JP6155060B2 - Manufacturing method of heat dissipation board - Google Patents
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本発明は、放熱基板の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる放熱基板を製造する方法に関する。加えて、本発明は、かかる方法によって製造される放熱基板にも関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat dissipation board. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a heat dissipation board that can exhibit high heat dissipation by realizing a low thermal resistance as a whole substrate. In addition, the present invention also relates to a heat dissipation substrate manufactured by such a method.
例えば集積回路（ＩＣ）チップ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の回路素子が実装される回路基板及びかかる回路基板を含むパッケージにおいては、例えば当該パッケージ等における種々の性能向上及び／又は小型軽量化の進展等に伴い、これらの回路素子の作動に伴って発生する熱を効率良く外部に放出して、これらの回路素子の温度上昇を防ぐことが益々重要となっている。そこで、当該技術分野においては、これらの回路素子が実装される回路基板及びかかる回路基板を含むパッケージにおける放熱性を向上させるための様々な技術が提案されている。 For example, in a circuit board on which circuit elements such as an integrated circuit (IC) chip and / or a light emitting diode (LED) are mounted and a package including such a circuit board, various performance improvements and / or reductions in size and weight of the package, for example. With the progress of this, etc., it is becoming increasingly important to efficiently release the heat generated by the operation of these circuit elements to the outside to prevent the temperature of these circuit elements from rising. Therefore, in this technical field, various techniques for improving heat dissipation in a circuit board on which these circuit elements are mounted and a package including the circuit board have been proposed.
かかる技術の具体例としては、例えば、高い熱伝導率を有する金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、及びタングステン等の金属、並びにこれらの金属の合金等）を含んでなる金属基体の表面に絶縁層が形成され、当該絶縁層の表面に例えばＩＣチップ及び／又はＬＥＤ等の回路素子との電気的接続のための導体パターンが形成された、高い放熱性を備える回路基板（以降、かかる基板を「放熱基板」と称する場合がある）が挙げられる。上記絶縁層を構成する材料としては、例えば樹脂、高い熱伝導率を有するフィラー粉末を樹脂に混ぜたもの、セラミック膜等を使用することができることが知られている。 Specific examples of such technology include, for example, insulation on the surface of a metal substrate containing a metal having high thermal conductivity (for example, metals such as aluminum, copper, silver, and tungsten, and alloys of these metals). A circuit board having a high heat dissipation property (hereinafter referred to as such a substrate), in which a conductive pattern for electrical connection with a circuit element such as an IC chip and / or an LED is formed on the surface of the insulating layer. May be referred to as a “heat dissipating substrate”). As the material constituting the insulating layer, it is known that, for example, a resin, a material obtained by mixing a filler powder having high thermal conductivity with a resin, a ceramic film, or the like can be used.
例えば、当該技術分野においては、ガス攪拌によってエアロゾル化した微粒子を基板に衝突させて成膜するエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により、セラミック絶縁膜（層）を金属材料の上に形成させることできることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。ＡＤ法によって得られるセラミック絶縁層は、金属基体の表面上に直接形成させることができ、高い耐電圧及び（金属）基体との高い接着性を有するので、回路基板における絶縁層として好適である。また、ＡＤ法によれば、例えば接着剤層等を介すること無く、セラミック絶縁層を金属材料の表面上に直接形成させることができるので、基板全体としての熱抵抗を小さくすることができる。かかる観点からもＡＤ法によって形成されたセラミック絶縁層を備える金属材料を含んでなる基板は、回路基板として好適である。 For example, in this technical field, a ceramic insulating film (layer) can be formed on a metal material by an aerosol deposition method (AD method) in which fine particles aerosolized by gas stirring collide with a substrate to form a film. Is known (see, for example, Patent Document 1). The ceramic insulating layer obtained by the AD method can be directly formed on the surface of a metal substrate, and has a high withstand voltage and high adhesion to a (metal) substrate, and therefore is suitable as an insulating layer in a circuit board. Further, according to the AD method, for example, the ceramic insulating layer can be directly formed on the surface of the metal material without using an adhesive layer or the like, so that the thermal resistance of the entire substrate can be reduced. Also from this viewpoint, a substrate including a metal material including a ceramic insulating layer formed by the AD method is suitable as a circuit substrate.
また、例えば溶射コーティング等の噴射加工技術は加熱プロセスによる熱的なエネルギーアシストを必要とするのに対し、ＡＤ法は、かかる加熱プロセスを必要とはせず、室温付近の温度にてセラミック絶縁膜を形成することができる（例えば、非特許文献１を参照）。因みに、ＡＤ法においてセラミック絶縁層と（金属）基体との高い接着性を確保する観点からは、室温付近の温度でのセラミック絶縁膜の形成（成膜）が望ましく、絶縁材料（セラミックス）の微粒子を搬送するガス（搬送ガス）及びセラミック絶縁層を形成する対象物となる基材の温度は何れも１００℃以下であることが望ましい。 Also, for example, spray processing technology such as thermal spray coating requires thermal energy assistance by a heating process, whereas AD method does not require such a heating process, and the ceramic insulating film at a temperature near room temperature. Can be formed (see, for example, Non-Patent Document 1). Incidentally, from the viewpoint of ensuring high adhesion between the ceramic insulating layer and the (metal) substrate in the AD method, it is desirable to form a ceramic insulating film (film formation) at a temperature near room temperature, and fine particles of insulating material (ceramics) It is desirable that the temperature of the base material to be a target for forming the ceramic insulating layer is 100 ° C. or less.
上記のように、ＡＤ法は加熱プロセスを必要としないので、加熱プロセスに起因する基板の割れ及び／又は反りの発生を低減することができる。結果として、室温付近の温度でのＡＤ法によって形成されるセラミック絶縁層は、加熱プロセスを必要とすること無く、高い緻密度、高い耐電圧、及び（金属）基体との高い接着性を発揮することができる。従って、室温付近の温度でのＡＤ法によって形成されるセラミック絶縁層は、回路基板における絶縁層として好適である。尚、緻密度としては、相対密度で９０％以上であることが望ましく、より好ましくは９５％以上であることが望ましい。 As described above, since the AD method does not require a heating process, generation of cracks and / or warpage of the substrate due to the heating process can be reduced. As a result, the ceramic insulating layer formed by the AD method at a temperature near room temperature exhibits a high density, a high withstand voltage, and a high adhesion to a (metal) substrate without requiring a heating process. be able to. Therefore, the ceramic insulating layer formed by the AD method at a temperature near room temperature is suitable as the insulating layer in the circuit board. The density is preferably 90% or more, more preferably 95% or more in terms of relative density.
ところで、小さな熱抵抗を有する回路基板を得るには、高い耐電圧を持つ絶縁材料を用いて薄い絶縁層を形成する必要がある。加えて、当該絶縁材料の熱伝導率もまた高い必要がある。しかしながら、室温付近の温度でのＡＤ法によって形成される絶縁層の熱伝導率は、当該絶縁層を構成する絶縁材料が本来有する熱伝導率よりも低くなってしまう傾向がある。従って、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える従来技術に係る回路基板をそのままの状態で使用すると、基板全体としての熱抵抗を所望のレベルにまで低減することが困難な場合がある。このように、当該技術分野においては、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える放熱基板において、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮させることができる技術に対する継続的な要求が存在する。 By the way, in order to obtain a circuit board having a small thermal resistance, it is necessary to form a thin insulating layer using an insulating material having a high withstand voltage. In addition, the thermal conductivity of the insulating material must also be high. However, the thermal conductivity of the insulating layer formed by the AD method at a temperature near room temperature tends to be lower than the intrinsic thermal conductivity of the insulating material constituting the insulating layer. Therefore, when a circuit board according to the prior art including an insulating layer formed by the AD method is used as it is, it may be difficult to reduce the thermal resistance of the entire board to a desired level. Thus, in this technical field, in a heat dissipation substrate including an insulating layer formed by the AD method, continuation of a technology capable of exhibiting high heat dissipation while sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesiveness. Demands exist.
