层叠体、粘结方法及电路基板用半成品与流程

1.本发明是关于经由绝缘层将电路层叠至基材而成的层叠体、粘结方法及电路基板用半成品。


背景技术：

2.以往，使用经由绝缘层将电路层叠至基材而成的层叠体(例如参考专利文献1、2)作为安装有集成电路等的基板。绝缘层具有确保基材与电路之间的耐电压的作用。此外，在绝缘层内含有填料，通过该填料来确保绝缘层的热传导性。通过形成这种层叠体，使电路上的发热元件中所产生并传达至电路的热，经由绝缘层传递至基材，并且从基材散热至外部。在专利文献1中，通过压合将绝缘层与基材粘结。另一方面，在专利文献2中，在绝缘层与基材之间形成由粘结剂构成的粘结层，更牢固地将绝缘层与基材粘结。
3.专利文献1：日本特开2009-246079号公报
4.专利文献2：日本特开2013-254921号公报


技术实现要素：

5.然而，要求层叠体确保上述的耐电压及散热特性(热传导性)，且基材与绝缘层之间、或绝缘层与电路之间不会剥离。但是，当如专利文献2那样形成粘结层时，热传导性降低。
6.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供可同时满足耐电压、热传导性及粘结强度的层叠体、粘结方法及电路基板用半成品。
7.为了解决上述问题并达成目的，本发明的层叠体具备：基材；电路；绝缘层，其设置于所述基材与所述电路之间，且含有热传导性填料；及粘结剂，其至少将所述基材与所述绝缘层粘结，其中，所述基材与所述绝缘层之间，一部分通过所述粘结剂粘结，其他部分互相接触，所述绝缘层具有多个空间，所述空间中的至少一部分空间内填充有所述粘结剂。
8.此外，本发明的层叠体在上述发明中，所述粘结剂将所述电路与所述绝缘层粘结，所述电路与所述绝缘层之间，一部分通过所述粘结剂粘结，其他部分互相接触。
9.此外，本发明的层叠体在上述发明中，所述绝缘层含有体积比为其60％以上且85％以下的所述填料。
10.此外，本发明的层叠体具备：基材；电路；绝缘层，其设置于所述基材与所述电路之间，且含有绝缘性填料；及粘结剂，其至少将所述电路与所述绝缘层粘结，其中，所述电路与所述绝缘层之间，一部分通过所述粘结剂粘结，其他部分互相接触，所述绝缘层中形成有多个空间，在形成于所述绝缘层的至少一部分的空间即与所述基材侧的表面连通的空间内填充有所述粘结剂。
11.此外，本发明的粘结方法为层叠体的粘结方法，所述层叠体具备基材、电路基板、绝缘层，及粘结剂，所述绝缘层设置于所述基材与所述电路基板之间且含有绝缘性填料，所述粘结剂至少将所述基材与所述绝缘层粘结，其中，将液状的所述粘结剂涂布至所述绝缘
层的与所述基材粘结的粘结面，使所述粘结剂渗透至形成在所述绝缘层的至少一部分的空间，使所述绝缘层的粘结面与所述基材的粘结面重叠之后，在高温下加压，以使所述粘结剂固化。
12.此外，本发明的电路基板用半成品由绝缘层及粘结剂形成，所述绝缘层中形成有多个空间，所述空间中的至少一部分空间内填充有粘结剂。
13.根据本发明，实现层叠体能够同时满足耐电压、热传导性及粘结强度的效果。
附图说明
14.图1是表示本发明的一个实施方式的层叠体的结构的剖面图。
15.图2是说明本发明的一个实施方式的层叠体的制造方法的剖面图(其一)。
16.图3是说明本发明的一个实施方式的层叠体的制造方法的剖面图(其二)。
17.图4是表示本发明实施方式的变形例1的层叠体的结构的剖面图。
18.图5是表示本发明实施方式的变形例2的层叠体的结构的剖面图。
19.图6是表示观察本发明实施方式的变形例2的层叠体中的绝缘层的剖面时的图像的图。
具体实施方式
20.下面，结合附图详细说明用于实施本发明的方式。另外，本发明并不限于以下实施方式。此外，在以下说明中所参照的各个附图，仅是以能够理解本发明内容的程度示意性地表示形状、大小、及位置关系。即，本发明并不仅限定于各附图中示出的形状、大小、及位置关系。
21.实施方式
22.图1是表示本发明的一个实施方式的层叠体的结构的剖面图。图1所示的层叠体1具备：基材10；多个电路11；绝缘层12，其设置于基材10与电路11之间；粘结剂13，其将基材10与绝缘层12粘结。
