(57)【要約】  高放熱、高信頼性を有する窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を提供する。  平均長径が５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％を含有してなる、板厚が０．２〜１．５ｍｍの板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の両主面に、銅又はアルミニウムの金属回路が接着されてなる、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ１）と金属回路の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ２）の比（ＣＴＥ１／ＣＴＥ２）が０．５〜２．０であることを特徴とする窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
2015022956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均長径が５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％を含有してなる、板厚が０．２〜１．５ｍｍの板状の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の両主面に、銅、アルミニウム又はその合金の金属回路が接着されてなる、前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ１）と前記金属回路の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ２）の比（ＣＴＥ１／ＣＴＥ２）が０．５〜２．０であることを特徴とする窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項２】
前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の粉末Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ、Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）が４．０以下である請求項１に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項３】
前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の強度が１０〜７０ＭＰａ、板厚方向の熱伝導率が１０〜１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である請求項１又は請求項２に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項４】
前記樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項５】
前記金属回路の板厚が０．０５〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項６】
前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体と前記金属回路の間の接着層が、エポキシ樹脂と無機フィラーからなるエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板であって、前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の少なくとも一主面の金属回路の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ａと前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ｂの比（Ａ／Ｂ）が１以上であることを特徴とする窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を用いることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項９】
平均長径５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の一主面に接着層を介して厚さが０．０３〜３．０ｍｍからなる金属回路を形成し、裏面に接着層を介して厚さが２．０〜７．０ｍｍからなる金属放熱板を形成してなる窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
【請求項１０】
前記金属回路及び前記金属放熱板が、銅、アルミニウム又はその合金からなることを特徴とする請求項９に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
【請求項１１】
前記金属回路と前記金属放熱板が異なる金属であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
【請求項１２】
前記樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の板厚方向の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以上であり、面方向の温度２５〜２００℃の線熱膨張率が１２〜３０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
【請求項１３】
請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板を用いることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱特性および優れた耐熱サイクル特性を兼ね備えた回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイス、両面放熱トランジスタ、サイリスタ、ＣＰＵ等の発熱性電子部品においては、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題となっている。従来から、このような放熱対策としては、（１）発熱性電子部品を実装するプリント配線板の絶縁層を高熱伝導化する、（２）発熱性電子部品又は発熱性電子部品を実装したプリント配線板を電気絶縁性の熱インターフェース材（ＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を介してヒートシンクに取り付ける、ことが一般的に行われてきた。プリント配線板の絶縁層及び熱インターフェース材としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂にセラミックス粉末を添加して硬化させた放熱部材が使用されている。【０００３】
近年、発熱性電子部品内の回路の高速・高集積化、及び発熱性電子部品のプリント配線板への実装密度の増加に伴って、電子機器内部の発熱密度及び精密化が年々増加している。そのため、従来にも増して高い熱伝導率を有し、薄く強度のある放熱部材が求められてきている。【０００４】
更に、エレベーター、車両、ハイブリッドカー等といったパワーモジュール用途には、熱伝導率やコスト、安全性等の点から、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックス基板が利用されている。これらのセラミックス基板は、銅やアルミニウム等の金属回路板や放熱板を接合し回路基板として用いられる。これらは、樹脂基板や樹脂層を絶縁材とする金属基板に対し、優れた絶縁性および放熱性等を有することから、高放熱性電子部品を搭載するための基板として使用されている。近年では、半導体素子の高集積化、高周波化、高出力化等に伴う半導体素子からの発熱量の増加に対し、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体や窒化ケイ素焼結体のセラミックス基板が使用されている。特に、窒化アルミニウム基板は、窒化ケイ素基板と比較して熱伝導率が高いため、高放熱性電子部品を搭載するためのセラミックス回路基板として好適である。【０００５】
しかし、窒化アルミニウム基板は、高い熱伝導率を有する反面、機械的強度や靭性等が低いことから、アセンブリ工程での締付により割れが発生する、熱サイクルが付加された際にクラックが発生し易い等の難点を有している。特に、自動車や電気鉄道、工作機械やロボット等の苛酷な荷重、熱的条件下で適用されるパワーモジュールに使用する場合には、この難点が顕著となってきている。このため、電子部品搭載用のセラミックス基板としては、機械的な信頼性の向上が求められ、窒化アルミニウム基板より熱伝導率は劣るものの、機械的強度や靭性に優れる窒化ケイ素基板が注目されている。一方で、これらのセラミックス回路基板は、樹脂基板や樹脂層を絶縁材とする金属基板に対し、高価であり用途が限定されている。【０００６】
以上のような背景により、（１）高熱伝導率、（２）高絶縁性等、電気絶縁材料として優れた性質を有している六方晶窒化ホウ素（ｈｅｘａｇｏｎａｌ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）粉末が注目されている。しかし、窒化ホウ素は、面内方向（ａ軸方向）の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対して、厚み方向（ｃ軸方向）の熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、結晶構造と鱗片形状に由来する熱伝導率の異方性が大きい。そのため、例えば、熱インターフェース材の製造時に、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）と熱インターフェース材の厚み方向が垂直になり、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）の高熱伝導率を十分に活かすことができなかった。一方、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）と熱インターフェース材の厚み方向と平行にすることで、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）の高熱伝導率を達成できるが、厚み方向に対する応力に弱いという欠点が挙げられる。【０００７】
特許文献１ではセラミックスや金属などの高剛性粒子が体積割合において４〜９割であり、且つ３次元的に互いに接触した樹脂複合材およびその製造方法が開示されている。そして、ワイヤーソーローラーに代表される摺動部材や歯車などの機械部品において好適に用いることができることが記載されている。【０００８】
また、特許文献２では少なくともフォルステライト及び窒化ホウ素を主成分として含み、窒化ホウ素が一方向に配向している焼結体であるセラミックス部材、セラミックス部材を用いて形成されるプローブホルダ、及びセラミックス部材の製造方法が開示されている。そして、半導体検査や液晶検査に用いられるマイクロコンタクタにおいて、検査対象の回路構造と検査用の信号を送出する回路構造とを電気的に接続するプローブを挿入するプローブホルダの材料として好適に用いることができることが記載されている。【０００９】
特許文献３では、形状または熱伝導率の異方性の大きい充填材を、熱硬化性樹脂材料に混合して分散させ、前記熱硬化性樹脂を硬化させ、硬化した熱硬化性樹脂を粉砕し、充填材の分散した熱硬化性樹脂を熱可塑性樹脂と混合して成形体用樹脂組成物とし、該樹脂組成物を加熱して軟化させ所望の形状に成形する方法が開示されている。【００１０】
