JP2002217508A - 金属ベース基板およびその製造方法 - Google Patents
金属ベース基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを積層し
た金属ベース基板において、絶縁信頼性を確保しつつ熱
伝導性を向上させる。 【解決手段】 絶縁層を、その充填材として少なくとも
所定の表面皮膜を形成した窒化アルミニウムフィラーを
用い、この充填材をカップリング剤とともにベース樹脂
に混入して、形成することによって、絶縁層の所要の絶
縁破壊電圧、機械的強度を確保しつつ、絶縁層の熱伝導
度を高める。
た金属ベース基板において、絶縁信頼性を確保しつつ熱
伝導性を向上させる。 【解決手段】 絶縁層を、その充填材として少なくとも
所定の表面皮膜を形成した窒化アルミニウムフィラーを
用い、この充填材をカップリング剤とともにベース樹脂
に混入して、形成することによって、絶縁層の所要の絶
縁破壊電圧、機械的強度を確保しつつ、絶縁層の熱伝導
度を高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大電流容量のパワ
ー半導体デバイスに用いて好適な金属ベース基板に関す
るものである。
ー半導体デバイスに用いて好適な金属ベース基板に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、大電流容量のパワー半導
体デバイスは、回路基板に、パワー半導体素子、および
その他の電子部品を実装した構成を有する。そして、こ
のパワー半導体デバイスの回路基板には、他の絶縁基板
に比べて高い放熱性を示す金属ベース基板（金属絶縁基
板）が多用されている。この金属ベース基板は、図１に
示すように、金属板（鋼板、あるいはアルミ板）１の上
に、絶縁層２および銅箔パターン３を積層した構成にな
る。なお、図中、符号４は銅箔パターン３に実装したパ
ワー半導体素子である。
体デバイスは、回路基板に、パワー半導体素子、および
その他の電子部品を実装した構成を有する。そして、こ
のパワー半導体デバイスの回路基板には、他の絶縁基板
に比べて高い放熱性を示す金属ベース基板（金属絶縁基
板）が多用されている。この金属ベース基板は、図１に
示すように、金属板（鋼板、あるいはアルミ板）１の上
に、絶縁層２および銅箔パターン３を積層した構成にな
る。なお、図中、符号４は銅箔パターン３に実装したパ
ワー半導体素子である。
【０００３】ここで、絶縁層２には、パワー半導体素子
４の通電で発生した熱の放熱性を高めるために、フィラ
ー入りエポキシ樹脂が一般に採用されている。このフィ
ラー入りのエポキシ樹脂とは、エポキシ樹脂をマトリッ
クス（ベース樹脂）として、これに伝熱性を高めるため
に、充填材として、酸化ケイ素、酸化アルミニウムなど
のセラミックスフィラーを混入して作製したものであ
る。
４の通電で発生した熱の放熱性を高めるために、フィラ
ー入りエポキシ樹脂が一般に採用されている。このフィ
ラー入りのエポキシ樹脂とは、エポキシ樹脂をマトリッ
クス（ベース樹脂）として、これに伝熱性を高めるため
に、充填材として、酸化ケイ素、酸化アルミニウムなど
のセラミックスフィラーを混入して作製したものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、パワー半導体デ
バイスの電流容量が増大化する傾向にあり、これに伴い
金属ベース基板にはより高い伝熱性が要求されるように
なっている。図１において、パワー半導体素子４の発生
熱は、その大半がこの素子４をマウントした銅箔パター
ン３に伝熱した後、さらに絶縁層２、金属ベース板１を
伝熱経路として、金属ベース板１に伝熱結合させたヒー
トシンク（図示せず）に放熱する。このことから、金属
ベース基板の伝熱性を高めるには、特に、絶縁層２の所
要の絶縁破壊電圧、機械的強度を確保しつつ、いかにし
て絶縁層２の熱伝導度を高めるかが、課題となる。
バイスの電流容量が増大化する傾向にあり、これに伴い
金属ベース基板にはより高い伝熱性が要求されるように
なっている。図１において、パワー半導体素子４の発生
熱は、その大半がこの素子４をマウントした銅箔パター
ン３に伝熱した後、さらに絶縁層２、金属ベース板１を
伝熱経路として、金属ベース板１に伝熱結合させたヒー
トシンク（図示せず）に放熱する。このことから、金属
ベース基板の伝熱性を高めるには、特に、絶縁層２の所
要の絶縁破壊電圧、機械的強度を確保しつつ、いかにし
て絶縁層２の熱伝導度を高めるかが、課題となる。
【０００５】前述のように、絶縁層の充填材に酸化ケイ
素や酸化アルミニウムフィラーなどを採用した従来の金
属ベース基板では、絶縁層の熱伝導率がさほど高くな
く、このままでは大電流容量の半導体デバイス用として
は十分な放熱性が確保できない。したがって、絶縁層の
熱伝導性が従来のものと比べてより優れた金属ベース基
板の出現が要望されているのが、現状である。
素や酸化アルミニウムフィラーなどを採用した従来の金
属ベース基板では、絶縁層の熱伝導率がさほど高くな
く、このままでは大電流容量の半導体デバイス用として
