(57)【要約】【課題】比較的厚い回路層を有し、かつ、回路層の端部形状が精度良く形成され、耐電圧性に優れた絶縁回路基板を提供する。【解決手段】金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層１２と、この絶縁樹脂層１２の金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層１３と、を備えた絶縁回路基板１０であって、回路層１３は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされ、積層方向に沿った断面において、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面近傍における端面形状は、絶縁樹脂層１２から積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされ、回路層１３の接合界面における端面位置と回路層１３の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、
前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、
積層方向に沿った断面において、前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面近傍における端面形状は、前記絶縁樹脂層から前記積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、前記接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされており、
前記回路層の接合界面における端面位置と前記回路層の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項２】
前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板。
【請求項３】
金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、
前記金属基板の一方の面に、硬化済みの熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層を配置する積層工程と、
前記絶縁樹脂層の上に複数の金属片を回路パターン状に配置するとともに、前記金属片以外の領域に押圧用部材を配設する金属片配設工程と、
前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片および押圧用治具とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程と、
を備えており、
前記金属片接合工程においては、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記押圧用治具は、少なくとも前記絶縁樹脂層を押圧する押圧面が、前記熱硬化型樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差が３以上である樹脂で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項５】
金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、
前記金属基板の一方の面に、熱硬化型樹脂を含有する樹脂組成物を配置する樹脂組成物配置工程と、
前記金属基板と前記樹脂組成物とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記樹脂組成物を硬化させて前記絶縁樹脂層を形成するとともに、前記金属基板と前記絶縁樹脂層を接合する樹脂硬化工程と、
前記絶縁樹脂層の上に複数の金属片を回路パターン状に配置する金属片配設工程と、
前記金属基板および前記絶縁樹脂層と前記金属片とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程と、
を備えており、
前記金属片接合工程においては、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項６】
金属板を打ち抜くことにより、外縁部の厚さ方向の一方に凸Ｒ形状部が形成された金属片を形成する金属片形成工程を有し、
前記金属片配設工程では、前記絶縁樹脂層の上に、前記金属片の凸Ｒ形状部が前記絶縁樹脂層側を向くように配設することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板、および、絶縁回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
上述の絶縁回路基板として、例えば特許文献１に記載された金属ベース回路基板が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された金属ベース回路基板においては、金属基板上に絶縁樹脂層が形成され、この絶縁樹脂層上に回路パターンを有する回路層が形成されている。ここで、絶縁樹脂層は、熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂で構成されており、回路層は、銅箔で構成されている。
【０００４】
この金属ベース回路基板においては、回路層上に半導体素子が接合され、金属基板の絶縁樹脂層とは反対側の面にヒートシンクが配設されており、半導体素子で発生した熱をヒートシンク側に伝達して放熱する構造とされている。
ここで、特許文献１に記載された金属ベース回路基板においては、絶縁樹脂層の上に配設された銅箔をエッチング処理することによって回路パターンを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０７６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の絶縁回路基板（金属ベース回路基板）において熱抵抗を低下させて放熱特性を向上させるためには、半導体素子等の熱源が搭載される回路層の厚さを厚くすることが効果的である。
