专利名称：金属基电路板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种散热性优异且即便在高温下电绝缘性、电可靠性也比较高的金属基电路板及其制造方法。
背景技术：
在装载半导体用的电路板中，经常存在小型化、高密度组装化及高性能化的要求，由于装载于电路板的半导体元件的小型化技术的改良，这样的电路板正逐年变得小型化。但是，伴随装载于电路板的半导体元件的小型化、高性能化、大功率化的进展，如何释放半导体元件所产生的热正就成为一个很大的问题，尤其是要求提高在高温环境下所使用的电路板的散热性。对于上述在高温环境下使用的电路板，主要使用有陶瓷基电路板。该陶瓷基电路板为一种将由氧化铝或氮化铝组成的基板作为支承基板使用，使用敷金属(metallization)技术，在该支承基板的表面，层叠出形成电路用的导电箔的电路板。该陶瓷基电路板在高温环境下的耐久性良好，但存在难以制作大尺寸的制品的问题。并且，该陶瓷基电路板由于陶瓷基板自身比较脆，因此不能用于车载用电子制品上用的电子部件等在振动强烈的状况下所使用的制品中，另外，也存在材料价格极高、难以降低制品价格的问题。另一方面，以变压器等电源领域为中心，为了使散热性优异，采用金属基电路板。对于金属基电路板而言，需要在金属板上形成绝缘层，并在该绝缘层上层叠出形成电路用的导电箔。因此，连接于电路的半导体元件所产生的热，经由构成绝缘层的树脂材料传导至金属基板，从金属基板进行散热。但是，构成绝缘层的树脂由于导热率低，因此金属基电路板的散热会不充分。由此，现状是，会出现不能将金属基电路板用于置于高温环境下的电子部件中的情况，期待价格低廉的金属基电路板的散热性得到提高。因此，目前正在进行各种努力，以提高金属基电路板的绝缘层的导热率。例如，尝试通过使树脂成分含有球状且粒度分布广泛的无机填料65 85体积％，使得向绝缘树脂层最密集地填充无机填料，由于导热率高的无机填料彼此在树脂层中接触，从而提高散热性(例如，专利文献1)。通过该尝试可以谋求提高无机填料的填充性，使导热率上升，但无机填料粒子彼此的接触面积小，实现的导热率为5W/mK，并不充分。另外，由于绝缘层中树脂所占的成分量变少，树脂层变脆，又催生了得到的金属基电路板的绝缘层的机械强度不充分的新问题。通常，要提高绝缘层的导热率，必须成为无机填充剂粒子彼此接触的状态。因此，考虑到提高绝缘层的导热率，必须增加配合量至无机填料接近最密集地填充的构造的状态。正是由于无机填充剂的配合量所增加的量，造成构成绝缘层的树脂成分量减少。其结果，绝缘层与金属基板或者导电箔的粘接性大幅降低。另外，由于树脂成分量减少，也会产生绝缘层变脆的问题。该问题在使用热固性环氧树脂等热固性树脂作为树脂成分的情况下变得显著。由于这样的绝缘层极脆，因此在对具有这样的绝缘层的金属基电路板进行截断加工时，容易产生绝缘层的碎屑。所产生的碎屑会使加工上的问题变多，如产生的碎屑作为粒子污染基板、或在冲压时载置于基板上的粒子以凹痕形式损伤基板等。另外，作为现有技术，公开了使用导热率高的氮化硼、金钢石、氧化铍作为无机填充剂、使用环氧树脂作为树脂成分的金属基电路板(专利文献2)。但是，如上所述，即便最密集地填充导热率高的无机填充剂，无机填充剂彼此的接触面积的提高也极少，大部分的热通过树脂层。但是，由于树脂的导热率低，热被树脂层遮挡。即便为专利文献2公开的构成，树脂成分也为导热率低的非晶性的环氧树脂，由于该树脂层热的传导被切断，绝缘层整体的导热率再高也为12. 4W/mK。另外，作为现有技术，公开有使用双马来酰亚胺三嗪(BT树脂)或聚苯醚的任一者作为树脂成分，使用氧化铝或氮化铝作为无机填充剂的构成(专利文献3)。即便选择BT树脂之类的刚性的树脂，由于树脂也为非晶性，因此如上所述那样， 树脂成分仍然妨碍传热路径，得到的绝缘层的导热率再高也为7. 5ff/mK左右。另外，作为现有技术，公开有具有下述绝缘层的电子部件基板，所述绝缘层使用显示出各向异性的、可以熔融形成的热致液晶聚酯作为树脂成分，使用导热率在300° k为 10ff/mK以上的填充剂作为填充剂(专利文献4)。在该技术中，由于向熔融树脂中配合了无机填充剂，树脂的熔融粘度变得极高，所以不能提升无机填充剂的配合量，因此就不能提升绝缘层的导热率。并且，即便在挤压成形时，由于树脂的粘度高，也不能形成出100 200 μ m左右的薄膜。金属基体基板的绝缘层的厚度优选为50 200 μ m,因此，专利文献4中记载的材料完全不能适用于金属基电路板的绝缘层。如专利文献4的实施例1中所公开的那样，对于液晶聚酯，氧化铝的配合量比较少，为35容量％，挤压厚度比较厚，为0. 4mm，导热率的值比较低，为1. 5W/mK，该问题可以从中得到确认。