JP2012094697A - Circuit board and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばパワーモジュール等に用いられる回路基板および電子装置に関するものである。 The present invention relates to a circuit board and an electronic device used for, for example, a power module.
近年、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電子部品を有して
おり比較的大きな電流が印加されるパワーモジュール等に用いられる回路基板として、例えばセラミック基板の両面に銅またはアルミニウム等の金属板が接合されたセラミック回路基板が用いられている。このような回路基板において、複数の構成部材の熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃を緩和することを目的に、屈曲部を有するリード部材を含むものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
In recent years, as a circuit board used for a power module or the like having electronic parts such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and applying a relatively large current, for example, a metal plate such as copper or aluminum on both sides of a ceramic substrate A ceramic circuit board to which is bonded is used. In such a circuit board, there has been proposed a circuit board including a lead member having a bent portion for the purpose of alleviating stress or mechanical impact due to differences in thermal expansion coefficients of a plurality of constituent members (for example, Patent Documents). 1).
しかしながら、リード部材の防食または取扱い性の向上のために、リード部材を構成する金属部材に例えばニッケル(Ni)等から成るめっき層を形成した場合、屈曲部における硬度が平坦部における硬度よりも大きくなることがあり、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃を十分に緩和させることができない場合がある。 However, when a plating layer made of, for example, nickel (Ni) is formed on the metal member constituting the lead member in order to prevent corrosion or handleability of the lead member, the hardness at the bent portion is larger than the hardness at the flat portion. In some cases, the stress or mechanical impact due to the difference in thermal expansion coefficient cannot be sufficiently relaxed.
本発明は上記課題に鑑みて完成されたものであり、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃による影響を低減させることができる回路基板および電子装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a circuit board and an electronic device that can reduce the influence of stress or mechanical impact due to the difference in thermal expansion coefficient. .
本発明の一つの態様によれば、回路基板は、基体と、基体に接合されたリード部材とを含んでいる。リード部材は、基体に接合された第1の接合部と、第2の接合部と、第1および第2の接合部の間に設けられた屈曲部とを有している。リード部材は、金属部材および金属部材の表面に形成されためっき層から成り、めっき層の厚みが第1および第2の接合部よりも屈曲部の方が小さい。 According to one aspect of the present invention, the circuit board includes a base and a lead member joined to the base. The lead member has a first joint part joined to the base, a second joint part, and a bent part provided between the first and second joint parts. The lead member is composed of a metal member and a plating layer formed on the surface of the metal member, and the thickness of the plating layer is smaller at the bent portion than at the first and second joint portions.
本発明の他の態様によれば、電子装置は、上述の回路基板と、回路基板に実装されておりリード部材の第1の接合部に電気的に接続された電子部品とを含んでいる。 According to another aspect of the present invention, an electronic device includes the above-described circuit board and an electronic component mounted on the circuit board and electrically connected to the first joint portion of the lead member.
本発明の一つの態様による回路基板は、基体に接合されており金属部材およびめっき層から成るリード部材を含んでおり、リード部材は、基体に接合された第1の接合部と、第2の接合部と、第1および第2の接合部の間に設けられた屈曲部とを有している。めっき層の厚みは、第1および第2の接合部よりも屈曲部の方が小さい。本発明の一つの態様による回路基板は、屈曲部と第1および第2の接合部とのめっき層の厚みの違いによって、応力または衝撃がより屈曲部に集中しやすくなり、この屈曲部において応力または衝撃を緩和させることができ、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃による影響を低減させることができる。 A circuit board according to an aspect of the present invention includes a lead member that is bonded to a base and includes a metal member and a plating layer. The lead member includes a first bonding portion that is bonded to the base; It has a joined part and a bent part provided between the first and second joined parts. The thickness of the plating layer is smaller at the bent portion than at the first and second joint portions. In the circuit board according to one aspect of the present invention, stress or impact is more easily concentrated on the bent portion due to the difference in the thickness of the plating layer between the bent portion and the first and second joint portions. Alternatively, the impact can be mitigated, and the influence of stress or mechanical impact due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced.
