JP2010232507A - 熱伝導性プリント基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品を冷却するための放熱板を不要として、電子機器の大型化を抑制してその電子部品を高効率に冷却するために、高い熱伝導性を持つプリント基板を提供する。
【解決手段】 金属箔の片面に黒鉛層が形成され、この積層体の両面にさらに絶縁材料が積層された熱伝導性プリント基板であって、黒鉛層が、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を金属箔上に塗工し乾燥して形成されたものであることを特徴とする熱伝導性プリント基板。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品や照明部品などの発熱体により発生する熱を基板中に効率的に拡散することが可能な熱伝導性プリント基板およびその製造方法に関するものである。

パワートランジスタやＬＥＤ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、レーザーダイオード等の発熱量の大きな電子部品やデバイス類は、使用時の通電によって高熱を発するため、電子機器の分野においては、これら電子部品の発熱に対する冷却方法が重要な技術の一つとなっている。電子部品の冷却方法としては、通常、熱伝導性に優れる材料からなる放熱板（ヒートシンク）やヒートパイプなどを電子部品の発熱面に取り付ける方法が一般的である（特許文献１）。他に、放熱フィンを冷却ファンにて空冷する方法やポンプで水を循環して水冷する方法もある（特許文献２）。

また、基板の内部あるいは実装面と逆の面に面内方向に連続した銅や鉄、アルミ、ステンレスなどの金属板からなる層を設けたメタルコアまたはメタルベース基板を用いる方法がある（特許文献３）。この方法は金属板を絶縁層で積層し、さらに実装面には回路となる銅箔を張り合わせたものが一般的である。さらには、回路の上にハンダ層を介してヒートシンクを接着固定するような放熱方法も提案されている（特許文献４）。

しかしながら、近年では電子機器の小型・軽量化を達成するべく、その薄形化および高密度実装化が急速に進められており、そのため、放熱板を実装するための十分なスペースを確保することができないという問題点があった。即ち、電子部品を適切に冷却するためには、ヒートシンクなどの放熱板を大きくする必要があり、その分、電子機器全体としての大型化を招く。その一方、ヒートシンクなどを小さく構成したのでは放熱効率が低下して、電子部品を効率的に冷却することができない。

特許文献５では、電子部品の小型化を目的として、絶縁材部の内層に高い熱伝導性を有するカーボンシートが積層状に設けられた電子部品が示されている。カーボンシートの高い熱拡散を利用して基板自体に冷却性能を付与する方法であり、非常に有効であると考えられる。しかしながら、スルーホールとこのような導電性のカーボンシートが接触しているとショートするので、スルーホール周辺は導電性カーボンシートが存在しないようにしなければならない。また熱に弱い電子部品が散在する基板の内部にこのような熱伝導性のカーボンシートが存在すると他の発熱体からの熱を基板全体に均一に伝導させてしまい、熱に弱い電子部品の不具合を招く。このためそのような用途ではカーボンシートを予め型枠で打ち抜いたものを基板中に積層する工程が採用されているが、カーボンシート自体が高価であることに加え、カーボンシートが脆弱なため複雑な形状での打抜きが困難であり、また工程数も多く、結果的にこの方法によって製造された電子部品の価格が高くなってしまうという問題があった。さらにカーボンシートを用いると、カーボンの粉落ちによる絶縁不良などの問題もあった。

特許文献３に記載されるようなメタルコア、メタルベース基板は金属板を用いるため熱伝導性が高く、強度を有する。これらの基板では銅やアルミ、鉄、ステンレスなどの０．５〜１ｍｍ厚の金属板を基板内部に設け放熱性を高めている。カーボンシートと同様にこれらの板は導電性があるので予め型枠での打抜きやドリルでの穴あけ工程が必要である。しかしながらこれらの金属は硬いため、打抜きでは特殊な治具や機械が必要になったり、ドリルでの穴あけではドリル刃の消耗が激しいために頻繁に交換する必要があるなどの問題があり、得られた基板は非常に高価であった。

またこれらの金属は熱膨張係数が大きいため高温になると膨張してしまう。このためスルーホールでのメッキ部分との導通を避けるためには、高温時の膨張を見込んで大きな孔を金属板に開けておく必要があり、スルーホールの高密度化ができないといった問題があった。金属板の厚みが０．０５〜０．３ｍｍの金属箔を金属板の代わりに用いる場合は打抜きやドリルによる穴あけ工程は不要となり、薬液エッチングによるパターン形成が可能となるため上記の問題は解決するが、金属板の厚みが薄いので放熱性能が不十分などの問題があった。

