CN107851624A - 功率模块用基板、功率模块用电路基板和功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的功率模块用基板(100)包括金属基板(101)、设置在金属基板(101)上的绝缘树脂层(102)和设置在绝缘树脂层(102)上的金属层(103)。绝缘树脂层(102)包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无机填充材料(B)，频率1kHz、100℃～175℃时的绝缘树脂层(102)的介质损耗系数的最大值为0.030以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。

Description

功率模块用基板、功率模块用电路基板和功率模块
技术领域
本发明涉及功率模块用基板、功率模块用电路基板和功率模块。
背景技术
一直以来，已知有将绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated Gate BipolarTransistor)和二极管等半导体元件、电阻以及电容器等电子部件搭载于电路基板上而构成的功率模块。
这些功率模块根据其耐受电压和电流容量而应用于各种设备。尤其从近年的环境问题、推进节能化的观点考虑，这些功率模块在各种电气机械中的使用逐年扩大。
尤其对于车载用电力控制装置，要求小型化、省空间化以及将电力控制装置设置在引擎室内。引擎室内为温度高、温度变化大等严酷的环境，需要散热面积大的基板。对于这样的用途，散热性更进一步优异的金属基座电路基板受到关注。
例如，专利文献1中公开了将半导体元件搭载于引线框等支承体上，用绝缘树脂层将支承体和与散热片连接的散热板粘接的功率模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-216619号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，这样的功率模块在高温下的绝缘性不够充分。因此，有时难以确保电子部件的绝缘性，在该情况下会导致功率模块的性能下降。
用于解决技术问题的手段
根据本发明，提供一种功率模块用基板，其包括金属基板、设置在上述金属基板上的绝缘树脂层和设置在上述绝缘树脂层上的金属层，其特征在于：
上述绝缘树脂层包含热固性树脂和分散在上述热固性树脂中的无机填充材料，
频率1kHz、100℃～175℃时的上述绝缘树脂层的介质损耗系数的最大值为0.030以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。
另外，根据本发明，提供一种功率模块用电路基板，其特征在于：通过对上述功率模块用基板的上述金属层进行电路加工而形成。
另外，根据本发明，提供一种功率模块，其特征在于，包括：
上述功率模块用电路基板；和
设置在上述功率模块用电路基板上的电子部件。
发明效果
根据本发明，能够提供能够实现绝缘可靠性优异的功率模块的功率模块用基板和功率模块用电路基板以及绝缘可靠性优异的功率模块。
附图说明
上述的目的和其他的目的、特征和优点通过以下说明的优选实施方式和附随于其的以下附图将进一步明确。
图1是本发明的一实施方式的功率模块用基板的剖视图。
图2是本发明的一实施方式的功率模块的剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在所有附图中，对相同的构成要件标注相同的符号，其详细说明适当省略以避免重复。另外，图为概要图，与实际尺寸比率并不一致。另外，数值范围的“～”若无特别说明，则表示以上至以下。
[功率模块用基板]
首先，对本实施方式的功率模块用基板100进行说明。图1是本发明的一实施方式的功率模块用基板100的剖视图。
功率模块用基板100包括金属基板101、设置在金属基板101上的绝缘树脂层102和设置在绝缘树脂层102上的金属层103。
<绝缘树脂层>
绝缘树脂层102为用于将金属层103粘接于金属基板101的层。
绝缘树脂层102包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无机填充材料(B)。
另外，绝缘树脂层102的频率1kHz、100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值为0.030以下，优选为0.025以下，尤其优选为0.018以下，且相对介电常数的变化为0.10以下，优选为0.05以下。相对介电常数的变化为从175℃时的相对介电常数的值减去100℃时的相对介电常数的值而得到的值。上述介质损耗系数的最大值的下限值并无特别限定，例如为0.010以上。上述相对介电常数的变化的下限值并无特别限定，例如为0.01以上。
