(57)【要約】【課題】  熱硬化性樹脂層の金属部材からの剥離を抑制することができるとともに、より効率的に製造可能な複合体を提供する。【解決手段】  複合体であって、熱硬化性樹脂層と、金属部材と、前記熱硬化性樹脂層と前記金属部材を接続するシランカップリング剤層を有する。前記熱硬化性樹脂層の抽出水のｐＨ値をＮ、前記熱硬化性樹脂層の厚みをｔ（ｍｍ）、前記熱硬化性樹脂層の密度をｄ（ｇ／ｃｍ３）としたときに、前記シランカップリング剤層が、５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ（ｍｏｌ／ｍｍ２）以上の面密度でアミノ基を含有している。【選択図】図２
2018001707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂層と、
金属部材と、
前記熱硬化性樹脂層と前記金属部材を接続するシランカップリング剤層、
を有する複合体であって、
前記熱硬化性樹脂層の抽出水のｐＨ値をＮ、
前記熱硬化性樹脂層の厚みをｔ（ｍｍ）、
前記熱硬化性樹脂層の密度をｄ（ｇ／ｃｍ３）、
としたときに、
前記シランカップリング剤層が、５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ（ｍｏｌ／ｍｍ２）以上の面密度でアミノ基を含有している、
複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、熱硬化性樹脂層と金属部材とシランカップリング剤層を有する複合体に関する。
【０００２】
特許文献１に、熱硬化性樹脂層と、金属部材と、シランカップリング剤層を有する複合体（電子部品）が開示されている。シランカップリング剤層は、熱硬化性樹脂層と金属部材とを接続している。この複合体では、シランカップリング剤層と金属部材との間に金属酸化物等によって構成された中間層が設けられている。このような中間層を設けることで、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離することを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３１５９５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の技術では、シランカップリング剤層と金属部材との間に中間層を設ける必要があり、複合体を製造するために必要な製造工程が増加する。したがって、本明細書では、熱硬化性樹脂層の金属部材からの剥離を抑制することができるとともに、より効率的に製造可能な複合体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する複合体は、熱硬化性樹脂層と、金属部材と、前記熱硬化性樹脂層と前記金属部材を接続するシランカップリング剤層を有する。前記熱硬化性樹脂層の抽出水のｐＨ値をＮ、前記熱硬化性樹脂層の厚みをｔ（ｍｍ）、前記熱硬化性樹脂層の密度をｄ（ｇ／ｃｍ３）としたときに、前記シランカップリング剤層が、５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ（ｍｏｌ／ｍｍ２）以上の面密度でアミノ基を含有している。
【０００６】
なお、上記の熱硬化性樹脂層の抽出水のｐＨ値は、以下の方法により測定された値を意味する。まず、厚さ３ｍｍのアフタキュア後試料を粉砕する。次に、試料約１０ｇに純水５０ｍｌを加えて密封した後、１２５±３℃の温度に２０時間維持する。この間に、試料から純水中にＨ＋が溶け出し、抽出水が得られる。次に、試料を室温（１８℃〜２８℃）まで冷却し、試料と抽出水を分離する。その後、抽出水のｐＨ値を測定する。
【０００７】
また、上記のシランカップリング剤層のアミノ基の面密度は、シランカップリング剤層と熱硬化性樹脂層の界面に対して垂直に平面視したときに、シランカップリング剤層に含まれるアミノ基の単位面積あたりの量である。
【０００８】
熱硬化性樹脂層は、吸湿時に酸性を示すことが知られている。熱硬化性樹脂層が吸湿することで金属部材が酸性の環境に曝されると、金属部材の表面が腐食し、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離する。これに対し、本明細書が開示する複合体では、シランカップリング剤層がアミノ基を含有している。アミノ基はアルカリ性の官能基であり、酸（すなわち、プロトン（Ｈ＋））を中和する性質を有する。このため、熱硬化性樹脂層が吸湿しても、シランカップリング剤層中のアミノ基によってプロトンが中和される。５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ（ｍｏｌ／ｍｍ２）以上の面密度でシランカップリング剤層がアミノ基を有すると、プロトンが金属部材に到達することができず、金属部材の腐食を実質的に防止することが可能できる。したがって、この複合体によれば、熱硬化性樹脂層の金属部材からの剥離を効果的に抑制することができる。また、この複合体の構造は、シランカップリング剤層の材料を調整するだけで得られる。複合体の製造時に中間層を作成する等の追加の工程が不要であるので、複合体を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子部品１０の断面図。
