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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024080798
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】金属ベース回路基板及びパワーモジュール
(51)【国際特許分類】
H05K 1/05 20060101AFI20240610BHJP
【ＦＩ】
H05K1/05 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022194031
(22)【出願日】2022-12-05
(71)【出願人】
【識別番号】000004640
【氏名又は名称】日本発條株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】水野 克美
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 知典
【テーマコード（参考）】
5E315
【Ｆターム（参考）】
5E315AA03
5E315BB03
5E315BB04
5E315BB05
5E315BB14
5E315BB15
5E315BB16
5E315DD13
5E315DD16
5E315GG05
5E315GG13
(57)【要約】
【課題】縁層と回路パターンとの密着耐熱性に優れる金属ベース回路基板、及びこの金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールを提供する。
【解決手段】金属ベース回路基板は、樹脂を含む絶縁層と、前記絶縁層上に直接接して設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、を有し、前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす。αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。
【選択図】図１
【解決手段】金属ベース回路基板は、樹脂を含む絶縁層と、前記絶縁層上に直接接して設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、を有し、前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす。αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂を含む絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、
を有し、
前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす、金属ベース回路基板。
［αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。］
前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、
を有し、
前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす、金属ベース回路基板。
［αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。］
【請求項2】
前記金属が銅である、請求項１に記載の金属ベース回路基板。
【請求項3】
前記絶縁層と前記回路パターンとを有する請求項１又は２に記載の金属ベース回路基板と、
前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、
を備えるパワーモジュール。
前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、
を備え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、金属ベース回路基板及びパワーモジュールに関する。
【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、電子素子等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、電気素子、電子素子等を実装する金属ベース回路基板には、充分な放熱性及び耐熱性が求められている。特に、発熱量の大きいパワーデバイスを搭載する場合には、より高い放熱性及び耐熱性が求められている。
【0003】
金属ベース回路基板は、基本的に、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。絶縁層としては、セラミックス、無機粉体等を含有する樹脂絶縁層、ガラス繊維を含有する樹脂絶縁層、および耐熱性樹脂絶縁層などが使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－２５４９１９号公報