另外，在本实施方式中，绝缘树脂层102是使包含热固性树脂(A)和无机填充材料(B)的热固性树脂组合物(P)热固化而得到的。即，绝缘树脂层102成为包含已热固化的热固性树脂(A)的C阶段状态。
在此，频率1kHz、100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值表示绝缘树脂层102的β弛豫的指标。即，100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值越低，表示β弛豫越小。另外，相对介电常数的变化表示绝缘树脂层102的绝缘性的温度依赖性的指标。即，相对介电常数的变化越小，表示由温度变化引起的绝缘树脂层102的绝缘性的变化越小。
介质损耗系数和相对介电常数能够通过LCR测试仪来测定。
绝缘树脂层102设置于金属基板101与金属层103之间，在功率模块中促进从发热体向散热体的热传导。由此，能够抑制半导体芯片等的由特性变化导致的故障，从而实现功率模块的稳定性的提高。
根据本发明人的研究得知，通过提高绝缘树脂层102的玻璃化转变温度，能够某种程度提高功率模块用基板100的绝缘性。但是，仅提高玻璃化转变温度，在高温下，还无法得到充分的绝缘性。
于是，本发明人鉴于上述情况进行深入研究的结果，发现了绝缘树脂层102的β弛豫越小，功率模块用基板100的高温下的绝缘性越进一步提高。认为其理由是因为，β弛豫越低，在高温下绝缘树脂层102中的导电性成分的运动释放越被抑制。
当导电性成分的运动释放被抑制时，能够抑制由温度上升而引起的绝缘树脂层102的绝缘性下降。因此，本实施方式的功率模块用基板100能够实现高温下的绝缘性优异且绝缘可靠性高的功率模块。
绝缘树脂层102的100℃～175℃时的介质损耗系数、相对介电常数的变化能够通过适当地调节构成绝缘树脂层102的各成分的种类、配合比例和绝缘树脂层102的制作方法来控制。
在本实施方式中，尤其作为用于控制上述介质损耗系数和相对介电常数的变化的因素，可举出适当选择热固性树脂(A)的种类、对添加了热固性树脂(A)和无机填充材料(B)的树脂漆进行时效处理和该时效处理中的加热条件等。
在功率模块用基板100中，通过离子色谱法对在下述条件下得到的提取水进行分析而测得的绝缘树脂层102中的离子的总量优选为30,000ppm以下，更优选为20,000ppm以下。
在此，上述离子为选自Li+、Na+、NH4 +、K+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、NO2 2-、Br-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-、(COO)2 2-、CH3COO-和HCOO-中的一种或两种以上。
(条件)
对已冷冻粉碎的绝缘树脂层(102)2g添加40mL的纯水，在125℃进行20小时的热水提取，得到提取水。
通过上述离子的总量为上述上限值以下，能够使高温下的绝缘树脂层102的绝缘性更进一步提高。通过调整构成绝缘树脂层102的各成分中的离子性杂质的量，或当含有水解而生成离子的无机填充材料(B)时选择表面积小的无机填充材料(B)，能够调整绝缘树脂层102中的上述离子的总量。
在功率模块用基板100中，在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过动态粘弹性测定测得的绝缘树脂层102的玻璃化转变温度优选为175℃以上，更优选为190℃以上。上述玻璃化转变温度的上限值并无特别限定，例如为300℃以下。
在此，绝缘树脂层102的玻璃化转变温度(Tg)在除去金属基板101和金属层103之后，在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过DMA(动态粘弹性测定)来测定。
当玻璃化转变温度为上述下限值以上时，能够更进一步抑制导电性成分的运动释放，因此，能够更进一步抑制由温度上升而引起的绝缘树脂层102的绝缘性的下降。其结果，能够实现绝缘可靠性更进一步优异的功率模块。
玻璃化转变温度能够通过适当地调节构成绝缘树脂层102的各成分的种类、配合比例和绝缘树脂层102的制作方法来控制。
绝缘树脂层102的按照JIS K6911以施加电压1000V施加电压后在1分钟后测得的175℃的体积电阻率优选为1.0×108Ω·m以上，更优选为1.0×109Ω·m以上，尤其优选为1.0×1010Ω·m以上。175℃的体积电阻率的上限值并无特别限定，例如为1.0×1013Ω·m以下。
在此，175℃的体积电阻率表示绝缘树脂层102的高温下的绝缘性的指标。即175℃的体积电阻率越高，表示高温下的绝缘性越优异。
绝缘树脂层102的175℃的体积电阻率能够通过适当地调节构成绝缘树脂层102的各成分的种类、配合比例和绝缘树脂层102的制作方法来控制。