【図２】シランカップリング剤層６０の内部の材料構造を示す模式図。
【図３】シランカップリング剤層６０の内部の材料構造を示す模式図。
【図４】実証実験の結果を示す図。
【図５】ｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ（但し、ｔ＝０．８、ｄ＝１．９）の範囲を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施形態の複合体として、パワーカードと称される電子部品１０を示している。電子部品１０は、電流が流れる導電部１２と、シランカップリング剤層６０と、熱硬化性樹脂層７０を有している。導電部１２は、リードフレーム１４、銅ブロック１８、半導体素子２２、リードフレーム２６及び端子３０を有している。
【００１１】
リードフレーム１４は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。銅ブロック１８は、銅によって構成されている。銅ブロック１８の上面は、はんだ層１６によってリードフレーム１４の下面に接合されている。半導体素子２２は、主に半導体基板によって構成されている。半導体素子２２の上面の主電極は、はんだ層２０によって銅ブロック１８の下面に接合されている。リードフレーム２６は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。リードフレーム２６の上面は、はんだ層２４によって半導体素子２２の下面の電極に接合されている。端子３０は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。端子３０は、リードフレーム２６から横方向に離れた位置に配置されている。端子３０は、ボンディングワイヤ２８によって半導体素子２２の上面の信号電極に接続されている。
【００１２】
リードフレーム１４の上面、リードフレーム２６の下面及び端子３０の端部を除いて、導電部１２の表面はシランカップリング剤層６０によって覆われている。シランカップリング剤層６０の表面は、熱硬化性樹脂層７０によって覆われている。言い換えると、導電部１２と熱硬化性樹脂層７０の間に、シランカップリング剤層６０が配置されている。熱硬化性樹脂層７０はシランカップリング剤層６０を介して導電部１２に接続されている。シランカップリング剤層６０は、金属部材（すなわち、リードフレーム１４、銅ブロック１８、リードフレーム２６、端子３０、はんだ層１６、２０、２４）と熱硬化性樹脂層７０とを高い接着力で接続している。熱硬化性樹脂層７０は、本実施形態ではエポキシ樹脂である。
【００１３】
電子部品１０を製造する際には、まず、はんだ付け工程及びワイヤーボンディング工程等を実施することによって、導電部１２が組み立てられる。次に、リードフレーム１４の上面、リードフレーム２６の下面及び端子３０の端部を除いて、導電部１２の表面にシランカップリング剤を含むプライマーが塗布される。これによって、シランカップリング剤層６０が形成される。その後、樹脂成形工程によって、シランカップリング剤層６０の表面を覆うように熱硬化性樹脂層７０が形成される。以上の工程によって、電子部品１０が完成する。
【００１４】
シランカップリング剤層６０は、アミノ基を含有している。図２、３は、シランカップリング剤層６０の内部構造を模式的に示している。図２に示すように、シランカップリング剤層６０は、熱硬化性樹脂層７０に対してアミノ基（ＮＨ、ＮＨ２）を介して結合している。また、シランカップリング剤層６０は、金属部材に対して酸素（Ｏ）を介して結合している。熱硬化性樹脂層７０が吸湿すると、プロトン（Ｈ＋）が発生する。プロトンは、熱硬化性樹脂層７０からシランカップリング剤層６０へ拡散する。すると、Ｎ原子の方がＯ原子よりも求核性が高い（プロトンを引き付け易い）ので、図３に示すようにプロトンがアミノ基と結合する。すなわち、シランカップリング剤層６０内で−ＮＨ２＋Ｈ３Ｏ＋→−ＮＨ３＋＋Ｈ２Ｏの反応等が起こる。このため、熱硬化性樹脂層７０で発生したプロトンが金属部材へ到達し難く、金属部材の腐食が抑制される。
【００１５】
プロトンを金属部材に到達させないためには、理論上、シランカップリング剤層６０内のアミノ基の面密度ｙ（ｍｏｌ／ｍｍ２）が、ｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄの関係を満たす必要がある。ここで、面密度ｙは、シランカップリング剤層６０と熱硬化性樹脂層７０との界面に対して垂直に平面視した場合に、シランカップリング剤層６０に含まれるアミノ基の単位面積あたりの量を意味する。すなわち、上記界面に対して垂直に平面視した場合に特定の範囲内のシランカップリング剤層６０に含まれるアミノ基の量（ｍｏｌ）を、前記特定の範囲の面積（ｍｍ２）で除算した値を意味する。シランカップリング剤層６０中のアミノ基の密度（ｍｏｌ／ｍｍ３）をシランカップリング剤層６０の厚み方向に積分した値ともいえる。
