(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、
前記金属板に形成された絶縁層と、
前記絶縁層に形成された導体性配線を備え、
前記絶縁層は無機材料からなる無機絶縁部と無機材料の空隙に有機材料を含有する無機有機混合絶縁部とを有し、前記絶縁層と前記導体性配線の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部が形成されたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の電子回路基板であって、
前記導体性配線の端部の少なくとも一部が前記無機有機混合絶縁部に形成されたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子回路基板であって、
前記無機有機混合絶縁部に含有される有機材料が無機粒子を含有することを特徴とする電子回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電子回路基板であって、
前記絶縁層がＡｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする電子回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電子回路基板の前記導体性配線と接合部材によって接続された半導体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置であって、前記半導体素子と前記金属板との間にある前記絶縁層の領域は、前記無機絶縁部からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
金属板と、
前記金属板に形成された絶縁層と、
前記絶縁層に樹脂層を介して形成された金属導体板を備え、
前記絶縁層は無機材料からなる無機絶縁部と無機材料の空隙に有機材料を含有する無機有機混合絶縁部とを有し、前記絶縁層と前記樹脂層の界面の少なくとも一部に前記無機有機混合絶縁部が形成されたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項８】
請求項７に記載の電子回路基板であって、
前記樹脂層の端部の少なくとも一部が前記無機有機混合絶縁部で形成されたことを特徴とする電子回路基板。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電子回路基板であって、
前記無機有機混合絶縁部に含有される有機材料が無機粒子を含有することを特徴とする電子回路基板。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載の電子回路基板であって、
前記絶縁層がＡｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする電子回路基板。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の電子回路基板であって、
前記絶縁層の厚みが５〜３００μｍであることを特徴とする電子回路基板。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれかに記載の電子回路基板と、前記金属導体板と接合部材によって接続された半導体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置であって、
前記樹脂層、前記半導体素子と前記金属板との間にある前記絶縁層の領域は、前記無機絶縁部からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
エアロゾルデポジション法により金属板に無機材料を有する第１の絶縁層と第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の前記無機材料の空隙に有機材料を含浸する工程と、
前記第２の絶縁層に導体性配線を形成する工程を有することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子回路基板の製造方法であって、
