JP2002261454A - 回路基板、その製造方法、自動車用電子回路装置 - Google Patents
回路基板、その製造方法、自動車用電子回路装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自動車での使用に適した小型で熱的安定性に
優れ、低価格であるヒートシンク内蔵回路基板を提供す
る。 【解決手段】 基板１には焼成温度が低いガラスセラミ
ックの多層板を、またヒートシンク２にはガラスセラミ
ックの線膨張係数に合せることが可能な銅／酸化銅の複
合材をその配合率を最適にして用い、両者を焼成により
同時成形した。
優れ、低価格であるヒートシンク内蔵回路基板を提供す
る。 【解決手段】 基板１には焼成温度が低いガラスセラミ
ックの多層板を、またヒートシンク２にはガラスセラミ
ックの線膨張係数に合せることが可能な銅／酸化銅の複
合材をその配合率を最適にして用い、両者を焼成により
同時成形した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子回路を実装する
ための回路基板、その製造方法、およびそれを利用した
自動車用電子回路装置に係り、特に、自動車等の過酷な
温度環境に耐えるに適した回路基板に関する。
ための回路基板、その製造方法、およびそれを利用した
自動車用電子回路装置に係り、特に、自動車等の過酷な
温度環境に耐えるに適した回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】回路基板に半導体パワー素子のように発
熱性を有する回路素子を搭載する場合には、熱伝導の良
いヒートシンクを用いて回路素子の熱を放熱している。
最近では、このヒートシンクを回路基板上に配置するも
のに代わって、内層配線を有する積層型の回路基板の内
部に埋設し、その一端面を回路基板上に位置させて、ヒ
ートシンク上に半導体パワー素子を配置する技術が提案
されている。
熱性を有する回路素子を搭載する場合には、熱伝導の良
いヒートシンクを用いて回路素子の熱を放熱している。
最近では、このヒートシンクを回路基板上に配置するも
のに代わって、内層配線を有する積層型の回路基板の内
部に埋設し、その一端面を回路基板上に位置させて、ヒ
ートシンク上に半導体パワー素子を配置する技術が提案
されている。
【０００３】この種の従来例としては、例えば、特開平
７−１６２１５７号公報に開示されるように、回路基板
（絶縁部材の積層体）としてアルミナを使用し、基板中
に埋設されるヒートシンク（充填金属）としては、高融
点材料であるＭｏ（モリブデン）粒子とアルミナ粒子の
混合物（金属ペースト）を用いたものや、ｗ（タングス
テン）粒子とアルミナ粒子の混合物を用いたものが提案
されている。また、この公報には、基板材質として、ガ
ラスとガラスとセラミックの複合材料を用いてもよく、
その場合の熱伝達導体としては、Ａｇ,Ａｇ−Ｐｄ,Ｃｕ
等を用いることを提案している。
７−１６２１５７号公報に開示されるように、回路基板
（絶縁部材の積層体）としてアルミナを使用し、基板中
に埋設されるヒートシンク（充填金属）としては、高融
点材料であるＭｏ（モリブデン）粒子とアルミナ粒子の
混合物（金属ペースト）を用いたものや、ｗ（タングス
テン）粒子とアルミナ粒子の混合物を用いたものが提案
されている。また、この公報には、基板材質として、ガ
ラスとガラスとセラミックの複合材料を用いてもよく、
その場合の熱伝達導体としては、Ａｇ,Ａｇ−Ｐｄ,Ｃｕ
等を用いることを提案している。
【０００４】なお、上記同様の材質を用いた回路基板,
ヒートシンク（充填金属）を使用したその他の従来例と
しては、特開平８−３３５７８２号公報、特開平９−１
８１４５７号公報がある。
ヒートシンク（充填金属）を使用したその他の従来例と
しては、特開平８−３３５７８２号公報、特開平９−１
８１４５７号公報がある。
【０００５】また、特開平１０−１５４７６７号公報で
は、基板として低温で焼成可能（８５０℃〜１３００
℃）な絶縁体を用い、この絶縁体中にヒートシンク（Ｃ
ｕ,Ａｇ,Ｎｉ,Ｐｄ,Ａｕ等の低融点金属と、ＳｉＯ2系
化合物やＡｌ2Ｏ3系化合物、炭酸塩、ガラス無機成分と
の複合体よりなるもので、焼成前は金属ペースト状）を
埋設して、絶縁体と同時焼成するものが提案されてい
る。
は、基板として低温で焼成可能（８５０℃〜１３００
℃）な絶縁体を用い、この絶縁体中にヒートシンク（Ｃ
ｕ,Ａｇ,Ｎｉ,Ｐｄ,Ａｕ等の低融点金属と、ＳｉＯ2系
化合物やＡｌ2Ｏ3系化合物、炭酸塩、ガラス無機成分と
の複合体よりなるもので、焼成前は金属ペースト状）を