另外，将显示各向异性的液晶聚酯进行挤压成形时，聚合物在挤压方向上取向，因此，导热率也在长度方向变高，在厚度方向变低。在金属基电路板中，在电路中产生的热以从绝缘层上的电路层纵向(厚度方向)横穿绝缘层的方式朝金属基板流动，所以优选绝缘层在其厚度方向的导热率较高。但是，在该专利文献4的构成中，绝缘层的厚度方向的导热率变低，因此，金属基电路板的散热性必然不充分。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平5-167212号公报专利文献2 日本特开平7-320538号公报专利文献3 日本特开平6-188530号公报专利文献4 日本特公平6_0拟893号公报
发明内容
发明要解决的课题本发明是鉴于所述现有的实际情况而研发的，其课题在于提供一种可适用于变压器或需要高散热性的用途、具有高导热率，并且热稳定性及电可靠性高的金属基电路板。另外，陶瓷基电路板具有耐热性优异的优点，但是也存在难以制作大型基板且耐冲击弱的缺点，对此，本发明的课题还在于提供一种不具有上述缺点且可以用于与陶瓷基电路板相同的用途领域的、兼备耐热性、绝缘性和可靠性的金属基电路板。关于本发明的金属基电路板的用途，可以用于汽车用途的基板，可以例示有电动转向控制单元、LED上升显示器、自动变速机、ABS模块、发动机控制控制单元、LED仪表盘。作为其它用途，也可以用于LED照明器具、LED显示板的背照灯等的基板或电梯、火车等动力系基板。解决课题的手段为了解决上述课题，本发明的金属基电路板为具有金属基板、层叠于该金属基板上的绝缘层和层叠于该绝缘层上的形成电路用的导电箔而成，其特征在于，所述金属基板的导热率为60W/mK以上，厚度为0. 2 5. 0mm，所述绝缘层使用绝缘材料组合物形成，所述绝缘材料组合物为向非各向异性的液晶聚酯溶液中，分散热导热率为30W/mK以上的无机填充剂而成。所述构成中，优选构成绝缘层的绝缘材料的导热率为6 30W/mK。另外，本发明的金属基电路板的制造方法为上述本发明的金属基电路板的制造方法，其特征在于，具有以下工序绝缘涂膜形成工序，在导热率60W/mK以上且厚度0. 2 5. Omm的金属基板的表面涂布包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物，形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序，干燥所述绝缘涂膜，形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对所述绝缘材料层进行热处理，使分子量增加而得到绝缘层；层叠工序，在形成于所述金属基板的表面的所述绝缘层的露出面上密合所述导电箔，构成在所述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，在所述层叠工序后，通过加热所述绝缘层，进行绝缘层、与所述金属基板及导电箔的粘接。所述本发明的金属基电路板的制造方法的其它构成的特征在于，具备以下工序绝缘涂膜形成工序，在导电箔的表面涂布包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物，形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序，干燥所述绝缘涂膜，形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对所述绝缘材料层进行热处理，使分子量增加，得到绝缘层；层叠工序，在所述金属基板的表面密合形成于所述导电箔的表面的所述绝缘层的露出面，构成在所述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，在所述层叠工序后，通过加热所述绝缘层，进行绝缘层与所述金属基板及导电箔的粘接。发明效果根据本发明的金属基电路板，由于作为构成绝缘层的绝缘材料，将导热率高的液晶聚合物用作母体材料(母材)，因此，可以大幅提高将来自导电箔的热传导至金属基板的绝缘层的导热率，能够最大限地利用金属基板具有的高散热性。另外，根据本发明的金属基电路板的制造方法，使用液晶聚酯溶液，该液晶聚合物溶液可以容易地配合大量的无机填充剂，因此，可以在树脂成分中均等地分散期望量的无机填充剂，其结果，可以得到高导热率的制品。进而，根据本发明，构成绝缘层的母材的树脂成分自身的导热率较高，因此，即便减少无机填充剂的配合量，绝缘层的导热率也维持在较高的状态，其结果，可以同时实现提高绝缘层的导热性和确保绝缘层的绝缘性及机械强度。因此，通过本发明得到的制品具有高散热性，同时机械强度优异，因此，也可以应对切断加工或冲压加工，可以廉价地得到，可以适用于包括以陶瓷基电路板为主力的领域的广大领域中。
