JP3599517B2

JP3599517B2 - Circuit board for power module

Info

Publication number: JP3599517B2
Application number: JP1514297A
Authority: JP
Inventors: 健次門田; 純一須崎; 東一高城
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: JPH10214915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い信頼性、放熱性を要する電子部品のパワーモジュール等に使用される金属回路を有する回路基板、特に高出力パワーモジュール用回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から各種電子機器の構成部品として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）などのセラミックス焼結体基板表面に導電層として銅（Ｃｕ）回路板等を一体に接合した回路基板が広く使用されている。
【０００３】
これらの回路基板は、熱伝導性および電気伝導性に優れたＣｕ等の金属により回路板を形成しているため、回路動作の遅延が減少するとともに回路配線の寿命を向上しつつ、半田等の接合材料に対する濡れ性が向上し、セラミックス焼結体表面に半導体素子（ＩＣチップ）や電極板を高い接合強さで接合することができ、その結果、半導体素子からの発熱の放散性や素子の動作信頼性を良好に保つことができ、更にセラミックス基板の放熱面にもＣｕ等の金属板を接合することにより、セラミックス基板の応力緩和および熱変形防止の目的も達成できるという利点を有している。
【０００４】
回路基板は、パワーモジュールへの実装工程において高温処理されるため、残存した応力により金属回路及び又は金属放熱板のコーナー部特に金属回路の凸部をなすコーナー近傍のセラミックス基板にクラックが発生し、パワーモジュール使用時に破壊に至る問題がある。特に、最近のパワーモジュールの高出力化に伴いこの問題が顕著になってきている。
【０００５】
この問題を解決するために特開平５−２６８７００号公報では単純な金属回路パターンを有するセラミックス製基板において、回路パターンのコーナー部の「曲率が１００ｍｍ^−１以上のアール」を設けることによりコーナー部に熱応力が集中することを回避する試みがなされている。しかるに、同公報による実施例は曲率４ｍｍ^−１と２００ｍｍ^−１のアールを比較したのみで、「１００ｍｍ^−１以上のアール」が妥当である数値的根拠がないばかりでなく、本発明者らの検討においては、コーナー部が曲率４ｍｍ^−１（曲率半径０．２５ｍｍ）のアールの場合も良好な熱耐久性が得られなかった。
【０００６】
また、特開平４−１８２３６７号公報では金属とセラミックスを接合してなる基板において、銅板のコーナーに曲率半径０．５〜２．０ｍｍの丸みを有する基板が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のような方法では、高出力のパワーモジュールに於いてはクラックは依然として発生し、更なる改良が必要とされていた。しかし、単純に曲率を大きくしても、クラックはパターンの直線部から凸部コーナーの曲線部に入る部分でクラックが生じやすくなるという問題がある。又コーナーアールを１２ｍｍ以上と大きくすると、コーナー凸部の形状的特異性は解消され、直線部とほぼ同等の耐熱衝撃性を保有するようになる。しかし小さな回路基板において、凸部コーナーに１２アール以上の大きなアールをつけることは部品の実装性が減少するとともに、放熱面積が減少するために好ましくない。本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、大幅な回路パターンの変更を必要とせずに、回路基板の放熱性、絶縁耐圧を損なうことなく、クラック発生を低減させ、信頼性の高い高出力パワーモジュール用回路基板を提供することを目的とする。ここで凸部コーナーとは図１に示すように金属部品のコーナーにおいて角度が１８０度以下のコーナーを云う。
