(57)【要約】  金属基板（１０）と、絶縁層（２０）と、金属箔（４０）とがこの順で積層された金属ベース基板（１）であって、前記絶縁層（２０）と前記金属箔（４０）との間に密着層（３０）を有し、前記密着層（３０）が、単位がＧＰａで表される２５℃におけるヤング率をＥとし、単位がμｍで表される厚みをＴとし、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとしたときに下記の式（１）〜式（３）を満足することを特徴とする金属ベース基板。  （１）Ｅ≦１  （２）５≦Ｔ／Ｅ  （３）Ｔ／λ＜２０
2019151122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、絶縁層と、金属箔とがこの順で積層された金属ベース基板であって、
前記絶縁層と前記金属箔との間に密着層を有し、
前記密着層が、単位がＧＰａで表される２５℃におけるヤング率をＥとし、単位がμｍで表される厚みをＴとし、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとしたときに下記の式（１）〜式（３）を満足することを特徴とする金属ベース基板。
（１）Ｅ≦１
（２）５≦Ｔ／Ｅ
（３）Ｔ／λ＜２０
【請求項２】
前記絶縁層が、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物からなる樹脂とセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の比表面積が１ｍ２／ｇ以上であり、前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の金属ベース基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベース基板に関する。
本願は、２０１８年１月３０日に日本に出願された特願２０１８−０１３８８９号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子やＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの電子部品を実装するための基板としては、金属ベース基板が知られている。金属ベース基板は、金属基板と、絶縁層と、金属箔とがこの順で積層された積層体である。電子部品は、金属箔の上に、はんだを介して接合される。金属ベース基板は、電子部品にて発生した熱を外部に速やかに放出できるように熱伝導性が高いことが望ましい。金属ベース基板の熱伝導性を向上させるために、金属基板と絶縁層および絶縁層と金属箔の間の密着性を高くすることは有効である。【０００３】
特許文献１には、金属基板とポリイミドフィルム（絶縁層）との間に第１の接着剤層を設け、ポリイミドフィルム（絶縁層）と金属箔との間に第２の接着剤層を設けた金属ベース基板が開示されている。この特許文献１では、第１の接着剤層と第２の接着剤層の厚みはそれぞれ３μｍ以上１５μｍ以下とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１３−１４３４４０号公報（Ａ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているように、金属基板と絶縁層と金属箔との間に接着剤層を設けることは、金属ベース基板の熱伝導性を向上させるためには有効である。しかしながら、金属ベース基板と電子部品とをはんだを介して接合すると、電子部品のオン／オフや環境温度に起因する冷熱サイクルにより、金属ベース基板の金属基板と電子部品との熱膨張係数の差によって熱応力が発生し、この熱応力がはんだに付与されて、はんだが破損しやすくなることがある。このため、金属ベース基板は、はんだを介した電子部品との接合信頼性が十分ではない場合があった。【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、はんだを介した電子部品との接合信頼性が高く、かつ金属箔から金属基板までの熱抵抗が低い金属ベース基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の金属ベース基板は、金属基板と、絶縁層と、金属箔とがこの順で積層された金属ベース基板であって、前記絶縁層と前記金属箔との間に密着層を有し、前記密着層が、単位がＧＰａで表される２５℃におけるヤング率をＥとし、単位がμｍで表される厚みをＴとし、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとしたときに下記の式（１）〜式（３）を満足することを特徴としている。
