JP2000349400A - 回路基板 - Google Patents
回路基板Info
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- JP2000349400A JP2000349400A JP15763399A JP15763399A JP2000349400A JP 2000349400 A JP2000349400 A JP 2000349400A JP 15763399 A JP15763399 A JP 15763399A JP 15763399 A JP15763399 A JP 15763399A JP 2000349400 A JP2000349400 A JP 2000349400A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】安価かつ安定に電気的信頼性の高い回路基板を
提供すること。 【解決手段】セラミックス基板（１）の表面に回路
（２）、裏面に放熱板（３）が形成されてなる回路基板
において、回路又は放熱板とセラミックス基板とが接し
ている回路及び放熱板の周囲底部には、幅（Ｗ）１〜１
００μm、長さ（Ｌ）１００μm以上、かつＬ／Ｗ≧２の
突起状（４１）・窪み状（４２）等の変形部（４）がな
いことを特徴とする回路基板。
提供すること。 【解決手段】セラミックス基板（１）の表面に回路
（２）、裏面に放熱板（３）が形成されてなる回路基板
において、回路又は放熱板とセラミックス基板とが接し
ている回路及び放熱板の周囲底部には、幅（Ｗ）１〜１
００μm、長さ（Ｌ）１００μm以上、かつＬ／Ｗ≧２の
突起状（４１）・窪み状（４２）等の変形部（４）がな
いことを特徴とする回路基板。
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、部分放電の発生し難い回路基板に関す
るものである。
等に使用される、部分放電の発生し難い回路基板に関す
るものである。
【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面と裏
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、樹脂と金属との
複合基板又は樹脂基板よりも、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面と裏
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、樹脂と金属との
複合基板又は樹脂基板よりも、高絶縁性が安定して得ら
れることが特長である。
【０００３】セラミックス基板と回路又は放熱板の接合
方法としては、大別してろう材を用いたろう付け法と、
ろう材を用いない方法がある。後者の代表的な例は、タ
フピッチ銅板とアルミナをＣｕ−Ｏの共晶点を利用して
接合するＤＢＣ法である。
方法としては、大別してろう材を用いたろう付け法と、
ろう材を用いない方法がある。後者の代表的な例は、タ
フピッチ銅板とアルミナをＣｕ−Ｏの共晶点を利用して
接合するＤＢＣ法である。
【０００４】回路基板の使用される電圧は、１．２〜
１．５kV程度から、３．３〜４．５kV、更には６〜１０
kVへと著しく高められてきており、回路基板にも電気的
信頼性が求められるようになってきた。ここで、電気的
信頼性とは、高電圧下における耐絶縁性と部分放電の難
発生性のことである。耐絶縁性については、窒化アルミ
ニウム基板又は窒化ケイ素基板を用いることによって対
応することができるが、部分放電難発生性に対しては、
１０pC以下の非常に小さな放電電荷が要求されており、
まだ十分な解決法はないのが現状である。
１．５kV程度から、３．３〜４．５kV、更には６〜１０
kVへと著しく高められてきており、回路基板にも電気的
信頼性が求められるようになってきた。ここで、電気的
信頼性とは、高電圧下における耐絶縁性と部分放電の難
発生性のことである。耐絶縁性については、窒化アルミ
ニウム基板又は窒化ケイ素基板を用いることによって対
応することができるが、部分放電難発生性に対しては、
１０pC以下の非常に小さな放電電荷が要求されており、
まだ十分な解決法はないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】部分放電の難発生性
は、セラミックス基板の絶縁性のみで解決できる問題で
はなく、放電する回路との関わりが重要である。セラミ
ックス基板に徒に高絶縁性を求めるのではなく、放電部
位、すなわち電界集中部をなくすことが最も現実的かつ
重要な解決方法である。
は、セラミックス基板の絶縁性のみで解決できる問題で
はなく、放電する回路との関わりが重要である。セラミ
ックス基板に徒に高絶縁性を求めるのではなく、放電部
