TW201525055A - 環氧樹脂組成物、附樹脂層之載體材料、金屬基底電路基板及電子裝置 - Google Patents

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Daisuke Kitahara
Toshio Komiyatani
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Abstract

本發明之環氧樹脂組成物被用於形成構成金屬基底電路基板(100)之絕緣樹脂層(102)，該金屬基底電路基板(100)具備金屬基板(101)、設置於金屬基板(101)上之絕緣樹脂層(102)、及設置於絕緣樹脂層(102)上之金屬層(103)。上述環氧樹脂組成物含有環氧樹脂、氧化鋁。相對於該環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，氧化鋁之含量為75質量%以上95質量%以下。

Description

環氧樹脂組成物、附樹脂層之載體材料、金屬基底電路基板及電子裝置
本發明係關於一種環氧樹脂組成物、附樹脂層之載體材料、金屬基底電路基板及電子裝置。
自先前已知有如下反向器裝置或功率半導體裝置：其等係將絕緣閘極雙極電晶體(IGBT；Insulated Gate Bipolar Transistor)及二極體等半導體元件、電阻、以及電容器等電子零件搭載於金屬基底電路基板上而構成。
該等電力控制裝置根據其等之耐受電壓或電流容量而被應用於各種機器。尤其是近年來，出於環境問題、推進節能化之觀點，該等電力控制裝置於各種電氣機械中之使用正逐年擴大。
尤其是關於車載用電力控制裝置，於要求其小型化、省空間化之同時亦一併要求將電力控制裝置設置於發動機室內。發動機室內為溫度較高，且溫度變化較大等之嚴酷環境，又，必需散熱面積較大之基板。針對此種用途，散熱性更進一步優異之金屬基底電路基板受到關注。
例如，於專利文獻1中揭示有如下半導體裝置：其係將半 導體元件搭載於引線框架等支撐體，並利用絕緣樹脂層使支撐體與連接於散熱器之散熱板接著而成者。
專利文獻1：日本特開2011-216619號公報
然而，此類電子裝置為散熱性尚未充分滿足者。因此，有難以使電子零件之熱傳遞至外部之情形，於該情形時，電子裝置之耐久性降低。
藉由本發明，可提供一種環氧樹脂組成物，其被用於形成構成金屬基底電路基板之絕緣樹脂層，該金屬基底電路基板具備金屬基板、設置於上述金屬基板上之絕緣樹脂層、及設置於上述絕緣樹脂層上之金屬層；且該環氧樹脂組成物含有環氧樹脂、及氧化鋁；且相對於該環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，上述氧化鋁之含量為75質量%以上95質量%以下。
根據本發明，若上述氧化鋁之含量為75質量%以上95質量%以下，則為高填充，故而氧化鋁粒子彼此之接觸面積變大。其結果，可提昇絕緣樹脂層之熱導性，而可提昇電子裝置之散熱性。因此，可使電子零件之熱充分地傳遞至外部。藉此，可製成耐久性較高之電子裝置。
又，藉由本發明，可提供一種附樹脂層之載體材料，其被用於形成構成金屬基底電路基板之絕緣樹脂層，該金屬基底電路基板具備金屬基板、設置於上述金屬基 板上之絕緣樹脂層、及設置於上述絕緣樹脂層上之金屬層；且該附樹脂層之載體材料具備載體材料、及設置於上述載體材料之一面，含有環氧樹脂與氧化鋁，且為B階段狀態之樹脂層；且上述樹脂層係藉由上述環氧樹脂組成物而形成者。
進而，藉由本發明，可提供一種金屬基底電路基板，其具備：金屬基板、設置於上述金屬基板上之絕緣樹脂層、及設置於上述絕緣樹脂層上之金屬層；且上述絕緣樹脂層係藉由上述環氧樹脂組成物而形成者。
進而，藉由本發明，可提供一種電子裝置，其具備：上述金屬基底電路基板、及設置於上述金屬基底電路基板上之電子零件。
藉由本發明，可提供能實現耐久性高之電子裝置的環氧樹脂組成物、附樹脂層之載體材料、及金屬基底電路基板以及耐久性較高之電子裝置。
1‧‧‧電子裝置
11‧‧‧電子零件
12‧‧‧支撐基材
15‧‧‧焊料
16‧‧‧密封材料
100‧‧‧金屬基底電路基板
101‧‧‧金屬基板
102‧‧‧絕緣樹脂層
103‧‧‧金屬層
121‧‧‧引線框架
121A‧‧‧晶片座部
122‧‧‧絕緣片材
上述目的、及其他目的、特徵以及優點可藉由以下所述之較佳之實施形態、及隨附於其之以下圖式而變得明瞭。
圖1係本發明之一實施形態之金屬基底電路基板之剖面圖。
圖2係本發明之一實施形態之電子裝置之剖面圖。
以下，基於圖式對本發明之實施形態進行說明。再者，於 全部圖式中，對相同之構成要素標註同一符號，其等之詳細說明適當省略以不重複說明。又，圖為概略圖，與實際之尺寸比率未必一致。又，「~」只要無特別說明，則表示自以上至以下。
