JP2005072062A - 電子部品搭載基板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半田を使用しないで金属−セラミックス接合基板に半導体チップなどの電子部品を取り付けることができる、電子部品搭載基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板10の一方の面に放熱用金属ベース板12が接合するとともに他方の面に回路用金属板14の一方の面が接合し、この回路用金属板の他方の面に電子部品16が取り付けられた電子部品搭載基板の製造方法において、鋳型内にセラミックス基板と電子部品を離間して配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と電子部品に接触するように金属溶湯を注湯した後に金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に放熱用金属ベース板を形成して直接接合するとともにセラミックス基板の他方の面に回路用金属板を形成して回路用金属板の一方の面を直接接合し、この回路用金属板を形成する際に回路用金属板の他方の面に電子部品を直接接合する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品搭載基板およびその製造方法に関し、特に、金属−セラミックス接合基板上に半導体チップなどの電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するために、パワーモジュールが使用されている。従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれている金属板または複合材の一方の面に金属−セラミックス絶縁基板が半田付けにより固定され、この金属−セラミックス絶縁基板上に半導体チップが半田付けにより固定されている。また、ベース板の他方の面(裏面)には、ねじ止めなどにより熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンや冷却ジャケットが取り付けられている。
【0003】
この金属−セラミックス絶縁基板へのベース板や半導体チップの半田付けは加熱により行われるため、半田付けの際に接合部材間の熱膨張係数の差によりベース板の反りが生じ易い。また、半導体チップから発生した熱は、金属−セラミックス絶縁基板と半田とベース板を介して放熱フィンや冷却ジャケットにより空気や冷却水に逃がされるため、半田付けの際にベース板の反りが生じると、放熱フィンや冷却ジャケットをベース板に取り付けたときのクリアランスが大きくなり、放熱性が極端に低下するという問題がある。さらに、半田自体の熱伝導率が低いため、大電流を流すパワーモジュールでは、より高い放熱性が求められていた。
【0004】
このような問題を解決するため、ベース板と金属−セラミックス絶縁基板との間を半田付けすることなく、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板をセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス回路基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−76551号公報(段落番号0015)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に開示された金属−セラミックス回路基板では、ベース板と金属−セラミックス絶縁基板の半田付けが不要になってこれらの間の熱伝導性が改善されたものの、依然として半導体チップを金属−セラミックス回路基板上に半田付けする必要がある。
【0007】
近年、半田の鉛フリー化が望まれており、特許文献1に開示された金属−セラミックス回路基板に半導体チップなどの電子部品を半田付けにより取り付ける場合にも、鉛フリーの半田を使用するのが望ましい。しかし、高温半田を使用して半田付けを行わなければならない場合には、従来の高温半田と同等以上の特性を有する鉛フリーの代替材料が開発されていないため、鉛フリー化が困難である。
【0008】
また、半導体チップなどの電子部品を半田付けにより固定する場合には、半田の熱伝導率が十分でないため放熱性が十分でなく、また、ボイドが生じ易く、放熱性および信頼性が低下する場合もある。さらに、半導体チップなどの電子部品を半田付けにより金属板に取り付ける前に金属板にめっきを施して半田濡れ性を向上させる必要がある場合もあり、製造コストが高くなる。
【0009】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、半田を使用しないで金属−セラミックス接合基板に半導体チップなどの電子部品を取り付けることができる、電子部品搭載基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板の一方の面を直接接合する際に回路用金属板の他方の面に半導体チップなどの電子部品を直接接合することにより、半田を使用しないで金属−セラミックス接合基板に半導体チップなどの電子部品を固定することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち、本発明による電子部品搭載基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に金属部材が接合するとともに他方の面に金属板の一方の面が接合し、この金属板の他方の面に電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板の製造方法において、鋳型内にセラミックス基板と電子部品を離間して配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と電子部品に接触するように金属溶湯を注湯した後に金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属部材を形成して金属部材を直接接合するとともにセラミックス基板の他方の面に金属板を形成して金属板の一方の面を直接接合し、この金属板を形成する際に金属板の他方の面に電子部材を直接接合することを特徴とする。