本発明者らは、高い熱伝導性を持つ黒鉛を主成分とし、スクリーン印刷に適した熱伝導性塗料とそれを用いた電子部品を既に提案している（特願２００８−２８７８０１号参照）。絶縁性基板の上に本塗料をスクリーン印刷し、乾燥後に熱硬化性絶縁プリプレグと積層し、加熱下で加圧して一体化する方法により、黒鉛の熱伝導層を基板内部に設けた熱伝導性プリント基板の作成が可能である。この塗料を用いることにより、金属板やカーボンシートの穴あけ加工やドリル加工が不要となり、複雑な形状の熱伝導層のパターン形成が容易に可能になった。

しかしながら、熱伝導性プリント基板としての性能を十分に発揮するためには、熱伝導層の厚みを大きくする必要があるのに対して、スクリーン印刷によって形成できる黒鉛層の厚みは、一体化後で２００μｍ程度が限界であり、熱伝導性プリント基板としての性能を満足するためにはさらなる熱伝導性の向上が必要であった。

特開平７−２３５７８１号公報 特開２００３−２７３３００号公報 特開２００６−３０８７３８号公報 特開２００５−３３２８４０号公報 特開２００７−０７３６５４号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高い熱伝導性を有し、穴あけ加工性が容易な熱伝導性プリント基板およびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、特定の黒鉛を主成分として含有する塗料を、金属箔の上に塗工して乾燥したもの、または金属箔の上に該塗料を塗工して乾燥し、その上から新たな金属箔を重ねたものを得て、これらを両側から絶縁材料で挟み、加熱下で加圧して一体化させることにより得られるプリント基板が、優れた放熱特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、下記の通りである。
（１）金属箔の片面に黒鉛層が形成され、この積層体の両面にさらに絶縁材料が積層された熱伝導性プリント基板であって、黒鉛層が、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を金属箔上に塗工し乾燥して形成されたものであることを特徴とする熱伝導性プリント基板。
（２）二つの金属箔の中間に黒鉛層が形成され、この積層体の両面にさらに絶縁材料が積層された熱伝導性プリント基板であって、黒鉛層が、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を金属箔上に塗工し乾燥して形成されたものであることを特徴とする熱伝導性プリント基板。
（３）黒鉛層の厚みが、１０〜２００μｍである前記の（１）又は（２）の熱伝導性プリント基板。
（４）絶縁材料上に接着された金属箔に、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を塗工し乾燥して黒鉛層を形成し、次いで絶縁材料を積層した後、この積層体を温度１００℃〜２００℃で、２〜３ＭＰａの加圧下で一体成形することを特徴とする前記の（１）又は（３）の熱伝導性プリント基板の製造方法。
（５）絶縁材料上に接着された金属箔に、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を塗工し乾燥して黒鉛層を形成し、その上に金属箔と絶縁材料を順に積層した後、この積層体を温度１００℃〜２００℃で、２〜３ＭＰａの加圧下で一体成形することを特徴とする前記の（２）又は（３）の熱伝導性プリント基板の製造方法。

本発明によれば、電子機器のプリント基板において、電子部品や照明部品などの発熱体の周辺の基板内部に、金属箔と黒鉛層という２種類の異なる物性を有する熱伝導性材料を一体化することにより、発熱体からの熱を奪いやすく、厚み方向にも面方向にも熱伝導性に優れ、穴あけ加工が容易な熱伝導性プリント基板を得ることができる。その結果、発熱体そのものの温度上昇を抑制するとともに、周囲の電子部品の温度上昇をも回避することができ、電子部品や電子機器の寿命を延ばすことが可能となる。

本発明において、前記の作用効果が奏される理由としては明らかではないが、黒鉛は比熱が大きく、熱拡散率も銅などの金属に比べて高い。このため、黒鉛は「発熱体からの熱を奪いやすく温度が上がりにくい性質」を有する熱伝導性物質といえる。圧縮された黒鉛層の面方向の熱伝導率は１００〜３００W/ｍ・Kであるが、異方性を有するため厚み方向の熱伝導率は３〜１０W/ｍ・Kと銅に比べると小さい。しかし、熱拡散率は２．０〜３．０ｃｍ^２／ｓと大きいため、黒鉛層は「熱を厚み方向に伝えるのは遅いが、面方向に拡散させることは早い熱伝導性物質」といえる。

