WO2021200895A1 - 金属ベース基板、電子部品実装基板 - Google Patents

金属ベース基板、電子部品実装基板 Download PDF

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layer
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metal
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史朗 石川
原　慎太郎
広行 森
航世 福岡
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三菱マテリアル株式会社
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    • H05K3/386—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

Definitions

  • the present invention relates to a metal base substrate and an electronic component mounting substrate using the same.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-62222 filed in Japan on March 31, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the substrate for mounting electronic components such as semiconductor elements is preferably a metal-based substrate that can efficiently dissipate heat generated by the operation of electronic components to the outside.
  • a metal substrate is used as the base substrate, and a metal base substrate in which the metal substrate, the insulating layer, and the circuit layer are laminated in this order is known.
  • the electronic components are joined onto the circuit layer via a solder layer.
  • the heat generated in the electronic component is transferred to the metal substrate via the insulating layer and dissipated from the metal substrate to the outside.
  • the insulating layer of the metal base substrate is generally formed of an insulating resin composition containing a resin having excellent insulating properties and ceramic particles having excellent thermal conductivity (thermally conductive filler, inorganic filler).
  • a resin having excellent insulating properties and ceramic particles having excellent thermal conductivity (thermally conductive filler, inorganic filler).
  • the resin for the insulating layer a polyimide resin, a polyamide-imide resin, and a silicone resin are used.
  • the thermal stress applied to the solder layer has been reduced by lowering the elastic modulus of the resin constituting the insulating layer (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and is a metal base substrate in which solder cracks are unlikely to occur even if a cold heat cycle is applied in a state where electronic components are joined via a solder layer. And an object of the present invention is to provide an electronic component mounting board using the same.
  • the present inventors have found the following findings. That is, by limiting the range of the semi-softening temperature of the circuit layer and defining the relationship between the thickness of the insulating layer and the elastic modulus of the resin constituting the insulating layer, it is possible to suppress the thermal stress applied to the solder layer. ..
  • the metal base substrate of the present invention comprises a metal substrate, an insulating layer laminated on one surface of the metal substrate, and a circuit layer laminated on a surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side.
  • the circuit layer is made of a metal having a semi-softening temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and the insulating layer contains a resin, and the thickness t ( ⁇ m) of the insulating layer and the insulation are provided.
  • the relationship between the layer and the elasticity E (GPa) at 100 ° C. is characterized by satisfying the following formula (1). 10 ⁇ t / E ... (1)
  • the insulating layer may be a resin in which a filler is dispersed.
  • an adhesion layer may be provided between the insulating layer and the circuit layer, or between the insulating layer and the metal substrate. Further, the adhesive layer may be dispersed with filler, and the volume ratio of the filler contained in the adhesive layer may be smaller than that of the insulating layer.
  • the electronic component mounting substrate of the present invention is characterized by having a metal base substrate in each of the above items and an electronic component bonded to the circuit layer of the metal base substrate via a solder layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electronic component mounting substrate provided with a metal base substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic component mounting substrate 10 has a metal base substrate 20 and an electronic component 11 bonded to the metal base substrate 20 via a solder layer 12.
  • the electronic component 11 is not particularly limited, and examples thereof include a semiconductor element, a resistor, a capacitor, and a crystal oscillator. Examples of 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).
  • MOSFETs Metal-oxide-semiconductor field effect transistors
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • LSIs Large Scale Integration
  • LEDs light emitting diodes
  • LED chips LED-CSPs (LED
  • solder layer 12 various types of solder such as Sn-Ag-Cu solder can be used, and the solder layer 12 is not particularly limited.
  • the metal base substrate 20 includes a metal substrate 21, an insulating layer 22 laminated on one surface of the metal substrate 21, and a circuit layer 23 laminated on a surface of the insulating layer 22 opposite to the metal substrate 21 side. have.
  • the metal substrate 21 is a member that serves as a base for the metal base substrate 20.
  • a copper plate, an aluminum plate, or a laminated plate thereof can be used as the metal substrate 21.
  • the insulating layer 22 is formed of an insulating heat conductive resin composition containing an insulating resin (resin) 22a and ceramic particles (filler) 22b.
