回路基板用絶縁樹脂組成物、回路基板用絶縁シート、回路基板用積層板及び金属ベース回路基板
【課題】溶剤を用いて樹脂に無機充填材を高充填してなる絶縁樹脂組成物であって、高密度な塗膜を形成することができ、放熱性及び絶縁性に優れた絶縁シートを形成することが可能な回路基板用絶縁樹脂組成物を提供すること。また、該絶縁樹脂組成物を用いて形成された絶縁シートを具備する絶縁性及び放熱性に優れた回路基板用積層板、及びこの回路基板用積層板から製造される金属ベース回路基板を提供すること。
【解決手段】樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物。
【解決手段】樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板用絶縁樹脂組成物、該組成物を用いて形成された回路基板用絶縁シート、並びに、該絶縁シートを具備する回路基板用積層板及び金属ベース回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエレクトロニクス技術の発達は目覚ましく、電気電子機器の高性能化及び小型化は急速に進行している。これに伴い、電気素子及び/又は電子素子を実装した部品の発熱量は益々大きくなっている。このような背景のもと、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）及びＩＧＢＴ（insulated-gate bipolar transistor）などの所謂パワーデバイスを搭載する金属ベース回路基板には、十分な耐熱性に加え、優れた放熱性が求められている。
【０００３】
金属ベース回路基板は、金属基板上に絶縁層と回路パターンとがこの順に積層された構造を有している。金属ベース回路基板の放熱性を高めるために、この絶縁層の母材となる樹脂にアルミナ粉末、マグネシア粉末、窒化硼素粉末などの高熱伝導率で電気絶縁性の無機粉末を含有させて放熱性を高めるための種々の試みがなされている。例えば、無溶剤系の絶縁樹脂組成物からなる絶縁層については、例えば、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、無機粉末を例えば５０体積％以上の割合で高充填させると気泡を巻き込みやすくなる。特に溶剤を用いて樹脂へ無機充填材を高充填してなる絶縁樹脂組成物においては、溶液粘度が高くなり気泡を巻き込みやすく、巻き込んだ気泡が抜けにくい状態にあるため、高密度の塗膜が得られないという問題がある。更に、窒化硼素の２次凝集粒子のように粒子自体が気孔を有する無機充填材を用いる場合にはその問題が顕著となり、そのような絶縁樹脂組成物を用いて絶縁層を形成しても金属ベース回路基板の絶縁層として十分な絶縁性は得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５２０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、溶剤を用いて樹脂に無機充填材を高充填してなる絶縁樹脂組成物であって、高密度な塗膜を形成することができ、放熱性及び絶縁性に優れた絶縁シートを形成することが可能な回路基板用絶縁樹脂組成物を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、該絶縁樹脂組成物を用いて形成された絶縁シートを具備する絶縁性及び放熱性に優れた回路基板用積層板、及びこの回路基板用積層板から製造される金属ベース回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面によると、樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物が提供される。
【０００９】
本発明において、第一の無機粉末の平均粒子径は、例えば、５〜１００μｍの範囲である。
また、本発明において、第二の無機粉末の含有率は、第一の無機粉末を基準として、例えば５質量％以上である。
また、本発明において、第二の無機粉末は、例えば、六方晶窒化硼素の一次粒子である。
また、本発明において、第一の無機粉末として、例えば、窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種を含有する。
【００１０】
本発明の第２側面によると、第１側面に係る回路基板用絶縁樹脂組成物を用いて形成された絶縁シートが提供される。
【００１１】
本発明の第３側面によると、金属基板と、該基板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備し、前記絶縁層が第１側面に係る組成物を用いて形成された回路基板用積層板が提供される。
【００１２】
本発明の第４側面によると、第３側面に係る回路基板用積層板の金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、放熱性及び絶縁性に優れた金属ベース回路基板の実現に有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る回路基板用積層板を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示す回路基板用積層板のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られる金属ベース回路基板の一例を概略的に示す断面図。
【図４】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の密度に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図５】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の気孔率に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図６】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の耐電圧に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図７】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の熱抵抗に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図８】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の密度に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図９】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の気孔率に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１０】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の耐電圧に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１１】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の熱抵抗に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１２】本発明の一形態に係る組成物を用いて形成された絶縁シートの断面を示す、図面に代わるＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
上記の通り、金属ベース回路基板の放熱性を高めるために、絶縁層を形成する絶縁樹脂組成物において、母材となる樹脂に高熱伝導率で電気絶縁性の無機粉末を含有させる技術が周知であるが、特に溶剤を用いて樹脂へ無機粉末を高充填してなる組成物から得られる塗膜は気泡が残存して高密度化が困難であり、金属ベース回路基板用絶縁層として十分な絶縁性と放熱性を得ることが困難であった。
【００１６】
本発明に係る回路基板用絶縁樹脂組成物は、溶剤を用いて樹脂に無機粉末を５０体積％以上の割合で高充填してなる溶剤系液状組成物であるが、以下に詳述するように、無機充填材として、窒化硼素の二次凝集粒子を含む特定の平均粒子径を有する第一の無機粉末と、特定の平均粒子径を有する第二の無機粉末を第一の無機粉末に対し特定割合で含有することを特徴とするものである。
【００１７】
図１及び図２に示す回路基板用積層板１は、金属基板２と、絶縁層３と、金属箔４とを含んでいる。なお、図１及び図２において、Ｘ及びＹ方向は金属基板２の主面に平行であり且つ互いに直交する方向であり、Ｚ方向はＸ及びＹ方向に対して垂直な厚さ方向である。図１には、一例として矩形上の回路基板用積層板１を用いているが、回路基板用積層板１は他の形状を有していてもよい。
【００１８】
金属基板２は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属基板２の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、アルミニウム合金、又はステンレスを使用することができる。金属基板２は、炭素などの非金属を更に含んでいてもよい。例えば、金属基板２は、炭素と複合化したアルミニウムを含んでいてもよい。また、金属基板２は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。
【００１９】
金属基板２は、高い熱伝導率を有している。典型的には、金属基板２は、６０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の熱伝導率を有している。
金属基板２は、可撓性を有していてもよく、可撓性を有していなくてもよい。金属基板２の厚さは、例えば、０．２−５ｍｍの範囲内にある。
【００２０】
絶縁層３は、金属基板２上に設けられ、本発明に係る絶縁樹脂組成物（以下、「本発明の組成物」などともいう。）を用いて形成される。
【００２１】
本発明の組成物に含有される無機充填材の割合は、樹脂を基準として５０体積％以上である。その上限値は特に限定されるものではないが、組成物の粘性が上昇すると製造工程上、無機充填材の分散工程で気泡を巻き込み易く、その後の脱泡工程で抜けにくい状態となるため、無機充填材の割合は、例えば５０〜８５体積％の範囲内とする。
【００２２】
本発明の組成物は、無機充填材として、平均粒子径の異なる第一の無機粉末と第二の無機粉末とを含有する。すなわち、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末と、第二の無機粒子よりも平均粒子径が大きい第二の無機粉末であって、少なくとも六方晶系窒化硼素（「ｈＢＮ」）の一次粒子が凝集した二次凝集粒子（「凝集ＢＮ」）を含む第一の無機粉末とを含有する。このように平均粒子径の異なる２種の無機粉末を併用することにより、平均粒子径の大きい第一の無機粉末の間を平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粒子が分散することにより、樹脂と溶媒のみでは埋めきれない第一の無機粉末により形成される気孔率を減少させることが可能となる。
【００２３】
ここで、平均粒子径とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を１００％とした累積カーブにおいて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である、体積基準累積５０％径（Ｄ５０）を意味する。粒径の測定は、平均粒子径（Ｄ５０）が１μｍ以下の場合は光透過式遠心沈降法により測定され、１μｍを超える場合はレーザー回折・散乱法により測定される。
【００２４】
第二の無機粉末は、先に述べた通り、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる。この平均粒子径が２μｍよりも大きいとサイズ的に凝集体の内部に入り込めず充填できなくなるため気孔が少ない絶縁層を得ることが難しく、高密度であり且つ優れた放熱性と絶縁性を達成することは困難である。好ましくは、第二の無機粉末の平均粒子径は０．０１〜２μｍであり、より好ましくは０．１〜１μｍである。
【００２５】
第二の無機粉末の好ましい含有率は、第一の無機粉末の平均粒子径や含有率等により変動するものであり一義的に決定できるものではないが、典型的には、第一の無機粉末を基準として５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは５〜７５質量％である。第二の無機粉末の含有率が過剰に低いと平均粒子径の異なる第一と第二の無機粉末を併用することによる効果が十分得られない。一方、第二の無機粉末の含有率が過剰に高いと放熱性が悪くなる場合がある。
【００２６】
第二の無機粉末としては、高熱伝導率で電気絶縁性の無機微粒子を使用することができ、例えば、六方晶系窒化硼素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が挙げられる。
本発明において用い得る六方晶系窒化硼素は、常法により得られる粒子形状が概して鱗片状の六方晶系窒化硼素（以下、「一次粒子」という。）である。
【００２７】
第一の無機粉末は、先に述べた通り、少なくとも六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む。二次凝集粒子の凝集形態は、特に限定されるものではなく、例えば、ファンデルワールス力、静電気力、吸着水分等に起因して凝集したものであってもよく、あるいは、凝集剤を用いて凝集したものや、混合造粒、押出造粒、噴霧乾燥などにより凝集されたものであってもよく、さらには、製造工程において生ずるＢ2Ｏ3等の不純物が粒界に固着して凝集した形態であってもよい。
【００２８】
第一の無機粉末は、上記ｈＢＮが凝集した二次凝集粒子（凝集ＢＮ）の１種からなってもよいし、凝集ＢＮと他の無機粉末との混合物であってもよい。他の無機粉末としては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種との混合物であってもよい。混合物である場合、凝集ＢＮの配合率は、特に限定されるものではないが、例えば、第一の無機粉末を基準として１０〜９０体積％の範囲である。
【００２９】
第一の無機粉末の平均粒子径は、第二の無機粉末の粒径や凝集度などに依存するものであり、特に限定されるものではないが、少なくとも第一の無機粉末の粒子径は成形する絶縁シート（絶縁層）の厚さ未満であることが要求される。第一の無機粉末の粒径が成形する絶縁シート（絶縁層）の厚さ以上であると、シート表面に凹凸が生じてシート表面が平滑に仕上がらず、金属箔４又は金属基板２との密着性が悪化するため適さない。第一の無機粉末の平均粒子径は、上記の通り限定されるものではないが、例えば、５〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１０〜８０μｍの範囲であることがより好ましい。
【００３０】
樹脂としては、溶媒に可溶な樹脂で、且つ、溶媒キャスト法による製膜が可能な樹脂であれば特に限定されるものではない。例えば、ポリアミドイミド、液晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンスルフィド、エポキシ樹脂、イミド樹脂などが挙げられる。
【００３１】
溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、テトラフルオロイソプロパノール、メチルエチルケトン、エチレンジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。
【００３２】
本発明の組成物において、溶剤は、樹脂１００質量部に対して、例えば１０〜９９００質量部、より好ましくは１００〜１９００質量部含有させる。溶剤の量が過度に多い場合、塗膜から大量の溶剤を除去しなければならず、塗膜の外観不良を生じやすい。また、多くの乾燥時間を要するため生産性が低下する。一方、溶剤の量が過度に少ない場合、組成物が高粘度化する傾向があり、その取扱い性等が低下する。
【００３３】
本発明の組成物は、上述した樹脂及び無機充填材以外に種々の添加剤を含有していてもよく、例えば、シランカップリング剤及びチタンカップリング剤などのカップリング剤、イオン吸着剤などが挙げられる。
【００３４】
金属箔４は、絶縁層３上に設けられている。金属箔４は、絶縁層３を間に挟んで金属基板２と向き合っている。
金属箔４は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属箔４の材料としては、例えば、銅又はアルミニウムを使用することができる。金属箔４の厚さは、例えば、１０−５０μｍの範囲である。
【００３５】
この回路基板用積層板１は、例えば、以下の方法により製造する。
まず、上述した樹脂を溶剤に溶解させて、光学的に等方性の溶液を得る。次に、上述した無機充填材を溶液中に分散させて分散液を得る。無機充填材は、例えば、ボールミル、三本ロール、遠心撹拌機又はビーズミルを用いて、粉砕しつつ上記溶液中に分散させてもよい。また、上記溶液に無機充填材を加えるのに先立って、この溶液にシランカップリング剤、イオン吸着剤などの添加剤を加えてもよい。
【００３６】
次に、この分散液を、金属基板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布する。分散液の塗布には、例えば、ロールコート法、バーコート法又はスクリーン印刷法を利用することができる。連続式で行ってもよく、単板式で行ってもよい。
【００３７】
必要に応じて塗膜を乾燥させた後、金属基板２と金属箔４とが塗膜を挟んで向き合うように重ね合わせる。さらに、それらを熱プレスする。以上のようにして、回路基板用積層板１を得る。
【００３８】
この方法では、本発明の組成物である分散液を金属板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布することにより塗膜を形成するが、他の態様において、分散液をＰＥＴフィルム等の基材に塗布し乾燥することにより予め塗膜を形成し、これを金属基板２及び金属箔４の一方に熱転写してもよい。本発明の組成物を用いて形成される塗膜は加熱プロセスでの発泡が抑えられるため、上述した高密度化並びに放熱性及び絶縁性の向上に効果があることに加え、絶縁シートを別の基材へ熱転写で移すことが可能になる。
【００３９】
次に、上述した回路基板用積層板１から得られる金属ベース回路基板１´について説明する。
図３に示す金属ベース回路基板１´は、図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られるものであり、金属基板２と、絶縁層３と、回路パターン４´とを含んでいる。回路パターン４´は、図１及び図２を参照しながら説明した回路基板用積層板の金属箔４をパターニングすることにより得られる。このパターニングは、例えば、金属箔４の上にマスクパターンを形成し、金属箔４の露出部をエッチングによって除去することにより得られる。金属ベース回路基板１´は、例えば、先の回路基板用積層板１の金属箔４に対して上記のパターニングを行い、必要に応じて、切断及び穴あけ加工などの加工を行うことにより得ることができる。
【００４０】
この金属ベース回路基板１´は、上述した回路基板用積層板１から得られるので、放熱性及び絶縁性に優れている。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の例を記載する。本発明はこれらに限定されるものでない。
なお、平均粒子径（Ｄ５０）はレーザー回折・散乱法にて測定し、平均粒子径１μｍ以下のものは光透過式遠心沈降法にて測定した。
【００４２】
＜組成物の調製＞
（組成物１）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径（Ｄ５０）２０μｍ）を、樹脂固形分を基準として６５体積％配合し絶縁材溶液を作製した。
【００４３】
（組成物２）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）と凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、微粉窒化硼素の凝集窒化硼素に対する配合率は５質量％である。
【００４４】
（組成物３〜７）
凝集窒化硼素に対する微粉窒化硼素（平均粒径０．９μｍ）の配合率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２の調製と同様にして各々組成物３〜７を作製した。
【００４５】
（組成物８）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３−７」、平均粒径２．０μｍ）に変更した以外は組成物２と同様にして組成物９を作製した。
【００４６】
（組成物９〜１３）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径２．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物８の調製と同様にして各々組成物９〜１３を作製した。
【００４７】
（組成物１４）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３」、平均粒径３．０μｍ）に変更した以外は組成物２と同様にして組成物１４を作製した。
【００４８】
（組成物１５〜１９）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径３．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物１４の調製と同様にして各々組成物１５〜１９を作製した。
【００４９】
（組成物２０）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製「ＡＳ４０」、平均粒径１５μｍ）と、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素のブレンド率は５０質量％：５０質量％である。
【００５０】
