JP2000340897A - 回路基板 - Google Patents
回路基板Info
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- JP2000340897A JP2000340897A JP15085399A JP15085399A JP2000340897A JP 2000340897 A JP2000340897 A JP 2000340897A JP 15085399 A JP15085399 A JP 15085399A JP 15085399 A JP15085399 A JP 15085399A JP 2000340897 A JP2000340897 A JP 2000340897A
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- JP
- Japan
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- circuit
- circuit board
- ceramic substrate
- alloy
- heat sink
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半田やセラミックス基板へのクラック発生のみ
ならず、ボンディングワイヤやメッキの剥離損傷を著し
く少なくすることができる、高信頼性の回路基板を提供
すること。 【解決手段】セラミックス基板の一方の面に回路、他方
の面に放熱板が形成されてなり、上記回路及び放熱板が
厚み１００μm以上のＡｌ又はＡｌ合金であり、しかも
ビッカース硬度が１５kgf/mm2以下であることを特徴と
する回路基板である。特に、セラミックス基板が窒化ア
ルミニウム基板であり、Ａｌ又はＡｌ合金が純度９９．
９９重量%以上の圧延Ａｌであることを特徴とし、更に
は放熱板に対する回路の体積比が０．８０〜１．２とし
た回路基板である。
ならず、ボンディングワイヤやメッキの剥離損傷を著し
く少なくすることができる、高信頼性の回路基板を提供
すること。 【解決手段】セラミックス基板の一方の面に回路、他方
の面に放熱板が形成されてなり、上記回路及び放熱板が
厚み１００μm以上のＡｌ又はＡｌ合金であり、しかも
ビッカース硬度が１５kgf/mm2以下であることを特徴と
する回路基板である。特に、セラミックス基板が窒化ア
ルミニウム基板であり、Ａｌ又はＡｌ合金が純度９９．
９９重量%以上の圧延Ａｌであることを特徴とし、更に
は放熱板に対する回路の体積比が０．８０〜１．２とし
た回路基板である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
等に使用される回路基板とその製造方法に関する。
等に使用される回路基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワーモジュール等に利用される
半導体装置においては、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ
素、窒化アルミニウム等のセラミックス基板の表裏面
に、Ｃｕ、Ａｌ、それらの金属を成分とする合金等の回
路と放熱板とがそれぞれ形成されてなる回路基板が用い
られている。このような回路基板は、樹脂基板と金属基
板との複合基板ないしは樹脂基板よりも、高絶縁性が安
定して得られることが特長である。
半導体装置においては、アルミナ、ベリリア、窒化ケイ
素、窒化アルミニウム等のセラミックス基板の表裏面
に、Ｃｕ、Ａｌ、それらの金属を成分とする合金等の回
路と放熱板とがそれぞれ形成されてなる回路基板が用い
られている。このような回路基板は、樹脂基板と金属基
板との複合基板ないしは樹脂基板よりも、高絶縁性が安
定して得られることが特長である。
【０００３】回路及び放熱板の材質が、Ｃｕ又はＣｕ合
金よりも、Ａｌ又はＡｌ合金とする利点は、Ｃｕ又はＣ
ｕ合金では、セラミックス基板や半田との熱膨張差に起
因する熱応力の発生が避けられないので、長期的な信頼
性が不十分であるのに対し、Ａｌ又はＡｌ合金は、熱伝
導性や電気伝導性ではややＣｕ又はＣｕ合金よりも劣る
が、熱応力を受けても容易に塑性変形するので、応力が
緩和され、信頼性が飛躍的に向上することである。
金よりも、Ａｌ又はＡｌ合金とする利点は、Ｃｕ又はＣ
ｕ合金では、セラミックス基板や半田との熱膨張差に起