エアロゾルデポジション法により前記金属板に無機材料を有する第１の絶縁層と第２の絶縁層を形成する工程が、前記金属板に有機材料が含浸する空隙のない無機材料を形成する工程と、前記空隙のない緻密な無機材料に有機材料が含浸する空隙のある無機材料を形成する工程を有することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
【請求項１６】
エアロゾルデポジション法により金属板に無機材料を有する第１の絶縁層と第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の前記無機材料の空隙に有機材料を含浸する工程と、
前記第２の絶縁層に樹脂層を介して前記金属導体板を接着する工程を有することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電子回路基板の製造方法であって、
エアロゾルデポジション法により前記金属板に前記無機材料を形成する工程が、前記金属板に前記有機材料が含浸する空隙のない無機材料を形成する工程と、前記空隙のない無機材料に有機材料が含浸する空隙のある無機材料を形成する工程を有することを特徴とする電子回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、絶縁性のセラミックス基板の裏面側に冷却用の金属材料を設けた回路基板において、室温環境下で前記金属材料に前記セラミックス基板が接着剤を用いることなく直接接合されており、前記セラミックス基板が、多結晶の脆性材料からなり、結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が存在せず、前記セラミックス基板と前記金属材料との界面は、前記セラミックス基板が前記金属材料に食い込むアンカー部となっていることを特徴とする回路基板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７８４３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、エアロゾルデポジション法によりセラミックス基板を金属材料に直接形成した電子回路基板が記載されている。ＩＣチップなどの半導体素子を搭載するために、セラミックス基板の表面には導体性配線が形成される。
【０００５】
しかし、電子回路基板が使用環境において温度サイクルを受ける場合、例えば、−４０℃から１２５℃までの温度変化を繰返し受ける場合、セラミックス基板表面に形成された導電性配線が剥離する課題がある。導体性配線の剥離は、電子回路基板に搭載した半導体素子の放熱性を低下させるため、素子温度が上昇し、素子が故障する原因となる。
【０００６】
そこで本発明では、使用環境における温度サイクルにより導体性配線が剥離しない電子回路基板及びその電子回路基板を用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、金属板と、前記金属板に接着層なく直接形成された絶縁層と、前記絶縁層に形成された導体性配線を備え、前記絶縁層は無機材料からなる無機絶縁部と無機材料の空隙に有機材料を含有する無機有機混合絶縁部とを有し、前記絶縁層と前記導体性配線の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、使用環境における温度サイクルにより導体性配線が剥離しない電子回路基板及びその電子回路基板を用いた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における電子回路基板の模式図である。
【図２（ａ）】金属板１に直接形成した無機材料２０の模式図である。
【図２（ｂ）】無機材料２０の空隙を有機材料で含浸させた絶縁層２の模式図である。
【図３】エアロゾルデポジション装置の構成説明図である。
【図４】粒子圧縮破壊試験装置の構成説明図である。
【図５】粒子を圧縮破壊した場合の代表的な荷重変位曲線である。
【図６】無機材料２０における空隙のない緻密な領域２１０の走査形電子顕微鏡像である。
【図７】無機材料２０における有機材料を含浸する空隙のある領域２２０の走査形電子顕微鏡像である。
【図８】実施例１における電子回路基板を用いた半導体装置の模式図である。
【図９】実施例１における電子回路基板を用いた半導体装置の変形例の模式図である。
【図１０】実施例２における電子回路基板の模式図である。
【図１１】実施例２における電子回路基板を用いた半導体装置の変形例１の模式図である。
【図１２】実施例２における電子回路基板を用いた半導体装置の変形例２の模式図である。
【図１３】実施例２における電子回路基板を用いた半導体装置の変形例３の模式図である。
【図１４】実施例２における電子回路基板を用いた半導体装置の変形例４の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１に、本実施例における電子回路基板の模式図を示す。金属板１に絶縁層２が、接着層なく直接形成される。金属板１の絶縁層２が形成されていない一方の面には、放熱性を向上させるためのフィンが形成されていても良い。
【００１２】
絶縁層２の金属板１が接合していない一方の面には、導体性配線３が形成される。導体性配線３の形成方法として、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、めっき法、スクリーン印刷法など従来公知のいずれの方法も使用できる。
【００１３】
絶縁層２には、無機材料のみからなる無機絶縁部２１と無機材料の空隙に有機材料が含浸した無機有機混合絶縁部２２が存在する。本実施例における電子回路基板では、絶縁層２と導体性配線３の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部２２を形成することで、温度サイクルによる導体性配線３の剥離を抑制することができる。
【００１４】
絶縁層２に使用する無機材料としては、電気的に絶縁性であればいずれの材料も使用できる。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣなどが挙げられる。絶縁層２に使用する無機材料はこれらの混合とすることもできる。高熱伝導率の点からでは、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等が望ましい。さらに、大気中での取り扱い、及び無機材料の製造コストの点において、Ａｌ２Ｏ３が最も望ましい。
【００１５】
絶縁層２に使用する有機材料としては、電気的に絶縁性であればいずれの材料も使用できる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素系樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。有機材料には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣなどの無機粒子を含有してもよい。無機粒子の含有により、有機材料の熱膨張係数は低減する。有機材料の熱膨張係数が絶縁層２に使用する無機材料よりも大きく、導体性配線３よりも小さい場合、温度変化による導体性配線３の剥離を効果的に抑制することができる。例えば、無機材料にＡｌ２Ｏ３（熱膨張係数７×１０−６/℃）、導体性配線にＣｕ（熱膨張係数１７×１０−６/℃）を使用した場合、熱膨張係数を１０〜１５×１０−６/℃程度に調整した有機材料を使用することが望ましい。
【００１６】
無機有機混合絶縁部２２の形成箇所は、絶縁層２と導体性配線３との界面のうち、導体性配線層３の端部を含むことが望ましい。温度サイクルによる導体性配線３の剥離は、その端部より進展する。無機絶縁部２１よりも熱膨張係数が高い無機有機混合絶縁部２２を導体性配線３の端部に形成し、導体性配線３との熱膨張係数差を小さくすることで、熱応力を低減し、温度サイクルによる導体性配線３の剥離を効果的に抑制することができる。
【００１７】
絶縁層２の製造方法は、図２（ａ）に示すエアロゾルデポジション法により無機材料２０を金属板１に直接形成する工程と、図２（ｂ）に示す無機材料２０の空隙に有機材料を含浸させる工程からなる。無機材料２０には空隙の無い領域２１０と空隙のある領域２２０が存在し、有機材料の含浸後、有機材料が含浸する空隙が無く無機材料のみからなる領域が無機絶縁部２１として機能し、無機材料の空隙に有機材料が含浸した領域が無機有機混合絶縁部２２として機能する。
【００１８】
まず、エアロゾルデポジション法により無機材料２０を金属板１に直接形成する過程を説明する。エアロゾルデポジション装置の構成説明図を図３に示す。高圧ガスボンベ３１を開栓し、搬送ガスがガス搬送管３２を通してエアロゾル発生器２３に導入させる。エアロゾル発生器３３にはあらかじめ無機材料２０と同組成の粒子を入れておく。粒径は０．１〜５μｍ程度が望ましい。搬送ガスと混合されることで、当該粒子を含むエアロゾルが発生する。使用可能な搬送ガスとしては、Ａｒ、Ｎ２、Ｈｅ等の不活性ガスが挙げられる。金属板１は真空チャンバー３５内のＸＹステージ３７に固定する。真空チャンバー３５を真空ポンプ３８により減圧することで、搬送ガスが導入されるエアロゾル発生器３３と真空チャンバー３５間には圧力差が生まれる。この圧力差により、エアロゾルは、搬送管３４を通してノズル３６へと送られ、金属板１に向けてノズル３６の開口より高速で噴出される。エアロゾル中の粒子は、金属板１に衝突し、結合する。さらに粒子が連続的に衝突し、微粒子同士も結合することで、無機材料２０が金属板１に形成される。無機材料２０は金属板１に直接形成され、無機材料２０と金属板１の構成元素が相互に拡散した遷移領域や、無機材料２０と金属板１の反応生成層は界面に存在しない。
【００１９】
無機材料２０には、有機材料を含浸する空隙のある領域２２０と、空隙の無い緻密な領域２１０を形成する。無機材料２０の空隙の有無は、エアロゾル発生器２３に入れる粒子を変えることで制御することができる。空隙の有無に合わせた粒子の選択には、例えば以下に示すような粒子の変形エネルギーを評価することが有効である。変形エネルギーの評価方法に関して、Ａｌ２Ｏ３粒子を例に以下に記す。変形エネルギーの評価には、粒子の圧縮破壊試験を利用する。試験装置の模式図を図４に示す。ステージ４１により、ステージ４１に設置した粒子４２は、加圧圧子４３により試験力を加えたときの粒子４２の変位量を計測する場所４４と、光学顕微鏡４５により粒子４２の形状と径を計測する場所４６の間を移動することができる。試験装置を用いて、直径２０μｍの平面圧子、試験力１００ｍＮ、負荷速度３．８７ｍＮ／ｓｅｃの条件で粒子を圧縮破壊した場合の代表的な荷重変位曲線を図５に示す。図５の塗りつぶしで示す面積は、変形までに粒子に蓄積される弾性エネルギーに相当する。試験前にステージに設置された光学顕微鏡４５で測定した粒子径より求めた粒子体積で、この弾性エネルギーを除することで変形エネルギーと定義し、微粒子評価に用いた。
【００２０】
粒子の変形エネルギー評価には、市販のＡｌ２Ｏ３粉末を用いた。用いたＡｌ２Ｏ３粉末種は、ＡＭＳ−５０２０Ｆ、ＡＫＰ−２０、ＡＡ−１．５である。各粉末の粒子７個の変形エネルギーを測定し、平均変形エネルギーを評価した。金属板１にＣｕ、搬送ガスにＮ２、ガス流量２Ｌ/ｍｉｎ、開口部１０ｍｍ×０．４ｍｍのノズル３６を使用して成膜した場合、平均変形エネルギーの違いにより得られる無機材料２０の組織が変化する。図６、７に電界放出形走査形電子顕微鏡を用いて無機材料断面を撮影した像により無機材料２０の組織を示す。像の下側がＣｕ板との界面側、像の上側が無機材料２０の表面側である。平均変形エネルギーが７.３×１０−２ｎＪ/μｍ３のＡＭＳ−５０２０Ｆを用いた場合、図６に示すように、緻密で空隙のない無機材料２０を形成できる。一方、平均変形エネルギーが１.２×１０−１ｎＪ/μｍ３のＡＫＰ−２０を用いた場合、図７に示すように、Ｃｕ板界面と平行な方向に幅約０．５μｍ以下、長さ約１〜２０μｍの空隙が、無機材料２０の厚み方向に約１〜３μｍの間隔で形成された無機材料２０を形成できる。しかし、平均変形エネルギーが３．３×１０−１ｎＪ/μｍ３のＡＡ−１．５を用いた場合、約２μｍ以上の厚みの無機材料を形成できなかった。絶縁層２が２μｍ以上必要な場合、変形エネルギーが３．３×１０−１ｎＪ/μｍ３のＡＡ−１．５を使用することはできない。
【００２１】
また、変形エネルギーが低い粒子ほど金属板１への成膜効率が高い。成膜効率とは、金属板１に形成された無機材料２０の重量の金属板１に衝突した粒子重量に対する比であり、成膜効率が高いほど、少ない粒子量で、同じ体積の無機材料２０を形成できることを意味する。表に変形エネルギーと成膜効率の相対値の関係を示す。変形エネルギーの低い粒子、例えば、ＡＭＳ−５０２０Ｆを用いれば、より低コストで無機材料２０を形成できる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
