）の前記金属基板（１１）とは反対側の表面に配置された回路層（１３）とを備える。前記絶縁層（１２）は、ポリイミド、ポリアミドイミド、またはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にある。

Description

放熱回路基板
　本発明は、放熱回路基板に関する。
　本願は、２０１７年３月２３日に、日本で出願された特願２０１７－０５７４６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　金属基板の上に絶縁層を介して回路層を積層した放熱回路基板は、高発熱性の電子部品を実装する回路基板として用いられる。放熱回路基板では、電子部品にて発生した熱を、絶縁層を介して金属基板に伝導させ、金属基板にて熱を放熱する。このため、絶縁層には、耐電圧性が高く、熱抵抗が低いことが求められる。
　絶縁膜の耐電圧ＶＲは、一般に絶縁膜の膜厚をｈ、膜厚当たりの耐電圧をＶＦとすると、下記の式（１）で表される。
　　ＶＲ＝ＶＦ×ｈ　・・・（１）
　一方、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚をｈ、絶縁膜の熱伝導度をλとすると下記式（２）で表される。
　　Ｒ∝ｈ／λ　・・・（２）
　式（１）と式（２）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、下記の式（３）で表すことができる。
　　Ｒ∝ＶＲ／（λ×ＶＦ）・・・（３）
　上記の式（３）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧ＶＦ×熱伝導度λの逆数に比例することがわかる。従って、放熱回路基板の絶縁層の熱抵抗Ｒを低減させるためには、絶縁層の膜厚当たりの耐電圧ＶＦ×熱伝導度λの値（以下、「性能値」ともいう）を大きくすることが重要となる。
　放熱回路基板の絶縁層は、一般に、樹脂と熱伝導性を有する無機フィラーとを含む樹脂組成物から形成されている。樹脂としては、ポリイミドやポリアミドイミドのような耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械的強度が高い樹脂が利用されている。無機フィラーは、熱伝導性を向上させるためには、粒子径が大きいことが好ましい。ただし、粒子径が大きな無機フィラーを添加すると、膜厚当たりの耐電圧（絶縁破壊電圧）が低下するという問題があることが知られている（非特許文献１）。
　特許文献１には、放熱回路基板の絶縁層として、特定の構造を有するポリイミド中に熱伝導性フィラーを分散したフィラー含有ポリイミド樹脂層を用いることが開示されている。特許文献１には、熱伝導性フィラーの例として平均粒子径が０．５～１０μｍの範囲にある球状アルミナが記載されている。
　特許文献２には、放熱回路基板の絶縁層として、熱伝導性フィラーとして、平均長径ＤＬが０．１～２．４μｍの板状フィラーと、平均粒径ＤＲが０．０５～５．０μｍの球状フィラーとを含有するフィラー含有ポリイミド樹脂層を用いることが開示されている。
特許第５６５００８４号公報 特許第５６６５８４６号公報
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｕｎｃｉｌ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１，ｐｐ．９０～９８，２０１２
　近年の電子機器の高性能化、小型化に伴って、電子部品の使用電力量や発熱量は増加する傾向があり、放熱回路基板の放熱性の向上が求められている。従って、放熱回路基板の絶縁層に対しては、膜厚当たりの耐電圧の向上と、熱伝導度の向上が必要とされている。
　しかし、本発明者の検討によると、特許文献１、２に記載されている絶縁層では、耐電圧性と熱伝導性の両者をバランスよく向上させることが難しく、放熱性が十分でない場合がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い放熱性を有する放熱回路基板を提供することを目的とする。
　前述の課題を解決するために、本発明者は、絶縁層に含まれる無機フィラーの粒子サイズの指標となる比表面積と、粒子の凝集状態とに着目して検討した。その結果、比表面積が大きいセラミック粒子が凝集粒子を形成した状態で含む絶縁層を備えた放熱回路基板は、耐電圧性と熱伝導性の両者がバランスよく向上し、高い性能値、つまり高い放熱性を有することを見出した。
　本発明の放熱回路基板は、金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層とを備える。前記絶縁層は、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ、前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にある。
　上記放熱回路基板によれば、絶縁層に含まれる樹脂がポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなるので、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械特性が向上する。
　また、絶縁層に含まれるセラミック粒子は、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上で、微細であるので、セラミック粒子の耐電圧性が高く、大量に添加しても絶縁層の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすく、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため、絶縁層の熱伝導度が向上する。
