JP2018157067A

JP2018157067A - 金属−セラミックス回路基板の製造方法

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Publication number: JP2018157067A
Application number: JP2017052748A
Authority: JP
Inventors: 歩尾崎; Ayumi Ozaki
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP6809945B2

Abstract

【課題】セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板において、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面に樹脂を塗布する際に、金属回路板の上面への樹脂の付着を防止するとともに金属回路板の側面に迅速に樹脂を塗布することができる、金属−セラミックス回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５〜２．５ｍｍで厚さ０．２〜１．０ｍｍの金属回路板１２が一方の面に接合したセラミックス基板１０を用意し、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．６である直線に沿って、この直線の長さ１ｍｍ当たり０．２〜１．２ｍｇの滴下量で常温における粘度５０〜１０００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液１４をセラミックス基板の一方の面に滴下する。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス基板に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の製造方法に関し、特に、パワーモジュールなどに使用される金属−セラミックス回路基板の製造方法に関する。

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するために、パワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュール用の絶縁基板として、セラミックス基板の一方の面に所定の回路パターンを有する金属回路板が接合された金属−セラミックス回路基板が使用されている。

近年、パワーモジュール用の絶縁基板として使用される金属−セラミックス回路基板では、基板上に搭載する半導体チップなどの電子部品が高出力化や高密度実装化されており、高密度実装化により金属回路板の回路パターン間の絶縁距離（ボトム間距離）が短くなっても、高出力化による絶縁不良を防止することができる金属−セラミックス回路基板が要求されている。

このような要求に応じて信頼性を向上させた回路基板として、絶縁基板上に配置された導電膜の外周端部に接して、絶縁基板の上面に固体絶縁物が配置された回路基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この固体絶縁物は、絶縁基板の表面の導電膜を取り囲む部分と導電膜の側面とを覆うように常温における粘度が３０〜２００Ｐａ・ｓの１液性エポキシ樹脂を塗布した後に固化することによって形成されている。

特開２００２−７６１９０号公報（段落番号００１２）

特許文献１の回路基板では、最も電界が集中する導電膜の外周端部に接して、絶縁基板の上面に固体絶縁物を配置することにより、導電膜の外周端部から発生する部分放電を防止し、その外周端部が絶縁破壊の起点になるのを防止して、信頼性を向上させている。

また、Ａｇを含むろう材によりセラミックス基板に金属回路板を接合した金属−セラミックス回路基板では、ろう材が露出していると、ろう材中のＡｇが空気中の水分や、雰囲気中のＳとの接触によって、マイグレーションが生じて、絶縁不良が生じるおそれがあるが、特許文献１の回路基板のように、金属回路板の外周端部に接して、セラミックス基板の上面に固体絶縁物を配置すれば、マイグレーションを防止することができる。

しかし、特許文献１の回路基板では、絶縁基板の表面の導電膜を取り囲む部分と導電膜の側面とを覆うように常温における粘度が３０〜２００Ｐａ・ｓの１液性エポキシ樹脂を塗布しているため、樹脂の塗布に時間がかかり、導電膜の上面に樹脂が付着し易くなる。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面に樹脂を塗布する際に、金属回路板の上面への樹脂の付着を防止するとともに金属回路板の側面に迅速に樹脂を塗布することができる、金属−セラミックス回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

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、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５〜２．５ｍｍで厚さ０．２〜１．０ｍｍの金属回路板が一方の面に接合したセラミックス基板を用意し、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．６である直線に沿って、この直線の長さ１ｍｍ当たり０．２〜１．２ｍｇの滴下量で常温における粘度５０〜１０００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液をセラミックス基板の一方の面に滴下して、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後、加熱することにより、ポリイミド樹脂溶液の溶媒を蒸発させるとともにポリイミド樹脂溶液中のポリイミド樹脂を硬化させることによって、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面に樹脂を塗布する際に、金属回路板の上面への樹脂の付着を防止するとともに金属回路板の側面に迅速に樹脂を塗布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。

すなわち、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法は、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５〜２．５ｍｍで厚さ０．２〜１．０ｍｍの金属回路板が一方の面に接合したセラミックス基板を用意し、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．６である直線に沿って、この直線の長さ１ｍｍ当たり０．２〜１．２ｍｇの滴下量で常温における粘度５０〜１０００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液をセラミックス基板の一方の面に滴下して、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後、加熱することにより、ポリイミド樹脂溶液の溶媒を蒸発させるとともにポリイミド樹脂溶液中のポリイミド樹脂を硬化させることを特徴とする。

この金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．５５であるのが好ましい。また、隣接する回路パターンの間隔が０．７〜２ｍｍであるのが好ましく、金属回路板の厚さが０．２５〜０．６５ｍｍであるのが好ましい。また、ポリイミド樹脂溶液の滴下量が上記の直線の長さ１ｍｍ当たり０．５〜１．０ｍｇであるのが好ましく、加熱の温度が２５０〜３００℃であるのが好ましい。さらに、金属回基板が銅回路板であるのが好ましく、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板であるのが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面に樹脂を塗布する際に、金属回路板の上面への樹脂の付着を防止するとともに金属回路板の側面に迅速に樹脂を塗布することができる。

金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の間にポリイミド樹脂溶液を滴下した状態を説明する図である。金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の間に滴下したポリイミド樹脂溶液が広がった状態を説明する図である。

図１および図２に示すように、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態では、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５〜２．５ｍｍ（好ましくは０．７〜２ｍｍ）で厚さ０．２〜１．０ｍｍ（好ましくは０．２５〜０．６５ｍｍ、さらに好ましくは０．２５〜０．５ｍｍ）の（銅回路板などの）金属回路板１２が一方の面に（ろう材により、あるいは直接）接合した（窒化アルミニウム基板などの）セラミックス基板１０を用意し、金属回路板１２の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．６である（仮想）直線に沿って、この直線の長さ１ｍｍ当たり０．２〜１．２ｍｇ（好ましくは０．５〜１．０ｍｇ）の滴下量で常温における粘度５０〜１０００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液１４をセラミックス基板１０の一方の面に滴下して、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後、（好ましくは２５０〜３００℃で２０〜４０分間）加熱することにより、ポリイミド樹脂溶液１４の溶媒を蒸発させるとともにポリイミド樹脂溶液１４中のポリイミド樹脂を硬化させる。なお、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が２．５ｍｍより広いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がらないおそれがあり、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５ｍｍより狭いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、金属回路板１２の上面まで吸い上げられるおそれがある。また、金属回路板１２の厚さが１．０ｍｍより厚いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がらないおそれがあり、金属回路板１２の厚さが０．２ｍｍより薄いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、金属回路板１２の上面まで吸い上げられるおそれがある。また、ポリイミド樹脂溶液１４の滴下量が上記の直線の長さ１ｍｍ当たり０．２ｍｇより少ないと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がらないおそれがあり、ポリイミド樹脂溶液１４の滴下量が上記の直線の長さ１ｍｍ当たり１．２ｍｇより多いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、金属回路板１２の上面まで吸い上げられるおそれがある。さらに、ポリイミド樹脂溶液１４の温における粘度が１０００ｍＰａ・ｓより高いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がらないおそれがあり、ポリイミド樹脂溶液１４の常温における粘度が５０ｍＰａ・ｓより低いと、ポリイミド樹脂溶液１４が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板１０の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、金属回路板１２の上面まで吸い上げられるおそれがある。

この金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属回路板１２の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．５５であるのが好ましく、０．５〜０．５４であるのがさらに好ましく、０．５〜０．５３５であるのが最も好ましい。このようにポリイミド樹脂溶液１４を金属回路板１２の隣接する回路パターンの略中央部に滴下すれば、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の両方に略均等にポリイミド樹脂溶液１４を広げることができる。金属回路板１２の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が上記の範囲外であると、すなわち、ポリイミド樹脂溶液１４を金属回路板１２の隣接する回路パターンの略中央部から回路パターンの互いに対向する側面の一方の側面に近過ぎる位置に滴下すると、ポリイミド樹脂溶液１４が、回路パターンの互いに対向する側面の近い方の側面側で金属回路板１２の上面まで吸い上げられるおそれがある。

ポリイミド樹脂溶液１４は、ポリイミド樹脂をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの溶媒で希釈して常温（２５℃）における粘度（Ｅ型粘度計で測定した粘度）を５０〜１０００ｍＰａ・ｓ（好ましくは７０〜９００ｍＰａ・ｓ）にする。このポリイミド樹脂溶液１４の滴下は、樹脂用ディスペンサーなどによって行うことができる。なお、滴下したポリイミド樹脂溶液１４が広がり易くするために、（金属回路板１２が接合した）セラミックス基板１０の一方の面に予めレーザー光や紫外線を照射してもよい。

上述した金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施の形態では、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の両方に略均等にポリイミド樹脂溶液１４を広げることができるとともに、金属回路板１２の上面までポリイミド樹脂溶液１４が吸い上げられるのを防止することができる。なお、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の半分以上の高さまでポリイミド樹脂溶液１４が濡れ広がれば、マイグレーションを防止することができる。