一方、銅の熱拡散率は１．２ｃｍ^２／ｓ、アルミの熱拡散率は１．０ｃｍ^２／ｓであり、黒鉛より劣るが、銅の熱伝導率は３９８W/ｍ・K、アルミは２３７W/ｍ・Kであり、等方性であるため、厚み方向の熱伝導率は黒鉛の面方向の熱伝導率と同等あるいは優れている。このような熱的性質の異なる２種類の材料を一体化させた熱伝導層を基板内部に設置することにより、優れた熱伝導性プリント基板が得られる。

以下、本発明を詳述する。

本発明に用いられる熱伝導性塗料は、膨張黒鉛を主成分とする炭素材と熱硬化性樹脂を必須成分として含み、分散媒により分散されたている状態のものである。膨張黒鉛は、黒鉛を硝酸、硫酸等の化学薬品で処理し、これを１，０００℃以上の高温で熱処理することで得られ、黒鉛の結晶格子の層間が膨張してフレーク状の粒子になったものである。平均粒子径が０.５〜２００μｍのものが好ましく、より好ましくは１〜１００μｍである。

膨張黒鉛は、熱伝導性塗料の固形分中に５０〜９５質量％含まれることが必要であり、好ましくは、６０〜９０質量％、さらに好ましくは、７５〜８５質量％である。

炭素材としては、膨張黒鉛以外に、本発明の効果を損なわない範囲において、カーボンブラックや炭素繊維などが含まれていてもよい。

カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラック、ランプブラック、チャンネルブラック、ガスブラック、サーマルブラック、プラズマブラックなどが挙げられ、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラックが挙げられる。

炭素繊維には、ピッチ系炭素繊維やＰＡＮ系炭素繊維が挙げられ、いわゆるカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーも含まれる。カーボンナノチューブとしては、炭素のチューブ構造が単一チューブであるシングル型、チューブ構造が二重のチューブであるダブル型、およびチューブ構造が三重以上となっているマルチ型構造を含み、さらに、チューブの一方の端が閉じて他方の端が開いているナノホーン型、一方の端の開口が他方の端の開口よりも大きいカップ型等の形態も含んでいる。

本発明に用いられる熱伝導性塗料に含まれる熱硬化性樹脂は、炭素材の結着材としての働きをするとともに、電子部品をハンダで実装する際の耐熱性の向上に寄与する。

本発明に用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アリルエステル樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂およびこれらの共重合変性体からなる群より選ばれる１種、または２種類以上の組み合わせを用いることができる。なかでも、結着性と耐熱性の点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂とウレタン樹脂がより好ましい。熱硬化性樹脂は、熱伝導性塗料として基材に塗布後に硬化させて使用することが好ましい。

熱硬化性樹脂は、熱伝導性塗料の固形分中に５〜５０質量％含まれることが必要であり、好ましくは、５〜３０質量％である。

本発明に用いられる熱伝導性塗料の分散媒は特に限定しない。環境負荷低減や作業員の安全性などを考慮した水、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒である水分散媒でもよいが、有機溶剤でもよい。有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、γ-ブチロラクトン、イソプロパノールが挙げられる。

本発明に用いられる熱伝導性塗料が水を分散媒とする場合、熱伝導性塗料中の熱硬化性樹脂は、エマルション粒子とする必要がある。エマルション粒子を用いると炭素材を点結着することが可能になるため、同量の溶剤可溶型熱硬化性樹脂を用いた場合に比べて結着力が強くなる傾向があり、より少量の結着材で炭素材を結着することができる。したがって、結着材による熱伝達の阻害を抑制し、かつ得られる放熱層における炭素材の割合も高くできるため、より放熱効率が高まる。

本発明に用いられる熱伝導性塗料は、必要に応じて増粘剤を含んでいてもよい。そのような増粘剤としては、分散媒が水の場合、カルボシキメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリウレタン、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等を挙げることができ、好ましくはカルボシキメチルセルロースやポリビニルアルコールがよい。これらの増粘剤は、炭素材の各材料間の濡れ性を向上させる働きを有する。

