JP2019169619A - 金属ベース基板およびモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】厚み方向に高い熱伝導性を有し、平面方向に対して低い熱伝導性を有する金属ベース基板、およびこの金属ベース基板に電子部品を実装したモジュールを提供する。【解決手段】金属ベース基板２は、金属基板１０と、絶縁体２０と、金属箔５０とがこの順で積層された金属ベース基板であって、絶縁体２０は、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとし、単位がμｍで表される厚みをＴとし、単位がｋＶで表される耐電圧をＶＦとしたときに下記の式（１）２．５≧λおよび式（２）１００≦λ×ＶＦ／Ｔを満足する。モジュール１は、金属ベース基板２と、金属ベース基板２の金属箔５０の上に実装された電子部品３とを含む【選択図】図１

Description

本発明は、金属ベース基板およびモジュールに関する。

半導体素子などの電子部品を実装するための基板の一つとして、金属ベース基板が知られている。金属ベース基板は、金属基板と、絶縁体と、金属箔とがこの順で積層された積層体である。電子部品は、金属箔の上に、はんだを介して実装される。このような構成とされた金属ベース基板では、電子部品にて発生した熱は、絶縁体を介して金属基板に伝達され、金属基板から外部に放熱される。

金属ベース基板の絶縁性や耐電圧を向上させるために、絶縁体の厚みを厚くすることは有効である。しかしながら、絶縁体の厚みを厚くすると熱伝導性が低下し、電子部品にて発生した熱を、絶縁体を介して金属基板に伝達させにくくなるという問題がある。このため、絶縁体に熱伝導性フィラーを添加して、絶縁体の熱伝導性を向上させることが検討されている。

特許文献１には、絶縁体として、エポキシ樹脂と硬化剤と所定の窒化ホウ素凝集粉からなるエポキシ樹脂組成物の硬化物もしくは半硬化物を用いた金属ベース基板が開示されている。この特許文献１では、エポキシ樹脂組成物の硬化体の熱伝導率は８Ｗ／ｍＫ以上が望ましいとされている。

特開２０１７−８２０９１号公報

金属ベース基板の絶縁体に熱伝導性フィラーを添加することは、絶縁体の熱伝導性を向上させる方法としては有効である。しかしながら、本発明者らの検討によると、絶縁体の熱伝導性が向上すると、電子部品にて発生した熱が、金属ベース基板の平面方向に伝達しやすくなることがあることが判明した。電子部品にて発生した熱が、金属ベース基板の平面方向に伝達しやすくなると、高温度に発熱する電子部品の周囲に実装された他の電子部品が熱干渉によって劣化しやすくなるおそれがある。

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、その目的は、厚み方向に高い熱伝導性を有し、平面方向に対して低い熱伝導性を有する金属ベース基板、およびこの金属ベース基板に電子部品を実装したモジュールを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の金属ベース基板は、金属基板と、絶縁体と、金属箔とがこの順で積層された金属ベース基板であって、前記絶縁体は、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとし、単位がｍｍで表される厚みをＴとし、単位がｋＶで表される耐電圧をＶ_Ｆとしたときに下記の式（１）および式（２）を満足することを特徴としている。
（１）２．５≧λ
（２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔ

このような構成とされた本発明の金属ベース基板によれば、熱伝導率λが、（１）２．５≧λとされていて、熱伝導率λと厚みＴと耐電圧Ｖ_Ｆとの関係が、（２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔとされているので、厚み方向の熱伝導性を高くしつつ、平面方向の熱伝導性を低く抑えることができる。

ここで、本発明の金属ベース基板においては、前記絶縁体が、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、粒子径が１μｍ以下のセラミック粒子とを含む樹脂層を有することが好ましい。
この場合、絶縁体は、絶縁性が高い樹脂と熱伝導度が高いセラミック粒子とを含むので、絶縁性を維持しつつ、厚み方向の熱伝導性を高くすることができる。

