(57)【要約】      （修正有）【課題】絶縁層に印加される熱応力を低減し、絶縁層のクラックの発生を抑制できる基板を提供する。【解決手段】電子部品を実装する基板において、放熱板２と、放熱板２の表面に形成されたポーラスニッケルめっき層１と、ポーラスニッケルめっき層１の、放熱板２とは反対側の表面に形成された絶縁層３とを備える。温度サイクルで生じる温度変化により放熱板２が大きく膨張しても、ポーラスニッケルめっき層１の弾性率が小さいために、絶縁層３に誘起される熱応力が緩和される。【選択図】図１
2013153002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を実装する基板において、
放熱板と、
前記放熱板の表面に形成されたポーラスニッケルめっき層と、
前記ポーラスニッケルめっき層の、前記放熱板とは反対側の表面に形成された絶縁層とを備えた基板。
【請求項２】
前記ポーラスニッケルめっき層は、厚さが１０〜１００μｍで、空孔率が２０〜６０％である、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記ポーラスニッケルめっき層の線膨張係数は、前記絶縁層の線膨張係数よりも大きく、前記放熱板の線膨張係数よりも小さい、請求項２に記載の基板。
【請求項４】
前記ポーラスニッケルめっき層の、前記絶縁層が形成されている側の前記表面に位置する空孔に、ナノダイヤが充填された、請求項１〜３のいずれかに記載の基板。
【請求項５】
前記絶縁層は、コーティングにより前記ポーラスニッケルめっき層の前記表面に形成された層である、請求項１に記載の基板。
【請求項６】
電子部品を実装する基板の製造方法において、
放熱板にポーラスニッケルめっきを施してポーラスニッケルめっき層を形成するめっき工程と、
前記ポーラスニッケルめっき層の上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを備えた、基板の製造方法。
【請求項７】
前記めっき工程の後、前記ポーラスニッケルめっき層の表面に位置する空孔にナノダイヤを充填するナノダイヤ充填工程を備えた、請求項６に記載の基板の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁層形成工程では、コーティングにより前記絶縁層を前記ポーラスニッケルめっき層の上に形成する、請求項６に記載の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子を実装するためのリードフレームを放熱板表面の絶縁層に固定したパワー半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成の従来のパワー半導体装置の構造を示した模式断面図を図５（ａ）に示す。
【０００４】
放熱板３０１表面に絶縁層３０２が直接形成され、リードフレーム３０４の一方の面が、接着層３０７ａを介して、絶縁層３０２上に固定されている。リードフレーム３０４の他方の面は、はんだ層３０３またはワイヤ３０６を介して、パワー半導体素子３０５に接合されている。
【０００５】
絶縁層３０２は、リードフレーム３０４と放熱板３０１間を絶縁するためのものである。また、放熱板３０１は、パワー半導体素子３０５の駆動（発熱）に伴い、パワー半導体素子３０５に接するリードフレーム３０４に伝わる熱を、放熱するためのものである。
【０００６】
図５（ｂ）は、従来の基板の配置構造を示した模式断面図であり、図５（ａ）に示すパワー半導体装置のＡ部の拡大図である。
【０００７】
このように、従来、放熱板３０１表面に絶縁層３０２が直接形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２１８２３３号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の放熱板表面に絶縁層が直接形成されている構成の基板では、絶縁層に大きな熱応力が繰り返し印加されると、放熱板表面の絶縁性を維持できなくなるという問題があった。
【００１０】
すなわち、図５（ｂ）の従来の構成の基板では、放熱板３０１と絶縁層３０２の線膨張係数が大きく相違していることから、温度サイクルで生じる温度変化により、絶縁層３０２に大きな熱応力が繰り返し印加されることになる。その熱応力により、絶縁層３０２にクラックが発生、拡大進展し、最終的に放熱板３０１表面の絶縁性を維持できなくなってしまう。
【００１１】
一方、部材間の線膨張係数の差によって発生する熱応力を低減するために、線膨張係数の差が大きい部材間にポーラス金属板を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
