JP3255315B2 - Electrical insulating material and circuit board using the same - Google Patents
Electrical insulating material and circuit board using the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、 放熱性が優れ、かつ高
温下において電気絶縁性、電気的信頼性が高い、電子機
器に用いられる電気絶縁材、それを用いた回路基板およ
びモジュールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrical insulating material used in electronic equipment, which has excellent heat dissipation and high electrical insulation and electrical reliability at high temperatures, and a circuit board and a module using the same. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、金属ベース回路基板は、金属板の
表面上に接着性の電気絶縁材を介して導電性の金属箔を
積層してなるが、その電気絶縁材は通常エポキシ樹脂に
アルミナなどの無機質の充填材が充填されて構成されて
いた。その熱伝導率は5.0 ×10 -3（cal/℃・cm・sec ）
未満であり、エポキシ樹脂などの有機材料のガラス転移
温度は160 ℃程度未満のものであった。そして、電気絶
縁材の熱伝導率又はガラス転移温度のいずれかが、前記
の数値を越えるものは知られてはいたが、両者ともにこ
の値を越える特性を有する電気絶縁材は存在しなかっ
た。2. Description of the Related Art Conventionally, a metal base circuit board has been
Conductive metal foil on the surface via adhesive electrical insulation
It is laminated, but the electrical insulation material is usually epoxy resin
It is composed of inorganic filler such as alumina
Was. Its thermal conductivity is 5.0 × 10 -3(Cal / ℃ ・ cm ・ sec)
Glass transition of organic materials such as epoxy resin
The temperature was less than about 160 ° C. And the electricity
Either the thermal conductivity of the edge material or the glass transition temperature,
It was known that the number exceeded
No electrical insulation with properties exceeding the value of
Was.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車、各種産
業機器および家庭電化製品などに用いられる電子部品は
ハイパワー化および高密度実装の要求が益々高まってき
ている。これらハイパワーのダイオード、トランジスタ
ーおよびＩＣなどの素子を実装したパワーモジュールで
は素子から発生した熱を逃すために十分な放熱特性とと
もに、高温環境下での高い電気的信頼性が必要とされ
る。In recent years, demands for high power and high-density mounting of electronic components used in automobiles, various industrial devices, home appliances, and the like have been increasing. A power module in which elements such as high-power diodes, transistors, and ICs are mounted needs not only sufficient heat radiation characteristics to release heat generated from the elements but also high electrical reliability in a high-temperature environment.
【０００４】たとえば、金属ベース回路基板に電子部品
を実装して、トランジスターモジュール、ダイオードモ
ジュールまたはソリッドステートリレーなどとして使用
される場合は、125 ℃以上で、入力電圧がＡＣ３００Ｖ
以上の高い電圧がかかるので、十分な放熱性とともに高
温下での電気的信頼性が必要とされる。また、自動車の
エンジンルーム内では電圧は比較的低いものの、エンジ
ンによる発熱があり高温になるために、高温下での銅箔
との高い接着強度が必要とされる。For example, when an electronic component is mounted on a metal base circuit board and used as a transistor module, a diode module, a solid state relay, or the like, the input voltage is 125 ° C. or more and the input voltage is 300 V AC.
Since the above high voltage is applied, sufficient heat dissipation and electrical reliability at high temperatures are required. Further, although the voltage is relatively low in the engine room of an automobile, the heat generated by the engine causes a high temperature, so that a high adhesive strength to the copper foil at a high temperature is required.
【０００５】従来使用されていた樹脂はガラス転移温度
が低く、また粘度が比較的高かった。そのため、無機質
の充填材料を多く充填することができなかったし、また
熱伝導率の高い充填材料も使用していなかったので、高
い熱伝導率を有する電気絶縁材を形成することはできな
かった。従って、従来、金属ベース回路基板用の電気絶
縁材としては、上述したように5.0 ×10-3（cal/℃・cm
・sec ）以上の熱伝導率と164 ℃以上のガラス転移温度
を同時に満足する電気絶縁材はなく、これらの厳しい環
境下では電気的信頼性が低く使用出来ないという問題が
あった。また耐熱性のセラミックス基板では、大型基板
の作製が困難で、かつ衝撃等により基板がひび割れを起
こし易いという問題があった。[0005] Conventionally used resins have a low glass transition temperature and a relatively high viscosity. For this reason, it was not possible to fill a large amount of the inorganic filler material, and since a filler material having a high thermal conductivity was not used, an electrical insulating material having a high thermal conductivity could not be formed. . Therefore, conventionally, as described above, 5.0 × 10 −3 (cal / ° C. · cm
There is no electrical insulating material that simultaneously satisfies the thermal conductivity of at least (sec) or more and the glass transition temperature of at least 164 ° C., and has a problem that it cannot be used under these severe environments with low electrical reliability. Further, in the case of a heat-resistant ceramic substrate, there is a problem that it is difficult to produce a large-sized substrate and the substrate is easily cracked by an impact or the like.
