JP2783882B2

JP2783882B2 - 混成集積回路およびその製造方法

Info

Publication number: JP2783882B2
Application number: JP33556189A
Authority: JP
Inventors: 克実大川; 明風見; 晋太田; 純夫石原
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH03195083A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明はパワー素子が搭載された混成集積回路に関
し、特にパワー素子の発熱を考慮した混成集積回路およ
びその製造方法に関する。

（ロ）従来の技術従来から、パワー用の半導体素子を搭載したパワー用
の混成集積回路においては、その動作中に発生する熱放
散を考慮していわゆるヒートシンクを介してパワー素子
を基板上に固着搭載する方式が一般的に用いられてい
る。

第４図は従来の混成集積回路を示す断面図であり、
（21）はアルミニウムの如き金属基板、（22）はエポキ
シ系あるいはポリイミド系の絶縁樹脂層、（23）は銅箔
より形成された所望形状の導電路、（24）は銅あるいは
インバーよりなるヒートシンク、（25）はパワー半導体
素子である。

説明するまでもなく、導電路（23）のパッド部分（2
3′）上にヒートシンク（24）が半田によって固着さ
れ、そのヒートシンク（24）上にはパワー素子（25）が
固着され、そのパワー素子（24）と近傍の導電路（23）
とは金属細線で電気的に接続され所定のパワー回路が形
成されていた。

上述したパワー用の混成集積回路ではパワー素子（2
4）から発生した熱は絶縁樹脂層（22）を介して基板（2
1）に伝導されるため、絶縁樹脂層（22）の熱抵抗比が
高いことによって熱伝導が非常に悪く大電力用にはあま
り適さない構造であった。

しかしながら、絶縁樹脂層（22）中にシリカ等の熱抵
抗比の高い材料を含有させることで10A〜30Aクラスの電
流による発熱に対応することが可能となったが、50A〜3
00Aクラスの大電流による発熱を考えた場合、その程度
の改良では何んら解決することができなかった。

また、50A〜300Aクラスの大電流の発熱に対応するモ
ジュールを第５図に示す。この構造は第５図に示す如
く、銅板からなる放熱板（31）上にアルミナセラミック
ス基板（32）を固着してその基板（32）上にパワー用の
導電路（33）を形成し、その導電路（33）の所定部分に
パワー素子（34）を固着して熱放散を向上させるもので
ある。

（ハ）発明が解決しようとする課題第４図で示した従来構造では上述した様に50A〜300A
クラスの大電流による発熱を考慮したときには熱放散が
悪く大電流の混成集積回路として用いることができなか
った。

また、第５図で示した従来構造では大電流による発熱
という点では考慮できるが、大電流回路以外の回路パタ
ーンを形成することが非常に困難である。なぜなら、セ
ラミックス基板（32）上に形成される大電流用のパター
ンは銅のメッキ法、メタライズ法、印刷法等の手段で形
成されるため50〜100μの小信号用のパターンを同一の
セラミックス基板（32）上に形成することはその工程が
極めて困難となるからである。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、
金属基板と前記基板上に付着され且つ前記基板表面を露
出させる複数の孔が設けられた絶縁箔層と前記絶縁箔層
上に形成された所望形状の導電路と前記基板上の所定位
置に固着され且つ隣接する前記導電路と接続される複数
のパワー素子と前記パワー素子がその一主面に搭載され
且つ前記孔で露出した前記基板上にその反主面が配置さ
れた熱抵抗比の小さいセラミックス片とを具備し、前記
セラミックス片が配置される前記基板上に異種のニッケ
ルメッキ層を設けたことを特徴とする。

（ホ）作用この様に本発明に依れば、セラミックス片が固着され
る基板上に異種のニッケルメッキ層、即ち、下層のニッ
ケルメッキ層は耐エッチング性に優れたもの、上層のニ
ッケルメッキ層は半田ぬれ性に優れたものを２層に配置
することにより、セラミックス片を容易に半田で基板上
に固着することができると共にパターン形成時のエッチ
ング工程での基板表面を保護する専用の治具が不要とな
る。

