(57)【要約】【課題】絶縁層であるポリイミド系樹脂層の上に導電性金属配線層を密着よく形成して、パワーモジュールの放熱性と信頼性を向上させることができるパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法及びこのパワーモジュール用金属配線付基板を用いたパワーモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも金属基板、ポリイミド系樹脂層及び導電性金属配線層が順に積層されたパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法、及びこのパワーモジュール用金属配線付基板にパワー半導体素子を搭載し冷却器を接合したパワーモジュールの製造方法であって、ポリイミド系樹脂層の上に導電性金属配線層を形成する工程で物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いることを特徴とする。【選択図】  図３
2015065427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも金属基板、ポリイミド系樹脂層及び導電性金属配線層が順に積層されたパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法であって、
前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程で、物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いる
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程が、前記ポリイミド系樹脂層の上に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いて導電性金属層を設け、フォトレジストを積層した後に配線パターンのフォトマスクを介して電離性放射線を照射し現像し、露出した前記導電性金属層をエッチングにより除去して前記導電性金属配線層を形成する
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程が、前記ポリイミド系樹脂層の上にフォトレジストを積層して配線パターンのフォトマスクを介して電離性放射線を照射し現像し、前記ポリイミド系樹脂層のフォトレジストを有する側に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いて導電性金属層を設け、前記フォトレジストを剥離して前記導電性金属配線層を形成する
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層は、ガラス転移温度が２６０℃以上であるポリイミド系樹脂により構成されている
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層は、線熱膨張係数が０〜４０ｐｐｍ／℃を有する
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層は、吸湿膨張係数が０〜１５ｐｐｍ／％ＲＨを有する
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、
前記ポリイミド系樹脂層は、フィラーを含む
ことを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【請求項８】
少なくとも冷却器、金属基板、ポリイミド系樹脂層、導電性金属配線層及びパワー半導体素子が順に積層されたパワーモジュールの製造方法であって、
請求項１〜７いずれか１項に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法により得られるパワーモジュール用金属配線付基板を用いる
ことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール用金属配線付基板の製造方法及びパワーモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体素子が実装されたパワーモジュールは、高電圧、大電流を扱うことが可能であるため、携帯電話やパソコン等の電源制御、電気自動車や電車等などのモーター駆動制御、太陽光発電などの電力変換など広い用途に展開されている。
【０００３】
パワーモジュールは、その基本的な構造としてパワー半導体素子を搭載した金属配線層、絶縁層、金属基板、冷却器が積層されたものが採用されているが、パワーモジュールの動作時にはパワー半導体素子から大量の熱を発生するため、様々な放熱対策が採られている。
【０００４】
特許文献１は、絶縁層としてセラミック回路基板を用いたパワー半導体モジュールの例である。特許文献１においては、セラミック基板の一方の面にろう材層を介して接合した金属板に半導体チップを搭載し、セラミック基板の他方の面に放熱板を接合したパワー半導体モジュールが提案されている。
【０００５】
しかしながら、セラミック基板を用いたパワー半導体モジュールにおいては、セラミック基板自体は絶縁性と放熱性に優れてはいるが、金属板と接合された積層体としては、歪によりそりやクラックが生じる恐れがあること、また、セラミック基板と金属板との接合にろう材を用いるため、接合部分が多いと半導体チップからの放熱を損なう恐れがあることなど、モジュール自体の信頼性に影響する問題があった。
また、セラミック自体の表面が粗い場合には、上に形成された導電性金属配線とセラミックの接触抵抗が大きくなることや、ヒートサイクルや耐熱試験時の放熱性、密着性、絶縁性が悪化することなどの原因となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６８８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パワー半導体素子を実装するパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法であって、絶縁層であるポリイミド系樹脂層の上に導電性金属配線層を密着よく形成して、パワーモジュールの放熱性と信頼性を向上させることを目的とする。
【０００８】
また、パワーモジュールの製造方法であって、絶縁層であるポリイミド系樹脂層の上に導電性金属配線層を密着よく形成して、このパワーモジュール用金属配線付基板を用いたパワーモジュールの放熱性と信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題を解決する第１の発明の要旨は、少なくとも金属基板、ポリイミド系樹脂層及び導電性金属配線層が順に積層されたパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法であって、前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程で、物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いることを特徴とするものである。
【００１０】
上記の問題を解決する第２の発明の要旨は、上記の第１の発明に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程が、前記ポリイミド系樹脂層の上に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いて導電性金属層を設け、フォトレジストを積層した後に配線パターンのフォトマスクを介して電離性放射線を照射し現像し、露出した前記導電性金属層をエッチングにより除去して前記導電性金属配線層を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
上記の問題を解決する第３の発明の要旨は、上記の第１の発明に記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層を形成する工程が、前記ポリイミド系樹脂層の上にフォトレジストを積層して配線パターンのフォトマスクを介して電離性放射線を照射し現像し、前記ポリイミド系樹脂層のフォトレジストを有する側に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いて導電性金属層を設け、前記フォトレジストを剥離して前記導電性金属配線層を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
上記の問題を解決する第４の発明の要旨は、上記の第１〜３の発明のいずれかに記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層は、ガラス転移温度が２６０℃以上であるポリイミド系樹脂により構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
上記の問題を解決する第５の発明の要旨は、上記の第１〜４の発明のいずれかに記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層は、線熱膨張係数が０〜４０ｐｐｍ／℃を有することを特徴とするパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法。
【００１４】
上記の問題を解決する第６の発明の要旨は、上記の第１〜５の発明のいずれかに記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層は、吸湿膨張係数が０〜１５ｐｐｍ／％ＲＨを有することを特徴とするものである。
【００１５】
上記の問題を解決する第７の発明の要旨は、上記の第１〜６の発明のいずれかに記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法において、前記ポリイミド系樹脂層は、フィラーを含むことを特徴とするものである。
【００１６】
上記の問題を解決する第８の発明の要旨は、少なくとも冷却器、金属基板、ポリイミド系樹脂層、導電性金属配線層及びパワー半導体素子が順に積層されたパワーモジュールの製造方法であって、上記の第１〜７の発明のいずれかに記載のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法により得られるパワーモジュール用金属配線付基板を用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法によれば、ポリイミド系樹脂層の上に導電性金属配線層が密着よく形成されることによって、パワーモジュール用金属配線付基板のクラックによる短絡、放熱性の低下がなく信頼性が向上し、また導電性金属配線層とポリイミド系樹脂層との接触抵抗が少なくなり絶縁性、放熱性がよくなり、さらにろう材などの接合層を減らしてパワーモジュールの構造を簡略化できるパワーモジュール用金属配線付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】本発明に関わるパワーモジュールを示す概略断面図である。
【図２】本発明に関わるパワーモジュール用金属配線付基板の概略断面図である。
