JP2012241123A - 絶縁層形成用組成物、絶縁層形成用フィルムおよび基板 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を形成することができる絶縁層形成用組成物および絶縁層形成用フィルムを提供する。また、優れた放熱性および信頼性を有する基板を提供する。
【解決手段】絶縁層形成用組成物は、樹脂材料と、無機材料で構成されたフィラーと、下記式（１）の特定構造のシラン系カップリング剤とを含む。

【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁層形成用組成物、絶縁層形成用フィルムおよび基板に関する。

金属材料で構成された金属板上に絶縁層を介して配線を形成してなる基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような基板は、樹脂材料および繊維基材を主として構成された基板に比し、基板上に搭載した半導体素子や発光素子等の電子部品からの熱を効率的に外部へ逃すことができる。

このような基板では、絶縁層が樹脂材料および無機フィラーを含んで構成されている。これにより、電子部品からの熱を絶縁層を介して金属板へ効率的に伝達することができる。

ところで、近年、電子部品からの熱量の増加に伴い、かかる基板には、放熱性のさらなる向上が求められている。

しかし、従来の基板では、絶縁層の熱伝導率が十分でなく、その結果、絶縁層の必要な絶縁性を確保しつつ基板の放熱性を高めることができないという問題があった。すなわち、従来では、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を実現することができなかった。

特開２００１−１９６４９５号公報

本発明の目的は、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を形成することができる絶縁層形成用組成物および絶縁層形成用フィルムを提供すること、また、優れた放熱性および信頼性を有する基板を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１３）の本発明により達成される。
（１） 絶縁層を形成するのに用いられる絶縁層形成用組成物であって、
樹脂材料と、
無機材料で構成されたフィラーと、
下記式（１）で表わされるシラン系カップリング剤とを含んで構成されていることを特徴とする絶縁層形成用組成物。

［前記式（１）において、Ｘ_１およびＸ_２は、それぞれ独立して、メトキシ基またはエトキシ基であり、Ｘ_３は、メチル基またはエチル基であり、Ｒは、炭素数１〜５のアルキレン基、フェニレン基、または、炭素数１〜５のアルキレン基とフェニレン基とを組み合わせた基であり、Ｙは、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基およびイソシアネート基からなる群から選択されるものである。］

（２） 前記フィラーは、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムのうちの少なくとも１種で構成されている上記（１）に記載の絶縁層形成用組成物。

（３） 前記フィラーは、複数の１次粒子で構成され、
前記フィラーの平均粒径をＡとし、前記複数の１次粒子の平均粒径をＢとしたときに、
Ａ／Ｂは、１．０以上１．５以下であり、かつ、
Ｂは、２．５μｍ以上４．０μｍ以下である上記（２）に記載の絶縁層形成用組成物。

（４） 前記シラン系カップリング剤の含有量は、樹脂材料１００質量部に対して０．０１〜１０質量部である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（５） 前記フィラーの含有量は、全体の３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（６） 前記樹脂材料の含有量は、全体の３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（７） 前記樹脂材料は、硬化性樹脂である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（８） 前記フィラーの比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、０．５ｍ^２／ｇ以上３．０ｍ^２／ｇ以下である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（９） 粘度が３．０Ｐａ・ｓ以下である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。

（１０） 上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物を層状に成形した絶縁層形成層を有することを特徴とする絶縁層形成用フィルム。

（１１） 前記絶縁層形成層を支持する支持層を有する上記（１０）に記載の絶縁層形成用フィルム。
（１２） 前記支持層は、金属箔である上記（１１）に記載の絶縁層形成用フィルム。

（１３） 金属材料で構成された金属板と、
前記金属板上に設けられ、上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物を層状に成形した硬化物または固化物で構成された絶縁層と、
前記絶縁層の前記金属板とは反対側の面上に設けられた導体層とを有することを特徴とする基板。

本発明の絶縁層形成用組成物によれば、フィラーの含有量を多くしても、粘度を抑えるとともに、所望のフロー性を有するものとすることができる。そのため、絶縁層中にボイドが発生するのを防止しつつ、熱伝導性に優れた絶縁層を形成することができる。すなわち、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を形成することができる。

また、本発明の絶縁層形成用フィルムによれば、比較的簡単に、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を形成することができる。

また、本発明の基板によれば、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層を有するので、放熱性および信頼性に優れる。

本発明の実施形態に係る基板の概略構成を示す断面図である。 図１に示す基板の絶縁層を模式的に示す部分拡大断面図である。 図１に示す基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の基板を用いた電子回路の一例を示す概略図である。

以下、本発明の絶縁層形成用組成物、絶縁層形成用フィルムおよび基板を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る基板の概略構成を示す断面図、図２は、図１に示す基板の絶縁層を模式的に示す部分拡大断面図、図３は、図１に示す基板の製造方法を説明するための図、図４は、本発明の基板を用いた電子回路の一例を示す概略図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１ないし図４中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。また、各図では、説明の便宜上、基板およびその各部を誇張して模式的に図示しており、基板およびその各部の大きさおよびその比率は実際とは大きく異なる。

（基板）
図１に示す基板１は、金属板２と、導体層３と、絶縁層４とを有し、金属板２と導体層３とが絶縁層４を介して接合されている。すなわち、基板１は、金属板２、絶縁層４および導体層３がこの順で積層されている。

このような基板１は、導体層３側からの熱を絶縁層４を介して金属板２に伝達し、金属板２で放熱を行うことができる。

以下、基板１を構成する各部を順次詳細に説明する。
金属板２は、導体層３を支持する機能を有する。また、金属板２は、後述するように基板１を電子回路に用いたときに、基板１に搭載された電子部品からの熱を逃す放熱部としての機能も有する。

このような金属板２は、金属材料で構成されている。
かかる金属材料としては、特に限定されないが、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いるのが好ましい。アルミニウムまたはその合金で金属板２を構成することにより、金属板２の熱伝導性を優れたものとすることができる。その結果、基板１の放熱性を優れたものとすることができる。

また、金属板２の厚さは、導体層３を支持することができれば、特に限定されないが、例えば、１〜５ｍｍであるのが好ましく、１〜２ｍｍであるのがより好ましい。金属板２の厚さをこのような数値範囲に設定することにより、基板１の必要な機械的強度を確保しつつ、基板１の薄型化を図ることができる。

このような金属板２の一方の面には、導体層３が絶縁層４を介して接合されている。

導体層３は、絶縁層４の金属板２とは反対側の面上に設けられ、後述するように基板１を電子回路に用いるときに、エッチング等の加工によりパターニングされることにより配線や電極等となるものである。すなわち、導体層３は、絶縁層４の全面に亘って一様に形成された導体箔であって、パターニングされることにより導体パターンとなるものである。

このような導体層３は、導電性を有する材料で構成されている。具体的には、導体層３の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料が好適に用いられ、特に、電気抵抗が小さく、また、安価であるとの理由から、銅または銅合金を用いるのが好ましい。

また、導体層３の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜２００μｍであるのが好ましく、１８〜７０μｍであるのがより好ましい。

絶縁層４は、金属板２と導体層３との間に設けられ、これらを接着（接合）する機能を有する。また、絶縁層４は、絶縁性を有する。これにより、金属板２と導体層３との絶縁状態が確保されている。

さらには、絶縁層４は、熱伝導性を有する。これにより、絶縁層４は、導体層３側の熱を金属板２に伝達することができる。このような絶縁層４の熱伝導率は、高いほどよく、具体的には、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましく、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのがより好ましい。これにより、絶縁層４が導体層３側の熱を金属板２に効率よく伝達することができる。

絶縁層４の厚さ（平均厚さ）は、特に限定されないが、１０μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、２０μｍ〜１５０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、絶縁層４の絶縁性を確保しつつ、絶縁層４の熱伝導性を向上させることができる。

図２に示すように、絶縁層４は、樹脂材料を主材料として構成された樹脂部４１内にフィラー４２が分散されている。

樹脂部４１は、フィラー４２同士を結合させるバインダーとしての機能を有する。
フィラー４２は、樹脂部４１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。これにより、絶縁層４の熱伝導率を高めることができる。

このような絶縁層４は、後述するように、樹脂材料（バインダー）、フィラーおよびシラン系カップリング剤を含む絶縁層形成用組成物を硬化また固化させることにより形成される。すなわち、絶縁層４は、かかる絶縁層形成用組成物を層状に成形した硬化物または固化物で構成されている。なお、絶縁層形成用組成物については、後述する基板１の製造方法の説明において、詳述する。

（基板の製造方法）
次に、図３に基づいて、前述したような基板１の製造方法の一例について説明する。

［１］
まず、図３（ａ）に示すように、導体層３を用意する。より具体的には、例えば、導体層３として銅箔のような導体箔を用意する。

［２］
次に、図３（ｂ）に示すように、導体層３上に絶縁層形成層４Ａを形成する。これにより、絶縁層形成用フィルム１０が得られる。

この絶縁層形成層４Ａは、絶縁層形成用組成物を層状に成形したものである。そして、この絶縁層形成層４Ａは、後述する工程［３］において硬化または固化することにより、絶縁層４となるものである。

