樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置
【課題】金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、十分な絶縁破壊電圧値を有する樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置を提供すること。
【解決手段】（Ａ）特定構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である樹脂組成物、ならびに、その樹脂組成物からなる絶縁層を用いて得られる樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置。
【解決手段】（Ａ）特定構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である樹脂組成物、ならびに、その樹脂組成物からなる絶縁層を用いて得られる樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びダイオード等の半導体素子、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を金属ベース回路基板上に搭載して構成したインバータ装置又はパワー半導体装置が知られている。
これらの電力制御装置は、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれら電力制御装置の使用が年々拡大している。
特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ−ス化と共に電力制御装置をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、また、放熱面積の大きな基板が必要とされる。このような用途に対して、より一層放熱性に優れる金属ベース回路基板が注目されている。
【０００３】
従来の金属ベース回路基板は、熱放散性や経済的な理由からアルミニウム板を用いることが多いが、実使用下で加熱／冷却が繰り返されると、アルミニウム板と電子部品、特にチップ部品との熱膨張率の差に起因して大きな熱応力が発生し、部品を固定している半田部分又はその近傍にクラックが発生するなど電気的信頼性が低下するという問題点がある。
【０００４】
このような点を改良するためには、絶縁層の熱伝導性を高くし、かつ絶縁層の弾性率を低くして、さらに高レベルの耐熱性、耐湿性を達成することが必要である。
これまで、アクリルゴムを用いることにより、低弾性率化を図った樹脂組成物を絶縁層に用いることが開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかし、アクリルゴムを用いた場合は、ヒートサイクル試験において十分な性能が得られない点で、課題を残していた。
【０００５】
また、他の低弾性率化手段として、シリコーン樹脂などを用いる技術が検討されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、シリコーン樹脂を用いた場合、金属板との密着性に劣るため、金属ベース板との密着力が低下し、金属板と絶縁層との間における吸湿等により、絶縁破壊電圧値が低下する点で、課題を残していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８４２６号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２６０６号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、十分な絶縁破壊電圧値を有する樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、下記［１］〜［７］項に記載の本発明により達成される。
［１］ 下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、前記（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
［２］ 前記（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることを特徴とする第［１］項に記載の樹脂組成物。
［３］ 第［１］項又は第［２］項に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔に積層してなることを特徴とする樹脂シート。
［４］ 第［３］項に記載の樹脂シートを、前記絶縁層側の面が接するように金属板の少なくとも１方の面上に積層してなることを特徴とする積層板。
［５］ 前記金属板の少なくとも１方の面上に第［１］項又は第［２］項に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を介して導体回路が形成されてなることを特徴とする金属ベース回路基板。
［６］ 第［５］項に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするインバータ装置。
［７］ 第［５］項に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、かつ十分な絶縁破壊電圧値を有する樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、本発明の樹脂組成物について説明する。本発明の樹脂組成物は、（Ａ）下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である。これにより、本発明の樹脂組成物は、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、十分な絶縁破壊電圧値を有することができる。また、本発明の樹脂組成物は、良好な絶縁破壊電圧値を示すことができる。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり
、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
【００１１】
また、本発明の樹脂組成物は、無機充填剤を含有させていることで、従来からの熱放散性が優れる点、耐電圧等の電気絶縁性に優れる点等が維持され、かつ、本発明の樹脂組成物の硬化物の弾性率を下げることができる。
【００１２】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ａ）一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂は、例えば、下記一般式（２）、（３）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂が挙げられる。
【化２】
（但し、上記一般式（２）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【化３】
（但し、上記一般式（３）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００１３】
（Ａ）フェノキシ樹脂を絶縁層に含むことにより、絶縁層と金属板との密着性が向上する。また接続信頼性が向上し、例えば、本発明の金属ベース回路基板に、電子部品等を実装したインバータ装置及びパワー半導体装置等は、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回路基板を接合する半田接合部、又はその近傍で、クラック等の不良が発生することはない。
【００１４】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ａ）フェノキシ樹脂は、骨格中にイミド結合を有するため、高い耐熱性を有し、特に半田耐熱性に優れる。また分子内に窒素原子を有するため、特に金属板と絶縁層との間の密着性が優れ、金属板と絶縁層との間における吸湿等が生じず、絶縁破壊電圧値が低下しない。
【００１５】
（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることが好ましい。上記下限値未満であると、弾性率を十分下げることができない場合があり、金属ベース回路基板に用いると低弾性率化が十分でなく、急激な加熱／冷却を受けても半田接続部、又は、その近傍でのクラックが発生する恐れがある。上記上限値より多いと、プレス時の流動性が悪化し、ボイド等が発生するため、金属ベース回路基板の絶縁破壊電圧値が低下する場合がある。
なお樹脂組成物全体とは、例えば、溶剤等を用いたワニスの場合は、溶剤を除く固形分を意味し、液状エポキシ、カップリング剤等の液状成分は、樹脂組成物に含まれる。
【００１６】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ｂ）無機充填剤は、特に限定されないが、例えば、水酸
化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素などが挙げられる。
【００１７】
これらの中でも、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカが、高熱伝導性の観点から好ましい。さらに好ましくは、アルミナである。アルミナを用いた場合、高熱伝導性に加え、耐熱性、絶縁性の点で好ましい。
【００１８】
また、信頼性の観点からは、結晶性シリカ又は非晶性シリカが好ましい。また、結晶性シリカ又は非晶性シリカは、イオン性不純物が少ない点でも好ましい。樹脂組成物より形成される絶縁層に、結晶性シリカ又は非晶性シリカが含まれる場合、絶縁信頼性に優れる金属ベース回路基板を得ることができる。特に、結晶性シリカ又は非晶性シリカを用いた金属ベース回路基板は、プレッシャークッカテスト等の水蒸気雰囲気下で絶縁性が高く、金属、アルミ線、アルミ板等の腐食が少ない点で好適である。
【００１９】
一方、難燃性の観点からは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが好ましい。さらに、溶融粘度調整やチクトロピック性の付与の目的においては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカが好ましい。
【００２０】
（Ｂ）無機充填剤の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の４０質量％以上、７０質量％以下であることが好ましい。上記下限値より少ないと、熱抵抗が増大し、十分な放熱性を得ることができない場合があり、上記上限値より多いと、プレス時の流動性が悪化し、ボイド等が発生する場合がある。
【００２１】
（Ｃ）シランカップリング剤は、本発明の樹脂組成物に含むことにより、金属板と絶縁層との密着性が向上し、従来よりも金属ベース回路基板の絶縁破壊電圧値が向上する。これは、（Ａ）フェノキシ樹脂及び（Ｂ）無機充填剤との組み合わせによる相乗効果によるものと推察される。
【００２２】
（Ｃ）シランカップリング剤の含有量は、樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることが好ましい。より好ましく、３質量％以上、７質量％以下である。含有量が上記下限値未満であると、金属板と絶縁層との密着力が低下し、金属ベース回路基板の半田耐熱性が低下する場合がある。また上記上限値を超えると、シランカップリング剤が多量に存在することにより、架橋密度が低下し、半田耐熱性が低下する場合がある。
【００２３】
本発明の樹脂組成物には、改質剤として、エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂を添加することにより、樹脂組成物の耐湿性、耐熱性、特に吸湿後の耐熱性が改善される。エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば、特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ系、ビスフェノールＦ系、ビフェニル系、ノボラック系、多官能フェノール系、ナフタレン系、脂環式系及びアルコール系等のグリシジルエーテル、グリシジルアミン及びグリシジルエステル等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
これらの中でも、耐熱性、耐湿性、金属接着性及びプレス成形時の流動性の観点から、ビスフェノールＡエポキシ樹脂が好ましく、特に常温で液状のビスフェノールＡエポキシ樹脂が好ましい。常温で液状のビスフェノールＡエポキシ樹脂は、プレス成形時の流動性が特に優れる上、フェノキシ樹脂との相溶性に優れ、樹脂組成物が相分離等を起こさないため、耐熱性に優れる。
【００２５】
本発明の樹脂組成物には、エポキシ樹脂の硬化剤及び／又は硬化触媒を含んでも良い。硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、酸無水物、アミン化合物及びフェノール化合物等が挙げられる。また、硬化剤又は硬化触媒としては、特に限定されないが、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、第三級アミン類、ならびに第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２６】
本発明の樹脂組成物には、その他必要に応じ、任意に公知の熱可塑性樹脂、エラストマー、難燃剤及び充填剤、色素、紫外線吸収剤等を、適宜添加することができる。
【００２７】
次に、本発明の樹脂シートについて説明する。本発明の樹脂シートは、前述した本発明の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔上に積層することにより得られる。
【００２８】
より具体的には、まず、絶縁層を形成するため本発明の樹脂組成物を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、シクロヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンシクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、セルソルブ系、カルビトール系、アニソール等の有機溶剤中で、超音波分散方式、高圧衝突式分散方式、高速回転分散方式、ビーズミル方式、高速せん断分散方式及び自転公転式分散方式などの各種混合機を用いて溶解、混合、撹拌して樹脂ワニスを作製する。ここで、樹脂ワニス中の樹脂組成物の含有量は、特に限定されないが、４５質量％以上、８５質量％以下が好ましく、特に５５質量％以上、７５質量％以下が好ましい。
【００２９】
次に樹脂ワニスを、各種塗工装置を用いて、金属箔上に塗工した後、これを乾燥する。又は、樹脂ワニスをスプレー装置により金属箔に噴霧塗工した後、これを乾燥する。これらの方法により樹脂シートを作製することができる。塗工装置としては、特に限定されないが、例えば、ロールコーター、バーコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ダイコーター、コンマコーター及びカーテンコーターなどを用いることができる。これらの中でも、ダイコーター、ナイフコーター及びコンマコーターを用いる方法が好ましい。これにより、ボイドがなく、均一な絶縁層の厚みを有する樹脂シートを効率よく製造することができる。
【００３０】
本発明の樹脂シートにおける絶縁層の厚さは、５０μｍ以上、２５０μｍの範囲が好ましい。上記下限値未満の場合、後述する本発明の金属ベース回路基板に用いると、例えば、アルミニウム板等の金属板との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁層で緩和することが十分にできない。その結果、金属ベース回路基板に半導体素子、抵抗部品等を表面実装した場合、歪が大きくなり、十分な熱衝撃信頼性を得ることができなくなる場合がある。上記上限値を超えると、表面実装した部分の歪量が少なく、良好な熱衝撃信頼性を得ることができるが、熱抵抗が増大するため、十分な放熱性を得ることができない。
