JP2016012720A - 金属ベース実装基板および金属ベース実装基板実装部材 - Google Patents

金属ベース実装基板および金属ベース実装基板実装部材 Download PDF

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Abstract

【課題】高い放熱性を有し、温度変化による反りの発生が効果的に防止され、電子部品の接続信頼性に優れた金属ベース実装基板を提供する。【解決手段】金属ベース実装基板１００は、第１の面と、第１の面と反対側の第２の面とを備える金属基板１、金属基板１の第１の面上に設けられた絶縁膜２及び絶縁膜２上に設けられた金属膜３を備える金属ベース回路基板１０と、金属ベース回路基板１０の金属膜３上に設けられた電子部品５とを備える。金属基板３において、金属ベース実装基板１００の法線Ｎと４５?以下の角度をなし、電子部品５の金属膜３に対向する面を通過する複数の直線の集合体と重なる領域を第１の領域１１と規定し、第１の領域１１以外の領域を第２の領域１２と規定したとき、少なくとも１本の溝１１１が、金属ベース実装基板１００の平面視で、電子部品５を取り囲むように、第１の領域１１に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、金属ベース実装基板および金属ベース実装基板実装部材に関する。
従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等の半導体素子、抵抗、コンデンサ等の電子部品を回路基板上に搭載して構成したインバーター装置、パワー半導体装置が知られている。
このような装置は、発熱量の高い電子部品を備えるため、高い放熱性を有することが求められる。かかる高い放熱性を確保するために、絶縁樹脂接着層（絶縁膜）に金属板層（金属基板）が接合された構造を有する装置が開発されている（特許文献１参照）。
しかしながら、このような構造では、絶縁膜と金属基板との線膨張係数の違いから、反りを生じ、これが放熱不良や電子部品の接続不良等の問題を引き起こすことがある。
特開２０１１−２１６６１９号公報
本発明の目的は、高い放熱性を有し、温度変化による反りの発生が効果的に防止され、電子部品の接続信頼性に優れた金属ベース実装基板を提供すること、また、高い放熱性を有し、温度変化による反りの発生が効果的に防止され、電子部品の接続信頼性に優れた金属ベース実装基板を備えた金属ベース実装基板実装部材を提供することにある。
このような目的は、下記（１）〜（１５）の本発明により達成される。
（１） 第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを備える金属基板、前記金属基板の前記第１の面上に設けられた絶縁膜、および、前記絶縁膜上に設けられた金属膜を備える金属ベース回路基板と、前記金属ベース回路基板の前記金属膜上に設けられた電子部品とを備える金属ベース実装基板であって、
前記金属基板において、当該金属ベース実装基板の法線と４５°以下の角度をなし、前記電子部品の前記金属膜に対向する面を通過する複数の直線の集合体と重なる領域を第１の領域と規定し、前記第１の領域以外の領域を第２の領域と規定したとき、少なくとも１本の溝が、当該金属ベース実装基板の平面視で、前記電子部品を取り囲むように、前記第１の領域に設けられていることを特徴とする金属ベース実装基板。
（２） 前記電子部品は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタおよびトランスより選択される少なくとも１種を含む上記（１）に記載の金属ベース実装基板。
（３） 前記金属基板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている上記（１）または（２）に記載の金属ベース実装基板。
（４） 前記溝は、前記金属基板の前記第２の面に設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（５） 前記溝の幅は、０．０２５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（６） 前記溝の深さは、０．１０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（７） 前記金属基板の厚さは、０．８ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の範囲である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（８） 前記溝の深さをＤ［ｍｍ］、前記金属基板の厚さをＴ［ｍｍ］としたとき、ＤとＴとは、０．２０≦Ｄ／Ｔ≦０．９５の関係を満足する上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（９） 前記金属膜の厚さは、１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（１０） 前記絶縁膜の厚さは、４０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（１１） 前記金属基板の前記第２の面において、前記第１の領域が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、前記第２の領域が占める面積をＳ２［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳ２とは、０．５０≦Ｓ１／Ｓ２≦４．０の関係を満足する上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（１２） 前記金属基板の前記第２の面において、前記第１の領域が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、前記溝が占める面積をＳＧ［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳＧとは、０．０３≦ＳＧ／Ｓ１≦０．７０の関係を満足する上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（１３） 前記少なくとも１本の溝は、互いに交差する複数本の前記溝を含む上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の金属ベース実装基板。