在本实施方式中，尤其作为用于控制175℃的体积电阻率的因素，可举出适当地选择热固性树脂(A)的种类、对添加了热固性树脂(A)和无机填充材料(B)的树脂漆进行时效处理和该时效处理中的加热条件等。
绝缘树脂层102的厚度根据目的适宜地设定，但是从能够实现机械强度和耐热性的提高且将来自电子部件的热更有效地向金属基板101传递的观点考虑，绝缘树脂层102的厚度优选为40μm以上400μm以下，从功率模块用基板100整体的散热性和绝缘性的平衡更进一步优异的观点考虑，优选将绝缘树脂层102的厚度设定为100μm以上300μm以下。
通过将绝缘树脂层102的厚度设为上述上限值以下，能够使来自电子部件的热容易地传递到金属基板101。
另外，通过将绝缘树脂层102的厚度设为上述下限值以上，能够通过绝缘树脂层102充分地缓解由金属基板101与绝缘树脂层102之间的热膨胀系数差引起的热应力的产生。而且，功率模块用基板100的绝缘性提高。
绝缘树脂层102包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无机填充材料(B)。
(热固性树脂(A))
作为热固性树脂(A)，可举出具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂和氰酸酯树脂等。
作为热固性树脂(A)，可以单独使用这些树脂中的1种，也可以并用2种以上。
通过使用这样的热固性树脂(A)，能够提高绝缘树脂层102的玻璃化转变温度，并且使频率1kHz、100℃～175℃时的介质损耗系数和相对介电常数的变化降低。
热固性树脂(A)中，从更进一步降低介质损耗系数的观点考虑，尤其优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂。
绝缘树脂层102中包含的热固性树脂(A)的含量，相对于绝缘树脂层(102)100质量％优选为1质量％以上30质量％以下，更优选为5质量％以上28质量％以下。当热固性树脂(A)的含量为上述下限值以上时，处理性提高，容易形成绝缘树脂层102。当热固性树脂(A)的含量为上述上限值以下时，绝缘树脂层102的强度和阻燃性更进一步提高，绝缘树脂层102的导热性更进一步提高。
(无机填充材料(B))
作为无机填充材料(B)，例如可举出二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和碳化硅等。这些可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
作为无机填充材料(B)，从更进一步提高绝缘树脂层102的导热性的观点考虑，优选为通过使鳞片状氮化硼的一次颗粒凝集而形成的二次凝集颗粒。
通过使鳞片状氮化硼凝集而形成的二次凝集颗粒，例如能够通过在利用喷雾干燥法等使鳞片状氮化硼凝集之后对其进行烧制来形成。烧制温度例如为1200～2500℃。
这样，当使用使鳞片状氮化硼烧结而得到的二次凝集颗粒时，从提高热固性树脂(A)中的无机填充材料(B)的分散性的观点考虑，作为热固性树脂(A)尤其优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂。
通过使鳞片状氮化硼凝集而形成的二次凝集颗粒的平均粒径例如优选为5μm以上180μm以下，更优选为10μm以上100μm以下。由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的绝缘树脂层102。
构成上述二次凝集颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上20μm以下，更优选为0.1μm以上10μm以下。由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的绝缘树脂层102。
该平均长径能够通过电子显微镜照片来测定。例如，按照以下步骤来测定。首先，用切片机等切断二次凝集颗粒以制作样本。接着，通过扫描型电子显微镜，拍摄数张放大至数千倍的二次凝集颗粒的剖面照片。接着，选择任意的二次凝集颗粒，从照片测定鳞片状氮化硼的一次颗粒的长径。此时，对10个以上的一次颗粒测定长径，将它们的平均值作为平均长径。
绝缘树脂层102中包含的无机填充材料(B)的含量，相对于绝缘树脂层(102)100质量％，优选为50质量％以上95质量％以下，更优选为55质量％以上88质量％以下，尤其优选为60质量％以上80质量％以下。
通过将无机填充材料(B)的含量设为上述下限值以上，能够更有效地实现绝缘树脂层102的导热性和机械强度的提高。另一方面，通过将无机填充材料(B)的含量设为上述上限值以下，能够提高热固性树脂组合物(P)的成膜性和操作性，使绝缘树脂层102的膜厚的均匀性更进一步良好。
从更进一步提高绝缘树脂层102的导热性的观点考虑，本实施方式的无机填充材料(B)优选除了上述二次凝集颗粒以外还包含与构成二次凝集颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒不同的鳞片状氮化硼的一次颗粒。该鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上20μm以下，更优选为0.1μm以上10μm以下。
由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的绝缘树脂层102。
(固化剂(C))
当作为热固性树脂(A)使用环氧树脂时，绝缘树脂层102优选还包含固化剂(C)。
作为固化剂(C)，能够使用选自固化催化剂(C-1)和酚类固化剂(C-2)中的1种以上。
作为固化催化剂(C-1)，例如可举出：环烷酸锌、环烷酸钴、辛酸锡、辛酸钴、双乙酰丙酮钴(II)和三乙酰丙酮钴(III)等有机金属盐；三乙胺、三丁胺和1，4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷等叔胺类；2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2，4-二乙基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基咪唑和2-苯基-4，5-二羟基甲基咪唑等咪唑类；三苯基膦、三对甲苯基膦、四苯基鳞四苯基硼酸盐、三苯基膦三苯基硼烷和1，2-双-(二苯基膦基)乙烷等有机膦化合物；苯酚、双酚A和壬基酚等酚化合物；乙酸、苯甲酸、水杨酸和对甲苯磺酸等有机酸等；或它们的混合物。作为固化催化剂(C-1)，也能够单独使用包括这些物质的衍生物在内的1种，也能够并用包括这些物质的衍生物在内的2种以上。
绝缘树脂层102中包含的固化催化剂(C-1)的含量并无特别限定，相对于绝缘树脂层(102)100质量％，优选为0.001质量％以上1质量％以下。
另外，作为酚类固化剂(C-2)，可举出：苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂、酚醛清漆树脂和三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂；萜烯改性酚醛树脂和双环戊二烯改性酚醛树脂等改性酚醛树脂；具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的苯酚芳烷基树脂和具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的萘酚芳烷基树脂等芳烷基型树脂；双酚A和双酚F等双酚化合物；甲阶型酚醛树脂等，这些可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
这些当中，从提高玻璃化转变温度和降低线膨胀系数的观点考虑，优选酚类固化剂(C-2)为酚醛清漆型酚醛树脂或甲阶型酚醛树脂。
酚类固化剂(C-2)的含量并无特别限定，相对于绝缘树脂层(102)100质量％，优选为1质量％以上30质量％以下，更优选为5质量％以上20质量％以下。
(偶联剂(D))
绝缘树脂层102可以还包含偶联剂(D)。
偶联剂(D)能够提高热固性树脂(A)与无机填充材料(B)的界面的润湿性。
作为偶联剂(D)，能够使用通常使用的任何偶联剂，具体而言优选使用选自环氧基硅烷偶联剂、阳离子硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和硅油型偶联剂中的1种以上的偶联剂。
偶联剂(D)的添加量依赖于无机填充材料(B)的比表面积，因此并无特别限定，相对于无机填充材料(B)100质量份，优选为0.1质量份以上10质量份以下，尤其优选为0.5质量份以上7质量份以下。
(苯氧基树脂(E))
绝缘树脂层102可以还包含苯氧基树脂(E)。通过包含苯氧基树脂(E)，能够更进一步提高功率模块用基板100的抗弯性。
另外，通过包含苯氧基树脂(E)，能够降低绝缘树脂层102的弹性模量，能够提高功率模块用基板100的应力松弛力。
另外，当包含苯氧基树脂(E)时，能够抑制因粘度上升引起流动性降低而产生空隙等。另外，能够提高绝缘树脂层102与金属基板101、金属层103之间的密合性。通过这些的协同效应，能够更进一步提高功率模块的绝缘可靠性。
作为苯氧基树脂(E)，例如可举出具有双酚骨架的苯氧基树脂、具有萘骨架的苯氧基树脂、具有蒽骨架的苯氧基树脂和具有联苯骨架的苯氧基树脂等。另外，也能够使用具有多种这些骨架的结构的苯氧基树脂。
苯氧基树脂(E)的含量例如相对于绝缘树脂层(102)100质量％为3质量％以上10质量％以下。
