WO2021192480A1 - 絶縁膜、金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法 - Google Patents

絶縁膜、金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法 Download PDF

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WO2021192480A1
WO2021192480A1 PCT/JP2021/000020 JP2021000020W WO2021192480A1 WO 2021192480 A1 WO2021192480 A1 WO 2021192480A1 JP 2021000020 W JP2021000020 W JP 2021000020W WO 2021192480 A1 WO2021192480 A1 WO 2021192480A1
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insulating film
resin
inorganic filler
metal base
base substrate
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史朗 石川
原　慎太郎
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三菱マテリアル株式会社
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    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate

Definitions

  • the present invention relates to an insulating film and a metal base substrate and a method for manufacturing a metal base substrate using the insulating film.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-052543 filed in Japan on March 24, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a metal-based substrate is known as one of the substrates for mounting electronic components such as semiconductor elements and LEDs.
  • the metal base substrate is a laminate in which a metal substrate, an insulating film, and a metal foil are laminated in this order.
  • the insulating film is generally formed of an insulating composition containing a resin having excellent insulating properties and withstand voltage properties and an inorganic filler having excellent thermal conductivity.
  • Electronic components are mounted on metal leaf via solder. In the metal base substrate having such a configuration, the heat generated in the electronic component is transferred to the metal substrate via the insulating film and dissipated from the metal substrate to the outside.
  • the metal base substrate is less likely to generate solder cracks even after repeated cooling and heating cycles, that is, has high reliability for the heating and cooling cycles. It is also desired that the metal base substrate is excellent in insulating property and withstand voltage property, and easily dissipates heat generated by electronic components to the outside, that is, has high heat dissipation. In order to improve the reliability of the thermal cycle, it is preferable that the stress generated by the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal substrate of the metal base substrate and the electronic component can be relaxed by the insulating film of the metal base substrate.
  • the metal base substrate is generally manufactured by laminating a metal substrate, an insulating film, and a metal foil that acts as a circuit layer. Alternatively, there is also a method of forming an insulating film on a metal substrate and then laminating a metal foil.
  • thermocompression bonding in which the metal foil and the insulating film are pressure-bonded while applying heat to the metal substrate with the insulating film.
  • This process also reduces the voids in the insulating film, which are likely to occur when the inorganic filler is highly filled, and improves the heat dissipation of the insulating film.
  • an insulating film using a resin material having low heat resistance tends to be difficult to reduce voids and to improve heat dissipation. That is, it has been difficult to improve the performances of both stress relaxation and heat dissipation with the conventional insulating film.
  • the insulating film according to one aspect of the present invention is an insulating film containing a resin and an inorganic filler dispersed in the resin, and the resin is a polyimide resin or a polyamide-imide resin.
  • the inorganic filler has an average particle diameter in the range of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and the content of the inorganic filler in the insulating film is 50% by volume or more and 85% by volume or less. It is characterized in that it is within the range, the void content is 10% or less, and the elasticity at 100 ° C. is 1 GPa or less.
  • the resin is a polyimide resin, a polyamide-imide resin, or a mixture thereof, the insulation and withstand voltage are improved, and the insulation and withstand voltage are stable for a long period of time. do.
  • the inorganic filler has an average particle diameter of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, which is fine, and the content of the inorganic filler is 50% by volume or more and 85% by volume or less. It is in. Therefore, the thermal conductivity and withstand voltage are improved, and the elastic modulus of the insulating film is suppressed from becoming excessively high.
  • the elastic modulus at 100 ° C. is as low as 1 GPa or less, and the elastic deformation is likely to occur, so that the stress relaxation property is high.
  • the content of voids (pores) is 10% or less, and there are few pores between the resin and the inorganic filler, so that the insulating film has high thermal conductivity and withstand voltage. High heat dissipation.
  • the inorganic filler is ⁇ -alumina particles and the ratio of the tap density to the true density of the ⁇ -alumina particles is 0.1 or more. ..
  • the thermal conductivity of the insulating film is further improved.
  • the ratio of the tap density to the true density of the ⁇ -alumina particles is 0.1 or more, the distance between the ⁇ -alumina particles in the insulating film can be kept narrow, and voids are less likely to occur. The thermal conductivity and withstand voltage resistance of the insulating film are improved more reliably.
  • the ⁇ -alumina particles are single crystal particles.
  • the thermal conductivity of the ⁇ -alumina particles becomes higher, so that the thermal conductivity of the insulating film is further improved.
  • the metal base substrate according to one aspect of the present invention is a metal base substrate in which a metal substrate, an insulating film, and a metal foil are laminated in this order, and the insulating film relates to the above aspect of the present invention. It is characterized by being composed of an insulating film. According to the metal base substrate having this configuration, since the above-mentioned insulating film is arranged between the metal substrate and the metal foil, the reliability for the cooling and heating cycle is high and the heat dissipation is excellent.
  • a method for producing a metal-based substrate according to one aspect of the present invention comprises a metal substrate containing a solvent, a resin, and an inorganic filler having an average particle diameter in the range of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • An insulating film forming step of drying the insulating composition film to form an insulating film, and a metal foil laminated on the insulating film, and the obtained laminate is heated at a temperature of 200 ° C. or higher and 1 MPa or more. It is characterized by including a crimping step of joining the insulating film and the metal foil by crimping at a pressure of 30 MPa or less for 60 minutes or more.
  • the laminate in the crimping step, is crimped at a pressure of 1 MPa or more and 30 MPa or less while heating at a temperature of 200 ° C. or higher for 60 minutes or longer. Therefore, the resin flows through the pores between the resin and the inorganic filler, so that the pores are reduced and the void content is as low as 10% or less. As a result, the overall composition of the insulating film becomes uniform, so that the withstand voltage is improved as well as the thermal conductivity, and the heat dissipation is improved.
  • the metal base substrate obtained by the above manufacturing method has high reliability for the cooling and heating cycle and excellent heat dissipation.
  • an insulating film having excellent insulating properties, withstand voltage properties, stress relaxation properties, and thermal conductivity, and therefore excellent heat dissipation. Further, according to one aspect of the present invention, it is also possible to provide a metal base substrate and a method for manufacturing a metal base substrate, which are highly reliable for a thermal cycle and have excellent heat dissipation.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an insulating film according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the insulating film 10 of the present embodiment contains the resin 11 and the inorganic filler 12.
  • the resin 11 serves as a base material for the insulating film 10.
  • the resin 11 is made of a polyimide resin, a polyamide-imide resin, or a mixture thereof. These resins have an imide bond, have high heat resistance, and are not easily thermally decomposed even at 200 ° C. In addition, it is excellent in properties such as insulation, withstand voltage, chemical resistance and mechanical properties.
  • the elastic modulus of the resin 11 at 100 ° C. is preferably 0.1 GPa or less, and particularly preferably 0.01 GPa or less.
  • the elastic modulus of the resin 11 is a dynamic elastic modulus.
  • the dynamic elastic modulus of the resin 11 can be measured by using a dynamic viscoelasticity measuring method (DMA method).
  • the average particle size of the inorganic filler 12 is in the range of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average particle size of the inorganic filler 12 is preferably 0.10 ⁇ m or more.
  • the thermal conductivity of the insulating film 10 is improved.
  • the average particle size of the inorganic filler 12 is 20 ⁇ m or less, the withstand voltage resistance of the insulating film 10 is improved.
  • the average particle size of the inorganic filler 12 is within the above range, the inorganic filler 12 is less likely to form aggregated particles, and the inorganic filler 12 is easily dispersed uniformly in the resin 11.
  • the withstand voltage of the insulating film 10 is improved.
  • the average particle size of the inorganic filler 12 is preferably in the range of 0.3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the inorganic filler 12 is a value of the volume cumulative average diameter (Dv50) measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device using the dispersion liquid of the inorganic filler 12.
  • Dv50 volume cumulative average diameter
  • the inorganic filler 12 is put into an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent together with a dispersant, and the inorganic filler 12 is dispersed by ultrasonic dispersion.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the content of the inorganic filler 12 in the insulating film 10 is in the range of 50% by volume or more and 85% by volume or less.
  • the thermal conductivity of the insulating film 10 is improved.
  • the content of the inorganic filler 12 is 85% by volume or less, the withstand voltage resistance of the insulating film 10 is improved.
  • the inorganic filler 12 can be easily dispersed uniformly in the resin 11.
  • the mechanical strength of the insulating film 10 is improved.
  • the content of the inorganic filler 12 is particularly preferably in the range of 50% by volume or more and 80% by volume or less.
  • the content of the inorganic filler 12 in the insulating film 10 can be determined, for example, as follows.
  • the insulating film 10 is heated in the air to remove the resin 11 and recover the remaining inorganic filler 12.
  • the heating temperature is not particularly limited as long as the resin 11 is thermally decomposed and the inorganic filler 12 is not thermally decomposed.
  • the heating time is, for example, 12 hours.
  • the weight of the recovered inorganic filler 12 is measured, and the weight-based content (% by weight) of the inorganic filler 12 is calculated from the weight of the insulating film 10 before heating.