具体实施例方式如上所述，本发明的金属基电路板大体具有3种构成要素，S卩，具有金属基板、层叠于该金属基板上的绝缘层和层叠于该绝缘层上的形成电路用的导电箔。以下，依次对这些构成要素进行详细说明。(金属基板)作为本发明中使用的金属基板，可以使用导热率60W/mK以上的金属板。作为构成这种金属基板的金属材料，可以举出铝、铝合金、铁、铜、不锈钢或者它们的合金、复合化有导热率高的碳的改性铝等。该金属基板的厚度优选设为0. 2 5mm。(导电箔)作为用于本发明的金属基电路板的导电箔，优选铜箔、铝箔，其厚度优选设为 10 400 μ Hio(绝缘层)绝缘层如下得到将后述的特定的绝缘材料组合物涂敷在导电箔或金属基板的一个表面(粘接面)上，将该涂膜干燥后，对通过干燥得到的绝缘材料层进行热处理，构成绝缘材料层的树脂成分的分子量通过热处理而增加。对于没有形成所述涂膜的另一方的导电箔或金属基板的层叠，在通过所述热处理形成绝缘层后进行。另外，用于本发明的绝缘层可以使用膜状的以另外构件体的形式形成的绝缘层。 此时，在导电箔与金属基板之间配置膜状的绝缘层，通过加热该层叠体实现该绝缘层与导电箔及金属基板的粘接。关于热处理，优选在温度250 350°C下进行1小时 10小时。另外，在上述热粘接时，优选将层叠体在厚度方向进行加压。(绝缘材料组合物)用于形成上述绝缘层的绝缘材料组合物由非各向异性液晶聚酯溶液和导热率 30ff/mK以上的无机填充剂构成。非各向异性聚酯溶液为将液晶聚酯溶解于溶剂，并根据必要配合其它的添加剂而成的聚合物溶液。(液晶聚酯)本发明中使用的液晶聚酯在熔融时显示光学各向异性，在450°C以下的温度下形成各向异性熔融体。形成该各向异性熔融体的液晶聚酯具有下述通式(1)所示的结构单元、下述通式 (2)所示的结构单元和下述通式(3)所示的结构单元。-O-Ar1-CO- (1)-CO-Ar2-CO- (2)-X-Ar3-Y- (3)(式(1)中的Ar1为亚苯基或亚萘基，式O)中的Ar2为亚苯基、亚萘基或下述式 ⑷所示的基团，式⑶中的Ar3为亚苯基或下述式(4)所示的基团，X及Y表示0或NH， X和Y可以为相同的构成。另外，键合于ΑΛΑι·2及Ar3的芳香环上的氢原子可以被卤素原子、烷基或芳基取代。)
-Ar11-Z-Ar12- (4)(式⑷中，Ar11及Ar12分别独立地表示亚苯基或亚萘基。Z表示0、CO或S02。)上述通式(1) (3)所示的各结构单元的配合比率相对于总结构单元的合计，优选通式(1)所示的结构单元为30.0 45.0摩尔％、通式(2)所示的结构单元为27. 5 35. 0摩尔％、通式(3)所示的结构单元为27. 5 35. 0摩尔％。另外，本发明中使用的液晶聚酯优选为相对于总构成单元含有27. 5 35. 0摩尔％的构成单元(a)的聚合物，这里所述构成单元(a)是选自来自芳香族二胺的构成单元及来自具有羟基的芳香族胺的构成单元中的至少一种。特别是作为上述通式(3)所示的构成单元，具有上述构成单元(a)时，有更良好地得到上述的效果即“在熔融时显示光学各向异性，在450°C以下的温度下形成各向异性熔融体”的效果的趋势。通式(1)所示的结构单元为来自芳香族羟基羧酸的结构单元，通式(2)所示的结构单元为来自芳香族二羧酸的结构单元，通式(3)所示的结构单元为来自芳香族二胺或具有酚性羟基的芳香族胺的结构单元。将对这样的结构单元(1) (3)分别进行衍生的化合物用作单体，通过聚合这些单体，可以得到用于本发明的液晶聚酯。另外，从得到用于本发明的芳香族液晶聚酯的聚合反应容易进行的观点出发，可以代替上述的单体而使用它们的酯形成性衍生物或酰胺形成性衍生物。作为上述羧酸的酯形成性、酰胺形成性衍生物，例如可以举有羧基变成促进生成聚酯或聚酰胺的反应之类的酰氯化物、酸酐等反应活性高的衍生物的化合物；能通过酯交换·酰胺交换反应生成聚酯或聚酰胺之类的、羧基与醇类或乙二醇等形成酯的化合物等。另外，作为上述酚性羟基的酯形成性、酰胺形成性衍生物，例如可以举出通过酯交换反应生成聚酯或聚酰胺那样的、酚性羟基与羧酸类形成酯的化合物等。另外，作为上述氨基的酰胺形成性衍生物，例如可以举出如通过酰胺交换反应生成聚酰胺那样的、氨基与羧酸类形成酯的化合物等。作为上述通式(1) (3)所示的结构单元，具体而言，可以例示下述的结构单元， 但并不限定于此。作为通式(1)所示的结构单元，例如可以举出来自选自羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸及4-羟基-4’-联苯羧酸的芳香族羟基羧酸的结构单元等，这些结构单元中， 也可以包含2种以上的结构单元。