また、分散媒が有機溶媒の場合、増粘剤としては無機微粒子を用いることが好ましく、そのような無機微粒子としては、シリカ、酸化ケイ素、カオリン、アルミナ及びマイカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。無機質微粒子の平均粒子径は、３ｎｍ〜１０μｍが好ましく、５ｎｍ〜８μｍがより好ましい。上記各範囲の下限値は、組成物の粘度を低く抑えて未塗装個所が出来ないようにし、印刷作業性を向上する点で意義がある。上記各範囲の上限値は、パターン表面及び側面の平滑性や直線性を良好にして、繊細なパターンを得る点で意義がある。無機質微粒子の形状は、球状、鱗片状、板状、無定形の何れでもよいが、粘性を付与することが容易に可能な鱗片状、球状のものが好ましい。

本発明に用いられる熱伝導性塗料の製造方法としては、膨張黒鉛と熱硬化性樹脂とともに、必要に応じて増粘剤を配合し、これらを分散媒中で混合、分散すればよい。混合、分散の手段は特に限定されず、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ロールミル、ボールミル等の公知の混合装置を用いることができる。膨張黒鉛、熱硬化性樹脂および増粘剤の合計固形分比率は、熱伝導性塗料全体の５〜４０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜３０質量％である。

本発明に用いられる熱伝導性塗料の粘度は、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度が４０ポイズ〜１，０００ポイズであることが必要であり、好ましくは１００〜６００ポイズである。また、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用い０．６ｒｐｍおよび６．０ｒｐｍで測定した２５℃における粘度の比であるチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）が１．０〜４．０となることが好ましい。

本発明に用いられる金属箔は、エッチングによるパターン形成が容易で、且つ絶縁材料との接着性が良好で、優れた熱伝導率を有する金属箔であれば特に限定しない。単一成分の金属箔のほか、合金箔等も包含される。例えば、アルミニウム、銅、鉄、チタン、スズ、これらを含む合金等が挙げられるが、熱伝導性が高い観点から銅箔であることが望ましい。銅合金箔としては鉄、モリブデン、スズ、亜鉛、ニッケルの少なくとも１種の金属成分を含むものが挙げられるが、特に限定されるものではない。金属箔の表面が物理的または化学的に粗化または平滑化されているものも含まれる。

金属箔の厚みは、熱導電性およびエッチングの容易さから、１０〜５００μｍとすることが好ましく、さらに好ましくは３０〜２００μｍである。

本発明に用いられる絶縁材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂の形状については特に制限しないが、シートやフィルム、不織布形状が好ましい。またガラスクロスに樹脂を含浸したようなシートであってもかまわない。

本発明の熱伝導性プリント基板は、金属箔上に熱導電性塗料を塗工し乾燥することにより黒鉛層が形成され、その両面に絶縁材料が積層された構造を有しているものである。熱導電性塗料を塗工し乾燥することにより形成される黒鉛層の厚みは、１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍである。黒鉛層が１０μｍより薄いと熱伝導性能が十分に発揮できず、一方、２００μｍより厚いとスクリーン印刷時の作業効率が悪く、黒鉛層の強度低下を誘発する。また、本発明の熱伝導性プリント基板は、金属箔上に黒鉛層が形成され、その黒鉛層の上に新たな金属箔が積層され、その両面に絶縁材料が積層された構造を有しているものも含むものである。この場合、２つの金属箔は、種類が同じものであっても、異なるものであっても構わない。

両側に積層される絶縁材料の厚みは、薄い方が発熱体からの熱を黒鉛層や金属箔に効率よく伝達するので好ましい。厚みは０．０５〜０．２ｍｍが好ましく、０．０８〜０．１５ｍｍがさらに好ましい。

次に、本発明の熱伝導性プリント基板の製造方法について説明する。

まず、上記した熱伝導性塗料をスクリーン印刷法などによって所定のパターンで絶縁材料上に接着された金属箔の上に塗工した後、乾燥し金属箔上に黒鉛層を形成する。スクリーン印刷時に使用するスクリーンメッシュの目開きは２０メッシュ〜１５０メッシュであることが好ましい。さらに３０メッシュ〜７０メッシュのスクリーンを使用することがより好ましい。２０メッシュより粗いメッシュを使用すると、印刷時メッシュから塗料が垂れ、印刷性が損なわれる。一方１５０メッシュより精細なメッシュでは、印刷時に炭素材により目詰まりを起こしたり、塗布厚みが小さくなるなどの問題が生じる。