【特許文献2】特開２００３－２３２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のように、従前は絶縁層等の各部材の放熱性及び耐熱性を高めることで、金属ベース回路基板の全体としての放熱性及び耐熱性の向上を図っていたが、このような改良だけでは耐熱性が充分ではないことが明らかとなった。さらなる検討により、金属ベース回路基板の放熱性及び耐熱性の向上には、高温時における絶縁層と回路パターンとの密着耐熱性の向上が重要であることが見出された。
【0006】
本開示はこのような状況に鑑みなされたものであって、絶縁層と回路パターンとの密着耐熱性に優れる金属ベース回路基板、及びこの金属ベース回路基板を備えるパワーモジュール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】
【0007】
上記課題は、以下の手段により解決される。
＜１＞ 樹脂を含む絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、
を有し、
前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす、金属ベース回路基板。
［αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。］
＜２＞ 前記金属が銅である、＜１＞に記載の金属ベース回路基板。
＜３＞ 前記絶縁層と前記回路パターンとを有する＜１＞又は＜２＞に記載の金属ベース回路基板と、
前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、
を備えるパワーモジュール。
＜１＞ 樹脂を含む絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、
を有し、
前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ式：１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２を満たす、金属ベース回路基板。
［αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。］
＜２＞ 前記金属が銅である、＜１＞に記載の金属ベース回路基板。
＜３＞ 前記絶縁層と前記回路パターンとを有する＜１＞又は＜２＞に記載の金属ベース回路基板と、
前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、
を備えるパワーモジュール。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、絶縁層と回路パターンとの密着耐熱性に優れる金属ベース回路基板、及びこの金属ベース回路基板を備えるパワーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。但し、本開示の実施形態は以下の実施形態に限定されるものではない。
本開示における実施形態について図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、各図面において、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面同じ符号を付与し、重複する説明は省略する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示における実施形態について図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、各図面において、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面同じ符号を付与し、重複する説明は省略する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
【0011】
＜金属ベース回路基板＞
本開示の金属ベース回路基板は、樹脂を含む絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、を有し、前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ下記式を満たす。
本開示の金属ベース回路基板は、樹脂を含む絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、金属で構成される回路形成用層又は回路パターンと、を有し、前記絶縁層は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１（℃）及びＴｇ２（℃）を有し、且つ下記式を満たす。
【0012】
１４≧（αＴｇ１＋αＴｇ２）０．５／１０３×（３００－２５）×（ＥＴｇ１＋ＥＴｇ２）２／（Ｔｇ２－Ｔｇ１）２
【0013】
αＴｇ１（／℃）は、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数であり、αＴｇ２（／℃）は、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数であり、ＥＴｇ１（ＭＰａ）は低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率であり、ＥＴｇ２（ＭＰａ）は高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率である。
【0014】
金属ベース回路基板は、樹脂を含む絶縁層と、金属で構成される回路パターンとが接して積層されている。樹脂と金属とでは熱膨張係数の差が大きいため、このような積層体が高温に晒されると、樹脂を含む絶縁層と、金属で構成される回路パターンとの間での熱膨張差により熱応力が生じ、この界面で剥離が起こりやすい。
特に、絶縁層がガラス転移温度の異なる２種の樹脂を含む場合には、樹脂間でのバランスを図る必要があることを見出している。
特に、絶縁層がガラス転移温度の異なる２種の樹脂を含む場合には、樹脂間でのバランスを図る必要があることを見出している。
【0015】
本開示の金属ベース回路基板では、絶縁層が２つのガラス転移温度Ｔｇ２及びＴｇ１を有し、且つ上記式を満たすものである。これにより、高温時における絶縁層と回路パターンとの密着耐熱性を向上させている。
ここで、式中の「３００」の数値は、はんだリフローで想定される最高温度（℃）であり、最も厳しい条件としての温度を式に代入している。また式中の「２５」の数値は、はんだリフローが実施される一般的な室温（℃）を想定して採用した値である。
ここで、式中の「３００」の数値は、はんだリフローで想定される最高温度（℃）であり、最も厳しい条件としての温度を式に代入している。また式中の「２５」の数値は、はんだリフローが実施される一般的な室温（℃）を想定して採用した値である。
【0016】
絶縁層の低温側Ｔｇ１が低いほど、Ｔｇ１から高温側Ｔｇ２に至るまでの温度域での熱膨張が低くなる。そして、高温側Ｔｇ２よりも高い温度域では熱膨張が急に大きくなるため、高温側Ｔｇ２が高いほど低膨張の状態を維持することができる。つまり、低温側Ｔｇ１と高温側Ｔｇ２との差がより大きいことは、例えば、はんだリフロー工程などの高温処理時において、絶縁層が高温側Ｔｇ２の温度に至るまでの熱膨張をより抑制できることとなる。
【0017】
このように、上記式により熱膨張係数や貯蔵弾性率を勘案した絶縁層全体としての応力指数が求められ、その応力指数が特定の数値以下である。これにより、絶縁層と、これに接する回路パターンとの間の熱応力が低減され、この界面での剥離が抑えられ、密着性が向上する。
【0018】
上記では、絶縁層と回路パターンとを有する金属ベース回路基板を例に説明したが、回路パターンを、回路を形成する前の回路形成用層（金属層）に置き換えても同様である。
【0019】
【0020】
図１は、本開示の一態様に係る金属ベース回路基板を概略的に示す断面図である。
金属ベース回路基板１０は、発熱体の電子部品等を実装する回路基板であって、金属基板１２と、絶縁層１１と、回路パターン２０とがこの順で積層された積層体である。回路パターン２０の上に電子部品等が実装される。
金属ベース回路基板１０は、発熱体の電子部品等を実装する回路基板であって、金属基板１２と、絶縁層１１と、回路パターン２０とがこの順で積層された積層体である。回路パターン２０の上に電子部品等が実装される。
【0021】
本開示の金属ベース回路基板は、回路パターン２０が回路形成前の回路形成用層２０Ａ（金属層）であってもよい。この場合、図２に示すように、金属ベース回路基板１０Ａは、金属基板１２と、絶縁層１１と、回路形成用層２０Ａとが積層された積層体である。
以下、適宜、金属ベース回路基板１０は金属ベース回路基板１０Ａに読み替え、回路パターン２０は回路形成用層２０Ａに読み替えてもよい。
以下、適宜、金属ベース回路基板１０は金属ベース回路基板１０Ａに読み替え、回路パターン２０は回路形成用層２０Ａに読み替えてもよい。
【0022】
金属ベース回路基板１０の総厚は、特に限定されないが、例えば、３００μｍ～５０００μｍであることが好ましく、２０００μｍ～４０００μｍであることがより好ましい。
【0023】
（金属基板１２）
金属基板１２は、金属で構成された層であって、本開示では、金属基板１２の一方の面に絶縁層１１が形成され、他方の面に放熱手段（図示せず）が適宜取り付けられる。