因する熱応力の発生が避けられないので、長期的な信頼
性が不十分であるのに対し、Ａｌ又はＡｌ合金は、熱伝
導性や電気伝導性ではややＣｕ又はＣｕ合金よりも劣る
が、熱応力を受けても容易に塑性変形するので、応力が
緩和され、信頼性が飛躍的に向上することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａｌ及
びＡｌ合金(以下、両者をあわせて「Ａｌ」という。)の
上記塑性変形は、熱応力の大きさや、熱応力を受けるＡ
ｌの部分等によって、著しく左右される。特に、塑性変
形が、回路又は放熱板の一部に集中して発生すると大き
く変形し、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じる
ようになる。これを避けるため、硬度の硬いＡｌを用い
ると、当然応力緩和効果が低下してしまう。従って、応
力緩和効果を十分に維持しながら、回路及び放熱板とし
て支障なく使用できる程度に塑性変形するという二律背
反を達成しなければならない課題があった。
びＡｌ合金(以下、両者をあわせて「Ａｌ」という。)の
上記塑性変形は、熱応力の大きさや、熱応力を受けるＡ
ｌの部分等によって、著しく左右される。特に、塑性変
形が、回路又は放熱板の一部に集中して発生すると大き
く変形し、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じる
ようになる。これを避けるため、硬度の硬いＡｌを用い
ると、当然応力緩和効果が低下してしまう。従って、応
力緩和効果を十分に維持しながら、回路及び放熱板とし
て支障なく使用できる程度に塑性変形するという二律背
反を達成しなければならない課題があった。
【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、数多くあるＡｌ材料の中から、熱応力による塑性変
形を比較的均一に生じさせ、回路及び放熱板に適したＡ
ｌ特性を徹底的に追求し、本発明を完成させたものであ
る。
り、数多くあるＡｌ材料の中から、熱応力による塑性変
形を比較的均一に生じさせ、回路及び放熱板に適したＡ
ｌ特性を徹底的に追求し、本発明を完成させたものであ
る。
【０００６】本発明の目的は、半田やセラミックス基板
へのクラックの発生のみならず、ボンディングワイヤや
メッキの剥離をも著しく防止した高信頼性の回路基板を
提供することである。
へのクラックの発生のみならず、ボンディングワイヤや
メッキの剥離をも著しく防止した高信頼性の回路基板を
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、セ
ラミックス基板の一方の面に回路、他方の面に放熱板が
形成されてなり、上記回路及び放熱板が厚み１００μm
以上のＡｌ又はＡｌ合金であり、しかもビッカース硬度
が１５kgf/mm2以下であることを特徴とする回路基板で
ある。特に、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板
であり、Ａｌ又はＡｌ合金が純度９９．９９重量%以上
の圧延Ａｌであることを特徴とし、更には放熱板に対す
る回路の体積比を０．８０〜１．２とした回路基板であ
る。
ラミックス基板の一方の面に回路、他方の面に放熱板が
形成されてなり、上記回路及び放熱板が厚み１００μm
以上のＡｌ又はＡｌ合金であり、しかもビッカース硬度
が１５kgf/mm2以下であることを特徴とする回路基板で
ある。特に、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板
であり、Ａｌ又はＡｌ合金が純度９９．９９重量%以上
の圧延Ａｌであることを特徴とし、更には放熱板に対す
る回路の体積比を０．８０〜１．２とした回路基板であ
る。
【０００８】また、本発明は、セラミックス基板の両面
に厚み１５〜３５μmのＡｌ−Ｃｕ系合金箔を介して、
厚み１００μm以上のＡｌ又はＡｌ合金の板、パターン
若しくは両方を配置し、それをセラミックス基板の垂直
方向に１〜５０kgf/cm2の圧力を負荷しながら、５９０
℃以上の温度で少なくとも２０分保持した後、必要に応
じてエッチングすることを特徴とする回路基板の製造方
法である。
に厚み１５〜３５μmのＡｌ−Ｃｕ系合金箔を介して、
厚み１００μm以上のＡｌ又はＡｌ合金の板、パターン
若しくは両方を配置し、それをセラミックス基板の垂直
方向に１〜５０kgf/cm2の圧力を負荷しながら、５９０