位、すなわち電界集中部をなくすことが最も現実的かつ
重要な解決方法である。
【０００６】このような観点からのアプローチは、当該
技術分野においてはむしろ常識とも言えるが、その具体
的な方策として、実際の回路基板について、どの因子を
どこまで制御したらよいかについては、よく知られてい
ない。
技術分野においてはむしろ常識とも言えるが、その具体
的な方策として、実際の回路基板について、どの因子を
どこまで制御したらよいかについては、よく知られてい
ない。
【０００７】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、パワーモジュール用回路基板の電気的信
頼性を高めることを目的とするものである。
たものであり、パワーモジュール用回路基板の電気的信
頼性を高めることを目的とするものである。
【０００８】
【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（１）の表面に回路（２）、裏面に放熱
板（３）が形成されてなる回路基板において、回路又は
放熱板とセラミックス基板とが接している回路及び放熱
板の周囲底部には、幅（Ｗ）１〜１００μm、長さ
（Ｌ）１００μm以上、Ｌ／Ｗ≧２である突起状（４
１）・窪み状（４２）等の変形部（４）がないことを特
徴とする回路基板である。更に、本発明は、この回路基
板において、セラミックス基板の材質が窒化アルミニウ
ム又は窒化ケイ素であり、回路及び放熱板が銅、銅合
金、アルミニウム、アルミニウム合金の単体、又はそれ
を一層として含む積層体であり、回路及び放熱板の沿面
距離が１ｍｍ以上で、両者の差が１ｍｍ以下（０を含
む）であることを特徴とする回路基板である。
ラミックス基板（１）の表面に回路（２）、裏面に放熱
板（３）が形成されてなる回路基板において、回路又は
放熱板とセラミックス基板とが接している回路及び放熱
板の周囲底部には、幅（Ｗ）１〜１００μm、長さ
（Ｌ）１００μm以上、Ｌ／Ｗ≧２である突起状（４
１）・窪み状（４２）等の変形部（４）がないことを特
徴とする回路基板である。更に、本発明は、この回路基
板において、セラミックス基板の材質が窒化アルミニウ
ム又は窒化ケイ素であり、回路及び放熱板が銅、銅合
金、アルミニウム、アルミニウム合金の単体、又はそれ
を一層として含む積層体であり、回路及び放熱板の沿面
距離が１ｍｍ以上で、両者の差が１ｍｍ以下（０を含
む）であることを特徴とする回路基板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら更に詳
しく本発明を説明する。図１は、本発明の回路基板を説
明するための斜視図であり、図２は、変形部の幅（Ｗ）
と長さ（Ｌ）を測定するための説明図である。
しく本発明を説明する。図１は、本発明の回路基板を説
明するための斜視図であり、図２は、変形部の幅（Ｗ）
と長さ（Ｌ）を測定するための説明図である。
【００１０】本発明で使用されるセラミックス基板
（１）としては、アルミナ、ベリリア、炭化珪素、窒化
ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等である。これ
らの中で、高信頼性が求められるパワーモジュールに
は、少なくとも７０W/mK以上の熱伝導率を有する窒化ア
ルミニウムや窒化ケイ素が好適である。炭化珪素、酸化
ベリリウム等の材質でもよいが、絶縁性と安全性の点で
劣る。また、セラミックス基板の厚みは、通常０．６３
５ｍｍであるが、０．５〜０．３ｍｍ程度の薄物でもよ
い。しかし、高電圧下での絶縁耐圧や部分放電難発生性
を著しく高めたいときには、１〜３ｍｍの厚物を用いる
ことが好ましい。
（１）としては、アルミナ、ベリリア、炭化珪素、窒化
ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等である。これ
らの中で、高信頼性が求められるパワーモジュールに
は、少なくとも７０W/mK以上の熱伝導率を有する窒化ア
ルミニウムや窒化ケイ素が好適である。炭化珪素、酸化
ベリリウム等の材質でもよいが、絶縁性と安全性の点で
劣る。また、セラミックス基板の厚みは、通常０．６３
５ｍｍであるが、０．５〜０．３ｍｍ程度の薄物でもよ
い。しかし、高電圧下での絶縁耐圧や部分放電難発生性
を著しく高めたいときには、１〜３ｍｍの厚物を用いる
ことが好ましい。
【００１１】また、本発明で使用される回路（２）及び
放熱板（３）の材質としては、銅、銅合金、アルミニウ
ム、アルミニウム合金等であり、これらの単体ないしは
これを一層として含むクラッド等の積層体の形態で用い
られる。また、回路及び放熱板の厚みは、通常０．３〜
０．５ｍｍである。
放熱板（３）の材質としては、銅、銅合金、アルミニウ
ム、アルミニウム合金等であり、これらの単体ないしは