【０００８】
本発明者等は、コーナーアールについて、コーナー入り口部と中央部及び回路の端部とセラミックス基板の端部との距離（ｄ）について検討した。コーナーアールの曲率半径が小の場合は、コーナー中央部でクラックが生じるが、距離（ｄ）を大きくすることにより、クラックは低減する。又コーナ−アールの曲率半径が大の場合は、より厳しい熱衝撃を与えることが必要ではあるが、コーナー入り口部でクラックを生じ易いが、距離（ｄ）は小さく設定できることを見出した。コーナー入り口部と中央部でアールの大きさがなめらかに変化するようにした場合に最も効果的に形状的特異性を緩和できることを見いだし本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
すなわち本発明はセラミックス基板の片面に金属回路が、その反対面に金属放熱板が接合層を介して形成されてなる回路基板であって、前記金属回路及び又は前記金属放熱板のパターンのコーナ部における曲線に於いて、図１（Ａ）の曲線中央部の曲率半径（Ｒc）と図１（Ｂ）の直線部からコーナーに入る点の曲率半径（Ｒe）及び図１（ｄ）のセラミックス基板端部から金属回路までの距離が以下に示す関係を有するパワーモジュール回路基板である。
【００１０】
▲１▼１≦Ｒｃ≦２ｍｍの時
０．１≦Ｒｅ／Ｒｃ＜１，ｄ≧２．０ｍｍ
▲２▼２＜Ｒｃ≦５ｍｍの時
０．５≦Ｒｅ／Ｒｃ≦５，ｄ≧１．０ｍｍ
▲３▼５＜Ｒｃ≦１２ｍｍの時
１．０≦Ｒｅ／Ｒｃ≦５，ｄ≧０．５ｍｍ
【００１１】
更に前記セラミックス基板に窒化アルミニウム焼結体基板または窒化珪素焼結体基板を用いた上記のパワーモジュール用回路基板である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）の曲線中央部の曲率半径（Ｒｃ）が２ｍｍ以下と小さい場合は応力は（Ａ）に集中するが、この時距離（ｄ）を２ｍｍ以上好ましくは２．５ｍｍ以上とする必要がある。２ｍｍより少ない場合は、応力はセラミックス基板端部に達し、端部は同一応力でもクラックを生じやすく、端部で発生したクラックが進展し、回路部まで到達し、電流リークの原因となるからである。コーナー入り口（Ｂ）部の応力は、中央部（Ａ）の応力より小さいため、曲率半径を小さくすることができる、このことにより放熱面積のロスを小さくする為０．１≦Ｒｅ／Ｒｃ＜１とする必要がある。この時曲率半径ＲｅとＲｃはなめらかに接続している必要がある。
【００１３】
Ｒｃが２ｍｍより大きく５ｍｍ以下の場合、クラックはコーナー部の中央（Ａ）又は入り口部（Ｂ）のいずれでも発生し易い。従ってこの場合Ｒｅ／Ｒｃは０．５〜５の範囲である、好ましくは０．７〜３の範囲である。更に詳しく述べれば、Ｒｃ＝Ｒｅ＝３．５前後で（Ａ），（Ｂ）に働く応力はほぼ一致する。従ってＲｃ≧３．５の時、Ｒｅ／Ｒｃは１以上とし、Ｒｃ≦３．５でＲｅ／Ｒｃを１以下となるように設定すれば更に良い。また距離（ｄ）はＲｃが２ｍｍ以下の時と比べ、発生応力が低下するので、回路端部をセラミックス端部により近づけることができるが、１．０ｍｍ以上好ましくは１．５ｍｍとする必要がある。
【００１４】
Ｒｃが５ｍｍより大きい場合は、（Ａ）に比べ（Ｂ）に働く応力の方が大きくＲｅ／Ｒｃは１〜５とする必要がある。好ましくは１．５〜４である。Ｒｃを大きくするにつれ、発生応力はＲｃが５ｍｍ以下の時に比べ、小さくなっているため距離（ｄ）を０．５ｍｍ好ましくは０．８ｍｍまで近づけることができる。Ｒｃを１２ｍｍより大きくした場合、発生する応力は直線部とほぼ同等になるので、コーナー部に生じる特有の応力集中を考慮する必要がない。すなわち距離（ｄ）は使用時の沿面放電等を考慮して決めればよく、直線部と同等の扱いをすることができる。
【００１５】
本発明で使用されるセラミックス基板には特に制限はないが、高出力パワーモジュールの大きな発熱量に於いても良好な放熱性を示すためには、特に熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ以上のものが適している。ここで高出力パワーモジュールとは、半導体チップの発熱量が１００Ｗ以上のものを云う。また、セラミックス基板の曲げ強さについては、回路基板の強さに影響を及ぼすため３５０ＭＰａ以上が好ましい。セラミックス基板の厚みとしては、要求される回路基板の強さによって異なるが、通常、０．３ｍｍから１．５ｍｍのものが使われる。
