JP2016106395A - 回路基板用積層板、金属ベース回路基板及びパワーモジュール - Google Patents

回路基板用積層板、金属ベース回路基板及びパワーモジュール Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱性、耐久性、及びはんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する回路基板用積層板、金属ベース回路基板、及びパワーモジュールを提供する。【解決手段】金属基板２と、金属基板２の少なくとも片面に設けられた絶縁層３と、絶縁層３上に設けられた金属箔４とを具備する回路基板用積層板であって、絶縁層３が、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂との架橋型共重合体、及び無機充填材を含有する。【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板用積層板、この回路基板用積層板から製造される金属ベース回路基板、及び、この金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールに関する。
近年のエレクトロニクス技術の発達は目覚しく、電気電子機器の高性能化及び小型化は急速に進行している。これに伴い、電気素子及び／又は電子素子を実装した部品の発熱量は益々大きくなっている。このような背景のもと、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（metal−oxide−semiconductor field−effect transistor）及びＩＧＢＴ（insulated−gate bipolar transistor）などの所謂パワーデバイスを搭載する金属ベース回路基板には、十分な耐熱性、優れた放熱性が求められている。特に今後、デバイスにＳｉＣ（シリコンカーバイト）が使用されることで、従来のＳｉ（シリコン）デバイスと比較して作動温度が顕著に増加し、さらに高い耐熱性が求められることが予想される。また、パワーデバイスと金属回路ベース基板を接続しているはんだ接続部にかかるヒートサイクルによる応力が大きくなり、耐久性やはんだ接続信頼性の確保が困難な状況になりつつある。
ところで、高耐熱性の樹脂組成物として、シアネート樹脂を用いた樹脂組成物が一般に知られている。例えば、特許文献１〜４には、シアネート樹脂含有組成物を基材に含浸させた高耐熱性プリプレグや、シアネート樹脂含有組成物の硬化物からなる伝熱シート層を具備する熱伝導基板が開示されている。
また、特許文献５には、高温でも高弾性率を維持することが可能なシアネート樹脂含有絶縁シートを具備する多層プリント配線板が開示されている。
特開２０１１−１１６９１０号公報 特開２００５−２７２５７３号公報 特開２０１０−３１２６３号公報 特開２００８−０９８４８９号公報 特開２００４−２０２８９５号公報
金属ベース回路基板は、金属基板の少なくとも片面に絶縁層と回路パターンとがこの順に積層された構造を有している。この絶縁層を形成する樹脂組成物として、上述したような公知のシアネート樹脂含有組成物を用いても、耐熱性、耐久性及びはんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する金属ベース回路基板の製造は困難であることが実情である。
本発明の目的は、耐熱性、耐久性及びはんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する金属ベース回路基板を提供することが可能な回路基板用積層板を提供することにある。また、本発明の目的は、この回路基板用積層板から製造される、耐熱性耐久性及び、はんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する金属ベース回路基板を提供することにある。また、本発明の目的は、この金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールを提供することにある。
本発明の第１側面によると、金属基板と、該金属基板の少なくとも片面に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備する回路基板用積層板であって、前記絶縁層が、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂との架橋型共重合体及び無機充填材を含有することを特徴とする回路基板用積層板が提供される。
本発明において、上記絶縁層に含有されるビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂の質量比は、例えば、３：１〜１：１１である。
上記絶縁層は、無機充填材として、例えば、アルミナ、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有する。
また、本発明の一形態において、上記絶縁層は更に硬化促進剤を含有する。この硬化促進剤は、例えばボレート錯体であり、このボレート錯体は、リン系ボレート錯体であってもよく、非リン系ボレート錯体であってもよい。