そこで本願の発明者は、図５（ｂ）に示す従来の構造の基板において、絶縁層３０２に印加される熱応力を低減するために、放熱板３０１表面に絶縁層３０２を直接形成するのではなく、特許文献２で提案されている構造を適用することを考えた。すなわち、絶縁層３０２と放熱板３０１の間に、温度サイクルで生じる温度変化により絶縁層３０２に発生する熱応力を緩和するための応力緩和層として、絶縁層３０２よりも線膨張係数が大きく、放熱板３０１よりも線膨張係数が小さい、ポーラス金属板３０８を設けることを考えた。
【００１３】
図５（ｂ）に示した従来の基板にポーラス金属板３０８を設けた構成とした場合の、基板の配置構造を示した模式断面図を図６に示す。
【００１４】
線膨張係数の差が大きい絶縁層３０２と放熱板３０１の間に、ポーラス金属板３０８を設けている。絶縁層３０２とポーラス金属板３０８、および放熱板３０１とポーラス金属板３０８は、それぞれ接着層３０７ｂおよび３０７ｃで接合されている。
【００１５】
放熱板３０１と絶縁層３０２間に設ける応力緩和層としては、その線膨張係数が、放熱板３０１の線膨張係数よりも小さく、絶縁層３０２の線膨張係数よりも大きい場合に、絶縁層３０２へ印加される熱応力を効果的に低減することが可能となる。しかし、図６に示すポーラス金属板３０８を設けた構成では、放熱板３０１と絶縁層３０２間にポーラス金属板３０８を固定するために、必然的に、ポーラス金属板３０８よりも線膨張係数が大きい接着層３０７ｂおよび３０７ｃで接合される構成になる。このため、絶縁層３０２に発生する熱応力に対して、ポーラス金属板３０８による熱応力低減の効果が低下し、十分に熱応力の低減ができない。
【００１６】
本発明は、上記課題を考慮して、絶縁層に発生する熱応力を低減し、絶縁層のクラックの発生を抑制できる、基板およびそ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】
【００１７】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
電子部品を実装する基板において、
放熱板と、
前記放熱板の表面に形成されたポーラスニッケルめっき層と、
前記ポーラスニッケルめっき層の、前記放熱板とは反対側の表面に形成された絶縁層とを備えた基板である。
【００１８】
また、第２の本発明は、
前記ポーラスニッケルめっき層は、厚さが１０〜１００μｍで、空孔率が２０〜６０％である、第１の本発明の基板である。
【００１９】
また、第３の本発明は、
前記ポーラスニッケルめっき層の線膨張係数は、前記絶縁層の線膨張係数よりも大きく、前記放熱板の線膨張係数よりも小さい、第２の本発明の基板である。
【００２０】
また、第４の本発明は、
前記ポーラスニッケルめっき層の、前記絶縁層が形成されている側の前記表面に位置する空孔に、ナノダイヤが充填された、第１〜第３のいずれかの本発明の基板である。
【００２１】
また、第５の本発明は、
前記絶縁層は、コーティングにより前記ポーラスニッケルめっき層の前記表面に形成された層である、第１の本発明の基板である。
【００２２】
また、第６の本発明は、
電子部品を実装する基板の製造方法において、
放熱板にポーラスニッケルめっきを施してポーラスニッケルめっき層を形成するめっき工程と、
前記ポーラスニッケルめっき層の上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを備えた、基板の製造方法である。
【００２３】
また、第７の本発明は、
前記めっき工程の後、前記ポーラスニッケルめっき層の表面に位置する空孔にナノダイヤを充填するナノダイヤ充填工程を備えた、第６の本発明の基板の製造方法である。
【００２４】
また、第８の本発明は、
前記絶縁層形成工程では、コーティングにより前記絶縁層を前記ポーラスニッケルめっき層の上に形成する、第６の本発明の基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、絶縁層に発生する熱応力を低減し、絶縁層のクラックの発生を抑制できる、基板およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の基板の配置構造を示す模式断面図
【図２】本発明の実施の形態の基板の製造工程におけるめっき工程を示す図
【図３】本発明の実施の形態の、他の構成の基板の配置構造を示す模式断面図
【図４】本発明の実施の形態の基板の製造工程におけるナノダイヤ充填工程を示す図