特别优选使用具有来自对羟基苯甲酸的结构单元或来自 2-羟基-6-萘甲酸的结构单元的芳香族液晶聚酯。相对于总结构单元的合计，通式(1)所示的结构单元的配合量为30. 0 45. 0摩尔％，更优选为35.0 40.0摩尔％的范围。通式(1)所示的结构单元超过45. 0摩尔％时，相对于后述的非质子性溶剂的溶解性就降低，低于30. 0摩尔％时，有不显示聚酯的液晶性的趋势，故均不优选。接着，作为通式⑵所示的结构单元，例如可以举出来自选自对苯二甲酸、间苯二甲酸及2，6_萘二羧酸的芳香族二羧酸的结构单元等，也可以包含这些结构单元中的2种以上的结构单元。从相对于后述的非质子性溶剂的溶解性的观点考虑，尤其优选使用具有来自间苯二甲酸的结构单元的液晶聚酯。相对于总结构单元的合计，通式(2)所示的结构单元的配合量为27. 5 35. 0摩尔％，更优选为30. 0 32. 5摩尔％的范围。
通式( 所示的结构单元超过35.0摩尔％时，有液晶性降低的趋势。不足27. 5 摩尔％时，有相对于上述非质子性溶剂的溶解性降低的趋势，故均不优选。接着，作为通式(3)所示的结构单元，例如可以举出来自3-氨基苯酚或4-氨基苯酚所例示的具有酚性羟基的芳香族胺的结构单元或来自1，4-亚苯基二胺或1，3-亚苯基二胺所例示的芳香族二胺的结构单元，这些结构单元中，也可以包含2种以上的结构单元。 其中，从涉及液晶聚酯制造的聚合反应性的观点考虑，优选使用具有来自4-氨基苯酚的结构单元的液晶聚酯。相对于总结构单元的合计，通式(3)所示的结构单元的配合量为27. 5 35. 0摩尔％，更优选为30. 0 32. 5摩尔％的范围。通式C3)所示的结构单元超过35.0摩尔％时，有液晶性降低的趋势，不足27. 5摩尔％时，有相对于上述非质子性溶剂的溶解性降低的趋势，故均不优选。另外，优选通式(3)所示的结构单元和通式(2)所示的结构单元实质上为等量，但是通过将通式(3)所示的结构单元相对于通式(2)所示的结构单元设为-10摩尔％ +10 摩尔％，也可以控制芳香族液晶聚酯的聚合度。上述芳香族液晶聚酯的制造方法没有特别的限定，例如可以举出将对应于通式 (1)所示的结构单元的芳香族羟基羧酸、对应于通式(3)所示的结构单元的具有羟基的芳香族胺、芳香族二胺的酚性羟基或氨基，利用过量的脂肪酸酐酰化而得到酰化物(酯形成性衍生物或酰胺形成性衍生物)，再将得到的酰化物和对应于通式( 所示的结构单元的芳香族二羧酸进行酯交换(缩聚)而进行熔融聚合的方法等。作为上述酰化物，也可以使用预酰化得到的脂肪酸酯(参照日本特开 2002-220444号公报、日本特开2002-146003号公报)。上述酰化反应中，脂肪酸酐的添加量优选相对于酚性羟基和氨基的合计，为 1. 0 1. 2倍当量，更优选为1. 05 1. 1倍当量。脂肪酸酐的添加量低于1. 0倍当量时，有在酯交换(缩聚)时酰化物或原料单体等升华、有易堵塞反应体系的趋势。另外，超过1.2倍当量时，有得到的芳香族液晶聚酯的着色变明显的趋势。上述酰化反应优选在130 180°C下反应5分钟 10小时，更优选在140 160°C 下反应10分钟 3小时。上述酰化反应中所使用的脂肪酸酐没有特别的限定，例如可以举出乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、异丁酸酐、戊酸酐、特戊酸酐、2-乙基己酸酐、单氯乙酸酐、二氯乙酸酐、三氯乙酸酐、单溴乙酸酐、二溴乙酸酐、三溴乙酸酐、单氟乙酸酐、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、戊二酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐、β -溴丙酸酐等、也可以混合这些2种以上使用。其中，从价格和操作性的观点考虑，优选乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、异丁酸酐，更优选乙酸酐。上述酯交换、酰胺交换中，优选酰化物的酰基为羧基的0. 8 1. 2倍当量。另外，上述酯交换、酰胺交换优选在130 400°C下以0. 1 50°C /分钟的比例边升温边进行，更优选在150 350°C下以0. 3 5°C /分钟的比例边升温边进行。在上述酰化得到的脂肪酸酯与羧酸或胺进行酯交换、酰胺交换时，为了使平衡移动，优选使副产生脂肪酸和未反应的脂肪酸酐进行蒸发等，蒸馏排除至体系外。
另外，酰化反应、酯交换 酰胺交换也可以在催化剂的存在下进行。作为该催化剂，可以使用作为聚酯的聚合用催化剂惯用的催化剂，例如可以举出乙酸镁、乙酸亚锡、四丁基钛酸酯、乙酸铅、乙酸钠、乙酸钾、三氧化锑等金属盐催化剂、N，N-二甲基氨基吡啶、N-甲基咪唑等有机化合物催化剂等。上述催化剂中，优选使用N，N_ 二甲基氨基吡啶、N-甲基咪唑等包含2个以上氮原子的杂环状化合物(参照日本特开2002-146003号公报)。上述催化剂通常在投入单体类时投入，并非必须在酰化后除去，在没有除去该催化剂的情况下，可以直接进行酯交换。上述酯交换、酰胺交换的聚合通常通过熔融聚合而进行，但也可以并用熔融聚合和固相聚合。固相聚合可以从熔融聚合工序中提出聚合物，然后，粉碎制成粉末状或薄片状后，通过公知的固相聚合方法进行。具体而言，例如可以举出在氮等惰性氛围气下，在20 350°C下，以固相状态热处理1 30小时的方法。固相聚合可以边搅拌边进行，也可以不搅拌而在静置的状态下进行。另外，通过具备适当的搅拌机构，可以将熔融聚合槽和固相聚合槽设为同一反应槽。固相聚合后，得到的芳香族液晶聚酯可以通过公知的方法进行颗粒化，进行成形即可。上述芳香族液晶聚酯的制造可以使用例如间歇装置、连续装置等进行。另外，作为上述芳香族液晶聚酯，由下述方法求得的流动起始温度为260°C以上时，在得到的芳香族液晶聚酯与可以成为金属箔等导电层的基材之间，以及与金属基板之间，可以得到更高度的密合性，故优选。进而，更优选上述流动起始温度为250°C以上300°C以下。如果流动起始温度为250°C以上，则如上所述，有导电箔及金属基板分别与芳香族液晶聚酯的密合性进一步提高的趋势，另一方面，如果流动起始温度为300°C以下，则发现有对溶剂的溶解性进一步提高的趋势。从这种观点考虑，进一步优选流动起始温度在260°C以上290°C以下的范围。上述流动起始温度是指在流动测试仪测定的熔融粘度的评价中，相应芳香族聚酯的熔融粘度在9. SMPa的压力下变为4800 · s以下的温度。另外，根据1987年发行的书籍“液晶聚合物-合成 形成 应用-，，(小出直之编、95 105页、CMC、1987年6月5日发行)，在1970年代开发有液晶聚酯树脂以后，作为液晶聚酯树脂的分子量的标准，可以使用流动温度(与本发明中的流动起始温度同样的定义)。作为控制上述芳香族液晶聚酯的流动起始温度的方法，例如，从熔融聚合工序中提出聚合物，将该聚合物粉碎制成粉末状或薄片状后，通过公知的固相聚合方法调节流动起始温度，可以容易地实施。更具体而言，例如，熔融聚合工序后，通过在氮等惰性氛围气下，在超过210°C的温度下、更优选220°C 350°C的温度下，以固相状态热处理1 10小时的方法而得到。固相聚合可以边搅拌边进行，也可以不搅拌而静置的状态下进行。例如可以举出在氮的惰性氛围气下不搅拌而在静置的状态下，在温度225°C、3小时的条件下进行固相聚合的方法。(非各向异性液晶聚酯溶液的溶剂)作为用于将上述的液晶聚酯溶解，得到用于本发明的非各向异性液晶聚酯溶液的
9溶剂，优选使用不包含卤素原子的非质子性溶剂。作为上述不包含卤素原子的非质子性溶剂，例如可以举出二乙基醚、四氢呋喃、 1，4_ 二噁烷等醚系溶剂，丙酮、环己酮等酮系溶剂，乙酸乙酯等酯系溶剂，Y-丁内酯等内酯系溶剂，碳酸亚乙酯、碳酸二丙酯等碳酸酯系溶剂，三乙胺、吡啶等胺系溶剂，乙腈、丁二腈等腈系溶剂，N, N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮等酰胺系溶剂，硝基甲烷、硝基苯等硝基系溶剂，二甲基亚砜、环丁砜等硫醚系溶剂，六甲基磷酸酰胺、三正丁基磷酸等磷酸系溶剂等。其中，从上述的芳香族液晶聚酯的溶解性的观点考虑，优选使用偶极矩为3以上5 以下的溶剂，具体而言，优选N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮等酰胺系溶剂，Y-丁内酯等内酯系溶剂，更优选N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮(NMP)。进而，上述溶剂为1个大气压下的沸点为180°C以下的挥发性高的溶剂时，还具有将包含芳香族液晶聚酯溶液的绝缘材料组合物制成涂膜后，易于从该涂膜中除去溶剂的优点。从该观点考虑，特别优选N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)。关于本发明中所使用的非各向异性液晶聚酯溶液，相对于上述非质子性溶剂100 重量份，包含上述芳香族液晶聚酯10 50重量份，优选包含20 40重量份。芳香族液晶聚酯低于10重量份时，溶剂量多，在干燥除去时易引起涂膜的外观不良。芳香族液晶聚酯超过50重量份时，有芳香族液晶聚酯溶液高粘度化的趋势，操作性下降。对上述溶液组合物中的芳香族液晶聚酯含量而言，从其溶液粘度的平衡考虑，可以在上述范围适宜地进行最优化，但更优选相对于非质子性溶剂100重量份，芳香族液晶聚酯为 20 40重量份。作为本发明的金属基电路板的绝缘层的使用母材的上述液晶聚酯在热固化前的分子量较小，因此，可以较容易地制成溶液，可以容易地形成涂膜。接下来在制成涂膜后，进行干燥，然后，通过进行热处理可以使构成涂膜的树脂的分子量增加，其结果，得到的绝缘层的机械强度优异。另外，由于上述液晶聚酯为热塑性，所以不存在环氧树脂之类的热固性树脂的保管引起的经时变化，因此可以作为工业制品放心使用。进而，由于为热塑性，因此，可以使取向多样，通过采用可充分提高分子量的加热工艺，可以使震动量子传导的通路长度更长，因此，可以大幅提高导热率，同时可以构成坚韧且粘接力高的绝缘层。因此，通过将该液晶聚酯用作母材构成绝缘层，一方面可以得到满足金属基电路板的加工性，另一方面可以得到质量方面或电可靠性高的制品。(无机填充剂)作为用于本发明的无机填充剂，需要选择30W/mK以上的导热率和绝缘性优异的物质。优选氧化铝、氧化镁、氧化铍、氢氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼等的粒子。从配合上述非各向异性液晶聚酯溶液而制备的绝缘材料组合物的粘度不会变高， 或易于向液晶聚酯树脂中密集地填充无机填充剂的粒子的方面考虑，粒子的形状优选球状。在不为球状的情况下，优选将无机填充剂制成微粉末后，通过粉末喷雾法形成为大致球状。关于这些无机填充剂，为了提高与树脂的密合性或分散性，优选用表面处理剂对无机填充剂粒子的表面进行处理。作为表面处理剂，优选硅烷偶联剂、钛偶联剂、铝或锆系偶联剂、长链脂肪酸、异氰酸酯化合物、包含环氧基或甲氧基硅烷基、氨基、羟基等的极性高分子或反应性高分子等。(金属基电路板的制造工艺)使上述树脂成分(液晶聚酯)、上述无机填充剂和根据需要的其它添加剂溶解、分散于上述溶剂中，制成清漆(绝缘材料组合物)，涂布于金属箔或金属基板及其它的基材上，通过加热除去溶剂形成绝缘层。使上述无机填充剂均勻分散是重要的，因此，例如，首先向溶剂中添加树脂成分、 硅烷偶联剂、钛偶联剂等偶联剂和根据需要的离子吸附剂等，使其溶解分散于溶剂中。然后，添加适当量的无机填充材料，并利用球磨机、3辊、离心搅拌机及珠磨机等将填充剂粉碎，同时，使其分散在树脂溶液中。得到的绝缘材料组合物的涂布方法可以通过辊涂、棒涂及丝网印刷等进行，也可以连续式及单板式涂布。通过在连续式涂布的基材中使用铜箔，可以制成带绝缘层的金属导体箔。另外，也可以在单板式涂布中使用铁、铜及铝板等。上述构成为以绝缘层的形成作为焦点的情况下的本申请发明的金属基电路板的制造方法的基本构成，但在考虑到包含导电箔、绝缘层及金属基板这些主要构成要素的层叠顺序的整体的制造方法的情况下，一般认为有以下3种工艺。(第一工艺)第一工艺具有以下工序绝缘涂膜形成工序，将包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物涂布在导热率60W/mK以上且厚度0. 2 5. Omm的金属基板的表面，形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序，干燥上述绝缘涂膜形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对上述绝缘材料层进行热处理，使分子量增加得到绝缘层；层叠工序，向形成于上述金属基板的表面的上述绝缘层的露出面密合上述导电箔，构成在上述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，上述层叠工序后，通过加热上述绝缘层，进行绝缘层、与上述金属基板及导电箔的粘接。(第二工艺)第二工艺具有以下工序绝缘涂膜形成工序，将包含由非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物涂布在导电箔的表面形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序， 干燥上述绝缘涂膜形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对上述绝缘材料层进行热处理，使分子量增加得到绝缘层；层叠工序，向金属基板的表面密合形成于上述导电箔的表面的上述绝缘层的露出面，构成在上述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，上述层叠工序后，通过加热上述绝缘层进行绝缘层与上述金属基板及导电箔的粘接。(第三工艺)第三工艺具备以下工序绝缘层形成工序，将包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物涂布在另外构件体的支承基材的表面上，干燥得到的绝缘涂膜，对干燥的绝缘涂膜进行热处理，使分子量增加，得到绝缘层用的膜；层叠工序，将上述膜状的绝缘层从上述支承基材上剥离，配置在导电箔和金属基板之间，构成在上述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，通过加热上述绝缘层进行绝缘层与上述金属基板及导电箔的粘接。上述各工艺中，通过加热绝缘层，将其粘接于导电箔及金属基板，这是因为构成绝缘材料组合物的液晶聚酯为热塑性树脂，通过热粘接这样简易的方法，会可靠地进行层叠的各层间的粘接。使用上述3种工艺中的任意工艺，也可以制造本申请发明的金属基电路板。如以上说明那样，根据本发明，作为绝缘层的母材的树脂成分，使用导热性高的液晶聚酯，在其中配合导热性的无机填充剂，因此，可以大幅提高绝缘层的导热率。另外，由于作为绝缘层的母材的树脂成分的导热率得以大幅提高，就无需过度增加无机填充剂的配合量，还可以增加树脂成分量，从而提高绝缘层的绝缘性及机械强度。进而，液晶聚酯相对于金属的热粘接性优异，因此，无需使用粘接剂等的粘接方法的专用于粘接的工序，因此容易制造，可以得到经济效果。由此，本发明的金属基电路板由于散热性高，因此电可靠性高，而且绝缘层的绝缘性及机械强度高，因此，可以作为变压器等的陶瓷基板的用途中的廉价替代品加以应用。[实施例]以下，对本发明的实施例进行说明。以下所示的实施例为用于说明本发明的恰当的例示，但本发明并不限定于这些实施例。[1]液晶聚酯的制造向具备搅拌装置、转矩计、氮气导入管、温度计及回流冷凝器的反应器中投入6-羟基-2-萘甲酸1976g(10. 5摩尔)、4_羟基乙酰苯胺1474g(9. 75摩尔)、间苯二甲酸1620g(9.75摩尔)及乙酸酐2374g(23.25摩尔)。将反应器内用氮气充分置换后，在氮气流下经15分钟升温至150°C，保持该温度回流3小时。然后，边蒸馏除去蒸馏出的副产生的乙酸及未反应的乙酸酐，边经170分钟升温至300°C，将确认到转矩的上升的时刻视为反应结束，取出内容物。将取出的内容物冷却至室温，用粉碎机进行粉碎后，得到分子量较低的液晶聚酯的粉末。将得到的粉末利用岛津制作所的流动测试仪CFT-500测定流动起始温度，结果为235°C。将该液晶聚酯粉末进行在氮气氛中、223°C下，加热3小时的固相聚合。固相聚合后的液晶聚酯的流动起始温度为270 °C。[2]液晶聚酯溶液A的制备将上述[1]中得到的液晶聚酯220(^添加在队^二甲基乙酰胺(DMAc) 7800g中，在100°C下加热2小时得到液晶聚酯溶液A。该溶液组合物的溶液粘度为320cP。另外，该熔融粘度为使用B型粘度计(东机产业制、“TVL-20型”、转子No. 21 (转数5rpm)，于测定温度23°C下，测定的值。(实施例1)相对于100份的固体成分22%的液晶聚酯溶液A，以体积填充率计配合65%球状氧化铝(昭和电工公司制、商品名“AS-40”、平均粒径11 μ m)制作绝缘材料溶液。将该绝缘材料溶液用离心式搅拌脱泡机搅拌5分钟后，在厚度70 μ m的铜箔上以约300 μ m的厚度进行涂布。将其在100°C下干燥20分钟后，在320°C下热处理3小时。向作为金属基板的导热率140W/mK、厚度2. Omm的铝合金上层叠涂布了绝缘材料组合物的铜箔，在压力50kg/ cm2、温度340°C下加热处理20分钟，进行热粘接。将得到的金属基电路板作为样品，分别在以下的测定条件下对导热率、焊料耐热性、耐电压性、T剥离强度的各性能进行评价。(导热率)在基板尺寸30X40mm、焊盘尺寸14X IOmm的基板上以焊料安装晶体管C2233。该基板背面设置使用导热性的硅脂，安装水冷凝装置，测定供给30W的电力时发热的晶体管表面和冷凝装置的温度。由热电阻值=K晶体管表面温度)_(冷凝装置表面温度)}/负载电力而算出。由热电阻值使用换算式，算出导热率。(焊料耐热)在300°C的焊料浴上载置基板尺寸50X50mm、焊盘尺寸25X50mm(残留右半部分的铜箔)的基板，目视观察经过4分钟没有膨胀或剥离，进行评价。(耐电压)向绝缘油中浸渍试验片，在室温下向铜箔和铝板之间施加交流电压，测定绝缘破坏的电压。(T剥离强度试验)对层叠板的铜箔进行蚀刻，制作形成有宽度IOmm的图案的样品，测定基板和铜箔以垂直的方式在50mm/分钟的速度剥下时的T剥离强度(N/cm)。通过上述各评价方法进行评价，结果是导热率为10. 8W/mK、T剥离强度为20. 5N/ cm、耐电压为4. 5kV、焊料耐热在300°C下为4分钟，为合格。