しかしながら、回路層を厚く形成した場合には、回路パターンを形成するためにエッチングを長時間行う必要があった。
また、エッチングを長時間行うと、回路層の端部にダレが生じ、回路パターンを精度良く形成することができなくなるといった問題があった。
さらに、板厚中央部が優先的にエッチングされ、絶縁樹脂層との接合界面において回路層が外方に向けて突出するような形状となり、この突出した箇所に電界集中することで、耐電圧性が大きく低下してしまうといった問題があった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、比較的厚い回路層を有し、かつ、回路層の端部形状が精度良く形成され、耐電圧性に優れた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板であって、前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、積層方向に沿った断面において、前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面近傍における端面形状は、前記絶縁樹脂層から前記積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、前記接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされており、前記回路層の接合界面における端面位置と前記回路層の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の絶縁回路基板によれば、前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされているので、回路層において熱を面方向に拡げることができ、放熱特性に優れている。
そして、前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面近傍における端面形状は、前記絶縁樹脂層から前記積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、前記接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされており、前記回路層の接合界面における端面位置と前記回路層の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされているので、絶縁樹脂層との接合界面において回路層が外方に向けて突出しておらず、回路層の接合界面の端部における電界集中を抑制でき、耐電圧性を向上させることが可能となる。
【００１０】
ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされていることが好ましい。
この場合、前記回路層の前記絶縁樹脂層との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされているので、回路層の接合界面の端部における電界集中をさらに抑制でき、耐電圧性をさらに向上させることが可能となる。
【００１１】
本発明の絶縁回路基板の製造方法は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、前記金属基板の一方の面に、硬化済みの熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層を配置する積層工程と、前記絶縁樹脂層の上に複数の金属片を回路パターン状に配置するとともに、前記金属片以外の領域に押圧用部材を配設する金属片配設工程と、前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片および押圧用治具とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程と、を備えており、前記金属片接合工程においては、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴としている。
【００１２】
この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属基板の一方の面に、硬化済みの熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層を配置する積層工程と、前記絶縁樹脂層の上に複数の金属片を回路パターン状に配置するとともに前記金属片以外の領域に押圧用治具を配置する金属片配設工程と、前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片および押圧用治具とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記金属基板と前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程と、を備えているので、金属基板と絶縁樹脂層と金属片とを同時に接合することが可能となる。
そして、前記金属片接合工程において、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱するので、硬化済みの絶縁樹脂層と前記金属基板および前記金属片とを確実に接合することが可能となる。
また、エッチング工程を省略でき、寸法精度および形状精度良く回路層を形成することができ、絶縁樹脂層との接合界面において電界集中を抑制でき、耐電圧性を向上させることが可能となる。
さらに、金属片配設工程において、絶縁樹脂層の上に金属片および押圧用治具を配設しているので、前記絶縁樹脂層の全体を十分に押圧することができ、金属基板と絶縁樹脂とを確実に接合することができる。
【００１３】
ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記押圧用治具の少なくとも前記絶縁樹脂層を押圧する押圧面が、前記熱硬化型樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差が３以上とされた樹脂で構成されていることが好ましい。
この場合、絶縁樹脂層と前記押圧用治具が密着することを抑制でき、押圧用治具を容易に剥離することができる。
【００１４】
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、金属基板と、この金属基板の一方の面に形成された熱硬化型樹脂を主成分とする絶縁樹脂層と、この絶縁樹脂層の前記金属基板とは反対側の面に形成された回路パターン状を有する回路層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層は、金属材料からなり、厚さが０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされており、前記金属基板の一方の面に、熱硬化型樹脂を含有する樹脂組成物を配置する樹脂組成物配置工程と、前記金属基板と前記樹脂組成物とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記樹脂組成物を硬化させて前記絶縁樹脂層を形成するとともに、前記金属基板と前記絶縁樹脂層を接合する樹脂硬化工程と、前記絶縁樹脂層の上に複数の金属片を回路パターン状に配置する金属片配設工程と、前記金属基板および前記絶縁樹脂層と前記金属片とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程と、を備えており、前記金属片接合工程においては、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することを特徴としている。
【００１５】
この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属基板と前記樹脂組成物とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記樹脂組成物を硬化させて前記絶縁樹脂層を形成するとともに、前記金属基板と前記絶縁樹脂層を接合する樹脂硬化工程を備えているので、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を形成することができる。
そして、硬化済みの絶縁樹脂層と前記金属片とを積層方向に加圧するとともに加熱して、前記絶縁樹脂層と前記金属片を接合する金属片接合工程を備えており、前記金属片接合工程においては、前記絶縁樹脂層に含まれる熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱するので、硬化済みの絶縁樹脂層と前記金属片とを確実に接合することが可能となる。
また、エッチング工程を省略でき、寸法精度および形状精度良く回路層を形成することができ、絶縁樹脂層との接合界面において電界集中を抑制でき、耐電圧性を向上させることが可能となる。
【００１６】
ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、金属板を打ち抜くことにより、外縁部の厚さ方向の一方に凸Ｒ形状部が形成された金属片を形成する金属片形成工程を有し、前記金属片配設工程では、前記絶縁樹脂層の上に、前記金属片の凸Ｒ形状部が前記絶縁樹脂層側を向くように配設することが好ましい。
この場合、前記絶縁樹脂層との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされた回路層を形成することができる。これにより、耐電圧性にさらに優れた絶縁回路基板を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的厚い回路層を有し、かつ、回路層の端部形状が精度良く形成され、耐電圧性に優れた絶縁回路基板、および、この絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態である絶縁回路基板の説明図である。（ａ）が断面図、（ｂ）が上面図である。
【図３】図２に示す絶縁回路基板における回路層（金属片）と絶縁樹脂層の接合界面の拡大説明図である。
【図４】本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法における金属片形成工程を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図７】図６に示す絶縁回路基板の製造方法において用いられる押圧用治具の説明図である。（ａ）が断面図、（ｂ）が上面図である。
【図８】本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図９】本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図１０】実施例において絶縁回路基板の耐電圧性を評価する試験装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態である絶縁回路基板１０、及び、この絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。
【００２０】
このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）にはんだ層３２を介して接合されたヒートシンク３１と、を備えている。
【００２１】
はんだ層２、３２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。
【００２２】
絶縁回路基板１０は、図１及び図２（ａ）に示すように、金属基板１１と、金属基板１１の一方の面（図１及び図２（ａ）において上面）に形成された絶縁樹脂層１２と、絶縁樹脂層１２の一方の面（図１及び図２（ａ）において上面）に形成された回路層１３と、を備えている。
【００２３】