【００１６】
また、上記の符号Ｎは、熱硬化性樹脂層７０の抽出水のｐＨ値を意味する。本実施形態において、熱硬化性樹脂の抽出水のｐＨ値は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０２に規定の測定方法により測定される。より具体的には、厚さ３ｍｍのアフタキュア後の試料（すなわち、熱硬化性樹脂）を粉砕する。次に、試料約１０ｇを容器にとり、さらに容器内に純水５０ｍｌを加えて密封する。その状態で、試料を１２５±３℃の温度に２０時間維持する。この間に、試料から純水中にＨ＋が溶け出し、抽出水が得られる。次に、試料を室温（１８℃〜２８℃）まで冷却し、Ｎｏ．５濾紙にて濾過することによって試料と抽出水を分離する。その後、抽出水のｐＨ値を測定する。
【００１７】
また、上記の符号ｔは、熱硬化性樹脂層７０の厚み（ｍｍ）を意味する。熱硬化性樹脂層７０の厚みは、熱硬化性樹脂層７０とシランカップリング剤層６０との界面に対して垂直方向に測定した熱硬化性樹脂層７０の寸法を意味する。
【００１８】
また、上記の符号ｄは、熱硬化性樹脂層７０の密度（ｇ／ｃｍ３）を意味する。
【００１９】
本願発明者らは、図４に示すサンプル１〜８に対して試験を施し、熱硬化性樹脂の剥離を調査した。なお、サンプル１〜８は、いずれも、金属板と熱硬化性樹脂層の間にシランカップリング剤層が設けられたものである。サンプル１〜８において、金属板としてニッケルメッキされた銅を用い、シランカップリング剤としてＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランを用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた。また、サンプル１〜８において、熱硬化性樹脂層の抽出水のｐＨ値Ｎが４．３であり、熱硬化性樹脂層の厚みｔが０．８（ｍｍ）であり、熱硬化性樹脂層の密度ｄが１．９（ｇ／ｃｍ３）である。なお、この条件において、上述した関係式（ｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄ）によれば、熱硬化性樹脂層の剥離を防止するために必要な面密度ｙは、１．０６×１０−１０（ｍｏｌ／ｍｍ２）である。サンプル１〜８の間で、シランカップリング剤層のアミノ基の面密度ｙが異なっており、その他の条件は同一である。サンプル８では面密度ｙが１．０６×１０−１０（ｍｏｌ／ｍｍ２）よりも低く、サンプル１〜７では面密度ｙが１．０６×１０−１０（ｍｏｌ／ｍｍ２）よりも高い。このようなサンプル１〜８に対して温度８５℃、湿度８５％の環境に１０００時間曝す高温高湿試験を実施し、その前後で熱硬化性樹脂層の剥離の有無を評価した。その結果、図４に示すように、サンプル８でのみ試験後に熱硬化性樹脂層の剥離が発生し、サンプル１〜７では熱硬化性樹脂層の剥離が発生しなかった。
【００２０】
図５は、図４の実験のように熱硬化性樹脂層の厚みｔが０．８（ｍｍ）であり、熱硬化性樹脂層の密度ｄが１．９（ｇ／ｃｍ３）である場合に熱硬化性樹脂層の剥離を防止するために必要な面密度ｙの範囲（ｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄの範囲（但し、ｔ＝０．８、ｄ＝１．９））を示している。図５においてハッチングされた範囲が、剥離を防止できる範囲を示している。また、図５には、上述したサンプル１〜８の値がプロットされている。図５から明らかなように、剥離が発生したサンプル８のみが適正範囲を外れている。ｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄの関係を満たすことで剥離を防止できることが、実験結果によって実証された。
【００２１】
以上に説明したように、アミノ基の面密度ｙがｙ≧５×１０−（Ｎ＋６）×ｔ／ｄの関係を満たすことで、熱硬化樹脂層が金属部材から剥離することを防止することができる。この技術によれば、熱硬化樹脂として適切な材料を選択するだけで、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離することを防止することができる。このため、複合体を容易に製造することができる。
【００２２】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０：電子部品
１２：導電部
１４：リードフレーム
１６：はんだ層
１８：銅ブロック
２０：はんだ層
２２：半導体素子
２４：はんだ層
２６：リードフレーム
２８：ボンディングワイヤ
３０：端子
６０：シランカップリング剤層
７０：熱硬化性樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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