（１）Ｅ≦１
（２）５≦Ｔ／Ｅ
（３）Ｔ／λ＜２０【０００８】
このような構成とされた本発明の金属ベース基板によれば、密着層のヤング率Ｅが、（１）Ｅ≦１とされていて、密着層が比較的柔らかいので、冷熱サイクルにより生じる金属ベース基板の金属基板と電子部品の熱膨張係数の差によってはんだに付与される熱応力を密着層で緩和することができる。また、絶縁層と金属箔の密着性が向上するので、金属ベース基板全体の熱抵抗を低減させることができる。さらに、密着層の厚みＴとヤング率Ｅの関係が、（２）５≦Ｔ／Ｅとされていて、密着層の応力緩和能を大きくできるので、冷熱サイクルによってはんだに付与される熱応力を確実に緩和させることができる。またさらに、密着層の厚みＴと熱伝導率の関係が、（３）Ｔ／λ＜２０とされていて、密着層の熱抵抗が低いので、金属ベース基板全体の熱抵抗を確実に低減させることができる。【０００９】
ここで、本発明の金属ベース基板においては、前記絶縁層が、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物からなる樹脂とセラミック粒子とを含み、前記セラミック粒子の比表面積が１ｍ２／ｇ以上であり、前記セラミック粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることが好ましい。
この場合、絶縁層は、絶縁性が高い樹脂と熱伝導度が高いセラミック粒子とを含むので、絶縁性を維持しつつ、金属ベース基板全体の熱抵抗をより低減させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、はんだを介した電子部品との接合信頼性が高く、かつ金属箔から金属基板までの熱抵抗が低い金属ベース基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる金属ベース基板の概略断面図である。
図１において、金属ベース基板１は、金属基板１０と、絶縁層２０と、密着層３０と、金属箔４０とがこの順で積層された積層体である。金属ベース基板１の金属箔４０の表面には、電子部品５０がはんだ６０を介して接合されている。
【００１４】
金属基板１０は、金属ベース基板１のベースとなる部材である。金属基板１０としては、銅板、アルミニウム板およびこれらの積層板を用いることができる。
【００１５】
絶縁層２０は、金属基板１０と金属箔４０とを絶縁するための層である。絶縁層２０は、樹脂２１とセラミック粒子２２とを含む組成物であることが好ましい。絶縁層２０を、絶縁性が高い樹脂２１と、熱伝導度が高いセラミック粒子２２とを含む組成物とすることによって、絶縁性を維持しつつ、金属ベース基板１全体の熱抵抗をより低減させることができる。
【００１６】
絶縁層２０に含まれる樹脂２１は、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物であることが好ましい。ポリイミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂は、イミド結合を持つので、優れた耐熱性や機械特性を有する。
【００１７】
ポリアミドイミド樹脂およびポリイミド樹脂は、質量平均分子量が１０万以上であることが好ましく、１０万以上５０万以下の範囲内にあることがより好ましい。質量平均分子量が上記の範囲にあるポリアミドイミド樹脂またはポリイミド樹脂を含む絶縁層２０は、耐熱性と機械特性がより向上する。
【００１８】
絶縁層２０に含まれるセラミック粒子２２は、比表面積が１ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。セラミック粒子の比表面積が小さくなりすぎる、即ちセラミック粒子２２の一次粒子の粒子径が大きくなりすぎると、絶縁層２０の耐電圧性が低下するおそれがある。
絶縁層２０の耐電圧性の低下を抑えるために、セラミック粒子２２の比表面積は、１０ｍ２／ｇ以上であることがより好ましく、５０ｍ２／ｇ以上であることが特に好ましい。
【００１９】
