JP4439432B2 - Ceramic circuit board manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、パワートランジスタモジュール用基板等に好適なセラミックス回路基板を製造する方法に係り、特にセラミックス基板上に金属回路板を接合し、この金属回路板上に半導体ペレットをハンダにより実装する場合に、ハンダの流動による不都合を防止するセラミックス回路基板製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a ceramic circuit board suitable for a power transistor module substrate or the like, and in particular, when a metal circuit board is bonded on a ceramic board and a semiconductor pellet is mounted on the metal circuit board by soldering. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic circuit board which prevents inconvenience due to solder flow.
近年、パワートランジスタモジュール用基板などの回路基板として、セラミックス基板上に銅板やアルミニウム板、クラッド材等の金属板を接合させたものが用いられている。 In recent years, as a circuit board such as a power transistor module substrate, a ceramic substrate bonded with a metal plate such as a copper plate, an aluminum plate, or a clad material has been used.
このようなセラミックス基板の製造には種々の方法が知られており、例えばDBC法(ダイレクト・ボンディング・カッパー法)、DBA法(ダイレクト・ボンド・アルミニウム法)、活性金属法等がある。DBC法は、所定形状に打ち抜いた銅回路基板をセラミックス基板上に接触配置させて加熱し、接合界面にCu−O共晶液層を生成させ、この液層によりセラミックス基板を濡らし、次いで冷却固化させてセラミックス基板と銅回路基板とを直接接合させる方法である。 Various methods are known for producing such a ceramic substrate, for example, DBC method (direct bonding copper method), DBA method (direct bond aluminum method), active metal method and the like. In the DBC method, a copper circuit board punched into a predetermined shape is placed in contact with a ceramic substrate and heated, a Cu-O eutectic liquid layer is generated at the bonding interface, the ceramic substrate is wetted by this liquid layer, and then cooled and solidified. In this method, the ceramic substrate and the copper circuit substrate are directly joined.
また、DBA法は、アルミニウム板をDBC法と同様に加熱し、接合界面にAl−Si共晶液層を生成させ、この液層によりセラミックス基板を濡らし、次いで冷却固化させて、セラミックス基板とアルミニウム板とを直接接合させ、あるいはアルミニウム溶湯をセラミックス基板と接触させ、凝固させて直接接合させる方法である。 In the DBA method, an aluminum plate is heated in the same manner as the DBC method, an Al-Si eutectic liquid layer is formed at the bonding interface, the ceramic substrate is wetted by this liquid layer, and then cooled and solidified, so that the ceramic substrate and the aluminum In this method, the plate is directly joined, or the molten aluminum is brought into contact with the ceramic substrate and solidified to be directly joined.
さらに活性金属法は、例えば銅回路基板とセラミックス基板とをロー材であるCu,Agおよび活性な金属であるTi,Hf,Zrの寄与により接合させる方法である。 Furthermore, the active metal method is a method in which, for example, a copper circuit board and a ceramic substrate are joined by the contribution of Cu, Ag, which is a brazing material, and Ti, Hf, Zr, which are active metals.
なお、セラミックス基板の材質としては、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム(AlN)等が適用される。 As a material for the ceramic substrate, silicon nitride, alumina, aluminum nitride (AlN) or the like is applied.
図2は、このような方法によって構成されるセラミックス回路基板の構成を例示したものである。 FIG. 2 exemplifies a configuration of a ceramic circuit board configured by such a method.
この図2の例では、セラミックス基板1の両面に前記の方法を用いて金属回路板2a,2bが接合されており、一方の金属回路板2aには半導体ペレット3がハンダ4により接合されている。また、他方の金属回路板2bには例えば銅等からなるヒートシンク5がハンダ6により接合されている。
In the example of FIG. 2, the
このようなセラミックス回路基板は、セラミックス基板1と金属回路基板2a,2bとの接合が強固であり、かつ単純な構造となるため小型、高実装化が可能であり、また作業工程も短縮できる等の利点が得られている。
Such a ceramic circuit board has a strong bonding between the
ところが、上述したセラミックス回路基板においては、実際にモジュールに組込むためにSiペレット等の半導体ペレット3を金属回路板2a上にハンダ付けする際、その金属回路板2a上をハンダ4が流れ、半導体ペレット3が位置ずれを起こしたり、図2に示すように、ハンダブリッジ4aが生じて耐圧不良となる等の問題がある。
However, in the above-described ceramic circuit board, when the
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、半導体ペレットのハンダ付け時にハンダが流れて同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることを抑制することができ、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率向上および高品質化等が図れるセラミックス回路基板製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to suppress the solder from flowing when the semiconductor pellet is soldered and the pellet from being displaced, and the occurrence of a breakdown voltage failure due to the solder bridge. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic circuit board capable of performing solder bonding, and consequently improving manufacturing efficiency and quality.
前記の目的を達成するために、本発明では金属回路板上に、半導体ペレット接合用ハンダの流動を抑制するための簡易かつ効果的な工程を採用するものである。 In order to achieve the above object, the present invention employs a simple and effective process for suppressing the flow of semiconductor pellet bonding solder on a metal circuit board.
すなわち、本発明では、セラミックス基板上に金属回路板を接合し、前記金属回路板に半導体ペレットをハンダ付けしてセラミックス回路基板を製造するセラミックス回路基板製造方法において、前記金属回路板の半導体ペレット搭載面のうちハンダが塗布されない部位に、ハンダ塗布面を囲む配置で、かつUV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂を用いてソルダーレジスト層を形成し、ハンダ層の厚さが前記レジスト層の厚さより大きい場合、前記ソルダーレジスト層の幅を0.5〜2mm、厚さを5〜100μmとし、ハンダ層の厚さを10〜120μmとすることを特徴とするセラミックス回路基板製造方法を提供する。 That is, according to the present invention, in a ceramic circuit board manufacturing method for manufacturing a ceramic circuit board by joining a metal circuit board on a ceramic board and soldering a semiconductor pellet to the metal circuit board, mounting the semiconductor pellet on the metal circuit board A solder resist layer is formed using a UV curable resin, a thermosetting resin, or a heat resistant resin in an arrangement surrounding the solder application surface in a portion of the surface where the solder is not applied, and the thickness of the solder layer is the resist When the thickness is larger than the layer thickness, the solder resist layer has a width of 0.5 to 2 mm, a thickness of 5 to 100 μm, and a solder layer thickness of 10 to 120 μm. I will provide a.
このような方法によると、半導体接合のためのハンダが金属回路板上に塗布された場合、そのハンダが余分な位置に流動しようとしてもソルダーレジスト部位で阻止される。したがって、ハンダが金属回路板の表面の一定範囲内に常時保持され、それにより半導体ペレットの移動も阻止されるため、同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることが抑制され、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率の向上および高品質化等が図れるようになる。 According to such a method, when solder for semiconductor bonding is applied on the metal circuit board, even if the solder tries to flow to an excessive position, it is blocked at the solder resist portion. Therefore, since the solder is always held within a certain range of the surface of the metal circuit board, thereby preventing the movement of the semiconductor pellet, it is suppressed that the pellet is misaligned or a breakdown voltage failure due to the solder bridge occurs. It is possible to perform good solder bonding, and thus improve manufacturing efficiency and quality.