【００３１】
本発明の樹脂シートにおける金属箔は、特に限定されないが、例えば銅及び銅系合金、アルミ及びアルミ系合金、銀及び銀系合金、金及び金系合金、亜鉛及び亜鉛系合金、ニッケル及びニッケル系合金、錫及び錫系合金、鉄及び鉄系合金等の金属箔が挙げられる。これらの中でも、金属箔をエッチングにより導体回路として用いることができる点で銅が好ましい。また、低熱膨張の観点からは、鉄−ニッケル合金が好ましい。
【００３２】
尚、金属箔の製造方法は、電解法でも圧延法でもよく、金属箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわないが、絶縁層との接着性の点から導体回路の絶縁層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００３３】
金属箔の厚さは、特に限定されないが、０．５μｍ以上、１０５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、７０μｍ以下がより好ましく、９μｍ以上、３５μｍ以下がさらに好ましい。金属箔の厚さが上記下限値未満であると、ピンホールが発生しやすく、金属箔をエッチングし導体回路として用いた場合、回路パターン成形時のメッキバラツキ、回路断線、エッチング液やデスミア液等の薬液の染み込みなどが発生する怖れがある。また、上記上限値を超えると、金属箔の厚みバラツキが大きくなったり、金属箔粗化面の表面粗さバラツキが大きくなったりする場合がある。
【００３４】
また、金属箔は、キャリア箔付き極薄金属箔を用いることもできる。キャリア箔付き極薄金属箔とは、剥離可能なキャリア箔と極薄金属箔とを張り合わせた金属箔である。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることで絶縁層の両面に極薄金属箔層を形成できることから、例えば、セミアディティブ法などで回路を形成する場合、無電解メッキを行うことなく、極薄金属箔を直接給電層として電解メッキすることで、回路を形成後、極薄銅箔をフラッシュエッチングすることができる。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることによって、厚さ１０μｍ以下の極薄金属箔でも、例えばプレス工程での極薄金属箔のハンドリング性の低下や、極薄銅箔の割れや切れを防ぐことができる。
【００３５】
次に、本発明の積層板及び金属ベース回路基板について説明する。本発明の積層板は、特に限定されないが、例えば、金属板の片面又は両面に、前述した本発明の樹脂シートの絶縁層側の面が接するように積層し、プレス等を用い加圧・加熱硬化させて絶縁樹脂硬化層を形成することにより得ることができる。また、本発明の金属ベース回路基板は、得られた積層板の金属箔をエッチングして回路形成することにより得ることができる。尚、金属ベース回路基板を多層にする場合は、回路形成後の金属ベース回路基板上に、樹脂シートの絶縁層側の面が接するようにさらに樹脂シートを積層し、加圧・加熱硬化させた後、最外層の金属箔をエッチングして回路形成することにより多層の金属ベース回路基板を得ることができる。なお、最外層にソルダーレジストを形成し、露光・現像により半導体素子、や電子部品が実装できるよう接続用電極部を露出させても良い。
【００３６】
金属板の厚みは、特に限定されないが、厚み０．５ｍｍ以上、５．０ｍｍであることが好ましい。熱放散性に優れ、しかも経済的であるからである。
【００３７】
本発明の積層板を作製する別の方法としては、金属板に樹脂ワニスを塗工し、その後、金属箔を積層し加熱・加圧する方法が挙げられる。この場合においても、得られた積層板の金属箔をエッチングし、回路形成することにより、金属ベース回路基板を得ることができる。尚、金属板に樹脂ワニスを塗工し、樹脂を硬化させた後、無電解めっき及び電解めっきにより回路形成を行っても良い。
【００３８】
本発明の金属ベース回路基板は、導体回路の上に電子部品が搭載されたインバータ装置及びパワー半導体装置等の電力制御装置に応用される。ここでインバータ装置とは、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）、トライアックなどが挙げられる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
合成例（１）
下記一般式（２）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂１の合成
２官能エポキシ樹脂としてＤＩＣ製８５０Ｓを１９０質量部、フェノール化合物として特開２００６−８３１２８（１−２式）で表わされるイミド変性フェノールを２２０質量部、触媒としてテトラメチルアンモニウムクロライド０．５質量部及びシクロヘキサノン１００部を耐圧反応容器に入れ、窒素ガス雰囲気下１５０℃で５時間、重合反応を行った。反応生成物から溶剤を除去し、フェノキシ樹脂１を得た。フェノキシ樹脂１の重量平均分子量は３７０００であった。
【化２】
（但し、上記一般式（２）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００４１】
合成例（２）
下記一般式（３）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂２の合成
２官能エポキシ樹脂として三菱化学製ＹＸ−４０００を１９０質量部、フェノール化合物として特開２００６−８３１２８（１−２式）で表わされるイミド変性フェノールを２２０質量部、触媒としてテトラメチルアンモニウムクロライド０．５質量部及びシクロヘキサノン１００部を耐圧反応容器に入れ、窒素ガス雰囲気下１５０℃で５時間、重合反応を行った。反応生成物から溶剤を除去し、フェノキシ樹脂２を得た。フェノキシ樹脂２の重量平均分子量は２３０００であった。
【化３】
（但し、上記一般式（３）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００４２】
実施例及び比較例において用いた原材料は以下の通りである。
（１）合成例１で合成したフェノキシ樹脂１
（２）合成例２で合成したフェノキシ樹脂２
（３）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製、８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）
（４）ジシアンジアミド（デグサ製）
（５）フェノールノボラック樹脂（ＤＩＣ製、ＴＤ−２０１０、水酸基当量１０５）
（６）２−フェニルイミダゾール（四国化成製、２ＰＺ）
（７）γ−グリシドキシプロピルトリトメキシシラン（信越シリコーン製、ＫＢＭ−４０３）
（８）アルミナ（電気化学工業製、ＡＳ−５０）
（９）窒化ホウ素（電気化学工業製、ＳＰＧ−３）
（１０）ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂３（三菱化学製、１２５６、重量平均分子量５．１×１０４）
（１１）シリコーン樹脂１（モメンティブパフォーマンズ製ＸＥ１４−Ａ０４２５（Ａ
）、ポリアルケニルシロキサン）
（１２）シリコーン樹脂２（モメンティブパフォーマンズ製ＸＥ１４−Ａ０４２５（Ｂ）、ポリアルキル水素シロキサン）
【００４３】
（実施例１）
（１）樹脂ワニスの調製
フェノキシ樹脂１（合成例１で合成したもの） １６．８質量部
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製、８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）
１９．７質量部
２−フェニルイミダゾール（四国化成製２ＰＺ） ０．５質量部
γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン製ＫＢＭ−４０３）
３．０質量部
アルミナ（電気化学工業製、ＡＳ−５０） ６０．０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、樹脂組成物が固形分基準で７０質量％の樹脂ワニスを得た。
【００４４】
（２）樹脂シートの作製
金属箔として、厚さ７０μｍの銅箔（古河サーキットホイル製、ＧＴＳＭＰ）を用い、銅箔の粗化面に樹脂ワニス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１００μｍの樹脂付き銅箔（樹脂シート）を得た。
【００４５】
（３）積層板の作製
で得られた樹脂シートの絶縁層側の面が接するように、樹脂シートと２ｍｍ厚のアルミニウム板とを張り合わせ、真空プレスで、プレス圧２．９ＭＰａで８０℃３０分、２００℃９０分の条件下で、プレスし積層板を得た。
（４）インバータ装置の作製
得られた積層板に回路形成するため、回路以外の不要な部分をエッチングにより除去し、回路を形成後、所定の部分に試験用の電子部品を搭載し、半田接合を行うことにより、インバータ装置を得た。
【００４６】
（実施例２〜６及び比較例１〜５）
表１及び表２に記載の配合表に従い樹脂ワニスを調製した以外は、実施例１と同様に樹脂ワニスを調製し、樹脂シート、積層板及びインバータ装置を作製した。
また、各実施例及び比較例により得られた金属ベース回路基板について、次の各評価を行った。評価結果を表１及び表２に示す。
【００４７】
（評価方法）
各評価について、評価方法を以下に示す。
【００４８】
（１）ピール強度
実施例及び比較例で得られた積層板をグラインダーソーでカットして１００ｍｍ×２０ｍｍの試験片を作製し、２３℃におけるアルミニウム板と樹脂硬化層とのピール強度を測定した。尚、ピール強度測定は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して行った。
【００４９】
（２）半田耐熱性
得られた積層板を５０ｍｍ×５０ｍｍにグラインダーソーでカットした後、エッチングにより銅箔を１／４だけ残した試料を作製し、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して評価した。評価は、前処理をしない場合と、１２１℃、１００％、（ＰＣＴ処理）を４時間行った後の場合において、２８８℃の半田槽に３０秒間浸漬した後で外観の異常の有無を調べた。
評価基準：異常なし
：膨れあり（全体的に膨れの箇所がある）
【００５０】
（３）絶縁破壊電圧
得られた積層板を１００ｍｍ×１００ｍｍにグラインダーソーでカットした後、端縁部から約３０ｍｍの位置から外側部分の銅箔をエッチングにより除去し、試料を作成した。耐電圧試験器（ＭＯＤＥＬ７４７３、ＥＸＴＥＣＨ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）を用いて、銅箔とアルミニウム板に電極を接触せしめて、両電極に１ｋＶ／秒の速度で電圧が上昇するように、交流電圧を印加した。積層板の樹脂硬化層が破壊した電圧を、絶縁破壊電圧とした。
【００５１】
（４）熱伝導率
得られた積層板の密度を水中置換法により測定し、また、比熱をＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。そして、熱伝導率を以下の式から算出した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝密度（ｋｇ／ｍ３）×比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）×熱拡散率（ｍ２／Ｓ）×１０００
【００５２】
（５）ヒ−トサイクル試験
で得られたインバータ装置を用い、−４０℃７分、＋１２５℃７分を１サイクルとして１００００回のヒートサイクル試験を行った後、顕微鏡で半田部分のクラックの有無を観察した。半田部分のクラックの発生が１０％以上あるものは不良とし、半田クラックの発生が１０％未満のものを良好と判定した。
評価基準：良好
：不良（クラック発生率１０％以上）
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
表１及び２に記載されている評価結果より、以下のことが分かった。
本発明の（Ａ）一般式（１）で表される構造を有するフェノキシ樹脂とは異なる構造のフェノキシ樹脂３を用いた比較例１では、積層板におけるＰＣＴ処理後の半田耐熱性、ならびに、インバータ装置におけるヒートサイクル性が劣る結果となった。また、シランカップリング剤の含有量が少ない比較例２では、積層板におけるピール強度が低下し、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性も劣る結果となった。一方、シランカップリング剤の含有量が過剰な比較例３では、積層板におけるピール強度自体は低下していないものの、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性は劣る結果となった。また、無機充填剤を用いなかった比較例４では、積層板における熱伝導性が低い値となった。さらに、本発明の（Ａ）一般式（１）で表される構造を有するフェノキシ樹脂及びエポキシ樹脂を用いる代わりにシリコーン樹脂を用いた比較例５では、積層板におけるピール強度が低下し、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性も劣る結果となった。また、絶縁破壊電圧が低い値となった。
これに対し、実施例１〜６は、（Ａ）一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である樹脂組成物を用いたものであり、（Ａ）フェノキシ樹脂の種類を変更したもの、（Ｂ）無機充填剤の種類を変更したもの、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量を変更したもの、及び硬化剤・硬化促進剤の種類をを変更したもの等を含むものであるが、いずれにおいても、積層板におけるピール強度が高く、半田耐熱性に優れる結果となった。また、十分な絶縁破壊電圧値及び高い熱伝導率も有していた。また、インバータ装置におけるヒートサイクル性についても良好な結果が得られた。
従って、本発明による樹脂組成物を用いることにより、性能の優れた金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、かつ十分な絶縁破壊電圧値、高い熱伝導率を得ることができるため、本発明の樹脂組成物、樹脂シー
ト、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置は、自動車のエンジンル−ム等過酷な環境化で用いられる材料として好適に使用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びダイオード等の半導体素子、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を金属ベース回路基板上に搭載して構成したインバータ装置又はパワー半導体装置が知られている。
これらの電力制御装置は、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれら電力制御装置の使用が年々拡大している。
特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ−ス化と共に電力制御装置をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、また、放熱面積の大きな基板が必要とされる。このような用途に対して、より一層放熱性に優れる金属ベース回路基板が注目されている。
【０００３】
従来の金属ベース回路基板は、熱放散性や経済的な理由からアルミニウム板を用いることが多いが、実使用下で加熱／冷却が繰り返されると、アルミニウム板と電子部品、特にチップ部品との熱膨張率の差に起因して大きな熱応力が発生し、部品を固定している半田部分又はその近傍にクラックが発生するなど電気的信頼性が低下するという問題点がある。
【０００４】
このような点を改良するためには、絶縁層の熱伝導性を高くし、かつ絶縁層の弾性率を低くして、さらに高レベルの耐熱性、耐湿性を達成することが必要である。
これまで、アクリルゴムを用いることにより、低弾性率化を図った樹脂組成物を絶縁層に用いることが開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかし、アクリルゴムを用いた場合は、ヒートサイクル試験において十分な性能が得られない点で、課題を残していた。
【０００５】
また、他の低弾性率化手段として、シリコーン樹脂などを用いる技術が検討されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、シリコーン樹脂を用いた場合、金属板との密着性に劣るため、金属ベース板との密着力が低下し、金属板と絶縁層との間における吸湿等により、絶縁破壊電圧値が低下する点で、課題を残していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８４２６号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２６０６号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、十分な絶縁破壊電圧値を有する樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、下記［１］〜［７］項に記載の本発明により達成される。
［１］ 下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、前記（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
［２］ 前記（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることを特徴とする第［１］項に記載の樹脂組成物。
［３］ 第［１］項又は第［２］項に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔に積層してなることを特徴とする樹脂シート。
［４］ 第［３］項に記載の樹脂シートを、前記絶縁層側の面が接するように金属板の少なくとも１方の面上に積層してなることを特徴とする積層板。
［５］ 前記金属板の少なくとも１方の面上に第［１］項又は第［２］項に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を介して導体回路が形成されてなることを特徴とする金属ベース回路基板。
［６］ 第［５］項に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするインバータ装置。
［７］ 第［５］項に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、かつ十分な絶縁破壊電圧値を有する樹脂組成物、樹脂シート、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、本発明の樹脂組成物について説明する。本発明の樹脂組成物は、（Ａ）下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である。これにより、本発明の樹脂組成物は、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、十分な絶縁破壊電圧値を有することができる。また、本発明の樹脂組成物は、良好な絶縁破壊電圧値を示すことができる。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり
、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
【００１１】
また、本発明の樹脂組成物は、無機充填剤を含有させていることで、従来からの熱放散性が優れる点、耐電圧等の電気絶縁性に優れる点等が維持され、かつ、本発明の樹脂組成物の硬化物の弾性率を下げることができる。
【００１２】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ａ）一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂は、例えば、下記一般式（２）、（３）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂が挙げられる。
【化２】
（但し、上記一般式（２）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【化３】
（但し、上記一般式（３）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００１３】
（Ａ）フェノキシ樹脂を絶縁層に含むことにより、絶縁層と金属板との密着性が向上する。また接続信頼性が向上し、例えば、本発明の金属ベース回路基板に、電子部品等を実装したインバータ装置及びパワー半導体装置等は、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回路基板を接合する半田接合部、又はその近傍で、クラック等の不良が発生することはない。
【００１４】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ａ）フェノキシ樹脂は、骨格中にイミド結合を有するため、高い耐熱性を有し、特に半田耐熱性に優れる。また分子内に窒素原子を有するため、特に金属板と絶縁層との間の密着性が優れ、金属板と絶縁層との間における吸湿等が生じず、絶縁破壊電圧値が低下しない。
【００１５】
（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることが好ましい。上記下限値未満であると、弾性率を十分下げることができない場合があり、金属ベース回路基板に用いると低弾性率化が十分でなく、急激な加熱／冷却を受けても半田接続部、又は、その近傍でのクラックが発生する恐れがある。上記上限値より多いと、プレス時の流動性が悪化し、ボイド等が発生するため、金属ベース回路基板の絶縁破壊電圧値が低下する場合がある。
なお樹脂組成物全体とは、例えば、溶剤等を用いたワニスの場合は、溶剤を除く固形分を意味し、液状エポキシ、カップリング剤等の液状成分は、樹脂組成物に含まれる。
【００１６】
本発明の樹脂組成物に用いる（Ｂ）無機充填剤は、特に限定されないが、例えば、水酸
化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素などが挙げられる。
【００１７】
これらの中でも、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカが、高熱伝導性の観点から好ましい。さらに好ましくは、アルミナである。アルミナを用いた場合、高熱伝導性に加え、耐熱性、絶縁性の点で好ましい。
【００１８】
また、信頼性の観点からは、結晶性シリカ又は非晶性シリカが好ましい。また、結晶性シリカ又は非晶性シリカは、イオン性不純物が少ない点でも好ましい。樹脂組成物より形成される絶縁層に、結晶性シリカ又は非晶性シリカが含まれる場合、絶縁信頼性に優れる金属ベース回路基板を得ることができる。特に、結晶性シリカ又は非晶性シリカを用いた金属ベース回路基板は、プレッシャークッカテスト等の水蒸気雰囲気下で絶縁性が高く、金属、アルミ線、アルミ板等の腐食が少ない点で好適である。
【００１９】
