JP6562147B2

JP6562147B2 - 絶縁膜、絶縁導体、金属ベース基板

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Publication number: JP6562147B2
Application number: JP2018246997A
Authority: JP
Inventors: 史朗石川; 和彦山▲崎▼; ガブリエルボルドレ
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-08-21
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Description

本発明は、絶縁膜と、この絶縁膜を用いた絶縁導体および金属ベース基板に関するものである。

絶縁膜は、例えば、コイルやモータに利用される絶縁導体の絶縁膜、半導体チップやＬＥＤ素子などの電子部品や回路基板の表面を保護する保護膜、金属ベース基板の絶縁膜として用いられている。
絶縁膜としては、樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物から形成された膜が使用されている。樹脂としては、ポリイミドやポリアミドイミドのような耐熱性、化学的耐性、機械的強度が高い樹脂が利用されている。

近年の電子部品の作動電圧の高電圧化や高集積化に伴って、電子部品の発熱量は増加する傾向にあり、熱抵抗が低く、放熱性が高い絶縁膜が求められている。絶縁膜の熱抵抗を低減させる方法として、熱伝導性が高い無機フィラーを添加する方法がある。しかしながら、粒子径が大きな無機フィラーを添加すると、耐電圧（絶縁破壊電圧）が低下するという問題がある（非特許文献１）。

ここで、絶縁膜の耐電圧Ｖ_Ｒは、絶縁膜の膜厚をｈ、膜厚当たりの耐電圧をＶ_Ｆとすると、下記の式（１）で表される。
Ｖ_Ｒ＝Ｖ_Ｆ×ｈ・・・（１）
一方、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚をｈ、絶縁膜の熱伝導度をλとすると下記の式（２）で表される。
Ｒ∝ｈ／λ ・・・（２）
式（１）と式（２）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、下記の式（３）で表すことができる。
Ｒ∝Ｖ_Ｒ／（λ×Ｖ_Ｆ）・・・（３）
上記の式（３）から、絶縁膜の熱抵抗Ｒは、絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧Ｖ_Ｆ×熱伝導度λの逆数に比例することがわかる。従って、絶縁膜の熱抵抗Ｒを低減させるためには、絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧Ｖ_Ｆ×熱伝導度λの値（以下、「性能値」ともいう）を大きくすることが重要となる。

特許文献１、２には、絶縁膜の耐電圧を向上させるために、無機フィラーとしてナノ粒子を用いることが記載されている。
特許文献１には、無機フィラーとして、平均最大径が５００ｎｍ以下のナノ粒子を用いた絶縁膜が開示されている。この特許文献１の実施例には、ナノ粒子を２．５質量％、５質量％添加した絶縁膜が記載されている。
特許文献２では、ポリアミドイミド樹脂と、平均一次粒子径が２００ｎｍ以下である絶縁性微粒子とを含む絶縁膜が開示されている。この特許文献２の実施例には、絶縁性微粒子を５質量％添加した絶縁膜が記載されている。しかしながら、一般的に、絶縁膜にナノ粒子を添加しても、熱伝導度はあまり向上しないとされている。

特許文献３、４には、熱伝導度をより向上させるために、無機フィラーとしてナノ粒子とマイクロ粒子の両者を併用した絶縁膜が記載されている。
特許文献３には、無機フィラーとして、マイクロ粒子サイズの第１の無機フィラーと、所定の材料からなるナノ粒子サイズの第２の無機フィラーとを含有する電気絶縁材料用の樹脂組成物が開示されている。
特許文献４には、無機フィラーとして、マイクロ粒子サイズの熱伝導性無機球状マイクロフィラーと、板状、棒状、繊維状、或いは鱗片状形状のマイクロフィラーと、ナノ粒子サイズの熱伝導性無機ナノフィラーとを充填した樹脂組成物が開示されている。
しかしながら、上記の非特許文献１に記載されているように、マイクロ粒子を添加した絶縁膜は耐電圧が低下するという問題がある。

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｕｎｃｉｌｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．２，Ｎｏ．１，ｐｐ．９０〜９８，２０１２