  • an insulating resin (resin) 22a and ceramic particles (filler) 22b By forming the insulating layer 22 from an insulating resin 22a having a high insulating property and dispersed ceramic particles 22b having a high thermal conductivity and an insulating property, the insulating layer 22 is formed from the circuit layer 23 while maintaining the insulating property.
  • the thermal resistance of the entire metal base substrate 20 up to the metal substrate 21 can be further reduced. As a result, the heat generated by the electronic component 11 can be easily dissipated from the metal substrate 21 side.
  • the insulating resin 31 is preferably a polyimide resin, a polyamide-imide resin, or a mixture thereof. Since the polyimide resin and the polyamide-imide resin have an imide bond, they have excellent heat resistance and mechanical properties.
  • Examples of the filler as ceramic particles 22b include silica (silicon dioxide) particles, alumina (aluminum oxide) particles, boron nitride (BN) particles, titanium oxide particles, alumina-doped silica particles, alumina hydrate particles, and aluminum nitride particles. Etc. can be used.
  • As the ceramic particles 22b one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among these ceramic particles, alumina particles are preferable because they have high thermal conductivity.
  • the form of the ceramic particles 22b is not particularly limited, but is preferably agglomerated particles of fine ceramic particles or single crystal ceramic particles.
  • the agglutinated particles of the fine ceramic particles may be agglomerates in which the primary particles are relatively weakly linked, or may be aggregates in which the primary particles are relatively strongly linked. Further, the aggregated particles may form a particle aggregate in which the aggregated particles are further aggregated.
  • the primary particles of the ceramic particles 22b form aggregated particles and are dispersed in the insulating resin (resin) 22a of the insulating layer 22 to form a network by mutual contact between the ceramic particles 22b, and the ceramic particles are formed. Heat is easily conducted between the primary particles of 22b, and the thermal conductivity of the insulating layer 22 is improved.
  • Alu65 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
  • alumina particles such as AA-04 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), boron nitride particles such as AP-170S (manufactured by Maruka), AEROXIDE (R) TiO2 P90 Titanium oxide particles such as (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), alumina-doped silica particles such as MOX170 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), alumina hydrate particles manufactured by Sasol, and the like can be used.
  • the single crystal ceramic particles are preferably ⁇ -alumina single crystal particles having a crystal structure of ⁇ -alumina ( ⁇ Al2O3).
  • ⁇ -alumina single crystal particles include AA-03, AA-04, AA-05, AA-07, and AA-1.5 of the Advanced Alumina (AA) series sold by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Can be used.
  • the content of the ceramic particles 22b in the insulating layer 22 may be, for example, in the range of 60% by volume or more and 80% by volume or less. If the content of the ceramic particles 22b is too small, the thermal conductivity of the insulating layer 22 may not be sufficiently improved, and the thermal resistance of the entire metal base substrate 20 may increase. On the other hand, if the content of the ceramic particles 22b becomes too large, the content of the insulating resin 22a relatively decreases, the elastic modulus of the insulating layer 22 becomes too high, and the insulating layer 22 is added to the solder layer 12 by the thermal cycle. It becomes difficult to relieve the stress with the insulating layer 22.
  • the thickness of the insulating layer 22 is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, and more preferably in the range of 3 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the relationship between the thickness t ( ⁇ m) of the insulating layer 22 and the elastic modulus E (GPa) of the insulating layer 22 at 100 ° C. satisfies the following formula (1). Is formed in. 10 ⁇ t / E ... (1) If the relationship between the thickness t of the insulating layer 22 and the elastic modulus E of the insulating layer 22 is reduced to a low elastic modulus so as to satisfy the above equation (1), the stress due to thermal expansion of the metal substrate 21 can be reduced. It can be relaxed enough.
  • the circuit layer 23 may be a metal foil having a semi-softening temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and for example, aluminum, copper and alloys of these metals can be used. Of these metals, copper is preferred. Examples of copper include 4N copper (purity 99.99%). Such 4N copper preferably contains a trace amount of additive elements in order to set the semi-softening temperature to 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.
  • Additive elements include yttrium, scandium, samarium, lanthanum, cerium, boron, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, zirconium, hafnium, neodymium, tantalum, calcium and manganese.
  • the film thickness of the circuit layer 23 is within the range of 10 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, preferably 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. If the film thickness of the circuit layer 23 is too thin, the allowable current may be small and the thermal resistance may be high. On the other hand, if the film thickness of the circuit layer 23 becomes too thick, it may be difficult to form a circuit pattern by etching.