  • the weight-based content is converted to a volume-based content (% by volume) using the density of the resin 11 and the density of the inorganic filler 12.
  • the weight of the inorganic filler 12 recovered by heating is Wa (g)
  • the weight of the insulating film 10 before heating is Wf (g)
  • the density of the inorganic filler 12 is Da (g / cm 3 )
  • the resin is the resin.
  • the content (% by weight) of the inorganic filler 12 is calculated from the following formula, where the density of 11 is Dr (g / cm 3).
  • the content (volume%) of the inorganic filler 12 is calculated from the following formula.
  • Content of inorganic filler 12 (% by volume) (Wa / Da) / ⁇ (Wa / Da) + (Wf-Wa) / Dr ⁇ ⁇ 100
  • Examples of the inorganic filler 12 include alumina (Al 2 O 3 ) particles, alumina hydrate particles, aluminum nitride (AlN) particles, silica (SiO 2 ) particles, silicon carbide (SiC) particles, and titanium oxide (TiO 2 ) particles. Borone nitride (BN) particles and the like can be used.
  • alumina particles are preferable.
  • the alumina particles are more preferably ⁇ -alumina particles.
  • the ratio of tap density to true density (tap density / true density) of ⁇ -alumina particles is preferably 0.1 or more.
  • the tap density is a density measured by a powder tester (PT-X: manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.).
  • the tap density / true density correlates with the packing density of ⁇ -alumina particles in the insulating film, and when the tap density / true density is high, the packing density of ⁇ -alumina particles in the insulating film can be increased. ..
  • the true density is a value measured by a pycnometer (AUTO TRUE DENSER MAT-7000: manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.).
  • the tap density / true density is preferably in the range of 0.2 or more and 0.9 or less.
  • ⁇ -alumina may be polycrystalline particles, but it is particularly preferable that it is single crystal particles.
  • ⁇ -alumina single crystal particles as the inorganic filler 12 can be confirmed, for example, as follows.
  • the half width of the peak of the ⁇ -alumina particles is obtained by the X-ray diffraction method.
  • the half width of the acquired peak is converted into the crystallite diameter (r) by the Scherrer equation.
  • the particle size (diameter equivalent to a circle) of 100 ⁇ -alumina particles is measured using an SEM (scanning electron microscope), and the average thereof is calculated as the average particle size (D).
  • the ratio (r / D) of the crystallite diameter (r) to the calculated average particle size (D) of the ⁇ -alumina particles is calculated. When this ratio (r / D) is 0.8 or more, it is ⁇ -alumina single crystal particles, and when it is less than 0.8, it is ⁇ -alumina polycrystalline particles.
  • the void content of the insulating film 10 is 10% or less.
  • the void content is preferably 8% or less.
  • the void content is the occupied area ratio of the void confirmed from the cross-sectional image of the insulating film 10.
  • the occupied area ratio of the void can be obtained by the method described later.
  • the insulating film 10 has an elastic modulus of 1 GPa or less at 100 ° C.
  • the elastic modulus of the insulating film 10 is preferably 0.8 GPa or less.
  • the elastic modulus of the insulating film 10 is preferably 0.001 GPa or more.
  • the film thickness of the insulating film 10 varies depending on the application, but is usually in the range of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, preferably in the range of 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the insulating film 10 of the present embodiment can be used as an insulating film arranged between the metal foil (circuit pattern) and the substrate in a circuit board such as a metal base substrate. It can also be used as a protective film that protects the surface of electronic components and circuit boards. Further, it can be used as a single sheet or film, for example, as an insulating film for a circuit board such as a flexible printed circuit board. Furthermore, it can be used as an insulating film for an insulating conductor used in a coil or a motor, such as an enamel film for an enamel wire.
  • the resin 11 is a polyimide resin, a polyamide-imide resin, or a mixture thereof, the insulating property and the withstand voltage property are improved, and the resin 11 thereof is improved. Insulation and withstand voltage are stable for a long period of time.
  • the inorganic filler 12 is as fine as the average particle size in the range of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and the content of the inorganic filler 12 is 50% by volume or more and 85 volumes. It is in the range of% or less.
  • the thermal conductivity and withstand voltage are improved, and the elastic modulus of the insulating film 10 at 100 ° C. is suppressed from becoming excessively high.
  • the elastic modulus is as low as 1 GPa or less and elastic deformation is likely to occur, so that the stress relaxation property is high.
  • the content of voids (pores) is 10% or less, and there are few pores between the resin 11 and the inorganic filler 12, so that the resin 11 and the inorganic filler 12 Has high thermal conductivity and heat resistance.
  • the thermal conductivity of the insulating film 10 is further improved.
  • the ratio of the tap density to the true density of the ⁇ -alumina particles is 0.1 or more, the distance between the ⁇ -alumina particles in the insulating film 10 can be kept narrow, and voids are less likely to occur. Therefore, the thermal conductivity and withstand voltage of the insulating film 10 are more reliably improved.
  • the thermal conductivity of the ⁇ -alumina particles becomes higher, so that the thermal conductivity of the insulating film 10 is further improved.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a metal base substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the metal base substrate 20 of the present embodiment is a laminate in which the metal substrate 21, the insulating film 10, and the metal foil 22 are laminated in this order. Therefore, the metal base substrate 20 includes the metal substrate 21, the insulating film 10, and the metal foil 22.
  • the metal substrate 21 is a member that serves as a base for the metal base substrate 20.
  • a copper plate, an aluminum plate, and a laminated plate thereof can be used as the metal substrate 21.
  • the insulating film 10 is a member for insulating the metal substrate 21 and the metal foil 22. Since the insulating film 10 has the same configuration as the insulating film 10 shown in FIG. 1, the same reference numerals are given and detailed description thereof will be omitted.
  • the metal foil 22 is formed in a circuit pattern. Electronic components are joined to the metal foil 22 formed in the circuit pattern via solder or the like. As the material of the metal foil 22, copper, aluminum, gold or the like can be used.
  • Examples of electronic components mounted on the metal foil 22 are not particularly limited, and examples thereof include semiconductor elements, resistors, capacitors, and crystal oscillators.
  • semiconductor elements include MOSFETs (Metal-oxide-semiconductor field effect transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), LSIs (Large Scale Integration), LEDs (light emitting diodes), LED chips, and LED-CSPs (LED-Chips). Size Package).
  • the metal base substrate 20 of the present embodiment can be manufactured by a method including, for example, a wet insulating composition film forming step, an insulating film forming step, and a pressure bonding step.
  • the wet insulating composition film forming step is a step of forming a wet insulating composition film on the substrate.
  • the wet insulating composition film contains a solvent, a resin, and an inorganic filler having an average particle size in the range of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the content of the inorganic filler in the wet insulating composition film is in the range of 50% by volume or more and 85% by volume or less with respect to the total amount of the resin material and the inorganic filler.
  • Resins include polyimide resins, polyamide-imide resins, mixtures thereof, or resin materials that produce these resins by heating.
  • the inorganic filler is preferably ⁇ -alumina particles.
  • the ratio of tap density to true density of ⁇ -alumina particles is preferably 0.1 or more. Further, the ⁇ -alumina particles are preferably single crystal particles.
  • the wet insulating composition film can be formed, for example, by a coating method or an electrodeposition method.
  • the coating method is a method of forming a coating film by coating a coating liquid containing a solvent, a resin material, and an inorganic filler on a substrate.
  • a coating liquid an inorganic filler-dispersed resin material solution containing a resin material solution in which the resin material is dissolved and an inorganic filler dispersed in the resin material solution can be used.
  • a spin coating method, a bar coating method, a knife coating method, a roll coating method, a blade coating method, a die coating method, a gravure coating method, a dip coating method and the like can be used.
  • a substrate is immersed in an electrodeposition solution containing resin particles and an inorganic filler, and the resin particles and the inorganic filler are electrodeposited on the surface of the substrate to form an electrodeposition film, and then the obtained electrodeposition is performed.
  • This is a method of drying the membrane.
  • the electrodeposition solution is obtained by adding a poor solvent of the resin material to the inorganic filler-dispersed resin material solution containing the resin material solution and the inorganic filler dispersed in the resin material solution to precipitate the resin material as particles.
  • the prepared one can be used.
  • the insulating film forming step is a step of drying the wet insulating composition film to form the insulating film 10.
  • the drying temperature is not particularly limited, but is usually 200 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher.
  • the wet insulating composition membrane may be pressurized during drying. By pressurizing the wet insulating composition film, an insulating film with reduced voids can be obtained.
  • the pressure applied to the wet insulating composition film is preferably 1 MPa or more and 30 MPa or less, and more preferably 3 MPa or more and 25 MPa or less.
  • the crimping step is a step of laminating the metal foil 22 on the insulating film 10 and crimping the obtained laminate at a pressure of 1 MPa or more and 30 MPa or less for 60 minutes or more while heating at a temperature of 200 ° C. or higher.
  • the insulating film 10 and the metal foil 22 are crimped at the above temperature and pressure for 60 minutes or more to reduce the void content of the insulating film 10 to 10% or less and the elastic modulus of the insulating film 10 to 1 GPa or less.