本発明の他の態様による電子装置は、上述の回路基板と、回路基板に実装されておりリード部材の第1の接合部に電気的に接続された電子部品とを含んでいることによって、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃による影響が低減されている。 An electronic device according to another aspect of the present invention includes the above-described circuit board and an electronic component mounted on the circuit board and electrically connected to the first joint of the lead member. The effect of stress or mechanical shock due to the difference in expansion coefficient is reduced.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2に示されているように、本発明の一つの実施形態における電子装置は、第1の回路基板1と、第1の回路基板1に実装された電子部品2とを含んでいる。以下、第1の回路基板1を単に回路基板1という。電子装置は、回路基板1に電気的に接続された第2の回路基板3をさらに含んでいる。以下、第2の回路基板3を単に回路基板3という。電子装置は、回路基板1および回路基板3が接合されている放熱部材4をさらに含んでいる。放熱部材4は、金属材料を含んでおり、例えば電子部品収納用パッケージの基体である。
As shown in FIGS. 1 and 2, an electronic device according to an embodiment of the present invention includes a
回路基板1は、基体11と、基体11の上面に接合された複数のリード部材12aおよび12bと、基体11の下面に接合された放熱板13とを含んでいる。
The
基体11は、例えば実質的にセラミック材料からなる。セラミック材料は、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス,ムライト質セラミックス,炭化ケイ素質セラミックス,窒化アルミニウム質セラミックス,または窒化ケイ素質セラミックス等である。これらセラミック材料において、放熱性に影響する熱伝導性に関して、炭化ケイ素質セラミックス,窒化アルミニウム質セラミックス,または窒化ケイ素質セラミックスが好ましく、強度に関して、窒化ケイ素質セラミックスまたは炭化ケイ素質セラミックスが好ましい。基体11が窒化ケイ素質セラミックスのように比較的強度の高いセラミック材料からなる場合、より厚みの大きいリード部材12a、12bおよび放熱板13を用いたとしても基体11にクラックが入る可能性が低減されるので、小型化を図りつつより大きな電流を流すことができる回路基板1を実現することができる。
The
基体11の厚みが小さい方が、熱伝導性が向上される。基体11の厚みは、回路基板1の大きさ、用いられる材料の熱伝導率または強度に応じて選択される。例示的な厚みは、0.1
mm〜1mm程度である。
The smaller the thickness of the
It is about mm to 1 mm.
基体11は、例えば窒化ケイ素質セラミックスから成る場合であれば、窒化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化マグネシウム,および酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー,可塑剤,および溶剤を添加混合して泥漿物に従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート(セラミック生シート)を形成し、次にこのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して所定形状となすとともに、必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒化雰囲気等の非酸化性雰囲気にて1,600〜2,000℃の温度で焼成することによって製作される。
If the
複数のリード部材12aおよび12bは、基体11に接合された第1の接合部121と、第2の
回路基板3に接合された第2の接合部122と、第1および第2の接合部の間に設けられた
屈曲部123とを有している。第1の接合部121は、接合材14によって基体11の上面に接合されており、第2の接合部122は、接合材14によって回路基板3の上面に接合されている。
The plurality of lead members 12a and 12b include a first joint 121 joined to the
接合材14は、銀および銅粉末,銀−銅合金粉末,またはこれらの混合粉末から成る銀ろう材(例えば、銀:72質量%−銅:28質量%)粉末に、チタン,ハフニウム,ジルコニウムまたはその水素化物等の活性金属を銀ろう材に対して2〜5質量%添加混合し、適当なバインダーと有機溶剤および溶媒とを添加混合し、混練することによって製作される。接合温度またはろう材の硬度を低下させる目的でインジウム(In)またはスズ(Sn)を1〜10質量%程度添加しても良い。
The bonding
複数のリード部材12aおよび12bは、金属部材124と金属部材124の表面に形成されためっき層125とを含んでいる。
The plurality of lead members 12 a and 12 b include a
金属部材124は、例えば銅(Cu)を含んでおり、例えば0.1〜1mmの範囲に含まれる厚みを有する。
The
めっき層125は、例えばニッケル(Ni)を含んでおり、めっき層125の厚みは、第1の接合部121および第2の接合部122よりも屈曲部123の方が小さい。
The
めっき層125が例えば実質的にニッケルから成る場合、めっき層125が1.5μm以上の厚
みを有すると、金属部材124の表面を被覆しやすく、金属部材124の酸化腐蝕を抑制しやすくなる。めっき層125が10μm以下の厚みを有すると、特に絶縁基板の厚さが例えば300μm以下の薄いものである場合、めっき層125に内在する応力を低減させることができ、基
体11に生じる反りまたは割れ等を抑制しやすくなる。
In the case where the
第1の接合部121および第2の接合部122におけるめっき層125の厚みと屈曲部123におけるめっき層125の厚みとを異ならせるために、第1の接合部121および第2の接合部122に
おけるめっき層125が例えば3〜10μmの範囲に含まれる厚みを有するように設計し、屈
曲部123におけるめっき層125が例えば1.5〜3μmの範囲に含まれる厚みを有するように
設計するとよい。
In order to make the thickness of the
以下、めっき層125がリンの含有率が8%の無電解ニッケルめっきである場合を例に、
リード部材12aおよび12bの曲げ強度について説明する。金属部材124は、例えば0.3mmの厚みを有しており、実質的に銅から成るものであるとする。第1の接合部121および第