は十分な放熱性が確保できない。したがって、絶縁層の
熱伝導性が従来のものと比べてより優れた金属ベース基
板の出現が要望されているのが、現状である。
【０００６】かかる現状に対して、本発明者等は、種々
検討を重ねたところ、絶縁層の充填材に熱伝導率の高い
窒化アルミニウムフィラーを使うことで、金属ベース基
板の放熱性を大幅に改善できることを見出した。しかし
ながら、窒化アルミニウムフィラーは、吸湿時にイオン
性不純物であるアンモニアを大量に発生する。このアン
モニアにより、窒化アルミニウムフィラーを用いた金属
ベース基板では、電極である銅箔の銅成分が、絶縁中
に、溶出・拡散してしまう。したがって、窒化アルミニ
ウムフィラーを用いた金属ベース基板は、高温高湿下で
の高電圧印加試験で短時間で絶縁不良になり、絶縁性の
長期信頼性が低い。
検討を重ねたところ、絶縁層の充填材に熱伝導率の高い
窒化アルミニウムフィラーを使うことで、金属ベース基
板の放熱性を大幅に改善できることを見出した。しかし
ながら、窒化アルミニウムフィラーは、吸湿時にイオン
性不純物であるアンモニアを大量に発生する。このアン
モニアにより、窒化アルミニウムフィラーを用いた金属
ベース基板では、電極である銅箔の銅成分が、絶縁中
に、溶出・拡散してしまう。したがって、窒化アルミニ
ウムフィラーを用いた金属ベース基板は、高温高湿下で
の高電圧印加試験で短時間で絶縁不良になり、絶縁性の
長期信頼性が低い。
【０００７】かかる困難性について、例えば、特開平７
−１３５３８０号公報において、予め無機フィラーの表
面を処理する解決案が提示されている。しかしながら、
この先行技術には、具体的にどのような表面被覆物質を
選択して使用したらよいのかは、開示されていない。吸
湿が生じやすいフィラーの表面を被覆するという手段
は、当業者には容易に考えつくことであるが、そのため
に使用して良好な物質は、種々、実験、検討を重ねなけ
れば、決定することはできない。
−１３５３８０号公報において、予め無機フィラーの表
面を処理する解決案が提示されている。しかしながら、
この先行技術には、具体的にどのような表面被覆物質を
選択して使用したらよいのかは、開示されていない。吸
湿が生じやすいフィラーの表面を被覆するという手段
は、当業者には容易に考えつくことであるが、そのため
に使用して良好な物質は、種々、実験、検討を重ねなけ
れば、決定することはできない。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので
あり、前記要求に応えて所要の絶縁信頼性を確保しつつ
熱伝導性に優れた新規な金属ベース基板を提供すること
を課題とする。
あり、前記要求に応えて所要の絶縁信頼性を確保しつつ
熱伝導性に優れた新規な金属ベース基板を提供すること
を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本願発明者らは、鋭意、実験、検討を重ねたとこ
ろ、以下のような知見を得るに至った。
に、本願発明者らは、鋭意、実験、検討を重ねたとこ
ろ、以下のような知見を得るに至った。
【００１０】金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを積層
した金属ベース基板において、前記絶縁層を、その充填
材として少なくとも所定の表面皮膜を形成した窒化アル
ミニウムフィラーを用い、この充填材をカップリング剤
とともにベース樹脂に混入して、形成することによっ
て、絶縁層の所要の絶縁破壊電圧、機械的強度を確保し
つつ、絶縁層の熱伝導度を高めることができることが、
判明した。より詳細には、金属板上に、絶縁層、銅箔パ
ターンを積層した金属ベース基板において、前記絶縁層
を、その充填材として、所定の表面皮膜を形成した窒化
アルミニウムフィラーを、あるいは、この窒化アルミニ
ウムフィラーと、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化
ホウ素、あるいは窒化ケイ素フィラーのと混合物を、カ
ップリング剤とともにベース樹脂に混入して作製する。
した金属ベース基板において、前記絶縁層を、その充填
材として少なくとも所定の表面皮膜を形成した窒化アル
ミニウムフィラーを用い、この充填材をカップリング剤
とともにベース樹脂に混入して、形成することによっ
て、絶縁層の所要の絶縁破壊電圧、機械的強度を確保し
つつ、絶縁層の熱伝導度を高めることができることが、
判明した。より詳細には、金属板上に、絶縁層、銅箔パ
ターンを積層した金属ベース基板において、前記絶縁層
を、その充填材として、所定の表面皮膜を形成した窒化
アルミニウムフィラーを、あるいは、この窒化アルミニ
ウムフィラーと、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化
ホウ素、あるいは窒化ケイ素フィラーのと混合物を、カ
ップリング剤とともにベース樹脂に混入して作製する。
【００１１】本発明は、係る知見に基づいてなされたも
のである。すなわち、本発明に係る金属ベース基板は、
金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを積層してなる金属