  • the heating temperature at the time of crimping is more preferably 250 ° C. or higher.
  • the upper limit of the heating temperature is lower than the thermal decomposition temperature of the resin 11, preferably 30 ° C. or lower than the heat component temperature.
  • the pressure applied during crimping is more preferably in the range of 3 MPa or more and 25 MPa or less.
  • the upper limit of the crimping time varies depending on the heating temperature and pressure, but is generally 180 minutes or less.
  • the above-mentioned insulating film 10 is arranged between the metal substrate 21 and the metal foil 22, so that the reliability with respect to the cooling and heating cycle is achieved. Is high and has excellent heat dissipation.
  • the laminate in the crimping step, is crimped at a pressure of 1 MPa or more and 30 MPa or less while heating at a temperature of 200 ° C. or higher for 60 minutes or longer.
  • the resin flows through the pores between the filler and the pores, so that the pores are reduced and the void content is as low as 10% or less.
  • the overall composition of the insulating film 10 becomes uniform, so that the withstand voltage is improved as well as the thermal conductivity, and the heat dissipation is improved. Therefore, the metal base substrate 20 obtained by the manufacturing method of the present embodiment has high reliability for the cooling and heating cycle and excellent heat dissipation.
  • the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the technical requirements of the invention.
  • the metal substrate 21 is a laminate of the insulating film 10 and the metal foil 22, but the present invention is not limited to this.
  • the insulating film 10 may have an adhesion layer for improving the adhesion with the metal foil 22, or may have an adhesion layer for improving the adhesion with the metal substrate 21. .. That is, the insulating film 10 may have an adhesion layer that is in direct contact with either one or both of the upper surface and the lower surface thereof.
  • the metal base substrate 20 may have an adhesive layer between the metal foil 22 and the insulating film 10, or may have an adhesive layer between the metal substrate 21 and the insulating film 10.
  • the adhesion layer is preferably made of resin.
  • a silicone resin an epoxy resin, a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamide-imide resin and the like can be used.
  • the silicone resin includes a modified silicone resin into which various organic groups have been introduced.
  • modified silicone resins include polyimide-modified silicone resins, polyester-modified silicone resins, urethane-modified silicone resins, acrylic-modified silicone resins, olefin-modified silicone resins, ether-modified silicone resins, alcohol-modified silicone resins, fluorine-modified silicone resins, and amino-modified.
  • silicone resin examples include silicone resin, mercapto-modified silicone resin, and carboxy-modified silicone resin.
  • the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolak type epoxy resin, aliphatic type epoxy resin, and glycidylamine type epoxy resin. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • Inorganic particles may be dispersed in the adhesive layer in order to improve thermal conductivity.
  • the inorganic particles are not particularly limited, and for example, the inorganic particles used as the inorganic filler 12 of the insulating film 10 can be used.
  • a coating liquid for forming an adhesion layer containing a resin for forming the adhesion layer, a solvent, and inorganic particles added as needed is used as a method of forming the adhesion layer on the insulating film 10 or the metal substrate 21, for example.
  • a method can be used in which a coating film is formed by applying the coating film to the surface of the insulating film 10 or the metal substrate 21, and then the coating film is heated and dried.
  • polyimide resins As the resin, the following polyimide resins (polyimides A to H) and epoxy resins were prepared.
  • the elastic modulus below shows a value at 100 ° C.
  • Polyimide E Elastic modulus: 7 GPa
  • Polyimide F Elastic modulus: 0.15 GPa
  • Polyimide G Elastic modulus: 4 GPa
  • Example 1 of the present invention Polyimide A and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) were mixed and polyimide A was dissolved to prepare a polyimide solution having a polyimide concentration of 10% by mass. Further, by mixing ⁇ -alumina powder (crystal structure: single crystal, average particle size: 0.3 ⁇ m) and NMP and performing sonication for 30 minutes, ⁇ -alumina particle concentration of 10% by mass is ⁇ -. An alumina particle dispersion was prepared.
  • the polyimide solution and the ⁇ -alumina particle dispersion were mixed at a ratio of ⁇ -alumina concentration of 70% by volume.
  • the obtained mixture was subjected to a dispersion treatment by repeating a high-pressure injection treatment at a pressure of 50 MPa 10 times using a star burst manufactured by Sugino Machine Limited to prepare an ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution.
  • the ⁇ -alumina concentration is the content of ⁇ -alumina particles in the solid matter produced when the ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution is heated and dried.
  • An ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution was applied to the surface of a copper substrate having a thickness of 0.3 mm and a thickness of 30 mm ⁇ 20 mm by a bar coating method to form a coating film.
  • the copper substrate on which the coating film was formed was placed on a hot plate, heated from room temperature to 60 ° C. at 3 ° C./min, and heated at 60 ° C. for 100 minutes. Further, the temperature was raised to 120 ° C. at 1 ° C./min and heated at 120 ° C. for 100 minutes to dry the coating layer.
  • the copper substrate was then heated at 250 ° C. for 1 minute and then at 400 ° C. for 1 minute.
  • a copper substrate with an insulating film was produced in which an insulating film made of a polyimide resin in which ⁇ -alumina single crystal particles were dispersed was formed on the surface of the copper substrate.
  • the film thickness of the insulating film was adjusted so that the withstand voltage was 2.5 kV.
  • a copper foil (CF-T4X-SV-18: manufactured by Fukuda Metal Leaf Powder Industry Co., Ltd.) having a thickness of 18 ⁇ m was laminated on the insulating film of the obtained metal substrate with an insulating film.
  • the obtained laminate was heated in vacuum at a pressure bonding temperature of 300 ° C. for 120 minutes while applying a pressure of 5 MPa using a carbon jig, and the insulating film and the copper foil were pressure-bonded. In this way, a metal-based substrate in which a copper substrate, an insulating film, and a copper foil were laminated in this order was produced.
  • Examples 2 to 58 of the present invention, Comparative Examples 1 to 16 The same as in Example 1 of the present invention except that the resins and ⁇ -alumina powders shown in Tables 1 to 4 were used and the ⁇ -alumina concentration of the ⁇ -alumina particle dispersion resin solution was set to the concentrations shown in Tables 1 to 4.
  • a copper substrate with an insulating film was produced.
  • Tables 1 to 4 show the void ratio and elastic modulus of the obtained insulating film.
  • a metal base substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the crimping temperature was set to the temperatures shown in Tables 1 to 4.
  • Comparative Example 15 although the ⁇ -alumina concentration of the ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution was set to 90% by volume, the metal base substrate could not be produced because the insulating film could not be formed.
  • the metal base substrate was embedded with resin, and the insulating film was polished by CP (cross section polisher) processing to expose the cross section along the stacking direction (thickness direction).
  • the cross section of the exposed insulating film was observed using an SEM (scanning electron microscope), and an SEM photograph of the cross section of the insulating film was taken.
  • the obtained SEM photograph is binarized and image-processed using image processing software (ImageJ), and the area of the solid portion (the portion of the resin and the ⁇ -alumina single crystal particles) and the area of the void portion are obtained from the binarized image. I asked.
  • the metal base substrate was embedded with resin, and the cross section along the lamination direction (thickness direction) was exposed by mechanical polishing. The cross section of the exposed metal base substrate was observed using an optical microscope, and the film thickness of the insulating film was calculated. The thickness of the insulating film was measured at 30 points substantially evenly with respect to one sample. The film thicknesses shown in Tables 5 to 8 are averages thereof.
  • the thermal conductivity of the insulating film in the metal base substrate was measured by a laser flash method using LFA477 Nanoflash manufactured by NETZSCH-Geratebau GmbH. The thermal conductivity was calculated using a three-layer model that does not consider the interfacial thermal resistance. In calculating the thermal conductivity, the thickness of the copper substrate was 0.3 mm, the thermal diffusivity of the copper substrate was 117.2 mm 2 / sec, the specific heat of the copper substrate was 0.419 J / gK, and the thickness of the copper foil was 18 ⁇ m. The heat diffusivity and specific heat of the copper foil were the same as those of the copper substrate.
  • the density and specific heat of the insulating film were calculated from the composition ratio of the insulating film and the density and specific heat of each material.
  • the density and specific heat of each material used in the calculation of the density and specific heat of the insulating film are as follows.
  • ⁇ -Alumina particles Density 3.89 g / cm 3 , Specific heat 0.78 J / gK Polyimide resin A: Density 1.29 g / cm 3 , Specific heat 1.13 J / gK Polyimide resin B: Density 1.28 g / cm 3 , Specific heat 1.15 J / gK Polyimide resin C: Density 1.31 g / cm 3 , Specific heat 1.13 J / gK Polyimide resin D: Density 1.33 g / cm 3 , Specific heat 1.15 J / gK Polyimide resin E: Density 1.32 g / cm 3 , Specific heat 1.11 J / gK Polyimide resin F: Density 1.36 g /
  • the withstand voltage per film thickness was measured using a multifunctional safety tester 7440 of Measurement Technology Laboratory Co., Ltd. After etching the copper foil of the metal base substrate into a pattern of ⁇ 6 mm, an electrode ( ⁇ 6 mm) was placed on the pattern portion of the copper foil. The copper substrate and the electrodes were connected to the power supply respectively, and the voltage was boosted to 6000 V in 30 seconds. The voltage value at the time when the current value flowing between the copper substrate and the electrode reached 5000 ⁇ A was measured. The obtained voltage value was divided by the film thickness of the insulating film, and the obtained value was taken as the withstand voltage per film thickness.
