JP2011014671A - Metal-ceramic circuit board with terminal, and method of manufacturing the same - Google Patents
Metal-ceramic circuit board with terminal, and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011014671A JP2011014671A JP2009156684A JP2009156684A JP2011014671A JP 2011014671 A JP2011014671 A JP 2011014671A JP 2009156684 A JP2009156684 A JP 2009156684A JP 2009156684 A JP2009156684 A JP 2009156684A JP 2011014671 A JP2011014671 A JP 2011014671A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- circuit board
- terminal
- ceramic
- mold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 177
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 232
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 232
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 66
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 12
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Multi-Conductor Connections (AREA)
- Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
Description
本発明は、端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、セラミックス基板に接合した金属回路基板に端子が取り付けられた端子付き金属−セラミックス回路基板に関する。 The present invention relates to a metal-ceramic circuit board with a terminal and a method for manufacturing the same, and more particularly to a metal-ceramic circuit board with a terminal in which a terminal is attached to a metal circuit board bonded to a ceramic substrate.
近年、電気自動車や工作機械などの大電流を制御する高信頼性パワーモジュール用の絶縁基板として、金属回路板が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使用されている。このような金属−セラミックス回路基板は、例えば、所謂溶湯接合法では、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板に接触するように金属溶湯を鋳型内に注湯し、冷却して溶湯を固化させることにより、セラミックス基板に金属回路板を直接接合することによって製造されている(例えば、特許文献1〜2参照)。このような金属−セラミックス回路基板を使用してパワーモジュールを製造する際には、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、電極として銅などからなる端子が半田付けされている。 In recent years, a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board is directly bonded to a ceramic board has been used as an insulating board for a high-reliability power module that controls a large current of an electric vehicle or a machine tool. In such a metal-ceramic circuit board, for example, in the so-called molten metal bonding method, after a ceramic substrate is placed in a mold, the molten metal is poured into the mold so as to come into contact with the ceramic substrate, and then cooled to melt the molten metal. Is produced by directly joining a metal circuit board to a ceramic substrate (see, for example, Patent Documents 1 and 2). When a power module is manufactured using such a metal-ceramic circuit board, a terminal made of copper or the like is soldered on the metal circuit board of the metal-ceramic circuit board.
しかし、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けすると、端子が半田付けされた金属回路板の下の部分に大きな応力が生じて、セラミックス基板にクラックが生じるおそれがあり、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。特に、金属−セラミックス回路基板の金属回路板がNiめっきを施したアルミニウム回路板の場合、このアルミニウム回路板に銅端子を半田付けすると、半田がNiめっきに浸食してNiめっきが剥がれて、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。また、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けするためには、半田材料や半田付けのコストが必要になり、製造コストが高くなる。 However, when a terminal is soldered onto a metal circuit board of a metal-ceramic circuit board, a large stress is generated in a lower portion of the metal circuit board to which the terminal is soldered, and there is a possibility that a crack may occur in the ceramic board. -There exists a problem that the reliability of a ceramic circuit board falls. In particular, when the metal circuit board of the metal-ceramic circuit board is an aluminum circuit board on which Ni plating is applied, when the copper terminal is soldered to the aluminum circuit board, the solder is eroded by the Ni plating and the Ni plating is peeled off. -There exists a problem that the reliability of a ceramic circuit board falls. Further, in order to solder the terminals on the metal circuit board of the metal-ceramic circuit board, a solder material and a soldering cost are required, and a manufacturing cost is increased.
また、近年、環境上の問題から半田のPbフリー化が望まれており、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けする場合にも、Pb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し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Pbフリーの半田の代替材料が開発されていないため、Pbフリー化が困難である。 In recent years, it has been desired to make solder Pb-free due to environmental problems, and it is also desirable to use Pb-free solder when soldering terminals onto a metal circuit board of a metal-ceramic circuit board. . However, when soldering must be performed using high-temperature solder, an alternative material for Pb-free solder having characteristics equal to or higher than that of conventional high-temperature solder has not been developed, and thus it is difficult to make Pb-free. .
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−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention provides an inexpensive and highly reliable metal-ceramic circuit board with a terminal in which terminals are attached to a metal-ceramic circuit board without using solder, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.
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、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に、その鋳型内において端子を形成して金属回路板に直接接合することにより、あるいは、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、端子を金属回路板に直接接合することにより、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造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。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have formed a metal circuit board in a mold and directly bonded it to a ceramic substrate, and then formed terminals in the mold to form a metal circuit board. By directly joining, or when forming a metal circuit board in a mold and joining it directly to a ceramic substrate, the terminals are directly joined to the metal circuit board, so that the metal-ceramic circuit board can be used without using solder. It has been found that an inexpensive and highly reliable metal-ceramic circuit board with a terminal to which a terminal is attached can be manufactured, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面に接触するように第1の金属の溶湯を注湯した後にその第1の金属の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回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第2の金属の溶湯を注湯した後にその第2の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第2の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。 That is, in the method for manufacturing a metal-ceramic circuit board with terminals according to the present invention, a ceramic substrate is placed in a mold, and a molten metal of the first metal is poured so as to contact one surface of the ceramic substrate in the mold. After that, the molten metal of the first metal is cooled and solidified to form a metal circuit board on one surface of the ceramic substrate and to directly join one surface of the metal circuit board. After pouring the second metal melt so as to contact the other surface of the metal circuit board, the second metal melt is cooled and solidified, whereby the second surface of the metal circuit board is placed on the other surface. A metal terminal is formed and directly bonded.
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するように第1の金属の溶湯を注湯した後にその第1の金属の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回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第2の金属の溶湯を注湯した後にその第2の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第2の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。 Also, the method of manufacturing a metal-ceramic circuit board with terminals according to the present invention includes disposing a ceramic substrate in a mold and pouring a first metal melt so as to contact both surfaces of the ceramic substrate in the mold. By cooling and solidifying the molten metal of the first metal, a metal circuit board is formed on one surface of the ceramic substrate, and one surface of the metal circuit plate is directly bonded to the other surface of the ceramic substrate. A metal member is formed on the metal member, the metal member is directly joined, and after that, a second metal melt is poured so as to contact the other surface of the metal circuit board in the mold, and then the second metal melt By cooling and solidifying, a terminal made of the second metal is formed on the other surface of the metal circuit board and directly bonded.
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、第1の金属湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましい。また、第2の金属が、第1の金属より融点が低い金属であるのが好ましく、第1の金属より融点が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であるのが好ましい。 In the above method for producing a metal-ceramic circuit board with a terminal, the first metal hot water is preferably a molten aluminum or aluminum alloy. The second metal is preferably a metal having a melting point lower than that of the first metal, and is preferably aluminum or an aluminum alloy having a melting point lower than that of the first metal.
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を(好ましくは離間して)配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその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回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、その金属回路板(好ましくはその他方の面)に端子を直接接合させることを特徴とする。 In addition, the method for manufacturing a metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present invention places a ceramic substrate and a terminal (preferably apart from each other) in a mold and makes contact with one surface of the ceramic substrate in the mold and the terminal. After pouring the molten metal in this way, the molten metal is cooled and solidified to form a metal circuit board on one surface of the ceramic substrate and directly bond one surface of the metal circuit board, A terminal is directly joined to a metal circuit board (preferably the other surface).
さらに、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を(好ましくは離間して)配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその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回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させるとともに、その金属回路板(好ましくはその他方の面)に端子を直接接合させることを特徴とする。 Furthermore, in the method for manufacturing a metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present invention, the ceramic substrate and the terminal are arranged (preferably separated from each other) in the mold, and the both sides of the ceramic substrate in the mold are in contact with the terminal. After pouring the molten metal, the molten metal is cooled and solidified to form a metal circuit board on one surface of the ceramic substrate and directly bond one surface of the metal circuit board to the other surface of the ceramic substrate. A metal member is formed on this surface and the metal member is directly bonded, and a terminal is directly bonded to the metal circuit board (preferably the other surface).