【0012】
この電子部品搭載基板の製造方法において、電子部品が金属溶湯と反応して合金または化合物を生成しない物質からなるのが好ましい。また、電子部品が半導体チップ、抵抗体チップまたはコンデンサチップであるのが好ましく、特に、SiCチップであるのが好ましい。さらに、金属溶湯がアルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯であるのが好ましい。
【0013】
また、本発明によるパワーモジュールの製造方法は、上記の電子部品搭載基板の製造方法によって製造された電子部品搭載基板の電子部品が半導体チップであり、電子部品搭載基板に電極を備えたケースを取り付け、このケースの電極と半導体チップとを接続し、ケース内に絶縁物質を充填することを特徴とする。
【0014】
また、本発明による電子部品搭載基板は、セラミックス基板の一方の面に金属部材が接合するとともに他方の面に金属板の一方の面が接合し、この金属板の他方の面に電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板において、電子部品が金属板の他方の面に直接接合していることを特徴とする。
【0015】
この電子部品搭載基板において、電子部品が、金属溶湯が固化することにより金属板が形成される際に金属板の他方の面に接合するのが好ましく、半田を使用することなく金属板の他方の面に接合しているのが好ましい。また、電子部品が金属溶湯と反応して合金または化合物を生成しない物質からなるのが好ましい。また、電子部品が半導体チップ、抵抗体チップまたはコンデンサチップであるのが好ましく、特に、SiCチップであるのが好ましい。さらに、金属部材および金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【0016】
さらに、本発明によるパワーモジュールは、上記のいずれかの電子部品搭載基板の電子部品が半導体チップであり、電子部品搭載基板に電極を備えたケースが取り付けられ、このケースの電極と半導体チップが接続され、ケース内に絶縁物質が充填されていることを特徴とする。
【0017】
なお、上記の電子部品搭載基板の製造方法において、セラミックス基板、金属部材、金属板および電子部材が一体に接合した基板を鋳型から取り出した後、金属板の表面にエッチングレジストを形成し、エッチングにより金属板に回路を形成するのが好ましい。この場合、金属板を機械加工した後にエッチングを行うのが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明による電子部品搭載基板およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【0019】
図1に示すように、本発明による電子部品搭載基板の実施の形態は、セラミックス基板10と、このセラミックス基板10の一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる放熱用金属ベース板12と、セラミックス基板10の他方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路用金属板14と、この回路用金属板14に直接接合した電子部品16とから構成されている。
【0020】
セラミックス基板10と放熱用金属ベース板12との間、セラミックス基板10と回路用金属板14との間、回路用金属板14と電子部品16との間の直接接合は、例えば、図2に示すような鋳型100に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。
【0021】
図2に示すように、鋳型100は、下側鋳型部材102と上側鋳型部材104とからなる。下側鋳型部材102は、平面形状が略矩形の底面部102aと、この底面部102aの周縁部から垂直方向上方に向かって延びる側壁部102bとからなる。この下側鋳型部材102の底面部102aの上面には、階段状の側壁を有する凹部102cが形成されている。この凹部102cは、電子部品16と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図2では2つのみを示す)の電子部品収容部102dと、この電子部品収容部102dの上部に隣接して形成され、回路用金属板14と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図2では1つのみを示す)の回路用金属板形成部102eと、この回路用金属板形成部102eの上部に隣接して形成され、セラミックス基板10と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図2では1つのみを示す)のセラミックス基板収容部102fとからなる。