  • a heating element (Thermal resistance of the insulating film in the metal base substrate) A heating element (TO-3P) was placed on the copper foil of the metal base substrate via a heat radiating sheet (BFG-30A: manufactured by Denka Corporation). The metal base substrate on which the heating element was placed was pressurized in the stacking direction from the upper part of the heating element by a screw having a torque of 40 Ncm. Then, using a thermal measuring device (T3Star: manufactured by Mentor Graphics Japan Co., Ltd.), the thermal resistance from the heating element to the copper substrate was measured. The heat generation conditions of the heating element were 10 A and 30 seconds, and the thermal resistance measurement conditions were 0.01 A and the measurement time was 60 seconds. The same measurement was performed on a single copper substrate on which no insulating film was formed, and the value obtained by subtracting the thermal resistance from the measured value of the metal base substrate was defined as the thermal resistance.
  • Sn-Ag-Cu solder is applied on the copper foil of the metal base substrate to form a solder layer of length 2.5 cm x width 2.5 cm x thickness 100 ⁇ m, and 2.5 cm square on the solder layer.
  • a test piece was prepared by mounting the Si chip of. The prepared test piece was subjected to 3000 cycles of cooling and heating in which one cycle was ⁇ 40 ° C. ⁇ 30 minutes to 150 ° C. ⁇ 30 minutes. The test piece after the cold cycle was applied was embedded with resin, and the cross section along the laminating direction (thickness direction) was exposed by polishing. The cross section of this sample was observed, and the length (mm) of cracks formed in the solder layer was measured.
  • Reliability (%) ⁇ (length of one side of solder layer (25 mm) -2 x length of crack) / length of one side of joint layer (25 mm) ⁇ x 100
  • Examples 1 to 58 of the present invention an insulating film was formed by the coating method, and the average particle size of the inorganic filler, the content of the inorganic filler, the void ratio and the elastic modulus were within the range of the present embodiment. It can be seen that the insulating films obtained in Examples 1 to 58 of the present invention are excellent in insulating property, withstand voltage property, and thermal conductivity (thermal conductivity). Further, since the metal base substrate using the insulating film obtained in Examples 1 to 58 of the present invention has 100% reliability with respect to the thermal cycle, it can be seen that the insulating film is also excellent in stress relaxation property.
  • Comparative Examples 1 to 3 the void content and elastic modulus were larger than those in the range of the present embodiment.
  • the insulating films obtained in Comparative Examples 1 to 3 had a large thermal resistance and a low thermal conductivity.
  • the metal-based substrates using the insulating films of Comparative Examples 1 to 3 had low reliability for the thermal cycle, and the stress relaxation property of the insulating film was also low.
  • the ⁇ -alumina concentration of the ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution was set to 30% by mass.
  • the insulating films of Comparative Examples 4 to 12 had a large thermal resistance and a low thermal conductivity.
  • Comparative Example 15 the ⁇ -alumina concentration of the ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution was 90% by mass. In this Comparative Example 15, the insulating film could not be formed. This is because the resin content is too low.
  • the average particle size of the ⁇ -alumina particles exceeded 20 ⁇ m.
  • the insulating film of Comparative Example 13 had a low withstand voltage per film thickness. This is because the electric field is concentrated around the ⁇ -alumina particles, which makes it easier for dielectric breakdown.
  • the average particle size of the ⁇ -alumina particles is 20 ⁇ m or less, the concentration of the inorganic filler in the insulating film tends to be uniform, and the concentration of the electric field is less likely to occur, so that the insulation withstand voltage is considered to be improved.
  • the average particle size of the ⁇ -alumina particles was less than 0.1 ⁇ m (less than 0.10 ⁇ m).
  • the insulating film of Comparative Example 14 had a high void content. This is because the particle size voids of the ⁇ -alumina particles are small, so that the flow resistance of the resin is increased.
  • Comparative Example 16 an epoxy resin was used.
  • the metal base substrate obtained in Comparative Example 16 had a high void content and a low withstand voltage per film thickness. This is because the epoxy resin, which is easily deteriorated, cannot be heated at a high temperature and the viscosity of the resin cannot be lowered, so that a large amount of voids remain.
  • FIG. 3 shows an SEM photograph of a cross section of the insulating film produced in Example 5 of the present invention.
  • the resin (polyimide resin) 11 was observed between the resin (polyimide resin) 11 and the inorganic filler ( ⁇ -alumina particles) 12.
  • Example 59 of the present invention Polyimide D and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) were mixed and the polyimide D was dissolved to prepare a polyimide solution having a polyimide concentration of 5% by mass. Further, by mixing ⁇ -alumina powder (crystal structure: single crystal, average particle size: 0.7 ⁇ m) and NMP and performing sonication for 30 minutes, ⁇ -alumina particle concentration of 10% by mass is ⁇ -. An alumina particle dispersion was prepared.
  • the polyimide solution and the ⁇ -alumina particle dispersion were mixed at a ratio of ⁇ -alumina concentration of 50% by volume.
  • water was added dropwise to the obtained ⁇ -alumina particle-dispersed polyimide solution to precipitate the polyimide, and an electrodeposition liquid containing the polyimide particles and the ⁇ -alumina particles was prepared.
  • the ⁇ -alumina concentration of the solid content of the obtained electrodeposition liquid was 50% by volume.
  • a copper substrate having a thickness of 0.3 mm and a thickness of 30 mm ⁇ 20 mm and a stainless electrode are immersed in the obtained electrodeposition liquid, and a DC voltage of 100 V is applied using the copper substrate as a positive electrode and the stainless electrode as a negative electrode to obtain copper.
  • An electrodeposition film was formed on the surface of the substrate.
  • a protective tape was attached to the back surface of the copper substrate to protect it from forming an electrodeposition film.
  • the film thickness of the electrodeposition film was set so that the withstand voltage of the insulating film generated by heating was 2.5 kV.
  • the copper substrate on which the electrodeposition film was formed was heated at 250 ° C. for 3 minutes in an air atmosphere to dry the electrodeposition film, thereby producing a copper substrate with an insulating film.
  • a metal base substrate was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the obtained insulating film of the metal substrate with an insulating film was used.
  • Examples 60 to 71 of the present invention, Comparative Examples 17 to 19 A copper substrate with an insulating film was prepared in the same manner as in Example 59 of the present invention, except that the ⁇ -alumina powder shown in Table 9 was used and the ⁇ -alumina concentration of the solid content of the electrodeposition liquid was set to the concentration shown in Table 9. Made. Then, a metal base substrate was produced in the same manner as in Example 59 of the present invention, except that the obtained metal substrate with an insulating film was used.
  • the insulating film was formed by the electrodeposition method, and the average particle size of the inorganic filler, the content of the inorganic filler, the void ratio and the elastic modulus were within the range of the present embodiment. It can be seen that the insulating films obtained in Examples 59 to 71 of the present invention are excellent in insulation, withstand voltage, and thermal conductivity, and therefore excellent in heat dissipation. Further, since the metal base substrate using the insulating film obtained in Examples 59 to 71 of the present invention has 100% reliability with respect to the thermal cycle, it can be seen that the insulating film is also excellent in stress relaxation property.
  • Comparative Examples 17 to 19 the ⁇ -alumina concentration of the solid content of the electrodeposition liquid was set to 30% by volume.
  • the insulating films of Comparative Examples 17 to 19 had low thermal conductivity, high thermal resistance, and low heat dissipation.
  • the insulating film of the present embodiment includes an insulating film arranged between a metal foil (circuit pattern) in a circuit board such as a metal base board and the board, a protective film for protecting the surface of electronic components and circuit boards, a flexible printed circuit board, and the like. It can be suitably used as an insulating film for a circuit board and an insulating film for an insulating conductor.