2の接合部122におけるめっき層125の厚みを6μmとして、屈曲部123におけるめっき層125の厚みを3μmとする。実質的に銅から成る金属部材124の硬さに対して、めっき層125の硬さは5〜10倍程度である。リード部材12aおよび12bの曲げ強度としてJIS R 1601の曲げ強さ試験方法に準じた3点曲げ強度測定を行ったときの降伏応力を用いた場合に、屈曲部123の曲げ強度は、第1の接合部121および第2の接合部122の曲げ強度の1/2程度となる。したがって、リード部材12aおよび12bに熱膨張係数の差による応力または機械的衝撃が加わった場合、応力または衝撃は屈曲部123集中しやすくなり、第1の接
合部121および第2の接合部122の接合信頼性が向上される。
Hereinafter, in the case where the
The bending strength of the lead members 12a and 12b will be described. The
以下、第1の接合部121および第2の接合部122におけるめっき層125の厚みを6μmと
して、かつ屈曲部123におけるめっき層125の厚みを3μmとして、めっき層125の形成方
法について説明する。まず、リード部材12aおよび12bの屈曲部123となる部位にめっき
レジストを形成して、3μmの無電解ニッケルめっき層を形成する。次に、めっきレジストを剥離して、さらに3μmの無電解ニッケルめっき層を形成する。
Hereinafter, a method for forming the
めっき層125の他の形成方法を説明する。まず、3μmの電解ニッケルめっき層を形成
する。その後、屈曲部123となる部分にめっきレジストを形成して、3μmの無電解ニッ
ケルめっき層を形成する。電解ニッケルめっきの硬さは、無電解ニッケルめっきの硬さの1/2以下であるため、屈曲部123の曲げ強度がより小さくなる。
Another method for forming the
リード部材12aおよび12bは、基体11に接合された後に、その表面に導電性が比較的高くかつ耐蝕性およびろう材との濡れ性が良好な金属が第1の接合部121および第2の接合
部122に屈曲部123よりも厚く被着されると、第1の接合部121および第2の接合部122の硬さが大きくなり、第1の接合部121および第2の接合部122のピール強度を高めることができる。
After the lead members 12a and 12b are joined to the
放熱板13は、接合材14によって基体11の下面に接合されており、例えば銅(Cu)から成る。
The
電子部品2は、リード部材12aに搭載および接合されており、ボンディングワイヤによってリード部材12bに電気的に接続されている。電子部品2は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子である。 The electronic component 2 is mounted and bonded to the lead member 12a, and is electrically connected to the lead member 12b by a bonding wire. The electronic component 2 is a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
回路基板3は、基体31と、基体31の上面に形成された複数の導体層32aおよび32bとを含んでいる。基体31は、例えばセラミックス等の絶縁材料から成る。導体層32aおよび32bは、例えば、基体31がセラミックスから成る場合、焼成によって基体31と一体的に形成されたメタライズ配線層である。導体層32aおよび32bは、メタライズ層の表面に、ニッケル(Ni)めっき層および金(Au)めっき層を有する場合もある。導体層32aは、リード部材12aに電気的に接続されており、導体層32bは、リード部材12bの第2の接合部122に接合されている。
The circuit board 3 includes a
本実施形態の回路基板1において、めっき層125の厚みは、第1の接合部121および第2の接合部122よりも屈曲部123の方が小さい。このように、屈曲部123と第1の接合部121および第2の接合部122とのめっき層の厚みの違いによって、応力または衝撃がより屈曲部123に集中しやすくなり、この屈曲部123において応力または衝撃を緩和させることができ
、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃による影響を低減させることができる。
In the
本実施形態における電子装置は、上述の回路基板1と、回路基板1に実装されておりリード部材12aおよび12bの第1の接合部121に電気的に接続された電子部品2とを含んで
いることによって、熱膨張係数の違いによる応力または機械的衝撃による影響が低減されている。
The electronic device in the present embodiment includes the above-described
1 第1の回路基板
11 基体
12a、12b リード部材
121 第1の接合部
122 第2の接合部
123 屈曲部
124 金属部材
125 めっき層
13 放熱板
14 接合材
2 電子部品
3 第2の回路基板
31 基体
32
4 放熱部材
1 First circuit board
11 Substrate
12a, 12b Lead member
121 First joint
122 Second joint
123 Bend
124 Metal parts
125 plating layer
13 Heat sink
14 Bonding material 2 Electronic component 3 Second circuit board
31 substrate
32
4 Heat dissipation member
Claims (2)
該基体に接合された第1の接合部と第2の接合部と前記第1および第2の接合部の間に設けられた屈曲部とを有しており、金属部材および該金属部材の表面に形成されためっき層から成り、該めっき層の厚みが前記第1および第2の接合部よりも前記屈曲部の方が小さいリード部材とを備えていることを特徴とする回路基板。 A substrate;
A metal member and a surface of the metal member, the first and second joints being joined to the base body, and a bent portion provided between the first and second joints. And a lead member having a thickness of the plating layer smaller than that of the first and second joints.
該回路基板に実装されており、前記リード部材の前記第1の接合部に電気的に接続された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。 A circuit board according to claim 1;
An electronic device comprising: an electronic component mounted on the circuit board and electrically connected to the first joint portion of the lead member.
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