米国特許出願公開第２００７／０１１６９７６号明細書特開２０１３−６０５７５号公報特開２００９−１３２２７号公報特開２０１３−１５９７４８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、熱伝導度と耐電圧性の両者が高く、さらに耐熱性、化学的耐性、機械特性に優れた絶縁膜、この絶縁膜を用いた絶縁導体および金属ベース基板を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の一態様である絶縁膜は、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、平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内にあるαアルミナ単結晶粒子と、を含み、前記αアルミナ単結晶粒子の含有量が８体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることを特徴としている。

この構成の絶縁膜によれば、樹脂がポリイミド、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ので、耐熱性、化学的耐性、及び機械特性が向上する。
また、平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内にある微細なαアルミナ単結晶粒子を、８体積％以上６０体積％以下の範囲内で含有するので、ポリイミドやポリアミドイミドなどの樹脂が有する優れた耐熱性、化学的耐性、及び機械特性を損なうことなく、耐電圧と熱伝導度の両者を向上させることが可能となる。

ここで、本発明の絶縁膜においては、前記αアルミナ単結晶粒子の含有量が２０体積％以上７０体積％以下の範囲内にあることが好ましい。さらに好ましくは３０体積％以上６０体積％以下の範囲内である。
この場合は、耐電圧と熱伝導度の両者をより確実に向上させることができる。

また、本発明の絶縁導体は、導体と、前記導体の表面に備えられた絶縁膜とを有する絶縁導体であって、前記絶縁膜が、上述の絶縁膜からなることを特徴としている。
この構成の絶縁導体によれば、上述の耐電圧と熱伝導度の両者が向上した絶縁膜が、導体の表面に備えられているので、絶縁導体として優れた耐電性と耐熱性とを発揮する。

また、本発明の金属ベース基板は、金属基板と、絶縁膜と、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、前記絶縁膜が、上述の絶縁膜からなることを特徴としている。
この構成の金属ベース基板によれば、上述の耐電圧と熱伝導度の両者が向上した絶縁膜が、金属基板と金属箔との間に配置されているので、金属ベース基板として優れた耐電性と耐熱性とを発揮する。

本発明例によれば、熱伝導度と耐電圧性の両者が高く、さらに耐熱性、化学的耐性、機械特性に優れた絶縁膜、この絶縁膜を用いた絶縁導体および金属ベース基板を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態である絶縁膜の概略断面図である。本発明の一実施形態である絶縁導体の概略断面図である。本発明の一実施形態である金属ベース基板の概略断面図である。

以下に、本発明の一実施形態である絶縁膜、絶縁導体、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。

（絶縁膜）
図１は、本発明の一実施形態である絶縁膜の概略断面図である。
図１に示すように、本実施形態である絶縁膜１０は、樹脂１１と、αアルミナ単結晶粒子１２とを含む。

樹脂１１は、絶縁膜１０の基材となる。樹脂１１は、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。これらの樹脂は、イミド結合を持つので、優れた耐熱性と化学的安定と機械特性を有する。

αアルミナ単結晶粒子１２は、絶縁膜１０の耐電圧と熱伝導度を効率的に向上させる作用がある。αアルミナ単結晶粒子１２は、αアルミナ（αＡｌ２Ｏ３）の結晶構造を有する単結晶粒子である。
αアルミナ粒子が単結晶粒子であることは、例えば、次のようにして確認することができる。
まずＸ線回折法により、αアルミナ粒子のピークの半値幅を取得する。取得したピークの半値幅をＳｃｈｅｒｒｅｒの式により結晶子径（ｒ）に変換する。これとは別に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いてαアルミナ粒子１００個の粒径を測定し、その平均を平均粒径（Ｄ）として算出する。算出したαアルミナ粒子の平均粒径（Ｄ）に対する結晶子径（ｒ）の比（ｒ／Ｄ）を算出し、この比（ｒ／Ｄ）が０．８以上の場合は単結晶とした。