金属基板１２は、金属で構成された層であって、本開示では、金属基板１２の一方の面に絶縁層１１が形成され、他方の面に放熱手段（図示せず）が適宜取り付けられる。
【0024】
金属基板１２を構成する金属材料としては、特定の種類に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることができ、ヒートシンク、ベイパーチャンバー等の高放熱部材でもよい。
【0025】
金属基板１２の厚みは、特に限定されず、金属ベース回路基板１０の総厚に対して１０～９０％が好ましい。
【0026】
金属基板１２の厚みは、例えば、２０．０ｍｍ以下であってもよく、５．０ｍｍ以下であることが好ましい。２０．０ｍｍ以下の厚みの金属基板１２を用いると、金属ベース回路基板１０全体としての薄型化が図られる。また、金属ベース回路基板１０の外形加工や切り出し加工等における加工性が向上する傾向にある。
また、金属基板１２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上であってもよく、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１．０ｍｍ以上であることがより好ましい。０．１ｍｍ以上の厚みの金属基板１２を用いると、金属ベース回路基板１０全体としての放熱性が向上する傾向にある。
また、金属基板１２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上であってもよく、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１．０ｍｍ以上であることがより好ましい。０．１ｍｍ以上の厚みの金属基板１２を用いると、金属ベース回路基板１０全体としての放熱性が向上する傾向にある。
【0027】
（絶縁層１１）
絶縁層１１は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１及びＴｇ２を有する樹脂層であって、金属基板１２と回路パターン２０とを絶縁する機能を有する。
絶縁層１１は、２つのガラス転移温度Ｔｇ１及びＴｇ２を有する樹脂層であって、金属基板１２と回路パターン２０とを絶縁する機能を有する。
【0028】
絶縁層１１は、低温側Ｔｇ１を有する化合物と高温側Ｔｇ２を有する化合物とが相分離していてもよい。絶縁層１１が相分離構造を有することは、損失正接（ｔａｎδ）を表すスペクトルにおいて、低温側Ｔｇ１のピークと、高温側Ｔｇ２のピークとが互いに重なり合っていないことにより確認することができる。また、相分離構造を有することは、損失正接（ｔａｎδ）以外にも、顕微鏡観察、散乱測定等により確認することも可能である。顕微鏡観察の場合、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡、光学顕微鏡、透過型電子顕微鏡等により相分離構造を確認することができる。また、散乱測定の場合、微小角入射小角Ｘ線散乱測定、元素分析、エネルギー分散型Ｘ線分析、電子線プローブマイクロアナライザ、Ｘ線光電子分光法等により、相分離構造を確認することができる。
【0029】
絶縁層１１を構成する樹脂の種類は限定されないが、耐熱性の観点から熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル（不飽和ポリエステル）樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂としてはポリアミドイミド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
【0030】
絶縁層１１は、これらの樹脂を１種単独で用いても、２種類以上の樹脂を含んでもよい。２種類の樹脂を含むことで、２つのガラス転移温度Ｔｇ２及びＴｇ１を有する絶縁層１１としてもよい。２種類の樹脂が相分離し相分離構造を形成していてもよい。この場合には、樹脂１が連続相（海成分）、樹脂２が非連続相（島成分）となっていてもよい。樹脂２としては、ポリブタジエン、エポキシ変性ポリブタジエン化合物、アクリルゴム、フェノキシ樹脂等が挙げられる。
【0031】
相分離構造を有する絶縁層１１の例としては、エポキシ樹脂とエポキシ変性ポリブタジエン化合物とを含む絶縁層が挙げられる。この場合、エポキシ樹脂が高温側Ｔｇ２を有する化合物に対応し、エポキシ変性ポリブタジエン化合物が低温側Ｔｇ１を有する化合物に対応してもよい。相分離構造を有する絶縁層１１の他の例としては、エポキシ樹脂とアクリルゴムとを含む絶縁層が挙げられる。
【0032】
絶縁層１１において、低温側Ｔｇ１を有する化合物の含有比率は、低温側Ｔｇ１を有する化合物と高温側Ｔｇ２を有する化合物の合計量を１００質量部としたときに、５質量部～４０質量部であってもよく、１０質量部～３０質量部であってもよい。
【0033】