（１４） 冷却器と、前記冷却器に設けられた上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の金属ベース実装基板とを備えたことを特徴とする金属ベース実装基板実装部材。
（１５） 前記冷却器は、モーターのハウジングである上記（１４）に記載の金属ベース実装基板実装部材。
本発明によれば、高い放熱性を有し、温度変化による反りの発生が効果的に防止され、電子部品の接続信頼性に優れた金属ベース実装基板を提供すること、また、高い放熱性を有し、温度変化による反りの発生が効果的に防止され、電子部品の接続信頼性に優れた金属ベース実装基板を備えた金属ベース実装基板実装部材を提供することができる。
本発明の金属ベース実装基板の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明の金属ベース実装基板の好適な実施形態を模式的に示す底面図である。 本発明の金属ベース実装基板実装部材の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明の金属ベース実装基板（金属ベース実装基板実装部材）が適用された基板付きモーターの好適な実施形態を示す斜視図である。
以下、本発明の金属ベース実装基板および金属ベース実装基板実装部材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。
＜＜金属ベース実装基板＞＞
まず、本発明の金属ベース実装基板について説明する。
図１は、本発明の金属ベース実装基板の好適な実施形態を模式的に示す断面図、図２は、本発明の金属ベース実装基板の好適な実施形態を模式的に示す底面図である。
なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言い、左側を「左」、右側を「右」という。また、本明細書で参照する図面は、構成の一部を誇張して示してあり、実際の寸法比率等を正確に反映していない。
金属ベース実装基板（電子装置）１００は、金属ベース回路基板１０と、金属ベース回路基板１０上に設けられた電子部品５とを備えている。
≪金属ベース回路基板≫
金属ベース回路基板１０は、上面（第１の面）１ａと下面（第１の面と反対側の第２の面）１ｂとを備える金属基板１と、金属基板１の上面１ａ上に設けられた絶縁膜２と、絶縁膜２上に設けられた金属膜３とを備えている。
＜金属基板＞
金属基板１は、絶縁膜２および金属膜３を支持する機能を有する。
金属基板１は、金属材料を含む材料で構成されている。金属材料は、一般に、熱伝導性に優れる。このため、このような金属基板１を備える金属ベース回路基板１０は、全体として優れた放熱性を発揮することができる。
金属基板１を構成する金属材料は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銅等の単体金属や、これらから選択される少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。中でも、優れた熱伝導性（放熱性）、機械的強度、化学的安定性や、線膨張係数と熱伝導性とのバランス等に基づく総合的な観点から、金属材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。
金属基板１の厚さ（後に詳述する溝１１１が設けられていない部位の金属基板１の厚さ）は、特に限定されないが、０．８ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の範囲であるのが好ましく、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲であるのがより好ましい。
金属基板１の厚さが前記範囲内の値であると、金属基板１の放熱性、機械的強度の特性を特に優れたものとしつつ、金属基板１の折り曲げ性等の加工性を特に高めることができる。
これに対し、金属基板１の厚さが前記下限値未満であると、金属基板１の放熱性、機械的強度が低下する傾向が表れる。
また、金属基板１の厚さが上記上限値を超えると、金属基板１の折り曲げ性等の加工性が低下する傾向が表れる。
金属基板１には、その下面１ｂに開口する複数本の直線状の溝１１１が設けら（形成さ）れている。
これにより、溝１１１を有さない金属基板に比べて、金属基板１の表面積が大きくなるため、金属基板１の放熱性を優れたものとすることができる。また、溝１１１を有することにより、金属ベース回路基板１０の温度変化による反り（各部の線膨張係数の違いによる反り）を防止することができる。
その結果、例えば、金属ベース実装基板（電子装置）１００を、急激な加熱／冷却の環境下においても、電子部品５と金属ベース回路基板１０とを接合するろう材接合部、またはその近傍で、クラック等の不良が発生することが抑制されることになる。すなわち、金属ベース回路基板１０のヒートサイクル特性を向上させることができる。