αアルミナ単結晶粒子１２は、平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされている。平均粒子径が０．３μｍ未満であると凝集粒子を形成しやすくなり、αアルミナ単結晶粒子１２を樹脂１１中に均一に分散させることが困難となるおそれがある。また、αアルミナ単結晶粒子１２が凝集粒子を形成すると、絶縁膜１０の機械的強度が低下し、絶縁膜１０が脆くなる。一方、平均粒子径が１．５μｍを超えると、絶縁膜１０の耐電圧が低下するおそれがある。αアルミナ単結晶粒子１２の平均粒子径は、好ましくは０．３μｍ以上０．７μｎｍ以下の範囲内である。
αアルミナ単結晶粒子１２の平均粒子径は、αアルミナ単結晶粒子１２の分散液を用いて、レーザー回折式粒度分布測定装置によって測定した体積累積平均径（Ｄｖ５０）の値である。平均粒子径測定用のαアルミナ単結晶粒子１２の分散液は、例えば、αアルミナ単結晶粒子１２を分散剤とともにＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒中に投入し、超音波分散によってαアルミナ単結晶粒子１２を分散させることによって調製できる。

αアルミナ単結晶粒子１２としては、例えば、住友化学株式会社から販売されているアドバンストアルミナ（ＡＡ）シリーズのＡＡ−０３、ＡＡ−０４、ＡＡ−０５、ＡＡ−０７、ＡＡ−１．５などを用いることができる。

絶縁膜１０のαアルミナ単結晶粒子１２の含有量は、８体積％以上８０体積％以下の範囲内とされている。含有量が８体積％未満であると、絶縁膜１０の熱伝導度を向上させるのが困難となるおそれがある。一方、含有量が８０体積％を超えると、絶縁膜１０の機械的強度が低下し、絶縁膜１０が脆くなる。また、樹脂１１とαアルミナ単結晶粒子１２とを混合しにくくなり、αアルミナ単結晶粒子１２を樹脂１１中に均一に分散させることが困難となるおそれがある。絶縁膜１０の耐電圧と熱伝導度の両者をより確実に向上させる観点から、αアルミナ単結晶粒子１２の含有量の下限は２０体積％以上であることが好ましく、３０体積％以上であることが特に好ましい。また、αアルミナ単結晶粒子１２の含有量の上限は、７０体積％以下であることが好ましく、６０体積％以下であることが特に好ましい。

絶縁膜１０のαアルミナ単結晶粒子１２の含有量は、例えば、次のようにして求めることができる。
絶縁膜１０を、大気中、４００℃で１２時間加熱して、樹脂１１を熱分解除去し、残分のαアルミナ単結晶粒子１２を回収する。回収したαアルミナ単結晶粒子１２の重量を測定して、加熱前の絶縁膜１０の重量とから、αアルミナ単結晶粒子１２の含有量（重量ベース）（重量％）を算出する。重量ベースの含有量を、樹脂の密度、αアルミナの密度を用いて体積ベースの含有量（体積％）に変換する。

具体的には、加熱して回収したαアルミナ粒子の重量をＷａ（ｇ）、加熱前の絶縁膜の重量をＷｆ（ｇ）、αアルミナの密度をＤａ（ｇ／ｃｍ^３）、樹脂の密度をＤｒ（ｇ／ｃｍ^３）として、αアルミナ単結晶粒子の含有量（重量％）を下記の式より算出する。
αアルミナ単結晶粒子の含有量（重量％）＝Ｗａ／Ｗｆ×１００
＝Ｗａ／｛Ｗａ＋（Ｗｆ−Ｗａ）｝×１００

次に、αアルミナ単結晶粒子の含有量（体積％）を下記の式より算出する。
αアルミナ単結晶粒子の含有量（体積％）
＝（Ｗａ／Ｄａ）／｛（Ｗａ／Ｄａ）＋（Ｗｆ−Ｗａ）／Ｄｒ｝×１００

絶縁膜１０の膜厚は、用途によっても異なるが、通常は、１μｍ以上２００μｍ以下の範囲内、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内である。

本実施形態の絶縁膜１０は、例えば、エナメル線のエナメル膜のように、コイルやモータに利用される絶縁導体の絶縁膜として用いることができる。また、電子部品や回路基板の表面を保護する保護膜として用いることができる。さらに、金属ベース基板などにおいて、金属箔（回路パターン）と基板の間に配置する絶縁膜として用いることができる。また、単独のシートまたはフィルムとして、例えば、フレキシブルプリント基板などの回路基板用の絶縁材として用いることができる。

電着法は、ポリイミドあるいはポリアミドイミドと溶媒と水と貧溶媒と塩基を含む電着液を、導電性基板の表面に電着させて電着膜を形成し、次いで電着膜を乾燥させて、得られた乾燥膜を加熱し硬化させる方法である。

本実施態の絶縁膜は、例えば、塗布法もしくは電着法によって形成することができる。塗布法は、ポリイミドあるいはポリアミドイミドもしくはこれらの前駆体またはこれらの混合物からなる樹脂材料が溶解した溶液と、その溶液に分散されているαアルミナ単結晶粒子とを含むαアルミナ単結晶粒子分散樹脂溶液を調製し、次いでこのαアルミナ単結晶粒子を基板に塗布して塗布膜を形成し、次いで塗布膜を乾燥させて、得られた乾燥膜を加熱し硬化させる方法である。αアルミナ単結晶粒子分散樹脂溶液を、金属基板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。

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁膜１０によれば、樹脂１１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ので、耐熱性、化学的耐性、及び機械特性が向上する。また、平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内にある微細なαアルミナ単結晶粒子１２を、８体積％以上８０体積％以下の範囲内で含有するので、ポリイミドやポリアミドイミドなどの樹脂が有する優れた耐熱性、化学的耐性、及び機械特性を損なうことなく、耐電圧と熱伝導度の両者を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の絶縁膜１０によれば、αアルミナ単結晶粒子１２の含有量を２０体積％以上７０体積％以下の範囲内、さらに好ましくは３０体積％以上６０体積％以下の範囲内とすることによって、耐電圧と熱伝導度の両者をより確実に向上させることができる。

（絶縁導体）
次に、本発明の一実施形態である絶縁導体について説明する。なお、上述の絶縁膜と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

図２は、本発明の一実施形態である絶縁導体の概略断面図である。
図２に示すように、本実施形態である絶縁導体２０は、導体２１と、導体２１の表面に備えられた上述の絶縁膜１０とを有する。

導体２１は、高い導電性を有する金属からなる。導体２１としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を用いることができる。なお、図２では、導体２１は断面が円形状であるが、導体２１の断面形状は特に制限はなく、例えば、楕円形、四角形であってもよい。

絶縁膜１０は、導体２１を外部と絶縁するための部材である。

本実施形態の絶縁導体２０は、例えば、導体の表面に塗布法もしくは電着法によって絶縁膜を形成することによって製造することができる。

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁導体２０は、絶縁膜として耐電圧と熱伝導度の両者が向上した上述の絶縁膜１０が、導体２１の表面に備えられているので、絶縁導体として優れた耐電性と耐熱性とを発揮する。

（金属ベース基板）
次に、本発明の一実施形態である金属ベース基板について説明する。なお、上述の絶縁膜と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。

図３は、本発明の一実施形態である金属ベース基板の概略断面図である。
図３に示すように、本実施形態である金属ベース基板３０は、金属基板３１と、上述の絶縁膜１０と、密着膜３２と、金属箔３３とがこの順で積層された積層体である。

金属基板３１は、金属ベース基板３０のベースとなる部材である。金属基板３１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。

絶縁膜１０は、金属基板３１と金属箔３３とを絶縁するための部材である。

密着膜３２は、絶縁膜１０と金属箔３３との密着性を向上させるために設けられている部材である。

密着膜３２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、ポリイミド樹脂など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。

密着膜３２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、シリカ粒子、アルミナ粒子、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。

金属箔３３は、回路パターン状に形成される。その回路パターン状に形成された金属箔３３の上に、電子部品がはんだを介して接合される。金属箔３３の材料としては、銅、アルミニウム、金などを用いることができる。

本実施形態の金属ベース基板３０は、例えば、金属基板３１の上に、絶縁膜１０と密着膜３２とをこの順で積層し、次いで密着膜３２の上に金属箔３３を貼り付ける方法によって製造することができる。絶縁膜１０は、塗布法もしくは電着法によって形成することができる。密着膜３２は、例えば、密着膜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密着膜形成用塗布液を、絶縁膜１０の表面に塗布して塗布膜を形成し、次いで塗布膜を加熱し、乾燥させることによって形成することができる。金属箔３３は、密着膜３２の上に金属箔３３を重ね合わせ、次いで、金属箔３３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。

以上のような構成とされた本実施形態である金属ベース基板３０によれば、絶縁膜として耐電圧と熱伝導度の両者が向上した上述の絶縁膜１０が、金属基板３１と金属箔３３との間に配置されているので、金属ベース基板として優れた耐電性と耐熱性とを発揮する。

次に、本発明の作用効果を実施例により説明する。

［本発明例１〜１９、比較例１〜８］
表１に示す作製方法を用いて、無機物粒子と樹脂とを含む絶縁膜を作製した。各本発明例および比較例で作製した絶縁膜の具体的な作製方法は、次のとおりである。

＜本発明例１〜１１、比較例１〜７＞
（ポリアミック酸溶液の調製）
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（ポリイミド前駆体）溶液を調製した。

（セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液の調製）
下記の表１に示すセラミック粒子を用意した。用意したセラミック粒子を、ＮＭＰ１０ｇに対して１．０ｇ投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。

次いで、調製したポリアミック酸溶液と調製したセラミック粒子分散液とＮＭＰを、最終的に溶液中のポリアミック酸の含有量が５質量％で、樹脂成分とセラミック粒子の合計量に対するセラミック粒子の含有量が下記の表１に示す体積％となるように混合した。続いて得られた混合物を、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、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を調製した。

（塗布法よる絶縁膜の作製）
調製したセラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を、厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、加熱後の膜厚が２０μｍとなるように塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜を形成した銅基板をホットプレート上に配置して、３℃／分の昇温速度で室温から６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに１℃／分の昇温速度で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、次いで４００℃で１分間加熱して、絶縁膜付き銅基板を作製した。

＜本発明例１２＞
溶媒可溶型のポリイミドとポリアミドイミドを重量比１：１で混合し、得られた混合物をＮＭＰに溶解させて、ポリイミドとポリアミドイミドの混合物溶液を調製した。この混合物溶液とセラミック粒子分散液とＮＭＰとを、最終的に溶液中のポリイミドとポリアミドイミドの合計含有量が５質量％で、セラミック粒子の含有量が下記の表１に示す量となるように混合して、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製したこと以外は、本発明例１と同様にして、塗布法を用いて絶縁膜付き銅基板を作製した。

＜比較例８＞
加熱硬化型で１液性の溶剤可溶型エポキシ樹脂を用意した。この溶剤可溶型エポキシ樹脂と、セラミック分散溶液と、ＮＭＰとを、最終的に溶液中のエポキシ樹脂の含有量が８質量％で、セラミック粒子の含有量が下記の表１に示す量となるように混合して、セラミック粒子分散樹脂溶液を調製したこと以外は、本発明例１と同様にして、塗布法を用いて絶縁膜付き銅基板を作製した。なお、セラミック粒子分散樹脂溶液の塗布膜は、３℃／分の昇温速度で室温から６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに１℃／分の昇温速度で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、乾燥、硬化させ、絶縁膜とした。

＜本発明例１３〜１９＞
（セラミック粒子分散樹脂溶液の調製）
下記の表１に示すセラミック粒子を用意した。用意したセラミック粒子１．０ｇを、ＮＭＰ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の割合で含む混合溶媒に投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。

次いで、ポリアミドイミド溶液３．３ｇに調製したセラミック粒子分散液を、樹脂成分とセラミック粒子の合計量に対するセラミック粒子の含有量が下記の表１に示す体積％となるように加えて、セラミック粒子分散ポリアミドイミド溶液を調製した。

（セラミック粒子分散ポリアミドイミド電着液の調製）
調製したセラミック粒子分散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ポリアミドイミド溶液に水を２１ｇ滴下して、セラミック粒子分散ポリアミドイミド電着液を調製した。

（電着法による絶縁膜の作製）
調製した電着液に、厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板と、ステンレス電極とを浸漬し、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膜を形成した。なお、銅基板の裏面は保護テープを貼り付けて、電着膜が形成されないように保護した。電着膜の膜厚は、加熱によって生成する絶縁膜の膜厚が２０μｍとなる厚みとした。次いで、電着膜を形成した銅基板を、大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、電着膜を乾燥させて、絶縁膜付き銅基板を作製した。