金属基板１１は、絶縁回路基板１０に搭載された半導体素子３において発生した熱を面方向に拡げることによって、放熱特性を向上させる作用を有する。このため、金属基板１１は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。本実施形態では、無酸素銅の圧延板で構成されている。また、金属基板１１の厚さは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。
【００２４】
絶縁樹脂層１２は、回路層１３と金属基板１１との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性を有する熱硬化型樹脂で構成されている。本実施形態では、絶縁樹脂層１２の強度を確保するために、フィラーを含有する熱硬化型樹脂が用いられている。ここで、フィラーとしては、例えばアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等を用いることができる。また、熱硬化型樹脂としては、エポキシ樹脂等を用いることができる。本実施形態では、絶縁樹脂層１２は、フィラーとしてアルミナを含有するエポキシ樹脂で構成されている。また、絶縁樹脂層１２の厚さは、２０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内とされており、本実施形態では、６０μｍとされている。
【００２５】
回路層１３は、図６に示すように、絶縁樹脂層１２の一方の面（図６において上面）に、導電性に優れた金属からなる金属片２３が接合されることにより形成されている。金属片２３としては、金属板を打ち抜き加工することで形成されたものを用いることができる。本実施形態においては、回路層１３を構成する金属片２３として、無酸素銅の圧延板を打ち抜き加工したものが用いられている。
【００２６】
この回路層１３においては、上述の金属片２３がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。
また、回路層１３（金属片２３）の厚さは０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．３〜１．０ｍｍに設定されている。
【００２７】
そして、積層方向に沿った断面において、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面近傍における端面形状は、図３に示すように、絶縁樹脂層１２から積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされており、回路層１３の接合界面における端面位置と回路層１３の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされている。
すなわち、本実施形態においては、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面部分が回路層１３の厚さ中央部よりも外方に突出していない形状とされている。
なお、回路層１３の接合界面における端面位置と回路層１３の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗの下限は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、上述の距離Ｗの上限は１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
また、本実施形態においては、回路層１３となる金属片２３として、金属板（本実施形態では無酸素銅の圧延板）を打ち抜き加工したものを使用しているので、金属片２３の外縁部の厚さ方向の一方に凸Ｒ形状部２３ａが形成されている。そして、本実施形態では、図３に示すように、金属片２３の凸Ｒ形状部２３ａが絶縁樹脂層１２側を向くようにして接合されている。
すなわち、本実施形態においては、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされているのである。
【００２９】
ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好な銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等で構成されている。本実施形態においては、無酸素銅からなる放熱板とされている。なお、ヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
ここで、絶縁回路基板１０の金属基板１１とヒートシンク３１とは、はんだ層３２を介して接合されている。
【００３０】
以下に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図４から図７を用いて説明する。
【００３１】
（金属片形成工程Ｓ０１）  
まず、回路層１３となる金属片２３を形成する。金属板２４（本実施形態では無酸素銅の圧延板）を打ち抜き加工して、金属片２３を形成する。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、打ち抜き加工機５１の凸型５２及び凹型５３によって金属板２４を挟持して剪断する。これにより、金属片２３を金属板２４から打ち抜く。
このとき、金属片２３の外縁部には、図５（ｂ）に示すように、厚さ方向の一方に、「ダレ」と呼ばれる凸Ｒ形状部２３ａが形成される。また、厚さ方向の他方に、「バリ」と呼ばれる反上部２３ｂが形成される。
【００３２】
（積層工程Ｓ０２）  
次に、図６に示すように、金属基板１１の一方の面（図６において上面）に、フィラーとしてのアルミナと熱硬化型樹脂としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含有する樹脂組成物を硬化させて、シート状に形成した硬化済みの熱硬化型樹脂（絶縁樹脂層１２）を配置する。
ここで、硬化済みの熱硬化型樹脂とは、ＪＩＳ  ７１４８−１（２０１５）に規定される「硬化反応率の測定方法」によって測定された硬化反応率が９５％以上とされたものを指す。