(其他成分)
在不损害本发明的效果的范围内，绝缘树脂层102中能够包含抗氧化剂和均化剂等。
绝缘树脂层102例如能够如以下那样制作。
首先，将上述的各成分添加到溶剂中，得到漆状的热固性树脂组合物(P)。在本实施方式中，例如，在溶剂中添加热固性树脂(A)等制作出树脂漆之后，向该树脂漆中加入无机填充材料(B)并用三辊机等进行混炼，由此能够得到热固性树脂组合物(P)。由此，能够使无机填充材料(B)更均匀地分散于热固性树脂(A)中。
作为上述溶剂并无特别限定，可举出甲基乙基酮、甲基异丁酮、丙二醇单甲醚和环己酮等。
接着，对热固性树脂组合物(P)进行时效处理。由此，能够使所得到的绝缘树脂层102的频率1kHz、100℃～175℃时的介质损耗系数和相对介电常数的变化降低。推测其主要原因在于，通过时效处理，无机填充材料(B)对热固性树脂(A)的亲和性提升等。时效处理例如能够在30～80℃、12～24小时的条件下进行。
接着，将热固性树脂组合物(P)成型为片状，以形成绝缘树脂层102。在本实施方式中，例如，在基材上涂布漆状的热固性树脂组合物(P)之后，对其进行热处理使其干燥，由此能够得到绝缘树脂层102。作为基材，例如可举出金属基板101、金属层103、构成可剥离的载体材料等的金属箔。另外，用于使热固性树脂组合物(P)干燥的热处理例如在80～150℃、5分钟～1小时的条件下进行。
<金属基板>
金属基板101具有对功率模块用基板100中蓄积的热进行散热的作用。金属基板101只要是散热性的金属基板就没有特别限定，例如为铜基板、铜合金基板、铝基板或铝合金基板，优选铜基板或铝基板，更优选铜基板。通过使用铜基板或铝基板，能够使金属基板101的散热性良好。
只要不损害本发明的目的，金属基板101的厚度能够适宜地设定。
金属基板101的厚度的上限值例如为20.0mm以下，优选为5.0mm以下。通过使用该数值以下的厚度的金属基板101，能够进行作为功率模块用基板100整体的薄型化。另外，能够提高功率模块用基板100的外形加工和切出加工等中的加工性。
另外，金属基板101的厚度的下限值例如为0.1mm以上，优选为1.0mm以上，进一步优选为2.0mm以上。通过使用该数值以上的金属基板101，能够提高作为功率模块用基板100整体的散热性。
<金属层>
金属层103设置于绝缘树脂层102上，为进行电路加工的层。
作为构成该金属层103的金属，例如可举出选自铜、铜合金、铝、铝合金、镍、铁、锡等中的一种或两种以上。这些当中，作为构成金属层103的金属，优选为铜或铝，尤其优选为铜。通过使用铜或铝，能够使金属层103的电路加工性良好。
金属层103的厚度的下限值例如为0.01mm以上，优选为0.10mm以上，进一步优选为0.25mm以上。当是这样的数值以上时，即使是需要高电流的用途，也能够抑制电路图案的发热。
另外，金属层103的厚度的上限值例如为2.0mm以下，优选为1.5mm以下，进一步优选为1.0mm以下。当是这样的数值以下时，能够提高电路加工性，并且，能够实现作为基板整体的薄型化。
金属层103可以使用能够以板状得到的金属箔，也可以使用能够以卷状得到的金属箔。
<功率模块用基板的制造方法>
如以上那样的功率模块用基板100例如能够如以下那样制造。
首先，在载体材料上涂布漆状的热固性树脂组合物(P)之后，对其进行热处理使其干燥，由此形成树脂层，得到带树脂层的载体材料。
载体材料例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂薄膜；铜箔等金属箔等。载体材料的厚度例如为10～500μm。
接着，以带树脂层的载体材料的树脂层侧的面与金属基板101的表面接触的方式将带树脂层的载体材料层叠于金属基板101上。然后，使用冲压机等进行加压/加热而将树脂层以B阶段状态粘接。
接着，从B阶段状态的树脂层除去载体材料，在露出的树脂层的表面形成金属层103，得到层叠体。
另外，当作为载体材料使用金属箔时，能够将该载体材料直接作为金属层103。即，在该情况下，在得到带树脂层的金属层103之后，通过将带树脂层的金属层103层叠于金属基板101上，得到作为目标的层叠体。
接着，通过使用冲压机等对层叠体进行加压/加热，使树脂层加热固化而形成绝缘树脂层102，得到功率模块用基板100。
另外，在上述中，对在金属基板101上层叠带树脂层的载体材料的制造方法进行了说明，但是在本实施方式中，也能够在金属层103上层叠带树脂层的载体材料，除去载体材料之后，与金属基板101接合。
另外，当作为载体材料使用金属箔，并将该金属箔直接作为金属层103时，金属层103能够为从辊挤出的金属箔，优选为从辊挤出的铜箔或铝箔。
通过这样设定，能够实现生产效率的提高。
[功率模块用电路基板]
对所得到的功率模块用基板100，通过将金属层103蚀刻成规定的图案等而进行电路加工，能够得到功率模块用电路基板。
另外，也可以在最外层形成阻焊层10(参照图2)，并通过曝光、显影使连接用电极部露出，以使得能够安装电子部件。
[功率模块]
接着，对本实施方式的功率模块11进行说明。图2是本发明的一实施方式的功率模块11的剖视图。
通过在本实施方式的功率模块用电路基板上设置电子部件，能够得到功率模块11。
在本实施方式中，功率模块11为半导体装置，例如为功率半导体装置、LED照明装置、逆变器装置。
在此，逆变器装置为从直流电力电性产生交流电力的(具有逆转换功能的)装置。功率半导体装置与常规的半导体元件相比具有高耐受电压化、大电流化、高速/高频化的特征，通常被称为功率器件，可举出搭载有整流二极管、功率晶体管、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、晶闸管、门极可关断晶闸管(GTO)和三端双向交流开关等电子部件的器件。
电子部件为绝缘栅双极型晶体管、二极管、IC芯片等半导体元件、电阻、电容器等各种发热元件。功率模块用基板100作为散热器发挥作用。
在此，参照图2对功率模块11的一个例子进行说明。
在本实施方式的功率模块11中，在功率模块用电路基板的金属层103a上经由粘接层3搭载有IC芯片2。IC芯片2经由接合线7与金属层103b导通。
IC芯片2、接合线7和金属层103a、103b由密封材料6密封。
在功率模块11中，在金属层103上搭载有芯片电容器8和芯片电阻9。这些芯片电容器8和芯片电阻9能够使用以往公知的部件。
功率模块11的金属基板101经由导热润滑脂4与散热片5连接。即，能够将IC芯片2产生的热经由粘接层3、金属层103a、绝缘树脂层102、金属基板101和导热润滑脂4向散热片5传导而进行除热。
本发明并不限定于前述的实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等包含于本发明中。
实施例
以下，通过实施例和比较例对本发明进行说明，但是本发明并不限定于此。另外，在实施例中，关于份，只要没有特别说明就表示质量份。另外，各厚度以平均膜厚来表示。
(凝集氮化硼的制作)
将硼酸三聚氰胺和鳞片状氮化硼粉末(平均长径：15μm)混合而得到混合物，将所得到的混合物添加到聚丙烯酸铵水溶液中，混合2小时而制备了喷雾用浆料。接着，将该浆料供给至喷雾造粒机，通过在喷雾器的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下进行喷雾，制作了复合颗粒。接着，通过在氮气气氛下、2000℃的条件下对所得到的复合颗粒进行烧制，得到了平均粒径为80μm的凝集氮化硼。
在此，凝集氮化硼的平均粒径，是通过激光衍射式粒度分布测定装置(株式会社堀场制作所(HORIBA，Ltd.)制造，LA-500)以体积基准来测定颗粒的粒度分布，取其中值粒径(D50)。
(功率模块用基板的制作)
在实施例1～7和比较例1～2中，如以下那样制作了功率模块用基板。
首先，按照表1所示的配合，将热固性树脂和固化剂添加在作为溶剂的甲基乙基酮中，对其进行搅拌而得到了热固性树脂组合物的溶液。接着，在该溶液中加入无机填充材料并进行预混合之后，用三辊机进行混炼，得到了使无机填充材料均匀分散的漆状的热固性树脂组合物。接着，对所得到的热固性树脂组合物在60℃、15小时的条件下进行了时效处理。接着，利用刮板法在铜箔(厚度0.07mm，古河电气工业株式会社(Furukawa ElectricCo.，Ltd.)制造，GTS-MP箔)上涂布热固性树脂组合物之后，利用100℃、30分钟的热处理使其干燥从而制作出带树脂层的铜箔。
接着，将所得到的带树脂层的铜箔与3.0mm厚的铜板(韧铜)贴合，用真空冲压机以冲压100kg/cm2在180℃、40分钟的条件下进行冲压，得到了功率模块用基板(绝缘树脂层102的厚度：200μm)。
另外，表1中的各成分的详细情况如下所述。
在比较例3中，除了没有对热固性树脂组合物进行时效处理这一点以外，与实施例1同样地制作了功率模块用基板。
另外，表1中的各成分的详细情况如下所述。
(热固性树脂(A))
环氧树脂1：具有双环戊二烯骨架的环氧树脂(XD-1000，日本化药株式会社(Nippon Kayaku Co.，Ltd.)制造)
环氧树脂2：具有联苯骨架的环氧树脂(YX-4000，三菱化学株式会社(MitsubishiChemical Corporation)制造)
环氧树脂3：具有金刚烷骨架的环氧树脂(E201，出光兴产株式会社(IdemitsuKosan Co.，Ltd.)制造)
环氧树脂4：具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂(NC-2000-L，日本化药株式会社制造)
环氧树脂5：具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂(NC-3000，日本化药株式会社制造)
环氧树脂6：具有萘芳烷基骨架的环氧树脂(NC-7000，日本化药株式会社制造)
环氧树脂7：双酚F型环氧树脂(830S，大日本油墨株式会社(DIC Corporation)制造)
环氧树脂8：双酚A型环氧树脂(828，三菱化学株式会社制造)
氰酸酯树脂1：苯酚酚醛清漆型氰酸酯树脂(PT-30，Lonza Japan Ltd.制造)
(固化催化剂C-1)
固化催化剂1：2-苯基-4，5-二羟基甲基咪唑(2PHZ-PW，四国化成工业株式会社(Shikoku Chemicals Corporation)制造)
固化催化剂2：三苯基膦(北兴化学工业株式会社(HOKKO CHEMICAL INDUSTRYCO.，LTD.)制造)
(固化剂C-2)
酚类固化剂1：三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂(MEH-7500，明和化成株式会社(MEIWA PLASTIC INDUSTRIES，LTD.)制造)
(无机填充材料(B))
填充材料1：通过上述制作例制作出的凝集氮化硼
(介质损耗系数和相对介电常数的变化的测定)
如以下那样测定了绝缘树脂层的介质损耗系数和相对介电常数的变化。首先，从所得到的功率模块用基板剥离金属板和金属层而得到了绝缘树脂层。
使用导电性浆料在所得到的绝缘树脂层上形成φ18mm的主电极。另外，形成φ26mm的保护电极，使得主电极与保护电极之间为1mm。另外，在与主电极相反的一侧的面形成φ26mm的对电极。作为试验装置使用安捷伦科技有限公司(Agilent Technologies)制造的精密LCR测试仪(precision LCR meter)HP-4284A。有效电压为1V，将频率固定为1kHz，在30℃～200℃的范围内分别测定介质损耗系数和相对介电常数，计算出100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值和相对介电常数的变化。
(Tg(玻璃化转变温度)的测定)
如以下那样测定了绝缘树脂层的玻璃化转变温度。首先，从所得到的功率模块用基板剥离金属板和金属层而得到了绝缘树脂层。
接着，通过DMA(动态粘弹性测定)在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下测定了所得到的绝缘树脂层的玻璃化转变温度(Tg)。
(离子的总量的测定)
如以下那样测定了绝缘树脂层中的离子的总量。首先，从所得到的功率模块用基板剥离金属板和金属层而得到了绝缘树脂层。接着，使所得到的绝缘树脂层冷冻粉碎。对已冷冻粉碎的绝缘树脂层2g添加40mL的纯水，在125℃进行20小时的热水提取，得到了提取水。
对该提取水，使用DIONEX ICS-3000型、ICS-2000型、DX-320型离子色谱装置测定了选自Li+、Na+、NH4 +、K+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、NO2 2-、Br-、NO3 -、P04 3-、SO4 2-、(COO)2 2-、CH3COO-和HCOO-中的一种或两种以上的离子的总量。
在此，在离子色谱装置中导入试样液和标准溶液，通过标准曲线法求出各离子浓度，计算出来自试样的溶出离子量。
(25℃和175℃时的体积电阻率的测定)
如以下那样测定了绝缘树脂层的体积电阻率。首先，从所得到的功率模块用基板剥离金属板和金属层而得到了绝缘树脂层。接着，按照JIS K6911，使用ULTRA HIGHRESISTANCE METER R8340A(ADC CORPORATION制造)以施加电压1000V施加电压后，在1分钟后测定了所得到的绝缘树脂层的体积电阻率。
另外，主电极使用导电性浆料制作成φ25.4mm的圆形状。此时不制作保护电极。另外，在与主电极相反的一侧的面形成了φ26mm的对电极。
(绝缘可靠性评价)
对于实施例1～7和比较例1～3，分别如以下那样对功率模块的绝缘可靠性进行了评价。首先，使用功率模块用基板制作出图2所示的功率模块。作为IC芯片使用了IGBT芯片。作为接合线使用了Cu制的接合线。接着，使用该功率模块在温度85℃、湿度85％、交流施加电压1.5kV的条件下对连续湿中绝缘电阻进行了评价。其中，将电阻值106Ω以下设为故障。评价基准如以下所述。
◎◎：300小时以上没有故障
◎：200小时以上小于300小时有故障
○：150小时以上小于200小时有故障
△：100小时以上小于150小时有故障
×：小于100小时有故障
使用了100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值和相对介电常数的变化在本发明的范围内的功率模块用基板的实施例1～7的功率模块，绝缘可靠性优异。