乾燥方法としては、特に制限はないが、熱風乾燥、減圧乾燥、熱滅圧乾燥が挙げられる。電子部品を高温にさらさない理由から、熱滅圧乾燥が好ましい。

絶縁材料上に接着された金属箔上に形成した黒鉛層の上に、必要に応じてさらに金属箔を積層してもよい。

本発明においては、上記のようにして得られたものの上にさらに絶縁材料を積層して、加熱下で加圧して一体化させることにより熱伝導性プリント基板を得ることができる。

加熱は、結着材である熱硬化性樹脂を硬化させて黒鉛粒子を結合して黒鉛層に強度を付与するだけでなく、黒鉛粒子と金属箔とを結合したり、黒鉛層又は金属箔と絶縁材料を接着して一体化するために必要である。加熱条件としては、最高到達温度は１２０〜２２０℃が好ましく、１５０〜２００℃がさらに好ましい。

また、加圧は、膨張黒鉛を圧密化することにより粒子間の結合機会を高めて熱伝導率を向上させたり、黒鉛層と金属箔との接着強度、黒鉛層又は金属箔と絶縁材料との接着強度を高めるために必要である。加圧条件としては、プレス圧は１．５〜３・５MPａが好ましく、２〜３MPａがさらに好ましい。加圧により、溶融した絶縁材料がパターン形成された熱伝導層（金属箔と黒鉛層）の凹部に強制的に入り込み、絶縁層表面を平滑にし、その上での回路形成を容易にする。

絶縁材料で両側から挟み、加熱下で加圧して一体化させるために用いる装置としては、真空加熱プレス機が好適に用いられる。

得られた基板中における加熱加圧後の黒鉛層の厚みは、前述したように１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍである。この厚み範囲となるようにスクリーン印刷条件を適宜組み合わせればよい。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって何ら限定されるものではない。

なお、各種評価は以下の方法によって行った。

〔放熱性の評価〕
作製したプリント基板に１ｋΩの抵抗体を実装し、３０Ｖの電圧を印可したときの抵抗体の温度を熱電対を用いて測定した。膨張黒鉛シートを用いて作製したプリント基板の場合、抵抗の温度は５８℃であり、これと比べて温度上昇が＋５％以内すなわち６１℃以下であれば○、＋１０％以内すなわち６４℃以下であれば△、＋１０％を超えると×とした。

〔結着性の評価〕
真空プレス後のコア材において、ガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間の黒鉛層で剥離が発生しないかを目視で観察し、真空プレス後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で９０°剥離試験を行った。試験はインテスコを用い、剥離スピード５０ｍｍ／分で実施した。試験片は幅２０ｍｍとした。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。

〔ハンダ耐熱性の評価〕
真空プレス後のコア材において、２８０℃のハンダ層に２０秒ディップして、コア材の外観に膨れや剥がれがないかを目視で観察し、観察後にガラスクロス−エポキシ板とプリプレグ間で結着性の評価と同条件で９０°剥離試験を行った。剥離強度が５Ｎ以上あったものを○、２Ｎ以上５Ｎ未満であったものを△、２Ｎ未満であったものを×と評価した。

〔粘度の測定〕
２５℃浴中に熱伝導性塗料の入った容器を３０分間浸漬した後、ＢＨ型粘度計のＮｏ．４ローターを用いて６．０ｒｐｍにおける粘度を測定した（単位：ポイズ（Ｐ））。また、０．６ｒｐｍの粘度も測定し、この測定結果からチクソ比（＝０．６ｒｐｍの粘度／６．０ｒｐｍの粘度）を算出した。

〔黒鉛層の厚みの測定〕
真空プレス後のコア材をＶ溝板切断機で切り出し、その切片を研磨剤で琢磨し、断面を電子顕微鏡で観察することにより黒鉛層の厚みを測定した。

〔熱伝導性塗料の製造〕
熱伝導性塗料の原料として下記のものを用いた。
１．炭素材
（ア）膨張黒鉛ＣＭＸ−２０（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）
（イ）膨張黒鉛ＣＭＸ−４０（日本黒鉛社製、平均粒径４０μｍ）
（ウ）鱗状黒鉛ＣＰＢ（日本黒鉛社製、平均粒径２０μｍ）