【図５】（ａ）従来のパワー半導体装置の配置構造を示す模式断面図、（ｂ）従来の基板の配置構造を示す模式断面図
【図６】従来の基板に熱伝導性ポーラス金属板を設けた場合の、基板の配置構造を示す模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における基板の配置構造を示す模式断面図である。図５（ａ）に示した従来のパワー半導体装置のＡ部に相当する部分の拡大図である。
【００２９】
本実施の形態の基板は、パワー半導体素子等の電子部品を実装する基板であり、図１に示すように、放熱板２の一方の面にポーラスニッケルめっき１が施されており、そのポーラスニッケルめっき１の放熱板２とは反対側の表面に絶縁層３が形成されている。
【００３０】
ポーラスニッケルめっき１は、例えば、図２の工程で放熱板２の表面に施される。
【００３１】
図２は、本実施の形態の基板の製造工程における、ポーラスニッケルめっき１を施すめっき工程を示している。
【００３２】
ポーラスニッケルめっき１は、例えば、発泡剤を入れたニッケルめっき槽５に、放熱板２を浸けて、電気めっきを施すことで得られる。図２では、放熱板２にマスク９を付して、絶縁層３が形成される側の面のみに選択的にポーラスニッケルめっき１を施すようにしている。このとき、放熱板２に流す電流密度とめっき時間を調節することで、ポーラスニッケルめっき１の厚みと空孔率を制御することが出来る。
【００３３】
なお、放熱板２の表面に施されたポーラスニッケルめっき１が、本発明のポーラスニッケルめっき層の一例にあたる。
【００３４】
ポーラスニッケルめっき１の空孔４は高さ１０〜１５μｍの針状であり、空孔率が大きくなればなるほど、空孔４の直径が大きくなる。
【００３５】
ポーラスニッケルめっき１は、図２に示すように放熱板２にマスク９を付して、絶縁層３が形成される側の面のみに選択的に施すのに限らず、放熱板２の表面全体に施すようにしても良い。
【００３６】
なお、ポーラスニッケルめっき１は、その線膨張係数が、放熱板２の線膨張係数よりも小さく、絶縁層３の線膨張係数よりも大きい場合に、絶縁層３へ印加される熱応力を効果的に低減することが可能となる。ポーラスニッケルめっき１の線膨張係数は、ニッケルの線膨張係数（１２．８ｐｐｍ）に（１００−空孔率）％を乗じた値と同等と考えられる。絶縁層３の線膨張係数は、４〜５ｐｐｍ程度なので、ポーラスニッケルめっき１の空孔率は、６０％以下である必要がある。
【００３７】
また、ポーラスニッケルめっき１の空孔率が２０％よりも小さいと、単位体積あたりの空孔数に偏りが発生し、均一な空孔率のポーラスニッケルめっき層を得ることが出来ない。
【００３８】
これらより、ポーラスニッケルめっき１の空孔率は２０％〜６０％であることが好ましい。
【００３９】
さらに、ポーラスニッケルめっき１の空孔４の形状は、高さ１０〜１５μｍの針状であることから、厚みを１０μｍよりも小さくすると、めっき厚みがバラつき、均一なポーラスニッケルめっき層を得ることが出来ない。また、厚みを１００μｍよりも厚くしようとすると、ポーラスニッケルめっき層の熱抵抗が大きくなり、また、めっき時間が長くなるため生産性が悪くなる。
【００４０】
これより、ポーラスニッケルめっき１の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましいが、ポーラスニッケルめっき１に、ある程度の厚みを持たせることで、絶縁層３に誘起される歪みが減少し、熱応力が緩和されることから、絶縁層３への応力低減がより効果的な、２５〜１００μｍとするのがより好ましい。
【００４１】
次に、ポーラスニッケルめっき１を施した放熱板２にセラミック絶縁層３をコーティングし、図１に示す本実施の形態の基板の配置構造を構成する。
【００４２】
なお、このポーラスニッケルめっき１を施した放熱板２に絶縁層３をコーティングする工程が、本発明の絶縁層形成工程の一例にあたる。
【００４３】
本実施の形態の基板の構成によれば、ポーラスニッケルめっき１を施すことにより、放熱板２と絶縁層３の間に、線膨張係数と弾性率の小さい層が介在することになる。これより、温度サイクルで生じる温度変化により、放熱板２が大きく膨張し、ポーラスニッケルめっき層に歪みが生じても、ポーラスニッケルめっき層の弾性率が小さいために、絶縁層３に誘起される熱応力は緩和される。
【００４４】
また、ポーラスニッケルめっき層と絶縁層３との線膨張係数の差によって、絶縁層３に熱応力が誘起されるが、その差が小さいため、絶縁層３にかかる熱応力は、ポーラスニッケルめっき層が介在しない場合よりも小さくなる。
【００４５】