　さらに、絶縁層中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械特性を損なうことなく、熱伝導度をさらに向上させることが可能となる。上記構成の放熱回路基板は、以上のような絶縁層を備えるので、放熱性が向上する。
　本発明によれば、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械特性を保ちながら、高い放熱性を有する放熱回路基板を提供できる。
本発明の実施形態に係る放熱回路基板の断面図である。
　以下、本発明の放熱回路基板の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る放熱回路基板の断面図である。図１において放熱回路基板１０は、金属基板１１と、金属基板１１の表面（図１の上側）に配置された絶縁層１２と、絶縁層１２の金属基板１１とは反対側の表面に配置された回路層１３とを備える。
＜金属基板１１＞
　金属基板１１としては、特に制限はなく、放熱回路基板の基板として使用されている通常の基板が使用できる。金属基板１１は、金属と非金属材料との複合材料の板であってもよい。非金属材料としては、例えば、セラミックスやグラファイトが挙げられる。金属基板１１の例としては、銅板、銅合金板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、鉄板、ＡｌＳｉＣ板、グラファイトアルミコンポジット板などを挙げることができる。厚さや形状は特に限定されない。
＜絶縁層１２＞
　絶縁層１２は、ポリイミド、ポリアミドイミド、またはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含む。絶縁層１２中のセラミック粒子の一部または全部は凝集粒子を形成している。絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量は５体積％以上６０体積％以下の範囲にある。セラミック粒子の一部が凝集粒子を形成している場合、凝集していないセラミックス粒子が混在していてもよい。
　ポリイミドおよびポリアミドイミドは、イミド結合を持つので、優れた耐熱性や機械特性を有する。このため、本実施形態では、絶縁層１２の樹脂としてポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物を用いる。
　ポリアミドイミドおよびポリイミドは、質量平均分子量が１０万以上であることが好ましく、１０万以上５０万以下の範囲にあることがより好ましい。質量平均分子量が上記の範囲内にあるポリアミドイミドまたはポリイミドを含む絶縁層１２は、耐熱性と機械特性がより向上する。
　セラミック粒子は、絶縁層１２の性能値を効率的に向上させる作用がある。セラミック粒子の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、絶縁層１２の耐電圧性が低下するおそれがある。このため、本実施形態では、セラミック粒子の比表面積を１０ｍ２／ｇ以上と設定している。絶縁層１２の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子の比表面積は、５０ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。
　セラミック粒子の比表面積が大きくなりすぎる、即ち、セラミック粒子の一次粒子の粒子径が小さくなりすぎると、セラミック粒子が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層１２の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。絶縁層１２の表面粗さＲａが過度に大きくなると、回路層１３との接触面積が狭くなって、絶縁層１２と回路層１３とが剥離しやすくなる、また回路層１３に配置された電子部品にて発生した熱を、絶縁層１２を介して金属基板１１に伝導させにくくなるなどの問題が生じるおそれがある。このため、絶縁層１２の表面粗さＲａは小さい方が好ましい。絶縁層１２の表面粗さＲａを過度に大きくしないためには、セラミック粒子の比表面積は、３００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
　セラミック粒子の比表面積は、ＢＥＴ法で測定されたＢＥＴ比表面積である。具体的な測定方法は、例えばＪＩＳ８８３０に規定されている。絶縁層１２中のセラミック粒子の比表面積は、絶縁層１２を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去し、残部のセラミック粒子を回収することによって測定できる。
　セラミック粒子は、ＢＥＴ比表面積と密度から下記の式を用いて算出されるＢＥＴ径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。ＢＥＴ径が上記の範囲にあるセラミック粒子を含む絶縁層１２は、耐電圧性がより向上する。
　ＢＥＴ径＝６／（密度×ＢＥＴ比表面積）
　セラミック粒子の少なくとも一部は凝集粒子を形成している。凝集粒子は、一次粒子が比較的弱く連結しているアグロメレートであってもよいし、一次粒子が比較的強く連結しているアグリゲートであってもよい。凝集粒子同士がさらに集合した粒子集合体を形成していてもよい。セラミック粒子の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層１２中に分散していることによって、セラミック粒子間の相互接触によるネットワークが形成されて、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層１２の熱伝導度が向上する。
　セラミック粒子の凝集粒子は、一次粒子同士が点接触して連結した異方性を持つ形状であることが好ましい。この場合、セラミック粒子の一次粒子同士は、化学的に強く結合していることが好ましい。
　凝集粒子の平均粒径は、上記のＢＥＴ径に対して、５倍以上であることが好ましく、５倍以上１００倍以下の範囲にあることが好ましい。凝集粒子の平均粒子径は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。凝集粒子の平均粒子径が上記の範囲にあると、絶縁層１２の熱伝導度を確実に向上させることができる。
　凝集粒子の平均粒子径は、セラミック粒子を分散剤とともにＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０（累積頻度分布（体積基準）の５０％径）の値である。絶縁層１２中の凝集粒子（セラミック粒子）は、絶縁層１２を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去することによって回収できる。
　絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量は、５体積％以上６０体積％以下とされている。セラミック粒子の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層１２の熱伝導性が十分に向上しないおそれがある。セラミック粒子の含有量が多くなりすぎると、樹脂の含有量が相対的に減少して、絶縁層１２の形状を安定に維持できなくなるおそれがある。また、セラミック粒子が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層１２の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。
　絶縁層１２の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子の含有量は１０体積％以上であることが好ましい。絶縁層１２の形状の安定性を確実に向上させ、表面粗さＲａを低くするためには、セラミック粒子の含有量は５０体積％以下であることが好ましい。
　セラミック粒子の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子が挙げられる。セラミック粒子は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。これらのセラミック粒子の中では、アルミナ粒子は熱伝導性が高い点で好ましい。
　セラミック粒子は、市販品を使用してもよい。市販品としては、ＡＥ５０、ＡＥ１３０、ＡＥ２００、ＡＥ３００、ＡＥ３８０、ＡＥ９０Ｅ（いずれも、日本アエロジル株式会社商品名）、Ｔ４００（ワッカー社商品名）、ＳＦＰ－２０Ｍ（デンカ株式会社商品名）などのシリカ粒子、Ａｌｕ６５（日本アエロジル株式会社商品名）などのアルミナ粒子、ＡＰ－１７０Ｓ（Ｍａｒｕｋａ社商品名）などの窒化ホウ素粒子、ＡＥＲＯＸＩＤＥ（Ｒ）ＴｉＯ２　Ｐ９０（日本アエロジル株式会社商品名）などの酸化チタン粒子、ＭＯＸ１７０（日本アエロジル株式会社商品名）などのアルミナドープシリカ粒子、Ｓａｓｏｌ社製のアルミナ水和物粒子を用いることができる。
＜回路層１３＞
　回路層１３としては、特に制限はなく、放熱回路基板の回路層として使用されている通常の材料から形成できる。回路層１３の材料の例としては、銅、アルミニウムおよびこれらの金属の合金を挙げることができる。
＜放熱回路基板１０の製造方法＞
　本実施形態の放熱回路基板１０は、例えば、金属基板１１の少なくとも一方の表面に絶縁層１２を形成し、次いで、絶縁層１２の金属基板１１とは反対側の表面に回路層１３を形成することによって製造できる。
　絶縁層１２は、例えば、溶媒中に、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解し、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であって、凝集粒子を形成しているセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散樹脂溶液を調製し、次いでこのセラミック粒子分散樹脂溶液を用いて形成できる。溶媒の例としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジグライム、トリグライム、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの非プロトン性の極性溶媒およびこれらの混合液を挙げることができる。
　セラミック粒子分散樹脂溶液は、溶媒中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解している樹脂溶液と、セラミック粒子とを混合し、樹脂溶液中にセラミック粒子を分散させる方法によって調製できる。また、溶媒中にセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散液と、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体とを混合して、セラミック粒子分散液中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体を溶解させる方法によって調製できる。さらに、溶媒中にポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体が溶解している樹脂溶液と、溶媒中にセラミック粒子が分散しているセラミック粒子分散液とを混合することによっても調製できる。