また、本発明の金属ベース基板においては、前記絶縁体が、前記金属基板側に設けられた高絶縁性樹脂層と、前記金属箔側に設けられた軟質層との２層を有する積層体であって、前記軟質層は、２５℃におけるヤング率が１ＧＰａ以下の層であることが好ましい。
この場合、２５℃におけるヤング率が１ＧＰａ以下と柔らかい軟質層を介して、金属箔と絶縁体とが積層されるので、絶縁体と金属箔との密着性が向上し、金属箔と絶縁体との間の熱抵抗が低くなり、厚み方向の熱伝導性を高くすることができる。

本発明のモジュールは、上述の金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記金属箔の上に実装された電子部品とを含むことを特徴としている。
このような構成とされた本発明のモジュールによれば、上述の金属ベース基板の金属箔の上に電子部品が実装されているので、金属ベース基板の平面方向に熱が伝達しにくいので、熱干渉による電子部品の劣化が起こりにくくなる。

本発明によれば、厚み方向に高い熱伝導性を有し、平面方向に対して低い熱伝導性を有する金属ベース基板、およびこの金属ベース基板に電子部品を実装したモジュールを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板を用いたモジュールの概略断面図である。 本発明例３で行ったシミュレーションの結果を示す図であって、金属ベース基板の銅箔を平面視した拡大平面図である。 比較例１で行ったシミュレーションの結果を示す図であって、金属ベース基板の銅箔を平面視した拡大平面図である。

以下に、本発明の実施形態である金属ベース基板について、添付した図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板を用いたモジュールの概略断面図である。
図１において、モジュール１は、金属ベース基板２と、金属ベース基板２の上に実装された電子部品３とを含む。金属ベース基板２は、金属基板１０と、絶縁体２０と、金属箔５０とがこの順で積層された積層体である。金属箔５０は、回路パターン状に形成されている。その回路パターン状に形成された金属箔５０の上に、電子部品３がはんだ４を介して接合されている。

金属基板１０は、金属ベース基板２のベースとなる部材である。金属基板１０としては、銅板、アルミニウム板およびこれらの積層板を用いることができる。

絶縁体２０は、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとし、単位がｍｍで表される厚みをＴとし、単位がｋＶで表される耐電圧をＶ_Ｆとしたときに下記の式（１）および式（２）を満足する。
（１）２．５≧λ
（２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔ

絶縁体２０は、（１）２．５≧λ、即ち、厚み方向の熱伝導率λが２．５Ｗ／ｍＫ以下とされている。絶縁体２０の厚み方向の熱伝導率λが２．５Ｗ／ｍＫを超えると、絶縁体２０の平面方向の熱伝導率も高くなり、平面方向に熱が伝達しやすくなるおそれがある。ただし、絶縁体２０の厚み方向の熱伝導率λが低くなりすぎると、電子部品３にて発生した熱を、絶縁体２０を介して金属基板１０に伝達させにくくなるおそれがある。このため、絶縁体２０の厚み方向の熱伝導率λは、０．５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、０．５Ｗ／ｍＫ以上２．０Ｗ／ｍＫ以下の範囲内にあることが特に好ましい。なお、厚み方向とは、金属基板１０と絶縁体２０とが接する面に対して直交する方向を意味する。平面方向とは、金属基板１０と絶縁体２０とが接する面に対して平行な方向を意味する。

また、絶縁体２０は、（２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔ、即ち、厚み方向の熱伝導率λと膜厚当たりの耐電圧（Ｖ_Ｆ／Ｔ）との積であるλ×Ｖ_Ｆ／Ｔが１００以上とされている。厚み方向の熱伝導率λを２．５Ｗ／ｍＫ以下としつつ、λ×Ｖ_Ｆ／Ｔを１００以上とすることによって、厚み方向の熱伝導性を高くしつつ、平面方向の熱伝導性を低く抑えることが可能となる。λ×Ｖ_Ｆ／Ｔは１３０以上であることが好ましい。λ×Ｖ_Ｆ／Ｔの上限は特に制限はないが、通常は、３００以下である。

絶縁体２０の厚みＴは、０．００４ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。厚みＴが薄くなりすぎると、絶縁体２０の絶縁性が低下するおそれがある。一方、厚みＴが厚くなりすぎると、放熱性が低下するおそれがある。また膜内部に気泡が残りやすく、絶縁性や放熱性が低下するおそれがある。