  • the circuit layer 23 of the present embodiment uses a metal foil having a semi-softening temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, for example, a 4N copper foil.
  • the semi-softening temperature here refers to the yield strength before annealing when the sample is annealed and the yield strength is measured by a tensile test, and the yield strength when the sample is completely softened (even if the annealing temperature is raised further after annealing for 30 minutes). It means the annealing temperature corresponding to the intermediate proof stress between the proof stress of (the state where does not change is considered to be completely softened).
  • the proof stress before annealing is the proof stress after cold rolling.
  • the adhesion layer 25 may be further provided between the insulating layer 22 and the circuit layer 23, or between the insulating layer 22 and the metal substrate 21, or both.
  • the adhesion layer 25 is preferably made of resin.
  • the resin a silicone resin, an epoxy resin, a polyamide-imide resin, or a polyimide resin 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.
  • the adhesive layer 25 may be dispersed with a thermally conductive filler in order to improve the thermal conductivity.
  • Ceramic particles can be used as the thermally conductive filler. Examples of ceramic particles include silica particles, alumina particles, boron nitride particles, titanium oxide particles, alumina-doped silica particles, alumina hydrate particles, and phosphate-coated aluminum nitride particles.
  • the filler contained in the adhesive layer 25 preferably contains a smaller volume ratio of the filler than the filler contained in the insulating layer 22.
  • the content of the filler in the adhesion layer 22 may be in the range of 20% by volume or more and 60% by volume or less when ceramic particles are used as the filler, for example.
  • a circuit layer 23 having a semi-softening temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower is used, and
  • the insulating layer 22 is an electronic component via the solder layer 12 so that the relationship between the thickness t ( ⁇ m) and the elastic coefficient E (GPa) of the insulating layer 22 at 100 ° C. satisfies the above-mentioned equation (1).
  • Yttrium (Y) was added to oxygen-free copper having a purity of 99.996% by mass or more so as to have the concentration shown in Table 1, and melted by vacuum melting (0.1 Pa). Then, the obtained ingot was hot-rolled to a thickness of 10 mm, face-cut, annealed and cold-rolled repeatedly to obtain a predetermined thickness.
  • alumina (Al2O3) particles (AA-07: manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were prepared. 1.0 g of the prepared alumina particles was added to 10 g of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) and ultrasonically treated for 30 minutes to prepare a ceramic particle dispersion. Next, the polyimide solution (commercially available) of the solvent-soluble polyimide having an elastic modulus at 100 ° C. and the ceramic particle dispersion liquid have a ceramic particle content of 60% by volume based on the total amount of the resin component and the ceramic particles. Mixed as such.
  • the obtained mixture was dispersed by repeating a high-pressure injection process at a pressure of 50 MPa 10 times using a wet atomizing device (Starburst: manufactured by Sugino Machine Limited) to perform a ceramic particle-dispersed polyimide solution (insulation).
  • a coating solution for layer formation was prepared.
  • the thickness ( ⁇ m) of the insulating layer generated by heating the above-mentioned coating liquid for forming an insulating layer on the surface of a copper substrate having a thickness of 2.0 mm and a size of 50 mm ⁇ 50 mm was divided by the elastic modulus (GPa) of the insulating layer at 100 ° C.
  • a coating layer for forming an insulating layer was formed by coating by a bar coating method so that the values were as shown in Table 1.
  • the copper substrate on which the coating layer for forming the insulating layer was formed was placed on a hot plate, the temperature was raised from room temperature to 60 ° C. at 3 ° C./min, 100 minutes at 60 ° C., and 120 ° C.
  • the temperature was raised to 120 ° C. for 100 minutes to dry the coating layer for forming an insulating layer.
  • the copper substrate was heated at 250 ° C. for 1 minute and at 400 ° C. for 1 minute to form an insulating layer on one surface of the copper substrate.
  • the elastic modulus of the insulating layer As the elastic modulus of the insulating layer, the value measured by the following measuring procedure was used. The insulating layer was applied to a 0.1 mm copper plate, dried, and then the copper plate was removed by etching to isolate an insulating film. The elastic modulus of the obtained insulating film at 100 ° C. was measured by a tensile method using a dynamic viscoelasticity measuring device (solid viscoelasticity analyzer RSA-G2: manufactured by TA Instruments Japan Co., Ltd.). .. The measurement conditions were a frequency of 1 Hz and a heating rate of 1 ° C./Min.