＜絶縁膜付き銅基板の評価＞
本発明例１〜１９および比較例１〜８で作製した絶縁膜について、下記の項目を評価した。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の多機能安全試験器７４４０を用いて測定した。絶縁膜付銅基板の絶縁膜の表面に電極（φ６ｍｍ）を配置した。絶縁膜付銅基板の銅基板と絶縁膜の表面に配置した電極をそれぞれ電源に接続し、６０００Ｖまで３０秒で昇圧した。銅基板と電極との間に流れる電流値が５０００μＡになった時点の電圧を絶縁膜の耐電圧とした。

（相対耐電圧）
セラミック粒子を分散させなかったこと以外は、本発明例１〜１９および比較例１〜８と同様にして樹脂単独の絶縁膜を作成し、その耐電圧を上記の方法で測定した。この樹脂単独の絶縁膜の耐電圧を１としたときの本発明例１〜１９および比較例１〜８の絶縁膜の耐電圧を相対耐電圧として算出した。

（絶縁膜の熱伝導度）
熱伝導度（絶縁膜の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７Ｎａｎｏｆｌａｓｈを用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。熱伝導度は、界面熱抵抗を考慮しない２層モデルを用いて算出した。なお、銅基板の厚みは既述したように０．３ｍｍ、銅基板の熱拡散率は１１７．２ｍｍ２／秒とした。絶縁膜の熱伝導度の計算には、αアルミナ粒子の密度３．８９ｇ／ｃｍ３、αアルミナ粒子の比熱０．７８Ｊ／ｇＫ、シリカ粒子の密度２．２ｇ／ｃｍ３、シリカ粒子の比熱０．７６Ｊ／ｇＫ、窒化ホウ素の密度２．１ｇ／ｃｍ３、窒化ホウ素の比熱０．８Ｊ／ｇＫ、ポリアミドイミド樹脂の密度１．４１ｇ／ｃｍ３、ポリアミドイミド樹脂の比熱１．０９Ｊ／ｇＫ、ポリイミドの密度１．４ｇ／ｃｍ３、ポリイミドの比熱１．１３Ｊ／ｇＫ、エポキシの密度１．２ｇ/ｃｍ３、エポキシの比熱１．０５Ｊ／ｇＫを用いた。

（相対熱伝導度）
セラミック粒子を分散させなかったこと以外は、本発明例１〜１９および比較例１〜８と同様にして樹脂単独の絶縁膜を作成し、その熱伝導度を上記の方法で測定した。この樹脂単独の絶縁膜の熱伝導度を１としたときの本発明例１〜１９および比較例１〜８の絶縁膜の熱伝導度を相対熱伝導度として算出した。

（相対性能値）
相対耐電圧と相対熱伝導とを乗じた値を、相対性能値として算出した。この値が大きいほど熱抵抗が小さいことを示す。

αアルミナの多結晶粒子を用いた比較例１の絶縁膜は、熱伝導度が低くなった。αアルミナ単結晶粒子の添加量が本発明の範囲よりも少ない比較例２の絶縁膜は、熱伝導度が低くなった。αアルミナ単結晶粒子の添加量が本発明の範囲よりも多い比較例３の絶縁膜は、耐電圧が低くなった。αアルミナ単結晶粒子の平均粒子径が本発明の範囲よりも大きい比較例４、５の絶縁膜は、耐電圧が低くなった。αアルミナ単結晶粒子の代わりにシリカのナノ粒子を用いた比較例６の絶縁膜は、耐電圧と熱伝導度の両者が低くなった。αアルミナ単結晶粒子の代わりに窒化ホウ素のナノ粒子を用いた比較例７の絶縁膜は、耐電圧が低くなった。さらに、樹脂としてエポキシを用いた比較例８の絶縁膜は、耐電圧が低くなり、その結果、相対性能値が３以下と低くなった。