本発明の一形態において、上記絶縁層は、硬化促進剤としてリン系ボレート錯体を含有し、且つ、無機充填材として表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有し、より好ましくは２種以上を含有する。
本発明の他の形態において、上記絶縁層は、硬化促進剤として非リン系ボレート錯体を含有し、且つ、無機充填材としてアルミナ、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有し、より好ましくは２種以上を含有する。
本発明の第２側面によると、上記回路基板用積層板が具備する金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板が提供される。
本発明の第３側面によると、上記金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールが提供される。
本発明により、耐熱性、耐久性及びはんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する金属ベース回路基板を提供することが可能となった。また、本発明により、この金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールを提供することが可能となった。
本発明の一態様に係る回路基板用積層板を概略的に示す斜視図。 図１に示す回路基板用積層板のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られる金属ベース回路基板の一例を概略的に示す断面図。 本発明の一態様に係るパワーモジュールを概略的に示す断面図。 従来のパワーモジュールを概略的に示す断面図。
以下、本発明の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に示す回路基板用積層板１は、金属基板２の片面に絶縁層３が形成され、絶縁層３の上に金属箔４が形成された３層構造をしている。本発明の他の形態において、金属板２の両面に絶縁層３が形成され、更に各絶縁層３の上に金属箔４が形成された５層構造をしていてもよい。なお、図１及び図２において、Ｘ及びＹ方向は金属基板２の主面に平行であり且つ互いに直交する方向であり、Ｚ方向はＸ及びＹ方向に対して垂直な厚さ方向である。図１には、一例として矩形上の回路基板用積層板１を示しているが、回路基板用積層板１は他の形状を有していてもよい。
絶縁層は、ビスフェノール型シアネート樹脂、ノボラック型シアネート樹脂及び無機充填材を含有するものであり、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂とが架橋型共重合体を形成していることを第一の特徴としている。
同じシアネート樹脂であっても、その分子構造のタイプによって硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）や、力学物性が異なるが、例えば、絶縁層の耐熱性と靭性を向上させるために単に高耐熱性樹脂と強靭性樹脂を併用して用いるだけでは所望とする高耐熱性と強靭性は得られない。強靭性のビスフェノール型シアネート樹脂と、高ガラス転移温度を有するノボラック型シアネート樹脂との架橋型共重合体を形成することにより、靭性に優れ、且つ、高耐熱性の絶縁層の提供が可能となる。これは、ノボラック型シアネート樹脂とビスフェノール型シアネート樹脂の混合物が架橋型共重合体構造をとることにより、ビスフェノール型単体で用いる場合よりも高ガラス転移温度となり、一方、ノボラック型シアネート樹脂の架橋構造にビスフェノール型シアネート樹脂の柔軟な構造が加わることにより、ノボラック型単体で用いる場合よりも靭性が向上するものと推測される。靱性が向上し、また、低弾性となることにより、絶縁層における、ヒートサイクルによるはんだ接続部への応力を間接的に緩和する性能（以下、「ヒートサイクル性能」ともいう）が高まる結果、はんだ接続信頼性を向上させることが可能となる。
さらに、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂の混合系では、融点降下により溶融時に硬化反応（環化三量化反応）が進み易くなるため、未反応基が殆ど残らない結果、長期信頼性（例えば、はんだ接続信頼性）を向上させることが可能となる。また、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂の混合系では低弾性となり、これによっても絶縁層のヒートサイクル性能が高まり、はんだ接続信頼性の向上に寄与している。
本発明で用いられるビスフェノール型シアネート樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型フェノール樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂等を挙げることができる。ビスフェノール型シアネート樹脂の重量平均分子量は特に限定されるものではなく、オリゴマーやモノマーであってもよい。
本発明で用いられるビスフェノール型シアネート樹脂として、例えば、耐熱性の観点からはテトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型シアネート樹脂の順に優れており、反応性の観点からはビスフェノールＡ型シアネート樹脂が優れている。