また、本実施の形態の基板においては、放熱板２に直接、ポーラスニッケルめっき１を施して、絶縁層３を形成するので、線膨張係数の大きい接着層が介在せず、より効果的に絶縁層３の熱応力を低減できる。
【００４６】
図３は、本実施の形態における他の構成の基板の配置構造を示す模式断面図である。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００４７】
図３に示す基板は、放熱板２上に形成したポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４にナノダイヤ６を充填し、その上に絶縁層３を形成する配置構造としている。
【００４８】
ナノダイヤ６は、例えば、図４の工程でポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４に充填される。
【００４９】
図４は、本実施の形態の基板の製造工程における、放熱板２上に形成したポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４にナノダイヤ６を充填するナノダイヤ充填工程を示している。
【００５０】
ナノダイヤ充填工程では、放熱板２上に形成したポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４にナノダイヤ６を５〜１０μｍ充填する。
【００５１】
図４に示すナノダイヤ充填工程では、ナノダイヤ６を一定量混ぜたナノダイヤ混合溶液８を入れた超音波洗浄槽７に、ポーラスニッケルめっき１を施した放熱板２を浸けて、超音波振動を与える。その後、放熱板２を超音波洗浄槽７から取り出し、減圧または微加熱することにより溶媒を蒸発させることで、ポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４にナノダイヤ６が充填された放熱板２が得られる。
【００５２】
ナノダイヤ混合溶液８は、例えば、表面張力の小さいエタノール溶液などにナノダイヤ６を混合したものである。図４に示すナノダイヤ充填工程において、ナノダイヤ混合溶液８の濃度と超音波振動を与える時間を調整することによって、ポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４に充填するナノダイヤ６の厚みを制御することができる。
【００５３】
次に、最表層の空孔４にナノダイヤ６を充填したポーラスニッケルめっき１を施した放熱板２に、セラミック絶縁層３をコーティングし、図３に示す本実施の形態の他の構成の基板の配置構造を構成する。
【００５４】
この基板の構成によれば、ポーラスニッケルめっき１の空孔４に高熱伝導率を有するナノダイヤ６が充填されるため、基板の熱抵抗値を大きく低減できるという効果がある。
【００５５】
以上より、図１や図３に示した本実施の形態の基板の配置構造とすることにより、絶縁層３に発生する熱応力を低減し、絶縁層３のクラックの発生を抑制することが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の実施例を比較例と比較することにより、本発明の効果について説明する。
【００５７】
以下に、本発明の実施例をシミュレーションを用いて説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
【００５８】
シミュレーションを行うにあたり、実施例１〜実施例７、比較例１および比較例２に共通する、ポーラスニッケルめっき層以外の構成部材の寸法や材料物性値は、全て同じものとした。
【００５９】
図１に、本発明の実施例１〜実施例６、および比較例２で使用した基板の配置構造を示す模式断面図を示す。また、図３に、本発明の実施例７で使用した基板の配置構造を示す模式断面図を示し、図５（ｂ）に、比較例１で使用した基板の配置構造を示す模式断面図を示す。
【００６０】
また、本願の発明者が検討した図６に示す配置構造の基板についても、比較例３〜比較例８としてシミュレーションを行なった。
【００６１】
なお、実施例１〜実施例７および比較例２では、放熱板２にめっきを施す際、図２のようにマスク９を用いて絶縁層３が形成される側の面のみにめっきを施した。
【００６２】
また、実施例７では、図４のナノダイヤ充填工程において、ポーラスニッケルめっき１の最表層の空孔４にナノダイヤ６の厚みが５μｍになるようにナノダイヤ６を充填した。
【００６３】
（実施例１）
