JP2010050415A - パワーモジュール用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス基板2の表裏両面に金属板6,7がろう付け接合されるとともに、その表面側の金属板6に回路パターンが形成されてなるパワーモジュール用基板3であって、両金属板6,7のうちの少なくとも表面側の金属板6の表面に、内部応力を圧縮応力とした反り制御用めっき被膜8が形成されている。
【選択図】 図1
Description
この場合、特許文献1記載のパワーモジュール用基板では、AlN、Al2O3、Si3N4、SiC等からなるセラミックス基板上にアルミニウム板がAl−Si系等のろう材を介して接合されており、一方、特許文献2記載のパワーモジュール用基板では、AlNのセラミックス基板に銅板がTi−Ag−Cuのろう材によって接合されている。また、いずれのパワーモジュール用基板も、回路パターンが形成された金属板(表面側の金属板)よりも裏面側の金属板の方を厚く形成しており、これにより、回路パターンを形成したときの応力解放に伴って生じるおそれのある反りを防止するようにしている。
この反り制御用めっき被膜としては、ニッケルめっき被膜が好適である。
このパワーモジュール用基板では、表裏両面の金属板がほぼ同一厚さであるので、ろう付け接合した後の段階では反りは生じない。したがって、フラットな状態でレジスト印刷することができる。ただ、エッチング処理後には、パターン形成によって削除された分、応力解放されるので、若干の反りが生じるものの、その後の反り制御用めっき被膜形成により、反りを矯正して最終製品をフラットな状態とすることができる。
このパワーモジュール用基板では、表裏のめっき被膜の厚さの差によって反りを制御するものである。この表裏両側のめっき被膜の厚さに差を設ける方法としては、裏面側のめっき被膜を単層とし、表面側にめっき被膜を複数層形成する構成としてもよい。また、裏面側の金属板にもめっき被膜が形成されるため、この裏面側の金属板にヒートシンク等をはんだ付けする場合などに好適である。
このパワーモジュール用基板では、表裏のめっき被膜の面積の差によって反りを制御するものである。
このパワーモジュール用基板は、裏面側にヒートシンク等を当接させて組み立てる場合に、その裏面側の凸面を接触させながら反りを戻すように押圧することになるので、ヒートシンク等との間に隙間を形成することなく密接状態に組み立てることができる。
図1は、本発明の第1実施形態のパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの全体構成について示している。この図1に示されるパワーモジュール1は、セラミックス基板2を有するパワーモジュール用基板3と、該パワーモジュール用基板3の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品4と、パワーモジュール用基板3の裏面に接合されるヒートシンク5とから構成されている。
また、セラミックス基板2は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化珪素)等の窒化物系セラミックス、若しくはAl2O3(アルミナ)等の酸化物系セラミックスを母材として形成されている。回路層用金属板6は、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金により形成され、放熱層用金属板7は、純度99.0wt%以上の純アルミニウムにより形成されている。また、この第1実施形態では、これら両金属板6,7は同一厚さに形成されている。
両金属板6,7のうち、回路層用金属板6には、エッチング処理がされて所望の回路パターンが形成されている。また、この回路層用金属板6は、その表面にめっき被膜8が形成されている。このめっき被膜の材料としてはニッケルが好適であり、無電解めっきによる場合はNi−1〜13wt%PやNi−0.5wt%B等、電解めっきによる場合は純Ni等が用いられる。
一方、ヒートシンク5は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路10が形成されており、セラミックス基板2との間はろう付け、はんだ付け、ボルト等によって接合される。
まず、セラミックス基板2を製作し、そのセラミックス基板2の両面にろう材箔(図示略)を介在させて同一面積及び同一厚さの回路層用金属板6及び放熱層用金属板7を積層する。そして、これら積層体を不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気又は真空雰囲気において積層方向に加圧した状態で加熱し、ろう材箔を溶融させることによって、図2(a)に示すように回路層用金属板6及び放熱層用金属板7をそれぞれセラミックス基板2に接合する。