埋設して、絶縁体と同時焼成するものが提案されてい
る。
【０００６】特開平７−１３０９０７号公報では、基板
としてガラスセラミックを用い、基板に埋設されるヒー
トシンク材として、金、銀、銅もしくはその合金のうち
少なくとも１つの金属材料（粉末）と低融点ガラス成分
と、有機バインダーと有機溶剤などを混練した金属ペー
ストを用いている。また、この公報では、基板とヒート
シンク材を一体的に燒結するが、その燒結は、脱バイン
ダ過程と焼成過程からなる方法を提案している。その
他、同様の技術が特開平９−１５３６７９号公報におい
ても開示されている。
としてガラスセラミックを用い、基板に埋設されるヒー
トシンク材として、金、銀、銅もしくはその合金のうち
少なくとも１つの金属材料（粉末）と低融点ガラス成分
と、有機バインダーと有機溶剤などを混練した金属ペー
ストを用いている。また、この公報では、基板とヒート
シンク材を一体的に燒結するが、その燒結は、脱バイン
ダ過程と焼成過程からなる方法を提案している。その
他、同様の技術が特開平９−１５３６７９号公報におい
ても開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の基板埋
設型のヒートシンクは、焼成前は、多層基板（積層体）
が積層される前過程で埋設対象の基板（単一板）の貫通
孔（ビアホール、スルーホール等と称せられる）に、印
刷技術を利用して金属ペーストの状態で充填される。
設型のヒートシンクは、焼成前は、多層基板（積層体）
が積層される前過程で埋設対象の基板（単一板）の貫通
孔（ビアホール、スルーホール等と称せられる）に、印
刷技術を利用して金属ペーストの状態で充填される。
【０００８】このような金属ペーストの充填方式では、
ヒートシンク容積を大きくとろうとしてビアホールの径
を大きくとろうとすると、単層基板を積層しようとする
場合などの移動過程で金属ペーストが自重により脱落し
てしまうため、ビアホールの径を大きくとれない。
ヒートシンク容積を大きくとろうとしてビアホールの径
を大きくとろうとすると、単層基板を積層しようとする
場合などの移動過程で金属ペーストが自重により脱落し
てしまうため、ビアホールの径を大きくとれない。
【０００９】そのため、小径の多数のビアホールを形成
することで上記課題に対処し、且つ放熱量を上げている
が、多数のビアホールを形成する場合には、半導体パワ
ー素子搭載面積が大きくなる傾向がある。
することで上記課題に対処し、且つ放熱量を上げている
が、多数のビアホールを形成する場合には、半導体パワ
ー素子搭載面積が大きくなる傾向がある。
【００１０】充填する金属ペーストには、基板素材との
接合を配慮して多くのガラスフリットが含まれる。ガラ
スフリットとは、比較的低い温度で焼成処理することに
よって、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セ
ルジアン、スピネル等やその置換誘導体の結晶相を少な
くとも１種類析出するガラス組成物からなる。
接合を配慮して多くのガラスフリットが含まれる。ガラ
スフリットとは、比較的低い温度で焼成処理することに
よって、コージェライト、ムライト、アノーサイト、セ
ルジアン、スピネル等やその置換誘導体の結晶相を少な
くとも１種類析出するガラス組成物からなる。
【００１１】このような低融点ガラス成分は、焼成後に
ボイド（空乏）を発生させる因子となり、熱伝導性が低
下させることも考えられる。ボイドは、製品個々に品質
のばらつきを生じさせ、自動車の過酷な環境下ではその
改善が望まれる。
ボイド（空乏）を発生させる因子となり、熱伝導性が低
下させることも考えられる。ボイドは、製品個々に品質
のばらつきを生じさせ、自動車の過酷な環境下ではその
改善が望まれる。
【００１２】本発明の目的は、基板埋設型のヒートシン
ク材として従来のものに代わるものを提供し、それは、
多層基板としてガラスセラミックのような低融点で焼成
可能なものに対して相性が良く、ボイド発生防止などの
品質向上が図れ、しかもヒートシンク単体あたりの容積
を大きくできる大径のビアホールを形成可能な回路基板
及びその製造方法を実現させることにある。
ク材として従来のものに代わるものを提供し、それは、
多層基板としてガラスセラミックのような低融点で焼成
可能なものに対して相性が良く、ボイド発生防止などの
品質向上が図れ、しかもヒートシンク単体あたりの容積
を大きくできる大径のビアホールを形成可能な回路基板
及びその製造方法を実現させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、少なくとも発熱素子を搭載する電子回路