特に、溝１１１が、金属基板１の下面（絶縁膜２と反対側の面）１ｂに設けられていることにより、金属基板１からの放熱効率を特に優れたものとすることができ、前述したような効果をより顕著に発揮させることができる。
また、溝１１１は、電子部品５に対して、所定の関係を満足する位置に設けられている。
具体的には、金属基板１において、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の法線と４５°以下の角度をなし、電子部品５の下面（金属膜３に対向する面）を通過する複数の直線（仮想直線）の集合体と重なる領域を第１の領域１１と規定し、第１の領域１１以外の領域を第２の領域１２と規定したとき、溝１１１は、第１の領域１１に設けられている。
ここで、図１および図２に示すように、第１の領域１１は、その面方向に沿った断面積が金属基板１の上面１ａから下面１ｂに向かって増大している。換言すれば、第１の領域１１は、金属ベース実装基板１００の平面視で電子部品５と重なり合う柱状の中央部と、この中央部を取り囲み、面方向に沿った断面積が金属基板１の上面１ａから下面１ｂに向かって増大（漸増）する周辺部とを備えている。
そして、この周辺部の傾斜角度、すなわち、図１において、第１の領域１１と第２の領域１２との境界Ｂ（二点鎖線で示す）と、電子部品５の縁（金属膜３側の縁）を通過する金属ベース実装基板１００の法線Ｎ（一点鎖線で示す）とのなす角度θが４５°となっている。なお、角度θを規定するための金属ベース実装基板１００の法線Ｎは、その電子部品５の下面との交点において、境界Ｂの延長線と交わっている。
また、本実施形態では、電子部品５の平面形状が四角形状であり、図１に示す金属ベース実装基板１００の厚さ方向に沿った断面は、電子部品５の平面形状（四角形状）の一辺に平行な線または対角線に沿って、金属ベース実装基板１００を切断した断面に相当する。
このように、電子部品５に対して、所定の関係を満足する位置に溝１１１を設けることにより、金属基板１の放熱効果を特に優れたものとすることができる。また、金属ベース回路基板１０の温度変化による反りの発生をより効果的に防止することができ、電子部品５の接続信頼性を特に優れたものとすることができる。
かかる効果は、以下の理由により得られると考えられる。
すなわち、電子部品５で発生した熱は、熱伝導により、金属膜３および絶縁膜２を介して、金属基板１に伝わる。ここで、金属膜３および絶縁膜２の厚さが十分に薄いため、電子部品５で発生した熱は、金属膜３および絶縁膜２における面方向への拡散がほとんど進行しないうちに、金属基板１に伝わる。そして、金属基板１の内部における伝熱は、等方的に進行するのではなく、その厚さ方向、特に、前述した第１の領域１１内において優先的に進行する。
溝１１１を第１の領域１１に設けることにより、金属基板１のうち熱伝導が優先的に進行する部位（第１の領域１１）の表面積を大きくすることができ、金属基板１の全体としての放熱性を特に高めることができる。また、第１の領域１１に溝１１１を設けることにより、第２の領域１２に溝を設けなくても、金属基板１の全体としての放熱性を優れたものとすることができる。すなわち、所定の部位（第１の領域１１）に選択的に溝を設けることにより、金属基板１の放熱性を優れたものとしつつ、金属基板１（金属ベース実装基板１００、金属ベース回路基板１０）の機械的強度、形状の安定性を優れたものとすることができる。これにより、金属ベース回路基板１０の温度変化による反りの発生をより効果的に防止することができ、電子部品５の接続信頼性を特に優れたものとすることができる。
前述したように、各溝１１１は、第１の領域１１に存在すればよいが、図１に示すように、第２の領域１２から所定の距離で離間した角度αの範囲に存在するのが好ましい。なお、この範囲を規定する内側仮想線ＩＶと、図１に示す金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の法線Ｎとのなす角度α１は、０°以上であるのが好ましい。一方、この範囲を規定する外側仮想線ＯＶと金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の法線Ｎとのなす角度α２は、４０°以下であるのが好ましく、３５°以下であるのがより好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
金属基板１の下面１ｂにおいて、第１の領域１１が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、第２の領域１２が占める面積をＳ２［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳ２とは、０．５０≦Ｓ１／Ｓ２≦４．０の関係を満足するのが好ましく、１．０≦Ｓ１／Ｓ２≦２．０の関係を満足するのがより好ましい。
このような関係を満足することにより、電子部品５の実装密度を十分に高くしつつ、金属基板１の放熱性を特に優れたものとすることができる。
図１および図２に示す構成では、複数本の溝１１１が設けられている。
これにより、金属基板１の表面積がより大きくなるため、金属基板１の放熱性を特に優れたものとすることができる。また、金属ベース回路基板１０の反りをより効果的に防止することができる。
図１中「Ｗ」で示す各溝１１１の幅（最大幅）は、０．０２５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であるのが好ましく、０．０５ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲であるのがより好ましい。
これにより、金属ベース回路基板１０の機械的強度を十分に優れたものとしつつ、金属基板１の放熱性をさらに優れたものとし、金属ベース回路基板１０の反りをより効果的に防止することができる。