本発明で用いられるノボラック型シアネート樹脂としては、フェノールノボラック型シアネート樹脂、クレゾールノボラック型シアネート樹脂等が挙げられる。ノボラック型シアネート樹脂の重量平均分子量は特に限定されるものではなく、オリゴマーやモノマーであってもよい。
本発明で用いられるビスフェノール型シアネート樹脂として、例えば、反応性の観点からはフェノールノボラック型シアネート樹脂が優れている。
本発明の絶縁層に含有されるビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂との質量比は、例えば、３：１〜１：１１が好ましく、３：１〜１：３がより好ましく、２．５：１〜１：２が更に好ましい。ビスフェノール型シアネート樹脂の配合比が大きすぎるとガラス転移温度（Ｔｇ）が低くなり所望とする耐熱性が得られない場合がある。一方、ノボラック型シアネート樹脂の配合比が大きすぎると靱性が低くなり、また、反応性の観点から好ましくない。
絶縁層は、ビスフェノール型シアネート樹脂及びノボラック型シアネート樹脂と共に、無機充填材を含有している。この無機充填材としては、例えば、アルミナ、窒化アルミ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ケイ素等が挙げられ、これらの中から選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましい。
無機充填材を含有する系においては、硬化に伴う発熱反応が無機充填材の存在によって抑制される傾向があり、本発明のようにビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂とが架橋型共重合体を形成する系においては、単独の樹脂を用いた系では起こらない問題が生じ得る。具体的には、無機充填材に反応熱が吸収されるため硬化反応が遅くなることや、無機充填材の表面官能基によってはシアネート基の硬化反応を阻害する等の問題が考えられる。このため、表面処理された無機充填材を使用してもよいし、後述する効果促進剤との適切な組み合わせにおいて無機充填材を使用することが好ましい。無機充填材の表面処理としては、例えば、無機充填材の表面をシアネート樹脂と反応を伴って化学結合できる官能基で修飾してもよいし、もしくはシアネート樹脂と相溶性が高い官能基で修飾してもよく（例えば、シアネート基、エポキシ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、ビニル基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基等）、例えば、シランカップリング処理やプラズマ処理などが用いられる。
本発明の絶縁層に含有される無機充填材の割合は、ノボラック型シアネート樹脂とビスフェノール型シアネート樹脂の合計体積を基準として５０〜９０体積％であることが好ましい。無機充填材の含有率は、より好ましくは６０〜８０体積％である。充填率が低すぎると無機充填材が沈殿する傾向にあり、一方、充填率が高すぎると粘度が高くなり過ぎて均一な塗膜が得られず、気孔欠陥が増える原因となり得る。
絶縁層は、硬化促進剤を含有していてもよい。硬化促進剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、ボレート錯体が挙げられる。ボレート錯体は、リン系ボレート錯体でも非リン系ボレート錯体でもよい。
リン系ボレート錯体の例として、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ−ｐ−トリルボレート、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルメチルホスホニウムテトラフェニルボレート、ｐ−トリルトリフェニルホスホニウムテトラ−ｐ−トリルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルホスフィントリフェニルボレートなどが挙げられる。
非リン系ボレート錯体の例として、ソジウムテトラフェニルボレート、ピリジントリフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾリウムテトラフェニルボレート、１，５−ジアゾビシクロ［４．３．０］ノネン−５−テトラフェニルボレート、リチウムトリフェニル（ｎ−ブチル）ボレートなどが挙げられる。
本発明の一態様において、絶縁層は、硬化促進剤としてリン系ボレート錯体を含有し、且つ、無機充填材として表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有することが好ましく、リン系ボレート錯体と、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも２種以上を含有することがより好ましい。特にアルミナは、シアネート樹脂の硬化反応を阻害するため（例えば、分子構造の立体障害による悪影響）、硬化促進剤であるリン系ボレート錯体との組み合わせにおいては、表面処理されたアルミナを用いることが好ましい。予め粒子の表面を改質しておくことで硬化阻害を防止することができる。