図１において、絶縁体２０は、金属基板１０側に設けられた高絶縁性樹脂層３０と、金属箔５０側に設けられた軟質層４０との２層を有する積層体とされている。

高絶縁性樹脂層３０は、金属基板１０と金属箔５０とを絶縁するための層である。高絶縁性樹脂層３０は、樹脂３１とセラミック粒子３２とを含む組成物で形成されていることが好ましい。高絶縁性樹脂層３０を、絶縁性が高い樹脂３１と、熱伝導度が高いセラミック粒子３２とを含む組成物で形成することによって、絶縁性を維持しつつ、金属箔５０から金属基板１０までの金属ベース基板２全体の熱抵抗をより低減させることができる。

高絶縁性樹脂層３０に含まれる樹脂３１は、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物であることが好ましい。ポリイミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂は、イミド結合を持つので、優れた耐熱性や機械特性を有する。

ポリアミドイミド樹脂およびポリイミド樹脂は、質量平均分子量が１０万以上であることが好ましく、１０万以上５０万以下の範囲内にあることがより好ましい。質量平均分子量が上記の範囲にあるポリアミドイミド樹脂またはポリイミド樹脂を含む高絶縁性樹脂層３０は、耐熱性と機械特性がより向上する。

高絶縁性樹脂層３０に含まれるセラミック粒子３２は、比表面積が１ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。セラミック粒子３２の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子３２の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、高絶縁性樹脂層３０の耐電圧性が低下するおそれがある。
高絶縁性樹脂層３０の耐電圧性の低下を抑えるために、セラミック粒子３２の比表面積は、１０ｍ^２／ｇ以上であることがより好ましく、５０ｍ^２／ｇ以上であることが特に好ましい。

なお、セラミック粒子３２の比表面積が大きくなりすぎる、即ちセラミック粒子３２の一次粒子の粒子径が小さくなりすぎると、セラミック粒子３２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、高絶縁性樹脂層３０の軟質層４０側の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。高絶縁性樹脂層３０の軟質層４０側の表面粗さＲａが過度に大きくなると、高絶縁性樹脂層３０の上に積層される軟質層４０や金属箔５０の表面粗さＲａが大きくなりやすくなる。金属箔５０の軟質層４０側とは反対の側の表面粗さＲａが大きくなると、金属箔５０とはんだ４との間に隙間ができて、金属箔５０とはんだ４とが剥がれたり、金属箔５０とはんだ４との間の熱伝導性が低下するなどの問題が生じやすくなる。このため、高絶縁性樹脂層３０の軟質層４０側の表面粗さＲａは小さい方が好ましい。高絶縁性樹脂層３０の表面粗さＲａを過度に大きくさせないためには、セラミック粒子３２の比表面積は、３００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

セラミック粒子３２の比表面積は、ＢＥＴ法で測定されたＢＥＴ比表面積である。高絶縁性樹脂層３０中のセラミック粒子３２の比表面積は、高絶縁性樹脂層３０を加熱して、樹脂３１成分を熱分解して除去し、残部のセラミック粒子３２を回収することによって測定することができる。

セラミック粒子３２は、ＢＥＴ比表面積と密度から下記の式（１）を用いて算出されるＢＥＴ径が、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。ＢＥＴ径が上記の範囲にあるセラミック粒子３２を含む高絶縁性樹脂層３０は、耐電圧性がより向上する。
ＢＥＴ径＝６／（密度×ＢＥＴ比表面積）・・・（１）

セラミック粒子３２は凝集粒子を形成していてもよい。凝集粒子は、一次粒子が比較的弱く連結しているアグロメレートであってもよいし、一次粒子が比較的強く連結しているアグリゲートであってもよい。また、凝集粒子同士がさらに集合した粒子集合体を形成していてもよい。セラミック粒子３２の一次粒子が凝集粒子を形成して高絶縁性樹脂層３０中に分散していることによって、セラミック粒子３２間の相互接触によるネットワークが形成されて、セラミック粒子３２の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、高絶縁性樹脂層３０の熱伝導度が向上する。
また、セラミック粒子３２は結晶性が高いことが好ましく、一次粒子が単結晶粒子であることがより好ましい。結晶性が高い単結晶のセラミック粒子は熱伝導性に優れるので、これを含む高絶縁性樹脂層３０は熱伝導度がより効率的に向上する。

セラミック粒子３２の凝集粒子は、一次粒子同士が点接触して連結した異方性を持つ形状であることが好ましい。この場合、セラミック粒子３２の一次粒子同士は、化学的に強く結合していることが好ましい。
また、セラミック粒子３２の凝集粒子の平均粒子径は、上記のＢＥＴ径に対して、５倍以上であることが好ましく、５倍以上１００倍以下の範囲内にあることが好ましい。また、凝集粒子の平均粒子径は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。凝集粒子の平均粒子径が上記の範囲にあると、高絶縁性樹脂層３０の熱伝導度を確実に向上させることができる。

凝集粒子の平均粒子径は、セラミック粒子３２を分散剤と共にＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０の値である。高絶縁性樹脂層３０中の凝集粒子（セラミック粒子）は、高絶縁性樹脂層３０を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去することによって回収することができる。

高絶縁性樹脂層３０中のセラミック粒子３２の含有量は、５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることが好ましい。セラミック粒子３２の含有量が少なくなりすぎると、高絶縁性樹脂層３０の熱伝導性が十分に向上しないおそれがある。一方、セラミック粒子３２の含有量が多くなりすぎると、樹脂３１の含有量が相対的に減少して、高絶縁性樹脂層３０の形状を安定に維持できなくなるおそれがある。また、セラミック粒子３２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、高絶縁性樹脂層３０の軟質層４０側の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。
高絶縁性樹脂層３０の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子３２の含有量は１０体積％以上であることが好ましい。また、高絶縁性樹脂層３０の形状の安定性を確実に向上させ、表面粗さＲａを低くするためには、セラミック粒子３２の含有量は５０体積％以下であることが特に好ましい。

セラミック粒子３２の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素（ＢＮ）粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。セラミック粒子３２は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。これらのセラミック粒子の中では、アルミナ粒子は熱伝導性が高い点で好ましい。

セラミック粒子３２は、市販品を使用してもよい。市販品としては、ＡＥ５０、ＡＥ１３０、ＡＥ２００、ＡＥ３００、ＡＥ３８０、ＡＥ９０Ｅ（いずれも、日本アエロジル株式会社製）、Ｔ４００（ワッカー社製）、ＳＦＰ−２０Ｍ（デンカ株式会社製）などのシリカ粒子、Ａｌｕ６５（日本アエロジル株式会社製）、ＡＡ−０４（住友化学株式会社製）などのアルミナ粒子、ＡＰ−１７０Ｓ（Ｍａｒｕｋａ社製）などの窒化ホウ素粒子、ＡＥＲＯＸＩＤＥ（Ｒ）ＴｉＯ２ Ｐ９０（日本アエロジル株式会社製）などの酸化チタン粒子、ＭＯＸ１７０（日本アエロジル株式会社製）などのアルミナドープシリカ粒子、Ｓａｓｏｌ社製のアルミナ水和物粒子を用いることができる。

高絶縁性樹脂層３０の厚みは、特には制限されるものではないが、０．００２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．００３ｍｍ以上０．０２ｍｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。

軟質層４０は、高絶縁性樹脂層３０と金属箔５０との密着性を向上させるための層である。２５℃におけるヤング率Ｅが１ＧＰａ以下であることが好ましい。軟質層４０のヤング率Ｅが１ＧＰａを超えると、高絶縁性樹脂層３０と金属箔５０との密着性が低下するおそれがある。軟質層４０のヤング率Ｅは、０．０１ＧＰａ以上０．５ＧＰａ以下の範囲内にあることが好ましい。

軟質層４０は、樹脂からなることが好ましい。樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂は、各種有機基を導入した変性シリコーン樹脂を含む。変性シリコーン樹脂の例としては、ポリイミド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、オレフィン変性シリコーン樹脂、エーテル変性シリコーン樹脂、アルコール変性シリコーン樹脂、フッ素変性シリコーン樹脂、アミノ変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂を挙げることができる。エポキシ樹脂の例としては、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、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。