なお、セラミック粒子２２の比表面積が大きくなりすぎる、即ちセラミック粒子２２の一次粒子の粒子径が小さくなりすぎると、セラミック粒子２２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層２０の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。絶縁層２０の表面粗さＲａが過度に大きくなると、絶縁層２０の上に積層される密着層３０や金属箔４０の表面粗さＲａが大きくなりやすくなる。金属箔４０の表面粗さＲａが大きくなると、金属箔４０とはんだ６０との間に隙間ができて、金属箔４０とはんだ６０とが剥がれたり、金属箔４０とはんだ６０との間の熱伝導性が低下したりするなどの問題が生じやすくなる。このため、絶縁層２０の表面粗さＲａは小さい方が好ましい。絶縁層２０の表面粗さＲａを過度に大きくしないためには、セラミック粒子の比表面積は、３００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００２０】
セラミック粒子２２の比表面積は、ＢＥＴ法で測定されたＢＥＴ比表面積である。絶縁層２０中のセラミック粒子２２の比表面積は、絶縁層２０を加熱して、樹脂２１成分を熱分解して除去し、残部のセラミック粒子２２を回収することによって測定することができる。
【００２１】
セラミック粒子２２は、ＢＥＴ比表面積と密度から下記の式を用いて算出されるＢＥＴ径が、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。ＢＥＴ径が上記の範囲にあるセラミック粒子２２を含む絶縁層２０は、耐電圧性がより向上する。
ＢＥＴ径＝６／（密度×ＢＥＴ比表面積）
【００２２】
セラミック粒子２２は凝集粒子を形成していることが好ましい。凝集粒子は、一次粒子が比較的弱く連結しているアグロメレートであってもよいし、一次粒子が比較的強く連結しているアグリゲートであってもよい。また、凝集粒子同士がさらに集合した粒子集合体を形成していてもよい。セラミック粒子２２の一次粒子が凝集粒子を形成して絶縁層２０中に分散していることによって、セラミック粒子２２間の相互接触によるネットワークが形成されて、セラミック粒子２２の一次粒子間を熱が伝導しやすくなり、絶縁層２０の熱伝導度が向上する。
また、セラミック粒子２２は結晶性が高いことが好ましく、一次粒子が単結晶粒子であることがより好ましい。結晶性が高い単結晶のセラミック粒子は熱伝導性に優れるので、これを含む絶縁層２０は熱伝導度がより効率的に向上する。
【００２３】
セラミック粒子２２の凝集粒子は、一次粒子同士が点接触して連結した異方性を持つ形状であることが好ましい。この場合、セラミック粒子２２の一次粒子同士は、化学的に強く結合していることが好ましい。
また、セラミック粒子２２の凝集粒子の平均粒子径は、上記のＢＥＴ径に対して、５倍以上であることが好ましく、５倍以上１００倍以下の範囲内にあることが好ましい。また、凝集粒子の平均粒子径は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。凝集粒子の平均粒子径が上記の範囲にあると、絶縁層２０の熱伝導度を確実に向上させることができる。
【００２４】
凝集粒子の平均粒子径は、セラミック粒子を分散剤と共にＮＭＰ溶媒中にて超音波分散にかけ、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定したＤｖ５０の値である。絶縁層２０中の凝集粒子（セラミック粒子）は、絶縁層２０を加熱して、樹脂成分を熱分解して除去することによって回収することができる。
【００２５】
絶縁層２０中のセラミック粒子の含有量は、５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることが好ましい。セラミック粒子の含有量が少なくなりすぎると、絶縁層２０の熱伝導性が十分に向上しないおそれがある。一方、セラミック粒子２２の含有量が多くなりすぎると、樹脂２１の含有量が相対的に減少して、絶縁層２０の形状を安定に維持できなくなるおそれがある。また、セラミック粒子２２が過剰に大きな凝集粒子を形成しやすくなり、絶縁層２０の表面粗さＲａが大きくなるおそれがある。
絶縁層２０の熱伝導性を確実に向上させるためには、セラミック粒子２２の含有量は１０体積％以上であることが好ましく、３０体積％以上であることがより好ましい。また、絶縁層２０の形状の安定性を確実に向上させ、表面粗さＲａを低くするためには、セラミック粒子の含有量は５０体積％以下であることが特に好ましい。
【００２６】
セラミック粒子２２の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。セラミック粒子２２は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。これらのセラミック粒子の中では、アルミナ粒子は熱伝導性が高い点で好ましい。
【００２７】