【図３】本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法、及びパワーモジュールの製造方法を示す工程毎の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例１の試験結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１の他の試験結果を示すグラフである。
【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、図面に基づいて説明する。
まず、本発明に関わるパワーモジュール、及びパワーモジュール用金属配線付基板について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に関わるパワーモジュールを示す概略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、パワーモジュール１００は、パワー半導体素子５と、導電性金属配線層３と、ポリイミド系樹脂層２と、金属基板１と、冷却器４とで構成されている。
パワー半導体素子５は、電源（電力）の制御や供給を行う半導体であり、通常の半導体素子に比べて高電圧、大電流の容量（１００ ＶＡ以上１００Ｍ ＶＡ以下の出力容量）を備え、高速、高周波の動作に適応する素子を用いることができる。例えば、ショットキーバリアダイオード、ファストリカバリーダイオード、サイリスタ、バイポーラ・トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等が挙げられる。導電性金属配線層３からの信号により所望の機能を出力する半導体集積回路が内蔵されている。導電性金属配線層３にはパワー半導体素子５の出力を制御する制御回路が組み込まれている。
【００２２】
冷却器４は、金属基板に接するように設置した熱の放散によって温度を下げるための部品をさし、熱伝導率の高い銅やアルミニウムなどの金属がつかわれている。金属内部に流路を設け流体を流して冷却する機能を有するものも使える。
ポリイミド系樹脂層２は、金属基板１とパワー半導体素子５との間に介在しており、電気的に金属基板１とパワー半導体素子５や導電性金属配線層３とを電気的に絶縁しており、且つ放熱機能を有している。
【００２３】
金属基板１は、ポリイミド系樹脂層２を介して搭載されたパワー半導体素子５から発生する熱を放電するために、熱伝導性に優れた金属等の材料により形成されている。
【００２４】
冷却器４は、金属基板１に取り付けられており、金属基板１を介してパワー半導体素子５からの熱を外部に放熱するため熱伝導性に優れた材料と構造により形成されている。
従って、上記のようなパワーモジュールの構造をとることにより、パワー半導体素子５において発生した熱は、ポリイミド系樹脂層２から金属基板１を介して冷却器４に放熱し易くすることが可能となるものである。
【００２５】
図２は、本発明に関わるパワーモジュール用金属配線付基板１０を示す概略断面図である。
【００２６】
図２に示すように、パワーモジュール用金属配線付基板１０は、導電性金属配線層３と、ポリイミド系樹脂層２と、金属基板１とで構成されている。各層の機能については、図１の説明と同様である。
【００２７】
次に、本発明のパワーモジュールの製造方法、及びパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法について、図３に基づいて説明する。
【００２８】
図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、パワーモジュールの製造方法は（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の順に行われるものである。
【００２９】
図３（Ａ）は、本発明のパワーモジュールの製造方法において、金属基板１上にポリイミド系樹脂層２を形成する工程である。
【００３０】
次に、図３（Ｂ）は、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板、パワーモジュールの製造方法において、ポリイミド系樹脂層２の上に全面に導電性金属層３’が形成された状態を示すものである。
【００３１】
図３（Ｂ）に示すように、導電性金属配線層３を得るためにポリイミド系樹脂層２の上に導電性金属層３’を形成する方法として、物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方の方法を用いることができる。
【００３２】
物理蒸着法としては、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等が挙げられる。なかでもスパッタリング法は、密着性が良く、信頼性が担保でき、接触抵抗がなく放熱性の点から、膜厚の均一性の点で優れており好ましい。
【００３３】
液相成膜法としては、塗布法、めっき法、ゾル−ゲル法等が挙げられる。なかでもめっき法は、密着性が良く、比較的厚い膜を均一に形成できる点で優れており好ましい。
例えば、ポリイミド系樹脂層２の上にスパッタ法とめっき法の各々単独で導電性金属層３’を形成することや、スパッタ法によって導電性金属層３’の下地層を形成しておきその上にめっき法により導電性金属層３’を形成することなど適宜採用することができる。その際に、導電性金属層３’の材料である導電性金属の種類は異なっていてもよい。
【００３４】
ポリイミド系樹脂層２の形成方法としては、例えば、金属基板１上、または、導電性金属層３’（配線形成前）に直に上記ポリイミド系樹脂層２を形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、押し出し成型、塗布などがある。
【００３５】
塗布方法としては、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ディップコート法、バーコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。
【００３６】
以上のようにポリイミド系樹脂層２の上に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方の方法を用いて形成された導電性金属層３’とそれにより得られた導電性金属配線層３は、ポリイミド系樹脂層２との密着性が良好であり、信頼性が担保でき、接触抵抗がなく放熱性の優れた効果を有するものである。
【００３７】
次に、図３（Ｃ）は、フォトリソグラフィ法により導電性金属層３’と密着層をエッチングして導電性金属配線層３を得る工程であり、全面に設けた導電性金属層３’にフォトレジスト２０を積層して、配線パターンのフォトマスク３０を介して紫外線を照射する状態を示すものである。
【００３８】
次に、図３（Ｄ）は、金属基板１の上にポリイミド系樹脂層２と導電性金属配線層３が形成されて得た基板を示すものである。
【００３９】
次に、図３（Ｅ）は、パワー半導体素子を搭載し、冷却器４を接合して得たモジュールを示すものである。構成は、冷却器４、金属基板１、ポリイミド系樹脂層２、導電性金属配線層３、パワー半導体素子５とで構成され、それらが樹脂封止、またはゲル封止されている。
【００４０】
したがって、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の製造方法、及びパワーモジュールの製造方法によれば、ポリイミド系樹脂層の上に前記導電性金属配線層が密着よく形成されることによって、接触抵抗がなく、且つ熱伝達性が向上して、パワーモジュール用金属配線付基板を用いたパワーモジュールの放熱性と信頼性を向上させる効果がある。
【００４１】
また、上記の図３（Ｂ）、（Ｃ）の工程については、他の実施態様を採用することができる。
【００４２】
すなわち、ポリイミド系樹脂層２の上に導電性金属配線層３を形成する他の方法として（以下、図示せず）、ポリイミド系樹脂層の上にフォトレジストを積層して配線パターンのフォトマスクを介して、電子、陽子、α粒子の荷電粒子や紫外線、X線、γ線である電離性放射線を照射し現像し、ポリイミド系樹脂層のフォトレジストを有する側に物理蒸着法及び液相成膜法の少なくともいずれか一方法を用いて導電性金属層を設け、フォトレジストを剥離して導電性金属配線層３を形成する方法が挙げられる。
【００４３】
例えば、ポリイミド系樹脂層２上にドライフィルムを積層し、配線パターンのフォトマスクを介して紫外線を照射し現像し、その上にスパッタ法により全面に導電性金属層を形成した後に、残されたドライフィルムをドライフィルム上の導電性金属層と共に剥離除去することによって導電性金属配線層３を形成することができる。
【００４４】
次に、上記のパワーモジュールの製造方法において使用される材料について説明する。
＜金属基板＞
金属基板１は、ポリイミド系樹脂層２および導電性金属配線層３を支持するものであり、熱伝導性を有するものである。パワー半導体素子５及び導電性金属配線層３で発生した熱をポリイミド系樹脂層２を介して金属基板１から直接又は冷却器４を介して外部に放熱することができる。
【００４５】
ここで金属基板１において熱伝導率を有するとは、金属基板１の室温（３００Ｋ）における熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることをいう。
【００４６】
なお、金属基板１は単層であっても、複数層からなる積層体であっても良いが、積層体である場合には、各層がいずれも１０Ｗ／ｍＫ以上であることをいう。したがって、支持基材が積層体である場合における熱伝導性接着剤層、または、接着シート、具体的には銅−熱伝導性接着剤層、または、接着シート−アルミニウムの３層構造である場合の熱伝導性接着剤層についても、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である場合には、本発明における金属基板に含まれるものである。
【００４７】
また、熱伝導率の値は、高ければ高い程好ましく、具体的には、５０Ｗ／ｍＫであることが更に好ましく、特に、１００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、２００Ｗ／ｍＫであることが更に好ましい。
【００４８】
金属基板１の線熱膨張係数としては、寸法安定性の観点から、０ｐｐｍ／℃〜２５ｐｐｍ／℃の範囲内であることが好ましい。なお、上記線熱膨張係数の測定方法については、上記支持基材を幅５ｍｍ×長さ２０ｍｍに切断し、評価サンプルとし、熱機械分析装置（例えばＴｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＭＡ８３１０（リガク社製））によって測定する。測定条件は、昇温速度を１０℃／分、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重を１ｇ／２５０００μｍ2とし、１００℃〜２００℃の範囲内の平均の線熱膨張係数を線熱膨張係数（Ｃ.Ｔ.Ｅ.）とする。
【００４９】
金属基板１を構成する材料としては、上記ポリイミド系樹脂層２および導電性金属配線層３を安定的に支持することができ、所望の熱伝導率を有するものとすることができる熱伝導性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、リン青銅、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、銀、銀合金、スズ、スズ合金、チタン、鉄、鉄合金、亜鉛、モリブデン、インバー材等金属材料や、シリコン、グラファイト等の半導体材料等が挙げられる。
【００５０】