  • Insulation film 11 Resin 12 Inorganic filler 13 Void 20 Metal base substrate 21 Metal substrate 22 Metal foil

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Abstract

この絶縁膜（１０）は、樹脂（１１）と、前記樹脂（１１）に分散された無機物フィラー（１２）とを含み、前記樹脂（１１）は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物であって、前記無機物フィラー（１２）は、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあり、前記絶縁膜（１０）に対する前記無機物フィラー（１２）の含有量が５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にあって、ボイド含有率が１０％以下であって、１００℃における弾性率が１ＧＰａ以下である。

Description

絶縁膜、金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法
　本発明は、絶縁膜と、この絶縁膜を用いた金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法に関する。
　本願は、２０２０年３月２４日に、日本に出願された特願２０２０－０５２５４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　半導体素子やＬＥＤ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、絶縁膜と、金属箔とがこの順で積層された積層体である。絶縁膜は、一般に、絶縁性や耐電圧性に優れる樹脂と、熱伝導性に優れる無機物フィラーとを含む絶縁性組成物から形成されている。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、絶縁膜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。
　金属ベース基板では、金属ベース基板と、その金属ベース基板にはんだを介して接合された電子部品との熱膨張率の差が大きいと、電子部品のオン／オフや外部環境による冷熱サイクルによって、電子部品と金属ベース基板とを接合しているはんだに付与される応力が大きくなり、はんだクラックが発生することがある。このため、金属ベース基板の絶縁膜の弾性率を低くして、金属ベース基板の金属基板と電子部品の熱膨張率の差によって生じる応力を、絶縁層で緩和させることが検討されている（特許文献１、２）。
　金属ベース基板は、冷熱サイクルを繰り返してもはんだクラックを発生させにくいこと、すなわち冷熱サイクルに対する信頼性が高いことが望まれる。また、金属ベース基板は、絶縁性や耐電圧性に優れると共に、電子部品にて発生した熱を外部に放熱しやすいこと、すなわち放熱性が高いことも望まれる。冷熱サイクルに対する信頼性を向上させるために、金属ベース基板の金属基板と電子部品の熱膨張率の差によって生じる応力を、金属ベース基板の絶縁膜で緩和させることができれば好ましい。金属ベース基板の絶縁膜の応力緩和性を向上させるためには、絶縁膜の弾性率を低くすること、すなわち絶縁膜を構成する樹脂材料の弾性率を低くすることが有効である。しかしながら、弾性率が低い樹脂材料は、一般に、耐熱性が低い。また、金属ベース基板は、金属基板と絶縁膜と回路層として働く金属箔とを積層することによって製造するのが一般的である。もしくは金属基板上に絶縁膜を形成し、その後金属箔を積層する方法もある。通常、絶縁膜の上に金属箔を積層する方法として、絶縁膜付き金属基板に熱をかけながら、金属箔と絶縁膜とを圧着する熱圧着というプロセスがある。このプロセスによって、特に無機物フィラーを高充填した際にできやすい絶縁膜中のボイドを低減させて、絶縁膜の放熱性を向上させることも行なわれている。しかしながら、耐熱性が低い樹脂材料を用いた絶縁膜は、ボイドを低減させにくく、放熱性が向上しにくい傾向があった。すなわち、従来の絶縁膜では、応力緩和性と放熱性の両者の性能を向上させることは困難であった。
特開平１１－８７８６６号公報 特開２０１６－１１１１７１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、絶縁性、耐電圧性、応力緩和性、熱伝導性に優れ、従って放熱性に優れる絶縁膜を提供することを目的とする。また、本発明は、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れる金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法を提供することもその目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る絶縁膜は、樹脂と、前記樹脂に分散された無機物フィラーとを含む絶縁膜であって、前記樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物であって、前記無機物フィラーは、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあり、前記絶縁膜に対する前記無機物フィラーの含有量が５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にあって、ボイド含有率が１０％以下であって、１００℃における弾性率が１ＧＰａ以下であることを特徴としている。
　この構成の絶縁膜によれば、樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物であるので、絶縁性と耐電圧性が向上すると共に、その絶縁性と耐電圧性が長期間にわたって安定する。また、上記の絶縁膜によれば、無機物フィラーは、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内と微細であり、さらに無機物フィラーの含有量は５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にある。このため、熱伝導性及び耐電圧性が向上すると共に、絶縁膜としての弾性率が過剰に高くなることが抑制される。さらに、上記の絶縁膜によれば、１００℃における弾性率が１ＧＰａ以下と低く、弾性変形しやすいので、応力緩和性が高い。またさらに、上記の絶縁膜によれば、ボイド（気孔）の含有率が１０％以下であり、樹脂と無機物フィラーとの間に気孔が少ないので、絶縁膜の熱伝導性、耐電圧が高く、放熱性が高い。
　ここで、本発明の一態様に係る絶縁膜においては、前記無機物フィラーがα－アルミナ粒子であり、前記α－アルミナ粒子は、真密度に対するタップ密度の比が０．１以上であることが好ましい。
　この場合、樹脂に分散されている無機物フィラーが、熱伝導性が高いα－アルミナ粒子であるので、絶縁膜の熱伝導性がより向上する。また、α－アルミナ粒子は、真密度に対するタップ密度の比が０．１以上であるので、絶縁膜中でのα－アルミナ粒子の間隔を狭く保つことができ、ボイドが発生しにくくなるため、絶縁膜の熱伝導性や耐電圧性がより確実に向上する。
　また、本発明の一態様に係る絶縁膜においては、前記α－アルミナ粒子が単結晶粒子であることが好ましい。
　この場合、α－アルミナ粒子の熱伝導性がより高くなるので、絶縁膜の熱伝導性がさらに向上する。
　本発明の一態様に係る金属ベース基板は、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、上記本発明の一態様に係る絶縁膜からなることを特徴とする。
　この構成の金属ベース基板によれば、金属基板と金属箔との間に、上述の絶縁膜が配置されているので、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れたものとなる。
　本発明の一態様に係る金属ベース基板の製造方法は、金属基板の上に、溶媒と、樹脂と、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある無機物フィラーとを含み、前記樹脂と前記無機物フィラーとの合計量に対する前記無機物フィラーの含有量が５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にある湿潤絶縁性組成物膜を形成する湿潤絶縁性組成物膜形成工程と、前記湿潤絶縁性組成物膜を乾燥させて絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜の上に金属箔を積層し、得られた積層体を、２００℃以上の温度で加熱しながら１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で、６０分以上圧着して、前記絶縁膜と前記金属箔を接合する圧着工程と、を含むことを特徴としている。
　この構成の金属ベース基板の製造方法によれば、圧着工程において、積層体を、２００℃以上の温度で加熱しながら１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で、６０分以上圧着する。このため、樹脂と無機物フィラーとの間の気孔に樹脂が流れることにより気孔が減少して、ボイド含有率が１０％以下と低くなる。これにより、絶縁膜は、全体の組成が均一となるので、熱伝導性と共に耐電圧が向上し、放熱性が高くなる。また、樹脂として、耐熱性が高く、柔軟なポリイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物を用いることによって、絶縁膜の弾性率は１００℃において１ＧＰａ以下となる。したがって、上記の製造方法によって得られる金属ベース基板は、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れたものとなる。
　本発明の一態様によれば、絶縁性、耐電圧性、応力緩和性、熱伝導性に優れ、従って放熱性に優れる絶縁膜を提供することが可能となる。また、本発明の一態様によれば、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れる金属ベース基板及び金属ベース基板の製造方法を提供することも可能となる。
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金属ベース基板の概略断面図である。 本発明例５で作製した絶縁膜の断面のＳＥＭ写真である。
（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、無機物フィラー１２とを含む。
　樹脂１１は、絶縁膜１０の基材となる。樹脂１１は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物からなる。これらの樹脂は、イミド結合を有し、耐熱性が高く２００℃でも熱分解しにくい。また、絶縁性、耐電圧性、化学的耐性及び機械特性などの特性に優れる。
　樹脂１１は、１００℃における弾性率が０．１ＧＰａ以下であることが好ましく、０．０１ＧＰａ以下であることが特に好ましい。
　樹脂１１の弾性率は、動的弾性率である。樹脂１１の動的弾性率は、動的粘弾性測定法（ＤＭＡ法）を用いて測定することができる。