これに対し、各溝１１１の幅が前記下限値未満であると、金属基板１の表面積を十分に大きくすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
また、各溝１１１の幅が前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
図１に示す金属ベース回路基板１０では、各溝１１１は、金属基板１を貫通しておらず、底部を有する有底溝である。
これにより、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を特に優れたものとすることができる。また、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）を底面視した際に、各溝１１１を介して存在する両領域での熱伝導性を特に優れたものとすることができるため、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）全体としての放熱性を特に優れたものとすることができる。
図１中「Ｄ」で示す各溝１１１の深さ（最大深さ）は、０．１０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であるのが好ましく、０．４０ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲であるのがより好ましい。
これにより、金属ベース回路基板１０は、機械的強度と反りの防止効果とをより高いレベルで発揮することができる。
これに対し、各溝１１１の深さが前記下限値未満であると、金属基板１の表面積を十分に大きくすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
また、各溝１１１の深さが前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
なお、各溝１１１の断面形状は、図１に示すような頂部を金属基板１の上面１ａに向けた三角形状に限定されず、例えば、半円形状等、いかなる形状であってもよい。
各溝１１１の深さをＤ［ｍｍ］、金属基板１の厚さをＴ［ｍｍ］としたとき、ＤとＴとは、０．２０≦Ｄ／Ｔ≦０．９５の関係を満足するのが好ましく、０．２５≦Ｄ／Ｔ≦０．９５の関係を満足するのがより好ましく、０．４０≦Ｄ／Ｔ≦０．８０の関係を満足するのがさらに好ましい。
これにより、金属ベース回路基板１０は、機械的強度と反りの防止効果とをより高いレベルで発揮することができる。
これに対し、Ｄ／Ｔの値が前記下限値未満であると、金属基板１の表面積を十分に大きくすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
また、Ｄ／Ｔの値が前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
上記のように、図１に示す金属ベース回路基板１０では、各溝１１１は、金属基板１を貫通しておらず、底部を有する有底溝であるが、金属基板１に設けられた溝１１１は、金属基板１の厚さ方向に貫通する貫通溝を含んでいてもよい。
各溝１１１の長さは、特に限定されないが、当該溝１１１が延在する方向に沿った金属基板１の長さの１０％以上９０％以下の範囲であるのが好ましく、２０％以上８０％以下の範囲であるのがより好ましい。
これにより、金属ベース回路基板１０の機械的強度を十分に優れたものとしつつ、金属基板１の放熱性をさらに優れたものとし、金属ベース回路基板１０の反りをより効果的に防止することができる。
これに対し、各溝１１１の長さが前記下限値未満であると、金属基板１の表面積を十分に大きくすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
また、各溝１１１の長さが前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
隣り合う溝１１１同士の間隔（ピッチ）は、特に限定されないが、０．２ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲であるのが好ましく、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であるのがより好ましい。
これにより、金属基板１の放熱性を特に優れたものとし、金属ベース回路基板１０の温度変化による反りをより効果的に防止することができる。また、金属ベース回路基板１０の機械的強度を特に優れたものとすることもできる。
これに対し、隣り合う溝１１１同士の間隔が前記下限値未満であると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
また、隣り合う溝１１１同士の間隔が前記上限値を超えると、金属基板１の表面積を十分に大きいものとすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
金属基板１の下面１ｂにおいて、第１の領域１１が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、溝１１１が占める面積をＳＧ［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳＧとは、０．０３≦ＳＧ／Ｓ１≦０．７０の関係を満足するのが好ましく、０．０５≦ＳＧ／Ｓ１≦０．４０の関係を満足するのがより好ましい。
これにより、金属ベース回路基板１０は、機械的強度と反りの防止効果とをより高いレベルで発揮することができる。
これに対し、ＳＧ／Ｓ２の値が前記下限値未満であると、金属基板１の表面積を十分に大きくすることが困難となり、金属基板１の放熱性が低下する可能性がある。