これを一層として含むクラッド等の積層体の形態で用い
られる。また、回路及び放熱板の厚みは、通常０．３〜
０．５ｍｍである。
【００１２】セラミックス基板に回路及び放熱板を形成
させるには、金属板とセラミックス基板とを接合した
後、エッチングする方法、金属板から打ち抜かれた回路
及び放熱板のパターンをセラミックス基板に接合する方
法等によって、行うことができる。
させるには、金属板とセラミックス基板とを接合した
後、エッチングする方法、金属板から打ち抜かれた回路
及び放熱板のパターンをセラミックス基板に接合する方
法等によって、行うことができる。
【００１３】セラミックス基板に金属板又はパターンを
接合するに際し、金属が銅又は銅合金である場合は、活
性金属ろう付け法（例えば、特開平１−３３９８９号公
報等参照）が好都合である。一方、金属がアルミニウム
又はアルミニウム合金である場合は、Ａｌ−Ｃｕ系合
金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｇ
ｅ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ系等の接合材を用いて接合する
ことができるが、Ａｌ−Ｃｕ系合金を使用することが望
ましい。その理由は、次のとおりである。
接合するに際し、金属が銅又は銅合金である場合は、活
性金属ろう付け法（例えば、特開平１−３３９８９号公
報等参照）が好都合である。一方、金属がアルミニウム
又はアルミニウム合金である場合は、Ａｌ−Ｃｕ系合
金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｇ
ｅ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ系等の接合材を用いて接合する
ことができるが、Ａｌ−Ｃｕ系合金を使用することが望
ましい。その理由は、次のとおりである。
【００１４】まず、Ａｌ−Ｃｕ系合金は、Ａｌ−Ｓｉ
系、Ａｌ−Ｇｅ系、あるいはこれらにＭｇを加えた系に
比べて、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も有利で
あることである。
系、Ａｌ−Ｇｅ系、あるいはこれらにＭｇを加えた系に
比べて、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も有利で
あることである。
【００１５】更には、Ａｌ−Ｃｕ系合金は、ＳｉやＧｅ
に比べてＣｕがＡｌ中に均一に拡散し易いため、局部的
な溶融が生じたり、余分なろう材が押し出されてハミダ
シが生じ難く、比較的短時間で安定した接合が可能とな
るからである。
に比べてＣｕがＡｌ中に均一に拡散し易いため、局部的
な溶融が生じたり、余分なろう材が押し出されてハミダ
シが生じ難く、比較的短時間で安定した接合が可能とな
るからである。
【００１６】Ａｌ−Ｃｕ系合金は、Ａｌ、Ｃｕの二成分
合金はもとより、その他の成分を含んでいてもよい。例
えば、Ａｌ、Ｃｕ以外に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｂｉ等の成分を合計で５重量％程度以下を含
んでいてもよい。
合金はもとより、その他の成分を含んでいてもよい。例
えば、Ａｌ、Ｃｕ以外に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｂｉ等の成分を合計で５重量％程度以下を含
んでいてもよい。
【００１７】また、Ａｌ−Ｃｕ系合金のＣｕの割合は、
１〜６重量%であることが好ましい。１重量％未満で
は、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなってしま
い、また６重量%超では、接合後のろう材の拡散部が特
に硬くなって回路基板の熱履歴に対して不利となる。好
ましくは１．５〜５重量%である。
１〜６重量%であることが好ましい。１重量％未満で
は、接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなってしま
い、また６重量%超では、接合後のろう材の拡散部が特
に硬くなって回路基板の熱履歴に対して不利となる。好
ましくは１．５〜５重量%である。
【００１８】Ａｌ−Ｃｕ系合金は、箔又は粉末として使
用することができるが、箔が好ましく、特に回路の厚み
に対し１/１０〜１/５０の厚みであることが好ましい。
１/５０未満では、十分な接合が難しくなり、また１/１
０超では回路が硬くなり回路基板の熱履歴に対して不利
となる。特に好ましくは、１００μｍ以下の厚みであっ
て、しかも回路の厚みに対して１/１２〜１/４０の厚み
である。
用することができるが、箔が好ましく、特に回路の厚み
に対し１/１０〜１/５０の厚みであることが好ましい。
１/５０未満では、十分な接合が難しくなり、また１/１
０超では回路が硬くなり回路基板の熱履歴に対して不利
となる。特に好ましくは、１００μｍ以下の厚みであっ
て、しかも回路の厚みに対して１/１２〜１/４０の厚み
である。
【００１９】Ａｌ−Ｃｕ系合金を接合材として用いた場
合の接合温度は、５４０〜６４０℃であるが、接合材の
組成によって適正範囲は異なる。Zn、Ｉｎ等の比較的低
融点成分が添加されていたり、ＣｕやＭｇ等の含有量が
比較的多い場合には、６００℃以下でも十分接合でき
る。接合温度が６４０℃をこえると、接合時にろう接欠
陥が生じ易くなるので、好ましくない。
合の接合温度は、５４０〜６４０℃であるが、接合材の
組成によって適正範囲は異なる。Zn、Ｉｎ等の比較的低
融点成分が添加されていたり、ＣｕやＭｇ等の含有量が
比較的多い場合には、６００℃以下でも十分接合でき
る。接合温度が６４０℃をこえると、接合時にろう接欠
陥が生じ易くなるので、好ましくない。
【００２０】また、接合時にセラミックス基板面と垂直
方向に１〜５０kgf/cm2で加圧することが特に好まし
い。通常、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ことが好ましい。こ
れによって、セラミックス基板に特に厳しい平滑度や平
面度を求めることなく、通常のレベルのものでもそのま
ま使用することができ、生産性が向上する。
方向に１〜５０kgf/cm2で加圧することが特に好まし
い。通常、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ことが好ましい。こ
れによって、セラミックス基板に特に厳しい平滑度や平
面度を求めることなく、通常のレベルのものでもそのま
ま使用することができ、生産性が向上する。
【００２１】Ａｌ又はＡｌ合金等は、３００〜３５０℃
で焼き鈍しすることからもわかるように、５００℃以上
では非常に柔らかい金属となる。従って、この範囲で加
圧することによってろう接欠陥部（回路又は放熱板に生
じた虫食い現象）は押しつぶされてなくなる。特に、ろ
う接欠陥部を排除することを重要視する場合には、接合
後に４００℃以上の温度で加圧しながら再加熱するか、
又は接合後の冷却中に少なくとも４００℃以上の温度範
囲で加圧する。
で焼き鈍しすることからもわかるように、５００℃以上
では非常に柔らかい金属となる。従って、この範囲で加
圧することによってろう接欠陥部（回路又は放熱板に生
じた虫食い現象）は押しつぶされてなくなる。特に、ろ
う接欠陥部を排除することを重要視する場合には、接合
後に４００℃以上の温度で加圧しながら再加熱するか、
又は接合後の冷却中に少なくとも４００℃以上の温度範
囲で加圧する。
【００２２】加圧方向はセラミックス基板に垂直な方向
であり、その方法等は特に限定するものではない。重し
を載せる方法、治具等を用いて機械的に挟み込む方法等
が採用される。
であり、その方法等は特に限定するものではない。重し
を載せる方法、治具等を用いて機械的に挟み込む方法等
が採用される。
【００２３】接合材を用いる場合は、セラミックス基板
側、金属板、又は回路ないしは放熱板のパターン側のど
ちらに配置してもよく、また合金箔は、あらかじめ金属
板又は回路ないしは放熱板のパターンと積層化しておい
てもよい。ＤＢＣ法では、接合材は必要でない。
側、金属板、又は回路ないしは放熱板のパターン側のど
ちらに配置してもよく、また合金箔は、あらかじめ金属
板又は回路ないしは放熱板のパターンと積層化しておい
てもよい。ＤＢＣ法では、接合材は必要でない。
【００２４】本発明は、このような回路基板において、
高電圧下におかれても部分放電の発生を著しく少なくす
るために、セラミックス基板に形成された回路と放熱板
の周囲底部に、本発明で定義された突起状（４１）・窪
み状（４２）等のいかなる変形部（４）をも形成させな
いことが特徴である。
高電圧下におかれても部分放電の発生を著しく少なくす
るために、セラミックス基板に形成された回路と放熱板
の周囲底部に、本発明で定義された突起状（４１）・窪
み状（４２）等のいかなる変形部（４）をも形成させな
いことが特徴である。
【００２５】本発明者の検討によれば、部分放電の発生
部位は、セラミックス基板と回路及び放熱板とが接して
いる周囲にあって、直線性ないしは平面性の乱れている
部分に起こることがわかっている。これは、直線性ない
しは平面性の乱れた部分では、いわゆる避雷針効果によ
って電界集中が生じるためであると推察される。従っ
て、鋭く長い突起（４１）や、窪み（４２）が多いほど
部分放電が発生しやすい。このような変形部（４）を回
路及び放熱板の周囲底部からなくすことによって、放電
電荷を１０pC以下程度に抑制することができるようにな
ったものである。