絶縁層１１は、無機フィラーを含有してもよい。無機フィラーは、電気絶縁性及び高熱伝導性を有する粒子であることが好ましい。フィラーは、例えば、アルミナ等の金属酸化物、窒化ホウ素等の窒化物で構成されてもよい。
【0034】
絶縁層１１は、硬化剤、硬化促進剤、変色防止剤、界面活性剤、カップリング剤、着色剤、粘度調整剤、イオン吸着剤、酸化防止剤などを含んでもよい。これらの成分は、当分野において知られているものを適宜用いることができる。
【0035】
絶縁層１１の厚みは目的に合わせて適宜設定され、４０μｍ～２００μｍが好ましく、５０μｍ～１５０μｍがより好ましい。絶縁層１１の厚みを２００μｍ以下とすると、絶縁層１１を介しての電子部品から金属基板１２への熱伝導性に優れる傾向にある。絶縁層１１の厚みを４０μｍ以上とすると、金属基板１２と絶縁層１１との熱膨張率差による熱応力の発生を絶縁層１１で緩和しやすい傾向にあり、また、金属ベース回路基板１０の絶縁性が向上する。
絶縁層１１の厚みは、絶縁層１１が露出した箇所で渦電流式厚み計などにより測定され、任意の３箇所を測定した値の平均値である。
絶縁層１１の厚みは、絶縁層１１が露出した箇所で渦電流式厚み計などにより測定され、任意の３箇所を測定した値の平均値である。
【0036】
絶縁層１１の厚み方向の熱伝導率は、３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。これにより、絶縁層１１を介しての電子部品から金属基板１２への熱伝導性に優れる傾向にある。
【0037】
絶縁層１１について、上記式の右辺で求められる数値は、１４以下であり、１３以下であることが好ましく、１１以下であることがさらに好ましい。
式の右辺で求められる数値の下限値は特に制限されず、５以上であってもよく、８以上であってもよい。
式の右辺で求められる数値の下限値は特に制限されず、５以上であってもよく、８以上であってもよい。
【0038】
絶縁層１１の低温側ガラス転移温度Ｔｇ１、高温側ガラス転移温度Ｔｇ２、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数αＴｇ１、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数αＴｇ２、低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ１、低温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ２のそれぞれの値は、上記式を満たせば特に限定されないが、好ましい範囲としては以下が挙げられる。
【0039】
上述のとおり、（Ｔｇ２－Ｔｇ１）が大きいほど、高温処理時の特定の温度まで絶縁層の熱膨張が抑えられることから、（Ｔｇ２－Ｔｇ１）は、１５０℃以上であることが好ましく、１８０℃以上であることがより好ましく、２００℃以上であることがさらに好ましい。
（Ｔｇ２－Ｔｇ１）の上限値は特に制限されないが、３００℃以下であってもよく、２７０℃以下であってもよく、２５０℃以下であってもよい。
（Ｔｇ２－Ｔｇ１）の上限値は特に制限されないが、３００℃以下であってもよく、２７０℃以下であってもよく、２５０℃以下であってもよい。
【0040】
（Ｔｇ２－Ｔｇ１）の値を大きくして絶縁層の熱膨張を抑える観点から、低温側Ｔｇ１は、０℃以下であることが好ましく、－５℃以下であることがより好ましく、－７℃以下であることがさらに好ましい。
また、低温側Ｔｇ１は、－２０℃以上であってもよく、－１７℃以上であってもよく、－１５℃以上であってもよい。
また、低温側Ｔｇ１は、－２０℃以上であってもよく、－１７℃以上であってもよく、－１５℃以上であってもよい。
【0041】
（Ｔｇ２－Ｔｇ１）の値を大きくして絶縁層の熱膨張を抑える観点から、高温側ガラス転移温度Ｔｇ２は、１７５℃以上であることが好ましく、１８０℃以上であることがより好ましく、１９０℃以上であることがさらに好ましい。
Ｔｇ２の上限値は特に限定されないが、２４０℃以下であってもよく、２２０℃以下であってもよく、２００℃以下であってもよい。
Ｔｇ２の上限値は特に限定されないが、２４０℃以下であってもよく、２２０℃以下であってもよく、２００℃以下であってもよい。
【0042】
及び
ガラス転移温度Ｔｇ１及びＴｇ２は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１：１９９６に準拠する方法により測定される。具体的には、ＤＭＡ（ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）で測定し、 ｔａｎδのピーク温度をガラス転移温度Ｔｇ（℃）とする。
ガラス転移温度Ｔｇ１及びＴｇ２は、ＪＩＳ Ｃ ６４８１：１９９６に準拠する方法により測定される。具体的には、ＤＭＡ（ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）で測定し、 ｔａｎδのピーク温度をガラス転移温度Ｔｇ（℃）とする。