一方、難燃性の観点からは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムが好ましい。さらに、溶融粘度調整やチクトロピック性の付与の目的においては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカが好ましい。
【００２０】
（Ｂ）無機充填剤の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の４０質量％以上、７０質量％以下であることが好ましい。上記下限値より少ないと、熱抵抗が増大し、十分な放熱性を得ることができない場合があり、上記上限値より多いと、プレス時の流動性が悪化し、ボイド等が発生する場合がある。
【００２１】
（Ｃ）シランカップリング剤は、本発明の樹脂組成物に含むことにより、金属板と絶縁層との密着性が向上し、従来よりも金属ベース回路基板の絶縁破壊電圧値が向上する。これは、（Ａ）フェノキシ樹脂及び（Ｂ）無機充填剤との組み合わせによる相乗効果によるものと推察される。
【００２２】
（Ｃ）シランカップリング剤の含有量は、樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることが好ましい。より好ましく、３質量％以上、７質量％以下である。含有量が上記下限値未満であると、金属板と絶縁層との密着力が低下し、金属ベース回路基板の半田耐熱性が低下する場合がある。また上記上限値を超えると、シランカップリング剤が多量に存在することにより、架橋密度が低下し、半田耐熱性が低下する場合がある。
【００２３】
本発明の樹脂組成物には、改質剤として、エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂を添加することにより、樹脂組成物の耐湿性、耐熱性、特に吸湿後の耐熱性が改善される。エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば、特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ系、ビスフェノールＦ系、ビフェニル系、ノボラック系、多官能フェノール系、ナフタレン系、脂環式系及びアルコール系等のグリシジルエーテル、グリシジルアミン及びグリシジルエステル等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
これらの中でも、耐熱性、耐湿性、金属接着性及びプレス成形時の流動性の観点から、ビスフェノールＡエポキシ樹脂が好ましく、特に常温で液状のビスフェノールＡエポキシ樹脂が好ましい。常温で液状のビスフェノールＡエポキシ樹脂は、プレス成形時の流動性が特に優れる上、フェノキシ樹脂との相溶性に優れ、樹脂組成物が相分離等を起こさないため、耐熱性に優れる。
【００２５】
本発明の樹脂組成物には、エポキシ樹脂の硬化剤及び／又は硬化触媒を含んでも良い。硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、酸無水物、アミン化合物及びフェノール化合物等が挙げられる。また、硬化剤又は硬化触媒としては、特に限定されないが、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、第三級アミン類、ならびに第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２６】
本発明の樹脂組成物には、その他必要に応じ、任意に公知の熱可塑性樹脂、エラストマー、難燃剤及び充填剤、色素、紫外線吸収剤等を、適宜添加することができる。
【００２７】
次に、本発明の樹脂シートについて説明する。本発明の樹脂シートは、前述した本発明の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔上に積層することにより得られる。
【００２８】
より具体的には、まず、絶縁層を形成するため本発明の樹脂組成物を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、シクロヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンシクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、セルソルブ系、カルビトール系、アニソール等の有機溶剤中で、超音波分散方式、高圧衝突式分散方式、高速回転分散方式、ビーズミル方式、高速せん断分散方式及び自転公転式分散方式などの各種混合機を用いて溶解、混合、撹拌して樹脂ワニスを作製する。ここで、樹脂ワニス中の樹脂組成物の含有量は、特に限定されないが、４５質量％以上、８５質量％以下が好ましく、特に５５質量％以上、７５質量％以下が好ましい。
【００２９】
次に樹脂ワニスを、各種塗工装置を用いて、金属箔上に塗工した後、これを乾燥する。又は、樹脂ワニスをスプレー装置により金属箔に噴霧塗工した後、これを乾燥する。これらの方法により樹脂シートを作製することができる。塗工装置としては、特に限定されないが、例えば、ロールコーター、バーコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ダイコーター、コンマコーター及びカーテンコーターなどを用いることができる。これらの中でも、ダイコーター、ナイフコーター及びコンマコーターを用いる方法が好ましい。これにより、ボイドがなく、均一な絶縁層の厚みを有する樹脂シートを効率よく製造することができる。
【００３０】
本発明の樹脂シートにおける絶縁層の厚さは、５０μｍ以上、２５０μｍの範囲が好ましい。上記下限値未満の場合、後述する本発明の金属ベース回路基板に用いると、例えば、アルミニウム板等の金属板との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁層で緩和することが十分にできない。その結果、金属ベース回路基板に半導体素子、抵抗部品等を表面実装した場合、歪が大きくなり、十分な熱衝撃信頼性を得ることができなくなる場合がある。上記上限値を超えると、表面実装した部分の歪量が少なく、良好な熱衝撃信頼性を得ることができるが、熱抵抗が増大するため、十分な放熱性を得ることができない。
【００３１】
本発明の樹脂シートにおける金属箔は、特に限定されないが、例えば銅及び銅系合金、アルミ及びアルミ系合金、銀及び銀系合金、金及び金系合金、亜鉛及び亜鉛系合金、ニッケル及びニッケル系合金、錫及び錫系合金、鉄及び鉄系合金等の金属箔が挙げられる。これらの中でも、金属箔をエッチングにより導体回路として用いることができる点で銅が好ましい。また、低熱膨張の観点からは、鉄−ニッケル合金が好ましい。
【００３２】
尚、金属箔の製造方法は、電解法でも圧延法でもよく、金属箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわないが、絶縁層との接着性の点から導体回路の絶縁層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００３３】
金属箔の厚さは、特に限定されないが、０．５μｍ以上、１０５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、７０μｍ以下がより好ましく、９μｍ以上、３５μｍ以下がさらに好ましい。金属箔の厚さが上記下限値未満であると、ピンホールが発生しやすく、金属箔をエッチングし導体回路として用いた場合、回路パターン成形時のメッキバラツキ、回路断線、エッチング液やデスミア液等の薬液の染み込みなどが発生する怖れがある。また、上記上限値を超えると、金属箔の厚みバラツキが大きくなったり、金属箔粗化面の表面粗さバラツキが大きくなったりする場合がある。
【００３４】