本実施例における電子回路基板の製造では、まず緻密で空隙のない無機材料を形成できるＡｌ２Ｏ３粉末、例えば、ＡＭＳ−５０２０Ｆを用いて、金属板１上に空隙の無い緻密な領域２１０を形成する。次に、空隙のある無機材料を形成できるＡｌ２Ｏ３粉末、例えば、ＡＫＰ−２０を用いて、空隙の無い緻密な領域２１０上の一部に、有機材料を含浸する空隙のある領域２２０を形成する。このとき、ＸＹステージ３７を動かし、ノズル３６と金属板１の相対位置を変えることで、空隙の無い緻密な領域２１０と有機材料を含浸する空隙のある領域２２０それぞれの形状と形成箇所を制御できる。
【００２４】
続いて、無機材料２０の空隙に有機材料、例えばエポキシ樹脂を含浸させる過程を説明する。無機材料２０の端部、及び表面にエポキシ樹脂を滴下し塗布すると、有機材料を含浸する空隙のある領域２２０の空隙はエポキシ樹脂で含浸される。エポキシ樹脂塗布後、５〜１０分間放置してから、無機材料２０の端部、及び表面の余分なエポキシ樹脂をスキージ等で除去し、エポキシ樹脂の硬化条件に合わせ、例えば１５０℃で６０分程度保持し、エポキシ樹脂を硬化させる。最後に無機材料２０の端部、及び表面に残り硬化したエポキシ樹脂をサンドペーパー等で除去する。
【００２５】
以上の方法より、有機材料の含浸する空隙が無く無機材料のみからなる無機絶縁部２１と、無機材料の空隙に有機材料の含浸した無機有機絶縁部２２を有する絶縁層２を金属板１に直接形成できる。なお、本実施例では、絶縁層２に、無機材料のみからなる無機絶縁部２１と無機材料の空隙に有機材料が含浸した無機有機混合絶縁部２２が存在し、絶縁層２と導体性配線３の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部２２が形成されていれば良く、無機有機混合絶縁部２２の形状、サイズ、個数等は限定されない。
【００２６】
本実施例における電子回路基板で温度サイクル試験を行った。Ｃｕ板上に、エアロゾルデポジション法で厚み２０μｍのＡｌ２Ｏ３からなる無機材料を形成した。続いて、エポキシ樹脂で空隙を含浸することで、無機絶縁部と無機有機混合絶縁部を有する絶縁層を形成した。絶縁層にはスクリーン印刷で厚み１００μｍのＣｕ配線を形成した。また、従来構造として、Ｃｕ板上に、エアロゾルデポジション法で無機絶縁部のみしか存在しない厚み２０μｍのＡｌ２Ｏ３を形成し、スクリーン印刷で厚み１００μｍのＣｕ配線を形成した電子回路基板も作製した。温度サイクル条件は、温度を−４０℃として３０分保持した後に、１２５℃まで温度を上げて３０分保持し、これを１００サイクル繰り返した。
【００２７】
温度サイクル試験後、絶縁層とＣｕ配線の界面を電子スキャン式高速超音波解析装置により観察し、剥離の有無を確認した。絶縁層に無機絶縁部のみしか存在しない従来の電子回路基板では、絶縁層とＣｕ配線の界面に剥離が発生するのに対し、絶縁層に無機材料のみからなる無機絶縁部と無機材料の空隙に有機材料が含浸した無機有機混合絶縁部が存在する本実施例の電子回路基板では、剥離は発生せず、従来構造に比べ、温度サイクル信頼性が向上することを確認した。
【００２８】
図８に本実施例における電子回路基板を用いた半導体装置の例を示す。半導体素子５は、接合部材４を介して導体性配線３に接続される。また、接合部材５としては、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などのはんだ、Ａｇなどの金属、及び金属フィラー入り樹脂などが挙げられる。半導体素子５上面と導体性配線３はＡｕ、Ａｌなどの金属ワイヤ６により接続される。このとき、導体性配線３を介して半導体素子５が存在する絶縁層２の領域は無機絶縁部２１とすることが望ましい。無機有機混合絶縁部２２は、有機材料を含有するため、熱伝導率が無機絶縁部２１に比べ低い。例えば、無機材料にＡｌ２Ｏ３、有機材料にエポキシ樹脂を用いた場合、熱伝導率はそれぞれ２０Ｗ/（ｍ・Ｋ）、０．２Ｗ/（ｍ・Ｋ）程度である。無機絶縁部２１の熱伝導率はＡｌ２Ｏ３の２０Ｗ/（ｍ・Ｋ）となるのに対し、無機有機混合絶縁部２２の熱伝導率はＡｌ２Ｏ３とエポキシの合成値となるため、１〜２Ｗ/（ｍ・Ｋ）に留まる。導体性配線３を介して半導体素子５が存在する絶縁層２の領域を無機絶縁部２１とすることで、半導体素子５の放熱性を損なうことなく、温度サイクルによる導体性配線３の剥離を抑制することができる。
【００２９】
また、図９に示すように、半導体素子５端部を基点に斜め４５°の領域に無機有機混合絶縁部２２が存在しない構造としてもよい。半導体素子５から発生する熱流束は半導体素子５端部を基点に斜め４５°の角度で拡散すると近似できる。その領域に熱伝導率の低い無機有機混合絶縁部２２が存在しないことで、半導体素子５の放熱性をさらに向上させることができる。
【００３０】
以上より、本実施例によれば、絶縁層２を無機絶縁部２１と無機有機混合絶縁部２２とで構成したことにより、無機絶縁部２１により、熱伝導性を確保しつつ、無機有機混合絶縁部２２により、熱膨張係数を導体性配線３に近づけることができ、温度サイクルによる導体性配線３の剥離を効果的に抑制することができる。
【実施例２】
【００３１】
図１０に本実施例における電子回路基板の模式図を示す。本実施例では、実施例１と比較して、導体性配線３の代わりに金属導体板８が樹脂層７を介して絶縁層２に接着している電子回路基板、及びその電子回路基板を用いた半導体装置の例を説明する。その他構成は、既に説明した図に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００３２】
金属板１に直接形成された絶縁層２に無機絶縁部２１のみしか存在しない従来の電子回路基板では、金属導体板８が樹脂層７を介して絶縁層２に接着した場合、温度サイクルにより、絶縁層２と樹脂層７の界面で剥離が進展し、電子回路基板としての動作が保障されない課題がある。
【００３３】
本実施例における電子回路基板では、絶縁層２に無機材料のみからなる無機絶縁部２１と無機材料の空隙に有機材料が含浸した無機有機混合絶縁部２２が存在し、樹脂層７を介して、金属導体板８が接着している。絶縁層２と樹脂層７の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部２２を形成することで、温度サイクルによる樹脂層７の剥離を抑制することができる。なお、本実施例では、絶縁層２と樹脂層７の界面の少なくとも一部に無機有機混合絶縁部２２が形成されていれば良く、無機有機混合絶縁部２２の形状、サイズ、個数等は限定されない。
【００３４】
金属導体板８は、Ａｌ合金、Ｃｕ合金などからなる金属板である。金属導体板８の表面は、防錆のためのめっき処理、樹脂層７との接着力向上のための粗面化処理、酸化処理等の表面処理がされていても良い。樹脂層７の樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素系樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。樹脂層７の塗布方法として、スクリーン印刷法、インクジェット法、ロールコーター法、ディスペンサー法など従来公知のいずれの方法も使用できる。また、樹脂層７は、絶縁層２と金属導体板８の間にシート状の樹脂を設置し熱圧着により接着させることで形成してもよい。所望の厚みをもつシートを用いることで、樹脂層７の厚み制御が容易になる。また、樹脂層７は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕなどの無機粒子をフィラーとして含有してもよい。無機粒子を含有することで、樹脂層７の熱伝導率が向上する。
【００３５】
本実施例における電子回路基板で温度サイクル試験を行った。実施例１に記載した方法と同様に、Ｃｕ板上にエアロゾルデポジション法で厚み５０μｍのＡｌ２Ｏ３からなる無機材料を形成した。続いて、エポキシ樹脂で空隙を含浸することで、無機絶縁部と無機有機混合絶縁部を有する絶縁層を形成した。更に樹脂層として、Ａｌ２Ｏ３粒子を含有したエポキシ樹脂を用いて、厚み１ｍｍのＣｕ板と絶縁層を接着させた。また、従来構造として、Ｃｕ板上に、エアロゾルデポジション法で無機絶縁部のみしか存在しない厚み５０μｍのＡｌ２Ｏ３を形成し、Ａｌ２Ｏ３粒子を含有したエポキシ樹脂を用いて、厚み１ｍｍのＣｕ板と接着させた電子回路基板も作製した。温度サイクル条件は、温度を−４０℃として３０分保持した後に、１２５℃まで温度を上げて３０分保持し、これを１００サイクル繰り返した。
【００３６】
温度サイクル試験後、絶縁層と樹脂層の界面を電子スキャン式高速超音波解析装置により観察し、剥離の有無を確認した。絶縁層に無機絶縁部のみしか存在しない従来の電子回路基板では、絶縁層と樹脂層の界面に剥離が発生するのに対し、絶縁層に無機材料のみからなる無機絶縁部と無機材料の空隙に有機材料が含浸した無機有機混合絶縁部が存在する本実施例の電子回路基板では、絶縁層と樹脂層の界面に剥離は発生せず、従来構造に比べ、温度サイクル信頼性が向上することを確認した。