【0043】
低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数αＴｇ１は、４０×１０－６／℃以下であることが好ましく、３０×１０－６／℃以下であることがより好ましく、２０×１０－６／℃以下であることがさらに好ましい。
また、線膨張係数αＴｇ１は、０．１×１０－６／℃以上であってもよく、０．５×１０－６／℃以上であってもよく、１×１０－６／℃以上であってもよい。
なお、線膨張係数αＴｇ１は、ガラス転移温度Ｔｇ１における絶縁層の線膨張係数をいう。
また、線膨張係数αＴｇ１は、０．１×１０－６／℃以上であってもよく、０．５×１０－６／℃以上であってもよく、１×１０－６／℃以上であってもよい。
なお、線膨張係数αＴｇ１は、ガラス転移温度Ｔｇ１における絶縁層の線膨張係数をいう。
【0044】
高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数αＴｇ２は、６０×１０－６／℃以下であることが好ましく、５０×１０－６／℃以下であることがより好ましく、４０×１０－６／℃以下であることがさらに好ましい。
また、線膨張係数αＴｇ２は、２０×１０－６／℃以上であってもよく、３０×１０－６／℃以上であってもよく、４０×１０－６／℃以上であってもよい。
なお、線膨張係数αＴｇ２は、ガラス転移温度Ｔｇ２における絶縁層の線膨張係数をいう。
また、線膨張係数αＴｇ２は、２０×１０－６／℃以上であってもよく、３０×１０－６／℃以上であってもよく、４０×１０－６／℃以上であってもよい。
なお、線膨張係数αＴｇ２は、ガラス転移温度Ｔｇ２における絶縁層の線膨張係数をいう。
【0045】
３０℃での絶縁層の線膨張係数α３０℃は、２０×１０－６／℃以下であることが好ましく、１６×１０－６／℃以下であることがより好ましく、１４×１０－６／℃以下であることがさらに好ましい。
また、線膨張係数α３０℃は、５×１０－６／℃以上であってもよく、７×１０－６／℃以上であってもよく、１０×１０－６／℃以上であってもよい。
また、線膨張係数α３０℃は、５×１０－６／℃以上であってもよく、７×１０－６／℃以上であってもよく、１０×１０－６／℃以上であってもよい。
【0046】
線膨張係数αＴｇ１、αＴｇ２及びα３０℃は、次の方法により測定される。
金属ベース回路基板１０から回路形成用層２０又は回路パターン２０Ａをエッチングで除去して絶縁層１１を取り出し、絶縁層１１を１５ｍｍ×５ｍｍに切り出し試験片を得る。この試験片を用いて、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用い、圧縮モードで昇温速度は５℃／ｍｉｎ、窒素雰囲気－５０～３００℃の範囲で線膨張係数αＲの測定を行う。参照試料としてＳｉＯ２を用いる。そして、Ｔｇ１での線膨張係数αＴｇ１、Ｔｇ２での線膨張係数αＴｇ２及び３０℃での線膨張係数α３０℃をそれぞれ求める。
金属ベース回路基板１０から回路形成用層２０又は回路パターン２０Ａをエッチングで除去して絶縁層１１を取り出し、絶縁層１１を１５ｍｍ×５ｍｍに切り出し試験片を得る。この試験片を用いて、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用い、圧縮モードで昇温速度は５℃／ｍｉｎ、窒素雰囲気－５０～３００℃の範囲で線膨張係数αＲの測定を行う。参照試料としてＳｉＯ２を用いる。そして、Ｔｇ１での線膨張係数αＴｇ１、Ｔｇ２での線膨張係数αＴｇ２及び３０℃での線膨張係数α３０℃をそれぞれ求める。
【0047】
低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ１は、低いほど好ましく、３００００ＭＰａ以下であることが好ましく、２００００ＭＰａ以下であることがより好ましく、１５０００ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。貯蔵弾性率ＥＴｇ１の下限値は特に限定されず、５０００ＭＰａ以上であってもよい。
【0048】
高温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ２は、４０００ＭＰａ以下であることが好ましく、３０００ＭＰａ以下であることがより好ましく、２０００ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。貯蔵弾性率ＥＴｇ２の下限値は特に限定されず、１０００ＭＰａ以上であってもよい。
【0049】
３０℃での絶縁層の貯蔵弾性率Ｅ３０℃は、１５０００ＭＰａ以下であることが好ましく、１２０００ＭＰａ以下であることがより好ましく、１１０００ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。貯蔵弾性率Ｅ３０℃の下限値は特に限定されず、５０００ＭＰａ以上であってもよい。