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましく、端子が金属溶湯の融点より高い融点の金属からなるのが好ましい。 In the method for producing a metal-ceramic circuit board with a terminal, the molten metal is preferably a molten aluminum or an aluminum alloy, and the terminal is preferably made of a metal having a melting point higher than that of the molten metal.
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が直接接合し、この金属回路板(好ましくはその他方の面)に端子が直接接合していることを特徴とする。 Further, in the metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present invention, one surface of the metal circuit board is directly bonded to one surface of the ceramic substrate, and the terminal is directly bonded to the metal circuit board (preferably the other surface). It is characterized by that.
この端子付き金属−セラミックス回路基板において、金属回路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。また、端子は、半田を使用することなく金属回路板(好ましくはその他方の面)に接合することができ、金属回路板より高い強度の金属からなるのが好ましい。また、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に端子を形成して金属回路板に直接接合する場合には、端子が金属回路板より低い融点の金属からなるのが好ましく、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に端子を金属回路板に直接接合させる場合には、端子が金属回路板より高い融点の金属からなるのが好ましい。 In this metal-ceramic circuit board with terminals, the metal circuit board is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. The terminal can be bonded to a metal circuit board (preferably the other surface) without using solder, and is preferably made of a metal having higher strength than the metal circuit board. In addition, when the terminal is formed after the metal circuit board is formed and directly bonded to the ceramic substrate, the terminal is preferably made of a metal having a melting point lower than that of the metal circuit board. When the terminal is directly bonded to the metal circuit board when the circuit board is formed and directly bonded to the ceramic substrate, the terminal is preferably made of a metal having a melting point higher than that of the metal circuit board.
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板において、セラミックス基板の他方の面に、金属回路板と同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材が直接接合しているのが好ましい。 In the metal-ceramic circuit board with terminals described above, it is preferable that a metal member made of the same aluminum or aluminum alloy as the metal circuit board is directly bonded to the other surface of the ceramic board.
本発明によれば、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture an inexpensive and highly reliable metal-ceramic circuit board with terminals in which terminals are attached to a metal-ceramic circuit board without using solder.
以下、添付図面を参照して、本発明による端子付き金属−セラミックス回路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。 Embodiments of a metal-ceramic circuit board with a terminal and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施の形態]
図1A〜図1Cは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第1の実施の形態を示し、図1D〜図1Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
[First Embodiment]
1A to 1C show a first embodiment of a metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present invention, and FIGS. 1D to 1G show a mold for manufacturing the metal-ceramic circuit board with a terminal. ing.
