《日本高导热性基板材料的新发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日本高导热性基板材料的新发展（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、日本高导热性基板材料的新发展 作者：佚名 刊登时间：-09-18 16:58:11 核心词：基板; 散热; 生产; 导热性; 产品 LED（Light Emitting Diode）产业正处在蓬勃发展的阶段。它带动了新一代的印制电路板及其基板材料的浮现，推动其技术的跨跃性进步。与此同步也开拓了 PCB 基板材料的新市场、新应用领域。日本在 LED 散热基板用基板材料技术、市场的发展上,走在世界前列。在本文按照日本某些散热基板用基板材料的生产公司的综述顺序，对日本在金属基覆铜板和高导热性有机树脂基覆铜板方面的技术进展及技术发展特点，加以论述和探讨。1. 三洋半导体株式会社三洋半导体株式会社是生产
2、半导体器件的公司，它又是一家在日本很有名的生产金属基型散热基板及其基板材料的很具特色的厂家。长期以来它不仅生产制造混合集成电路（ Hybrid IC）器件，并且还生产这种HIC的封装基板，以及生产封装基板所用的金属基覆铜板（金属基CCL）。这一从产品的上游基材（CCL），到基板（PCB）、再到器件、封装的“一贯制生产”的经营方式，使得它在日本半导体器件制造业界中成为一家很有经营特色的厂家。三洋半导体公司早在 1969 年就在世界上最早实现工业化生产金属基 PCB 的厂家之一。自那时起该公司所生产的这种金属基覆铜板产品，被注册为称为“IMST” Insulated Metal Substrate
3、 Technology，绝缘金属基板技术）的商标牌号。IMST由三层构造构成，即导电层（铜箔）、绝缘树脂层、金属层（铝金属底板）。其中绝缘层构成及制造技术是IMST的产品技术的核心。三洋半导体公司金属基CCL技术专家（该公司HIC事业部第一开发部主任技术员）在近期刊登的文章中提及：“基板绝缘层的树脂构成，是决定金属基CCL特性的非常重要的因素。担当基板中的导体（铜箔）层与铝金属底板之间的电气绝缘，这是它的第一种作用。而绝缘树脂层将安装在基板上芯片所发出的热，再传播到在它下层的金属板层上，也是它的此外一种重要任务。一般绝缘层所用的高聚物树脂（如环氧树脂）具有高绝缘性，但它在基板的散热上，大都是起
4、到了阻碍的作用。因此，需要在绝缘层树脂构成中添加填料，来赋予它的导热性。”“在同一树脂构成的金属基 CCL 中，绝缘层的厚度也对基板的导热性有很大的关联。太厚的绝缘层构成的金属基CCL在导热性上体现得比薄型绝缘层基CCL 的相对恶劣。而薄型绝缘层，尽管它可提高整个金属基 CCL 的导热性有所奉献，但它也需要克服由绝缘层的减薄而带来的基材耐电压下降的问题浮现。”三洋半导体公司的IMST的最大特点是它具有高散热性。它的这种特性来自于它的薄型、高导热性的绝缘层的重要支撑。IMST的绝缘层不仅实现了低热阻化，并且尚有着低成本的特点。为了提高金属基CCL的高导热性，在此板的绝缘层的树脂构成中加入高导热性
5、的填料。在填料种类的选择上，大多数的金属基CCL生产公司是采用了Al2O3填料。三洋半导体公司则采用了加入硅类填料的工艺配方。选择硅类填料的因素，该公司的技术专家（HIC技术部基板工艺技术课课长高草木贞道）是如此解释的：“氧化铝填料的价格要比硅填料高出 10 倍，采用Si填料重要是为了实钞票属基CCL的低价格化。此外，采用Si填料的铝基CCL，还会在加工性上得到提高。板的绝缘层中加入Al2O3填料的铝基CCL，在PCB加工中，对模具的磨耗很大，大大地减少了它在PCB加工中的使用寿命。在加工模具耐久性方面，使用Si填料的铝基CCL要比 采用Al2O3填料的铝基CCL高出 8 倍以上。”三洋半导体
