JPS605598A - 高熱伝導性金属ベ−スプリント基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子機器に利用される放熱性の優れた高熱伝
導性金属ベースプリント基板の製造方法に関するもので
ある。

従来例の構成とその問題点 近年、電子機器分野においては、小型化、軽量化の方向
にあり、ＩＣ，ＭＳＩ　、ＬＳＩなどの高発熱部品をい
かに放熱し、高密度実装するかが大きな課題となってき
ている。

従来、プリント基板は、基板材料に紙フエノール樹脂積
層板あるいはガラス基材エポキシ樹脂績層板などの有機
高分子材料や、アルミナ基板などのセラミック材料が用
いられているが、いずれも熱伝導率が小さく熱放散が不
十分なため前記発熱部品を高密度に実装することができ
ない欠点があった。そこで耐熱性と熱伝導性に優れた金
属をベースとした高熱伝導性金属ベースプリント基板が
開発されてきた。この高熱伝導性金属ベースプリント基
板は導体と金属ベース間に内層される絶縁層が有機高分
子材料ででき、放熱性を良くするために３ｏμｍ〜４ｏ
μｍと薄く形成されている。

以下、図面を参照しながら従来の高熱伝導性金属ベース
プリント基板の製造方法について説明する。第１図（ａ
）　、　（ｂ）は、従来の高熱伝導性金属ベースプリン
ト基板の製造工程における断面図である。

第１図（ａ）　＋”（ｂ）で１は導体、２は絶縁層、３
は金属ベースを示している。従来の高熱伝導性金属ベー
スプリント基板の製造方法は、最初に、第１図（ａ）に
示すように銅箔を使用した導体１にエポキシ樹脂系、フ
ェノール樹脂系等の有機高分子接着剤を絶縁層２として
塗布したものを第１図（ｂ）に示す金属ベース３に積層
し、加熱しながらプレスし、貼り合せられる。前記ミ有
機高分子接着剤を絶縁層２として導体１に塗布する方法
は、一般に長尺の導体１（例えば電解銅箔）をロールコ
ータ−で均一に塗布し、溶剤除去のための乾燥工程を経
て巻取るコンベアシステムによって能率よく行われてい
る。この従来の高熱伝導性金属ベースプリント基板は、
絶縁層２として打機高分子接着剤だけでなりたっている
ため、絶縁層２として粘度の低い有機高分子接着剤を３
０μｍ〜４０μｍと薄く塗布しても絶縁耐圧等の眠気的
容叶（静電容−：ｉ′Ｌ）問題がないこと、併せて可撓
性もあることから：１）産には、量産性の最も良いロー
ルコータ−で、導体１上に前記有機高分子接着剤を塗布
しているのが実情である。しかし近年、高熱伝導性金属
ベースプリント基板において、さらに放熱特性を良くす
るために、前記絶縁層２として接着性のある有機高分子
中に高熱伝導性フィラーを分散したものが開発されてき
た。この場合、放熱特性を向上させるがために多量の高
熱伝導性フィラーを分散させるために、ｌ’ｌ？Ｊ記従
米の有従来分子接着剤だけでなるＰ３縁層に比べて塗布
時の粘度が極めて大きくなり、従って塗布中に気泡を巻
き込み、硬化後にその気泡がそのまま残存し、絶縁耐圧
に問題があり、その上硬化した絶縁層２が脆いものであ
った。また、高熱伝導性フィラーの粒子径、分散性が影
響して塗布厚み方向に塗布むらが生じゃすく、導体１と
金属ベース３を貼り合した後の接着力にむらが生じ強固
で均一な接着強度が得られないものであった。また、高
熱伝導性フィラーとして、１透電率の大きいアルミナ（
誘電率４〜４．３）°などの粉末を入れるためプリント
配線基板とした時の電気的容・廿（静心容：４１）が大
きくなり、この対策に絶縁層を厚く形成する必要がある
ことなどから、この種の高熱伝導性金属ベースプリント
基板は、前記気泡によって絶縁１劇圧および接着強度が
弱い点。

絶縁層を厚く塗布する点などの課題をｒ：ｌｉたす塗布
方法、貼り合せ方法が必要であり、単純に従来の口〜ル
コ〜す方法で導体・１創に塗布し、熱プレスで金属ベー
スと積層するのでは、塗布・乾燥後に導体が反ったり、
絶縁層か割れたりするなどの問題が発生ものであった。