　無機物フィラー１２は、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とされている。無機物フィラー１２の平均粒子径の下限値は、好ましくは０．１０μｍ以上である。無機物フィラー１２の平均粒子径が０．１μｍ以上であることによって、絶縁膜１０の熱伝導性が向上する。無機物フィラー１２の平均粒子径が２０μｍ以下であることによって、絶縁膜１０の耐電圧性が向上する。また、無機物フィラー１２の平均粒子径が上記の範囲内にあると、無機物フィラー１２が凝集粒子を形成しにくく、樹脂１１中に無機物フィラー１２を均一に分散させやすくなる。無機物フィラー１２が凝集粒子を形成せずに、一次粒子もしくはそれに近い微細な粒子として樹脂１１に分散していると、絶縁膜１０の耐電圧性が向上する。絶縁膜１０の熱伝導性を向上させる観点では、無機物フィラー１２の平均粒子径は０．３μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
　無機物フィラー１２の平均粒子径は、無機物フィラー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無機物フィラー１２の分散液は、例えば、無機物フィラー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無機物フィラー１２を分散させることによって調製できる。
　絶縁膜１０の無機物フィラー１２の含有量は、５０体積％以上８５体積％以下の範囲内とされている。無機物フィラー１２の含有量が５０体積％以上であることによって、絶縁膜１０の熱伝導性が向上する。一方、無機物フィラー１２の含有量が８５体積％以下であることによって、絶縁膜１０の耐電圧性が向上する。また、無機物フィラー１２の含有量が上記の範囲内にあると、樹脂１１中に無機物フィラー１２を均一に分散させやすくなる。無機物フィラー１２が均一に樹脂１１に分散していると、絶縁膜１０の機械的強度が向上する。絶縁膜１０の熱伝導性を向上させる観点では、無機物フィラー１２の含有量は、５０体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることが特に好ましい。
　絶縁膜１０の無機物フィラー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、大気中で加熱して、樹脂１１を除去し、残分の無機物フィラー１２を回収する。加熱温度は、樹脂１１が熱分解し、かつ無機物フィラー１２が熱分解しない温度であれば特に制限はない。加熱時間は、例えば、１２時間である。回収した無機物フィラー１２の重量を測定して、加熱前の絶縁膜１０の重量とから、無機物フィラー１２の重量ベースの含有量（重量％）を算出する。重量ベースの含有量を、樹脂１１の密度、無機物フィラー１２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、加熱して回収した無機物フィラー１２の重量をＷａ（ｇ）、加熱前の絶縁膜１０の重量をＷｆ（ｇ）、無機物フィラー１２の密度をＤａ（ｇ／ｃｍ３）、樹脂１１の密度をＤｒ（ｇ／ｃｍ３）として、無機物フィラー１２の含有量（重量％）を下記の式より算出する。
　無機物フィラー１２の含有量（重量％）＝Ｗａ／Ｗｆ×１００
　＝Ｗａ／｛Ｗａ＋（Ｗｆ－Ｗａ）｝×１００
　次に、無機物フィラー１２の含有量（体積％）を下記の式より算出する。
　無機物フィラー１２の含有量（体積％）
　＝（Ｗａ／Ｄａ）／｛（Ｗａ／Ｄａ）＋（Ｗｆ－Ｗａ）／Ｄｒ｝×１００
　無機物フィラー１２としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粒子、シリカ（ＳｉＯ２）粒子、炭化珪素（ＳｉＣ）粒子、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子、窒化硼素（ＢＮ）粒子などを用いることができる。これらのフィラーの中では、アルミナ粒子が好ましい。アルミナ粒子は、α－アルミナ粒子であることがより好ましい。α－アルミナ粒子は、真密度に対するタップ密度の比（タップ密度／真密度）が０．１以上であることが好ましい。タップ密度は、パウダーテスタ（ＰＴ－Ｘ：ホソカワミクロン社製）によって測定した密度である。タップ密度／真密度は、絶縁膜中でのα－アルミナ粒子の充填密度と相関し、タップ密度／真密度が高いと、絶縁膜中でのα－アルミナ粒子の充填密度を高くすることができる。絶縁膜中でのα－アルミナ粒子の充填密度が高くなると、絶縁膜中でのα－アルミナ粒子の間隔が狭くなり、絶縁膜にボイドが発生しにくくなる。真密度は、ピクノメーター（AUTO TRUE DENSER MAT-7000：株式会社セイシン企業製）によって測定した値である。タップ密度／真密度は、０．２以上０．９以下の範囲内にあることが好ましい。また、α－アルミナは、多結晶粒子であってもよいが、単結晶粒子であることが特に好ましい。
　なお、無機物フィラー１２として、α－アルミナ単結晶粒子を用いたことは、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（円相当径）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）を算出する。この比（ｒ／Ｄ）が０．８以上である場合はα－アルミナ単結晶粒子であり、０．８未満である場合はα－アルミナ多結晶粒子である。
　絶縁膜１０は、ボイドの含有率が１０％以下とされている。ボイド含有率は８％以下であることが好ましい。
　ボイド含有率は、絶縁膜１０の断面画像から確認されるボイドの占有面積率である。ボイドの占有面積率は、後述の方法により求めることができる。
　絶縁膜１０は、１００℃における弾性率が１ＧＰａ以下とされている。絶縁膜１０の弾性率は０．８ＧＰａ以下であることが好ましい。なお、絶縁膜１０の形状を維持するためには、絶縁膜１０の弾性率は０．００１ＧＰａ以上であることが好ましい。
　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、金属ベース基板などの回路基板において、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、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、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膜として用いることができる。またさらに、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。
　以上のような構成とされた本実施形態の絶縁膜１０によれば、樹脂１１は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物であるので、絶縁性と耐電圧性が向上すると共に、その絶縁性と耐電圧性が長期間にわたって安定する。また、本実施形態の絶縁膜１０によれば、無機物フィラー１２は、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内と微細であり、さらに無機物フィラー１２の含有量は５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にある。このため、熱伝導性及び耐電圧性が向上すると共に、絶縁膜１０としての１００℃における弾性率が過剰に高くなることが抑制される。さらに、本実施形態の絶縁膜１０によれば、弾性率が１ＧＰａ以下と低く、弾性変形しやすいので、応力緩和性が高い。またさらに、本実施形態の絶縁膜１０によれば、ボイド（気孔）の含有率が１０％以下であり、樹脂１１と無機物フィラー１２との間に気孔が少ないので、樹脂１１と無機物フィラー１２との熱伝導性、耐熱性が高い。
　また、本実施形態の絶縁膜１０において、絶縁膜１０に分散されている無機物フィラー１２が、α－アルミナ粒子である場合は、絶縁膜１０の熱伝導性がより向上する。さらに、そのα－アルミナ粒子が、真密度に対するタップ密度の比が０．１以上である場合は、絶縁膜１０中でのα－アルミナ粒子の間隔を狭く保つことができ、ボイドが発生しにくくなるため、絶縁膜１０の熱伝導性と耐電圧性がより確実に向上する。
　また、本実施形態の絶縁膜１０において、α－アルミナ粒子が単結晶粒子である場合は、α－アルミナ粒子の熱伝導性がより高くなるので、絶縁膜１０の熱伝導性がさらに向上する。
（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。
　図２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２に示すように、本実施形態の金属ベース基板２０は、金属基板２１と、絶縁膜１０と、金属箔２２とがこの順で積層された積層体である。このため、金属ベース基板２０は、金属基板２１と、絶縁膜１０と、金属箔２２とを含む。
　金属基板２１は、金属ベース基板２０のベースとなる部材である。金属基板２１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２１と金属箔２２とを絶縁するための部材である。絶縁膜１０は、図１に示す絶縁膜１０と同一の構成であるので、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
　金属箔２２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２２の上に、電子部品がはんだ等を介して接合される。金属箔２２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。
　金属箔２２に実装される電子部品の例としては、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２０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２０は、例えば、湿潤絶縁性組成物膜形成工程と、絶縁膜形成工程と、圧着工程と、を含む方法によって製造することができる。
　湿潤絶縁性組成物膜形成工程は、基板の上に湿潤絶縁性組成物膜を形成する工程である。湿潤絶縁性組成物膜は、溶媒と、樹脂と、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある無機物フィラーとを含む。湿潤絶縁性組成物膜の無機物フィラー含有量は、樹脂材料と無機物フィラーとの合計量に対して５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にある。樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、これらの混合物、または加熱によってこれらの樹脂を生成する樹脂材料を含む。無機物フィラーは、α－アルミナ粒子であることが好ましい。α－アルミナ粒子は、真密度に対するタップ密度の比が０．１以上であることが好ましい。また、α－アルミナ粒子は単結晶粒子であることが好ましい。
　湿潤絶縁性組成物膜は、例えば、塗布法または電着法によって形成することができる。
　塗布法は、溶媒と樹脂材料と無機物フィラーとを含む塗布液を、基板の上に塗布して塗布膜を形成する方法である。塗布液は、樹脂材料が溶解した樹脂材料溶液と、その樹脂材料溶液に分散されている無機物フィラーとを含む無機物フィラー分散樹脂材料溶液を用いることができる。塗布液を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。
　電着法は、樹脂粒子と無機物フィラーとを含む電着液に基板を浸漬して、基板の表面に樹脂粒子と無機物フィラーを電着させて電着膜を形成し、次いで得られた電着膜を乾燥する方法である。電着液としては、樹脂材料溶液と、その樹脂材料溶液に分散されている無機物フィラーとを含む無機物フィラー分散樹脂材料溶液に、樹脂材料の貧溶媒を加えて樹脂材料を粒子として析出させることによって調製したものを用いることができる。
　絶縁膜形成工程は、湿潤絶縁性組成物膜を乾燥させて、絶縁膜１０を形成する工程である。乾燥温度は、特に制限はないが、通常は、２００℃以上であり、好ましくは２５０℃以上である。乾燥の際に、湿潤絶縁性組成物膜を加圧してもよい。湿潤絶縁性組成物膜を加圧することによって、ボイドが低減した絶縁膜を得ることができる。湿潤絶縁性組成物膜に加える圧力は、１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であることが好ましく、３ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下の範囲内にあることがより好ましい。
