JP2019165097A - 絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えた金属基板を備え、かつ、回路層で熱を拡げることができ、放熱特性に優れた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】金属基板１１と、この金属基板１１の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層１２と、この絶縁樹脂層１２の金属基板１１とは反対側の面に形成された回路層１３と、を備えた絶縁回路基板１０であって、金属基板１１は、底面部１１ａと、この底面部１１ａから屹立した側壁部１１ｂと、を備えており、絶縁樹脂層１２および回路層１３は、底面部１１ａおよび側壁部１１ｂに配設されており、回路層１３は、金属材料からなり、絶縁樹脂層１２との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされている。【選択図】図１

Description

この発明は、底面部とこの底面部から屹立した側壁部とを備えた金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法に関するものである。

パワーモジュール、ＬＥＤモジュールおよび熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子および熱電素子が接合された構造とされている。
上述の絶縁回路基板として、例えば特許文献１に記載された金属ベース回路基板が提案されている。

特許文献１に記載された金属ベース回路基板においては、金属基板上に絶縁樹脂層が形成され、この絶縁樹脂層上に回路パターンを有する回路層が形成されている。ここで、絶縁樹脂層は、熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂で構成されており、回路層は、銅箔で構成されている。
この金属ベース回路基板においては、回路層上に半導体素子が接合され、金属基板の絶縁樹脂層とは反対側の面にヒートシンクが配設されており、半導体素子で発生した熱をヒートシンク側に伝達して放熱する構造とされている。

また、特許文献２には、金属箔上に絶縁層を介し導体回路を設けた金属ベース基板であって、前記金属箔の厚さが５μｍ以上３００μｍ以下、無機フィラーと熱硬化性樹脂を含有する前記絶縁層の厚さが８０μｍ以上２００μｍ以下、前記導体回路の厚さが９μｍ以上１４０μｍ以下とされたものが提案されている。
この金属ベース回路基板においては、屈曲性に優れていることから、筐体の側面や底面に密着させることができ、筐体の側面や底面からも熱を放散することが可能となる。

特開２０１５−２０７６６６号公報 特開２００６−３０３０８２号公報

ところで、上述の絶縁回路基板（金属ベース回路基板）において熱抵抗を低下させて放熱特性を向上させるためには、半導体素子等の熱源が搭載される回路層の厚さを厚くし、回路層で熱を拡げることが効果的である。
しかしながら、特許文献２に記載された金属ベース回路基板においては、導体回路の厚さが９μｍ以上１４０μｍ以下と比較的薄く形成されているので、導体回路（回路層）で熱を拡げることができず、放熱特性を向上させることができなかった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えた金属基板を備え、かつ、回路層で熱を拡げることができ、放熱特性に優れた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、前記金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えており、前記絶縁樹脂層および前記回路層は、前記底面部および前記側壁部に配設されており、前記回路層は、金属材料からなり、前記絶縁樹脂層との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。

この構成の絶縁回路基板によれば、前記金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えており、前記絶縁樹脂層および前記回路層は、前記底面部および前記側壁部に配設されているので、回路層上に搭載された半導体素子等の熱源の熱を、金属基板の底面部および側壁部から放熱することができる。
そして、前記回路層は、金属材料からなり、前記絶縁樹脂層との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされているので、回路層の厚さが確保されており、回路層において半導体素子等の熱源の熱を、面方向に拡げることができる。
よって、放熱特性に特に優れた絶縁回路基板を提供することが可能となる。

ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記絶縁樹脂層は、前記金属基板との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．０１ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、絶縁樹脂層の厚さが確保されることになり、前記回路層と前記金属基板との間の絶縁性を向上させることができる。

さらに、本発明の絶縁回路基板においては、前記絶縁樹脂層は、前記金属基板の前記側壁部の端部よりも外方に突出していることが好ましい。
この場合、前記回路層と前記金属基板との間の沿面距離が増加し、前記回路層と前記金属基板との間の絶縁性をさらに向上させることができる。