また、本発明の他の態様において、絶縁層は、硬化促進剤として非リン系ボレート錯体を含有し、且つ、無機充填材として表面処理されたアルミナ、アルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有することが好ましく、非リン系ボレート錯体と、表面処理されたアルミナ、アルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも２種以上を含有することがより好ましい。硬化促進剤として非リン系ボレート錯体を用いる場合には、リン系ボレート錯体を用いる場合と比較し、表面処理をしないアルミナとの組み合わせも好適に用いることができる。硬化促進のメカニズムは必ずしも明らかではないが、非リン系ボレート錯体はリン系ボレート錯体に比べ、酸化アルミが存在する系における硬化促進剤としての活性が高く、酸化アルミが非リン系ボレート錯体を使用した硬化促進系に与える悪影響（例えば、分子構造の立体障害）が小さいことが一因と推測される。
本発明の絶縁層に硬化促進剤を添加する場合、その含有率は、ノボラック型シアネート樹脂とビスフェノール型シアネート樹脂の合計質量を基準として０．１〜５質量％であることが好ましく、より好ましくは０．５〜２質量％である。
絶縁層は、上述したビスフェノール型シアネート樹脂、ノボラック型シアネート樹脂及び無機充填材を含む成分を溶剤に溶解した樹脂組成物（以下、「本発明の組成物」などともいう）から形成される塗膜の硬化物である。溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、テトラフルオロイソプロパノール、メチルエチルケトン、エチレンジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルイソブチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、キシレン、アセトン、ジオキサン、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
本発明の組成物において、固形分濃度は、例えば、１〜５０質量％であることが好ましく、１５〜３５質量％であることがより好ましい。溶剤の量が過度に多い場合、塗膜から大量の溶剤を除去しなければならず、塗膜の外観不良を生じやすい。また、多くの乾燥時間を要するため生産性が低下する。一方、溶剤の量が過度に少ない場合、組成物が高粘度化する傾向があり、その取扱い性等が低下する。
本発明の組成物は、上述したビスフェノール型シアネート樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、無機充填材及び硬化促進剤以外に種々の添加剤を含有していてもよく、例えば、シランカップリング剤及びチタンカップリング剤などのカップリング剤、イオン吸着剤、沈降防止剤、加水分解防止剤、レベリング剤、酸化防止剤等などが挙げられる。
金属基板２は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属基板２の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、アルミニウム合金、又はステンレスを使用することができる。金属基板２は、炭素などの非金属を更に含んでいてもよい。例えば、金属基板２は、炭素と複合化したアルミニウムを含んでいてもよい。また、金属基板２は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。
金属基板２は、高い熱伝導率を有している。典型的には、金属基板２は、６０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の熱伝導率を有している。
金属基板２は、可撓性を有していてもよく、可撓性を有していなくてもよい。金属基板２の厚さは、例えば、０．２−５ｍｍの範囲内にある。
金属箔４は、絶縁層３上に設けられている。金属箔４は、絶縁層３を間に挟んで金属基板２と向き合っている。
金属箔４は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属箔４の材料としては、例えば、銅又はアルミニウムを使用することができる。金属箔４の厚さは、例えば、１０〜５００μｍの範囲である。
この回路基板用積層板１は、例えば、以下の方法により製造する。
まず、上述したビスフェノール型シアネート樹脂及びノボラック型シアネート樹脂と硬化促進剤を加熱混合し、その後溶剤に溶解させて溶液を得る。次に、上述した無機充填材を溶液中に分散させて分散液を得る。無機充填材は、例えば、ボールミル、三本ロール、遠心撹拌機又はビーズミルを用いて、粉砕しつつ上記溶液中に分散させてもよい。また、上記溶液に無機充填材を加えるのに先立って、この溶液にシランカップリング剤、イオン吸着剤などの添加剤を加えてもよい。
次に、この分散液を、金属基板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布する。分散液の塗布には、例えば、ロールコート法、バーコート法又はスクリーン印刷法を利用することができる。連続式で行ってもよく、単板式で行ってもよい。
必要に応じて塗膜を乾燥させた後、金属基板２と金属箔４とが塗膜を挟んで向き合うように重ね合わせる。さらに、それらを熱プレスする。以上のようにして、回路基板用積層板１を得る。
この方法では、本発明の組成物である分散液を金属板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布することにより塗膜を形成するが、他の態様において、分散液をＰＥＴフィルム等の基材に塗布し乾燥することにより予め塗膜を形成し、これを金属基板２及び金属箔４の一方に熱転写してもよい。