本発明において、ソルダーレジスト層の厚さは、5〜100μmとすることが望ましい。ハンダの厚みは5μmないし同厚みを若干超える量であり、ソルダーレジスト層の厚さが5μm未満ではハンダの流動阻止機能が十分に得られない。ソルダーレジスト層の厚さが5μmであると、ハンダがソルダーレジスト上に乗り上げる可能性があるが、すぐに硬化して乗り越えるに至らない。ソルダーレジスト層の厚さが100μmを超えると余分となり、構成が不必要に大型してコンパクト化の要請に反する結果となる。このような観点からすると、ソルダーレジストの厚さ(高さ)はハンダ層の厚さと同じかそれ以上であることが好ましいと言える。仮に、ハンダ層の厚さがソルダーレジスト層の厚さより大きい場合は後述するソルダーレジスト層の幅を0.5mm以上にすることが好ましい。このようにしておけば、ハンダが流出したとしてもソルダーレジスト層上で硬化してしまうため、ハンダブリッジを形成しないで済む。特に、ハンダ層の厚みがソルダーレジスト層の厚みの2倍以上のときはソルダーレジスト層の幅が0.5mm以上あった方がよい。なお、ソルダーレジスト層は平面視で枠状に設けることが望ましく、その場合の層の幅は0.1mm以上、2mm以下が望ましい。0.1mm未満では上記厚さとの関係でハンダの流動を十分に阻止できない場合がある。2mmを超えると、回路構成が不要に大型化する。なお、最も望ましい幅の範囲は、0.5mm以上、2mm以下である。 In the present invention, the thickness of the solder resist layer is preferably 5 to 100 μm. The solder thickness is 5 μm or slightly larger than the same thickness. If the solder resist layer thickness is less than 5 μm, the solder flow preventing function cannot be sufficiently obtained. When the thickness of the solder resist layer is 5 μm, there is a possibility that the solder will run on the solder resist, but it will not be cured and overcome immediately. When the thickness of the solder resist layer exceeds 100 μm, the solder resist layer becomes excessive, and the configuration becomes unnecessarily large, which is contrary to the demand for compactness. From such a viewpoint, it can be said that the thickness (height) of the solder resist is preferably equal to or greater than the thickness of the solder layer. If the thickness of the solder layer is larger than the thickness of the solder resist layer, the width of the solder resist layer described later is preferably 0.5 mm or more. In this way, even if the solder flows out, it hardens on the solder resist layer, so that it is not necessary to form a solder bridge. In particular, when the thickness of the solder layer is twice or more the thickness of the solder resist layer, the width of the solder resist layer is preferably 0.5 mm or more. The solder resist layer is preferably provided in a frame shape in plan view, and the width of the layer in that case is preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less. If the thickness is less than 0.1 mm, the solder flow may not be sufficiently prevented due to the above thickness. If it exceeds 2 mm, the circuit configuration becomes unnecessarily large. The most desirable width range is 0.5 mm or more and 2 mm or less.
また、本発明においては、ソルダーレジスト層として、UV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂等が種々適用できる。この場合、耐熱性は250℃程度で十分である。 In the present invention, various types of UV curable resin, thermosetting resin or heat resistant resin can be applied as the solder resist layer. In this case, a heat resistance of about 250 ° C. is sufficient.
さらに本発明では、ソルダーレジスト層を、ハンダ塗布面を囲む配置で形成することが望ましい。これによりハンダの流動をあらゆる方向から防止することが可能となる。 Furthermore, in the present invention, it is desirable to form the solder resist layer in an arrangement surrounding the solder application surface. This makes it possible to prevent solder flow from all directions.
以上のように、本発明によれば、セラミックス基板上に金属回路板を接合し、前記金属回路板に半導体ペレットをハンダ付けしてセラミックス回路基板を製造するセラミックス回路基板製造方法において、前記金属回路板の半導体ペレット搭載面のうちハンダが塗布されない部位に、ハンダ層の厚さと同じかそれ以上の厚さでソルダーレジスト層を形成し、かつ前記ソルダーレジストの厚さを5〜100μmとすることにより、半導体ペレットのハンダ付け時にハンダが流れて同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることを抑制することができ、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率向上および高品質化等が図れるという効果が奏される。 As described above, according to the present invention, in the ceramic circuit board manufacturing method for manufacturing a ceramic circuit board by bonding a metal circuit board on a ceramic board and soldering a semiconductor pellet to the metal circuit board, the metal circuit By forming a solder resist layer with a thickness equal to or greater than the thickness of the solder layer on a portion of the surface of the board where the solder pellets are not applied, and by setting the thickness of the solder resist to 5 to 100 μm , It is possible to prevent solder from flowing during soldering of semiconductor pellets, and to prevent the pellets from shifting in position or causing a breakdown voltage failure due to solder bridges. Good solder bonding, and consequently improved manufacturing efficiency and higher quality, etc. The effect that can be achieved.