本発明の絶縁回路基板の製造方法は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えており、この金属基板の前記底面部および前記側壁部の一方の面に、熱硬化型樹脂を主成分とする樹脂組成物を配置する樹脂組成物配設工程と、前記樹脂組成物を、第１加圧治具を用いて前記金属基板に向けて加圧し、前記金属基板と前記樹脂組成物を接合して絶縁樹脂層を形成する絶縁樹脂層形成工程と、前記絶縁樹脂層の一方の面に前記回路層となる厚さ０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内の金属片を配置する金属片配設工程と、前記金属片を、第２加圧治具を用いて前記絶縁樹脂層に向けて加圧し、前記金属片と前記絶縁樹脂層とを接合して回路層を形成する回路層形成工程と、を有し、前記第１加圧治具および前記第２加圧治具は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されていることを特徴としている。

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、金属基板の前記底面部および前記側壁部の一方の面に、熱硬化型樹脂を主成分とする樹脂組成物を配置する樹脂組成物配設工程と、前記樹脂組成物を、第１加圧治具を用いて前記金属基板に向けて加圧し、前記金属基板と前記樹脂組成物を接合して絶縁樹脂層を形成する絶縁樹脂層形成工程と、を備えており、前記第１加圧治具は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されているので、樹脂組成物を金属基板の前記底面部および前記側壁部に向けて確実に加圧することができ、金属基板の前記底面部および前記側壁部と前記樹脂組成物とを確実に接合することができる。

また、前記絶縁樹脂層の一方の面に前記回路層となる厚さ０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内の金属片を配置する金属片配設工程と、前記金属片を、第２加圧治具を用いて前記絶縁樹脂層に向けて加圧し、金属片と絶縁樹脂層とを接合して回路層を形成する回路層形成工程と、を備えており、前記第２加圧治具は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されているので、前記金属片を、金属基板の前記底面部および前記側壁部の一方の面に形成された前記絶縁樹脂層に向けて加圧することができ、金属基板の前記底面部および前記側壁部の一方の面に形成された前記絶縁樹脂層と回路層となる金属片とを確実に接合することができる。

ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記絶縁樹脂層形成工程と、前記回路層形成工程と、を同時に実施してもよい。
この場合、樹脂組成物配設工程と金属片配設工程とを実施した後に、前記絶縁樹脂層形成工程と前記回路層形成工程とを同時に実施することで、工程を省略することができ、効率的に絶縁回路基板を製造することが可能となる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記樹脂組成物は、硬化済みの熱硬化型樹脂であり、前記絶縁樹脂層形成工程および前記回路層形成工程において、前記熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱する構成としてもよい。
この場合、前記樹脂組成物として硬化済の熱硬化型樹脂を用いており、前記絶縁樹脂層形成工程および前記回路層形成工程において前記熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱するので、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる樹脂組成物と金属基板とを確実に接合し、絶縁樹脂層を形成することができる。また、絶縁樹脂層と金属片を確実に接合し、回路層を形成することができる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記樹脂組成物は、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる本体層と、この本体層の表面に形成された粘着層と、を備えているものとしてもよい。
この場合、前記絶縁樹脂層形成工程および前記回路層形成工程において加熱することなく加圧するのみで、硬化済の熱硬化型樹脂からなる樹脂組成物と金属基板とを確実に接合し、前記絶縁樹脂層を形成することができる。また、絶縁樹脂層と金属片を確実に接合し、回路層を形成することができる。

さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記樹脂組成物は、未硬化の熱硬化型樹脂であり、絶縁樹脂層形成工程において、前記熱硬化型樹脂を硬化させる構成としてもよい。
この場合、絶縁樹脂層形成工程において、前記熱硬化型樹脂を硬化させて絶縁樹脂層を形成することができるとともに、絶縁樹脂層と金属基板とを確実に接合することが可能となる。