特許文献４、５では、窒化アルミ−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ＢＮ）、アルミナ−窒化硼素複合体（Ａｌ２Ｏ３−ＢＮ）、酸化ジルコン−窒化硼素複合体（ＺｒＯ２−ＢＮ）、窒化珪素−窒化硼素複合体（Ｓｉ３Ｎ４−ＢＮ）、六方晶窒化硼素（ｈ−ＢＮ）、β−ウォラストナイト（β−ＣａＳｉＯ３）、雲母およびシラスからなる群から選択されたもの無機連続気孔体に熱硬化性樹脂（ＩＩ）を含浸し、硬化させた板状体とすることを特徴とするプリント配線用基板の製造法が開示されている。そして、高周波用や半導体チップの直接搭載用などとして好適に用いることができることが記載されている。【００１１】
特許文献６では、多孔質ポリイミドシートを出発原料として合成された三次元骨格構造を持ち、グラファイト構造を持つＢ−Ｃ−Ｎ系の多孔体と、その気孔部に樹脂を含浸して複合材料とした放熱材料について開示されている。通常の炭素多孔体に樹脂を含浸させたものよりも熱抵抗が小さく、多孔体をｈ−ＢＮに転化させることで絶縁性の複合材料となり、熱抵抗が小さく絶縁性が必要とされる電子部品の冷却用材料として有望であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２１２３０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５１４９号公報
【特許文献３】特開２００８−２４８０４８号公報
【特許文献４】特開平５−２９１７０６号公報
【特許文献５】特開平６−１５２０８６号公報
【特許文献６】特開２０１０−１５３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１の方法ではセラミックスや金属などが３次元的に互いに接触させた成形物に対して、樹脂を含浸させることで耐摩耗性や電気絶縁性の向上を図っているが、熱伝導率を含む放熱材に関する記載技術は見当たらず、待望されている。【００１４】
特許文献２では、少なくともフォルステライト及び窒化ホウ素を主成分として含み、窒化ホウ素が一方向に配向している焼結体であるセラミックス部材、セラミックス部材を用いて形成されるプローブホルダ、及びセラミックス部材の製造方法が提案されている。快削性と共にシリコンに近い熱膨張係数を有し、高い強度を備えたセラミックス部材が提案されているが、熱伝導率を含む放熱材に関する記載技術は見当たらず、待望されている。【００１５】
特許文献３の方法では、熱伝導率は最高５．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いことに加え、一旦作成した熱硬化性樹脂を粉砕し、再度混合・軟化させる過程を経るため、不純物の混入や樹脂の軟化状態の均一性に起因する信頼性の観点で課題があった。【００１６】
特許文献４、５では、焼結他窒化ホウ素単体への樹脂含浸の記載はなく、熱伝導率は最高４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）でありながら曲げ強度が２８ＭＰａと低く、高熱伝導率と高強度の実現が困難である。【００１７】
特許文献６では、シートの厚みが１００μｍ以下であり、樹脂の軟化状態の均一性や耐湿状態における窒化ホウ素に起因する信頼性の観点で課題があった。【００１８】
従来技術の放熱部材は、窒化ホウ素等のセラミックス粉末と樹脂の混合工程、押し出し成形工程やコーティング工程、加熱プレス工程等を経て製造されているため、窒化ホウ素の一次粒子の間に樹脂層が介在し、３次元的に窒化ホウ素を接触させた構造を有することが困難であるため、熱伝導率の向上には限界があった。また、球状粒子である酸化アルミニウム粉末や酸化ケイ素粉末等を用いた場合においても、これらセラミックス粉末は熱伝導率が２０〜３０Ｗ／ｍＫ程度と窒化ホウ素に比べて低いことに加え、粒子が硬質であるため装置や金型を摩耗させる問題があった。また、従来技術で製造される放熱部材では、熱伝導率を高めるために窒化ホウ素等のセラミックス粉末の充填量を６０重量％程度まで増加させる必要があるが、本手法はコストの増大を招くため、放熱部材のコストと性能と両立することが困難であった。また、結晶構造が三次元網目構造であり、開放気孔を有するセラミックスに樹脂を含浸した加工性、強度に優れる回路基板の製造方法は公知である。しかし、熱伝導率を付与する場合には窒化ホウ素等を添加するとの記載はあるものの、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）の４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高熱伝導率を積極的に活かすという技術の提案はなかった。そのため現在まで実現されてきた放熱部材の熱伝導率は低く、年々高くなる市場要求を満たす放熱特性を実現することは困難であった。【００１９】
（第１観点）
これらの課題に対し、本発明の第１観点では放熱を重視したものであり、複合化により熱伝導率と強度を改善している。具体的には窒化ホウ素焼結体内部の空隙に樹脂を含浸し、板状に切り出して放熱部材を製造することで、配向を任意の方向に制御することが可能となり、熱伝導率に優れた任意の厚みの放熱部材を作製する事が容易となり、湿度や熱サイクルに対する高い信頼性が得られる放熱部材の作成が可能である。また、窒化ホウ素の充填量が比較的低い場合においても、３次元的に窒化ホウ素を接触させた構造を有する為に熱伝導率に優れた放熱部材を作成することが可能である。しかし、このような観点に立った技術の提案は今まで見られない。【００２０】
本発明の第１観点は、パワーデバイスなどの発熱性電子部品の放熱部材として好適に用いられ、特に自動車等のパワーモジュールに用いられる、熱伝導率・強度・湿度や熱サイクルに対する信頼性に優れた放熱部材を提供することにある。【００２１】
（第２観点）
これらの課題に対し、本発明の第２観点では市場要求を満たす放熱特性に加えて、セラミックス基板に必要不可欠な耐熱サイクル特性及び耐衝撃特性も重視したものである。（１）放熱特性の面では、窒化ホウ素の一次粒子同士が３次元的に接触・結合した窒化ホウ素焼結体を使用することで一次粒子の面内方向（ａ軸方向）の４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高熱伝導率を十分に活かし、且つ樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を板状に加工する際の切り出し方向により、窒化ホウ素の一次粒子の配向を任意の方向に制御し、熱伝導率に優れた任意の厚みの放熱部材を実現する。（２）耐熱サイクル特性の面では、窒化ホウ素焼結体と樹脂を複合化し、さらに窒化ホウ素と樹脂の割合（体積％）を制御することで、回路基板とした際の金属回路と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の線熱膨張係数のミスマッチに由来する熱応力を低減する。さらに、窒化ホウ素のヤング率は窒化ケイ素より小さいことから、熱サイクルの際の熱応力はさらに低減し、高い信頼性（金属回路の剥離防止）を実現する。（３）耐衝撃特性の面では、窒化ホウ素焼結体と樹脂の複合化、さらに金属回路の面積を適正化することにより、回路基板とした際の振動や落下による樹脂含浸窒化ホウ素焼結体へのクラック発生を防止し、高い信頼性（絶縁性の低下防止）を実現する。以上のような観点に立ち、放熱特性、耐熱サイクル特性及び耐衝撃特性を改善した技術の提案は今まで見られない。【００２２】
本発明の第２観点の目的は、パワーデバイスなどの発熱性電子部品の放熱部材として好適に用いられ、特に自動車等のパワーモジュールに用いられる、放熱特性、耐熱サイクル特性、特に耐衝撃特性に優れた放熱部材を提供することにある。【００２３】
（第３観点）
これらの課題に対し、本発明の第３観点では、上述した窒化ホウ素焼結体の特徴を生かし窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の裏面を金属回路が金属放熱板に具備されたものではなく、金属回路と金属放熱板を一体型とすることで、金属回路と放熱板金属との膨張収縮の影響を根本からなくすことが可能となる。更に、一主面の金属回路と裏面の一体型金属放熱板に異なる金属を用いた場合には、軽量化及び工程簡略化を実現する。さらに、窒化ホウ素のヤング率は窒化ケイ素より小さいことから、熱サイクルの際の熱応力はさらに低減し、高い信頼性（金属回路の剥離防止）をも実現する。【００２４】
本発明の第３観点の目的は、パワーデバイスなどの発熱性電子部品の放熱部材として好適に用いられ、特に自動車等のパワーモジュールに用いられる、放熱特性、耐熱サイクル特性、耐衝撃特性に優れた放熱部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するために、本発明においては、以下の手段を採用する。
（第１観点）
（１）平均長径が５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％を含有してなる、板厚が０．２〜１．５ｍｍの板状の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の両主面に、銅、アルミニウム又はその合金の金属回路が接着されてなる、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ１）と金属回路の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ２）の比（ＣＴＥ１／ＣＴＥ２）が０．５〜２．０であることを特徴とする窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（２）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の粉末Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ、Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）が４．０以下である前記（１）に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（３）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の強度が１０〜７０ＭＰａ、板厚方向の熱伝導率が１０〜１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である前記（１）又は（２）に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（４）樹脂が熱硬化性樹脂である前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（５）金属回路の板厚が０．０５〜１．５ｍｍであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（６）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体と金属回路の間の接着層が、エポキシ樹脂と無機フィラーからなるエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（７）前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を用いることを特徴とするパワーモジュール。【００２６】
（第２観点）