発明の目的 本発明は、前記欠点に鑑み接４件のある有機高分子中に
高熱伝導性フィラ〜を分散した高熱伝導性絶縁層を設け
た高熱伝導性金属ベースプリント基板を歩留り良く、容
易に吸造ができるようにするものである。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は金属ベースまたは
導体に、接着性のある有機高分子中に高熱伝導性フィラ
ーを分散した高熱伝導性接着剤からなる絶縁物を塗布、
硬化して硬化絶縁層を形成し、さらに前記硬化絶縁層に
前記高熱伝導性接着剤と同じ高熱伝導性接着剤からなる
絶縁物を塗布。

乾燥して接着絶縁層を形成し、前記接着絶縁層に導体ま
たは金属ベースを積層し、高温の熱ロールプレスで接着
するものであり、これにより、１）ＩＪ記砂硬化絶縁層
接着絶縁層からなる高熱伝導性絶縁層に発生する気泡に
よる絶縁耐圧の問題が解決できるとともに金属ベースと
導体間の接着力が均一で強固になる。丑だ、高熱伝導性
絶縁層を厚く形成でき、その上、金属ベース側に高熱伝
導性接着剤を塗布すれは、製造工程で高熱伝導性絶縁層
（前記高熱伝導性接着剤を硬化したもの）が割れる問題
もなくなるなど、製造が歩醒り良く容易になるものであ
る。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第２図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例における高
熱伝導性金属ベースプリント基板の製造方法に関する各
工程における断面図である。第２図（、）〜（ｃ）にお
いて、４は金属ベース、５は硬化絶縁層６は接着絶縁層
、７は導体を示し、第２図（、）〜（ｃ）の過程を経な
がら、金属ベース４と導体７が硬化絶縁層５および接着
絶縁層６を介して貼り合せられ製造されるものである。

上記のようにイ（１４成された本実施例の高熱伝導性金
属ベースプリント基板の製造方法について以下に説明す
る。まず第２図（−）では金属ベース４に、接着性のあ
る有機高分子中に高熱伝導性フィラーを分散した高熱伝
導性接着剤を、ブレードコータ一方法、スクリーン印刷
方法、メタルマスク印刷方法、あるいはロールコータ一
方法などのいずれかを単独または併用して塗布し、１０
０’Ｃ以上の温度で乾燥・硬化する工程を経て硬化絶縁
層６を形成する。次に第２図（ｂ）において前記と同質
の高熱伝導性接着剤および塗布方法によって接着絶縁層
６を硬化絶縁層５上に積層塗布し、５０℃〜１５０１Ｃ
の温度で短時間接着性のある未硬化の状態に乾燥する。

それから、第２図（ｃ）によって銅箔等の導体７を１１
」記塗布した接着絶縁層６に積層し、接着絶層６が硬化
反応を起すにたりる温度に加温した熱ロールプレス（図
示しない）に通して、接着絶縁層６に導体７を接着、貼
り合せられる。これが本発明における高熱伝導性金属ベ
ースプリント基板の製造方法の基本工程であるが、さら
に前記接着絶縁層６に導体７を接着、貼り合わせた後工
程に、接着絶縁層６が接着剤として十分その機能を果す
ように、例えば１５０℃以上の温度で加熱エージングす
る工程を通常の熱風循環式乾燥機または熱プレスなどを
使ってもよい。また、絶縁層６を形成する工程にも、前
記硬化絶縁層５の厚みの均一化、および高密度化などを
目的として、乾燥または硬化後に前記熱プレスまたは熱
ロールプレスで加熱しながらプレスする工程を付加する
などの工程を行う。

以上のように本実施例によれば、硬化絶縁層５と接着絶
縁層６の、少なくとも２層を塗布することから絶縁耐圧
特性に問題となる気泡がなくなる。

また、本発明の接着性のある有機高分子に高熱伝導性フ
ィラーを入れた高熱伝導接着剤は放熱特性を向上するた
め前記高熱伝導性フィラーを高配合する必要があり、粘
度が大きい。このため、塗布方法は、粘度によって上記
したブレードコータ一方法、スクリーン印刷方法、メタ
ルマスク印刷方法、あるいはロールコータ一方法の中か
ら最適な方法を単独、または併用して選択することにな
るが、どの方法によっても有機高分子接着イ１ｊのみで
形成された従来のものに比べ、塗布厚みの塗布むらが極
めて大きい。これは、導体７と貼り合せた時従来は、面
で加工する熱プレス方式であるため、そのま丑圧力むら
となり、接着力に大きなむらが生じる欠点となっていた
。これが本発明にみる、線で加工する熱ロールプレスに
することによって前記接着むらがなくなり接着強度が強
固になる。