℃以上の温度で少なくとも２０分保持した後、必要に応
じてエッチングすることを特徴とする回路基板の製造方
法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
説明する。
【００１０】本発明の最大の特徴は、回路と放熱板のＡ
ｌ硬度を最適化して塑性変形を比較的均一に発生させる
と共に、メッキやボンディングワイヤの剥離と、半田ク
ラック等の損傷を著しく軽減させたことである。
ｌ硬度を最適化して塑性変形を比較的均一に発生させる
と共に、メッキやボンディングワイヤの剥離と、半田ク
ラック等の損傷を著しく軽減させたことである。
【００１１】従来、回路と放熱板の材質をＡｌとした回
路基板の信頼性を高めるため、メッキ組成(特開平８−
２６０１８７号公報)、セラミックス基板の表面改質(特
開平８−２６０１８６号公報)、Ａｌ板の粒径規定(特開
平８−１５６３３０号公報)等による提案があるが、十
分な解決法ではなかった。
路基板の信頼性を高めるため、メッキ組成(特開平８−
２６０１８７号公報)、セラミックス基板の表面改質(特
開平８−２６０１８６号公報)、Ａｌ板の粒径規定(特開
平８−１５６３３０号公報)等による提案があるが、十
分な解決法ではなかった。
【００１２】本発明が採用した手法は、Ａｌの厚みとビ
ッカース硬度の規定であり、厚み１００μｍ以上、ビッ
カース硬度１５ｋｇｆ／ｍｍ2以下としたものである。
ッカース硬度の規定であり、厚み１００μｍ以上、ビッ
カース硬度１５ｋｇｆ／ｍｍ2以下としたものである。
【００１３】本発明のセラミックス回路基板が用いられ
るパワーモジュールでは、大電流が使用されるため、十
分な導電性が必要となり、回路及び放熱板のＡｌ厚みと
しては少なくとも１００μmは必要となる。また、接合
材の拡散距離が数十μm程度あるため、Ａｌ厚みが１０
０μｍ未満では、Ａｌのビッカース硬度を１５ｋｇｆ／
ｍｍ2以下にすることが困難となる。
るパワーモジュールでは、大電流が使用されるため、十
分な導電性が必要となり、回路及び放熱板のＡｌ厚みと
しては少なくとも１００μmは必要となる。また、接合
材の拡散距離が数十μm程度あるため、Ａｌ厚みが１０
０μｍ未満では、Ａｌのビッカース硬度を１５ｋｇｆ／
ｍｍ2以下にすることが困難となる。
【００１４】一方、Ａｌのビッカース硬度が１５ｋｇｆ
／ｍｍ2をこえると、熱応力を受けた際の塑性変形が不
均一に発生しやすくなり、部分的な変形が大きくなっ
て、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じたり、半
田クラック等の損傷が大きくなる。ビッカース硬度の下
限値については、特に制約はなく、小さい程良好である
が、あまり柔らかいと傷つきやすいので、１０〜１４ｋ
ｇｆ／ｍｍ2が好ましいビッカース硬度である。
／ｍｍ2をこえると、熱応力を受けた際の塑性変形が不
均一に発生しやすくなり、部分的な変形が大きくなっ
て、メッキやボンディングワイヤの剥離が生じたり、半
田クラック等の損傷が大きくなる。ビッカース硬度の下
限値については、特に制約はなく、小さい程良好である
が、あまり柔らかいと傷つきやすいので、１０〜１４ｋ
ｇｆ／ｍｍ2が好ましいビッカース硬度である。
【００１５】ビッカース硬度は、加重をかけて微細な圧
子を打ち込んで硬度を読み取る方法であって、金属やセ
ラミックの硬度の測定方法として広範に採用されてい
る。測定条件によってやや異なる値となることもあるの
で、本発明においては、加重１ｋｇｆ、保持時間１５秒
の条件とする。
子を打ち込んで硬度を読み取る方法であって、金属やセ
ラミックの硬度の測定方法として広範に採用されてい
る。測定条件によってやや異なる値となることもあるの
で、本発明においては、加重１ｋｇｆ、保持時間１５秒
の条件とする。
【００１６】本発明におけるＡｌ硬度は、回路及び放熱
板の硬度であり、接合前のＡ硬度とは異なる。Ａｌは通
常、接合材を用い、５００〜６４０℃の範囲に加熱して
セラミックス基板と接合されるため、熱処理を受けて微
構造が変化し、また接合材が拡散してＡｌ純度も低下す
る。更には、接合後に熱処理をすることも行われてお
り、それによってＡｌ特性が変化する。これらの理由か
ら、接合前のＡｌ硬度を厳格に規定してもあまり意味が
ない。
板の硬度であり、接合前のＡ硬度とは異なる。Ａｌは通
常、接合材を用い、５００〜６４０℃の範囲に加熱して
セラミックス基板と接合されるため、熱処理を受けて微