このろう付けにより両金属板6,7を接合した状態では、これら両金属板6,7が同一厚さ(T1=T2)であるので、反りは生じない。
レジスト膜Rを印刷したら、回路層用金属板6をエッチング処理して回路パターンを形成する。この回路パターンの形成後は、回路層用金属板6の面積がエッチング処理によって削減され、その削減された部分の応力が解放されることから、その分、図2(b)に示すように、回路層用金属板6側、つまり表面側を凸とするように反りが生じる。
すなわち、この第1実施形態の場合、回路層用金属板6の表面に形成しためっき被膜8が反り制御用めっき被膜とされる。めっき被膜8の厚さとしては、例えばNi−Pの無電解めっき被膜の場合、4〜6μmとされる。めっき被膜中の圧縮応力については、例えばX線回析を利用した応力測定法を用いて測定することができる。
この第3実施形態の場合、回路層用金属板6の表面に形成した面積の大きいめっき被膜32が反り制御用めっき被膜とされる。
なお、このパワーモジュール用基板41の製造過程において、図2(a)に示す例のように両金属板6,7をろう付け接合した状態ではフラットであること、そのために図2(b)に示す例のように回路層用金属板6にパターンを形成した状態では回路層用金属板6側に凸となるように若干の反りが生じていることは、上記各実施形態の場合と同様である。
例えば、両金属板の厚さは、ろう付け接合後のレジスト膜の印刷がフラットな状態でできれば、必ずしも厳密に同一寸法でなくてもよく、ほぼ同一のものであればよい。
また、めっき被膜は、後工程で電子部品のはんだ付け等が予定される場合や耐腐食性が要求される場合は、ニッケルめっきが好適であるが、はんだ付けがなされない場合等には他の材料を用いてもよい。
2 セラミックス基板
3 パワーモジュール用基板
4 電子部品
5 ヒートシンク
6 回路層用金属板
7 放熱層用金属板
8 めっき被膜(反り制御用めっき被膜)
9 はんだ接合層
10 流路
21 パワーモジュール用基板
22 めっき被膜(反り制御用めっき被膜)
23 めっき被膜
22A 無電解めっき被膜
22B 電解めっき被膜
31 パワーモジュール用基板
32 めっき被膜(反り制御用めっき被膜)
33 めっき被膜
41 パワーモジュール用基板
42 めっき被膜(反り制御用めっき被膜)
43 ねじ
R レジスト膜
Claims (6)
- セラミックス基板の表裏両面に金属板がろう付け接合されるとともに、その表面側の金属板に回路パターンが形成されてなるパワーモジュール用基板であって、
両金属板のうちの少なくとも前記表面側の金属板の表面に、内部応力を圧縮応力とした反り制御用めっき被膜が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。 - 両金属板ともほぼ同一厚さに設定され、これら金属板のうち前記表面側の金属板の表面にのみめっき被膜が形成され、該めっき被膜が前記反り制御用めっき被膜とされていることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール用基板。
- 両金属板ともほぼ同一厚さに設定され、これら金属板の表面にそれぞれめっき被膜が形成され、これらめっき被膜は、前記表面側の金属板のめっき被膜の方が裏面側の金属板のめっき被膜よりも厚く形成され、該表面側の金属板のめっき被膜が前記反り制御用めっき被膜とされていることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール用基板。
- 両金属板ともほぼ同一厚さに設定され、これら金属板の表面にそれぞれめっき被膜が形成され、これらめっき被膜は、前記表面側の金属板のめっき被膜の方が裏面側の金属板のめっき被膜よりも大きい面積に形成され、該表面側の金属板のめっき被膜が前記反り制御用めっき被膜とされていることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール用基板。
- 前記裏面側を凸とするように反りが生じていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
- セラミックス基板の表裏両面に金属板がろう付け接合されるとともに、その表面側の金属板に回路パターンが形成されてなるパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板の表裏両面に、ほぼ同一厚さの前記金属板をろう付け接合し、前記表面側の金属板に回路パターンを形成した後、両金属板のうちの少なくとも前記表面側の金属板の表面に、内部応力を圧縮応力とした反り制御用めっき被膜を形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
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