部位は、セラミックス基板と回路及び放熱板とが接して
いる周囲にあって、直線性ないしは平面性の乱れている
部分に起こることがわかっている。これは、直線性ない
しは平面性の乱れた部分では、いわゆる避雷針効果によ
って電界集中が生じるためであると推察される。従っ
て、鋭く長い突起（４１）や、窪み（４２）が多いほど
部分放電が発生しやすい。このような変形部（４）を回
路及び放熱板の周囲底部からなくすことによって、放電
電荷を１０pC以下程度に抑制することができるようにな
ったものである。
【００２６】本発明において、「変形部」とは、セラミ
ックス基板と回路又は放熱板とが接している回路及び放
熱板の周囲底部に形成された、幅（Ｗ）１〜１００μ
m、長さ（Ｌ）１００μm以上、かつＬ／Ｗ≧２の突起状
・窪み状等の変形部のことであり、周辺部と比べて相対
的に直線性ないしは平面性の乱れている部分であると定
義される。
ックス基板と回路又は放熱板とが接している回路及び放
熱板の周囲底部に形成された、幅（Ｗ）１〜１００μ
m、長さ（Ｌ）１００μm以上、かつＬ／Ｗ≧２の突起状
・窪み状等の変形部のことであり、周辺部と比べて相対
的に直線性ないしは平面性の乱れている部分であると定
義される。
【００２７】図１〜２には、変形部（４）の一例とし
て、突起状変形部（４１）と窪み状変形部（４２）を示
した。本発明の回路基板が、接合材を用いて回路及び放
熱板が形成されているときや、あるいは回路や放熱板に
更にメッキが施されているときには、それらの接合層と
メッキ層には上記した変形部を有させないようにしなけ
ればならない。
て、突起状変形部（４１）と窪み状変形部（４２）を示
した。本発明の回路基板が、接合材を用いて回路及び放
熱板が形成されているときや、あるいは回路や放熱板に
更にメッキが施されているときには、それらの接合層と
メッキ層には上記した変形部を有させないようにしなけ
ればならない。
【００２８】図２は、変形部の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）を
測定するための説明図である。本発明において重要なこ
とは、変形部の幅、すなわち回路及び放熱板の底部にお
ける非直線性の部分と、その長さ、すなわち突起状の場
合は突起部の長さであり、窪み状の場合は窪みの深さで
ある。変形部の高さについては、セラミックス基板と回
路又は放熱板とが接している回路及び放熱板の周囲底部
に少なくとも形成されていると、高電圧下において、部
分放電が発生しやすくなる。
測定するための説明図である。本発明において重要なこ
とは、変形部の幅、すなわち回路及び放熱板の底部にお
ける非直線性の部分と、その長さ、すなわち突起状の場
合は突起部の長さであり、窪み状の場合は窪みの深さで
ある。変形部の高さについては、セラミックス基板と回
路又は放熱板とが接している回路及び放熱板の周囲底部
に少なくとも形成されていると、高電圧下において、部
分放電が発生しやすくなる。
【００２９】本発明で定義された変形部を有する現状の
回路基板では、１．２〜１．５kV程度の電圧下では殆ど
実害を生じない。しかしながら、今日、要求されている
３．３〜４．５kV、更には６〜１０kVでは、回路基板が
変形部を有すると、部分放電が発生するようになる。
回路基板では、１．２〜１．５kV程度の電圧下では殆ど
実害を生じない。しかしながら、今日、要求されている
３．３〜４．５kV、更には６〜１０kVでは、回路基板が
変形部を有すると、部分放電が発生するようになる。
【００３０】本発明の回路基板においては、回路及び放
熱板の沿面距離が１ｍｍ以上で、両者の差が１ｍｍ以下
（０を含む）であることが好ましい。沿面距離が大きい
程、部分放電が発生し難いが、あまり大きいと、回路基
板のサイズが大きくなってしまう。ここで、「沿面距
離」とは、回路又は放熱板のパターンの端部からセラミ
ックスの端部までの最短距離のことである。
熱板の沿面距離が１ｍｍ以上で、両者の差が１ｍｍ以下
（０を含む）であることが好ましい。沿面距離が大きい
程、部分放電が発生し難いが、あまり大きいと、回路基
板のサイズが大きくなってしまう。ここで、「沿面距
離」とは、回路又は放熱板のパターンの端部からセラミ
ックスの端部までの最短距離のことである。
【００３１】沿面距離の差が小さくなると、端部での電
界強度が小さくなって部分放電は発生し難くなるが、逆
に沿面距離の差が１ｍｍ超であると、電界強度が高くな
り、部分放電が発生しやすくなる。好ましい沿面距離の
差は０．８ｍｍ以下であり、０ｍｍが最適である。
界強度が小さくなって部分放電は発生し難くなるが、逆
に沿面距離の差が１ｍｍ超であると、電界強度が高くな
り、部分放電が発生しやすくなる。好ましい沿面距離の
差は０．８ｍｍ以下であり、０ｍｍが最適である。
【００３２】本発明のように、回路及び放熱板の周囲部