本発明によれば、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えた金属基板を備え、かつ、回路層で熱を拡げることができ、放熱特性に優れた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態である絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。 本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。 本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。 実施例において絶縁回路基板の耐電圧性を評価する試験装置の概略説明図である。

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態である絶縁回路基板１０、および、この絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。

このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。

はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。

絶縁回路基板１０は、金属基板１１と、金属基板１１の一方の面に形成された絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の面に形成された回路層１３と、を備えている。

金属基板１１は、絶縁回路基板１０に搭載された半導体素子３において発生した熱を面方向に拡げることによって、放熱特性を向上させる作用を有する。このため、金属基板１１は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。本実施形態では、無酸素銅の圧延板で構成されている。
ここで、金属基板１１は、図１に示すように、底面部１１ａと、この底面部１１ａから屹立した側壁部１１ｂと、を備えている。

また、金属基板１１（底面部１１ａおよび側壁部１１ｂ）の厚さｔ１は、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定されている。ここで、金属基板１１（底面部１１ａおよび側壁部１１ｂ）の厚さｔ１の下限は、１．０ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。一方、金属基板１１（底面部１１ａおよび側壁部１１ｂ）の厚さｔ１の上限は、３．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態においては、金属基板１１の底面部１１ａの幅Ｗは１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内、側壁部１１ｂの高さＨが２．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下の範囲内とされている。また、側壁部１１ｂは底面部１１ａから直交する方向に屹立したものとされている。

絶縁樹脂層１２は、回路層１３と金属基板１１との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性を有する熱硬化型樹脂で構成されている。本実施形態では、絶縁樹脂層１２の強度を確保するために、フィラーを含有する熱硬化型樹脂が用いられている。ここで、フィラーとしては、例えばアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等を用いることができる。また、熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂等を用いることができる。本実施形態では、絶縁樹脂層１２は、フィラーとしてアルミナを含有するエポキシ樹脂で構成されている。

本実施形態では、図１に示すように、絶縁樹脂層１２は、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂにわたって形成されている。
また、絶縁樹脂層１２の金属基板１１との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ２が０．０１ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下の範囲内とされている。ここで、絶縁樹脂層１２の金属基板１１との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ２の下限は、０．０２ｍｍ以上であることが好ましく、０．０４ｍｍ以上であることがさらに好ましい。一方、絶縁樹脂層１２の金属基板１１との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ２の上限は、０．０６ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

さらに、本実施形態では、絶縁樹脂層１２は、図１に示すように、金属基板１１の側壁部１１ｂの端部よりも外方に突出した構造とされていることが好ましい。なお、絶縁樹脂層１２の突出量Ｐは、０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内とされている。ここで、絶縁樹脂層１２の突出量Ｐの下限は、１．０ｍｍ以上であることが好ましく、２．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。一方、絶縁樹脂層１２の突出量Ｐの上限は、３．０ｍｍ以下であることが好ましく、２．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

回路層１３は、図４に示すように、絶縁樹脂層１２の一方の面に、導電性に優れた金属からなる金属片２３が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１３を構成する金属片２３として、無酸素銅の圧延板が用いられている。
この回路層１３においては、上述の金属片２３がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。

そして、回路層１３は、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの領域に形成されており、絶縁樹脂層１２との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ３が０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされている。ここで、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ３の下限は、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。一方、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ３の上限は、１．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

以下に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図２から図４を用いて説明する。

（樹脂組成物配設工程Ｓ０１）
まず、図３に示すように、底面部１１ａおよび側壁部１１ｂを有する金属基板１１の一方の面に、樹脂組成物２２を配設する。本実施形態では、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの内側の面に沿うように、樹脂組成物２２を配設している。
ここで、樹脂組成物２２は、フィラーと熱硬化型樹脂とを含有するものとされており、本実施形態では、フィラーとしてのアルミナと熱硬化型樹脂としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含有する樹脂組成物を硬化させて、シート状に形成した硬化済みの熱硬化型樹脂とされている。なお、硬化済みの熱硬化型樹脂とは、ＪＩＳ ７１４８−１（２０１５）に規定される「硬化反応率の測定方法」によって測定された硬化反応率が９５％以上とされたものを指す。

（絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２）
次に、図３に示すように、金属基板１１の一方の面に樹脂組成物２２を積層した状態で、樹脂組成物２２の金属基板１１とは反対側の面に当接されるように、第１加圧治具４１を挿入する。そして、この第１加圧治具４１によって、樹脂組成物２２を金属基板１１側に向けて加圧するとともに加熱し、樹脂組成物２２と金属基板１１とを接合して、絶縁樹脂層１２を形成する。
なお、本実施形態では、図３に示すように、樹脂組成物２２は、金属基板１１の側壁部１１ｂの端部よりも外方に突出して配置されている。

ここで、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２における加熱温度は、樹脂組成物２２に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上とする。本実施形態では、加熱温度が１５０℃以上２５０℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が１０分以上６０分以下の範囲内とされている。また、積層方向の加圧荷重が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とされている。

そして、第１加圧治具４１は、ポアソン比が０．４以上の材質で構成されている。これにより、第１加圧治具４１によって樹脂組成物２２を金属基板１１の底面部１１ａに向けて加圧すると、第１加圧治具４１が加圧方向と交差する方向に拡がるように変形し、樹脂組成物２２が金属基板１１の側壁部１１ｂに向けて十分に加圧されることになる。
ここで、本実施形態では、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２における加熱温度が樹脂組成物２２に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上（具体的には、１５０℃以上２５０℃以下）とされているので、十分な耐熱性を有する必要がある。
このため、本実施形態では、第１加圧治具４１を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）で構成している。

（金属片配設工程Ｓ０３）
次に、図４に示すように、絶縁樹脂層１２の一方の面に、複数の金属片２３を回路パターン状に配置する。本実施形態では、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの内側の面に形成された絶縁樹脂層１２に沿うように、金属片２３を配設している。
ここで、金属片２３は、導電性に優れた金属材料からなる金属板を打ち抜いて形成されたものとされており、本実施形態では、無酸素銅の圧延板を打ち抜いたものとされている。この金属片２３の厚さは、０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされている。

（回路層形成工程Ｓ０４）
次に、図４に示すように、絶縁樹脂層１２の一方の面に金属片２３を積層した状態で、金属片２３の絶縁樹脂層１２とは反対側の面に当接されるように、第２加圧治具４２を挿入する。そして、この第２加圧治具４２によって、金属片２３を絶縁樹脂層１２側に向けて加圧するとともに加熱し、金属片２３と絶縁樹脂層１２とを接合して、回路層１３を形成する。

ここで、回路層形成工程Ｓ０４における加熱温度は、絶縁樹脂層１２に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上とする。本実施形態では、加熱温度が１５０℃以上２５０℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が１０分以上６０分以下の範囲内とされている。また、積層方向の加圧荷重が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とされている。

そして、第２加圧治具４２は、ポアソン比が０．４以上の材質で構成されている。これにより、第２加圧治具４２によって金属片２３を金属基板１１の底面部１１ａに形成された絶縁樹脂層１２に向けて加圧すると、第２加圧治具４２が加圧方向と交差する方向に拡がるように変形し、金属片２３が金属基板１１の側壁部１１ｂに形成された絶縁樹脂層１２に向けて十分に加圧されることになる。
ここで、本実施形態では、回路層形成工程Ｓ０４における加熱温度が絶縁樹脂層１２に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上（具体的には、１５０℃以上２５０℃以下）とされているので、十分な耐熱性を有する必要がある。
このため、本実施形態では、第２加圧治具４２を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）で構成している。