軟質層４０は、熱伝導性を向上させるために、無機物粒子を分散させてもよい。無機物粒子としては、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。軟質層４０中の無機物粒子の含有量は、５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることが好ましく、１０体積％以上５０体積％以下の範囲内にあることが特に好ましい。

軟質層４０の厚みは、特には制限されるものではないが、０．０００５ｍｍ以上０．００５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

金属箔５０の材料としては、銅、アルミニウム、金を用いることができる。金属箔５０の厚みは、５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。金属箔５０の厚みが薄くなりすぎると、破断しやすくなるおそれがある。一方、金属箔５０の厚みが厚くなりすぎると、エッチングにより回路パターンを形成するのが困難となるおそれがある。

金属箔５０に実装される電子部品３の例としては、特に制限はなく、半導体素子、抵抗、キャパシタ、水晶発振器などが挙げられる。半導体素子の例としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＥＤチップ、ＬＥＤ−ＣＳＰ（LED-Chip Size Package）が挙げられる。

次に、本実施形態の金属ベース基板２の製造方法について説明する。
本実施形態の金属ベース基板２は、例えば、金属基板１０の上に、高絶縁性樹脂層３０と軟質層４０とをこの順で積層し、次いで軟質層４０の上に金属箔５０を貼り付ける方法によって製造することができる。

金属基板１０の上に、樹脂３１とセラミック粒子３２とを含む組成物からなる高絶縁性樹脂層３０を形成する方法としては、塗布法または電着法を用いることができる。
塗布法は、高絶縁性樹脂層形成用の樹脂３１とセラミック粒子３２と溶剤とを含む高絶縁性樹脂層形成用塗布液を、金属基板１０の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させて高絶縁性樹脂層３０を金属基板１０の上に形成する方法である。高絶縁性樹脂層形成用塗布液を、金属基板１０の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
電着法は、電荷を有する絶縁樹脂粒子が分散されている電着液に、金属基板１０と電極とを浸漬し、金属基板１０と電極との間に直流電圧を印加することによって、金属基板１０の表面に絶縁樹脂粒子を電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱し、乾燥させて絶縁層２０を金属基板１０の上に形成する方法である。電着液は、例えば、絶縁樹脂溶液に、絶縁樹脂の貧溶媒を加えて、絶縁樹脂を析出させることによって調製することができる。絶縁樹脂の貧溶媒としては、例えば、水を用いることができる。

高絶縁性樹脂層３０の上に軟質層４０を形成する方法としては、塗布法を用いることができる。
軟質層４０は、軟質層形成用の樹脂と溶剤と必要に応じて添加される無機物粒子とを含む軟質層形成用塗布液を、高絶縁性樹脂層３０の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させることによって形成することができる。軟質層形成用塗布液を高絶縁性樹脂層３０の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。

金属箔５０は、軟質層４０の上に金属箔５０を重ね合わせ、次いで、金属箔５０を加圧しながら加熱することによって貼り合わせることができる。加熱は、金属箔５０が酸化しないように、非酸化性雰囲気中（例えば、窒素雰囲気中、真空中）で行なうことが好ましい。

以上のような構成とされた本実施形態の金属ベース基板２によれば、絶縁体２０は、熱伝導率λが、（１）２．５≧λとされていて、熱伝導率λと厚みＴと耐電圧Ｖ_Ｆとの関係が、（２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔとされているので、厚み方向の熱伝導性を高くし、平面方向の熱伝導性を低く抑えることができる。

また、本実施形態の金属ベース基板２においては、絶縁体２０が、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂３１と、粒子径が１μｍ以下のセラミック粒子３２とを含む樹脂層（高絶縁性樹脂層３０）を有するので、絶縁性を維持しつつ、厚み方向の熱伝導性を高くすることができる。

また、本実施形態の金属ベース基板２においては、絶縁体２０が、金属基板１０側に設けられた高絶縁性樹脂層３０と、金属箔５０側に設けられた軟質層４０との２層を有する積層体であって、軟質層４０は、２５℃におけるヤング率が１ＧＰａ以下の層とされているので、絶縁体２０と金属箔５０との密着性が向上し、金属箔５０と絶縁体２０との間の熱抵抗を低くなり、厚み方向の熱伝導性を高くすることができる。

本実施形態のモジュール１は、上述の金属ベース基板２の金属箔５０の上に電子部品３が実装されているので、電子部品３にて発生した熱が平面方向に伝達しにくいので、電子部品３の熱干渉による劣化が起こりにくくなる。

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、絶縁体２０を、金属基板１０側に設けられた高絶縁性樹脂層３０と、金属箔５０側に設けられた軟質層４０との２層を有する積層体とした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、高絶縁性樹脂層３０単独で金属箔５０との密着性を十分に確保できる場合は、軟質層４０を設けなくてもよい。

以下に、本発明の作用効果を実施例により説明する。

［本発明例１］
＜セラミック粒子分散樹脂溶液の調製＞
アルミナ粒子（Ａｌｕ６５、アエロジル社）を用意した。
用意したアルミナ粒子１．０ｇを、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を６２．５ｇ、１Ｍ２Ｐ（１−メトキシ−２−プロパノール）を１０ｇ、ＡＥ（アミノエーテル）を０．２２ｇの質量で含む混合溶媒に投入し、３０分間超音波処理して、アルミナ粒子分散液を調製した。
次いで、調製したアルミナ粒子分散液とポリアミドイミド溶液とを、ポリアミドイミドとアルミナ粒子とが体積比で７０：３０となる割合で混合して、アルミナ粒子含有ポリアミドイミド溶液を調製した。

＜電着液の調製＞
調製したアルミナ粒子含有ポリアミドイミド溶液を、５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、そのセラミック粒子分散樹脂溶液に水を２１ｇ滴下して、電着液を調製した。

＜電着法による高絶縁性樹脂層の作製＞
調製した電着液に、厚み１ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板と、ステンレス電極とを浸漬した。次いで、銅基板を正極、ステンレス電極を負極として、１００Ｖの直流電圧を印加して、銅基板の表面に電着層を、加熱によって生成する高絶縁性樹脂層の膜厚が０．００９ｍｍとなるように形成した。次に、電着層を形成した銅基板を、大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、電着層を乾燥させて、銅基板の表面に高絶縁性樹脂層を形成して、高絶縁性樹脂層付き銅基板を作製した。

＜軟質層の形成＞
２５℃における弾性率が０．２ＧＰａのポリアミドイミドとＮＭＰとを、質量比で１：６となる割合で混合し、ポリアミドイミドを溶解させてポリアミドイミド溶液を調製した。このポリアミドイミド溶液に上記高絶縁性樹脂層付銅基板の高絶縁性樹脂層側の面を浸漬して、高絶縁性樹脂層の表面に塗布層を形成した。次いで、塗布層を形成した高絶縁性樹脂層付き銅基板を、２５０℃で３０分間加熱し、塗布層を乾燥させて、高絶縁性樹脂層の表面に膜厚が０．００１ｍｍのポリアミドイミド層を形成して、銅基板、高絶縁性樹脂層、ポリアミドイミド層（軟質層）がこの順で積層した積層体を作製した。

＜銅箔の熱圧着＞
上記のようにして作製した積層体の軟質層と、厚み１８μｍで幅１ｃｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）とを重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて３０ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃の温度で２０分間加熱して軟質層と銅箔とを熱圧着させた。
以上のようにして、銅基板と絶縁体（高絶縁性樹脂層と軟質層）と銅箔とがこの順で積層された金属ベース基板を作製した。

［本発明例２］
＜ポリアミック酸溶液の合成＞
容量３００ｍＬのセパラブルフラスコに、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、およびＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を仕込んだ。ＮＭＰ量は、得られるポリアミック酸の濃度が４０質量％になるように調整した。常温で撹拌して、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が３０℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸２無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で１６時間の撹拌を続け、ポリアミック酸（ポリイミド樹脂前駆体）溶液を調製した。