次に前記塗布むらについては、硬化絶縁層５を形成する
過程において、塗布後プレスする工程を伺加すれば塗布
むらがなくなり、塗布厚みの均一化と高密度化が図れ、
導体７と金属ベース４間の接着強度がいっそう改善でき
るものである。次めで導体Ｙと金属ベース４間の接着強
度については、接着性のある有機高分子の接着機能に由
来するものであり、長時間加熱しないと接着のための硬
化反応か生じないものに関しては、接着絶縁層６と導体
７間の接着は前記熱ロールプレスだけによる接着では、
仮接着にすぎないため、加熱エージング加工を寸加して
完全硬化を図り、接着を強固なものにしている。さらに
は本実施にみるように金属ベース４側に高熱伝導性接着
剤を塗布すれば、製造工程で硬化絶縁層５、接着絶縁層
６の高熱伝導性絶縁層が割れる問題もなくなる。

次に塗布方法としてスクリーン印刷方法を採用した具体
的実施例について図面を参照しながら説明する。

第３図（、）〜（ｅ）は、スクリーン印刷方式を使って
高熱伝導性接着剤を塗布した本発明の一実施例における
高熱伝導性金属ベースプリント基板の製造方法を示した
説明図である。第３図（ａｌ〜（ｅ）までの過程を経て
製造され、４ａは金属ベース、５ａは硬化絶縁層、６ａ
は接着絶縁層、７ａは導体、８ａおよび８ｂは熱ロール
プレス、９は補助加熱ヒータ、１０ａおよび１０ｂは当
て板、１１ａおよび１１ｂは熱プレスを示している。ま
ず、第３図（ａ）において金属ベース４ａ上に高熱伝導
性接着剤を１００メソシユ〜３００メツシユのマスクで
スクリーン印刷を行い絶縁物を塗布する。このスクリー
ン印刷方式による塗布はスキージの弾性などの関係で第
３図（、）のように周辺が厚く塗布される。

元来、高熱伝導性接着剤が塗布むらの出やすい性状であ
ることを含めて考えると、前記スクリーン印刷で塗布し
た硬化絶縁層５ａは、厚みの均一化を図る必要がある。

このため第３図（ｂ）において、未硬化ないし半硬化状
態に乾燥した硬化絶縁層５ａを、矢印の向きに回転して
いる加熱した熱ロールプレス８ａおよび８ｂで軟化させ
ながらプレスし、前記硬化絶縁層５ａの表面を平滑およ
び厚みの均一化を図っている。次に第３図（Ｃ）では、
同じようにスクリーン印刷方式によって高熱伝導性接着
剤を塗布し、接着絶縁層６ａを形成し、未硬化の状態に
乾燥した後、第３図（ｄ）によって導体７ａを積層し貼
り合せる。第３図（ｄ）では、熱ロールブ１／ス８ｄお
よび８ｂを高温（’１２０℃以上）に加熱はしているが
、接着絶縁層６ａの硬化反応度には、不足するため、予
備加熱として補助加熱ヒータ９を設け、プレス前に接着
絶縁層６“を軟化した状態にしてから熱ロールプレス８
ａおよび８ｂに挿入するようにしている。このようにし
て得られた高熱伝導性金属ベースプリント基板は、接着
絶縁層６ａを完全硬化し、接着強度を向上させるために
、さらに第３図（ｅ）に示すように高ｆＡ’ｔ’＋’　
（１２０℃以上）に加熱した熱プレス１１ａおよび１１
ｂを使って、金属性の当て板１０ａおよび１０ｂを火花
させてプレスしな７Ｊ）ら加熱エージングを行っている
。このようにして、気泡による絶縁耐圧上の課題、高粘
度のものを高熱伝導性絶縁層として厚く塗布したい課題
、均一で強固な接着強度を得る課題等を達成する高熱伝
導性金属ベースプリント基板が得られる。