　金属基板１１の上に絶縁層１２を作製する方法としては、例えば、電着法、塗布法を用いることができる。
　電着法は、セラミック粒子分散樹脂溶液に水を加えて調製した電着液を用い、電着塗布法により、金属基板１１の上に電着生成物を生成させ、次いで、電着生成物を加熱して乾燥、硬化させることによって、絶縁層１２を作製する方法である。
　塗布法は、セラミック粒子分散樹脂溶液を金属基板１１の上に塗布して塗布膜を形成し、次いで、塗布膜を乾燥して乾燥膜とした後、加熱して硬化させることによって、絶縁層１２を作製する方法である。
　回路層１３は、例えば、絶縁層１２の表面に金属箔を配置し、得られた積層体を、その積層体の厚さ方向に加圧しながら、熱圧着処理することによって形成できる。
　以上のような構成とされた本実施形態である放熱回路基板１０によれば、絶縁層１２に含まれる樹脂がポリイミド、ポリアミドイミド、またはこれらの混合物からなるので、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械特性が向上する。
　また、絶縁層１２に含まれるセラミック粒子は、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上で微細であるので、セラミック粒子の耐電圧性が向上し、大量に添加しても絶縁層１２の耐電圧性が低下しにくい。さらに、絶縁層１２に含まれる微細なセラミック粒子が凝集粒子を形成しているので、セラミック粒子の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、熱の伝導ネットワーク構造を作りやすいため絶縁層１２の熱伝導度が向上する。
　さらに、絶縁層１２中のセラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲とされているので、ポリイミドやポリアミドイミドが有する優れた耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、機械特性を損なうことなく、耐電圧と熱伝導度とをさらに向上させることが可能となる。
　従って、本実施形態である放熱回路基板１０は、以上のような絶縁層１２を備えるので、耐電圧性と放熱性とが向上する。
　以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　以下、本発明の効果を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［実施例１－１～１－２０、比較例１－１～１－５］
＜セラミック粒子分散樹脂溶液の調製＞
　下記の表１に記載されているセラミック粒子と樹脂を用意した。表１に記載されているセラミック粒子の比表面積は、ＢＥＴ法により測定したＢＥＴ比表面積である。凝集粒子の平均粒子径は、分散剤（０．２質量％のヘキサメタリン酸ナトリウム）とともにＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製商品名：ＬＡ－９５０）で測定したＤｖ５０の値である。
　用意したセラミック粒子を、ＮＭＰを６２．５ｇ、１Ｍ２Ｐ（１－メトキシ－２－プロパノール）を１０ｇ、ＡＥ（アミノエタノール）を０．２２ｇの質量で含む混合溶媒に対して１ｇ投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。
　また、用意した樹脂を、ＮＭＰに溶解させて樹脂溶液を調製した。
　セラミック粒子分散液と樹脂溶液とを、セラミック粒子濃度が下記の表１に記載されている値となる割合で混合して、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製した。セラミック粒子濃度は、樹脂とセラミック粒子の合計体積量に対するセラミック粒子の体積含有量である。
　＜電着液の調製＞
　調製したセラミック粒子分散樹脂溶液を、５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、そのセラミック粒子分散樹脂溶液に水を２１ｇ滴下して、電着液を調製した。
＜放熱回路基板の作製＞
　金属基板として、厚さ０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅板を用意した。また、回路層の材料として厚み１８μｍの銅箔（福田金属箔粉工業株式会社商品名：ＣＦ－Ｔ４Ｘ－ＳＶ－１８）を用意した。
　調製した電着液に上記の銅板を浸漬させ、電着法により１００Ｖの直流電圧を印加して、銅板の表面に、加熱後の厚さが２５μｍとなるように電着生成物を生成させた。
　電着生成物を大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、銅板表面に厚さ１０μｍの絶縁層を形成した。比較例１－３および比較例１－５で調製した電着液は、均一な絶縁層を形成できなかった。膜厚は、絶縁層を形成した銅板を樹脂埋めした後、断面を出し、レーザー顕微鏡で観察することによって測定した。
　次いで、形成した絶縁層の上に、上記の銅箔を配置して、銅板、絶縁層、銅箔がこの順で積層された積層体を得た。得られた積層体を、カーボン製持具を用いて積層体の厚さ方向に５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２５０℃で、２０分間加熱して、熱圧着処理を行って、銅基板、絶縁層、および回路層（銅箔）がこの順で積層された放熱回路基板を作製した。