【００１６】
本発明において、セラミックス基板に形成される金属回路もしくは金属回路と金属放熱板について説明すると、その材質は、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の純金属もしくは合金が用いられる。その金属回路又は金属放熱板の厚みは０．１〜２．０ｍｍが適している。本発明に係る接合層はろう材ペーストを用いて形成されたものである。ここで使用されるろう材ペーストは、例えば金属回路又は金属放熱板の材質がＣｕである場合、ＡｇもしくはＡｇとＣｕを含むろう材である。
【００１７】
本発明の回路基板を製造する方法について一例を挙げて説明する。先ず、セラミックス基板の表面全体にＡｇとＣｕ及び活性金属を含むろう材ペーストを塗布し、次いでそのペースト面を覆うに充分な広さのベタ金属板を接触配置する。ベタ金属板の配置されたセラミックス基板を熱処理して両者の接合体を製造する。このようにして製造された接合体の金属板上にエッチングレジストを用いて回路パターンをスクリーン印刷し、レジスト回路パターンを形成させる。このときの回路パターンの構造は本請求項に従う。次いで、エッチング処理してパターン外の不要な金属やろう材等を除去した後、エッチングレジスト膜を除去して金属回路を有するセラミックス回路基板とする。その後、金属回路の酸化と腐食を防止するため、必要に応じてＮｉメッキ等により選択的に金属回路上に保護膜を形成させる。
【００１８】
【実施例】
厚み０．６３５ｍｍの５０ｍｍ×６０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にろう材ペーストを介してＣｕ板を接触配置し、真空中８３０℃で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板とＣｕ板の接合体を得た。この接合体のＣｕ板上に、紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンを印刷して硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要なＣｕを除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、Ｃｕ回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ＮｉメッキによりＣｕ回路に選択的にＮｉ保護膜を形成させた。このようにして窒化アルミニウム回路基板を完成させた。また、窒化アルミニウム焼結体の変わりに窒化珪素焼結体を用いる以外は上記と同様にして窒化珪素回路基板を完成させた。このようにして、表１〜３の実施例、比較例に示すような回路基板を完成させた。
【００１９】
これらの回路基板についてヒートサイクル試験を実施した。ヒートサイクル試験は、−４０℃で３０分間保持し、１２５℃で３０分間保持する加熱冷却操作を１サイクルとし、ＪＩＳ−Ｃ−００２５温度変化試験方法に準じて実施した。Ｒｃが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の回路基板については、１０回、３０回、５０回、１００回のヒートサイクル試験後にクラック発生の有無を評価した。クラックの評価は、回路間のクラックの有無を蛍光探傷検査により観察することで行った。結果を表１に示す。クラックは発生率（％）で示した。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜３に示す回路基板は、ヒートサイクル試験３０回後も窒化アルミニウム焼結体基板にクラックは発生しておらず、高い信頼性を有する。更に、実施例４に示す回路基板はヒートサイクル試験１００回後も窒化珪素焼結体基板にクラックは発生しなかった。一方、比較例１〜４に係る回路基板は、ヒートサイクル試験１０回で、比較例５に係る回路基板は、ヒートサイクル試験３０回でクラックが発生し、ヒートサイクル試験の繰り返し回数の増加に伴い、基板に発生するクラックが多くなったため、充分な信頼性が得られない。
【００２２】
Ｒｃが２．０を越え５．０ｍｍ以下の回路基板については、５０回、１００回、１５０回、２００回のヒートサイクル試験後にクラック発生の有無を評価した。クラックの評価は、回路間のクラックの有無を蛍光探傷検査により観察することで行った。結果を表２に示す。クラックは発生率（％）で示した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
表２に示す結果から明らかなように、同じＲｃで注目してみると、Ｒｃ＝３．０ｍｍにおいては、実施例５〜７は、ヒートサイクル試験１００回後も窒化アルミニウム焼結体基板にクラックは発生しておらず、高い信頼性を有する。一方、比較例７に係る回路基板は、ヒートサイクル試験５０回で、比較例６に係る回路基板は、ヒートサイクル試験１００回で、クラックが発生し、ヒートサイクル試験の繰り返し回数の増加に伴い、基板に発生するクラックが多くなったため、充分な信頼性が得られない。また、Ｒｃ＝４．０或いは５．０ｍｍにおいては、実施例８〜１２は、ヒートサイクル試験１５０回後も窒化アルミニウム焼結体基板にクラックは発生しておらず、更に高い信頼性を有する。一方、比較例８〜１０に係る回路基板は、ヒートサイクル試験１５０回でクラックが発生し、ヒートサイクル試験の繰り返し回数の増加に伴い、基板に発生するクラックが多くなったため、充分な信頼性が得られない。更に、実施例１３に示す回路基板はヒートサイクル試験４００回後も窒化珪素焼結体基板にクラックは発生しなかった。
【００２５】
Ｒｃが５．０ｍｍを越え１２ｍｍ以下の回路基板については、５０回、１００回、２００回、４００回のヒートサイクル試験後にクラック発生の有無を評価した。クラックの評価は、回路間のクラックの有無を蛍光探傷検査により観察することで行った。結果を表３に示す。クラックは発生率（％）で示した。
【００２６】
【表３】

【００２７】
表３に示す結果から明らかなように、同じＲｃで注目してみると、Ｒｃ＝６．０ｍｍ或いは９．０ｍｍにおいては、実施例１４、１５、１７、１８は、ヒートサイクル試験２００回後も窒化アルミニウム焼結体基板にクラックは発生しておらず、高い信頼性を有する。一方、比較例１１〜１４に係る回路基板は、ヒートサイクル試験２００回で、クラックが発生し、ヒートサイクル試験の繰り返し回数の増加に伴い、基板に発生するクラックが多くなったため、充分な信頼性が得られない。また、Ｒｃ＝１２ｍｍにおいては、実施例１９は、ヒートサイクル試験４００回後も窒化アルミニウム焼結体基板にクラックは発生しておらず、更に高い信頼性を有する。一方、比較例１５〜１６に係る回路基板は、ヒートサイクル試験４００回でクラックが発生しており充分な信頼性が得られない。更に、実施例１６に示す回路基板はヒートサイクル試験１０００回後も窒化珪素焼結体基板にクラックは発生しなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構造改善を行なうことにより、高い信頼性、放熱性を有する高出力パワーモジュール用回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーモジュール用回路基板について、金属回路パターン凸部を模式的に示したものである。
【図２】Ｒｅ＞Ｒｃの時のコーナー部形状例
【符号の説明】
Ａ：凸部コーナーの曲線部の中央
Ｂ：凸部コーナーの曲線部の開始点
ｄ：セラミックス基板端部から金属回路までの距離
Ｒｃ：凸部コーナー曲線部の中央の曲率半径
Ｒｅ：凸部コーナー曲線部の開始点の曲率半径[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board having a metal circuit used for a power module or the like of an electronic component requiring high reliability and heat radiation, and particularly to a circuit board for a high-output power module.