次に本発明に使用するところの高熱伝導性接着剤につい
て説明する。前記高熱伝導性接着剤は、接着性のある有
機高分子中に高熱伝導性フィラーを各種添加剤と共にバ
ンバリーミキサ−、ロールミルなどの混合機を用いて混
練したペースト状の組成物である。ここで接着のある有
機高分子としては、１００℃〜２００℃で硬化反応をお
こして硬化する高温硬化型のもので耐熱性があることが
必要であり、例えば、シアン酸エステル樹脂、シアン酸
エステル−マレイミド樹Ｊｌｔｔ？　、シアン酸エステ
ル−マレイミド−エポキシ樹脂なとのシアン酸エステル
系樹脂組成物、フェノール（も１脂、エポキシ樹脂、メ
ラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂
などの熱硬化性樹脂や、ポリビニルブチラーノペブタジ
エン樹脂などの熱可塑性樹脂で変性したシアン酸エステ
ル樹脂、シアン酸エステル−マレイミド樹脂、シアン・
酸エステルーマレイミドーエポキシ樹脂などかあけられ
る。一方高熱伝導性フィラーとしては、窒化ボロン、窒
化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物やアルミナ、
マグネシアなどの金属酸化物などがあげられる。中でも
アルミナの粉末は、熱伝導率、電気的特性が優れている
上に、形状２粒径も昧富で入手性が良く、その上高配合
に充填できる特徴かある。

このため少なくとも本発明に使用する高熱伝導性フィラ
ーとしてはアルミナの粉末を単独もしくは他の高熱伝導
性フィラーと複合した組成でなるものが使われる。丑だ
、塗布方法を選択する決め手の１つとなる高熱伝導性接
着剤の粘度について述べる。高熱伝導性フィラーを高配
合したものが熱放散性の優れた高熱伝導性金属ベースプ
リント基板が痔られるが、塗布方法が限定されてくる。

一般に屑熱伝導性金属ベースプリント基板に使用する高
熱伝導性絶縁層は絶縁耐圧および電気的容量の関係で必
要な厚みとして、従来の１４磯高分子だけで形成した絶
縁層の厚み（３０ｔｔｍ〜４ｏμｍ）より２倍以上、厚
くする必要がある。前記の厚みを厚くすることは、高熱
伝導性絶縁層での熱抵抗を大きくすることになるため、
その特性低下分を少なくとも加算した形で高熱伝導性フ
ィラーを高配合した高熱伝導性接着剤を作製する必要が
ある。

これらの結果に基づくと高熱伝導性フィラーは、塗布の
容易さを含めて粒子径の分布が０．１μｍ〜４０μｍの
範囲のものが重爵比９０％以上占め、これを高熱伝導性
接着剤とした時に全市計の５０％以上になるように配合
したもので最低必要となる。これは粘度に換算すると、
接着性のある有機高分子材料および高熱伝導性フィラー
の神ｙＪｌ　ｌｘとによって多少異なるが、１）り記６
０％の場合で１００ポイズ〜５００ポイズである。

次に金属ベースは、放熱性を良くするためにアルミニウ
ムまたはアルマイト処理したアルミニウムを使った方が
最も安価で放熱性の優れた高熱伝導性金属ベースプリン
ト基板が得られる。

以上のような内容で本発明の高熱伝導性金属ベースプリ
ント基板は製造が歩留り良く容易になるものである。

なお、本発明の具体的実施例では、塗布方法として、最
も高粘度、すなわち、高熱伝導性フィラーを高配合した
高熱伝導性接着剤を塗布できるスクリーン印刷方式をと
りあげたが、同じく高粘度のものに適した塗布方法とし
て、同類のメタルマスク印刷またはブレードコータ方式
でも全く同じ効果が得られる。また、従来のロールコー
タ方式でも１肪記高熱伝導性接着ｊＦＯの粘度を低くし
て、硬化絶縁層を多層に形成することにより、前記同様
の効果が得られるものである。また、本実施例では高熱
伝導性接着剤を金属ベース１則に塗布しているが高熱伝
導性フィラーの配合によっては、高熱伝導性絶縁層とし
て硬化した時に曲げても容易に割れない強度のものも得
られ、導体側に塗布することも可能である。ただし、金
属ベース側に塗布する」賜金に比べ高熱伝導性フィラー
を低配合した低粘度の高熱伝導性接着剤を塗布すること
に限定されるため、高熱伝導性金属ベースプリント基板
とした時の放熱特性が若干劣るものとなる。