セラミック粒子２２は、市販品を使用してもよい。市販品としては、ＡＥ５０、ＡＥ１３０、ＡＥ２００、ＡＥ３００、ＡＥ３８０、ＡＥ９０Ｅ（いずれも、日本アエロジル株式会社製）、Ｔ４００（ワッカー社製）、ＳＦＰ−２０Ｍ（デンカ株式会社製）などのシリカ粒子、Ａｌｕ６５（日本アエロジル株式会社製）、ＡＡ−０４（住友化学株式会社製）などのアルミナ粒子、ＡＰ−１７０Ｓ（Ｍａｒｕｋａ社製）などの窒化ホウ素粒子、ＡＥＲＯＸＩＤＥ（Ｒ）ＴｉＯ２  Ｐ９０（日本アエロジル株式会社製）などの酸化チタン粒子、ＭＯＸ１７０（日本アエロジル株式会社製）などのアルミナドープシリカ粒子、Ｓａｓｏｌ社製のアルミナ水和物粒子を用いることができる。
【００２８】
絶縁層２０の厚みは、特には制限されるものではないが、２μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。
【００２９】
密着層３０は、単位がＧＰａで表される２５℃におけるヤング率をＥとし、単位がμｍで表される厚みをＴとし、単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率をλとしたときに下記の式（１）〜式（３）を満足する。
（１）Ｅ≦１
（２）５≦Ｔ／Ｅ
（３）Ｔ／λ＜２０
【００３０】
密着層３０は、（１）Ｅ≦１、即ち２５℃におけるヤング率Ｅが１ＧＰａ以下とされている。密着層３０のヤング率Ｅが１ＧＰａを超えると、冷熱サイクルによってはんだ６０に付与される熱応力を、密着層３０で緩和するためには、密着層３０の厚みを厚くする必要がある。密着層３０の厚みを厚くすると、金属ベース基板１全体の熱抵抗が高くなり、電子部品５０にて発生した熱を外部に放出しにくくなるおそれがある。密着層３０のヤング率Ｅは、０．１ＧＰａ以上０．５ＧＰａ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００３１】
密着層３０は、（２）５≦Ｔ／Ｅ、即ち２５℃におけるヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）に対する厚みＴ（単位：μｍ）の比Ｔ／Ｅが５以上とされている。比Ｔ／Ｅが５未満であると、冷熱サイクルによってはんだ６０に付与される熱応力を、密着層３０で緩和することが困難となるおそれがある。比Ｔ／Ｅは１０以上であることが好ましい。なお、比Ｔ／Ｅの上限は、特に制限はないが、通常は２００以下である。
【００３２】
密着層３０は、（３）Ｔ／λ＜２０、即ち厚み方向の熱伝導率λ（単位：Ｗ／ｍＫ）に対する厚みＴ（単位：μｍ）の比Ｔ／λが２０未満とされている。比Ｔ／λが２０以上であると、金属ベース基板１全体の熱抵抗が高くなり、電子部品５０にて発生した熱を外部に放出しにくくなるおそれがある。密着層３０の熱伝導率λは、０．１Ｗ／ｍＫ以上２Ｗ／ｍＫ以下の範囲内にあることが好ましい。比Ｔ／λは１５以下であることが好ましい。なお、比Ｔ／λの下限は、特に制限はないが、通常は１以上である。
【００３３】
密着層３０の厚みＴは、０．５μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．５μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。
【００３４】
密着層３０は、樹脂からなることが好ましい。樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂は、各種有機基を導入した変性シリコーン樹脂を含む。変性シリコーン樹脂の例としては、ポリイミド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、ウレタン変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、オレフィン変性シリコーン樹脂、エーテル変性シリコーン樹脂、アルコール変性シリコーン樹脂、フッ素変性シリコーン樹脂、アミノ変性シリコーン樹脂、メルカプト変性シリコーン樹脂、カルボキシ変性シリコーン樹脂を挙げることができる。エポキシ樹脂の例としては、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、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組合せて使用してもよい。
【００３５】
密着層３０は、熱伝導性を向上させるために、無機物粒子を分散させてもよい。無機物粒子としては、セラミック粒子を用いることができる。セラミック粒子の例としては、シリカ（二酸化ケイ素）粒子、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子、窒化ホウ素粒子、酸化チタン粒子、アルミナドープシリカ粒子、アルミナ水和物粒子、窒化アルミニウム粒子が挙げられる。密着層３０中の無機物粒子の含有量は、５体積％以上６０体積％以下の範囲内にあることが好ましく、１０体積％以上５０体積％以下の範囲内にあることが特に好ましい。
【００３６】
金属箔４０は、回路パターン状に形成される。その回路パターン状に形成された金属箔４０の上に、電子部品５０がはんだ６０を介して接合される。金属箔４０の材料としては、銅、アルミニウム、金を用いることができる。金属箔４０の厚みは、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。金属箔４０の厚みが薄くなりすぎると、破断しやすくなるおそれがある。一方、金属箔４０の厚みが厚くなりすぎると、エッチングにより回路パターンを形成するのが困難となるおそれがある。
【００３７】
金属ベース基板１の金属箔４０に接合される電子部品５０としては、半導体素子やＬＥＤ素子を用いることができる。金属箔４０と電子部品５０とを接合するはんだ６０としては、Ｓｎ（錫）とＡｇ（銀）を含むＳｎ−Ａｇはんだ、Ｓｎ（錫）とＡｇ（銀）とＣｕ（銅）を含むＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ（錫）とＣｕ（銅）を含むＳｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ（錫）とＢｉ（ビスマス）を含むＳｎ−Ｂｉはんだ、Ｓｎ（錫）とＺｎ（亜鉛）とＢｉ（ビスマス）を含むＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉはんだなど金属箔４０と電子部品との接合に用いられる通常のはんだを用いることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の金属ベース基板１の製造方法について説明する。
本実施形態の金属ベース基板１は、例えば、金属基板１０の上に、絶縁層２０と密着層３０とをこの順で積層し、次いで密着層３０の上に金属箔４０を貼り付ける方法によって製造することができる。
【００３９】
金属基板１０の上に、樹脂２１とセラミック粒子２２とを含む組成物からなる絶縁層２０を形成する方法としては、塗布法または電着法を用いることができる。
塗布法は、絶縁層形成用の樹脂２１とセラミック粒子２２と溶剤とを含む絶縁層形成用塗布液を、金属基板１０の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させて絶縁層２０を金属基板１０の上に形成する方法である。絶縁層形成用塗布液を、金属基板１０の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
電着法は、絶縁層形成用の樹脂と極性溶媒と水と貧溶媒と塩基を含む電着液を、導体の表面に電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱し、乾燥させて絶縁層２０を金属基板１０の上に形成する方法である。
【００４０】
絶縁層２０の上に密着層３０を形成する方法としては、塗布法を用いることができる。  密着層３０は、密着層形成用の樹脂と溶剤と必要に応じて添加される無機物粒子とを含む密着層形成用塗布液を、絶縁層２０の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱し、乾燥させることによって形成することができる。密着層形成用塗布液を、絶縁層２０の表面に塗布する方法としては、スピンコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビアコート法、ディップコート法などを用いることができる。
【００４１】
金属箔４０は、密着層３０の上に金属箔４０を重ね合わせ、次いで、金属箔４０を加圧しながら加熱することによって貼り合わせることができる。加熱は、金属箔４０が酸化しないように、非酸化性雰囲気中（例えば、窒素雰囲気中、真空中）で行うことが好ましい。
【００４２】
以上のような構成とされた本実施形態の金属ベース基板１によれば、密着層３０は、単位がＧＰａで表される２５℃におけるヤング率Ｅが、（１）Ｅ≦１とされていて、密着層３０が比較的柔らかいので、冷熱サイクルにより生じる金属ベース基板１の金属基板１０と電子部品の熱膨張係数の差によってはんだ６０に付与される熱応力を、密着層３０で緩和することができる。また、絶縁層２０と金属箔４０の密着性が向上するので、金属ベース基板１全体の熱抵抗を低減させることができる。さらに、密着層３０の厚みＴとヤング率Ｅの関係が、（２）５≦Ｔ／Ｅとされていて、密着層３０の応力緩和能を大きくできるので、冷熱サイクルによってはんだ６０に付与される熱応力を確実に緩和させることができる。またさらに、密着層３０の厚みＴと単位がＷ／ｍＫで表される厚み方向の熱伝導率の関係が、（３）Ｔ／λ＜２０とされていて、密着層３０の熱抵抗が低いので、金属ベース基板１全体の熱抵抗を確実に低減させることができる。
【００４３】
また、本実施形態の金属ベース基板１においては、絶縁層２０を、ポリイミド樹脂、またはポリアミドイミド樹脂、もしくはこれらの混合物からなる樹脂２１とセラミック粒子２２とを含む組成物で形成し、セラミック粒子２２の比表面積を１ｍ２／ｇ以上とし、セラミック粒子２２の含有量を５体積％以上６０体積％以下の範囲内とすることによって、絶縁層２０の絶縁性を維持しつつ、金属ベース基板１全体の熱抵抗をより低減させることができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、本発明の作用効果を実施例により説明する。【００４５】
［本発明例１〜８、比較例１〜５］
（塗布法による絶縁層の形成）
容量３００ｍＬのセパラブルフラスコに、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、およびＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を仕込んだ。ＮＭＰ量は、得られるポリアミック酸の濃度が４０質量％になるように調整した。常温で撹拌して、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを完全に溶解させた後、内温が３０℃を超えないよう、所定量のテトラカルボン酸２無水物を少量ずつ添加した。その後、窒素雰囲気下で１６時間の撹拌を続け、ポリアミック酸（ポリイミド前駆体）溶液を調製した。【００４６】
セラミック粒子として、表１に示す比表面積を有するアルミナ粒子を用意した。なお、比表面積は、ＢＥＴ法により測定したＢＥＴ比表面積である。用意したアルミナ粒子１．０ｇを、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１０ｇに対して投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。【００４７】
上記のようにして調製したポリアミック酸溶液とセラミック粒子分散液とを、加熱によって生成する固形物（絶縁層）中のポリイミドとセラミック粒子の含有比率がそれぞれ表１に示す体積％となるように混合し、次いで、ＮＭＰで、混合物中のポリアミック酸の濃度が５質量％となるように希釈した。続いて得られた混合物を、株式会社スギノマシン社製スターバーストを用い、圧力５０ＭＰａの高圧噴射処理を１０回繰り返すことにより分散処理を行って、セラミック粒子分散ポリアミック酸溶液（絶縁層形成用塗布液）を調製した。【００４８】
厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板の表面に、絶縁層形成用塗布液を加熱によって生成する絶縁層の厚みが表１に示す厚みとなるようにバーコート法により塗布して絶縁層形成用塗布層を形成した。次いで、絶縁層形成用塗布層を形成した銅基板をホットプレート上に配置して、室温から３℃／分で６０℃まで昇温し、６０℃で１００分間、さらに１℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で１００分間加熱して、絶縁層形成用塗布層を乾燥させた。その後、銅基板を２５０℃で１分間、４００℃で１分間加熱して、絶縁層付き銅基板を作製した。【００４９】
（スピンコート法による密着層の形成）
密着層形成用の樹脂として、表２に記載の樹脂を用意した。用意した樹脂を、ＮＭＰに溶解させて、樹脂濃度が３０質量％の密着層形成用塗布液を調製した。なお、本発明例７、８では、ＮＭＰに、樹脂（ポリイミド）とアルミナ粒子（比表面積：５．１ｍ２／ｇ）とを表２に記載の割合で混合した。【００５０】
絶縁層付き銅基板の絶縁層の上に、密着層形成用塗布液をスピンコート法により、表２に示すスピンコートの回転数とコーティング回数の条件で塗布して、密着層形成用塗布層を形成した。次いで、密着層形成用塗布層を形成した絶縁層付き銅基板を加熱し、密着層形成用塗布層を乾燥させて、絶縁層の上に表２に示す厚みの密着層を形成した。【００５１】
（金属箔の貼り付け）
密着層の上に、厚み１８μｍで幅１ｃｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）を重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃の温度で２０分間加熱して、密着層と銅箔とを貼り合わせた。以上のようにして、銅基板と絶縁層と密着層と銅箔とがこの順で積層された金属ベース基板を作製した。【００５２】
［本発明例９、１０］
（電着法による絶縁層の形成）
セラミック粒子として、表１に示す比表面積を有するアルミナ粒子を用意した。用意したセラミック粒子１．０ｇを、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を６２．５ｇ、１Ｍ２Ｐ（１−メトキシ−２−プロパノール）を１０ｇ、ＡＥ（アミノエーテル）を０．２２ｇの質量で含む混合溶媒に投入し、３０分間超音波処理して、セラミック粒子分散液を調製した。
次いで、ポリアミドイミド溶液と調製したセラミック粒子分散液とを、固形物（絶縁層）中のポリアミドイミドとセラミック粒子の含有比率がそれぞれ表１に示す体積％となるように混合して、セラミック粒子分散ポリアミドイミド溶液を調製した。【００５３】
調製したセラミック粒子分散ポリアミドイミド溶液を、５０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、その溶液に水を２１ｇ滴下して、ポリアミドイミド粒子を析出させて電着液を調製した。【００５４】
調製した電着液に、厚み０．３ｍｍで３０ｍｍ×２０ｍｍの銅基板と、ステンレス電極とを浸漬し、銅基板を正極、ステンレス電極を負極として、１００Ｖの直流電圧を印加して、銅基板の表面に電着層を、加熱によって生成する絶縁層の厚みが表１に示す厚みとなるように形成した。次いで、電着層を形成した銅基板を、大気雰囲気下、２５０℃で３分間加熱して、電着層を乾燥させて、絶縁層付き銅基板を作製した。【００５５】
（スピンコート法による密着層の作製）
密着層形成用の樹脂として、エポキシ樹脂を用意した。
絶縁層付き銅基板の絶縁層の上に、用意したエポキシ樹脂をスピンコート法により、表２に示すスピンコートの回転数とコーティング回数の条件で塗布して、密着層形成用塗布層を形成した。次いで、密着層形成用塗布層を形成した絶縁層付き銅基板を加熱し、密着層形成用塗布層を乾燥させて、絶縁層の上に表２に示す厚みの密着層を形成した。【００５６】
（金属箔の貼り付け）
密着層に、厚み１８μｍで幅１ｃｍの銅箔（ＣＦ−Ｔ４Ｘ−ＳＶ−１８：福田金属箔粉工業（株）製）を重ね合わせ、次いで、カーボン治具を用いて５ＭＰａの圧力を付与しながら、真空中にて２１５℃の温度で２０分間加熱して、密着層と銅箔とを貼り合わせた。以上のようにして、銅基板と絶縁層と密着層と銅箔とがこの順で積層された金属ベース基板を作製した。【００５７】
［評価］
本発明例１〜１０および比較例１〜５で作製した金属ベース基板について、以下の項目を評価した。その結果を表３に示す。【００５８】
（絶縁層と密着層の厚み）
絶縁層と密着層の厚みは、金属ベース基板を樹脂埋めした後、研磨して、金属ベース基板の断面を露出させ、露出した金属ベース基板断面を、レーザー顕微鏡で観察することによって測定した。【００５９】
（絶縁層の熱伝導度）
熱伝導度（絶縁層の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７  Ｎａｎｏｆｌａｓｈを用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。測定は、密着層を形成する前の絶縁層付き銅基板を用いて行った。熱伝導度は、界面熱抵抗を考慮しない２層モデルを用いて算出した。なお、銅基板の厚みは既述したように０．３ｍｍ、銅基板の熱拡散率は１１７．２ｍｍ２／秒とした。絶縁層の熱伝導度の計算には、アルミナ粒子の密度３．８９ｇ／ｃｍ３、アルミナ粒子の比熱０．７８Ｊ／ｇＫ、ポリアミドイミド樹脂の密度１．４１ｇ／ｃｍ３、ポリアミドイミド樹脂の比熱１．０９Ｊ／ｇＫを用いた。【００６０】
（密着層のヤング率の測定）
金属ベース基板の銅箔をエッチングによって剥がし取って密着層を露出させた。露出した密着層のヤング率を、ナノインデンターを用いて測定した。押し込み深さは５００ｎｍとした。【００６１】
（密着層の熱伝導度）
熱伝導度（密着層の厚さ方向の熱伝導度）は、ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７  Ｎａｎｏｆｌａｓｈを用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。測定には、絶縁層を形成することなく、銅基板の上に直接密着層を形成したものを用いた。熱伝導度は、界面熱抵抗を考慮しない２層モデルを用いて算出した。なお、銅基板の厚みは既述したように０．３ｍｍ、銅基板の熱拡散率は１１７．２ｍｍ２／秒とした。絶縁層の熱伝導度の計算には、アルミナ粒子の密度３．８９ｇ／ｃｍ３、アルミナ粒子の比熱０．７８Ｊ／ｇＫ、密着層を形成する樹脂の密度１．１２ｇ／ｃｍ３、密着層を形成する樹脂の比熱１．１２Ｊ／ｇＫを用いた。【００６２】
（接合信頼性）
金属ベース基板の銅箔上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだを塗布して、縦２．５ｃｍ×横２．５ｃｍ×厚み１００μｍのはんだ層を形成し、そのはんだ層の上に、２．５ｃｍ角のＳｉチップを搭載して、試験体を作製した。作製した試験体に、１サイクルが−４０℃×３０分間〜１５０℃×３０分間の冷熱サイクルを３０００サイクル付与した。冷熱サイクル付与後の試験体を、樹脂埋めし、断面を研磨によって出した試料を用いて観察し、はんだ層に生じたクラックの長さ（ｍｍ）を測定した。はんだ層の一辺の長さと、測定したクラックの長さとから下記式より算出した値を、接合信頼性とした。
接合信頼性（％）＝{（はんだ層の一辺の長さ（２５ｍｍ）−２×クラックの長さ）／接合層の一辺の長さ（２５ｍｍ）}×１００【００６３】
（熱抵抗の評価）
金属ベース基板の銅箔上に、放熱シート（ＢＦＧ−３０Ａ：デンカ株式会社製）を介して発熱体（ＴＯ−３Ｐ）を載置した。発熱体を載置した金属ベース基板を、発熱体の上部からトルク４０Ｎｃｍのねじによって積層方向に加圧した。そして、Ｔ３Ｓｔｅｒを用いて、発熱体から銅基板までの熱抵抗を測定した。発熱体の発熱条件は１０Ａ、３０秒とし、熱抵抗の測定条件は、０．０１Ａ、測定時間６０秒とした。同様の測定を、樹脂膜（絶縁層と密着層）を形成していない銅基板単体に対して行い、その熱抵抗を金属ベース基板の測定値から減じた値を、熱抵抗として表３に記載した。【００６４】
【表１】
2019151122.tif 000003
【００６５】
【表２】
2019151122.tif 000004
【００６６】
【表３】
2019151122.tif 000005
【００６７】
密着層の２５℃におけるヤング率Ｅが本発明の範囲を超える比較例１〜３の金属ベース基板では、密着層の厚みを厚くすると接合信頼性は向上するが、熱抵抗が高くなるため、接合信頼性の向上と熱抵抗の低減をバランスよく実現させることは難しいことが分かる。【００６８】
密着層のヤング率Ｅが本発明の範囲にあるが、２５℃におけるヤング率Ｅ（単位：ＧＰａ）に対する厚みＴ（単位：μｍ）の比Ｔ／Ｅが本発明の範囲よりも低い比較例４の金属ベース基板では、接合信頼性が低くなった。これは、密着層の厚みが薄く、冷熱サイクルによってはんだに付与される熱応力を、密着層で十分に緩和できなかったためであると考えられる。【００６９】
密着層のヤング率Ｅが本発明の範囲にあるが、厚み方向の熱伝導率λ（単位：Ｗ／ｍＫ）に対する厚みＴ（単位：μｍ）の比Ｔ／λが本発明の範囲よりも大きい比較例５の金属ベース基板では、熱抵抗が高くなった。これは、密着層の厚みが厚くなりすぎたためであると考えられる。【００７０】
これに対して、密着層のヤング率Ｅ、比Ｔ／Ｅ、比Ｔ／λの全てが本発明の範囲にある本発明例１〜１０の金属ベース基板は、接合信頼性の向上と熱抵抗の低減とをバランスよく実現させることが可能であることが確認された。特に、絶縁層に含まれるアルミナ粒子の比表面積が１ｍ２／ｇ以上で、アルミナ粒子の含有量が５体積％以上６０体積％以下の範囲内にある本発明例１〜３および７〜１０の金属ベース基板は、熱抵抗が低減した。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、はんだを介した金属ベース基板と電子部品との接合信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１    金属ベース基板
１０    金属基板
２０    絶縁層
２１    樹脂
２２    セラミック粒子
３０    密着層
４０    金属箔
５０    電子部品
６０    はんだ
【図１】
2019151122.tif 000006
【国際調査報告】
2019151122.tif 000007
2019151122.tif 000008
2019151122.tif 000009
2019151122.tif 000010