ベース基板において、前記絶縁層は、そのベース樹脂
に、充填材として、耐湿性のある表面皮膜が形成された
窒化アルミニウムフィラーが少なくとも混入されたもの
であることを特徴とする。
のである。すなわち、本発明に係る金属ベース基板は、
金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを積層してなる金属
ベース基板において、前記絶縁層は、そのベース樹脂
に、充填材として、耐湿性のある表面皮膜が形成された
窒化アルミニウムフィラーが少なくとも混入されたもの
であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明においては、前述の主要構
成に対して、以下のように、窒化アルミニウムフィラー
の性状、カップリング剤の種類、および絶縁層厚さなど
を規定する実施の形態がある。
成に対して、以下のように、窒化アルミニウムフィラー
の性状、カップリング剤の種類、および絶縁層厚さなど
を規定する実施の形態がある。
【００１３】（１） 窒化アルミニウムフィラーに形成
する表面皮膜は、酸化アルミニウム皮膜、燐酸系化合物
皮膜、酸化ケイ素系化合物皮膜から選択される少なくと
も１つのものからなる。 （２） 窒化アルミニウムフィラーとして、平均粒径が
５〜３０μｍのものを選定して用いる。 （３） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を４５〜７
０ｖｏｌ％に選定する。 （４） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を１５〜７
５ｖｏｌ％以下とし、他の酸化ケイ素、酸化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、あるいは窒化ケイ素フィラーから少な
くとも一つが選択されてなる他の充填材を６０ｖｏｌ％
以下とするとともに、窒化アルミニウムフィラーと他の
充填材との合計充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に選定す
る。 （５） 絶縁層の厚さを５０〜３００μｍの範囲に規定
する。 （６） 絶縁層のベース樹脂を、フェノールノポラック
タイブ、もしくはビスフェノールＡタイプのエポキシ樹
脂とする。 （７） カップリング剤として、エポキシ系、アミン
系、もしくはチタネート系シランカップリング剤を採用
する。
する表面皮膜は、酸化アルミニウム皮膜、燐酸系化合物
皮膜、酸化ケイ素系化合物皮膜から選択される少なくと
も１つのものからなる。 （２） 窒化アルミニウムフィラーとして、平均粒径が
５〜３０μｍのものを選定して用いる。 （３） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を４５〜７
０ｖｏｌ％に選定する。 （４） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を１５〜７
５ｖｏｌ％以下とし、他の酸化ケイ素、酸化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、あるいは窒化ケイ素フィラーから少な
くとも一つが選択されてなる他の充填材を６０ｖｏｌ％
以下とするとともに、窒化アルミニウムフィラーと他の
充填材との合計充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に選定す
る。 （５） 絶縁層の厚さを５０〜３００μｍの範囲に規定
する。 （６） 絶縁層のベース樹脂を、フェノールノポラック
タイブ、もしくはビスフェノールＡタイプのエポキシ樹
脂とする。 （７） カップリング剤として、エポキシ系、アミン
系、もしくはチタネート系シランカップリング剤を採用
する。
【００１４】上記のように絶縁層の充填材に窒化アルミ
ニウムフィラーを採用し、かつ、そのフィラーの結晶
形、粒径、充填量、ベース樹脂、カップリング剤の種
類、および絶縁層の厚さを前項（１）〜（７）のように
選定、規定して金属ベース基板を構成することにより、
熱伝導性に優れ、かつ絶縁性の面でも十分に実用に供し
得る金属ベース基板を作製することができる。
ニウムフィラーを採用し、かつ、そのフィラーの結晶
形、粒径、充填量、ベース樹脂、カップリング剤の種
類、および絶縁層の厚さを前項（１）〜（７）のように
選定、規定して金属ベース基板を構成することにより、
熱伝導性に優れ、かつ絶縁性の面でも十分に実用に供し
得る金属ベース基板を作製することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明者
等は、図1に示した金属ベース基板の絶縁層２につい
て、エポキシ樹脂（フェノールノポラックタイプ、もし
くはビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂）をベース
樹脂とし、これに充填材として、窒化アルミニウムフィ
ラー、あるいは窒化アルミニウムフィラ一と酸化ケイ素