また、ＳＧ／Ｓ２の値が前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００（金属ベース回路基板１０）の機械的強度を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
本発明では、金属ベース実装基板１００の底面視（平面視）で、複数本の溝１１１は、電子部品５を取り囲むように設けられている。特に、本実施形態では、複数本の溝１１１は、互いにほぼ直交するように設けられている。これにより、金属基板１の機械的強度を十分に確保しつつ、金属基板１の放熱効率を特に優れたものとすることができ、金属ベース回路基板１０の反りをより効果的に防止することができる。
＜絶縁膜＞
絶縁膜２は、絶縁性を有する膜であり、金属膜３に形成された回路と金属基板１との短絡を防止する機能を有するとともに、金属膜３を金属基板１に接着する機能を有している。
絶縁膜２の厚さは、特に限定されないが、４０μｍ以上３００μｍ以下の範囲であるのが好ましい。
絶縁膜２の厚さが前記範囲内の値であると、絶縁膜２の上側からの熱を金属基板１により効果的に伝達することができる。これにより、金属ベース回路基板１０全体としての放熱性を特に優れたものとすることができるとともに、金属基板１と絶縁膜２との熱膨張率差による熱応力の発生を効果的に緩和することができる。
さらに、絶縁膜２による絶縁性を特に優れたものとすることができる。また、絶縁膜２内での面方向での熱の拡散を効果的に防止することができ、前述したような溝１１１を設けることによる効果がより顕著に発揮される。
これに対し、絶縁膜２の厚さが前記下限値未満であると、金属基板１と絶縁膜２との熱膨張率差によっては、金属基板１と絶縁膜２との間での熱応力の発生を十分に緩和することが困難になる可能性がある。また、絶縁膜２による絶縁性を十分に優れたものとすることが困難になる可能性がある。
また、絶縁膜２の厚さが前記上限値を超えると、金属ベース回路基板１０全体としての放熱性が低下する傾向が表れる。
絶縁膜２は、膜全体として絶縁性を有するものであればよいが、通常、絶縁性の高い絶縁性材料で構成されている。
絶縁膜２の構成材料としては、例えば、各種絶縁性樹脂材料、各種セラミックス材料等が挙げられる。
絶縁膜２を構成する絶縁性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、芳香環構造および脂環構造（脂環式の炭素環構造）の少なくともいずれか一方を含むエポキシ樹脂を好適に用いることができる。
このようなエポキシ樹脂を使用することで、絶縁膜２のガラス転移温度を高くするとともに、絶縁膜２の熱伝導性をさらに向上させることができる。
芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、かかるエポキシ樹脂としては、これらの中の１種類を単独で用いることもできるし、２種類以上を併用したりすることもできる。
絶縁膜２をフェノキシ樹脂を含む材料で構成すると、絶縁膜２の耐屈曲性を向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂を含むことにより、絶縁膜２の弾性率を低下させることが可能となる。これにより、金属ベース回路基板１０の応力緩和力を向上させることができる。
フェノキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
絶縁膜２を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナ等が挙げられる。
絶縁膜２は、セラミックス材料と絶縁性樹脂材料とを含んでいてもよい。例えば、絶縁膜２は、絶縁性樹脂材料中に、セラミックス材料で構成された粒子が分散した材料で構成されてもよい。
絶縁膜２は、各部位で均一な組成を有していてもよいし、一部の部位で組成が異なっていてもよい。例えば、絶縁膜２は、組成の異なる複数の層を有する積層体であってもよいし、組成が厚さ方向に傾斜的に変化する傾斜材料で構成されていてもよい。
＜金属膜＞
金属膜３は、金属ベース回路基板１０の回路を構成する部分である。
金属膜（回路パターン）３は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫等の金属から構成されている。なお、金属膜３は、２種以上の金属を含んでいてもよい。
金属膜３の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲であるのが好ましく、２０μｍ以上３００μｍ以下の範囲であるのがより好ましい。
金属膜３の厚みが前記範囲内の値であると、金属ベース実装基板１００の耐久性を特に優れたものとすることができる。また、金属膜３における電流の損失をより少なくし、金属膜３に大きな電流をより安定的に通電することもできる。また、金属膜３の面方向での熱の拡散を効果的に防止することもでき、前述したような溝１１１を設けることによる効果がより顕著に発揮される。
なお、絶縁膜２と金属膜３との間には、接着層等の他の層が介在していてもよい。
金属膜３は、各部位で均一な組成を有していてもよいし、一部の部位で組成が異なっていてもよい。例えば、金属膜３は、組成の異なる複数の層を有する積層体であってもよいし、組成が厚さ方向に傾斜的に変化する傾斜材料で構成されていてもよい。
≪電子部品≫
前述したような金属ベース回路基板１０の金属膜３には、電子部品５が接続されている。これにより、電子回路が完成している。
電子部品５としては、例えば、マイコン等のＩＣチップ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、トランス、ダイオード等の半導体素子、抵抗、コンデンサ等が挙げられる。