次に、上述した回路基板用積層板１から得られる金属ベース回路基板１´について説明する。
図３に示す金属ベース回路基板１´は、図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られるものであり、金属基板２と、絶縁層３と、回路パターン４´とを含んでいる。回路パターン４´は、図１及び図２を参照しながら説明した回路基板用積層板の金属箔４をパターニングすることにより得られる。このパターニングは、例えば、金属箔４の上にマスクパターンを形成し、金属箔４の露出部をエッチングによって除去することにより得られる。金属ベース回路基板１´は、例えば、先の回路基板用積層板１の金属箔４に対して上記のパターニングを行い、必要に応じて、切断及び穴あけ加工などの加工を行うことにより得ることができる。
この金属ベース回路基板１´は、上述した回路基板用積層板１から得られるので、耐熱性、強靭性及びはんだ接続信頼性に優れている。
図４に本発明のパワーモジュールの一例を示す。このパワーモジュール１００は、金属基板１３ｃと、絶縁層１３ｂと、回路パターン１３ａを含む本発明の金属ベース回路基板１３を備えるため、耐熱性、耐久性及びはんだ接続信頼性に優れ、長期信頼性を有する。したがって、パワーデバイスの高性能化に伴い発熱温度が増加傾向にある現状において、従来のパワーモジュールでは対応できなかった温度領域にも本発明のモジュールは好適に用いることができる。
更に、本発明のパワーモジュール１００は、図５に一例を示した従来のパワーモジュール２００と比較し、金属ベース回路基板１３を備えることで構成部材（層）が少なくなり、全体としての厚みが薄くなることから、より低熱抵抗でコンパクト設計が可能となる。また、穴あけ、切断等の加工が容易なため組立てが容易であるなどのメリットも有している。
以下に、本発明の例を記載する。本発明はこれらに限定されるものでない。
＜組成物の調製＞
合成例１：組成物１の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（テトラフェニルホスホニウムテトラボレート；北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化ホウ素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）と窒化アルミ（古河電子製（ＦＡＮ−ｆ３０）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物１）を作製した。
合成例２〜５：組成物２〜５の調製
ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）の配合比を、表３に記載の通りに変更した以外は組成物１の調製方法と同様にして組成物２〜５を作製した。
合成例６：組成物６の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）とアルミナ（昭和電工製「ＡＳ４０」）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物６）を作製した。
合成例７：組成物７の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％の非リン系硬化促進剤（ジアザビシクロノネンテトラフェニルボレート；北興化学製「ＤＢＮＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）とアルミナ（昭和電工製「ＡＳ４０」）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物７）を作製した。
合成例８：組成物８の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）とシランカップリング剤（信越化学製「ＫＢＭ−１０３」）で表面処理したアルミナを１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物８）を作製した。
合成例９：組成物９の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％の非リン系硬化促進剤（北興化学製「ＤＢＮＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）とシランカップリング剤（信越化学製「ＫＢＭ−１０３」）で表面処理したアルミナを１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物９）を作製した。
合成例１０：組成物１０の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％の非リン系硬化促進剤（北興化学製「ＤＢＮＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）と窒化アルミ（古河電子製（ＦＡＮ−ｆ３０）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物１０）を作製した。
合成例１１−１５：組成物１１−１５の調製
ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）の配合比を、表３に記載の通りに変更した以外は組成物１の調製方法と同様にして組成物１１〜１５を作製した。
対照用合成例１：組成物１Ｒの調製
ビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）と、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した固形分４０質量％のビスフェノールＡ型シアネート樹脂溶液（溶剤：ジメチルアセトアミド）に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）と窒化アルミ（古河電子製（ＦＡＮ−ｆ３０）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物１Ｒ）を作製した。
対照用合成例２：組成物２Ｒの調製
フェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）と、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した固形分４０質量％のフェノールノボラック型シアネート樹脂溶液（溶剤：ジメチルアセトアミド）に対して、窒化硼素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）と窒化アルミ（古河電子製（ＦＡＮ−ｆ３０）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物２Ｒ）を作製した。
＜評価＞
［ガラス転移温度（Ｔｇ／℃）］
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に熱接着後の厚みが約１００μｍになるように塗布し、１００℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。この塗膜が形成された銅箔を、金属板として熱伝導率１４０Ｗ/ｍｋ、厚み２．０ｍｍのアルミニウム合金板上に塗膜が中間層となるように積層し、圧力２０ＭＰａ、温度２５０℃（但し、比較例３及び４は２００℃）で熱接着した。得られた回路基板用積層板をサンプルとして、銅箔とアルミ板をケミカルエッチングして絶縁層のみを取り出した。
上記のようにして得られた絶縁層からシートサイズ５ｍｍ×５０ｍｍに切り出し、動的粘弾性測定装置（ＲＳＡ３、ＴＡインスツルメント製）にて引張モード、昇温２℃／分、測定温度範囲−５０〜４００℃、窒素雰囲気、測定周波数１Ｈｚで動的粘弾性を測定した。得られた貯蔵弾性率と損失弾性率からTanδを求め、そのピーク値をガラス転移温度（℃）とした。
［破壊靭性値］
実施例1〜１５、比較例1〜２の各樹脂組成において、無機フィラーを含まない状態で各樹脂及び硬化促進剤を溶融させた混合物を、シリコーン型に流し込み２５０℃（但し、比較例３及び４は２００℃）で硬化させた後、２×１０×４１．５ｍｍの試験片を作製し、ＡＳＴＭ ｄ５０４５−９３に従って破壊靭性値（ＭＮ／ｍ3/2）を求めた。
［吸湿耐熱性］
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に熱接着後の厚みが約１００μｍになるように塗布し、１００℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。この塗膜が形成された銅箔を、金属板として熱伝導率１４０Ｗ/ｍｋ、厚み２．０ｍｍのアルミニウム合金板上に塗膜が中間層となるように積層し、圧力２０ＭＰａ、温度２５０℃（但し、比較例３及び４は２００℃）で熱接着した。得られた回路基板用積層板をサンプルとして、吸湿耐熱性を以下の方法により評価した。
上記のようにして得られた積層体からサイズ４０×４０ｍｍの基板を切り出し、基板半分にランドサイズ２０×２０ｍｍを配置した。この基板を沸騰した水に１時間浸漬させた後、２６０℃又は３００℃のはんだ浴にアルミ板を下にして６０秒以上浮かべ、回路箔や絶縁層に剥離や発泡が無いか目視で観察した。その結果、回路箔又は絶縁層に剥離又は発泡が３０秒経過する前に観察された場合をＣ、６０秒以内に観察された場合をＢ、６０秒経過しても観察されなかった場合をＡとして評価した。
［はんだ接続信頼性］
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に熱接着後の厚みが約１００μｍになるように塗布し、１００℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。この塗膜が形成された銅箔を、金属板として熱伝導率１４０Ｗ/ｍｋ、厚み２．０ｍｍのアルミニウム合金板上に塗膜が中間層となるように積層し、圧力２０ＭＰａ、温度２５０℃（但し、比較例３及び４は２００℃）で熱接着した。得られた回路基板用積層板をサンプルとして、はんだ接続信頼性を以下の方法により評価した。
上記のようにして得られた積層体からサイズ８０×６０ｍｍの基板を切り出し、ランドサイズ２．０×１．８ｍｍを２．０ｍｍ間隔で２つ配置し、チップサイズ３．２×１．６ｍｍを２つのランドに橋架け状にはんだ実装した。その実装基板を−４０〜＋１５０℃で冷熱サイクル試験を行い、２５０時間ごとに基板を取り出し、チップ抵抗を測定して導通確認を行い、抵抗が測れなくなるまでの時間を測定した。その結果、５００時間経過する前に抵抗が測れなくなった場合をＣ、１０００時間経過する前に抵抗が測れなくなった場合をＢ、１０００時間過ぎても抵抗が測れた場合をＡとして評価した。