下側鋳型部材102の上部に平面形状が略矩形の上側鋳型部材104を被せることによって内部に画定される空間のうち、下側鋳型部材102の凹部102cを除いた部分は、放熱用金属ベース板12の形状に対応する形状を有する放熱用金属ベース板形成部102gである。なお、上側鋳型部材104には、金属溶湯を鋳型100内に注湯するための(図示しない)注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材102には、放熱用金属ベース板形成部102gと回路用金属板形成部102eとの間に延びる(図示しない)溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部102f内にセラミックス基板10を収容したときにも放熱用金属ベース板形成部102gと回路用金属板形成部102eとの間が連通するようになっている。
【0022】
この鋳型100の下側鋳型部材102の電子部品収容部102d内に電子部品16を収容し、セラミックス基板収容部102f内にセラミックス基板10を収容した後、放熱用金属ベース板形成部102g内に金属溶湯を注湯し、(図示しない)溶湯流路を介して回路用金属板形成部102eまで金属溶湯を充填し、その後、冷却して金属溶湯を固化させることにより、セラミックス基板10、放熱用金属ベース板12、回路用金属板14および電子部品16を一体に接合した電子部品搭載基板を製造することができる。
【0023】
このように、半田を使用しないで電子部品16をアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路用金属板14に直接接合することにより、熱伝導率を向上させて放熱性を向上させることができる。また、半田を使用した場合に生じ易いボイドが生じ難くなり、アルミニウムまたはアルミニウム合金は半田より熱伝導率が高いため、放熱性および信頼性を向上させることができる。また、鉛フリー化が難しい高温半田を使用する必要がないので、鉛フリー化を図ることができる。さらに、半田濡れ性を向上させるために回路用金属板14にめっきを施す必要もない。なお、電子部品16は、金属溶湯を反応して合金または化合物を生成しない物質からなるものであれば、半導体チップ、抵抗体チップおよびコンデンサチップなどのいずれの電子部品でもよい。
【0024】
次に、添付図面を参照して、本発明による電子部品搭載基板の実施の形態を使用したパワーモジュールおよびその製造方法について説明する。
【0025】
図3に示すように、このパワーモジュールは、セラミックス基板10と、このセラミックス基板10の一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる冷却フィン付き放熱用金属ベース板121と、セラミックス基板10の他方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路用金属板14と、この回路用金属板14に直接接合したSiCチップなどの半導体チップ161と、セラミックス基板10と回路用金属板14と半導体チップ161とを取り囲むように放熱用金属ベース板12に取り付けられたケース18と、半導体チップ161とケース18の電極19とを接続するアルミニウムワイヤ20と、ケース18内に充填された絶縁樹脂22とから構成されている。
【0026】
セラミックス基板10と放熱用金属ベース板12との間、セラミックス基板10と回路用金属板14との間、回路用金属板14と半導体チップ161との間の直接接合は、例えば、図4に示すような鋳型200に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。
【0027】
図4に示すように、鋳型200は、下側鋳型部材202と上側鋳型部材204とからなる。下側鋳型部材202は、平面形状が略矩形の底面部202aと、この底面部202aの周縁部から垂直方向上方に向かって延びる側壁部202bとからなる。この下側鋳型部材202の底面部202aの上面には、階段状の側壁を有する凹部202cが形成されている。この凹部202cは、半導体チップ161と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図4では2つのみを示す)の半導体チップ収容部202dと、この半導体チップ収容部202dの上部に隣接して形成され、回路用金属板14と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図4では1つのみを示す)の回路用金属板形成部202eと、この回路用金属板形成部202eの上部に隣接して形成され、セラミックス基板10と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図4では1つのみを示す)のセラミックス基板収容部202fとからなる。上側鋳型部材204は、平面形状が略矩形の上側鋳型本体204aと、この上側鋳型本体204aの底面から垂直方向下方に延び且つ所定の間隔で離間して互いに平行に延びる複数のフィン形成部204bとからなる。この上側鋳型部材204を下側鋳型部材202の上部に被せることによって内部に画定される空間のうち、下側鋳型部材202の凹部202cを除いた部分は、冷却フィン付き放熱用金属ベース板121の形状に対応する形状を有する放熱用金属ベース板形成部202gである。なお、上側鋳型部材204には、金属溶湯を鋳型200内に注湯するための(図示しない)注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材202には、放熱用金属ベース板形成部202gと回路用金属板形成部202eとの間に延びる(図示しない)溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部202f内にセラミックス基板10を収容したときにも放熱用金属ベース板形成部202gと回路用金属板形成部202eとの間が連通するようになっている。
