WO2022131256A1 - 絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法 - Google Patents

絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法 Download PDF

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WO2022131256A1
WO2022131256A1 PCT/JP2021/046068 JP2021046068W WO2022131256A1 WO 2022131256 A1 WO2022131256 A1 WO 2022131256A1 JP 2021046068 W JP2021046068 W JP 2021046068W WO 2022131256 A1 WO2022131256 A1 WO 2022131256A1
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copper plate
circuit board
insulating layer
copper
insulating
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PCT/JP2021/046068
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史朗 石川
慶昭 坂庭
朋彦 山口
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三菱マテリアル株式会社
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    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/44—Manufacturing insulated metal core circuits or other insulated electrically conductive core circuits

Definitions

  • the present invention relates to an insulated circuit board and a method for manufacturing an insulated circuit board.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-207670 filed in Japan on December 15, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • an insulating circuit board having a circuit layer made of a conductive material formed on one surface of an insulating layer is bonded to an element such as a power semiconductor element, an LED element, or a thermoelectric element. Has been done.
  • an insulated circuit board it is considered to make the circuit layer thicker in order to improve the heat dissipation characteristics of the heat generated by the element.
  • Patent Document 1 describes an insulated circuit board in which the circuit layer is made of a metal material and the thickness is within the range of 0.05 mm or more and 2.0 mm or less.
  • Patent Document 1 describes, as a method of forming a circuit layer, a method of arranging a plurality of metal pieces in a circuit pattern on one surface of an insulating layer.
  • Patent Document 1 describes punching as a method for manufacturing a metal piece constituting a circuit layer.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an insulated circuit board provided with a circuit layer having excellent heat dissipation characteristics and capable of forming a fine circuit pattern, and a method for manufacturing the insulated circuit board. ..
  • the insulating circuit board is opposite to the metal substrate, the insulating layer provided on one surface of the metal substrate, and the metal substrate of the insulating layer.
  • An insulated circuit board comprising a circuit layer provided on a side surface, wherein the circuit board has a circuit pattern, and the circuit pattern includes a copper plate laminate in which two or more copper plates are laminated.
  • the copper plate laminate is characterized in that the thickness of the copper plate located on the surface opposite to the insulating layer is within the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the circuit layer has a circuit pattern including a copper plate laminate in which two or more copper plates are laminated. Therefore, the thickness of the circuit layer can be increased by increasing the number of copper plates. can. By increasing the thickness of the circuit layer, the heat transferred to the circuit layer spreads in the plane direction as well as the stacking direction of the insulated circuit board, and the heat easily spreads to the entire circuit layer, so that the thermal resistance of the circuit layer becomes low.
  • the copper plate laminate has a thickness of the copper plate located on the surface opposite to the insulating layer, that is, the copper plate on which the element is mounted, within the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the insulated circuit board having this configuration has excellent heat dissipation characteristics. Further, since it is not necessary to increase the thickness of each copper plate, a fine circuit pattern can be formed. If the thickness of the copper plate on which the element is mounted exceeds 3.0 mm, it becomes difficult to form by punching, and if it is less than 0.5 mm, the heat transfer rate is slightly inferior, so that the thermal resistance as an insulating circuit board is large. Become.
  • the thickness of the copper plate in contact with the insulating layer is within the range of 0.01 mm or more and 2.0 mm or less. In this case, since the thickness of the copper plate in contact with the insulating layer is as thin as 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, it is possible to form a fine circuit pattern.
  • the two or more copper plates are bonded to each other via a bonding material, and the bonding material has a thermal conductivity of 80 W / mK or more and a bonding temperature.
  • the thermal conductivity between the copper plates is high. Therefore, the thermal resistance of the circuit layer can be further reduced.
  • the two or more copper plates are joined to each other via a joining material, and the joining material is made of aluminum having a purity of 99.99% by mass or more. It may be said.
  • the thermal conductivity between the copper plates is increased and the thermal resistance of the circuit layer is further reduced. Can be done.
  • the circuit pattern includes an element mounting area on which an element is mounted, and the element mounting area is the copper plate laminate.
  • the element mounting area on which the element of the circuit pattern is mounted is a copper plate laminate, the thickness of the element mounting area can be increased, and the thermal resistance of the circuit layer can be further reduced. Therefore, the insulated circuit board having this configuration has further excellent heat dissipation characteristics. Further, in the region where the element is not mounted, a thin copper plate can be used instead of the copper plate laminate, so that a finer circuit pattern can be formed.
  • the copper plate laminated body has the thickest copper plate located on the surface opposite to the insulating layer.
  • the copper plate located on the surface opposite to the insulating layer of the copper plate laminate that is, the copper plate in contact with the element, has the thickest thickness and easily transfers heat, so that the heat transferred to the copper plate laminate is transferred to the insulating layer. It will be easier to convey. Therefore, the insulated circuit board having this configuration has further excellent heat dissipation characteristics.
  • a method for manufacturing an insulated circuit board is to provide a circuit on the insulating layer of a metal substrate with an insulating layer, comprising a metal substrate and an insulating layer provided on one surface of the metal substrate. It includes a step of joining a copper plate formed in a pattern and a step of joining a separately prepared copper plate to a surface of the copper plate opposite to the insulating layer to form a copper plate laminate. According to the method for manufacturing an insulated circuit board having this configuration, a copper plate formed in a circuit pattern is joined onto the insulating layer of a metal substrate with an insulating layer, and another copper plate is sequentially joined onto the copper plate.
  • the copper plate laminate is formed, it is possible to industrially and stably manufacture an insulated circuit board having a thick copper plate laminate (circuit layer) without increasing the thickness of each copper plate. Since the copper plate does not have to be thick, a fine circuit pattern can be formed. Therefore, in the insulated circuit board manufactured by using the method for manufacturing the insulated circuit board of the present embodiment, the circuit layer is thick and has a fine circuit pattern, and has excellent heat dissipation characteristics.
  • Another method of manufacturing an insulated circuit board of the present invention includes a step of joining two or more copper plates, each of which is formed in a circuit pattern, in the stacking direction to produce a copper plate laminate, and the copper plate.
  • two or more copper plates formed in a circuit pattern are joined to form a copper plate laminate, and then the copper plate laminate is placed on the insulating layer of the metal substrate with an insulating layer. Therefore, it is possible to industrially and stably manufacture an insulated circuit board having a thick copper plate laminate (circuit layer) without increasing the thickness of each copper plate.
  • an insulated circuit board having a circuit layer having excellent heat dissipation characteristics and capable of forming a fine circuit pattern, and a method for manufacturing the insulated circuit board.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. It is a top view of the power module which used the insulation circuit board which concerns on another Embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. It is sectional drawing of the power module using the insulation circuit board which concerns on still another Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the power module using the insulation circuit board which concerns on still another Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the power module using the insulation circuit board which concerns on still another Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the power module using the insulation circuit board which concerns on still another Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a plan view of a power module using an insulated circuit board according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • the power module 1a includes an insulating circuit board 10a and an element 3 mounted on the insulating circuit board 10a via a solder layer 2.
  • the insulating circuit board 10a includes a metal substrate 20, an insulating layer 30 provided on one surface of the metal substrate 20, and a circuit layer 40 provided on a surface of the insulating layer 30 opposite to the metal substrate 20. Be prepared.
  • the metal substrate 20 is a member that is a base of the insulating circuit board 10a.
  • the metal substrate 20 is, for example, a copper substrate or an aluminum substrate. Copper substrates include copper and copper alloys. Aluminum substrates include aluminum and aluminum alloys.
  • the insulating layer 30 is a layer for insulating the metal substrate 20 and the circuit layer 40.
  • the insulating layer 30 is formed of, for example, an insulating resin or an insulating resin composition containing an insulating resin and an inorganic filler.
  • the insulating resin for example, an epoxy resin, a polyimide resin, or a polyamide-imide resin can be used. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the insulating resin is preferably a resin having high heat resistance.
  • the insulating resin may have a thermal decomposition temperature of 400 ° C. or higher.
  • the insulating resin may contain a polyimide resin.
  • the inorganic filler examples 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. , Silicon nitride (BN) particles can be used. These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more. As the alumina (Al 2 O 3 ) particles, ⁇ -alumina single crystal particles may be used. The inorganic filler may have 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 insulating layer 30 may be, for example, in the range of 50% by volume or more and 85% by volume or less, or in the range of 50% by volume or more and 80% by volume or less.
  • the circuit layer 40 has a circuit pattern.
  • a part of the circuit layer 40 may be a circuit pattern, or the entire circuit layer 40 may be a circuit pattern. In this embodiment, the entire circuit layer 40 is a circuit pattern.
  • the circuit layer 40 (circuit pattern) is provided on the surface of the insulating layer 30 opposite to the metal substrate 20 and on the surface of the first copper plate 41 opposite to the insulating layer 30. It is composed of a copper plate laminated body 45 in which a second copper plate 42 is laminated. That is, the circuit layer 40 is composed of a copper plate laminate 45 mounted on the insulating layer 30, and the copper plate laminate 45 is provided with a first copper plate 41 on the insulating layer 30 side and is on the opposite side to the insulating layer 30. 2 A copper plate 42 is provided. The first copper plate 41 and the second copper plate 42 have element mounting areas 41a and 42a and wiring areas 41b and 42b, respectively.
  • the element 3 is connected to the element mounting region 42a of the second copper plate 42 via the solder layer 2.
  • the element 3 is electrically connected to the wiring region 42b of the second copper plate 42 via the lead wire 4.