（組成物２１）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製「ＡＳ４０」、平均粒径１５μｍ）と、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）と、微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素のブレンド率は５０質量％：５０質量％であり、微粉窒化硼素を、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素の合計に対し、５質量％の割合で配合した。
【００５１】
（組成物２２〜２６）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径０．９μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２１の調製と同様にして各々組成物２２〜２６を作製した。
【００５２】
（組成物２７）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３−７」、平均粒径２．０μｍ）に変更した以外は組成物２１と同様にして組成物２７を作製した。
【００５３】
（組成物２８〜３２）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径２．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２７の調製と同様にして各々組成物２８〜３２を作製した。
【００５４】
（組成物３３）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３」、平均粒径３．０μｍ）に変更した以外は組成物２１と同様にして組成物３３を作製した。
【００５５】
（組成物３４〜３８）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径３．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物３３の調製と同様にして各々組成物３４〜３８を作製した。
【００５６】
＜評価＞
〔サンプルの作製〕
・塗膜密度及び気孔率
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に乾燥後の厚みが約１２０μｍになるように塗布し、２２０℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。得られた塗膜をサンプルとして、塗膜密度、気孔率の各性能を以下の方法により評価した。
【００５７】
・耐電圧及び熱抵抗
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に熱接着後の厚みが約１００μｍになるように塗布し、２２０℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。この塗膜が形成された銅箔を、金属板として熱伝導率１４０Ｗ/ｍｋ、厚み２．０ｍｍのアルミニウム合金板上に塗膜が中間層となるように積層し、圧力２０ＭＰａ、温度２７０℃で熱接着した。得られた回路基板用積層板をサンプルとして、耐電圧、熱抵抗の各性能を以下の方法により評価した。
【００５８】
〔塗膜密度（ｇ／ｃｍ３）〕
上記のようにして得られた塗膜からシートサイズ５０×５０ｍｍの基板を切り出し、アルキメデス法により乾燥塗膜の密度を測定した。その値を塗膜密度（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００５９】
〔気孔率（％）〕
上記評価方法により得られた塗膜密度を用いて式（1）より気孔率（％）を求めた。
気孔率（％）＝（理論密度−塗膜密度）／理論密度×１００ （１）
〔耐電圧（ｋＶ）〕
上記のようにして得られた積層体からシートサイズ５０×５０ｍｍの基板を切り出し、基板中央にランドサイズφ２０ｍｍを配置した。絶縁油中にこの基板を浸漬し、室温で交流電圧を銅箔に印加し絶縁破壊する電圧（ｋＶ）を測定した。
【００６０】
〔熱抵抗（℃／Ｗ）〕
上記のようにして得られた積層体からシートサイズ３０×４０ｍｍの基板を切り出し、基板中央にランドサイズ１４×１０ｍｍを配置した。この基板にはんだでトランジスタＣ２２３３（東芝製）を取り付け、基板裏面に熱伝導性のシリコーングリースを使い水冷却装置にセットして３０Ｗの電力を供給したときに発熱するトランジスタ表面と冷却装置表面の温度を測定した。そして式（２）より熱抵抗（℃／Ｗ）を求めた。
熱抵抗（℃／Ｗ）＝｛（トランジスタ表面温度）-（冷却装置表面温度）｝／印加電力 （２）
評価結果を、表１〜６、及び、図４〜１１に示す。ここで、図４〜７は、表１〜３に示される実施例１〜１２及び比較例１〜７の各性能評価結果に関するグラフであり、図８〜１１は、表４〜６に示される実施例１３〜２４及び比較例８〜１４の各性能評価結果に関するグラフである。
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
【表３】
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】
【表６】
【００６６】
表１〜６及び図４〜１１より、本発明の組成物を用いて形成された絶縁シートは、高密度であり、放熱性及び絶縁性に優れることがわかった。
【００６７】
また、図１２は、実施例４の組成物５（微粉ＢＮ（Ｄ５０：０．９μｍ、凝集ＢＮに対する微粉ＢＮの比率：２５質量％）を用いて形成された塗膜の断面写真であり、これより、凝集窒化硼素の粒子間に微粉窒化硼素が均一に分散していることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・回路基板用積層板、１’・・・金属ベース回路基板、２・・・金属基板、３・・・絶縁層、４・・・金属箔、４’・・・回路パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板用絶縁樹脂組成物、該組成物を用いて形成された回路基板用絶縁シート、並びに、該絶縁シートを具備する回路基板用積層板及び金属ベース回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエレクトロニクス技術の発達は目覚ましく、電気電子機器の高性能化及び小型化は急速に進行している。これに伴い、電気素子及び/又は電子素子を実装した部品の発熱量は益々大きくなっている。このような背景のもと、典型的にはＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）及びＩＧＢＴ（insulated-gate bipolar transistor）などの所謂パワーデバイスを搭載する金属ベース回路基板には、十分な耐熱性に加え、優れた放熱性が求められている。
【０００３】