の基板において、前記基板は、セラミックとガラスの複
合材を積層したものであり、この積層体の内部に前記発
熱体の熱伝導体（ヒートシンク）となる銅と酸化銅の複
合材が埋設し、このヒートシンク素材を前記積層体と共
に焼成した回路基板を提案する。
成するために、少なくとも発熱素子を搭載する電子回路
の基板において、前記基板は、セラミックとガラスの複
合材を積層したものであり、この積層体の内部に前記発
熱体の熱伝導体（ヒートシンク）となる銅と酸化銅の複
合材が埋設し、このヒートシンク素材を前記積層体と共
に焼成した回路基板を提案する。
【００１４】また、ガラスセラミックのグリーンシート
を内層配線を含むように積層し、この積層体を焼成して
回路基板を製造する方法において、前記グリーンシート
の積層体に熱伝導体として銅と酸化銅よりなる複合材を
粉黛成形の状態で埋設し、その後、前記積層体中のバイ
ンダーを燃焼させる工程と、前記積層体と前記熱伝導体
を同時に焼成する工程とを有してなる製造方法を提案す
る。
を内層配線を含むように積層し、この積層体を焼成して
回路基板を製造する方法において、前記グリーンシート
の積層体に熱伝導体として銅と酸化銅よりなる複合材を
粉黛成形の状態で埋設し、その後、前記積層体中のバイ
ンダーを燃焼させる工程と、前記積層体と前記熱伝導体
を同時に焼成する工程とを有してなる製造方法を提案す
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図によって説明
する。
する。
【００１６】図１は、本発明の一実施例に係る回路基板
を用いた電子モジュール（電子回路装置）をカバーを取
り去って示した平面図、図２は、上記電子モジュールを
カバーを取付けた状態で示す縦断面図である。
を用いた電子モジュール（電子回路装置）をカバーを取
り去って示した平面図、図２は、上記電子モジュールを
カバーを取付けた状態で示す縦断面図である。
【００１７】本実施例に係る電子モジュールは、例え
ば、自動車エンジンの運転を制御するモジュールであ
り、図示していないが、エンジン回転数、エンジンの吸
い込む空気量、エンジンの温度等を入力し、マイクロコ
ンピュータ（ＩＣ）４８によってエンジン運転に最適な
燃料供給、点火信号を出力する。
ば、自動車エンジンの運転を制御するモジュールであ
り、図示していないが、エンジン回転数、エンジンの吸
い込む空気量、エンジンの温度等を入力し、マイクロコ
ンピュータ（ＩＣ）４８によってエンジン運転に最適な
燃料供給、点火信号を出力する。
【００１８】まず、図１、２により基板および電子モジ
ュールの構造を説明する。
ュールの構造を説明する。
【００１９】回路基板１は、複数の層１ａ〜１ｂよりな
るガラスセラミックの多層基板（積層体）で、層間に配
線パターンとなる内層導体１２,１３が形成され、基板
上面にマイクロコンピュータ（ＩＣチップ）、半導体パ
ワー素子、抵抗、ボンディングパッドなどの電子部品４
１〜５３及び配線パターンが設けられている。例えば、
符号の４８、５１、５０がＩＣチップ、４１、４２が半
導体パワー素子である。基板１の上面および層間の導体
（配線）は、導電性金属を充填したビアホール２０を介
して電気的に接続されている。
るガラスセラミックの多層基板（積層体）で、層間に配
線パターンとなる内層導体１２,１３が形成され、基板
上面にマイクロコンピュータ（ＩＣチップ）、半導体パ
ワー素子、抵抗、ボンディングパッドなどの電子部品４
１〜５３及び配線パターンが設けられている。例えば、
符号の４８、５１、５０がＩＣチップ、４１、４２が半
導体パワー素子である。基板１の上面および層間の導体
（配線）は、導電性金属を充填したビアホール２０を介
して電気的に接続されている。
【００２０】多層基板１の内部うち、半導体パワー素子
４１および４２を配置する箇所に対応して、ヒートシン
ク（熱伝導体）２を埋設（充填）するための有底孔１１
が設けられている。
４１および４２を配置する箇所に対応して、ヒートシン
ク（熱伝導体）２を埋設（充填）するための有底孔１１
が設けられている。
【００２１】孔１１の底は、基板１の最下層１ｄにより
構成されている。すなわち、孔１１は、層１ａ〜１ｄに
かけて形成されている。
構成されている。すなわち、孔１１は、層１ａ〜１ｄに
かけて形成されている。
【００２２】ヒートシンク２は、銅と酸化銅の複合材で
あり、ガラスセラミック多層基板（積層体）１と共に焼
成されている。
あり、ガラスセラミック多層基板（積層体）１と共に焼
成されている。
【００２３】このヒートシンク２は、基板１の製造工程