【0028】
この鋳型200の下側鋳型部材202の半導体チップ収容部202d内に半導体チップ161を収容し、セラミックス基板収容部202f内にセラミックス基板10を収容した後、放熱用金属ベース板形成部202g内に金属溶湯を注湯し、(図示しない)溶湯流路を介して回路用金属板形成部202eまで金属溶湯を充填し、その後、冷却して金属溶湯を固化させることにより、セラミックス基板10、放熱用金属ベース板121、回路用金属板14および半導体チップ161を一体に接合することができる。
【0029】
【実施例】
以下、本発明による電子部品搭載基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【0030】
[実施例1]
まず、鋳型として、図5(a)および図5(b)に示すように、平面形状が略矩形の下側鋳型部材300の底面部300aの上面に10mmの間隔で離間した2つの階段状の側壁を有する凹部300bを有し、これらの凹部300bのそれぞれが、10mm×10mm×1.5mmの半導体チップと略等しい形状および大きさで且つその半導体チップを収容し得る形状および大きさの2つの半導体チップ収容部300cと、これらの半導体チップ収容部300cの上部に隣接して形成され、半導体チップの上部に39mm×39mm×0.4mmの回路用金属板を形成し得る形状および大きさの回路用金属板形成部300dと、この回路用金属板形成部300dの上部に隣接して形成され、回路用金属板形成部300dの上部に40mm×40mm×0.635mmのセラミックス基板と略等しい形状および大きさで且つそのセラミックス基板を収容し得る形状および大きさのセラミックス基板収容部300eとからなり、下側鋳型部材300の上部に平面形状が略矩形の(図示しない)上側鋳型部材を被せたときにセラミックス基板の上部に隣接して110mm×60mm×5mmの放熱用金属ベース板を形成し得る形状および大きさの放熱用金属ベース板形成部300fが形成されるカーボン製鋳型を用意した。なお、この鋳型の上側鋳型部材には、金属溶湯を鋳型内に注湯するための(図示しない)注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材300には、放熱用金属ベース板形成部300fと回路用金属板形成部300dとの間に延びる(図示しない)溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部300e内にセラミックス基板を収容したときにも放熱用金属ベース板形成部300fと回路用金属板形成部300dとの間が連通するようになっている。
【0031】
この鋳型の下側鋳型部材300の半導体チップ収容部300c内に10mm×10mm×1.5mmの4枚のSiCチップを収容し、セラミックス基板収容部300e内に40mm×40mm×0.635mmの2枚の窒化アルミニウム基板を収容し、下側鋳型部材300に上側鋳型部材を被せて炉内に入れ、炉内を酸素濃度100ppm以下の窒素雰囲気にした。この状態で750℃まで加熱し、純度4Nの溶融状態のアルミニウムを、(図示しない)カーボン製シリンダで圧力をかけることにより酸化被膜を取り除きながら、鋳型内に流し込んだ。その後、鋳型を冷却してアルミニウムを凝固させ、さらに室温まで冷却した。このようにして、図5(c)に示すように、110mm×60mm×5mmのアルミニウムベース板302に2枚のセラミックス基板304のそれぞれの一方の面が直接接合し、それぞれのセラミックス基板304の他方の面に39mm×39mm×0.4mmの回路用アルミニウム板306の一方の面が直接接合し、それぞれの回路用アルミニウム板306の他方の面に2枚のSiCチップ308が直接接合した接合体を製造し、この接合体を鋳型から取り出した。
【0032】
その後、それぞれの回路用アルミニウム板306の表面に所定の形状のエッチングレジストを印刷し、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理を行って回路パターンを形成した後、レジストを剥離した。
【0033】
このようにして得られた接合体について、SiCチップ308とアルミニウム回路板306との間の接合界面と、アルミニウム回路板306とセラミックス基板304との間の接合界面と、セラミックス基板304とアルミニウムベース板302との間の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板304にもクラックが認められなかった。
【0034】
また、この接合体に対して、−40℃で30分間保持、25℃で10分間保持、125℃で30分間保持、25℃で10分間保持を1サイクルとするヒートサイクルを3000回行った後、上述した各々の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板304にもクラックが認められなかった。
【0035】
[実施例2]
図6(c)に示すように、1枚のセラミックス基板404の一方の面に1枚の回路用金属板406が接合するとともに他方の面に39mm×39mm×1.0mmの放熱用金属板402が接合した以外は、実施例1と同様の接合体を製造するための下側鋳型部材400aと上側鋳型部材400bとからなる鋳型400(図6(a)および図6(b)を参照)を使用して、実施例1と同様の方法で接合体を製造した後、実施例1と同様のエッチング処理を行った。
【0036】
このようにして得られた接合体について、SiCチップ408とアルミニウム回路板406との間の接合界面と、アルミニウム回路板406とセラミックス基板404との間の接合界面と、セラミックス基板404とアルミニウム放熱板402との間の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板404にもクラックが認められなかった。
【0037】
また、この接合体に対して、実施例1と同様のヒートサイクルを3000回行った後、上述した各々の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板404にもクラックが認められなかった。
【0038】
[実施例3]
図7(b)に示すように、幅3mm、高さ10mmの複数のフィンが10mm間隔で放熱用金属ベース板の裏面に形成された以外は実施例1と同様の接合体を製造するための鋳型500(図7(a)を参照)を使用して、実施例1と同様の方法で接合体を製造した後、実施例1と同様のエッチング処理を行った。
【0039】
このようにして得られた接合体について、SiCチップ508とアルミニウム回路板506との間の接合界面と、アルミニウム回路板506とセラミックス基板504との間の接合界面と、セラミックス基板504とアルミニウムベース板502との間の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板504にもクラックが認められなかった。
【0040】
また、この接合体に対して、実施例1と同様のヒートサイクルを3000回行った後、上述した各々の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板504にもクラックが認められなかった。
【0041】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、半田を使用しないで金属−セラミックス接合基板に半導体チップなどの電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子部品搭載基板の実施の形態を概略的に示す図。
【図2】本発明による電子部品搭載基板の製造方法の実施の形態に使用する鋳型の断面図。
【図3】本発明による電子部品搭載基板の実施の形態を使用したパワーモジュールを概略的に示す図。
【図4】本発明による電子部品搭載基板の実施の形態を使用したパワーモジュールを製造するために使用する鋳型の断面図。
【図5】実施例1において電子部品搭載基板に使用する接合体およびその製造用の鋳型の下側鋳型部材を示す図であり、図5(a)は下側鋳型部材の平面図、図5(b)は図5(a)のB−B線断面図、図5(c)は図5(a)の鋳型によって製造される接合体の断面図。
【図6】実施例2において電子部品搭載基板に使用する接合体およびその製造用の鋳型を示す図であり、図6(a)は下側鋳型部材の平面図、図6(b)は図6(a)のB−B線に沿って切断して示す下側鋳型部材に上側鋳型部材を被せた状態の鋳型の断面図、図6(c)は図6(b)の鋳型によって製造される接合体の断面図。
【図7】実施例3において電子部品搭載基板に使用する接合体およびその製造用の鋳型を示す図であり、図7(a)は鋳型の断面図、図7(b)は図7(a)の鋳型によって製造される接合体の断面図。
【符号の説明】
10 セラミックス基板
12 放熱用金属ベース板
14 回路用金属板
16 電子部品
161 半導体チップ
18 ケース
20 アルミニウムワイヤ
22 絶縁樹脂
100、200、400、500 鋳型
102、202、300、400a 下側鋳型部材
102a、202a、300a 底面部
102b、202b 側壁部
102c、202c、300b 凹部
102d 電子部品収容部
202d、300c 半導体チップ収容部
102e、202e、300d 回路用金属板形成部
102f、202f、300e セラミックス基板収容部
102g、202g、300f 放熱用金属ベース板形成部
104、204、400b 上側鋳型部材
204a 上側鋳型本体
204b フィン形成部
302、502 アルミニウムベース板
304、404、504 セラミックス基板
306、406、506 回路用アルミニウム板(アルミニウム回路板)
308、408、508 SiCチップ
402 アルミニウム放熱板

Claims (16)

  1. セラミックス基板の一方の面に金属部材が接合するとともに他方の面に金属板の一方の面が接合し、この金属板の他方の面に電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板の製造方法において、鋳型内にセラミックス基板と電子部品を離間して配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と電子部品に接触するように金属溶湯を注湯した後に金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属部材を形成して金属部材を直接接合するとともにセラミックス基板の他方の面に金属板を形成して金属板の一方の面を直接接合し、この金属板を形成する際に金属板の他方の面に電子部材を直接接合することを特徴とする、電子部品搭載基板の製造方法。