6、公司采用 Si 为绝缘层填料的铝基 CCL（即 IMST）由于它在导热性、成本性、加工性具有竞争优势，因此当近年的 LED 对散热基板的需求迅速增长后，使得这种铝基 CCL 的销售一方面获益，其量得到很大幅度的增长。三洋半导体公司 IMST 产品有两种常规的品种。它们的重要性能如表 1 所示。三洋半导体公司研发人员草部隆之在近期出版的日本专业杂志上提出：该公司目前正开展有关金属基 CCL 的两个重要课题：一种是解决芯片或片式元件在安装在金属基CCL所制的散热基板上时,容易发生的焊接部位“开裂”问题。在这方面的有效技术途径，是通过减少金属基 CCL 绝缘层树脂的模量。另一种课题是：出于面临与有机
7、树脂散热基板的市场竞争愈发剧烈等因素，开发低成本金属基 CCL 势在必行、十分重要。三洋半导体公司的金属基CCL（IMST）的需求量于生产量自 年起都浮现了明显的提高。它在国内的生产据点是东京制作所（东京制作所工厂地址在群马县邑乐郡）。其生产能力在2万m2/月。此后随着IMST外售量的增长，该公司筹划还将进一步地扩大在东京制作所的IMST生产量。此外，三洋半导体公司已经在其需求较大的中国内地，与一家工厂合伙，已开始了IMST产品的OEM生产。同步，在 年三洋半导体公司已将从金属基CCL开始制作起的驱动IC产品（其封装基板采用金属基散热基板）移至在越南的该公司海外投资工厂进行生产。在 年间越南厂
8、仅IMST生产量也达到了 1.5 万m2/月。三洋半导体公司的金属基（芯）基板（MDPCB）产品例见图 1。图1 三洋半导体公司的金属基（芯）基板例2.电气化学工业：发展散热基板的先驱者日本电气化学工业株式会社14生产、销售散热型PCB（散热基板）已有20近年的历史。它可算是日本国内的发展散热基板的先驱者。长期以来，散热基板成为该公司经营业绩的重要支撑部分。近年来，半导体照明及液晶TV的面板的LED背光源（Backlight，简称BLU）的需求散热基板的市场，得到迅速的扩大。在此背景下，该公司更加大力发展散热基板的经营事业。早在 1985 年，日本电气化学工业株式会社就问世了第一代的散热基板产
9、品。产品牌号为“HITT ”。近年来，该公司此类散热基板始终保持着良好的经营业绩。这种骄人的经营业绩还得利于散热基板主导市场方面的近年所发生的重大转变：过去，该公司的散热基板过去的重要应用领域为电力电子（涉及变电、发电、电源、大功率等类别的电子部品）产品中。目前，随着 LED 的高功率化的发展，该公司的散热基板在 LED 的应用领域市场得到不久的扩大。日本电气化学工业株式会社的“HITT PLATE”散热基板的制作，是本公司自己一方面制造基板材料金属基覆铜板。基板材料是由铝金属板、附在金属板上的导热性绝缘层、铜箔三种重要材料所构成的。完毕金属基覆铜板制作后，再经对金属基覆铜板上的铜箔进行蚀刻加
10、工，而制成导电电路图形，最后形成散热基板。该公司自制的金属基覆铜板的绝缘层，其本体树脂是环氧树脂。在树脂中添加了高导性的无机填料。这个绝缘层的散热功能，可以达到一般氧化铝陶瓷基板材料的热阻性能水平。日本电气化学工业株式会社的重要几种金属基覆铜板品的绝缘层所能达到的性能指标值见表 24为了应对散热基板需求量迅速增长的市场变化，该公司还新开发了两种陶瓷型散热基板。它们是氮化铝基的高散热性陶瓷型散热基板（产品型号为：“ AN ” ）、氮化硅基散热基板（产品型号为：“ SN ” ）。它们具有机械强度优秀、热膨胀系数低的特性。这两种陶瓷基板重要应用在功率模块领域中。电气化学公司在日本国内有两座生产散热基
11、板的工厂，即设在福冈县的大牟田工厂和设在群马县的渋川工厂。其中原料粉体材料及 AN/SN 型号的陶瓷基板是在大牟田工厂内生产，而“HITT PLATE”有机树脂绝缘层型散热基板的生产制作是在渋川工厂内进行。该公司的电子材料事业部下属电子部材部门的负责人河内亮先生近期谈到了电气化学公司散热基板在此后发展的规划：“将来随着 LED 大功率化的进展，金属基型散热基板市场预测将有更大的扩大。鉴于这个市场的大变化，我们公司现正在制定对铝基散热基板扩产的规划。而我们需要增长多大的产能才干符合市场增强的需求，在这个问题上我们正在积极地进行调研、考察之中。待此项工作完毕后，扩产建设筹划将会进入实际实行阶段。”