ここで、導体層３は、絶縁層形成用フィルム１０において、絶縁層形成層４Ａを支持する支持層を構成する。このように絶縁層形成層４Ａを導体層３で支持することにより、絶縁層形成用フィルム１０の取り扱い性を向上させることができる。

また、このように支持層を構成する導体層３は、金属箔であるのが好ましい。これにより、絶縁層形成層４Ａを導体層３で安定的に支持することができる。また、導体層３の導電性および加工性を優れたものとすることができる。そのため、導体層３を加工することにより優れた特性を有する導体パターンを得ることができる。

かかる絶縁層形成用組成物は、樹脂材料、フィラーおよびシラン系カップリング剤を含んで構成されている。

絶縁層形成用組成物に含まれる樹脂材料としては、特に限定されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の各種樹脂材料を用いることができる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

一方、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

これらのなかでも、絶縁層形成用組成物に用いる樹脂材料としては、硬化性樹脂（特に熱硬化性樹脂）を用いるのが好ましく、さらに、入手の容易性からエポキシ樹脂を用いるのがより好ましい。これにより、得られる絶縁層４の耐熱性を優れたものとすることができる。また、絶縁層４を介して金属板２と導体層３とを強固に接合することができる。そのため、得られる基板１の耐久性および信頼性を優れたものとすることができる。

エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ジメチルハイドロキノン、ジブチルハイドロキノン、レゾルシン、メチルレゾルシン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールノボラック樹脂などの各種エポキシ樹脂が挙げられる。

また、前記樹脂材料の含有量は、絶縁層形成用組成物全体（溶剤を除く）の、３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であるのが好ましく、４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であるのがより好ましい。これにより、得られる絶縁層４の機械的強度および熱伝導性を優れたものとすることができる。

これに対し、かかる含有量が前記下限値未満であると、樹脂材料がフィラー同士を結合するバインダーとしての機能を十分に発揮することができず、得られる絶縁層４の機械的強度が低下する傾向を示す。また、絶縁層形成用組成物の構成材料によっては、絶縁層形成用組成物の粘度が高くなりすぎて、絶縁層形成用組成物（ワニス）の濾過作業や層状成形（コーティング）が困難となったり、絶縁層形成用組成物のフローが小さくなりすぎて、得られる絶縁層４にボイドが発生してしまったりする場合がある。

一方、かかる含有量が前記上限値を超えると、得られる絶縁層４の絶縁性を確保しつつ、絶縁層４の熱伝導性を優れたものとするのが難しい。

また、かかる絶縁層形成用組成物には、前述した樹脂材料の種類等によっては、必要に応じて、硬化剤が含まれる。

硬化剤としては、特に限定されず、例えば、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミド等のアミド系硬化剤や、ジアミノジフェニルメタン、メタンフェニレンジアミン、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系硬化剤や、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｐ−キシレン−ノボラック樹脂などのフェノール系硬化剤や、酸無水物類等を挙げることができる。

また、絶縁層形成用組成物は、さらに硬化触媒（硬化促進剤）を含んでいてもよい。これにより、絶縁層形成用組成物の硬化性を向上させることができる。

硬化触媒としては、例えば、イミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン等アミン系触媒、トリフェニルホスフィン等リン系触媒等が挙げられる。これらの中でもイミダゾール類が好ましい。これにより、特に、絶縁層形成用組成物の速硬化性および保存性を両立することができる。

イミダゾール類としては、例えば１−ベンジル−２メチルイミダゾール、１−ベンジル−２フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−ウンデシルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４’メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−ビニル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−ビニル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物等が挙げられる。これらの中でも２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールまたは２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。これにより、絶縁層形成用組成物の保存性を特に向上させることができる。

また、硬化触媒の含有量は、特に限定されないが、樹脂材料１００質量部に対して０．０１〜３０質量部程度であるのが好ましく、特に０．５〜１０質量部程度であるのがより好ましい。かかる含有量が前記下限値未満であると、絶縁層形成用組成物の硬化性が不十分となる場合があり、一方、かかる含有量が前記上限値を超えると、絶縁層形成用組成物の保存性が低下する傾向を示す。

また、硬化触媒の平均粒子径は、特に限定されないが、１０μｍ以下であることが好ましく、特に１〜５μｍであることがより好ましい。かかる平均粒子径が前記範囲内であると、特に硬化触媒の反応性に優れる。