首先，對本實施形態之金屬基底電路基板100進行說明。 圖1係本發明之一實施形態之金屬基底電路基板100之剖面圖。
金屬基底電路基板100具備金屬基板101、設置於金屬基板101上之絕緣樹脂層102、及設置於絕緣樹脂層102上之金屬層103。
而且，絕緣樹脂層102係藉由以下之環氧樹脂組成物而形成者。上述環氧樹脂組成物含有環氧樹脂、及氧化鋁。相對於該環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，氧化鋁之含量為75質量%以上95質量%以下。 再者，本實施形態中，所謂環氧樹脂組成物之全部固形物成分係於將該環氧樹脂組成物加熱硬化時作為固形物成分而殘留者，例如，溶劑等因加熱而揮發之成分被去除。另一方面，液狀之環氧樹脂、偶合劑等液狀成分由於在加熱硬化時被絕緣樹脂層102吸收，故而被包含於全部固形物成分中。
金屬基板101只要為散熱性之金屬基板，便無特別限定， 例如為鋁基板、銅基板、不鏽鋼基板等，較佳為鋁基板。
此處，所謂鋁基板係指含有鋁之基板，亦包括藉由鋁合金而形成之基板。同樣地，所謂銅基板係指含有銅之基板，亦包括藉由銅合金而形成之基板。
金屬基板101之厚度例如為100μm以上5000μm以下。若金屬基板101之厚度為上述下限值以上，則可進一步提昇散熱性。又，若金屬基板101之厚度為上述上限值以下，則可提昇金屬基底電路基板100之彎曲等加工性。
絕緣樹脂層102係用以將金屬層103接著於金屬基板101之層。該絕緣樹脂層102之厚度較佳為40μm以上300μm以下。
藉由將絕緣樹脂層102之厚度設為上述上限值以下，而可容易地使來自電子零件之熱傳遞至金屬基板101。
又，藉由將絕緣樹脂層102之厚度設為上述下限值以上，而可充分利用絕緣樹脂層102來緩和因金屬基板101與絕緣樹脂層102之熱膨脹率差而導致之熱應力的產生。進而，提昇金屬基底電路基板100之絕緣性。
絕緣樹脂層102係使如下環氧樹脂組成物熱硬化而成者，該環氧樹脂組成物含有環氧樹脂(A)、及氧化鋁(B)，視需要含有苯氧基樹脂(C)、硬化劑(D)、及偶合劑(E)。即，絕緣樹脂層102成為含有經熱硬化之硬化樹脂之C階段狀態。
此處，對環氧樹脂組成物之組成進行說明。
環氧樹脂組成物含有環氧樹脂(A)、及氧化鋁(B)，視需要含有苯氧基樹脂(C)、硬化劑(D)、及偶合劑(E)。
環氧樹脂(A)較佳為含有具有芳香環結構及脂環結構(脂環式之碳環結構)中之至少任一者的環氧樹脂(A1)。
藉由使用此種環氧樹脂(A1)，可提高玻璃轉移溫度，並且提昇絕緣樹脂層102之熱導性。
而且，作為具有芳香環或脂肪環結構之環氧樹脂(A1)，例如可列舉：雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、雙酚E型環氧樹脂、雙酚M型環氧樹脂、雙酚P型環氧樹脂、雙酚Z型環氧樹脂等雙酚型環氧樹脂；苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、四酚基乙烷型酚醛清漆型環氧樹脂等酚醛清漆型環氧樹脂；聯苯型環氧樹脂、具有伸聯苯骨架之苯酚芳烷基型環氧樹脂等芳基伸烷基型環氧樹脂；萘型環氧樹脂等環氧樹脂等。可單獨使用該等中之1種，亦可將2種以上併用。
又，就可進一步提高玻璃轉移溫度，抑制絕緣樹脂層102 之空隙之產生，可進一步提昇熱導性，且可提昇絕緣破壞電壓之觀點而言，作為環氧樹脂(A1)，較佳為萘型環氧樹脂。此處，所謂萘型環氧樹脂係指具有萘環骨架，且具有2個以上環氧丙基者。相對於環氧樹脂(A)100質量%，萘型環氧樹脂之含量較佳為20質量%以上80質量%以下，更佳為40質量%以上60質量%以下。
作為萘型環氧樹脂，例如可使用以下之式(5)~(8)中 之任一者。再者，式(6)中，m、n表示萘環上之取代基之個數，分別獨立地表示1~7之整數。又，式(7)中，Me表示甲基，l、m、n為1以上之整數。但是，l、m、n較佳為10以下。
m、n為1~7之整數
l、m、n為1以上之自然數
再者，作為式(6)之化合物，較佳為使用以下任意1種以上。
又，作為萘型環氧樹脂，亦可使用以下之式(8)所表示之伸萘基醚型環氧樹脂。
(上述式(8)中，n為1以上20以下之整數，1為1以上2以下之整數，R1分別獨立地為氫原子、苄基、烷基或下述式(9)所表示之結構，R2分別獨立地為氫原子或甲基)
(上述式(9)中，Ar分別獨立地為伸苯基或伸萘基，R2分別獨立地為氫原子或甲基，m為1或2之整數)
上述式(8)所表示之伸萘基醚型環氧樹脂可列舉下述式(10)所表示者為例。
(上述式(10)中，n為1以上20以下之整數，較佳為1以上10以下之整數，更佳為1以上3以下之整數。R分別獨立地為氫原子或下述式(11)所表示之結構，較佳為氫原子)
