JP7234743B2

JP7234743B2 - 接合体、及び、絶縁回路基板

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Publication number: JP7234743B2
Application number: JP2019065299A
Authority: JP
Inventors: 東洋大橋; 慶昭坂庭
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020163650A

Description

この発明は、樹脂からなる樹脂部材と金属部材とが接合された構造の接合体、及び、絶縁回路基板に関するものである。

パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及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素子及び熱電素子が接合された構造とされている。なお、絶縁層としては、セラミックスを用いたものや絶縁樹脂を用いたものが提案されている。
ここで、絶縁樹脂層を備えた絶縁回路基板として、例えば特許文献１には、金属ベース回路基板が提案されている。また、特許文献２には、多層配線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に記載された多層配線基板においては、樹脂フィルムに接着した金属箔に対してエッチング処理することで金属箔の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以上とし、さらに回路パターン状にエッチング処理して配線回路層を形成し、樹脂フィルムの表面に形成された配線回路層を、軟質の絶縁シートの表面に圧力を加えながら埋設し、絶縁回路層を絶縁シートの表面に転写させ、このようにして得られた複数の絶縁シートを積層して一括して加熱硬化することによって製造されたている。

特開２０１５－２０７６６６号公報特開２０００－０７７８５０号公報

ところで、絶縁樹脂層に金属板等を接合して回路層を形成した構造の絶縁回路基板においては、使用時に絶縁樹脂層と回路層（金属板）の剥離が生じないように、絶縁樹脂層と回路層（金属板）の密着性を確保する必要がある。
ここで、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、絶縁樹脂層と回路層との密着性を向上させることは考慮されておらず、使用時に絶縁樹脂層と回路層（金属板）の剥離が生じるおそれがあった。

一方、特許文献２に記載された多層配線基板においては、配線回路層の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以上として絶縁シートに埋設させることで、絶縁シートと配線回路層との密着性の向上を図っている。
しかしながら、金属板（配線回路層）の表面粗さ（Ｒａ）が大きすぎると、金属板表面が入り込んだ部分に電荷が集中し、絶縁樹脂層における絶縁性（絶縁耐圧）が低下してしまい、絶縁回路基板として使用できなくなるおそれがあった。

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、絶縁樹脂部材と金属部材との密着性に優れ、かつ、絶縁樹脂部材における絶縁性に優れ、安定して使用することが可能な接合体、及び、絶縁回路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、本発明の接合体は、エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂部材と金属からなる金属部材とが接合された構造の接合体であって、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材との接合界面は、前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側へ突出した凸部と前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、前記絶縁樹脂部材の内部に前記金属部材が入り込んだ構造とされており、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内とされ、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされており、絶縁破壊電圧が７ｋＶ以上、かつ、接合率が８５％以上であることを特徴としている。

この構成の接合体によれば、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材との接合界面は、前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側へ突出した凸部と前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上とされているので、絶縁樹脂部材の内部に金属部材が入り込むことで絶縁樹脂部材と金属部材とが十分に係合しており、絶縁樹脂部材と金属部材との密着性を向上させることができる。
一方、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が１５００個／ｍｍ以下とされているので、絶縁樹脂部材の内部に必要以上に金属部材が入り込んでおらず、絶縁樹脂部材における絶縁性（絶縁耐圧）を十分に確保することができる。

さらに、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上とされているので、前記絶縁樹脂部材の内部に十分な深さで前記金属部材が入り込んでおり、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材との密着性を向上させることができる。
一方、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が４μｍ以下とされているので、前記絶縁樹脂部材の内部に前記金属部材が必要以上に深く入り込んでおらず、前記絶縁樹脂部材における絶縁性（絶縁耐圧）を十分に確保することができる。

ここで、本発明の接合体においては、前記頂点の平均高さ位置と前記底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上とされているので、前記凸部の頂点部分における電界集中の発生を抑制でき、絶縁性を確実に確保することができる。一方、前記凸部の平均幅が１．５μｍ以下とされているので、適切な間隔で金属部材が絶縁樹脂部材側へ入り込んでおり、前記絶縁樹脂部材と前記金属部材との密着性を確実に向上させることができる。

本発明の絶縁回路基板は、エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の面に金属板が接合されてなる回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、前記絶縁樹脂層と前記回路層との接合界面は、前記回路層が前記絶縁樹脂層側へ突出した凸部と前記回路層が前記絶縁樹脂層側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、前記絶縁樹脂層の内部に前記回路層が入り込んだ構造とされており、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内とされ、前記絶縁樹脂層と前記回路層の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされており、絶縁破壊電圧が７ｋＶ以上、かつ、接合率が８５％以上であ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、前記絶縁樹脂層と前記回路層との接合界面は、前記回路層が前記絶縁樹脂層側へ突出した凸部と前記回路層が前記絶縁樹脂層側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上とされるとともに、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上とされているので、絶縁樹脂層の内部に回路層が入り込むことで絶縁樹脂層と回路層とが十分に係合しており、絶縁樹脂層と回路層との密着性を向上させることができる。
一方、単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が１５００個／ｍｍ以下とされるとともに、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が４μｍ以下とされているので、絶縁樹脂層の内部に必要以上に回路層の金属が入り込んでおらず、絶縁樹脂層における絶縁性（絶縁耐圧）を十分に確保することができる。

ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記頂点の平均高さ位置と前記底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上とされているので、前記凸部の頂点部分における電界集中の発生を抑制でき、絶縁性を確実に確保することができる。一方、前記凸部の平均幅が１．５μｍ以下とされているので、適切な間隔で回路層が絶縁樹脂層側へ入り込んでおり、前記絶縁樹脂層と前記回路層との密着性を確実に向上させることができる。

本発明によれば、絶縁樹脂部材と金属部材との密着性に優れ、かつ、絶縁樹脂部材における絶縁性に優れ、安定して使用することが可能な接合体、及び、絶縁回路基板を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る絶縁回路基板を備えたパワーモジュールの概略説明図である。本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の回路層（金属基板）と絶縁樹脂層との接合界面の断面拡大説明図である。（ａ）が断面観察写真、（ｂ）が接合界面の模式図である。本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法を説明するフロー図である。図３に示す絶縁回路基板の製造方法の概略説明図である。実施例において絶縁回路基板の絶縁性（絶縁耐圧）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。
本実施形態に係る接合体は、絶縁樹脂部材である絶縁樹脂層１２と、金属部材である金属板２３（回路層１３）及び金属基板１１とが接合されることにより構成された絶縁回路基板１０とされている。
図１に、本発明の第１の実施形態である絶縁回路基板１０及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。

図１に示すパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方の面（図１において上面）に第１はんだ層２を介して接合された半導体素子３と、絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）にはんだ層３２を介して接合されたヒートシンク３１と、を備えている。

半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。絶縁回路基板１０と半導体素子３とを接合する第１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。

ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好な銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等で構成されている。本実施形態においては、無酸素銅からなる放熱板とされている。なお、ヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
ここで、絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とは、はんだ層３２を介して接合されている。このはんだ層３２は、上述のはんだ層２と同様の構成とすることができる。

そして、本実施形態である絶縁回路基板１０は、図１に示すように、金属基板１１と、金属基板１１の一方の面（図１において上面）に形成された絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の面（図１において上面）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。また、金属基板１１の厚さは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。

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り、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の強度を確保するとともに、熱伝導性を確保するために、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。また、絶縁樹脂層１２の厚さは、２０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内とされており、本実施形態では、６０μｍとされている。

回路層１３は、図４に示すように、絶縁樹脂層１２の一方の面（図４において上面）に、導電性に優れた金属からなる金属板２３が接合されることにより形成されている。金属板２３としては、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板を用いることができる。本実施形態においては、回路層１３を構成する金属板２３として、無酸素銅の圧延板を用いられている。
この回路層１３においては、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。ここで、回路層１３（金属板２３）の厚さは０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．５ｍｍに設定されている。

そして、本実施形態である絶縁回路基板１０においては、図２に示すように、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との接合界面においては、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側へ突出した凸部１８と回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側から後退した凹部１９とを有する凹凸形状をなしている。
すなわち、本実施形態においては、絶縁樹脂層１２に回路層１３（金属基板１１）が入り込んだ構造とされている。

ここで、本実施形態においては、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度が５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内とされている。
また、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）の積層方向を高さ方向として、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差が０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされている。
さらに、本実施形態においては、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

以下に、本実施形態である絶縁回路基板１０において、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅を、上述のように規定した理由について説明する。

（単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度）
上述の凸部１８の頂点Ａの個数は、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２の内部に入り込んだ部分の個数となる。
ここで、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度度が５００個／ｍｍ未満であると、回路層１３（金属基板１１）が十分に絶縁樹脂層１２側に入り込んでおらず、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を向上させることができないおそれがある。一方、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度が１５００個／ｍｍを超えると、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側に必要以上に入り込んでおり、絶縁樹脂層１２における絶縁性（絶縁耐圧）を確保できなくなるおそれがある。
このため、本実施形態においては、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度を５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内に設定している。
なお、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度の個数密度の下限は、７００個／ｍｍ以上とすることが好ましく、８００個／ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度の個数密度の上限は、１３００個／ｍｍ以下とすることが好ましく、１１００個／ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

（凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差）
上述の凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差は、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２の内部に入り込んだ深さとなる。
ここで、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差が０．３μｍ未満であると、回路層１３（金属基板１１）が十分に絶縁樹脂層１２側に入り込んでおらず、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を向上させることができないおそれがある。一方、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差が４μｍを超えると、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側に必要以上に深く入り込んでおり、絶縁樹脂層１２における絶縁性（絶縁耐圧）を確保できなくなるおそれがある。
このため、本実施形態においては、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差を０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内に設定している。
なお、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差の下限は、０．５μｍ以上とすることが好ましく、０．６μｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差の上限は、２．０μｍ以下とすることが好ましく、１．５μｍ以下とすることがさらに好ましい。

（高さ中心位置における凸部１８の平均幅）
本実施形態の絶縁回路基板１０において、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅を０．３μｍ以上とすることにより、絶縁樹脂層１２の内部に入り込んだ回路層１３（金属基板１１）からなる凸部１８の頂点部分における電界集中の発生を抑制でき、絶縁樹脂層１２の絶縁性を確実に確保することができる。一方、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅を１．５μｍ以下とすることにより、適切な間隔で回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側へ入り込むことになり、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を確実に向上させることができる。
このため、本実施形態の絶縁回路基板１０においては、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅を０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅の下限は、０．５μｍ以上とすることが好ましく、０．７μｍ以上とすることがさらに好ましい。一方、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅の上限は、１．３μｍ以下とすることが好ましく、１．０μｍ以下とすることがさらに好ましい。

次に、本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。

（表面粗化工程Ｓ０１）
まず、回路層１３となる金属板２３の絶縁樹脂層１２との接合面に粗化めっき層２３ａを形成するとともに、金属基板１１の絶縁樹脂層１２との接合面に粗化めっき層１１ａを形成する。これにより、回路層１３となる金属板２３の絶縁樹脂層１２との接合面及び金属基板１１の絶縁樹脂層１２との接合面に、それぞれ凹凸部を形成する。なお、粗化めっき層２３ａ、１１ａは、以下のようにして形成される。

金属板２３及び金属基板１１の接合面に電解めっき処理を施す。本実施形態では、電解めっき液として硫酸銅（ＣｕＳＯ_４）及び硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を主成分とした硫酸銅浴に、３，３´－ジチオビス（１－プロパンスルホン酸）２ナトリウムを添加した水溶液からなる電解液を用いることが好ましい。また、めっき浴の温度は例えば２５℃以上３５℃以下の範囲内とすることが好ましい。

そして、電解めっき処理としては、ＰＲ（ＰｅｒｉｏｄｉｃＲｅｖｅｒｓｅ）パルス電解法が用いられる。このＰＲパルス電解法は、電流の方向を周期的に反転させながら通電して電解めっきする方法である。例えば、５Ａ／ｄｍ^２以上３０Ａ／ｄｍ^２以下の正電解（金属板２３及び金属基板１１を陽極とする陽極電解）を１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下、１Ａ／ｄｍ^２以上２０Ａ／ｄｍ^２以下の負電解（金属板２３及び金属基板１１を負極とする負極電解）を１ｍｓ以上１０００ｍｓ以下、として、これを繰り返す。これにより、金属板２３及び金属基板１１の表面の溶解と銅の析出とが繰り返し実施され、粗化めっき層２３ａ、１１ａが形成されることになる。

（積層工程Ｓ０２）
次に、金属基板１１の一方の面（図４において上面）に、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２２を配設する。なお、本実施形態では、樹脂組成物２２は、シート状に形成されている。
また、この樹脂組成物２２の一方の面（図４において上面）に、回路層１３となる金属板２３を配設する。

（熱圧着工程Ｓ０３）
次に、積層した金属基板１１、樹脂組成物２２、金属板２３を、積層方向に加圧するとともに加圧して、樹脂組成物２２を硬化させて絶縁樹脂層１２を形成するとともに、金属基板１１と絶縁樹脂層１２、絶縁樹脂層１２と金属板２３を接合する。
この熱圧着工程Ｓ０３の条件は、加熱温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間を３０分以上９０分以下の範囲内、積層方向の加圧圧力を５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の範囲内とすることが好ましい。

（回路パターン形成工程Ｓ０４）
次に、絶縁樹脂層１２に接合された金属板２３に対してエッチング処理を行い、回路パターンを形成し、回路層１３を構成する。

以上のようにして、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。

（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、この絶縁回路基板１０の金属基板１１の他方の面にヒートシンク３１を接合する。本実施形態では、金属基板１１とヒートシンク３１とを、はんだ材を介して接合している。