図1A〜図1Cに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、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金属回路板14と、この金属回路板14に直接接合した端子16とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子16は、金属回路板14より高い強度の金属からなり、金属回路板14の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment includes a
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と金属回路板14との間、金属回路板14と端子16との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図1D〜図1Gに示すような下側鋳型部材22と上側鋳型部材24とからなる鋳型20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。
Direct bonding between the
下側鋳型部材22は、平面形状が略矩形の底面部22aと、この底面部22aの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部22bとからなる。この下側鋳型部材22の底面部22aの上面には、セラミックス基板10と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部22cが形成され、このセラミックス基板収容凹部22cの底面には、放熱用金属ベース板12と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部22dが形成されている。
The
上側鋳型部材24は、平面形状が略矩形の上面部24aと、この上面部24aの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部24bとからなる。この上側鋳型部材24の上面部24aの底面には、金属回路板14と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部24cが形成されている。この金属回路板形成凹部24cの底面の長手方向一端部には、端子16と略等しい形状および大きさの端子形成凹部24dが形成されている。
The
また、上側鋳型部材24の上面部24aには、金属溶湯を鋳型20内に注湯するための注湯口24eと、鋳型20内のガスを抜くためのガス抜き穴24fが形成されている。注湯口24eは、端子形成凹部24dを介して金属回路板形成凹部24cの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴24fは、金属回路板形成凹部24cの底面の長手方向他端部と連通している。
In addition, a top 24 a of the
また、上側鋳型部材24および下側鋳型部材22には、セラミックス基板収容凹部22c内にセラミックス基板10を収容した後に上側鋳型部材24を下側鋳型部材22上に配置させたときに、金属回路板形成凹部24cと金属ベース板形成凹部22dとの間を連通させて、上側鋳型部材24の金属回路板形成凹部24cから下側鋳型部材22の金属ベース板形成凹部22dまで溶湯を注入するための(図示しない)溶湯流路が形成されている。
Further, when the
この鋳型20の下側鋳型部材22のセラミックス基板収容凹部22c内にセラミックス基板10を収容して炉内に入れ、この炉内を不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気にして酸素濃度を(例えば10ppm以下まで)低下させ、注湯口24eから金属回路板形成凹部24c内に第1の金属の溶湯(例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯)を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、(図示しない)溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部22dまで第1の金属の溶湯を充填し、その後、冷却して第1の金属の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および金属回路板14が一体に接合した金属−セラミックス回路基板を製造し、次いで、注湯口24eから第1の金属より融点が低い第2の金属の溶湯(例えば、第1の金属と異なる組成のアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯)を注湯して端子形成凹部24dに充填し、その後、冷却して第2の金属の溶湯を固化させることにより、金属回路板14に端子16を直接接合させて端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
The
なお、鋳型20内に第1の金属の溶湯を注湯する前に、鋳型20と第1の金属の溶湯の温度差を小さくするために、鋳型20を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口24eから第2の金属の溶湯を注湯する際には、注湯口24eの一部をガス抜き穴をして利用することができる。
Before the molten metal of the first metal is poured into the
(第1の変形例)
図2A〜図2Cは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第1の変形例を示し、図2D〜図2Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図1Aの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に100を加えて、その説明を省略する。
(First modification)
2A to 2C show a first modification of the metal-ceramic circuit board with a terminal of the present embodiment, and FIGS. 2D to 2G show a mold for manufacturing the metal-ceramic circuit board with a terminal. Show. Since the metal-ceramic circuit board with terminals of this modification has substantially the same configuration as the metal-ceramic circuit board with terminals of FIG. 1A except for the shape of the terminals, 100 is added to the reference numerals of the same parts. The description is omitted.
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子116は、金属回路板114の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第1の鉛直部と、この第1の鉛直部の先端から金属回路板114に略平行に延びる略四角柱状の水平部とから構成されている。
The
(第2の変形例)
図3A〜図3Cは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第2の変形例を示し、図3D〜図3Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子16の代わりに高さの低い略円筒形の端子(電極)としてバンプ216を設けた以外は、図1Aの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に200を加えて、その説明を省略する。
(Second modification)
FIGS. 3A to 3C show a second modification of the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment, and FIGS. 3D to 3G show a mold for manufacturing the metal-ceramic circuit board with terminals. Show. The metal-ceramic circuit board with terminals of this modification is the same as the metal-ceramic circuit board with terminals of FIG. 1A except that bumps 216 are provided as substantially cylindrical terminals (electrodes) having low height instead of the
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、鋳型の端子形成凹部の形状を変更することにより、半田を使用しないで(且つ端子接続部にNiなどのめっきを不要として)様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。 Thus, in the method for manufacturing a metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present embodiment, by changing the shape of the terminal-forming recess of the mold, solder is not used (and the terminal connection portion is plated with Ni or the like). Various types of terminals can be attached to the metal-ceramic circuit board (unnecessarily) to produce a low-cost and highly reliable metal-ceramic circuit board with terminals.