＜アルミナ粒子含有ポリアミック酸溶液の調製＞
アルミナ粒子（ＡＡ−０５：住友化学社）を用意した。用意したアルミナ粒子１．０ｇを、ＮＭＰ１０ｇに投入し、３０分間超音波処理して、アルミナ粒子分散液を調製した。
次いで、上記のようにして調製したポリアミック酸溶液とアルミナ粒子分散液とを、加熱によって生成するポリイミド樹脂とアルミナ粒子とが体積比で７０：３０となる割合で、かつ混合し、次いで、混合物中のポリアミック酸濃度が５質量％となるように希釈した。得られた混合物を、続いて得られた混合物を、株式会社スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行って、アルミナ粒子含有ポリアミック酸溶液を調製した。

＜塗布法による高絶縁性樹脂層の作製＞
調製したアルミナ粒子含有ポリアミック酸溶液を、厚さ１ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、加熱後の膜厚が０．００９ｍｍとなるようにバーコート法により塗布して塗布層を形成した。次いで塗布層を形成した銅基板をホットプレート上に配置して、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間、さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、乾燥して乾燥膜とした。その後、乾燥膜を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、銅基板の表面に高絶縁性樹脂層を形成して、高絶縁性樹脂層付き銅基板を作製した。

＜軟質層の形成＞
２５℃における弾性率が０．２ＧＰａのポリアミドイミドとＮＭＰとを、質量比で１：６となる割合で混合し、ポリアミドイミドを溶解させてポリアミドイミド溶液を調製した。このポリアミドイミド溶液を、上記高絶縁性樹脂層付銅基板の高絶縁性樹脂層側の面に、回転数４０００ｒｐｍの条件でスピンコート法によって塗布して高絶縁性樹脂層の表面に塗布層を形成した。次いで、塗布層を形成した高絶縁性樹脂層付き銅基板を、２５０℃で３０分間加熱し、塗布層を乾燥させて、高絶縁性樹脂層の表面に膜厚が０．００１ｍｍのポリアミドイミド層を形成して、銅基板、高絶縁性樹脂層、ポリアミドイミド層（軟質層）がこの順で積層した積層体を作製した。

＜銅箔の熱圧着＞
上記のようにして作製した積層体を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして、積層体の軟質層と銅箔とを熱圧着させた。
以上のようにして、銅基板と絶縁体（高絶縁性樹脂層と軟質層）と銅箔とがこの順で積層された金属ベース基板を作製した。

［評価］
本発明例１〜２で作製した金属ベース基板について、以下の項目を評価した。その結果を表１に示す。

（耐電圧）
耐電圧は、株式会社計測技術研究所製の多機能安全試験器７４４０を用いて測定した。金属ベース基板の銅基板と銅箔に電極（φ６ｍｍ）をそれぞれ配置した。配置した電極を電源に接続し、６０００Ｖまで３０秒で昇圧した。銅基板と銅箔との間に流れる電流値が５０００μＡになった時点の電圧を絶縁体の耐電圧とした。

（熱伝導率）
熱抵抗を、Ｍｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ社製のＴ３Ｓｔｅｒを用いて測定した。
発熱体パッケージはＴＯ−３Ｐを用いた。測定条件は、加熱電流：１０Ａ、測定電流：１０ｍＡ、測定時間：１２０秒、加熱時間：６０秒とした。
熱伝導率は、下記の式より算出した。
熱伝導率＝絶縁体の厚み／（熱抵抗×放熱面積）
絶縁体の厚みは、高絶縁性樹脂層と軟質層の合計厚み（０．０１１ｍｍ）とした。放熱面積は、発熱体パッケージの放熱面積（２００ｍｍ^２）とした。

表１の結果から、本発明例１および本発明例２で得られた金属ベース基板は、絶縁体の厚み方向の熱伝導率λ（単位：Ｗ／ｍＫ）と、厚みＴ（単位：ｍｍ）と、耐電圧をＶ_Ｆ（単位：ｋＶ）とが、上述の式（１）および式（２）を満足することが分かる。