＜評価＞
　上記の実施例および比較例で作製した放熱回路基板について、セラミック粒子の含有量、耐電圧（絶縁層の厚さ方向の耐電圧）、および熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）をそれぞれ下記の方法により測定した。耐電圧と熱伝導度より、性能値（膜厚当たりの耐電圧ＶＦ×熱伝導度λ）を計算した。その結果を表２に示す。耐電圧、熱伝導度および性能値の相対値は、セラミック粒子を添加しなかったこと以外は、実施例１－１と同様にして作製した膜厚２５μｍのポリアミドイミド層を形成した放熱回路基板を用いて測定した値を１とした相対値とした。
（セラミック粒子の含有量）
　放熱回路基板の銅板と回路層とを剥がし取って、絶縁層を取り出した。取り出した絶縁層を、所定サイズに切り出して試料とした。この試料を用いて、熱重量分析（ＴＧ）により、絶縁層のセラミック粒子の含有量（質量％）を測定した。そして、そのセラミック粒子の含有量の値を、下記に示すセラミック粒子、樹脂の密度を用いて体積％に換算した。
（耐電圧の測定）
　放熱回路基板を５ｃｍ×５ｃｍのサイズでカットし、銅基板を直径２ｃｍ円状に加工し、不要部分は銅箔エッチング液で除去した。耐電圧は、ＪＩＳ　Ｃ　２１１０に基づき、菊水電子工業株式会社商品名：ＴＯＳ５１０１を用いて絶縁油中（３Ｍ社商品名：フロリナート　ＦＣ－７７０）にて測定した。回路層の表面に電極板を配置した。銅基板と回路層の表面に配置した電極板を、それぞれ電源と接続し、次いで８０００Ｖまで３０秒で昇圧した。銅板と電極板との間に流れる電流値が８５００μＡになった時点の電圧を耐電圧とした。この耐電圧の値を絶縁層の膜厚で除算し、得られた値を膜厚当たりの耐電圧（絶対値）とした。
（熱伝導度の測定）
　熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ－ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７　Ｎａｎｏｆｌａｓｈ（商品名）を用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。測定には界面熱抵抗を考慮しない３層モデルを用いた。銅基板および回路層の熱拡散率は１１７．２ｍｍ２／秒とした。絶縁層の熱伝導度の計算には、シリカ粒子の密度２．２ｇ／ｃｍ３、シリカ粒子の比熱０．７６Ｊ／ｇＫ、アルミナ粒子の密度３．８９ｇ／ｃｍ３、アルミナ粒子の比熱０．７８Ｊ／ｇＫ、窒化ホウ素の密度２．１ｇ／ｃｍ３、窒化ホウ素の比熱０．８Ｊ／ｇＫ、酸化チタンの密度３．９８ｇ／ｃｍ３、酸化チタンの比熱０．６８９Ｊ／ｇＫ、アルミナ１％ドープシリカの密度２．２ｇ／ｃｍ３、アルミナ１％ドープシリカの比熱０．７６Ｊ／ｇＫ、アルミナ水和物の密度３．０７ｇ／ｃｍ３、アルミナ水和物の比熱１．０２、ポリイミドの密度１．４ｇ／ｃｍ３、ポリイミドの比熱１．１３Ｊ／ｇＫ、ポリアミドイミド樹脂の密度１．４１ｇ／ｃｍ３、ポリアミドイミド樹脂の比熱１．０９Ｊ／ｇＫを用いた。ポリアミドイミドとポリイミドの混合物の密度と比熱は組成比から計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較例１－１の放熱回路基板は、性能値が１．１９倍と十分高くはならなかった。これは、絶縁層のセラミック粒子の比表面積が１０ｍ２／ｇ未満で、耐電圧が低下したためと推察される。
　比較例１－２、１－４の放熱回路基板も性能値が１．１７倍、１．１６倍程度であった。これは、絶縁層の熱伝導度がフィラーを含まないポリアミドイミド層と同等であり低いためである。熱伝導度が低いのは、セラミック粒子の含有量が５体積％よりも少ないためと推察される。
　比較例１－３、１－５で調製した電着液は、絶縁層を作製できなかった。これは、セラミック粒子の含有量が６０体積％を超えているためと推察される。
　これに対して、実施例１－１～１－２０の放熱回路基板は、性能値が１．２９倍から高いものでは４．１３倍になっており、性能が大幅に向上していることがわかる。これは絶縁層が、フィラーを含まないポリアミドイミド層と同等の高い耐電圧を維持しつつ、熱伝導度がフィラーを含まないポリアミドイミド層と比較して顕著に向上したためである。
［実施例２－１～２－３１、比較例２－１～２－１６］（ポリアミック酸の合成）
　容量３００ｍＬのセパラブルフラスコに、４，４’－ジアミノジフェニルエーテル、およびＮＭＰを仕込んだ。ＮＭＰ量は、得られるポリアミック酸の濃度が４０ｗｔ％になるように調整した。常温で撹拌して、４，４’－ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が３０℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸２無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で１６時間の撹拌を続け、ポリアミック酸溶液として得た。
（セラミック粒子分散樹脂溶液の調製）
　下記の表３に記載されているセラミック粒子を用意した。用意したセラミック粒子を、ＮＭＰ１０ｇに対して１．０ｇ投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。
　次いで、ポリアミック酸溶液とセラミック粒子分散液とＮＭＰを、最終的に溶液中のポリアミック酸濃度が５質量％で、セラミック粒子濃度が下記の表４に記載されている値となるように混合した。続いて得られた混合物を、スギノマシン社製商品名「スターバースト」を用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行って、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製した。