本発明においては、なかでも、アルミニウム、銅、銀、金およびこれらを主成分とする合金か、シリコンかグラファイトであることが好ましい。熱伝導率が高く放熱性に優れたものとすることができるからである。
【００５１】
また、コスト面の観点から、金属材料を用いる場合は、アルミニウム、銅およびこれらを主成分とする合金であることが好ましい。金属厚を厚くする必要がある場合は、金属基板を軽量化する観点からアルミニウムが特に好ましい。金属厚を厚く、かつ、放熱性を重視する場合には銅が好ましい。
【００５２】
また、金属基板１が積層体であり、ポリイミド系樹脂層２側表面に上記ポリイミド系樹脂層２との密着性を向上させる密着性層を有するものであってもよい。この場合、このような密着性層の材料としては、上述の熱伝導性を有し、上記ポリイミド系樹脂層２との密着性を向上させることができるものであれば特に限定されるものではなく、上述の金属基板１を構成する材料の熱伝導性材料として優れたものからなるものとすることができる。その中でも、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタン等からなるものであることが好ましい。ポリイミド系樹脂層２との密着性を効果的に向上させることができるからである。密着性層の厚みとしては、例えば１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とすることができる。また、密着性層の熱伝導率の値は、金属基板１を主に構成する材料に比べて、相対的に、小さい場合は、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍであることがさらに好ましい。それ以上の場合はプロセスに時間がかかり高コストになる。
【００５３】
金属基板１の形状としては、特に限定されるものではなく、金属基板１の断面形状が冷却器４との接触面、またはポリイミド系樹脂層２との接触面に凹凸を有する形状であってもよい。
【００５４】
金属基板１が冷却器４との接触面に凹凸を有する場合には、グリースなどで接合する場合、密着が良好になり、また、熱拡散が良好となり、放熱性を高めることができる。
【００５５】
金属基板１がポリイミド系樹脂層２との接触面に凹凸を有する場合には、アンカー効果で密着性が向上する。凹凸の高さはフィラー成分がつまり、絶縁性を低下させる恐れがあるため、０．２μｍ以下がよい。凹凸の形成方法としては、例えば金属基板の表面に直接、エンボス加工、エッチング加工、サンドブラスト加工、フロスト加工、スタンプ加工などの加工を施す方法、フォトレジスト等を用いて凹凸パターンを形成する方法、めっき方法が挙げられる。エンボス加工の場合、例えば表面に凹凸を有する圧延ロールを用いてもよい。エッチング加工の場合、金属基板の種類に応じて薬剤が選択される。その中でも、コスト面から、エンボス加工、エッチング加工が好ましく用いられる。
【００５６】
尚、凹凸の幅、ピッチ等としては、金属基板の種類や本発明の用途等に応じて適宜選択され、例えばシミュレーションにより熱伝導に好適な範囲を求めることができる。
【００５７】
金属基板１の厚みとしては、熱伝導性を備えることができれば特に限定されるものではなく、本発明の放熱基板の用途に応じて適宜選択される。上記金属基板の厚みが厚いほど、面方向への熱拡散に優れたものとなる。すなわち、金属基板１の熱容量を大きいものとすることで、素子と接する部位の局所的な熱を容易に拡散することが可能となり、その部位の最高温度を下げ、素子の損傷を防ぐことにより、金属基板１として放熱性を向上させることができるのである。
【００５８】
本発明においては、例えば、発熱量が大きいパワー半導体素子に用いられる場合には、特に優れた放熱性を発揮することができるものであればよく、具体的には、１〜５ｍｍであることが好ましい。上記厚さが上述の範囲であることにより、優れた放熱性を有するものとすることができるからである。
【００５９】
また、金属基板１の全面には密着性向上、さび防止のため、耐薬品性のため保護層があってもよい。保護層の形成方法としては、上記支持基材表面に安定的に形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、防錆剤処理、めっき処理、陽極酸化（アルマイト）処理、または化成処理を用いる方法、すなわち、上記金属基板保護層が陽極酸化処理で形成された酸化物層、化成処理で形成された酸化物層または硫化物層、または、めっき層であることが好ましい。
【００６０】
めっき方法については、一般的に用いられるめっき法を用いることができ、具体的には、湿式めっき法（電解めっき法や無電解めっき法）、乾式めっき法（真空蒸着法、スパッタリング法、メタリコン法）等を用いることができる。なかでも、湿式めっき法であることが好ましく、特に、電解めっき法であることが好ましい。より緻密なめっき層を形成できるからである。また、その結果、厚みが薄い場合であっても十分にポリイミド系樹脂層２との密着性、さび防止、耐アルカリ性の向上を図ることができるからである。また、湿式めっきの中では、めっき速度が速いので、めっき時間の短縮化を図ることができるからである。
【００６１】
湿式めっき法として用いられる電解めっきは、めっきしたい物質を含む電解溶液に、電導性のある物体を陰極として、直流電流を流すことにより、電導性のある物体表面で、電気的にその物質（金属など）を還元、析出させて層を形成させるものである。電解めっきを施す場合の金属については、保護対象となる金属基板より薬液耐性、ポリイミド系樹脂層２との密着性が高い金属であれば特に限定されるものではなく、マンガン、亜鉛、クロム、鉄、カドミウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、ビスマス、銅、銀、パラジウム、イリジウム、白金、金、ガリウム、ルテニウム、ロジウム、インジウム、オスミウムなどが挙げられる。特にニッケルめっきは緻密表面なため、さび防止、ポリイミド系樹脂層２との密着性向上の観点、また、コストの観点から好ましい。膜厚は１〜１０μｍがピンホールや平坦性の観点から好ましい。無電解めっき法は、めっきしたい物質を含む溶液中で、通電による電子ではなく、溶液に含まれる還元剤の酸化によって放出される電子により、被めっき物の表面上で、電気的にその物質（金属など）を還元、析出させて層を形成させるものである。無電解めっき法は、膜厚ムラの少ないものとすることができるといった利点や、めっき時に導電性が被めっき物に導電性が不要であるので、金属基板保護層の形成対象がアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金からなる金属基板であってもめっきムラの少ないものとすることができるといった利点を有する。また、金属基板表面に凹凸がある場合であっても、均一な厚みで形成することができるといった利点を有する。無電解めっきを施す場合の金属については、保護対象となる金属基板より薬液耐性が高い金属であれば特に限定されるものではなく、カドミウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、ビスマス、銅、銀、パラジウム、白金、金、ルテニウム、ロジウム、インジウムなどが挙げられる。
【００６２】
乾式めっきは、金属や酸化物、窒化物などをガス化あるいはイオン化もしくは液化した後、素材の表面に付着させることにより積層させる方法である。乾式めっきを施す場合の金属については、保護対象となる金属基板より薬液耐性が高い金属であれば特に限定されるものではなく、例えば、対象がアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金からなる金属基板である場合には、マンガン、亜鉛、クロム、鉄、カドミウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、ビスマス、銅、銀、パラジウム、イリジウム、白金、金、ガリウム、ルテニウム、ロジウム、インジウム、オスミウム、タンタル、鉄、カドミウム、コバルト、ニッケル、スズ、鉛、ビスマス、銅、銀、パラジウム、白金、金、チタン、タングステン、モリブデン、インジウムなどが挙げられる。乾式めっき法の利点としては、金属のみではなく、金属ならびに非金属の酸化物や窒化物なども積層可能なことが挙げられる。具体的には、Ｃｒ，Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｒ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｍｇなどの金属の酸化物や、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂなどの非金属の酸化物、また上記元素の窒化物、硫化物、セレン化物、およびこれらの混合物からなる皮膜を形成することができる。
【００６３】
陽極酸化処理法は、電解溶液中で、電導性のある物体を陽極として、直流電流を流すことにより、電導性のある物体を電気的に酸化させて表面に酸化物層（酸化皮膜層）を形成させるものである。陽極酸化を施す場合の電解溶液については、保護対象となる金属基板に十分な厚みの酸化皮膜を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、硫酸浴、しゅう酸浴、クロム酸浴、りん酸浴などの酸性浴、水酸化ナトリウム浴、アンモニア浴などのアルカリ性浴などを用いることができる。
【００６４】
化成処理は、溶液中で酸化や硫化などの化学反応を利用して化学的に支持基材の表面と反応させ酸化物層（酸化皮膜）や硫化物層（硫化被膜）などの耐食性被膜を形成する方法である。このような化成処理では、電極を接続せずに形成できるので、容易に耐食性被膜を全面（端面も含め）に形成できるといった利点がある。化成処理を施す場合の溶液については、保護対象となる支持基材に十分な厚みの耐食性皮膜を形成できるものであれば特に限定されるものではなく、リン酸.クロム酸塩系、クロム酸塩系、アルカリ・クロム酸塩系、べ―マイト系、ジルコニウム系、リン酸亜鉛系などが挙げられる。
【００６５】
また、金属基板１をパターニングする際には、フォトリソグラフィー法、レーザーや打ち抜き等で直接加工する方法等において、加工が容易のため、金属基板１を構成する材料は金属材料であることが好ましい。金属基板保護層がこのような方法で形成されたものであることにより、上記金属基板保護層を有する金属基板を容易に形成することができるからである。
【００６６】
次に、ポリイミド系樹脂層２について説明する。
＜ポリイミド系樹脂層＞
本発明に用いられるポリイミド系樹脂層２の厚さは、１μｍ〜５０μｍの範囲内であり、所望の絶縁性を示し上記金属基板１と導電性金属配線層３との短絡を防ぎ、所望の放熱性を発揮することができるものであれば特に限定されるものではなく、必要な耐電圧に応じて設定されるものである。
【００６７】
具体的には、本発明においては、使用される電圧が４ｋ未満の場合は、１〜１０μｍ程度。４ｋＶ程度の場合は、１０μｍ以上、放熱性の観点から好ましくは１０μｍ〜１５μｍであることが好ましい。  また、使用される電圧が、６ｋＶ程度の場合は、１５μｍ以上、好ましくは放熱性の観点から１５μｍ〜２５μｍであることが好ましい。それ以上で１０ｋＶ以下の場合は絶縁耐圧の観点から２５μｍ〜４０μｍが好ましい。
【００６８】