（半導体素子接合工程Ｓ０６）
そして、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に係る絶縁回路基板１０（接合体）によれば、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との接合界面においては、回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側へ突出した凸部１８と回路層１３（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側から後退した凹部１９とを有する凹凸形状をなしており、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度が５００個／ｍｍ以上とされているので、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）が十分に係合しており、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を向上させることができる。
また、単位長さ当たりの凸部１８の頂点Ａの個数密度が１５００個／ｍｍ以下とされているので、絶縁樹脂層１２の内部に必要以上に回路層１３（金属基板１１）が入り込んでおらず、絶縁樹脂層１２における絶縁性（絶縁耐圧）を十分に確保することができる。

さらに、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）の積層方向を高さ方向として、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差が０．３μｍ以上とされているので、絶縁樹脂層１２の内部に十分な深さで回路層１３（金属基板１１）が入り込んでおり、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を向上させることができる。
一方、凸部１８の頂点Ａの平均高さと凹部１９の底点Ｂの平均高さとの差が４μｍ以下とされているので、絶縁樹脂層１２の内部に回路層１３（金属基板１１）が必要以上に深く入り込んでおらず、絶縁樹脂層１２における絶縁性（絶縁耐圧）を十分に確保することができる。

また、本実施形態の絶縁回路基板１０（接合体）において、凸部１８の頂点Ａの平均高さ位置と凹部１９の底点Ｂの平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部１８の平均幅を０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とした場合には、絶縁樹脂層１２の内部に入り込んだ回路層１２（金属基板１１）からなる凸部１８の頂点Ａにおける電界集中の発生を抑制でき、絶縁樹脂層１２における絶縁性を確実に確保することができるともに、適切な間隔で回路層１２（金属基板１１）が絶縁樹脂層１２側へ入り込んでおり、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性を確実に向上させることができる。

よって、絶縁樹脂層１２と回路層１３（金属基板１１）との密着性に優れ、かつ、絶縁樹脂層１２における絶縁性に優れ、安定して使用することが可能な絶縁回路基板１０を提供することが可能となる。

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。
本実施形態においては、図３及び図４に示す絶縁回路基板の製造方法によって絶縁回路基板を製造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。

また、本実施形態においては、金属基板及び回路層を形成する金属板として、無酸素銅で構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の動又は銅合金で構成されたものであってもよいし、アルミニウム又はアルミニウム合金等の他の金属で構成されたものであってもよい。さらに、複数の金属が積層された構造のものであってもよい。

さらに、本実施形態では、絶縁回路基板に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、絶縁回路基板の回路層に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。

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。

無酸素銅の圧延板からなる金属基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）及び回路層となる金属板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）を準備し、これら金属基板及び金属板の絶縁樹脂層との接合面に、上述の実施形態に記載したＰＲパルス電解法によって粗化めっき層を形成した。

そして、金属基板の粗化めっき層が形成された面に、フィラーとしてＡｌ_２Ｏ_３を含むエポキシ樹脂を含有する樹脂組成物のシート材（４０ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍ）を配置した。
また、この樹脂組成物のシート材の一方の面に、回路層となる金属板を、粗化めっき層が形成された面が樹脂組成物のシート材側を向くように、積層した。

上述のように積層した金属基板と樹脂組成物のシート材と金属板とを、積層方向に加圧しながら加熱し、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を形成するとともに、金属基板と絶縁樹脂層、及び、絶縁樹脂層と金属板を接合し、絶縁回路基板を得た。なお、積層方向の加圧圧力は１００ＭＰａ、加熱温度は１８０℃、加熱温度での保持時間は６０分とした。
以上のようにして、得られた絶縁回路基板について、以下の項目についてそれぞれ評価した。

（接合界面の観察）
回路層と絶縁樹脂層の接合界面の断面を観察し、絶縁樹脂層と回路層との接合界面を特定し、回路層が絶縁樹脂層側へ突出した凸部の頂点と回路層が絶縁樹脂層側から後退した凹部の底点とを特定した。
具体的には、接合界面の観察写真を、画像処理ソフトを用いて二値化処理した。そして、二値化処理した画像をピクセル処理し、接合界面を特定するとともに、凸部の頂点及び凹部の底点とを特定した。
そして、単位長さ当たりの凸部の頂点の個数密度、絶縁樹脂層と回路層の積層方向を高さ方向とした場合の凸部の頂点の平均高さと凹部の底点の平均高さとの差、凸部の頂点の平均高さ位置と凹部の底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部の平均幅、を評価した。評価結果を表１に示す。
なお、接合界面の観察は、５視野で実施し、これらの視野で観察して算出された単位長さ当たりの凸部の頂点の個数密度、絶縁樹脂層と回路層の積層方向を高さ方向とした場合の凸部の頂点の平均高さと凹部の底点の平均高さとの差、凸部の頂点の平均高さ位置と凹部の底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における凸部の平均幅の平均値を表１に示した。