【０００６】本発明はかかる欠点を解決したもので、高
い熱伝導率とともに高いガラス転移温度を併せ持ち、放
熱性に優れ、高温下において、電気絶縁性及び電気的信
頼性が高く、電子機器に用いられる電気絶縁材を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、前記高い熱伝導
率とともに高いガラス転移温度を併せ持つ電気絶縁材層
を有し、高温下でも高い電気絶縁性、電気的信頼性を有
する回路基板及びモジュールを提供することを目的とす
る。The present invention has solved the above-mentioned drawbacks. The present invention has a high thermal conductivity and a high glass transition temperature, is excellent in heat dissipation, has high electrical insulation and electrical reliability at high temperatures, and is used in electronic equipment. It is an object to provide an electrical insulating material that can be used. Another object of the present invention is to provide a circuit board and a module having an electrical insulating material layer having both the high thermal conductivity and a high glass transition temperature, and having high electrical insulation and electrical reliability even at a high temperature. And
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】すなわち、第１の発明の
特徴は、（Ａ）ビスマレイドトリアジン又はポリフェニ
レンオキサイドから選ばれた有機材料及び（Ｂ）アルミ
ナ又は窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも１種か
らなる無機質充填材料を含有してなり、熱伝導率が5.0
×10-3〜18.0×10-3（cal/℃・cm・sec ）で、かつガラ
ス転移温度が164℃以上であることを特徴とする電気絶
縁材である。That is, the first aspect of the present invention is characterized in that (A) an organic material selected from bismaleidotriazine or polyphenylene oxide and (B) aluminum
At least one selected from aluminum or aluminum nitride
It contains an inorganic filler material consisting of
It is an electrical insulating material characterized in that it has a glass transition temperature of 164 ° C. or more, from × 10 −3 to 18.0 × 10 −3 (cal / ° C. · cm · sec).
【０００８】第２の発明の特徴は、金属板に第１の発明
の電気絶縁材を介して導電箔を積層した回路基板であ
る。A feature of the second invention is a circuit board in which a conductive foil is laminated on a metal plate via the electrical insulating material of the first invention.
【０００９】第３の発明の特徴は、第２の発明の回路基
板を用いたトランジスターモジュール、 ダイオードモジ
ュールまたはソリッドステートリレーである。A feature of the third invention is a transistor module, a diode module or a solid state relay using the circuit board of the second invention.
【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
電気絶縁材は、（Ａ）ビスマレイドトリアジン又はポリ
フェニレンオキサイドから選ばれた有機材料及び（Ｂ）
アルミナ又は窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも
１種からなる無機質充填材料を含有してなり、その特性
として、熱伝導率が5.0 ×10-3〜18.0×10-3（cal/℃・
cm・sec ）で、かつガラス転移温度が164 ℃以上のもの
である。Hereinafter, the present invention will be described in detail. The electric insulating material of the present invention comprises (A) an organic material selected from bismaleidotriazine or polyphenylene oxide, and (B)
At least selected from alumina or aluminum nitride
It contains one kind of inorganic filler material, and its characteristic is thermal conductivity of 5.0 × 10 -3 to 18.0 × 10 -3 (cal / ℃ ・
cm · sec) and a glass transition temperature of 164 ° C. or higher.
【００１１】電気絶縁材の無機質充填材料としては、各
種セラミック、無機粉体及びガラス繊維が用いられる
が、本発明では、アルミナ、窒化アルミニウムから選ば
れた少なくとも１種が用いられる。また、無機質充填材
料の平均粒径は０．１〜５０μｍの範囲が好ましい。Various ceramics, inorganic powders and glass fibers are used as the inorganic filling material of the electric insulating material.
However, in the present invention, at least one selected from alumina and aluminum nitride is used . The average particle size of the inorganic filler is preferably in the range of 0.1 to 50 μm.