以下、本発明に係るセラミックス回路基板製造方法の実施形態について、図2を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a ceramic circuit board manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
図2は、本実施形態の方法によって製造されるセラミックス回路基板の構成を示す図である。なお、説明を容易にするため、全体構成については図2に示した従来のものと同様のものを適用する。したがって、従来の構成部分と同一部分については、図1に図2と同符号を用いて説明する。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a ceramic circuit board manufactured by the method of the present embodiment. For ease of explanation, the same configuration as the conventional one shown in FIG. Therefore, the same parts as the conventional constituent parts will be described with reference to FIG.
このセラミックス回路基板製造方法では、セラミックス基板1の両面に金属回路板2a,2bを接合する。セラミックス基板1としては、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等を適用する。金属回路板2a,2bとしては、銅、アルミニウム、クラッド材等を適用する。これらは、上述したDBC法、DBA法、活性金属法等によって接合される。
In this ceramic circuit board manufacturing method, the
そして、一方の金属回路板2aには例えばSiペレット等の半導体ペレット3をハンダ4により接合する。また、他方の金属回路板2bには例えば銅等からなるヒートシンク5をハンダ6により接合する。
Then, a
このようなセラミックス回路基板製造方法において、本実施形態では、一方の金属回路板2aの半導体ペレット搭載面のうちハンダ6が塗布されない部位に、ソルダーレジスト層7をハンダ塗布面を囲む配置で形成する。
In such a ceramic circuit board manufacturing method, in this embodiment, the
このソルダーレジスト層7は、例えばUV硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂により枠状に形成しており、耐熱性は250℃程度のものとする。また、ソルダーレジスト層7の厚さは、5〜100μmの範囲に設定し、ソルダーレジスト層7の幅は0.1mm〜2mmとする。
The
このような方法によると、半導体接合のためのハンダ4が金属回路板2a上に塗布された場合、そのハンダ4が金属回路板2aの表面の一定範囲内に常時保持された。したがって、図1に示すように、半導体ペレット3は定位置に安定して保持され、位置ずれが生じることがなく、また図2に示したようなハンダブリッジが生じることもなかった。
According to such a method, when the
なお、ソルダーレジスト層7の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば下記のような方法がある。金属回路板の所定の位置にレジストインク(レジスト含有溶液)を塗布できるようマスク材を配置しスクリーン印刷等の方法により印刷する。この後、例えば、レジスト材がUV硬化型インクであれば印刷直後にUV乾燥によりインクを乾燥させてソルダーレジスト層を形成する。また、熱硬化型インクであれば、同様の方法でインクを塗布した後、熱処理により乾燥させる方法などが挙げられる。
In addition, although the formation method of the
また、ソルダーレジスト層7の厚さおよび幅と、ハンダ4の塗布厚さとの関係を示すと、下記の表1に示すとおりであった。ソルダーレジスト層の形成形態としては、いずれも金属回路板上の半導体ペレット搭載面においてハンダが塗布されない部位に形成した。この表1に示すように、本実施形態においては、上述した従来のセラミックス回路基板における問題、すなわち金属回路板2a上をハンダ4が流れたり、半導体ペレット3が位置ずれを起こしたり、ハンダブリッジ4aが生じて耐圧不良となる等の問題が解消できることが確認された。参考例として示したようにハンダ層の厚みがソルダーレジスト層の2倍ある場合、ソルダーレジスト層の幅が0.5mm未満であるとハンダ層の流出がおきることが確認された。なお、ハンダ層の厚さがソルダーレジスト層の厚さに対して3倍以上ある場合はソルダーレジスト層の幅を1.0mm以上にすることにより対応可能であるが、できれば2倍以下になるようにソルダーレジスト層の厚さを制御した方がよい。さらに比較例1に示したようにソルダーレジスト層の厚さが5μm未満であると、半導体ペレットの移動がおきてしまうことが分かった。これは半導体ペレットをハンダ接合するためのハンダ量が多量に流出してしまうためにこのような現象がおきてしまったものと推測される。
1 セラミックス基板
2a,2b 金属回路板
3 半導体ペレット
4,6 ハンダ
5 ヒートシンク
7 ハンダレジスト層
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