２．結着材
（ア）エポキシ樹脂水性エマルションＥＭ−０４３４ＡＮ（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（イ）ウレタン樹脂水性エマルションＨＵＸ−５２２（ＡＤＥＫＡ社製、固形分濃度３０質量％）
（ウ）酸変性ポリオレフィン水性エマルションＴＣ４０１０（ユニチカ社製、固形分濃度２５質量％）
（エ）共重合ポリエステル水性エマルションＫＺＡ−３５５６（ユニチカ社製、固形分濃度３０質量％）
（オ）溶剤溶解エポキシ樹脂ＥＰ−４９００（ＡＤＥＫＡ社製、ＮＭＰ溶媒、固形分濃度５０質量％）

３．増粘剤
（ア）カルボキシメチルセルロース（第一工業製薬社製、セロゲン）、以下、ＣＭＣと略す。
（イ）ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール社製、ＺＦ−１５Ｈ）、以下、ＰＶＡと略す。
（ウ）シリカ（日本アエロジル社製、アエロジルＲ８２００）、以下、シリカと略す。

（熱伝導性塗料「Ａ−１」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」４質量％水溶液１６６ｇを、ホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−２」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」３３ｇ、増粘剤として「ＰＶＡ」４質量％水溶液１６６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−２」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−３」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−４０」５０ｇを用いた以外は、「Ａ−２」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−３」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−４」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」５６ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−４」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−５」の製造）
結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」１１０ｇを用いた以外は「Ａ−４」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−５」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−６」の製造）
結着材としてウレタン樹脂水性エマルション「ＨＵＸ−５２２」３０ｇを用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−６」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−７」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」１３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２５０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２２質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−７」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−８」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」８３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液２０８ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２１質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−８」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−９」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」９ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の４質量％水溶液７０ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１９質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−９」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１０」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材として溶剤溶解エポキシ樹脂「ＥＰ−４９００」３３ｇ、増粘剤として「シリカ」７ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２０質量％となるようにＮＭＰを加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１０」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１１」の製造）
炭素材として鱗状黒鉛「ＣＰＢ」を用いた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１１」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１２」の製造）
全固形分の濃度が５質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１２」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１３」の製造）
全固形分の濃度が４０質量％となるように水を加えた以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１３」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１４」の製造）
結着材として酸変性ポリオレフィン水性エマルション「ＴＣ４０１０」４０ｇを用い、全固形分の濃度が２０質量％となるように水を加えて混合した以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１４」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１５」の製造）
結着材として共重合ポリエステル水性エマルション「ＫＺＡ−３５５６」３３ｇを用い、全固形分の濃度が２０質量％となるように水を加えて混合した以外は「Ａ−１」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１５」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１６」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」３３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の６質量％水溶液２７７ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が２５質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１６」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１７」の製造）
炭素材として膨張黒鉛「ＣＭＸ−２０」５０ｇ、結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」３ｇをホモジナイザー型分散機に仕込み、全固形分の濃度が１８質量％となるように水を加えて混合し、熱伝導性塗料「Ａ−１７」を得た。

（熱伝導性塗料「Ａ−１８」の製造）
結着材としてエポキシ樹脂水性エマルション「ＥＭ−０４３４ＡＮ」３３ｇ、増粘剤として「ＣＭＣ」の１０質量％水溶液４００ｇを用いた以外は「Ａ−７」の製造と同様にして熱伝導性塗料「Ａ−１８」を得た。

熱伝導性塗料「Ａ−１」〜「Ａ−１８」の組成を表１に示す。

（実施例１）
厚み３８μｍの銅箔がガラスクロス-エポキシ板に積層一体化されたＦＲ−４銅張積層板の銅箔上に、スクリーン印刷により熱伝導性塗料「Ａ−１」を印刷後、１００℃で１時間真空乾燥し、得られた黒鉛層に、厚み０．2ｍｍのガラスクロス−エポキシプリプレグ、厚み０．２ｍｍの銅箔（回路形成用）、離型フィルムを順に積層し、真空度５ｔｏｒｒ、プレス圧２．５ＭＰａ、最高到達温度２００℃で９０分間真空プレスして熱伝導性プリント基板コア材を作製した。プレス後の圧縮された黒鉛層の厚みは４０μｍであった。