に変形部を有さない回路基板を製造するには、セラミッ
クス基板と回路及び放熱板とが均一かつ十分に接合され
ていることが重要である。それには、上記した製造技術
を基本とするが、以下、更に説明する。
に変形部を有さない回路基板を製造するには、セラミッ
クス基板と回路及び放熱板とが均一かつ十分に接合され
ていることが重要である。それには、上記した製造技術
を基本とするが、以下、更に説明する。
【００３３】窒化アルミニウム基板にＡｌ回路及びＡｌ
放熱板を形成させた回路基板の場合には、接合材とし
て、２０１７合金のようなＡｌ−Ｃｕ系合金箔を用い、
それを窒化アルミニウム基板の両面に配置し、更にその
上にＡｌ板を積層する。この積層体を加圧しながら、Ａ
ｌの融点（６６０℃）よりも低い６２０℃程度で加熱す
る。これによって、接合不良やろう接欠陥をなくして接
合体を製造することができる。この接合体をエッチング
して回路と放熱板を形成させる。
放熱板を形成させた回路基板の場合には、接合材とし
て、２０１７合金のようなＡｌ−Ｃｕ系合金箔を用い、
それを窒化アルミニウム基板の両面に配置し、更にその
上にＡｌ板を積層する。この積層体を加圧しながら、Ａ
ｌの融点（６６０℃）よりも低い６２０℃程度で加熱す
る。これによって、接合不良やろう接欠陥をなくして接
合体を製造することができる。この接合体をエッチング
して回路と放熱板を形成させる。
【００３４】また、窒化ケイ素基板にＣｕ回路及びＣｕ
放熱板を形成させた回路基板の場合には、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉの合金箔又はペースト接合材として用い、その積層
体を加圧下、８１５℃程度の温度で加熱して接合体を
得、それをエッチングすることによって製造することが
できる。
放熱板を形成させた回路基板の場合には、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉの合金箔又はペースト接合材として用い、その積層
体を加圧下、８１５℃程度の温度で加熱して接合体を
得、それをエッチングすることによって製造することが
できる。
【００３５】
【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。 実施例１〜５ 比較例１〜３ 使用したセラミックス基板は、表１に示す各厚みのもの
で、大きさは２インチ角である。熱伝導率は、窒化アル
ミニウム基板が１７０W/mK、窒化ケイ素基板が７０W/mK
であり、３点曲げ強度は、窒化アルミニウム基板が４０
０MPa、窒化ケイ素基板が８００MPaである。回路及び放
熱板を形成させるための金属板は、厚み０．４ｍｍのＡ
ｌ(＞９９．９%)、厚さ０．３ｍｍの無酸素銅(Ｃ１０２
０)、又は厚さ０．３ｍｍの無酸素銅と０．０２ｍｍの
Ｎｉ箔のクラッドである。また、接合材は、Ａｌ−４%
Ｃｕ合金箔、Ａｌ−７%Ｓｉ合金ペースト、Ａｇ−２５%
Ｃｕ−２．５%Ｔｉ合金箔、Ａｇ−２０％Ｃｕ−５%Ｔｉ
Ｈ2ペーストを用い、接合時の加圧力と温度を表１に示
した。
本発明を説明する。 実施例１〜５ 比較例１〜３ 使用したセラミックス基板は、表１に示す各厚みのもの
で、大きさは２インチ角である。熱伝導率は、窒化アル
ミニウム基板が１７０W/mK、窒化ケイ素基板が７０W/mK
であり、３点曲げ強度は、窒化アルミニウム基板が４０
０MPa、窒化ケイ素基板が８００MPaである。回路及び放
熱板を形成させるための金属板は、厚み０．４ｍｍのＡ
ｌ(＞９９．９%)、厚さ０．３ｍｍの無酸素銅(Ｃ１０２
０)、又は厚さ０．３ｍｍの無酸素銅と０．０２ｍｍの
Ｎｉ箔のクラッドである。また、接合材は、Ａｌ−４%
Ｃｕ合金箔、Ａｌ−７%Ｓｉ合金ペースト、Ａｇ−２５%
Ｃｕ−２．５%Ｔｉ合金箔、Ａｇ−２０％Ｃｕ−５%Ｔｉ
Ｈ2ペーストを用い、接合時の加圧力と温度を表１に示
した。
【００３６】セラミックス基板と金属板とを接合材を介
して重ね、カーボン板(厚さ３ｍｍ)に挟んでホットプレ
ス装置によりセラミックス基板と垂直方向に均等に加圧
しながら加熱し、サンドイッチ構造の接合体を製造し
た。次いで、エッチングレジストを、表２に示されるよ
うな、（a）０．８ｍｍ、(b)１．５ｍｍ、又は（ｃ）
２．３ｍｍの沿面距離となるように塗布した後、ＦeＣ
ｌ3液でエッチングした。
して重ね、カーボン板(厚さ３ｍｍ)に挟んでホットプレ
ス装置によりセラミックス基板と垂直方向に均等に加圧
しながら加熱し、サンドイッチ構造の接合体を製造し
た。次いで、エッチングレジストを、表２に示されるよ
うな、（a）０．８ｍｍ、(b)１．５ｍｍ、又は（ｃ）
２．３ｍｍの沿面距離となるように塗布した後、ＦeＣ
ｌ3液でエッチングした。
【００３７】実施例２、３では、活性金属を用いて接合
しているため、エッチング後の白板表面に活性金属残り