ポリイミド系樹脂層２にはフィラーを添加してもよい。厚さは、２０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、所望の絶縁性を示し上記金属基板と導電性金属配線層との短絡を防ぎ、所望の放熱性を発揮することができるものであれば特に限定されるものではなく、使用される電圧が４ｋ未満の場合は、２０μｍ〜７０μｍ、さらに好ましくは放熱性の観点から２０μｍ〜５０μｍ。４ｋＶ程度の場合は、２０μｍ〜１００μｍ、放熱性の観点から好ましくは２０μｍ〜７０μｍであることが好ましい。  また、使用される電圧が、６ｋＶ程度の場合は、２０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは放熱性、剥がれの観点から２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。それ以上で１０ｋＶ以下の場合は絶縁耐圧の観点から４０μｍ〜１５０μｍが好ましい。また、このときの熱伝導率は１〜１３Ｗ／ｍＫ、薄膜化、放熱性の観点から、好ましくは、２．５〜１３Ｗ／ｍＫ。
【００６９】
熱伝導率の測定はまず、上記ポリイミド系樹脂層のみのフィルムを作製する。金属板にポリイミド系樹脂層のみからなるフィルムを作製した後、上記絶縁積層物を剥離する方法や、金属板にポリイミド系樹脂層を作製した後、金属板をエッチングで除去し、ポリイミド系樹脂層のフィルムを得る方法がある。次いで、得られたポリイミド系樹脂層のフィルムを幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍに切断し、評価サンプルとする。試料表裏面に黒化材（カーボンスプレー）を薄く（１μｍ程度）塗布しレーザーフラッシュ法で熱拡散率αを測定し、熱伝導率λは比熱Ｃｐ、熱拡散率α、試験片の密度ρの積 λ = α・Ｃｐ・ρで求めた。
【００７０】
ポリイミド系樹脂層２の線熱膨張係数としては、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の使用時に剥離やクラックによる放熱性、絶縁性の観点から、０ｐｐｍ／℃〜４０ｐｐｍ／℃の範囲内であることが好ましい。線熱膨張係数が大きすぎると、温度変化時に生じる伸び縮みが大きくなるため、上記の観点から悪影響を及ぼすからである。また、上記金属基板として銅やアルミ等の放熱性に優れた金属材料からなるものが用いられた場合であっても剥離やクラックの発生を十分に抑制することができるからである。
【００７１】
ポリイミド系樹脂層２の線熱膨張係数と金属基板１、かつ、導電性金属配線層３の線熱膨張係数との差としては、剥離、クラックの観点から、１５ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、より好ましくは１０ｐｐｍ／℃以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ／℃以下である。上記金属基板１との線熱膨張係数が近いほど、パワーモジュール用金属配線付基板１０の剥がれやクラックが抑制されるとともに、パワーモジュール用金属配線付基板１０の熱環境が変化した際に、金属基板１、または、導電性金属配線層３との界面の応力が小さくなり密着性が向上するからである。これに対して、パワーモジュール用金属配線付基板１０は、取り扱い上、０℃〜１００℃、このましくは０℃〜１５０℃、０℃〜２６０℃の範囲の温度環境下では剥がれないことが好ましいが、ポリイミド系樹脂層２の線熱膨張係数が大きいためにポリイミド系樹脂層２と金属基板１との線熱膨張係数の差が大きく異なると、パワーモジュール用金属配線付基板１０が熱環境の変化により剥がれてしまう。
【００７２】
線熱膨張係数は、次のように測定する。まず、上記ポリイミド系樹脂層のみのフィルムを作製する。金属板にポリイミド系樹脂層のみからなるフィルムを作製した後、上記絶縁積層物を剥離する方法や、金属板にポリイミド系樹脂層を作製した後、金属板をエッチングで除去し、上記、ポリイミド系樹脂層のフィルムを得る方法がある。次いで、得られたポリイミド系樹脂層のフィルムを幅５ｍｍ×長さ２０ｍｍに切断し、評価サンプルとする。線熱膨張係数は、熱機械分析装置（例えば、リガク社製Ｔｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＭＡ８３１０）によって測定する。測定条件は、昇温速度を１０℃／分、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重を１ｇ／２５０００μｍ2とし、１００℃〜２００℃の範囲内の平均の線熱膨張係数を線熱膨張係数（Ｃ.Ｔ.Ｅ.）とする。
【００７３】
ポリイミド系樹脂層２の吸水性としては、高湿環境化での動作、プロセス上、水系のプロセスや長期保存することがかんがえられるため、比較的小さいことが好ましい。吸水性の指標の一つとして、吸湿膨張係数がある。したがって、ポリイミド系樹脂層２の吸湿膨張係数は小さければ小さいほど好ましく、具体的には、０ｐｐｍ／％ＲＨ〜１５ｐｐｍ／％ＲＨの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０ｐｐｍ／％ＲＨ〜１２ｐｐｍ／％ＲＨの範囲内、さらに好ましくは０ｐｐｍ／％ＲＨ〜１０ｐｐｍ／％ＲＨの範囲内である。ポリイミド系樹脂層２の吸湿膨張係数が上記範囲であれば、ポリイミド系樹脂層２の吸水性を十分小さくすることができ、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の保管が容易であり、上記パワーモジュール用金属配線付基板を用いて素子を製造する場合にはその工程が簡便になるからである。また、上記非熱可塑ポリイミドの吸湿膨張係数が小さいほど、ポリイミド系樹脂層２の剥離やクラック発生の懸念が低くなる。ポリイミド系樹脂層２の吸湿膨張係数が大きいと、吸湿膨張係数がほとんどゼロに近い金属基板との膨張率の差によって、湿度の上昇とともに、上記金属基板や配線との密着性が低下したりする場合があるからである。
【００７４】
吸湿膨張係数の測定方法としては、湿度可変機械的分析装置（リガク社製Ｔｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＭＡ８３１０）によって測定することができる。例えば、温度を２５℃で一定とし、まず、湿度を１５％ＲＨの環境下でサンプルが安定となった状態とし、概ね３０分〜２時間その状態を保持した後、測定部位の湿度を２０％ＲＨとし、さらにサンプルが安定になるまで３０分〜２時間その状態を保持する。その後、湿度を５０％ＲＨに変化させ、それが安定となった際のサンプル長と２０％ＲＨで安定となった状態でのサンプル長との違いを、湿度の変化（この場合５０−２０＝３０）で割り、その値をサンプル長で割った値を吸湿膨張係数（Ｃ.Ｈ.Ｅ.）とする。測定の際、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重は１ｇ／２５０００μｍ2とする。
【００７５】
ポリイミド系樹脂層２を構成するポリイミド系樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、２６０℃以上であることが好ましく、なかでも、２７０℃以上であることが、耐熱性の観点から望しい。上記Ｔｇが上述の範囲内であることにより、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の耐熱性を十分に高いものとすることができるからである。
【００７６】
なお、Ｔｇは高い程耐熱性が高くなり好ましいが、通常、ポリイミドの物性を引きだすためにＴｇより高い温度でキュア（加熱処理）をすることが好ましく、Ｔｇが高すぎる場合、キュア時にポリイミド系樹脂層２や金属基板１が劣化する可能性がある。このような観点から、Ｔｇの上限としては、５００℃以下であることが好ましい。Ｔｇが上記範囲よりも低い場合、ポリイミド系樹脂層２が軟化し始める温度が２５０℃前後もしくはそれ以下になり、はんだリフローなどの高温プロセス時や始動時高温をともなう素子周り、エンジンルームなどの環境下でポリイミド系樹脂層２が軟化し始める場合があるため、それに伴い、絶縁性や放熱性、密着性が悪化する可能性があるからである。逆にＴｇが上記範囲よりも高い場合、軟化が始まる温度が高いため、熱応力を十分に緩和できない、もしくは、ポリイミド系樹脂層２や金属基板１等が、劣化する可能性があるからである。
【００７７】
また、ポリイミド系樹脂層２は、２６０℃以下に融点を有さないことが好ましく、なかでも、２７０℃以下に融点を有さないことが好ましく、３００℃以下に融点を有さないことがさらに好ましい。本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の耐熱性を十分に高いものとすることができるからである。
【００７８】
ポリイミド系樹脂層２を構成するポリイミド系樹脂としては、熱可塑性を有さないもの、すなわち、一般的な熱可塑性ポリイミドが熱可塑性を発現する温度程度では可塑性を示さないものであり、具体的には、室温（２５℃程度）から３００℃もしくはガラス転移点温度＋２０℃のどちらか低い温度までの温度領域において貯蔵弾性率が常に１．０×１０８Ｐａ以上であるポリイミド系樹脂をいうものである。
【００７９】
また、室温（２５℃程度）から３００℃もしくはガラス転移点温度＋２０℃のどちらか低い温度までの温度領域における貯蔵弾性率としては、常に１．０×１０８Ｐａ以上のものであれば特に限定されるものではないが、なかでも１．０×１０８〜１．０×１０１１Ｐａの範囲内であることが好ましく、さらに５．０×１０８〜５．０×１０１０の範囲内であることが好ましい。上記貯蔵弾性率が上記範囲よりも低い場合、はんだリフローなどの高温プロセス時にポリイミド系樹脂層２が軟化し始める場合があるため、加熱時に厚みの変化により絶縁性が悪化する可能性があるからである。
【００８０】
貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置（例えば、ＲＳＡ３  （ＴＡインスツルメンツ社製）を用い、周波数１Ｈｚ、昇温速度５℃／分の条件で測定した値である。
【００８１】
また、本願における熱可塑性ポリイミド系樹脂としては、通常、室温（２５℃程度）から３００℃もしくはガラス転移点温度＋２０℃のどちらか低い温度までの温度領域において貯蔵弾性率１．０×１０８未満となる温度領域が存在するポリイミドをいうものである。
【００８２】
ポリイミド系樹脂としては、ポリイミド系樹脂層２の耐熱性、線熱膨張係数、吸湿膨張係数、熱伝導率、貯蔵弾性率を本発明のパワーモジュール用基板に好適なものとする観点から、芳香族骨格を含むポリイミド系樹脂であることが好ましい。ポリイミド系樹脂のなかでも芳香族骨格を含有するポリイミド系樹脂は、その剛直で平面性の高い骨格に由来して、耐熱性や薄膜での絶縁性に優れ、熱伝導率が高く、線熱膨張係数も低いことから、パワーモジュール用金属配線付基板１０のポリイミド系樹脂層２に好ましく用いられるからである。
【００８３】
具体的には、下記式（Ｉ）で表されるものを挙げることができる。
【００８４】
【化１】
2015065427.tif 000003
（式（Ｉ）中、Ｒ1は４価の有機基、Ｒ2は２価の有機基であり、繰り返されるＲ1同士およびＲ2同士はそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよい。ｎは１以上の自然数である。）
式（Ｉ）において、一般に、Ｒ１は、テトラカルボン酸二無水物由来の構造であり、Ｒ２はジアミン由来の構造であり、一般的に、ポリイミド系樹脂は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを反応させて、ポリアミック酸などのポリイミド前駆体を合成した後、熱的もしくは化学的にイミド化させることにより得られる。