また、パワー素子から発生する熱はセラミックス片を
介して効率よく金属基板に伝導され、その結果、熱放散
性を著しく向上させることができる。更に大出力用回路
のみならず同一基板上に小信号用回路を形成することが
できる。

（ヘ）実施例以下に第１図に示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。第１図は本発明の混成集積回路の主要部分
を示す要部拡大図である。

第１図に示す如く、本発明の混成集積回路は、金属基
板（１）と、基板（１）表面に形成された第１のニッケ
ルメッキ膜（２）と、基板（１）の一主面上に付着され
且つ複数の孔（3a）を有した絶縁薄層（３）と、絶縁薄
層（３）上に形成された所望形状の導電路（４）と、孔
（3a）によって露出された第１のニッケルメッキ膜
（２）上に形成された第２のニッケルメッキ層（５）
と、第２のニッケルメッキ層（５）上に固着された熱抵
抗比の小さいセラミックス片（６）と、セラミックス片
（６）上に固着されたパワー素子（７）とから構成され
る。

次に第３図Ａ乃至第３図Ｄに示した実施例に基づいて
本発明の混成集積回路の製造方法を説明する。

先ず、第３図Ａに示す如く、所望形状の金属基板
（１）を準備する。基板（１）としては熱伝導性の優れ
た2mm〜5mm程度の厚みを有した銅基板を用いるものとす
る。その基板（１）の表面に耐エッチング性の優れたリ
ン濃度の高い第１のニッケルメッキ膜（２）を形成す
る。第１のニッケルメッキ層（２）は周知の熱電解ニッ
ケルメッキ法を用いて形成し、そのニッケル溶液中には
10〜15％程度のリンが含有されている。

次に第３図Ｂに示す如く、基板（１）の一主面上に絶
縁薄層（３）を介して所望形状の導電路（４）を形成す
る。更に詳述すると、基板（１）の一主面上にエポキシ
あるいはポリイミド樹脂等の絶縁性接着と銅箔とがあら
かじめ一体化されたものを用いて基板（１）上にプレス
等の手段を用いて貼着する。このとき、絶縁性接着剤と
銅箔とが一体化されたものには複数の孔（3a）があらか
じめプレス打抜き工程によって形成されている。その
後、銅箔を周知のエッチング技術によりエッチングして
所望形状の導電路（４）を形成する。この導電路（４）
は図面から明らかにされないがパワー用の導電路と、小
信号用の導電路とを有する様に形成される。即ち、パワ
ー用の導電路は大電流を考慮してある程度太く形成さ
れ、小信号用の導電路は30〜100μのファインパターン
となる様に形成される。

次に第３図Ｃに示す如く、孔（3a）で露出した第１の
ニッケルメッキ膜（２）上にホウ素系の第２のニッケル
メッキ膜（５）を形成する。即ち、孔（3a）の領域には
異種のニッケルメッキ膜を形成することになる。第１の
ニッケルメッキ膜（２）は上述した様に耐エッチング性
は優れているがその反面半田塗れ性がよくないため、後
述するセラミックス片（６）を固着することができなか
った。しかし、ホウ素系の第２のニッケルメッキ膜
（５）を形成することでセラミックス片（６）を固着す
ることが可能となった。

第２のニッケルメッキ膜（５）は第１のニッケルメッ
キ膜（２）と同様に無電解ニッケルメッキ法によって形
成する。このとき、導電路（４）のワイヤーボンディン
グ部分（図示されない）となる領域にも第２のニッケル
メッキ膜（５）を形成する。即ち、ボンディングワイヤ
固着部分に形成するニッケルメッキと同一工程で第２の
ニッケルメッキ膜（５）を形成する。