がないように２０％ＮＨ４Ｆ−１５％Ｈ2Ｏ2混合温液
(３５℃)を１０分間吹き付けた。各試料は、無電解Ｎｉ
−Ｐメッキを約３μm施して回路基板とした。
しているため、エッチング後の白板表面に活性金属残り
がないように２０％ＮＨ４Ｆ−１５％Ｈ2Ｏ2混合温液
(３５℃)を１０分間吹き付けた。各試料は、無電解Ｎｉ
−Ｐメッキを約３μm施して回路基板とした。
【００３８】得られた回路基板について、最大の突起状
変形部と最大の窪み状変形部の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）を
顕微鏡で６０倍に拡大して観察した。次いで、市販の部
分放電測定システム「ＤＡＣ―６０１８」を用い、フロ
リナート中、９kVでの放電電荷を測定した。それらの結
果を表２に示す。
変形部と最大の窪み状変形部の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）を
顕微鏡で６０倍に拡大して観察した。次いで、市販の部
分放電測定システム「ＤＡＣ―６０１８」を用い、フロ
リナート中、９kVでの放電電荷を測定した。それらの結
果を表２に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】表１、２に明らかなように、本発明の実施
例はいずれも９kVでの放電電荷は１０pC未満であり、電
気的信頼性の高い回路基板が得られたのに対し、比較例
では、放電電荷が大きく、高電圧での実用には耐え得な
いものであった。
例はいずれも９kVでの放電電荷は１０pC未満であり、電
気的信頼性の高い回路基板が得られたのに対し、比較例
では、放電電荷が大きく、高電圧での実用には耐え得な
いものであった。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、安価かつ安定に電気的
信頼性の高い回路基板が提供される。
信頼性の高い回路基板が提供される。
【図１】本発明の回路基板を説明するための斜視図。
【図２】変形部の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）を測定するため
の説明図。
の説明図。
１ セラミックス基板 ２ 回路 ３ 放熱板 ４ 変形部 ４１ 突起状変形部 ４２ 窪み状変形部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 5E322 AA11 AB11 EA11 5E338 AA01 AA18 BB63 BB71 CC01 CD01 CD11 EE02 EE11 EE12
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックス基板（１）の表面に回路
（２）、裏面に放熱板（３）が形成されてなる回路基板
において、回路又は放熱板とセラミックス基板とが接し
ている回路及び放熱板の周囲底部には、幅（Ｗ）１〜１
００μm、長さ（Ｌ）１００μm以上、Ｌ／Ｗ≧２である
突起状（４１）・窪み状（４２）等の変形部（４）がな
いことを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 セラミックス基板の材質が窒化アルミニ
ウム又は窒化ケイ素であり、回路及び放熱板が銅、銅合
金、アルミニウム、アルミニウム合金の単体、又はそれ
を一層として含む積層体であり、回路及び放熱板の沿面
距離が１ｍｍ以上で、両者の差が１ｍｍ以下（０を含
む）であることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15763399A JP2000349400A (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15763399A JP2000349400A (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 回路基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006128055A Division JP2006229247A (ja) | 2006-05-02 | 2006-05-02 | 回路基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000349400A true JP2000349400A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15653995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15763399A Pending JP2000349400A (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000349400A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003100965A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-04-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板の信頼性評価方法及び回路基板 |