金属ベース回路基板は、金属基板上に絶縁層と回路パターンとがこの順に積層された構造を有している。金属ベース回路基板の放熱性を高めるために、この絶縁層の母材となる樹脂にアルミナ粉末、マグネシア粉末、窒化硼素粉末などの高熱伝導率で電気絶縁性の無機粉末を含有させて放熱性を高めるための種々の試みがなされている。例えば、無溶剤系の絶縁樹脂組成物からなる絶縁層については、例えば、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、無機粉末を例えば５０体積％以上の割合で高充填させると気泡を巻き込みやすくなる。特に溶剤を用いて樹脂へ無機充填材を高充填してなる絶縁樹脂組成物においては、溶液粘度が高くなり気泡を巻き込みやすく、巻き込んだ気泡が抜けにくい状態にあるため、高密度の塗膜が得られないという問題がある。更に、窒化硼素の２次凝集粒子のように粒子自体が気孔を有する無機充填材を用いる場合にはその問題が顕著となり、そのような絶縁樹脂組成物を用いて絶縁層を形成しても金属ベース回路基板の絶縁層として十分な絶縁性は得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５２０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、溶剤を用いて樹脂に無機充填材を高充填してなる絶縁樹脂組成物であって、高密度な塗膜を形成することができ、放熱性及び絶縁性に優れた絶縁シートを形成することが可能な回路基板用絶縁樹脂組成物を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、該絶縁樹脂組成物を用いて形成された絶縁シートを具備する絶縁性及び放熱性に優れた回路基板用積層板、及びこの回路基板用積層板から製造される金属ベース回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面によると、樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物が提供される。
【０００９】
本発明において、第一の無機粉末の平均粒子径は、例えば、５〜１００μｍの範囲である。
また、本発明において、第二の無機粉末の含有率は、第一の無機粉末を基準として、例えば５質量％以上である。
また、本発明において、第二の無機粉末は、例えば、六方晶窒化硼素の一次粒子である。
また、本発明において、第一の無機粉末として、例えば、窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種を含有する。
【００１０】
本発明の第２側面によると、第１側面に係る回路基板用絶縁樹脂組成物を用いて形成された絶縁シートが提供される。
【００１１】
本発明の第３側面によると、金属基板と、該基板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備し、前記絶縁層が第１側面に係る組成物を用いて形成された回路基板用積層板が提供される。
【００１２】
本発明の第４側面によると、第３側面に係る回路基板用積層板の金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、放熱性及び絶縁性に優れた金属ベース回路基板の実現に有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る回路基板用積層板を概略的に示す斜視図。
【図２】図１に示す回路基板用積層板のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られる金属ベース回路基板の一例を概略的に示す断面図。
【図４】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の密度に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図５】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の気孔率に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図６】凝集ＢＮに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の耐電圧に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図７】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の熱抵抗に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図８】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の密度に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図９】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の気孔率に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１０】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の耐電圧に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１１】凝集ＢＮ及び酸化アルミナに占める微粉ＢＮの割合が絶縁層の熱抵抗に及ぼす影響の例を微粉ＢＮの平均粒子径に応じて示すグラフ。
【図１２】本発明の一形態に係る組成物を用いて形成された絶縁シートの断面を示す、図面に代わるＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
上記の通り、金属ベース回路基板の放熱性を高めるために、絶縁層を形成する絶縁樹脂組成物において、母材となる樹脂に高熱伝導率で電気絶縁性の無機粉末を含有させる技術が周知であるが、特に溶剤を用いて樹脂へ無機粉末を高充填してなる組成物から得られる塗膜は気泡が残存して高密度化が困難であり、金属ベース回路基板用絶縁層として十分な絶縁性と放熱性を得ることが困難であった。
【００１６】
本発明に係る回路基板用絶縁樹脂組成物は、溶剤を用いて樹脂に無機粉末を５０体積％以上の割合で高充填してなる溶剤系液状組成物であるが、以下に詳述するように、無機充填材として、窒化硼素の二次凝集粒子を含む特定の平均粒子径を有する第一の無機粉末と、特定の平均粒子径を有する第二の無機粉末を第一の無機粉末に対し特定割合で含有することを特徴とするものである。
【００１７】
図１及び図２に示す回路基板用積層板１は、金属基板２と、絶縁層３と、金属箔４とを含んでいる。なお、図１及び図２において、Ｘ及びＹ方向は金属基板２の主面に平行であり且つ互いに直交する方向であり、Ｚ方向はＸ及びＹ方向に対して垂直な厚さ方向である。図１には、一例として矩形上の回路基板用積層板１を用いているが、回路基板用積層板１は他の形状を有していてもよい。
【００１８】
金属基板２は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属基板２の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、アルミニウム合金、又はステンレスを使用することができる。金属基板２は、炭素などの非金属を更に含んでいてもよい。例えば、金属基板２は、炭素と複合化したアルミニウムを含んでいてもよい。また、金属基板２は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。
【００１９】
金属基板２は、高い熱伝導率を有している。典型的には、金属基板２は、６０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の熱伝導率を有している。
金属基板２は、可撓性を有していてもよく、可撓性を有していなくてもよい。金属基板２の厚さは、例えば、０．２−５ｍｍの範囲内にある。
【００２０】
絶縁層３は、金属基板２上に設けられ、本発明に係る絶縁樹脂組成物（以下、「本発明の組成物」などともいう。）を用いて形成される。