　圧着工程は、絶縁膜１０の上に金属箔２２を積層し、得られた積層体を、２００℃以上の温度で加熱しながら１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で６０分以上圧着する工程である。圧着工程では、上記の温度と圧力で６０分以上圧着することによって、絶縁膜１０のボイド含有率を１０％以下にし、絶縁膜１０の弾性率を１ＧＰａ以下にしながら、絶縁膜１０と金属箔２２とを接合する。圧着時の加熱温度は、２５０℃以上であることがより好ましい。加熱温度の上限は、樹脂１１の熱分解温度未満であり、好ましくは熱分温度よりも３０℃低い温度以下である。圧着時に加える圧力は、３ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下の範囲内にあることがより好ましい。圧着時間の上限は、加熱温度や圧力によって異なるが、一般に１８０分間以下である。
　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２０によれば、金属基板２１と金属箔２２との間に、上述の絶縁膜１０が配置されているので、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れたものとなる。
　本実施形態の金属ベース基板２０の製造方法によれば、圧着工程において、積層体を、２００℃以上の温度で加熱しながら１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で、６０分以上圧着するので、樹脂と無機物フィラーとの間の気孔に樹脂が流れることにより気孔が減少して、ボイド含有率が１０％以下と低くなる。これにより、絶縁膜１０は、全体の組成が均一となるので、熱伝導性と共に耐電圧が向上し、放熱性が高くなる。したがって、本実施形態の製造方法によって得られる金属ベース基板２０は、冷熱サイクルに対する信頼性が高く、放熱性に優れたものとなる。
　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、その発明の技術的要件を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態の金属ベース基板２０では、金属基板２１と絶縁膜１０と金属箔２２の積層体とされているがこれに限定されることはない。例えば、絶縁膜１０は、金属箔２２との密着性を向上させるための密着層を有してもよく、また金属基板２１との密着性を向上させるための密着層を有していてもよい。すなわち、絶縁膜１０は、その上面及び下面のいずれか一方又は両方に直接接する密着層を有してもよい。金属ベース基板２０は、金属箔２２と絶縁膜１０との間に密着層を有してもよく、また金属基板２１と絶縁膜１０との間に密着層を有してもよい。密着層は、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、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド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。
　密着層は、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。無機物粒子は特に制限はなく、例えば、絶縁膜１０の無機物フィラー１２として用いられている無機物粒子を用いることができる。
　絶縁膜１０や金属基板２１の上に密着層を形成する方法としては、例えば、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、絶縁膜１０や金属基板２１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て乾燥させる方法を用いることができる。
　樹脂として、下記のポリイミド樹脂（ポリイミドＡ～Ｈ）とエポキシ系樹脂とを用意した。なお、下記の弾性率は１００℃における値を示している。
（ポリイミドＡ）弾性率：０．０５ＧＰａ
（ポリイミドＢ）弾性率：０．１０ＧＰａ
（ポリイミドＣ）弾性率：０．０８ＧＰａ
（ポリイミドＤ）弾性率：０．１０ＧＰａ
（ポリイミドＥ）弾性率：７ＧＰａ
（ポリイミドＦ）弾性率：０．１５ＧＰａ
（ポリイミドＧ）弾性率：４ＧＰａ
（ポリイミドＨ）弾性率：４ＧＰａ
（エポキシ系樹脂）弾性率：０．８ＧＰａ
［本発明例１］
　ポリイミドＡとＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）とを混合し、ポリイミドＡを溶解させることによって、ポリイミド濃度が１０質量％のポリイミド溶液を調製した。また、α－アルミナ粉末（結晶構造：単結晶、平均粒子径：０．３μｍ）とＮＭＰとを混合し、３０分間超音波処理を行なうことによって、α－アルミナ粒子濃度が１０質量％のα－アルミナ粒子分散液を調製した。
　ポリイミド溶液とα－アルミナ粒子分散液とを、α－アルミナ濃度が７０体積％となる割合で混合した。得られた混合物に対して、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なって、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を調製した。なお、α－アルミナ濃度は、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を加熱して乾燥したときに生成する固形物中のα－アルミナ粒子の含有量である。
　厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液を、バーコート法により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、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した。さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、塗布層を乾燥させた。次いで、銅基板を２５０℃で１分間加熱し、次いで４００℃で１分間加熱した。こうして、銅基板の表面に、α－アルミナ単結晶粒子が分散されたポリイミド樹脂からなる絶縁膜が形成された絶縁膜付き銅基板を作製した。なお絶縁膜の膜厚は、耐電圧が２．５ｋＶとなる膜厚になるように調整した。
　得られた絶縁膜付き金属基板の絶縁膜の上に、厚み１８μｍの銅箔（ＣＦ－Ｔ４Ｘ－ＳＶ－１８：福田金属箔粉工業（株）製）を重ね合わせて積層した。次いで、得られた積層体を、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３００℃の圧着温度で１２０分間加熱して、絶縁膜と銅箔とを圧着した。こうして、銅基板と絶縁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。
［本発明例２～５８、比較例１～１６］
　樹脂及びα－アルミナ粉末として表１～４に示すものを用い、α－アルミナ粒子分散樹脂溶液のα－アルミナ濃度を表１～４に示す濃度としたこと以外は、本発明例１と同様にして絶縁膜付き銅基板を作製した。表１～４には、得られた絶縁膜のボイド率と弾性率とを示した。そして、得られた絶縁膜付き金属基板を用い、圧着温度を表１～４に示す温度としたこと以外は、本発明例１と同様にして、金属ベース基板を作製した。なお、比較例１５では、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液のα－アルミナ濃度を９０体積％としたが、絶縁膜を形成することができなかったため、金属ベース基板を作製できなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
［評価］
　得られた金属ベース基板について、絶縁膜のボイド含有率と、絶縁膜の膜厚と、絶縁膜の１００℃における弾性率と、絶縁膜の熱伝導度と、絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧と、絶縁膜の熱抵抗と、金属ベース基板の冷熱サイクルに対する信頼性を下記の方法により評価した。これらの結果を、表５～８に示す。
（金属ベース基板中の絶縁膜のボイド含有率）
　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ャ）加工により、絶縁膜を研磨して積層方向（厚さ方向）に沿った断面を露出させた。露出した絶縁膜の断面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察して、絶縁膜の断面のＳＥＭ写真を撮影した。得られたＳＥＭ写真を、画像処理ソフト（ＩｍａｇｅＪ）を用いて二値化画像処理し、二値化画像から固体部分（樹脂とα－アルミナ単結晶粒子の部分）の面積とボイド部分の面積を求めた。得られた固体部分の面積とボイド部分の面積から下記の式よりボイド含有率を算出した。ボイド含有率の測定は、１サンプルに対して１０箇所行なった。表５～８に記載したボイド含有率は、その平均である。
ボイド含有率（％）＝｛ボイド部分の面積／（固体部分の面積＋ボイド部分の面積）｝×１００
（金属ベース基板中の絶縁膜の膜厚）
　金属ベース基板を樹脂埋めし、機械研磨によって積層方向（厚さ方向）に沿った断面を露出させた。露出した金属ベース基板の断面を、光学顕微鏡を用いて観察して、絶縁膜の膜厚を算出した。なお、絶縁膜の膜厚の測定は、１サンプルに対して略均等に３０箇所行なった。表５～８に記載した膜厚は、その平均である。
（金属ベース基板中の絶縁膜の弾性率）
　金属ベース基板の銅箔と銅板をエッチングによって除去し、絶縁膜を単離した。得られた絶縁膜について、動的粘弾性測定装置（固体粘弾性アナライザー　ＲＳＡ－Ｇ２（ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製））を用いて引張式によって１００℃における弾性率を測定した。測定条件は、周波数を１Ｈｚ、昇温速度を１℃／Ｍｉｎとした。
（金属ベース基板中の絶縁膜の熱伝導度）
　熱伝導度（絶縁膜の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ－ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７　Ｎａｎｏｆｌａｓｈ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３層モデルを用いて算出した。なお、熱伝導度の算出において、銅基板の厚みは０．３ｍｍ、銅基板の熱拡散率は１１７．２ｍｍ２／秒、銅基板の比熱は０．４１９Ｊ／ｇＫ、銅箔の厚みは１８μｍ、銅箔の熱拡散率と比熱は銅基板と同じとした。また、絶縁膜の密度と比熱は、絶縁膜の組成比及び各材料の密度と比熱から計算した。絶縁膜の密度と比熱の計算に用いた各材料の密度と比熱は、下記のとおりである。
　α－アルミナ粒子：密度３．８９ｇ／ｃｍ３、比熱０．７８Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ａ：密度１．２９ｇ／ｃｍ３、比熱１．１３Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｂ：密度１．２８ｇ／ｃｍ３、比熱１．１５Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｃ：密度１．３１ｇ／ｃｍ３、比熱１．１３Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｄ：密度１．３３ｇ／ｃｍ３、比熱１．１５Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｅ：密度１．３２ｇ／ｃｍ３、比熱１．１１Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｆ：密度１．３６ｇ／ｃｍ３、比熱１．０９Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｇ：密度１．３０ｇ／ｃｍ３、比熱１．１２Ｊ／ｇＫ