23.基材10为大致板状的部件。在图1中，示出了基材10呈大致板状的示例，但并不限于该形状。基材10亦可为例如具有散热片的散热器等。作为基材10的材料，列举有例如：铝、以铝为主要成分的铝合金、铜、铁等。另外，在此所述的“主要成分”是指构成材料的成分中含量最高的成分。
24.绝缘层12位于在基材10与电路11之间，将从电路上的发热元件传达至电路11的热传递至基材10。绝缘层12使用含有填料的绝缘性树脂形成。绝缘性树脂可使用例如环氧树脂等热固化性树脂。填料具有绝缘性及热传导性，其丰度为例如在整个绝缘层12中的体积比为其60％以上且85％以下。填料可使用氧化铝、氧化硅、氮化硼。电路11与绝缘层12之间通过绝缘层的树脂成分的粘结力而被粘结。在此，填料的体积比是指填料的体积相对于树脂的体积和填料的体积的合计的比例。
25.此外，在绝缘层12的内部形成有由空隙或龟裂等构成的多个空间(孔)。这些空间包括：连通至绝缘层12的表面的空间、封闭在绝缘层12的内部的空间。
26.粘结剂13存在于基材10与绝缘层12相向的表面的一部分之上而将基材10与绝缘层12粘结。基材10与绝缘层12之间，一部分通过粘结剂13粘结，其他部分互相接触。此外，粘
结剂13进入形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分等空间中的连通至绝缘层12的表面的空间12a内，并填充该空间12a。在本实施方式中，空间12a是连通至绝缘层12的面对基材10的表面的空间。另外，粘结剂13填充至能够从绝缘层12的表面渗透进去的空间12a内，不填充不与表面连通的封闭的空间12b。粘结剂13使用具有绝缘性的热固化性树脂。作为热固化性树脂，可列举例如环氧树脂。作为环氧树脂的固化剂，可列举胺类固化剂、酚类固化剂、酸酐类固化剂、咪唑类固化剂等。作为粘结剂13，可使用与绝缘层12相同的绝缘性树脂。
27.接着，参照图2及图3来说明层叠体的基材10与绝缘层12之间的粘结。图2及图3是说明本发明的一个实施方式的层叠体的制造方法的剖面图。
28.首先，使含有体积比为70％的填料的绝缘性树脂成型并使其干燥，来制作厚度200μm的绝缘层12(参照图2)。
29.之后，将液状的粘结剂13涂布至绝缘层12的与基材10粘结的表面。粘结剂的涂布量设定为小于干燥后的绝缘层的体积。此时，粘结剂13的一部分渗透至绝缘层12中。另外，即使在涂布粘结剂13之前绝缘层12为硬固状态，也会在涂布之后变软而容易处理。渗透有粘结剂13的绝缘层12构成电路基板用半成品。
30.将涂布有液状粘结剂13的绝缘层12载放至厚度2mm的基材10上，进行加热及加压以使粘结剂13固化(参照图3)。固化时的温度、压力根据所使用的材料而适当设定。例如，在110℃以上且200℃以下的高温，以15mpa以上且35mpa以下的压力处理几分钟。此时，通过加压，粘结剂13进入形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分(上述的空间12a)内。此外，基材10与绝缘层12之间，一部分互相接触。通过加压使得绝缘层12的厚度变成120μm。
31.上述那样的处理后，基材10与绝缘层12之间通过粘结剂13粘结。之后将厚度0.5mm的电路11粘结至绝缘层12，制作出层叠体1。另外，电路11与绝缘层12之间的粘结是通过绝缘层12的树脂成分的粘结力而被粘结。
32.如上述那样，根据本实施方式，由于基材10与绝缘层12之间一部分通过粘结剂13粘结的同时其他部分互相接触，因此牢固地粘结的同时确保了从电路11传递至基材10的热传导路径，从而能够满足热传导性及粘结强度。进一步地，由于粘结剂13进入形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分等空间内并填充该空间，因此能够提升耐电压。
33.变形例1