【００２１】
本発明の組成物に含有される無機充填材の割合は、樹脂を基準として５０体積％以上である。その上限値は特に限定されるものではないが、組成物の粘性が上昇すると製造工程上、無機充填材の分散工程で気泡を巻き込み易く、その後の脱泡工程で抜けにくい状態となるため、無機充填材の割合は、例えば５０〜８５体積％の範囲内とする。
【００２２】
本発明の組成物は、無機充填材として、平均粒子径の異なる第一の無機粉末と第二の無機粉末とを含有する。すなわち、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末と、第二の無機粒子よりも平均粒子径が大きい第二の無機粉末であって、少なくとも六方晶系窒化硼素（「ｈＢＮ」）の一次粒子が凝集した二次凝集粒子（「凝集ＢＮ」）を含む第一の無機粉末とを含有する。このように平均粒子径の異なる２種の無機粉末を併用することにより、平均粒子径の大きい第一の無機粉末の間を平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粒子が分散することにより、樹脂と溶媒のみでは埋めきれない第一の無機粉末により形成される気孔率を減少させることが可能となる。
【００２３】
ここで、平均粒子径とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を１００％とした累積カーブにおいて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である、体積基準累積５０％径（Ｄ５０）を意味する。粒径の測定は、平均粒子径（Ｄ５０）が１μｍ以下の場合は光透過式遠心沈降法により測定され、１μｍを超える場合はレーザー回折・散乱法により測定される。
【００２４】
第二の無機粉末は、先に述べた通り、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる。この平均粒子径が２μｍよりも大きいとサイズ的に凝集体の内部に入り込めず充填できなくなるため気孔が少ない絶縁層を得ることが難しく、高密度であり且つ優れた放熱性と絶縁性を達成することは困難である。好ましくは、第二の無機粉末の平均粒子径は０．０１〜２μｍであり、より好ましくは０．１〜１μｍである。
【００２５】
第二の無機粉末の好ましい含有率は、第一の無機粉末の平均粒子径や含有率等により変動するものであり一義的に決定できるものではないが、典型的には、第一の無機粉末を基準として５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは５〜７５質量％である。第二の無機粉末の含有率が過剰に低いと平均粒子径の異なる第一と第二の無機粉末を併用することによる効果が十分得られない。一方、第二の無機粉末の含有率が過剰に高いと放熱性が悪くなる場合がある。
【００２６】
第二の無機粉末としては、高熱伝導率で電気絶縁性の無機微粒子を使用することができ、例えば、六方晶系窒化硼素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が挙げられる。
本発明において用い得る六方晶系窒化硼素は、常法により得られる粒子形状が概して鱗片状の六方晶系窒化硼素（以下、「一次粒子」という。）である。
【００２７】
第一の無機粉末は、先に述べた通り、少なくとも六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む。二次凝集粒子の凝集形態は、特に限定されるものではなく、例えば、ファンデルワールス力、静電気力、吸着水分等に起因して凝集したものであってもよく、あるいは、凝集剤を用いて凝集したものや、混合造粒、押出造粒、噴霧乾燥などにより凝集されたものであってもよく、さらには、製造工程において生ずるＢ2Ｏ3等の不純物が粒界に固着して凝集した形態であってもよい。
【００２８】
第一の無機粉末は、上記ｈＢＮが凝集した二次凝集粒子（凝集ＢＮ）の１種からなってもよいし、凝集ＢＮと他の無機粉末との混合物であってもよい。他の無機粉末としては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種との混合物であってもよい。混合物である場合、凝集ＢＮの配合率は、特に限定されるものではないが、例えば、第一の無機粉末を基準として１０〜９０体積％の範囲である。
【００２９】
第一の無機粉末の平均粒子径は、第二の無機粉末の粒径や凝集度などに依存するものであり、特に限定されるものではないが、少なくとも第一の無機粉末の粒子径は成形する絶縁シート（絶縁層）の厚さ未満であることが要求される。第一の無機粉末の粒径が成形する絶縁シート（絶縁層）の厚さ以上であると、シート表面に凹凸が生じてシート表面が平滑に仕上がらず、金属箔４又は金属基板２との密着性が悪化するため適さない。第一の無機粉末の平均粒子径は、上記の通り限定されるものではないが、例えば、５〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１０〜８０μｍの範囲であることがより好ましい。
【００３０】
樹脂としては、溶媒に可溶な樹脂で、且つ、溶媒キャスト法による製膜が可能な樹脂であれば特に限定されるものではない。例えば、ポリアミドイミド、液晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンスルフィド、エポキシ樹脂、イミド樹脂などが挙げられる。
【００３１】
溶剤としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、テトラフルオロイソプロパノール、メチルエチルケトン、エチレンジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。
【００３２】
本発明の組成物において、溶剤は、樹脂１００質量部に対して、例えば１０〜９９００質量部、より好ましくは１００〜１９００質量部含有させる。溶剤の量が過度に多い場合、塗膜から大量の溶剤を除去しなければならず、塗膜の外観不良を生じやすい。また、多くの乾燥時間を要するため生産性が低下する。一方、溶剤の量が過度に少ない場合、組成物が高粘度化する傾向があり、その取扱い性等が低下する。
【００３３】
本発明の組成物は、上述した樹脂及び無機充填材以外に種々の添加剤を含有していてもよく、例えば、シランカップリング剤及びチタンカップリング剤などのカップリング剤、イオン吸着剤などが挙げられる。
【００３４】
金属箔４は、絶縁層３上に設けられている。金属箔４は、絶縁層３を間に挟んで金属基板２と向き合っている。
金属箔４は、例えば、単体金属又は合金からなる。金属箔４の材料としては、例えば、銅又はアルミニウムを使用することができる。金属箔４の厚さは、例えば、１０−５０μｍの範囲である。
【００３５】
この回路基板用積層板１は、例えば、以下の方法により製造する。
まず、上述した樹脂を溶剤に溶解させて、光学的に等方性の溶液を得る。次に、上述した無機充填材を溶液中に分散させて分散液を得る。無機充填材は、例えば、ボールミル、三本ロール、遠心撹拌機又はビーズミルを用いて、粉砕しつつ上記溶液中に分散させてもよい。また、上記溶液に無機充填材を加えるのに先立って、この溶液にシランカップリング剤、イオン吸着剤などの添加剤を加えてもよい。
【００３６】
次に、この分散液を、金属基板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布する。分散液の塗布には、例えば、ロールコート法、バーコート法又はスクリーン印刷法を利用することができる。連続式で行ってもよく、単板式で行ってもよい。