上述した各工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。

（半導体素子接合工程Ｓ０５）
次に、絶縁回路基板１０の回路層１３に半導体素子３を接合する。本実施形態では、回路層１３と半導体素子３とを、はんだ材を介して接合している。
以上の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１０によれば、金属基板１１が、底面部１１ａと、この底面部１１ａから屹立した側壁部１１ｂと、を備えており、絶縁樹脂層１２および回路層１３が、底面部１１ａおよび側壁部１１ｂに配設されているので、回路層１３上に搭載された半導体素子３の熱を、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂから放熱することができる。
さらに、回路層１３が、金属材料（本実施形態では無酸素銅）からなり、絶縁樹脂層１２との接合界面に直交する方向における最小厚さｔ３が０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされているので、回路層１３において半導体素子３の熱を、面方向に拡げることができる。
よって、半導体素子３の熱を金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂを介して、効率良く放熱することができる。

また、本実施形態においては、絶縁樹脂層１２は、金属基板１１の側壁部１１ｂの端部よりも外方に突出しているので、回路層１３と金属基板１１との間の沿面距離が増加し、回路層１３と金属基板１１との間の絶縁性をさらに向上させることができる。なお、絶縁樹脂層１２の突出量Ｐが、０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内とされているので、確実に回路層１３と金属基板１１との間の絶縁性を向上させることができる。

本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの一方の面に、熱硬化型樹脂を主成分とする樹脂組成物２２を配置する樹脂組成物配設工程Ｓ０１と、樹脂組成物２２を、第１加圧治具４１を用いて金属基板１１に向けて加圧し、金属基板１１と樹脂組成物２２を接合して絶縁樹脂層１２を形成する絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２と、を備えており、第１加圧治具４１は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されているので、樹脂組成物２２を金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂに向けて確実に加圧することができ、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂと絶縁樹脂層１２とを確実に接合することができる。

また、絶縁樹脂層１２の一方の面に回路層１３となる厚さ０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内の金属片２３を配置する金属片配設工程Ｓ０３と、金属片２３を、第２加圧治具４２を用いて絶縁樹脂層１２に向けて加圧し、金属片２３と絶縁樹脂層１２とを接合して回路層１３を形成する回路層形成工程Ｓ０４と、を備えており、第２加圧治具４２は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されているので、金属片２３を、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの一方の面に形成された絶縁樹脂層１２に向けて加圧することができ、金属基板１１の底面部１１ａおよび側壁部１１ｂの一方の面に形成された絶縁樹脂層１２と、回路層１３となる金属片２３とを確実に接合することができる。

さらに、本実施形態においては、樹脂組成物２２として、フィラーとしてのアルミナと熱硬化型樹脂としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含有する樹脂組成物を硬化させて、シート状に形成した硬化済みの熱硬化型樹脂を用いており、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２において、熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱する構成としているので、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる樹脂組成物２２と金属基板１１とを確実に接合し、絶縁樹脂層１２を形成することができる。
また、回路層形成工程Ｓ０４において、熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱する構成としているので、金属片２３と絶縁樹脂層１２とを確実に接合し、回路層１３を形成することができる。

さらに、本実施形態では、第１加圧治具４１および第２加圧治具４２を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）で構成しているので、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２および回路層形成工程Ｓ０４において、熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱しても、第１加圧治具４１および第２加圧治具４２が熱劣化することを抑制することができ、第１加圧治具４１および第２加圧治具４２を用いて確実に加圧することができる。

以上、本発明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ことはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。

また、本実施形態においては、絶縁樹脂層が金属基板の側壁部の端部よりも突出する構成として説明したが、これに限定されることはなく、絶縁樹脂層が金属基板の側壁部の端部から突出していなくてもよい。
さらに、本実施形態では、側壁部が底面部から直交するように屹立したものを図示して説明したが、これに限定されることはなく、側壁部が傾斜して屹立したものであってもよい。このとき、第１加圧部材および第２加圧部材は、金属基板の形状に応じた形状とすることが好ましい。