前述のように、当該技術分野においては、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える放熱基板において、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮させることができる技術に対する継続的な要求が存在する。本発明は、かかる要求に応えるために為されたものである。即ち、本発明は、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える放熱基板において、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮させることができる、放熱基板の製造方法を提供することを１つの目的とする。 As described above, in the technical field, in a heat dissipation substrate provided with an insulating layer formed by an AD method, a technique capable of exhibiting high heat dissipation while sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesiveness. There is an ongoing demand. The present invention has been made to meet such a demand. That is, the present invention provides a method for manufacturing a heat dissipation board that can exhibit high heat dissipation while sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesion in a heat dissipation board including an insulating layer formed by an AD method. One purpose is to provide it.
上記目的は、
金属を主成分として含んでなる基体である金属基体と、
前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成され且つセラミックスを主成分とし
て含んでなる絶縁材料からなる絶縁層と、
を備える放熱基板の製造方法であって、
エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により前記金属基体の表面の前記少なくとも一部
の領域に前記絶縁層を形成させる成膜工程、及び
前記成膜工程において形成された前記絶縁層を３００℃以上１２００℃以下であり且つ前記金属基体の融点以下である温度において加熱することにより前記絶縁層の熱伝導率を加熱前よりも高めるアニール工程、
を含む、放熱基板の製造方法によって達成される。
The above purpose is
A metal substrate that is a substrate comprising a metal as a main component;
An insulating layer made of an insulating material formed in at least a partial region of the surface of the metal substrate and containing ceramics as a main component;
A method of manufacturing a heat dissipation board comprising:
Aerosol deposition method (AD method) the metal the film-forming step to form the insulating layer on at least a part of the region of the surface of the substrate, and the said insulating layer formed in the film forming step 300 ° C. or more on the 1 An annealing step of increasing the thermal conductivity of the insulating layer by heating at a temperature not higher than 200 ° C. and not higher than the melting point of the metal substrate than before heating ;
It is achieved by a method for manufacturing a heat dissipation board.
本発明に係る放熱基板の製造方法によれば、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える放熱基板において、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮させることができる。その結果、当該放熱基板に実装される例えばＩＣチップ及びＬＥＤ等の回路素子の作動に伴って発生する熱を効率良く外部に放出して、これらの回路素子の過熱を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a heat dissipation board according to the present invention, in a heat dissipation board having an insulating layer formed by the AD method, high heat dissipation can be exhibited while sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesiveness. . As a result, heat generated with the operation of circuit elements such as IC chips and LEDs mounted on the heat dissipation substrate can be efficiently released to the outside, and overheating of these circuit elements can be suppressed.
前述のように、本発明は、ＡＤ法によって形成される絶縁層を備える放熱基板において、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮させることができる、放熱基板の製造方法を提供することを１つの目的とする。本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、室温付近の温度でのＡＤ法によって形成されるセラミック絶縁層を適切な温度範囲にて加熱するアニール処理に付すことにより、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、当該絶縁層を構成する絶縁材料が本来有する熱伝導率を発揮させて、高い熱伝導率を有するセラミック絶縁層が得られることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。 As described above, the present invention is a heat dissipation board provided with an insulating layer formed by the AD method, and is capable of exhibiting high heat dissipation while maintaining high withstand voltage and high adhesion sufficiently. One object is to provide a manufacturing method. As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventor has obtained a high withstand voltage by subjecting the ceramic insulating layer formed by the AD method at a temperature near room temperature to an annealing treatment in an appropriate temperature range. Further, the inventors have found that a ceramic insulating layer having high thermal conductivity can be obtained by exhibiting the thermal conductivity inherent to the insulating material constituting the insulating layer while sufficiently maintaining high adhesiveness. It has come to be.
即ち、本発明の第１の実施態様は、
金属を主成分として含んでなる基体である金属基体と、
前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成され且つセラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料からなる絶縁層と、
を備える放熱基板の製造方法であって、
エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により前記金属基体の表面の前記少なくとも一部の領域に前記絶縁層を形成させる成膜工程、及び
前記成膜工程において形成された前記絶縁層を３００℃以上であり且つ１２００℃以下である温度において加熱するアニール工程、
を含む、放熱基板の製造方法である。
That is, the first embodiment of the present invention is:
A metal substrate that is a substrate comprising a metal as a main component;
An insulating layer made of an insulating material formed in at least a partial region of the surface of the metal substrate and containing ceramics as a main component;
A method of manufacturing a heat dissipation board comprising:
A film forming step of forming the insulating layer in the at least part of the surface of the metal substrate by an aerosol deposition method (AD method), and the insulating layer formed in the film forming step is at 300 ° C. or higher. And an annealing step of heating at a temperature of 1200 ° C. or lower,
Is a method for manufacturing a heat dissipation board.
上記のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板は、
金属を主成分として含んでなる基体である金属基体と、
前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成され且つセラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料からなる絶縁層と、
を備える。
As mentioned above, the heat dissipation board manufactured by the manufacturing method of the heat dissipation board according to the present embodiment,
A metal substrate that is a substrate comprising a metal as a main component;
An insulating layer made of an insulating material formed in at least a partial region of the surface of the metal substrate and containing ceramics as a main component;
Is provided.
上記金属基体は、本質的には、上記絶縁層と比較して、より高い熱伝導率を有する材料である限り、如何なる材料によって構成されていてもよい。かかる金属基体の主成分となる材料の具体例としては、例えば、高い熱伝導率を有する金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、タングステン、及びステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、並びにこれらの金属の合金（例えば、銅／タングステン等）等）を挙げることができる。また、上記金属基体の主成分となる材料は、例えば、ヒートスラグ又はヒートスプレッダーを構成する材料として、当該技術分野において広く使用されている材料であってもよい。更に、上記金属基体の主成分となる材料に、セラミック粉末等を混合して、例えば、熱伝導率、熱膨張係数等を調整してもよい。かかるセラミック粉末を構成する材料としては、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化銅（ＣｕＯ）、及びスピネル系化合物等を挙げることができる。 The metal substrate may be made of any material as long as it is essentially a material having a higher thermal conductivity than the insulating layer. Specific examples of the material that is the main component of the metal substrate include, for example, metals having high thermal conductivity (for example, metals such as aluminum, copper, silver, tungsten, and stainless steel (SUS), and those metals. An alloy (for example, copper / tungsten etc.) etc. can be mentioned. Moreover, the material used as the main component of the said metal base | substrate may be the material currently widely used in the said technical field as a material which comprises a heat slag or a heat spreader, for example. Furthermore, ceramic powder or the like may be mixed with the material that is the main component of the metal base to adjust, for example, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, or the like. Examples of the material constituting the ceramic powder include aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), copper oxide (CuO), and spinel system. A compound etc. can be mentioned.