  • the thickness of the second copper plate 42 is in the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the thickness of the first copper plate 41 is, for example, in the range of 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, preferably in the range of 0.01 mm or more and 1.5 mm, and may be thinner than the second copper plate 42.
  • the surface size of the element mounting area 42a is the same as or wider than the size of the mounting surface on the side of the element 3 mounted on the element mounting area 42a, so that the thermal resistance of the element mounting area 42a is lowered. May be good. Further, the surface size of the element mounting region 41a of the first copper plate 41 may be the same as or wider than the size of the element mounting region 42a of the second copper plate 42, and the thermal resistance of the element mounting region 41a may be lowered. ..
  • the element mounting area 42a of the second copper plate 42 and the element mounting area 41a of the first copper plate 41 have the same size, and are configured to be wider than the size of the mounting surface of the element 3.
  • the thickness of the element mounting areas 41a and 42a (the total thickness of the element mounting area 41a of the first copper plate 41 and the element mounting area 42a of the second copper plate 42) may be within the range of 1 mm or more and 3 mm or less. Since the thickness of the element mounting areas 41a and 42a is within the above range, the heat transferred to the element mounting areas 41a and 42a spreads in the surface direction as well as the stacking direction of the insulating circuit board 10a, and the element mounting areas 41a and 42a.
  • the heat transferred to the element can easily spread to the entire element mounting areas 41a and 42a. Therefore, the thermal resistance of the circuit layer 40 becomes low.
  • the surface size of the element mounting regions 41a and 42a is preferably in the range of 200 or more and 5000 or less, more preferably in the range of 300 or more and 4000 or less, and 500, where the size of the mounting surface of the element 3 is 100. It is particularly preferable that the temperature is within the range of 3000 or less. Further, the total thickness of the element mounting regions 41a and 42a is more preferably in the range of 1 mm or more and 8 mm or less, and particularly preferably in the range of 2 mm or more and 6 mm or less.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 are joined via a joining material 50.
  • the bonding material 50 is preferably a metal (sintered bonding material) having a thermal conductivity of 80 W / mK or more and a bonding temperature (sintering temperature) of 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the bonding temperature is within the above range, the types of resins that can be used as the insulating resin of the insulating layer 30 increase.
  • the upper limit of the thermal conductivity is not limited, but in reality, it may be about 500 W / mK.
  • Examples of the sintered joint material include metal particles made of silver or copper having excellent thermal conductivity as a base material.
  • This sintered bonding material improves the reactivity of the surface of the metal particles by refining the metal particles, and is baked at a relatively low bonding temperature that does not melt the material to be bonded (copper plate). It is possible to exhibit thermal and electrical properties derived from the physical properties of the metal contained in the bonding material.
  • the bonding material 50 may be an aluminum foil having a purity of 99.99% by mass or more. In this case, since the joining temperature is higher than that of the sintered joining material, the types of resins that can be used as the insulating resin of the insulating layer 30 are limited, but the heat dissipation is even higher.
  • a semiconductor element As the element 3, a semiconductor element, an LED element, a thermoelectric element resistor, a capacitor, a crystal oscillator, or the like can be used.
  • semiconductor elements include MOSFETs (Metal-oxide-semiconductor field effect transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and LSIs (Large Scale Integration).
  • LED element light emitting diode
  • LED-CSP LED-ChipSizePackage
  • solder material such as Sn-Ag type, Sn-Cu type, Sn-In type, or Sn-Ag-Cu type (so-called lead-free solder material) can be used.
  • the circuit layer 40 has a circuit pattern including the copper plate laminate 45 in which the first copper plate 41 and the second copper plate 42 are laminated.
  • the thickness of the layer 40 can be increased.
  • the heat transferred to the circuit layer 40 spreads in the plane direction as well as the stacking direction of the insulating circuit board 10a, and the heat transferred to the circuit layer 40 easily spreads to the entire circuit layer 40. Therefore, the thermal resistance of the circuit layer can be lowered.
  • the thickness of the second copper plate 42 located on the surface opposite to the insulating layer 30, that is, the second copper plate 42 to which the element 3 is connected via the solder layer 2 is 0.5 mm or more 3.
  • the insulating circuit board 10a of the present embodiment has excellent heat dissipation characteristics. Further, since the first copper plate 41 and the second copper plate 42 do not have to be excessively thick, a fine circuit pattern can be formed.
  • the thickness of the first copper plate 41 of the copper plate laminate 45 is as thin as 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, a finer circuit pattern can be formed. It will be possible.
  • the bonding material 50 for bonding the first copper plate 41 and the second copper plate 42 has a thermal conductivity of 80 W / mK or more and a bonding temperature of 200 ° C. or higher and 400 ° C.
  • the thermal conductivity between the first copper plate 41 and the second copper plate 42 becomes high, and the circuit layer 40 The thermal resistance can be further reduced.
  • the thickness of the element mounting area 42a can be increased. Since the thermal resistance of the circuit layer 40 can be further lowered, the heat dissipation characteristics of the insulated circuit board are further improved.
  • the insulating circuit board 10a having this configuration has further excellent heat dissipation characteristics. Further, in the region where the element is not mounted, a thin copper plate can be used instead of the copper plate laminate, so that a finer circuit pattern can be formed.
  • the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 of the circuit layer 40 have an element mounting area 41a, 42a and a wiring area 41b, 42b, respectively, but the configuration is limited to this. It is not something that will be done.
  • the second copper plate 42 has a configuration having only the element mounting region 42a, that is, the element mounting region is formed by the copper plate laminate 45 including the first copper plate 41 and the second copper plate, and the wiring region is formed only by the first copper plate 41. It may be configured to be used.
  • the surface sizes of the element mounting regions 41a and 42a of the circuit layer 40 are the same, but the surface size is not limited to this.
  • the surface size of the element mounting region 41a of the copper plate (first copper plate 41) in contact with the insulating layer 30 is set to the surface of the element mounting region 42a of the copper plate (second copper plate 42) located on the surface opposite to the insulating layer 30.
  • the configuration may be wider than the size.
  • the copper plate laminate 45 of the circuit layer 40 has a configuration in which two copper plates, a first copper plate 41 and a second copper plate 42, are laminated, but the number of copper plates is two or more. If so, there is no limit to the number.
  • the number of copper plates may be three or more.
  • the number of copper plates may be 6 or less. Even when the number of copper plates is 3 or more, the thickness of the copper plate to be bonded to the element is within the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the thickness of the copper plate of the intermediate layer that does not come into contact with either the insulating layer or the element is preferably as long as it can be punched, and more preferably 3.0 mm or less.
  • an insulated circuit board according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7.
  • the same components as those of the power module 1a shown in FIGS. 1 and 2 may be designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted.
  • FIG. 3 is a plan view of a power module using an insulated circuit board according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • the power module 1b shown in FIGS. 3 and 4 is a copper plate laminate in which the second copper plate 42 of the insulating circuit board 10b has only the element mounting area 42a, that is, the element mounting area includes the first copper plate 41 and the second copper plate. It differs from the power module 1a shown in FIGS. 1 and 2 in that it is formed by 45 and the wiring region is formed only by the first copper plate 41. Therefore, by reducing the thickness of the first copper plate 41, it is possible to have sufficient heat dissipation characteristics and to make the wiring region 41b finer and thinner.
  • the power module 1b is different from the power module 1a in that the surface size of the element mounting area 41a of the first copper plate 41 of the insulating circuit board 10b is wider than the element mounting area 42a of the second copper plate 42. do. Since the surface size of the element mounting area 41a is wider than that of the element mounting area 42a, the heat transferred from the element 3 to the element mounting area 42a is easily transferred to the element mounting area 41a. Therefore, the insulated circuit board 10b has the effect of the insulating circuit board 10a, as well as the effect that the wiring region 41b can be further refined and thinned, and the heat dissipation characteristics are further improved.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a power module using an insulated circuit board according to still another embodiment of the present invention.
  • the element mounting region of the insulating circuit board 10c is formed of a copper plate laminate 45 including a first copper plate 41 and a second copper plate, and a wiring region is formed only of the first copper plate 41. It is different from the power module 1a shown in FIGS. 1 and 2. Therefore, the insulated circuit board 10c has the effect that the wiring region 41b can be further refined and thinned, in addition to the effect of the insulated circuit board 10a.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a power module using an insulated circuit board according to still another embodiment of the present invention.
  • the element mounting area of the insulating circuit board 10d is a copper plate laminate 45 including a first copper plate 41, a second copper plate 42, and a third copper plate 43. It is different from the power module 1a shown in 1 and 2.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42, and the second copper plate 42 and the third copper plate 43 are joined to each other via a joining material 50.
  • the thickness of the second copper plate 42 and the third copper plate 43 is within the range of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the copper plate laminate 45 constituting the element mounting region is formed of three copper plates, the thickness of each copper plate constituting the copper plate laminate 45 can be reduced. Therefore, the element mounting areas 41a, 42a, and 43a can be made finer and thinner while having sufficient heat dissipation characteristics.
  • the number of copper plate laminates 45 constituting the element mounting area may be four or more depending on the required amount of heat transfer, but it is preferably 10 or less in consideration of the balance between heat dissipation characteristics and refinement.
  • the power module 1d is different from the power module 1a shown in FIGS. 1 and 2 in that the wiring region of the insulating circuit board 10d is formed only by the first copper plate 41. Therefore, by reducing the thickness of the first copper plate 41, the wiring region 41b can be made finer and thinner. Therefore, the insulated circuit board 10d has the effect that the element mounting areas 41a, 42a, 43a and the wiring area 41b can be further refined and thinned in addition to the effect of the insulated circuit board 10a, and the heat dissipation characteristics are further improved. ..