【００１２】有機材料としては、接着性を有し、ガラス
転移温度の高いビスマレイミドトリアジン又はポリフェ
ニレンオキサイドが用いられ、ビスマレイミドトリアジ
ンはガラス転移温度を高めるために絶縁材中に硬化物と
して存在させる。ポリイミドとしては、樹脂中にイミド
結合を有するもので（１）一般的に呼ばれているポリイ
ミド又は（２）ビスマレイミドトリアジンが知られてい
る。一般的に呼ばれているポリイミドの具体例として
は、テトラカルボン酸ニ無水物と芳香族ジアミンとの重
縮合反応によって得られる硬化物からなるポリイミドが
ある。テトラカルボン酸ニ無水物としては、ピロメリッ
ト酸二無水物（通常、ＰＭＤＡ型と略称す）またはビフ
ェニルテトラカルボン酸二無水物（通常、ＢＰＤＡ型と
略称す）が用いられる。硬化剤としては、芳香族ジアミ
ン等が用いられ、例えばジアミノフェニルメタン等が用
いられる。又、ビスマレイミドトリアジンとしては、一
般的に、ビスマレイミド類とトリアジン類の硬化物から
なるものであり、例えば三菱瓦斯化学社のＢＴレジン等
である。さらに、本発明のビスマレイミドトリアジンに
は物性を低下させない程度にエポキシ樹脂を併用するこ
とができる。[0012] As the organic material, have an adhesive property, high bismaleimide triazine or polyphenylene oxide glass transition temperature is used, bismaleimide triazinylamino
In order to raise the glass transition temperature, the resin is present as a cured product in the insulating material. As the polyimide, a polyimide having an imide bond in a resin, and (1) a generally called polyimide or (2) bismaleimide triazine is known.
You . A specific example of a generally called polyimide is a polyimide made of a cured product obtained by a polycondensation reaction between a tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine. As the tetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride (generally abbreviated as PMDA type) or biphenyltetracarboxylic dianhydride (generally abbreviated as BPDA type) is used. As the curing agent, an aromatic diamine or the like is used, for example, diaminophenylmethane or the like. The bismaleimide triazine is generally a cured product of a bismaleimide and a triazine, such as BT resin manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company. Further, an epoxy resin can be used together with the bismaleimide triazine of the present invention to such an extent that the physical properties are not reduced.
【００１３】ポリフェニレンオキサイドとしてはポリフ
ェニレンオキサイド単味及びポリフェニレンオキサイド
とスチレン系樹脂のブレンド物が用いられる。スチレン
系樹脂としては、例えば、汎用ポリスチレン及び耐衝撃
性スチレン等である。ガラス転移温度を考慮するとスチ
レン系樹脂の含有量は有機材料全体の３０ｗｅｔ％以下
である。As polyphenylene oxide, polyphenylene oxide alone or a blend of polyphenylene oxide and a styrene resin is used. Examples of the styrene-based resin include general-purpose polystyrene and impact-resistant styrene. Considering the glass transition temperature, the content of the styrene resin is 30% by weight or less of the whole organic material.
【００１４】電気絶縁材に含有される（Ａ）有機材料及
び（Ｂ）無機質充填材料の体積比率は、（Ａ）有機材料
１０〜４０ｖｏｌ％と（Ｂ）無機質充填材料９０〜６０
ｖｏｌ％の範囲である。無機質充填材料６０ｖｏｌ％未
満では、所望の熱伝導率を有する電気絶縁材を得ること
ができず、９０ｖｏｌ％を越えると金属板との接着性が
劣る。電気絶縁材としては、熱伝導率が5.0 ×10-3〜1
8.0×10-3（cal/℃・cm・sec）の範囲のものであり、熱
伝導率が5.0 ×10-3未満では、素子から発生した熱を逃
すための十分な放熱性が得られず、また18.0×10-3を越
える場合には熱伝導率が上がる点では好ましいが、無機
質充填材料の添加量を多くしなければならず、そのた
め、接着性等が低下する。The volume ratio of (A) the organic material and (B) the inorganic filler material contained in the electric insulating material is (A) 10 to 40 vol% of the organic material and (B) 90 to 60% of the inorganic filler material.
vol% range. If the amount of the inorganic filler material is less than 60 vol%, an electrical insulating material having a desired thermal conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 90 vol%, the adhesiveness to a metal plate is poor. As an electrical insulating material, the thermal conductivity is 5.0 × 10 -3 to 1
It is in the range of 8.0 × 10 -3 (cal / ° C. · cm · sec). If the thermal conductivity is less than 5.0 × 10 -3 , sufficient heat dissipation to release the heat generated from the element cannot be obtained. If it exceeds 18.0 × 10 −3 , it is preferable in terms of increasing the thermal conductivity, but the amount of the inorganic filler must be increased, and therefore, the adhesiveness and the like decrease.