(比较例1)代替液晶聚酯溶液A，使用双苯酚A系环氧树脂(Adeka公司制、商品名 “EP4100G”、环氧当量190) 100份、酸酐系固化剂(Adeka公司制、商品名"EH3326'\酸值 650)85份、作为溶剂的甲苯100份，与实施例1同样地，以体积填充率计配合65%的氧化铝，进行搅拌，并涂布于铜箔后进行干燥。不进行热处理，直接层叠于铝，并在180°C、50kg/ cm2下加热1.5小时，进行热粘接。对得到的金属基电路板的性能而言，导热率为3. 4ff/mK,与使用有液晶聚酯的实施例相比，为极低的值。(实施例2)相对于100份的液晶聚酯溶液A，以体积填充率计配合70%的氮化硼(平均粒径 5 8μπκ水岛合金铁公司制、商品名‘‘HP-40”)，与实施例1同样地制造金属基电路板。对得到的金属基电路板的性能而言，导热率比较高，为16. 8W/mK，另外，T剥离强度为7. 6N/cm、耐电压为4. 5kV、焊料耐热在300°C下为4分钟，为合格。(比较例2)向比较例1中使用的环氧树脂及酸酐固化剂100份中，以体积填充率计配合70% 的氮化硼，通过与比较例1同样的步骤，制造金属基电路板。得到的金属基电路板的导热率为5. 2ff/mK,与将液晶聚酯用作母材的实施例相比， 为大幅降低的值。
工业上的可利用性如上所示，本发明的金属基电路板由于构成绝缘层的母材的树脂成分自身的导热率高，因此，即便减少无机填充剂的配合量，也可以将绝缘层的导热率维持在高的状态，其结果，可以同时实现提高绝缘层的导热性和确保绝缘层的绝缘性及机械强度。因此，本发明的金属基电路板具有高散热性，同时机械强度也优异，因此，也可以应对切断加工或冲压加工，可以廉价地获得，可以适用于包含以陶瓷基电路板为主力的领域的广泛的领域中。
权利要求
1.一种金属基电路板，其具有金属基板、层叠于该金属基板上的绝缘层和层叠于该绝缘层上的形成电路用的导电箔而成，其特征在于，所述金属基板的导热率为60W/mK以上，且厚度为0. 2 5. Omm,所述绝缘层使用绝缘材料组合物而形成，所述绝缘材料组合物为向非各向异性的液晶聚酯溶液中，分散导热率30W/mK以上的无机填充剂而成。
2.如权利要求1所述的金属基电路板，其特征在于，构成所述绝缘层的绝缘材料的导热率为6 30W/mK。
3.—种权利要求1所述的金属基电路板的制造方法，其特征在于，具有以下工序绝缘涂膜形成工序，在导热率60W/mK以上且厚度0. 2 5. Omm的金属基板的表面，涂布包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30W/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物，形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序，干燥所述绝缘涂膜形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对所述绝缘材料层进行热处理，得到绝缘层；层叠工序，在形成于所述金属基板的表面的所述绝缘层的露出面密合所述导电箔，构成在所述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，在所述层叠工序后，通过加热所述绝缘层，进行绝缘层与所述金属基板及导电箔的粘接。
4.一种权利要求1所述的金属基电路板的制造方法，其特征在于，具有以下工序绝缘涂膜形成工序，在导电箔的表面，涂布包含非各向异性液晶聚酯溶液和导热率30ff/mK以上的无机填充剂的绝缘材料组合物，形成绝缘涂膜；绝缘材料层形成工序，干燥所述绝缘涂膜，形成绝缘材料层；绝缘层形成工序，对所述绝缘材料层进行热处理，得到绝缘层；层叠工序，在所述金属基板的表面密合形成于所述导电箔的表面的所述绝缘层的露出面，构成在所述金属基板和导电箔之间设有绝缘层的层叠结构；以及热粘接工序，在所述层叠工序后，通过加热所述绝缘层，进行绝缘层与所述金属基板及导电箔的粘接。
全文摘要
涉及本发明金属基电路板为具有金属基板、层叠于该金属基板上的绝缘层、层叠于该绝缘层上的形成电路用的导电箔而成的金属基电路板，其特征在于，所述金属基板的导热率为60W/mK以上且厚度为0.2～5.0mm，所述绝缘层使用绝缘材料组合物形成，所述绝缘材料组合物为向非各向异性的液晶聚酯溶液中分散导热率30W/mK以上的无机填充剂而成。根据本发明，能够提供一种可以适用于变压器或需要高散热性的用途的、具有高导热率、并且热稳定性及电可靠性高的金属基电路板。
文档编号B32B15/09GK102388682SQ2010800149
公开日2012年3月21日 申请日期2010年4月7日 优先权日2009年4月9日
发明者伊藤丰诚, 冈本敏, 草川公一, 许斐和彦 申请人:住友化学株式会社, 日本发条株式会社