JP2924177B2 - 傾斜機能型回路用基板 - Google Patents

傾斜機能型回路用基板

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばIC基板のような回路用基板に関し、
特に、傾斜機能材料を用いて構成された回路用基板に関
する。
〔従来の技術〕
従来より、電子回路を構成するために、種々の材料か
らなる回路用基板が用いられている。中でも、高出力IC
やパワーモジュール用基板は、搭載される素子の発熱量
が大きいため、熱伝導性に優れた金属材料を用いて構成
されている。
金属材料を用いて構成された回路用基板の一例を、第
２図に示す。第２図の金属複合基板１は、アルミニウム
等からなる金属板1a、エポキシ樹脂等からなる合成樹脂
層1b、及び銅箔1cを積層した構造を有する。金属複合基
板１では、搭載される回路素子で発生した熱が、金属板
1aの高熱伝導性を利用して効果的に放散される。また、
金属板1aを基材とするものであるため、セラミック製基
板に比べて機械的強度に優れているという利点を有す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、金属複合基板１では、電気的な絶縁を
果たすために、合成樹脂層1bを設けているため、耐熱性
が十分でなく、高くとも300℃の温度で軟化しがちであ
るという問題があった。
のみならず、上記のような積層構造を有するため、各
層の材料の熱膨張係数の差により、境界面に熱応力に集
中し、ヒートショックにより層境界において剥がれ等が
生じがちであるという問題もあった。
よって、本発明の目的は、比較的高温に耐えることが
でき、かつヒートショックにより層剥がれ等が生じ難い
構造を備えた回路用基板を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の回路用基板は、金属と絶縁性磁器組成物との
混合物を焼成して得られた焼結体により構成されてい
る。そして、金属成分と絶縁性磁器組成物との存在比
が、回路用基板の厚み方向に変化しており、回路用基板
の回路素子を搭載する面に向かって絶縁性磁器組成物を
存在比が高くなっていることを特徴とする。
また、好ましくは、前記焼結体は、前記金属成分と前
記絶縁性磁器組成物との存在比が異なる複数のセラミッ
クグリーンシートを積層し焼成することにより得られた
ものである。
〔作用〕
傾斜機能型材料とは、材料組成が材料内の位置の関数
として変化されており、それによって材料特性が材料内
の位置に応じて変化されているものを言う。本発明で
は、金属成分と磁器組成物成分とにより、傾斜機能型材
料が構成されており、それによって熱膨張率あるいは絶
縁性が基板の厚み方向において変化されている。これ
を、図面を参照して説明する。
第３図に示す矩形の回路用基板11を、本発明に従って
構成する。この場合、回路用基板11は、金属と絶縁性磁
器組成物との混合材料により構成されており、第１図に
示すように、金属成分の割合（破線Ａで示す）と、絶縁
性磁器組成物成分の割合（実線Ｂで示す）とがｘ方向す
なわち厚み方向において連続的に変化されているものと
する。
金属と絶縁性磁器組成物との混合材料において、基板
の特性が混合則に従うことを考慮すると、基板11の抵抗
率及び熱伝導率特性は、第４図に示すとおりとなる。第
４図において、実線Ｃは抵抗率を、破線Ｄは熱伝導率を
示す。
従って、第４図から明らかなように、本発明に従って
構成された基板11では、上面11aから下面11bに至るに連
れて、抵抗率が低下し、かつ熱伝導率が連続的に高めら
れていることがわかる。
他方、第２図に示した従来の金属複合基板１では、抵
抗率及び熱伝導率特性は、それぞれ、第５図に示すとお
りとなる。すなわち、従来の金属基板１では、下面側に
金属板1aが配置されており、その上面に絶縁性合成樹脂
層1bが形成されているため、抵抗率（実線Ｅ）及び熱伝
導率特性（破線Ｆ）は段階状に変化する。第４図を第５
図と比較すれば明らかなように、基板全体で考えれば、
金属複合基板１と同様の熱伝導率特性及び抵抗率を示す
基板が本発明により構成され得ることがわかる。
すなわち、本発明は、金属と絶縁性磁器組成物とを用
いて厚み方向に傾斜機能性を有する基板を構成し、それ
によって所望の絶縁抵抗特性及び熱伝導率特性を得るこ
とに特徴を有する。本発明では、金属と磁器組成物とに
より傾斜構造を構成することにより、熱膨張率は基板の
厚み方向において連続的に変化することになる。従っ
て、基板内において、熱膨張率差に基づく層剥がれ等は
生じ難い。
本発明において用い得る金属としては、Ag、Pd、Pt、
Ni、Cu等が上げられ、他方、絶縁性磁器組成物として
は、アルミナ、PSZ、ホウケイ酸系ガラスセラミックス
等の絶縁性セラミックスが用いられる。また、金属と絶
縁性磁器組成物との混合材料は、金属粉末と絶縁性磁器
組成物粉末との混合することにより得られる。金属粉末
としては、粒径0.1〜10μｍ程度のものが、絶縁性磁器
組成物粉末としては、粒径0.1〜5.0μｍ程度のものが用
いられる。上述した金属粉末及び絶縁性機器組成物粉末
は、ボールミル等の任意の混合方法により混合され、さ
らに任意の成形方法に従って成形される。次に、成形さ
れた混合材料は、所定の温度で焼結することにより、本
発明の回路用基板とされる。
〔実施例の説明〕
原料として、アルミナ粉末（平均粒径0.3μｍ・純度9
9.9％）及びAg粉末（平均粒径3.0μｍ・純度99.9％）を
用意した。
アルミナ粉末及びAg粉末を重量比で、それぞれ、10:
0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:
10となるように秤量し、計11種の混合粉末を得た。
各々の混合粉末50gをエタノール及びトルエンを重量
比で7:3の割合で混合して得られたエタノール／トルエ
ン混合液及びPSZボールを用いて、湿式ボールミル法に
より２時間程度均一に混合した。次に、混合物に、ポリ
ビニルブチラール系バインダ６〜12重量％、ソルビタン
脂肪酸エステル系分散剤0.5〜2.0重量％、ジオクチルブ
タレート系可塑剤１〜５重量％を添加し、さらに24時間
程度の混合を行った。得られたスラリーをドクターブレ
ード法にて、厚み80μｍのグリーンシートに成形し、11
種のグリーンシートを得た。
第６図に示すように、得られた11種のグリーンシート
をアルミナ/Agの混合比が連続的に変化するように積層
した。第６図において、グリーンシート21が、アルミナ
のみを含有しており、グリーンシート22,23…と下方の
グリーンシートになるに連れてAg含有量が高められてい
る。また、グリーンシート31はAgのみを含有している。
次に、11枚のグリーンシートの積層体40を熱圧着した
後、厚み方向に切断して外形寸法が40×20×0.8の基板
状の試料を作製した。
得られた試料を空気中400℃で10時間焼成することに
よって、有機成分を燃焼させた後、空気中1000〜1200℃
の温度で約３時間焼成することによって、アルミナとAg
とによる傾斜機能構造を有する機能回路用基板を得た。
比較のために、アルミニウム（厚み1mm）／エポキシ
樹脂（100μｍ）／銅箔（40μｍ）からなる40×30の金
属複合基板（市販品）を用意した。
レーザーフラッシュ法を用いて、各々の基板の厚み方
向の熱伝導率の測定を行った結果、金属基板が90×10-3
cal/cm・秒・℃であったのに対し、本実施例の基板では
200×10-3cal/cm・秒・℃であった。
電気炉を用い、昇降温速度;200℃／時間及び最高温度
保持時間;1時間の条件で両者の耐熱性の比較を行った。
最高温度と基板の変形の関係を調べた。基板の変形は、
基板の40mmの長辺の長さを測定し、１％以上の変化が生
じた時、変形発生とした。金属複合基板が200℃で変形
したのに対し、本実施例では800℃でそりが生じた。
温度槽を用い、最高温度125℃、最低温度−40℃（保
持30秒）、及び昇降温速度10℃／秒の条件で100回のヒ
ートサイクル試験を行った。
従来例及び実施例の基板各々100個について、上記ヒ
ートサイクル試験を行い、破壊あるいはその兆候が見ら
れたものを不良とし、良品率を求めたところ、金属複合
基板が62％であったのに対し、実施例の基板では100％
であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、金属成分と絶縁性磁器組成物成分と
の存在比が基板の厚み方向において変化されており、従
って基板の厚み方向において熱伝導率及び絶縁抵抗が変
化している傾斜機能型回路用基板を提供することができ
る。従って、本発明では、金属成分と絶縁性磁器組成物
成分の存在比の変化のさせ方を工夫することにより、基
板の厚み方向における熱伝導率及び絶縁抵抗の変化を任
意に変更させることができ、よって所望の熱伝導特性及
び絶縁抵抗特性を有する回路用基板を得ることができ
る。
しかも、本発明では、絶縁性樹脂のような耐熱性に問
題のある材料を介在させる必要がないため、回路用基板
の耐熱性も効果的に高められると共に、ヒートショック
により層間剥がれ等が生じるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の回路用基板における金属成分と磁器組
成物成分の体積分率の厚み方向における変化を示す図、
第２図は従来の金属複合基板を示す斜視図、第３図は本
発明に従って構成された回路用基板を示す斜視図、第４
図は本発明の回路用基板における抵抗率及び熱伝導率の
厚み方向における変化を示す図、第５図は第２図従来例
における抵抗率及び熱伝導率特性の厚み方向における変
化を説明するための図、第６図は実施例で用いられるグ
リーンシート及び積層体を示す斜視図である。 図において、11は回路用基板、ｘは厚み方向を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹木 洋 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株 式会社村田製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−156938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/14 H05K 1/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属成分と絶縁性磁器組成物との混合物を
    焼成して得られた焼結体からなり、回路素子が搭載され
    る回路用基板において、 前記金属成分と前記絶縁性磁器組成物の存在比が、前記
    回路用基板の厚み方向に変化しており、前記回路用基板
    の前記回路素子を搭載する面に向かって、前記絶縁性磁
    器組成物の存在比が高くなっていることを特徴とする、
    傾斜機能型回路用基板。
  2. 【請求項２】前記焼結体が、前記金属成分と前記絶縁性
    磁器組成物との存在比が異なる複数のセラミックグリー
    ンシートを積層し焼成することにより得られたものであ
    る、請求項１に記載の傾斜機能型回路用基板。
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