【００１５】また、電気絶縁材のガラス転移温度は164
℃以上であり、好ましくは164 〜300 ℃であり、特に好
ましくは164 〜220 ℃である。164 ℃未満では高温下で
の電気特性に問題が生じる。電気絶縁材はその特性が範
囲内であれば、その形成方法に特に制限はない。一般的
には、有機材料及び無機質充填材料からなる液状混合物
を金属板に塗布し、次いで、例えば、170 ℃で15分加熱
し、半硬化状態の絶縁材層を得、さらに、電気絶縁材層
を介して導電箔を熱圧着する方法がある。又、あらかじ
め、無機質充填材料及び有機材料を含有する電気絶縁材
フィルムを作成しておいて、これを用いる方法もある。
回路基板の電気絶縁材層の厚みは、通常20μｍから 500
μm の範囲が好ましい。The glass transition temperature of the electrical insulating material is 164.
C. or higher, preferably from 164 to 300.degree. C., particularly preferably from 164 to 220.degree. If the temperature is lower than 164 ° C., there is a problem in electrical characteristics at high temperatures. The method of forming the electrical insulating material is not particularly limited as long as its properties are within the range. Generally, a liquid mixture composed of an organic material and an inorganic filler material is applied to a metal plate, and then heated, for example, at 170 ° C. for 15 minutes to obtain a semi-cured insulating material layer. There is a method of thermocompression bonding of a conductive foil through the method. There is also a method in which an electrical insulating material film containing an inorganic filler material and an organic material is prepared in advance and used.
The thickness of the electrical insulating material layer on the circuit board is usually from 20 μm to 500
The range of μm is preferred.
【００１６】また、トランジスターモジュール、 ダイオ
ードモジュール、ソリッドステートリレーなど又は、自
動車エンジンルーム内で使用されるハイパワーモジュー
ルなどのうちでも、特に、使用条件の厳しい場合には、
熱伝導率が8.0 ×10-3〜15.0×10-3（cal/℃・cm・sec
）で、かつガラス転移温度が170 ℃以上の絶縁材層を
有するものが好ましい。[0016] Among transistor modules, diode modules, solid state relays and the like, and high power modules used in automobile engine rooms, especially when the use conditions are severe,
Thermal conductivity 8.0 × 10 -3 to 15.0 × 10 -3 (cal / ℃ ・ cm ・ sec
) And having an insulating material layer having a glass transition temperature of 170 ° C. or higher.
【００１７】本発明に用いられる金属板としては、一般
に、熱伝導性に優れ、肉厚が 0.5〜3.0mm であるアルミ
ニウムおよびアルミニウム合金、銅、鉄、 ステンレス系
合金及びインバー系多層金属等からなる金属板である。The metal plate used in the present invention is generally made of aluminum and aluminum alloys having excellent thermal conductivity and a thickness of 0.5 to 3.0 mm, copper, iron, stainless steel alloys and invar multi-layer metals. It is a metal plate.
【００１８】図１は、 本発明の電気絶縁材を用いた回路
基板に導体回路を形成し、各種チップ部品等を搭載した
大電力モジュールの断面図である。ベースとなる金属板
１上に電気絶縁材層２が形成され、さらに導電箔である
銅箔又は複合箔３が張り合わされた後、エッチングによ
り導体回路が形成され、その回路上に各種の素子部品
５、６、７等がハンダ付４により接合搭載されている。FIG. 1 is a cross-sectional view of a high-power module in which a conductor circuit is formed on a circuit board using the electric insulating material of the present invention and various chip components and the like are mounted. After an electrical insulating material layer 2 is formed on a metal plate 1 serving as a base, and a copper foil or a composite foil 3 as a conductive foil is laminated, a conductor circuit is formed by etching, and various element parts are formed on the circuit. 5, 6, 7 and the like are joined and mounted by soldering 4.
【００１９】上記の電気絶縁材層の上に形成される導体
回路用銅箔又は接合箔３、又ワイヤーボンディング用接
合部として用いることのできるアルミニムと銅の接合箔
の厚みは５μｍから１mmである。これらの接合箔はエッ
チングされ、所望の回路が形成される。この回路上に、
抵抗、 コンデンサー等のセラミックチップ部品５及び／
又はダイオード、 サイリスター、 トランジスター等の半
導体素子６並びに端子７を搭載して大電力モジュールが
作製される。The thickness of the copper foil or the bonding foil 3 for the conductor circuit formed on the above-mentioned electric insulating material layer and the bonding foil of aluminum and copper which can be used as the bonding part for the wire bonding is 5 μm to 1 mm. . These bonding foils are etched to form a desired circuit. On this circuit,
Ceramic chip parts 5 such as resistors and capacitors and / or
Alternatively, a high power module is manufactured by mounting the semiconductor elements 6 such as diodes, thyristors, and transistors and the terminals 7.