【００３３】
（金属片配設工程Ｓ０３）
次に、硬化済みの熱硬化型樹脂（絶縁樹脂層１２）の一方の面（図６において上面）に、複数の金属片２３を回路パターン状に配置する。本実施形態では、金属片２３が配置されない領域に押圧用治具４０を配設する。
このとき、金属片２３は、外縁部の厚さ方向の一方に形成された凸Ｒ形状部２３ａが絶縁樹脂層１２側を向くようにして、絶縁樹脂層１２の上に配置することが好ましい。
【００３４】
また、押圧用治具４０は、金属片２３と同じ厚さとなるよう設計されており、具体的には、押圧用治具４０と金属片２３との厚さの公差が０．０３ｍｍ以内とされている。
さらに、この押圧用治具４０は、少なくとも硬化済みの熱硬化型樹脂（絶縁樹脂層１２）を押圧する押圧面が、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ／Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）の差が３以上である樹脂で構成されている。
【００３５】
本実施形態では、熱硬化型樹脂がエポキシ樹脂（ＳＰ値：１０．５）で構成されているので、押圧用治具４０の押圧面を構成する樹脂のＳＰ値は７．５未満、あるいは、１３．５超えとなる。なお、押圧用治具４０の押圧面を構成する樹脂は、この後の金属片接合工程Ｓ０４での加熱温度において軟化しにくい樹脂を用いることが好ましい。
本実施形態では、押圧用治具４０の押圧面を構成する樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）（ＳＰ値：６．２（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）（ＳＰ値：６．５（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）（ＳＰ値：１３．７（ｃａｌ／ｃｍ３）１／２）などを用いることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態で用いられる押圧用治具４０は、図７に示すように、金属材料からなる治具本体４１と、治具本体４１の厚さ方向の一端に設けられた押圧樹脂層４２と、を備えている。そして、押圧樹脂層４２が、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差が３以上の樹脂で構成されている。また、治具本体４１は、鉄、又は、ステンレスで構成されている。
ここで、押圧樹脂層４２の厚さは０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
なお、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、押圧用治具４０は、金属片２３が配置される箇所に貫通孔４５が形成されており、この貫通孔４５に金属片２３を配置することで、金属片２３の位置決めを行うことが可能とされている。
【００３７】
（金属片接合工程Ｓ０４）
次に、金属基板１１と硬化済みの熱硬化型樹脂（絶縁樹脂層１２）と金属片２３及び押圧用治具４０とを積層方向に加圧するとともに加熱して、金属基板１１と絶縁樹脂層１２、絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合する。
この金属片接合工程Ｓ０４においては、硬化済みの熱硬化型樹脂（絶縁樹脂層１２）のガラス転移温度以上に加熱することで、金属基板１１と絶縁樹脂層１２、絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合している。
本実施形態では、加熱温度が１５０℃以上２５０℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が１０分以上６０分以下の範囲内とされている。また、積層方向の加圧荷重が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とされている。
【００３８】
上述した各工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。
【００３９】
（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、この絶縁回路基板１０の金属基板１１の他方の面にヒートシンク３１を接合する。本実施形態では、金属基板１１とヒートシンク３１とを、はんだ材を介して接合している。
【００４０】
（半導体素子接合工程Ｓ０６）
そして、絶縁回路基板１０の回路層１３に半導体素子３を接合する。本実施形態では、回路層１３と半導体素子３とを、はんだ材を介して接合している。
以上の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製造される。
【００４１】
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１０によれば、回路層１３が、導電性に優れた金属（無酸素銅）からなり、厚さ０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とされているので、導電性及び放熱特性に優れており、大電流高電圧を負荷する用途にも良好に適用することができる。
【００４２】
