(57)【要約】【課題】はんだを介して電子部品を実装した状態で、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く、かつ熱抵抗が低い放熱基板を提供する。【解決手段】熱伝導性基板と、前記熱伝導性基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記熱伝導性基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備え、前記熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含み、前記絶縁層は、樹脂と、前記樹脂に分散されたセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の含有量が６０体積％以上８０体積％の範囲内にある放熱基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性基板と、前記熱伝導性基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記熱伝導性基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備え、
前記熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含み、
前記絶縁層は、樹脂と、前記樹脂に分散されたセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の含有量が６０体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることを特徴とする放熱基板。
【請求項２】
さらに、熱伝導性基板と絶縁層との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層を有する請求項１に記載の放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子などの電子部品を実装するための基板は、電子部品にて発生した熱を外部に効率よく放熱できる放熱基板であることが好ましい。放熱基板としては、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。
【０００３】
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。例えば、特許文献１には、絶縁層として、熱伝導性フィラーを４０〜８０ｖｏｌ％の範囲内で含有するポリイミド樹脂層を用いた金属張積層体が開示されている。また、特許文献２には、絶縁層を形成する樹脂がポリジメチルシロキサン骨格からなるシリコーン樹脂であり、絶縁層中の無機充填材が４５〜６０体積％であり、無機充填材の２５質量％以上が結晶性シリカである回路基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６６５４４９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１５２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属ベース基板と、その金属ベース基板にはんだを介して接合された電子部品との熱膨張率の差が大きいと、電子部品のオン／オフや外部環境による冷熱サイクルによって、電子部品と金属ベース基板とを接合しているはんだに付与される応力が大きくなり、はんだクラックが発生しやすくなる。金属ベース基板の金属基板は一般に熱膨張率が大きく、通常セラミックからなる電子部品は一般に熱膨張率が低い。このため、冷熱サイクルによって、電子部品と金属ベース基板とを接合しているはんだに付与される応力を、絶縁層で緩和することができれば好ましい。
【０００６】
特許文献１に記載されている金属張積層体の絶縁層として用いられている熱伝導性フィラーを４０〜８０ｖｏｌ％の範囲内で含有するポリイミド樹脂は、一般に、熱伝導性フィラーの含有量を多くすることに伴って、熱伝導性が向上し、熱抵抗が低くなる。しかしながら、熱伝導性フィラーの含有量が多くなることに伴って弾性率が高くなるため、これを用いた絶縁層では、冷熱サイクルによって、はんだに付与される応力を緩和することが難しい場合があった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されているシリコーン樹脂は、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂と比較すると弾性率は低い。しかしながら、シリコーン樹脂を用いた場合でも、熱伝導性フィラーの含有量を多くすることに伴って弾性率が高くなるため、絶縁層用の樹脂としてシリコーン樹脂を用いることだけでは、冷熱サイクルによって、はんだに付与される応力を十分に低減させることは難しい。
【０００８】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、はんだ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く、かつ熱抵抗が低い放熱基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の放熱基板は、熱伝導性基板と、前記熱伝導性基板の一方の面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記熱伝導性基板側とは反対側の面に積層された回路層と、を備え、前記熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含み、前記絶縁層は、樹脂と、前記樹脂に分散されたセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の含有量が６０体積％以上８０体積％以下の範囲内にあることを特徴としている。
【００１０】
本発明の放熱基板によれば、熱伝導性基板は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含むので、熱伝導性基板の熱膨張率が低減し、放熱基板全体の熱膨張率が低くなる。このため、はんだ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、電子部品と放熱基板の熱膨張率の差によってはんだに付与される応力が低くなる。よって、はんだクラックの発生が起こりにくくなる。また、絶縁層のセラミック粒子の含有量が６０体積％以上８０体積％以下の範囲内と、セラミック粒子の含有量が多いので、絶縁層の熱伝導性が向上し、放熱基板全体の熱抵抗が低くなる。
【００１１】
ここで、本発明の放熱基板においては、熱伝導性基板と絶縁層との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層を有していてもよい。
この場合、密着層によって熱伝導性基板と絶縁層の間に隙間が形成されにくいので、熱伝導性基板と絶縁層との間の熱抵抗が低減し、これにより、放熱基板全体の熱抵抗をさらに確実に低くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、はんだを介して電子部品を実装した状態で、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く、かつ熱抵抗が低い放熱基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る放熱基板を用いたモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態である放熱基板について、添付した図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放熱基板を用いたモジュールの断面図である。
【００１５】
図１に示すように、モジュール１は、放熱基板１０と、放熱基板１０の上にはんだ２を介して実装された電子部品３とを含む。放熱基板１０は、熱伝導性基板２０の上に、絶縁層３０と、回路層４０とがこの順で積層された積層体である。熱伝導性基板２０と絶縁層３０との間には密着層５０が設けられている。密着層５０、絶縁層３０、回路層４０は、それぞれ熱伝導性基板２０の一方の面に対して、垂直方向（図１において、Ｚ方向）に積層されている。回路層４０は、回路パターン状に形成されている。
【００１６】
熱伝導性基板２０は、放熱基板１０のベースとなる部材である。熱伝導性基板２０は、グラファイト、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含む。これらの熱伝導材は、熱膨張率が低く、優れた熱伝導性を有する。
【００１７】
グラファイト基アルミニウム複合材は、アルミニウムとグラファイトとからなる複合材である。
【００１８】
アルミニウム基炭化ケイ素複合材（Ａｌ-ＳｉＣ）は、アルミニウムと炭化ケイ素とからなる複合材料である。
【００１９】
グラファイトを含む熱伝導性基板２０（グラファイト基板）は、扁平形状のグラファイトと単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体とを含み、扁平形状のグラファイトが、そのベーサル面が折り重なるように、グラフェン集合体をバインダーとして積層された構造とされていることが好ましい。
【００２０】
扁平形状のグラファイトは、炭素六角網面が現れるベーサル面と、炭素六角網面の端部が現れるエッジ面と、を有するものである。この扁平形状のグラファイトとしては、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、薄片状黒鉛、キッシュグラファイト、熱分解黒鉛、高配向熱分解黒鉛等を用いることができる。ここで、グラファイトのベーサル面から見た平均粒径は、１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、５０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。グラファイトの平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。さらに、グラファイトの厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。グラファイトの厚さを上述の範囲内とすることで、グラファイトの配向性が適度に調整される。また、グラファイトの厚みがベーサル面から見た粒径の１／１０００〜１／２の範囲内とすることによって、優れた熱伝導性とグラファイトの配向性が適度に調整される。
【００２１】
グラフェン集合体は、単層又は多層のグラフェンが堆積したものであり、多層のグラフェンの積層数は、例えば１００層以下、好ましくは５０層以下とされている。このグラフェン集合体は、例えば、単層又は多層のグラフェンが低級アルコールや水を含む溶媒に分散されたグラフェン分散液を、ろ紙上に滴下し、溶媒を分離しながら堆積させることによって製造することが可能である。ここで、グラフェン集合体の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。さらに、グラフェン集合体の厚さは、０．０５μｍ以上５０μｍ未満の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の厚さを上述の範囲内とすることで、グラファイト基板の強度が確保される。
【００２２】
絶縁層３０は、熱伝導性基板２０と回路層４０とを絶縁するための層である。絶縁層３０は、絶縁性樹脂３１とセラミック粒子３２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、絶縁性が高い絶縁性樹脂３１と、熱伝導度が高いセラミック粒子３２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、回路層４０から熱伝導性基板２０までの放熱基板１０全体の熱抵抗をより低減させることができる。
【００２３】
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。
【００２４】
セラミック粒子３２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３２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３２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。
【００２５】
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３２の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層３０中に分散していることによって、セラミック粒子３２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３２の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層３０の熱伝導度が向上する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
絶縁層３０のセラミック粒子３２の含有量は、６０体積％以上８０体積％以下の範囲内とされている。セラミック粒子３２の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層３０の熱伝導性が十分に向上せず、放熱基板１０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３２の含有量が多くなりすぎると、絶縁性樹脂３１の含有量が相対的に減少して、絶縁層３０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２に付与される応力を絶縁層３０で緩和することが難しくなり、はんだクラックが発生しやくなるおそれがある。
絶縁層３０の膜厚は、特には制限されるものではないが、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特に好ましい。
【００２９】
絶縁層３０のセラミック粒子３２の含有量は、例えば、次のようにして求めることができる。
絶縁層３０を、大気中、４００℃で１２時間加熱して、絶縁性樹脂３１を熱分解除去し、残分のセラミック粒子３２を回収する。回収したセラミック粒子３２の重量を測定して、加熱前の絶縁層３０の重量とから、セラミック粒子３２の含有量（重量ベース）（重量％）を算出する。重量ベースの含有量を、絶縁性樹脂の密度、セラミックの密度を用いて体積ベースの含有量（体積％）に変換する。
【００３０】
具体的には、加熱して回収したセラミック粒子の重量をＷａ（ｇ）、加熱前の絶縁層の重量をＷｆ（ｇ）、セラミックの密度をＤａ（ｇ／ｃｍ３）、絶縁性樹脂の密度をＤｒ（ｇ／ｃｍ３）として、セラミック粒子の含有量（重量％）を下記の式より算出する。
セラミック粒子の含有量（重量％）＝Ｗａ／Ｗｆ×１００
＝Ｗａ／｛Ｗａ＋（Ｗｆ−Ｗａ）｝×１００
【００３１】
次に、セラミック粒子の含有量（体積％）を下記の式より算出する。
セラミック粒子の含有量（体積％）＝（Ｗａ／Ｄａ）／｛（Ｗａ／Ｄａ）＋（Ｗｆ−Ｗａ）／Ｄｒ｝×１００
【００３２】
密着層５０は、熱伝導性基板２０と絶縁層３０とを密着させて、熱伝導性基板２０と絶縁層３０との間に隙間が形成されるのを抑えるための層である。密着層５０は、熱硬化性樹脂の硬化物を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。シリコーン樹脂は、各種有機基を導入した変性シリコーン樹脂を含む。変性シリコーン樹脂の例としては、ポリイミド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、オレフィン変性シリコーン樹脂、エーテル変性シリコーン樹脂、アルコール変性シリコーン樹脂、フッ素変性シリコーン樹脂、アミノ変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂を挙げることができる。エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。
【００３３】
密着層５０は、熱伝導性を向上させるために、無機物粒子を分散させてもよい。無機物粒子としては、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子の例としては、シリカ粒子、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、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。
【００３４】
回路層４０の材料としては、アルミニウム、銅、銀、金、錫、鉄、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、チタン、亜鉛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、アルミニウム、銅が好ましい。回路層４０の膜厚は、１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にある。回路層４０の膜厚が薄くなりすぎると、熱抵抗が高くなるおそれがある。一方、回路層４０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。
【００３５】
回路層４０に実装される電子部品３の例としては、特に制限はなく、半導体素子、抵抗、キャパシタ、水晶発振器などが挙げられる。半導体素子の例としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-oxide-semiconductor field effect transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＥＤチップ、ＬＥＤ−ＣＳＰ（LED-Chip Size Package）が挙げられる。
【００３６】
次に、本実施形態の放熱基板１０の製造方法について説明する。
本実施形態の放熱基板１０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、回路層４０を形成する回路層形成用基材（例えば、アルミニウム箔、銅箔）の上に、絶縁層３０と、密着層５０とをこの順で積層して、絶縁積層体シートを作製する。次いで、作製した絶縁積層体シートの密着層５０と、熱伝導性基板２０とを接合する。
【００３７】
回路層形成用基材の上に、絶縁性樹脂３１とセラミック粒子３２とを含む絶縁性樹脂組成物からなる絶縁層３０を形成する方法としては、塗布法あるいは電着法を用いることができる。
【００３８】
塗布法は、絶縁性樹脂３１とセラミック粒子３２と溶剤とを含む絶縁層形成用塗布液を、回路層形成用基材の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させて絶縁層３０を形成する方法である。絶縁層形成用塗布液を、回路層形成用基材の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
【００３９】
電着法は、電荷を有する絶縁性樹脂粒子とセラミック粒子が分散されている電着液に、回路層形成用基材と電極とを浸漬し、回路層形成用基材と電極との間に直流電圧を印加することによって、回路層形成用基材の表面に絶縁性樹脂粒子とセラミック粒子を電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱し、乾燥させて絶縁層３０を形成する方法である。電着液は、例えば、セラミック粒子を含む絶縁性樹脂溶液に、絶縁性樹脂の貧溶媒を加えて、絶縁性樹脂を析出させることによって調製することができる。絶縁性樹脂の貧溶媒としては、例えば、水を用いることができる。
【００４０】
絶縁層３０の上に密着層５０を形成する方法としては、塗布法を用いることができる。
密着層５０は、密着層形成用の樹脂と溶剤と必要に応じて添加される熱伝導性フィラーとを含む密着層形成用塗布液を、絶縁層３０の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させることによって形成することができる。密着層形成用塗布液を絶縁層３０の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
【００４１】
絶縁積層体シートの密着層５０と、熱伝導性基板２０とを接合する方法としては、絶縁積層体シートの密着層５０と熱伝導性基板２０とを重ね合わせ、次いで、その絶縁積層体シートと熱伝導性基板２０を加圧しながら加熱する方法を用いることができる。加熱は、回路層形成用基材および熱伝導性基板２０が酸化しないように、非酸化性雰囲気中（例えば、窒素雰囲気中、真空中）で行なうことが好ましい。
【００４２】
以上のような構成とされた本実施形態に係る放熱基板１０によれば、熱伝導性基板２０は、グラファイト、グラフェン、グラファイト基アルミニウム複合材およびアルミニウム基炭化ケイ素複合材からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱伝導材を含むので、熱伝導性基板２０の熱膨張率が低減し、放熱基板全体の熱膨張率が低くなる。このため、はんだ２を介して電子部品３を接合した状態で、冷熱サイクルを付与しても、電子部品３と放熱基板１０の熱膨張率の差によってはんだ２に付与される応力が低くなる。よって、はんだクラックの発生が起こりにくくなる。また、絶縁層３０のセラミック粒子３２の含有量が６０体積％以上８０体積％以下の範囲内と、セラミック粒子３２の含有量が多いので、絶縁層３０の熱伝導性が向上し、放熱基板１０全体の熱抵抗が低くなる。
【００４３】
本実施形態の放熱基板１０において、熱伝導性基板２０と絶縁層３０との間に、熱硬化性樹脂の硬化物を含む密着層５０を有している場合は、密着層５０によって熱伝導性基板２０と絶縁層３０の間に隙間が形成されにくいので、熱伝導性基板２０と絶縁層３０との間の熱抵抗が低減し、これにより、放熱基板１０全体の熱抵抗をさらに確実に低くすることができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的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、熱伝導性基板２０と絶縁層３０との間に密着層５０を設けた構成を説明したがこれに限定されることはない。絶縁層３０単独で熱伝導性基板２０との密着性を十分に確保できる場合は、密着層５０を設けなくてもよい。また、絶縁層３０と回路層４０との間の熱抵抗を低減させるために、絶縁層３０と回路層４０との間に密着層を設けてもよい。
【実施例】
【００４５】
［本発明例１］
（ポリアミック酸溶液の調製）
容量３００ｍＬのセパラブルフラスコに、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、およびＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を仕込んだ。ＮＭＰ量は、得られるポリアミック酸の濃度が４０質量％になるように調整した。常温で撹拌して、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が３０℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸２無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で１６時間の撹拌を続け、ポリアミック酸（ポリイミド樹脂前駆体）溶液を調製した。
【００４６】
（セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液の調製）
セラミック粒子としてαアルミナ単結晶粒子（平均粒子径：０．５μｍ）を用意した。用意したαアルミナ単結晶粒子を、ＮＭＰ１０ｇに対して１．０ｇ投入し、３０分間超音波処理して、αアルミナ単結晶粒子分散液を調製した。
【００４７】
次いで、上記のポリアミック酸溶液と、上記のセラミック粒子分散液と、ＮＭＰを混合して、ポリアミック酸の含有量が５質量％で、加熱によって生成するポリイミド樹脂成分とαアルミナ単結晶粒子の合計量に対するαアルミナ単結晶粒子の含有量が６０体積％となる混合物を調製した。続いて得られた混合物を、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回繰り返す分散処理を行って、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を調製した。
【００４８】
（絶縁積層体シートの作製）
厚み４０μｍの銅箔に、上記のセラミック粒子分散ポリアミック酸溶液を、ディップ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箔をホットプレート上に配置して、３℃／分の昇温速度で室温から６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間加熱した後、さらに１℃／分の昇温速度で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、乾燥して、乾燥膜とした。その後、乾燥膜を２５０℃で１分間、次いで４００℃で１分間加熱して、厚さ２０μｍの絶縁層を形成した。
【００４９】
次いで、上記の絶縁層の表面に、熱硬化性ポリイミドシリコーン溶液（ＳＭＰ−５００８ＰＧＭＥＡ、信越化学工業株式会社製）を、スピンコート法にて４０００ｒｐｍの回転速度で塗布し、１５０℃で乾燥して、厚さ２μｍの密着層を形成した。こうして、銅箔、絶縁膜、密着層からなる絶縁積層体シートを作製した。
【００５０】
（放熱基板の作製）
熱伝導性基板として、扁平形状のグラファイトとグラフェン集合体とを含むグラファイト基板（ＩｎＡＬＡ社製）を用意した。上記の絶縁積層体シートの密着層とグラファイト基板とを重ね合わせた。次いで、絶縁積層体シートとグラファイト基板とを１０ＭＰａの圧力で加圧しながら、３００℃１２０分間加熱して、グラファイト基板と絶縁積層体シートとを熱圧着して、放熱基板を作製した。
【００５１】
［本発明例２〜５］
絶縁層のセラミック粒子の含有量を下記の表１に示す量としたこと以外は、本発明例１と同様にして放熱基板を作製した。なお、絶縁層のセラミック粒子の含有量は、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液のαアルミナ単結晶粒子の含有量を変えることによって調整した。
【００５２】
［本発明例６〜８］
熱伝導性基板として、グラファイト基アルミニウム複合材基板（Ａｄｖａｎｃｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ社製、ＡＣＭ−ａ）を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表１に示す量としたこと以外は、本発明例１と同様にして放熱基板を作製した。
【００５３】
［本発明例９〜１１］
熱伝導性基板として、ＡｌＳｉＣ基板（Ａｄｖａｎｃｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ社製、ＡＣ−ＡｌＳｉＣ）を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表１に示す量としたこと以外は、本発明例１と同様にして放熱基板を作製した。
【００５４】
［比較例１〜５］
熱伝導性基板として銅基板を用いたこと、絶縁層のセラミック粒子の含有量を、下記の表１に示す量としたこと以外は、本発明例１と同様にして放熱基板を作製した。
【００５５】
［比較例６〜９］
絶縁層のセラミック粒子の含有量を下記の表１に示す量としたこと以外は、本発明例１と同様にして放熱基板を作製した。
【００５６】
［評価］
（試験体の作製）
放熱基板に、ＬＥＤ素子を実装した試験体を次のようにして作製した。
まず、放熱基板の銅箔（回路層）をエッチング処理して、回路パターンを形成した。回路パターンに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ（千住金属工業株式会社製：Ｍ７０５）を塗布して、厚み１００μｍのはんだ層を形成した。そして、はんだ層の上にＬＥＤ素子（Ｏｓｌｏｎ  ｃｏｍｐａｃｔ）を搭載し、リフロー炉で加熱して、試験体を作製した。
【００５７】
（熱抵抗）
作製した試験体の熱抵抗を、Ｔ３Ｓｔｅｒを用いて測定した。試験体を、放熱シート（ＴＣ−３００、電気化学工業社製）を介して２５℃のコールドプレートにトルク５Ｎｃｍにて取り付けた。その後、加熱電流１Ａ、加熱時間６０秒、測定時間３００秒、測定電流１０ｍＡの条件で熱抵抗を評価した。その熱抵抗を逆数とした値を、表１に示す。なお、表１の値は、本発明例１で作製した放熱基板の値を１．００とした相対値である。
【００５８】
（冷熱サイクル後のはんだ層のクラック長さ）
作製した試験体に、１サイクルが−４０℃×３０分間〜１５０℃×３０分間の冷熱サイクルを３０００サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、断面を研磨によって出した。試験体のはんだ層の断面を観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ（μｍ）を測定した。その長さを逆数とした値を、表１に示す。なお、表１の値は、本発明例１で作製した放熱基板の値を１．００とした相対値である。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
本発明例１〜１１で作製した放熱基板と、比較例４、５で作製した放熱基板とを比較すると、熱伝導性基板として、グラファイト基板、グラファイト基アルミニウム複合材基板およびＡｌＳｉＣ基板（アルミニウム基炭化ケイ素複合材基板）を用いることによって、低い熱抵抗を維持しつつ、冷熱サイクルによるはんだクラックの発生を低減することができ、信頼性が向上することがわかる。これは放熱基板の回路層に積層したＬＥＤ素子と熱伝導性基板との熱膨張率の差が小さくなったことによって、冷熱サイクルによってはんだに付与される応力が低くなったためであると考えられる。
【００６１】
また、本発明例１〜５で作製した放熱基板と比較例１〜３、６〜８で作製した放熱基板とを比較すると、絶縁層のセラミック粒子の含有量が６０体積％以上であると熱抵抗が低減することがわかる。一方、比較例９で作製した放熱基板の結果から、絶縁層のセラミック粒子の含有量が８０体積％を超えると、冷熱サイクルによるはんだクラックの発生が多くなり、信頼性が低下することがわかる。これは、絶縁層が硬くなりすぎたことにより、冷熱サイクルによってはんだに付与される応力が大きくなったためであると考えられる。
【００６２】
また、本発明例１〜５で作製した放熱基板と、本発明例６〜１１で作製した放熱基板とを比較すると、熱伝導性基板としてグラファイト基板を用いたときに、はんだクラックの発生がより低減し、かつ熱抵抗がより低くなり、信頼性と放熱性を高いレベルで両立できる傾向があることがわかる。
【符号の説明】
【００６３】
１  モジュール
２  はんだ
３  電子部品
１０  放熱基板
２０  熱伝導性基板
３０  絶縁層
３１  絶縁性樹脂
３２  セラミック粒子
４０  回路層
５０  密着層
【図１】
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