JP3424237B2 - Method for manufacturing surface metal insulated substrate - Google Patents
Method for manufacturing surface metal insulated substrateInfo
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、熱伝導性にすぐれ高
放熱性であって、絶縁性が高く、しかも、ピール強度が
十分な表面金属絶縁基板、およびこの表面金属絶縁基板
を製造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface metal insulating substrate having excellent heat conductivity, high heat dissipation, high insulation, and sufficient peel strength, and a method for producing the surface metal insulating substrate. Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、プリント配線板の基板としては、
紙・フェノール樹脂積層板や、ガラス・エポキシ樹脂積
層板等の樹脂基板が多く用いられてきた。しかし、最
近、電子機器の高性能化、小型化、高密度化に伴い、そ
れによって生じる熱の高密度発生をいかに処理するかが
課題になってきたため、従来のこれらの樹脂基板では、
このような課題に対処することができない。すなわち、
これらの樹脂基板は、熱伝導性が低くて熱放散性が悪
く、特に大電流を流すように設計された集積回路では、
その熱によってコンデンサーやトランジスタ等を破損す
る恐れがあり、また、破損しないまでも電気特性が大き
く変化する欠点があったからである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a substrate for a printed wiring board,
Resin substrates such as paper / phenolic resin laminates and glass / epoxy resin laminates have been widely used. However, with the recent trend toward higher performance, smaller size, and higher density of electronic devices, how to deal with the high density generation of heat generated by it has become a problem, so these conventional resin substrates are
It is impossible to deal with such a problem. That is,
These resin substrates have low thermal conductivity and poor heat dissipation, and especially in integrated circuits designed to carry large currents,
This is because the heat may damage the capacitors, transistors, and the like, and there is a drawback that the electrical characteristics change significantly before the damage.
【0003】このような樹脂基板の欠点を克服するた
め、近年、樹脂基板に代えて、アルミニウム等の熱伝導
性のよい金属板を用い、その表面にエポキシ樹脂等の有
機系絶縁層を設けて、その上に銅箔などを貼付け、回路
を形成するようにする構造の金属プリント板が使われる
ようになってきた。しかし、このような構造では、回路
と金属板との間に熱伝導性の低い樹脂層が未だ存在する
ため、金属板の高熱伝導性を十分に活かすことが出来な
い。In order to overcome such a drawback of the resin substrate, in recent years, a metal plate having good heat conductivity such as aluminum is used in place of the resin substrate, and an organic insulating layer such as epoxy resin is provided on the surface thereof. , A metal printed circuit board having a structure in which a copper foil or the like is attached on top of it to form a circuit has come to be used. However, in such a structure, since the resin layer having a low thermal conductivity still exists between the circuit and the metal plate, the high thermal conductivity of the metal plate cannot be fully utilized.
【0004】このようなことから、金属基板表面に設け
る絶縁層を、熱伝導性の良好なアルミナ等のセラミック
溶射で形成する方法が考えられている。さらに、溶射に
より形成されるセラミック絶縁層には気孔が存在する
が、この気孔により耐電圧、吸湿時の絶縁特性が低下す
ることを防ぐ目的で特公昭57−39007号公報記載
の技術では、前記セラミック絶縁層にプレポリマーやモ
ノマーを含浸して、前記気孔を塞ぐようにしている。In view of the above, a method of forming the insulating layer provided on the surface of the metal substrate by thermal spraying of a ceramic such as alumina having good thermal conductivity has been considered. Further, although there are pores in the ceramic insulating layer formed by thermal spraying, in the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-39007 for the purpose of preventing the deterioration of withstand voltage and insulation characteristics during moisture absorption due to the pores. The ceramic insulating layer is impregnated with a prepolymer or a monomer to close the pores.
【0005】絶縁層をセラミックの溶射で形成する、以
上の方法によれば、回路と金属板の間が熱伝導性の低い
樹脂層で完全に遮断されるというようなことがないた
め、プリント配線板の熱伝導性が大いに向上する。しか
し、元来、金属とセラミックとは密着性が良くないた
め、前記セラミック溶射により絶縁層を形成した絶縁基
板では、この絶縁層上に金属箔を張りつける等して電気
回路を形成するのであるが、その際の密着性に問題があ
り、この点の改良が望まれている。According to the above method in which the insulating layer is formed by thermal spraying of ceramic, the circuit layer and the metal plate are not completely blocked by the resin layer having a low thermal conductivity. The thermal conductivity is greatly improved. However, since adhesion between metal and ceramic is not good originally, in the case of an insulating substrate on which an insulating layer is formed by thermal spraying of ceramic, an electric circuit is formed by sticking a metal foil on the insulating layer. However, there is a problem with the adhesiveness at that time, and improvement of this point is desired.
【0006】特開昭58−140191号公報は、金属
基板表面のプラズマ溶射層上に樹脂シートを乗せて熱圧
着することにより表面を平滑にする技術を開示してい
る。しかし、この技術では、樹脂シートの厚みを薄くす
ることが難しいので、わざわざ絶縁層にセラミックを使
用して熱放散性を上げるようにしても、熱伝導性の悪い
樹脂層が厚くて十分な放熱効果が得られないという問題
が残る。そして、金属箔とセラミック層との密着性もま
だ悪い。樹脂シートの熱圧着だけでは、セラミック層の
微細気孔の中まで樹脂が浸透しないので、セラミックの
気孔を埋めることができず、絶縁性があまり良くないと
いう問題もある。他方、特開平01−194491号公
報は、銅箔の片面にセラミック溶射層を形成し、この溶
射層と金属基板との間に炭素繊維基材プリプレグ(CF
RP)を介在させることにより、金属基板とセラミック
層を張り合わせ、金属基板上にセラミック絶縁層を介し
て銅箔を張り合わせるようにする技術を開示している。
しかし、CFRPの熱伝導率は0.05〜0.015
(単位cal / cm・s ・℃)であって、ガラス繊維基材プ
リプレグの0.001よりは良いが、アルミナの0.0
7〜0.1よりは劣り、かつ、プリプレグであるために
厚みが0.06mm以上となり、十分な効果が得られな
い。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 58-140191 discloses a technique for smoothing the surface by placing a resin sheet on the plasma sprayed layer on the surface of a metal substrate and thermocompression bonding. However, with this technology, it is difficult to reduce the thickness of the resin sheet, so even if a ceramic is used for the insulating layer to increase heat dissipation, the resin layer with poor thermal conductivity is thick and sufficient heat dissipation is achieved. The problem remains that it is not effective. And the adhesion between the metal foil and the ceramic layer is still poor. Since the resin does not penetrate into the fine pores of the ceramic layer only by thermocompression bonding of the resin sheet, it is not possible to fill the pores of the ceramic and there is a problem that the insulating property is not so good. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-194491 discloses that a ceramic sprayed layer is formed on one surface of a copper foil, and a carbon fiber base material prepreg (CF) is formed between the sprayed layer and a metal substrate.
RP) is interposed between the metal substrate and the ceramic layer, and the copper foil is attached onto the metal substrate via the ceramic insulating layer.
However, the thermal conductivity of CFRP is 0.05 to 0.015.
(Unit cal / cm · s · ° C), which is better than 0.001 of glass fiber base material prepreg, but 0.0 of alumina.
It is inferior to 7 to 0.1, and since it is a prepreg, the thickness becomes 0.06 mm or more, and a sufficient effect cannot be obtained.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
セラミック絶縁層の長所を損なうことなく、その金属へ
の密着性を改善した表面金属絶縁基板およびその製造方
法を提供することを課題とする。Therefore, the present invention is
An object of the present invention is to provide a surface metal insulating substrate having improved adhesion to a metal without impairing the advantages of the ceramic insulating layer and a method for manufacturing the same.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明は、以下の、のような構成をとる
ようにしている。なお、以下において、金属材とは、金
属基板または金属箔を意味する。 To solve Means for Solving the Problems] Such problems, this invention is directed to take the following, such as configuration. In addition, in the following, the metal material is gold.
It means a metal substrate or a metal foil.
【0009】 少なくとも一方が金属箔からなり、そ
れぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性
のセラミックからなる絶縁層が形成されている金属材2
枚を、互いの絶縁層を接着性絶縁材からなる接着層を介
して圧着し、接着性絶縁材を両側の絶縁層に含浸させ
て、接着性絶縁材が含浸された絶縁層同士を接合するこ
とにより、一体化させるようにする。なお、上記の場
合、絶縁層に絶縁材を予め含浸しておくことは有用であ
るし、さらに、絶縁層表面における含浸絶縁材を除去す
ることも有用である。また、絶縁層と絶縁性樹脂層の圧
着が真空雰囲気中での熱圧着であったり、樹脂層に良熱
伝導性フィラーを予め含ませておくことも有用である。[0009] At least one is made of metal foil,
Good thermal conductivity with good insulation on each side by thermal spraying
Metal material 2 having an insulating layer made of ceramic
The insulating layers of each otherMade of adhesive insulationThrough the adhesive layer
Then crimpThe adhesive insulation on both sides.
The insulation layers impregnated with adhesive insulation materialTo do
By using, In addition, aboveNotePlace
In this case, it is useful to pre-impregnate the insulating layer with an insulating material.
In addition, remove the impregnated insulating material on the surface of the insulating layer.
It is also useful. In addition, the pressure of the insulating layer and the insulating resin layer
Adhesion is by thermocompression bonding in a vacuum atmosphere, or the resin layer has good heat
It is also useful to include a conductive filler in advance.
【0010】 少なくとも一方が金属箔からなり、そ
れぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性
のセラミックからなる絶縁層が形成されているとともに
両絶縁層にはそれぞれ接着性絶縁材が含浸されている金
属材2枚を、互いの絶縁層を圧着することにより一体化
させるようにする。〔参考技術〕 図1〜5は、この発明の技術的範囲からは外れるが、こ
の発明と組み合わせることのできる技術内容を含む参考
技術を示している
。図1は、表面金属絶縁基板のうちの
ひとつのタイプのものを得る工程を示している。[0010] At least one is made of metal foil,
Good thermal conductivity with good insulation on each side by thermal spraying
Insulation layer made of ceramic
Both insulation layers are each impregnated with adhesive insulation material.
Two metal materials are integrated by crimping the insulation layers of each other
I will let you.[Reference technology] 1 to 5 are out of the technical scope of the present invention,
Including technical contents that can be combined with the invention of
Showing technology
. Figure 1, tableOf the surface metal insulating substrate
The process of obtaining one type is shown.
【0011】図1(a)にみるように、まずアルミニウ
ムからなる金属基板1にアルミナを例えば20〜200
kVの出力でプラズマ溶射してセラミック絶縁層2を形
成する。金属基板としては、耐食性、熱伝導性の点から
上述のアルミ板が好ましいが、用途(機械的強度、電磁
波シールド性等)によっては、メッキ鋼板、ステンレス
鋼板、クラッド板、銅板、合金板(インバー、42アロ
イ等)なども使用可能であり、これら以外であっても良
い。セラミックの溶射法は、炎溶射法、アーク溶射法、
プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射
法等が使用できるが、素材と溶射粉末との結合力が強い
と言う点でプラズマ溶射法が好ましい。溶射粉末は、A
l2 O3 、ZrO2 、BeO、MgO、スピンネル、ム
ライト、SiC、AlN、窒化ホウ素などの熱伝導性の
良い無機物を用いることができ、特にアルミナ(Al2
O3 )が好ましいが、これら以外であっても良い。その
粒径は1〜100μm程度が好ましい。溶射されたアル
ミナ層には気孔が多くあり、その気孔率は5〜15vo
l%程度である。アルミナ層の厚みは、30〜300μ
m、普通は30〜200μm程度が良い。それより厚い
とクラックが発生して耐電圧の劣化を起しやすく、それ
より薄いと絶縁信頼性が低下するからである。なお、減
圧プラズマ溶射法によれば、前記よりも薄いが緻密な膜
を得ることができる。As shown in FIG. 1A, a metal substrate 1 made of aluminum is first coated with alumina, for example, 20 to 200.
Plasma spraying is performed at an output of kV to form the ceramic insulating layer 2. As the metal substrate, the above-mentioned aluminum plate is preferable from the viewpoint of corrosion resistance and heat conductivity, but depending on the application (mechanical strength, electromagnetic wave shielding property, etc.), plated steel plate, stainless steel plate, clad plate, copper plate, alloy plate (invar plate) , 42 alloy, etc.) can also be used, and other than these may be used. Ceramic spraying methods include flame spraying, arc spraying,
A plasma spraying method, a water plasma spraying method, a reduced pressure plasma spraying method and the like can be used, but the plasma spraying method is preferable in that the bonding force between the material and the sprayed powder is strong. Thermal spray powder is A
Inorganic substances having good thermal conductivity such as l 2 O 3 , ZrO 2 , BeO, MgO, spinnel, mullite, SiC, AlN, and boron nitride can be used, and alumina (Al 2
O 3 ) is preferable, but other than these may be used. The particle size is preferably about 1 to 100 μm. The sprayed alumina layer has many pores, and the porosity is 5 to 15 vo.
It is about 1%. The thickness of the alumina layer is 30 to 300 μ
m, usually about 30 to 200 μm. This is because if it is thicker than that, cracks are likely to occur to cause deterioration of withstand voltage, and if it is thinner than that, insulation reliability is lowered. According to the low pressure plasma spraying method, it is possible to obtain a denser film that is thinner than the above.
【0012】前記気孔は、水などが存在すると、耐電圧
等の絶縁性を著しく劣化させる。したがって、この気孔
をエポキシ樹脂等の絶縁材で封孔するようにするのが良
い。封孔に用いる絶縁材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂が適当であるが、この他に、フェノール樹
脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メ
ラミン樹脂、フッ素樹脂等があり、無機系では金属アル
コキシキレート、低融点ガラス等があるが、これらに限
定されるものではない。封孔する絶縁材は、気孔への含
浸性の良いことが要求されるので、低粘度で、浸透性の
あるものが選ばれる。含浸性をより良くするために、セ
ラミック層をカップリング剤で表面処理しておくのが良
い。含浸は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプ
レー法、ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の
塗布法、ドクターブレード法、カーテンコータ法等によ
ることができる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層
2の気孔の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱に
より付着水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材
は、短時間で十分に含浸される。必要があればBステー
ジ状態(半硬化)等とするために加熱することもある。The presence of water or the like in the pores significantly deteriorates the insulation properties such as withstand voltage. Therefore, it is preferable to seal the pores with an insulating material such as epoxy resin. Epoxy resin and polyimide resin are suitable for the insulating material used for sealing, but in addition to these, there are phenol resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, fluororesin, etc. Alkoxy chelates, low melting point glass and the like are included, but are not limited thereto. Since the insulating material to be sealed is required to have a good impregnation property into pores, a material having low viscosity and permeability is selected. In order to improve the impregnation property, it is preferable that the ceramic layer is surface-treated with a coupling agent. The impregnation is preferably performed by a vacuum impregnation method, and can be performed by a spray method, a dipping method, a coating method such as brush coating or roller coating, a doctor blade method, or a curtain coater method. In the vacuum impregnation method, the air in the pores of the ceramic insulating layer 2 is removed under vacuum. At the same time, it is useful to remove adhering water by heating and expel it. The insulating material is fully impregnated in a short time. If necessary, it may be heated to bring it to the B stage state (semi- cured ).
【0013】次に、図1(a)にみるように、別の金属
材(銅箔等の金属箔)3の表面にエポキシ樹脂等による
絶縁性の接着用樹脂層4を形成する。エポキシ樹脂等の
中にアルミナ等の熱伝導性の良い絶縁性フィラーを混入
しておくのが、熱放散性をより良くする上で好ましい。
フィラーが50vol%以上充填されていると非常に良
い。このような樹脂としては、一般に、金属箔(金属基
板)との密着力が良いエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、
フェノール樹脂、ブチラール樹脂等を用いることができ
る。塗布方法はスプレー法、はけ塗りやローラー塗り等
による塗布法、ドクターブレード法、カーテンコータ
法、押出し(ダイコータ)法等を用いることができる。
樹脂層の厚みは1〜100μmが好ましく、より好まし
くは1〜30μmである。樹脂層は、樹脂含浸シート
(プリプレグ)よりも薄い膜になる。形成された樹脂層
をBステージ状態(熱硬化性樹脂の場合)にしてから、
セラミック絶縁層の形成された金属基板(金属箔)1の
絶縁層2と、樹脂層の形成された金属箔(金属基板)3
の樹脂層4を、図1(b)にみるように向かい合わせて
積層し、プレス等で熱圧着する。そうすると、図1
(c)にみるように、表面金属絶縁基板が得られる。こ
の場合にはロールトウロールで連続処理をすることもで
きるが、これらに限定されない。Next, as shown in FIG. 1A, an insulating adhesive resin layer 4 made of epoxy resin or the like is formed on the surface of another metal material (metal foil such as copper foil) 3. It is preferable to mix an insulating filler having good thermal conductivity such as alumina in epoxy resin or the like in order to improve heat dissipation.
It is very good that the filler is filled at 50 vol% or more. As such a resin, generally, an epoxy resin, a polyimide resin, which has a good adhesion with a metal foil (metal substrate),
Phenol resin, butyral resin and the like can be used. As a coating method, a spray method, a coating method such as brush coating or roller coating, a doctor blade method, a curtain coater method, an extrusion (die coater) method, or the like can be used.
The thickness of the resin layer is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 30 μm. The resin layer is a film thinner than the resin-impregnated sheet (prepreg). After the formed resin layer is in the B stage state (in the case of thermosetting resin),
Insulating layer 2 of metal substrate (metal foil) 1 on which a ceramic insulating layer is formed, and metal foil (metal substrate) 3 on which a resin layer is formed
As shown in FIG. 1B, the resin layers 4 are laminated face to face and laminated by thermocompression bonding with a press or the like. Then,
As shown in (c), a surface metal insulating substrate is obtained. In this case, roll tow roll may be used for continuous treatment, but the present invention is not limited thereto.
【0014】以上では、金属基板側にセラミック層を金
属箔側に樹脂層を形成する場合を中心にして説明した
が、逆に金属箔側にセラミック層を金属基板側に樹脂層
を形成しても、結果は変らず、良好な効果が得られる。
また、両金属材とも金属箔にしてもよい。以下、図2を
参照しながらセラミック層を金属箔側に樹脂層を金属基
材側に形成する場合について具体的に説明する。In the above description, the case where the ceramic layer is formed on the metal substrate side and the resin layer is formed on the metal foil side has been mainly described, but conversely, the ceramic layer is formed on the metal foil side and the resin layer is formed on the metal substrate side. However, the result does not change and a good effect is obtained.
Further, both metal materials may be metal foils. Hereinafter, the case where the ceramic layer is formed on the metal foil side and the resin layer is formed on the metal base material side will be specifically described with reference to FIG.
【0015】図2(a)にみるように、まず金属箔(例
えば、銅箔)3にアルミナを例えば20〜200kVの
出力でプラズマ溶射してセラミック絶縁層2を形成す
る。セラミックの溶射法は、炎溶射法、アーク溶射法、
プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射
法等が使用できるが、素材と溶射粉末との結合力が強い
と言う点でプラズマ溶射法が好ましい。溶射粉末は、A
l2 O3 、ZrO2 、BeO、MgO、スピンネル、ム
ライト、SiC、AlN、窒化ホウ素などの熱伝導性の
良い無機物を用いることができ、特にアルミナ(Al2
O3 )が好ましいが、これら以外であっても良い。その
粒径は1〜100μm程度が好ましい。溶射されたアル
ミナ層には気孔が多くあり、その気孔率は5〜15vo
l%程度である。アルミナ層の厚みは、30〜300μ
m、普通は30〜200μm程度が良い。それより厚い
とクラックが発生して耐電圧の劣化を起しやすく、それ
より薄いと絶縁信頼性が低下するからである。なお、減
圧プラズマ溶射法によれば、前記よりも薄いが緻密な膜
を得ることができる。As shown in FIG. 2A, first, alumina is plasma sprayed onto the metal foil (eg, copper foil) 3 at an output of 20 to 200 kV to form the ceramic insulating layer 2. Ceramic spraying methods include flame spraying, arc spraying,
A plasma spraying method, a water plasma spraying method, a reduced pressure plasma spraying method and the like can be used, but the plasma spraying method is preferable in that the bonding force between the material and the sprayed powder is strong. Thermal spray powder is A
Inorganic substances having good thermal conductivity such as l 2 O 3 , ZrO 2 , BeO, MgO, spinnel, mullite, SiC, AlN, and boron nitride can be used, and alumina (Al 2
O 3 ) is preferable, but other than these may be used. The particle size is preferably about 1 to 100 μm. The sprayed alumina layer has many pores, and the porosity is 5 to 15 vo.
It is about 1%. The thickness of the alumina layer is 30 to 300 μ
m, usually about 30 to 200 μm. This is because if it is thicker than that, cracks are likely to occur to cause deterioration of withstand voltage, and if it is thinner than that, insulation reliability is lowered. According to the low pressure plasma spraying method, it is possible to obtain a denser film that is thinner than the above.
【0016】前記気孔は、絶縁性を向上させるために絶
縁材で封孔するようにするのが良い。封孔に用いる絶縁
材は、樹脂ではエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が適当で
あるが、この他に、フェノール樹脂、ビニルエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹
脂等があり、無機系では金属アルコキシキレート、低融
点ガラス等があるが、これらに限定されるものではな
い。封孔する絶縁材は、気孔への含浸性の良いことが要
求されるので、低粘度で、浸透性のあるものが選ばれ
る。含浸性をより良くするために、セラミック絶縁層2
をカップリング剤で表面処理しておくのが良い。含浸
は、真空含浸方式で行うことが好ましく、スプレー法、
ディッピング法、はけ塗りやローラー塗り等の塗布法、
ドクターブレード法、カーテンコータ法等によることが
できる。真空含浸方式では、セラミック絶縁層2の気孔
の空気が真空下で取り除かれる。同時に加熱により付着
水を除去し追い出すことは有用である。絶縁材は、短時
間で十分に含浸される。必要があればBステージ状態
(半硬化)等とするために加熱することもある。The pores are preferably sealed with an insulating material in order to improve the insulating property. Epoxy resin and polyimide resin are suitable for the insulating material used for sealing, but in addition to these, there are phenol resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, fluororesin, etc. Alkoxy chelates, low melting point glass and the like are included, but are not limited thereto. Since the insulating material to be sealed is required to have a good impregnation property into pores, a material having low viscosity and permeability is selected. Ceramic insulating layer 2 for better impregnation
It is good to surface-treat with a coupling agent. Impregnation is preferably performed by a vacuum impregnation method, a spray method,
Dipping method, coating method such as brush coating and roller coating,
A doctor blade method, a curtain coater method or the like can be used. In the vacuum impregnation method, the air in the pores of the ceramic insulating layer 2 is removed under vacuum. At the same time, it is useful to remove adhering water by heating and expel it. The insulating material is fully impregnated in a short time. If necessary, it may be heated to bring it to the B stage state (semi- cured ).
【0017】そして、絶縁材を含浸させる場合は、好ま
しくは、さらに以下のようにして、セラミック絶縁層表
面の含浸絶縁材を除去するようにする。熱伝導性の良い
絶縁性フィラーが十分(例えば、50vol%)に含ま
れた樹脂絶縁材を含浸させた場合は粘度が高すぎて十分
な含浸効果を確保することが出来ない。ただ、十分な含
浸効果を確保するため、熱伝導性の良い絶縁性フィラー
を含有しないか含有量が僅かな場合、絶縁表面に熱伝導
性の良くない層として介在し十分な放熱性の確保を妨げ
る可能性があるため、絶縁層表面における含浸絶縁材を
除去するのである。When the insulating material is impregnated, the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer is preferably removed as follows. When a resin insulating material containing a sufficient amount of insulating filler having good thermal conductivity (for example, 50 vol%) is impregnated, the viscosity is too high to ensure a sufficient impregnation effect. However, in order to ensure a sufficient impregnation effect, if the insulating filler with good thermal conductivity is not contained or the content is small, intervene as a layer with poor thermal conductivity on the insulating surface to ensure sufficient heat dissipation. The impregnated insulating material on the surface of the insulating layer is removed because it may interfere.
【0018】セラミック絶縁層表面における含浸絶縁材
を除去する場合、例えば、図4にみるように、スキージ
21でセラミック絶縁層2の上の余分な含浸(樹脂)絶
縁材20を掻き取り、次に、図5にみるように、含浸絶
縁材20を溶かす溶剤を含むスポンジローラ22でセラ
ミック絶縁層表面の凹部22a内の含浸絶縁材20を溶
かしながら取り除く。その後、圧着前に加熱しセラミッ
ク絶縁層内の含浸絶縁材を必要な程度まで硬化させても
よい。When removing the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer, for example, as shown in FIG. 4, the excess impregnated (resin) insulating material 20 on the ceramic insulating layer 2 is scraped off with a squeegee 21, and then, as shown in FIG. as seen in FIG. 5, removing while melting-containing Hitaze' coaming 20 in the recess 22a of the ceramic insulating layer surface with a sponge roller 22 containing a solvent which dissolves the impregnated insulating material 20. Thereafter, it may be cured to the extent necessary to free Hitaze' coaming of the heated ceramic insulating layer prior to bonding.
【0019】一方、図2(a)にみるうよに、金属基板
1の表面にエポキシ樹脂等による絶縁性の接着用樹脂層
4を形成する。金属基板1としては、耐食性、熱伝導性
の点から上述のアルミ板が好ましいが、用途(機械的強
度、電磁波シールド性等)によっては、メッキ鋼板、ス
テンレス鋼板、クラッド板、銅板、合金板(インバー、
42アロイ等)なども使用可能であり、これら以外であ
っても良い。エポキシ樹脂等の中にアルミナ等の熱伝導
性の良い絶縁性フィラー(金属系フィラーや無機系フィ
ラー)を混入しておくのが、熱放散性をより良くする上
で好ましい。フィラーが50vol%以上充填されてい
ると非常に良い。このような樹脂としては、一般に、金
属基板1との密着力が良いエポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂等を用いることが
できる。塗布方法はスプレー法、はけ塗りやローラー塗
り等による塗布法、ドクターブレード法、カーテンコー
タ法、押出し(ダイコータ)法等を用いることができ
る。樹脂層4の厚みは1〜100μmが好ましく、より
好ましくは1〜30μmである。樹脂層4は、樹脂含浸
シート(プリプレグ)よりも薄い膜になる。形成された
樹脂層をBステージ状態(熱硬化性樹脂の場合)にして
から、セラミック絶縁層の形成された金属箔3の絶縁層
2と、樹脂層の形成された金属基板1の樹脂層4を、図
2(b)にみるように向かい合わせて積層し、プレス等
で熱圧着する。そうすると、図2(c)にみるように、
表面金属絶縁基板が得られる。この場合にはロールトウ
ロールで連続処理をすることもできるが、これらに限定
されない。On the other hand, as shown in FIG. 2A, an insulating adhesive resin layer 4 made of epoxy resin or the like is formed on the surface of the metal substrate 1. As the metal substrate 1, the above-mentioned aluminum plate is preferable from the viewpoint of corrosion resistance and thermal conductivity, but depending on the application (mechanical strength, electromagnetic wave shielding property, etc.), plated steel plate, stainless steel plate, clad plate, copper plate, alloy plate ( Inver,
42 alloy, etc.) can also be used, and other than these may be used. It is preferable to mix an insulating filler having good thermal conductivity (metal-based filler or inorganic filler) such as alumina into epoxy resin or the like in order to improve heat dissipation. It is very good that the filler is filled at 50 vol% or more. As such a resin, in general, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol resin, a butyral resin, or the like, which has good adhesion to the metal substrate 1, can be used. As a coating method, a spray method, a coating method such as brush coating or roller coating, a doctor blade method, a curtain coater method, an extrusion (die coater) method, or the like can be used. The thickness of the resin layer 4 is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 30 μm. The resin layer 4 is a film thinner than the resin-impregnated sheet (prepreg). After the formed resin layer is in the B-stage state (in the case of thermosetting resin), the insulating layer 2 of the metal foil 3 on which the ceramic insulating layer is formed and the resin layer 4 of the metal substrate 1 on which the resin layer is formed. 2 are laminated facing each other as shown in FIG. 2B, and thermocompression bonded by a press or the like. Then, as shown in FIG. 2 (c),
A surface metal insulating substrate is obtained. In this case, roll tow roll may be used for continuous treatment, but the present invention is not limited thereto.
【0020】なお、図3にセラミック絶縁層表面の含浸
絶縁材を除去する場合の一連の工程を纏めて図示する。
まず、図3(a)のように、金属箔3の上にセラミック
絶縁層2を形成し、図3(b)のように、絶縁材を含浸
してから、図3(c)のように、セラミック絶縁層2表
面の絶縁材20を除去する。一方、図3(d)のよう
に、金属基板1の片面に接着用樹脂層4を形成し、図3
(e)のように、セラミック絶縁層2と接着用樹脂層4
を圧着し、図3(f)にみるように、表面金属絶縁基板
を完成する。なお、セラミック絶縁層表面の絶縁材20
を除去せず、図3(b)の状態でそのまま圧着すると絶
縁材20が熱的バリヤ層となる恐れがあるため好ましく
ない。なお、このセラミック絶縁層表面の含浸絶縁材を
圧着前に除去する方法は、金属基板の方に形成されたセ
ラミック絶縁層表面における含浸絶縁材へ適用しても有
効である。A series of steps for removing the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer is shown in FIG.
First, as shown in FIG. 3 (a), the ceramic insulating layer 2 is formed on the metal foil 3, impregnated with an insulating material as shown in FIG. 3 (b), and then as shown in FIG. 3 (c). The insulating material 20 on the surface of the ceramic insulating layer 2 is removed. On the other hand, as shown in FIG. 3D, the adhesive resin layer 4 is formed on one surface of the metal substrate 1,
As shown in (e), the ceramic insulating layer 2 and the adhesive resin layer 4
Is pressure-bonded to complete the surface metal insulating substrate as shown in FIG. The insulating material 20 on the surface of the ceramic insulating layer
The not removed, it is not preferable because the crimp and the insulating material 20 is likely Do that thermally barrier layer in the state of FIG. 3 (b). The method of removing the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer before pressure bonding is also effective when applied to the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer formed on the metal substrate.
【0021】この技術の場合、絶縁層2と樹脂層4の圧
着が真空雰囲気中での熱圧着であることが望ましい。こ
の真空雰囲気中での熱圧着方式は、セラミック絶縁層2
に絶縁材を予め含浸せず、金属基板1の片面に形成され
る樹脂層が熱伝導性の良い絶縁性フィラー入りである場
合に特に有効である。勿論、セラミック絶縁層2に絶縁
材を予め含浸する場合にも適用してもよいし、また、セ
ラミック絶縁層が金属基板側に形成される先の場合に適
用することもできる。In the case of this technique , it is desirable that the insulating layer 2 and the resin layer 4 be bonded by thermocompression in a vacuum atmosphere. The thermocompression bonding method in the vacuum atmosphere is based on the ceramic insulating layer 2
It is particularly effective when the resin layer formed on one surface of the metal substrate 1 does not have been impregnated with the insulating material in advance and contains an insulating filler having good thermal conductivity. Of course, it may be applied to the case where the ceramic insulating layer 2 is impregnated with an insulating material in advance, or may be applied to the case where the ceramic insulating layer is formed on the metal substrate side.
【0022】図2(b)にみるように、絶縁層2と樹脂
層4を重ね合わせ、熱板で軽く押さえた状態で真空プレ
ス内を排気して1〜10Torr程度とする。これにより、
セラミック絶縁層の気孔部分の空気が抜かれる。そし
て、熱板を加熱し接着用樹脂層が再溶融する温度まで上
昇させ、この状態で加圧し、さらに熱板温度を上昇さ
せ、一定時間キープする。接着用樹脂層がフィラーを多
量に含んでいても溶融し空気の抜かれたセラミック絶縁
層内の隅々まで容易に浸透し硬化する。As shown in FIG. 2B, the insulating layer 2 and the resin layer 4 are superposed on each other, and the inside of the vacuum press is evacuated to about 1 to 10 Torr while being lightly pressed by the hot plate. This allows
The air in the pores of the ceramic insulating layer is removed. Then, the hot plate is heated to a temperature at which the adhesive resin layer is re-melted, and pressure is applied in this state, and the hot plate temperature is further raised and kept for a certain period of time. Even if the adhesive resin layer contains a large amount of filler, it melts and easily penetrates into every corner of the deflated ceramic insulating layer to cure.
【0023】得られた表面金属絶縁基板が金属基板/フ
ィラー入り極薄樹脂層/セラミック層/金属箔という熱
膨張係数が徐々に変化する構成である場合は、ヒートサ
イクルテストにおいてもセラミック層にクラックが入る
ということもない。樹脂層の熱膨張率はフィラーの添加
量で適当に調整することが出来る。また、セラミック絶
縁層内に、フィラー入りの樹脂が十分に含浸充填される
ため絶縁性、特に破壊電圧特性は良好である。超音波印
加等の格別のアシスト処置を講じる必要がないため非常
に有用な方法である。この場合、セラミック絶縁層内に
予め絶縁材を含浸しておく必要がない。従って、絶縁層
への絶縁材の含浸工程や絶縁層表面の含浸絶縁剤の除去
工程の省略が可能であり、簡単な設備で安価に製造でき
ることにもなるし、比較的短時間で処理でき材料の無駄
も少ない。When the obtained surface metal insulating substrate has a structure in which the thermal expansion coefficient is gradually changed, that is, metal substrate / filler-containing ultra-thin resin layer / ceramic layer / metal foil, the ceramic layer is cracked even in the heat cycle test. It doesn't mean that The coefficient of thermal expansion of the resin layer can be appropriately adjusted by the amount of filler added. Further, since the resin containing the filler is sufficiently impregnated and filled in the ceramic insulating layer, the insulating property, particularly the breakdown voltage characteristic is good. This is a very useful method because it is not necessary to take special assisting measures such as application of ultrasonic waves. In this case, it is not necessary to impregnate the ceramic insulating layer with the insulating material in advance. Therefore, it is possible to omit the step of impregnating the insulating layer with the insulating material and the step of removing the impregnated insulating agent on the surface of the insulating layer, which makes it possible to manufacture at low cost with simple equipment, and to process in a relatively short time. There is little waste.
【0024】なお、金属箔側にセラミック絶縁層を形成
する場合は、金属基板側にセラミック絶縁層を形成する
場合よりもヒートサイクルテストにおいてセラミック絶
縁層にクラックが入り難く信頼性が高まる傾向がみられ
る。〔発明の具体的説明〕
続いて、この発明にかかる表面金属絶縁基板のうち、ひ
とつのタイプのものの製造工程を、図6に基づいて詳し
く説明する。When the ceramic insulating layer is formed on the metal foil side, cracks are less likely to occur in the ceramic insulating layer in the heat cycle test and reliability tends to be higher than when the ceramic insulating layer is formed on the metal substrate side. To be [Detailed Description of the Invention] Next, among the surface metal insulating substrates according to the present invention,
The manufacturing process of the two types will be described in detail with reference to FIG.
【0025】このタイプでは、2枚の金属材(少なくと
も一方は金属箔である)11、13の片面に、前記と同
様にして溶射によりセラミック絶縁層12、14を形成
しておく。そして、図6(a)にみるように、両金属材
11、13の絶縁層12、14同士を、図6(b)にみ
るように、間に絶縁性の接着材層15を介して、張り合
わせることにより、図6(c)にみるように、表面金属
絶縁基板が得られる。この接着材層は、シートやフィル
ムでも良いし、図示のものに限らず、一方または両方の
セラミック絶縁層表面に一般的な方法で接着材を塗布す
る等して形成するようにしたものでも良い。圧着した時
に、接着材はセラミック層の気孔内に含浸し、それによ
ってセラミック層が封孔される。このタイプのように、
絶縁層同士を接合させる場合は、セラミック同士の接合
になること(同種材料の接合による効果)と、溶射層表
面の凹凸による効果とで、密着性が極めて良い。なお、
接着材層は、気孔を埋めるに適度な量に設定することに
より、両絶縁層間に存在する接着材層厚みが極く薄くな
り、熱放散性を良くすることができる。この場合も、接
着材は有機系、無機系のどちらでも良く、特に限定され
ない。ただし、前記と同様、気孔内への浸透性がよい物
性のものを選ぶようにする。圧着工程は特に限定されな
いが好ましくは真空成形等による接着材が気孔内に含浸
しやすいものが良い。接着材層の材料等の具体的なもの
としては、図1の樹脂層4と同様の材料の樹脂シートや
樹脂フィルムあるいは樹脂塗布層が挙げられる。In this type, ceramic insulating layers 12 and 14 are formed on one surface of two metal materials (at least one of which is a metal foil) 11 and 13 by thermal spraying in the same manner as described above. Then, as shown in FIG. 6A, the insulating layers 12 and 14 of the two metal materials 11 and 13 are sandwiched by an insulating adhesive layer 15 between them as shown in FIG. 6B. By laminating, a surface metal insulating substrate is obtained as shown in FIG. 6 (c). This adhesive layer may be a sheet or a film, and is not limited to the one shown in the figure, and may be formed by applying an adhesive to one or both ceramic insulating layer surfaces by a general method. . When crimped, the adhesive impregnates the pores of the ceramic layer, thereby sealing the ceramic layer. Like this type,
When the insulating layers are joined together, the ceramics are joined together (the effect of joining the same materials) and the effect of the unevenness of the surface of the sprayed layer provides excellent adhesion. In addition,
By setting the amount of the adhesive material layer to an appropriate amount so as to fill the pores, the thickness of the adhesive material layer existing between both insulating layers becomes extremely thin, and heat dissipation can be improved. Also in this case, the adhesive may be organic or inorganic and is not particularly limited. However, similar to the above, it is preferable to select a material having physical properties that allow good penetration into the pores. The pressure-bonding step is not particularly limited, but it is preferable that the pores are easily impregnated with an adhesive material formed by vacuum forming or the like. Specific examples of the material of the adhesive layer include a resin sheet, a resin film or a resin coating layer made of the same material as the resin layer 4 of FIG.
【0026】つぎに、この発明にかかる表面金属絶縁基
板のさらに別タイプのものの製造工程を図7に基づいて
詳しく説明する。このタイプでも、図7(a)にみるよ
うに、2枚の金属材(少なくとも一方は金属箔である)
11、13の片面に、前記と同様にして溶射によりセラ
ミック絶縁層12、14を形成しておく。そして、図7
(b)にみるように、セラミック絶縁層12、14に絶
縁性の接着材(接着性絶縁材)を含浸させる。ついで、
両金属材11、13の絶縁層12、14同士を圧着で張
り合わせることにより、図7(c)にみるように、表面
金属絶縁基板が得られる。接着材は図1の樹脂層4と同
様の樹脂材が例示される。金属材11、13それぞれに
異なる接着材を含浸させるようにしてもよい。含浸方法
は、一般的なスプレー法、はけ塗り法、ローラ塗り法、
ディピング法、ドクターブレード法、カーテンコータ法
等があるが、真空含浸方式が望ましい。Next, the manufacturing process of another type of the surface metal insulating substrate according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. Also in this type, as shown in FIG. 7A, two metal materials (at least one is a metal foil)
Ceramic insulating layers 12 and 14 are formed on one surface of 11 and 13 by thermal spraying in the same manner as described above. And FIG.
As shown in (b), the ceramic insulating layers 12 and 14 are impregnated with an insulating adhesive material (adhesive insulating material). Then,
By bonding the insulating layers 12 and 14 of the two metal materials 11 and 13 to each other by pressure bonding, a surface metal insulating substrate can be obtained as shown in FIG. 7C. As the adhesive material, a resin material similar to the resin layer 4 in FIG. 1 is exemplified. The metal materials 11 and 13 may be impregnated with different adhesives. The impregnation method is a general spray method, brush coating method, roller coating method,
There are dipping method, doctor blade method, curtain coater method, etc., but the vacuum impregnation method is preferable.
【0027】図6、7において、絶縁材を含浸させる場
合は、先に述べたように、セラミック絶縁層表面におけ
る含浸絶縁材を除去するようにすることが好ましい。な
お、セラミック層の付着性を向上させるために、前記セ
ラミック溶射に先立って金属材表面に物理的または化学
的粗面化処理を施しておくことが好ましい。物理的粗面
化処理としてはサンドブラスト法があり、化学的粗面化
処理としてはエッチング法がある。しかし、つぎのよう
な方法も好ましく実施される。In FIGS. 6 and 7, when the insulating material is impregnated, it is preferable to remove the impregnated insulating material on the surface of the ceramic insulating layer, as described above. In order to improve the adhesion of the ceramic layer, it is preferable that the surface of the metal material is subjected to a physical or chemical surface roughening treatment prior to the ceramic spraying. A sandblast method is used as the physical surface roughening treatment, and an etching method is used as the chemical surface roughening treatment. However, the following method is also preferably carried out.
【0028】つまり、金属材表面の粗度が大きすぎる
と、セラミック層接合面がこの影響を受けて凹凸にな
り、ファインなプリント基板を作りにくいという問題が
生じる。以下に述べる方法によれば、セラミックとの密
着力を上げるための金属材表面の粗度を小さくして、し
かも密着力が落ちない。この方法では、金属材表面の表
面積を機械的方法たとえばサンドブラスト等で広げ、つ
ぎに化学的方法たとえばプラズマエッチング等で金属材
表面を活性化して結合力を強めるようにするのである。
これを詳しく述べると、まず、金属材表面を機械的方法
で研磨する。機械的研磨方法としては、例えば、サンド
ブラスト、液体ホーニング等がある。つぎに化学的方法
で研磨する。化学的研磨方法としては、例えば、プラズ
マエッチング、20重量%程度のNaOH液でのエッチ
ング、90重量%程度のリン酸液でのエッチング、クロ
ム酸処理、酸化処理等がある。しかし、機械的方法およ
び化学的方法とも、以上に限定されることはなく、場合
によっては機械的方法か化学的方法のどちらか一方でも
良い。ただし、この場合、表面粗さ(十点平均粗さR
z)が1〜20μmの範囲となるように研磨することが
重要である。That is, if the surface roughness of the metal material is too large, the bonding surface of the ceramic layer is affected by this and becomes uneven, which makes it difficult to form a fine printed board. According to the method described below, the roughness of the surface of the metal material for increasing the adhesion with the ceramic is reduced, and the adhesion does not decrease. In this method, the surface area of the surface of the metal material is expanded by a mechanical method such as sandblasting, and then the surface of the metal material is activated by a chemical method such as plasma etching to strengthen the binding force.
This will be described in detail. First, the surface of the metal material is polished by a mechanical method. Mechanical polishing methods include, for example, sandblasting, liquid honing, and the like. Then, it is polished by a chemical method. Examples of the chemical polishing method include plasma etching, etching with a NaOH solution of about 20% by weight, etching with a phosphoric acid solution of about 90% by weight, chromic acid treatment, and oxidation treatment. However, the mechanical method and the chemical method are not limited to the above. Depending on the case, either the mechanical method or the chemical method may be used. However, in this case, the surface roughness (ten-point average roughness R
It is important to polish so that z) is in the range of 1 to 20 μm.
【0029】参考のために、板厚3mmのアルミニウム板
の表面を♯320のサンドブラスト処理を行い(Rz
4.6μm)、つぎに、その表面にプラズマエッチング
を施したあと、すぐに粒径10〜30μmのアルミナを
用いてプラズマ溶射(溶射条件30kw)で厚さ100
μmのセラミック絶縁層形成した。・・粗面化方法A。
比較のために、方法Aにおいて♯320のサンドブラス
ト処理を、Rz24.6μmの粗さで行い、それ以外は
方法Aと同様にした。・・粗面化方法B。For reference, the surface of an aluminum plate having a thickness of 3 mm was sandblasted with # 320 (Rz
4.6 μm), and then plasma-etching the surface thereof, and immediately using alumina having a particle size of 10 to 30 μm by plasma spraying (spraying condition 30 kw) to a thickness of 100 μm.
A ceramic insulating layer of μm was formed. ..Roughening method A.
For comparison, in Method A, the sandblast treatment of # 320 was performed with a roughness of Rz 24.6 μm, and otherwise the same as in Method A. ..Roughening method B.
【0030】このようにして形成したセラミック絶縁層
の表面粗度を測定すると、以下のようになり、明らかに
差がある。
粗面化方法A 粗面化方法B
中心平均粗さRa 2.9 5.1
十点平均粗さRz 17.0 48.3
最大粗さRmax 23.8 55.2When the surface roughness of the ceramic insulating layer thus formed is measured, it is as follows, and there is a clear difference. Surface roughening method A Surface roughening method B Center average roughness Ra 2.9 5.1 Ten-point average roughness Rz 17.0 48.3 Maximum roughness Rmax 23.8 55.2
【0031】[0031]
【作用】少なくとも一方が金属箔からなり、一方の片面
には溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性のセラミッ
クからなる絶縁層が形成されているとともに他方の片面
には接着用樹脂層が形成されている金属材2枚を、互い
の絶縁層と樹脂層を圧着することにより一体化させるよ
うにすると、熱抵抗が低く、耐電圧が高く、しかも、ピ
ール強度が十分となる。[Action] Even without least one is a metal foil, one of one side are thermal spraying by insulation good good thermal conductivity of the adhesive resin to the other one surface together with the insulating layer of ceramic is formed two metal materials layers are formed, Then, as be integrated by crimping each other of the insulating layer and the resin layer, the heat resistance is low, a high withstand voltage, moreover, the peel strength is sufficient.
【0032】少なくとも一方が金属箔からなり、それぞ
れの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性のセ
ラミックからなる絶縁層が形成されている金属材2枚
を、互いの絶縁層を接着性絶縁材からなる接着層を介し
て圧着し、前記接着性絶縁材を両側の絶縁層に含浸させ
て、接着性絶縁材が含浸された絶縁層同士を接合する
か、少なくとも一方が金属箔からなり、それぞれの片面
に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性のセラミック
からなる絶縁層が形成されているとともに両絶縁層には
それぞれ接着性絶縁材が含浸されている金属材2枚を、
互いの絶縁層を圧着するかにより一体化させるようにす
ると、熱抵抗が低く、耐電圧が高く、しかも、ピール強
度が十分となる。[0032] Even without least one is a metal foil, a metal material 2 Like insulation is an insulating layer is formed of a ceramic of good good thermal conductivity by the respective thermal spraying on one side, another insulating layer crimp through the contact adhesive layer comprising an adhesive insulating material and impregnated with the adhesive insulating material on both sides of the insulating layer
The insulating layers impregnated with the adhesive insulating material are joined together, or at least one of them is made of metal foil, and an insulating layer made of ceramic with good insulation and good thermal conductivity is formed on each side by the thermal spraying method. And two insulating layers are each impregnated with an adhesive insulating material.
Insulate each other by crimping or insulating them .
Then , the thermal resistance is low, the withstand voltage is high, and the peel strength is sufficient.
【0033】また、この発明における表面金属絶縁基板
は、表面に金属箔を有するため、いわゆるサブトラクト
法による加工で簡単かつ安価に回路形成が行えるという
利点がある。Further, since the surface metal insulating substrate of the present invention has the metal foil on the surface, there is an advantage that the circuit can be easily and inexpensively formed by the processing by the so-called subtract method.
【0034】[0034]
【実施例】以下に実施例を述べるが、この発明の範囲は
これに限られない。実施例1〜5は、この発明の技術的
範囲からは外れる参考技術であり、実施例6、7が、こ
の発明の具体的実施例である。EXAMPLES describe real施例below, the scope of the invention is not limited thereto. Examples 1 to 5 are technical examples of the present invention.
This is a reference technique out of the range , and Examples 6 and 7
3 is a specific example of the invention of FIG.
【0035】−実施例1−
金属基板としてアルミ板(厚さ2mm)を用い、プラズマ
溶射でアルミ板上に約70μmのアルミナ層を形成し、
真空含浸(1〜10Torr、約1時間)でエポキシ樹
脂(東都化成)を含浸した。含浸後アルミナ表面の樹脂
をふきとる。銅箔35μm(三井金属)の表面にロール
コータで約10μmの樹脂層を形成し、乾燥してBステ
ージ状態にした。そして、成形プレスで両者を加熱圧着
する。この場合の条件は180℃×80分、40kg/cm2
であった。Example 1 An aluminum plate (thickness: 2 mm) is used as a metal substrate, and an alumina layer of about 70 μm is formed on the aluminum plate by plasma spraying.
The epoxy resin (Toto Kasei) was impregnated by vacuum impregnation (1 to 10 Torr, about 1 hour). After impregnation, wipe off the resin on the alumina surface. A resin layer having a thickness of about 10 μm was formed on the surface of the copper foil 35 μm (Mitsui Metals Co., Ltd.) with a roll coater, and dried to be in a B stage state. Then, both are thermocompression bonded by a molding press. In this case, the conditions are 180 ℃ x 80 minutes, 40kg / cm 2
Met.
【0036】−実施例2−
銅箔表面に塗布するエポキシ樹脂にアルミナフィラー
(粒径0.1〜5μm、昭和電工社製)を85重量%の
割合で混合した。その他は実施例1と同様にした。
−実施例3−
厚さ35μmの銅箔(三井金属社製)に約70μmの厚
さでアルミナをプラズマ溶射し、このセラミック絶縁層
に真空含浸(1〜10Torr、約1時間)でエポキシ
樹脂を含浸した。含浸後アルミナ表面の樹脂をふきと
り、アルミ板(厚さ2mm)にエポキシ樹脂を約10μm
の厚さで塗布し、乾燥してBステージ状態にした。そし
て成形プレスで両者を加熱圧着した。その条件は180
℃×80分、40kg/cm2であった。Example 2-Alumina filler (particle size: 0.1 to 5 μm, manufactured by Showa Denko KK) was mixed with the epoxy resin applied to the surface of the copper foil at a ratio of 85% by weight. Others were the same as in Example 1. -Example 3-Alumina is plasma sprayed to a thickness of about 70 μm on a copper foil (manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) having a thickness of 35 μm, and this ceramic insulating layer is vacuum impregnated (1 to 10 Torr, about 1 hour) with an epoxy resin. Impregnated. After impregnation, wipe off the resin on the surface of the alumina, and put the epoxy resin on the aluminum plate (thickness 2 mm) to about 10 μm.
Was applied and dried to obtain a B-stage state. Then, both were thermocompression bonded by a molding press. The condition is 180
C. × 80 minutes, 40 kg / cm 2 .
【0037】さらに、図4および図5に示すように、ス
キージおよびスポンジローラで含浸樹脂(絶縁材)を除
去するようにして表面金属絶縁基板を得る実施例4を示
す。
−実施例4−
厚さ35μmの銅箔(三井金属社製 3EC)の凹凸面
(マット面)側に10〜30μmのアルミナを用いて
(30kVで)プラズマ溶射を行い、厚み100μmの
セラミック絶縁層を形成した。Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5, Example 4 is shown in which a surface metal insulating substrate is obtained by removing the impregnated resin (insulating material) with a squeegee and a sponge roller. -Example 4-A ceramic insulating layer having a thickness of 100 μm was formed by performing plasma spraying (at 30 kV) on an uneven surface (mat surface) side of a copper foil having a thickness of 35 μm (3EC manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) using 10 to 30 μm of alumina. Was formed.
【0038】セラミック絶縁層に真空含浸(10Tor
r、約10時間)でエポキシ樹脂を含浸した。その後、
100℃、20分乾燥した。樹脂がゲル化された絶縁層
表面の不用の樹脂をスキージで掻き取り、ついで、メチ
ルエチルケトンを含んだスポンジローラで凹部内の樹脂
を取り除いた。その後、180℃で1時間硬化処理し
た。Vacuum impregnation (10 Tor)
r, about 10 hours). afterwards,
It was dried at 100 ° C. for 20 minutes. Unnecessary resin on the surface of the insulating layer where the resin was gelled was scraped off with a squeegee, and then the resin in the recess was removed with a sponge roller containing methyl ethyl ketone. Then, it was cured at 180 ° C. for 1 hour.
【0039】一方、厚み3mmのアルミ板にアルミナフ
ィラー65vol%添加のエポキシ接着材をスクリーン
印刷法により厚み30μmで印刷した。溶剤を飛散させ
てから150℃で20分乾燥させた。セラミック絶縁層
を形成した銅箔と接着材層を塗布したアルミ板をプレス
で熱圧着し表面金属絶縁基板を得た。プレス条件は80
kg/cm2 、180℃、1時間である。なお、この表
面金属絶縁基板の耐電圧は6.34kVであった。ま
た、熱抵抗は0.47℃/Wであった。On the other hand, an epoxy adhesive containing 65 vol% of alumina filler was printed on a 3 mm thick aluminum plate by screen printing to a thickness of 30 μm. After the solvent was scattered, it was dried at 150 ° C. for 20 minutes. A copper foil having a ceramic insulating layer formed thereon and an aluminum plate coated with an adhesive layer were thermocompression bonded by a press to obtain a surface metal insulating substrate. Press condition is 80
kg / cm 2 , 180 ° C., 1 hour. The withstand voltage of this surface metal insulating substrate was 6.34 kV. The thermal resistance was 0.47 ° C / W.
【0040】さらに、圧着を真空雰囲気で行って表面金
属絶縁基板を得るようにした実施例5を示す。
−実施例5−
厚さ35μmの銅箔(三井金属社製 3EC)の凹凸面
(マット面)側に5〜25μmのアルミナを用いてプラ
ズマ溶射を行い、厚み100μmのセラミック絶縁層を
形成した。Further, Example 5 will be shown in which the surface metal insulating substrate is obtained by performing the pressure bonding in a vacuum atmosphere. -Example 5- Plasma spraying was performed by using alumina of 5 to 25 m on the uneven surface (matt surface) side of a copper foil (3EC manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) having a thickness of 35 m to form a ceramic insulating layer having a thickness of 100 m.
【0041】一方、アルミ板(厚み0.5〜3mm程
度)にアルミナフィラー(平均粒径5〜30μm程度)
を50〜75vol%程度添加のペースト状エポキシ接
着材をスクリーン印刷法により厚み10〜20μm程度
で印刷した。印刷後、溶剤を飛散させてから150℃で
3〜5分程度乾燥させBステージ状態とした。セラミッ
ク絶縁層形成面と接着材層形成面を対面させて重ね合わ
せ、真空プレス内にセットした。熱板で軽く押さえた状
態で真空プレス内を1〜10Torr程度に排気し、つ
いで、熱板を加熱し接着材が再溶融する温度150〜1
60℃程度まで上昇させ、この状態で加圧(40〜70
kg/cm2 )し、さらに温度を180℃まで上昇さ
せ、30〜40分キープすることにより接着材を硬化さ
せ一体化して表面金属絶縁基板を得た。On the other hand, an alumina plate (thickness: about 0.5 to 3 mm) and an alumina filler (average particle size: about 5 to 30 μm)
Was added by a screen printing method to a paste-like epoxy adhesive having a thickness of 10 to 20 μm. After printing, the solvent was scattered and then dried at 150 ° C. for about 3 to 5 minutes to obtain a B stage state. The ceramic insulating layer forming surface and the adhesive material layer forming surface were faced to each other and overlapped, and set in a vacuum press. The temperature in the vacuum press is evacuated to about 1 to 10 Torr while being lightly pressed by the hot plate, and then the hot plate is heated to remelt the adhesive at a temperature of 150 to 1
Raise to about 60 ° C and pressurize (40-70
kg / cm 2 ), the temperature was further raised to 180 ° C., and the temperature was kept for 30 to 40 minutes to cure and integrate the adhesive material to obtain a surface metal insulating substrate.
【0042】−比較例1−
銅箔の表面に樹脂を塗布する代りにエポキシ樹脂シート
(厚さ40μm)を貼り付けた。アルミナ溶射層の厚み
を50μmとして、樹脂による封孔を止め、溶射後にア
ルミナ溶射層内の水分を乾燥により除去した後、直ちに
一体化のための成形をした。その他は実施例1と同じで
ある。-Comparative Example 1- Instead of applying the resin on the surface of the copper foil, an epoxy resin sheet (thickness 40 µm) was attached. The thickness of the alumina sprayed layer was set to 50 μm, the sealing with the resin was stopped, the moisture in the alumina sprayed layer was removed by drying after the spraying, and then immediately molding was performed for integration. Others are the same as those in the first embodiment.
【0043】−比較例2−
ガラスエポキシプリプレグ100μm、銅箔35μm、
アルミ板2mmの一体化からなる金属基板(松下電工製)
を比較例とした。性能比較のため、実施例1〜3および
比較例1、2の表面金属絶縁基板の性能を試験した結果
を、表1に示す。-Comparative Example 2-100 μm glass epoxy prepreg, 35 μm copper foil,
Metal board (made by Matsushita Electric Works) that is made of 2mm aluminum plate
Was used as a comparative example. Table 1 shows the results of testing the performances of the surface metal insulating substrates of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 for performance comparison.
【0044】[0044]
【表1】 [Table 1]
【0045】−実施例6−
アルミ板(板厚2mm)の片面にサンドブラストとエッチ
ングにより細かな凹凸をつける。(粗面化)
表面処理したアルミ板と電解銅箔(片面粗面化済)の粗
面化面に各々約40μmのアルミナ層をプラズマ溶射す
る。アルミナの粒径は約1〜10μm。この両者の間に
約15μmエポキシ樹脂のシートをはさんで真空成形機
により熱圧着することにより、表面金属絶縁基板を得
た。条件は、真空1〜5Torr、圧力60kg/cm、温
度180℃×120分間である。-Example 6- One surface of an aluminum plate (thickness: 2 mm) is finely roughened by sandblasting and etching. (Roughening) Alumina layers of about 40 μm each are plasma-sprayed on the roughened surfaces of the surface-treated aluminum plate and the electrolytic copper foil (one side roughened). The particle size of alumina is about 1 to 10 μm. A surface metal insulating substrate was obtained by sandwiching a sheet of about 15 μm epoxy resin between them and thermocompression bonding with a vacuum forming machine. The conditions are a vacuum of 1 to 5 Torr, a pressure of 60 kg / cm, and a temperature of 180 ° C. for 120 minutes.
【0046】−実施例7−
アルミナ層形成後熱硬化性のポリイミド樹脂を真空含浸
し(真空含浸は1〜5Torrで約一時間)、表面の余
分な樹脂をスキージ、ローラで取り除き、Bステージ状
態に乾燥させてから、成形機で圧着させる(条件:40
kg/cm、温度190℃×120分)ようにした他は実施
例1と同じである。-Example 7-After forming an alumina layer, thermosetting polyimide resin was vacuum impregnated (vacuum impregnation was about 1 to 5 Torr for about 1 hour), excess resin on the surface was removed with a squeegee and a roller, and a B-stage condition was obtained. And then press-bond with a molding machine (condition: 40
(kg / cm, temperature 190 ° C. × 120 minutes), the same as Example 1.
【0047】−比較例3−
電解銅箔の方だけに約80μmアルミナ層をプラズマ溶
射し実施例3と同様の方法で真空含浸し、表面の余分な
樹脂を取り除き、アルミ板に圧着させた他は、実施例4
と同様にした。
−比較例4−
ガラスエポキシプリプレグ60μmを間に入れて圧着さ
せた。それ以外は比較例3と同じ。-Comparative Example 3-Alumina layer of about 80 µm was plasma sprayed only on the electrolytic copper foil, vacuum impregnated in the same manner as in Example 3, excess resin on the surface was removed, and the aluminum plate was pressure-bonded. Example 4
Same as. -Comparative Example 4- 60 μm of glass epoxy prepreg was put in between and pressure-bonded. Otherwise the same as Comparative Example 3.
【0048】評価結果を表2に示す。評価項目は耐電
圧、熱抵抗、ピール強度で測定方法は、JISに準じ
る。The evaluation results are shown in Table 2. The evaluation items are withstand voltage, heat resistance, and peel strength, and the measuring method conforms to JIS.
【0049】[0049]
【表2】 [Table 2]
【0050】表1、2のデータから、実施例の表面金属
絶縁基板は、熱抵抗特性、耐圧特性およびピール強度の
いずれの点でも十分に満足のできるものとなっているこ
とがよく分かる。From the data in Tables 1 and 2, it is clear that the surface metal insulating substrates of the examples are sufficiently satisfactory in terms of thermal resistance characteristics, pressure resistance characteristics and peel strength.
【0051】[0051]
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されるた
め、従来の金属基板では得られなかった高度の熱放散性
を有し、しかも絶縁性にすぐれ、密着力も良好な金属基
板を提供することができる。この発明にかかる表面金属
絶縁基板の製造方法では、両金属材の少なくとも一方に
金属箔を用いているので、従来のごとく、後でペースト
塗布、めっきなど煩雑な工程を経て、金属箔を張ったり
する必要がない。そのため、容易に安価に表面金属絶縁
基板を製造できる。そして、その熱放散性は、セラミッ
ク溶射層単体と同程度のものとなる。Since the present invention is constructed as described above, it provides a metal substrate having a high degree of heat dissipation, which is not obtained by the conventional metal substrate, and which is excellent in insulating property and has good adhesion. can do. In the method for producing a surface metal insulating substrate according to the present invention, since the metal foil is used for at least one of both metal materials, as in the conventional method, the metal foil may be stretched through complicated steps such as paste application and plating later. You don't have to. Therefore, the surface metal insulating substrate can be easily manufactured at low cost. And, the heat dissipation property thereof is comparable to that of the ceramic sprayed layer alone.
【図1】表面金属絶縁基板の製造工程の一例を説明する
概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of a surface metal insulating substrate .
【図2】別の例を説明する概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating another example.
【図3】別の例を説明する概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating another example.
【図4】絶縁層表面の含浸絶縁材の除去工程を説明する
概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of removing the impregnated insulating material on the surface of the insulating layer.
【図5】絶縁層表面の含浸絶縁材の除去工程を説明する
概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of removing the impregnated insulating material on the surface of the insulating layer.
【図6】本発明の実施形態となる製造工程の一例を説明
する概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view explaining an example of a manufacturing process according to an embodiment of the present invention .
【図7】別の実施形態となる製造工程の一例を説明する
概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process according to another embodiment .
【符号の説明】 1、11 金属基板 2、12、14 セラミック絶縁層 3、13 金属箔 4 接着用樹脂層 15 接着材層[Explanation of symbols] 1, 11 Metal substrate 2, 12, 14 Ceramic insulation layer 3,13 Metal foil 4 Adhesive resin layer 15 Adhesive layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−50985(JP,A) 特開 平1−157589(JP,A) 特開 平3−214793(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 17/56 - 17/66,19/00 H05K 1/05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-60-50985 (JP, A) JP-A-1-157589 (JP, A) JP-A-3-214793 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01B 17/56-17 / 66,19 / 00 H05K 1/05
Claims (2)
ぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性の
セラミックからなる絶縁層が形成されている金属材2枚
を、互いの絶縁層を接着性絶縁材からなる接着層を介し
て圧着し、前記接着性絶縁材を両側の絶縁層に含浸させ
て、接着性絶縁材が含浸された絶縁層同士を接合するこ
とにより、一体化させる表面金属絶縁基板の製造方法。1. Two metal materials, at least one of which is made of a metal foil, and one surface of which is provided with an insulating layer of ceramic having good insulation and good thermal conductivity by thermal spraying. crimp through an adhesive layer comprising an adhesive insulating material and impregnated with the adhesive insulating material on both sides of the insulating layer
And a method for manufacturing a surface metal insulating substrate in which the insulating layers impregnated with the adhesive insulating material are joined together to be integrated.
ぞれの片面に溶射法により絶縁性が良好で良熱伝導性の
セラミックからなる絶縁層が形成されているとともに両
絶縁層にはそれぞれ接着性絶縁材が含浸されている金属
材2枚を、互いの絶縁層を圧着することにより一体化さ
せる表面金属絶縁基板の製造方法。2. At least one of them is made of metal foil, and an insulating layer made of ceramic having good insulation and good thermal conductivity is formed on one surface of each by a thermal spraying method, and both insulating layers are made of adhesive insulation. A method for manufacturing a surface metal insulating substrate, wherein two metal materials impregnated with a material are integrated by pressure bonding their insulating layers.
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