另一方面，使用了100℃～175℃时的介质损耗系数的最大值和相对介电常数的变化在本发明的范围外的功率模块用基板的比较例1～3的功率模块，绝缘可靠性差。
本申请主张基于2015年7月23日申请的日本申请特愿2015-146051号的优先权，其公开的全部内容援用于本说明书中。

Claims (17)

1.一种功率模块用基板，其包括金属基板、设置在所述金属基板上的绝缘树脂层和设置在所述绝缘树脂层上的金属层，所述功率模块用基板的特征在于：
所述绝缘树脂层包含热固性树脂和分散在所述热固性树脂中的无机填充材料，
频率1kHz、100℃～175℃时的所述绝缘树脂层的介质损耗系数的最大值为0.030以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。
2.根据权利要求1所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述介质损耗系数的最大值为0.025以下，且所述相对介电常数的变化为0.05以下。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块用基板，其特征在于：
通过离子色谱法对在下述条件下得到的提取水进行分析而测得的所述绝缘树脂层中的离子的总量为30,000ppm以下，
所述离子为选自Li+、Na+、NH4 +、K+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、NO2 2-、Br-、NO3 -、PO4 3-、SO4 2-、(COO)2 2-、CH3COO-和HCOO-中的一种或两种以上，
(条件)
对已冷冻粉碎的所述绝缘树脂层2g添加40mL的纯水，在125℃进行20小时的热水提取，得到提取水。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述热固性树脂为选自具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂和氰酸酯树脂中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过动态粘弹性测定而测得的所述绝缘树脂层的玻璃化转变温度为175℃以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述无机填充材料为由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝集颗粒。
7.根据权利要求6所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述二次凝集颗粒的平均粒径为5μm以上180μm以下。
8.根据权利要求6或7所述的功率模块用基板，其特征在于：
构成所述二次凝集颗粒的所述一次颗粒的平均长径为0.01μm以上20μm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述无机填充材料的含量相对于所述绝缘树脂层100质量％为50质量％以上95质量％以下。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
按照JIS K6911，以施加电压1000V施加电压后，在1分钟后测得的175℃的所述绝缘树脂层的体积电阻率为1.0×108Ω·m以上。
11.根据权利要求10所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述体积电阻率为1.0×109Ω·m以上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述金属层的厚度为0.25mm以上1.0mm以下。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
构成所述金属层的金属包含铜。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述金属基板的厚度为2.0mm以上5.0mm以下。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的功率模块用基板，其特征在于：
所述金属基板为铜基板。
16.一种功率模块用电路基板，其特征在于：
通过对权利要求1至15中任一项所述的功率模块用基板的所述金属层进行电路加工而形成。
17.一种功率模块，其特征在于，包括：
权利要求16所述的功率模块用电路基板；和
设置在所述功率模块用电路基板上的电子部件。
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