（１）平均長径が５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％を含み、板厚が０．２〜１．５ｍｍの板状の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の両主面に銅、アルミニウム又はその合金からなる金属回路が接着されてなる窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板であり、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の少なくとも一主面の金属回路の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ａと板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ｂの比（Ａ／Ｂ）が１以上であり、且つ板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ１）と金属回路の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ２）の比（ＣＴＥ１／ＣＴＥ２）が０．５〜２．０であることを特徴とする窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（２）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の粉末Ｘ線回折法による黒鉛化指数（ＧＩ、Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）が４．０以下であることを特徴とする前記（１）に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（３）金属回路の板厚が０．０５〜１．５ｍｍであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（４）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の強度が１０〜７０ＭＰａ、板厚方向の熱伝導率が１０〜１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（５）樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（６）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体と金属回路の間の接着層が、エポキシ樹脂と無機フィラーからなるエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板。
（７）前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を用いることを特徴とするパワーモジュール。【００２７】
（第３観点）
（１）平均長径５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した窒化ホウ素焼結体３０〜８５体積％と、樹脂７０〜１５体積％の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の一主面に接着層を介して厚さが０．０３〜３．０ｍｍからなる金属回路を形成し、裏面に接着層を介して厚さが２．０〜７．０ｍｍからなる金属放熱板を形成してなる窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
（２）金属回路及び金属放熱板が、銅、アルミニウム又はその合金からなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
（３）金属回路と金属放熱板が異なる金属であることを特徴とする前記（１）又は（２）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
（４）樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の板厚方向の熱伝導率が２０W/mK以上であり、面方向の温度２５〜２００℃の線熱膨張率が１２〜３０ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板を用いることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の第１観点により、放熱特性および耐熱サイクル特性に優れた回路基板が得られるという効果を奏する。本発明の第２及び第３観点により、放熱特性、耐熱サイクル特性及び耐衝撃特性に優れた回路基板が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１観点にかかる、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の簡単な模式図
【図２】本発明の第２観点にかかる、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の断面図である。
【図３】本発明の第３観点にかかる、窒化ホウ素−樹脂複合体放熱板一体型回路基板の断面図である。
【図４】窒化アルミニウム基板又は窒化ケイ素基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の本発明の実施形態について説明する。以下の説明は、適用される観点を明示しない限りは、第１〜第３観点の何れにも適用可能である。
【００３１】
本発明では、窒化ホウ素焼結体と樹脂からなる複合体を「樹脂含浸窒化ホウ素焼結体」、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の樹脂を灰化させて得た成形体を「窒化ホウ素成形体」と定義する。窒化ホウ素成形体は、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を大気中６５０〜１０００℃で１ｈｒ焼成し、樹脂成分を灰化させることで得ることができる。また、一次粒子同士が焼結により結合した状態で２個以上集合した状態を「窒化ホウ素焼結体」と定義する。焼結による結合は、走査型電子顕微鏡（例えば「ＪＳＭ−６０１０ＬＡ」（日本電子社製））を用いて、窒化ホウ素粒子の断面の一次粒子同士の結合部分を観察することにより評価することができる。観察の前処理として、窒化ホウ素粒子を樹脂で包埋後、ＣＰ（クロスセクションポリッシャー）法により加工し、試料台に固定した後にオスミウムコーティングを行った。観察倍率は１５００倍である。
【００３２】
本発明の窒化ホウ素焼結体は、平均長径が５〜５０μｍの窒化ホウ素粒子が３次元に結合した組織を有し、この窒化ホウ素焼結体に樹脂を含浸させた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を例えば厚さ０．２〜１．５ｍｍの板状にすることにより、従来の技術では達成できなかった、熱伝導率及び強度に優れた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得ることができたものである。この板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は回路基板に好適に用いることができる。このように設計された板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体はこれまで存在せず、高い熱伝導率と高強度を確保するために非常に重要な因子である。
【００３３】
従来技術との大きな違いとして、本発明の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は、窒化ホウ素粒子が焼結により３次元に結合した窒化ホウ素焼結体からなることである。３次元の結合はＳＥＭ等で観察されるような単なる接触ではなく、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の樹脂成分を灰化させて得た窒化ホウ素成形体の３点曲げ強さ及び熱伝導率を測定することにより評価することができる。窒化ホウ素粉末と樹脂とを混合して製造される従来の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は、窒化ホウ素同士の３次元な結合力が弱いため樹脂成分の灰化後に残存した窒化ホウ素は、粉体化して形状を保つことができず、または形状を保った場合においても３点曲げ強さ及び熱伝導率が要求特性を満たさない。
【００３４】
＜平均長径＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体中の窒化ホウ素粒子の平均長径は５〜５０μｍである。５μｍより小さいと窒化ホウ素成形体の気孔径が小さくなり樹脂含浸が不完全状態となるために、窒化ホウ素成形体自身の強度は向上するものの、樹脂による強度増加の効果が小さくなり、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体としての強度は低下する。また、５μｍより小さいと、鱗片状窒化ホウ素粒子同士の接触点数が増加し、結果として樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率が低下する。平均長径の上限については特に制限はないが、鱗片状窒化ホウ素粒子を平均長径を５０μｍ以上にすることは難しく、上限としては、５０μｍ程度が実際的である。
【００３５】
＜平均長径の定義・評価方法＞
平均長径は、観察の前処理として、窒化ホウ素焼結体を樹脂で包埋後、ＣＰ（クロスセクションポリッシャー）法により加工し、試料台に固定した後にオスミウムコーティングを行った。その後、走査型電子顕微鏡、例えば「ＪＳＭ−６０１０ＬＡ」（日本電子社製）にてＳＥＭ像を撮影し、得られた断面の粒子像を画像解析ソフトウェア、例えば「Ａ像くん」（旭化成エンジニアリング社製）に取り込み、測定することができる。この際の画像の倍率は１００倍、画像解析の画素数は１５１０万画素であった。マニュアル測定で、得られた任意の粒子１００個の長径を求めその平均値を平均長径とした。窒化ホウ素成形体も同様に測定を行った。
【００３６】
＜窒化ホウ素焼結体の割合＞
板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体中の窒化ホウ素焼結体は３０〜８５体積％（樹脂は７０〜１５体積％）の範囲内であることが好ましい。３０体積％より小さいと熱伝導率の低い樹脂の割合が増えるため、熱伝導率が低下する。８５体積％より大きいと窒化ホウ素成形体の気孔径が小さくなり樹脂含浸が不完全状態となるために、窒化ホウ素成形体自身の強度は向上するものの、樹脂による強度増加の効果が小さくなり、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体としての強度は低下する。板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体中の窒化ホウ素焼結体の割合（体積％）は、以下に示す窒化ホウ素成形体のかさ密度と気孔率の測定より求めることができる。なお、窒化ホウ素成形体の気孔のすべてに、樹脂が充填されていると見なし、窒化ホウ素成形体の気孔率を樹脂含浸窒化ホウ素焼結体中の樹脂の含有量（体積％）とする。
窒化ホウ素成形体のかさ密度（Ｄ）＝質量／体積
窒化ホウ素成形体の気孔率（体積％）＝（１−（Ｄ／２．２８））×１００＝樹脂の割合
窒化ホウ素焼結体の割合（体積％）＝１００−樹脂の割合
【００３７】
＜配向度及び評価方法＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率の異方性を小さくするためには、窒化ホウ素焼結体の窒化ホウ素結晶の配向度を小さくすることが必要である。本発明の窒化ホウ素焼結体において、Ｉ．Ｏ．Ｐ．（Ｔｈｅ  Ｉｎｄｅｘ  ｏｆ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）で表される配向度は、原料であるアモルファス窒化ホウ素粉末及び六方晶窒化ホウ素粉末粒子の配合量及び成形方法によって制御することができる。窒化ホウ素結晶のＩ．Ｏ．Ｐ．は、焼結体の高さ方向に平行方向から測定した面のＸ線回析の（００２）回析線と（１００）回析線との強度比、および上記焼結体の高さ方向に垂直方向から測定した面のＸ線回析の（００２）回析線と（１００）回析線との強度比から、下式
Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．／（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．