【0050】
貯蔵弾性率ＥＴｇ１、ＥＴｇ２及びＥ３０℃は、次の方法により測定される。
金属ベース回路基板１０から回路形成用層２０又は回路パターン２０Ａをエッチングで除去して絶縁層１１を取り出し、絶縁層１１を幅２ｍｍ、長さ６０ｍｍ、膜厚１２０μｍに切り出し試験片を得る。この試験片を用いて、下記条件で貯蔵弾性率Ｅの測定を行う。そして、Ｔｇ１での貯蔵弾性率ＥＴｇ１、Ｔｇ２での貯蔵弾性率ＥＴｇ２及び３０℃での貯蔵弾性率Ｅ３０℃をそれぞれ求める。
・装置：動的粘弾性測定装置（例えば、ＴＡインスツルメント社製）
・測定モード：引張モード
・昇温速度：２℃／ｍｉｎ
・周波数：１Ｈｚ
・雰囲気：Ｎ２
・温度範囲：－５０℃～３００℃
金属ベース回路基板１０から回路形成用層２０又は回路パターン２０Ａをエッチングで除去して絶縁層１１を取り出し、絶縁層１１を幅２ｍｍ、長さ６０ｍｍ、膜厚１２０μｍに切り出し試験片を得る。この試験片を用いて、下記条件で貯蔵弾性率Ｅの測定を行う。そして、Ｔｇ１での貯蔵弾性率ＥＴｇ１、Ｔｇ２での貯蔵弾性率ＥＴｇ２及び３０℃での貯蔵弾性率Ｅ３０℃をそれぞれ求める。
・装置：動的粘弾性測定装置（例えば、ＴＡインスツルメント社製）
・測定モード：引張モード
・昇温速度：２℃／ｍｉｎ
・周波数：１Ｈｚ
・雰囲気：Ｎ２
・温度範囲：－５０℃～３００℃
【0051】
（回路パターン２０）
回路パターン２０は、導電性を有する金属で構成されており、はんだ等により発熱体の電子部品（ＬＥＤ等）と電気的に接続される。回路パターン２０を構成する金属としては、例えば、銅、アルミ、アルミ合金が挙げられ、銅を用いることが好ましい。回路パターン２０を銅で構成することにより、抵抗値が比較的小さくなる。なお、回路パターン２０は、少なくとも一部がソルダーレジスト層で覆われていてもよい。銅は、圧延銅であってもよい。
回路パターン２０は、導電性を有する金属で構成されており、はんだ等により発熱体の電子部品（ＬＥＤ等）と電気的に接続される。回路パターン２０を構成する金属としては、例えば、銅、アルミ、アルミ合金が挙げられ、銅を用いることが好ましい。回路パターン２０を銅で構成することにより、抵抗値が比較的小さくなる。なお、回路パターン２０は、少なくとも一部がソルダーレジスト層で覆われていてもよい。銅は、圧延銅であってもよい。
【0052】
回路パターン２０は、例えば、絶縁層１１の絶縁層に積層された金属層２０Ａを切削及びエッチングにより所定のパターンに加工することにより形成される。
【0053】
回路パターン２０の厚みは、例えば、３０μｍ以上であってもよい。回路パターン２０の厚みが３０μｍ以上であると、高電流が流れても、回路パターン２０の発熱が抑えられる傾向にある。
回路パターン２０の厚みは、５．０ｍｍ以下であってもよく、４．０ｍｍ以下であることが好ましく、３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。回路パターン２０の厚みが５．０ｍｍ以下であると、回路加工性が向上する傾向にあり、また、金属ベース回路基板１０全体としての薄型化を図ることができる。
回路パターン２０の厚みは、次の方法によって測定される。
金属ベース回路基板１０全体の厚みをマイクロメータにより任意の３箇所で測定し、その平均値を求める。そして、絶縁層１１が露出した箇所の厚み（絶縁層１１と金属基板１２の総厚み）の平均値を差し引いて、回路パターン２０の厚み（平均値）を求める。
回路パターン２０の厚みは、５．０ｍｍ以下であってもよく、４．０ｍｍ以下であることが好ましく、３．０ｍｍ以下であることがより好ましい。回路パターン２０の厚みが５．０ｍｍ以下であると、回路加工性が向上する傾向にあり、また、金属ベース回路基板１０全体としての薄型化を図ることができる。
回路パターン２０の厚みは、次の方法によって測定される。
金属ベース回路基板１０全体の厚みをマイクロメータにより任意の３箇所で測定し、その平均値を求める。そして、絶縁層１１が露出した箇所の厚み（絶縁層１１と金属基板１２の総厚み）の平均値を差し引いて、回路パターン２０の厚み（平均値）を求める。
【0054】
回路パターン２０又は回路形成用層２０Ａにおける金属の線膨張係数αＭは、回路パターン２０又は回路形成用層２０Ａが銅で構成されている場合には１６．５×１０－６／℃であり、アルミニウムで構成される場合には、２３．５×１０－６／℃である。
【0055】
回路パターン２０又は回路形成用層２０Ａにおける金属の線膨張係数αＭは、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に準拠した測定方法により得られる。
【0056】
（その他の部材）
本開示の金属ベース回路基板は、金属基板１２、絶縁層１１、及び回路パターン２０又は回路形成用層２０Ａに加えて、その他の部材を有してもよい。その他の部材としては、当分野で知られている部材を適宜採用することができる。