(上述式(11)中，m為1或2之整數)
上述式(10)所表示之伸萘基醚型環氧樹脂例如可列舉下述式(12)~(16)所表示者為例。
環氧樹脂組成物中所含之環氧樹脂(A)之含量只要根據 其目的而適當調整即可，並無特別限定，相對於環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，較佳為1質量%以上23質量%以下，更佳為2質量%以上15質量%以下。若環氧樹脂(A)之含量為上述下限值以上，則處理性提昇，容易形成絕緣樹脂層102。若環氧樹脂(A)之含量為上述上限值以下，則絕緣樹脂層102之強度或難燃性進一步提昇，或絕緣樹脂層102之熱導性進一步提昇。
氧化鋁(B)較佳為於平均粒徑不同之3成分(大粒徑、 中粒徑、小粒徑)之混合體系中，大粒徑成分為球狀，中粒徑成分及小粒徑成分為多面體狀。
更具體而言，氧化鋁(B)較佳為如下大粒徑氧化鋁、中粒徑氧化鋁及小粒徑氧化鋁之混合物，其中大粒徑氧化鋁係平均粒徑屬於5.0μm以上50μm以下、較佳為屬於5.0μm以上25μm以下之第1粒徑範圍，且圓形度為0.80以上1.0以下、較佳為0.85以上0.95以下者；中粒徑氧化鋁係平均粒徑屬於1.0μm以上且未達5.0μm之第2粒徑範圍，且圓形度為0.50以上0.90以下、較佳為0.70以上0.80以下者；小粒徑氧化鋁係平均粒徑屬於0.1μm以上且未達1.0μm之第3粒徑範圍，且圓形度為0.50以上0.90以下、較佳為0.70以上0.80以下者。
此處，粒徑可使用雷射繞射式粒度分佈測定裝置SALD-7000，藉由於水中對氧化鋁進行1分鐘超音波處理使其分散而測定。
藉此，由於在大粒徑成分之間隙填充中粒徑成分，進而，於中粒徑成分之間隙填充小粒徑成分，故而可提高氧化鋁之填充性，可進一步增大氧化鋁粒子彼此之接觸面積。其結果，可進一步提昇絕緣樹脂層102之熱導性。進而，可進一步提昇絕緣樹脂層102之焊料耐熱性、耐撓曲性、絕緣性。
又，藉由使用此種氧化鋁(B)而可進一步提昇絕緣樹脂層102與金屬基板101之密接性。
藉由該等相乘效應而可進一步提高金屬基底電路基板100之絕緣可靠性。
環氧樹脂組成物中所含之氧化鋁(B)之含量相對於該環 氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%為75質量%以上95質量%以下，更佳為80質量%以上90質量%以下。藉由將氧化鋁(B)之含量高填充為75質量%以上95質量%以下，而使氧化鋁粒子彼此之接觸面積變大。其結果，可提昇絕緣樹脂層102之熱導性，可提昇電子裝置1之散熱性。因此，可使電子零件11之熱充分地傳遞至外部。藉此，可製成耐久性較高之電子裝置1。
又，相對於氧化鋁(B)之整體100質量%，屬於第1粒徑 範圍之氧化鋁之含量較佳為65質量%以上85質量%以下，屬於第2粒徑範圍之氧化鋁之含量較佳為10質量%以上20質量%以下，屬於第3粒徑範圍之氧化鋁之含量較佳為5質量%以上18質量%以下。
環氧樹脂組成物較佳為進而含有苯氧基樹脂(C)。藉由含 有苯氧基樹脂(C)，而可提昇絕緣樹脂層102之耐撓曲性，故而可抑制因高填充氧化鋁(B)而導致之絕緣樹脂層102之處理性之降低。
又，藉由含有苯氧基樹脂(C)，而可使絕緣樹脂層102之彈性模數降低，於此情形時，可提昇金屬基底電路基板100之應力緩和力。例如，於製造電子裝置1之情形時，即便於急遽之加熱/冷卻之環境下，亦可於接合電子零件11與金屬基底電路基板100之焊料接合部或其附近抑制龜裂等不良之產生。如此，可提昇金屬基底電路基板100之熱循環特性。
又，若含有苯氧基樹脂(C)，則由於黏度上升，可使壓製時之流動性降低，抑制於所獲得之絕緣樹脂層102中產生空隙等，或可更容易地調整所獲得之絕緣樹脂層102之厚度，或可提昇絕緣樹脂層102之厚度之均勻性。又，可提昇絕緣樹脂層102與金屬基板101之密接性。藉由該等相乘 效應，而可進一步提高金屬基底電路基板100之絕緣可靠性。
作為苯氧基樹脂(C)，例如可列舉：具有雙酚骨架之苯氧 基樹脂、具有萘骨架之苯氧基樹脂、具有蒽骨架之苯氧基樹脂、具有聯苯骨架之苯氧基樹脂等。又，亦可使用具有複數種該等骨架之結構之苯氧基樹脂。
該等之中，較佳為使用雙酚A型或雙酚F型苯氧基樹脂。 亦可使用具有雙酚A骨架與雙酚F骨架兩者之苯氧基樹脂。
苯氧基樹脂(C)之重量平均分子量並無特別限定，較佳 為4.0×104以上8.0×104以下。
再者，苯氧基樹脂(C)之重量平均分子量為利用凝膠滲透層析法(GPC)而測定出之聚苯乙烯換算之值。
苯氧基樹脂(C)之含量例如相對於環氧樹脂組成物之全 部固形物成分100質量%，較佳為1質量%以上15質量%以下，更佳為2質量%以上10質量%以下。