また、絶縁層形成用組成物に含まれるシラン系カップリング剤は、下記式（１）で表わされるものである。

［前記式（１）において、Ｘ_１およびＸ_２は、それぞれ独立して、メトキシ基またはエトキシ基であり、Ｘ_３は、メチル基またはエチル基であり、Ｒは、炭素数１〜５のアルキレン基、フェニレン基、または、炭素数１〜５のアルキレン基とフェニレン基とを組み合わせた基であり、Ｙは、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基およびイソシアネート基からなる群から選択されるものである。］

このようなシラン系カップリング剤を用いることにより、絶縁層形成用組成物の流動性を向上させることができる。そのため、絶縁層形成用組成物中に含まれるフィラーの含有量が多くても、粘度を抑えるとともに、所望のフロー性を有するものとすることができる。また、フィラー、導体層３および金属板２に対する樹脂材料の密着性を向上させるとともに、絶縁層形成用組成物の耐熱性を向上させることができる。

より具体的に説明すると、前記式（１）で表わされるシラン系カプリング剤は、加水分解基であるＸ_１およびＸ_２が加水分解反応によりシラノールおよびアルコールを生じる。

このとき、かかるシラン系カプリング剤のＳｉに結合するメトキシ基またはエトキシ基の数が２つであるため、シラン系カプリング剤のＳｉに結合するメトキシ基またはエトキシ基の数が１つまたは３つである場合に比し、加水分解速度を速くすることができる。そのため、前記式（１）で表わされるシラン系カップリング剤を用いることにより、絶縁層形成用組成物の流動性を向上させることができる。

そして、生成したシラノールは、脱水縮合反応により、フィラー表面と共有結合するとともに、シラノール同士が縮合する。これにより、フィラー、導体層３および金属板２に対する樹脂材料の密着性を向上させるとともに、絶縁層形成用組成物の耐熱性を向上させることができる。

また、かかるシラン系カップリング剤としては、前記式（１）におけるＹがエポキシ基、メタクリル基、アミノ基またはメルカプト基であるものが好ましく、エポキシ基またはメタクリル基であるのがより好ましい。これにより、絶縁層形成用組成物の流動性を向上させることができる。

また、かかるシラン系カップリング剤としては、前記式（１）におけるＸ_１およびＸ_２は、ともにメトキシ基であるか、または、ともにエトキシ基であるのが好ましい。

また、前記式（１）におけるＸ_３は、メチル基であるのが好ましく、また、前記式（１）におけるＲは、炭素数２〜４のアルキレン基またはフェニレン基であるのが好ましい。

かかるシラン系カップリング剤の具体例としては、例えば、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。

また、かかるシラン系カップリング剤の含有量は、特に限定されないが、樹脂材料１００質量部に対して０．０１〜１０質量部程度であるのが好ましく、特に０．５〜１０質量部程度であるのがより好ましい。かかる含有量が前記下限値未満であると、前述したような密着性を高める効果が不十分となる場合があり、一方、かかる含有量が前記上限値を超えると、絶縁層４を形成する際にアウトガスやボイドの原因になる場合がある。

なお、絶縁層形成用組成物には、上記シラン系カップリング剤以外のシラン系カップリング剤、または、シラン系カップリング剤以外のカップリング剤が含まれていてもよい。

また、絶縁層形成用組成物中のフィラー（フィラー４２）は、放熱性および絶縁性に優れた無機材料で構成されていればよいが、酸化アルミニウム（アルミナ）および窒化アルミニウムのうちの少なくとも１種で構成されたものが好適に用いられる。以下、フィラーが酸化アルミニウム（アルミナ）および窒化アルミニウムの少なくとも１種で構成された場合を例に説明する。

このようなフィラーは、複数の１次粒子で構成されている。
そして、フィラーの平均粒径をＡとし、複数の１次粒子の平均粒径をＢとしたときに、
Ａ／Ｂは、１．０以上１．５以下であり、かつ、
Ｂは、２．５μｍ以上４．０μｍ以下であるのが好ましい。

このようなフィラーを用いた絶縁層形成用組成物によれば、フィラーの含有量を多くしても、適度な粘度およびフロー性を有するものとなる。そのため、得られる絶縁層４中にボイドが発生するのを防止しつつ、熱伝導性に優れた絶縁層４を形成することができる。すなわち、優れた熱伝導性および絶縁性を有する絶縁層４を形成することができる。

ここで、フィラーの平均粒径および１次粒子の平均粒径についてより具体的に説明する。

例えば、酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウムを焼成することにより得られる。得られる酸化アルミニウムは、複数の１次粒子で構成されるが、その１次粒子の平均粒径は、その焼成の条件に応じて設定することができる。