  2. 前記電子部品が前記金属溶湯と反応して合金または化合物を生成しない物質からなることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品搭載基板の製造方法。
  3. 前記電子部品が半導体チップ、抵抗体チップまたはコンデンサチップであることを特徴とする、請求項1または2に記載の電子部品搭載基板の製造方法。
  4. 前記電子部品がSiCチップであることを特徴とする、請求項1または2に記載の電子部品搭載基板の製造方法。
  5. 前記金属溶湯がアルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の電子部品搭載基板の製造方法。
  6. 請求項1または2に記載の電子部品搭載基板の製造方法によって製造された電子部品搭載基板の電子部品が半導体チップであり、前記電子部品搭載基板に電極を備えたケースを取り付け、このケースの電極と前記半導体チップとを接続し、ケース内に絶縁物質を充填することを特徴とする、パワーモジュールの製造方法。
  7. セラミックス基板の一方の面に金属部材が接合するとともに他方の面に金属板の一方の面が接合し、この金属板の他方の面に電子部品が取り付けられた電子部品搭載基板において、電子部品が金属板の他方の面に直接接合していることを特徴とする、電子部品搭載基板。
  8. 前記電子部品が、金属溶湯が固化することにより前記金属板が形成される際に前記金属板の他方の面に接合することを特徴とする、請求項7に記載の電子部品搭載基板。
  9. 前記電子部品が、半田を使用することなく前記金属板の他方の面に接合していることを特徴とする、請求項7に記載の電子部品搭載基板。
  10. 前記電子部品が前記金属溶湯と反応して合金または化合物を生成しない物質からなることを特徴とする、請求項7乃至9のいずれかに記載の電子部品搭載基板。
  11. 前記電子部品が半導体チップ、抵抗体チップまたはコンデンサチップであることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれかに記載の電子部品搭載基板。
  12. 前記電子部品がSiCチップであることを特徴とする、請求項7乃至10のいずれかに記載の電子部品搭載基板。
  13. 前記金属部材および前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項7乃至12のいずれかに記載の電子部品搭載基板。
  14. 請求項7乃至10のいずれかに記載の電子部品搭載基板の電子部品が半導体チップであり、前記電子部品搭載基板に電極を備えたケースが取り付けられ、このケースの電極と前記半導体チップが接続され、ケース内に絶縁物質が充填されていることを特徴とする、パワーモジュール。
  15. 前記セラミックス基板、前記金属部材、前記金属板および前記電子部材が一体に接合した基板を鋳型から取り出した後、前記金属板の表面にエッチングレジストを形成し、エッチングにより前記金属板に回路を形成することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の電子部品搭載基板の製造方法。
  16. 前記エッチングが、前記金属板を機械加工した後に行われることを特徴とする、請求項15に記載の電子部品搭載基板の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156994A (ja) * 2004-11-05 2006-06-15 Dowa Mining Co Ltd 電子部品搭載基板、その製造装置および製造方法
JP2013225686A (ja) * 2013-06-13 2013-10-31 Dowa Metaltech Kk 金属−セラミックス接合基板の製造方法
JP2017228551A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合基板およびその製造方法
CN112563224A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 合肥圣达电子科技实业有限公司 一种用于大功率半导体芯片散热的微通道装置

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4441671B2 (ja) * 2003-09-22 2010-03-31 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合回路基板の製造方法
JP4543279B2 (ja) * 2004-03-31 2010-09-15 Dowaメタルテック株式会社 アルミニウム接合部材の製造方法
JP2006121046A (ja) * 2004-09-24 2006-05-11 Meiko:Kk 回路基板
DE102005001148B3 (de) * 2005-01-10 2006-05-18 Siemens Ag Elektronikeinheit mit EMV-Schirmung
JP4585416B2 (ja) * 2005-09-22 2010-11-24 富士通株式会社 基板の反り低減構造および基板の反り低減方法
JP4711792B2 (ja) * 2005-09-26 2011-06-29 三洋電機株式会社 回路装置
EP2006895B1 (en) * 2006-03-08 2019-09-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic component module