作為硬化劑(D)(硬化觸媒)，例如可列舉：環烷酸鋅、 環烷酸鈷、辛酸錫、辛酸鈷、雙乙醯丙酮鈷(II)、三乙醯丙酮鈷(III)等有機金屬鹽；雙氰胺、二伸乙基三胺、三伸乙基四胺、間苯二甲胺、二胺基二苯甲烷、二胺基二乙基二苯甲烷、間苯二胺、二胺基二苯碸、異佛爾酮二胺、降莰烯二胺、三乙胺、三丁胺、二氮雙環[2,2,2]辛烷等胺系硬化劑；2-苯基-咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-乙基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥基咪唑、2-苯基-4,5-二羥基咪唑等咪唑系硬化劑；三苯基膦、三-對甲苯基膦、四苯基鏻-四苯基硼酸鹽、三苯基膦-三苯基硼烷、 1,2-雙-(二苯基膦基)乙烷等有機磷化合物；苯酚、雙酚A、壬基苯酚等酚化合物；乙酸、苯甲酸(benzoic acid)、水楊酸、對甲苯磺酸等有機酸等；或該等之混合物。作為硬化劑(D)，可包括該等之衍生物在內單獨使用1種，亦可包括該等之衍生物在內併用2種以上。
該等中，就可獲得接著性優異，且於相對低之溫度下進行反應，耐熱性優異之硬化物之方面而言，較佳為胺系硬化劑、咪唑系硬化劑。
硬化觸媒之含量並無特別限定，相對於環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，例如為0.05質量%以上3.0質量%以下。
進而，環氧樹脂組成物亦可含有偶合劑(E)。偶合劑(E)可提昇環氧樹脂(A)與氧化鋁(B)之界面之潤濕性。
作為偶合劑(E)，若為通常所使用者，則均可使用，具體而言較佳為使用選自環氧矽烷偶合劑、陽離子矽烷偶合劑、胺基矽烷偶合劑、鈦酸酯系偶合劑及聚矽氧油型偶合劑中之1種以上之偶合劑。
偶合劑(E)之添加量由於依存於氧化鋁(B)之比表面積，故而並無特別限定，相對於氧化鋁(B)100質量份，較佳為0.05質量份以上3質量份以下，尤佳為0.1質量份以上2質量份以下。
於環氧樹脂組成物中，可於不損害本發明之效果之範圍內含有抗氧化劑、調平劑等。
繼而，對環氧樹脂組成物之物性進行說明。
本實施形態之環氧樹脂組成物較佳為具有以下之黏度舉動者。具有以下特性：使用動態黏彈性測定裝置，於將該環氧樹脂組成物於升溫速度3℃/min、頻率1Hz之條件下自60℃升溫至熔融狀態時，初期時熔融黏度減 小，於達到最低熔融黏度後進而上升；且最低熔融黏度為1×103Pa‧s以上1×105Pa‧s以下之範圍內。
若最低熔融黏度為上述下限值以上，則可抑制環氧樹脂(A)與氧化鋁(B)分離而僅使環氧樹脂(A)流動之情況，可獲得更均質之絕緣樹脂層102。
又，若最低熔融黏度為上述上限值以下，則可提昇環氧樹脂組成物對金屬基板101之潤濕性，可進一步提昇絕緣樹脂層102與金屬基板101之密接性。
藉由該等相乘效應，可進一步提昇金屬基底電路基板100之散熱性及絕緣破壞電壓。進而，可進一步提昇金屬基底電路基板100之熱循環特性。
又，本實施形態之環氧樹脂組成物較佳為達到最低熔融黏度之溫度為60℃以上100℃以下之範圍內。
又，本實施形態之環氧樹脂組成物之流動率較佳為15%以上，更佳為未達60%。流動率可按以下之順序進行測定。首先，於將具有由本實施形態之環氧樹脂組成物形成之樹脂層之金屬箔裁斷為特定之尺寸(50mm×50mm)後，積層5~7片，測定其重量。繼而，於內部溫度保持為175℃之熱盤間進行壓製5分鐘後，冷卻，仔細地卸下流出之樹脂，並再次測定重量。流動率可藉由下式(I)求出。
流動率(%)=(測定前重量-測定後重量)/(測定前重量-金屬箔重量) (I)
若具有此種黏度舉動，則於將環氧樹脂組成物加熱硬化而形成絕緣樹 脂層102時，可抑制空氣侵入環氧樹脂組成物中，並且可將溶解於環氧樹脂組成物中之氣體充分地排出至外部。其結果，可抑制於絕緣樹脂層102產生氣泡，可確實地將熱自絕緣樹脂層102傳遞至金屬基板101。又，藉由抑制氣泡之產生，而可提高金屬基底電路基板100之絕緣可靠性。又，可提昇絕緣樹脂層102與金屬基板101之密接性。
藉由該等相乘效應，可進一步提昇金屬基底電路基板100之散熱性，其結果，可進一步提昇金屬基底電路基板100之熱循環特性。
為了實現具有此種黏度舉動之環氧樹脂組成物，例如只要 適當調整上述環氧樹脂(A)之種類或量、氧化鋁(B)之種類或量、及苯氧基樹脂(C)之種類或量即可。尤其是，藉由使用萘型環氧樹脂等流動性較佳之樹脂，而可容易獲得如上述之黏度特性。
其次，對絕緣樹脂層102之物性進行說明。
絕緣樹脂層102具有較高之熱導性。具體而言，藉由雷射閃光法而測定之絕緣樹脂層102之厚度方向之熱導率較佳為3.0W/(m‧k)以上，更佳為5.0W/(m‧k)以上。