金属ベース実装基板１００は、前記の中でも特に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタおよびトランスより選択される少なくとも１種を電子部品５として備えているのが好ましい。
これらは、パワー素子とも呼ばれる発熱量の大きい電子部品である。このため、このような電子部品を備える金属ベース実装基板１００は、より高い放熱性が要求されるが、背景技術において記載したような問題が発生しやすかった。これに対して、本発明においては、このような電子部品を備える場合であっても、前述したような問題の発生が確実に防止される。すなわち、金属ベース実装基板１００がこのような電子部品を備える場合に、本発明による効果がより顕著に発揮される。
＜封止材＞
図１に示す構成では、金属ベース回路基板１０の回路（金属膜３）が形成された面側（図１中の上側）に封止材９が設けられ、金属膜３および電子部品５が被覆されている。
これにより、金属ベース実装基板１００の耐湿性、耐薬品性等を特に優れたものとし、金属ベース実装基板１００の信頼性を向上させることができる。
封止材９の厚さは、特に限定されないが、２００μｍ以上３ｍｍ以下の範囲であるのが好ましい。
封止材９の厚さが前記範囲内の値であると、金属ベース実装基板１００の厚型化を効果的に防止しつつ、金属膜３、電子部品５を確実に被覆することができる。これにより、前述したような効果がより確実に発揮される。
これに対し、封止材９の厚さが前記下限値未満であると、金属膜３、電子部品５を長期間、安定的に被覆することが困難となり、前述したような効果が十分に発揮されない可能性がある。
また、封止材９の厚さが前記上限値を超えると、金属ベース実装基板１００の厚型化を招く場合がある。
封止材９の構成材料としては、例えば、各種絶縁性樹脂材料、各種セラミックス材料等が挙げられる。
封止材９を構成する絶縁性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、芳香環構造および脂環構造（脂環式の炭素環構造）の少なくともいずれか一方を含むエポキシ樹脂を好適に用いることができる。
このようなエポキシ樹脂を使用することで、封止材９のガラス転移温度を高くするとともに、封止材９の熱伝導性をさらに向上させることができる。
芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、かかるエポキシ樹脂としては、これらの中の１種類を単独で用いることもできるし、２種類以上を併用したりすることもできる。
封止材９をフェノキシ樹脂を含む材料で構成すると、封止材９の耐屈曲性を向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂を含むことにより、封止材９の弾性率を低下させることが可能となる。これにより、金属ベース回路基板１０の応力緩和力を向上させることができる。
フェノキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
封止材９を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナ等が挙げられる。
封止材９は、セラミックス材料と絶縁性樹脂材料とを含んでいてもよい。例えば、封止材９は、絶縁性樹脂材料中に、セラミックス材料で構成された粒子が分散した材料で構成されてもよい。
封止材９は、各部位で均一な組成を有していてもよいし、一部の部位で組成が異なっていてもよい。例えば、封止材９は、組成の異なる複数の層を有する積層体であってもよいし、組成が厚さ方向に傾斜的に変化する傾斜材料で構成されていてもよい。
金属ベース実装基板１００は、いかなる装置で使用してもよい。かかる装置としては、例えば、パワー半導体装置、ＬＥＤ照明、インバーター装置等の半導体装置が挙げられる。このような半導体装置は、一般に、発熱量が大きいが、それらの熱を、本発明によれば、効率よく放熱することができる。このため、本発明は、このような半導体装置に好適に適用することができる。
ここでインバーター装置とは、直流電力から交流電力を電気的に生成する（逆変換する機能を持つ）装置である。またパワー半導体装置とは、通常の半導体素子に比べて高耐圧特性、大電流特性、高速・高周波特性等の特性を有し、一般的にはパワーデバイスと呼ばれる。かかるパワー半導体装置としては、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、トライアック等が挙げられる。
＜＜金属ベース実装基板実装部材＞＞
次に、本発明の金属ベース実装基板実装部材について説明する。
図３は、本発明の金属ベース実装基板実装部材の好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
図３に示すように、金属ベース実装基板実装部材３００は、冷却器２００と、冷却器２００に接して設けられた金属ベース実装基板１００とを備えている。
このような構成を有することにより、放熱すべき熱の一部を金属基板１から冷却器２００に伝えることができる。このため、金属ベース実装基板実装部材３００の全体としての放熱効率を特に優れたものとすることができる。これにより、金属ベース実装基板１００の温度変化による反りの発生をより効果的に防止し、電子部品５の接続信頼性を特に優れたものとすることができる。
冷却器２００は、通常、熱伝導率の高い材料で構成されている。
冷却器２００の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅等の単体金属や、これらから選択される少なくとも１種を含む合金等が挙げられる。中でも、優れた熱伝導性（放熱性）、機械的強度、化学的安定性や、線膨張係数と熱伝導性とのバランス等に基づく総合的な観点から、冷却器２００の構成材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。