  • Table 1 shows the verification results of Examples 1 to 36 of the present invention and Comparative Examples 1 to 3.
  • "reliability" in Table 1 as a result of the reliability test shown below, those having a reliability of 80% or more were evaluated as ⁇ , and those having a reliability of less than 80% were evaluated as x.
  • An insulating layer is formed on a metal substrate, a copper foil is formed as a wiring layer on the insulating layer, and Sn-Ag-Cu solder is further applied to form a solder layer having a length of 2.5 cm, a width of 2.5 cm, and a thickness of 100 ⁇ m. Then, a 2.5 cm square Si chip was mounted on the solder layer to prepare a test piece.
  • 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 thermal cycle was applied was embedded in resin, and the observation surface formed by cross-sectional polishing the vicinity of the center of the chip was observed, and the length (mm) of cracks generated in the solder layer was measured.
  • the value calculated from the following formula showing reliability from the length of one side of the solder layer and the measured crack length was defined as the joining reliability. Those with a joining reliability of 90% or more were rated as ⁇ , and those with a joining reliability of 90% or more were rated as x.
  • 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
  • the semi-softening temperature of the circuit layer is 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and the thickness t ( ⁇ m) of the insulating layer and the elastic modulus E (GPa) of the insulating layer at 100 ° C.
  • the metal base substrates of Examples 1 to 36 of the present invention provided with an insulating layer satisfying the following equation (1) have a reliability requirement, and even if a thermal cycle is applied, the solder cracks in the solder layer It was confirmed that the metal-based substrate is less likely to generate solder.
  • the metal base substrates of Comparative Examples 1 to 3 do not meet the necessary requirements for reliability, and there is a concern that solder cracks may occur in the solder layer when a thermal cycle is applied. Therefore, the effect of the metal base substrate of the present invention could be confirmed.
  • Electronic component mounting board 11 Electronic component 12 Solder layer 20 Metal base board 21 Metal board 22 Insulation layer 22a Insulation resin (resin) 22b Ceramic particles (filler) 23 circuit layer.

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Abstract

本発明の金属ベース基板は、金属基板と、前記金属基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備えた金属ベース基板であって、前記回路層は、半軟化温度が１００℃以上１５０℃以下の金属からなり、前記絶縁層は、樹脂を含み、前記絶縁層の厚みｔ（μｍ）と前記絶縁層の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が下記の式（１）を満たすことを特徴とする。　１０＜ｔ／Ｅ・・・（１）

Description

金属ベース基板、電子部品実装基板
　本発明は、金属ベース基板、及びこれを用いた電子部品実装基板に関する。
　本願は、２０２０年３月３１日に、日本に出願された特願２０２０－０６２８２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　半導体素子などの電子部品を実装するための基板は、電子部品の動作によって発生した熱を外部に効率よく放熱できる金属ベース基板であることが好ましい。金属ベース基板としては、ベース基板として金属基板を用い、この金属基板と、絶縁層と、回路層とがこの順で積層された金属ベース基板が知られている。電子部品は、回路層の上に、はんだ層を介して接合される。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、絶縁層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。
　金属ベース基板の絶縁層は、一般に絶縁性に優れる樹脂と、熱伝導性に優れるセラミック粒子（熱伝導性フィラー、無機充填材）とを含む絶縁性樹脂組成物から形成されている。絶縁層用の樹脂としては、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂が用いられている。従来、こうした金属ベース基板では、絶縁層を構成する樹脂を低弾性率化することによって、はんだ層に加わる熱応力を低減させていた（例えば、特許文献１、２を参照）。
特許第５６５００８４号公報 特許第５６６５４４９号公報
　しかしながら、特許文献１、２に開示された発明では、絶縁層を構成する樹脂を低弾性率化させることで、金属基板の膨張による熱応力は緩和できても、回路層が熱膨張するために、はんだ層に加わる熱応力を大きく低減させることには限界があった。そして、絶縁層を構成する樹脂を低弾性率化させるほど、絶縁層が柔軟になり、回路層の熱膨張を抑制できなくなる。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、はんだ層を介して電子部品を接合した状態で、冷熱サイクルを付与しても、はんだクラックの発生が起こりにくい金属ベース基板、及びこれを用いた電子部品実装基板を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明者らは以下の知見を見出した。即ち、回路層の半軟化温度の範囲を限定し、かつ、絶縁層の厚みと絶縁層を構成する樹脂の弾性率との関係を定義することにより、はんだ層に加わる熱応力を抑制可能である。
　こうした知見に基づいて、この発明は以下の手段を提案している。
　本発明の金属ベース基板は、金属基板と、前記金属基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備えた金属ベース基板であって、前記回路層は、半軟化温度が１００℃以上１５０℃以下の金属からなり、前記絶縁層は、樹脂を含み、前記絶縁層の厚みｔ（μｍ）と前記絶縁層の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が下記の式（１）を満たすことを特徴とする。
　１０＜ｔ／Ｅ・・・（１）
　また、本発明では、前記絶縁層は、前記樹脂にフィラーを分散させたものであってもよい。
　また、本発明では、前記絶縁層と前記回路層の間、または前記絶縁層と前記金属基板の間のうち、少なくとも一方に、密着層を有してもよい。また、前記密着層は、フィラーが分散していてもよく、また前記絶縁層よりも含まれるフィラーの体積割合が少なくてもよい。
　本発明の電子部品実装基板は、前記各項に金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記回路層にはんだ層を介して接合した電子部品とを有することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る金属ベース基板を備えた電子部品実装基板を示す断面図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
　図１は、本発明の一実施形態に係る金属ベース基板を備えた電子部品実装基板を示す断面図である。
　電子部品実装基板１０は、金属ベース基板２０と、この金属ベース基板２０にはんだ層１２を介して接合された電子部品１１とを有している。電子部品１１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。
　はんだ層１２は、例えば、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだなど、各種はんだを用いることができ、特に制限されない。
　金属ベース基板２０は、金属基板２１と、この金属基板２１の一方の面に積層された絶縁層２２と、絶縁層２２の金属基板２１側とは反対側の面に積層された回路層２３とを有している。
　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は、金属基板２１としては、例えば、銅板、アルミニウム板及びこれらの積層板を用いることができる。
　絶縁層２２は、絶縁性樹脂（樹脂）２２ａとセラミック粒子（フィラー）２２ｂとを含む絶縁性熱伝導性樹脂組成物から形成されている。絶縁層２２を、絶縁性が高い絶縁性樹脂２２ａに、熱伝導性が高く、かつ絶縁性のセラミック粒子２２ｂを分散させたものから形成することによって、絶縁性を維持しつつ、回路層２３から金属基板２１までの金属ベース基板２０全体の熱抵抗をより低減させることができる。これにより、電子部品１１で生じた熱を金属基板２１側から容易に放熱することができる。
　絶縁性樹脂３１は、ポリイミド樹脂又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。ポリイミド樹脂及びポリアミドイミド樹脂は、イミド結合を持つので、優れた耐熱性と機械特性を有する。
　フィラーの一例であるセラミック粒子２２ｂ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などを用いることができる。セラミック粒子２２ｂ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２２ｂの形態は、特に制限はないが、微細なセラミック粒子の凝集粒子、あるいは単結晶のセラミック粒子であることが好ましい。
　微細なセラミック粒子の凝集粒子は、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２２ｂの一次粒子が凝集粒子を形成して、絶縁層２２の絶縁性樹脂（樹脂）２２ａ中に分散していることによって、セラミック粒子２２ｂ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２２ｂの一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層２２の熱伝導度が向上する。
　微細なセラミック粒子の凝集粒子の市販品としては、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などを用いることができる。
　単結晶のセラミック粒子は、αアルミナ（αＡｌ２Ｏ３）の結晶構造を有するαアルミナ単結晶粒子であることが好ましい。αアルミナ単結晶粒子の市販品としては、住友化学株式会社から販売されているアドバンストアルミナ（ＡＡ）シリーズのＡＡ－０３、ＡＡ－０４、ＡＡ－０５、ＡＡ－０７、ＡＡ－１．５などを用いることができる。
　絶縁層２２中のセラミック粒子２２ｂの含有量は、例えば、６０体積％以上８０体積％以下の範囲内であればよい。セラミック粒子２２ｂの含有量が少なくなりすぎると、絶縁層２２の熱伝導性が十分に向上せず、金属ベース基板２０全体の熱抵抗が高くなるおそれがある。一方、セラミック粒子２２ｂの含有量が多くなりすぎると、絶縁性樹脂２２ａの含有量が相対的に減少して、絶縁層２２の弾性率が高くなりすぎて、冷熱サイクルによって、はんだ層１２に加わる応力を絶縁層２２で緩和することが難しくなる。
　絶縁層２２の厚みは、特には制限されるものではないが、例えば、１μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。
　本実施形態の金属ベース基板２０の絶縁層２２は、絶縁層２２の厚みｔ（μｍ）と絶縁層２２の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が下記の式（１）を満たすように形成される。
１０＜ｔ／Ｅ・・・（１）
　絶縁層２２の厚みｔと絶縁層２２の弾性率Ｅとの関係を、上述した式（１）を満たすように絶縁層２２を低弾性率化させれば、金属基板２１の熱膨張による応力を十分緩和できる。
　回路層２３は、半軟化温度が１００℃以上、１５０℃以下の金属箔であればよく、例えば、アルミニウム、銅及びこれら金属の合金を用いることができる。これらの金属の中では、銅が好ましい。銅としては、例えば、４Ｎ銅（純度９９．９９％）が挙げられる。こうした４Ｎ銅には、半軟化温度を１００℃以上１５０℃以下とするために、微量の添加元素を含むことが好ましい。添加元素としては、イットリウム、スカンジウム、サマリウム、ランタン、セリウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、ジルコニウム、ハフニウム、ネオジム、タンタル、カルシウム、マンガンが挙げられる。
　回路層２３の膜厚は、１０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲内、好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にある。回路層２３の膜厚が薄くなりすぎると、許容電流が小さくなったり、熱抵抗が高くなるおそれがある。一方、回路層２３の膜厚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。
　本実施形態の回路層２３は、半軟化温度が１００℃以上、１５０℃以下の金属箔、例えば４Ｎ銅箔を用いる。
　ここでいう半軟化温度とは、試料を焼鈍していき、引張試験によって耐力を測定した際の焼鈍前の耐力と、完全に軟化したとき（３０分焼鈍後にそれ以上焼鈍温度を上げても耐力が変化しない状態を、完全に軟化したとみなす）の耐力との間の、中間の耐力に相当する焼鈍温度を意味する。なお焼鈍前の耐力は、冷間圧延後の耐力とする。
　上述した構成に加えて、更に、絶縁層２２と回路層２３との間、または絶縁層２２と金属基板２１との間、あるいはその両方に密着層２５を設けてもよい。本実施形態では、絶縁層２２と回路層２３との間に密着層２５を設けた例を示している。
　密着層２５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、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　密着層２５は、熱伝導性を向上させるために、熱伝導性フィラーを分散させてもよい。
熱伝導性フィラーとしては、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子の例としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、リン酸被覆窒化アルミニウム粒子が挙げられる。
　密着層２５に含まれるフィラーは、絶縁層２２に含まれるフィラーよりも、含有するフィラーの体積割合を少なくすることが好ましい。密着層２２中のフィラーの含有量は、例えば、セラミック粒子をフィラーとして用いた場合に、２０体積％以上６０体積％以下の範囲内であればよい。
　以上のような構成の本実施形態の金属ベース基板２０、およびこれを用いた電子部品実装基板１０によれば、回路層２３を半軟化温度が１００℃以上、１５０℃以下のものを用い、かつ、絶縁層２２は厚みｔ（μｍ）と絶縁層２２の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が上述した式（１）を満たすようにすることによって、はんだ層１２を介して電子部品１１を接合した状態で、冷熱サイクルが加わっても、はんだ層１２に過剰な応力が加わることを抑制でき、はんだクラックの発生が起こりにくい金属ベース基板２０、及びこれを用いた電子部品実装基板１０を実現できる。