構造が変化し、また接合材が拡散してＡｌ純度も低下す
る。更には、接合後に熱処理をすることも行われてお
り、それによってＡｌ特性が変化する。これらの理由か
ら、接合前のＡｌ硬度を厳格に規定してもあまり意味が
ない。
【００１７】本発明で使用されるセラミックス基板の材
質については、アルミナ、ベリリア、炭化珪素、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素等があげられる。パワー
モジュール用回路基板には絶縁性の良好な窒化ケイ素基
板又は窒化アルミニウム基板、特に窒化アルミニウム基
板が望ましい。
質については、アルミナ、ベリリア、炭化珪素、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素等があげられる。パワー
モジュール用回路基板には絶縁性の良好な窒化ケイ素基
板又は窒化アルミニウム基板、特に窒化アルミニウム基
板が望ましい。
【００１８】Ａｌは単体でもよく、二種又は三種以上の
クラッド等の積層体であってもよい。積層体の例をあげ
れば、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａ
ｌ−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ等である。これらは、使用目的や接
合方法により適宜選択される。これらのなかでも、純度
９９．９９重量％以上のＡｌ単体の圧延板を用いること
が好ましい。Ａｌ純度は、高純度である程良好である
が、高純度のものは高価である。通常に入手可能な９
９．９９９重量%程度品が好適である。また、圧延Ａｌ
板が好適である理由は、溶融Ａｌを直接接合する方法
(特開平７−２７２６２号公報等)に比べて、ロールで均
一な圧延が繰り返し行われているので、均一な塑性変形
が生じやすいことである。
クラッド等の積層体であってもよい。積層体の例をあげ
れば、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａ
ｌ−Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ等である。これらは、使用目的や接
合方法により適宜選択される。これらのなかでも、純度
９９．９９重量％以上のＡｌ単体の圧延板を用いること
が好ましい。Ａｌ純度は、高純度である程良好である
が、高純度のものは高価である。通常に入手可能な９
９．９９９重量%程度品が好適である。また、圧延Ａｌ
板が好適である理由は、溶融Ａｌを直接接合する方法
(特開平７−２７２６２号公報等)に比べて、ロールで均
一な圧延が繰り返し行われているので、均一な塑性変形
が生じやすいことである。
【００１９】また、本発明の回路基板においては、放熱
板に対する回路の体積比が０．８０〜１．２であること
が好ましい。該体積比に著しい差異があると、発生する
熱応力に偏りが生じて反りやうねりが発生し、半田クラ
ック等の損傷や、ボンディングワイヤやメッキの剥離も
十分に防止することができなくなる。回路の体積は、
（回路面積×回路厚み）によって、また放熱板の体積は
(放熱板面積×放熱板厚み)によってそれぞれ算出され
る。放熱板に対する回路の体積比（回路体積／放熱板体
積）は、１に近いほど望ましいが、０．８５〜１．１
５、特に０．９〜１．１が好適である。この場合におい
て、放熱板の厚みは、回路の厚みよりも同等以下である
ことが望ましい。
板に対する回路の体積比が０．８０〜１．２であること
が好ましい。該体積比に著しい差異があると、発生する
熱応力に偏りが生じて反りやうねりが発生し、半田クラ
ック等の損傷や、ボンディングワイヤやメッキの剥離も
十分に防止することができなくなる。回路の体積は、
（回路面積×回路厚み）によって、また放熱板の体積は
(放熱板面積×放熱板厚み)によってそれぞれ算出され
る。放熱板に対する回路の体積比（回路体積／放熱板体
積）は、１に近いほど望ましいが、０．８５〜１．１
５、特に０．９〜１．１が好適である。この場合におい
て、放熱板の厚みは、回路の厚みよりも同等以下である
ことが望ましい。
【００２０】次に、本発明の回路基板の製造方法につい
て説明すると、セラミックス基板に回路及び放熱板を形
成させるには、それらのパターンを接合するか、Ａｌ板
を接合してからエッチングするか、又はその両方を併用
する方法がある。いずれにしてもセラミックス基板と回
路及び放熱板とを接合する必要がある。接合方法には、
ＤＢＣ法のように接合材を使用しない方法もあるが、本
発明ではＡｌ−Ｃｕ系合金箔を使用する。
て説明すると、セラミックス基板に回路及び放熱板を形
成させるには、それらのパターンを接合するか、Ａｌ板
を接合してからエッチングするか、又はその両方を併用
する方法がある。いずれにしてもセラミックス基板と回
路及び放熱板とを接合する必要がある。接合方法には、
ＤＢＣ法のように接合材を使用しない方法もあるが、本
発明ではＡｌ−Ｃｕ系合金箔を使用する。
【００２１】本発明において、Ａｌ−Ｃｕ系合金箔が好
ましい理由は、Ａｌ−Ｃｕ系合金は、高力Ａｌ合金や耐
熱Ａｌ合金として広く普及しており、箔化も容易である
ことからコスト的に有利であることである。また、Ａｌ
−Ｃｕ系合金は、ＳｉやＧｅに比べてＣｕがＡｌ中に均
一に拡散しやすいため、局部的な溶融が生じたり、余分
な接合材が押し出されてはみ出しが生じ難くなり、比較
的短時間で安定した接合が可能となるからである。
ましい理由は、Ａｌ−Ｃｕ系合金は、高力Ａｌ合金や耐
熱Ａｌ合金として広く普及しており、箔化も容易である
ことからコスト的に有利であることである。また、Ａｌ
−Ｃｕ系合金は、ＳｉやＧｅに比べてＣｕがＡｌ中に均
一に拡散しやすいため、局部的な溶融が生じたり、余分
な接合材が押し出されてはみ出しが生じ難くなり、比較
的短時間で安定した接合が可能となるからである。
【００２２】Ａｌ−Ｃｕ系合金箔の厚みは、１５〜３５
μmである。厚みが１５μｍ未満では、接合が困難とな
り、３５μｍをこえると、Ｃｕが拡散して生じるＡｌ中
の硬化層が拡がるので、熱履歴を受けた際に信頼性が低
下する原因となる。合金箔は、セラミックス基板側、Ａ
ｌ側のどちらに配置しても良い。
μmである。厚みが１５μｍ未満では、接合が困難とな
り、３５μｍをこえると、Ｃｕが拡散して生じるＡｌ中
の硬化層が拡がるので、熱履歴を受けた際に信頼性が低
下する原因となる。合金箔は、セラミックス基板側、Ａ
ｌ側のどちらに配置しても良い。
【００２３】本発明においては、セラミックス基板の両
面に上記合金箔を介してＡｌの板、パターン又はその両
方を配置し、それをセラミックス基板と垂直方向に１〜
５０kgf/cm2の圧力を負荷しながら、５９０℃以上の温
度で少なくとも２０分保持してそれらを接合する。加圧
は、積層体に重しを載せる、治具等を用いて機械的に挟
み込む等によって行うことができる。
面に上記合金箔を介してＡｌの板、パターン又はその両
方を配置し、それをセラミックス基板と垂直方向に１〜
５０kgf/cm2の圧力を負荷しながら、５９０℃以上の温
度で少なくとも２０分保持してそれらを接合する。加圧
は、積層体に重しを載せる、治具等を用いて機械的に挟
み込む等によって行うことができる。
【００２４】従来、回路基板の製造においては、金属板
とセラミックス基板の接合時に重しを載せて加圧するこ
とが行われているが、その圧力は高くてもせいぜい０．
１kgf／ｃｍ2程度である。この程度の圧力では、セラミ
ックス基板の比較的緩やかな反りやうねりにしか金属板
は追随することができない。これに対し、本発明におい
ては、１〜５０kgf／cm2と従来技術では非常識な高い圧
力をかけるものであり、これによって、十分な接合を安
定して得ることができ、しかもＡｌの塑性変形が比較的
均一に生じるので、高信頼性回路基板を製造することが
できる。好ましい加圧は、５〜４５kgf／ｃｍ2である。
とセラミックス基板の接合時に重しを載せて加圧するこ
とが行われているが、その圧力は高くてもせいぜい０．
１kgf／ｃｍ2程度である。この程度の圧力では、セラミ
ックス基板の比較的緩やかな反りやうねりにしか金属板
は追随することができない。これに対し、本発明におい
ては、１〜５０kgf／cm2と従来技術では非常識な高い圧
力をかけるものであり、これによって、十分な接合を安
定して得ることができ、しかもＡｌの塑性変形が比較的
均一に生じるので、高信頼性回路基板を製造することが
できる。好ましい加圧は、５〜４５kgf／ｃｍ2である。
【００２５】また、本発明において、５９０℃以上の温
度領域における保持時間を少なくとも２０分とした理由
は、次のとおりである。Ａｌの焼きなまし温度は、３０
０〜３５０℃であり、これによって硬度は低下する。し
かし、本発明で規定されるビッカース硬度１５kgf／ｍ
ｍ2以下とするには、このような通常の条件では達成す
ることができず、上記条件における加圧下、５９０℃以
上で２０分以上の保持が必要となる。好ましくは、５９