[0002]
[Prior art]
_2. Description of the Related Art Conventionally, as a component of various electronic devices, a copper (Cu) circuit board or the like has been integrated as a conductive layer on the surface of a ceramic sintered body substrate such as alumina (Al ₂ O ₃ ), aluminum nitride (AlN), and beryllium oxide (BeO). A circuit board bonded to a substrate is widely used.
[0003]
Since these circuit boards form a circuit board with a metal such as Cu having excellent heat conductivity and electric conductivity, a delay in circuit operation is reduced, and a life of circuit wiring is improved, and a circuit board such as solder is used. The wettability to the bonding material is improved, and a semiconductor element (IC chip) or an electrode plate can be bonded to the surface of the ceramic sintered body with high bonding strength. As a result, the heat dissipation from the semiconductor element and the property of the element can be improved. It has the advantage that the operation reliability can be kept good and the purpose of stress relaxation and thermal deformation prevention of the ceramic substrate can also be achieved by joining a metal plate such as Cu to the heat dissipation surface of the ceramic substrate. I have.
[0004]
Since the circuit board is subjected to high temperature processing in the mounting process to the power module, cracks occur on the ceramic substrate near the corners of the metal circuit and / or the metal radiator plate, particularly the corners forming the convex portion of the metal circuit due to the remaining stress, There is a problem of destruction when using a power module. In particular, this problem has become remarkable with the recent increase in output of power modules.
[0005]
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-268700 discloses a ceramic substrate having a simple metal circuit pattern, in which the corner of the circuit pattern is provided with a "curvature having a curvature of 100 mm ^-1 or more". Attempts have been made to avoid concentration of thermal stress. However, embodiments according to the publication only compared the radius of curvature ^{4 mm -1} and 200 mm ^-1, not only there is no numerical basis "100 mm ^-1 or more Earl" is appropriate, the present inventors In the study, good thermal durability was not obtained even when the corner portion was a radius of curvature of 4 mm ^-1 (radius of curvature 0.25 mm).
[0006]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-18267 proposes a substrate formed by joining a metal and a ceramic, the substrate having a roundness with a radius of curvature of 0.5 to 2.0 mm at a corner of a copper plate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described method, cracks still occur in the high-output power module, and further improvement is required. However, even if the curvature is simply increased, there is a problem that the crack is likely to be generated at a portion from the linear portion of the pattern to the curved portion of the convex corner. When the corner radius is increased to 12 mm or more, the shape peculiarity of the corner convex portion is eliminated, and the corner portion has substantially the same thermal shock resistance as the linear portion. However, in a small circuit board, it is not preferable to provide a large radius of 12 or more at the corner of the convex portion, because the mountability of components is reduced and the heat radiation area is reduced. The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not require a significant circuit pattern change, does not impair the heat dissipation of the circuit board, reduces the occurrence of cracks, does not impair the withstand voltage, and has high reliability. An object is to provide a circuit board for a high-output power module. Here, the convex corner means a corner having an angle of 180 degrees or less in the corner of the metal part as shown in FIG.
[0008]
The present inventors have studied the distance (d) between the corner entrance and the center, the edge of the circuit, and the edge of the ceramic substrate for the corner radius. If the radius of curvature of the corner radius is small, a crack occurs at the center of the corner, but the crack is reduced by increasing the distance (d). Also, when the radius of curvature of the corner radius is large, it is necessary to give a severer thermal shock, but it is found that cracks tend to occur at the corner entrance, but the distance (d) can be set small. The inventors have found that the shape specificity can be relaxed most effectively when the radius of the corner is smoothly changed at the entrance and the center of the corner, and have completed the present invention.
[0009]
That is, the present invention is a metal circuit on one surface of the ceramic substrate, a circuit board metal heat radiating plate is formed via a bonding layer on the opposite surface thereof, a corner portion of the pattern of the metal circuit and or said metal heat sink plate 1A, the radius of curvature (Rc) at the center of the curve in FIG. 1A, the radius of curvature (Re) at a point entering the corner from the straight portion in FIG. 1B, and the ceramic substrate in FIG. 1D. This is a power module circuit board in which the distance from the end to the metal circuit has the following relationship.