【００３７】
図１１に本実施例における電子回路基板を用いた半導体装置の例を説明する。電子回路基板が、樹脂層７を介して、絶縁層２と金属導体板８を接着する構造により、大電流を扱うＩＧＢＴなどのパワー半導体を搭載した半導体装置に適用できる。半導体素子５は、接合部材４を介して金属導体板８に接続される。半導体素子５としては、スイッチング動作によって直流電流を交流電流に変換するＩＧＢＴなどのパワー半導体素子やこれらのパワー半導体素子を制御するための制御回路用半導体素子が挙げられる。また、接合部材４としては、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系などのはんだ、Ａｇなどの金属、及び金属フィラー入り樹脂などが挙げられる。半導体素子５上面と金属導体板８はＡｌなどの金属ワイヤ６により接続される。金属導体板８には外部接続端子９が接続される。金属板１の周囲には樹脂ケース１０が接着され、絶縁性ゲル剤などの封止剤１１が内部に充填される。
【００３８】
本実施例における絶縁層２の絶縁特性を、短時間昇圧法により測定した絶縁破壊電圧で評価した。Ｃｕ板上にエアロゾルデポジション法で厚み５０μｍのＡｌ２Ｏ３からなる無機材料を形成し、続いて、エポキシ樹脂で空隙を含浸することで、無機絶縁部と無機有機混合絶縁部を有する絶縁層を形成した。絶縁破壊電圧は５０〜４００Ｖ/μｍであった。半導体素子５としては、スイッチング動作によって直流電流を交流電流に変換するＩＧＢＴなどのパワー半導体素子やこれらのパワー半導体素子を制御するための制御回路用半導体素子を用いる場合、必要とされる絶縁電圧は２〜１５ｋＶであり、絶縁層２の絶縁破壊電圧値から、絶縁層２に必要な厚みは５〜３００μｍ程度である。
【００３９】
図１２に示すように、金属板１の冷却面以外をモールド樹脂１２により封止しても良い。モールド樹脂１２により封止することで、金属ワイヤ７と半導体素子６の接続部における応力集中が緩和されるため、金属ワイヤ７の剥離を抑止でき、半導体装置のパワーサイクル寿命が向上する。
【００４０】
図１３に示すように、金属板１は、半導体素子５の一面側のみに設置されている必要ななく、金属板１が半導体素子５の両面に設置されていても良い。半導体素子５の両面に金属板１を設置することで、半導体素子５の放熱面積が増加するため、金属板１を半導体素子の一方に設置した構造に比べ、放熱性が向上する。
【００４１】
図１４に示すように、２つの金属板１が金属部材１３により接合され、ＣＡＮ型の形状をなしていても良い。ＣＡＮ型の構造を成すことで、半導体装置を冷却媒体が流れる流路内に挿しても、開口から端子を突出させることができるとともに、簡易な構造で冷却媒体が半導体装置内部に侵入することを防ぐことができる。
【００４２】
以上より、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができ、さらに、樹脂層７を用いたため、金属導体板８と金属板５との絶縁特性をより向上させることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    金属板
２    絶縁層
２１  無機絶縁部
２２  無機有機混合絶縁部
２０  無機材料
２１０  空隙のない緻密な領域
２２０  有機材料を含浸する空隙のある領域
３    導体性配線
４    接合部材
５    半導体素子
６    金属ワイヤ
７    樹脂層
８    金属導体板
９    外部接続端子
１０    樹脂ケース
１１  封止材
１２  モールド樹脂
１３  金属部材
３１  高圧ガスボンベ
３２、３４  搬送管
３３  エアロゾル発生器
３５  真空チャンバー
３６  ノズル
３７  ＸＹステージ
３８  真空ポンプ
４１  ステージ
４２  粒子
４３  加圧圧子
４４  粒子の変位量を計測する場所
４５  光学顕微鏡
４６  粒子の形状と径を計測する場所
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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