| JP2013069767A (ja) * | 2011-09-21 | 2013-04-18 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板およびその製造方法 |
| JP2013182983A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化けい素回路基板およびそれを用いたモジュール |
| EP2978018A4 (en) * | 2013-03-18 | 2016-11-02 | Mitsubishi Materials Corp | METHOD FOR PRODUCING A CURRENT MODULE SUBSTRATE |
| US10199237B2 (en) | 2013-03-18 | 2019-02-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for manufacturing bonded body and method for manufacturing power-module substrate |
-
1999
- 1999-06-04 JP JP15763399A patent/JP2000349400A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003100965A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-04-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板の信頼性評価方法及び回路基板 |
| JP2013069767A (ja) * | 2011-09-21 | 2013-04-18 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板およびその製造方法 |
| JP2013182983A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化けい素回路基板およびそれを用いたモジュール |
| EP2978018A4 (en) * | 2013-03-18 | 2016-11-02 | Mitsubishi Materials Corp | METHOD FOR PRODUCING A CURRENT MODULE SUBSTRATE |
| US9833855B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-12-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for manufacturing power module substrate |
| US10199237B2 (en) | 2013-03-18 | 2019-02-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for manufacturing bonded body and method for manufacturing power-module substrate |
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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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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050928 |
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| A521 | Written amendment |
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| A521 | Written amendment |
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