　ポリイミド樹脂Ｈ：密度１．４１ｇ／ｃｍ３、比熱１．１１Ｊ／ｇＫ
　エポキシ系樹脂：密度１．２ｇ／ｃｍ３、比熱１．０５Ｊ／ｇＫ
（金属ベース基板中の絶縁膜の膜厚当たりの耐電圧）
　膜厚当たりの耐電圧は、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。金属ベース基板の銅箔をφ６ｍｍのパターンにエッチングしたのち、銅箔のパターン部分に電極（φ６ｍｍ）を配置した。銅基板と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値を測定した。得られた電圧値を、絶縁膜の膜厚で除し、得られた値を膜厚当たりの耐電圧とした。
（金属ベース基板中の絶縁膜の熱抵抗）
　金属ベース基板の銅箔上に、放熱シート（ＢＦＧ－３０Ａ：デンカ株式会社製）を介して発熱体（ＴＯ－３Ｐ）を載置した。発熱体を載置した金属ベース基板を、発熱体の上部からトルク４０Ｎｃｍのねじによって積層方向に加圧した。そして、熱測定器（Ｔ３Ｓｔｅｒ：Mentor Graphics Japan Co., Ltd.製）を用いて、発熱体から銅基板までの熱抵抗を測定した。発熱体の発熱条件は１０Ａ、３０秒とし、熱抵抗の測定条件は、０．０１Ａ、測定時間６０秒とした。同様の測定を、絶縁膜を形成していない銅基板単体に対して行い、その熱抵抗を金属ベース基板の測定値から減じた値を、熱抵抗とした。
（金属ベース基板の冷熱サイクルに対する信頼性）
　金属ベース基板の銅箔上に、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだを塗布して、縦２．５ｃｍ×横２．５ｃｍ×厚み１００μｍのはんだ層を形成し、そのはんだ層の上に、２．５ｃｍ角のＳｉチップを搭載して、試験体を作製した。作製した試験体に、１サイクルが－４０℃×３０分間～１５０℃×３０分間の冷熱サイクルを３０００サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、積層方向（厚さ方向）に沿った断面を研磨によって露出した。この試料の断面を観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ（ｍｍ）を測定した。はんだ層の一辺の長さと、測定したクラックの長さとから下記式より算出した値を、接合信頼性とした。
　信頼性（％）＝｛（はんだ層の一辺の長さ（２５ｍｍ）－２×クラックの長さ）／接合層の一辺の長さ（２５ｍｍ）｝×１００
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　本発明例１～５８では、塗布法によって絶縁膜を形成し、無機物フィラーの平均粒子径、無機物フィラーの含有量、ボイド率及び弾性率が本実施形態の範囲内にあった。これら本発明例１～５８で得られた絶縁膜は、絶縁性、耐電圧性、熱伝導性（熱伝導度）に優れることがわかる。また、本発明例１～５８で得られた絶縁膜を用いた金属ベース基板は、冷熱サイクルに対する信頼性が１００％であることから、絶縁膜は応力緩和性にも優れていることがわかる。
　これに対して、比較例１～３では、ボイド含有率と弾性率が本実施形態の範囲内よりも大きかった。これら比較例１～３で得られた絶縁膜は、熱抵抗が大きく、熱伝導性が低くなった。また、比較例１～３の絶縁膜を用いた金属ベース基板は冷熱サイクルに対する信頼性が低下しており、絶縁膜の応力緩和性も低くなった。
　また、比較例４～１２では、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液のα－アルミナ濃度が３０質量％とされた。これら比較例４～１２の絶縁膜は、熱抵抗が大きくなり、熱伝導性が低くなった。一方、比較例１５では、α－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液のα－アルミナ濃度が９０質量％とされた。この比較例１５では、絶縁膜を形成できなかった。これは、樹脂の含有量が少なくなりすぎたためである。
　また、比較例１３では、α－アルミナ粒子の平均粒子径が２０μｍを超えた。この比較例１３の絶縁膜は、膜厚当たりの耐電圧が低くなった。これは、α－アルミナ粒子の周りに電界の集中が起こり、絶縁破壊しやすくなったためである。α－アルミナ粒子の平均粒子径が２０μｍ以下である場合は、絶縁膜中の無機物フィラーの濃度が均一になりやすくなり、電界の集中が起こりにくくなるため、絶縁耐電圧が向上すると考えられる。一方、比較例１４では、α－アルミナ粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満（０．１０μｍ未満）であった。この比較例１４の絶縁膜は、ボイド含有率が高くなった。これは、α－アルミナ粒子の粒子径ボイドが小さいため、樹脂の流動抵抗が大きくなったためである。
　さらに、比較例１６では、エポキシ系樹脂を用いた。この比較例１６で得られた金属ベース基板は、ボイド含有率が高く、膜厚当たりの耐電圧が低くなった。これは、劣化しやすいエポキシ樹脂では高温で加熱することができず、樹脂の粘度を下げられないため、ボイドが多く残ってしまったためである。
　図３に、本発明例５で作製した絶縁膜の断面のＳＥＭ写真を示す。図３に示す本発明例５で得られた絶縁膜は、樹脂（ポリイミド樹脂）１１と無機物フィラー（α－アルミナ粒子）１２との間にボイド１３は殆ど見られなかった。
［本発明例５９］
　ポリイミドＤとＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）とを混合し、ポリイミドＤを溶解させることによって、ポリイミド濃度が５質量％のポリイミド溶液を調製した。また、α－アルミナ粉末（結晶構造：単結晶、平均粒子径：０．７μｍ）とＮＭＰとを混合し、３０分間超音波処理を行なうことによって、α－アルミナ粒子濃度が１０質量％のα－アルミナ粒子分散液を調製した。
　ポリイミド溶液とα－アルミナ粒子分散液とを、α－アルミナ濃度が５０体積％となる割合で混合した。次いで、得られたα－アルミナ粒子分散ポリイミド溶液に水を滴下して、ポリイミドを析出させて、ポリイミド粒子とα－アルミナ粒子とを含む電着液を調製した。得られた電着液の固形分のα－アルミナ濃度は５０体積％であった。
　得られた電着液に、厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板と、ステンレス電極とを浸漬し、銅基板を正極とし、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耐電圧が２．５ｋＶ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。そして、得られた絶縁膜付き金属基板の絶縁膜を用いること以外は、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６０～７１、比較例１７～比較例１９］
　α－アルミナ粉末として表９に示すものを用い、電着液の固形分のα－アルミナ濃度を表９に示す濃度としたこと以外は、本発明例５９と同様にして絶縁膜付き銅基板を作製した。そして、得られた絶縁膜付き金属基板を用いたこと以外は、本発明例５９と同様にして、金属ベース基板を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
［評価］
　得られた金属ベース基板の絶縁膜について、本発明例１と同様の評価を行なった。その結果を、表１０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　本発明例５９～７１では、電着法によって絶縁膜を形成し、無機物フィラーの平均粒子径、無機物フィラーの含有量、ボイド率及び弾性率が本実施形態の範囲内にあった。これら本発明例５９～７１で得られた絶縁膜は、絶縁性、耐電圧性、熱伝導性に優れ、従って放熱性に優れることがわかる。また、本発明例５９～７１で得られた絶縁膜を用いた金属ベース基板は、冷熱サイクルに対する信頼性が１００％であることから、絶縁膜は応力緩和性にも優れていることがわかる。
　一方、比較例１７～１９では、電着液の固形分のα－アルミナ濃度が３０体積％とされた。これら比較例１７～１９の絶縁膜は、熱伝導度が低く、熱抵抗が大きくなり、放熱性が低くなった。
　本実施形態の絶縁膜は、金属ベース基板などの回路基板における金属箔（回路パターン）と基板の間に配置する絶縁膜、電子部品や回路基板の表面を保護する保護膜、フレキシブルプリント基板などの回路基板用の絶縁膜、及び絶縁導体の絶縁膜として好適に用いることができる。
　１０　絶縁膜
　１１　樹脂
　１２　無機物フィラー
　１３　ボイド
　２０　金属ベース基板
　２１　金属基板
　２２　金属箔

Claims (5)

  1. 　樹脂と、前記樹脂に分散された無機物フィラーとを含む絶縁膜であって、
    　前記樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはこれらの混合物であって、
    　前記無機物フィラーは、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあり、
    　前記絶縁膜に対する前記無機物フィラーの含有量が５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にあって、
    　ボイド含有率が１０％以下であって、１００℃における弾性率が１ＧＰａ以下であることを特徴とする絶縁膜。
  2. 　前記無機物フィラーがα－アルミナ粒子であり、前記α－アルミナ粒子は、真密度に対するタップ密度の比が０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜。
  3. 　前記α－アルミナ粒子が単結晶粒子であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁膜。
  4. 　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１～３のいずれか１項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。
  5. 　金属基板の上に、溶媒と、樹脂と、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にある無機物フィラーとを含み、前記樹脂と前記無機物フィラーとの合計量に対する前記無機物フィラーの含有量が５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にある湿潤絶縁性組成物膜を形成する湿潤絶縁性組成物膜形成工程と、
    　前記湿潤絶縁性組成物膜を乾燥させて絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    　前記絶縁膜の上に金属箔を積層し、得られた積層体を、２００℃以上の温度で加熱しながら１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で、６０分以上圧着して、前記絶縁膜と前記金属箔を接合する圧着工程と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の金属ベース基板の製造方法。
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