最後に第３図Ｄに示す如く、第２のニッケルメッキ膜
（５）上にパワー素子（７）が固着された熱抵抗比の小
さいセラミックス片（６）を固着する。熱抵抗比の小さ
いセラミックス片（６）として、例えば窒化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、ベリリア等の材料があるが、本実施例
でもっとも一般的である窒化アルミニウムを用いるもの
とする。第２図はそのセラミックス片（６）を示す断面
図であり、その上下面には酸化銅を介して銅板が固着さ
れた導体層が形成されている。従って基板（１）上には
半田によって固着される。また、セラミックス片（６）
上に固着されるパワー素子（７）も半田によって固着搭
載されることはいうまでもない。また、上述した銅板上
にはメッキ層が形成されている。

パワー素子（５）と近傍のパワー用の導電路（４）と
はワイヤ線で電気的に接続される。第１図からは明らか
にされないが基板（１）上には小信号用の素子も搭載さ
れ近傍の小信号用導電路と接続されている。また、本実
施例ではパワー素子（７）と接続される導電路（４）上
に銅板（８）が固着され大電流を容易に流せる様に配慮
してある。

この構造により、パワー素子（７）から発生する熱は
熱抵抗比の小さいセラミックス片（６）を介して基板
（１）に効率よく伝導され熱放散が著しく向上する。こ
のとき、熱放散による熱は小信号回路には悪影響を及す
ことはない。何故なら、絶縁薄層（３）はあらかじめ熱
抵抗比の大きいものが選択して用いられているからであ
る。

斯る本発明に依れば、セラミックス片（６）が固着さ
れる領域に異種の第１および第２のニッケルメッキ膜を
形成することにより、熱伝導性の優れた混成集積回路を
容易に提供することができる。

（ト）発明の効果以上に詳述した如く、本発明に依れば、熱抵抗比の小
さいセラミックス片を介してパワー素子を固着した熱放
散性の優れた混成集積回路を容易に提供することができ
る。

また、本発明では従来の製造工程をそのまま使用でき
る利点を有する。

更に本発明では、パワー回路と小信号用回路とが同一
基板上に形成されているので混成集積回路の薄型化が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す要部拡大図、第２図は本実施例で
用いるセラミックス片を示す断面図、第３図Ａ乃至第３
図Ｄは本発明の製造工程を示す断面図、第４図および第
５図は従来例を示す断面図である。（１）……金属基板、（２）……第１のニッケルメッキ
膜、（３）……絶縁体層、（3a）……孔、（４）……導
電路、（５）……第２のニッケルメッキ膜、（６）……
セラミックス片、（７）……パワー素子。

フロントページの続き (72)発明者石原純夫群馬県山田郡大間々町大間々414―１東京アイシー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 1/05,3/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基板と、前記金属基板に被着される耐エッチング性を有する第１
のメッキ層と、前記第１のメッキ層上に形成され、この第１のメッキ層
の一部を露出した孔を有する絶縁薄層と、前記絶縁薄層上に被着された導電手段と、前記孔に露出した前記第１のメッキ層上に半田に対して
塗れ性を有する第２のメッキ層と、前記両面に半田塗れ性を有する金属層が設けられ、前記
第２のメッキ層と半田を介して固着された熱抵抗の小さ
いセラミックス片と、前記セラミックス片の上に固着されたパワー素子と、前記パワー素子と前記導電手段とを電気的に接続する接
続手段とを有することを特徴とした混成集積回路。
【請求項２】前記金属基板として銅を用いた請求項１記
載の混成集積回路。
【請求項３】前記セラミックス片として窒化アルミニウ
ム片、窒化ホウ素片、炭化ケイ素片あるいはベリリア片
を用いたことを特徴とする請求項１記載の混成集積回
路。
【請求項４】前記セラミックス片の両面には導体層が形
成されていることを特徴とする請求項３記載の混成集積
回路。
【請求項５】前記導電路として銅箔を用いたことを特徴
とする請求項１記載の混成集積回路。
【請求項６】前記パワー素子は、前記基板と固着される
ケース材により密封封止されることを特徴とする請求項
１記載の混成集積回路。
【請求項７】前記第１のメッキ層は、高濃度のリンが含
有されている請求項１記載の混成集積回路。