JP7259206B2 - 金属ベース基板 - Google Patents

Description

本発明は、金属ベース基板に関する。

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、絶縁層と、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。金属ベース基板では、電子部品にて発生した熱を外部に速やかに放出できるように熱伝導性が高いことが望ましい。金属ベース基板の熱伝導性を向上させるために、絶縁層と金属箔の間の密着性を向上させるための密着層（接着層ともいう）を設けることが行なわれている。

特許文献１には、放熱板と、絶縁層と、接着層と、電子部品を実装するための導電性基板がこの順で積層された放熱性実装基板において、接着層の厚みを０．５～１０μｍ以下とし、導電性基板における放熱板側の表面は、凹凸の高さが１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲となる表面粗さとすることが記載されている。

特開２０１１－２５３８５９号公報

近年の電子機器の高出力化や高集積化に伴って、金属ベース基板に実装される電子部品の発熱量は増加しており、金属ベース基板においては、金属箔から金属基板までの熱伝導性の更なる向上が要求されている。しかしながら、特許文献１に記載されているように、密着層の厚さと金属箔の表面粗さを調整することだけでは、金属ベース基板の熱伝導性を十分に向上させることが難しい場合があった。

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、その目的は、金属箔から金属基板までの熱伝導性が高い金属ベース基板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、絶縁層と、密着層と、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、前記金属箔は、密着層側の最大高さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１）が、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあり、前記絶縁層と前記密着層との界面から前記密着層側に０．５μｍ離れた位置における前記金属箔のアボット負荷曲線の相対負荷長さ率が２０％以上５０％以下である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金属ベース基板によれば、絶縁層と密着層との界面から密着層側に０．５μｍ離れた位置における金属箔のアボット負荷曲線の相対負荷長さ率が２０％以上であるため、絶縁層と密着層との界面近傍の金属箔の相対負荷長さ率が大きく、密着層の熱抵抗が全体の熱抵抗に対して無視できるほど小さくなる。これは、密着層を構成する樹脂は熱伝導度が０．２Ｗ／ｍＫ程度と通常低いのに対して、金属箔は熱伝導度が高く、例えば銅箔の場合、熱伝導度が４００Ｗ／ｍＫ程度であるため、銅箔の相対負荷長さ率が２０％以上ある部分は、単純な体積平均から計算すると熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上と大きくなり、樹脂で構成されている密着層と絶縁層の全体の熱抵抗から比較すると無視できる大きさであることからもわかる。したがって、金属箔の熱が、密着層を介して絶縁層に伝わり易くなる。このため、本発明の金属ベース基板は、金属箔から金属基板までの熱伝導性が高くなる。

本発明によれば、金属箔から金属基板までの熱伝導性が高い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。 本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板の絶縁層と密着層との界面近傍の拡大図である。 図２に示す拡大断面図から得られた金属箔の輪郭曲線に基づいて作成したアボット負荷曲線である。

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、絶縁層２０と、密着層３０と、金属箔４０とがこの順で積層された積層体である。金属箔４０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４０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。

絶縁層２０は、金属基板１０と金属箔４０とを絶縁するための層である。絶縁層２０は、樹脂２１とセラミック粒子２２とを含む組成物で形成されていることが好ましい。絶縁層２０を、絶縁性が高い樹脂２１と、熱伝導度が高いセラミック粒子２２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４０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。

絶縁層２０に含まれる樹脂２１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絶縁層２０は、耐熱性と機械特性がより向上する。

絶縁層２０に含まれるセラミック粒子２２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２２の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子２２の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、絶縁層２０の耐電圧性が低下するおそれがある。
絶縁層２０の耐電圧性の低下を抑えるために、セラミック粒子２２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２２の比表面積が大きくなりすぎる、即ちセラミック粒子２２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２２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層２０の密着層３０側の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。絶縁層２０の密着層３０側の表面粗さＲａが過度に大きくなると、絶縁層２０の上に積層される密着層３０や金属箔４０の表面粗さＲａが大きくなりやすくなる。金属箔４０の密着層３０側とは反対の側の表面粗さＲａが大きくなると、金属箔４０とはんだ４との間に隙間ができて、金属箔４０とはんだ４とが剥がれたり、金属箔４０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、絶縁層２０の密着層３０側の表面粗さＲａは小さい方が好ましい。絶縁層２０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２２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２２の比表面積は、ＢＥＴ法で測定されたＢＥＴ比表面積である。絶縁層２０中のセラミック粒子２２の比表面積は、絶縁層２０を加熱して、樹脂２１成分を熱分解して除去し、残部のセラミック粒子２２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２２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２２を含む絶縁層２０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２２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２２の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層２０中に分散していることによって、セラミック粒子２２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２２の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層２０の熱伝導度が向上する。
また、セラミック粒子２２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、これを含む絶縁層２０は熱伝導度がより効率的に向上する。

セラミック粒子２２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２２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２２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、絶縁層２０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２２を分散剤と共にＮ－メチル－２－ピロリドン（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。絶縁層２０中の凝集粒子（セラミック粒子）は、絶縁層２０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。

絶縁層２０中のセラミック粒子２２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２２の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層２０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２２の含有量が多くなりすぎると、樹脂２１の含有量が相対的に減少して、絶縁層２０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２２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層２０の密着層３０側の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。
絶縁層２０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２２の含有量は１０体積％以上であることが好ましい。また、絶縁層２０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２２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２２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２２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２２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。

絶縁層２０の厚みは、特には制限されるものではないが、２μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。

密着層３０は、絶縁層２０と金属箔４０との密着性を向上させるための層である。密着層３０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。

密着層３０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。密着層３０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。

密着層３０の厚みは、特には制限されるものではないが、０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

図２は、本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板２の絶縁層２０と密着層３０との界面２５の近傍の拡大断面図である。
図２に示すように、金属箔４０は、絶縁層２０と密着層３０との界面２５の近傍にまで伸びる突起を有する。絶縁層２０と密着層３０との界面２５から密着層３０側に０．５μｍ離れた位置における金属箔４０のアボット負荷曲線の相対負荷長さ率（以下、Ｒｍｒ（０．５μｍ）ともいう）は２０％以上とされている。金属箔４０の密着層３０側のＲｍｒ（０．５μｍ）が２０％以上と高い、すなわち絶縁層２０と密着層３０との界面２５の近くに多数の金属箔４０の突起があるので、金属箔４０の熱が、密着層３０を介して絶縁層２０に伝わり易くなる。但し、金属箔４０の密着層３０側のＲｍｒ（０．５μｍ）が大きくなりすぎると、密着層３０と金属箔４０との密着性が低くなるおそれがある。このため、Ｒｍｒ（０．５μｍ）は５０％以下であることが好ましい。

金属箔４０の密着層３０側のＲｍｒ（０．５μｍ）は、以下のようにして測定することができる。
まず、金属ベース基板の金属箔４０の断面像を得る。金属箔４０の断面像は、例えば、次のようにして得ることができる。
金属ベース基板２を樹脂埋めし、金属ベース基板２を研磨して断面を露出させる。露出した金属ベース基板２の断面を、ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて観察して、金属箔４０の元素マッピング像を得る。得られた金属箔４０の元素マッピング像を二値化して得られた画像を、金属箔４０の断面像とする。

次に、得られた金属箔４０の断面像から絶縁層２０と密着層３０との界面２５を基準とする金属箔４０の輪郭曲線を得て、この輪郭曲線に基づいてアボット負荷曲線を作成する。そして、得られたアボット負荷曲線からＲｍｒ（０．５μｍ）を求める。

図３は、図２に示す拡大断面図から得られた金属箔の輪郭曲線に基づいて作成したアボット負荷曲線である。アボット負荷曲線は、以下のようにして作成することができる。
まず、基準長さＬｔの輪郭曲線を、絶縁層２０と密着層３０との界面２５に平行な切断レベルで切断したときに、輪郭曲線を切断する切断レベルの長さ（Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３）を測定し、その和（負荷長さ）を求める。
次に、基準長さＬｔに対する負荷長さの比率（相対負荷長さ率）を、下記の式（２）を用いて算出する。
相対負荷長さ率＝｛（Ｌ_１＋Ｌ_２＋Ｌ_３）／Ｌｔ｝×１００・・・（２）

そして、横軸を切断レベルの密着層３０と絶縁層２０との界面２５からの距離とし、縦軸を相対負荷長さ率としてプロットして、アボット負荷曲線を作成する。

金属箔４０は、密着層３０側の表面粗さＲｚが、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。金属箔４０の密着層３０側の表面粗さＲｚがこの範囲内にあることによって、密着層３０と金属箔４０との接触面積を大きくすることができ、これにより密着層３０と金属箔４０との密着性が向上する。密着層３０と金属箔４０との密着性を向上させる観点から、金属箔４０の密着層３０側の表面粗さＲｚは、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。

金属箔４０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４０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４０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４０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４０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、絶縁層２０と密着層３０とをこの順で積層し、次いで密着層３０の上に金属箔４０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２１とセラミック粒子２２とを含む組成物からなる絶縁層２０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、絶縁層形成用の樹脂２１とセラミック粒子２２と溶剤とを含む絶縁層形成用塗布液を、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、乾燥させて絶縁層２０を金属基板１０の上に形成する方法である。絶縁層形成用塗布液を、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。

絶縁層２０の上に密着層３０を形成する方法としては、塗布法を用いることができる。
密着層３０は、密着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密着層形成用塗布液を、絶縁層２０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。密着層形成用塗布液を、絶縁層２０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４０は、密着層３０の上に金属箔４０を重ね合わせ、次いで、金属箔４０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４０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。

金属箔４０は、密着層３０と重ねあわせる側の表面に対して、予め粗面化処理を行なうことが好ましい。粗面化処理は、金属箔４０の表面粗さＲｚが、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内、特に好ましくは５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内となるように行なう。粗面化処理としては、例えば、金属箔４０を表面処理液に浸漬して、化学エッチングにより、金属箔４０の表面を部分的に溶解させる方法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の金属ベース基板２によれば、絶縁層２０と密着層３０との界面２５から密着層側に０．５μｍ離れた位置における金属箔４０のアボット負荷曲線の相対負荷長さ率Ｒｍｒ（０．５）が２０％以上であるため、絶縁層２０と密着層３０との界面２５の近傍の金属箔４０の相対負荷長さ率が大きく、密着層３０の熱抵抗が全体の熱抵抗に対して無視できるほど小さくなる。したがって、金属箔４０の熱が、密着層３０を介して絶縁層２０に伝わり易くなる。このため、本実施形態の金属ベース基板２は、金属箔４０から金属基板１０までの熱伝導性が高くなる。

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］
（塗布法によるポリイミド樹脂製絶縁層の形成）
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。

セラミック粒子として、アルミナ粒子（比表面積：６０ｍ^２／ｇ）を用意した。用意したセラミック粒子１．０ｇを、ＮＭＰ１０ｇ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。

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固形物（絶縁層）中のポリイミド樹脂の含有比率が９５体積％で、アルミナ粒子の含有比率が５体積％となるように混合した。次いで、得られた混合物を、ポリアミック酸濃度が５質量％となるようにＮＭＰで希釈した。続いて得られた希釈混合物を、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、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液（絶縁層形成用塗布液）を調製した。

厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、絶縁層形成用塗布液を加熱によって生成する絶縁層の厚みが９μｍとなるようにバーコート法により塗布して絶縁層形成用塗布層を形成した。次いで、絶縁層形成用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、絶縁層形成用塗布層を乾燥させた。その後、銅基板を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、銅基板の表面にポリイミド樹脂製絶縁層を形成して、絶縁層付き銅基板を作製した。

（スピンコート法による密着層の形成）
密着層形成用の樹脂として、熱可塑性ポリイミド樹脂を用意した。用意した熱可塑性ポリイミド樹脂をＮＭＰに溶解させて、熱可塑性ポリイミド樹脂濃度が３０質量％の密着層形成用塗布液を調製した。次いで、上記のようにして作製した絶縁層付き銅基板の絶縁層の上に、上記の密着層形成用塗布液をスピンコート法によって塗布して、密着層形成用塗布層を形成した。次いで、密着層形成用塗布層を形成した絶縁層付き銅基板を１８０℃で３分間加熱し、密着層形成用塗布層を乾燥させて、絶縁層の上に厚みが２μｍの密着層を形成した。

（銅箔の粗面化処理）
表面未処理で、幅１ｃｍで、厚み３５μｍの銅箔を用意した。用意した銅箔を、表面処理液（メック株式会社製、アマルファＡ－１０２０１Ｍ）に２分間浸漬させた。次いで、表面処理液から取出した銅箔を水洗し、濃度５質量％の硫酸水溶液に２０秒間浸漬して中和した後、再度水洗して乾燥した。粗面化処理の銅箔の表面粗さＲｚを、アルバック社製のＤｅｋｔａｋ１５０を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠して測定した。その結果を、表１に示す。

（銅箔の貼り付け）
上記のようにして形成した密着層の上に、上記の粗面化処理した銅箔を重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて２０ＭＰａの熱圧着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、密着層と銅箔とを貼り合わせた。
以上のようにして、銅基板と絶縁層と密着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］
塗布法によるポリイミド樹脂製絶縁層の形成において、ポリアミック酸溶液とアルミナ粒子分散液とを混合するときのポリイミド樹脂とアルミナ粒子の含有比率を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例１と同様にして金属ベース基板を作製した。

［本発明例３］
（電着法によるポリイミド樹脂製絶縁層の形成）
セラミック粒子として、アルミナ粒子（比表面積：６０ｍ^２／ｇ）を用意した。用意したアルミナ粒子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の質量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、ポリイミド溶液と調製したアルミナ粒子分散液とを、固形物（絶縁層）中のポリイミド樹脂とセラミック粒子の含有比率がそれぞれ表１に示す値となるように混合して、セラミック粒子分散ポリイミド溶液を調製した。

調製したセラミック粒子分散ポリイミド溶液を、５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、その溶液に水を２１ｇ滴下して、ポリイミド粒子を析出させて電着液を調製した。

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絶縁層の厚みが１０μｍ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、銅基板の表面に樹脂混合物製絶縁層を形成して、絶縁層付き銅基板を得た。

（金属ベース基板の作製）
得られた絶縁層付き銅基板を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして金属ベース基板を作製した。

［比較例１～４］
比較例１、２では、銅箔の表面処理液の浸漬時間および銅箔と密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例１と同様にして金属ベース基板を作製した。
比較例３では、密着層の厚みおよび銅箔と密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例１と同様にして金属ベース基板を作製した。
比較例４では、密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例１と同様にして金属ベース基板を作製した。

［比較例５～８］
比較例５、６では、銅箔の表面処理液の浸漬時間および銅箔と密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例２と同様にして金属ベース基板を作製した。
比較例３では、密着層の厚みおよび銅箔と密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例２と同様にして金属ベース基板を作製した。
比較例４では、密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例２と同様にして金属ベース基板を作製した。

［評価］
本発明例１～３および比較例１～８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。

（銅箔の密着層側のＲｍｒ（０．５μｍ））
金属ベース基板を樹脂埋めし、ＣＰ（クロスセクションポリッシ）加工により、金属ベース基板を研磨して断面を露出させた。露出した金属ベース基板の断面を、ＳＥＭ／ＥＤＸを用いて観察して、銅の元素マッピング像を得た。得られた銅の元素マッピング像を二値化して、銅箔の断面像を得た。得られた銅箔の断面像から銅箔の輪郭曲線を得て、この輪郭曲線に基づいてアボット負荷曲線を作成した。得られたアボット負荷曲線からＲｍｒ（０．５μｍ）を求めた。

（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膜の耐電圧とした。

（熱抵抗）
熱抵抗は、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。

（銅箔のピール強度）
ピール強度は、株式会社エー・アンド・デイ製のテンシロン万能材料試験機を用いて測定した。測定条件は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して、金属ベース基板の銅箔を密着層から１８０度の角度で、剥離速度５０ｍｍ／分で引き剥がしたときのピール強度を測定した。

本発明例１の金属ベース基板と比較例１～４の金属ベース基板とを比較すると、それぞれ絶縁層の組成と厚みは同じであるが、銅箔の密着層側のＲｍｒ（０．５μｍ）が本発明の範囲よりも低い比較例１～４の金属ベース基板は、いずれも熱抵抗率が高くなった。これは、比較例１～４の金属ベース基板は、Ｒｍｒ（０．５μｍ）が低くなりすぎたため、銅箔と絶縁層との間の距離が長くなり、銅箔の熱が密着層を介して絶縁層に伝わりにくくなったと考えられる。
なお、比較例１～４の金属ベース基板において、銅箔の密着層側のＲｍｒ（０．５μｍ）が本発明の範囲よりも低くなった理由は、次のとおりである。
比較例１、２、３の金属ベース基板は、密着層の厚さと比較して銅箔の密着層側の表面粗さＲｚを低くしすぎたためである。また銅箔と密着層の熱圧着圧力が小さいため、密着層が押し潰されずに、密着層が元の厚さを維持していることも原因の一つと考えられる。比較例４の金属ベース基板は、銅箔と密着層の熱圧着圧力を低くしすぎたためである。

本発明例２、３の金属ベース基板と比較例５～８の金属ベース基板とを比較すると、それぞれ絶縁層の組成と厚みは同じであるが、銅箔の密着層側のＲｍｒ（０．５μｍ）が本発明の範囲よりも低い比較例５～８の金属ベース基板は、上記の場合と同様に、いずれも熱抵抗率が高くなった。

［本発明例４～１６］
絶縁層の作成方法、樹脂の材料、セラミック粒子の材料および比表面積、樹脂とセラミック粒子の含有比率、密着層の厚み、銅箔と密着層の熱圧着圧力を、下記の表１に示す値に変えたこと以外は、本発明例１と同様にして、金属ベース基板を作製した。得られた金属ベース基板について、本発明例１と同様に上記の項目を評価した。その結果を表２に示す。

絶縁層のセラミック粒子として比表面積が１ｍ^２／ｇ以上であるアルミナ粒子を用い、セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲内とされた本発明例４～９および本発明例１５～１６の金属ベース基板は、絶縁層の作成方法および絶縁層の樹脂材料に関わらず、特に優れた耐電圧を維持しつつ、熱抵抗が低下した。
セラミック粒子として比表面積が１ｍ^２/ｇ未満のものを用いた本発明例１０、１４の金属ベース基板では、耐電圧を２ｋＶとするためには、絶縁層の厚みを厚くする必要があり、これにより熱抵抗がわずかに上昇した。
セラミック粒子の含有量が５体積％未満とされた本発明例１１の金属ベース基板は、絶縁層の熱伝導性が低くなったため、熱抵抗がわずかに上昇した。
セラミック粒子の含有量が６０体積％を超えた本発明例１２の金属ベース基板は、耐電圧を２ｋＶとするためには、絶縁層の厚みを厚くする必要があり、これにより熱抵抗がわずかに上昇した。
セラミック粒子としてＢＮ（窒化ホウ素）粒子を用いた本発明例１３、１４の金属ベース基板では、耐電圧を２ｋＶとするためには、絶縁層の厚みを厚くする必要があり、これにより熱抵抗がわずかに上昇した。

また、密着層の厚さが厚く、銅箔の密着層側の表面粗さＲｚが高い本発明例１５、１６の金属ベース基板では、ピール強度が向上した。これは、密着層と銅箔との接触面積が大きくなることにより、密着層と銅箔との密着性が向上したためであると考えられる。

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 絶縁層
２１ 樹脂
２２ セラミック粒子
２５ 界面
３０ 密着層
４０ 金属箔

Claims (2)

1. 金属基板と、絶縁層と、密着層と、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、
   前記金属箔は、密着層側の最大高さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１）が、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内にあり、
   前記絶縁層と前記密着層との界面から前記密着層側に０．５μｍ離れた位置における前記金属箔のアボット負荷曲線の相対負荷長さ率が２０％以上５０％以下であることを特徴とする金属ベース基板。
2. 前記絶縁層が、樹脂とセラミック粒子とを含む組成物から形成されている請求項１に記載の金属ベース基板。

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