以下、本発明による金属−セラミックス回路基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
セラミックス基板としての６０×５０×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板の一方の面にろう材により６０×５０×０．２５ｍｍの大きさの銅板を接合した後、エッチングレジストを塗布してエッチングすることにより、銅板を回路パターン形状にして、隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部が０．８ｍｍ離間した銅回路板を形成した。

この銅回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の一方の底部から０．４ｍｍ離間（オフセット）した線（隣接する回路パターンの互いに対向する側面の各々の底部から等距離の線）に沿って、樹脂用ディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社製のジェットディスペンサー）により、セラミックス基板の一方の面に（ポリイミド樹脂をＮＭＰで希釈した）常温における粘度１００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液を長さ１ｍｍ当り０．６ｍｇ滴下し、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、ポリイミド樹脂溶液の吸い上げはなかった。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂の付着はなかった。

［実施例２］
隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔を１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により銅回路板を形成し、この銅回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の一方の底部から０．５ｍｍ離間（オフセット）した線（隣接する回路パターンの互いに対向する側面の各々の底部から等距離の線）に沿ってポリイミド樹脂溶液を滴下した以外は、実施例１と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、ポリイミド樹脂溶液の吸い上げはなかった。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂の付着はなかった。

［実施例３］
隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔を１．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により銅回路板を形成し、この銅回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の一方の底部から０．８ｍｍ離間（オフセット）した線（隣接する回路パターンの互いに対向する側面の各々の底部から略等距離の線）に沿ってポリイミド樹脂溶液を滴下した以外は、実施例１と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、ポリイミド樹脂溶液の吸い上げはなかった。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂の付着はなかった。

［実施例４］
ポリイミド樹脂溶液の常温における粘度を度８００ｍＰａ・ｓとした以外は、実施例３と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、ポリイミド樹脂溶液の吸い上げはなかった。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂の付着はなかった。

［実施例５］
ポリイミド樹脂溶液の滴下量を長さ１ｍｍ当り０．９ｍｇとした以外は、実施例３と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、ポリイミド樹脂溶液の吸い上げはなかった。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂の付着はなかった。

［比較例１］
ポリイミド樹脂溶液の常温における粘度を度１０ｍＰａ・ｓとした以外は、実施例２と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたことが確認された。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂が付着していた。

［比較例２］
ポリイミド樹脂溶液の滴下量を長さ１ｍｍ当り１．５ｍｇとした以外は、実施例２と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたことが確認された。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂が付着していた。

［比較例３］
銅回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の一方から０．２ｍｍ離間（オフセット）した線に沿ってポリイミド樹脂溶液を滴下した以外は、実施例２と同様の方法により、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後に、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたか否かを目視にて観察したところ、銅回路板の上面までポリイミド樹脂溶液が吸い上げられたことが確認された。その後、ポリイミド樹脂溶液を２５０℃で３０分間加熱したところ、銅回路板の上面にポリイミド樹脂が付着していた。

なお、これらの実施例および比較例の結果を表１に示す。

１０セラミックス基板
１２金属回路板
１４ポリイミド樹脂溶液

Claims

隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔が０．５〜２．５ｍｍで厚さ０．２〜１．０ｍｍの金属回路板が一方の面に接合したセラミックス基板を用意し、金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．６である直線に沿って、この直線の長さ１ｍｍ当たり０．２〜１．２ｍｇの滴下量で常温における粘度５０〜１０００ｍＰａ・ｓのポリイミド樹脂溶液をセラミックス基板の一方の面に滴下して、ポリイミド樹脂溶液が、隣接する回路パターン間のセラミックス基板の一方の面と、隣接する回路パターンの互いに対向する側面とを覆うように広がった後、加熱することにより、ポリイミド樹脂溶液の溶媒を蒸発させるとともにポリイミド樹脂溶液中のポリイミド樹脂を硬化させることを特徴とする、金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記金属回路板の隣接する回路パターンの互いに対向する側面の底部の間隔に対する一方の側面の底部からの距離の比が０．５〜０．５５であることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記隣接する回路パターンの間隔が０．７〜２ｍｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記金属回路板の厚さが０．２５〜０．６５ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記ポリイミド樹脂溶液の滴下量が前記直線の長さ１ｍｍ当たり０．５〜１．０ｍｇ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金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記加熱の温度が２５０〜３００℃であ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金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記金属回基板が銅回路板であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。
前記セラミックス基板が窒化アルミニウム基板であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の金属−セラミックス回路基板の製造方法。