から算出され、Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝１の場合は、試料中の窒化ホウ素結晶の方向がランダムであることを意味する。Ｉ．Ｏ．Ｐ．が１より小さいということは、窒化ホウ素焼結体中の窒化ホウ素結晶の（１００）面、すなわち窒化ホウ素結晶のａ軸が、高さ方向と垂直に配向していることを意味し、Ｉ．Ｏ．Ｐ．が１を超えると、窒化ホウ素焼結体中の窒化ホウ素結晶の（１００）面、すなわち窒化ホウ素結晶のａ軸が、高さ方向と並行に配向していることを意味する。一般に、従来技術によって製造された窒化ホウ素焼結体のＩ．Ｏ．Ｐ．は０．５以下又は２以上である。Ｉ．Ｏ．Ｐ．の測定は、例えば、「Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ  Ｓｕｐｅｒ  Ｓｐｅｅｄ」（ブルカー・エイエックスエス社製）を用いて測定できる。測定は、Ｘ線源はＣｕＫα線を用い、管電圧は４５ｋＶ、管電流は３６０ｍＡである。
【００３８】
＜黒鉛化指数（ＧＩ）＞
黒鉛化指数（ＧＩ：Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）はＸ線回折図の（１００）面、（１０１）面及び（１０２）面のピークの積分強度比すなわち面積比を、ＧＩ＝〔面積｛（１００）＋（１０１）｝〕／〔面積（１０２）〕、によって求めることができる（Ｊ．Ｔｈｏｍａｓ，ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．８４，４６１９（１９６２））。完全に結晶化したものでは、ＧＩは１．６０になるとされているが、高結晶性でかつ粒子が十分に成長した鱗片形状の六方晶窒化ホウ素粉末の場合、粒子が配向しやすいためＧＩはさらに小さくなる。すなわち、ＧＩは鱗片形状の六方晶窒化ホウ素粉末の結晶性の指標であり、この値が小さいほど結晶性が高い。本発明の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体においては、ＧＩは４．０以下が好ましい。ＧＩが４．０より大きいということは、窒化ホウ素一次粒子の結晶性が低いことを意味し、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率が低下する。ＧＩは原料である六方晶窒化ホウ素粉末粒子の配合量、カルシウム化合物の添加量及び焼成温度によって制御することができる。
【００３９】
＜黒鉛化指数（ＧＩ）の評価方法＞
ＧＩは、例えば、「Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ  Ｓｕｐｅｒ  Ｓｐｅｅｄ」（ブルカー・エイエックスエス社製）を用いて測定できる。測定の前処理として、窒化ホウ素焼結体をメノウ乳鉢により粉砕し、得られた粉末をプレス成型した。Ｘ線は、成形体の面内方向の平面の法線に対して、互いに対称となるように照射した。測定時は、Ｘ線源はＣｕＫα線を用い、管電圧は４５ｋＶ、管電流は３６０ｍＡである。
【００４０】
＜強度＞
本発明の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体における強度は三点曲げ強さを用いる。三点曲げ強さは１０〜７０ＭＰａが好ましい。三点曲げ強さが１０ＭＰａより小さいと、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の実装時の放熱材の破壊の原因となり、結果として電気絶縁性の低下、信頼性の低下を招く。上限に関しては、特性上の問題はないが、７０ＭＰａより大きいと、窒化ホウ素粒子同士の結合面積が大きくなることを意味し、焼結体における空隙率が減少する。そのため、樹脂が窒化ホウ素焼結体内部まで完全に含浸させることが困難となり、結果として樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の電気絶縁性が低下する。
【００４１】
＜曲げ強さの評価方法＞
曲げ強さは、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に従って室温（２５℃）で測定する。機器はＳＨＩＭＡＺＵ社製「オートグラフＡＧ２０００Ｄ」を用いることができる。
【００４２】
＜熱伝導率＞
本発明の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の板厚方向の熱伝導率は１０（好ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上である。板厚方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ未満では、得られる窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の放熱特性が十分ではなく好ましくない。熱伝導率の上限に関しては、特性上の制約はないが、例えば１１０Ｗ／ｍＫである。当該複合体の熱伝導率を上げるには、窒化ホウ素粒子の含有量を増加させ且つ窒化ホウ素粒子同士の結合面積を増加させることが必要であり、窒化ホウ素焼結体の空隙率が低下する。その結果、複合化時に樹脂が窒化ホウ素焼結体内部まで完全に含浸させることが困難となり、結果として樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の電気絶縁性が低下する。
【００４３】
＜熱伝導率の評価方法＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率（Ｈ；Ｗ／（ｍ・Ｋ））は、熱拡散率（Ａ：ｍ２／ｓｅｃ）と比重（Ｂ：ｋｇ／ｍ３）、比熱容量（Ｃ：Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））から、Ｈ＝Ａ×Ｂ×Ｃとして、算出した。熱拡散率は、測定用試料として樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚み１．０ｍｍに加工し、レーザーフラッシュ法により求めた。測定装置はキセノンフラッシュアナライザ（「ＬＦＡ４４７  ＮａｎｏＦｌａｓｈ」ＮＥＴＺＳＣＨ社製）を用いた。比重はアルキメデス法を用いて求めた。比熱容量は、ＤＳＣ（「ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ  Ｅｖｏ  ＤＳＣ８２３０」リガク社製）を用いて求めた。
【００４４】
＜窒化ホウ素純度及びその評価方法＞
更に、本発明の窒化ホウ素焼結体においては、その窒化ホウ素純度が９５質量％以上であることが好ましい。窒化ホウ素純度は、窒化ホウ素粉末をアルカリ分解後ケルダール法による水蒸気蒸留を行い、留出液中の全窒素を中和適定することによって測定することができる。
【００４５】
＜窒化ホウ素粉末の平均粒径の定義・評価方法＞
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体の出発原料となる窒化ホウ素粉末の平均粒径は、レーザー回折光散乱法による粒度分布測定において、累積粒度分布の累積値５０％の粒径である。粒度分布測定機としては、例えば「ＭＴ３３００ＥＸ」（日機装社製）にて測定することができる。測定に際しては、溶媒には水、分散剤としてはヘキサメタリン酸を用い、前処理として、３０秒間、ホモジナイザーを用いて２０Ｗの出力をかけて分散処理させた。水の屈折率には１．３３、窒化ホウ素粉末の屈折率については１．８０を用いた。一回当たりの測定時間は３０秒である。
【００４６】
＜窒化ホウ素焼結体の焼結条件＞
更に、本発明の窒化ホウ素焼結体は、１６００℃以上で１時間以上焼結させて製造することが好ましい。焼結を行わないと、気孔径が小さく、樹脂の含浸が困難となる。焼結温度が１６００℃より低いと、窒化ホウ素の結晶性が十分向上せず、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率が低下する恐れがある。焼結温度の上限については、特に制限はないが、経済性を考慮すると上限としては、２２００℃程度が実際的である。また、焼結時間が１時間より小さいと、窒化ホウ素の結晶性が十分向上せず、窒化ホウ素樹脂成形体の熱伝導率が低下する恐れがある。焼結時間の上限については、特に制限はないが、経済性を考慮すると上限としては、３０時間程度が実際的である。また、焼結は、窒化ホウ素成形体の酸化を防止する目的で、窒素又はヘリウム又はアルゴン雰囲気下で行うことが好ましい。
【００４７】
＜窒化ホウ素成形体焼結時の昇温速度＞
更に、本発明の窒化ホウ素成形体の焼結工程おいては、３００〜６００℃までの昇温速度を４０℃／分以下とすることが好ましい。昇温速度が４０℃／分より大きいと、有機バインダーの急激な分解により窒化ホウ素粒子の焼結性に分布が生じ、特性にバラつきが大きくなり信頼性が低下する恐れがある。昇温速度の上限については、特に制限はないが、経済性を考慮すると下限としては、５℃／分程度が実際的である。
【００４８】
＜板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体＞
次に、本発明の板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体について説明する。本発明の板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は、窒化ホウ素焼結体に、樹脂を含浸し、硬化させた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た後、マルチワイヤーソー等の装置を用い、任意の厚みに切り出して板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を好適に製造することができる。樹脂の含浸は、真空含浸、１〜３００ＭＰａでの加圧含浸、室温〜３００℃までの加熱含浸又はそれらの組合せの含浸で行うことができる。真空含浸時の圧力は、１０００Ｐａ以下が好ましく、１００Ｐａ以下が更に好ましい。加圧含浸では、圧力１ＭＰａ以下では窒化ホウ素焼結体の内部まで樹脂が十分含浸できず、３００ＭＰａ以上では設備が大規模になるためコスト的に不利である。加熱含浸では室温以下では含浸される樹脂が限定され、窒化ホウ素焼結体の内部まで樹脂が十分含浸できず、３００℃以上では設備に更なる耐熱性を寄与する必要がありコスト的に不利である。マルチワイヤーソー等の加工装置を用いることにより、任意の厚みに対して大量に切り出す事が可能となり、切削後の面粗度も良好な値を示す。また、切り出しの際、硬化させた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の向きを変えることで任意の方向に対して優位な熱伝導率を有した板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得ることも容易である。
【００４９】
＜板厚＞
板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の板厚については、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、更に好ましくは、０．２〜０．７ｍｍである。板厚が０．２ｍｍ未満では、板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の絶縁耐圧が低下してしまい回路基板として用いる場合に好ましくなく、加えて、強度低下による破損等の問題がある。１．５ｍｍを超えると、板厚方向の熱抵抗が大きくなりすぎ、回路基板としての放熱特性が低下して好ましくない。
【００５０】
＜樹脂との複合＞
次に、本発明の窒化ホウ素焼結体と樹脂との複合方法について説明する。本発明の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は、窒化ホウ素焼結体に、樹脂を含浸し、硬化させることで好適に製造することができる。樹脂の含浸は、真空含浸、１〜３００ＭＰａ（好ましくは３〜３００ＭＰａ）での加圧含浸、室温〜３００℃までの加熱含浸又はそれらの組合せの含浸で行うことができる。真空含浸時の圧力は、１０００Ｐａ以下が好ましく、１００Ｐａ以下が更に好ましい。加圧含浸では、圧力１ＭＰａ以下では窒化ホウ素焼結体の内部まで樹脂が十分含浸できず、３００ＭＰａ以上では設備が大規模になるためコスト的に不利である。樹脂の粘度を低下させることで、窒化ホウ素焼結体の内部まで樹脂を含浸させることができるので、加圧時に３０〜３００℃に加熱して、樹脂の粘度を低下させることが更に好ましい。
【００５１】