【００８５】
上記ポリイミド系樹脂に適用可能なテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’，６，６’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、１，３−ビス〔（３，４−ジカルボキシ）ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、１，４−ビス〔（３，４−ジカルボキシ）ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝プロパン二無水物、２，２−ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝プロパン二無水物、ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝ケトン二無水物、ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝ケトン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼン二無水物、４，４’−ビス〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕ビフェニル二無水物、４，４’−ビス〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕ビフェニル二無水物、ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝ケトン二無水物、ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝ケトン二無水物、ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝スルホン二無水物、ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝スルホン二無水物、ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝スルフィド二無水物、ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝スルフィド二無水物、２，２−ビス｛４−〔４−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス｛４−〔３−（１，２−ジカルボキシ）フェノキシ〕フェニル｝−１，１，１，３，３，３−プロパン二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、１，２，７，８−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
【００８６】
これらは単独あるいは２種以上混合して用いられる。
【００８７】
上記ポリイミド系樹脂の耐熱性、線熱膨張係数などの観点から好ましく用いられるテトラカルボン酸二無水物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物である。特に好ましく用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、メロファン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２’，６，６’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物等が挙げられる。
【００８８】
なかでも、吸湿膨張係数を低減させる観点から、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物が特に好ましい。
【００８９】
併用するテトラカルボン酸二無水物としてフッ素が導入されたテトラカルボン酸二無水物を用いると、ポリイミド系樹脂の吸湿膨張係数が低下する。しかしながら、フッ素を含んだ骨格を有するポリイミド系樹脂の前駆体は、塩基性水溶液に溶解しにくく、アルコール等の有機溶媒と塩基性水溶液との混合溶液によって現像を行う必要がある。
【００９０】
また、ピロメリット酸二無水物、メロファン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの剛直なテトラカルボン酸二無水物を用いると、ポリイミド系樹脂の線熱膨張係数が小さくなるので好ましい。なかでも、線熱膨張係数と吸湿膨張係数とのバランスの観点から、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，２’，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。
【００９１】
芳香族のテトラカルボン酸二無水物を用いた場合、耐熱性に優れ、低線熱膨張係数を示すポリイミド系樹脂となるというメリットがある。したがって、ポリイミド系樹脂において、上記式（Ｉ）中のＲ１のうち３３モル％以上が、下記式で表わされるいずれかの構造であることが好ましい。
【００９２】
【化２】
2015065427.tif 000004
上記ポリイミド系樹脂が上記式のいずれかの構造を含むと、これら剛直な骨格に由来し、低線熱膨張および低吸湿膨張を示す。市販で入手が容易であり、低コストであるというメリットもある。
【００９３】
上記のような構造を有するポリイミド系樹脂は、高耐熱性、低線熱膨張係数を示すポリイミド系樹脂である。そのため、上記式で表わされる構造の含有量は上記式（Ｉ）中のＲ１のうち１００モル％に近ければ近いほど好ましいが、少なくとも上記式（Ｉ）中のＲ１のうち３３％以上含有すればよい。なかでも、上記式で表わされる構造の含有量は上記式（Ｉ）中のＲ１のうち５０モル％以上であることが好ましく、さらに７０モル％以上であることが好ましい。
【００９４】
また、上記化２の芳香族テトラカルボン酸二無水物や上記化２の単結合で連結した芳香族ベンゼン環の間に単結合、また、Ｃ、Ｏ、カルボニル基、スルホニル基などで連結したベンゼン環を１個含むテトラカルボン酸二無水物を用いた場合、ベンゼン環同士が相互作用し、コアをつくり熱伝導率が向上する。また、ベンゼン環とベンゼン環の間の上記連結基が２個以上ある場合は剛直な骨格にならず、線熱膨張率、湿度膨張率が低下する恐れがある。
【００９５】
上記のような構造を有するポリイミド系樹脂は、熱伝導率の向上を示すポリイミド系樹脂である。そのため、上記式で表わされる構造の含有量は上記式（Ｉ）中のＲ１のうち少なくとも３３％以上含有すればよい。また、この場合は１．０×１０８〜１．０×１０１１Ｐａの範囲内、かつ、ガラス転移温度が２６０℃以下にならないように剛直な骨格のテトラカルボン酸と併用する。
【００９６】
一方、ポリイミド系樹脂に適用可能なジアミン成分も、１種類のジアミン単独で、または２種類以上のジアミンを併用して用いることができる。用いられるジアミン成分は特に限定されるものではなく、例えば、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｏ−フェニレンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，４’−ジアミノジフェニルメタン、２，２−ジ（３−アミノフェニル）プロパン、２，２−ジ（４−アミノフェニル）プロパン、２−（３−アミノフェニル）−２−（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−ジ（３−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ジ（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２−（３−アミノフェニル）−２−（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、１，１−ジ（３−アミノフェニル）−１−フェニルエタン、１，１−ジ（４−アミノフェニル）−１−フェニルエタン、１−（３−アミノフェニル）−１−（４−アミノフェニル）−１−フェニルエタン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−α，α−ジトリフルオロメチルベンジル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−α，α−ジトリフルオロメチルベンジル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノ−α，α−ジトリフルオロメチルベンジル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノ−α，α−ジトリフルオロメチルベンジル）ベンゼン、２，６−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゾニトリル、２，６−ビス（３−アミノフェノキシ）ピリジン、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］ケトン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ケトン、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルフィド、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルフ���ド、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル、２，２−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［３−（３−アミノフェノキシ）フェニル］−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）ベンゾイル］ベンゼン、１，３−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）ベンゾイル］ベンゼン、１，４−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）ベンゾイル］ベンゼン、１，４−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）ベンゾイル］ベンゼン、１，３−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル］ベンゼン、１，３−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル］ベンゼン、１，４−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル］ベンゼン、１，４−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル］ベンゼン、４，４’−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）ベンゾイル］ジフェニルエーテル、４，４’−ビス［４−（４−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）フェノキシ］ベンゾフェノン、４，４’−ビス［４−（４−アミノ−α，α−ジメチルベンジル）フェノキシ］ジフェニルスルホン、４，４’−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェノキシ］ジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジフェノキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジビフェノキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４−フェノキシベンゾフェノン、３，３’−ジアミノ−４−ビフェノキシベンゾフェノン、６，６’−ビス（３−アミノフェノキシ）−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビインダン、６，６’−ビス（４−アミノフェノキシ）−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビインダン、１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、１，３−ビス（４−アミノブチル）テトラメチルジシロキサン、α，ω−ビス（３−アミノプロピル）ポリジメチルシロキサン、α，ω−ビス（３−アミノブチル）ポリジメチルシロキサン、ビス（アミノメチル）エーテル、ビス（２−アミノエチル）エーテル、ビス（３−アミノプロピル）エーテル、ビス（２−アミノメトキシ）エチル］エーテル、ビス［２−（２−アミノエトキシ）エチル］エーテル、ビス［２−（３−アミノプロトキシ）エチル］エーテル、１，２−ビス（アミノメトキシ）エタン、１，２−ビス（２−アミノエトキシ）エタン、１，２−ビス［２−（アミノメトキシ）エトキシ］エタン、１，２−ビス［２−（２−アミノエトキシ）エトキシ］エタン、エチレングリコールビス（３−アミノプロピル）エーテル、ジエチレングリコールビス（３−アミノプロピル）エーテル、トリエチレングリコールビス（３−アミノプロピル）エーテル、エチレンジアミン、１��３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、１，６−ジアミノヘキサン、１，７−ジアミノヘプタン、１，８−ジアミノオクタン、１，９−ジアミノノナン、１，１０−ジアミノデカン、１，１１−ジアミノウンデカン、１，１２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、１，３−ジアミノシクロヘキサン、１，４−ジアミノシクロヘキサン、１，２−ジ（２−アミノエチル）シクロヘキサン、１，３−ジ（２−アミノエチル）シクロヘキサン、１，４−ジ（２−アミノエチル）シクロヘキサン、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタン、２，６−ビス（アミノメチル）ビシクロ［２．２．１］ヘプタン、２，５−ビス（アミノメチル）ビシクロ［２．２．１］ヘプタン等が挙げられる。また、上記ジアミンの芳香環上水素原子の一部若しくは全てをフルオロ基、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基から選ばれた置換基で置換したジアミン等も使用することができる。
【００９７】
ジアミンは、目的の物性によって選択することができ、ｐ−フェニレンジアミンなどの剛直なジアミンを用いれば、ポリイミド系樹脂は低膨張係数となる。剛直なジアミンとしては、同一の芳香環に２つアミノ基が結合しているジアミンとして、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、１，４−ジアミノナフタレン、１，５−ジアミノナフタレン、２、６−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノナフタレン、１，４−ジアミノアントラセンなどが挙げられる。
【００９８】
さらに、２つ以上の芳香族環が単結合により結合し、２つ以上のアミノ基がそれぞれ別々の芳香族環上に直接または置換基の一部として結合しているジアミンが挙げられ、例えば、下記式（ＩＩ）により表されるものがある。具体例としては、ベンジジン等が挙げられる。
【００９９】
【化３】
2015065427.tif 000005
（式（ＩＩ）中、ａは０または１以上の自然数、アミノ基はベンゼン環同士の結合に対して、メタ位またはパラ位に結合する。）
さらに、上記式（ＩＩ）において、他のベンゼン環との結合に関与せず、ベンゼン環上のアミノ基が置換していない位置に置換基を有するジアミンも用いることができる。これら置換基は、１価の有機基であるがそれらは互いに結合していてもよい。具体例としては、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジトリフルオロメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル等が挙げられる。
【０１００】
また、芳香環の置換基としてフッ素を導入すると吸湿膨張係数を低減させることができる。しかしながら、フッ素を含むポリイミド系樹脂前駆体、特にポリアミック酸は、塩基性水溶液に溶解しにくく、支持基材上にポリイミド系樹脂層を部分的に形成する場合には、ポリイミド系樹脂層２の加工の際に、アルコールなどの有機溶媒との混合溶液で現像する必要がある場合がある。
【０１０１】
【化４】
2015065427.tif 000006
Ｒ３は２価の有機基、酸素原子、硫黄原子、またはスルホン基であり、Ｒ４およびＲ５は１価の有機基、またはハロゲン原子である。
【０１０２】
ポリイミド系樹脂が上記式のいずれかの構造を含むと、これら剛直な骨格に由来し、低線熱膨張および低吸湿膨張を示す。さらには、市販で入手が容易であり、低コストであるというメリットもある。
【０１０３】
上記のような構造を有する場合、ポリイミド系樹脂の耐熱性が向上し、線熱膨張係数が小さくなる。そのため、上記式（Ｉ）中のＲ２のうち１００モル％に近ければ近いほど好ましいが、上記式（Ｉ）中のＲ２のうち少なくとも３３％以上含有すればよい。なかでも上記式で表わされる構造の含有量は上記式（Ｉ）中のＲ２のうち５０モル％以上であることが好ましく、さらに７０モル％以上であることが好ましい。
【０１０４】
また、熱伝導率が向上させるために、ｐ−フェニレンジアミンなど同一の芳香環に２つアミノ基が結合している剛直なジアミンとしてｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、１，４−ジアミノナフタレン、１，５−ジアミノナフタレン、２、６−ジアミノナフタレン、２，７−ジアミノナフタレン、１，４−ジアミノアントラセンなどが挙げられる。
【０１０５】
また、〔化４〕のＲ３は２価の有機基、酸素原子、硫黄原子、またはスルホン基であり、Ｒ４およびＲ５は１価の有機基、またはハロゲン原子である。〔化４〕の化合物やアミノ基のついた二つのベンゼン環の間に２価の有機基、酸素原子、硫黄原子、またはスルホン基で１個ベンゼン環を挿入したジアミンも上げられる。上記式で表わされる構造の含有量は上記式（Ｉ）中のＲ２のうち少なくとも３３％以上含有すればよい。これらは、ベンゼン環の相互作用によりコアをつくり、熱伝導を向上させる。この場合は１．０×１０８〜１．０×１０１１Ｐａの範囲内、かつ、ガラス転移点が２６０℃以下にならないように、剛直なジアミンと併用して用いる。
【０１０６】
また、本発明においては、非熱可塑性ポリイミド系樹脂を所望の貯蔵弾性率を有するものとするために、主成分として含まれるポリイミド系樹脂を構成する原料であるテトラカルボン酸二無水物とジアミンについて、屈曲性を有する原料の割合が少ない方が好ましい。すなわち、ポリイミド系樹脂を構成するテトラカルボン酸二無水物およびジアミン中の屈曲性を有する構造のテトラカルボン酸二無水物および屈曲性を有する構造のジアミンの含有率が少ないことが好ましい。
【０１０７】
ここで、屈曲性を有する構造のテトラカルボン酸二無水物としては、柔軟な骨格を有し、貯蔵弾性率やＴｇを低いものとするものであれば特に限定されるものではなく、最新ポリイミド・基礎と応用, 今井淑夫, 横田力男, エヌ・ティー・エス, ｐ.２４１〜２５２ （２００２）、躍進するポリイミドの最新動向ＩＶ住ベリサーチ株式会社ｐ３〜１２、ＷＯ２００７／０１５３９６号公報等に記載されるものを挙げることができる。
＜フィラー＞
ポリイミド系樹脂層２にはフィラーを添加できる。具体的には、ポリイミド系樹脂中に添加するフィラーとしては、絶縁性を有する無機化合物であれば特に制限はないが、絶縁性を体積固有抵抗が１０１３（Ω/ｃｍ）以上有する無機化合物であれば特に制限はないが、０．３Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有するものであることが好ましい。
フィラーの具体例としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、タルク、マイカ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ハイドロキシアパタイト等を挙げることができる。中でも、熱伝導性の観点から、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムが好ましい。また、これらのフィラーの材質としては、１種類単独であっても２種類以上を併用してもよい。熱伝導性の観点から、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムが好ましい。また、これらのフィラーの材質としては、１種類単独であっても２種類以上を併用してもよい。
【０１０８】
フィラーの粒子形状としては特に制限はなく、球形状、破砕状、りん片状、及び凝集粒子などが挙げられる。中でも、絶縁性と熱伝導性の観点から、球形状、りん片状が好ましい。１種類単独で用いる場合は球形状がよく、１次粒径の比表面積が０．３〜１５ｍ２/ｇが好ましく、さらには分散性の観点から０．４〜１０ｍ２/ｇ。それ以外の形状では隣接するフィラーと接する面積が大きく分散しづらく、絶縁性が悪化する。２種類以上を併用する場合は少なくとも３０％以上の上記１種類単独で用いる球状フィラーを使用することで分散性がよくなる点から好ましい。
【０１０９】
フィラーの粒径は、体積平均粒子径が熱伝導性、耐電圧の観点から０．０１μｍ以上２０μｍ未満のフィラーを使い、充填量、耐電圧の観点から好ましくは、０．０１μｍ以上６μｍ未満で、１種類単独であっても２種類以上を併用してもよい。また、フィラーの分散性を向上するため、カップリング剤などの表面処理をしたもの、ポリイミドワニス、またはポリイミド前駆体ワニス中に分散剤を添加したものでもよい。
【０１１０】
シランカップリング剤の例には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（２-メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリクロルシラン、Ｎ-（２-アミノエチル）-３-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、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、３-アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-２-（アミノエチル）-３-アミノプロピルトリエトキシシラン、３-アミノプロピルトリメトキシシラン、３-アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-フェニル-３-アミノプロピルトリメトキシシラン、３-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、２-（３,４-エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-（１,３-ジメチルブチリデン）-３-（トリエトキシシリル）-１-プロパンアミン、Ｎ,Ｎ'-ビス（３-（トリメトキシシリル）プロピル）エチレンジアミン、ポリオキシエチレンプロピルトリアルコキシシラン、ポリエトキシジメチルシロキサン、ｐ-スチリルトリメトキシシラン、３-アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどが含まれる。
【０１１１】
シランカップリング剤を、ポリイミドワニス、またはポリイミド前駆体ワニス中に含まれる無機フィラーの表面とカップリング反応させて、フィラー表面を改質させてもよい。それにより、樹脂との相溶性を高めることができ、フィラーの凝集や分散状態を制御することができる。
【０１１２】
フィラーの充填量は、ポリイミドまたはポリイミド前駆体に対し、１０〜７０ｖｏｌ％、成膜性、熱伝導性、耐電圧の観点から好ましくは、３０〜６０ｖｏｌ％がよい。
上記ポリイミド系樹脂層２の形成工程後に、ポリイミド系樹脂層２上に、金属化合物、または、無機化合物を含む密着層を形成する密着層形成工程を有することが好ましい。密着層を形成することで、ポリイミド系樹脂層２との密着性が良好であり、導電性金属配線層３とポリイミド系樹脂層２の剥離やクラックが生じるのを防ぐことができる。
【０１１３】
導電性金属層３’を形成するための密着層は、単層であってもよく多層であってもよい。
【０１１４】
密着層が多層膜である場合、無機化合物では酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタンのからなる層が複数層積層されていてもよく、金属からなる層では、密着層を得ることができれば特に限定されるものではなく、例えば、クロム、チタン、アルミニウム、銅を挙げることができる。無機層と金属層を組み合わせてもよい。
【０１１５】
また、密着層が多層膜である場合、密着層の最表層は電気抵抗と熱伝導率の観点から金、銀、銅膜であることが好ましい。さらにコストの観点から銅であることが好ましい。第１密着層によりポリイミド系樹脂層２と第２密着層との密着性を高めることができ、第２密着層によりポリイミド系樹脂層２と導電性金属配線層３との密着性を高めることができる。
【０１１６】
密着層の厚みは、上述の特性を満たすことができる厚みであれば特に限定されないが、具体的には、１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。中でも、密着層が第１密着層および第２密着層を有する場合、第２密着層の厚みは第１密着層よりも厚く、第１密着層は比較的薄く、第２密着層は比較的厚いことが好ましい。この場合、第１密着層の厚みは、０．１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内、さらに好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内である。また、第２密着層の厚みは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、さらに好ましくは８０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲内である。厚みが薄すぎると、十分な密着性が得られないおそれがあり、厚みが厚すぎると、密着層にクラックが生じるおそれがあるからである。
【０１１７】
密着層は導電性金属配線層３をエッチングで形成する場合、ポリイミド系樹脂層２に全面に形成される。パターニングされたドライレジストを介して密着層の形成方法する場合は、ポリイミド系樹脂層２の露出部に形成される。上述の無機化合物からなる層や上述の金属からなる層を形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＣ（直流）スパッタリング法、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリング法、プラズマＣＶＤ（化学気相蒸着）法等を挙げることができる。
＜導電性金属配線層＞
導電性金属配線層３に用いられる材料としては、導電性材料であれば特に限定されるものではなく、透明性の有無などにより適宜選択されるものであり、例えば、Ａｌ，Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属単体、これらの金属の酸化物、およびＡｌＬｉ、ＡｌＣａ、ＡｌＭｇ等のＡｌ合金、ＭｇＡｇ等のＭｇ合金、Ｎｉ合金、Ｃｒ合金、アルカリ金属の合金、アルカリ土類金属の合金等の合金などを挙げることができる。これらの導電性材料は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよく、２種以上を用いて積層させてもよい。また、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）等の導電性酸化物を用いることもできる。
なかでも、電気抵抗率が１．０×１０−６Ω・ｍ以下であることが好ましく、なかでも、１．０×１０−７Ω・ｍ以下であることが好ましく、特に、３．０×１０−８Ω・ｍであることがさらに好ましい。大電流を流す場合においては、損失を抑える効果が顕著となり、あわせて、発熱を少ないものとすることができるからである。
【０１１８】
導電性金属配線層３の厚さとしては、パワーモジュール用金属配線付基板の用途等に応じて適宜設定されるものである。大電流を流した場合発熱により焼き切れ防止の観点から、５０〜３００μｍであることが望ましい。
【０１１９】
また、本発明に用いられる導電性金属配線層３の形成箇所についても、本発明のパワーモジュール用金属配線付基板の用途等に応じて適宜設定される。
【０１２０】
導電性金属配線層３は、必要に応じて、パワー半導体素子が配置される表面に上記導電性金属配線層の酸化劣化等を防ぐめっき層などの保護層を有するものであっても良い。
【０１２１】
また、めっき層としては、スズ、ニッケル、銀、金めっき層を挙げることができる。また、金めっき層の下地としてニッケルめっき層が形成されていても良い。めっき層の厚さは、例えば０．０１μｍ〜４．０μｍの範囲内とすることができる。
以下、実施例により説明するが、実施例により本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
＜ポリイミド系樹脂（ポリイミド前駆体Ｉ）の調整＞
４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）４．０ｇ（２０ｍｍｏｌ）とパラフェニレンジアミン（ＰＰＤ  ８．６５ｇ（８０ｍｍｏｌ）とを５００ｍｌのセパラブルフラスコに投入し、２００ｇの脱水されたＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させ、窒素気流下、オイルバスによって液温が５０℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。それらが完全に溶解したことを確認した後、そこへ、少しずつ３０分かけて３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸２無水物（ＢＰＤＡ）  ２９．１ｇ（９９ｍｍｏｌ）を添加し、添加終了後、５０℃で５時間撹拌した。その後室温まで冷却し、ポリイミド系樹脂溶液を得た。ガラス転移温度は３１９℃であった。
【０１２２】
＜ポリイミド系樹脂溶液へのフィラーの分散（フィラー含有ポリイミド前駆体Ｉ）＞
ポリイミド系樹脂溶液を固形分濃度１６％になるようにＮＭＰで希釈し、そのワニス２０ｇ中へ電気化学工業製アルミナ球状フィラー（ＡＳＦＰ−２０）を１２．７ｇ（６０容量％）になるように添加した。その混合液をペイントシェーカーで２時間撹拌しフィラーが充填されたポリイミド系樹脂溶液を調整した。
【０１２３】
＜パワーモジュール用基板のポリイミド系樹脂層の形成＞
ダイコーターを用いてポリイミド前駆体Iを、西田金属製の無酸素Ｃｕ板（厚み２５００μｍ、１５ｃｍ□サイズ、Ｎｉめっき処理)上に、硬化後の厚さが１５μｍになるように塗布し、８０℃で６０分乾燥した後、窒素雰囲気下、３５０℃、１時間熱処理し（昇温速度  １０℃／分、自然放冷）でイミド化してポリイミド系樹脂層を形成した。
【０１２４】
＜導電性金属配線層の形成（めっき）＞
先ず、ポリイミド系樹脂層形成側全体に、クロムスパッタ、次いで銅スパッタを施し、めっきの下地層を０.３μｍ厚に形成した。
【０１２５】
次いで、電解銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、５０、１００μｍ厚の電解銅めっき層を積層した。
・電解銅めっきの液組成及び条件
硫酸銅（５水塩） ７０ｇ／ｌ
硫酸 ２００ｇ／ｌ
塩酸 ０．５ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 光沢剤 １０ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 補正剤 ５ｍｌ／ｌ
温度：３０℃
電流密度：３Ａ／ｄｍ２
時間：７０、１２０分
＜導電性金属配線層の形成（レジスト層の作製）＞
ドライフィルムレジスト（ニチゴーモートン社製）を用い、真空ラミネータを用いて、積層体の両面にラミネートし、銅板側をベタ露光、銅めっき面側のレジストをフォトマスクを介して露光現像により、導電性金属配線層の形状に合せた開口部を有する、レジスト層を形成した。
・処理条件
プリベーク：８０℃、２分
露光：５０ｍＪ／ｃｍ２
現像：１％炭酸ソーダ（３０℃）、１分
＜導電性金属配線層の形成（エッチング、密着層除去、レジスト剥離）＞
塩化鉄（ＩＩＩ）（４５ボーメ）を用いて、銅めっき層に配線パターンを形成し、フラッシュエッチングにより密着層をアデカスーパーケルミカＷＣＲ−４０１５（アデカ社製）を用いて除去した。その後、レジスト層をアルカステップＨＴＯ（ニチゴーモートン社製）を用いて剥離、純水で洗浄、乾燥して、パワーモジュール用金属配線付基板を得た。
・処理条件：
エッチング液温度：５０℃、
エッチング時間：１４０、２８０秒
フラッシュエッチング温度：３８℃
エッチング時間：７５秒
剥離温度：４０℃
剥離時間：９０秒
＜導電性金属配線層とポリイミド系樹脂層の密着性の評価＞
・導電性金属配線層とポリイミド系樹脂層のピール試験（１）〔ＪＩＳＫ６８５４−１〕
（試験結果：図４参照）
冷熱衝撃試験  条件：−４０℃１５分  ⇔  １５０℃１５分  大気中
配線幅：５ｍｍ
配線厚：１８μｍ
・導電性金属配線層とポリイミド系樹脂層のピール試験（２）〔ＪＩＳＫ６８５４−１〕
（試験結果：図５参照）
耐熱試験      条件：１８０℃  オーブン大気中
配線幅：５ｍｍ
配線厚：１８μｍ
ピール試験（１）では、図４に示すように、ピール強度の初期値０．６９Ｎ／ｍｍ２を１．０として、サイクル回数２０００回後においても、ピール強度０．９以上を維持する結果を得た。
【０１２６】
また、ピール試験（２）では、図５に示すように、ピール強度の初期値０．６９Ｎ／ｍｍ２を１．０として、耐熱試験時間１０００時間後に０．７となりその３０００時間を経過しても０．７を維持する結果を得た。
＜パワー半導体の搭載、冷却器の接合＞
導電性金属配線層上に、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）を半田付けし、冷却器（放熱板）を接合して、パワーモジュールを得た。
（実施例２）
＜パワーモジュール用基板のポリイミド系樹脂層の形成＞
実施例１と同様の工程で、ポリイミド前駆体Iをフィラー含有ポリイミド前駆体Iに代えて、膜厚を５０μｍに変更した。
【０１２７】
＜導電性金属配線層の形成（めっき）＞
実施例１と同様の工程で、クロムスパッタのかわりに酸化アルミニウムをスパッタしめっきの下地層を０.３μｍ厚に形成した。次いで、電解銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、２５０μｍ厚の電解銅めっき層を積層した。
・電解銅めっきの液組成及び条件
硫酸銅（５水塩） ７０ｇ／ｌ
硫酸 ２００ｇ／ｌ
塩酸 ０．５ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 光沢剤 １０ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 補正剤 ５ｍｌ／ｌ
温度：３０℃
電流密度：６Ａ／ｄｍ２
時間：１４０分
＜導電性金属配線層の形成（レジスト層の作製）＞
実施例１と同様の操作で配線パターンの形状のレジスト層を形成し、エッチングによって導電性金属配線層を形成した。
＜導電性金属配線層の形成（エッチング、レジスト剥離）＞
塩化鉄（ＩＩＩ）（４５ボーメ）を用いて、銅めっき層に配線パターンを形成し、その後、レジスト層をアルカステップＨＴＯ（ニチゴーモートン社製）を用いて剥離、純水で洗浄、乾燥して、パワーモジュール用金属配線付基板を得た。
・      処理条件：エッチング液温度：５０℃、
エッチング時間：１４０、２８０秒
剥離温度：４０℃
剥離時間：９０秒
＜パワー半導体の搭載、冷却器の接合＞
導電性金属配線層上に、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）を半田付けし、冷却器（放熱板）を接合して、パワーモジュールを得た。
（実施例３）
＜パワーモジュール用基板のポリイミド系樹脂層の形成＞
実施例１と同様の工程で、ポリイミド前駆体Ｉをフィラー含有ポリイミド前駆体Ｉに代えて、膜厚を３０μｍに変更した。
【０１２８】
＜導電性金属配線層の形成（レジスト層の作製）＞
実施例１と同様の操作で配線パターンの形状のレジスト層を形成した。
【０１２９】
＜導電性金属配線層の形成（めっき）＞
実施例１と同様の工程で、クロムスパッタのかわりに酸化アルミニウムをスパッタしめっきの下地層を０.３μｍ厚に形成した。次いで、電解銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、２５０μｍ厚の電解銅めっき層を積層した。
・電解銅めっきの液組成及び条件
硫酸銅（５水塩） ７０ｇ／ｌ
硫酸 ２００ｇ／ｌ
塩酸 ０．５ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 光沢剤 １０ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 補正剤 ５ｍｌ／ｌ
温度：３０℃
電流密度：６Ａ／ｄｍ２
時間：１４０分
＜導電性金属配線層の形成（レジスト層の作製）＞
ポリイミド系樹脂層の上にドライフィルムレジスト（ニチゴーモートン社製）を用い、真空ラミネータを用いて、積層体の両面にラミネートし、銅板側をベタ露光、ポリイミド系樹脂層面側のレジストをフォトマスクを介して露光現像により、導電性金属配線層の形状に合せた開口部を有する、レジスト層を形成した。
・処理条件
プリベーク：８０℃、２分
露光：５０ｍＪ／ｃｍ２
現像：１％炭酸ソーダ（３０℃）、１分
＜導電性金属配線層の形成（エッチング、レジスト剥離）＞
塩化鉄（ＩＩＩ）（４５ボーメ）を用いて、銅めっき層に配線パターンを形成し、その後、レジスト層をアルカステップＨＴＯ（ニチゴーモートン社製）を用いて剥離、純水で洗浄、乾燥して、パワーモジュール用金属配線付基板を得た。
・処理条件  剥離温度：４０℃
剥離時間：９０秒
＜パワー半導体の搭載、冷却器の接合＞
導電性金属配線層上に、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）を半田付けし、冷却器（放熱板）を接合して、パワーモジュールを得た。
（実施例４）
＜ポリイミド系樹脂（ポリイミド前駆体Ｉ）の調整＞
実施例１同様、ポリイミド系樹脂（ポリイミド前駆体Ｉ）を調整した。ポリイミド系樹脂溶液を固形分濃度１６％になるようにＮＭＰで希釈し、ポリイミド系樹脂溶液を得た。
【０１３０】
＜ポリイミド系樹脂溶液へのフィラーの分散＞
実施例１同様、前記のポリイミド系樹脂溶液（固形分濃度１６％）のワニス２０ｇ中へ、フィラーに対し０．５重量％のシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング社製Ｚ-６８８３）によりシランカップリング処理したアルミナフィラー（昭和電工製アルミナフィラーＡＬ-４３-ＫＴ、同ＡＬ-４７-Ｈ、同ＡＬ-１６０ＳＧ-３を重量比８８：７：５で混合したもの）を２０．２ｇ（７０体積％）添加した。その混合液をペイントシェーカーで８時間撹拌しフィラーが充填されたポリイミド系樹脂溶液を調整した。
【０１３１】
＜パワーモジュール用基板へのポリイミド系樹脂層の形成＞
無酸素Ｃｕ板を厚み３０００μｍ、ポリイミド系樹脂層を硬化後の厚さが６０μｍになるように塗布した以外は実施例１と同様にして、パワーモジュール用基板上にポリイミド系樹脂層を形成した。
【０１３２】
＜導電性金属配線層の形成（メッキ）＞
実施例１と同様の工程で、クロムスパッタのかわりに酸化アルミニウムをスパッタしめっきの下地層を０.３μｍ厚に形成した。次いで、電解銅めっき液を用いて、電解銅めっきを行い、２５０μｍ厚の電解銅めっき層を積層した。
・電解銅めっきの液組成及び条件
硫酸銅（５水塩） ７０ｇ／ｌ
硫酸 ２００ｇ／ｌ
塩酸 ０．５ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 光沢剤 １０ｍｌ／ｌ
スーパースロー２０００ 補正剤 ５ｍｌ／ｌ
温度：３０℃
電流密度：６Ａ／ｄｍ２
時間：１４０分
＜導電性金属配線層の形成（レジスト層の形成、エッチング、レジスト剥離）
実施例１と同様の操作で配線パターンの形状のレジスト層を形成し、エッチングによって導電性金属配線層を得た。
【０１３３】
・処理条件：
エッチング液温度：５０℃、
エッチング時間：８００ｓ
剥離温度：４０℃
剥離時間：９０ｓ
＜パワー半導体素子の搭載、ヒートシンクの接合＞
導電性金属配線層上に、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）を半田付けし、ヒートシンク（放熱板）を接合して、パワーモジュールを得た。
（比較例１）
＜フィラーが充填された絶縁性樹脂溶液の調整＞
実施例４のポリイミド系樹脂に代えて、新日本理化社製ポリイミド溶液リカコートＥＮ-２０（２０ｇ）を用い、窒素雰囲気下、２５０℃、１時間熱処理し（昇温速度  １０℃／分、自然放冷）でイミド化する以外は実施例４と同様の操作でフィラーが充填された絶縁性樹脂溶液を得た。
【０１３４】
＜導電性金属配線層の形成（めっき、レジスト層の形成、エッチング、レジスト剥離＞
実施例４と同様の操作で、電解銅めっき、レジスト層の形成、エッチング、レジスト剥離によって導電性金属配線層を形成した。
【０１３５】
＜パワー半導体素子の搭載、ヒートシンクの接合＞
導電性金属配線層上に、パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）を半田付けし、ヒートシンク（放熱板）を接合して、パワーモジュールを得た。
【０１３６】
＜信頼性評価試験＞
上記の実施例１〜４及び比較例１により形成された各々の絶縁層について、諸特性を測定し（表１）、信頼性評価試験として冷熱衝撃試験、耐熱試験、高温高湿試験を行いその結果を得た（表２〜４）。
【０１３７】
ＣＴＥ（線膨張係数）は、下記に示す方法で作成された評価用サンプルを熱機械分析装置（リガク社製Ｔｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＭＡ８３１０）により、昇温速度１０℃／分で測定し、１００℃〜２００℃の伸び量を温度差（２００−１００℃）で割り求めた。
【０１３８】
ＣＨＥ（吸湿膨張係数）は、評価用サンプルを湿度可変機械的分析装置（リガク社製Ｔｈｅｒｍｏ  Ｐｌｕｓ  ＴＭＡ８３１０）により、温度２５℃で、引張り加重を１ｇ／２５０００μｍ2、湿度２０％ＲＨから湿度５０％ＲＨの伸び量を湿度差（５０−２０％ＲＨ）で割り求めた。
【０１３９】
Ｔｇ（ガラス転移温度）は、動的粘弾性測定装置（ＴＡインスルメンツ社製ＲＳＡ３）により、昇温速度５℃／分、２５〜４００℃の範囲で測定した。
【０１４０】
耐電圧は、耐電圧絶縁試験機（菊水電子工業社製ＴＯＳ８８５０）により、室温で、０から絶縁層が破壊するまで測定し、破壊した電圧を耐電圧とする。
【０１４１】
耐電圧試験サンプルは実施例１〜４、比較例１におけるパワーモジュール用基板のポリイミド系樹脂層の形成工程での無酸素Ｃｕ板を３００μｍ厚に変更した以外は  導電性金属配線層の形成は実施例１〜４、比較例１と同様の操作により形成した。耐電圧測定用のサンプル作製、サイズは１．５×１．５ｃｍの両面銅張絶縁層を切断後、両面の銅をΦ＝１ｃｍの円上に絶縁層の中心に残すようにエッチングして形成した。
【０１４２】
密着強度は、引張試験機（テンシロン）により、室温、引張速度５０ｍｍ／分で９０度剥離試験、引張開始から２０〜５０ｍｍ位置の引張り強度（平均）を試験用サンプルの帯状の幅の長さで割って求めた。
【０１４３】
冷熱衝撃試験は、冷熱衝撃試験機（ＥＳＰＥＣ  ＴＳＥ−１１−Ａ）により、大気下、−４０℃〜１５０℃各１時間で行った。
【０１４４】
耐熱試験は、大気下、オーブンにより、１８０℃で行った。
【０１４５】
高温高湿試験は、恒温恒湿槽により、大気下、８５℃、８５％で行った。
【０１４６】
【表１】
2015065427.tif 000007
【０１４７】
【表２】
2015065427.tif 000008
【０１４８】
【表３】
2015065427.tif 000009
【０１４９】
【表４】
2015065427.tif 000010
【符号の説明】
【０１５０】
１      金属基板
２      ポリイミド系樹脂層
３      導電性金属配線層
３’    導電性金属層
４      冷却器
５      パワー半導体素子
１０    パワーモジュール用金属配線付基板
２０    フォトレジスト
３０    フォトマスク
１００  パワーモジュール
【図１】
2015065427.tif 000011
【図２】
2015065427.tif 000012
【図３】
2015065427.tif 000013
【図４】
2015065427.tif 000014
【図５】
2015065427.tif 000015