12、在 年 6 月电气化学公司与日本工业株式会社5合资建立了“AGSP株式会社”。新建公司重要生产高散热性基板。它的生产基地设在本来工业公司的长野县冈谷工厂内。此工厂重要生产LED照明和液晶电视用面板的LED背光（BLU）模块的两种封装基板。而这两种封装基板下侧的母板，是采用电气化学公司已有的“HITT PLATE”金属基散热基板作为配套。AGSP株式会社的建立，标志着电气化学公司将从事的经营业务，延伸到封装领域，完善了该公司的散热基板产业链。6 AGSP 株式会社生产的这种 BUL 封装产品，是在基板的环氧树脂绝缘层表面形成 Cu 凸块，接合芯片而构成的。过去，老式的 LED 背光模块（BLU封
13、装）所用的封装基板是陶瓷类基板，而近年已经逐渐被此类环氧树脂作绝缘层的有机封装金属基散热基板所替代。后者在实现高散热性、高可靠性、低成本方面特性优于陶瓷类基板，因此它的需求量在近年得到很大的增长。在AGSP 株式会社，为 LED 照明和液晶显示用 BUL 封装配套生产的散热基板，已有一半以上由本来采用的陶瓷类基板更换为有机树脂的高散热性金属基散热基板。3. 日本理化工业所株式会社（NRK）日本理化工业所（株）是生产铝基覆铜板的大型厂家。由于近一、两年用于LED 照明和液晶电视的背光源对高亮度 LED 的需求量大增，使得该公司的铝基CCL 生产业务得到扩大。 年 9 月该公司的铝基 CCL 销售
14、额比 年同期增长了 20%，而 年 9 月，估计又比 年同期再增长 20%。在五、六年前该公司开始注重发展铝基CCL。起初它的应用领域重要还是为大功率模块做配套，而近两、三年 LED 应用市场已迅速地成为了它的重要的、新应用领域。用于 LED 的铝基 CCL，在该公司此类产品中的销售额比例在逐年得到迅速提高，至 年初它已占到 50%以上。理化工业所铝基 CCL 本来的主导产品是“NRA-8”和“NRA-E”。自 又问世了种铝基 CCL新品“NBA-ES”和“NRA-L”。其中“NBA-ES”是针对下一代 LED 用的高导热性基板材料。它的构造特点是其底基板用铝板厚度很薄，从本来的 1.0mm
15、减薄到 0.23mm，实现了市场合需求的铝基 CCL 产品薄型化。底基铝板采用更薄型，一般会给整个铝基 CCL 的压制成型加工带来工艺性的困难。该公司凭借近年来的生产铝基 CCL 的经验，改善了工艺条件，较好地解决了生产工艺中的难点，实现了此产品的工业化生产。该公司所推出的此外一种铝基 CCL 新品“NRA-L”，它的性能特点是实现了低模量性。这也使得它的 PCB 加工性获得提高。面临 LED 散热基板领域对铝基 CCL 需求的迅速增长，日本理化工业所为适应市场扩大的形势，决定在 年 4 月起，开始与台湾一家公司合伙，委托它在海外生产该公司的铝基 CCL（生产品种重要是 LED 专用的“NBA
16、-ES”品种）。将部分的“NBA-ES”转给台湾厂家生产其重要因素为：在台湾，在液晶电视制造中用的背光源模块的生产量近期得到急速的增长。台湾已经形成多家生产规模较大的背光源模块生产厂家。它们在背光源模块生产中大量的需要使用铝基CCL。理化工业所将具有薄型化特点的“NBA-ES”产品委托台湾厂生产，旨在抢占、扩大这种产品在台湾 LED 背光源领域的应用市场。理化工业所所委托生产铝基 CCL 的台湾厂家，是一家设在台湾桃园地区的PCB生产公司。理化工业所将在日本国内生产出的高导热性半固化性的粘接片提供应它，再由此台湾厂完毕层压成型以及后期加工的工作，该公司再完毕散热基板（以铝基 CCL 为基板材料的 PCB）的制造。到 年二季度，日本理化工业所在海外生产铝基 CCL 的比例（按销售额计）已占理化工业所铝基 CCL 生产总