但し、金属基体はアニール工程において絶縁層と共に加熱処理に付されるため、金属基体の主成分となる材料は、アニール工程における絶縁層の加熱処理温度（以降、かかる温度を「アニール温度」と称する場合がある）に耐え得る性状（例えば、融点、耐熱温度等）を有する必要がある。逆に言うと、アニール温度は、加熱処理により熱伝導率を高めようとする絶縁層を構成する絶縁材料の性状のみならず、金属基体を構成する材料の性状をも考慮して設定される必要がある。 However, since the metal substrate is subjected to heat treatment together with the insulating layer in the annealing step, the material that is the main component of the metal substrate is the heat treatment temperature of the insulating layer in the annealing step (hereinafter, this temperature is referred to as “annealing temperature”). It may be necessary to have properties (for example, melting point, heat-resistant temperature, etc.) that can withstand some cases. In other words, the annealing temperature must be set in consideration of not only the properties of the insulating material constituting the insulating layer that attempts to increase the thermal conductivity by heat treatment, but also the properties of the material constituting the metal substrate. There is.
また、上記絶縁層は、前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成される。即ち、上記絶縁層は、例えば、本実施態様に係る放熱基板の用途、構成等に応じて、前記金属基体の表面の何れの領域に形成されていてもよい。例えば、前記金属基体が平板状の形状を有する場合は、上記絶縁層は、例えば、前記金属基体の２つの主面の何れか一方又は両方に形成されていてもよい。更に、上記絶縁層は、セラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料（誘電体材料）からなる。かかるセラミックスは、例えば、回路基板の基材を構成する誘電体材料として、当該技術分野において広く使用されている種々のセラミックスの中から適宜選択することができる。かかるセラミックスの具体例としては、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化銅（ＣｕＯ）、及びスピネル系化合物等を挙げることができる。 The insulating layer is formed in at least a part of the surface of the metal base. That is, the said insulating layer may be formed in any area | region of the surface of the said metal base | substrate according to the use, structure, etc. of the thermal radiation board | substrate which concerns on this embodiment, for example. For example, when the metal substrate has a flat shape, the insulating layer may be formed on one or both of the two main surfaces of the metal substrate, for example. Furthermore, the insulating layer is made of an insulating material (dielectric material) containing ceramic as a main component. Such ceramics can be appropriately selected from various ceramics widely used in the technical field, for example, as a dielectric material constituting the base material of the circuit board. Specific examples of such ceramics include, for example, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), copper oxide (CuO), and spinel compounds. Can be mentioned.
本実施態様に係る放熱基板の製造方法は、上記のような放熱基板を製造する方法であって、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により前記金属基体の表面の前記少なくとも一部の領域に前記絶縁層を形成させる成膜工程、及び前記成膜工程において形成された前記絶縁層を３００℃以上であり且つ１２００℃以下（より好ましくは１０５０℃以下）である温度において加熱するアニール工程、を含む。上記成膜工程において前記金属基体の表面の前記少なくとも一部の領域に前記絶縁層を形成させるための手法として採用されるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）は、当業者に周知であるように、噴射加工技術の１種であり、微粒子又は超微粒子（例えば、セラミック粉体等）を所定の速度に加速して基材（例えば、金属基体）に衝突させ、この衝突の際に生ずる圧力及び／又は衝撃力を利用して成膜する方法である。ＡＤ法の具体的な実施方法については当業者に周知であるため、本明細書においては、これ以上の詳細な説明は割愛する。 A method for manufacturing a heat dissipation board according to the present embodiment is a method for manufacturing a heat dissipation board as described above, wherein the insulation is applied to the at least part of the surface of the metal substrate by an aerosol deposition method (AD method). A film forming step for forming a layer, and an annealing step for heating the insulating layer formed in the film forming step at a temperature of 300 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower (more preferably 1050 ° C. or lower). As is well known to those skilled in the art, the aerosol deposition method (AD method) employed as a method for forming the insulating layer in the at least a part of the surface of the metal substrate in the film forming step is as follows. A type of injection processing technique, in which fine particles or ultrafine particles (for example, ceramic powder) are accelerated to a predetermined speed and collide with a base material (for example, a metal substrate), and the pressure and / or Or it is the method of forming into a film using an impact force. Since a specific implementation method of the AD method is well known to those skilled in the art, further detailed description is omitted in this specification.
次に、上記アニール工程においては、前記成膜工程において形成された前記絶縁層を１２００℃以下（より好ましくは１０５０℃以下）の温度において加熱する。アニール工程における絶縁層の加熱処理温度（アニール温度）は、前述したように、加熱処理により熱伝導率を高めようとする絶縁層を構成する絶縁材料の性状に応じて適宜設定することができる。具体的には、アニール温度は、例えば、３００℃以上であることが必要である場合が多く、場合によっては５００℃以上の温度であることが必要である場合もある。更には、７００℃以上の温度における加熱処理により大きな効果が得られる場合もある。しかしながら、アニール温度を高くし過ぎると絶縁層の耐電圧が低下するので、アニール温度は１２００℃以下（より好ましくは１０５０℃以下）であることが望ましい。 Next, in the annealing step, the insulating layer formed in the film forming step is heated at a temperature of 1200 ° C. or lower (more preferably, 1050 ° C. or lower). As described above, the heat treatment temperature (annealing temperature) of the insulating layer in the annealing step can be set as appropriate according to the properties of the insulating material constituting the insulating layer to increase the thermal conductivity by the heat treatment. Specifically, for example, the annealing temperature often needs to be 300 ° C. or higher, and in some cases, needs to be 500 ° C. or higher. Furthermore, a large effect may be obtained by heat treatment at a temperature of 700 ° C. or higher. However, since the withstand voltage of the insulating layer decreases if the annealing temperature is too high, the annealing temperature is desirably 1200 ° C. or lower (more preferably 1050 ° C. or lower).
また、アニール温度は、前述したように、加熱処理により熱伝導率を高めようとする絶縁層を構成する絶縁材料の性状のみならず、金属基体を構成する材料の性状をも考慮して設定される必要がある。具体的には、アニール温度の上限は、例えば、金属基体を構成する材料の融点に応じて設定される必要がある。例えば、金属基体を構成する材料がアルミニウムである場合、アニール温度の上限は６５０℃付近となり、当該材料が銅である場合は、当該上限は１０５０℃付近となる。かかる観点からは、金属基体を構成する材料が例えばタングステン又はＳＵＳ等のより高い融点を有する金属である場合は、より高い温度でのアニールが可能である。 In addition, as described above, the annealing temperature is set in consideration of not only the properties of the insulating material that constitutes the insulating layer that is intended to increase the thermal conductivity by heat treatment, but also the properties of the material that constitutes the metal substrate. It is necessary to Specifically, the upper limit of the annealing temperature needs to be set according to, for example, the melting point of the material constituting the metal substrate. For example, when the material constituting the metal substrate is aluminum, the upper limit of the annealing temperature is around 650 ° C., and when the material is copper, the upper limit is around 1050 ° C. From such a viewpoint, when the material constituting the metal substrate is a metal having a higher melting point such as tungsten or SUS, annealing at a higher temperature is possible.