[0010]
(1) When 1 ≦ Rc ≦ 2 mm, 0.1 ≦ Re / Rc <1, d ≧ 2.0 mm
(2) When 2 <Rc ≦ 5 mm, 0.5 ≦ Re / Rc ≦ 5, d ≧ 1.0 mm
{3} When 5 <Rc ≦ 12 mm, 1.0 ≦ Re / Rc ≦ 5, d ≧ 0.5 mm
[0011]
A further circuit board for the power module using the ceramic substrate to the sintered aluminum nitride substrate or a silicon nitride sintered body substrate.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
When the radius of curvature (Rc) at the center of the curve in FIG. 1 (A) is as small as 2 mm or less, stress concentrates on (A). At this time, the distance (d) needs to be 2 mm or more, preferably 2.5 mm or more. There is. If it is less than 2 mm, the stress reaches the end of the ceramic substrate, and the end is liable to crack even with the same stress, the crack generated at the end propagates, reaches the circuit part, and causes current leakage. is there. Since the stress at the corner entrance (B) is smaller than the stress at the center (A), the radius of curvature can be reduced. In order to reduce the loss of the heat radiation area, 0.1 ≦ Re / Rc <1. It is necessary to At this time, the radii of curvature Re and Rc need to be connected smoothly.
[0013]
When Rc is greater than 2 mm and 5 mm or less, cracks are likely to occur at either the center (A) of the corner or at the entrance (B). Therefore, in this case, Re / Rc is in the range of 0.5 to 5, preferably 0.7 to 3. More specifically, the stresses acting on (A) and (B) almost coincide with each other at around Rc = Re = 3.5. Therefore, when Rc ≧ 3.5, Re / Rc is set to 1 or more, and it is even better to set Re / Rc to 1 or less when Rc ≦ 3.5. Further, the distance (d) can reduce the generated stress as compared with the case where Rc is 2 mm or less, so that the circuit end can be brought closer to the ceramic end, but it needs to be 1.0 mm or more, preferably 1.5 mm. .
[0014]
When Rc is larger than 5 mm, the stress acting on (B) is larger than that of (A), and Re / Rc needs to be 1 to 5. Preferably it is 1.5-4. As Rc is increased, the generated stress is smaller than when Rc is 5 mm or less, so that the distance (d) can be reduced to 0.5 mm, preferably to 0.8 mm. When Rc is larger than 12 mm, the generated stress is almost equal to that of the linear portion, and it is not necessary to consider the specific stress concentration generated in the corner portion. That is, the distance (d) may be determined in consideration of creeping discharge or the like at the time of use, and can be treated in the same manner as a straight portion.
[0015]
The ceramic substrate used in the present invention is not particularly limited. However, in order to exhibit good heat dissipation even with a large amount of heat generated by a high-output power module, a ceramic substrate having a thermal conductivity of 65 W / mK or more is required. Are suitable. Here, a high-output power module refers to a module in which the heat generation of a semiconductor chip is 100 W or more. Further, the bending strength of the ceramic substrate is preferably 350 MPa or more because it affects the strength of the circuit board. The thickness of the ceramic substrate varies depending on the required strength of the circuit board, but usually a thickness of 0.3 mm to 1.5 mm is used.
[0016]
In the present invention, a metal circuit formed on a ceramic substrate or a metal circuit and a metal heat radiating plate will be described. As the material, a pure metal or alloy such as copper, nickel, aluminum, molybdenum, and tungsten is used. The thickness of the metal circuit or the metal radiator is preferably 0.1 to 2.0 mm. The bonding layer according to the present invention is formed using a brazing material paste. The brazing material paste used here is, for example, Ag or a brazing material containing Ag and Cu when the material of the metal circuit or the metal radiating plate is Cu.