フィラーの混合物を採用して、次に述べる試料を作製し
た。これら各試料について、熱伝導率、絶縁破壊電圧、
高温高湿（温度８５℃湿度７０％）中の高電圧印加試験
による測定を行って、従来製品の絶縁層（充填材に酸化
ケイ素、酸化アルミニウムを採用したもの）と対比し、
評価を行った。
等は、図1に示した金属ベース基板の絶縁層２につい
て、エポキシ樹脂（フェノールノポラックタイプ、もし
くはビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂）をベース
樹脂とし、これに充填材として、窒化アルミニウムフィ
ラー、あるいは窒化アルミニウムフィラ一と酸化ケイ素
フィラーの混合物を採用して、次に述べる試料を作製し
た。これら各試料について、熱伝導率、絶縁破壊電圧、
高温高湿（温度８５℃湿度７０％）中の高電圧印加試験
による測定を行って、従来製品の絶縁層（充填材に酸化
ケイ素、酸化アルミニウムを採用したもの）と対比し、
評価を行った。
【００１６】（実施例１）窒化アルミニウムフィラーと
して市販の窒化アルミニウム粉末（商品名：ＴＯＹＡＬ
ＮＩＴＥ（Ｒ１５）、東洋アルミニウム（株）製、平均
粒径１５μｍ（粒径はレーザー散乱法により測定）を使
用した。
して市販の窒化アルミニウム粉末（商品名：ＴＯＹＡＬ
ＮＩＴＥ（Ｒ１５）、東洋アルミニウム（株）製、平均
粒径１５μｍ（粒径はレーザー散乱法により測定）を使
用した。
【００１７】窒化アルミニウム粉末を燐酸アンモニウム
（（ＮＨ４）３ＰＯ４）飽和水溶液中に入れ、１時間攪
拌した。１０分間、静地後、上澄み液を取り除き、１０
０℃で乾燥して、粉末を得た。得られた乾燥粉末を、大
気中で、６００℃、１時間、熱処理を行い、表面に燐酸
系化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィラーを得
た。
（（ＮＨ４）３ＰＯ４）飽和水溶液中に入れ、１時間攪
拌した。１０分間、静地後、上澄み液を取り除き、１０
０℃で乾燥して、粉末を得た。得られた乾燥粉末を、大
気中で、６００℃、１時間、熱処理を行い、表面に燐酸
系化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィラーを得
た。
【００１８】同じ市販の窒化アルミニウム粉末を、大気
中、８００℃で、２時間、熱処理を行い、表面に酸化ア
ルミニウム系化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィ
ラーを得た。
中、８００℃で、２時間、熱処理を行い、表面に酸化ア
ルミニウム系化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィ
ラーを得た。
【００１９】同じ市販の窒化アルミニウム粉末を、四塩
化珪素（ＳｉＣｌ４）飽和水溶液中に入れ、１時間攪拌
し、１０分間、静地後、上澄み液を取り除き、１００℃
で乾燥して、粉末を得た。得られた乾燥粉末を、大気中
で、６００℃、１時間、熱処理を行い、表面に酸化ケイ
素化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィラーを得
た。
化珪素（ＳｉＣｌ４）飽和水溶液中に入れ、１時間攪拌
し、１０分間、静地後、上澄み液を取り除き、１００℃
で乾燥して、粉末を得た。得られた乾燥粉末を、大気中
で、６００℃、１時間、熱処理を行い、表面に酸化ケイ
素化合物皮膜を有する窒化アルミニウムフィラーを得
た。
【００２０】また、燐酸系化合物皮膜を形成したフィラ
ーにさらに酸化ケイ素系化合物皮膜を形成したフィラー
も、作製した。
ーにさらに酸化ケイ素系化合物皮膜を形成したフィラー
も、作製した。
【００２１】それぞれ、表面に皮膜を形成していること
が、Ｘ線光電子分光法により確認された。
が、Ｘ線光電子分光法により確認された。
【００２２】ここでは、燐酸塩として燐酸アンモニウ
ム、珪酸塩として四塩化珪素を使用したが、これらに限
らず、皮膜形成用の化合物としては、各種の無機、有機
化合物を使用することができる。
ム、珪酸塩として四塩化珪素を使用したが、これらに限
らず、皮膜形成用の化合物としては、各種の無機、有機
化合物を使用することができる。
【００２３】以上のように作製した４種のフィラーと、
比較例として表面処理を行っていない市販のままの窒化
アルミニウムフィラーとを用いて、それぞれ、フィラー
充填率を６０ｖｏｌ％にして、金属板上に絶縁層を作成
した。窒化アルミニウムとべ-ス樹脂（エポキシ樹脂）
とのカッフリング剤には、エポキシ系シランカッフリン
グ剤を使用した。ベース樹脂に、前記フィラー、カップ
リング剤を分散させ、加圧成形して、層厚さ１２５μｍ
の絶縁層を作製した。
比較例として表面処理を行っていない市販のままの窒化
アルミニウムフィラーとを用いて、それぞれ、フィラー
充填率を６０ｖｏｌ％にして、金属板上に絶縁層を作成
した。窒化アルミニウムとべ-ス樹脂（エポキシ樹脂）
とのカッフリング剤には、エポキシ系シランカッフリン
グ剤を使用した。ベース樹脂に、前記フィラー、カップ
リング剤を分散させ、加圧成形して、層厚さ１２５μｍ