しかしながら、前述したように、過度に高い温度でのアニールはセラミック絶縁層の耐電圧を低下させる虞がある。かかる観点からは、アニール温度の上限は１２００℃、より好ましくは１０５０℃となる。従って、金属基体を構成する材料として単体としての金属を使用する場合、当該金属の融点が１２００℃以下である場合は、アニール温度の上限は当該金属の融点となるが、当該金属の融点が１２００℃を超える場合は、アニール温度の上限は当該金属の融点に拘わり無く１２００℃、より好ましくは１０５０℃となる。例えば、金属基体を構成する材料として、例えば、アルミニウム、銅、銀、タングステン、及びＳＵＳの何れか１種を使用する場合、アルミニウム、銅、又は銀を使用する場合はこれらの金属の融点がアニール温度の上限となる。この場合、これらの金属の中では、できるだけ高いアニール温度が必要とされる場合は、金属基体を構成する材料として銅を選択することができる。一方、放熱基板をできるだけ軽量化する必要がある場合は、銅と比べるとアニール温度の上限は低下するが、金属基体を構成する材料としてアルミニウムを選択することができる。一方、タングステン又はＳＵＳを使用する場合は、これらの金属の融点に拘わり無く、アニール温度の上限は１２００℃、より好ましくは１０５０℃となる。このように、アニール温度は、加熱処理により熱伝導率を高めようとする絶縁層を構成する絶縁材料の性状のみならず、金属基体を構成する材料の性状をも考慮して設定される必要がある。 However, as described above, annealing at an excessively high temperature may reduce the withstand voltage of the ceramic insulating layer. From this viewpoint, the upper limit of the annealing temperature is 1200 ° C., more preferably 1050 ° C. Therefore, when a single metal is used as the material constituting the metal substrate, if the melting point of the metal is 1200 ° C. or lower, the upper limit of the annealing temperature is the melting point of the metal, but the melting point of the metal is 1200. In the case of exceeding ℃, the upper limit of the annealing temperature is 1200 ℃, more preferably 1050 ℃ regardless of the melting point of the metal. For example, when any one of aluminum, copper, silver, tungsten, and SUS is used as a material constituting the metal substrate, the melting point of these metals is annealed when aluminum, copper, or silver is used. It becomes the upper limit of temperature. In this case, if an annealing temperature as high as possible is required among these metals, copper can be selected as a material constituting the metal substrate. On the other hand, when it is necessary to reduce the weight of the heat dissipation substrate as much as possible, the upper limit of the annealing temperature is lower than that of copper, but aluminum can be selected as the material constituting the metal substrate. On the other hand, when tungsten or SUS is used, the upper limit of the annealing temperature is 1200 ° C., more preferably 1050 ° C., regardless of the melting point of these metals. As described above, the annealing temperature needs to be set in consideration of not only the properties of the insulating material that constitutes the insulating layer that attempts to increase the thermal conductivity by heat treatment, but also the properties of the material that constitutes the metal substrate. is there.
以上のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によれば、ＡＤ法によって形成されるセラミック絶縁層を適切な温度範囲にて加熱するアニール処理に付すことにより、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、当該絶縁層を構成する絶縁材料が本来有する熱伝導率を発揮させて、高い熱伝導率を有するセラミック絶縁層を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to this embodiment, a high dielectric strength and high adhesion can be obtained by subjecting the ceramic insulating layer formed by the AD method to an annealing treatment in an appropriate temperature range. The ceramic insulating layer having a high thermal conductivity can be obtained by exhibiting the thermal conductivity inherent to the insulating material that constitutes the insulating layer while maintaining sufficient properties.
ところで、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板は、例えば集積回路（ＩＣ）チップ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の回路素子が実装される回路基板として使用することができる。この場合、上述したように当該放熱基板（回路基板）は高い熱伝導率を有する。従って、例えば当該回路基板を含むパッケージにおいては、上記回路素子の作動に伴って発生する熱を効率良く外部に放出して、これらの回路素子の温度上昇を抑制することができる。 By the way, the heat dissipation board manufactured by the manufacturing method of the heat dissipation board according to the present embodiment may be used as a circuit board on which circuit elements such as an integrated circuit (IC) chip and / or a light emitting diode (LED) are mounted. it can. In this case, as described above, the heat dissipation board (circuit board) has high thermal conductivity. Therefore, for example, in a package including the circuit board, heat generated by the operation of the circuit element can be efficiently released to the outside, and the temperature rise of these circuit elements can be suppressed.
尚、上記のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板を例えば集積回路（ＩＣ）チップ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の回路素子が実装される回路基板として使用する場合、当然のことながら、当該回路基板上に実装される各種回路素子を電気的に接続するための表面電極又は端子として機能する導体（以降、かかる導体を「表面導体」と称する場合がある）をその表面に備えていてもよい。この場合、表面導体は、金属基体の絶縁層が配設されていない露出面ではなく、絶縁層の金属基体とは反対側の表面に配設されるのが一般的である。 As described above, the heat dissipation substrate manufactured by the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to this embodiment is used as a circuit substrate on which circuit elements such as integrated circuit (IC) chips and / or light emitting diodes (LEDs) are mounted. When used, as a matter of course, a conductor functioning as a surface electrode or terminal for electrically connecting various circuit elements mounted on the circuit board (hereinafter, such a conductor may be referred to as a “surface conductor”). May be provided on the surface thereof. In this case, the surface conductor is generally disposed on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate, not on the exposed surface where the insulating layer of the metal substrate is not disposed.
従って、本発明の第２の実施態様は、
本発明の前記第１の実施態様に係る放熱基板の製造方法であって、
前記放熱基板が、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、導電性材料を含んでなる導体である表面導体、
を更に備え、
前記放熱基板の製造方法が、
前記表面導体を形成させる表面導体形成工程、
を更に含む、
放熱基板の製造方法である。
Accordingly, the second embodiment of the present invention provides:
A method for manufacturing a heat dissipation board according to the first embodiment of the present invention, comprising:
The heat dissipation substrate is
A surface conductor which is a conductor comprising a conductive material in at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal base;
Further comprising
A manufacturing method of the heat dissipation substrate,
A surface conductor forming step for forming the surface conductor;
Further including
It is a manufacturing method of a heat sink.
上記のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板は、前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、導電性材料を含んでなる導体である表面導体、を更に備える。当該表面導体は、当該放熱基板（回路基板）上に実装される回路素子を他の回路素子及び／又は他の回路基板と電気的に接続するための表面電極又は端子として機能することができる。これにより、当該放熱基板は、例えば集積回路（ＩＣ）チップ及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の回路素子が実装される回路基板として使用することができる。 As described above, the heat dissipation substrate manufactured by the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to this embodiment includes a conductive material in at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal base. And a surface conductor that is a conductor. The surface conductor can function as a surface electrode or a terminal for electrically connecting a circuit element mounted on the heat dissipation board (circuit board) to another circuit element and / or another circuit board. Accordingly, the heat dissipation board can be used as a circuit board on which circuit elements such as an integrated circuit (IC) chip and / or a light emitting diode (LED) are mounted.
尚、上記表面導体は、導電性材料を含んでなる導体である限りにおいて、如何なる材料及び構成を有するものであってもよい。上記表面導体は、例えば、導電性材料を含んでなる導体ペーストを例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に印刷したり、所望の形状を有する開口部を備えるメタルマスク等を使用して上記導体ペーストを上記領域に配設したりして、得られた導体パターンを焼成することによって形成させてもよい。この場合、導体ペーストは、例えば、導電性粒子と、バインダー樹脂と、溶剤と、を混合してペースト化したものであってもよい。導電性粒子としては、例えば、カーボン、金、白金、ニッケル、アルミニウム等を使用することができる。バインダー樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、フッ素樹脂（例えば、ポリフッ化ビニリデン）等を使用することができる。あるいは、上記表面導体は、例えばリードフレーム等の予め所定の形状に成形された導体部材を絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に貼付することによって形成させてもよい。 The surface conductor may have any material and configuration as long as it is a conductor containing a conductive material. For example, the surface conductor can be printed on at least a part of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate by a printing method such as a screen printing method, or a desired paste. The conductive pattern may be formed by firing the conductive pattern by arranging the conductive paste in the region using a metal mask having an opening having a shape. In this case, the conductor paste may be a paste obtained by mixing conductive particles, a binder resin, and a solvent, for example. For example, carbon, gold, platinum, nickel, aluminum, or the like can be used as the conductive particles. As the binder resin, for example, an acrylic resin, a fluororesin (for example, polyvinylidene fluoride) or the like can be used. Alternatively, the surface conductor may be formed by sticking a conductor member, such as a lead frame, formed in a predetermined shape in advance to at least a part of the surface of the insulating layer opposite to the metal base. .