[0017]
The method for manufacturing the circuit board of the present invention will be described by way of an example. First, a brazing material paste containing Ag, Cu, and an active metal is applied to the entire surface of the ceramic substrate, and then a solid metal plate large enough to cover the paste surface is placed in contact. The ceramic substrate on which the solid metal plate is arranged is heat-treated to produce a joined body of both. A circuit pattern is screen-printed on the metal plate of the joined body manufactured as described above using an etching resist to form a resist circuit pattern. The structure of the circuit pattern at this time complies with the present invention. Next, after etching to remove unnecessary metal and brazing material outside the pattern, the etching resist film is removed to obtain a ceramic circuit substrate having a metal circuit. Thereafter, in order to prevent oxidation and corrosion of the metal circuit, a protective film is selectively formed on the metal circuit by Ni plating or the like as necessary.
[0018]
【Example】
A Cu plate is placed in contact with both sides of a 50 mm × 60 mm aluminum nitride sintered body having a thickness of 0.635 mm via a brazing material paste, and heat-treated at 830 ° C. for 30 minutes in a vacuum to form a joined body of the aluminum nitride substrate and the Cu plate. Obtained. After a circuit pattern was printed and cured on a Cu plate of this joined body by a screen printing method using an ultraviolet-curable etching resist, unnecessary Cu outside the pattern was removed with a ferric chloride solution. Next, the substrate was placed in an aqueous solution containing ammonium hydrogen fluoride and hydrogen peroxide to remove unnecessary brazing material between Cu circuit patterns, and then the resist was removed. Further, a Ni protective film was selectively formed on the Cu circuit by electroless Ni plating. Thus, an aluminum nitride circuit board was completed. Further, a silicon nitride circuit board was completed in the same manner as above except that a silicon nitride sintered body was used instead of the aluminum nitride sintered body. In this way, circuit boards as shown in Examples and Comparative Examples in Tables 1 to 3 were completed.
[0019]
A heat cycle test was performed on these circuit boards. The heat cycle test was carried out in accordance with JIS-C-0025 temperature change test method, with one cycle of a heating / cooling operation of holding at −40 ° C. for 30 minutes and holding at 125 ° C. for 30 minutes. For circuit boards having an Rc of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, the presence or absence of cracks was evaluated after 10, 30, 50, and 100 heat cycle tests. The evaluation of cracks was performed by observing the presence or absence of cracks between circuits by a fluorescent flaw detection test. Table 1 shows the results. Cracks are indicated by the incidence (%).
[0020]
[Table 1]

[0021]
As is clear from the results shown in Table 1, the circuit boards shown in Examples 1 to 3 have no cracks in the aluminum nitride sintered body substrate even after 30 heat cycle tests, and have high reliability. Further, in the circuit board shown in Example 4, no crack occurred in the silicon nitride sintered body substrate even after 100 times of the heat cycle test. On the other hand, the circuit boards according to Comparative Examples 1 to 4 were subjected to the heat cycle test 10 times, and the circuit board according to Comparative Example 5 was cracked at the heat cycle test 30 times, and the number of repetitions of the heat cycle test was increased. Since the number of cracks generated in the substrate increases, sufficient reliability cannot be obtained.
[0022]
For circuit boards having an Rc of more than 2.0 and not more than 5.0 mm, the presence or absence of cracks was evaluated after 50, 100, 150, and 200 heat cycle tests. The evaluation of cracks was performed by observing the presence or absence of cracks between circuits by a fluorescent flaw detection test. Table 2 shows the results. Cracks are indicated by the incidence (%).