＜樹脂＞
樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等のポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリルゴム・スチレン）樹脂、ＡＥＳ（アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム−スチレン）樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリフタルアミド、ポリアセタール等を用いることができる。特にエポキシ樹脂は、耐熱性と銅箔回路への接着強度が優れていることから、プリント配線板の絶縁層として好適である。また、シリコーン樹脂は耐熱性、柔軟性及びヒートシンク等への密着性が優れていることから熱インターフェース材として好適である。これら樹脂、特に熱硬化性樹脂には適宜、硬化剤、無機フィラー、シランカップリング剤、さらには濡れ性やレベリング性の向上及び粘度低下を促進して加熱加圧成形時の欠陥の発生を低減する添加剤を含有することができる。この添加剤としては、例えば、消泡剤、表面調整剤、湿潤分散剤等がある。また、樹脂が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウムの群から選ばれた１種又は２種以上のセラミックス粉末を含むと一層好ましい。窒化ホウ素粒子間に、セラミックス粒子を充填することができるので、結果として樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の熱伝導率を向上させることができる。樹脂及びセラミックス粉末含有樹脂は、必要に応じて溶剤で希釈して使用しても良い。溶剤としては、例えば、エタノール及びイソプロパノール等のアルコール類、２−メトキシエタノール、１−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−エトキシ−２−プロパノール、２−ブトキシエタノール、２−（２−メトキシエトキシ）エタノール、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール及び２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール等のエーテルアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン及びジイソブチルケトンケトン等のケトン類、トルエン及びキシレン等の炭化水素類が挙げられる。なお、これらの希釈剤は、単独で使用しても、２種以上を混合して使用してもよい。
【００５２】
＜金属回路＞
金属回路材料としては、電気伝導性および熱伝導率の点から、銅、アルミニウム、又はこれらの合金が好ましい。特性面だけを考えると銀、金等も使用可能であるが、価格面およびその後の回路形成等に問題がある。また、金属回路の厚さは０．０３〜３．０ｍｍが好ましく、０．０５〜１．５ｍｍがさらに好ましい。板厚０．０３ｍｍ未満では、パワーモジュール用の回路基板として用いる場合に、十分な導電性を確保することができず、金属回路部分が発熱する等の問題があり好ましくない。３．０ｍｍを超えると金属回路自体の熱抵抗が大きくなり、回路基板の放熱特性が低下するため好ましくない。
【００５３】
＜線熱膨張率＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ１）と金属回路の４０〜１５０℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ２）の比（ＣＴＥ１／ＣＴＥ２）が０．５〜２．０であることが好ましい。ＣＴＥ１／ＣＴＥ２が、０．５未満又は２．０を超えると、回路基板として用いる場合に半導体素子作動に伴う熱サイクルにより、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体と金属回路の線熱膨張差により発生する熱応力が大きく成り過ぎて金属回路が剥離したり、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体が破損して耐圧特性が低下したりするなどの問題が発生して好ましくない。
【００５４】
＜線熱膨張率の評価方法＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体および金属回路の線熱膨張係数は、測定材料を３×２×１０ｍｍに加工した後、セイコー電子社製：ＴＭＡ３００を用いて、４０℃〜１５０℃の温度範囲において、昇温速度１℃／分で線熱膨張係数を測定することができる。
【００５５】
＜回路形状＞
回路基板の形状については、少なくとも一主面の金属回路の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ａと板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ｂの比（Ａ／Ｂ）が１以上であることが好ましい。板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体自体の強度は窒化ホウ素焼結体と樹脂の複合化による補強効果により、１０〜７０ＭＰａまで向上している。しかし、回路基板として電子部品を実装し、パワーモジュールとして使用する際に求められる耐衝撃性（振動・落下による衝撃によるクラック）は年々厳しくなっており、クリアするにはさらなる強度の向上が必要である。この課題は、少なくとも一主面の金属回路の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ａと板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積Ｂの比（Ａ／Ｂ）を１以上にすることで、金属回路の補強効果により解決できる。また、放熱特性の面からもＡ／Ｂが１以上であることが望ましい。更に、製造面からはＡ／Ｂが１であることが望ましい。
【００５６】
＜接着層＞
金属回路と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の接着には、エポキシ樹脂もしくはエポキシ樹脂と無機フィラーからなるエポキシ樹脂組成物を金属回路、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の両面もしくはいずれか一方に塗布し、金属回路を積層後に加熱プレス硬化することで窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板が得られる。エポキシ樹脂の硬化には、通常、硬化剤と硬化促進剤が用いられる。また、金属回路と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の接着には、エポキシ樹脂組成物を各種コーターによってシート状に形成し、適切な硬化状態まで硬化したエポキシ樹脂シートを用いることが出来る。ここでいう適切な硬化状態とは、加熱すると溶融し接着性を発現する、半硬化した状態である。エポキシ樹脂シートを必要な大きさに切断し、回路材と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の間に設置し、加熱プレス硬化することにより、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板が得られる。
【００５７】
接着に用いるエポキシ樹脂組成物の厚みは熱抵抗低減の観点から１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。下限値については、特に制限はないが接着層をシート状に形成する際の厚みばらつきから０．５μｍ以上が実際的である。
【００５８】
エポキシ樹脂としては、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Ｓ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Ａ型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリアジン核を骨格に有するエポキシ樹脂、およびビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂等が挙げられ、これらを複数組み合わせて用いることもできる。なお、本明細書におけるエポキシ樹脂とは、後述の硬化剤と反応しうる未反応のエポキシ基を含んだ硬化前のプレポリマーのことをいう。
【００５９】
硬化剤としてはアミン系樹脂、酸無水物系樹脂、フェノール系樹脂からなる群から選ばれる１種類以上を用いることができる。フェノール系樹脂は一般にエポキシ樹脂との反応性が低いため、エポキシ樹脂と混合した際、塗布するまでの時間が長くなっても反応による塗布液の粘度上昇が少なく、好適である。
【００６０】
フェノール系樹脂としては、１分子中にフェノール性水酸基を少なくとも２個以上有するフェノール樹脂を使用する。このような硬化剤として具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、パラキシリレン変性ノボラック樹脂、メタキシリレン変性ノボラック樹脂、オルソキシリレン変性ノボラック樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール型樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体等のフェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂などが例示され、いずれのフェノール樹脂も使用可能である。
【００６１】
硬化促進剤としては、例えば、有機ホスフィン化合物、具体的には例えばアルキルホスフィン、ジアルキルホスフィン、トリアルキルホスフィン、フェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の第一、第二、第三オルガノホスフィン化合物、（ジフェニルホスフィノ）メタン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、１，４−（ジフェニルホスフィノ）ブタン等のホスフィノアルカン化合物、トリフェニルジホスフィン等のジホスフィン化合物及びトリフェニルホスフィン−トリフェニルボラン等のトリオルガノホスフィンとトリオルガノボランとの塩、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のテトラオルガノホスホニウムとテトラオルガノボレートとの塩などが挙げられる。また、含窒素複素環化合物として、具体的には、例えば、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−へプタデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２，４，５−トリフェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−アリール−４，５−ジフェニルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２'−メチルイミダゾリル−（１）'］−エチル−Ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２'−エチル−４'−メチルイミダゾリル−（１）'］−エチル−Ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２'−メチルイミダゾリル−（１）'］−エチル−Ｓ−トリアジンイソシアヌール酸付加物、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等が挙げられる。
【００６２】
無機フィラーとしては、熱伝導性に優れるものであればどのようなものでも構わない。このような物質として、例えば、絶縁性の無機フィラーとしては酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、窒化ケイ素，ダイヤモンド等が、導電性の無機フィラーとしては銀、アルミニウム、銅、それらの合金、黒鉛等が挙げられる。