そして、積層方向に沿った断面において、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面近傍における端面形状は、絶縁樹脂層１２から積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされており、回路層１３の接合界面における端面位置と回路層１３の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗが０ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とされているので、絶縁樹脂層１２との接合界面において、回路層１３が外方に突出しておらず、絶縁樹脂層１２との接合界面における回路層１３の端部での電界集中を抑制でき、耐電圧性を向上させることが可能となる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、図３に示すように、回路層１３となる金属片２３の外縁部の厚さ方向の一方に形成された凸Ｒ形状部２３ａが絶縁樹脂層１２側を向くように配置されており、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされているので、絶縁樹脂層１２との接合界面における回路層１３の端部での電界集中をさらに抑制でき、耐電圧性をさらに向上させることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、絶縁樹脂層１２がフィラーを含有する熱硬化型樹脂で構成されているので、強度及び熱伝導性に優れている。よって、回路層１３側で発生した熱を、金属基板１１側へと効率的に伝達することができ、さらに放熱特性を向上させることが可能となる。
【００４５】
本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、金属基板１１の一方の面に、硬化済みの熱硬化型樹脂を含む絶縁樹脂層１２を配置する積層工程Ｓ０２と、絶縁樹脂層１２の上に複数の金属片２３を回路パターン状に配置するとともに、金属片２３が配置されていない領域に押圧用治具４０を配置する金属片配設工程Ｓ０３と、金属基板１１と絶縁樹脂層１２と金属片２３および押圧用治具４０とを積層方向に加圧するとともに加熱して、金属基板１１と絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合する金属片接合工程Ｓ０４と、を備えているので、金属基板１１と絶縁樹脂層１２と金属片２３とを同時に接合することが可能となる。
【００４６】
そして、金属片接合工程Ｓ０４において、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱するので、硬化済みの熱硬化型樹脂からなる絶縁樹脂層１２と金属基板１１および金属片２３とを確実に接合することが可能となる。
また、エッチング工程を実施していないことから、寸法精度および形状精度良く回路層１３を形成することができ、絶縁樹脂層１２との接合界面において電界集中を抑制でき、耐電圧性を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらに、積層工程Ｓ０２において、絶縁樹脂層１２の上に金属片２３および押圧用治具４０を配設しているので、絶縁樹脂層１２の全体を十分に押圧することができ、金属基板１１と絶縁樹脂層１２とを確実に接合することができる。
また、押圧用治具４０の少なくとも絶縁樹脂層１２を押圧する押圧面が、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂とのＳＰ値（溶解性パラメータ）の差が３以上とされた樹脂で構成されているので、絶縁樹脂層１２と押圧用治具４０が密着することを抑制でき、金属片接合工程Ｓ０４後に、押圧用治具を容易に剥離することができる。
【００４８】
本実施形態では、押圧用治具４０は、図７に示すように、金属からなる治具本体４１と、この治具本体４１の厚さ方向の一端に形成された押圧樹脂層４２と、を有し、この押圧樹脂層４２が、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂とのＳＰ値の差が３以上の樹脂で構成されているので、金属片接合工程Ｓ０４後に、絶縁樹脂層１２から押圧用治具４０を容易に剥離することができる。
また、金属からなる治具本体４１を有しているので、押圧用治具４０全体が硬くなり、絶縁樹脂層１２を十分に押圧することができ、金属基板１１と絶縁樹脂層１２とを確実に接合することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態においては、金属板２４を打ち抜くことにより、外縁部の厚さ方向の一方に凸Ｒ形状部２３ａが形成された金属片２３を形成する金属片形成工程Ｓ０１を有しており、金属片配設工程Ｓ０３では、絶縁樹脂層１２の上に、金属片２３の凸Ｒ形状部２３ａが絶縁樹脂層１２側を向くように配設しているので、絶縁樹脂層１２との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされた回路層１３を形成することができる。これにより、耐電圧性にさらに優れた絶縁回路基板１０を製造することが可能となる。
【００５０】
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。
【００５１】
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、絶縁回路基板（金属基板）とヒートシンクとをはんだ層を介して接合したものとして説明したが、これに限定されることはなく、絶縁回路基板（金属基板）とヒートシンクとグリースを介して積層してもよい。
さらに、ヒートシンクの材質や構造は、本実施形態に限定されることなく、適宜設計変更してもよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、押圧用治具として、金属から成る治具本体と、押圧樹脂層とを、備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、押圧用治具全体が樹脂で構成されたものであってもよい。
さらに、本実施形態では、押圧用治具が金属片を配置可能な貫通孔を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、分割された押圧用治具が金属片以外の領域に配置されたものであってもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面の端部が凸Ｒ形状とされたものとして説明したが、これに限定されることはなく、積層方向に沿った断面において、回路層１３の絶縁樹脂層１２との接合界面近傍における端面形状が、絶縁樹脂層１２から積層方向に沿って離間するにしたがい漸次外方に突出する形状、又は、接合界面に対して直交する方向に延びる形状、とされていればよい。
【００５５】
さらに、本実施形態においては、金属板２４を打ち抜くことにより、外縁部の厚さ方向の一方に凸Ｒ形状部２３ａが形成された金属片２３を形成する金属片形成工程Ｓ０１を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の手段によって形成された金属片を用いてもよく、凸Ｒ形状部２３ａが形成されていなくてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、図４及び図６に示す絶縁回路基板の製造方法について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、図８及び図９に示す本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法を用いてもよい。以下に、本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法について説明する。
【００５７】
（金属片形成工程Ｓ０１）  
まず、本実施形態と同様に、図５に示す打ち抜き加工機５１を用いて、回路層１３となる金属片２３を形成する。金属板２４（本実施形態では無酸素銅の圧延板）を打ち抜き加工して、金属片２３を形成する。
【００５８】
（樹脂組成物配置工程Ｓ１０２）  
次に、図９に示すように、金属基板１１の一方の面（図９において上面）に、フィラーとしてのアルミナと熱硬化型樹脂としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含有する樹脂組成物２２からなるシート材を配置する。このとき、樹脂組成物２２の厚さｔ０は、５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされている。
【００５９】
（樹脂硬化工程Ｓ１０３）  
次に、金属基板１１と樹脂組成物２２とを積層方向に加圧するとともに加熱して、樹脂組成物２２を硬化させて絶縁樹脂層１２を形成するとともに、絶縁樹脂層１２と金属基板１１とを接合する。
この樹脂硬化工程Ｓ１０３において、ＪＩＳ  ７１４８−１（２０１５）に規定される「硬化反応率の測定方法」によって測定された硬化反応率を９５％以上とする。
【００６０】
この樹脂硬化工程Ｓ１０３においては、加熱温度が１５０℃以上２５０℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が３０分以上１２０分以下の範囲内とされている。また、積層方向の加圧荷重が３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とされている。
ここで、この樹脂硬化工程Ｓ１０３においては、硬化前の樹脂組成物２２の厚さｔ０と硬化後の絶縁樹脂層１２の厚さｔ１との比ｔ１／ｔ０が０．８以下となるように、金属基板１１と樹脂組成物２２とを積層方向に加熱することが好ましい。
【００６１】
（金属片配工程Ｓ１０４）
次に、絶縁樹脂層１２の一方の面（図９において上面）に、複数の金属片２３を回路パターン状に配置する。
このとき、金属片２３は、外縁部の厚さ方向の一方に形成された凸Ｒ形状部２３ａが絶縁樹脂層１２側を向くようにして、絶縁樹脂層１２の上に配置することが好ましい。
【００６２】
（金属片接合工程Ｓ１０５）
次に、金属基板１１及び絶縁樹脂層１２と金属片２３とを積層方向に加圧するとともに加熱して、絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合する。
この金属片接合工程Ｓ１０５においては、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱することで、絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合している。
本実施形態では、加熱温度が１５０℃以上２５０℃以下の範囲内とされ、加熱温度での保持時間が１０分以上６０分以下の範囲内とされている。また、積層方向の加圧荷重が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲内とされている。
【００６３】
上述した各工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。
【００６４】
（ヒートシンク接合工程Ｓ１０６）
次に、この絶縁回路基板１０の金属基板１１の他方の面にヒートシンク３１を接合する。本実施形態では、金属基板１１とヒートシンク３１とを、はんだ材を介して接合している。
【００６５】
（半導体素子接合工程Ｓ１０７）
そして、絶縁回路基板１０の回路層１３に半導体素子３を接合する。本実施形態では、回路層１３と半導体素子３とを、はんだ材を介して接合している。
以上の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製造される。
【００６６】
以上のような構成とされた本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、金属基板１１と樹脂組成物２２とを積層方向に加圧するとともに加熱して、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層１２を形成するとともに、金属基板１１と絶縁樹脂層１２を接合する樹脂硬化工程Ｓ１０３を備えているので、樹脂組成物２２を硬化させて絶縁樹脂層１２を確実に形成することができる。
【００６７】
そして、絶縁樹脂層１２と金属片２３とを積層方向に加圧するとともに加熱して、絶縁樹脂層１２と金属片２３を接合する金属片接合工程Ｓ１０５を備えており、金属片接合工程Ｓ１０５においては、絶縁樹脂層１２が含む熱硬化型樹脂のガラス転移温度以上に加熱しているので、絶縁樹脂層１２と金属片２３とを確実に接合することが可能となる。
【実施例】