【００３７】
必要に応じて塗膜を乾燥させた後、金属基板２と金属箔４とが塗膜を挟んで向き合うように重ね合わせる。さらに、それらを熱プレスする。以上のようにして、回路基板用積層板１を得る。
【００３８】
この方法では、本発明の組成物である分散液を金属板２及び金属箔４の少なくとも一方に塗布することにより塗膜を形成するが、他の態様において、分散液をＰＥＴフィルム等の基材に塗布し乾燥することにより予め塗膜を形成し、これを金属基板２及び金属箔４の一方に熱転写してもよい。本発明の組成物を用いて形成される塗膜は加熱プロセスでの発泡が抑えられるため、上述した高密度化並びに放熱性及び絶縁性の向上に効果があることに加え、絶縁シートを別の基材へ熱転写で移すことが可能になる。
【００３９】
次に、上述した回路基板用積層板１から得られる金属ベース回路基板１´について説明する。
図３に示す金属ベース回路基板１´は、図１及び図２に示す回路基板用積層板から得られるものであり、金属基板２と、絶縁層３と、回路パターン４´とを含んでいる。回路パターン４´は、図１及び図２を参照しながら説明した回路基板用積層板の金属箔４をパターニングすることにより得られる。このパターニングは、例えば、金属箔４の上にマスクパターンを形成し、金属箔４の露出部をエッチングによって除去することにより得られる。金属ベース回路基板１´は、例えば、先の回路基板用積層板１の金属箔４に対して上記のパターニングを行い、必要に応じて、切断及び穴あけ加工などの加工を行うことにより得ることができる。
【００４０】
この金属ベース回路基板１´は、上述した回路基板用積層板１から得られるので、放熱性及び絶縁性に優れている。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の例を記載する。本発明はこれらに限定されるものでない。
なお、平均粒子径（Ｄ５０）はレーザー回折・散乱法にて測定し、平均粒子径１μｍ以下のものは光透過式遠心沈降法にて測定した。
【００４２】
＜組成物の調製＞
（組成物１）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径（Ｄ５０）２０μｍ）を、樹脂固形分を基準として６５体積％配合し絶縁材溶液を作製した。
【００４３】
（組成物２）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）と凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、微粉窒化硼素の凝集窒化硼素に対する配合率は５質量％である。
【００４４】
（組成物３〜７）
凝集窒化硼素に対する微粉窒化硼素（平均粒径０．９μｍ）の配合率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２の調製と同様にして各々組成物３〜７を作製した。
【００４５】
（組成物８）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３−７」、平均粒径２．０μｍ）に変更した以外は組成物２と同様にして組成物９を作製した。
【００４６】
（組成物９〜１３）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径２．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物８の調製と同様にして各々組成物９〜１３を作製した。
【００４７】
（組成物１４）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３」、平均粒径３．０μｍ）に変更した以外は組成物２と同様にして組成物１４を作製した。
【００４８】
（組成物１５〜１９）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径３．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物１４の調製と同様にして各々組成物１５〜１９を作製した。
【００４９】
（組成物２０）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製「ＡＳ４０」、平均粒径１５μｍ）と、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素のブレンド率は５０質量％：５０質量％である。
【００５０】
（組成物２１）
固形分３０質量％のポリアミドイミド樹脂溶液（日立化成製、「ＨＰＣ９０００」）に対して、酸化アルミニウム（昭和電工株式会社製「ＡＳ４０」、平均粒径１５μｍ）と、凝集窒化硼素（水島合金鉄株式会社製、「ＨＰ−４０」、平均粒径２０μｍ）と、微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、合計で、樹脂固形分を基準として６５体積％となるよう配合し絶縁材溶液を作製した。ここで、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素のブレンド率は５０質量％：５０質量％であり、微粉窒化硼素を、酸化アルミニウムと凝集窒化硼素の合計に対し、５質量％の割合で配合した。
【００５１】
（組成物２２〜２６）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径０．９μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２１の調製と同様にして各々組成物２２〜２６を作製した。
【００５２】
（組成物２７）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３−７」、平均粒径２．０μｍ）に変更した以外は組成物２１と同様にして組成物２７を作製した。
【００５３】
（組成物２８〜３２）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径２．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物２７の調製と同様にして各々組成物２８〜３２を作製した。
【００５４】
（組成物３３）
微粉窒化硼素（三井化学社製、「ＭＢＮ０１０Ｔ」、平均粒径０．９μｍ）を、微粉窒化硼素（電気化学工業株式会社製、「ＳＰ３」、平均粒径３．０μｍ）に変更した以外は組成物２１と同様にして組成物３３を作製した。
【００５５】
（組成物３４〜３８）
無機充填材中の微粉窒化硼素（平均粒径３．０μｍ）の添加率を、５質量％から１５質量％、２０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量％に変更した以外は組成物３３の調製と同様にして各々組成物３４〜３８を作製した。
【００５６】
＜評価＞
〔サンプルの作製〕
・塗膜密度及び気孔率
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に乾燥後の厚みが約１２０μｍになるように塗布し、２２０℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。得られた塗膜をサンプルとして、塗膜密度、気孔率の各性能を以下の方法により評価した。
【００５７】
・耐電圧及び熱抵抗
上述した方法により得られた各絶縁材溶液を、遊星式攪拌脱泡機で５分攪拌した後、厚み７０μｍの銅箔上に熱接着後の厚みが約１００μｍになるように塗布し、２２０℃で溶媒が無くなるまで乾燥した。この塗膜が形成された銅箔を、金属板として熱伝導率１４０Ｗ/ｍｋ、厚み２．０ｍｍのアルミニウム合金板上に塗膜が中間層となるように積層し、圧力２０ＭＰａ、温度２７０℃で熱接着した。得られた回路基板用積層板をサンプルとして、耐電圧、熱抵抗の各性能を以下の方法により評価した。
【００５８】
〔塗膜密度（ｇ／ｃｍ３）〕
上記のようにして得られた塗膜からシートサイズ５０×５０ｍｍの基板を切り出し、アルキメデス法により乾燥塗膜の密度を測定した。その値を塗膜密度（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００５９】
〔気孔率（％）〕
上記評価方法により得られた塗膜密度を用いて式（1）より気孔率（％）を求めた。
気孔率（％）＝（理論密度−塗膜密度）／理論密度×１００ （１）
〔耐電圧（ｋＶ）〕
上記のようにして得られた積層体からシートサイズ５０×５０ｍｍの基板を切り出し、基板中央にランドサイズφ２０ｍｍを配置した。絶縁油中にこの基板を浸漬し、室温で交流電圧を銅箔に印加し絶縁破壊する電圧（ｋＶ）を測定した。
【００６０】
〔熱抵抗（℃／Ｗ）〕
上記のようにして得られた積層体からシートサイズ３０×４０ｍｍの基板を切り出し、基板中央にランドサイズ１４×１０ｍｍを配置した。この基板にはんだでトランジスタＣ２２３３（東芝製）を取り付け、基板裏面に熱伝導性のシリコーングリースを使い水冷却装置にセットして３０Ｗの電力を供給したときに発熱するトランジスタ表面と冷却装置表面の温度を測定した。そして式（２）より熱抵抗（℃／Ｗ）を求めた。
熱抵抗（℃／Ｗ）＝｛（トランジスタ表面温度）-（冷却装置表面温度）｝／印加電力 （２）
評価結果を、表１〜６、及び、図４〜１１に示す。ここで、図４〜７は、表１〜３に示される実施例１〜１２及び比較例１〜７の各性能評価結果に関するグラフであり、図８〜１１は、表４〜６に示される実施例１３〜２４及び比較例８〜１４の各性能評価結果に関するグラフである。
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
【表３】
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】
【表６】
【００６６】
表１〜６及び図４〜１１より、本発明の組成物を用いて形成された絶縁シートは、高密度であり、放熱性及び絶縁性に優れることがわかった。
【００６７】
また、図１２は、実施例４の組成物５（微粉ＢＮ（Ｄ５０：０．９μｍ、凝集ＢＮに対する微粉ＢＮの比率：２５質量％）を用いて形成された塗膜の断面写真であり、これより、凝集窒化硼素の粒子間に微粉窒化硼素が均一に分散していることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・回路基板用積層板、１’・・・金属ベース回路基板、２・・・金属基板、３・・・絶縁層、４・・・金属箔、４’・・・回路パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項２】
第一の無機粉末の平均粒子径が５〜１００μｍの範囲内である請求項１に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項３】
第二の無機粉末の含有率が、第一の無機粉末を基準として５質量％以上である請求項１又は２に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項４】
第二の無機粉末が、六方晶系窒化硼素の一次粒子である請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項５】
第一の無機粉末として、六方晶系窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項６】
第一の無機粉末として、六方晶系窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウムを含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物を用いて形成された回路基板用絶縁シート。
【請求項８】
金属基板と、該基板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備し、前記絶縁層が請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物を用いて形成された回路基板用積層板。
【請求項９】
請求項８に記載の回路基板用積層板の前記金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板。
【請求項１】
樹脂と該樹脂に対し５０体積％以上の無機充填材と溶剤を含有してなり、前記無機充填材として、六方晶系窒化硼素の一次粒子が凝集した二次凝集粒子を含む第一の無機粉末と、平均粒子径が２μｍ以下の微粒子からなる第二の無機粉末を含有する回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項２】
第一の無機粉末の平均粒子径が５〜１００μｍの範囲内である請求項１に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項３】
第二の無機粉末の含有率が、第一の無機粉末を基準として５質量％以上である請求項１又は２に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項４】
第二の無機粉末が、六方晶系窒化硼素の一次粒子である請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項５】
第一の無機粉末として、六方晶系窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素から選択される少なくとも１種を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項６】
第一の無機粉末として、六方晶系窒化硼素の二次凝集粒子と共に、酸化アルミニウムを含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路基板用絶縁樹脂組成物を用いて形成された回路基板用絶縁シート。
【請求項８】
金属基板と、該基板上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた金属箔とを具備し、前記絶縁層が請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物を用いて形成された回路基板用積層板。
【請求項９】
請求項８に記載の回路基板用積層板の前記金属箔をパターニングすることによって得られる金属ベース回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２５１０２３（Ｐ２０１２−２５１０２３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２７８５（Ｐ２０１１−１２２７８５）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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