34.接着，参照图4来说明本发明实施方式的变形例1。图4是表示本发明实施方式的变形例的层叠体的结构的剖面图。本变形例1的层叠体1a使用快速固化树脂来作为绝缘层12。另外，在层叠体1a中，通过使用快速固化树脂能够实现基材10与绝缘层12之间的粘结。与上述实施方式的层叠体1相比，层叠体1a的不同之处在于：粘结剂13将在电路11与绝缘层12之间粘结。
35.本变形例1的层叠体1a具备：基材10；多个电路11；绝缘层12，其设置于基材10与电路11之间；粘结剂13，其将电路11与绝缘层12粘结。粘结剂13存在于电路11与绝缘层12相向的表面的一部分之上而将电路11与绝缘层12粘结。此外，与层叠体1中的基材10与绝缘层12之间的情况相同，电路11与绝缘层12之间，一部分通过粘结剂13粘结，其他部分互相接触。在本变形例1中，基材10与绝缘层12之间是通过绝缘性树脂与粘结剂的粘结力而被粘结。
36.根据本变形例1，由于电路11与绝缘层12之间，一部分通过粘结剂13粘结的同时其他部分互相接触，因此牢固地粘结的同时也确保了从电路11传递至绝缘层12的热传导路
径，从而与实施方式同样地，能够满足热传导性及粘结强度。
37.变形例2
38.接着，参照图5来说明本发明的实施方式的变形例2。图5是表示本发明实施方式的变形例2的层叠体的结构的剖面图。与上述实施方式的层叠体1相比，本变形例2的层叠体1b的不同之处在于：电路11与绝缘层12之间也通过粘结剂13粘结。
39.本变形例的层叠体1b具备：基材10；多个电路11；绝缘层12，其设置于基材10与电路11之间；粘结剂13，其将基材10与绝缘层12粘结。粘结剂13存在于基材10与绝缘层12相向的表面的一部分之上而将基材10与绝缘层12粘结，同时粘结剂13存在于电路11与绝缘层12相向的表面的一部分之上而将电路11与绝缘层12粘结。此外，与基材10与绝缘层12之间的情况相同，电路11与绝缘层12之间，一部分通过粘结剂13粘结，其他部分互相接触。
40.此外，与实施方式相同，粘结剂13进入形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分等空间中的连通至绝缘层12的表面的空间12a内，并填充该空间12a。在本变形例中，空间12a为连通至绝缘层12的面对基材10的表面的空间；或是连通至绝缘层12的层叠电路侧的表面的空间。
41.图6是表示观察本发明实施方式的层叠体的基材与绝缘层之间的粘结部分的剖面的图像的图。另外，在图6中，对与图5所示的层叠体1b对应的构成标示相同的符号。图6是表示观察层叠体中绝缘层的剖面的sem图像。在图6中，能够观察到粘结剂13进入至形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分等空间(空间12a)内并填充该空间的情况。在图6中，以白色表示粘结剂13。另外，图6所示的符号附注在各个构成要素的代表部分上。
42.在此，针对测量各种层叠体的特性而得到的结果进行说明。
43.对层叠体1b的样品的热传导率、耐电压、剥离强度及空隙率进行测量，其结果是：热传导率为9w/mk，耐电压为6.4kv，剥离强度为6.5n/cm，空隙率为6.2。所述剥离强度表示对例如基材10的绝缘层12进行剥离时，每单位面积(宽度)的剥离强度。与此相对地，对样品a及样品b也进行相同的测量，其结果是：样品a的热传导率为8.1w/mk，耐电压为4.7kv，剥离强度为8.6n/cm。样品b的热传导率为8.3w/mk，耐电压为3.0kv，空隙率为7.1％。其中样品a是经由粘结层将基材10与绝缘层12粘结且经由粘结层将电路11与绝缘层12粘结，样品b中并不具有粘结剂13。所述粘结层是通过使粘结剂相对于基材10的表面连续而形成层状来设置的。与层叠体1b相比，样品a由于粘结剂13层状地存在于基材10与绝缘层12之间且层状地存在于电路11与绝缘层12之间，因此剥离强度变高，而热传导率变低。并且，粘结剂13没有进入形成在绝缘层12的空隙、龟裂部分等空间内，耐电压变低。另一方面，由于粘结不良导致无法测量出样品b的剥离强度。这是因为绝缘层的填料含量高导致绝缘层的树脂的粘结力不足以进行层叠的缘故。根据该测量结果，相较于以往的层叠体，可以看出，本发明的层叠体1b能够同时确保热传导率、耐电压、及剥离强度。
44.此外，与层叠体1b相对地，制作出绝缘层12所含有的填料的体积比为75％的层叠体(将其设定为层叠体1c)，并测量上述特性。当使用咪唑类固化剂作为层叠体1c的粘结剂时，例如，将体积比为19.6％的环氧树脂(主剂)、5.4％的固化剂、75％的填料混合并形成片状，且使其干燥，由此获得含有19.9％的聚合成分、5.0％的主剂、0.1％的固化剂、75％的填料的绝缘层12。在此，聚合成分包括主剂彼此间反应所产生的反应物、以及主剂与固化剂间反应所产生的反应物等的主剂彼此间或主剂与固化剂间的各种组合反应后的反应物，各种
反应物包括低分子量至高分子量的反应物。
45.之后，涂布粘结剂使其渗透至绝缘层12内。从而，能够获得渗透有粘结剂的、含有12.2％的主剂、18.3％的聚合成分、69.5％的填料的绝缘层12。此时，粘结剂对绝缘层12的渗透率是相对于粘结剂渗透之后的整个绝缘层12的体积比为7.9％。此外，此时的绝缘层12的粘结剂渗透之前的孔隙率为39.9％，渗透之后的孔隙率为35.1％。使用该绝缘层12制作层叠体12c。该层叠体1c的热传导率为10.9w/mk，耐电压为8.0kv。与层叠体1b相比，层叠体1c具有较高的热传导率及耐电压。
46.另外，当使用环氧树脂作为层叠体1c的粘结剂的主剂，且使用胺类固化剂作为固化剂时，例如将体积比为19.6％的环氧树脂(主剂)、5.4％的固化剂(胺)、75％的填料混合并形成片状，且使其干燥，可获得含有19.9％的聚合成分、5.0％的主剂、0.1％的固化剂、75％的填料的绝缘层12。之后，涂布粘结剂，使其渗透至绝缘层12。由此，可获得渗透有粘结剂的、含有8.5％的主剂、1.0％的固化剂、19.0％的聚合成分、71.4％的填料的绝缘层12。此时，粘结剂对绝缘层12的渗透率是相对于粘结剂渗透之后的整个绝缘层12的体积比为5.0％。粘结剂渗透率根据粘结剂的黏度而变化。粘结剂的渗透率为2.0％以上。
47.此外，与层叠体1b相对地，制作出绝缘层12的厚度为100μm的层叠体(将其设定为层叠体1d)并测量上述特性。该层叠体1d的热传导率为9w/mk，耐电压为5.3kv，剥离强度为6.5n/cm，空隙率为6.2。层叠体1b、1d均具有比样品a、样品b高的耐电压。
48.与层叠体1b相比，虽然层叠体1d的绝缘层12的厚度较薄，但是其热传导率、剥离强度及空隙率却与层叠体1b相同。特别层叠体1d具有下述优点：即使与层叠体1b相比绝缘层的厚度较薄，也具有5kv以上的耐电压。因此，可以认为：层叠体1d能够维持层叠体1b的特性的同时降低约17％左右的热阻。
49.另一方面，制作出：样品c，其不具有粘结层，使用快速固化树脂形成绝缘层；样品d，其是将样品b的绝缘层12所含有的填料的体积比变为75％而成；及样品e，其是将样品b的绝缘层12的厚度变为100μm而成。其结果是：在各样品中产生粘结缺陷，无法进行上述测量。
50.如上所述那样，本发明可包括并未记载于此的各种实施方式等，在不脱离由权利要求书所特定的技术思想的范围内可进行各种的设计改变等。例如，也可以将本发明的粘结方法应用于将在树脂上印刷有电路图案而成的电路基板层叠至绝缘层的结构，以取代本发明的电路。
51.如上所述，本发明的层叠体、粘结方法及电路基板用半成品是适于获得能够同时满足耐电压、热传导性及粘结强度的层叠体。
52.【符号说明】
53.1、1a、1b 层叠体
54.10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基材
55.11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电路
56.12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
绝缘层
57.13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
粘结剂。