JP2007294891A (ja) * 2006-03-30 2007-11-08 Dowa Metaltech Kk 放熱器
JP2007305962A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Honda Motor Co Ltd パワー半導体モジュール
JP4797077B2 (ja) * 2009-02-18 2011-10-19 株式会社日立製作所 半導体パワーモジュール、電力変換装置、および、半導体パワーモジュールの製造方法
US8520389B2 (en) * 2009-12-02 2013-08-27 Hamilton Sundstrand Corporation Power semiconductor module for wide temperature applications
KR101419627B1 (ko) * 2010-02-05 2014-07-15 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈
JP5565147B2 (ja) * 2010-06-30 2014-08-06 株式会社デンソー 半導体モジュールの製造方法
JP2013123014A (ja) * 2011-12-12 2013-06-20 Toyota Industries Corp 半導体装置
JP6012990B2 (ja) * 2012-03-19 2016-10-25 日本軽金属株式会社 放熱器一体型基板の製造方法
JP6139329B2 (ja) 2013-08-16 2017-05-31 日本碍子株式会社 セラミック回路基板及び電子デバイス
WO2018207396A1 (ja) * 2017-05-11 2018-11-15 住友電気工業株式会社 半導体装置
US20220399244A1 (en) * 2021-06-10 2022-12-15 Amulaire Thermal Technology, Inc. Thermally conductive and electrically insulating substrate

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459607A (en) * 1981-06-18 1984-07-10 Burroughs Corporation Tape automated wire bonded integrated circuit chip assembly
US4700273A (en) * 1986-06-03 1987-10-13 Kaufman Lance R Circuit assembly with semiconductor expansion matched thermal path
EP1020914B1 (en) * 1989-10-09 2004-04-28 Mitsubishi Materials Corporation Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit
US5381304A (en) * 1993-06-11 1995-01-10 Honeywell Inc. Reworkable encapsulated electronic assembly and method of making same
JP2918191B2 (ja) * 1994-04-11 1999-07-12 同和鉱業株式会社 金属−セラミックス複合部材の製造方法
AT404083B (de) * 1995-04-18 1998-08-25 Electrovac Verfahren zum herstellen von gehäusen
JP3901427B2 (ja) * 1999-05-27 2007-04-04 松下電器産業株式会社 電子装置とその製造方法およびその製造装置
JP4649027B2 (ja) * 1999-09-28 2011-03-09 株式会社東芝 セラミックス回路基板
JP4044265B2 (ja) * 2000-05-16 2008-02-06 三菱電機株式会社 パワーモジュール
JP4756200B2 (ja) 2000-09-04 2011-08-24 Dowaメタルテック株式会社 金属セラミックス回路基板
CN1184684C (zh) * 2000-10-05 2005-01-12 三洋电机株式会社 半导体装置和半导体模块

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006156994A (ja) * 2004-11-05 2006-06-15 Dowa Mining Co Ltd 電子部品搭載基板、その製造装置および製造方法
JP2013225686A (ja) * 2013-06-13 2013-10-31 Dowa Metaltech Kk 金属−セラミックス接合基板の製造方法
JP2017228551A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 Dowaメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合基板およびその製造方法
CN112563224A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 合肥圣达电子科技实业有限公司 一种用于大功率半导体芯片散热的微通道装置

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