の絶縁層を作製した。
【００２４】（実施例２）実施例１で作製した窒化アル
ミニウムフィラーを充填率５０ｖｏｌ％、酸化ケイ素フ
ィラーを２０ｖｏｌ％とし、フィラーの合計充填率を７
０ｖｏｌ％にし、フィラーとベース樹脂（エポキシ樹
脂）とのカップリング剤にエポキシ系シランカップリン
グ剤を使用して、ベース樹脂に前記フィラーとカップリ
ング剤とを分散させた上で加圧成形して金属板上に層厚
さ１２５μｍの絶縁層を作製した。
ミニウムフィラーを充填率５０ｖｏｌ％、酸化ケイ素フ
ィラーを２０ｖｏｌ％とし、フィラーの合計充填率を７
０ｖｏｌ％にし、フィラーとベース樹脂（エポキシ樹
脂）とのカップリング剤にエポキシ系シランカップリン
グ剤を使用して、ベース樹脂に前記フィラーとカップリ
ング剤とを分散させた上で加圧成形して金属板上に層厚
さ１２５μｍの絶縁層を作製した。
【００２５】（比較例１）酸化ケイ素フィラーを６０ｖ
ｏｌ％充填した従来製品の絶縁層、または、酸化アルミ
ニウムフィラーを６０ｖｏｌ％充填した従来製品の絶縁
層（共に絶縁層厚さ１２５μｍ）を比較試料として作製
した。
ｏｌ％充填した従来製品の絶縁層、または、酸化アルミ
ニウムフィラーを６０ｖｏｌ％充填した従来製品の絶縁
層（共に絶縁層厚さ１２５μｍ）を比較試料として作製
した。
【００２６】（実施例３）各試料について、絶縁層の厚
さ方向での熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、絶縁破壊電圧（ｋ
Ｖ）、および８５℃７０％ＲＨ高温高湿絶縁寿命試験
（ＤＣ：Ｖ−ｔ試験）を、実施した。その結果を表１に
示す。
さ方向での熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、絶縁破壊電圧（ｋ
Ｖ）、および８５℃７０％ＲＨ高温高湿絶縁寿命試験
（ＤＣ：Ｖ−ｔ試験）を、実施した。その結果を表１に
示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】この表から判るように、実施例の試料で
は、絶縁層の充填材に窒化アルミニウムフィラーを採用
することにより、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを充填
材に採用した従来の絶縁層試料に比べて、熱抵抗が低く
なって絶縁層の熱伝導率が向上した。また、絶縁破壊電
圧、高温高湿絶縁寿命試験についても、実用面で十分な
特性が確保されていることが確認された。
は、絶縁層の充填材に窒化アルミニウムフィラーを採用
することにより、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを充填
材に採用した従来の絶縁層試料に比べて、熱抵抗が低く
なって絶縁層の熱伝導率が向上した。また、絶縁破壊電
圧、高温高湿絶縁寿命試験についても、実用面で十分な
特性が確保されていることが確認された。
【００２９】窒化アルミニウムフィラーと酸化ケイ素フ
ィラーの混合物では、熱伝導の良い窒化アルミニウムフ
ィラーが少なくなるが、粒径の大きい酸化ケイ素フィラ
ーを入れることで、ベース樹脂に混入して混練する際に
粘度が高まって均等に分散しなくなることを防ぐことが
でき、フィラー充填量の合計を多くすることができた。
その結果、高い熱伝導性が得られた。
ィラーの混合物では、熱伝導の良い窒化アルミニウムフ
ィラーが少なくなるが、粒径の大きい酸化ケイ素フィラ
ーを入れることで、ベース樹脂に混入して混練する際に
粘度が高まって均等に分散しなくなることを防ぐことが
でき、フィラー充填量の合計を多くすることができた。
その結果、高い熱伝導性が得られた。
【００３０】（実施例４）発明者等は、前記の実施例
１、実施例２、実施例３とは別に、窒化アルミニウムフ
ィラーの粒径、充填量、および絶縁層の厚さを様々に変
えて、試料を作製し、それらの諸特性について調べた。
代表的な結果を、表２，３，４，５に示した。
１、実施例２、実施例３とは別に、窒化アルミニウムフ
ィラーの粒径、充填量、および絶縁層の厚さを様々に変
えて、試料を作製し、それらの諸特性について調べた。
代表的な結果を、表２，３，４，５に示した。
【００３１】これらの結果から、金属ベース基板として
実用化するには、次のように規定するのが良いことが確
証された。すなわち （１） 窒化アルミニウムフィラーの粒径については、
粒径が細かすきると、ベース樹脂に混入して混線する際
に粘度が高まって均等に分散せず、また粒径が大きすぎ
ると、絶縁層の厚さが薄い場合には粒径のばらつきで絶
縁層の層厚さ以上、あるいはそれに近いものが出てく
る。かかる点、窒化ホウ素フィラーとして、平均粒径が
５〜３０μｍのものを選定すれば、前記のような問題も
解決する。 （２） 窒化アルミニウムフィラーの充填量について
は、充填量が４５ｖｏｌ％より少ないと、絶縁層の熱伝
導性が低くなり、初期の目的が達成されない。また、充
填量が７５ｖｏｌ％より多すぎると、絶縁層の機械的強
度、および絶縁破壊強度が低下し、金属ベース基板とし
て実用に供し得ない。そこで、実用的な範囲としてフィ