ここで、添付図面を参照しながら、本実施態様に係る放熱基板の製造方法につき改めて以下に説明する。図１は、前述したように、本発明の１つの実施態様に係る放熱基板の製造方法に含まれる各工程における放熱基板の模式的な断面図であり、当該方法に含まれる各工程の流れを説明する図である。図１に示す実施態様に係る放熱基板の製造方法においては、前述したように、先ず、成膜工程（ａ）において、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により金属基体の表面の少なくとも一部の領域に絶縁層を形成させる。図１に示す放熱基板１０においては、平板状の金属基体１１の２つの主面のうちの一方（図１に向かって上側の面）にセラミック絶縁層１２が形成されている。
Here, the manufacturing method of the heat dissipation substrate according to the present embodiment will be described again with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat dissipation board in each process included in the method for manufacturing a heat dissipation board according to one embodiment of the present invention, as described above, and shows the flow of each process included in the method. It is a figure explaining. In the method of manufacturing the heat dissipation substrate according to the embodiment shown in FIG. 1, as described above, first, in the film forming step (a), at least a part of the surface of the metal substrate by the aerosol deposition method (AD method). An insulating layer is formed on the substrate. In the
次に、アニール工程（ｂ）において、上記成膜工程（ａ）において形成されたセラミック絶縁層１２を３００℃以上であり且つ１２００℃以下（より好ましくは１０５０℃以下）である温度において加熱する。これにより、上記成膜工程（ａ）において形成されたセラミック絶縁層１２の耐電圧及び金属基体１１との接着性を損なうこと無く、熱伝導率を向上させることができる。図１においては、かかるアニール処理により、上記成膜工程（ａ）において形成されたセラミック絶縁層１２がセラミック絶縁層１２′に変化したものとして表記する。
Next, in the annealing step (b), the ceramic insulating
次いで、図１に示す実施態様に係る放熱基板１０の製造方法においては、表面導体形成工程（ｃ）において、セラミック絶縁層１２′の金属基体１１とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、導電性材料を含んでなる導体である表面導体１３を形成させる。即ち、図１に示す実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板１０は、当該放熱基板（回路基板）１０上に実装される回路素子を他の回路素子及び／又は他の回路基板と電気的に接続するための表面電極又は端子として機能することができる表面導体１３を更に備える。
Next, in the method of manufacturing the
ところで、本実施態様に係る放熱基板の製造方法は、上記のように、前記表面導体を形成させる表面導体形成工程を更に含む。表面導体形成工程において表面導体を形成させるための具体的な手法は、例えば、表面導体の材料及び構成に応じて、当該技術分野において広く用いられている各種手法から適宜選択することができる。かかる手法の具体例としては、上述したように、例えば、導電性材料を含んでなる導体ペーストを例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に配設し、得られた導体パターンを焼成する手法、例えばリードフレーム等の予め所定の形状に成形された導体部材を絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に貼付する手法等を挙げることができる。 By the way, the manufacturing method of the thermal radiation board concerning this embodiment further includes the surface conductor formation process which forms the surface conductor as mentioned above. The specific method for forming the surface conductor in the surface conductor forming step can be appropriately selected from various methods widely used in the technical field, for example, according to the material and configuration of the surface conductor. As a specific example of such a technique, as described above, for example, a conductive paste containing a conductive material is applied to at least a part of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate by a printing method such as a screen printing method. A method in which the obtained conductor pattern is baked, for example, a conductor member formed in a predetermined shape such as a lead frame on at least a part of the surface of the insulating layer opposite to the metal base. The method of sticking etc. can be mentioned.
上記のように、表面導体形成工程は、導電性材料を含んでなる導体ペーストをセラミック絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に配設する配設ステップと、配設ステップにおいて配設された導体ペースト（導体パターン）を焼成する焼成ステップとを含むことができる。 As described above, the surface conductor forming step includes a disposing step of disposing a conductive paste containing a conductive material in at least a partial region of the surface of the ceramic insulating layer opposite to the metal substrate; A firing step of firing the conductor paste (conductor pattern) disposed in the step.
従って、本発明の第３の実施態様は、
本発明の前記第２の実施態様に係る放熱基板の製造方法であって、
前記表面導体形成工程が、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、前記導電性材料を含んでなる導体ペーストを配設する配設ステップと、
前記配設ステップにおいて配設された前記導体ペーストを焼成する焼成ステップと、
を含む、放熱基板の製造方法である。
Therefore, the third embodiment of the present invention
A method for manufacturing a heat dissipation board according to the second embodiment of the present invention, comprising:
The surface conductor forming step includes
A disposing step of disposing a conductive paste containing the conductive material in at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate;
A firing step of firing the conductor paste disposed in the disposing step;
Is a method for manufacturing a heat dissipation board.
上記のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法に含まれる前記表面導体形成工程は、前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、前記導電性材料を含んでなる導体ペーストを配設する配設ステップと、前記配設ステップにおいて配設された前記導体ペーストを焼成する焼成ステップと、を含む。即ち、本実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板が備える表面導体は、上述したように、例えば、導電性材料を含んでなる導体ペーストを例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって絶縁層の金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に印刷したり、所望の形状を有する開口部を備えるメタルマスク等を使用して上記導体ペーストを上記領域に配設したりして、得られた導体パターンを焼成する手法によって形成させることができる。 As described above, the surface conductor forming step included in the method for manufacturing a heat dissipation board according to this embodiment includes the conductive material in at least a part of the surface of the insulating layer opposite to the metal base. And a firing step of firing the conductor paste disposed in the placement step. That is, as described above, the surface conductor provided in the heat dissipation board manufactured by the method of manufacturing a heat dissipation board according to the present embodiment is obtained by, for example, using a conductive paste containing a conductive material by a printing method such as a screen printing method. Printing on at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate, or disposing the conductive paste in the region using a metal mask having an opening having a desired shape. Thus, the obtained conductor pattern can be formed by a method of firing.
上記のように本実施態様に係る放熱基板の製造方法に含まれる前記表面導体形成工程が配設ステップにおいて配設された導体ペーストを焼成する焼成ステップを含む場合、製造工程の短縮及び省エネルギーの観点から、当該焼成ステップにおいて導体ペーストを焼成するための加熱処理を前述したアニール処理にも利用して、表面導体形成工程に含まれる焼成ステップとアニール工程とを同時に実行することが望ましい。但し、この場合は、表面導体形成工程に含まれる配設ステップは成膜工程とアニール工程との間に実行する必要がある。 As described above, when the surface conductor forming step included in the method of manufacturing a heat dissipation board according to the present embodiment includes a baking step of baking the conductor paste provided in the arranging step, the manufacturing process is shortened and the viewpoint of energy saving is achieved. Therefore, it is desirable to simultaneously perform the firing step and the annealing step included in the surface conductor forming step by using the heat treatment for firing the conductor paste in the firing step also for the annealing treatment described above. In this case, however, the disposing step included in the surface conductor forming step needs to be executed between the film forming step and the annealing step.