実施例１の基板は、図１に示すように、厚み１０μｍ、空孔率２０％のポーラスニッケルめっき１（弾性率１６８ＧＰａ、線膨張係数１０．２ｐｐｍ、熱伝導率７２．８Ｗ／ｍ／Ｋ）が施された、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの放熱板２（アルミ、弾性率７６ＧＰａ、線膨張係数２３ｐｐｍ）上に、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍの絶縁層３（窒化アルミ、弾性率３２０ＧＰａ、線膨張係数４．５ｐｐｍ）が形成されている。
【００６４】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。
【００６５】
なお、ポーラスニッケルめっき１の弾性率、線膨張係数および熱伝導率は、ニッケルの弾性率（２１０ＧＰａ）、線膨張係数（１２．８ｐｐｍ）および熱伝導率（９１Ｗ／ｍ／Ｋ）に、それぞれ（１００−空孔率）％を乗じたものとした。実施例２〜実施例６、および比較例２のポーラスニッケルめっきの弾性率と線膨張係数も同様に定義した。
【００６６】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００６７】
（実施例２）
実施例２の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを１０μｍ、空孔率を６０％（弾性率８４ＧＰａ、線膨張係数５．１ｐｐｍ、熱伝導率３６．４Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００６８】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００６９】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００７０】
（実施例３）
実施例３の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを２５μｍ、空孔率を２０％（弾性率１６８ＧＰａ、線膨張係数１０．２ｐｐｍ、熱伝導率７２．８Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００７１】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００７２】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００７３】
（実施例４）
実施例４の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを２５μｍ、空孔率を６０％（弾性率８４ＧＰａ、線膨張係数５．１ｐｐｍ、熱伝導率３６．４Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００７４】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００７５】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００７６】
（実施例５）
実施例５の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを１００μｍ、空孔率を２０％（弾性率１６８ＧＰａ、線膨張係数１０．２ｐｐｍ、熱伝導率７２．８Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００７７】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００７８】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００７９】
（実施例６）
実施例６の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを１００μｍ、空孔率を６０％（弾性率８４ＧＰａ、線膨張係数５．１ｐｐｍ、熱伝導率３６．４Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００８０】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００８１】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００８２】
（実施例７）
実施例７の基板は、図３に示すように、ナノダイヤ６（熱伝導率２０００Ｗ／ｍ／Ｋ）が充填された厚み１００μｍ、空孔率６０％のポーラスニッケルめっき１（弾性率８４ＧＰａ、線膨張係数５．１ｐｐｍ、熱伝導率９６．４Ｗ／ｍ／Ｋ）が施された、放熱板２上に、絶縁層３が形成されている。なお、ポーラスニッケルめっき１の熱伝導率は、ニッケルの熱伝導率（９１Ｗ／ｍ／Ｋ）に（１００−空孔率）％を乗じたものに、ナノダイヤの熱伝導率（２０００Ｗ／ｍ／Ｋ）に（ナノダイヤの充填厚み／ポーラスニッケルめっきの厚み）と空孔率％を乗じたものを足したものとした。
【００８３】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００８４】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００８５】
（比較例１）
比較例１の基板は、図５（ｂ）に示すように、ポーラスニッケルめっきを施さずに、放熱板３０１に、直接、絶縁層３０２を形成した。
【００８６】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００８７】
また、絶縁層３０２の熱抵抗を、基板の熱抵抗値として算出した。
【００８８】
（比較例２）
比較例２の基板は、実施例１の構成のうち、ポーラスニッケルめっき１の厚みを２００μｍ、空孔率を６０％（弾性率８４ＧＰａ、線膨張係数５．１ｐｐｍ、熱伝導率３６．４Ｗ／ｍ／Ｋ）とした。
【００８９】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、実施例１と同一である。
【００９０】
また、ポーラスニッケルめっき１の熱抵抗と絶縁層３の熱抵抗を合計したものを、基板の熱抵抗値として算出した。
【００９１】
（比較例３）
比較例３の基板は、図６に示すように、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み１．５ｍｍ（アルミ、弾性率７６ＧＰａ、線膨張係数２３ｐｐｍ）の放熱板３０１と、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み１０μｍ（銅、弾性率９６ＧＰａ、線膨張係数１３．６ｐｐｍ）の空孔率２０％のポーラス金属板３０８が、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍ（はんだ、弾性率４１．６ＧＰａ、線膨張係数２３．６ｐｐｍ）の接着層３０７ｃで接合され、ポーラス金属板３０８の放熱板３０１とは反対側の面と、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍ（窒化アルミ、弾性率３２０ＧＰａ、線膨張係数４．５ｐｐｍ）の絶縁層３０２が、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．１ｍｍ（はんだ、弾性率４１．６ＧＰａ、線膨張係数２３．６ｐｐｍ）の接着層３０７ｂで接合されている。
【００９２】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。
【００９３】
なお、ポーラス金属板３０８の弾性率および線膨張係数は、銅の弾性率（１２０ＧＰａ）および線膨張係数（１７ｐｐｍ）に、それぞれ（１００−空孔率）％を乗じたものとした。比較例４〜比較例８のポーラス金属板３０８の弾性率と線膨張係数も同様に定義した。
【００９４】
（比較例４）
比較例４の基板は、比較例３の構成のうち、ポーラス金属板３０８の厚みを１０μｍ、空孔率を６０％（弾性率４８ＧＰａ、線膨張係数６．８ｐｐｍ）とした。
【００９５】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、比較例３と同一である。
【００９６】
（比較例５）
比較例５の基板は、比較例３の構成のうち、ポーラス金属板３０８の厚みを２５μｍ、空孔率を２０％（弾性率９６ＧＰａ、線膨張係数１３．６ｐｐｍ）とした。
【００９７】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、比較例３と同一である。
【００９８】
（比較例６）
比較例６の基板は、比較例３の構成のうち、ポーラス金属板３０８の厚みを２５μｍ、空孔率を６０％（弾性率４８ＧＰａ、線膨張係数６．８ｐｐｍ）とした。
【００９９】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、比較例３と同一である。
【０１００】
（比較例７）
比較例７の基板は、比較例３の構成のうち、ポーラス金属板３０８の厚みを１００μｍ、空孔率を２０％（弾性率９６ＧＰａ、線膨張係数１３．６ｐｐｍ）とした。
【０１０１】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、比較例３と同一である。
【０１０２】
（比較例８）
比較例８の基板は、比較例３の構成のうち、ポーラス金属板３０８の厚みを１００μｍ、空孔率を６０％（弾性率４８ＧＰａ、線膨張係数６．８ｐｐｍ）とした。
【０１０３】
この基板の構造において、構成部材の温度が、２５℃から２５０℃まで変化したときの、絶縁層３０２に印加される熱応力を、線形構造解析（ＦＥＭ）による計算によって求めた。その他の構成は、比較例３と同一である。
【０１０４】
（評価）
表１に、実施例１〜実施例７、比較例１および比較例２の各絶縁層に印加される最大熱応力と基板の熱抵抗値を示す。
【０１０５】
【表１】
2013153002.tif 000003
【０１０６】
表１より、実施例１〜実施例６において、絶縁層３に印加される熱応力は、比較例１と比べて約７〜２４％低減している。
【０１０７】
繰り返しの熱応力の印加による絶縁層３のクラックの発生を防止するためには、絶縁層３に印加される熱応力が９０５ＭＰａ以下であることが要求されるが、実施例１〜実施例６のいずれの構成においてもこの条件を満たしており、熱応力による絶縁層３のクラックの発生を防止できることがわかる。
【０１０８】
パワー半導体素子等の電子部品を実装する基板として適切な熱抵抗値の範囲は、実装されるパワー半導体素子の面積により変化するが、本シミュレーションで想定したパワー半導体素子（縦４ｍｍ×横６ｍｍ）に対する基板としての熱抵抗値としては、０．２Ｋ／Ｗ以下が適切であり、０．１５Ｋ／Ｗ以下であれば、より好ましい。
【０１０９】
比較例２では、熱応力については５６７ＭＰａと十分に小さいものの、熱抵抗値が０．２１５Ｋ／Ｗと大きい値になっており、パワー半導体素子等の電子部品を実装する基板としては適切ではない。
【０１１０】
また、ポーラスニッケルめっき１の厚みが１０μｍである実施例１および実施例２では、熱応力の低減は比較例１と比べて約７％以下であるが、ポーラスニッケルめっき１の厚みが２５μｍ以上である実施例３〜実施例６では、絶縁層３に印加される熱応力は、比較例１と比べて約１０％以上低減しており、より効果的な応力低減が見られた。
【０１１１】
さらに、実施例７では、絶縁層３に印加される熱応力は、比較例１と比べて約２４％低減している。また、熱抵抗値は、比較例１の場合の２．９倍に抑えられており、熱抵抗値の抑制効果も見られた。
【０１１２】
表２に、比較例３〜比較例８の各絶縁層３０２に印加される最大熱応力の値を示す。
【０１１３】
【表２】
2013153002.tif 000004
【０１１４】
表２より、比較例３〜比較例６において、絶縁層３０２に印加される熱応力は、比較例１と比べて増加している。比較例７および比較例８では、絶縁層３０２に印加される熱応力は、比較例１の場合より低減しているものの、約６％以下しか低減されていない。
【０１１５】
この結果より、図６に示すような、放熱板３０１と絶縁層３０２間にポーラス金属板３０８を設ける構成としても、絶縁層３０２へ印加される熱応力を効果的に低減できないことがわかる。
【０１１６】
これは、放熱板３０１と絶縁層３０２間にポーラス金属板３０８を固定するために用いた接着層３０７ｂおよび３０７ｃの線膨張係数が、ポーラス金属板３０８の線膨張係数よりも大きいために、絶縁層３０２へ印加される熱応力を十分に低減できなかったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明にかかる基板およびその製造方法は、絶縁層に発生する熱応力を低減し、絶縁層のクラックの発生を抑制できる効果を有し、電気自動車のモーター用インバーター基板や、屋内外で使用する発電システムのパワーコンディショナーなど、自動車、環境、住宅、インフラ分野へ利用することが出来る。
【符号の説明】
【０１１８】
１  ポーラスニッケルめっき
２  放熱板
３  絶縁層
４  空孔
５  ニッケルめっき槽
６  ナノダイヤ
７  超音波洗浄層
８  ナノダイヤ混合溶液
９  マスク
３０１  放熱板
３０２  絶縁層
３０３  はんだ層
３０４  リードフレーム
３０５  パワー半導体素子
３０６  ワイヤ
３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ  接着層
３０８  ポーラス金属板
【図１】
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【図２】
2013153002.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013153002.tif 000009
【図６】
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