また、金属箔は、キャリア箔付き極薄金属箔を用いることもできる。キャリア箔付き極薄金属箔とは、剥離可能なキャリア箔と極薄金属箔とを張り合わせた金属箔である。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることで絶縁層の両面に極薄金属箔層を形成できることから、例えば、セミアディティブ法などで回路を形成する場合、無電解メッキを行うことなく、極薄金属箔を直接給電層として電解メッキすることで、回路を形成後、極薄銅箔をフラッシュエッチングすることができる。キャリア箔付き極薄金属箔を用いることによって、厚さ１０μｍ以下の極薄金属箔でも、例えばプレス工程での極薄金属箔のハンドリング性の低下や、極薄銅箔の割れや切れを防ぐことができる。
【００３５】
次に、本発明の積層板及び金属ベース回路基板について説明する。本発明の積層板は、特に限定されないが、例えば、金属板の片面又は両面に、前述した本発明の樹脂シートの絶縁層側の面が接するように積層し、プレス等を用い加圧・加熱硬化させて絶縁樹脂硬化層を形成することにより得ることができる。また、本発明の金属ベース回路基板は、得られた積層板の金属箔をエッチングして回路形成することにより得ることができる。尚、金属ベース回路基板を多層にする場合は、回路形成後の金属ベース回路基板上に、樹脂シートの絶縁層側の面が接するようにさらに樹脂シートを積層し、加圧・加熱硬化させた後、最外層の金属箔をエッチングして回路形成することにより多層の金属ベース回路基板を得ることができる。なお、最外層にソルダーレジストを形成し、露光・現像により半導体素子、や電子部品が実装できるよう接続用電極部を露出させても良い。
【００３６】
金属板の厚みは、特に限定されないが、厚み０．５ｍｍ以上、５．０ｍｍであることが好ましい。熱放散性に優れ、しかも経済的であるからである。
【００３７】
本発明の積層板を作製する別の方法としては、金属板に樹脂ワニスを塗工し、その後、金属箔を積層し加熱・加圧する方法が挙げられる。この場合においても、得られた積層板の金属箔をエッチングし、回路形成することにより、金属ベース回路基板を得ることができる。尚、金属板に樹脂ワニスを塗工し、樹脂を硬化させた後、無電解めっき及び電解めっきにより回路形成を行っても良い。
【００３８】
本発明の金属ベース回路基板は、導体回路の上に電子部品が搭載されたインバータ装置及びパワー半導体装置等の電力制御装置に応用される。ここでインバータ装置とは、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）、トライアックなどが挙げられる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
合成例（１）
下記一般式（２）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂１の合成
２官能エポキシ樹脂としてＤＩＣ製８５０Ｓを１９０質量部、フェノール化合物として特開２００６−８３１２８（１−２式）で表わされるイミド変性フェノールを２２０質量部、触媒としてテトラメチルアンモニウムクロライド０．５質量部及びシクロヘキサノン１００部を耐圧反応容器に入れ、窒素ガス雰囲気下１５０℃で５時間、重合反応を行った。反応生成物から溶剤を除去し、フェノキシ樹脂１を得た。フェノキシ樹脂１の重量平均分子量は３７０００であった。
【化２】
（但し、上記一般式（２）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００４１】
合成例（２）
下記一般式（３）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂２の合成
２官能エポキシ樹脂として三菱化学製ＹＸ−４０００を１９０質量部、フェノール化合物として特開２００６−８３１２８（１−２式）で表わされるイミド変性フェノールを２２０質量部、触媒としてテトラメチルアンモニウムクロライド０．５質量部及びシクロヘキサノン１００部を耐圧反応容器に入れ、窒素ガス雰囲気下１５０℃で５時間、重合反応を行った。反応生成物から溶剤を除去し、フェノキシ樹脂２を得た。フェノキシ樹脂２の重量平均分子量は２３０００であった。
【化３】
（但し、上記一般式（３）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。）
【００４２】
実施例及び比較例において用いた原材料は以下の通りである。
（１）合成例１で合成したフェノキシ樹脂１
（２）合成例２で合成したフェノキシ樹脂２
（３）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製、８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）
（４）ジシアンジアミド（デグサ製）
（５）フェノールノボラック樹脂（ＤＩＣ製、ＴＤ−２０１０、水酸基当量１０５）
（６）２−フェニルイミダゾール（四国化成製、２ＰＺ）
（７）γ−グリシドキシプロピルトリトメキシシラン（信越シリコーン製、ＫＢＭ−４０３）
（８）アルミナ（電気化学工業製、ＡＳ−５０）
（９）窒化ホウ素（電気化学工業製、ＳＰＧ−３）
（１０）ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂３（三菱化学製、１２５６、重量平均分子量５．１×１０４）
（１１）シリコーン樹脂１（モメンティブパフォーマンズ製ＸＥ１４−Ａ０４２５（Ａ
）、ポリアルケニルシロキサン）
（１２）シリコーン樹脂２（モメンティブパフォーマンズ製ＸＥ１４−Ａ０４２５（Ｂ）、ポリアルキル水素シロキサン）
【００４３】
（実施例１）
（１）樹脂ワニスの調製
フェノキシ樹脂１（合成例１で合成したもの） １６．８質量部
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製、８５０Ｓ、エポキシ当量１９０）
１９．７質量部
２−フェニルイミダゾール（四国化成製２ＰＺ） ０．５質量部
γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン製ＫＢＭ−４０３）
３．０質量部
アルミナ（電気化学工業製、ＡＳ−５０） ６０．０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、樹脂組成物が固形分基準で７０質量％の樹脂ワニスを得た。
【００４４】
（２）樹脂シートの作製
金属箔として、厚さ７０μｍの銅箔（古河サーキットホイル製、ＧＴＳＭＰ）を用い、銅箔の粗化面に樹脂ワニス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１００μｍの樹脂付き銅箔（樹脂シート）を得た。
【００４５】
（３）積層板の作製
で得られた樹脂シートの絶縁層側の面が接するように、樹脂シートと２ｍｍ厚のアルミニウム板とを張り合わせ、真空プレスで、プレス圧２．９ＭＰａで８０℃３０分、２００℃９０分の条件下で、プレスし積層板を得た。
（４）インバータ装置の作製
得られた積層板に回路形成するため、回路以外の不要な部分をエッチングにより除去し、回路を形成後、所定の部分に試験用の電子部品を搭載し、半田接合を行うことにより、インバータ装置を得た。
【００４６】
（実施例２〜６及び比較例１〜５）
表１及び表２に記載の配合表に従い樹脂ワニスを調製した以外は、実施例１と同様に樹脂ワニスを調製し、樹脂シート、積層板及びインバータ装置を作製した。
また、各実施例及び比較例により得られた金属ベース回路基板について、次の各評価を行った。評価結果を表１及び表２に示す。
【００４７】
（評価方法）
各評価について、評価方法を以下に示す。
【００４８】
（１）ピール強度
実施例及び比較例で得られた積層板をグラインダーソーでカットして１００ｍｍ×２０ｍｍの試験片を作製し、２３℃におけるアルミニウム板と樹脂硬化層とのピール強度を測定した。尚、ピール強度測定は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して行った。
【００４９】
（２）半田耐熱性
得られた積層板を５０ｍｍ×５０ｍｍにグラインダーソーでカットした後、エッチングにより銅箔を１／４だけ残した試料を作製し、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して評価した。評価は、前処理をしない場合と、１２１℃、１００％、（ＰＣＴ処理）を４時間行った後の場合において、２８８℃の半田槽に３０秒間浸漬した後で外観の異常の有無を調べた。