【００６３】
＜回路形成＞
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、回路パターンを形成するため、金属回路形成用の金属層にエッチングレジストを塗布してエッチングする。エッチングレジストに関して特に制限はなく、例えば、一般に使用されている紫外線硬化型や熱硬化型のものが使用できる。エッチングレジストの塗布方法に関しては特に制限はなく、例えばスクリーン印刷法等の公知の塗布方法が採用できる。回路パターンを形成するためには金属回路形成用の金属層のエッチング処理を行う。金属回路および金属放熱板に銅を用いる場合エッチング液に関して特に制限はなく、一般に使用されている塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液、硫酸、過酸化水素水等が使用できるが、好ましいものとして、塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液が挙げられる。金属回路および金属放熱板にアルミニウムを用いる場合エッチング液には水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ溶液が好ましい。また、金属回路に銅、金属放熱板にアルミニウムを用いた場合は選択エッチング液として硫酸−過酸化水素溶液が好ましい。金属回路にアルミニウム、金属放熱板に銅を用いた場合には水酸化ナトリウム溶液にて選択的なエッチングを行うことで、工程簡略化を実現できる。回路形成後エッチングレジストの剥離を行うが金属回路に銅を使用した場合、剥離方法はアルカリ水溶液に浸漬させる方法などが一般的である。金属回路にアルミニウムを使用した場合、弱酸水溶液に浸漬させる方法などがある。また、予めパタ−ン形状に加工した金属回路を樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に接着することにより回路パターンを形成することもできる。
【００６４】
＜めっき＞
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、必要に応じて、金属回路にめっき皮膜を形成する。めっき材質については、特に制限はなく、一般的にはニッケルめっきが用いられる。めっき方法についても、無電解めっき、電気めっき等が採用できる。更に、蒸着、スパッタリング、溶射等により金属皮膜を形成することもできる。また、必要に応じて、金属回路に半田レジストを塗布する場合もある。
【００６５】
＜絶縁耐圧とその評価方法＞
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の絶縁耐圧は、１５ｋＶ／ｍｍ以上である。１５ｋＶ／ｍｍ未満では、回路基板として用いる場合に十分な絶縁耐圧が得られず好ましくない。絶縁耐圧は、回路基板とした後、耐圧試験機を用いて交流電圧で測定する。
【００６６】
＜耐熱サイクル特性とその評価方法＞
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、耐熱サイクル特性に優れ、パワーモジュール等の回路基板として用いるのに好適である。具体的には、−４０℃にて３０分、２５℃にて１０分、１５０℃にて３０分、２５℃にて１０分を１サイクルとする耐ヒートサイクル試験にて、１０００サイクル繰り返し試験を行った後も、金属回路の剥離、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の破損等が殆どない。
【００６７】
＜樹脂含浸窒化ホウ素複合体放熱板一体型基板＞
本発明の第３観点では樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の一主面に接着層を介して金属回路を形成し、裏面に接着層を介して金属放熱板を形成してなる回路基板を樹脂含浸窒化ホウ素複合体放熱板一体型基板と定義している。従来技術との大きな違いとして、本発明に係る樹脂含浸窒化ホウ素複合体放熱板一体型基板は、金属回路に絶縁層である樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を設け、金属回路を有する絶縁層の裏面（反対面）に金属回路を具備せずに、直接、放熱用の金属放熱板を設けている。
【００６８】
本発明の第３観点の樹脂含浸窒化ホウ素複合体放熱板一体型基板は、図４に示す窒化アルミニウム基板又は窒化ケイ素基板と比べて、銀ペースト等の接着層又はろう材接合部が存在しないので、従来品で見られた、銀ペースト等の接着層又はろう材接合部と金属回路又は金属放熱板との線膨張係数の差によるクラックが発生しないため、長期間に渡って高い放熱性を得ることができるものである。また、裏面に介す金属回路及び銀ペースト等の接着層又はろう材接合部の厚さの分だけ、基板全体の厚さを薄くすることができるものである。
【００６９】
＜金属回路・金属放熱板＞
金属回路および金属放熱板の材料としては、電気伝導性および熱伝導率の点から、銅、アルミニウム、又はこれらの合金が好ましい。特性面だけを考えると銀、金等も使用可能であるが、価格面およびその後の回路形成等に問題がある。さらに、金属回路と金属放熱板は異なる金属であることが好ましい。これはエッチング液を選定することで銅及びアルミニウムが共存する材料においても銅またはアルミニウムを選択的にエッチングでき、加工プロセスの簡略化を可能とするためである。加えて、金属放熱板にアルミニウムを用いることで軽量化を実現しエレベーター車両等への実装の際、電力やＣＯ２削減を可能とする。
【００７０】
＜金属放熱板形状及び厚さ＞
樹脂含浸窒化ホウ素複合体回路基板の形状については、一主面の金属放熱板の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積ＳＭと板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の主面に垂直な方向から見た外形の投影面積ＳＢＮの比（ＳＭ／ＳＢＮ）が１以上であることが望ましい。これは１以下であると金属回路基板全体の熱抵抗が大きくなり放熱特性が低下するため好ましくない。また、板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体自体の強度は窒化ホウ素焼結体と樹脂の複合化による補強効果により、１０〜７０ＭＰａまで向上している。しかし、回路基板として電子部品を実装し、パワーモジュールとして使用する際に求められる耐衝撃性（振動・落下による衝撃によるクラック）は年々厳しくなっており、クリアするにはさらなる強度の向上が必要である。この課題は、ＳＭ／ＳＢＮを１以上にすることで、金属放熱板による補強効果で解決できる。
金属放熱板の厚さは２．０〜７．０ｍｍが好ましい。金属放熱板の厚さが２．０ｍｍ未満では剛性が小さく、金属放熱板として強度が不足し部品実装等の工程で変形するおそれがある。７．０ｍｍを超えるとヒートサイクルによる熱応力によりクラックが発生し絶縁破壊が生じるおそれがある。
【００７１】
＜線熱膨張率＞
本発明の第３観点では、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の面方向の２５〜２００℃の線熱膨張係数が１２〜３０ｐｐｍであることが好ましい。１２〜３０ｐｐｍ以外であると金属回路と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体間、及び樹脂含浸窒化ホウ素焼結体と金属放熱板間の線熱膨張係数の差に由来する熱応力が発生し、回路基板としての信頼性を低下させる。更に、３０ｐｐｍ以上であると熱伝導率の低い樹脂の割合が高くなるため熱特性の低下を招く。１２ｐｐｍ以下では樹脂による強度増加の効果を発揮出来ず、結果的に樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の強度は低下する。
【００７２】
＜線熱膨張率の評価方法＞
樹脂含浸窒化ホウ素焼結体および金属回路および金属放熱板の線熱膨張係数は、測定材料を３×２×１０ｍｍに加工した後、セイコー電子社製：ＴＭＡ３００を用いて、２５℃〜２００℃の温度範囲において、昇温速度１℃／分で線熱膨張係数を測定した。
【実施例】
【００７３】
（第１観点）
以下、本発明の第１観点を実施例、比較例をあげて更に具体的に説明する。
＜窒化ホウ素焼結体の作製その１＞
酸素含有量１．５％、窒化ホウ素純度９７．６％、及び平均粒径０．３μｍ、０．５μｍ、２．０μｍ及び６．０μｍであるアモルファス窒化ホウ素粉末、酸素含有量０．３％、窒化ホウ素純度９９．０％、及び平均粒径２．０μｍ、３．０μｍ、１０．０μｍ、１８．０μｍ及び３０．０μｍである六方晶窒化ホウ素粉末及び炭酸カルシウム（「ＰＣ−７００」白石工業社製）を、公知の技術を用いて混合粉を作製した。そして、この成形用の混合粉末を用いて、５ＭＰａでブロック状にプレス成形した。得られたブロック成形体を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により０．１〜１００ＭＰａの間で処理を行った後、バッチ式高周波炉にて窒素流量１０Ｌ／ｍｉｎで焼結させることで表１−１に示す８種類（条件１Ｆは未焼結）の窒化ホウ素焼結体を得た。【００７４】
【表１−１】
2015022956.tif 000003
【００７５】
＜エポキシ樹脂の真空含浸、実施例１−１〜１−１０及び比較例１−１〜１−５＞
得られた窒化ホウ素焼結体へ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体及びエポキシ樹脂（「ボンドＥ２０５」コニシ社製）と付属の硬化剤の混合物を圧力１００Ｐａの真空中で１０分間脱気した後、真空下で窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、２０分間含浸した。その後、大気圧下で、温度１５０℃で６０分間加熱して樹脂を硬化させ、樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た。【００７６】
＜樹脂含浸板状焼結体の作製＞
得られた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の放熱部材としての特性を評価するため、任意の形状にマルチワイヤーソー又はマシニングセンターを用い加工を行った。この際、厚み方向に対して窒化ホウ素粒子の１００面（ａ軸）もしくは００２面（ｃ軸）が配向するように切り出した。また、得られた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の評価結果を表１−２に示す。【００７７】
【表１−２】
2015022956.tif 000004
【００７８】
＜回路形成〜めっき、実施例１−１、実施例１−２〜１−１０、及び比較例１−１〜１−５＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、接着層としてエポキシ樹脂（「ｅｐ８２８」三菱化学社社製）１００質量部と硬化剤（「ＶＨ−４１５０」  ＤＩＣ社製）６０質量部と硬化促進剤（「ＴＰＰ」北興化学社製）３質量部と無機フィラーとしてアルミナ（「ＡＫＰ−２０」住友化学社製）５００質量部をプラネタリーミキサーで１５分間攪拌して得られるエポキシ樹脂組成物（Ａ）を１０μｍの厚みで板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体両主面に塗布し、表１−３に示す金属回路と１ＭＰａの面圧で１８０℃３時間加熱プレス接着を行うことで両主面に金属回路を接着した複合体が得られた。金属回路を接着した複合体は、金属回路の表面に回路パターンを印刷した後、塩化銅を含むエッチング液でエッチングして回路を形成し、金属表面に表１−３に示す金属層をめっき処理により形成して、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を作製した。
＜回路形成〜めっき、実施例１−１ａ＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、接着層としてエポキシ樹脂組成物（Ａ）を５μｍの厚みで塗布するほかは実施例１−１と同様に作製した。