また、本実施形態では、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２を実施した後に、金属片配設工程Ｓ０３および回路層形成工程Ｓ０４を実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、樹脂組成物配設工程Ｓ０１の後に金属片配設工程Ｓ０３を実施し、絶縁樹脂形成工程Ｓ０２および回路層形成工程Ｓ０４を同時に実施してもよい。このとき、金属片が配設されない箇所には、押圧用部材を配設し、金属基板１１と樹脂組成物２２とを全面で押圧するように構成することが好ましい。

さらに、本実施形態では、樹脂組成物２２として、シート状に形成した硬化済みの熱硬化型樹脂を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、樹脂組成物２２を、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる本体層と、この本体層の表面に形成された粘着層と、を備えたものとしてもよい。この場合、金属片配設工程Ｓ０３および回路層形成工程Ｓ０４において、加圧するのみで、金属基板１１と樹脂組成物２２（絶縁樹脂層１２）と金属片２３とを接合することが可能となる。このため、第１加圧治具４１および第２加圧治具４２の材質を、耐熱性を考慮することなく選択することができ、例えばポリプロピレン等を適用することができる。

また、樹脂組成物２２として、シート状に形成した未硬化の熱硬化型樹脂を用いて、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２において、未硬化の熱硬化型樹脂を硬化させて絶縁樹脂層１２を形成してもよい。この場合、絶縁樹脂層形成工程Ｓ０２においては、未硬化の熱硬化型樹脂からなる樹脂組成物２２の全体を加圧できるように、第１加圧治具４１の形状等を設計することが好ましい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

表１に示す金属基板を準備した。この金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えたものとされている。なお、金属基板の底面部の幅が１０ｍｍ、側壁部の高さが２．０ｍｍとされている。

この金属基板の一方の面（底面部および側壁部）に、表１に示す樹脂組成物のシート材を配置した。なお、樹脂組成物としては、硬化済みの樹脂組成物（硬化反応率９５％以上）、未硬化の樹脂組成物（硬化反応率９５％未満）、硬化済みの樹脂組成物からなる本体層とアクリル系樹脂からなる粘着層（厚さ０．０３ｍｍ）とを備えたものを使用した。
そして、表２に示すように、絶縁樹脂層形成工程として、第１加圧部材を用いて加圧するとともに加熱した。

次に、絶縁樹脂層の一方の面に、表１に示す金属片を配設し、表２に示すように、回路層形成工程として、第２加圧部材を用いて加圧するとともに加熱した。これにより、絶縁樹脂層と金属片とを接合し、回路層を形成した。
以上の工程により、本発明例および比較例の絶縁回路基板を製造した。なお、このとき、絶縁樹脂層の厚さと絶縁樹脂層の金属基板の側壁部の端部からの突出量を、表３に示すものとした。

なお、比較例１では、第１加圧部材および第２加圧部材として、ポアソン比が０．２０とされたカーボンで構成されたものを用いた。
比較例２では、金属片の厚さ（回路層の厚さ）を０．０３５ｍｍとした。
比較例３では、金属片の厚さ（回路層の厚さ）を０．１ｍｍとした。

そして、得られた絶縁回路基板について、熱抵抗、耐電圧性を、以下のようにして評価した。

（熱抵抗）
熱抵抗は、次のようにして測定した。半導体素子としてヒータチップを接合し、ヒータチップを１００Ｗの電力で加熱し、熱電対を用いてヒータチップの温度を実測した。また、ヒートシンクを流通する冷却媒体（エチレングリコール：水＝９：１）の温度を実測した。そして、ヒータチップの温度と冷却媒体の温度差を電力で割った値を熱抵抗とした。

（耐電圧性）
図５に示すように、金属基板１１をベース板６１の上に載置し、回路層の上にプローブ６２を接触させ、部分放電を評価した。測定装置として、三菱電線株式会社製の部分放電試験機を用いた。なお、試験雰囲気として、３Ｍ社製フロリナート（ｔｍ）ＦＣ−７７０中で実施した。
そして、電圧を０．５ｋＶごとのステッププロファイル（保持時間３０秒）で昇圧し、絶縁破壊が生じた電圧（漏れ電流が１０ｍＡ以上となった電圧）を絶縁破壊電圧とした。評価結果を表３に示す。

第１加圧部材および第２加圧部材として、ポアソン比が０．２０とされたカーボンで構成されたものを用いた比較例１においては、熱抵抗が６．０Ｋ／Ｗと高く、かつ、絶縁破壊電圧が２．０ｋＶと低く、放熱性及び耐電圧性が不十分であった。
金属片の厚さ（回路層の厚さ）を０．０３５ｍｍとした比較例２においては、熱抵抗が７．０Ｋ／Ｗと高く、放熱性が不十分であった。
金属片の厚さ（回路層の厚さ）を０．１ｍｍとした比較例３においては、熱抵抗が６．０Ｋ／Ｗと高く、放熱性が不十分であった。

これに対して、本発明の規定を満足する本発明例１−８においては、熱抵抗が５．０Ｋ／Ｗ以下、絶縁破壊電圧が６．０ｋＶ以上であり、放熱性及び耐電圧性に優れていた。
以上のことから、本発明例においては、放熱特性に優れた絶縁回路基板を提供可能であることが確認された。

１０ 絶縁回路基板
１１ 金属基板
１１ａ 底面部
１１ｂ 側壁部
１２ 絶縁樹脂層
１３ 回路層
２２ 樹脂組成物
２３ 金属片
４１ 第１加圧治具
４２ 第２加圧治具

Claims (8)

1. 金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、
   前記金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えており、
   前記絶縁樹脂層および前記回路層は、前記底面部および前記側壁部に配設されており、
   前記回路層は、金属材料からなり、前記絶縁樹脂層との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
2. 前記絶縁樹脂層は、前記金属基板との接合界面に直交する方向における最小厚さが０．０１ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板。
3. 前記絶縁樹脂層は、前記金属基板の前記側壁部の端部よりも外方に突出していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁回路基板。
4. 金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
   前記金属基板は、底面部と、この底面部から屹立した側壁部と、を備えており、
   この金属基板の前記底面部および前記側壁部の一方の面に、熱硬化型樹脂を主成分とする樹脂組成物を配置する樹脂組成物配設工程と、
   前記樹脂組成物を、第１加圧治具を用いて前記金属基板に向けて加圧し、前記金属基板と前記樹脂組成物を接合して絶縁樹脂層を形成する絶縁樹脂層形成工程と、
   前記絶縁樹脂層の一方の面に前記回路層となる厚さ０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内の金属片を配置する金属片配設工程と、
   前記金属片を、第２加圧治具を用いて前記絶縁樹脂層に向けて加圧し、前記金属片と前記絶縁樹脂層とを接合して回路層を形成する回路層形成工程と、
   を有し、
   前記第１加圧治具および前記第２加圧治具は、ポアソン比が０．４以上の材料で構成されていることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
5. 前記絶縁樹脂層形成工程と、前記回路層形成工程と、を同時に実施することを特徴とする請求項４に記載の絶縁回路基板の製造方法。
6. 前記樹脂組成物は、硬化済みの熱硬化型樹脂であり、前記絶縁樹脂層形成工程においては、前記熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の絶縁回路基板の製造方法。
7. 前記樹脂組成物は、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる本体層と、この本体層の表面に形成された粘着層と、を備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の絶縁回路基板の製造方法。
8. 前記樹脂組成物は、未硬化の熱硬化型樹脂であり、絶縁樹脂層形成工程において、前記熱硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の絶縁回路基板の製造方法。

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