＜放熱回路基板の作製＞
　金属基板として、厚さ０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅板を用意した。また、回路層の材料として厚み１８μｍの銅箔（ＣＦ－Ｔ４Ｘ－ＳＶ－１８：福田金属箔粉工業株式会社製商品名）を用意した。
　まず、調製したセラミック粒子分散樹脂溶液を、上記の銅板の表面に、加熱後の厚さが２５μｍとなるように塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜をホットプレート上に配置して、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間、さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、乾燥して乾燥膜とした。その後、乾燥膜を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、銅板表面に厚さ２５μｍの絶縁層を形成した。比較例２－３、２－５、２－７、２－９、２－１６で調製したセラミック粒子分散樹脂溶液は、絶縁層を作製できなかった。
　次いで、形成した絶縁層の上に、上記の銅箔を配置して、銅板、絶縁層、銅箔がこの順で積層された積層体を得た。得られた積層体を、カーボン製持具を用いて積層体の厚さ方向に５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃で、２０分間加熱して、熱圧着処理を行って、銅基板、絶縁層、回路層（銅箔）がこの順で積層された放熱回路基板を作製した。
＜評価＞
　上記の実施例および比較例で作製した放熱回路基板について、セラミック粒子の含有量、膜厚当たりの耐電圧、熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）をそれぞれ上記の方法により測定し、性能値を計算した。その結果を表４に示す。耐電圧、熱伝導度および性能値の相対値は、セラミック粒子を添加しなかったこと以外は、実施例２－１と同様にして作製した膜厚２５μｍのポリイミド層を形成した放熱回路基板を用いて測定した値を１とした相対値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　比較例２－１、２－１１～１５の放熱回路基板は、性能値が０．９５～１．０９と十分高くはならなかった。絶縁層のセラミック粒子の比表面積が１０ｍ２／ｇ未満で、耐電圧が低下したためと推察される。
　比較例２－２、２－４、２－６、２－８、２－１０の放熱回路基板もまた性能値が０．９８～１．２１と十分高くはならなかった。セラミック粒子の含有量が５体積％よりも少なく、熱伝導度が十分上がらなかったためと推察される。
　比較例２－３、２－５、２－７、２－９、２－１６で調製したセラミック粒子分散樹脂溶液は、絶縁層を形成できなかった。セラミック粒子の含有量が６０体積％を超えているためと推察される。
　これに対して、実施例２－１～２－３１の放熱回路基板は、耐電圧が、フィラーを含まないポリイミド膜と比較してわずかに低下しているものもあったが、熱伝導度がフィラーを含まないポリイミド膜と比較して顕著に向上しており、その結果、性能値が１．３倍以上と大きくなった。
　本発明によれば、耐電圧性、耐熱性、化学的耐性、および機械特性を保ちながら高い放熱性を有する放熱回路基板を提供することが可能となるから、産業上の利用が可能である。
　１０　放熱回路基板
　１１　金属基板
　１２　絶縁層
　１３　回路層

Claims (3)

  1. 　放熱回路基板であって、
    　金属基板と、前記金属基板の少なくとも一方の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の表面に配置された回路層とを備え、
    　前記絶縁層は、ポリイミド、ポリアミドイミド、またはこれらの混合物からなる樹脂と、比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるセラミック粒子とを含み、
    　前記セラミック粒子が凝集粒子を形成し、かつ前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲にあることを特徴とする放熱回路基板。
  2. 　前記絶縁層中の前記セラミック粒子の含有量は５体積％以上６０体積％以下であり、前記樹脂の質量平均分子量は１０万以上５０万以下であり、前記セラミック粒子の比表面積は、５０ｍ２／ｇ以上かつ３００ｍ２／ｇ以下であり、前記セラミック粒子のＢＥＴ径は１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記凝集粒子の平均粒径は、前記ＢＥＴ径に対して、５倍以上１００倍以下であり、前記凝集粒子の平均粒子径は、前記セラミック粒子を分散剤とともにＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０値であることを特徴とする請求項１記載の放熱回路基板。
  3. 　前記セラミック粒子は、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、およびアルミナ水和物粒子から選択される１種または２種以上の混合物であり、前記凝集粒子は、アグロメレート、アグリゲート、または、粒子集合体であることを特徴とする請求項１または２記載の放熱回路基板。
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