で基板１内に粉黛成形された状態でビルトインされた後
に、基板と共に焼成されるものである。
で基板１内に粉黛成形された状態でビルトインされた後
に、基板と共に焼成されるものである。
【００２４】ヒートシンク２の一端面は基板１の表面に
臨み、そのヒートシンク一端面と基板１の表面とは、ほ
ぼ同一面をなしている。これは基板１に電子部品４１〜
５３の搭載を容易にするためである。
臨み、そのヒートシンク一端面と基板１の表面とは、ほ
ぼ同一面をなしている。これは基板１に電子部品４１〜
５３の搭載を容易にするためである。
【００２５】また基板１の表面（一端面）には、厚膜導
体５５が形成され、その上に導電性接合材５７を介して
ベアチップ（裸素子）状態で半導体パワー素子４１（４
２）が接合されている。圧膜導体５５は、銀を主成分と
した金属とガラスの混合体である。接合材５７は、はん
だ材又は導電性接着剤である。
体５５が形成され、その上に導電性接合材５７を介して
ベアチップ（裸素子）状態で半導体パワー素子４１（４
２）が接合されている。圧膜導体５５は、銀を主成分と
した金属とガラスの混合体である。接合材５７は、はん
だ材又は導電性接着剤である。
【００２６】５４は、基板１の表面に形成した酸化ルテ
ニウム抵抗体である。電子部品４３〜５３も、導体５５
にはんだ５７によって電気的に接続されていると共に、
機械的に固定されている。
ニウム抵抗体である。電子部品４３〜５３も、導体５５
にはんだ５７によって電気的に接続されていると共に、
機械的に固定されている。
【００２７】ベアチップ４１，４２、４８、５０、５１
は電気的にはワイヤ−ボンディングのワイヤ５８により
回路と接続されている。基板１は放熱性に優れた金属ベ
ース３に接着剤３１によって接合されている。
は電気的にはワイヤ−ボンディングのワイヤ５８により
回路と接続されている。基板１は放熱性に優れた金属ベ
ース３に接着剤３１によって接合されている。
【００２８】接着剤３１は薄く、かつ熱ストレスをやわ
らげるためシリコーン系のものである。
らげるためシリコーン系のものである。
【００２９】合成樹脂製のハウジング５は、回路基板１
を収納するためのものであり、接着剤３２を用いて金属
ベース３と接合されている。
を収納するためのものであり、接着剤３２を用いて金属
ベース３と接合されている。
【００３０】さらにハウジング５には、回路モジュール
の電気的入出力のためのターミナル５４が樹脂成形によ
り挿入され（インサート成形）、このターミナル５４
は、基板１上の電子回路とワイヤ５６及びボンディング
パッド５３によって電気的に接続されている。６は樹脂
製カバーでハウジング５に接着されている。
の電気的入出力のためのターミナル５４が樹脂成形によ
り挿入され（インサート成形）、このターミナル５４
は、基板１上の電子回路とワイヤ５６及びボンディング
パッド５３によって電気的に接続されている。６は樹脂
製カバーでハウジング５に接着されている。
【００３１】ここで、図３〜図５を用いて、本実施例の
ヒートシンクの特性および回路基板１の製造方法を説明
する。図３は、ヒートシンクの線膨張係数−熱伝導率特
性とその素材である銅と酸化銅の配合比を示し、図４
は、回路基板の製造工程を示し、図５は、製造工程の温
度プロフィールを示す説明図である。
ヒートシンクの特性および回路基板１の製造方法を説明
する。図３は、ヒートシンクの線膨張係数−熱伝導率特
性とその素材である銅と酸化銅の配合比を示し、図４
は、回路基板の製造工程を示し、図５は、製造工程の温
度プロフィールを示す説明図である。
【００３２】本実施例では、ヒートシンク２の素材は、
銅（Ｃｕ）と酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）の複合材であり、それ
らの配合比によって熱伝導率と線膨張係数は、図３に示
すような特性を示す。
銅（Ｃｕ）と酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）の複合材であり、それ
らの配合比によって熱伝導率と線膨張係数は、図３に示
すような特性を示す。
【００３３】すなわち、酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）１００重量
％では熱伝導率はほぼ０であるが、線膨張係数は３．０
ｐｐｍ／℃と小さい。一方、銅（Ｃｕ）１００重量％で
は、線膨張係数１８ｐｐｍ／℃と大きいが、熱伝導率４
００Ｗ／ｍ・℃と大きい。したがって、この配合比を適
切に選ぶことによりガラスセラミック１の線膨張係数
