JP7054073B2 - ヒートシンク付き絶縁回路基板 - Google Patents
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Description
本発明に係るヒートシンク付き絶縁回路基板100は、図1に示すように、絶縁回路基板1にヒートシンク2が接合されてなり、例えば、パワーモジュール用基板として用いられる。このヒートシンク付き絶縁回路基板100の表面(上面)には、図1の二点鎖線で示すように、素子30が搭載されパワーモジュールとなる。
絶縁回路基板1は、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に接合された金属層13とを備える。
ヒートシンク2は、絶縁回路基板1に接合されて、前記絶縁回路基板1から伝達された熱を放熱する。このヒートシンク2は、絶縁回路基板1の金属層13に接合された第1金属層21と、第1金属層21の下面(裏面)に接合されたセラミックス板材23と、セラミックス板材23の下面(裏面)に接合された第2金属層22とからなる。
次に、本実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板100の製造方法について説明する。
まず、図3Aに示すように、セラミックス基板11に回路層用金属板120及び金属層用金属板130をそれぞれAl-Si系のろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス基板11の表面(上面)及び裏面(下面)に、それぞれAl-Si系のろう材箔14を介在させて回路層用金属板120及び金属層用金属板130を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、積層方向に荷重をかけながら真空中で加熱することにより、セラミックス基板11と回路層用金属板120及び金属層用金属板130を接合する。これにより、セラミックス基板11の表面(上面)に回路層12が接合部(ろう付け部)を介して接合され、裏面(下面)に金属層13が接合部(ろう付け部)を介して接合された絶縁回路基板1が形成される。
次に、図3Bに示すように、厚さT3が0.2mm~1.2mmのセラミックス板材23に厚さT1が0.3mm~3.0mmの第1金属層用金属板210及び厚さT2が0.3mm~3.0mmかつT1以下の第2金属層用金属板220をそれぞれAg-Cu-Ti系のろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス板材23の表面(上面)及び裏面(下面)に、それぞれAg-Cu-Ti系のろう材箔14を介在させて第1金属層用金属板210及び第2金属層用金属板220を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、積層方向に荷重をかけながら真空中で加熱することにより、セラミックス板材23と第1金属層用金属板210及び第2金属層用金属板220を接合する。これにより、セラミックス板材23の表面(上面)に厚さT1が0.3mm~3.0mmの第1金属層21が接合部(ろう付け部)を介して接合され、裏面(下面)に厚さT2が0.3mm~3.0mmで、かつ第1金属層21の厚さT1以下の第2金属層22が接合部(ろう付け部)を介して接合されたヒートシンク2が形成される。
そして、絶縁回路基板1とヒートシンク2とを固相拡散接合する。具体的には、図3Cに示すように、絶縁回路基板1の金属層13をヒートシンク2上に積層し、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下で接合温度に加熱することにより、金属層13とヒートシンク2を固相拡散接合する。この場合の加圧力としては例えば0.5MPa~2.0MPa、加熱温度としては500℃~540℃とされ、この加圧及び加熱状態を30分~120分保持する。これにより、金属層13とヒートシンク2とが接合され、図1に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板100が得られる。
得られた各試料につき、30℃から285℃に加熱した後冷却して30℃とする一連の加熱試験において、285℃加熱時の反り量及び285℃に加熱した後冷却して30℃となった際の反り量(30℃冷却時の反り量)をそれぞれ測定し、温度変化による各試料の変形を反り変化量として確認した。
素子位置ずれの評価は、電子部品を回路層にはんだ付けした後に、そのはんだ付け位置を計測することにより、位置ずれ発生の有無を、試料を30個製作して確認した。そして、0.2mm以上の位置ずれが生じた場合を不合格とし、0.2mm未満の位置ずれの場合は合格と評価した。
また、実施例1~18、比較例1~3及び従来例のヒートシンク付き絶縁回路基板に対して、-50℃~175℃の間で1000回変化させる温度サイクル試験を実行した後、絶縁回路基板のセラミックス基板に割れがあるか否かを目視にて判定した。この際、セラミックス基板に割れがあるものを否「B」、セラミックス基板に割れがないものを良「A」と判定した。反り変化量、素子位置ずれの評価及び冷熱サイクル信頼性の評価について、表2に結果を示す。
2 ヒートシンク
11 セラミックス基板
12 回路層
13 金属層
14 ろう材箔
21 第1金属層
22 第2金属層
23 セラミックス板材
30 素子
31 はんだ
100 ヒートシンク付き絶縁回路基板
120 回路層用金属板
130 金属層用金属板
210 第1金属層用金属板
220 第2金属層用金属板
Claims (5)
- セラミックス基板、前記セラミックス基板の一方の面に接合された回路層、および前記セラミックス基板の他方の面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層を備える絶縁回路基板と;前記金属層に接合されたヒートシンクと;を備えるヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記ヒートシンクは、前記金属層に接合された銅又は銅合金からなる厚さT1の第1金属層と、前記第1金属層の前記金属層とは反対側の面に接合されたセラミックス板材と、前記セラミックス板材の前記第1金属層とは反対側の面に接合された銅又は銅合金からなる厚さT2の第2金属層と、を有し、
前記第1金属層の前記厚さT1は0.3mm以上3.0mm以下であり、厚さ比率T1/T2が1.0以上であり、
前記ヒートシンクにおける前記セラミックス板材の平面サイズが、前記絶縁回路基板における前記セラミックス基板の平面サイズより大きいことを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。 - 前記厚さ比率T1/T2が10.0以下であることを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。
- 前記第2金属層の前記厚さT2が0.3mm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。
- 前記回路層は、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、
前記セラミックス基板は、窒化アルミニウムにより構成され、
前記セラミックス板材は、窒化珪素により構成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。 - 前記金属層と前記第1金属層とは、固相拡散接合していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。
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