[0023]
[Table 2]

[0024]
As is clear from the results shown in Table 2, when focusing on the same Rc, when Rc = 3.0 mm, Examples 5 to 7 showed cracks on the aluminum nitride sintered body substrate even after 100 times of the heat cycle test. Does not occur and has high reliability. On the other hand, the circuit board according to Comparative Example 7 was subjected to the heat cycle test 50 times, and the circuit board according to Comparative Example 6 was subjected to the heat cycle test 100 times, cracks occurred, and the number of repetitions of the heat cycle test increased. Since the number of cracks generated on the substrate has increased, sufficient reliability cannot be obtained. In addition, when Rc = 4.0 or 5.0 mm, in Examples 8 to 12, cracks did not occur in the aluminum nitride sintered body substrate even after 150 times of the heat cycle test, and the samples had higher reliability. On the other hand, in the circuit boards according to Comparative Examples 8 to 10, cracks occurred in the heat cycle test 150 times, and the number of cracks in the board increased with the increase in the number of repetitions of the heat cycle test. I can't get it. Furthermore, in the circuit board shown in Example 13, no cracks occurred in the silicon nitride sintered body substrate even after 400 times of the heat cycle test.
[0025]
For circuit boards having an Rc of more than 5.0 mm and not more than 12 mm, the presence or absence of cracks was evaluated after 50, 100, 200 and 400 heat cycle tests. The evaluation of cracks was performed by observing the presence or absence of cracks between circuits by a fluorescent flaw detection test. Table 3 shows the results. Cracks are indicated by the incidence (%).
[0026]
[Table 3]

[0027]
As is clear from the results shown in Table 3, when focusing on the same Rc, when Rc = 6.0 mm or 9.0 mm, Examples 14, 15, 17, and 18 show that even after 200 times of the heat cycle test. No cracks occur in the aluminum nitride sintered body substrate, and the substrate has high reliability. On the other hand, in the circuit boards according to Comparative Examples 11 to 14, cracks occurred in the heat cycle test 200 times, and the number of cracks generated in the board increased with the number of repetitions of the heat cycle test. Can not be obtained. In addition, when Rc = 12 mm, in Example 19, no cracks occurred in the aluminum nitride sintered body substrate even after 400 times of the heat cycle test, and the reliability was even higher. On the other hand, in the circuit boards according to Comparative Examples 15 and 16, cracks occurred in the heat cycle test 400 times, and sufficient reliability was not obtained. Further, in the circuit board shown in Example 16, no crack was generated in the silicon nitride sintered body substrate even after the heat cycle test was performed 1,000 times.
[0028]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the circuit board for high output power modules which has high reliability and heat dissipation by providing simple structure improvement can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows a metal circuit pattern projection on a power module circuit board according to the present invention.
FIG. 2 shows an example of a corner portion shape when Re> Rc.
A: the center of the curved part of the convex corner B: the starting point of the curved part of the convex corner d: the distance from the ceramic substrate end to the metal circuit Rc: the radius of curvature Re at the center of the convex corner curved part Re: the convex corner Radius of curvature of the start point of the curve

Claims

Curve metal circuit on one surface of the ceramic substrate, a circuit board metal heat radiating plate is formed via a bonding layer on the opposite surface thereof, the projecting corner portion of the pattern of the metal circuit and or said metal heat sink plate in the relationship shown in the distance of the curved central portion of the radius of curvature (Rc) and the radius of curvature of a point entering the corner from the linear portion (Re) and from the ceramic substrate end portion to the metal circuit (d) is less A power module circuit board, comprising:
(1) When 1 ≦ Rc ≦ 2 mm, 0.1 ≦ Re / Rc <1, d ≧ 2.0 mm
(2) When 2 <Rc ≦ 5 mm, 0.5 ≦ Re / Rc ≦ 5, d ≧ 1.0 mm
(3) When 5 <Rc ≦ 12 mm, 1.0 ≦ Re / Rc ≦ 5, d ≧ 0.5 mm

A circuit board for a power module according to claim 1, characterized by using the ceramic substrate to the sintered aluminum nitride substrate or a silicon nitride sintered body substrate.