【００６８】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
【００６９】
表１に示す金属基板（５０ｍｍ×６０ｍｍ）を準備し、この金属基板の一方の面に表１に示す未硬化の樹脂組成物又は硬化済みの絶縁樹脂層のシート材を配置した。
【００７０】
未硬化の樹脂組成物のシート材を配置した場合には、樹脂硬化工程として、表２に示す条件で金属基板と樹脂組成物とを積層方向に加圧するとともに加熱し、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を形成するとともに、金属基板と絶縁樹脂層とを接合した。なお、硬化後の絶縁樹脂層の厚さは０．１２ｍｍとした。
一方、硬化済みの絶縁樹脂層のシート材を配置した場合には、樹脂硬化工程を省略した。
【００７１】
次に、絶縁樹脂層の一方の面に表１に示す金属片（２０ｍｍ×２０ｍｍ）をパターン状に配置した。ここで、金属片同士の間隔を４ｍｍとした。このとき、表１に示すように、金属片の外縁部の厚さ方向の一方に形成された凸Ｒ形状部が向く方向を設定した。
そして、金属片接合工程として、表２に示す条件で、絶縁樹脂層と金属片とを積層方向に加圧するとともに加熱し、樹脂組成物を硬化させて絶縁樹脂層を形成するとともに、金属基板と絶縁樹脂層とを接合した。
なお、硬化済みの絶縁樹脂層のシート材を配置した場合には、金属片を配置する際に、金属片以外の領域に実施形態で説明した押圧用治具を配置した。また、この金属片接合工程において、金属基板と絶縁樹脂層、絶縁樹脂層と金属片をぞれぞれ接合した。
【００７２】
比較例１では、樹脂硬化工程において、金属片の代わりに金属板を樹脂組成物の上に配置し、金属基板と絶縁樹脂層と金属板とを接合した。そして、エッチング工程により、本発明例と同様の回路パターンを有する回路層を形成した。
比較例２では、樹脂組成物の一方の面に部分的に金属片を配置し、樹脂組成物の他方の面全体に金属基板を配置し、金属基板と絶縁樹脂層と金属板とを接合した。このとき、金属片以外の領域については、押圧用治具を配設しなかった。
比較例３では、接合する金属片の形状を調整し、回路層の端面形状を凹Ｒ形状とし、回路層の接合界面における端面位置と回路層の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗを２．０ｍｍとした。
【００７３】
ここで、樹脂硬化工程後における硬化反応率、回路層の端部形状、絶縁回路基板の耐電圧性、を以下のようにして評価した。
【００７４】
（硬化反応率）
樹脂硬化工程後における硬化反応率は、ＪＩＳ  ７１４８−１（２０１５）に規定される「硬化反応率の測定方法」によって測定した。具体的には、未硬化配合物試料と評価対象試料のＤＳＣ測定を実施し、硬化反応により発生した反応熱量の比（評価試料の反応熱量／未硬化試料の反応熱量）から硬化反応率を算出した。評価結果を表２に示す。
【００７５】
（回路層の端部形状）
積層方向に沿った断面を観察し、回路層の絶縁樹脂層との接合界面近傍における端面形状、および、回路層の接合界面における端面位置と回路層の厚さ中央部における端面位置との接合界面に沿った方向の距離Ｗを測定した。なお、回路層の接合界面における端面位置が、回路層の厚さ中央部における端面位置よりも外方に突出していた場合、距離Ｗをマイナス表示とした。評価結果を表２に示す。
【００７６】
（絶縁回路基板の絶縁性）
図１０に示すように、金属基板１１をベース板６１の上に載置し、回路層の上にプローブ６２を接触させ、部分放電を評価した。測定装置として、三菱電線株式会社製の部分放電試験機を用いた。なお、試験雰囲気として、３Ｍ社製フロリナート（ｔｍ）ＦＣ−７７０中で実施した。
そして、電圧を０．５ｋＶごとのステッププロファイル（保持時間３０秒）で昇圧し、絶縁破壊が生じた電圧（漏れ電流が１０ｍＡ以上となった電圧）を絶縁破壊電圧とした。評価結果を表２に示す。
【００７７】
【表１】
2019169540.tif 000003
【００７８】
【表２】
2019169540.tif 000004
【００７９】
エッチング工程によって回路パターンを有する回路層を形成した比較例１においては、回路層の端部にダレが生じ、回路パターンを精度良く形成することができなかった。また、回路層の接合界面における端面位置が、回路層の厚さ中央部における端面位置よりも外方に突出しており、距離Ｗが−２ｍｍとなり、絶縁破壊電圧が５．０ｋＶとなった。
金属片以外の領域については、押圧用治具を配設しなかった比較例２においては、樹脂組成物の一部に未加圧部が生じ、絶縁樹脂層の内部にポアが残存し、絶縁破壊電圧が１．５ｋＶとなった。
回路層の端面形状が凹Ｒ形状となり、回路層の接合界面における端面位置が、回路層の厚さ中央部における端面位置よりも外方に突出しており、距離Ｗが−２ｍｍであった比較例３においては、絶縁破壊電圧が５．５ｋＶとなった。
【００８０】
これに対して、本発明の規定を満足する本発明例１−８においては、絶縁破壊電圧がいずれも６．０ｋＶ以上であった。
以上のことから、本発明例によれば、比較的厚い回路層を有し、かつ、回路層の端部形状が精度良く形成され、耐電圧性に優れた絶縁回路基板を提供可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１  パワーモジュール
３  半導体素子
１０  絶縁回路基板
１１  金属基板
１２  絶縁樹脂層
１３  回路層
２２  樹脂組成物
２３  金属片
２３ａ  凸Ｒ形状部
２４  金属板
４０  押圧用治具
【図１】
2019169540.tif 000005
【図２】
2019169540.tif 000006
【図３】
2019169540.tif 000007
【図４】
2019169540.tif 000008
【図５】
2019169540.tif 000009
【図６】
2019169540.tif 000010
【図７】
2019169540.tif 000011
【図８】
2019169540.tif 000012
【図９】
2019169540.tif 000013
【図１０】
2019169540.tif 000014