藉此，可容易地使來自電子零件11之熱經由絕緣樹脂層102傳達至金屬基板101。
又，絕緣樹脂層102之剛性提高，可降低絕緣樹脂層102 之翹曲，其結果，就可抑制電子零件相對於電路基板之位置偏移，可進一步提高電子零件與電路基板間之連接可靠性之觀點而言，較佳為玻璃轉移溫度為100℃以上150℃以下。絕緣樹脂層102之玻璃轉移溫度可基於JIS C 6481，按以下之方式進行測量。
使用動態黏彈性測定裝置(TA Instruments公司製造之DMA/983)，於氮氣氛圍(200ml/分鐘)下施加拉伸負載，於頻率1Hz、以升溫速度5℃/分鐘在自-50℃至300℃之溫度範圍內升溫之條件下進行測定，根據tan δ之波峰位置而獲得玻璃轉移溫度Tg。
又，關於絕緣樹脂層102之25℃之彈性模數(儲存彈性模 數)E'，就剛性提高，可降低絕緣樹脂層102之翹曲，其結果，可抑制電子零件相對於電路基板之位置偏移，可進一步提高電子零件與電路基板間之連接可靠性之觀點而言，較佳為30GPa以上70GPa以下。
再者，上述儲存彈性模數係利用動態黏彈性測定裝置而測定出者。
儲存彈性模數E'係對絕緣樹脂層102施加拉伸負載，於頻率1Hz下以升溫速度5~10℃/分鐘自-50℃升溫至300℃進行測定時之25℃之儲存彈性模數之值。
如以上之金屬基底電路基板100可按以下之方式製造。
首先，準備金屬基板101。
其後，於金屬基板101上設置由上述環氧樹脂組成物所構成之B階段狀態之樹脂層。此時，可藉由將上述樹脂組成物塗佈於金屬基板101而於金屬基板101上形成樹脂層，又，亦可於載體材料上形成樹脂層而製作附樹脂層之載體材料，藉由將該附樹脂層之載體材料積層於金屬基板101而於金屬基板101上形成樹脂層。
此時，B階段狀態之樹脂層之厚度例如為40μm以上300μm以下。
以下，對製作附樹脂層之載體材料，將該附樹脂層之載體材料積層於金屬基板101之方法進行說明。首先，於載體材料上形成樹脂 層，獲得附樹脂層之載體材料。
載體材料例如為聚對苯二甲酸乙二酯膜等樹脂膜、銅箔等金屬箔等。 載體材料之厚度例如為10~500μm。
其次，以使附樹脂層之載體材料之樹脂層側之面接觸於金 屬基板101之表面之方式將附樹脂層之載體材料積層於金屬基板101。其後，使用壓製等對樹脂層加壓，並加熱硬化而形成絕緣樹脂層102。
繼而，自絕緣樹脂層102去除載體材料，於露出之絕緣樹 脂層102之表面形成金屬層103。又，於載體材料為金屬箔之情形時，亦可將載體材料直接作為金屬層103。
金屬層103例如由銅、鋁、鎳、鐵、錫等構成，亦可含有2種以上。 金屬層103之厚度例如為10μm以上500μm以下。再者，亦可於絕緣樹脂層102與金屬層103間介置接著層等其他層。
其後，藉由將樹脂層後硬化而形成絕緣樹脂層102。
其次，視需要藉由將金屬層103蝕刻為特定之圖案等而形成電路，從而獲得金屬基底電路基板100。再者，本實施形態中，金屬基底電路基板100亦包括金屬層103經電路加工前之狀態。
於設為多層之情形時，在金屬基底電路基板100形成電路後，進而積層絕緣片材，藉由與上述同樣地蝕刻而形成電路，從而可獲得多層之金屬基底電路基板100。再者，作為上述絕緣片材，就使電子裝置1之熱導性進一步提昇之觀點而言，較佳為藉由與上述用於絕緣樹脂層102者相同之環氧樹脂組成物而形成者。
又，亦可於最外層形成阻焊劑，藉由曝光、顯影使連接用電極部露出 以可安裝電子零件11。
繼而，對本實施形態之電子裝置1進行說明。圖2係本發明之一實施形態之電子裝置1之剖面圖。
電子裝置1具備金屬基底電路基板100、設置於金屬基底電路基板100上之電子零件11。絕緣樹脂層102係藉由上述環氧樹脂組成物而形成者。
本實施形態中，電子裝置1為半導體裝置，例如為功率半導體裝置、LED照明、反向器裝置。
此處，所謂反向器裝置係指自直流電力電性地產生交流電力(具有逆轉換之功能)者。又，所謂功率半導體裝置，與通常之半導體元件相比，具有高耐壓化、大電流化、高速/高頻化之特徵，通常稱為功率裝置，可列舉：整流二極體、功率電晶體、功率MOSFET、絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、閘流體、閘極截止閘流體(GTO)、三端雙向可控矽開關(triac)等。
電子零件11為絕緣閘極雙極電晶體、二極體等半導體元件、電阻、電容器等各種發熱元件。金屬基底電路基板100作為散熱片(heat spreader)而發揮功能。
電子零件11經由焊料15而接合於支撐基材12。
支撐基材12為搭載電子零件11者。本實施形態中，支撐基材12具備引線框架121、絕緣片材122。