【００２０】[0020]
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。参考例１ 1.0 mm厚の銅板上に、窒化ホウ素粉とポリイミド樹脂を
混合して得られた絶縁材料を塗布して、熱伝導率5.0 ×
10-3（cal/℃・cm・sec ）で、かつガラス転移温度165
℃の厚さ 100μｍの絶縁層を形成した。さらに、この上
に35μｍ厚の電解銅箔を張り合わせた後、エッチングに
より銅回路を形成した。つぎにトランジスターモジュー
ル用としてトランジスターチップ部品を搭載した後、負
荷をかけ、50W の電力が消費した時のチップ部の温度上
昇を測定した。The present invention will be described in detail with reference to the following examples. REFERENCE EXAMPLE 1 An insulating material obtained by mixing a boron nitride powder and a polyimide resin was applied on a 1.0 mm thick copper plate, and a thermal conductivity of 5.0 ×
10 -3 (cal / ℃ ・ cm ・ sec) and glass transition temperature 165
An insulating layer having a thickness of 100 μm and a temperature of 100 ° C. was formed. Further, an electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm was laminated thereon, and then a copper circuit was formed by etching. Next, after mounting a transistor chip component for a transistor module, a load was applied, and the temperature rise of the chip portion when 50 W of power was consumed was measured.
【００２１】その結果、 75℃上昇したのみであった。ま
た、 このように作製された製品10個について、150 ℃下
で絶縁層間に、 直流電圧1,200V（パターン側＋極）を、1
000時間連続印加したが、絶縁破壊は起こらなかった。
さらに電圧印加を継続した結果、3,550 時間経過後で半
数が破壊した。これより、 大電力モジュールに使用でき
ることがわかった。また、この20×20cmの基板を100cm
の高さから樫の平板上へ落下したが、絶縁層にクラック
の発生は認められなかった。As a result, only the temperature rose by 75 ° C. In addition, a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole) was applied between insulating layers at 150 ° C for 10 products manufactured in this way.
The application was continued for 000 hours, but no dielectric breakdown occurred.
As a result of continued voltage application, half of the tubes were destroyed after 3,550 hours. This indicates that the module can be used for high power modules. Also, this 20 × 20cm substrate is 100cm
But dropped on the oak flat plate, but no cracks were found in the insulating layer.
【００２２】（熱伝導率測定法）厚さ２０mm×直径１０
mmの円形の試験片を用い、レーザーフラッシュ法熱伝導
率測定装置（理学電機工業（株）社製「ＬＦ／ＴＣＭ−
ＦＡ−８５１０Ｂ」により、ＡＴＴレンジ；２０μV 、
サンプリングレート； 1000 μ秒、フィルター；100 Hz
で測定した。(Thermal conductivity measuring method) Thickness 20 mm x diameter 10
Using a circular test piece of mm, a laser flash method thermal conductivity measuring device ("LF / TCM-" manufactured by Rigaku Corporation)
FA-8510B ", ATT range: 20 μV,
Sampling rate; 1000 μs, filter; 100 Hz
Was measured.
【００２３】（ガラス転移温度の測定法；バイブロン測
定法）9×50×0.45mmの試験片を用い、東洋ボールドウ
ィン社製「ＲＨＥＯＶＩＢＲＯＮ ＤＯＶ−III−Ｅ
Ｐ」によりバイブロン法で測定し、そのピーク値からガ
ラス転移温度を測定した。(Measurement Method of Glass Transition Temperature; Vibron Measurement Method) "RHEOVIBRON DOV-III-E" manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd. using a test piece of 9 × 50 × 0.45 mm.
P ", and the glass transition temperature was measured from the peak value.
【００２４】実施例１ 1.0mm 厚の鉄板上に、窒化アルミニウム粉、ポリフェニ
レンオキサイド及び溶剤のクロロフォルムを混合して得
られた絶縁材料を塗布し、加熱して溶剤を除去して、熱
伝導率6.0 ×10-3（cal/℃・cm・sec ）で、かつガラス
転移温度が 180℃の厚さ 100μｍの絶縁層を形成した。
さらに、この上に、35μｍ厚の電解銅箔を張り合わせ、
エッチングにより銅回路の形成を行った。つぎにトラン
ジスターチップ部品を搭載した後、負荷をかけ、50 Wの
電力が消費した時のチップ部の温度上昇を測定した。Example 1 An insulating material obtained by mixing aluminum nitride powder, polyphenylene oxide and chloroform as a solvent was applied on a 1.0 mm-thick iron plate, and the solvent was removed by heating to obtain a thermal conductivity of 6.0. An insulating layer having a thickness of 100 μm and a glass transition temperature of × 10 −3 (cal / ° C. · cm · sec) and a glass transition temperature of 180 ° C. was formed.
Furthermore, a 35μm thick electrolytic copper foil is stuck on this,
A copper circuit was formed by etching. Next, after mounting the transistor chip components, a load was applied, and the temperature rise of the chip portion when 50 W of power was consumed was measured.
【００２５】その結果、チップの温度は 65 ℃上昇した
のみであった。また、 このように作製された製品10個に
ついて、150 ℃下で絶縁層間に直流電圧1,200V（パター
ン側＋極）を 1000 時間連続印加したが絶縁破壊は起こ
らなかった。これより、 大電力パワーモジュールに使用
できることがわかった。さらに電圧印加を継続した結
果、7,800 時間で半数が破壊した。またこの20cm角の基
板を 100cmの高さから樫の平板上へ落下したが、絶縁層
にクラックの発生は認められなかった。As a result, the temperature of the chip only increased by 65 ° C. In addition, a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole) was continuously applied between the insulating layers at 150 ° C. for 1000 hours at 10 products manufactured in this manner, but no dielectric breakdown occurred. From this, it was found that it can be used for high power power modules. As a result of continuing the voltage application, half of them were destroyed in 7,800 hours. The substrate of 20 cm square was dropped from a height of 100 cm onto the oak flat plate, but no crack was found in the insulating layer.
【００２６】参考例２ 窒化ホウ素粉（平均粒子径３μｍ）とポリイミド（日東
電工（株）社製、ＪＲ−５００）を混合し、得られた組
成物を1.0 mm厚の銅板上に、塗布し、加熱して溶剤を除
去し、窒化ホウ素粉６５ｖｏｌ％、ポリイミド３５ｖｏ
ｌ％を含有する半硬化状態の絶縁材層を得た。さらに、
この上に35μｍ厚の電解銅箔を熱圧着して、絶縁材層を
硬化、一体化した後、エッチングにより銅回路を形成
し、回路基板を得た。電気絶縁材層の厚は 100μｍ、熱
伝導率5.0 ×10-3（cal/℃・cm・sec）で、かつガラス
転移温度270 ℃であった。つぎにトランジスターモジュ
ール用としてトランジスターチップ部品を搭載した後、
負荷をかけ、50W の電力が消費した時のチップ部の温度
上昇を測定した。 Reference Example 2 Boron nitride powder (average particle size: 3 μm) and polyimide (JR-500, manufactured by Nitto Denko Corporation) were mixed, and the resulting composition was applied to a 1.0 mm thick copper plate. , Heating to remove the solvent, boron nitride powder 65vol%, polyimide 35vo
A semi-cured insulating material layer containing 1% was obtained. further,
A 35 μm-thick electrolytic copper foil was thermocompression-bonded thereon to cure and integrate the insulating material layer, and then a copper circuit was formed by etching to obtain a circuit board. The thickness of the electric insulating material layer was 100 μm, the thermal conductivity was 5.0 × 10 −3 (cal / ° C. · cm · sec), and the glass transition temperature was 270 ° C. Next, after mounting the transistor chip parts for the transistor module,
The temperature of the chip was measured when a load was applied and 50 W of power was consumed.
【００２７】その結果、 76℃上昇したのみであった。ま
た、 このように作製された製品10個について、150 ℃下
で絶縁層間に、 直流電圧1,200V（パターン側＋極）を、1
000時間連続印加したが、絶縁破壊は起こらなかった。
さらに電圧印加を継続した結果、3,200 時間経過後で半
数が破壊した。これより、 大電力モジュールに使用でき
ることがわかった。また、この20×20cmの基板を100cm
の高さから樫の平板上へ落下したが、絶縁層にクラック
の発生は認められなかった。As a result, only the temperature rose by 76 ° C. In addition, a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole) was applied between insulating layers at 150 ° C for 10 products manufactured in this way.
The application was continued for 000 hours, but no dielectric breakdown occurred.
As a result of continued voltage application, half of the cells were destroyed after 3,200 hours. This indicates that the module can be used for high power modules. Also, this 20 × 20cm substrate is 100cm
But dropped on the oak flat plate, but no cracks were found in the insulating layer.
【００２８】実施例２ アルミナ粉（平均粒子径８μｍ）とビスマレイミドトリ
アジン（三菱瓦斯化学社製、ＢＴ−３３０９）を混合
し、得られた組成物を1.0 mm厚の銅板上に、塗布し、ア
ルミナ粉８０ｖｏｌ％、ビスマレイミドトリアジン２０
ｖｏｌ％を含有する半硬化状態の絶縁材層を得た。さら
に、この上に35μｍ厚の電解銅箔を熱圧着して、絶縁材
層を硬化、一体化した後、エッチングにより銅回路を形
成し、回路基板を得た。電気絶縁材層の厚は 100μｍ、
熱伝導率5.0 ×10-3（cal/℃・cm・sec ）で、かつガラ
ス転移温度２５０℃であった。つぎにトランジスターモ
ジュール用としてトランジスターチップ部品を搭載した
後、負荷をかけ、50W の電力が消費した時のチップ部の
温度上昇を測定した。Example 2 Alumina powder (average particle diameter: 8 μm) and bismaleimide triazine (BT-3309, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) were mixed, and the resulting composition was applied on a 1.0 mm-thick copper plate. Alumina powder 80 vol%, bismaleimide triazine 20
A semi-cured insulating material layer containing 10% by volume was obtained. Further, an electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm was thermocompression-bonded thereon to cure and integrate the insulating material layer, and then a copper circuit was formed by etching to obtain a circuit board. The thickness of the electrical insulation layer is 100 μm,
The thermal conductivity was 5.0 × 10 −3 (cal / ° C. · cm · sec) and the glass transition temperature was 250 ° C. Next, after mounting a transistor chip component for a transistor module, a load was applied, and the temperature rise of the chip portion when 50 W of power was consumed was measured.
【００２９】その結果、チップの温度は76℃上昇したの
みであった。また、このように作製された製品10個につ
いて、150 ℃下で絶縁層間に直流電圧1,200V（パターン
側＋極）を 1000 時間連続印加したが、絶縁破壊は起こ
らなかった。さらに、電圧印加を継続した結果、3,200
時間で半数が破壊した。これより、大電力モジュールに
使用できることがわかった。また、この20×20cmの基板
を100cm の高さから樫の平板上へ落下したが、絶縁層に
クラックの発生は認められなかった。As a result, the temperature of the chip only increased by 76 ° C. In addition, a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole) was continuously applied between the insulating layers at 150 ° C. for 1000 hours at 10 products manufactured as described above, but no dielectric breakdown occurred. Furthermore, as a result of continuing voltage application, 3,200
Half destroyed in time. From this, it was found that it can be used for a high power module. The 20 × 20 cm substrate was dropped from a height of 100 cm onto the oak flat plate, but no crack was found in the insulating layer.
【００３０】参考例３ 参考例１ で用いた回路基板に、半導体素子、 抵抗、 コン
デンサー、 外部端子リードを搭載した後、 自動車エンジ
ンルーム内にレクチファイヤー用デバイスとして取り付
けた。これを３年間連続使用した結果、 端子が絶縁層よ
り剥がれることなく接着を維持した。 REFERENCE EXAMPLE 3 A semiconductor device, a resistor, a capacitor, and an external terminal lead were mounted on the circuit board used in Reference Example 1 , and then mounted as a rectifier device in an automobile engine room. As a result of continuous use for three years, the terminal maintained the adhesion without peeling off from the insulating layer.
【００３１】実施例３ 実施例１で用いた回路基板に、半導体素子、 抵抗、 コン
デンサーにさらに外部端子リードを設けた後、 自動車エ
ンジンルーム内にレクチファイヤー用デバイスとして取
り付けた。これを３年間連続使用した結果、 端子が絶縁
層より剥がれることなく接着を維持した。これより、 大
電力モジュールに使用できることがわかた。また、この
20×20cmの基板を 100cmの高さから樫の平板上へ落下し
たが、絶縁層にクラックの発生は認められなかった。Example 3 A semiconductor device, a resistor and a capacitor were further provided with external terminal leads on the circuit board used in Example 1 , and then mounted as a rectifier device in an automobile engine room. As a result of continuous use for three years, the terminal maintained the adhesion without peeling off from the insulating layer. From this, we can see that it can be used for high power modules. Also this
A 20 × 20 cm substrate was dropped from a height of 100 cm onto a flat oak plate, but no cracks were found in the insulating layer.
【００３２】比較例１ 1.0mm 厚の銅板上に、アルミナ粉とビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂を混合して得られた絶縁材料を塗布し、熱
伝導率が 3.0×10-3（cal/℃・cm・sec ）で、かつガラ
ス転移温度が90℃の厚さ100 μｍの絶縁層を設け、 これ
に35μｍ厚の電解銅箔を張り合わせ、エッチングにより
銅回路の形成を行った。つぎにトランジスターチップ部
品を搭載した後、100W 通電しチップ部の温度上昇を測定
した。その結果、105℃まで上昇し使用不可能であった。
また、 このように作製された製品10個について、150 ℃
下で直流電圧1,200V（パターン側＋極）を連続印加した
結果、90時間目で絶縁破壊が起った。これより、 大電力
モジュールには使用できないことが確認された。Comparative Example 1 An insulating material obtained by mixing alumina powder and bisphenol A type epoxy resin was applied on a copper plate having a thickness of 1.0 mm, and the heat conductivity was 3.0 × 10 −3 (cal / ° C. · cm). (Sec), an insulating layer having a glass transition temperature of 90 ° C. and a thickness of 100 μm was provided, an electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm was adhered to the insulating layer, and a copper circuit was formed by etching. Next, after mounting the transistor chip components, 100 W was supplied with electricity and the temperature rise of the chip portion was measured. As a result, the temperature rose to 105 ° C. and was unusable.