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度(硬度)の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度HV25〜40のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度HV50以上の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。 In the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment, the terminals are made of a material having sufficient strength (hardness) and the metal circuit board is made of a soft material, thereby reducing the thermal stress generated in the ceramics board. Therefore, it is preferable that the metal circuit board is made of aluminum or an aluminum alloy having a Vickers hardness HV25 to 40 and the terminal is made of aluminum or an aluminum alloy having a Vickers hardness HV50 or more.
[第2の実施の形態]
図4A〜図4Cは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第2の実施の形態を示し、図4D〜図4Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
[Second Embodiment]
4A to 4C show a second embodiment of a metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present invention, and FIGS. 4D to 4G show a mold for manufacturing the metal-ceramic circuit board with a terminal. ing.
図4A〜図4Cに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板310と、このセラミックス基板310の一方の面に直接接合した放熱用金属ベース板312と、セラミックス基板310の他方の面に直接接合した金属回路板314と、この金属回路板314に直接接合した端子316とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子316は、金属回路板314より高い融点の銅や銅合金などの金属からなり、金属回路板314の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
As shown in FIGS. 4A to 4C, the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment includes a
セラミックス基板310と放熱用金属ベース板312との間、セラミックス基板310と金属回路板314との間、金属回路板314と端子316との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図4D〜図4Gに示すような下側鋳型部材322と上側鋳型部材324とからなる鋳型320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。なお、図4D〜図4Fは、鋳型320に端子316を配置させた状態を示している。
Direct bonding between the
下側鋳型部材322は、平面形状が略矩形の底面部322aと、この底面部322aの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部322bとからなる。この下側鋳型部材322の底面部322aの上面には、セラミックス基板310と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部322cが形成され、このセラミックス基板収容凹部322cの底面には、放熱用金属ベース板312と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部322dが形成されている。
The
上側鋳型部材324は、平面形状が略矩形の上面部324aと、この上面部324aの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部324bとからなる。この上側鋳型部材324の上面部324aの底面には、金属回路板314と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部324cが形成されている。
The
また、上側鋳型部材324の上面部324aには、金属溶湯を鋳型320内に注湯するための注湯口324eと、鋳型320内のガスを抜くためのガス抜き穴324fが形成されている。注湯口324eは、金属回路板形成凹部324cの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴324fは、金属回路板形成凹部324cの底面の長手方向他端部と連通している。なお、注湯口324eの一部は、端子316が金属回路板形成凹部324cの底面の長手方向一端部から注湯口324eに沿って延びるように、端子316の一部を収容する端子収容部としての役割も有する。
In addition, a top 324 a of the
また、上側鋳型部材324および下側鋳型部材322には、セラミックス基板収容凹部322c内にセラミックス基板310を収容した後に上側鋳型部材324を下側鋳型部材322上に配置させたときに、金属回路板形成凹部324cと金属ベース板形成凹部322dとの間を連通させて、上側鋳型部材324の金属回路板形成凹部324cから下側鋳型部材322の金属ベース板形成凹部322dまで溶湯を注入するための(図示しない)溶湯流路が形成されている。
Further, when the
この鋳型320の下側鋳型部材322のセラミックス基板収容凹部322c内にセラミックス基板310を収容し、注湯口324eの一部の端子収容部に端子316を配置させて炉内に入れ、この炉内を不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気にして酸素濃度を(例えば10ppm以下まで)低下させ、注湯口324eから金属回路板形成凹部324c内に金属溶湯(例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯)を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、(図示しない)溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部322d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、金属回路板14および端子16が一体に接合した端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
The
なお、鋳型320内に金属溶湯を注湯する前に、鋳型20と金属溶湯の温度差を小さくするために、鋳型20を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口24eから金属溶湯を注湯する際には、注湯口24eの一部もガス抜き穴をして利用することができる。
Before pouring the molten metal into the
(第1の変形例)
図5A〜図5Cは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第1の変形例を示し、図5D〜図5Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図4Aの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に100を加えて、その説明を省略する。
(First modification)
5A to 5C show a first modification of the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment, and FIGS. 5D to 5G show a mold for manufacturing the metal-ceramic circuit board with terminals. Show. Since the metal-ceramic circuit board with terminals of this modification has substantially the same configuration as the metal-ceramic circuit board with terminals of FIG. 4A except for the shape of the terminals, 100 is added to the reference numerals of the same parts. The description is omitted.
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子416は、金属回路板414の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第1の鉛直部と、この第1の鉛直部の先端から金属回路板414に略平行に延びる略四角柱状の水平部と、この水平部の先端から第1の鉛直部に略平行に延びる略四角柱状の第2の鉛直部とから構成されている。
The
(第2の変形例)
図6A〜図6Cは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第2の変形例を示し、図6D〜図6Gは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子316の代わりに高さの低い略円筒形の端子(電極)としてバンプ516を設けた以外は、図4Aの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に200を加えて、その説明を省略する。
(Second modification)
6A to 6C show a second modification of the terminal-equipped metal-ceramic circuit board according to the present embodiment, and FIGS. 6D to 6G show a mold for manufacturing the terminal-equipped metal-ceramic circuit board. Show. The metal-ceramics circuit board with terminals of this modification is the same as the metal-ceramics circuit board with terminals of FIG. 4A except that bumps 516 are provided as substantially cylindrical terminals (electrodes) having a low height instead of the
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、注湯口の一部の端子収容部に配置させる端子の形状(および必要に応じて端子収容部の形状)を変更することにより、半田を使用しないで(且つ端子接続部にNiなどのめっきを不要として)様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。 Thus, in the manufacturing method of the metal-ceramic circuit board with a terminal according to the present embodiment, the shape of the terminal (and the shape of the terminal accommodating portion as necessary) is changed in a part of the terminal accommodating portion of the pouring gate. By doing so, it is possible to attach various shapes of terminals to the metal-ceramic circuit board without using solder (and to eliminate the need for plating of Ni or the like at the terminal connection portion), and to provide an inexpensive and highly reliable metal-ceramic circuit with terminals. A substrate can be manufactured.
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度(硬度)の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度HV25〜40のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度HV50以上の金属からなるのが好ましい。 In the metal-ceramic circuit board with terminals of the present embodiment, the terminals are made of a material having sufficient strength (hardness) and the metal circuit board is made of a soft material, thereby reducing the thermal stress generated in the ceramics board. Therefore, it is preferable that the metal circuit board is made of aluminum or an aluminum alloy having a Vickers hardness HV25 to 40, and the terminal is made of a metal having a Vickers hardness HV50 or more.
10、110、210、310、410、510 セラミックス基板
12、112、212、312、412、512 放熱用金属ベース板
14、114、214、314、414、514 金属回路板
16、116、216、316、416、516 端子
20、120、220、320、420、520 鋳型
22、122、222、322、422、522 下側鋳型部材
24、124、224、324、424、524 上側鋳型部材
22a、122a、222a、322a、422a、522a 底面部
22b、122b、222b、322b、422b、522b 側壁部
22c、122c、222c、322c、422c、522c セラミックス基板収容凹部
22d、122d、222d、322d、422d、522d 金属ベース板形成凹部
24a、124a、224a、324a、424a、524a 上面部
24b、124b、224b、324b、424b、524b 側壁部
24c、124c、224c、324c、424c、524c 金属回路板形成凹部
24d、124d、224d 端子形成凹部
24e、124e、224e、324e、424e、524e 注湯口
24f、124f、224f、324f、424f、524f ガス抜き穴
10, 110, 210, 310, 410, 510
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009156684A JP5214546B2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Method for manufacturing metal-ceramic circuit board with terminal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009156684A JP5214546B2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Method for manufacturing metal-ceramic circuit board with terminal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011014671A true JP2011014671A (en) | 2011-01-20 |
JP5214546B2 JP5214546B2 (en) | 2013-06-19 |
Family
ID=43593292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009156684A Active JP5214546B2 (en) | 2009-07-01 | 2009-07-01 | Method for manufacturing metal-ceramic circuit board with terminal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5214546B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103035605A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-10 | 三菱电机株式会社 | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
WO2020170877A1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-27 | Dowaメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof |
JP7480533B2 (en) | 2020-03-10 | 2024-05-10 | 東ソー株式会社 | Cr-Si sintered body |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003198077A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Kyocera Corp | Ceramic circuit board |
JP2004115337A (en) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Dowa Mining Co Ltd | Aluminum-ceramic bonded body |
JP2005093965A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-07 | Dowa Mining Co Ltd | Method for manufacturing metal-ceramic bonded circuit board |
-
2009
- 2009-07-01 JP JP2009156684A patent/JP5214546B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003198077A (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Kyocera Corp | Ceramic circuit board |
JP2004115337A (en) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Dowa Mining Co Ltd | Aluminum-ceramic bonded body |
JP2005093965A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-07 | Dowa Mining Co Ltd | Method for manufacturing metal-ceramic bonded circuit board |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103035605A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-10 | 三菱电机株式会社 | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
JP2013074254A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
US9425065B2 (en) | 2011-09-29 | 2016-08-23 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
WO2020170877A1 (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-27 | Dowaメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof |
JP2020136581A (en) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | Dowaメタルテック株式会社 | Metal-ceramic bonded substrate and manufacturing method thereof |
JP7202213B2 (en) | 2019-02-22 | 2023-01-11 | Dowaメタルテック株式会社 | METAL-CERAMIC BONDING SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
JP7480533B2 (en) | 2020-03-10 | 2024-05-10 | 東ソー株式会社 | Cr-Si sintered body |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5214546B2 (en) | 2013-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9615442B2 (en) | Power module substrate and power module | |
JP4543279B2 (en) | Manufacturing method of aluminum joining member | |
JP4438489B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4302607B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2007335538A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
US20090194854A1 (en) | Semiconductor device package and method of making a semiconductor device package | |
JP2006517744A (en) | Alternative FLMP package design and package manufacturing method | |
US6957898B2 (en) | Adhesive type LED lead frame | |
JP3993302B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5214546B2 (en) | Method for manufacturing metal-ceramic circuit board with terminal | |
TWI321513B (en) | Mold for resin molding, resin molding apparatus, and semiconductor device manufacture method | |
US4709849A (en) | Solder preform and methods employing the same | |
JP2017212316A (en) | Metal-ceramic bonding substrate and manufacturing method thereof | |
JPH06326141A (en) | Base material for semiconductor-chip bonding and solder material for semiconductor-chip bonding as well as manufacture of solder material for semiconductor-chip bonding | |
JP4565249B2 (en) | Metal-ceramic bonding substrate and manufacturing method thereof | |
TWI344197B (en) | Semiconductor device | |
JP4806803B2 (en) | Metal-ceramic bonding substrate and manufacturing method thereof | |
JP2012182279A (en) | Insulation circuit board, manufacturing method of insulation circuit board, base for power module, and manufacturing method of base for the power module | |
JP6331867B2 (en) | Power module substrate with heat sink and manufacturing method thereof | |
JP6357917B2 (en) | Power module substrate with heat sink, method for manufacturing the same, and power module | |
JP6380561B2 (en) | Semiconductor module | |
JP6972174B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
JP2013084764A (en) | Power semiconductor device | |
JP7298201B2 (en) | Insulated circuit board with heat sink and power module | |
US20210035879A1 (en) | Encapsulated package with carrier, laminate body and component in between |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120501 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120910 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130227 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5214546 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160308 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |