(57)【要約】【課題】温度変化の大きい過酷な環境に置いた際にも十分に反りが抑制される金属ベース基板を提供すること。【解決手段】本発明の金属ベース基板１００は、金属基板１０１と、金属基板１０１上に設けられた絶縁樹脂層１０２と、絶縁樹脂層１０２上に設けられた金属層１０３とを備え、金属層１０３は銅から構成され、金属基板１０１は、炭化珪素を含むアルミニウム合金から構成される。【選択図】 図１
2015207668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース基板であって、
前記金属層は銅から構成され、
前記金属基板は、炭化珪素を含むアルミニウム合金から構成される、金属ベース基板。
【請求項２】
前記金属基板を構成するアルミニウム合金の熱膨張係数は１１ｐｐｍ／Ｋ以上１８ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１に記載の金属ベース基板。
【請求項３】
前記金属基板の厚みが２００μｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の金属ベース基板。
【請求項４】
前記絶縁樹脂層の厚みが４０μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属ベース基板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の金属ベース基板の前記金属層が回路加工されてなる金属ベース回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載の金属ベース回路基板と、
当該金属ベース回路基板上に設けられた電子部品と、
を備える電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベース基板、金属ベース回路基板および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の用途において、半導体素子等の電子部品を搭載する回路基板が用いられている。その中でも、安価で熱安定性に優れていることから、金属基板上に、絶縁樹脂層を介して、金属箔から形成された金属層を設けた金属ベース基板が高電流を要する用途に好ましく用いられている。たとえば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等の半導体装置、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を、回路加工した金属ベース基板に搭載したインバーター装置またはパワー半導体装置が知られている。
【０００３】
一般に、入手容易性や金属ベース基板の強度を確保するという観点から、金属基板としてはアルミニウムが用いられ、また、金属箔としては回路加工性に優れることから、銅箔が用いられる。
たとえば、特許文献１には、アルミニウムからなる金属板上に絶縁層を設置し、該絶縁層上に銅箔からなる導体回路を設けてなる金属ベース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】特開２００３−２２９５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、特に車載用の各種制御・操作に大電流を使用する装置において、その小型化、省スペース化と共に電力制御装置をエンジンルーム内に設置することが望まれている。エンジンルーム内は温度が高く、温度変化も大きい過酷な環境である。そのため、金属ベース基板全体として反りが生じにくい金属ベース基板が求められている。
【０００６】
金属層として銅を用い、金属板としてアルミニウムを用いた基板の場合では、構成する金属種が異なり、これらの線膨張係数も異なっている。
そのため、このような基板では、温度変化の大きい過酷な環境に置いてしまうと、基板全体に反りが生じる可能性がある。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は金属層として銅、金属板としてアルミニウムを用いながら、温度変化の大きい過酷な環境に置いた際にも金属ベース基板全体として反りを抑制することのできる金属ベース基板を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、
金属基板と、前記金属基板上に設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられた金属層とを備える金属ベース基板であって、
前記金属層は銅から構成され、
前記金属基板は、炭化珪素を含むアルミニウム合金から構成される、金属ベース基板が提供される。
【０００９】
一般に、アルミニウムは銅よりも熱膨張係数が大きい。しかしながら、本発明によれば、アルミニウム合金から構成される金属基板は炭化珪素を含むため、通常用いられるアルミニウムよりも熱膨張係数を低下させることができる。その結果として、金属層と金属基板との熱膨張係数の差を緩和することができ、金属ベース基板全体の反りを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の金属基板はアルミニウムに炭化珪素が含まれているため、金属基板として銅が用いられている場合と比較した場合は勿論のこと、金属基板に通常用いられるアルミニウムが用いられる場合と比しても、金属ベース基板全体の強度を向上させるという効果もある。
【００１１】
さらに、本発明によれば、
前述した金属ベース基板の上記金属層が回路加工されてなる金属ベース回路基板が提供される。
【００１２】
さらに、本発明によれば、
前述した金属ベース回路基板と、
上記金属ベース回路基板上に設けられた電子部品と、
を備える電子装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度変化の大きい過酷な環境に置いた際にも十分に反りが抑制される金属ベース基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、「〜」はとくに断りがなければ、以上から以下を表す。
【００１６】
はじめに、本実施形態の金属ベース基板１００について説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板の断面図である。
金属ベース基板１００は、金属基板１０１と、金属基板１０１上に設けられた絶縁樹脂層１０２と、絶縁樹脂層１０２上に設けられた金属層１０３とを備える。
【００１７】
＜金属層＞
金属層１０３は回路の加工性を確保する観点から、銅から構成される。
この金属層１０３の厚みの下限値は、たとえば、１０μｍ以上であり、好ましくは１００μｍ以上、さらに好ましくは１７０μｍ以上である。このような数値以上であれば、高電流を要する用途であっても、回路に印加される電圧を緩和することができる。
また、金属層１０３の厚みの上限値は、たとえば、５００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以下であり、さらに好ましくは２３０μｍ以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、基板全体としての薄型化を図ることができる。
なお、厚さが２３０μｍ以下である銅箔については、ロール状の銅材料が市場に多く流通している。そのため、金属ベース基板を製造する場合においては、このようなロール状の材料を用いることで、その製造効率の向上も図ることができる。
【００１８】
＜金属基板＞
金属基板１０１は炭化珪素を含むアルミニウム合金から構成される。このように炭化珪素を含んだアルミニウム合金を用いることで、通常用いるアルミニウムよりも熱膨張係数を低下させることができ、結果として金属ベース基板１００全体としての反りを抑制することができる。
【００１９】
金属基板１０１の厚さは、本発明の目的が損なわれない限り、適宜設定できる。
金属基板１０１の厚さの上限値は、たとえば２０ｍｍ以下であり、好ましくは５ｍｍ以下である。この数値以下の厚さの金属基板１０１を用いることで、金属ベース基板１００全体としての薄型化を行うことができる。
また、金属基板１０１の厚さの下限値は、たとえば２００μｍ以上であり、好ましくは５００μｍ以上である。この数値以上の金属基板１０１を用いることで、金属ベース基板１００全体としての放熱性を向上させることができる。
【００２０】
炭化珪素を含むアルミニウム合金全体における、炭化珪素の含有量は２０質量％以上６０質量％以下であり、より好ましくは２０質量％以上３０質量％以下である。
このような数値範囲とすることによって、金属基板１０１の熱膨張係数を適度に低下させることができ、金属層１０３との熱膨張係数の差を緩和させることができる。
具体的には、銅の熱膨張係数が約１７ｐｐｍ／Ｋであることから、金属基板１０１を構成するアルミニウム合金の熱膨張係数は１１ｐｐｍ／Ｋ以上１８ｐｐｍ／Ｋ以下、より好ましくは１４ｐｐｍ／Ｋ以上１８ｐｐｍ／Ｋ以下である。
なお、このような熱膨張係数はＪＩＳ  Ｚ  ２２８５：２００３に準拠した金属材料の線膨張係数の測定方法を用いて測定することができる。
【００２１】
また、本実施形態のアルミニウム合金は、発明の目的が損なわれない限り、強化材などの他の成分が含有されてもよい。
【００２２】
＜絶縁樹脂層＞
絶縁樹脂層１０２は、金属層１０３を金属基板１０１に接着するための層である。この絶縁樹脂層１０２の厚みは、発明の目的に合わせて適宜設定されるが、絶縁樹脂層１０２の厚さは４０μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、金属ベース基板１００全体における放熱性と絶縁性との両立を図るためには絶縁樹脂層の厚みを６０μｍ以上２００μｍ以下に設定することがより好ましい。
絶縁樹脂層１０２の厚みを上記上限値以下とすることで、電子部品からの熱を金属基板１０１に伝達させやすくすることができる。
また、絶縁樹脂層１０２の厚みを上記下限値以上とすることで、金属基板１０１と絶縁樹脂層１０２との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁樹脂層１０２で緩和することが十分にできる。さらに、金属ベース基板１００の絶縁性が向上する。
【００２３】
絶縁樹脂層１０２は、用いられる用途に合わせて適宜選択することができるが、たとえば、エポキシ樹脂（Ａ）と、無機充填材（Ｂ）と、必要に応じてフェノキシ樹脂（Ｃ）と、硬化剤（Ｄ）と、カップリング剤（Ｅ）とを含むエポキシ樹脂組成物を熱硬化させたものを用いることができる。すなわち、絶縁樹脂層１０２は、熱硬化した硬化樹脂を含んだＣステージ状となっている。
【００２４】
ここで、エポキシ樹脂組成物の組成の一例について説明する。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、たとえば、エポキシ樹脂（Ａ）と、無機充填材（Ｂ）とを含み、さらに、必要に応じてフェノキシ樹脂（Ｃ）と、硬化剤（Ｄ）と、カップリング剤（Ｅ）とを含む。
【００２５】
エポキシ樹脂（Ａ）は、芳香環構造および脂肪環構造（脂環式の炭素環構造）の少なくともいずれか一方を有するエポキシ樹脂（Ａ１）を含むことが好ましい。
このような芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂（Ａ１）を使用することで、ガラス転移温度を高くするとともに、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性を向上させることができる。
そして、芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂（Ａ１）としては、例えば、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂；ナフタレン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中の１種類を単独で用いることもできるし、２種類以上を併用したりすることもできる。
【００２６】
また、ガラス転移温度をより一層高くでき、絶縁樹脂層１０２のボイドの発生を抑制し、熱伝導性をより一層向上でき、かつ絶縁破壊電圧を向上できる観点から、芳香環あるいは脂肪環構造を有するエポキシ樹脂（Ａ１）として、ナフタレン型エポキシ樹脂を含むことが好ましい。ここで、ナフタレン型エポキシ樹脂とは、ナフタレン環骨格を有し、かつ、グリシジル基を２つ以上有するものを呼ぶ。ナフタレン型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００質量％に対し、好ましくは２０質量％以上８０質量％以下であり、より好ましくは４０質量％以上６０質量％以下である。
【００２７】
ナフタレン型エポキシ樹脂としては、例えば、以下の式（５）〜（７）のいずれかを使用できる。なお、式（６）において、ｍ、ｎはナフタレン環上の置換基の個数を示し、それぞれ独立して１〜７の整数を示している。また、式（７）においては、Ｍｅはメチル基を示し、ｌ、ｍ、ｎは１以上の自然数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎは１０以下であることが好ましい。
【００２８】
【化１】
2015207668.tif 000003
【００２９】
【化２】
2015207668.tif 000004
【００３０】
【化３】
2015207668.tif 000005
【００３１】
なお、式（６）の化合物としては、以下のいずれか１種以上を使用することが好ましい。
【００３２】
【化４】
2015207668.tif 000006
【００３３】
また、ナフタレン型エポキシ樹脂としては、以下の式（８）で表されるナフチレンエーテル型エポキシ樹脂も使用できる。
【００３４】
【化５】
2015207668.tif 000007
（上記式（８）において、ｎは１以上２０以下の整数であり、ｌは１以上２以下の整数であり、Ｒ１はそれぞれ独立に水素原子、ベンジル基、アルキル基または下記式（９）で表される構造であり、Ｒ２はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基である。）
【００３５】
【化６】
2015207668.tif 000008
（上記式（９）において、Ａｒはそれぞれ独立にフェニレン基またはナフチレン基であり、Ｒ２はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であり、ｍは１または２の整数である。）
【００３６】
上記式（８）で表されるナフチレンエーテル型エポキシ樹脂は、下記式（１０）で表されるものが例として挙げられる。
【００３７】
【化７】
2015207668.tif 000009
（上記式（１０）において、ｎは１以上２０以下の整数であり、好ましくは１以上１０以下の整数であり、より好ましくは１以上３以下の整数である。Ｒはそれぞれ独立に水素原子または下記式（１１）で表される構造であり、好ましくは水素原子である。）
【００３８】
【化８】
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（上記式（１１）において、ｍは１または２の整数である。）
【００３９】
上記式（１０）で表されるナフチレンエーテル型エポキシ樹脂は、例えば、下記式（１２）〜（１６）で表されるものが例として挙げられる。
【００４０】
【化９】
2015207668.tif 000011
【００４１】
【化１０】
2015207668.tif 000012
【００４２】
【化１１】
2015207668.tif 000013
【００４３】
【化１２】
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【００４４】
【化１３】
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【００４５】
エポキシ樹脂組成物中に含まれるエポキシ樹脂（Ａ）の含有量は、その目的に応じて適宜調整されるが、エポキシ樹脂組成物の全固形分１００質量％に対し、１質量％以上２３質量％以下が好ましく、２質量％以上１５質量％以下がより好ましい。エポキシ樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、ハンドリング性が向上し、絶縁樹脂層１０２を形成するのが容易となる。エポキシ樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、絶縁樹脂層１０２の強度や難燃性がより一層向上したり、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性がより一層向上したりする。
【００４６】
本実施形態のエポキシ樹脂組成物では、無機充填材（Ｂ）が用いられる。例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラス等のケイ酸塩；酸化チタン、アルミナ、ベーマイト、シリカ、溶融シリカ等の酸化物；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩；ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩；窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化炭素等の窒化物；チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等のチタン酸塩等の無機充填材を用いることができる。
この中でも、熱伝導性の高さから、窒化ホウ素やアルミナが好ましく用いられ、さらに生産コストを考慮する上で、アルミナを用いることが特に好ましく用いられる。
【００４７】
アルミナを無機充填材（Ｂ）として用いる場合は、平均粒子径が異なる３成分（大粒径、中粒径、小粒径）の混合系で、大粒径成分が球状であり、中粒径成分および小粒径成分が多面体状であることが好ましい。
より具体的には、アルミナは、平均粒子径が５．０μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは５．０μｍ以上２５μｍ以下の第１粒径範囲に属し、かつ、円形度が０．８０以上１．０以下、好ましくは０．８５以上０．９５以下である大粒径アルミナと、平均粒子径が１．０μｍ以上５．０μｍ未満の第２粒径範囲に属し、かつ、円形度が０．５０以上０．９０以下、好ましくは０．７０以上０．８０以下である中粒径アルミナと、平均粒子径が０．１μｍ以上１．０μｍ未満の第３粒径範囲に属し、かつ、円形度が０．５０以上０．９０以下、好ましくは０．７０以上０．８０以下ある小粒径アルミナと、の混合物であることが好ましい。
ここで、粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−７０００を用いて、水中にアルミナを１分間超音波処理することにより分散させ、測定することができる。
また、円形度はＳｙｓｍｅｘ社製のフロー式粒子像解析装置ＦＰＩＡ−３０００を用い、実施例項に記載する試料の調製方法および回析方法を採用することで測定することができる。
【００４８】
これにより、大粒径成分の隙間に中粒径成分が充填され、さらに中粒径成分の隙間に小粒径成分が充填されるため、アルミナの充填性が高められ、アルミナ粒子同士の接触面積をより大きくすることができる。その結果、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性をより一層向上できる。さらに、絶縁樹脂層１０２の半田耐熱性、耐屈曲性、絶縁性をより一層向上できる。
また、このようなアルミナを用いることにより、絶縁樹脂層１０２と金属基板１０１との密着性をより一層向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース基板１００の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
【００４９】
エポキシ樹脂組成物中に含まれる無機充填材（Ｂ）の含有量は、例えば、当該エポキシ樹脂組成物の全固形分１００質量％に対し、７５質量％以上９５質量％以下であり、より好ましくは８０質量％以上９０質量％以下である。無機充填材の含有量を７５質量％以上９５質量％以下と高充填とすることで、無機充填材粒子同士の接触面積が大きくなる。その結果、絶縁樹脂層１０２の熱伝導性を向上でき、電子装置１１（図２参照）の放熱性を向上できる。そのため、電子部品の熱を外部に十分に伝熱させることができる。これにより、耐久性の高い電子装置１１とすることができる。
【００５０】
また、無機充填材（Ｂ）としてアルミナを用いる場合、アルミナ全体１００質量％に対し、第１粒径範囲に属するアルミナの含有量は、好ましくは６５質量％以上８５質量％以下であり、第２粒径範囲に属するアルミナの含有量は、好ましくは１０質量％以上２０質量％以下であり、第３粒径範囲に属するアルミナの含有量は、好ましくは５質量％以上１８質量％以下である。
【００５１】
エポキシ樹脂組成物は、さらにフェノキシ樹脂（Ｃ）を含むことが好ましい。フェノキシ樹脂（Ｃ）を含むことにより、絶縁樹脂層１０２の耐屈曲性を向上できるため、アルミナ（Ｂ）を高充填することによる絶縁樹脂層１０２のハンドリング性の低下を抑制することができる。
また、フェノキシ樹脂（Ｃ）を含むことにより、絶縁樹脂層１０２の弾性率を低下させることが可能となり、その場合には金属ベース基板１００の応力緩和力を向上させることができる。例えば、電子装置１を製造した場合、急激な加熱／冷却の環境下においても、電子部品と金属ベース基板１００を接合する半田接合部、またはその近傍で、クラック等の不良が発生することがより抑制されることになる。このように金属ベース基板１００のヒートサイクル特性をより向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂（Ｃ）を含むと、粘度上昇により、プレス時の流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制することができる。また、絶縁樹脂層１０２と金属基板１０１との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、金属ベース基板１００の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
【００５２】
フェノキシ樹脂（Ｃ）としては、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
【００５３】
これらの中でも、ビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型のフェノキシ樹脂を用いるのが好ましい。ビスフェノールＡ骨格とビスフェノールＦ骨格を両方有するフェノキシ樹脂を用いても良い。
【００５４】
フェノキシ樹脂（Ｃ）の重量平均分子量は、とくに限定されないが、４．０×１０４以上８．０×１０４以下が好ましい。
なお、フェノキシ樹脂（Ｃ）の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定したポリスチレン換算の値である。
【００５５】
フェノキシ樹脂（Ｃ）の含有量は、例えば、エポキシ樹脂組成物の全固形分１００質量％に対し、好ましくは１質量％以上１５質量％以下、より好ましくは２質量％以上１０質量％以下である。
【００５６】
硬化剤（Ｄ）（硬化触媒）としては、例えばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；ジシアンジアミド、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシリレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、イソフォロンジアミン、ノルボルネンジアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン等のアミン系硬化剤；２−フェニル−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−エチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシイミダゾール等のイミダゾール系硬化剤；トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２−ビス−（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸等、またはこの混合物が挙げられる。硬化剤（Ｄ）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
これらの中でも、接着性に優れ、かつ比較的低温で反応し、耐熱性が優れた硬化物が得られる点で、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤が好ましい。
【００５７】
硬化剤（Ｄ）の含有量は、とくに限定されないが、エポキシ樹脂組成物の全固形分１００質量％に対し、例えば、０．０５質量％以上３．０質量％以下である。
【００５８】
さらに、エポキシ樹脂組成物は、カップリング剤（Ｅ）を含んでもよい。カップリング剤（Ｅ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と無機充填材（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
【００５９】
カップリング剤（Ｅ）としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
カップリング剤（Ｅ）の添加量は無機充填材（Ｂ）の比表面積に依存するので、とくに限定されないが、無機充填材（Ｂ）１００質量部に対して０．０５質量部以上３質量部以下が好ましく、とくに０．１質量部以上２質量部以下が好ましい。
【００６０】
エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
【００６１】
次に、エポキシ樹脂組成物の物性について説明する。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は以下のような粘度挙動を有することが好ましい。動的粘弾性測定装置を用いて、当該エポキシ樹脂組成物を６０℃から昇温速度３℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚで溶融状態まで昇温したときに、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ、最低溶融粘度が１×１０３Ｐａ・ｓ以上１×１０５Ｐａ・ｓ以下の範囲内である。
最低溶融粘度が上記下限値以上であると、エポキシ樹脂（Ａ）と無機充填材（Ｂ）とが分離し、エポキシ樹脂（Ａ）のみが流動してしまうことを抑制でき、より均質な絶縁樹脂層１０２を得ることができる。
また、最低溶融粘度が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂組成物の金属基板１０１への濡れ性を向上でき、絶縁樹脂層１０２と金属基板１０１との密着性をより一層向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース基板１００の放熱性および絶縁破壊電圧をより一層向上できる。さらに、金属ベース基板１００のヒートサイクル特性をより一層向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、好ましくは最低溶融粘度に到達する温度が６０℃以上１００℃以下の範囲内である。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、フロー率が好ましくは１５％以上６０％未満である。フロー率は、以下の手順で測定することができる。まず、本実施形態のエポキシ樹脂組成物により形成された樹脂層を有する金属箔を所定のサイズ（５０ｍｍ×５０ｍｍ）に裁断後５〜７枚積層し、その重量を測定する。次に、内部温度を１７５℃に保持した熱盤間で５分間プレスした後冷却し、流れ出た樹脂を丁寧に落として再び重量を測定する。フロー率は次式（Ｉ）により求めることができる。
フロー率（％）＝（測定前重量−測定後重量）／（測定前重量−金属箔重量） （Ｉ）
このような粘度挙動を有すると、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化して絶縁樹脂層１０２を形成する際に、エポキシ樹脂組成物中に空気が侵入するのを抑制できるとともに、エポキシ樹脂組成物中に溶けている気体を十分に外部に排出できる。その結果、絶縁樹脂層１０２に気泡が生じてしまうことを抑制でき、絶縁樹脂層１０２から金属基板１０１へ確実に熱を伝えることができる。また、気泡の発生が抑制されることにより、金属ベース基板１００の絶縁信頼性を高めることができる。また、絶縁樹脂層１０２と金属基板１０１との密着性を向上できる。
これらの相乗効果により、金属ベース基板１００の放熱性をより一層向上でき、その結果、金属ベース基板１００のヒートサイクル特性をより一層向上させることができる。
【００６３】
このような粘度挙動を有するエポキシ樹脂組成物を実現するためには、例えば、前述したエポキシ樹脂（Ａ）の種類や量、無機充填材（Ｂ）の種類や量、フェノキシ樹脂（Ｃ）の種類や量を適宜調整すればよい。特に、ナフタレン型エポキシ樹脂等の流動性の良い樹脂を使うことにより、上記のような粘度特性が得られやすい。
【００６４】
次に、絶縁樹脂層１０２の物性について説明する。
絶縁樹脂層１０２は、高い熱伝導性を有する。具体的には、レーザーフラッシュ法により測定される、絶縁樹脂層１０２の厚み方向の熱伝導率が３．０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好ましく、５．０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることがより好ましい。
これにより、電子部品からの熱を、絶縁樹脂層１０２を介して、金属基板１０１に伝達させやすくすることができる。
【００６５】
また、絶縁樹脂層１０２は、剛性が高まり、絶縁樹脂層１０２の反りを低減でき、その結果、電子部品の金属ベース基板１００に対する位置ずれを抑制でき、電子部品と金属ベース基板１００との間の接続信頼性をより一層高めることができる観点から、好ましくはガラス転移温度が１００℃以上１５０℃以下である。絶縁樹脂層１０２のガラス転移温度は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に基づいて、以下のようにして計測できる。
動的粘弾性測定装置（ティー・エイ・インスツルメント社製ＤＭＡ／９８３）を用いて窒素雰囲気（２００ｍｌ／分）のもと引っ張り荷重をかけて、周波数１Ｈｚ、−５０℃から３００℃の温度範囲を昇温速度５℃／分の条件で測定し、ｔａｎδのピーク位置よりガラス転移温度Ｔｇを得る。
【００６６】
また、絶縁樹脂層１０２の２５℃の弾性率（貯蔵弾性率）Ｅ'は、剛性が高まり、絶縁樹脂層１０２の反りを低減でき、その結果、電子部品の回路基板に対する位置ずれを抑制でき、電子部品と回路基板との間の接続信頼性をより一層高めることができる観点から、３０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下であることが好ましい。
なお、上記貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置で測定したものである。
貯蔵弾性率Ｅ'は、絶縁樹脂層１０２に引張り荷重をかけて、周波数１Ｈｚ、昇温速度５〜１０℃／分で−５０℃から３００℃で測定した際の、２５℃の貯蔵弾性率の値である。
【００６７】
＜金属ベース基板の製造方法＞
以上のような金属ベース基板１００は、たとえば、以下のようにして製造することができる。
すなわち、本実施形態の金属ベース基板１００は、まず樹脂層付きキャリア材料を作製し、この樹脂層付きキャリア材料を金属基板１０１に積層する。
【００６８】
まず、キャリア材料上に樹脂層を形成し、樹脂層付きキャリア材料を得る。
キャリア材料は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム；銅箔等の金属箔等である。キャリア材料の厚みは、たとえば、１０〜５００μｍである。
【００６９】
次いで、樹脂層付きキャリア材料の樹脂層側の面が金属基板１０１の表面に接するように樹脂層付きキャリア材料を金属基板１０１に積層する。その後、プレス等を用い樹脂層を加圧・加熱硬化させて樹脂層をＢステージ状態とする。
【００７０】
次いで、Ｂステージ状態の樹脂層からキャリア材料を除去し、露わになった樹脂層の表面に金属層１０３を形成する。なお、キャリア材料として銅箔を用いる場合は、このキャリア材料をそのまま金属層１０３とすることができる。
なお、樹脂層と金属基板１０１、あるいは樹脂層と金属層１０３との間には、接着層等の他の層が介在していてもよい。
その後、樹脂層を後硬化することにより、絶縁樹脂層１０２を形成する。
【００７１】
また、キャリア材料として銅箔を用い、当該金属箔をそのまま金属層１０３とする場合、金属層１０３はロールから押し出された銅箔とすることができる。
このようにすることで、生産効率の向上を図ることができる。
【００７２】
＜金属ベース回路基板＞
得られた金属ベース基板１００を、金属層１０３を所定のパターンにエッチング等することによって、回路加工することができ、金属ベース回路基板を得ることができる。
また、最外層にソルダーレジスト１０（図２参照）を形成し、露光・現像により電子部品が実装できるよう接続用電極部を露出してもよい。
【００７３】
＜電子装置＞
本実施形態の金属ベース回路基板上に電子部品を設けることにより電子装置１１を得ることができる。
本実施形態において、電子装置１１は半導体装置であり、たとえば、パワー半導体装置、ＬＥＤ照明、インバーター装置である。
ここで、インバーター装置とは、直流電力から交流電力を電気的に生成する（逆変換する機能を持つ）ものである。また、パワー半導体装置とは、通常の半導体素子に比べて高耐圧化、大電流化、高速・高周波化されている特徴を有し、一般的にはパワーデバイスと呼ばれ、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、トライアック等が挙げられる。
電子部品は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等の半導体素子、抵抗、コンデンサ等の各種発熱素子である。金属ベース基板１００はヒートスプレッターとして機能する。
【００７４】
ここで、電子装置１１の一例について、図２を参照しながら説明する。
本実施形態の電子装置１１において、金属ベース回路基板の金属層１０３ａ上に、接着層３を介してＩＣチップ２が搭載されている。ＩＣチップ２はボンディングワイヤー７を介して金属層１０３ｂに導通されている。
また、ＩＣチップ２、ボンディングワイヤー７、金属層１０３ａ、１０３ｂは封止材６により封止されている。
【００７５】
また、電子装置１１においては、チップコンデンサ８およびチップ抵抗９が金属層１０３上に搭載されている。これらのチップコンデンサ８およびチップ抵抗９は従来から公知のものを使用することができる。
【００７６】
また、電子装置１１の金属基板１０１は熱伝導グリス４を介して、放熱フィン５に接続されている。すなわち、ＩＣチップ２の発した熱を、接着層３、金属層１０３ａ、絶縁樹脂層１０２、金属基板１０１、熱伝導グリス４とを介して、放熱フィン５へと伝導させ、除熱を行うことができる。
【００７７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例では、部はとくに特定しない限り、質量部を表す。また、それぞれの厚みは平均膜厚で表される。
【００７９】
［エポキシ樹脂組成物Ａの調製］
ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格を有するフェノキシ樹脂（三菱化学社製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）３．９質量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、８３０Ｓ、エポキシ当量１７０）３．０質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＨＰ−６０００、エポキシ当量２５０：化学式（１０）において、Ｒがいずれも水素原子で、ｎ＝１である成分とｎ＝２である成分との混合物）３．０質量部、ジシアンジアミド（デグサ社製）０．３質量部、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン社製、ＫＢＭ−４０３）１．３質量部、球状アルミナ（平均粒子径２２μｍ、円形度：０．９１、新日鉄住金マテリアルズ社製、ＡＸ−２５）６７．３質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径４μｍ、円形度：０．７５、日本軽金属社製、ＬＳ−２１０）１３．２質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径０．７μｍ、円形度：０．７１、日本軽金属社製、ＬＳ−２５０）８．０質量部、をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、固形分基準で８６質量％のワニス状のエポキシ樹脂組成物Ａを得た。
なお、アルミナの円形度は、Ｓｙｓｍｅｘ社製のフロー式粒子像解析装置「ＦＰＩＡ−３０００」を用い測定した。測定試料は、蒸溜水５０〜１００ｍｌに界面活性剤を適正量添加し、これにアルミナ粒子１０〜２０ｍｇを添加した後、超音波分散器で１分間分散処理することにより作製した。円形度は、フロー式粒子像解析装置「ＦＰＩＡ−３０００」が、一個の粒子投影像の周囲長と粒子投影像の面積に相当する円の周囲長を解析し、次式により円形度を求め、２００００個当たりの平均値を自動算出したものである。また、以下に示すエポキシ樹脂組成物Ｂ〜Ｄについても、同様の条件にて測定を実施している。
円形度＝（粒子投影像の面積に相当する円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
【００８０】
［エポキシ樹脂組成物Ｂの調製］
ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格を有するフェノキシ樹脂（三菱化学社製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）３．９質量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、８３０Ｓ、エポキシ当量１７０）３．０質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＨＰ−６０００、エポキシ当量２５０：化学式（１０）において、Ｒがいずれも水素原子で、ｎ＝１である成分とｎ＝２である成分との混合物）３．０質量部、ジシアンジアミド（デグサ社製）０．３質量部、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン社製、ＫＢＭ−４０３）１．３質量部、球状アルミナ（平均粒子径１６μｍ、円形度：０．９３、昭和電工社製、ＣＢ−Ｐ１５）６７．３質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径４μｍ、円形度：０．７５、日本軽金属社製、ＬＳ−２１０）１３．２質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径０．７μｍ、円形度：０．７１、日本軽金属社製、ＬＳ−２５０）８．０質量部、をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、固形分基準で８６質量％のワニス状のエポキシ樹脂組成物Ｂを得た。
【００８１】
［エポキシ樹脂組成物Ｃの調製］
ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格を有するフェノキシ樹脂（三菱化学社製、４２７５、重量平均分子量６．０×１０４、ビスフェノールＦ骨格とビスフェノールＡ骨格の比率＝７５：２５）３．９質量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、８３０Ｓ、エポキシ当量１７０）３．０質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＨＰ−６０００、エポキシ当量２５０：化学式（１０）において、Ｒがいずれも水素原子で、ｎ＝１である成分とｎ＝２である成分との混合物）３．０質量部、ジシアンジアミド（デグサ社製）０．３質量部、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン社製、ＫＢＭ−４０３）１．３質量部、球状アルミナ（平均粒子径８μｍ、円形度：０．８９、電気化学工業社製、ＤＡＷ−０７５）６６．４質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径３μｍ、円形度：０．７９、住友化学社製、スミコランダムＡＡ−３）８．８質量部、多面体状アルミナ（平均粒子径０．４μｍ、円形度：０．７９、住友化学社製、スミコランダムＡＡ−０４）１３．３質量部、をシクロヘキサノンに溶解・混合させ、高速撹拌装置を用い撹拌して、固形分基準で８６質量％のワニス状のエポキシ樹脂組成物Ｃを得た。
【００８２】
［エポキシ樹脂組成物Ｄの調製］
実施例１のナフタレン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＨＰ−６０００、エポキシ当量２５０：化学式（１０）において、Ｒがいずれも水素原子で、ｎ＝１である成分とｎ＝２である成分との混合物）の代わりにビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＬ６１２１Ｈ、エポキシ当量１７５：下記化学式において、Ｒ＝ＨとＲ＝ＣＨ３の化合物が１：１となる混合物）に置きかえた以外は同様にしてワニス状のエポキシ樹脂組成物Ｄを得た。
【００８３】
【化１４】
2015207668.tif 000016
【００８４】
（実施例１）
［金属ベース基板の作製］
金属箔として、厚さ２１０μｍの銅箔（ＪＸ日鉱日石金属社製、ＪＴＣ−２１０）を用い、銅箔の粗化面にワニス状のエポキシ樹脂組成物Ａをコンマコーターにて塗布し、１００℃で３分、１５０℃で３分加熱乾燥し、樹脂厚８０μｍの樹脂付き銅箔を得た。
上記樹脂付き銅箔と、厚さ４．５ｍｍの炭化珪素含有アルミニウム合金板（東金属産業社製、デュラルキャン２０％（熱膨張係数：１７．５ｐｐｍ／Ｋ））を張り合わせ、真空プレスで、プレス圧１００ｋｇ／ｃｍ２で８０℃３０分、１８０℃６０分の条件下でプレスし、金属ベース基板を得た。
【００８５】
（実施例２）
エポキシ樹脂組成物Ａをエポキシ樹脂組成物Ｂに変更した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００８６】
（実施例３）
エポキシ樹脂組成物Ａをエポキシ樹脂組成物Ｃに変更した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００８７】
（実施例４）
エポキシ樹脂組成物Ａをエポキシ樹脂組成物Ｄに変更した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００８８】
（実施例５）
樹脂付き銅箔を得た後に、厚さ４．５ｍｍの炭化珪素含有アルミニウム合金板（東金属産業社製、デュラルキャン３０％（熱膨張係数：１４．４ｐｐｍ／Ｋ））を張り合わせて加熱・加圧した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００８９】
（比較例１）
樹脂付き銅箔を得た後に、厚さ５００μｍのアルミニウム板（日本軽金属社製、＃５０５２（熱膨張係数：２３．８ｐｐｍ／Ｋ））を張り合わせて加熱・加圧した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００９０】
（比較例２）
樹脂付き銅箔を得た後に、厚さ５００μｍのステンレス板（ＳＵＳ４０３製、熱膨張係数：９．９ｐｐｍ／Ｋ）を張り合わせて加熱・加圧した以外は、実施例１と同様に金属ベース基板を得た。
【００９１】
実施例１〜５および比較例１〜２で得られた金属ベース基板について、以下の評価を行った。評価結果は表１に示した通りである。
【００９２】
（１）反り評価
金属ベース基板を１０ｃｍ×１０ｃｍにグラインダーソーやウォータージェットソーでカットした後、得られた試料を、−４０℃３０分〜＋１２５℃３０分を１サイクルとして３０００サイクル処理し、当該処理の前後の反り量を測定した。具体的には、凸面を上に定盤に乗せ、定盤面と試料の最大距離を測定した。この最大距離が０．８ｍｍ未満であるものを○、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ未満であるものを△、１．５ｍｍ以上であるものを×として評価した。
【００９３】
（２）ヒートサイクル試験
実施例１〜５および比較例１〜２で得られた金属ベース基板上に、絶縁シート、Ｃｕ製のリードフレームを配置した。絶縁シートとしては古河電工社製のエフコＴＭシートＨＦを使用した。その後、リードフレームのダイパッド部と、電子部品とを半田（材料Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ）を介して接合した。
以上のようにして、電子装置３個を用意して、ヒートサイクル試験を実施した。ヒートサイクル試験は、−４０℃５分〜＋１２５℃５分を１サイクルとして３０００回行なった。ヒートサイクル試験後、顕微鏡で半田部分のクラック率を観察した。
電子装置３個のうち１つでもクラック率が１００％となったものがある場合を不良（×）とし、電子装置３個のいずれもがクラック率が１００％未満のものを良好（○）と判定した。
ここで、半田部分のクラック率とは、部品接合部の半田部分のクラック進行率をいう。クラックが進み基板との接続が完全に断線した場合を１００％とした比率である。
【００９４】
【表１】
2015207668.tif 000017
【００９５】
表１にて示されたように、実施例１〜５によって得られた金属ベース基板は、発明は温度変化の大きい過酷な環境に置いた際にも十分に反りが抑制された。
【符号の説明】
【００９６】
２          ＩＣチップ
３          接着層
４          熱伝導グリス
５          放熱フィン
６          封止材
７          ボンディングワイヤー
８          チップコンデンサ
９          チップ抵抗
１０        ソルダーレジスト
１１        電子装置
１００      金属ベース基板
１０１      金属基板
１０２      絶縁樹脂層
１０３      金属層
１０３ａ    金属層
１０３ｂ    金属層
【図１】
2015207668.tif 000018
【図２】
2015207668.tif 000019