従って、本発明の第４の実施態様は、
本発明の前記第３の実施態様に係る放熱基板の製造方法であって、
前記表面導体形成工程に含まれる前記配設ステップが前記成膜工程と前記アニール工程との間に実行され、
前記表面導体形成工程に含まれる前記焼成ステップの実行により、前記アニール工程が実行される、
放熱基板の製造方法である。
Therefore, the fourth embodiment of the present invention is
A method for manufacturing a heat dissipation board according to the third embodiment of the present invention, comprising:
The arrangement step included in the surface conductor forming step is performed between the film forming step and the annealing step,
By performing the firing step included in the surface conductor forming step, the annealing step is performed.
It is a manufacturing method of a heat sink.
上記のように、本実施態様に係る放熱基板の製造方法においては、前記表面導体形成工程に含まれる前記配設ステップが前記成膜工程と前記アニール工程との間に実行され、且つ前記表面導体形成工程に含まれる前記焼成ステップの実行により、前記アニール工程が実行される。即ち、本実施態様に係る放熱基板の製造方法においては、表面導体形成工程に含まれる焼成ステップにおいて導体ペーストを焼成するための加熱処理が前述したアニール処理にも利用されると共に、表面導体形成工程に含まれる焼成ステップとアニール工程とが同時に実行される。これにより、本実施態様に係る放熱基板の製造方法においては、製造工程の短縮及び省エネルギーを達成することができる。 As described above, in the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to the present embodiment, the disposing step included in the surface conductor forming step is executed between the film forming step and the annealing step, and the surface conductor The annealing process is executed by executing the firing step included in the forming process. That is, in the method for manufacturing a heat dissipation board according to the present embodiment, the heat treatment for firing the conductor paste in the firing step included in the surface conductor forming step is also used for the annealing treatment described above, and the surface conductor forming step. The firing step and the annealing step included in are performed at the same time. Thereby, in the manufacturing method of the thermal radiation board concerning this embodiment, shortening of a manufacturing process and energy saving can be achieved.
ところで、冒頭において述べたように、本発明は、基板全体として低い熱抵抗を実現することにより高い放熱性を発揮することができる放熱基板を製造する方法のみならず、かかる方法によって製造される放熱基板にも関する。 By the way, as described at the beginning, the present invention is not only a method of manufacturing a heat dissipation substrate that can exhibit high heat dissipation by realizing a low thermal resistance as a whole substrate, but also a heat dissipation manufactured by such a method. Also related to substrates.
従って、本発明の第５の実施態様は、
金属を主成分として含んでなる基体である金属基体と、
前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成され且つセラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料からなる絶縁層と、
を含んでなる放熱基板であって、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の放熱基板の製造方法によって製造される、
放熱基板である。
Accordingly, the fifth embodiment of the present invention provides:
A metal substrate that is a substrate comprising a metal as a main component;
An insulating layer made of an insulating material formed in at least a partial region of the surface of the metal substrate and containing ceramics as a main component;
A heat dissipation board comprising:
Manufactured by the method for manufacturing a heat dissipation board according to any one of claims 1 to 4,
It is a heat dissipation board.
即ち、本実施態様に係る放熱基板においては、ＡＤ法によって形成されるセラミック絶縁層が、適切な温度範囲でのアニール処理に付されることにより、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、高い熱伝導率を発揮することができる。従って、例えば当該回路基板を含むパッケージにおいては、当該回路基板に実装される回路素子の作動に伴って発生する熱を効率良く外部に放出して、これらの回路素子の温度上昇を抑制することができる。 That is, in the heat dissipation substrate according to this embodiment, the ceramic insulating layer formed by the AD method is subjected to an annealing treatment in an appropriate temperature range, thereby sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesiveness. However, high thermal conductivity can be exhibited. Therefore, for example, in a package including the circuit board, heat generated by the operation of the circuit elements mounted on the circuit board can be efficiently released to the outside to suppress the temperature rise of these circuit elements. it can.
ところで、前述したように、上記アニール処理においては、上記成膜工程において形成された絶縁層が、３００℃以上であり且つ１２００℃以下（より好ましくは１０５０℃以下）である温度において加熱され、アニール処理を施される。一方、前述したように、金属基体は金属を主成分として含んでなる基体であり、絶縁層はセラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料からなる。一般的に、金属の熱膨張係数はセラミックスの熱膨張係数よりも大きい。従って、上記アニール処理において本発明に係る放熱基板が加熱される際には、金属基体と絶縁層との間の主成分となる材料の違いに起因する熱膨張係数の違いに基づく応力が発生し、当該応力に起因して、例えば、当該放熱基板の反り、絶縁層の割れ等の問題が起こる場合がある。また、同様の問題は、アニール処理のみならず、当該放熱基板に実装される回路素子の作動に伴う発熱によっても起こり得る。 By the way, as described above, in the annealing process, the insulating layer formed in the film forming step is heated at a temperature of 300 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower (more preferably 1050 ° C. or lower). Processed. On the other hand, as described above, the metal substrate is a substrate containing metal as a main component, and the insulating layer is made of an insulating material containing ceramic as a main component. In general, the thermal expansion coefficient of metal is larger than that of ceramics. Therefore, when the heat dissipation substrate according to the present invention is heated in the annealing process, stress based on the difference in thermal expansion coefficient due to the difference in the main component material between the metal base and the insulating layer is generated. Due to the stress, for example, problems such as warpage of the heat dissipation substrate and cracking of the insulating layer may occur. Similar problems may occur not only by annealing, but also by heat generated by the operation of circuit elements mounted on the heat dissipation substrate.
そこで、かかる場合は、例えば、これまで説明してきた幾つかの実施態様を含む本発明の種々の実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板が備える金属基体の周縁部を構成する材料を、セラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料に置き換えてもよい。かかる構成によれば、アニール工程における温度変化に伴って金属基体の中央部（金属を主成分とする材料によって構成される）は（セラミックスを主成分とする材料によって構成される）周縁部よりも大きい熱膨張係数を有するものの、周縁部の寸法変化が中央部よりも小さいため、中央部の寸法変化が周縁部によって抑制される。その結果、かかる構成を有する実施態様に係る放熱基板においては、アニール処理における加熱処理に伴って金属基体と絶縁層との間の熱膨張係数の違いに基づく応力に起因して、例えば、当該放熱基板の反り、絶縁層の割れ等の問題が起こる虞を低減することができる。 Therefore, in such a case, for example, the peripheral portion of the metal base included in the heat dissipation board manufactured by the method of manufacturing a heat dissipation board according to various embodiments of the present invention including some embodiments described so far is configured. The material may be replaced with an insulating material containing ceramic as a main component. According to such a configuration, the central portion of the metal substrate (consisting of a metal-based material) is more than the peripheral portion (consisting of a ceramic-based material) as the temperature changes in the annealing process. Although it has a large coefficient of thermal expansion, the dimensional change at the peripheral part is smaller than that at the central part, so that the dimensional change at the central part is suppressed by the peripheral part. As a result, in the heat dissipation substrate according to the embodiment having such a configuration, for example, due to the stress based on the difference in thermal expansion coefficient between the metal base and the insulating layer accompanying the heat treatment in the annealing process, for example, the heat dissipation The possibility of problems such as warping of the substrate and cracking of the insulating layer can be reduced.