発明の効果 以上のように本発明は、金属ベースまたは導体に接着性
のある有機高分子中に高熱伝導性フィラーを分散した高
熱伝導性接着剤からなる絶縁物を塗布、硬化した硬化絶
縁層を形成し、その硬化絶縁層に同質の高熱伝導性接着
剤を塗布、乾燥した接着絶縁層を形成し、導体丑たは金
属ベースを積層し、高温の熱ロールプレスで接着するこ
とにより、前記硬化絶縁層と接着絶縁層で構成する高熱
伝導性絶縁層での気泡による絶縁耐圧の問題、金属ベー
スと導体間の接着強度のむら、高熱伝導性絶縁層を厚く
形成したい課題等の問題を解決する優れた効果が得られ
る。

さらに前記接着絶縁層に導体丑たは金属ベースを貼り合
せた抜工°程に加熱エージングする工程を付加すること
により、前記接着強度の向上が図れること、また硬化絶
縁層を形成する工程にも熱プレスまたは熱ロールプレス
で加熱プレスすることにより、前記硬化絶縁層の厚みの
均一化と併せて高密度化による放熱特性の向上が図れる
。そしてさらに、金属ベース側に高熱伝導性接着剤を塗
布すれば製造工程で脆い高熱伝導性絶縁層を割る問題も
解決できる。また高熱伝導性接着剤を塗布する方法とし
て、ブレードコータ一方法、スクリーン印刷方法、メタ
ルマスク印刷方法のいずれかを単独または併用して使え
は、いっそう高粘度の高熱伝導性接着剤、即ち放熱特性
のより優れた高熱伝導性接着剤を塗布できるなどの効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来の高熱伝導性金属ベー
スプリント基板の製造方法を示す断面図、第２図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の一実施例における高熱伝導性金属ベ
ースプリント基板の製造方法の工程の、概略を示す断面
図、第３図（，１〜（ｅ）は同製造方法を説明するため
の断面図である。 ４．４ａ・・・・・・金属ベース、５，５ａ・・・・・
・硬化絶縁層、６，６ａ・・・・・接着絶縁層、７，７
ａ・・・・・・導体、８ａ、８ｂ・・・・・・熱ロール
プレス、９・・・・・・補助加熱ヒータ、１０　ａ　、
　１０　ｂ・・・・・・当て板、１１ａ。 １１ｂ・・・・・・熱フレス。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 ！ 第２図 ５ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属ベースまたは導体に、接着性のある有機高分
   子中に高熱伝導性フィラーを分散した高熱伝導性接着剤
   からなる絶縁物を塗布、硬化して硬化絶縁層を形成し、
   さらにその硬化絶縁層に前記高熱伝導性接着剤と同質の
   高熱伝導剤からなる絶縁物を塗布、乾燥し接着絶縁層を
   形成し、１）Ｍ記接着絶縁層に導体または金属ベースを
   積層し、高温の熱ロールプレスで接着する高熱伝導性金
   属ベースプリント基板の製造方法。 （２）　高熱ロールプレスで接着した後、加熱エージン
   グする特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性金属ベー
   スプリント基板の製造方法。 （３）金属ベースまたは導体に、接着性のある有機高分
   子中に高熱伝導性フィラーを分散した高熱伝導性接着剤
   を、塗布し、乾燥または硬化した後、前記高熱伝導性接
   着剤をプレスして硬化絶縁層を形成し、さらにその絶縁
   層に前記高熱伝導性接地剤を塗布する特許請求の範囲第
   １項記載の高熱伝導性金属ベースプリント基板の製造方
   法０（４）　ブレードコースタ一方法、スクリーン印刷
   方法あるいはメタルマスク印刷方法のいずれかを単独ま
   たは併用して高熱伝導性接着剤を塗布する特許請求の範
   囲第１項記載の高熱伝導性金属ベースプリント基板の製
   造方法０ （６）　高熱伝導性接着剤として、全重量の５０係以上
   が高熱伝導性フィラーで構成され、しかも前記高熱伝導
   性フィラーは粒子径０１μｍ〜４０μｍのものが重量比
   ９０％以上を占める特許請求の範囲第１項記載の高熱伝
   導性金属ベースプリント基板の製造方法。