（吸湿処理後のリフロー処理）
上述の絶縁回路基板を、恒温恒湿槽（温度８５℃、湿度８５％）に入れ、３日間保持した。その後、加熱炉内に装入し、２９０℃で１０分間のリフロー処理を実施した。
リフロー処理後の絶縁回路基板において、回路層と絶縁樹脂層の接合率、絶縁破壊電圧について以下のようにして評価した。

（接合率）
回路層と絶縁樹脂層及の接合率は、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）－（剥離面積）｝／（初期接合面積）×１００

（絶縁破壊電圧）
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１３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１に示す。

回路層が絶縁樹脂層側へ突出した凸部の頂点の単位長さ当たりの個数密度が１６００個と本発明の範囲よりも多い比較例１においては、絶縁破壊電圧が５ｋＶと低くなり、絶縁性が不十分であった。
回路層が絶縁樹脂層側へ突出した凸部の頂点の単位長さ当たりの個数密度が４５０個と本発明の範囲よりも少ない比較例２においては、接合率が７９％と低くなり、回路層と絶縁樹脂層との密着性が不十分であった。

凸部の頂点の平均高さと凹部の底点の平均高さの差が４．２μｍと本発明の範囲よりも大きい比較例３においては、絶縁破壊電圧が４．５ｋＶと低くなり、絶縁性が不十分であった。
凸部の頂点の平均高さと凹部の底点の平均高さの差が０．２μｍと本発明の範囲よりも小さい比較例４においては、接合率が７８％と低くなり、回路層と絶縁樹脂層との密着性が不十分であった。

これに対して、回路層が絶縁樹脂層側へ突出した凸部の頂点の単位長さ当たりの個数密度、及び、凸部の頂点の平均高さと凹部の底点の平均高さの差が、本発明の範囲内とされた本発明例１－７においては、接合率が８５％以上であって回路層と絶縁樹脂層とが十分に密着していた。また、絶縁破壊電圧が６ｋＶ以上であって、絶縁性に優れていた。

以上の実験結果から、本発明例によれば、絶縁樹脂層（絶縁樹脂部材）と回路層（金属部材）との密着性に優れ、かつ、絶縁樹脂層（絶縁樹脂部材）における絶縁性に優れ、安定して使用することが可能な絶縁回路基板（接合体）を提供可能であることが確認された。

１０絶縁回路基板（接合体）
１１金属基板（金属部材）
１２絶縁樹脂層（絶縁樹脂部材）
１３回路層（金属部材）
１８凸部
１９凹部

Claims

エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂部材と金属からなる金属部材とが接合された構造の接合体であって、
前記絶縁樹脂部材と前記金属部材との接合界面は、前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側へ突出した凸部と前記金属部材が前記絶縁樹脂部材側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、前記絶縁樹脂部材の内部に前記金属部材が入り込んだ構造とされており、
単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内とされ、
前記絶縁樹脂部材と前記金属部材の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされており、
絶縁破壊電圧が７ｋＶ以上、かつ、接合率が８５％以上であることを特徴とする接合体。
前記頂点の平均高さ位置と前記底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層と、絶縁樹脂層の一方の面に金属板が接合されてなる回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、
前記絶縁樹脂層と前記回路層との接合界面は、前記回路層が前記絶縁樹脂層側へ突出した凸部と前記回路層が前記絶縁樹脂層側から後退した凹部とを有する凹凸形状をなしており、前記絶縁樹脂層の内部に前記回路層が入り込んだ構造とされており、
単位長さ当たりの前記凸部の頂点の個数密度が５００個／ｍｍ以上１５００個／ｍｍ以下の範囲内とされ、
前記絶縁樹脂層と前記回路層の積層方向を高さ方向として、前記凸部の頂点の平均高さと前記凹部の底点の平均高さとの差が０．３μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされており、
絶縁破壊電圧が７ｋＶ以上、かつ、接合率が８５％以上であるいることを特徴とする絶縁回路基板。
前記頂点の平均高さ位置と前記底点の平均高さ位置の間の高さ中心位置における前記凸部の平均幅が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁回路基板。