本開示の金属ベース回路基板は、金属基板１２、絶縁層１１、及び回路パターン２０又は回路形成用層２０Ａに加えて、その他の部材を有してもよい。その他の部材としては、当分野で知られている部材を適宜採用することができる。
【0057】
＜パワーモジュール＞
本開示のパワーモジュールは、絶縁層と回路パターンとを有する本開示の金属ベース回路基板と、前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、を備える。
本開示のパワーモジュールは、本開示の金属ベース回路基板を備えるため耐熱性に優れる。したがって、パワーデバイスの高性能化に伴い発熱量が増大傾向にある現状においても、本開示のパワーモジュールは好適に用いることができる。
本開示のパワーモジュールは、絶縁層と回路パターンとを有する本開示の金属ベース回路基板と、前記回路パターン上に設けられるパワーデバイスと、を備える。
本開示のパワーモジュールは、本開示の金属ベース回路基板を備えるため耐熱性に優れる。したがって、パワーデバイスの高性能化に伴い発熱量が増大傾向にある現状においても、本開示のパワーモジュールは好適に用いることができる。
【0058】
金属ベース回路基板における回路パターンとパワーデバイスとの接続はいずれの方法で行われてもよく、例えば、はんだで接合されてもよい。
【0059】
本開示のパワーモジュールは、金属ベース回路基板とパワーデバイス以外の、他の部材を有してもよい。他の部材としては、当分野で知られている部材を適宜採用することができる。
【実施例0060】
＜金属ベース回路基板の作製＞
絶縁層を備える金属基板を準備し、絶縁層の上に銅の回路パターンを形成し、金属ベース回路基板を得た。絶縁層の成分、組成は種々変更した。絶縁層は樹脂と無機フィラーを含有し、Ｎｏ．１の絶縁層はエポキシ樹脂とアクリルゴムを用い、Ｎｏ．２～９の絶縁層はエポキシ樹脂とポリブタジエンとを用いた。Ｎｏ．２～５は同じポリブタジエンＡを用い添加量を変え、Ｎｏ．６～９は同じポリブタジエンＢを用い添加量を変えた。
絶縁層を備える金属基板を準備し、絶縁層の上に銅の回路パターンを形成し、金属ベース回路基板を得た。絶縁層の成分、組成は種々変更した。絶縁層は樹脂と無機フィラーを含有し、Ｎｏ．１の絶縁層はエポキシ樹脂とアクリルゴムを用い、Ｎｏ．２～９の絶縁層はエポキシ樹脂とポリブタジエンとを用いた。Ｎｏ．２～５は同じポリブタジエンＡを用い添加量を変え、Ｎｏ．６～９は同じポリブタジエンＢを用い添加量を変えた。
【0061】
絶縁層における樹脂について、上述の方法により、低温側Ｔｇ１、高温側Ｔｇ２、低温側Ｔｇ１での絶縁層の線膨張係数αＴｇ１、高温側Ｔｇ２での絶縁層の線膨張係数αＴｇ２、３０℃での絶縁層の線膨張係数α３０℃、低温側Ｔｇ１での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ１、低温側Ｔｇ２での絶縁層の貯蔵弾性率ＥＴｇ２、及び３０℃での絶縁層の貯蔵弾性率Ｅ３０℃を測定した。これらの値から、上記式の値を算出した。得られた結果を表１に示す。
【0062】
＜密着耐熱性の評価＞
得られた金属ベース回路基板をはんだ浴に浮かべて加熱し、金属ベース回路基板の温度が３００℃に到達した後、３００℃で５分間保持してから取り出し、自然冷却した。その後、超音波探傷装置（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈ；ＳＡＴ）にて絶縁層と回路層との接着界面の剥離の有無を確認した。上記操作を繰り返し行い、下記の基準で評価した。得られた結果を表１に示す。
－密着耐熱性の評価基準－
Ａ：３回以上剥離が生じず、ＳＡＴ画像に変化がない。
Ｂ：１回～２回で剥離が生じず、ＳＡＴ画像の変化（剥離状態）が非常に小さい。
Ｃ：１回で剥離が生じる。
得られた金属ベース回路基板をはんだ浴に浮かべて加熱し、金属ベース回路基板の温度が３００℃に到達した後、３００℃で５分間保持してから取り出し、自然冷却した。その後、超音波探傷装置（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈ；ＳＡＴ）にて絶縁層と回路層との接着界面の剥離の有無を確認した。上記操作を繰り返し行い、下記の基準で評価した。得られた結果を表１に示す。
－密着耐熱性の評価基準－
Ａ：３回以上剥離が生じず、ＳＡＴ画像に変化がない。
Ｂ：１回～２回で剥離が生じず、ＳＡＴ画像の変化（剥離状態）が非常に小さい。
Ｃ：１回で剥離が生じる。
【0063】
【表1】
【0064】
表１に示されるように、式を満たす金属ベース回路基板は、絶縁層と回路パターンとの密着耐熱性に優れている。
【符号の説明】
【0065】
１０、１０Ａ 金属ベース回路基板
１１ 絶縁層
１２ 金属基板
２０ 回路パターン
２０Ａ 回路形成用層
１１ 絶縁層
１２ 金属基板
２０ 回路パターン
２０Ａ 回路形成用層
【図1】
【図2】