図３に示す構成では、冷却器２００は、板状をなしているが、冷却器２００の形状はこれに限定されない。冷却器２００は、例えば、フィンを備えていてもよい。
＜＜基板付きモーター＞＞
次に、本発明の金属ベース実装基板実装部材のより具体的な一例としての基板付きモーターについて説明する。
図４は、本発明の金属ベース実装基板（金属ベース実装基板実装部材）が適用された基板付きモーターの好適な実施形態を示す斜視図である。
図４に示す基板付きモーター１０００は、モーター５００と、モーター５００の外周部に設けられた３枚の金属ベース実装基板１００とを備えた起電一体型のモーターである。
モーター５００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する３相のＳＲモーターである。ＳＲモーターは、近年では電気自動車に内蔵され、例えば駆動源として用いられる。
図４に示すように、モーター５００は、シャフト５０１ａが連結されたローター５０１と、ローター５０１を回転可能に収納、支持するステーター５０２と、ステーター５０２を収納するハウジング５０３とを有している。
ハウジング５０３（モーター５００）の全体形状は、六角柱状である。すなわち、ハウジング５０３の外周部は、隣接する側面５０３ａ同士の法線方向が互いに異なる六角形をなしている。
３枚の金属ベース実装基板１００は、モーター５００の作動（駆動）を制御するための制御基板である。そして、各金属ベース実装基板１００は、Ｕ相用のインバーター、Ｖ相用のインバーター、Ｗ相用のインバーターとして機能する。
前述したように、各金属ベース実装基板１００は、金属ベース回路基板１０と、金属ベース回路基板１０上に設けられた電子部品５とを備えている。
本実施形態において、各金属ベース回路基板１０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちのいずれか１つの相の出力インバーター回路を実装するための回路基板である。
前述したように、各金属ベース回路基板１０は、金属基板１と、金属基板１の上面１ａ上に設けられた絶縁膜２と、絶縁膜２上に設けられた金属膜３とを備えている。
金属基板１には、前述したような条件を満足する溝１１１が設けられており、金属基板１は、その下面（溝１１１が設けられた面）１ｂにおいてハウジング５０３と接触している。すなわち、ハウジング５０３が冷却器として機能しており、基板付きモーター１０００のうち金属ベース実装基板１００とハウジング５０３とを備えた部分が金属ベース実装基板実装部材として機能している。
このような構成は、基板付きモーター（金属ベース実装基板１００を備えた装置）１０００の冷却効率を特に優れたものとすることができるとともに、基板付きモーター１０００の小型化を図る上で特に有利である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、前述した実施形態では、溝は、直線状をなしているが、曲線状（渦巻き状、同心円状等を含む）をなしていてもよい。
また、前述した実施形態では、金属基板には、複数本の溝が設けられているが、少なくとも１本の溝が設けられていればよい。
また、前述した実施形態では、溝は、金属基板の下面（絶縁膜と反対の側の面）に設けられているが、金属基板の上面（絶縁膜側の面）に設けられていてもよい。この場合、金属基板の下面を平坦にすることができるため、金属基板の下面に、冷却器等の他の部材を好適に設置することができる。その結果、例えば、金属ベース実装基板の放熱性をさらに優れたものとすることができる。
また、本発明において、溝は、少なくとも金属基板の第１の領域に設けられていればよく、例えば、第１の領域に加え第２の領域にも設けるようにしてもよい。
また、前述した実施形態では、金属ベース実装基板（金属基板）は、平板状をなしているが、本発明では、例えば、湾曲板状をなしていてもよい。
なお、金属ベース実装基板が湾曲板状をなす場合、第１の領域は、電子部品の金属膜に対向する面を通過する複数の法線に基づいて規定される。この場合、各法線と４５°以下の角度をなす複数の直線は、それぞれ各法線の電子部品の金属膜に対向する面との交点を通過するように設定される。
また、前述した実施形態では、金属ベース実装基板は、モーターに接合して用いられるが、本発明では、モーター以外の部材に接合して用いられてもよいし、他の部材に接合されない状態で用いられてもよい。
また、基板付きモーターでの金属ベース実装基板の設置数は、前述した実施形態では３枚であったが、これに限定されず、例えば、１枚、２枚または４枚以上であってもよい。
また、モーターは、前述した実施形態ではＳＲモーターであったが、これに限定されず、例えば、同期モーター、誘導モーターまたは直流モーターであってもよい。
また、モーターは、前述した実施形態では全体形状が六角柱状をなしているが、これに限定されず、例えば、四角柱状をなしてもよいし、５角柱状をなしてもよいし、円柱状をなしてもよい。また、その他の形状としては、例えば、平坦な側面と湾曲した側面とで規定される形状が挙げられる。このように、金属ベース実装基板が接合される部材が湾曲面を有する形状であっても、金属ベース実装基板が溝を有しているため、当該部材への形状追従性を優れたものとすることができる。このため、前記部材と金属ベース実装基板との高い密着性を確実に得ることができる。
また、モーターのハウジングの側面１つ当たりの金属ベース実装基板の配置数は、前述した実施形態では１枚であったが、これに限定されず、例えば、２枚以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、モーターのハウジングの側面に金属ベース実装基板が設けられているが、例えば、ハウジングの端面（シャフトと反対側の面やシャフト側の面）に設けられていてもよい。