（実施例２）
プレス後の圧縮された黒鉛層の厚みを８０μｍとした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（実施例３〜１０）
熱伝導性塗料「Ａ−２」〜「Ａ−１０」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例１）
熱伝導性塗料をスクリーン印刷することなく、プリプレグと銅箔、離型フィルムの３種を順に下から重ねて真空プレスした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例２）
熱伝導性塗料をガラスクロス−エポキシ板に塗布する代わりに、プリプレグ、膨張黒鉛シート（松下電器産業社製ＰＧＳ 厚さ２００μｍ）、プリプレグ、銅箔、離型フィルムの順に重ねて真空熱プレスしてコア材を作製する以外は実施例１と同様にプリント基板を作製した。

（比較例３）
ＦＲ−４銅張積層板の銅箔をエッチングにより除去し、ガラスクロス-エポキシ面にスクリーン印刷を以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例４）
プレス後の圧縮された黒鉛層の厚みを２００μｍとした以外は比較例３と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例５〜１２）
熱伝導性塗料「Ａ−１１」〜「Ａ−１８」を用いた以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例１３）
プレス温度を９０℃とした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

（比較例１４）
プレス圧を１．５ＭＰａとした以外は実施例１と同様にしてプリント基板を作製した。

実施例１〜１１および比較例１〜１５における評価結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、放熱性の評価において、実施例１〜１１ではプリント基板が発生する熱を拡散および放熱しているため、黒鉛層を設けない比較例１に比べて明らかに温度上昇を抑制しており、その放熱性能は従来のカーボンシートを用いた比較例２と同等以上であった。

さらに、放熱性に関して次のことが分かる。銅箔のない比較例３、４よりも銅箔上に黒鉛層を有する実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。炭素材として鱗状黒鉛を用いた比較例５よりも、膨張黒鉛を用いた実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。膨張黒鉛の比率が低い比較例１０よりも膨張黒鉛の比率が高い実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。増粘剤の比率が高い比較例１２よりも増粘剤の比率が低い実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。固形分濃度が低い比較例６よりも固形分濃度が高い実施例１〜１１の方が放熱性が高かった。実施例１〜１１よりも固形分濃度が高い比較例７は、塗料の粘度が高いため、スクリーン印刷できなかった。

結着性およびハンダ耐熱性の評価においては次のことが分かる。熱硬化性樹脂エマルションを用いた実施例１〜１１では結着性およびハンダ耐熱性ともに優れていた。一方、熱可塑性樹脂エマルションを用いた比較例８、９では耐熱性が劣っており、膨張黒鉛の比率が高い比較例１１や増粘剤の比率が高い比較例１２では結着性が劣っていた。

プレス温度やプレス圧力が低い比較例１３、１４では放熱特性、結着性、ハンダ耐熱性いずれにおいても実施例１〜１１より劣っていた。

Claims (5)

1. 金属箔の片面に黒鉛層が形成され、この積層体の両面にさらに絶縁材料が積層された熱伝導性プリント基板であって、黒鉛層が、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を金属箔上に塗工し乾燥して形成されたものであることを特徴とする熱伝導性プリント基板。
2. 二つの金属箔の中間に黒鉛層が形成され、この積層体の両面にさらに絶縁材料が積層された熱伝導性プリント基板であって、黒鉛層が、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を金属箔上に塗工し乾燥して形成されたものであることを特徴とする熱伝導性プリント基板。
3. 黒鉛層の厚みが、１０〜２００μｍである請求項1又は２記載の熱伝導性プリント基板。
4. 絶縁材料上に接着された金属箔に、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を塗工し乾燥して黒鉛層を形成し、次いで絶縁材料を積層した後、この積層体を温度１００℃〜２００℃で、２〜３ＭＰａの加圧下で一体成形することを特徴とする請求項１又は３記載の熱伝導性プリント基板の製造方法。
5. 絶縁材料上に接着された金属箔に、５０〜９５質量％の膨張黒鉛および５〜５０質量％の熱硬化性樹脂を固形分中に含有する熱伝導性塗料を塗工し乾燥して黒鉛層を形成し、その上に金属箔と絶縁材料を順に積層した後、この積層体を温度１００℃〜２００℃で、２〜３ＭＰａの加圧下で一体成形することを特徴とする請求項２又は３記載の熱伝導性プリント基板の製造方法。