４．５〜７．５ｐｐｍ／℃に合せることができる。ヒー
トシンク２の線膨張係数を４．５〜７．５ｐｐｍ／℃に
するには、Ｃｕは７０〜９０重量％、Ｃｕ2Ｏは１０〜
３０重量％の割合では配合すればよい。
％では熱伝導率はほぼ０であるが、線膨張係数は３．０
ｐｐｍ／℃と小さい。一方、銅（Ｃｕ）１００重量％で
は、線膨張係数１８ｐｐｍ／℃と大きいが、熱伝導率４
００Ｗ／ｍ・℃と大きい。したがって、この配合比を適
切に選ぶことによりガラスセラミック１の線膨張係数
４．５〜７．５ｐｐｍ／℃に合せることができる。ヒー
トシンク２の線膨張係数を４．５〜７．５ｐｐｍ／℃に
するには、Ｃｕは７０〜９０重量％、Ｃｕ2Ｏは１０〜
３０重量％の割合では配合すればよい。
【００３４】自動車のパワー素子のヒートシンクでは、
熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・℃以上あれば、ほぼ賄える。こ
の実施例では、一例として、ガラスセラミックの線膨張
係数６．８ｐｐｍ／℃を選択し、熱伝導率を８０Ｗ／ｍ
・℃程度に銅／酸化銅の配合比を設定している。この場
合のヒートシンク複合材の配合比は、Ｃｕはほぼ８０〜
重量％、Ｃｕ2Ｏは２０重量％である。
熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・℃以上あれば、ほぼ賄える。こ
の実施例では、一例として、ガラスセラミックの線膨張
係数６．８ｐｐｍ／℃を選択し、熱伝導率を８０Ｗ／ｍ
・℃程度に銅／酸化銅の配合比を設定している。この場
合のヒートシンク複合材の配合比は、Ｃｕはほぼ８０〜
重量％、Ｃｕ2Ｏは２０重量％である。
【００３５】さらに、この複合材の焼結による収縮率は
成形圧によって可変できるので、ガラスセラミックの多
層板製作工程に内在させることが可能である。図４によ
ってその製造工程を説明する。
成形圧によって可変できるので、ガラスセラミックの多
層板製作工程に内在させることが可能である。図４によ
ってその製造工程を説明する。
【００３６】まず、ガラスセラミック基板１について
は、素材としてガラスとセラミックとを混合したグリー
ンシート６１〜６４を準備し、その表面に内層配線とな
る導体１３，１２を印刷により形成する。導体１３,１
２の材料は、銀、あるいは銀／バラジウム、銀／白金ペ
ーストといった厚膜材料である。また、シート６１〜６
３にはヒートシンクを内在するための孔１１があけてあ
るが、シート６４は絶縁を確保するため孔は設けていな
い。これらのシート６１〜６４を重ねあわせ、多層シー
ト６５の形にする。
は、素材としてガラスとセラミックとを混合したグリー
ンシート６１〜６４を準備し、その表面に内層配線とな
る導体１３，１２を印刷により形成する。導体１３,１
２の材料は、銀、あるいは銀／バラジウム、銀／白金ペ
ーストといった厚膜材料である。また、シート６１〜６
３にはヒートシンクを内在するための孔１１があけてあ
るが、シート６４は絶縁を確保するため孔は設けていな
い。これらのシート６１〜６４を重ねあわせ、多層シー
ト６５の形にする。
【００３７】一方、ヒートシンクはまず、銅粉（Ｃｕ
粉）と酸化銅粉（Ｃｕ2Ｏ粉）を前述の配合比で配合
し、十分攪拌する。
粉）と酸化銅粉（Ｃｕ2Ｏ粉）を前述の配合比で配合
し、十分攪拌する。
【００３８】次いで型に入れた後、適切な体積収縮率に
なる寸法に粉黛成形する。ここで適切な体積収縮率とは
後のガラスセラミックとの焼結工程での寸法収縮率を合
せることであり、ガラスセラミックの収縮率によって微
妙に調整する。
なる寸法に粉黛成形する。ここで適切な体積収縮率とは
後のガラスセラミックとの焼結工程での寸法収縮率を合
せることであり、ガラスセラミックの収縮率によって微
妙に調整する。
【００３９】次いで、合体工程にてヒートシンク２の素
材（粉黛成形体）をシート６５の孔１１へ挿入する。そ
して加圧プレスして、表裏の面を平坦にする。ここで必
要に応じ、図２に示した厚膜導体５５を塗布した後、次
に述べる焼成（焼結）工程に付され、冷却工程を経て完
成する。
材（粉黛成形体）をシート６５の孔１１へ挿入する。そ
して加圧プレスして、表裏の面を平坦にする。ここで必
要に応じ、図２に示した厚膜導体５５を塗布した後、次
に述べる焼成（焼結）工程に付され、冷却工程を経て完
成する。
【００４０】本実施例の焼成工程における特徴を図４説
明する。
明する。
【００４１】本回路基板では、ガラスセラミックのバイ
ンダーを燃焼する工程と、ガラスセラミック（基板素
材）およびヒートシンク素材（銅／酸化銅の複合体）を
焼結（焼成）させる工程を経て回路基板が形成される。
ガラスセラミックとヒートシンクは、燒結接合させるた
めに同時の燒結工程が必要である。
ンダーを燃焼する工程と、ガラスセラミック（基板素
材）およびヒートシンク素材（銅／酸化銅の複合体）を
焼結（焼成）させる工程を経て回路基板が形成される。
ガラスセラミックとヒートシンクは、燒結接合させるた
めに同時の燒結工程が必要である。
【００４２】図５に示した本実施例の焼成（焼結）温度
プロファイルを用いて焼結工程を説明する。まず、ガラ
スセラミック内の有機バインダーを５００〜６００℃に
て概略５時間かけ、燃焼させる。この工程は、有機バイ
ンダーを燃焼させるため有酸素雰囲気で行なわれる。こ
の工程において、ヒートシンク２の銅分の酸化は、厚膜
ペースト２１によって保護される。ついで、雰囲気を一
旦室温まで開放でも連続的温度雰囲気でも良いが、無酸
素雰囲気に切り替える。本実施例ではアルゴン雰囲気と
した。そして温度を８００〜１０００℃で概略２時間保
持する。この雰囲気により、ガラスセラミックの焼結と
銅／酸化銅の夫々の焼結、そしてガラス中の酸素と銅の
酸化がおこなわれガラスセラミックと銅／酸化銅の複合
材の接合が行われ確実な接合を得ることができる。
プロファイルを用いて焼結工程を説明する。まず、ガラ
スセラミック内の有機バインダーを５００〜６００℃に
て概略５時間かけ、燃焼させる。この工程は、有機バイ
ンダーを燃焼させるため有酸素雰囲気で行なわれる。こ
の工程において、ヒートシンク２の銅分の酸化は、厚膜
ペースト２１によって保護される。ついで、雰囲気を一
旦室温まで開放でも連続的温度雰囲気でも良いが、無酸
素雰囲気に切り替える。本実施例ではアルゴン雰囲気と
した。そして温度を８００〜１０００℃で概略２時間保
持する。この雰囲気により、ガラスセラミックの焼結と
銅／酸化銅の夫々の焼結、そしてガラス中の酸素と銅の
酸化がおこなわれガラスセラミックと銅／酸化銅の複合
材の接合が行われ確実な接合を得ることができる。
【００４３】本焼成（焼結）によればガラスセラミッ
ク、銅／酸化銅の焼結と接合を確実に行うことができ
る。
ク、銅／酸化銅の焼結と接合を確実に行うことができ
る。
【００４４】そして、本実施例によれば、ヒートシンク
２を、銅と酸化銅の複合材にすることによりセラミック
基板１との熱膨張係数をほぼ同値にし、ヒートシンクと
基板の接合ストレスを緩和するとともに、ガラス材のボ
イドのような熱伝導性の変動要因を排除することで、品
質の高い回路基板を低コストで提供することができる。
２を、銅と酸化銅の複合材にすることによりセラミック
基板１との熱膨張係数をほぼ同値にし、ヒートシンクと
基板の接合ストレスを緩和するとともに、ガラス材のボ
イドのような熱伝導性の変動要因を排除することで、品
質の高い回路基板を低コストで提供することができる。
【００４５】また、ヒートシンク２は銅と酸化銅の複合
材であるので、その配合比で決まる放熱特性でばらつき
が少ない利点がある。
材であるので、その配合比で決まる放熱特性でばらつき
が少ない利点がある。
【００４６】さらに、ヒートシンク２は、粉黛成形およ
び加圧プレス工程でグリーンシートに内在させることが
できるので、金属ペーストのようにグリーンシートから
脱落することがなく、したがって、ヒートシンク２を大
きくして、ベアチップ（４１，４２）と略同じ寸法にで
きるので、従来のような多数のヒートシンク用ビアホー
ルを設けるものに較べてベアチップ搭載スペースを小さ
くすることができる。
び加圧プレス工程でグリーンシートに内在させることが
できるので、金属ペーストのようにグリーンシートから
脱落することがなく、したがって、ヒートシンク２を大
きくして、ベアチップ（４１，４２）と略同じ寸法にで
きるので、従来のような多数のヒートシンク用ビアホー
ルを設けるものに較べてベアチップ搭載スペースを小さ
くすることができる。
【００４７】さらに、ヒートシンクの電気絶縁をガラス
セラミックの単層で形成するため確実な絶縁が確保でき
る。
セラミックの単層で形成するため確実な絶縁が確保でき
る。
【００４８】さらに、ガラスセラミック内層に熱伝導の
良い金属導体（配線）がヒートシンクの近傍外周に配す
ることができるので基板としての放熱性に優れる。
良い金属導体（配線）がヒートシンクの近傍外周に配す
ることができるので基板としての放熱性に優れる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、大きな容量のヒーシン
クを発熱素子のある位置の基板内に単体で埋設すること
で放熱機能を満足させるので、そのヒートシンク設置ス
ペースのコンパクト化を図り得る。