５℃〜６３５℃で２０〜９０分の保持である。
度領域における保持時間を少なくとも２０分とした理由
は、次のとおりである。Ａｌの焼きなまし温度は、３０
０〜３５０℃であり、これによって硬度は低下する。し
かし、本発明で規定されるビッカース硬度１５kgf／ｍ
ｍ2以下とするには、このような通常の条件では達成す
ることができず、上記条件における加圧下、５９０℃以
上で２０分以上の保持が必要となる。好ましくは、５９
５℃〜６３５℃で２０〜９０分の保持である。
【００２６】加圧下で、５９０℃以上の温度領域におけ
る保持がもたらすビッカース硬度低減効果のメカニズム
の詳細は明らかではないが、本発明ではＡｌの焼きなま
し温度としては、非常識な高温領域を用いているので、
Ａｌは非常にソフトな状態となっており、圧力が均一に
伝わることで粒成長が抑制されるためではないかと考え
ている。このような特異な方法を採用することによっ
て、本発明のビッカース硬度は容易に達成される。
る保持がもたらすビッカース硬度低減効果のメカニズム
の詳細は明らかではないが、本発明ではＡｌの焼きなま
し温度としては、非常識な高温領域を用いているので、
Ａｌは非常にソフトな状態となっており、圧力が均一に
伝わることで粒成長が抑制されるためではないかと考え
ている。このような特異な方法を採用することによっ
て、本発明のビッカース硬度は容易に達成される。
【００２７】次いで、接合体は必要に応じてエッチング
される。回路又は放熱板のパターンを接合したときに
は、エッチングは特に必要でない。エッチングは、通常
のレジスト、エッチング工程によって行うことができ
る。また、メッキ等の表面処理も必要に応じて行われ
る。
される。回路又は放熱板のパターンを接合したときに
は、エッチングは特に必要でない。エッチングは、通常
のレジスト、エッチング工程によって行うことができ
る。また、メッキ等の表面処理も必要に応じて行われ
る。
【００２８】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
本発明を説明する。
【００２９】実施例１〜６ 比較例１〜４ 用いた窒化アルミニウム基板は、いずれも大きさ２イン
チ角で、レーザーフラッシュ法による熱伝導率が１７５
W/mK、３点曲げ強度が平均４２０MPaである。Ａｌ板
は、純度９９．９９重量％以上で、表１に示した各々の
厚みを用いた。但し、比較例４のみは、純度９９．３重
量％以上品のいわゆる１０３０材を用いた。
チ角で、レーザーフラッシュ法による熱伝導率が１７５
W/mK、３点曲げ強度が平均４２０MPaである。Ａｌ板
は、純度９９．９９重量％以上で、表１に示した各々の
厚みを用いた。但し、比較例４のみは、純度９９．３重
量％以上品のいわゆる１０３０材を用いた。
【００３０】窒化アルミニウム基板の表裏面にＡｌ板を
接合材を介して重ね、カーボン板をねじ込んで基板に押
しつける治具を用いてセラミックス基板に対して垂直方
向に均等に加圧した。使用した接合材は、（ａ）Ａｌ−
３．９%Ｃｕ合金箔、（ｂ）Ａｌ−５%Ｚｎ−２％Ｍｇ合
金箔、（ｃ）（ｂ）をＮ2中で平均径９μmにアトマイズ
後、４５μm下を集めて有機バインダーと溶剤を加えて
ペースト化したものを使用した。
接合材を介して重ね、カーボン板をねじ込んで基板に押
しつける治具を用いてセラミックス基板に対して垂直方
向に均等に加圧した。使用した接合材は、（ａ）Ａｌ−
３．９%Ｃｕ合金箔、（ｂ）Ａｌ−５%Ｚｎ−２％Ｍｇ合
金箔、（ｃ）（ｂ）をＮ2中で平均径９μmにアトマイズ
後、４５μm下を集めて有機バインダーと溶剤を加えて
ペースト化したものを使用した。
【００３１】接合は、真空又はＮ2雰囲気下、温度５５
０〜６３５#Cで加圧をしながら行った。接合条件を表１
に示す。
０〜６３５#Cで加圧をしながら行った。接合条件を表１
に示す。
【００３２】接合後、エッチングレジストをスクリーン
印刷してＦeＣｌ3液でエッチングした。回路面、放熱面
のパターンは、正方形(コーナーＲは２ｍｍ)で、セラミ
ックス基板中央部に形成させ、その大きさを変え、放熱
板に対する回路の体積比を種々調整した。次いで、レジ
ストを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μm施し
て回路基板とした。
印刷してＦeＣｌ3液でエッチングした。回路面、放熱面
のパターンは、正方形(コーナーＲは２ｍｍ)で、セラミ
ックス基板中央部に形成させ、その大きさを変え、放熱