その焼成後に何ら処理されていない酸化アルミニウムは、１次粒子同士が固着により凝集している。そのため、その１次粒子同士の凝集を粉砕により必要に応じて解くことにより、最終的なフィラーが得られる。最終的なフィラーの平均粒径は、その粉砕の条件（例えば時間）に応じて設定することができる。

その粉砕の際、酸化アルミニウムは極めて高い硬度を有するため、１次粒子同士の固着が解かれていくだけで、１次粒子自体は殆ど破壊されず、１次粒子の平均粒径は粉砕後においてもほぼ維持されることとなる。

したがって、粉砕時間が長くなるに従い、フィラーの平均粒径は、１次粒子の平均粒径に近づくことになる。そして、粉砕時間が所定時間以上となると、フィラーの平均粒径は、１次粒子の平均粒径に等しくなる。

このように、アルミナのようなフィラーは、一般に、その平均粒径と１次粒子の平均粒径とに乖離が生じているが、本発明者は、その乖離の程度を示す上記Ａ／Ｂと１次粒子の平均粒径Ｂとが前述したような関係を満たすときに、フィラーの含有量を多くしても、適度な粘度およびフロー性を有することを見出した。

また、絶縁層形成用組成物中に分散しているフィラー（フィラー４２）は、樹脂部４１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。これにより、絶縁層４の熱伝導率を高めることができる。

また、例えば、前述したように水酸化アルミニウムを焼成することにより得られた酸化アルミニウムの１次粒子は、球形ではなく、鱗片状のような角張った形状をなしている。そのため、フィラー同士の接触面積を大きくすることができる。その結果、得られる絶縁層４の熱伝導性を高めることができる。

また、前述したＡ／Ｂは、１．０以上１．５以下であればよいが、１．０以上１．４以下であるのがより好ましく、１．０以上１．３以下であるのがさらに好ましい。

また、フィラー４２の１次粒子の平均粒径は、２．５μｍ以上４．０μｍ以下であればよいが、２．５μｍ以上３．５μｍ以下であるのがより好ましく、２．５μｍ以上３．０μｍ以下であるのがさらに好ましい。

また、フィラー４２の平均粒径としては、特に限定されないが、０．１μｍ〜２５μｍ程度であるのが好ましく、０．２５μｍ〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、絶縁層形成用組成物の粘度およびフロー性を適度なものとし、得られる絶縁層４の熱伝導性および絶縁性を優れたものとすることができる。

また、フィラー４２の粒子径の変動係数（すなわち、粒度分布の狭さ；ＣＶ値）は、特に限定されないが、３０％以下であるのが好ましく、２０％以下であるのがより好ましく、１０％以下であるのがさらに好ましい。

また、フィラーの含有量は、絶縁性樹脂組成物全体（溶剤を除く）の、３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であるのが好ましく、４０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であるのがより好ましい。これにより、絶縁層形成用組成物（ワニス）の粘度およびフロー性を適度なものとするとともに、得られる絶縁層４の熱伝導性を優れたものとすることができる。

これに対し、かかる含有量が前記下限値未満であると、得られる絶縁層４の絶縁性を確保しつつ、絶縁層４の熱伝導性を優れたものとするのが難しい。一方、かかる含有量が前記上限値を超えると、絶縁層形成用組成物の構成材料によっては、絶縁層形成用組成物の粘度が高くなりすぎて、ワニスの濾過作業や層状への成形（コーティング）が困難となったり、絶縁層形成用組成物のフローが小さくなりすぎて、得られる絶縁層４にボイドが発生してしまったりする場合がある。

また、フィラーの比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、０．５ｍ^２／ｇ以上３．０ｍ^２／ｇ以下であるのが好ましく、０．７ｍ^２／ｇ以上２．５ｍ^２／ｇ以下であるのがより好ましい。

フィラーの平均粒径が大きくなるほど、フィラーの比表面積が小さくなり、一方、フィラーの平均粒径が小さくなるほど、フィラーの比表面積が大きくなる。また、フィラーの一次粒子の平均粒径が大きくなるほど、フィラーの比表面積が小さくなり、一方、フィラーの一次粒子の平均粒径が小さくなるほど、フィラーの比表面積が大きくなる。

このように、フィラーの平均粒径Ａおよび一次粒子の平均粒径Ｂと、フィラーの比表面積とは、互いに相関関係を有している。そして、フィラーの比表面積を前述したような範囲とすることにより、前述したようなＡおよびＢの関係を満たすことができる。

また、絶縁層形成用組成物は、上述した成分に加え、本発明の目的を損なわない範囲でレベリング剤、消泡剤等の添加剤が含まれていてもよい。

また、絶縁層形成用組成物は、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、トルエン、ジメチルホルムアルデヒド等の溶剤を含む。これにより、絶縁層形成用組成物は、樹脂材料等が溶剤に溶解することにより、ワニスの状態となる。

このようなワニス状態の絶縁層形成組成物を、コンマコーター、ダイコーター、グラビアコーター等を用いて、導体層３上に塗工し、乾燥することで絶縁層形成層４Ａが得られる。

このようなワニス状態の絶縁層形成用組成物の粘度は、３．０Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましく、２．０Ｐａ・ｓ以下であるのがより好ましい。これにより、絶縁層形成用組成物の濾過作業およびコーティングが可能となる。

［３］
次に、絶縁層形成層４Ａと金属板２とを貼り合わせた後に、加熱および加圧する。これにより、図３（ｃ）に示すように、基板１が得られる。

かかる加熱および加圧は、特に限定されないが、例えば、１５０〜２００℃、２０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２で３０分〜２４０分行われる。

（基板の応用例）
次に、図４に基づいて、前述した基板１の応用例について説明する。

図４に示す制御装置１００は、自動車２０に搭載され、その前方に向かって光を照射するヘッドライト（光源）２０１の駆動を制御するものである。本実施形態では、ヘッドライト２０１は、複数の発光ダイオード素子（ＬＥＤ）２０２が配置されたものである。

制御装置１００は、基板１Ａと、基板１Ａ上に設けられた半導体素子５１、５２およびコネクタ５３とを有している。

基板１Ａは、金属板２と、導体層３Ａと、絶縁層４とを有し、金属板２と導体層３Ａとが絶縁層４を介して接合されている。

ここで、導体層３Ａは、前述した基板１の導体層３をエッチング等によりパターンニングして形成された導体パターンである。すなわち、基板１Ａは、基板１の導体層３をパターンニングすることにより得られるものである。

このような基板１Ａの導体層３Ａ上には、半導体素子５１、５２およびコネクタ５３等が設けられ、これらが回路６を形成している。

本実施形態では、絶縁層４の上面には、導体層３Ａが形成されていない部分を覆う被覆層（ソルダーレジスト層）７が設けられている。これにより、導体層３を保護することができ、回路６の劣化やショートを防止することができる。被覆層７の構成材料は、絶縁性を有していれば特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂等の各種樹脂材料を用いることができる。なお、被覆層７は、省略してもよい。

半導体素子５１、５２は、その内部に、銅等の導電性金属材料で構成される配線パターンが設けられている。この配線パターンは、下面から突出した複数の端子に電気的に接続されている。そして、各端子がそれぞれ導体層３Ａと接合され、これにより、半導体素子５１、５２が導体層３Ａと電気的に接続される。各端子は、例えば半田、銀ろう、銅ろう、燐銅ろうのような各種ろう材を主材料として構成することができる。

なお、半導体素子５１、５２の外装部を構成するモールド部５１２、５２２は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のような熱硬化性樹脂で構成されている。

コネクタ５３は、中継ケーブル２０４を介して、ヘッドライト２０１に接続されている。なお、中継ケーブル２０４のヘッドライト２０１と反対側の端部には、コネクタ５３と接続されるコネクタ２０５が設置されている。

コネクタ５３は、いわゆる「オス側」のコネクタであり、複数のピン（端子）５３１と、これらのピン５３１を一括して収納するハウジング５３２とを有している。各ピン５３１は、それぞれ、銅等の導電性金属材料で構成され、導体層３Ａに電気的に接続されている。そして、各ピン５３１と、いわゆる「メス側」のコネクタ２０５の各端子（図示せず）とが嵌合により接続される。

ハウジング５３２は、筒体で構成され、基板１Ａに対し立設している。そして、ハウジング５３２に収納された各ピン５３１も基板１Ａに対し垂直方向に、すなわち、鉛直上方に向かって起立している。これにより、コネクタ５３に中継ケーブル２０４のコネクタ２０５を接続する際、コネクタ２０５を上方から差し込むことができ、その接続作業を容易に行なうことができる。

ハウジング５３２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、半導体素子５１、５２のモールド部５１２、５２２の構成材料と同様の熱硬化性樹脂が用いることができる。

さらに、制御装置１００は、導体層３や半導体素子５１、５２、特に導体層３と半導体素子５１、５２との接続部を覆う保護部材８を有している。

保護部材８は、硬質の樹脂材料で構成され、層状に設けられている。これにより、半導体素子５１、５２や、コネクタ５３を一括して固定することができる。従って、自動車２０が走行しているときにその振動が制御装置１００に伝達したとしても、当該振動による半導体素子５１、５２やコネクタ５３の離脱を確実に防止することができる。また、例えば、ケーシングで制御装置１００を覆わなくとも、半導体素子５１、５２等を保護することができる。また、半導体素子５１、５２等が保護部材８に埋設された状態となるため、これらに対する防水・防塵機能を発揮することができる。