引線框架121具備晶片座部121A、連接於該晶片座部121A之內引線(圖示略)、連接於內引線之外引線(圖示略)。引線框架121係以晶片座部121A支撐電子零件11。晶片座部121A經由焊料15電性連接至電子零 件11。引線框架121只要為導電性之構件即可，例如為Cu等金屬製。
絕緣片材122係用以將金屬層103自引線框架121絕緣。絕緣片材122由樹脂材料構成。
例如，絕緣片材122含有作為樹脂成分之具有羧基之樹脂與熱導性填料。
作為具有羧基之樹脂，可列舉以丙烯酸丁酯及丙烯酸乙酯中之任一者或兩者作為主要原料成分的含有羧基之聚(甲基)丙烯酸酯系高分子化合物(所謂丙烯酸橡膠)。
又，作為熱導性填料，可使用氮化硼或氧化鋁等。
相對於絕緣片材122整體，熱導性填料之含量為50~60體積%，樹脂成分較佳為40~50體積%。
本實施形態中，絕緣片材122之平面形狀較引線框架121之晶片座部121A大，其在沿著電子零件11、支撐基材12、金屬層103、絕緣樹脂層102、金屬基板101之積層方向俯視電子裝置1時，自晶片座部121A之外周緣伸出。
再者，作為絕緣片材122，就使電子裝置1之熱導性進一步提昇之觀點而言，較佳為由與上述用於絕緣樹脂層102者相同之環氧樹脂組成物形成。
金屬層103配置於絕緣樹脂層102與絕緣片材122間，並直接接觸於絕緣樹脂層102。
該金屬層103將來自電子零件11之熱傳遞至金屬基板101。金屬層103例如為Cu等金屬製。金屬層103為板狀之構件，成為與絕緣片材122 大致相同之大小。
如以上之電子裝置1可按如下之方式製造。
首先，準備金屬基底電路基板100。
繼而，於金屬層103上配置絕緣片材122、引線框架121。其後，經由焊料15將引線框架121之晶片座部121A與電子零件11相接合。其後，藉由密封材料16將電子零件11密封。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，於可達成本發明之目的之範圍內之變化、改良等亦包含於本發明。
例如，上述實施形態中，支撐基材12具備引線框架121與絕緣片材122，但並不限定於此。例如，亦可使用陶瓷基板代替支撐基材12及金屬層103。於此情形時，絕緣樹脂層102成為將陶瓷基板與金屬基板101接著者。
[實施例]
以下，根據實施例及比較例對本發明進行說明，但本發明並不限定於此。再者，實施例中，份只要無特別說明則表示質量份。又，各者之厚度以平均膜厚表示。
(實施例1)
(1)樹脂清漆之製備
使具有雙酚F骨架與雙酚A骨架之苯氧基樹脂(三菱化學公司製造，4275，重量平均分子量6.0×104，雙酚F骨架與雙酚A骨架之比率=75：25)3.9質量份、雙酚F型環氧樹脂(DIC公司製造，830S，環氧當量170)3.0質量份、萘型環氧樹脂(DIC公司製造，HP-6000，環氧當量 250，為化學式(10)中，R均為氫原子，且n=1之成分與化學式(10)中，R均為氫原子，且n=2之成分之混合物)3.0質量份、雙氰胺(DEGUSSA製造)0.3質量份、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷(Shin-Etsu Silicones公司製造，KBM-403)1.3質量份、球狀氧化鋁(平均粒徑22μm、圓形度：0.91，NIPPON STEEL & SUMIKIN MATERIALS公司製造，AX-25)67.3質量份、多面體狀氧化鋁(平均粒徑4μm、圓形度：0.75，日本輕金屬公司製造，LS-210)13.2質量份、多面體狀氧化鋁(平均粒徑0.7μm、圓形度：0.71，日本輕金屬公司製造，LS-250)8.0質量份溶解於環己酮中，並加以混合，使用高速攪拌裝置攪拌，獲得以固形物成分基準計為86質量%之清漆狀之環氧樹脂組成物。
(2)附樹脂之金屬箔之製作
作為金屬箔，使用厚度70μm之銅箔(Furukawa Circuit Foil公司製造，GTSMP)，以缺角輪塗佈機(comma coater)於銅箔之粗化面塗佈清漆狀之環氧樹脂組成物，於100℃加熱乾燥3分鐘，並於150℃加熱乾燥3分鐘，獲得樹脂厚80μm之附樹脂之銅箔。
(3)金屬基底電路基板之製作
將上述附樹脂之銅箔與1mm厚之鋁板貼合，以真空壓製，於壓製壓力100 kg/cm2下，於80℃30分鐘、180℃60分鐘之條件下進行壓製，獲得金屬基底電路基板(絕緣樹脂層之厚度：80μm)。
再者，表1所示之特性之測定方法如以下所述。下述實施例、比較例中亦相同。
1.環氧樹脂組成物之特性
(1)黏度特性
使用Anton Paar Japan公司製造之Rheometer MCR301，自60℃以升溫速度3℃/min、頻率1Hz升溫至160℃。根據所獲得之黏度分佈而求出最低熔融黏度及達到最低熔融黏度之溫度。