評価結果を表３に示す。
１ 回路基板用積層板
１’ 金属ベース回路基板
２ 金属基板
３ 絶縁層
４ 金属箔
４’ 回路パターン
１００ パワーモジュール
１１ パワーデバイス
１２ はんだ層
１３ 金属ベース回路基板
１３ａ 回路パターン
１３ｂ 絶縁層
１３ｃ 金属基板
１４ 放熱シート
１５ ヒートシンク
２００ 従来のパワーモジュール
２１ パワーデバイス
２２ 第一はんだ層
２３ 回路パターン
２４ セラミック基板
２５ メタライズ層
２６ 第二はんだ層
２７ 金属基板
２８ 放熱シート
２９ ヒートシンク
本発明において、上記絶縁層に含有されるビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂の質量比は、例えば、１１：１〜１：３である。
本発明の絶縁層に含有されるビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂との質量比は、例えば、１１：１〜１：３が好ましく、３：１〜１：３がより好ましく、２．５：１〜１：２が更に好ましい。ビスフェノール型シアネート樹脂の配合比が大きすぎるとガラス転移温度（Ｔｇ）が低くなり所望とする耐熱性が得られない場合がある。一方、ノボラック型シアネート樹脂の配合比が大きすぎると靱性が低くなり、また、反応性の観点から好ましくない。
この方法では、本発明の組成物である分散液を金属基板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布することにより塗膜を形成するが、他の態様において、分散液をＰＥＴフィルム等の基材に塗布し乾燥することにより予め塗膜を形成し、これを金属基板２及び金属箔４の一方に熱転写してもよい。
以下に、本発明の例を記載する。本発明はこれらに限定されるものでない。
＜組成物の調製＞
合成例１：組成物１の調製
質量比が３：１になるようにビスフェノールＡ型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＢＡ２００」）とフェノールノボラック型シアネート樹脂（ロンザ製、「ＰＴ３０」）を加熱混合し、樹脂量に対して１質量％のリン系硬化促進剤（テトラフェニルホスホニウムテトラ−ｐ−トリルボレート；北興化学製、「ＴＰＰ−ＭＫ」）を混合した。その混合樹脂にジメチルアセトアミドを加えた樹脂固形分４０質量％のシアネート樹脂溶液に対して、窒化ホウ素（水島合金鉄製、「ＨＰ−４０」）と窒化アルミ（古河電子製（ＦＡＮ−ｆ３０）を１：１の体積比で、樹脂固形分を基準として合計で６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液（組成物１）を作製した。

Claims (10)

  1. 金属基板と、該金属基板の少なくとも片面に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備する回路基板用積層板であって、前記絶縁層が、ビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂との架橋型共重合体及び無機充填材を含有することを特徴とする回路基板用積層板。
  2. 前記絶縁層に含有されるビスフェノール型シアネート樹脂とノボラック型シアネート樹脂の質量比が３：１〜１：１１である、請求項１に記載の回路基板用積層板。
  3. 前記絶縁層が更に硬化促進剤を含有する、請求項１又は２に記載の回路基板用積層板。
  4. 前記硬化促進剤がボレート錯体であり、前記無機充填材としてアルミナ、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有する、請求項３に記載の回路基板用積層板。
  5. 前記硬化促進剤がリン系ボレート錯体であり、前記無機充填材として表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有する、請求項４に記載の回路基板用積層板。
  6. 前記無機充填材として、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される２種以上を含有する、請求項５に記載の回路基板用積層板。
  7. 前記硬化促進剤が非リン系ボレート錯体であり、前記無機充填材としてアルミナ、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される少なくとも１種を含有する、請求項４に記載の回路基板用積層板。
  8. 前記無機充填材として、アルミナ、表面処理されたアルミナ、窒化アルミ及び窒化ホウ素から選択される２種以上を含有する、請求項７に記載の回路基板用積層板。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の回路基板用積層板が具備する金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板。
  10. 請求項９に記載の金属ベース回路基板を備えるパワーモジュール。
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