上記実施態様に係る放熱基板においては、上記のように、金属基体の周縁部がセラミックスに置き換えられている。換言すれば、上記実施態様に係る放熱基板においては、セラミックスを主成分として含んでなる基材の上記セラミック絶縁層が配設される表面から当該表面に対向する表面へと貫通するように金属基体が当該基材中に埋設されている。かかる構成は、例えば、ゲルキャスト法又はグリーンシート法によって実現することができる。例えば、後者のグリーンシート法を採用する場合は、先ず、セラミック粉末及びバインダーを含んでなるペーストを例えばドクターブレード法等によってシート状に成形する。次いで、斯くして得られたグリーンシートの金属基体を埋設すべき領域を例えば金型を使用して打ち抜く。次いで、斯くして打ち抜いた領域に前述したような導体ペーストを充填し、乾燥後、所定の条件下で焼成することによって、上述したような構成を実現することができる。尚、例えばゲルキャスト法、グリーンシート法、及びドクターブレード法等、セラミックスを含んでなる基材中に金属基体が埋設された構成を有する基板を製造するために使用される種々の方法については、当業者に周知であるので、本明細書においては特に説明はしない。 In the heat dissipation substrate according to the above embodiment, as described above, the peripheral portion of the metal base is replaced with ceramics. In other words, in the heat dissipation substrate according to the above embodiment, the metal base is formed so as to penetrate from the surface on which the ceramic insulating layer of the base material containing ceramics as a main component is disposed to the surface opposite to the surface. Is embedded in the substrate. Such a configuration can be realized by, for example, a gel cast method or a green sheet method. For example, when the latter green sheet method is adopted, first, a paste containing ceramic powder and a binder is formed into a sheet shape by, for example, a doctor blade method. Next, an area in which the metal substrate of the green sheet thus obtained is to be embedded is punched using, for example, a mold. Next, the above-described configuration can be realized by filling the above-cut region with the above-described conductor paste, drying it, and firing it under predetermined conditions. Incidentally, for example, various methods used for manufacturing a substrate having a structure in which a metal substrate is embedded in a base material containing ceramics, such as a gel cast method, a green sheet method, and a doctor blade method, Since it is well known to those skilled in the art, it is not specifically described herein.
ここで、添付図面を参照しながら、上記実施態様に係る放熱基板の構成につき、改めて以下に説明する。図２は、前述したように、本発明のもう１つの実施態様に係る放熱基板及び当該放熱基板に実装される回路素子（ＬＥＤ）の模式的な断面図である。図２に示す実施態様に係る放熱基板２０においては、上記のように、セラミックスを主成分として含んでなる基材２４のセラミック絶縁層２２が配設される主面（図２に向かって上側）から当該表面に対向する主面（図２に向かって下側）へと貫通するように金属基体２１が基材２４中に埋設されている。かかる構成を有する部材の２つの主面のうちの一方（図２に向かって上側の面）にセラミック絶縁層２２が形成されている。セラミック絶縁層２２は、金属基材２１の表面のみならず基材２４の表面にも亘るように配設されている。
Here, the configuration of the heat dissipation substrate according to the above embodiment will be described below again with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a heat dissipation board and a circuit element (LED) mounted on the heat dissipation board according to another embodiment of the present invention, as described above. In the heat dissipation substrate 20 according to the embodiment shown in FIG. 2, as described above, the main surface on which the ceramic insulating
更に、図２に示す実施態様に係る放熱基板２０においては、絶縁層２２の金属基体２１とは反対側の表面（図２に向かって上側）に表面導体２３が配設されており、当該表面導体２３には発光ダイオード（ＬＥＤ）２５が電気的に接続されている。図２に示す実施態様に係る放熱基板２０は、かかる構成を有するため、アニール工程における温度変化又はＬＥＤ２５の作動に伴う発熱による温度変化が生じた際に、相対的に大きい熱膨張係数を有する金属基体２１が、相対的に小さい熱膨張係数を有する絶縁層２２と比較して、より大きい寸法変化を生じようとするものの、金属基体２１の周囲を囲む基材２４は絶縁層２２と同等の寸法変化しかしない。その結果、金属基体２１の寸法変化が基材２４によって抑制され、絶縁層２２との寸法変化の差に起因して発生する応力が低減され、例えば、放熱基板２０の反り、絶縁層２２の割れ等の問題が起こる虞を低減することができる。また、かかる構成により、表面導体と金属基体との間の絶縁距離が長くなり、回路に必要な絶縁性や耐電圧性が高まる効果を得ることもできる。
Further, in the heat dissipation board 20 according to the embodiment shown in FIG. 2, the
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る放熱基板の製造方法によって製造される放熱基板につき更に詳しく説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。 Hereinafter, the heat dissipation substrate manufactured by the method of manufacturing a heat dissipation substrate according to some embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following description is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following description.
１．各種評価用試料の作製
本実施例においては、以下に示す表１に列挙した実施例Ｅ０１−１及び２、Ｅ０２−１乃至４、Ｅ０３−１乃至３、Ｅ０４、並びに比較例Ｃ０１、Ｃ０２−１及び２、Ｃ０３、Ｃ０４に係る各種金属基体及び絶縁材料（セラミック粉末）を使用して、各種評価用試料を作製した。また、何れの評価用試料についても、成膜工程において、エアロゾル化チャンバー及び成膜チャンバーを備える一般的な構成を有するエアロゾルデポジション（ＡＤ）法用成膜装置を使用して、絶縁層の厚みを５乃至１００μｍの範囲で種々に変更した複数のサンプルを作製した。
1. Production of Samples for Various Evaluations In this example, Examples E01-1 and 2, E02-1 to 4, E03-1 to 3, E04 listed in Table 1 below, and Comparative Examples C01 and C02-1 were listed. And various samples for evaluation were produced using various metal substrates and insulating materials (ceramic powder) according to C03 and C04. For any of the samples for evaluation, the thickness of the insulating layer was determined using an aerosol deposition (AD) film forming apparatus having a general configuration including an aerosol chamber and a film forming chamber in the film forming process. A plurality of samples with various changes in the range of 5 to 100 μm were prepared.
２．各種評価用試料の評価方法
（１）耐電圧
上記成膜工程及びアニール工程（比較例Ｃ０１、Ｃ０２−１、Ｃ０３、及びＣ０４を除く）を経た各種評価用試料につき、金属基体の表面に形成された絶縁層の金属基体とは反対側の表面にスパッタ膜により電極（表面導体）を形成した後、シリコーンオイル中に浸漬した状態で表面導体と金属基体との間に直流電圧を印加して、表面導体と金属基体との間での破壊電圧を測定し、得られた電圧値を単位厚み当たりの耐電圧に換算することにより耐電圧［Ｖ／μｍ］を測定した。
2. Evaluation method of various evaluation samples (1) Withstand voltage Various evaluation samples that have undergone the above-described film formation step and annealing step (excluding comparative examples C01, C02-1, C03, and C04) are formed on the surface of the metal substrate. After forming an electrode (surface conductor) with a sputtered film on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate, a DC voltage was applied between the surface conductor and the metal substrate in a state immersed in silicone oil, The breakdown voltage between the surface conductor and the metal substrate was measured, and the withstand voltage [V / μm] was measured by converting the obtained voltage value into the withstand voltage per unit thickness.
（２）熱伝導率
上記成膜工程及びアニール工程（比較例Ｃ０１、Ｃ０２−１、Ｃ０３、及びＣ０４を除く）を経た各種評価用試料につき、金属基体及び絶縁層からなる複合体としての熱抵抗を含む熱伝導特性を（複合体の絶縁層表面にレーザーフラッシュを照射して裏面から熱挙動を計測し、別途計測しておいた金属基体及び絶縁層を構成する材料の物性値（例えば、比重、比熱等）に基づいて、絶縁層としての熱伝導率を算出した。
(2) Thermal conductivity Thermal resistance as a composite composed of a metal substrate and an insulating layer with respect to various evaluation samples that have undergone the film formation step and the annealing step (except for Comparative Examples C01, C02-1, C03, and C04). (The thermal properties of the composite layer are measured by irradiating the surface of the insulating layer with a laser flash and the thermal behavior is measured from the back side. , Specific heat, etc.), the thermal conductivity as the insulating layer was calculated.