［本発明例３］
発熱体を設置した金属ベース基板の熱拡散を、下記の条件でシミュレーションした。その結果を、図２に示す。
（１）金属ベース基板の構成は、銅基板と絶縁体と銅箔とがこの順で積層された積層体とする。金属ベース基板は、平面視したときの縦横のサイズを９ｍｍ×９ｍｍとする。
（２）銅基板は、厚みを１ｍｍとし、熱伝導度を３００Ｗ／ｍＫとする。
（３）絶縁体は、厚みを０．０１ｍｍとし、熱伝導度λを１Ｗ／ｍＫ、耐電圧Ｖ_Ｆを２ｋＶ、λ×Ｖ_Ｆ／Ｔを２００とする。
（４）銅箔は、厚みを３５μｍとし、熱伝導度を３００Ｗ／ｍＫとする。
（５）発熱体は、銅箔の中央に、はんだを介して配置する。
（６）発熱体は、平面視したときの縦横のサイズを０．４ｍｍ×０．４ｍｍとし、厚みを０．５ｍｍとする。発熱体内部の発熱密度は６０００００００００Ｗ／ｍ^３とする。
（７）はんだは発熱体の直下にのみ存在するものとし、厚みを１００μｍ、熱伝導度を４０Ｗ／ｍＫとする。
（８）熱は発熱体からのみ発生するものとし、銅基板の下面からのみ放熱されるものとする。
（９）金属ベース基板、発熱体およびはんだの周囲の温度は０℃とする。

［比較例１］
上記（３）の条件を、下記の（３）’としたこと以外は、本発明例３と同様の条件として金属ベース基板に発熱体を設置したときの熱拡散をシミュレーションした。その結果を、図３に示す。
（３）’絶縁体は、厚みを０．１ｍｍ、熱伝導度λを９．７Ｗ／ｍＫ、耐電圧Ｖ_Ｆを２ｋＶ、λ×Ｖ_Ｆ／Ｔを１９４とする。

なお、比較例１では、絶縁体の厚みを０．１ｍｍとし、発熱体の最高温度が本発明例３と同じとなるように、熱伝導度λを設定したこと以外は本発明例３と同じ条件とした。

図２は、本発明例３で行ったシミュレーションの結果を示す図であって、金属ベース基板の銅箔を平面視した拡大平面図である。
図３は、比較例１で行ったシミュレーションの結果を示す図であって、金属ベース基板の銅箔を平面視した拡大平面図である。
図２と図３に示すように、本発明例３の金属ベース基板と比較例１の金属ベース基板は、発熱体の最高温度は共に約１６９．６℃で同じであるが、発熱体の周囲の温度は、本発明例３の金属ベース基板の方が比較例１の金属ベース基板と比較して、２〜４％低くなった。すなわち、本発明例３の金属ベース基板は、厚み方向の熱伝導性においては比較例１の金属ベース基板と同等に高く、平面方向の熱伝導性においては比較例１の金属ベース基板よりも低く抑えられていることが確認された。このため、本発明例３の銅箔の上に実装した電子部品は、比較例１の銅箔の上に実装した電子部品と比較して、熱干渉が起こりにくくなる。

１ モジュール
２ 金属ベース基板
３ 電子部品
４ はんだ
１０ 金属基板
２０ 絶縁体
３０ 高絶縁性樹脂層
３１ 樹脂
３２ セラミック粒子
４０ 軟質層
５０ 金属箔

Claims (4)

1. 金属基板と、絶縁体と、金属箔とがこの順で積層された金属ベース基板であって、
   前記絶縁体は、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとし、単位がｍｍで表される厚みをＴとし、単位がｋＶで表される耐電圧をＶ_Ｆとしたときに下記の式（１）および式（２）を満足することを特徴とする金属ベース基板。
   （１）２．５≧λ
   （２）１００≦λ×Ｖ_Ｆ／Ｔ
2. 前記絶縁体が、ポリイミド、またはポリアミドイミド、もしくはこれらの混合物からなる樹脂と、粒子径が１μｍ以下のセラミック粒子とを含む樹脂層を有することを特徴とする請求項１に記載の金属ベース基板。
3. 前記絶縁体が、前記金属基板側に設けられた高絶縁性樹脂層と、前記金属箔側に設けられた軟質層との２層を有する積層体であって、前記軟質層は、２５℃におけるヤング率が１ＧＰａ以下の層であることを特徴とする請求項１に記載の金属ベース基板。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記金属箔の上に実装された電子部品とを含むことを特徴とするモジュール。

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