板に対する回路の体積比を種々調整した。次いで、レジ
ストを剥離した後、無電解Ｎｉ−Ｐメッキを３μm施し
て回路基板とした。
【００３３】得られた回路基板のビッカース硬度を測定
した。次いで、３００μmのＡｌワイヤーを超音波でボ
ンディングした後、中央部に１３ｍｍ角のＳｉチップを
半田付けした。これを１０枚づつヒートサイクル試験を
行った。ヒートサイクル試験は、−４０℃×３０分→室
温×１０分→１２５℃×３０分→室温×１０分を１サイ
クルとして３０００サイクル実施した。ヒートサイクル
試験後、ボンディングワイヤーの剥離や半田クラック等
の損傷の有無を調べた後、回路及び放熱板を塩酸で溶解
し、窒化アルミニウム基板のクラックの有無を観察し
た。それらの結果を表２に示す。
した。次いで、３００μmのＡｌワイヤーを超音波でボ
ンディングした後、中央部に１３ｍｍ角のＳｉチップを
半田付けした。これを１０枚づつヒートサイクル試験を
行った。ヒートサイクル試験は、−４０℃×３０分→室
温×１０分→１２５℃×３０分→室温×１０分を１サイ
クルとして３０００サイクル実施した。ヒートサイクル
試験後、ボンディングワイヤーの剥離や半田クラック等
の損傷の有無を調べた後、回路及び放熱板を塩酸で溶解
し、窒化アルミニウム基板のクラックの有無を観察し
た。それらの結果を表２に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】表１、表２に明らかなように、本発明の実
施例は、いずれもヒートサイクル試験３０００サイクル
後においてもボンディングワイヤやメッキの損傷がな
く、半田や窒化アルミニウム基板へのクラック発生も著
しく少なかった。これに対して、比較例ではビッカース
硬度又は回路及び放熱板の厚みが、本発明の範囲外にあ
ったので、ヒートサイクル後にボンディングワイヤやメ
ッキの剥離が認められ、半田や窒化アルミニウム基板に
クラックが多く発生し、高信頼性回路基板としては、不
十分なものであった。
施例は、いずれもヒートサイクル試験３０００サイクル
後においてもボンディングワイヤやメッキの損傷がな
く、半田や窒化アルミニウム基板へのクラック発生も著
しく少なかった。これに対して、比較例ではビッカース
硬度又は回路及び放熱板の厚みが、本発明の範囲外にあ
ったので、ヒートサイクル後にボンディングワイヤやメ
ッキの剥離が認められ、半田や窒化アルミニウム基板に
クラックが多く発生し、高信頼性回路基板としては、不
十分なものであった。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、半田やセラミックス基
板へのクラック発生のみならず、ボンディングワイヤや
メッキの剥離損傷を著しく少なくすることができる、高
信頼性の回路基板を提供することができる。
板へのクラック発生のみならず、ボンディングワイヤや
メッキの剥離損傷を著しく少なくすることができる、高
信頼性の回路基板を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伏井 康人 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 (72)発明者 辻村 好彦 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 (72)発明者 寺野 克典 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業株 式会社大牟田工場内 Ｆターム(参考） 5E338 AA01 AA18 BB71 BB75 CC01 EE02 EE27 EE28 EE31
Claims (4)
- 【請求項１】 セラミックス基板の一方の面に回路、他
方の面に放熱板が形成されてなり、上記回路及び放熱板
が厚み１００μm以上のＡｌ又はＡｌ合金であり、しか
もビッカース硬度が１５kgf/mm2以下であることを特徴
とする回路基板。 - 【請求項２】 セラミックス基板が窒化アルミニウム基
板であり、Ａｌ又はＡｌ合金が純度９９．９９重量%以
上の圧延Ａｌであることを特徴とする請求項１記載の回
路基板。 - 【請求項３】 放熱板に対する回路の体積比が０．８０
〜１．２であることを特徴とする請求項１又は２記載の
回路基板。 - 【請求項４】 セラミックス基板の両面に厚み１５〜３
５μmのＡｌ−Ｃｕ系の合金箔を介して、厚み１００μm
以上のＡｌ又はＡｌ合金の板、パターン若しくは両方を
配置し、それをセラミックス基板の垂直方向に１〜５０
kgf／cm2の圧力を負荷しながら、５９０℃以上の温度で
少なくとも２０分保持した後、必要に応じてエッチング
することを特徴とする回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15085399A JP2000340897A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15085399A JP2000340897A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340897A true JP2000340897A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15505813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15085399A Pending JP2000340897A (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | 回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000340897A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009147316A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-07-02 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板、及びパワーモジュール |
-
1999
- 1999-05-31 JP JP15085399A patent/JP2000340897A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009147316A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-07-02 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板、及びパワーモジュール |
| US8116084B2 (en) | 2007-11-19 | 2012-02-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for manufacturing power module substrate, power module substrate, and power module |
| EP2214201A4 (en) * | 2007-11-19 | 2017-02-01 | Mitsubishi Materials Corporation | Process for producing substrate for power module, substrate for power module, and power module |
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Legal Events
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| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050314 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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Effective date: 20050928 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051007 |
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| A02 | Decision of refusal |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060502 |
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