３．各種評価用試料の評価結果
上述したように測定した耐電圧及び熱伝導率の測定結果についても、表１に纏めて列挙されている。表１に示すように、何れの構成においても、所定の範囲（３００℃以上であり且つ１２００℃以下）の温度でのアニール処理により、絶縁層の耐電圧は若干低下したものの、熱伝導率が著しく増大することが確認された。また、所定の範囲（３００℃以上であり且つ１２００℃以下）から逸脱する温度（具体的には、比較例Ｃ０２−２における１２５０℃）でアニール処理を行うと、絶縁層の耐電圧が著しく低下することも確認された。但し、実施例Ｅ０２−４によって示されるように、１０５０℃を超える温度でアニール処理を行うと絶縁層の耐電圧に低下傾向が現れるので、本発明に係る放熱基板の製造方法に含まれるアニール工程における加熱処理温度は１０５０℃以下であることが更に望ましい。
3. Evaluation Results of Various Evaluation Samples The measurement results of withstand voltage and thermal conductivity measured as described above are also listed in Table 1. As shown in Table 1, in any configuration, although the withstand voltage of the insulating layer was slightly reduced by annealing at a temperature within a predetermined range (300 ° C. or more and 1200 ° C. or less), the thermal conductivity was low. A significant increase was confirmed. In addition, when the annealing process is performed at a temperature deviating from a predetermined range (300 ° C. or more and 1200 ° C. or less) (specifically, 1250 ° C. in Comparative Example C02-2), the withstand voltage of the insulating layer is significantly reduced. It was also confirmed that However, as shown in Example E02-4, when annealing is performed at a temperature exceeding 1050 ° C., the withstand voltage of the insulating layer tends to decrease, so the annealing step included in the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to the present invention The heat treatment temperature in is more preferably 1050 ° C. or lower.
以上の結果からも明らかであるように、本発明に係る放熱基板の製造方法によれば、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法によって形成されるセラミック絶縁層を適切な温度範囲にて加熱するアニール処理に付すことにより、高い耐電圧及び高い接着性を十分に維持しつつ、当該絶縁層を構成する絶縁材料が本来有する熱伝導率を発揮させて、高い熱伝導率を有するセラミック絶縁層を得ることができる。従って、例えば、本発明に係る放熱基板を含むパッケージにおいては、当該放熱基板に実装される回路素子の作動に伴って発生する熱を効率良く外部に放出して、これらの回路素子の温度上昇を抑制することができる。 As is clear from the above results, according to the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to the present invention, the annealing process for heating the ceramic insulating layer formed by the aerosol deposition (AD) method in an appropriate temperature range is performed. By attaching, it is possible to obtain a ceramic insulating layer having a high thermal conductivity by sufficiently exhibiting the thermal conductivity inherent to the insulating material constituting the insulating layer while sufficiently maintaining high withstand voltage and high adhesiveness. it can. Therefore, for example, in a package including a heat dissipation board according to the present invention, the heat generated by the operation of the circuit elements mounted on the heat dissipation board is efficiently released to the outside, and the temperature of these circuit elements is increased. Can be suppressed.
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施態様及び対応する実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様及び実施例に限定されるものと解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。 For the purpose of describing the present invention, several embodiments having a specific configuration and corresponding examples have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is illustrated by these examples. The present invention should not be construed as being limited to specific embodiments and examples, but may be modified as appropriate within the scope of the matters described in the claims and the specification. There is no.
１０…放熱基板、１１…金属基体、１２…絶縁層（アニール前）、１２′…絶縁層（アニール後）、１３…表面導体、２０…放熱基板、２１…金属基体、２２…絶縁層、２３…表面導体、２４…基材、及び２５…発光ダイオード（ＬＥＤ）。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記金属基体の表面の少なくとも一部の領域に形成され且つセラミックスを主成分として含んでなる絶縁材料からなる絶縁層と、
を備える放熱基板の製造方法であって、
エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により前記金属基体の表面の前記少なくとも一部の領域に前記絶縁層を形成させる成膜工程、及び
前記成膜工程において形成された前記絶縁層を３００℃以上１２００℃以下であり且つ前記金属基体の融点以下である温度において加熱することにより前記絶縁層の熱伝導率を加熱前よりも高めるアニール工程、
を含む、放熱基板の製造方法。 A metal substrate that is a substrate comprising a metal as a main component;
An insulating layer made of an insulating material formed in at least a partial region of the surface of the metal substrate and containing ceramics as a main component;
A method of manufacturing a heat dissipation board comprising:
Aerosol deposition method (AD method) the metal the film-forming step to form the insulating layer on at least a part of the region of the surface of the substrate, and the said insulating layer formed in the film forming step 300 ° C. or more on the 1 An annealing step of increasing the thermal conductivity of the insulating layer by heating at a temperature not higher than 200 ° C. and not higher than the melting point of the metal substrate than before heating ;
A method for manufacturing a heat dissipation board.
前記放熱基板が、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、導電性材料を含んでなる導体である表面導体、
を更に備え、
前記放熱基板の製造方法が、
前記表面導体を形成させる表面導体形成工程、
を更に含む、
放熱基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the heat sink according to claim 1,
The heat dissipation substrate is
A surface conductor which is a conductor comprising a conductive material in at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal base;
Further comprising
A manufacturing method of the heat dissipation substrate,
A surface conductor forming step for forming the surface conductor;
Further including
Manufacturing method of heat dissipation board.
前記表面導体形成工程が、
前記絶縁層の前記金属基体とは反対側の表面の少なくとも一部の領域に、前記導電性材料を含んでなる導体ペーストを配設する配設ステップと、
前記配設ステップにおいて配設された前記導体ペーストを焼成する焼成ステップと、
を含む、放熱基板の製造方法。 It is a manufacturing method of the heat sink according to claim 2,
The surface conductor forming step includes
A disposing step of disposing a conductive paste containing the conductive material in at least a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate;
A firing step of firing the conductor paste disposed in the disposing step;
A method for manufacturing a heat dissipation board.
前記表面導体形成工程に含まれる前記配設ステップが前記成膜工程と前記アニール工程との間に実行され、
前記表面導体形成工程に含まれる前記焼成ステップの実行により、前記アニール工程が実行される、
放熱基板の製造方法。 It is a manufacturing method of a heat sink according to claim 3,
The arrangement step included in the surface conductor forming step is performed between the film forming step and the annealing step,
By performing the firing step included in the surface conductor forming step, the annealing step is performed.
Manufacturing method of heat dissipation board.
前記アニール工程後の前記絶縁層の熱伝導率が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、The thermal conductivity of the insulating layer after the annealing step is 4 W / (m · K) or more.
放熱基板の製造方法。Manufacturing method of heat dissipation board.
前記セラミックスが、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉThe ceramics are aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si ３3 ＮN ４4 ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ), Silicon carbide (SiC), alumina (Al ２2 ＯO ３3 ）、酸化銅（ＣｕＯ）、又はスピネル系化合物である、), Copper oxide (CuO), or a spinel compound,
放熱基板の製造方法。Manufacturing method of heat dissipation board.
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