　以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　本発明の効果を検証した。
（回路層となる銅箔の作成）
　純度９９．９９６質量％以上の無酸素銅に、イットリウム（Ｙ）を表１に示す濃度となるように添加し、真空溶解（０．１Ｐａ）によって溶製した．そして、得られた鋳塊を熱間圧延で厚さ１０ｍｍにした後、面削し、焼鈍と冷間圧延を繰り返し、所定の厚みとした。
（絶縁層形成用塗布液の作製）
　セラミック粒子として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子（ＡＡ－０７：住友化学株式会社製）を用意した。用意したアルミナ粒子１．０ｇを、ＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）１０ｇに対して投入し、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。
　次に、１００℃における弾性率が１００ＭＰａである溶剤可溶性ポリイミドのポリイミド溶液（市販品）とセラミック粒子分散液とを、樹脂成分とセラミック粒子の合計量に対するセラミック粒子の含有量が６０体積％となるように混合した。次いで、溶媒で、混合物中のポリイミドの濃度が５質量％となるように希釈した。続いて得られた混合物を、湿式微粒化装置（スターバースト：株式会社スギノマシン製）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イミド溶液（絶縁層形成用塗布液）を調製した。
（絶縁層の形成）
　厚み２．０ｍｍで５０ｍｍ×５０ｍｍの銅基板の表面に、上述した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（μｍ）を絶縁層の１００℃における弾性率（ＧＰａ）で除算した値が表１に示す値になるように、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、銅基板の一面に絶縁層を形成した。
　なお、絶縁層の弾性率は、下記の測定手順によって測定した値を用いた。
　絶縁層を０．１ｍｍの銅板に塗布し、乾燥したのち、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・ジャパン株式会社製））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。
（回路層の貼り付け）
　絶縁層の上に、表１に記載の厚みで４０ｍｍ×４０ｍｍの銅箔（配線層）を重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃の温度で１２０分間加熱して、絶縁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。
　表１に本発明例１～３６と、比較例１～３の検証結果を示す。なお表１中の「信頼性」は、下記に示す信頼性試験による結果、信頼性が８０%以上であるものを○、信頼性が８０％未満であるものを×とした。
（信頼性試験）
　金属基板に絶縁層を形成し、この上に配線層として銅箔を形成し、更に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、このはんだ層の上に、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で包埋して、チップ中心付近を断面研磨して形成した観察面を観察し、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の信頼性を示す式より算出した値を、接合信頼性とした。接合信頼性が９０％以上のものを信頼性〇、それ以外を×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-T000001
　表１に示す結果によれば、回路層の半軟化温度が１００℃以上、１５０℃以下であり、かつ、絶縁層の厚みｔ（μｍ）と絶縁層の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が下記の式（１）を満たす絶縁層を備えた本発明例１～３６の金属ベース基板は、信頼性が必要要件を満たしており、冷熱サイクルが加わっても、はんだ層にはんだクラックの発生が起こりにくい金属ベース基板であることが確認された。一方、比較例１～３の金属ベース基板は、信頼性が必要要件を満たしておらず、冷熱サイクルが加わると、はんだ層にはんだクラックの発生が起こる懸念がある。よって、本発明の金属ベース基板の効果が確認できた。
　１０　電子部品実装基板
　１１　電子部品
　１２　はんだ層
　２０　金属ベース基板
　２１　金属基板
　２２　絶縁層
　２２ａ　絶縁性樹脂（樹脂）
　２２ｂ　セラミック粒子（フィラー）
　２３　回路層。

Claims (4)

  1. 　金属基板と、前記金属基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備えた金属ベース基板であって、
    　前記回路層は、半軟化温度が１００℃以上１５０℃以下の金属からなり、
    　前記絶縁層は、樹脂を含み、前記絶縁層の厚みｔ（μｍ）と前記絶縁層の１００℃における弾性率Ｅ（ＧＰａ）との関係が下記の式（１）を満たすことを特徴とする金属ベース基板。
    　１０＜ｔ／Ｅ・・・（１）
  2. 　前記絶縁層は、前記樹脂にフィラーを分散させたものであることを特徴とする請求項１に記載の金属ベース基板。
  3. 　前記絶縁層と前記回路層の間、または前記絶縁層と前記金属基板の間のうち、少なくとも一方に、フィラーを分散させた密着層を有し、
    　前記密着層は、前記絶縁層よりも含まれるフィラーの体積割合が少ないことを特徴とする請求項２に記載の金属ベース基板。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の金属ベース基板と、前記金属ベース基板の前記回路層にはんだ層を介して接合した電子部品とを有することを特徴とする電子部品実装基板。
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