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a power module using an insulated circuit board according to still another embodiment of the present invention.
  • the power module 1e shown in FIG. 7 has a configuration in which the surface size of the element mounting area 41a of the first copper plate 41 of the insulating circuit board 10e and the element mounting area 42a of the second copper plate 42 is wider than the element mounting area 43a of the third copper plate 43. It is different from the power module 1d shown in FIG. Since the surface size of the element mounting area 41a is wider than that of the element mounting area 42a, the heat transferred from the element 3 to the element mounting area 43a is easily transferred to the element mounting area 42a. Therefore, the insulated circuit board 10e has the effect of further improving the heat dissipation characteristics as well as the effect of the insulated circuit board 10d.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an insulated circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present embodiment includes a first copper plate joining step and a second copper plate joining step.
  • the first copper plate joining step is a step of joining the first copper plate 41 on the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer.
  • the metal substrate 60 with an insulating layer includes a metal substrate 20 and an insulating layer 30 provided on one surface of the metal substrate 20.
  • the first copper plate 41 is formed in a circuit pattern having an element mounting region 41a and a wiring region 41b.
  • the manufacturing method of the metal substrate 60 with an insulating layer is not particularly limited.
  • a method for manufacturing the metal substrate 60 with an insulating layer for example, a method of laminating a resin sheet on one surface of the metal substrate 20 can be used.
  • the resin sheet may contain an inorganic filler.
  • a method for manufacturing the metal substrate 60 with an insulating layer a method can be used in which a coating liquid containing a resin is applied to one surface of the metal substrate 20, the obtained coating film is dried, heated and baked.
  • the coating liquid may contain an inorganic filler.
  • the metal substrate 60 with an insulating layer resin particles are electrodeposited on one surface of the metal substrate 20 using an electrodeposition liquid containing charged resin particles, and the obtained electrodeposition film is dried. Then, a method of heating and baking can be used.
  • the electrodeposition liquid may contain an inorganic filler.
  • the manufacturing method of the first copper plate 41 formed in a circuit pattern is not particularly limited.
  • various methods used as a method for processing a copper plate such as an etching method and punching, can be used.
  • a crimping method can be used as a method of joining the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer and the first copper plate 41.
  • a crimping method By loading the first copper plate 41 on the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer and heating while pressurizing using a crimping device, the insulating layer 30 and the first copper plate 41 of the metal substrate 60 with an insulating layer are heated. Can be joined with.
  • the bonding may be performed under a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere in order to suppress the oxidation of the first copper plate 41.
  • the second copper plate joining step is a step of joining a separately prepared second copper plate 42 to the surface of the first copper plate 41 opposite to the insulating layer 30.
  • the second copper plate 42 is formed in a circuit pattern having an element mounting region 42a and a wiring region 42b.
  • the second copper plate 42 formed in a circuit pattern various methods used as a processing method for the copper plate such as an etching method and punching can be used, as in the case of the first copper plate 41. ..
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 can be joined by using the joining material 50.
  • the material of the bonding material 50 for example, silver, copper, and aluminum having a purity of 99.99% by mass or more can be used.
  • the bonding material 50 may be a thin film of these metals or particles.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 are formed by arranging the joining material 50 on the first copper plate 41, loading the second copper plate 42 on the joining material 50, and heating while pressurizing using a crimping device. By doing so, the first copper plate 41 and the second copper plate 42 can be joined.
  • a first is obtained by preparing a dispersion of metal particles, applying the metal particle dispersion on the first copper plate 41, and drying the obtained coating film.
  • a metal particle layer may be formed on the copper plate 41.
  • the bonding may be performed under a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere in order to suppress the oxidation of the first copper plate 41 and the second copper plate 42. ..
  • the first copper plate 41 formed in a circuit pattern is bonded onto the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer. Then, since the copper plate laminate 45 is formed by sequentially joining the second copper plates 42 formed in a circuit pattern, the thickness of the first copper plate 41 and the second copper plate 42 is thick even if the thickness is not excessively thick.
  • An insulated circuit board having a circuit layer 40 can be industrially and stably manufactured. Since the first copper plate 41 and the second copper plate 42 do not have to be thick, a fine circuit pattern can be formed. Therefore, in the insulated circuit board manufactured by using the method for manufacturing the insulated circuit board of the present embodiment, the circuit layer 40 has a thick circuit layer and a fine circuit pattern, and has excellent heat dissipation characteristics.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an insulated circuit board according to another embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing an insulated circuit board according to the present embodiment includes a copper plate laminate manufacturing step and a copper plate laminate joining step.
  • the copper plate laminate manufacturing step is a step of joining the first copper plate 41 and the second copper plate 42 to manufacture the copper plate laminate 45.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 are formed in a circuit pattern having element mounting areas 41a and 42a and wiring areas 41b and 42b, respectively.
  • the first copper plate 41 and the second copper plate 42 can be joined by using the joining material 50.
  • the method of joining the first copper plate 41 and the second copper plate 42 using the joining material 50 is the same as in the case of the second copper plate joining step described above.
  • the copper plate laminate joining step is a step of joining the first copper plate 41 of the copper plate laminate 45 onto the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer.
  • a crimping method can be used as a method of joining the first copper plate 41 of the copper plate laminate 45 and the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer. The method of joining the first copper plate 41 and the insulating layer 30 using the crimping method is the same as in the case of the first copper plate joining step described above.
  • the first copper plate 41 formed in a circuit pattern and the second copper plate 42 formed in a circuit pattern are joined to each other.
  • the copper plate laminate 45 is formed, and then the copper plate laminate 45 is joined on the insulating layer 30 of the metal substrate 60 with an insulating layer, so that the thickness of the first copper plate 41 and the second copper plate 42 does not have to be excessively thick.
  • An insulated circuit board having a thick copper plate laminate 45 (circuit layer 40) can be industrially and stably manufactured.
  • the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
  • the copper plate laminate 45 is formed by using two copper plates, the first copper plate 41 and the second copper plate 42, but the number of copper plates is limited to two or more. There is no.
  • the number of copper plates may be three or more.
  • Example 1 of the present invention (1) Fabrication process of copper substrate with insulating layer An epoxy resin sheet (insulation) containing a filler containing alumina and aluminum nitride as fillers on one surface of a copper substrate (length: 100 mm, width: 100 mm, thickness: 1.0 mm). Layer A (length: 100 mm, width: 100 mm, thickness: 120 ⁇ m, thermal conductivity: 10 W / mK) was loaded to prepare a copper substrate with an insulating layer. The thermal conductivity is the physical properties after thermocompression bonding, and the measurement was performed by the laser flash method.
  • a copper plate (length: 100 mm, width: 100 mm, thickness: 1.0 mm) was punched to prepare a first copper plate having an element mounting area and a wiring area.
  • the size of the element mounting area was 30 mm ⁇ 30 mm.
  • the first copper plate was loaded on the insulating layer of the copper substrate with an insulating layer produced in (1) above, and placed in a crimping device. Next, the crimping device was evacuated to create a reduced pressure atmosphere, and then heated at a temperature of 180 ° C. for 60 minutes while pressurizing at a pressure of 10 MPa to bond the first copper plate to the insulating layer.
  • the hydrazine monohydrate aqueous solution is added to the cupric citrate aqueous dispersion to add a mixed solution.
  • a hydrazine monohydrate diluted 2-fold with water was used as the hydrazine monohydrate aqueous solution.
  • the amount of the hydrazine monohydrate aqueous solution added was 1.2 times the amount required to elute copper in the aqueous copper citrate dispersion as copper ions.
  • the obtained mixed solution was heated to 70 ° C. under a nitrogen gas atmosphere, held at 70 ° C. (maximum temperature) for 2 hours, and then cooled to 20 ° C. to obtain a copper particle slurry.
  • the obtained copper particle slurry was put into a centrifuge and treated at a rotation speed of 1000 rpm for 10 minutes to recover the copper particles.
  • the recovered copper particles were dried under reduced pressure for 10 hours to obtain copper particles for a bonding material.
  • a copper particle paste was prepared by mixing 8.5 g of the obtained copper particles for a bonding material, 1.4 g of ethylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and 0.1 g of glycerin (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.).
  • a copper plate (length: 100 mm, width: 100 mm, thickness: 1 mm) was punched to prepare a second copper plate having an element mounting area and a wiring area.
  • the size of the element mounting area was 30 mm ⁇ 30 mm, which was the same as that of the first copper plate.
  • the above copper particle paste was applied onto the first copper plate joined in (2) so as to have a thickness of 50 ⁇ m.
  • the above-mentioned second copper plate was loaded on the applied copper particle paste.
  • the copper particles were sintered at a temperature of 300 ° C. for 5 minutes while being pressurized at a pressure of 10 MPa to bond the first copper plate and the second copper plate.
  • the insulated circuit board of Example 1 of the present invention was produced.
  • Example 2 of the present invention The present invention is the same as that of the present invention example 1 except that the silver particle paste prepared by the following method is used instead of the copper particle paste in the step of joining the second copper plate of the present invention example 1 (3).
  • the insulated circuit board of Example 2 was produced.
  • a 300 g aqueous sodium formate solution maintained at 50 ° C. was added dropwise to the silver citrate slurry over 30 minutes to obtain a mixed slurry.
  • the concentration of formic acid in this aqueous sodium formate solution was 58% by mass.
  • the obtained mixed slurry was heated to a temperature of 60 ° C. at a heating rate of 10 ° C./hour, held at 60 ° C. (maximum temperature) for 30 minutes, and then cooled to 20 ° C. over 60 minutes to obtain silver.
  • a particle slurry was obtained.
  • the obtained silver particle slurry was put into a centrifuge and treated at a rotation speed of 1000 rpm for 10 minutes to recover the silver particles.
  • the recovered silver particles were dried by a freeze-drying method for 30 hours to obtain silver powder for a bonding material.
  • a paste was prepared by mixing 8.5 g of the obtained silver powder for a bonding material and 2.5 g of ethylene glycol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.).
  • Example 3 of the present invention is the same as the present invention example 1 except that the insulating layer (insulating layer B) is formed by the following coating method in the step of manufacturing the copper substrate with the insulating layer (1) of the present invention example 1. Insulated circuit board was manufactured. (Preparation of coating liquid) A polyimide solution having a polyimide concentration of 10% by mass was prepared by mixing polyamic acid (manufactured by Ube Corporation, Upia ST) and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) and dissolving the polyimide.
  • polyamic acid manufactured by Ube Corporation, Upia ST
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • ⁇ -alumina powder crystal structure: single crystal, average particle size: 1.6 ⁇ m
  • NMP ultrasonic treatment 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 the ⁇ -alumina concentration in the resin film to 60% by volume.
  • the obtained mixture was dispersed by repeating a high-pressure injection treatment at a pressure of 50 MPa 10 times using a starburst manufactured by Sugino Machine Limited to prepare a coating liquid.
  • the ⁇ -alumina concentration is the content of ⁇ -alumina particles in the solid matter generated when the coating liquid is heated and dried.
  • the above coating liquid was applied to one surface of a copper substrate (length: 100 mm, width: 100 mm, thickness: 1 mm) by the bar coating method to form a coating film.
  • the copper substrate on which the coating film was formed was placed on a hot plate, the temperature was raised from room temperature to 60 ° C. at a heating rate of 3 ° C./min, heated at 60 ° C. for 100 minutes, and then further heated at a heating rate of 1 ° C.
  • the temperature was raised to 120 ° C. at / min and heated at 120 ° C. for 100 minutes to dry the coating film.
  • the copper substrate was heated at 250 ° C. for 5 minutes and then heated at 400 ° C.
  • a copper substrate with an insulating layer was produced in which an insulating layer made of a polyimide resin in which ⁇ -alumina single crystal particles were dispersed was formed on the surface of the copper substrate.
  • the obtained insulating layer had a film thickness of 50 ⁇ m and a thermal conductivity of 2 W / mK.
  • Example 4 of the present invention In the step of manufacturing the copper substrate with the insulating layer (1) of the present invention example 1, the insulating layer was formed in the same manner as in the present invention example 3. Further, in the step (3) of joining the second copper plate of Example 1 of the present invention, a 4N aluminum thin film (thickness: 400 ⁇ m) was used instead of the copper particle paste, and the second copper plate was joined as follows. Except for the above, the insulated circuit board of the present invention example 4 was produced in the same manner as the present invention example 1.
  • the 4N aluminum thin film and the second copper plate are loaded on the first copper plate and placed in a crimping device, evacuated to create a reduced pressure atmosphere, and then pressurized at a pressure of 1 MPa at a temperature of 540 ° C. for 60 minutes. By heating, the first copper plate and the second copper plate were joined.
  • Example 5 of the present invention In the step (3) joining of the second copper plate of Example 1 of the present invention, the size of the element mounting area of the second copper plate was set to 15 mm ⁇ 15 mm. Then, the same as in Example 1 of the present invention except that the first copper plate and the second copper plate are joined so that the center of the element mounting area of the first copper plate and the center of the element mounting area of the second copper plate overlap each other.
  • the insulated circuit board of Example 5 of the present invention was produced.
  • Insulated circuit boards of Examples 6 to 10 of the present invention were produced in the same manner as in Example 5 of the present invention, except that the thickness of the first copper plate or the second copper plate was changed to the thickness shown in Table 1 below.
  • Example 11 of the present invention As a bonding material, an epoxy paste having a thermal conductivity of 7 W / mK was used, and the epoxy paste was applied on the first copper plate to a thickness of 50 ⁇ m, except that the first copper plate and the second copper plate were bonded to each other.
  • the insulated circuit board of the present invention example 11 was produced in the same manner as in the invention example 1.
  • Comparative Examples 1 to 3 Insulated circuit boards of Comparative Examples 1 to 3 were produced in the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the second copper plate was not joined and the thickness of the first copper plate was changed to the thickness shown in Table 1 below. did.
  • Comparative Examples 4 to 6 Insulated circuit boards of Comparative Examples 4 to 6 were produced in the same manner as in Example 3 of the present invention, except that the second copper plate was not joined and the thickness of the first copper plate was changed to the thickness shown in Table 1 below. did.
  • Comparative Example 7 The insulated circuit board of Comparative Example 7 was produced in the same manner as in Example 5 of the present invention except that the thickness of the second copper plate was 0.3 mm.
  • the thermal resistance from the element 3 to the copper substrate (second copper plate 42) was measured by using the transient heat measuring device 100. Further, the transient heat measuring device 100 was connected to the element 3 and the element mounting area 41a of the first copper plate (FIG. 11). Then, the thermal resistance from the element 3 to the copper substrate (first copper plate 41) was measured by using the transient heat measuring device 100.
  • the heat generation conditions of the element were 10 A and 180 seconds, and the thermal resistance measurement conditions were 0.1 A and the measurement time was 300 seconds. The same measurement was performed on a single copper substrate on which no insulating layer was formed, and the value obtained by subtracting the thermal resistance from the measured value of the insulated circuit board was taken as the thermal resistance. The results are shown in Table 1 below.
  • the insulated circuit boards of Examples 1 to 11 of the present invention wherein the circuit pattern of the circuit layer is a copper plate laminate obtained by laminating a first copper plate and a second copper plate having a thickness within the range of the present invention, are circuit patterns of the circuit layer.
  • the thermal resistance is reduced as compared with the insulated circuit boards of Comparative Examples 1 to 6 composed of only the first copper plate.
  • the insulated circuit boards of Examples 1 to 10 of the present invention using copper particles, silver particles, and aluminum thin films as the bonding material have a significantly reduced thermal resistance.
  • Examples 8 to 10 of the present invention with Comparative Example 7, it can be seen that the thickness of the second copper plate needs to be 0.5 mm or more.

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Abstract

本発明の絶縁回路基板（１０ａ）は、金属基板（２０）と、この金属基板（２０）の一方の面に備えられた絶縁層（３０）と、この絶縁層（３０）の金属基板（２０）とは反対側の面に備えられた回路層（４０）と、を備えた絶縁回路基板（１０ａ）であって、回路層（４０）は回路パターンを有し、回路パターンは２枚以上の銅板が積層された銅板積層体（４５）を含み、銅板積層体（４５）は、絶縁層（３０）とは反対側の面に位置する銅板の厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にある。

Description

絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法
　本発明は、絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法に関する。
　本願は、２０２０年１２月１５日に、日本に出願された特願２０２０－２０７６７０号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
　パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子などの素子が接合された構造とされている。
　絶縁回路基板では、素子で発生した熱の放熱特性を向上させるために回路層の厚くすることが検討されている。
　特許文献１には、回路層が金属材料からなり、厚みが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされている絶縁回路基板が記載されている。特許文献１には、回路層の形成方法として、絶縁層の一方の面に、複数の金属片を回路パターン状に配置する方法が記載されている。特許文献１には、回路層を構成する金属片の製造方法として、打ち抜き加工が記載されている。
日本国特開２０１９－１６９５４０号公報（Ａ）
　近年のパワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子などの素子の高集積化や高出力化に伴って、絶縁回路基板においては、放熱特性の向上が望まれている。さらに、素子の高集積化に伴って、回路パターンの精細化も求められている。絶縁回路基板の放熱特性を向上させるために、回路層、特に熱源である素子が搭載される素子搭載領域の回路層の厚みを厚くすることは有効である。しかしながら、特許文献１に記載されている打ち抜き加工では、回路層の厚みが厚くなるに伴って精細な回路パターンを形成することが難しくなる傾向がある。このため、放熱特性の向上と回路パターンの精細化の両者を満足させることは困難であった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、放熱特性に優れ、精細な回路パターンが形成可能な回路層を備えた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供する。
　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回路基板は、金属基板と、前記金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の面に備えられた回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、前記回路層は回路パターンを有し、前記回路パターンは２枚以上の銅板が積層された銅板積層体を含み、前記銅板積層体は、前記絶縁層とは反対側の面に位置する銅板の厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴としている。
　この構成の絶縁回路基板によれば、回路層は２枚以上の銅板が積層された銅板積層体を含む回路パターンを有するので、銅板の枚数を増やすことによって、回路層の厚みを厚くすることができる。回路層の厚みが厚くなることによって、回路層に伝わった熱が絶縁回路基板の積層方向と共に面方向にも拡がり、熱が回路層全体に拡がりやすくなるため、回路層の熱抵抗が低くなる。また、銅板積層体は、絶縁層とは反対側の面に位置する銅板、すなわち素子が搭載される銅板の厚さが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内と厚くなっている。これにより、回路層に伝わった熱が回路層全体により早く拡がるため、回路層の熱抵抗がより低くなる。よって、この構成の絶縁回路基板は、放熱特性が優れたものとなる。さらに、１枚ごとの銅板は、厚みを厚くしなくともよいので、精細な回路パターンを形成することができる。なお、素子が搭載される銅板の厚さが３．０ｍｍを超えると打ち抜きによる形成が困難になり、０．５ｍｍ未満であると伝熱速度がやや劣るため、絶縁回路基板としての熱抵抗が大きくなる。
　ここで、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記銅板積層体は、前記絶縁層に接する銅板の厚みが０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
　この場合、絶縁層に接する銅板の厚みが０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内と薄いので、精細な回路パターンを形成することが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記２枚以上の銅板が互いに接合材を介して接合されていて、前記接合材は、熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上で、接合温度が２００℃以上４００℃以下の範囲内にある金属である構成とされていてもよい。
　この場合、２枚以上の銅板が、熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上で、接合温度が２００℃以上４００℃以下の範囲内にある金属で接合されているので、銅板間の熱伝導性が高くなり、回路層の熱抵抗をさらに低下させることができる。
　また、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記２枚以上の銅板が互いに接合材を介して接合されていて、前記接合材は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムである構成とされていてもよい。
　この場合、２枚以上の銅板が、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムである接合材で接合されているので、銅板間の熱伝導性が高くなり、回路層の熱抵抗をさらに低下させることができる。
　また、本発明の一態様に係る絶縁回路基板において、前記回路パターンは、素子が搭載される素子搭載領域を含み、前記素子搭載領域は前記銅板積層体とされていることが好ましい。
　この場合、回路パターンの素子が搭載される素子搭載領域が銅板積層体とされているので、素子搭載領域の厚みを厚くすることができ、回路層の熱抵抗をさらに低下させることができる。よって、この構成の絶縁回路基板は、放熱特性がさらに優れたものとなる。また、素子が搭載されていない領域は、銅板積層体とせずに、厚みの薄い銅板を用いることができるので、さらに精細な回路パターンを形成することが可能となる。
　さらに、本発明の一態様に係る絶縁回路基板において、前記銅板積層体は、前記絶縁層とは反対側の面に位置する銅板が最も厚いことが好ましい。
　この場合、銅板積層体の絶縁層とは反対側の面に位置する銅板、すなわち素子に接する銅板は、厚さが最も厚く、熱が伝わりやすいので、銅板積層体に伝わった熱が絶縁層に伝わりやすくなる。よって、この構成の絶縁回路基板は、放熱特性がさらに優れたものとなる。
　本発明の一態様の絶縁回路基板の製造方法は、金属基板と、前記金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、を備えた絶縁層付き金属基板の前記絶縁層の上に、回路パターン状に形成された銅板を接合する工程と、前記銅板の前記絶縁層とは反対側の面に、別に用意した銅板を接合して銅板積層体を形成する工程と、を含む。
　この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、絶縁層付き金属基板の絶縁層の上に、回路パターン状に形成された銅板を接合し、その銅板の上に別の銅板を順次接合して銅板積層体を形成するので、１枚ごとの銅板の厚みを厚くしなくとも厚みの厚い銅板積層体（回路層）を有する絶縁回路基板を工業的に安定して製造することができる。銅板は、厚みを厚くしなくともよいので、精細な回路パターンを形成することができる。よって、本実施形態の絶縁回路基板の製造方法を用いて製造された絶縁回路基板は、回路層は、厚みが厚く、かつ精細な回路パターンを有し、放熱特性に優れたものとなる。
　本発明の別の一態様の絶縁回路基板の製造方法は、少なくとも１枚が回路パターン状に形成された銅板を２枚以上積層方向に接合して、銅板積層体を作製する工程と、前記銅板積層体を、金属基板と、この金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、を備えた絶縁層付き金属基板の前記絶縁層の上に接合する工程と、を含む。
　この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、回路パターン状に形成された銅板を２枚以上接合して銅板積層体を作製し、次いで銅板積層体を絶縁層付き金属基板の絶縁層の上に接合するので、１枚ごとの銅板の厚みを厚くしなくとも厚みの厚い銅板積層体（回路層）を有する絶縁回路基板を工業的に安定して製造することができる。
　本発明によれば、放熱特性に優れ、精細な回路パターンが形成可能な回路層を備えた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの平面図である。 図１のII－II線断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの平面図である。 図３のIV－IV線断面図である。 本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。 本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。 本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の他の一実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明例１～４、１１で作製した絶縁回路基板の断面図である。 本発明例５～１０で作製した絶縁回路基板の断面図である。
　以下に、本発明の一実施形態について添付した図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの平面図であり、図２は、図１のII－II線断面図である。
　図１及び図２において、パワーモジュール１ａは、絶縁回路基板１０ａと、はんだ層２を介して絶縁回路基板１０ａに搭載された素子３と、を備える。絶縁回路基板１０ａは、金属基板２０と、金属基板２０の一方の面に備えられた絶縁層３０と、絶縁層３０の金属基板２０とは反対側の面に備えられた回路層４０と、を備える。
　金属基板２０は、絶縁回路基板１０ａのベースとなる部材である。金属基板２０は、例えば、銅基板もしくはアルミニウム基板である。銅基板は、銅及び銅合金を含む。アルミニウム基板は、アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。
　絶縁層３０は、金属基板２０と回路層４０とを絶縁するための層である。絶縁層３０は、例えば、絶縁樹脂、または絶縁樹脂と無機物フィラーとを含む絶縁性樹脂組成物から形成されている。絶縁層３０を、絶縁樹脂と熱伝導度が高い無機物フィラーとを含む絶縁性樹脂組成物から形成することによって、絶縁性を維持しつつ、絶縁層３０の熱伝導性を向上させることができる。
　絶縁樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂を用いることができる。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。絶縁樹脂は、耐熱性が高い樹脂であることが好ましい。絶縁樹脂は、熱分解温度が４００℃以上であってもよい。絶縁樹脂は、ポリイミド樹脂を含んでいてもよい。
　無機物フィラーとしては、例えば、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）粒子を用いることができる。これらの無機物フィラーは、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。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子としてはα－アルミナ単結晶粒子を用いてもよい。無機物フィラーは、平均粒子径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあってもよい。　絶縁層３０の無機物フィラーの含有量は、例えば、５０体積％以上８５体積％以下の範囲内にあってもよく、５０体積％以上８０体積％以下の範囲内にあってもよい。
　回路層４０は、回路パターンを有する。回路層４０の一部が回路パターンとされていてもよいし、回路層４０全体が回路パターンとされていてもよい。本実施形態では、回路層４０全体が回路パターンとされている。
　回路層４０（回路パターン）は、絶縁層３０の金属基板２０とは反対側の面に備えられた第１銅板４１と、第１銅板４１の絶縁層３０とは反対側の面に備えられた第２銅板４２とが積層された銅板積層体４５からなる。すなわち、回路層４０は、絶縁層３０の上に搭載された銅板積層体４５からなり、この銅板積層体４５は、絶縁層３０側に第１銅板４１を備え、絶縁層３０と反対側に第２銅板４２を備えている。第１銅板４１及び第２銅板４２はそれぞれ、素子搭載領域４１ａ、４２ａと、配線領域４１ｂ、４２ｂと、を有する。素子３は、はんだ層２を介して第２銅板４２の素子搭載領域４２ａの上に接続されている。素子３は、リード線４を介して、第２銅板４２の配線領域４２ｂと電気的に接続されている。
　第２銅板４２の厚さは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にある。第１銅板４１の厚さは、例えば、０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内、好ましくは０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍの範囲内にあり、第２銅板４２よりも薄くてもよい。
　第２銅板４２の素子搭載領域４２ａは、素子３にて発生した熱が直接伝わる。このため、素子搭載領域４２ａの表面サイズは、素子３の素子搭載領域４２ａに搭載される側の搭載面のサイズと同じ又はそれよりも広くして、素子搭載領域４２ａの熱抵抗を低くしてもよい。また、第１銅板４１の素子搭載領域４１ａの表面サイズは、第２銅板４２の素子搭載領域４２ａのサイズと同じ又はそれよりも広くして、素子搭載領域４１ａの熱抵抗を低くしてもよい。本実施形態では、第２銅板４２の素子搭載領域４２ａと第１銅板４１の素子搭載領域４１ａは同じサイズであり、素子３の搭載面のサイズよりも広い構成とされている。また、素子搭載領域４１ａ、４２ａの厚み（第１銅板４１の素子搭載領域４１ａと第２銅板４２の素子搭載領域４２ａの合計の厚み）は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内にあってもよい。素子搭載領域４１ａ、４２ａの厚みが上記の範囲とされていることによって、素子搭載領域４１ａ、４２ａに伝わった熱が絶縁回路基板１０ａの積層方向と共に面方向にも拡がり、素子搭載領域４１ａ、４２ａに伝わった熱が素子搭載領域４１ａ、４２ａの全体に拡がりやすくなる。このため、回路層４０の熱抵抗が低くなる。素子搭載領域４１ａ、４２ａの表面サイズは、素子３の搭載面のサイズを１００として、２００以上５０００以下の範囲内にあることが好ましく、３００以上４０００以下の範囲内にあることがより好ましく、５００以上３０００以下の範囲内にあることが特に好ましい。また、素子搭載領域４１ａ、４２ａの合計厚みは１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、２ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。
　第１銅板４１と第２銅板４２とは、接合材５０を介して接合されている。接合材５０は、熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上で、接合温度（焼結温度）が２００℃以上４００℃以下の範囲内にある金属（焼結接合材）であることが好ましい。接合温度が上記の範囲内にあると、絶縁層３０の絶縁樹脂として使用可能な樹脂の種類が多くなる。熱伝導度の上限は限定されないが、現実には５００Ｗ／ｍＫ程度であってもよい。焼結接合材の例としては、熱伝導性に優れる銀あるいは銅を母材とした金属粒子が挙げられる。この焼結接合材は、金属粒子を微細化することにより、金属粒子表面の反応性を向上させたものであり、被接合材料（銅板）を融解させることのない比較的低い接合温度で、焼結接合材に含まれる金属の物性に由来する熱的及び電気的な特性を発現できる。また、接合材５０は純度９９．９９質量％以上のアルミニウム箔であってもよい。この場合、焼結接合材に比べて接合温度が高くなるため、絶縁層３０の絶縁樹脂として使用可能な樹脂の種類は限定されるが、さらに高い放熱性を示す。
　素子３としては、半導体素子、ＬＥＤ素子、熱電素子抵抗、キャパシタ、水晶発振器などを用いることができる。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）を挙げることができる。ＬＥＤ素子（発光ダイオード）の例としては、ＬＥＤチップ、ＬＥＤ－ＣＳＰ（LED-Chip Size Package）を挙げることができる。
　はんだ層２の材料としては、例えば、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、もしくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系などのはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）を用いることできる。
　以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板１０ａによれば、回路層４０は第１銅板４１と第２銅板４２が積層された銅板積層体４５を含む回路パターンを有するので、回路層４０の厚みを厚くすることができる。回路層４０の厚みが厚くなることによって、回路層４０に伝わった熱が絶縁回路基板１０ａの積層方向と共に面方向にも拡がり、回路層４０に伝わった熱が回路層４０の全体に拡がりやすくなるため、回路層の熱抵抗を低くすることができる。また、銅板積層体４５は、絶縁層３０とは反対側の面に位置する第２銅板４２、すなわち素子３がはんだ層２を介して接続される第２銅板４２の厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内と厚くなっている。これにより、回路層４０に伝わった熱が回路層４０全体により早く拡がるため、回路層４０の熱抵抗をより低くすることができる。よって、本実施形態の絶縁回路基板１０ａは、放熱特性が優れたものとなる。さらに、第１銅板４１と第２銅板４２は、厚みを過度に厚くしなくともよいので、精細な回路パターンを形成することができる。
　また、本実施形態の絶縁回路基板において、銅板積層体４５の第１銅板４１の厚みが０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内と薄い場合には、より精細な回路パターンを形成することが可能となる。
　また、本実施形態の絶縁回路基板１０ａにおいて、第１銅板４１と第２銅板４２とを接合している接合材５０が、熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上で、接合温度が２００℃以上４００℃以下の範囲内にある金属である場合、あるいは純度９９．９９質量％以上のアルミニウムである場合は、第１銅板４１と第２銅板４２との間の熱伝導性が高くなり、回路層４０の熱抵抗をさらに低くすることができる。
　また、本実施形態の絶縁回路基板１０ａにおいて、回路層４０の素子３が搭載される素子搭載領域が銅板積層体４５とされている場合は、素子搭載領域４２ａの厚みを厚くすることができるので、回路層４０の熱抵抗をさらに低くすることができるので、絶縁回路基板の放熱特性がさらに優れたものとなる。
　さらに、本実施形態の絶縁回路基板において、銅板積層体４５の絶縁層３０とは反対側の面に位置する第２銅板４２の厚さが最も厚い場合は、素子３に接する銅板に熱が伝わりやすいので、銅板積層体４５に伝わった熱が絶縁層３０に伝わりやすくなる。よって、この構成の絶縁回路基板１０ａは、放熱特性がさらに優れたものとなる。また、素子が搭載されていない領域は、銅板積層体とせずに、厚みの薄い銅板を用いることができるので、さらに精細な回路パターンを形成することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態に係る絶縁回路基板について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、回路層４０の第１銅板４１及び第２銅板４２はそれぞれ、素子搭載領域４１ａ、４２ａと、配線領域４１ｂ、４２ｂと、を有する構成とされているが、これに限定されるものではない。例えば、第２銅板４２は素子搭載領域４２ａのみを有する構成、すなわち、素子搭載領域を第１銅板４１と第２銅板を含む銅板積層体４５で形成し、配線領域を第１銅板４１のみで形成する構成とされていてもよい。
　また、本実施形態では、回路層４０の素子搭載領域４１ａ、４２ａの表面サイズが同一とされているが、これに限定されるものでない。例えば、絶縁層３０と接する銅板（第１銅板４１）の素子搭載領域４１ａの表面サイズを、絶縁層３０とは反対側の面に位置する銅板（第２銅板４２）の素子搭載領域４２ａの表面サイズより広い構成とされていてもよい。
　さらに、本実施形態では、回路層４０の銅板積層体４５は、第１銅板４１と第２銅板４２の２枚の銅板が積層された構成とされているが、銅板の枚数は２枚以上であれば、その枚数に制限はない。例えば、銅板の枚数は３枚以上であってもよい。なお、銅板の枚数は６枚以下であってもよい。なお、銅板の枚数は３枚以上の場合でも、素子と接合する銅板の厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内となる。また、銅板の枚数が３枚以上の場合、絶縁層、素子のいずれとも接しない中間層の銅板の厚みは、打ち抜きができる程度の厚みであれば好ましく、３．０ｍｍ以下であればより好ましい。
　以下に、本発明の他の実施形態である絶縁回路基板について、図３～図７を用いて説明する。なお、以下の説明において、図１及び図２に示すパワーモジュール１ａと同一の構成については同一の符号を付して、詳細な説明は省略することがある。
　図３は、本発明の他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの平面図であり、図４は、図３のIV－IV線断面図である。
　図３及び図４に示すパワーモジュール１ｂは、絶縁回路基板１０ｂの第２銅板４２が素子搭載領域４２ａのみを有する点、すなわち、素子搭載領域が第１銅板４１と第２銅板を含む銅板積層体４５で形成され、配線領域が第１銅板４１のみで形成されている点において、図１及び図２に示すパワーモジュール１ａと相違する。このため、第１銅板４１の厚みを薄くすることによって、十分な放熱特性を有すると共に、配線領域４１ｂの精細化、細線化が可能となる。
　また、パワーモジュール１ｂは、絶縁回路基板１０ｂの第１銅板４１の素子搭載領域４１ａの表面サイズが、第２銅板４２の素子搭載領域４２ａより広い構成とされている点において、パワーモジュール１ａと相違する。素子搭載領域４１ａの表面サイズが、素子搭載領域４２ａより広い構成とされているので、素子３から素子搭載領域４２ａに伝わった熱が素子搭載領域４１ａに伝わりやすくなる。
　したがって、絶縁回路基板１０ｂは、絶縁回路基板１０ａの有する効果と共に、配線領域４１ｂのさらなる精細化や細線化が可能となり、放熱特性がさらに向上するという効果を有する。
　図５は、本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。
　図５に示すパワーモジュール１ｃは、絶縁回路基板１０ｃの素子搭載領域が第１銅板４１と第２銅板を含む銅板積層体４５で形成され、配線領域が第１銅板４１のみで形成されている点で図１及び図２に示すパワーモジュール１ａと相違する。
　したがって、絶縁回路基板１０ｃは、絶縁回路基板１０ａの有する効果と共に、配線領域４１ｂのさらなる精細化や細線化が可能となるという効果を有する。
　図６は、本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。
　図６に示すパワーモジュール１ｄは、絶縁回路基板１０ｄの素子搭載領域が、第１銅板４１と、第２銅板４２と、第３銅板４３とを含む銅板積層体４５とされている点において、図１及び図２に示すパワーモジュール１ａと相違する。第１銅板４１と第２銅板４２、及び第２銅板４２と第３銅板４３は互いに、接合材５０を介して接合されている。第２銅板４２及び第３銅板４３は、厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内とされている。絶縁回路基板１０ｄは、素子搭載領域を構成する銅板積層体４５が３枚の銅板から形成されているので、銅板積層体４５を構成する各銅板の厚みを薄くすることができる。このため、十分な放熱特性を有すると共に、素子搭載領域４１ａ、４２ａ、４３ａの精細化、細線化が可能となる。なお、素子搭載領域を構成する銅板積層体４５は必要とされる伝熱量に応じて４枚以上であってもかまわないが、放熱特性と精細化とのバランスを考慮すると１０枚以内が望ましい。
　また、パワーモジュール１ｄは、絶縁回路基板１０ｄの配線領域が第１銅板４１のみで形成されている点において、図１及び図２に示すパワーモジュール１ａと相違する。このため、第１銅板４１の厚みを薄くすることによって、配線領域４１ｂの精細化、細線化が可能となる。
　したがって、絶縁回路基板１０ｄは、絶縁回路基板１０ａの有する効果と共に、素子搭載領域４１ａ、４２ａ、４３ａと配線領域４１ｂのさらなる精細化、細線化が可能となり、放熱特性がさらに向上するという効果を有する。
　図７は、本発明のさらに他の一実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面図である。
　図７に示すパワーモジュール１ｅは、絶縁回路基板１０ｅの第１銅板４１の素子搭載領域４１ａと第２銅板４２の素子搭載領域４２ａの表面サイズが、第３銅板４３の素子搭載領域４３ａより広い構成とされている点において、図６に示すパワーモジュール１ｄと相違する。素子搭載領域４１ａの表面サイズが、素子搭載領域４２ａより広い構成とされているので、素子３から素子搭載領域４３ａに伝わった熱が素子搭載領域４２ａに伝わりやすくなる。
　したがって、絶縁回路基板１０ｅは、絶縁回路基板１０ｄの有する効果と共に、放熱特性がさらに向上するという効果を有する。
　次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図８及び図９を用いて説明する。
　図８は、本発明の一実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。本実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法は、第１銅板接合工程と、第２銅板接合工程と、を含む。
　第１銅板接合工程は、図８（ａ）に示すように、絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０の上に第１銅板４１を接合する工程である。絶縁層付き金属基板６０は、金属基板２０と、金属基板２０の一方の面に備えられた絶縁層３０と、を備える。第１銅板４１は、素子搭載領域４１ａと配線領域４１ｂとを有する回路パターン状に形成されている。
　絶縁層付き金属基板６０の製造方法は、特に制限はない。絶縁層付き金属基板６０の製造方法として、例えば、金属基板２０の一方の面に樹脂シートを積層する方法を用いることができる。樹脂シートは、無機物フィラーを含有していてもよい。また、絶縁層付き金属基板６０の製造方法として、金属基板２０の一方の面に樹脂を含む塗布液を塗布し、得られた塗布膜を乾燥し、加熱して焼き付ける方法を用いることができる。塗布液は、無機物フィラーを含有していてもよい。さらに、絶縁層付き金属基板６０の製造方法として、金属基板２０の一方の面に、帯電した樹脂粒子を含む電着液を用いて、樹脂粒子を電着させ、得られた電着膜を乾燥し、加熱して焼き付ける方法を用いることができる。電着液は、無機物フィラーを含有していてもよい。
　回路パターン状に形成された第１銅板４１の製造方法は、特に制限はない。例えば、エッチング法や抜き打ちなど銅板の加工方法として利用されている各種の方法を用いることができる。
　絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０と第１銅板４１とを接合する方法としては、例えば、圧着法を用いることができる。絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０の上に第１銅板４１を積載し、圧着装置を用いて、加圧しながら加熱することによって、絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０と第１銅板４１とを接合することができる。圧着法による絶縁層３０と第１銅板４１との接合に際は、第１銅板４１の酸化を抑制するために、減圧雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。
　第２銅板接合工程は、図８（ｂ）に示すように、第１銅板４１の絶縁層３０とは反対側の面に、別に用意した第２銅板４２を接合する工程である。第２銅板４２は、素子搭載領域４２ａと配線領域４２ｂとを有する回路パターン状に形成されている。
　回路パターン状に形成された第２銅板４２の製造方法は、第１銅板４１の場合と同様に、例えば、エッチング法や抜き打ちなど銅板の加工方法として利用されている各種の方法を用いることができる。
　第１銅板４１と第２銅板４２とは、接合材５０を用いて接合することができる。接合材５０の材料としては、例えば、銀、銅、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムを用いることができる。接合材５０は、これらの金属の薄膜であってもよいし、粒子でもよい。第１銅板４１と第２銅板４２とは、第１銅板４１の上に接合材５０を配置し、接合材５０の上に第２銅板４２を積載し、圧着装置を用いて、加圧しながら加熱することによって、第１銅板４１と第２銅板４２とを接合することができる。接合材５０として、金属の粒子を用いる場合は、金属粒子の分散液を調製し、第１銅板４１の上に金属粒子分散液を塗布し、得られた塗布膜を乾燥することによって、第１銅板４１の上に金属粒子層を形成してもよい。圧着法による第１銅板４１と第２銅板４２との接合に際は、第１銅板４１及び第２銅板４２の酸化を抑制するために、減圧雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。
　以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板の製造方法によれば、絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０の上に、回路パターン状に形成された第１銅板４１を接合し、次いで回路パターン状に形成された第２銅板４２を順次接合することによって銅板積層体４５を形成するので、第１銅板４１と第２銅板４２の厚みは過度に厚くしなくとも、厚みの厚い回路層４０を有する絶縁回路基板を工業的に安定して製造することができる。第１銅板４１と第２銅板４２は、厚みを厚くしなくともよいので、精細な回路パターンを形成することができる。よって、本実施形態の絶縁回路基板の製造方法を用いて製造された絶縁回路基板は、回路層４０は、厚みが厚く、かつ精細な回路パターンを有し、放熱特性に優れたものとなる。
　図９は、本発明の他の一実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。
　本実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法は、銅板積層体作製工程と、銅板積層体接合工程と、を含む。
　銅板積層体作製工程は、図９（ａ）に示すように、第１銅板４１と第２銅板４２とを接合して、銅板積層体４５を作製する工程である。第１銅板４１及び第２銅板４２は、それぞれ素子搭載領域４１ａ、４２ａと配線領域４１ｂ、４２ｂとを有する回路パターン状に形成されている。
　第１銅板４１と第２銅板４２とは、接合材５０を用いて接合することができる。接合材５０を用いた第１銅板４１と第２銅板４２の接合方法は、上述の第２銅板接合工程の場合と同じである。
　銅板積層体接合工程は、図９（ｂ）に示すように、銅板積層体４５の第１銅板４１を、絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０の上に接合する工程である。
　銅板積層体４５の第１銅板４１と、絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０とを接合する方法としては、圧着法を用いることができる。圧着法を用いた第１銅板４１と絶縁層３０との接合方法は、上述の第１銅板接合工程の場合と同様である。
　以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板の製造方法によれば、回路パターン状に形成された第１銅板４１と回路パターン状に形成された第２銅板４２とを接合して、銅板積層体４５を形成し、次いで銅板積層体４５を絶縁層付き金属基板６０の絶縁層３０の上に接合するので、第１銅板４１と第２銅板４２の厚みは過度に厚くしなくとも、厚みの厚い銅板積層体４５（回路層４０）を有する絶縁回路基板を工業的に安定して製造することができる。
　以上、本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、第１銅板４１と第２銅板４２の２枚の銅板を用いて銅板積層体４５を形成しているが、銅板の枚数は２枚以上であれば、その枚数に制限はない。例えば、銅板の枚数は３枚以上であってもよい。
［本発明例１］
（１）絶縁層付き銅基板の作製工程
　銅基板（縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚み：１．０ｍｍ）の一方の表面に、アルミナと窒化アルミニウムとをフィラーとするフィラー入りエポキシ樹脂シート（絶縁層Ａ、縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚み：１２０μｍ、熱伝導度：１０Ｗ／ｍＫ）を積載して、絶縁層付き銅基板を作製した。なお、熱伝導度は熱圧着後の物性であり、測定はレーザーフラッシュ法にて行った。
（２）第１銅板の接合工程
（第１銅板の作製）
　銅板（縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚み：１．０ｍｍ）を、打ち抜き処理して、素子搭載領域と配線領域とを有する第１銅板を作製した。素子搭載領域のサイズは、３０ｍｍ×３０ｍｍとした。
（第１銅板の接合）
　上記（１）で作製した絶縁層付き銅基板の絶縁層の上に、上記の第１銅板を積載し、圧着装置に配置した。次いで、圧着装置を真空引きして減圧雰囲気とした後、１０ＭＰａの圧力で加圧しながら１８０℃の温度で６０分間加熱して、絶縁層に第１銅板を接合した。
（３）第２銅板の接合工程
（銅粒子ペーストの調製）
　室温のイオン交換水を撹拌しながら、そのイオン交換水に、クエン酸銅・２．５水和物（富士フイルム和光純薬株式会社製）を投入して、濃度３０質量％のクエン酸銅水性分散液を調製した。得られたクエン酸銅水性分散液は、クエン酸アンモニウム水溶液を加えて、ｐＨを３以上７未満に調整した。次いで、ｐＨ調整したクエン酸銅水性分散液を５０℃に保持しつつ、窒素ガス雰囲気下、撹拌しながら、そのクエン酸銅水性分散液に、ヒドラジン一水和物水溶液を添加して、混合液を得た。ヒドラジン一水和物水溶液は、ヒドラジン一水和物を水で２倍希釈したものを用いた。また、ヒドラジン一水和物水溶液の添加量は、クエン酸銅水性分散液中の銅を銅イオンとして溶出させるのに必要な量の１．２倍当量分とした。次に、得られた混合液を窒素ガス雰囲気下で７０℃まで昇温し、７０℃（最高温度）で２時間保持した後、２０℃まで冷却して、銅粒子スラリーを得た。得られた銅粒子スラリーを遠心分離機に投入し、１０００ｒｐｍの回転速度で１０分間処理して、銅粒子を回収した。回収した銅粒子を減圧乾燥法により１０時間乾燥して、接合材用銅粒子を得た。得られた接合材用銅粒子８.５ｇと、エチレングリコール（関東化学株式会社製）１．４ｇと、グリセリン（関東化学株式会社製）０．１ｇとを混合して銅粒子ペーストを調製した。
（第２銅板の作製）
　銅板（縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚み：１ｍｍ）を、打ち抜き処理して、素子搭載領域と配線領域とを有する第２銅板を作製した。素子搭載領域のサイズは、第１銅板と同様に３０ｍｍ×３０ｍｍとした。
（第２銅板の接合）
　上記（２）で接合した第１銅板の上に、上記の銅粒子ペーストを厚さ５０μｍとなるように塗布した。次いで、塗布した銅粒子ペーストの上に、上記の第２銅板を積載した。次いで、窒素雰囲気下、１０ＭＰａの圧力で加圧しながら３００℃の温度で５分間加熱し、銅粒子を焼結させて、第１銅板と第２銅板とを接合した。
　以上のようにして、本発明例１の絶縁回路基板を作製した。
［本発明例２］
　本発明例１の（３）第２銅板の接合工程において、銅粒子ペーストの代わりに、下記の方法により調製した銀粒子ペーストを用いたこと以外は、本発明例１と同様にして、本発明例２の絶縁回路基板を作製した。
（銀粒子ペーストの調製）
　１２００ｇのイオン交換水を５０℃に保持しつつ、撹拌しながら、そのイオン交換水に５０℃に保持した９００ｇの硝酸銀水溶液と、５０℃に保持した６００ｇのクエン酸ナトリウム水溶液とを、５分かけて同時に滴下し、クエン酸銀スラリーを調製した。硝酸銀水溶液中の硝酸銀の濃度は６６質量％であり、クエン酸ナトリウム水溶液中のクエン酸の濃度は５６質量％とした。次いで、得られたクエン酸銀スラリーを５０℃に保持しつつ、撹拌しながら、そのクエン酸銀スラリーに、５０℃に保持した３００ｇのギ酸ナトリウム水溶液を３０分かけて滴下して混合スラリーを得た。このギ酸ナトリウム水溶液中のギ酸の濃度は５８質量％とした。次に、得られた混合スラリーを昇温速度１０℃／時間で温度６０℃まで昇温し、６０℃（最高温度）で３０分保持した後に、６０分間かけて２０℃まで冷却して、銀粒子スラリーを得た。得られた銀粒子スラリーを遠心分離機に投入し、１０００ｒｐｍの回転速度で１０分間処理して銀粒子を回収した。回収した銀粒子を凍結乾燥法により３０時間乾燥して、接合材用銀粉末を得た。得られた接合材用銀粉末８.５ｇと、エチレングリコール（関東化学株式会社製）２．５ｇを混合してペーストを調製した。
［本発明例３］
　本発明例１の（１）絶縁層付き銅基板の作製工程において、絶縁層（絶縁層Ｂ）を下記の塗布法により形成したこと以外は、本発明例１と同様にして、本発明例３の絶縁回路基板を作製した。
（塗布液の調製）
　ポリアミック酸（宇部興産社製、ユピアＳＴ）とＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）とを混合し、ポリイミド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：１．６μｍ）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、樹脂膜中のα－アルミナ濃度が６０体積％となる割合で混合した。得られた混合物を、株式会社スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行なって、塗布液を調製した。なお、α－アルミナ濃度は、塗布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。
（絶縁層付き銅基板の作製）
　銅基板（縦：１００ｍｍ、横：１００ｍｍ、厚み：１ｍｍ）の一方の表面に、上記の塗布液を、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、室温から昇温速度３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに昇温速度１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、塗布膜を乾燥させた。次いで、銅基板を２５０℃で５分間加熱した後、窒素雰囲気下、４００℃で６０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層が形成された絶縁層付き銅基板を作製した。なお、得られた絶縁層は、膜厚が５０μｍで、熱伝導度が２Ｗ／ｍＫであった。
［本発明例４］
　本発明例１の（１）絶縁層付き銅基板の作製工程において、絶縁層を本発明例３と同様に形成した。また、本発明例１の（３）第２銅板の接合工程において、銅粒子ペーストの代わりに、４Ｎアルミニウム薄膜（厚み：４００μｍ）を用い、下記のようにして第２銅板を接合した。以上のこと以外は、本発明例１と同様にして、本発明例４の絶縁回路基板を作製した。
（第２銅板の接合）
　第１銅板の上に、この４Ｎアルミニウム薄膜と第２銅板とを積載して圧着装置に配置し、真空引きして減圧雰囲気とした後、１ＭＰａの圧力で加圧しながら５４０℃の温度で６０分間加熱して、第１銅板と第２銅板とを接合した。
［本発明例５］
　本発明例１の（３）第２銅板の接合工程において、第２銅板の素子搭載領域のサイズを１５ｍｍ×１５ｍｍとした。そして、第１銅板の素子搭載領域の中央と、第２銅板の素子搭載領域の中央とが重ねるように、第１銅板と第２銅板とを接合したこと以外は、本発明例１と同様にして、本発明例５の絶縁回路基板を作製した。
［本発明例６～１０］
　第１銅板又は第２銅板の厚みを下記の表１に示す厚みに変えたこと以外は、本発明例５と同様にして、本発明例６～１０の絶縁回路基板を作製した。
［本発明例１１］
　接合材として、熱伝導度が７Ｗ／ｍＫのエポキシペーストを用い、第１銅板の上に、エポキシペーストを厚み５０μｍで塗布して、第１銅板と第２銅板とを結合したこと以外は、本発明例１と同様にして、本発明例１１の絶縁回路基板を作製した。
［比較例１～３］
　第２銅板を接合しなかったこと、第１銅板の厚みを下記の表１に示す厚みに変えたこと以外は、本発明例１と同様にして、比較例１～３の絶縁回路基板を作製した。
［比較例４～６］
　第２銅板を接合しなかったこと、第１銅板の厚みを下記の表１に示す厚みに変えたこと以外は、本発明例３と同様にして、比較例４～６の絶縁回路基板を作製した。
［比較例７］
　第２銅板の厚みを０．３ｍｍとしたこと以外は、本発明例５と同様にして、比較例７の絶縁回路基板を作製した。
［評価］
　素子搭載領域の表面に、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕはんだを塗布して、厚み１００μｍのはんだ層を形成した。次いで、はんだ層の上に、搭載面のサイズが６ｍｍ×６ｍｍの素子を搭載して、図１０又は図１１に示すパワーモジュールを得た。素子３を搭載した絶縁回路基板を、素子３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。過渡熱測定装置（メンター・グラフィクス社製「Ｔ３Ｓｔｅｒ」）１００を、素子３と第２銅板の素子搭載領域４２ａとに接続した（図１０）。そして、過渡熱測定装置１００を用いて、素子３から銅基板（第２銅板４２）までの熱抵抗を測定した。また、過渡熱測定装置１００を、素子３と第１銅板の素子搭載領域４１ａとに接続した（図１１）。そして、過渡熱測定装置１００を用いて、素子３から銅基板（第１銅板４１）までの熱抵抗を測定した。素子の発熱条件は１０Ａ、１８０秒とし、熱抵抗の測定条件は、０．１Ａ、測定時間３００秒とした。同様の測定を、絶縁層を形成していない銅基板単体に対して行い、その熱抵抗を絶縁回路基板の測定値から減じた値を、熱抵抗とした。その結果を、下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　回路層の回路パターンが第１銅板と、厚みが本発明の範囲内にある第２銅板とを積層した銅板積層体とされた本発明例１～１１の絶縁回路基板は、回路層の回路パターンが第１銅板のみからなる比較例１～６の絶縁回路基板と比較して熱抵抗が低減することがわかる。特に、接合材として、銅粒子、銀粒子、アルミニウム薄膜を用いた本発明例１～１０の絶縁回路基板は、熱抵抗が顕著に低減することがわかる。また、本発明例８～１０と比較例７を比べることで、第２銅板の厚みが０．５ｍｍ以上必要であることがわかる。
　１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ　パワーモジュール
　２　はんだ層
　３　素子
　４　リード線
　１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ　絶縁回路基板
　２０　金属基板
　３０　絶縁層
　４０　回路層
　４１　第１銅板
　４２　第２銅板
　４３　第３銅板
　４１ａ、４２ａ、４３ａ　素子搭載領域
　４１ｂ、４２ｂ　配線領域
　４５　銅板積層体
　５０　接合材
　６０　絶縁層付き金属基板
　１００　過渡熱測定装置

Claims (8)

  1. 　金属基板と、前記金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板とは反対側の面に備えられた回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、
    　前記回路層は回路パターンを有し、
    　前記回路パターンは２枚以上の銅板が積層された銅板積層体を含み、
    　前記銅板積層体は、前記絶縁層とは反対側の面に位置する銅板の厚みが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする絶縁回路基板。
  2. 　前記銅板積層体は、前記絶縁層に接する銅板の厚みが０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板。
  3. 　前記２枚以上の銅板が互いに接合材を介して接合されていて、前記接合材は、熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上で、接合温度が２００℃以上４００℃以下の範囲内にある金属であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁回路基板。
  4. 　前記２枚以上の銅板が互いに接合材を介して接合されていて、前記接合材は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁回路基板。
  5. 　前記回路パターンは、素子が搭載される素子搭載領域を含み、前記素子搭載領域は前記銅板積層体とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の絶縁回路基板。
  6. 　前記銅板積層体は、前記絶縁層とは反対側の面に位置する銅板が最も厚いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の絶縁回路基板。
  7. 　金属基板と、前記金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、を備えた絶縁層付き金属基板の前記絶縁層の上に、回路パターン状に形成された銅板を接合する工程と、
    　前記銅板の前記絶縁層とは反対側の面に、別に用意した銅板を接合して銅板積層体を形成する工程と、を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。
  8. 　少なくとも１枚が回路パターン状に形成された銅板を２枚以上積層方向に接合して、銅板積層体を作製する工程と、
    　前記銅板積層体を、金属基板と、前記金属基板の一方の面に備えられた絶縁層と、を備えた絶縁層付き金属基板の前記絶縁層の上に接合する工程と、を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006319146A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Fuji Electric Holdings Co Ltd 配線基板
JP2008282834A (ja) * 2007-05-08 2008-11-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2014060216A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Mitsubishi Materials Corp ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2016076507A (ja) * 2014-10-02 2016-05-12 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板及び冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2019149460A (ja) * 2018-02-27 2019-09-05 三菱マテリアル株式会社 絶縁回路基板及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006319146A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Fuji Electric Holdings Co Ltd 配線基板
JP2008282834A (ja) * 2007-05-08 2008-11-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2014060216A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Mitsubishi Materials Corp ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2016076507A (ja) * 2014-10-02 2016-05-12 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板及び冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2019149460A (ja) * 2018-02-27 2019-09-05 三菱マテリアル株式会社 絶縁回路基板及びその製造方法

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