In addition, 150
As a result of continuous application of a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole), dielectric breakdown occurred at 90 hours. From this, it was confirmed that it could not be used for high power modules.
【００３３】比較例２ 1.5mm 厚のアルミニウム板上に、アルミナ粉とビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂を混合して得られた絶縁材料を
塗布し、熱伝導率が 4.0×10-3（cal/℃・cm・sec ）
で、かつガラス転移温度が100 ℃の厚さ100 μｍ 絶縁
層を設け、 これに35μｍ厚の電解銅箔を張り合わせ、エ
ッチングにより銅回路の形成を行った。つぎにトランジ
スターチップ部品を搭載した後、100W 通電しチップ部の
温度上昇を測定した。Comparative Example 2 An insulating material obtained by mixing alumina powder and bisphenol F type epoxy resin was applied on a 1.5 mm thick aluminum plate, and the thermal conductivity was 4.0 × 10 −3 (cal / ° C. cm ・ sec)
Then, a 100 μm thick insulating layer having a glass transition temperature of 100 ° C. was provided, and an electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm was adhered to the insulating layer, and a copper circuit was formed by etching. Next, after mounting the transistor chip components, 100 W was supplied with electricity and the temperature rise of the chip portion was measured.
【００３４】その結果、100℃まで上昇し使用不可能であ
った。また、 このように作製された製品10個について、
150 ℃下で、直流電圧1,200V（パターン側＋極）を連続
印加した結果、100 時間目で絶縁破壊が起った。これよ
り、 大電力モジュールには使用できないことが確認され
た。As a result, the temperature rose to 100.degree. Also, for 10 products made in this way,
As a result of continuous application of a DC voltage of 1,200 V (pattern side + pole) at 150 ° C, dielectric breakdown occurred at the 100th hour. From this, it was confirmed that it could not be used for high power modules.
【００３５】[0035]
【発明の効果】本発明の電気絶縁材を用いれば、ハイパ
ワーな発熱素子を実装でき、かつ125℃以上の高温下で
長期の耐電圧寿命を有するダイオード、 トランジスター
及びソリッドステートリレーを得ることができる。ま
た、自動車エンジンルーム内の厳しい環境で使用できる
パワーモジュールを得ることができる。By using the electric insulating material of the present invention, it is possible to obtain a diode, a transistor and a solid-state relay which can mount a high-power heating element and have a long withstand voltage life at a high temperature of 125 ° C. or more. it can. Further, it is possible to obtain a power module that can be used in a severe environment in an automobile engine room.
【図１】本発明の電気絶縁材を用いた回路基板に部品を
実装した大電力モジュールの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a high-power module in which components are mounted on a circuit board using the electric insulating material of the present invention.
１；金属板 ２；電気絶縁材層 ３；銅箔又は接合箔（導電箔） ４；半田 ５；セラミックチップ部品 ６；シリコン半導体 ７；端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Metal plate 2; Electrical insulating material layer 3; Copper foil or bonding foil (conductive foil) 4: Solder 5; Ceramic chip component 6; Silicon semiconductor 7;
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 1/03 610 H01B 3/00 H01L 23/12 H05K 1/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05K 1/03 610 H01B 3/00 H01L 23/12 H05K 1/05
Claims (3)
フェニレンオキサイドから選ばれた有機材料及び（Ｂ）
アルミナ又は窒化アルミニウムから選ばれた少なくとも
１種からなる無機質充填材料を含有してなり、熱伝導率
が5.0 ×10-3〜18.0×10-3（cal/℃・cm・sec ）で、か
つガラス転移温度が164 ℃以上であることを特徴とする
電気絶縁材。1. An organic material selected from (A) bismaleidotriazine or polyphenylene oxide, and (B)
At least selected from alumina or aluminum nitride
Contains one kind of inorganic filler material, has thermal conductivity of 5.0 × 10 -3 to 18.0 × 10 -3 (cal / ° C. · cm · sec) and glass transition temperature of 164 ° C. or more An electrical insulating material characterized by the following.
して導電箔を積層した回路基板。2. A circuit board in which a conductive foil is laminated on a metal plate via the electrical insulating material according to claim 1.
特徴とするトランジスターモジュール、 ダイオードモジ
ュールまたはソリッドステートリレー。3. A transistor module, a diode module, or a solid state relay, wherein the circuit board according to claim 2 is used.
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