評価基準：異常なし
：膨れあり（全体的に膨れの箇所がある）
【００５０】
（３）絶縁破壊電圧
得られた積層板を１００ｍｍ×１００ｍｍにグラインダーソーでカットした後、端縁部から約３０ｍｍの位置から外側部分の銅箔をエッチングにより除去し、試料を作成した。耐電圧試験器（ＭＯＤＥＬ７４７３、ＥＸＴＥＣＨ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）を用いて、銅箔とアルミニウム板に電極を接触せしめて、両電極に１ｋＶ／秒の速度で電圧が上昇するように、交流電圧を印加した。積層板の樹脂硬化層が破壊した電圧を、絶縁破壊電圧とした。
【００５１】
（４）熱伝導率
得られた積層板の密度を水中置換法により測定し、また、比熱をＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。そして、熱伝導率を以下の式から算出した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝密度（ｋｇ／ｍ３）×比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）×熱拡散率（ｍ２／Ｓ）×１０００
【００５２】
（５）ヒ−トサイクル試験
で得られたインバータ装置を用い、−４０℃７分、＋１２５℃７分を１サイクルとして１００００回のヒートサイクル試験を行った後、顕微鏡で半田部分のクラックの有無を観察した。半田部分のクラックの発生が１０％以上あるものは不良とし、半田クラックの発生が１０％未満のものを良好と判定した。
評価基準：良好
：不良（クラック発生率１０％以上）
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
表１及び２に記載されている評価結果より、以下のことが分かった。
本発明の（Ａ）一般式（１）で表される構造を有するフェノキシ樹脂とは異なる構造のフェノキシ樹脂３を用いた比較例１では、積層板におけるＰＣＴ処理後の半田耐熱性、ならびに、インバータ装置におけるヒートサイクル性が劣る結果となった。また、シランカップリング剤の含有量が少ない比較例２では、積層板におけるピール強度が低下し、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性も劣る結果となった。一方、シランカップリング剤の含有量が過剰な比較例３では、積層板におけるピール強度自体は低下していないものの、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性は劣る結果となった。また、無機充填剤を用いなかった比較例４では、積層板における熱伝導性が低い値となった。さらに、本発明の（Ａ）一般式（１）で表される構造を有するフェノキシ樹脂及びエポキシ樹脂を用いる代わりにシリコーン樹脂を用いた比較例５では、積層板におけるピール強度が低下し、ＰＣＴ処理後の半田耐熱性も劣る結果となった。また、絶縁破壊電圧が低い値となった。
これに対し、実施例１〜６は、（Ａ）一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下である樹脂組成物を用いたものであり、（Ａ）フェノキシ樹脂の種類を変更したもの、（Ｂ）無機充填剤の種類を変更したもの、（Ｃ）シランカップリング剤の含有量を変更したもの、及び硬化剤・硬化促進剤の種類をを変更したもの等を含むものであるが、いずれにおいても、積層板におけるピール強度が高く、半田耐熱性に優れる結果となった。また、十分な絶縁破壊電圧値及び高い熱伝導率も有していた。また、インバータ装置におけるヒートサイクル性についても良好な結果が得られた。
従って、本発明による樹脂組成物を用いることにより、性能の優れた金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、金属板と絶縁層との密着性及びヒートサイクル性に優れ、かつ十分な絶縁破壊電圧値、高い熱伝導率を得ることができるため、本発明の樹脂組成物、樹脂シー
ト、積層板、金属ベース回路基板、インバータ装置及びパワー半導体装置は、自動車のエンジンル−ム等過酷な環境化で用いられる材料として好適に使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、前記（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
【請求項２】
前記（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔に積層してなることを特徴とする樹脂シート。
【請求項４】
請求項３に記載の樹脂シートを、前記絶縁層側の面が接するように金属板の少なくとも１方の面上に積層してなることを特徴とする積層板。
【請求項５】
前記金属板の少なくとも１方の面上に請求項１又は２に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を介して導体回路が形成されてなることを特徴とす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上に電子部品が搭載されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項７】
請求項５に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１】
（Ａ）下記一般式（１）で表わされる構造を有するフェノキシ樹脂、（Ｂ）無機充填剤及び（Ｃ）シランカップリング剤を含み、前記（Ｃ）シランカップリング剤の含有量が樹脂組成物全体の１質量％以上、１０質量％以下であることを特徴とする樹脂組成物。
【化１】
（但し、上記一般式（１）において、ｎ、ｍは互いに独立した１以上、２０以下の整数である。Ｒ１〜１９は、水素原子、炭素数１〜１０の炭化水素基、又はハロゲン原子であり、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｘは、単結合、あるいは炭素数１〜２０の炭化水素基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＳＯ２−又は−ＣＯ−である。）
【請求項２】
前記（Ａ）フェノキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体の１０質量％以上、４０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を金属箔に積層してなることを特徴とする樹脂シート。
【請求項４】
請求項３に記載の樹脂シートを、前記絶縁層側の面が接するように金属板の少なくとも１方の面上に積層してなることを特徴とする積層板。
【請求項５】
前記金属板の少なくとも１方の面上に請求項１又は２に記載の樹脂組成物からなる絶縁層を介して導体回路が形成されてなることを特徴とす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上に電子部品が搭載されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項７】
請求項５に記載の金属ベース回路基板上に電子部品が搭載されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【公開番号】特開２０１３−２３５０３（Ｐ２０１３−２３５０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６１９１（Ｐ２０１１−１５６１９１）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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