ラーの充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に限定した。 （３） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を１５〜７
５ｖｏｌ％とするとともに、他の酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、窒化ホウ素あるいは窒化ケイ素フィラーを６
０ｖｏｌ％以下にし、窒化アルミニウムフィラーと他の
フィラーの合計充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に選定する
ことによって、熱抵抗、機械的強度、および絶縁破壊強
度に優れる絶縁層を作製することが可能である。
実用化するには、次のように規定するのが良いことが確
証された。すなわち （１） 窒化アルミニウムフィラーの粒径については、
粒径が細かすきると、ベース樹脂に混入して混線する際
に粘度が高まって均等に分散せず、また粒径が大きすぎ
ると、絶縁層の厚さが薄い場合には粒径のばらつきで絶
縁層の層厚さ以上、あるいはそれに近いものが出てく
る。かかる点、窒化ホウ素フィラーとして、平均粒径が
５〜３０μｍのものを選定すれば、前記のような問題も
解決する。 （２） 窒化アルミニウムフィラーの充填量について
は、充填量が４５ｖｏｌ％より少ないと、絶縁層の熱伝
導性が低くなり、初期の目的が達成されない。また、充
填量が７５ｖｏｌ％より多すぎると、絶縁層の機械的強
度、および絶縁破壊強度が低下し、金属ベース基板とし
て実用に供し得ない。そこで、実用的な範囲としてフィ
ラーの充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に限定した。 （３） 窒化アルミニウムフィラーの充填量を１５〜７
５ｖｏｌ％とするとともに、他の酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、窒化ホウ素あるいは窒化ケイ素フィラーを６
０ｖｏｌ％以下にし、窒化アルミニウムフィラーと他の
フィラーの合計充填量を４５〜７５ｖｏｌ％に選定する
ことによって、熱抵抗、機械的強度、および絶縁破壊強
度に優れる絶縁層を作製することが可能である。
【００３２】（４） また、絶縁層の厚さについては、
薄すぎると、絶縁破壊電圧が低くなって所要の絶縁耐力
が確保できず、逆に厚すぎると、熱抵抗が増加する。こ
のことから、金属ベース基板を適用するパワー半導体デ
バイスの特性を勘案して、絶縁層の厚さを５０〜３００
μｍの範囲に規定することが、望ましい。
薄すぎると、絶縁破壊電圧が低くなって所要の絶縁耐力
が確保できず、逆に厚すぎると、熱抵抗が増加する。こ
のことから、金属ベース基板を適用するパワー半導体デ
バイスの特性を勘案して、絶縁層の厚さを５０〜３００
μｍの範囲に規定することが、望ましい。
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
金属板に、絶縁層、銅箔パターンを積層した金属ベース
基板において、前記絶縁層の充填材として、所定の表面
皮膜を形成した窒化アルミニウムフィラーのみを、ある
いは該窒化アルミニウムフィラーと、酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素フィラーの混合
物を、カップリング剤とともにベース樹脂に混入して前
記絶縁層を形成することにより金属ベース基板を作製
し、これにより、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを充填
材として採用した従来の金属ベース基板の絶縁層と比べ
て熱伝導性に優れ、かつ強度、絶縁性でも十分な耐力が
確保できる大電流容量のパワー半導体デバイス用として
好適な金属ベース基板を提供することができる。
金属板に、絶縁層、銅箔パターンを積層した金属ベース
基板において、前記絶縁層の充填材として、所定の表面
皮膜を形成した窒化アルミニウムフィラーのみを、ある
いは該窒化アルミニウムフィラーと、酸化ケイ素、酸化
アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素フィラーの混合
物を、カップリング剤とともにベース樹脂に混入して前
記絶縁層を形成することにより金属ベース基板を作製
し、これにより、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを充填
材として採用した従来の金属ベース基板の絶縁層と比べ
て熱伝導性に優れ、かつ強度、絶縁性でも十分な耐力が
確保できる大電流容量のパワー半導体デバイス用として
好適な金属ベース基板を提供することができる。
【図１】本発明の実施対象となる金属ベース基板の構成
図である。
図である。
１ ベース金属板 ２ 絶縁層 ３ 銅箔パターン ４ パワー半導体素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/44 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｃ Ｆターム(参考） 4F100 AA13B AA13H AA14B AA14H AA19B AA19H AA20B AA20H AB01A AB17C AB33C AD04B AD04H AD05B AD05H AD06B AD06H AH06B AK01B AK53B AS00B AT00A BA03 BA07 BA10A BA10C CA23B DE01B DE01H EH112 EJ17 GB43 JA20B JA20H JD04B JD04H JG04 JG04B JJ01 JK01 JM02B JM02H YY00B YY00H 5E315 AA03 BB01 BB10 BB11 BB14 BB15 BB18 CC00 GG01 GG03 5F036 AA01 BB08 BD01 BD13 BD14 BD21
Claims (17)
- 【請求項１】 金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを積
層してなる金属ベース基板において、 前記絶縁層は、そのベース樹脂に、充填材として、耐湿
性のある所定の表面皮膜が形成された窒化アルミニウム
フィラーが少なくとも混入されたものであることを特徴
とする金属ベース基板。 - 【請求項２】 前記絶縁層に、さらに充填材として、酸
化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素
フィラーから選択される少なくとも1つが混入されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の金属ベース基板。 - 【請求項３】 前記窒化アルミニウムフィラーの表面皮
膜が、酸化アルミニウム皮膜、燐酸系化合物皮膜、酸化
ケイ素系化合物皮膜から選択される少なくとも１つであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の金属ベー
ス基板。 - 【請求項４】 前記窒化アルミニウムフィラーの平均粒
径が５〜３０μｍであることを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の金属ベース基板。 - 【請求項５】 前記絶縁層における前記窒化アルミニウ
ムフィラーの充填量が４５〜７５ｖｏｌ％であることを
特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の金属ベー
ス基板。 - 【請求項６】 前記窒化アルミニウムフィラーの充填量
が１５〜７５ｖｏｌ％であり、酸化ケイ素、酸化アルミ
ニウム、窒化ホウ素あるいは窒化ケイ素フィラーから選
択された少なくとも一つの他の充填材の充填量が６０ｖ
ｏｌ％以下であり、かつ、前記窒化アルミニウムフィラ
ーと他の充填材との合計充填量が４５〜７５ｖｏｌ％で
あることを特徴とする請求項２に記載の金属ベース基
板。 - 【請求項７】 前記絶縁層厚さが３０μｍ〜３００μｍ
であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記
載の金属ベース基板。 - 【請求項８】 前記絶縁層のベース樹脂がフェノールノ
ポラックタイプ、もしくはビスフェノールＡタイプのエ
ポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１から７のい
ずれかに記載の金属ベース基板。 - 【請求項９】 金属板上に、絶縁層、銅箔パターンを
積層して大電流半導体デバイス用の金属ベース基板を得
る金属ベース基板の製造方法において、 前記絶縁層を、その充填材として少なくとも所定の表面
皮膜を形成した窒化アルミニウムフィラーを用い、この
充填材をカップリング剤とともにベース樹脂に混入し
て、形成することを特徴とする金属ベース基板の製造方
法。 - 【請求項１０】 前記カップリング剤として、エポキシ
系、アミン系、もしくはチタネート系シランカッフリン
グ剤を用いることを特徴とする請求項９に記載の金属ベ
ース基板の製造方法。 - 【請求項１１】 前記充填材として、さらに、酸化ケイ
素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素フィラ
ーから選択される少なくとも1つを混入することを特徴
とする請求項９または１０に記載の金属ベース基板の製
造方法。 - 【請求項１２】 前記窒化アルミニウムフィラーの表面
皮膜を、酸化アルミニウム皮膜、燐酸系化合物皮膜、酸
化ケイ素系化合物皮膜から選択される少なくとも１つと
することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記
載の金属ベース基板の製造方法。 - 【請求項１３】 前記窒化アルミニウムフィラーの平均
粒径を５〜３０μｍとすることを特徴とする請求項９か
ら１２のいずれかに記載の金属ベース基板の製造方法。 - 【請求項１４】 前記絶縁層における前記窒化アルミニ
ウムフィラーの充填量を４５〜７５ｖｏｌ％とすること
を特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の金属
ベース基板の製造方法。 - 【請求項１５】 前記窒化アルミニウムフィラーの充填
量を１５〜７５ｖｏｌ％とし、酸化ケイ素、酸化アルミ
ニウム、窒化ホウ素あるいは窒化ケイ素フィラーから選
択された少なくとも一つの他の充填材の充填量を６０ｖ
ｏｌ％以下とし、かつ、前記窒化アルミニウムフィラー
と他の充填材との合計充填量を４５〜７５ｖｏｌ％とす
ることを特徴とする請求項１２に記載の金属ベース基板
の製造方法。 - 【請求項１６】 前記絶縁層厚さを３０μｍ〜３００μ
ｍとすることを特徴とする請求項９から１５のいずれか
に記載の金属ベース基板の製造方法。 - 【請求項１７】 前記絶縁層のベース樹脂をフェノール
ノポラックタイプ、もしくはビスフェノールＡタイプの
エポキシ樹脂とすることを特徴とする請求項９から１６
のいずれかに記載の金属ベース基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012114A JP2002217508A (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | 金属ベース基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012114A JP2002217508A (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | 金属ベース基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002217508A true JP2002217508A (ja) | 2002-08-02 |
Family
ID=18879168
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001012114A Pending JP2002217508A (ja) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | 金属ベース基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002217508A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007194320A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 静電チャック装置 |
| JP2008004838A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Nitto Shinko Kk | 熱伝導性電気絶縁性回路基板 |
| JP2009253034A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Toyota Industries Corp | 半導体素子冷却装置 |
| JP2012131899A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物、樹脂シート、金属ベース回路基板、インバータ装置、及びパワー半導体装置 |
| CN102668725A (zh) * | 2009-12-28 | 2012-09-12 | Ain株式会社 | 布线板和布线板的制造方法 |
| JP2016154262A (ja) * | 2016-04-28 | 2016-08-25 | 住友電気工業株式会社 | フレキシブルプリント配線板並びにこれを用いた集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電パネル |
| JP2016155953A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | デンカ株式会社 | エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂シート及びそれを用いた金属ベース回路基板 |
| CN112425270A (zh) * | 2018-07-18 | 2021-02-26 | 三菱综合材料株式会社 | 金属基底基板 |
| US10937918B2 (en) | 2014-04-10 | 2021-03-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Flexible printed circuit, and concentrator photovoltaic module and concentrator photovoltaic panel using same |
-
2001
- 2001-01-19 JP JP2001012114A patent/JP2002217508A/ja active Pending
Cited By (10)
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