また、金属ベース実装基板は、例えば、モーター以外の他のアクチュエーター等のスイッチングが必要となる動作も制御する機能を有していてもよい。
１０００ ：基板付きモーター
１００ ：金属ベース実装基板（電子装置）
１０ ：金属ベース回路基板
１ ：金属基板
１ａ ：上面
１ｂ ：下面
１１ ：第１の領域
１１１ ：溝
１２ ：第２の領域
２ ：絶縁膜
３ ：金属膜（回路パターン）
５ ：電子部品
９ ：封止材
２００ ：冷却器
３００ ：金属ベース実装基板実装部材
５００ ：モーター
５０１ ：ローター
５０１ａ ：シャフト
５０２ ：ステーター
５０３ ：ハウジング
５０３ａ ：側面
Ｎ ：法線
Ｂ ：境界
ＩＶ ：内側仮想線
ＯＶ ：外側仮想線
θ ：角度
α、α１、α２：角度

Claims (15)

  1. 第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを備える金属基板、前記金属基板の前記第１の面上に設けられた絶縁膜、および、前記絶縁膜上に設けられた金属膜を備える金属ベース回路基板と、前記金属ベース回路基板の前記金属膜上に設けられた電子部品とを備える金属ベース実装基板であって、
    前記金属基板において、当該金属ベース実装基板の法線と４５°以下の角度をなし、前記電子部品の前記金属膜に対向する面を通過する複数の直線の集合体と重なる領域を第１の領域と規定し、前記第１の領域以外の領域を第２の領域と規定したとき、少なくとも１本の溝が、当該金属ベース実装基板の平面視で、前記電子部品を取り囲むように、前記第１の領域に設けられていることを特徴とする金属ベース実装基板。
  2. 前記電子部品は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタおよびトランスより選択される少なくとも１種を含む請求項１に記載の金属ベース実装基板。
  3. 前記金属基板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている請求項１または２に記載の金属ベース実装基板。
  4. 前記溝は、前記金属基板の前記第２の面に設けられている請求項１ないし３のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  5. 前記溝の幅は、０．０２５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲である請求項１ないし４のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  6. 前記溝の深さは、０．１０ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲である請求項１ないし５のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  7. 前記金属基板の厚さは、０．８ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の範囲である請求項１ないし６のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  8. 前記溝の深さをＤ［ｍｍ］、前記金属基板の厚さをＴ［ｍｍ］としたとき、ＤとＴとは、０．２０≦Ｄ／Ｔ≦０．９５の関係を満足する請求項１ないし７のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  9. 前記金属膜の厚さは、１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲である請求項１ないし８のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  10. 前記絶縁膜の厚さは、４０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である請求項１ないし９のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  11. 前記金属基板の前記第２の面において、前記第１の領域が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、前記第２の領域が占める面積をＳ２［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳ２とは、０．５０≦Ｓ１／Ｓ２≦４．０の関係を満足する請求項１ないし１０のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  12. 前記金属基板の前記第２の面において、前記第１の領域が占める面積をＳ１［ｍｍ２］、前記溝が占める面積をＳＧ［ｍｍ２］としたとき、Ｓ１とＳＧとは、０．０３≦ＳＧ／Ｓ１≦０．７０の関係を満足する請求項１ないし１１のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  13. 前記少なくとも１本の溝は、互いに交差する複数本の前記溝を含む請求項１ないし１２のいずか１項に記載の金属ベース実装基板。
  14. 冷却器と、前記冷却器に設けられた請求項１ないし１３のいずか１項に記載の金属ベース実装基板とを備えたことを特徴とする金属ベース実装基板実装部材。
  15. 前記冷却器は、モーターのハウジングである請求項１４に記載の金属ベース実装基板実装部材。
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