(2)流動率
將所獲得之附樹脂之金屬箔裁斷為50mm×50mm後，積層5片，夾於內部溫度保持為175℃之熱盤間，於50kg/cm2之壓力下壓製5分鐘後，進行冷卻。其後，切落流出之樹脂，根據上述計算式(I)算出流動率。
2.氧化鋁之特性
(3)圓形度
圓形度係使用Sysmex公司製造之流動式粒子像解析裝置「FPIA-3000」來測定。測定試樣係藉由於蒸餾水50~100ml中適量添加界面活性劑，於其中添加氧化鋁粒子10~20mg後，以超音波分散器分散處理1分鐘而製作。再者，圓形度係使流動式粒子像解析裝置「FPIA-3000」解析一個粒子投影像之周長及與粒子投影像之面積相當之圓之周長，藉由下式而求出圓形度，並自動算出每20000個之平均值。
圓形度=(與粒子投影像之面積相當之圓之周長)/(粒子投影像之周長)
3.金屬基底電路基板之特性
(4)熱導率
自金屬基底電路基板將銅箔及鋁板剝離，獲得絕緣樹脂層。繼而，測量絕緣樹脂層之厚度方向之熱導率。具體而言，由以雷射閃光法(半衰期 法(Half-time method))測定之熱擴散係數(α)、藉由DSC法測定之比熱(Cp)、及根據JIS-K-6911測定之密度(ρ)，使用下式算出熱導率。熱導率之單位為W/m‧K。熱導率[W/m‧K]=α[mm2/s]×Cp[J/kg‧K]×ρ[g/cm3]
(5)剝離強度
於利用鋸片研磨機(Grinder saw)將金屬基底電路基板切割為100mm×25mm後，藉由蝕刻而製作於中央僅殘留銅箔100mm×10mm之試樣，測定於23℃之銅箔與絕緣樹脂層之剝離強度。再者，剝離強度測定係根據JIS C 6481而進行。
(6)焊料耐熱性
於利用鋸片研磨機將金屬基底電路基板切割為50mm×50mm後，藉由蝕刻而製作僅殘留1/2銅箔之試樣，根據JIS C 6481進行評價。評價係於260℃之焊料槽中浸漬30秒鐘後，調查有無外觀之異常。
評價基準○：無異常
×：有異常(整體上有鼓出之部位)
(7)吸濕焊料耐熱性
於利用鋸片研磨機將金屬基底電路基板切割為50mm×50mm後，根據JIS C 6481進行半面蝕刻而製作試樣。於121℃之壓力鍋中處理2小時後，於260℃之焊料槽中使銅箔面朝下地漂浮，調查30秒後有無外觀之異常。
評價基準○：無異常
×：有鼓出(整體上有鼓出之部位)
(8)Tg(玻璃轉移溫度)
基於JIS C 6481，以如下之方式進行測定。
自金屬基底電路基板將銅箔及鋁板剝離，獲得絕緣樹脂層。繼而，使用動態黏彈性測定裝置(TA Instruments公司製造之DMA/983)，於氮氣氛圍(200ml/分鐘)下施加拉伸負載，於頻率1Hz、以升溫速度5℃/分鐘在自-50℃至300℃之溫度範圍內升溫之條件下進行測定，根據tan δ之波峰位置而獲得玻璃轉移溫度Tg。
(9)儲存彈性模數(E')
自金屬基底電路基板將銅箔及鋁板剝離，獲得絕緣樹脂層。並且，切削絕緣樹脂層，獲得8×20mm之試驗片。藉由動態黏彈性測定裝置，以拉伸模式、頻率1Hz、升溫速度5℃/分鐘，於-50℃~300℃之溫度範圍內進行測定。繼而，獲得25℃之儲存彈性模數。
(10)絕緣破壞電壓
於利用鋸片研磨機將金屬基底電路基板切割為100mm×100mm後，藉由蝕刻去除銅箔而製成試樣。使用耐受電壓試驗器(MODEL 7473，EXTECH Electronics公司製造)，使電極接觸於絕緣樹脂層與鋁板，以0.5kV/秒之速度且以電壓上升之方式向兩電極施加交流電壓。將金屬基底電路基板之絕緣樹脂層受到破壞之電壓稱為絕緣破壞電壓。
(11)難燃性評價
根據UL規格UL94V(A)進行評價。
(12)熱循環試驗
使用所獲得之環氧樹脂組成物，製造圖2所示之電子裝置。但是，未設置密封材。
於金屬基底電路基板上配置絕緣片材122、Cu製之引線框架121。使 用Furukawa Electric公司製造之F-CO TM Sheet HF作為絕緣片材122。其後，經由焊料15(材料Sn-3.0Ag-0.5Cu)將引線框架121之晶片座部121A與電子零件11接合。
如上所述，準備3個電子裝置，實施熱循環試驗。熱循環試驗係以-40℃5分鐘~+125℃5分鐘為1個循環進行3000次。熱循環試驗後，於顯微鏡下觀察焊料部分之龜裂率。
將3個電子裝置中即便有1個龜裂率為100%之情形判定為不良(×)，將3個電子裝置中任一者龜裂率均未達100%之情形判定為良好(○)。
此處，所謂焊料部分之龜裂率係指零件接合部之焊料部分之龜裂行進率。係指將龜裂行進而使與基板之連接完全斷線之情形設為100%之比率。
(實施例2~5、比較例1及2)
實施例2~5、比較例1及2中，將樹脂清漆之組成變更為表1所示者，除此以外，與實施例1同樣地製作清漆狀之環氧樹脂組成物、附樹脂之銅箔、金屬基底電路基板及電子裝置，並進行評價。
實施例中所獲得之金屬基底電路基板均成為剝離強度較高，焊料耐熱性及難燃性優異之結果。又，亦具有充分之絕緣破壞電壓值及高熱導率。又，關於電子裝置中之熱循環性亦可獲得良好之結果。
因此，確認藉由使用本發明之環氧樹脂組成物及金屬基底電路基板，而可獲得耐久性較高之電子裝置。
該申請案主張以2013年10月17日申請之日本專利申請案2013-216115號為基礎之優先權，其揭示之內容全部被併入於此。
100‧‧‧金屬基底電路基板
101‧‧‧金屬基板
102‧‧‧絕緣樹脂層
103‧‧‧金屬層

Claims (15)

  1. 一種環氧樹脂組成物，其被用於形成構成金屬基底電路基板之絕緣樹脂層，該金屬基底電路基板具備金屬基板、設置於該金屬基板上之絕緣樹脂層、及設置於該絕緣樹脂層上之金屬層；且該環氧樹脂組成物含有環氧樹脂、及氧化鋁；且相對於該環氧樹脂組成物之全部固形物成分100質量%，該氧化鋁之含量為75質量%以上95質量%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之環氧樹脂組成物，其中，該氧化鋁係以下氧化鋁之混合物：大粒徑氧化鋁，其藉由雷射繞射散射式粒度分佈測定法而測定之重量基準粒度分佈之平均粒徑屬於5.0μm以上50μm以下之第1粒徑範圍，且圓形度為0.80以上1.0以下；中粒徑氧化鋁，其藉由雷射繞射散射式粒度分佈測定法而測定之重量基準粒度分佈之平均粒徑屬於1.0μm以上且未達5.0μm之第2粒徑範圍，且圓形度為0.50以上0.90以下；及小粒徑氧化鋁，其藉由雷射繞射散射式粒度分佈測定法而測定之重量基準粒度分佈之平均粒徑屬於0.1μm以上且未達1.0μm之第3粒徑範圍，且圓形度為0.50以上0.90以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之環氧樹脂組成物，其具有以下特性：於使用動態黏彈性測定裝置將該環氧樹脂組成物於升溫速度3℃/min、頻率1Hz之條件下自60℃升溫至熔融狀態時， 初期之熔融黏度減小，達到最低熔融黏度後進而上升；且該最低熔融黏度為1×103Pa‧s以上1×105Pa‧s以下之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第3項之環氧樹脂組成物，其達到該最低熔融黏度之溫度為60℃以上100℃以下之範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之環氧樹脂組成物，其流動率為15%以上。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之環氧樹脂組成物，其中，該環氧樹脂包含具有萘環骨架且具有2個以上環氧丙基的萘型環氧樹脂。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之環氧樹脂組成物，其進而含有苯氧基樹脂。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之環氧樹脂組成物，其進而含有硬化劑。
  9. 一種附樹脂層之載體材料，其被用於形成構成金屬基底電路基板之絕緣樹脂層，該金屬基底電路基板具備金屬基板、設置於該金屬基板上之絕緣樹脂層、及設置於該絕緣樹脂層上之金屬層；且該附樹脂層之載體材料具備載體材料、及設置於該載體材料之一面，含有環氧樹脂與氧化鋁，且為B階段狀態之樹脂層；且該樹脂層係藉由申請專利範圍第1至8項中任一項之環氧樹脂組成物而形成者。
  10. 如申請專利範圍第9項之附樹脂層之載體材料，其中，該載體材料為樹脂膜或金屬箔。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之附樹脂層之載體材料，其中，B階段狀態之該樹脂層之厚度為300μm以下。
  12. 一種金屬基底電路基板，其具備：金屬基板、設置於該金屬基板上之絕緣樹脂層、及設置於該絕緣樹脂層上之金屬層；且該絕緣樹脂層係藉由申請專利範圍第1至8項中任一項之環氧樹脂組成物而形成者。
  13. 如申請專利範圍第12項之金屬基底電路基板，其中，該金屬基板為鋁基板。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之金屬基底電路基板，其中，藉由雷射閃光法而測定之該絕緣樹脂層之厚度方向之熱導率為3W/(m‧k)以上。
  15. 一種電子裝置，其具備申請專利範圍第12至14項中任一項之金屬基底電路基板、及設置於該金屬基底電路基板上之電子零件。
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