＜回路形成〜めっき、実施例１−１ｂ＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、無機フィラーとして球状アルミナ「ＤＡＷ−０５」（電気化学工業社製）を用いてエポキシ樹脂組成物（Ｂ）を作製し、２０μｍの厚みで塗布するほかは実施例１−１と同様に作製した。
＜回路形成〜めっき、実施例１−１ｃ＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、無機フィラーとして球状アルミナ「ＤＡＷ−０７」（電気化学工業社製）を用いてエポキシ樹脂組成物（Ｃ）を作製し、５０μｍの厚みで塗布するほかは実施例１−１と同様に作製した。
＜回路形成〜めっき、実施例１−１ｄ＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、無機フィラーとして球状アルミナ「ＤＡＷ−４５」（電気化学工業社製）を用いてエポキシ樹脂組成物（Ｄ）を作製し、１００μｍの厚みで塗布するほかは実施例１−１と同様に作製した。【００７９】
＜絶縁耐圧、耐熱サイクル特性の評価＞
得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、耐圧試験機により交流での絶縁耐圧を測定した。次に、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、−４０℃にて３０分、１２５℃にて３０分を１サイクルとする耐ヒートサイクル試験にて１０００サイクル繰り返し試験を行った後、外観及び超音波探傷装置にて金属回路の接着状態を確認した。得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の評価結果を表１−３に示す。【００８０】
【表１−３】
2015022956.tif 000005
【００８１】
実施例と比較例の対比から明らかなように、本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、放熱特性、絶縁耐圧特性に優れ且つ、耐熱サイクル特性に優れている。【００８２】
＜窒化ホウ素焼結体の作製その２＞
アモルファス窒化ホウ素粉末、六方晶窒化ホウ素粉末及び炭酸カルシウム（「ＰＣ−７００」白石工業社製）を、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、水を添加してボールミルで５時間粉砕し、水スラリーを得た。さらに、水スラリーに対して、ポリビニルアルコール樹脂（「ゴーセノール」日本合成化学社製）を０．５質量％となるように添加し、溶解するまで５０℃で加熱撹拌した後、噴霧乾燥機にて乾燥温度２３０℃で球状化処理を行った。なお、噴霧乾燥機の球状化装置としては、回転式アトマイザーを使用した。得られた処理物を窒化ホウ素製容器に充填し、バッチ式高周波炉にて窒素流量５Ｌ／ｍｉｎで常圧焼結させた後、窒化ホウ素容器から焼結体を取り出して窒化ホウ素焼結体を得た。その後、ＣＩＰを用いて窒化ホウ素焼結体を所定の条件で加圧し、高密度化を行った。表１−４に示すように、窒化ホウ素粉末の平均粒径、配合割合、噴霧乾燥条件、焼成条件、ＣＩＰ圧力条件を調整して、３種の窒化ホウ素焼結体を製造した。【００８３】
【表１−４】
2015022956.tif 000006
【００８４】
＜エポキシ樹脂の含浸、実施例１−１１〜１−１３＞
得られた窒化ホウ素焼結体に樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体と、エポキシ樹脂（「エピコート８０７」三菱化学社製）及び硬化剤（「アクメックスＨ−８４Ｂ」日本合成化工社製）の混合物を圧力７０Ｐａの真空中で２０分間脱気した後、真空下でエポキシ樹脂混合物を窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、３０分間含浸した。その後、窒素ガスを用いて圧力３ＭＰａ、温度１２０℃で３０分間加圧して樹脂を含浸・硬化させ、窒化ホウ素−樹脂複合体を得た。【００８５】
＜シリコーン樹脂の含浸、実施例１−１４＞
窒化ホウ素焼結体と、シリコーン樹脂（「ＹＥ５８２２」モメンティブパフォーマンス社製）を圧力７０Ｐａの真空中で２０分間脱気した後、真空下でシリコーン樹脂を窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、３０分間含浸した。その後、窒素ガスを用いて圧力３ＭＰａ、温度２０℃で３０分間加圧して樹脂を含浸させ、乾燥機で温度１５０℃で６０分間加熱して窒化ホウ素−樹脂複合体を得た。【００８６】
得られた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体は、マルチワイヤーソーを用い加工を行った。この際、厚み方向に対して窒化ホウ素粒子の００２面（ｃ軸）が配向するように切り出した。得られた窒化ホウ素焼結体の評価結果を表１−５に示す。【００８７】
【表１−５】
2015022956.tif 000007
【００８８】
＜回路形成〜めっき＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、エポキシ樹脂（「ｅｐ８２８」三菱化学社社製）１００質量部と硬化剤（「ＶＨ−４１５０」  ＤＩＣ社製）６０質量部と硬化促進剤（「ＴＰＰ」北興化学社製）３質量部と無機フィラーとしてアルミナ（「ＡＫＰ−２０」住友化学社製）５００質量部をプラネタリーミキサーで１５分間攪拌して得られるエポキシ樹脂組成物（Ａ）を１０μｍの厚みで板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体両主面に塗布し、板厚０．３ｍｍの銅板と１ＭＰａの面圧で１８０℃３時間加熱プレス接着を行うことで両主面に金属回路を接着した複合体が得られた。金属回路を接着した複合体は、金属回路の表面に回路パターンを印刷した後、塩化銅を含むエッチング液でエッチングして回路を形成し、金属表面に厚み４μｍの無電解Ｎｉ層をめっき処理により形成して、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を作製した。【００８９】
＜絶縁耐圧、耐熱サイクル特性の評価＞
得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、耐圧試験機により交流での絶縁耐圧を測定した。次に、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、−４０℃にて３０分、１２５℃にて３０分を１サイクルとする耐ヒートサイクル試験にて１０００サイクル繰り返し試験を行った後、外観及び超音波探傷装置にて金属回路の接着状態を確認した。得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の評価結果を表１−６に示す。【００９０】
【表１−６】
2015022956.tif 000008
【００９１】
実施例から明らかなように、本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、放熱特性、絶縁耐圧特性に優れ且つ、耐熱サイクル特性に優れている。【００９２】
なお、本発明の窒化ホウ素焼結体と窒化ホウ素成形体について、窒化ホウ素粒子の平均長径、気孔率、Ｉ．Ｏ．Ｐ．、粉末Ｘ線回折法による黒鉛化指数を行い、その測定結果は同じであった。
また、本発明の窒化ホウ素焼結体と窒化ホウ素成形体について、高さ方向に対して窒化ホウ素粒子の１００面（ａ軸）が配向した時の高さ方向より測定した曲げ強さ及び熱伝導率と、高さ方向に対して窒化ホウ素粒子の００２面（ｃ軸）が配向した時の高さ方向より測定した曲げ強さ及び熱伝導率の測定を行い、その測定結果は同じであった。【００９３】
（第２観点）
以下、本発明の第２観点を実施例、比較例をあげて更に具体的に説明する。
＜窒化ホウ素焼結体の作製その１＞
平均粒径０．３μｍ（酸素含有量１．８％、窒化ホウ素純度９７．０％）及び６．０μｍ（酸素含有量１．５％、窒化ホウ素純度９７．６％）であるアモルファス窒化ホウ素粉末、平均粒径２．０μｍ（酸素含有量０．２％、窒化ホウ素純度９８．６％）、１８．０μｍ（酸素含有量０．３％、窒化ホウ素純度９９．０％）及び３０．０μｍ（酸素含有量０．２％、窒化ホウ素純度９９．２％）である六方晶窒化ホウ素粉末、及び炭酸カルシウム（「ＰＣ−７００」白石工業社製）を、公知の技術を用いて混合粉末とした。そして、この成型用の混合粉末を用いて、０〜２０ＭＰａの圧力で金型を用いてブロック状に成型した。得られたブロック成形体を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により５〜１３０ＭＰａの間で、１〜１０回のサイクル数で処理を行った後、バッチ式高周波炉にて窒素流量１０Ｌ／ｍｉｎ、焼結温度１５００〜２１５０℃、保持時間１０ｈｒで焼結させることで表２−１に示す１４種類の窒化ホウ素焼結体（２Ａ〜２Ｎ）を得た。【００９４】
【表２−１】
2015022956.tif 000009
【００９５】
＜エポキシ樹脂の真空含浸、実施例２−１、２−３〜２−１５及び比較例２−１〜２−９＞
得られた窒化ホウ素焼結体２Ａ〜２Ｎへ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体及びエポキシ樹脂と硬化剤（「ボンドＥ２０５」コニシ社製）の混合物を圧力１ｍｍＨｇの真空中で１０分間脱気した後、真空下で窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、２０分間含浸した。その後、大気圧下で、温度１５０℃で６０分間加熱して樹脂を硬化させ、厚さ１００ｍｍの樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た。【００９６】
＜シアネート樹脂の真空含浸、実施例２−２＞
得られた窒化ホウ素焼結体２Ａへ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体及びシアネート樹脂（「Ｂｉｓ−Ａ型シアネート」三菱ガス化学社製）と硬化促進剤のオクチル酸亜鉛を圧力１ｍｍＨｇの真空中で１０分間脱気した後、真空下で窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、２０分間含浸した。その後、大気圧下で、温度１５０℃で６０分間加熱して樹脂を硬化させ、厚さ１００ｍｍの樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た。【００９７】
＜板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の作成〜回路形成〜めっき、実施例２−１〜２−２、２−４〜２−１５及び比較例２−１〜２−９＞
得られた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体をマルチワイヤーソー又はマシニングセンターを用いて、表２−２と２−３の実施例及び表２−４の比較例の各種厚さの板状に加工した。得られた板状の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、接着層としてエポキシ樹脂（「ＥＰ８２８  」三菱化学社社製）１００質量部と硬化剤（「ＶＨ−４１５０」  ＤＩＣ社製）６０質量部と硬化促進剤（「ＴＰＰ」北興化学社製）３質量部と無機フィラー（「ＡＫＰ−１５」住友化学社製）５００質量部をプラネタリーミキサーで１５分間攪拌して得られる組成物（Ａ）を１０μｍの厚さで板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体両主面に塗布し、金属回路の銅と１ＭＰａの面圧で１８０℃３時間加熱プレス接着を行うことで両主面に金属回路を接着した複合体が得られた。金属回路を接着した複合体は、金属回路の表面に回路パターンを印刷した後、塩化銅を含むエッチング液でエッチングして回路を形成し、金属回路表面にニッケルめっき層をめっき処理により形成して、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を作製した。【００９８】
＜板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の作成〜回路形成〜めっき、実施例２−３＞
得られた板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体に、無機フィラーとして「導電ペースト用銀フィラー  ＥＡ−０００１」（メタロー社製）を用いるほかは実施例２−１と同様に作製した。【００９９】
＜放熱特性の評価＞
測定用試料としてエッチング前の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の試験片を１０×１０ｍｍに切断した。測定はＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準拠して行い、試験片の裏表の温度差ΔＴ（℃）と熱源の消費電力Ｑ（Ｗ）試験片の熱抵抗値（Ａ＝ΔＴ／Ｑ；℃／Ｗ）を求めた。得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の評価結果を表２−２〜２−４に示す。【０１００】
＜耐熱サイクル特性の評価＞
エッチング後の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の絶縁破壊電圧をＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準拠して測定した。次に、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、−４０℃にて３０分、１２５℃にて３０分を１サイクルとする耐熱サイクル試験にて１０００サイクル繰り返し試験を行った後、外観及び超音波探傷装置にて金属回路の接着状態を確認した。さらに、絶縁破壊電圧を測定し、以下の式で示す熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率を算出した。
熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率（％）＝（（初期の絶縁破壊電圧−耐熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧）÷初期の絶縁破壊電圧）×１００
得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基の評価結果を表２−２〜２−４に示す。【０１０１】
＜耐衝撃特性の評価＞
エッチング後の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、ＪＩＳ  Ｃ  ６００２８−２−３１の５．３項の自然落下試験−繰り返し（方法２）に準拠し、１ｍの高さから１００回繰り返し落下させた。その後、絶縁破壊電圧を測定し、以下の式で示す自然落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧の低下率を算出した。その評価結果を表２−２〜２−４に示す。
落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧の低下率（％）＝（（初期の絶縁破壊電圧−落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧）÷初期の絶縁破壊電圧）×１００【０１０２】
【表２−２】
2015022956.tif 000010
【０１０３】
【表２−３】
2015022956.tif 000011
【０１０４】
【表２−４】
2015022956.tif 000012
【０１０５】
実施例と比較例の対比から明らかなように、本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、放熱特性、耐熱サイクル特性及び耐衝撃特性に優れている。
【０１０６】
（第３観点）
以下、本発明の第３観点を実施例、比較例をあげて更に具体的に説明する。
＜窒化ホウ素焼結体の作製その１＞
平均粒径０．３μｍ（酸素含有量１．８％、窒化ホウ素純度９７．０％）及び６．０μｍ（酸素含有量１．５％、窒化ホウ素純度９７．６％）であるアモルファス窒化ホウ素粉末、平均粒径２．０μｍ（酸素含有量０．２％、窒化ホウ素純度９８.６％）、１８．０μｍ（酸素含有量０．３％、窒化ホウ素純度９９.０％）及び３０．０μｍ（酸素含有量０．２％、窒化ホウ素純度９９.２％）である六方晶窒化ホウ素粉末、及び炭酸カルシウム（「ＰＣ−７００」白石工業社製）を、ヘンシェルミキサー（三井三池化工機社製）等の公知の技術を用い混合粉末とした。そして、この成型用の混合粉末を用いて、０〜２０ＭＰaの圧力で金型を用いてブロック状に圧粉成型した。得られたブロック成形体を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により５〜１３０ＭＰaの間で、１〜１０回のサイクル数で処理を行った後、バッチ式高周波炉にて窒素流量１０Ｌ／ｍｉｎ、焼結温度１５００〜２１５０℃、保持時間１０ｈｒで焼結させることで窒化ホウ素焼結体を得た。【０１０７】
＜エポキシ樹脂の真空含浸、試験Ｎｏ．３−１−１、３−１−３〜３−１−１２＞
得られた窒化ホウ素焼結体Ａ及びＢ〜Ｌへ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体及びエポキシ樹脂と硬化剤（「ボンドＥ２０５」コニシ社製）の混合物を圧力１ｍｍＨｇの真空中で１０分間脱気した後、真空下で窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、２０分間含浸した。その後、大気圧下で、温度１５０℃で６０分間加熱して樹脂を硬化させることで表３−１に示す厚さ１００ｍｍである１２種類の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た。【０１０８】
＜シアネート樹脂の真空含浸、試験Ｎｏ．３−１−２＞
得られた窒化ホウ素焼結体Ｂへ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体及びシアネート樹脂（「Ｂｉｓ−Ａ型シアネート」三菱ガス化学社製）と硬化促進剤のオクチル酸亜鉛を圧力１ｍｍＨｇの真空中で１０分間脱気した後、真空下で窒化ホウ素焼結体に注ぎ込み、２０分間含浸した。その後、大気圧下で、温度１５０℃で６０分間加熱して樹脂を硬化させ、厚さ１００ｍｍの樹脂含浸窒化ホウ素焼結体を得た。【０１０９】
【表３−１】
2015022956.tif 000013
【０１１０】
＜板状樹脂含浸窒化ホウ素焼結体の作製〜回路形成〜めっき、試験Ｎｏ．３−２−１〜３−２−１８＞
得られた樹脂含浸窒化ホウ素焼結体をマルチワイヤーソー又はマシニングセンターを用いて、０．３２ｍｍの板状に加工した。得られた板状の樹脂含浸窒化ホウ素焼結体及び比較例として用いる窒化アルミニウム（東芝マテリアル社製）、窒化ケイ素（東芝マテリアル社製）に、接着層としてエポキシ樹脂（「ｊｅｒ８０７」三菱化学社社製）１００質量部と硬化剤（「ＭＥＨ８００５」  昭和化成社製）８３質量部と硬化促進剤（「ＴＰＰ」北興化学社製）３質量部をプラネタリーミキサーで１５分間攪拌して得られる組成物（Ａ）を１０μｍの厚さで塗布し、金属回路及び金属放熱板の銅及びアルミニウムと１ＭＰａの面圧で１８０℃３時間加熱プレス接着を行うことで金属回路を接着した複合体が得られた。金属回路を接着した複合体は、金属回路の表面に回路パターンを印刷した後、塩化銅又は水酸化ナトリウム又は硫酸−過酸化水素溶液を含むエッチング液でエッチングして回路を形成し、金属回路表面にニッケルめっき層をめっき処理により形成して、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を作製した。【０１１１】
＜放熱特性の評価＞
測定用試料としてエッチング前の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の試験片を１０×１０×０．３２ｍｍに切断した。測定はＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準拠して行い、試験片の裏表の温度差ΔＴ（℃）と熱源の消費電力Ｑ（Ｗ）試験片の熱抵抗値（Ａ＝ΔＴ／Ｑ；℃／Ｗ）を求めた。得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の評価結果を表３−２に示す。【０１１２】
＜耐熱サイクル特性の評価＞
エッチング後の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板の絶縁破壊電圧をＪＩＳ  Ｃ  ２１４１に準拠して測定した。次に、窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、−４０℃にて３０分、１２５℃にて３０分を１サイクルとする耐熱サイクル試験にて１０００サイクル繰り返し試験を行った後、外観及び超音波探傷装置にて金属回路の接着状態を確認した。接着状態は超音波探傷装置にて耐熱サイクル試験前後での接合率から比較した。ここで初期接合面積とは接合前における接合すべき面積、すなわち絶縁層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の黒色部で示されることから、この黒色部面積が耐熱サイクル試験前後で大きくなる場合を剥離と定義した。さらに、絶縁破壊電圧を測定し、以下の式で示す熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率を算出した。
熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率（％）＝（（初期の絶縁破壊電圧−耐熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧）÷初期の絶縁破壊電圧）×１００
得られた窒化ホウ素−樹脂複合体回路基の評価結果を表３−３に示す。【０１１３】
＜耐衝撃特性の評価＞
エッチング後の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板を、ＪＩＳ  Ｃ  ６００２８−２−３１の５．３項の自然落下試験−繰り返し（方法２）に準拠し、１ｍの高さから１００回繰り返し落下させた。その後、絶縁破壊電圧を測定し、以下の式で示す自然落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧の低下率を算出した。その評価結果を表３−３に示す。
落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧の低下率（％）＝（（初期の絶縁破壊電圧−落下試験（１００回）後の絶縁破壊電圧）÷初期の絶縁破壊電圧）×１００【０１１４】
【表３−２】
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【０１１５】
【表３−３】
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【０１１６】
実施例と比較例の対比から明らかなように、本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、放熱特性、耐熱サイクル特性及び耐衝撃特性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の窒化ホウ素−樹脂複合体回路基板は、パワーデバイスなどの発熱性電子部品の回路基板として好適に用いられ、特に車載用途等の高信頼性が要求される高出力のパワーモジュールに用いられる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  樹脂含浸窒化ホウ素焼結体
２  窒化ホウ素粒子
３  樹脂
４  接着層
５  金属回路
６  金属放熱板
７  窒化アルミニウム又は窒化ケイ素
８  銀ペースト等の接着層又はろう材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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