クを発熱素子のある位置の基板内に単体で埋設すること
で放熱機能を満足させるので、そのヒートシンク設置ス
ペースのコンパクト化を図り得る。
【００５０】しかも、ヒートシンクに不安定要素が無い
ので、熱伝導率の安定したヒートシンク内蔵の回路基板
を得ることができる。また、ヒートシンクの製造プロセ
スを回路基板の製造工程に内在できるので安価な回路基
板を提供することができる。本発明の回路基板は小型で
放熱特性が安定、絶縁安定性、価格性に優れており、使
用環境の厳しい自動車に最適な回路基板ひいては電子回
路装置を提供することができる。
ので、熱伝導率の安定したヒートシンク内蔵の回路基板
を得ることができる。また、ヒートシンクの製造プロセ
スを回路基板の製造工程に内在できるので安価な回路基
板を提供することができる。本発明の回路基板は小型で
放熱特性が安定、絶縁安定性、価格性に優れており、使
用環境の厳しい自動車に最適な回路基板ひいては電子回
路装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る回路基板を用いた電子
モジュールの平面図。
モジュールの平面図。
【図２】図１の電子モジュールの断面図。
【図３】上記実施例におけるヒートシンクの特性を示す
説明図。
説明図。
【図４】上記実施例の回路基板の製造工程を示す説明
図。
図。
【図５】上記実施例の焼成工程の温度プロファイルを示
す図。
す図。
１…回路基板、２…ヒートシンク（熱伝導体）、３…ベ
ース。
ース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｎ Ｄ 23/36 Ｃ (72)発明者 佐藤 弘二 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 江口 州志 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 近藤 保夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5E338 AA18 BB05 BB12 BB63 EE02 5E346 AA41 AA60 CC16 CC32 EE21 FF45 HH17 HH22 5F036 AA01 BB08 BB21 BD01 BD13
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも発熱素子を搭載する電子回路
の基板において、 前記基板は、セラミックとガラスの複合材を積層したも
のであり、この積層体の内部に前記発熱体の熱伝導体と
なる銅と酸化銅の複合材が埋設されて前記積層体と共に
焼成されていることを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 前記熱伝導体は、粉黛成形された銅と酸
化銅の複合材を焼成してなる請求項１記載の回路基板。 - 【請求項３】 前記熱伝導体は、その一端面が前記積層
体の表面に臨み、この熱伝導体の一端面上に厚膜導体を
形成し、その上に導電性接合材を介して半導体パワー素
子を接合してなる請求項１又は２記載の回路基板。 - 【請求項４】 前記厚膜導体は、銀を主成分とした金属
とガラスの混合体で、前記導電性接合材は、はんだ材又
は導電性接着剤である請求項３記載の回路基板。 - 【請求項５】 ガラスセラミックのグリーンシートを内
層配線を含むように積層し、この積層体を焼成して回路
基板を製造する方法において、 前記グリーンシートの積層体に熱伝導体として銅と酸化
銅よりなる複合材を粉黛成形の状態で埋設し、その後、
前記積層体中のバインダーを燃焼させる工程と、前記積
層体と前記熱伝導体を同時に焼成する工程とを有してな
ることを特徴とする回路基板の製造方法。 - 【請求項６】 自動車用の電子回路を回路基板に搭載し
てなる自動車用の電子回路装置において、 前記回路基板は、セラミックとガラスの複合材を積層し
たものであり、この積層体の内部に熱伝導体となる銅と
酸化銅の複合材が埋設されて前記積層体と共に焼成され
ており、この熱伝導体の一端面が回路基板表面に位置し
て、この熱伝導体の一端面にベアチップ状の半導体パワ
ー素子が配置されていることを特徴とする自動車用電子
回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001061505A JP3860425B2 (ja) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | 回路基板、その製造方法、自動車用電子回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001061505A JP3860425B2 (ja) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | 回路基板、その製造方法、自動車用電子回路装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002261454A true JP2002261454A (ja) | 2002-09-13 |
| JP3860425B2 JP3860425B2 (ja) | 2006-12-20 |
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ID=18920790
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001061505A Expired - Fee Related JP3860425B2 (ja) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | 回路基板、その製造方法、自動車用電子回路装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3860425B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006140360A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 配線基板 |
| JP2007036172A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-02-08 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 積層回路基板 |
| JP2007036050A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 積層回路基板の製造方法 |
| EP1505645A3 (en) * | 2003-08-08 | 2009-01-14 | Hitachi, Ltd. | Resin moulded electronic module |
| JP2010232403A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Kyushu Institute Of Technology | ヒートシンク一体化パッケージ及びその製造方法 |
| JP2011091152A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Daikin Industries Ltd | パワーモジュール |
-
2001
- 2001-03-06 JP JP2001061505A patent/JP3860425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006140360A (ja) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 配線基板 |
| JP4630041B2 (ja) * | 2004-11-12 | 2011-02-09 | 日本特殊陶業株式会社 | 配線基板の製造方法 |
| JP2007036050A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 積層回路基板の製造方法 |
| JP2007036172A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-02-08 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 積層回路基板 |
| JP2010232403A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Kyushu Institute Of Technology | ヒートシンク一体化パッケージ及びその製造方法 |
| JP2011091152A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Daikin Industries Ltd | パワーモジュール |
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