JP7243201B2 - Manufacturing method of insulated circuit board with heat sink and insulated circuit board with heat sink - