JPS62198197A - 高熱伝導性回路板 - 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〕 この発明は、半導体素子や抵抗素子などの発熱量の多い
各種素子を搭載する高熱伝導性回路板に関するもので、
特に基板と導体間に介在する絶縁層に係るものである。

〔従来の技術〕

高熱伝導性回路板の絶縁層は、高い接Ｍ９性を示す反面
、熱伝導率の低い有機質高分子と電気絶縁性に優れ、高
い熱伝導率を有するセラミックスの混合物である。基板
上に搭載された素子より発生する熱はその大部分が有機
質高分子の５０〜３００倍の熱伝導率’ｋＷするセラミ
ックスを通じて基板へ伝達される。従って高熱伝導をＭ
するセラミックスはできる限り連続性を呈する形態にな
るように有機質高分子中に分散させることが好ましく、
そのために大きさとその分布および充填率を高度に調整
している。なかでも、高熱伝導性の粒子状と繊維状のセ
ラミックスを複合して有機質高分子中に分散したことに
より得られる絶縁層は単一の形状を有するセラミックス
を充填したものに比べて高い充填率を得やすく、繊維状
で高い熱伝導を呈するセラミックスとしてアルミナが最
も用いやすい。アルミナ繊維は結合剤を分散させたスラ
リー状水溶液にして抄紙すればシート状のアルミナペー
パになる。これに高熱伝導性セラミックス微粒子を均一
分散させた有機質高分子を用いてプリプレグシートなど
のように予備的に複合化させたものを用いて導体および
基板と共に加熱圧縮成形すれば高熱伝導性回路板の絶縁
層となる。従ってこの絶縁層には充填材として愼維状の
あるアルミナと微粒子状のアルミナや窒化ボロン等の高
熱伝導性セラミックスが厚さ方向および面方向とも均一
に分散された状態になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の絶縁層は以上のように構成されておシ、有機質高
分子中に高濃度の高熱伝導性セラミックスが均一に分散
されていると、変形や応力負荷を受けやすい導体層と十
分に接着するうえで必要なＭ機質高分子の量を確保でき
なくなる。このため、例えば特開昭５８−１５２９０号
公報で示されるような特別な処理を施さない限シロ０〜
８０％を限度としてＪ　Ｉ　Ｓ　、　Ｃ−６４８１のビ
ール強度で代表される接着強度の低下が大きくなる。ま
た高熱伝導性セラミックスを有機質高分子を用いて接着
し友ものを絶縁層として用いるには、高熱伝導性セラミ
ックスとＭ機質高分子の配合比を最適化する必要がある
。また、高い熱伝導率を有する回路板を得るには、高熱
伝導性のセラミックスを多く含むことが必要である。し
かし、絶縁層が高、い接着強度を肩する回路板を得るた
めには、有機質高分子を所定量以上、高熱伝導性セラミ
ックスを所定量以下の含有率、にする必要がある。例え
ば実公昭４６−２５７５６号公報では６０重量％以下、
特開昭５６−６２３８８号公報では６０〜８０重量％に
限定して有機質高分子中に高熱伝導性セラミックスを含
有した絶縁層を有する回路板を提案している。このよう
に従来の高熱伝導性回路板の絶縁層は高熱伝導性セラミ
ックスを均一に分散させているので、その充填率に限界
点を肩しておシ、回路板自体の熱伝導率の向上に大きな
支障をき九していた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、有機質高分子中に高濃度の高熱伝導性セラミ
ックスを含有しても導体との接着性を低下させることの
ない絶縁層を有する高熱伝導性回路板を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る高熱伝導性回路板は、絶縁層が有機質高
分子中にアルミナペーパゼと高熱伝導性セラミックス微
粒子を充填材として用いて高い熱伝導率を確保し、高熱
伝導性セラミックス微粒子の分散を導体側に低く、基板
側に高い＠度を有するようにしたものである。

〔作　用〕

この発明における高熱伝導性回路板は、絶縁層が有機質
高分子中の充填材の分布が基板に近い部分ではアルミナ
繊維間に高熱伝導性セラミックス微粒子が入り込んで極
めて高い充填率を有する。

コレニ対して導体に近い部分の絶縁層にはセラミックス
微粒子を殆んど含■せずにアルミナベ−・ぞのみを含む
有機質高分子とするものである。ただし、ここで用いら
れるアルミナペーパは使用するアルミナ繊維の直径が５
０μｍ以上であると、抄紙によシ得られたペーパの厚さ
が数ミリから十数ミリとなシ、必要とする絶縁層の厚さ
く６０〜１０００μｍ程度）ｔ−得るのに不都合であり
好ましくない。

また、繊維長が繊維径の１０倍以下であると、絶縁層の
形成、例えばプリプレグシートの作成や加熱圧縮成形の
樹脂流れに対して耐えうる強度のものが得られないため
好ましくない。なお、結合剤として用いるミクロフィブ
リル化したＭ機繊維は他の結合剤、例えばｚｅルプや有
機質高分子などに比べて必要とする結合量を得るのには
るかに少ない量で済むので絶縁層のマトリックスとなる
Ｍ機質高分子の含浸を容易にするためこの発明には欠く
ことができないものである。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

絶縁層を形成するのに適した有機質高分子に高熱伝導性
セラミックス、例えばアルミナ、窒化セロンなどの微粒
子を混会する。粒子径はアルミナペ−パのアルミナ繊維
間最大距離である３０μｍ以下であることが好ましい。

これを基板である鉄やアルミの板の上に塗布した後、ア
ルミナペーパぞおよび導体である銅やアルミの箔を重ね
合せて加熱圧縮成形することにより、高熱伝導性回路板
用積層板を得ることができる。この積層板の絶縁層の任
意の厚さ方向の位置（ｔａ−ｔｌ）間）における充填材
含有率（Ｃａ）は次のようにして求められる。基板側よ
り適当な厚さを削り取った残りの部分（厚さがｔａ）に
つ騒て熱重量分析計を用いて８００℃で３０分間加熱し
た時の残量より充填材含有率（ｃａ）を求める。同様の
動作にて削り取った址の異なる厚さがｔｂの部分におけ
る充填材含有率（ｃｂ）を求める。これらの測定結果を
用いて下記の式より　Ｃａを求めることができる。

（ｔａ　　ｔｂ） ここで、Ｗａは厚さがｔａの部分の単位画績尚シの重量
であり、靜は厚さがｔｂの部分の単位面積当りの重量で
ある。このＣａを厚さ方向の各位置（各層）について求
めれば、充填材の濃度分布を求めることができる。上記
の方法を用いて求めたこの発明による高熱伝導性回路板
の絶縁層には、基板側に高く導体側に低い充填材の濃度
分布があった。以下にこの発明の詳細な説明する。

〈実施例Ｉ〉 有機質高分子であるビスフェノールＡ形成状エポキシ樹
脂と高熱伝導性セラミックスでめるアルミナ微粒子（２
，〜８μｍ、平均粒径４μｍ）００〜７０重量％の範囲
で充填率を変えた混合物を各々２．０■厚のアルミ板に
１４０μｍの厚さで均一に塗布する。これに坪量が１．
０５　ｆ／ｄｙｅであるアルミナペーパゼと３５細厚の
銅箔を重ねて３０　Ｋ９／？、１６０℃で６０分間加熱
圧縮成形することにより積層板を形成した。上記のよう
にして得た積層板の各々について、ＪＩＳ、Ｃ−６４８
１に基くビール強度を測定し、第２図にその結果を示し
た。また０重量チおよび３０重ｔチのアルミナ微粒子を
含むエポキシ樹脂を用い定積層板の絶縁層について厚さ
方向の充填材濃度分布を第１図に示した。さらにＪＩＳ
、Ｃ−６４８１に基〈耐電圧と熱伝導率を全平均充填材
含有率が８１重量−のものについて後記の表工に示した
。

＜ｊｌ！施例■〉 有機質高分子としてフェノール硬化形エポキシ柄ｌ旨の
メチルエチルケトン溶敵に窒化ゲロン（５〜１５μ哨、
平均粒径１２μｍ）ｋ固形分相装置で２０３［皺チ混合
したちのｔ　２．０１１１１１厚のアルミ板上に１８０
μｍ塗布したのち、１０〜５０　ＴｏｒｒのＸ空中８０
℃で５〜２０分間乾燥させた。この上に坪量が０．８０
　ｔ／ｌｈ／のアルミナペーパと３５μｍ厚の銅箔ｔ−
重ね合せて４０Ｖ−１１７０℃で６０分間加熱王権成形
を行ない積層板を得た。この積層板について全平均充填
材含有率とビール強度、耐電圧および熱伝２４率を測定
し、表■に示し几。

く比較ガニ〉 上記実施ガニで用いたビスフェノールＡ形エポキシ佃脂
とアルミナ微粒子の混合物に各々メチルエチルケトンを
添加し、液粘度を約１２００ｃｐに調整した樹脂液を作
る。この樹脂液に坪量が１．０５ｆ／ｄｓｒ？　のアル
ミナペーパ々を浸漬したのち、１０〜５０　Ｔｏｒｒの
真空中でメチルエチルケトンを除去して樹脂含浸シート
を作る。これを２．０瓢厚のアルミ板と３５＃ｉの銅箔
との積層および実施例Ｉと同一条件による加熱圧縮成形
によυ積層板を得る。

このようにして得られた積）ｊ板の各々について全平均
充填材含有率とビール強度を測定し、その関係を第２図
に示した。さらに全平均充填材含有率が８１重量％のも
のについて耐電圧と熱伝導率を測定し表■に示した。

く比較例■〉 実施例■と同じ材料を用いてアルミナペーパ・エポキシ
樹脂プリプレグシートを作成し、これを用いて２．０　
ｔｍ厚のアルミ板と３５μｍ銅箔と共に積層し、実施例
Ｉと同一条件で加熱圧縮成形を行ない積層板を得た。こ
の積層板について絶縁層の全平均充填材含有率、ビール
強度、耐電圧、熱伝導率を測定し表Ｉに示した。

上記の各積層板の成形においてアルミナペーパに有機質
高分子と高熱伝導性セラミックス微粒子の混合物を含浸
して予め複合化したシート状物質（例えばプリプレグシ
ート）を用いて絶縁層を形成すると、加熱圧縮成形する
時点で基板および導体との界面間に残存する空気が肩機
質高分子の溶融による密着に伴ない系外へ放出されにく
くなシ内部に残存する。ガスの残存によシ生じ之泡を含
む絶縁層は耐１圧が劣るようになる。これに対してこの
発明によると基板側に塗布した有機質高分子と高熱伝導
性セラミックスの混合物が加熱圧縮されると、流動性に
優れた有機質高分子が同−間隙内に設けられたアルミナ
ペーパ内に浸透していくため系内に残存する空気等のガ
スの排出が容易である。このため、できた絶縁層には泡
の残存が殆んどなく、優れた耐電圧を有することが表Ｉ
よシ解る。

表　　　１ また、第１図に示した充填材濃度分布よシ解るように導
体層と接する絶縁層部分には高熱伝導性セラミックスの
微粒子が基板側に残存して導体との濡れ性と接着性に優
れた有機質高分子とアルミナペーパの複合体になってい
るので表■に示したような優れ良接着性が得られる。し
たがって絶縁層と導体との接着性において第２図に示し
た実施例■と比較例■の比較よシ解るように絶縁層にお
けるアルミナや窒化ボロンなどの高熱伝導性のセラミッ
クスの含有率を上げたとしてもこの発明によればそれら
高熱伝導性セラミックスのａ度分布によシ、導体との妥
触部に接！！Ｉ１．に優れｔＭ有機質高分子多く付与す
るようにすれば接着強度の低下が起りにくい。

なお、実施例では有機質高分子としてエポキシ樹脂を用
いたが、マレイミド樹脂などの他の熱硬化性樹脂は勿論
、芳香族ポリエステルやポリアミドイミドなどの熱可塑
性樹脂を用いても上記実施例と同様の作用が得られる。

ただし、熱可塑性樹脂を用いる場合には一般に粘度の高
いものが多いので、分解に至らない充分に高い温度で徐
々に加工して樹脂の流動抵抗によるアルミナペーパの紙
切れを生じさせないようにすることが必要である。

〔発明の効果〕

以上説明し友ようにこの発明によれば、絶縁層内に充填
材の濃度分布をつけてＶＦＩＩ賞高分賞金分子含む４体
との接触部を設けｔことにニジ、優れた接Ｎ注を有する
高熱伝導性回路板の絶縁層を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における高熱伝導性回路板
の絶縁層の厚さ方向の各部位における充填材濃度の図、
第２図は充填材濃度と接着強度の関係図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と導体間に介在する高熱伝導性絶縁層がアル
   ミナペーパと高熱伝導性セラミックス微粒子が充填され
   た有機質分子により構成されていることを特徴とする高
   熱伝導性回路板。
2. （２）高熱伝導性セラミックス微粒子の有機質高分子中
   濃度が基板側に高く、導体側に低い濃度勾配を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性
   回路板。
3. （３）アルミナペーパが５０μｍ以下の繊維径で、繊維
   長と繊維径の比が１０以上であるアルミナ短繊維をミク
   ロフイブリル化した有機繊維を結合剤として用いて抄紙
   によつて得たものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高熱伝導性回路板。