保護部材８を構成する硬質の樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、半導体素子５１、５２のモールド部５１２、５２２やハウジング５３２の構成材料と同様の熱硬化性樹脂を用いることができ、特にエポキシ樹脂、フェノール樹脂が好ましい。

ここで、保護部材８を構成する樹脂材料には、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物に代表される電気絶縁性かつ高熱伝導性フィラーを充填されているのが好ましい。これにより、保護部材８を介して、通電によって半導体素子５１、５２等が発した熱の放熱が促進される。そして、この放熱と、金属板２を介しての放熱とが相まって、制御装置１００は、全体として放熱性に極めて優れたものとなる。

以上、本発明の絶縁層形成用組成物、絶縁層形成用フィルムおよび基板を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、絶縁層形成用組成物、絶縁層形成用フィルムおよび基板を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の基板の用途は、前述した実施形態のものに限定されるものでないことはいうまでもなく、放熱性を要する各種装置に用いる基板として好適に用いることができる。例えば、本発明の基板はＬＥＤ発光素子を搭載する基板として用いることができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
１．基板の製造
以下のようにして基板を製造した。

（実施例１）
１．１絶縁層形成用組成物（ワニス）の調製
ビスフェノールＦ／ビスフェノールＡフェノキシ樹脂（三菱化学製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０^４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）１２．０質量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製、８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）９．８質量部、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（東京化成製）２．６質量部、２−フェニルイミダゾール（四国化成製２ＰＺ）０．１質量部、シラン系カップリング剤として３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン（信越シリコーン製ＫＢＭ−４０２）０．５質量部、アルミナ（日本軽金属製、平均粒径Ａ：２．５８μｍ、一次粒径Ｂ：２．５０μｍ、平均粒径Ａ／一次粒径Ｂ＝１．０３）７５．０質量部をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、固形分７０質量％の絶縁層形成用組成物（ワニス）を得た。

１．２絶縁層形成用フィルムの作製
金属箔（導体層）として、厚さ７０μｍの銅箔（古河サーキットホイル製、ＧＴＳＭＰ）を用い、その銅箔の粗化面に、上記１．１で得られた絶縁層形成用組成物をコンマコーターにて塗布し、１００℃で３分、１５０℃で３分加熱乾燥し、絶縁層形成用組成物の厚さ１００μｍの絶縁層形成用フィルム（絶縁層形成用組成物付き銅箔）を得た。得られた絶縁層形成用フィルムにおけるフィラー（アルミナ）の含有量は、絶縁性樹脂組成物全体の４７ｖｏｌ％であった。

１．３基板の作製
上記１．２で得られた絶縁層形成用フィルムと、金属板として２ｍｍ厚のアルミニウム板を張り合わせ、真空プレスを用いて、プレス圧３０ｋｇ／ｃｍ^２で８０℃３０分、２００℃９０分の条件下でプレスし、基板を得た。

（実施例２〜８および比較例１〜６）
表１に示す配合で絶縁層形成用組成物を調製した以外は、実施例１と同様にして、絶縁層形成用組成物および基板を作製した。

２．評価
各実施例および各比較例により得られた絶縁層形成用組成物および基板について、次の各評価を行った。

２．１絶縁層形成用組成物の粘度
各実施例および各比較例の絶縁層形成用組成物について、Ｅ型粘度計を用いて、温度２５℃、せん断速度５．０ｒｐｍの条件で粘度を測定した。

２．２外観
各実施例および各比較例の基板について、銅箔（導体層）をエッチングにより除去し、絶縁層の外観を目視で観察し、ボイドやカスレの有無を評価した。また、フロー量（絶縁層のプレス前の外周縁とプレス後の外周縁との間の距離）の長さを測定した。

２．３半田耐熱性
各実施例および各比較例の基板について、５０ｍｍ×５０ｍｍにグラインダーソーでカットした後に、その銅箔を１／４だけ残すようにエッチングにより除去することにより、試料を作製し、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して半田耐熱性を評価した。かかる評価は、前処理をしない場合と、１２１℃、１００％、（ＰＣＴ処理）を４時間行った後の場合において、それぞれ、２８８℃の半田槽に３０秒間浸漬した後の外観の異常の有無に基づいて、下記の評価基準により行った。
評価基準：異常なし（フクレの箇所がない）
：膨れあり（全体的にフクレの箇所がある）

２．４絶縁破壊電圧
各実施例および各比較例の基板について、１００ｍｍ×１００ｍｍにグラインダーソーでカットした後に、その端縁部から約３０ｍｍの位置から外側部分の銅箔をエッチングにより除去することにより、試料を作製し、絶縁破壊電圧を評価した。かかる評価は、耐電圧試験器（ＭＯＤＥＬ７４７３、ＥＸＴＥＣＨ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）を用いて、銅箔と金属板に電極を接触せしめて、両電極に１ｋＶ／秒の速度で電圧を上昇させていきながら交流電圧を印加し、絶縁層が破壊したときの電圧を絶縁破壊電圧とした。

これらの評価結果を表１に示す。
表１に示す評価結果から明らかなように、各実施例では、半田耐熱性に優れ、絶縁破壊電圧値が十分に高く、また、高い熱伝導率を有する。

これに対し、比較例１、２、５、６では、フローがなく、また、ボイドが発生し、絶縁破壊電圧値が低い。これは、シランカップリング剤に含まれるメトキシ基またはエトキシ基の数が３つであるため、そのシランカップリング剤の影響により、樹脂の流動性が悪化し、絶縁層中に微小なボイドが発生したことによって、絶縁破壊電圧値が低下したものと推察される。

また、比較例３〜６では、半田耐熱性が低下した。これは、シランカップリング剤に含まれるメトキシ基またはエトキシ基の数が３つであるため、そのシランカップリング剤の影響により、フィラーと樹脂との相互作用が十分でないためと推察される。

１、１Ａ 基板
２ 金属板
３、３Ａ 導体層
４ 絶縁層
４Ａ 絶縁層形成層
４１ 樹脂部
４２ フィラー
５１、５２ 半導体素子
５１２、５２２ モールド部
５３ コネクタ
５３１ ピン（端子）
５３２ ハウジング
６ 回路
７ 被覆層
８ 保護部材
１０ 絶縁層形成用フィルム
２０ 自動車
１００ 制御装置
２０１ ヘッドライト
２０２ 発光ダイオード素子
２０４ 中継ケーブル
２０５ コネクタ

Claims (13)

1. 絶縁層を形成するのに用いられる絶縁層形成用組成物であって、
   樹脂材料と、
   無機材料で構成されたフィラーと、
   下記式（１）で表わされるシラン系カップリング剤とを含んで構成されていることを特徴とする絶縁層形成用組成物。
   

   

   ［前記式（１）において、Ｘ_１およびＸ_２は、それぞれ独立して、メトキシ基またはエトキシ基であり、Ｘ_３は、メチル基またはエチル基であり、Ｒは、炭素数１〜５のアルキレン基、フェニレン基、または、炭素数１〜５のアルキレン基とフェニレン基とを組み合わせた基であり、Ｙは、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基およびイソシアネート基からなる群から選択されるものである。］
2. 前記フィラーは、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムのうちの少なくとも１種で構成されている請求項１に記載の絶縁層形成用組成物。
3. 前記フィラーは、複数の１次粒子で構成され、
   前記フィラーの平均粒径をＡとし、前記複数の１次粒子の平均粒径をＢとしたときに、
   Ａ／Ｂは、１．０以上１．５以下であり、かつ、
   Ｂは、２．５μｍ以上４．０μｍ以下である請求項２に記載の絶縁層形成用組成物。
4. 前記シラン系カップリング剤の含有量は、樹脂材料１００質量部に対して０．０１〜１０質量部である請求項１ないし３のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
5. 前記フィラーの含有量は、全体の３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
6. 前記樹脂材料の含有量は、全体の３０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
7. 前記樹脂材料は、硬化性樹脂である請求項１ないし６のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
8. 前記フィラーの比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、０．５ｍ^２／ｇ以上３．０ｍ^２／ｇ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
9. 粘度が３．０Ｐａ・ｓ以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物を層状に成形した絶縁層形成層を有することを特徴とする絶縁層形成用フィルム。
11. 前記絶縁層形成層を支持する支持層を有する請求項１０に記載の絶縁層形成用フィルム。
12. 前記支持層は、金属箔である請求項１１に記載の絶縁層形成用フィルム。
13. 金属材料で構成された金属板と、
    前記金属板上に設けられ、請求項１ないし９のいずれかに記載の絶縁層形成用組成物を層状に成形した硬化物または固化物で構成された絶縁層と、
    前記絶縁層の前記金属板とは反対側の面上に設けられた導体層とを有することを特徴とする基板。

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