これに対して、樹脂として、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を用い、セラミック粒子として平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内にあるαアルミナ単結晶粒子を用い、このαアルミナ単結晶粒子の含有量が８体積％以上８０体積％以下の範囲内にある本発明例１〜１９の絶縁膜は、耐電圧と熱伝導度とがバランスよく向上し、高い相対性能値を示すことが確認された。特に、αアルミナ単結晶粒子の含有量が２０体積％以上７０体積％以下の範囲内にある本発明例３〜６、８〜１２、１５〜１８の絶縁膜は、耐電圧と熱伝導度とがさらにバランスよく向上し、５．０以上の高い相対性能値を示すことが確認された。

＜本発明例２０＞
本発明例４で調製したセラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を、離形フィルム(ユニチカ社製、ユニピール)上に、乾燥後の膜厚が２０μｍとなるように塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜を形成した離形フィルムを、ホットプレート上に配置して、室温から３℃／分の昇温速度で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、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、離形フィルムからはがし、自立性フィルムとした後、ステンレス製型枠にクリップで数箇所固定した後、乾燥膜を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、自立性絶縁膜を作製した。

作製した自立性絶縁膜について、耐電圧、相対耐電圧、熱伝導度、相対熱伝導度を測定し、性能値を算出した。その結果、耐電圧は４．５ｋＶ、相対耐電圧は１．１、熱伝導度は１．４ｗ／ｍＫ、相対熱伝導度は７、性能値は７．５であった。

なお、耐電圧は、自立性絶縁膜の両面に電極（φ６ｍｍ）を対向するように配置したこと以外は、上述の方法と同様にして測定した。熱伝導度は、１層モデルを用いて算出したこと以外は、上述の方法と同様にして測定した。

＜本発明例２１＞
本発明例に係る絶縁導体は、導線に絶縁膜を被覆して作製することができる。
本発明例１６で調製した電着液に、φ３ｍｍの銅線と、ステンレス電極とを浸漬し、銅線を正極、ステンレス電極を負極として、１００Ｖの直流電圧を印加して、銅線の表面に電着膜を形成した。電着膜の膜厚は、加熱によって生成する絶縁膜の膜厚が２０μｍとなる厚みとした。次いで、電着膜を形成した銅線を、大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、電着膜を乾燥させて、絶縁膜付き銅線（絶縁銅線）を作製した。

＜本発明例２２＞
本発明例に係る金属ベース基板は、金属基板と絶縁膜と金属箔を積層して作製することができる。
本発明例４で調製したセラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を、厚み１ｍｍで２０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、加熱後の膜厚が２０μｍとなるように塗布して塗布膜を形成した。次いで塗布膜を形成した銅基板をホットプレート上に配置して、３℃／分の昇温速度で室温から６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに１℃／分の昇温速度で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、次いで４００℃で１分間加熱して、絶縁膜付き銅基板を作製した。得られた絶縁膜付き銅基板の絶縁膜について、熱伝導度と耐電圧をそれぞれ測定したところ、熱伝導度は１．４ｗ／ｍｋで、耐電圧は４．１ｋＶであった。

得られた絶縁膜付き銅基板の裏面に保護テープを貼り付けた後、濃度２５質量％のポリアミドイミド溶液に浸漬して、絶縁膜の上にポリアミドイミド溶液の塗布膜を形成した。次いで、塗布膜を、２５０℃で３０分間加熱して、絶縁膜の上に密着膜を形成した。
次に、密着膜の上に、厚み１８μｍで幅１ｃｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）を重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて５ＭＰａ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、密着膜と銅箔とを貼り合わせた。以上のようにして、銅基板と絶縁膜と密着膜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。

１０絶縁膜
１１樹脂
１２ αアルミナ単結晶粒子
２０絶縁導体
２１導体
３０金属ベース基板
３１金属基板
３２密着膜
３３金属箔

Claims

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、平均粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内にあるαアルミナ単結晶粒子と、を含み、前記αアルミナ単結晶粒子の含有量が８体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることを特徴とする絶縁膜。
前記αアルミナ単結晶粒子の含有量が２０体積％以上７０体積％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜。
導体と、前記導体の表面に備えられた絶縁膜とを有する絶縁導体であって、
前記絶縁膜が、請求項１または２に記載の絶縁膜からなることを特徴とする絶縁導体。
金属基板と、絶縁膜と、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、
前記絶縁膜が、請求項１または２に記載の絶縁膜からなることを特徴とする金属ベース基板。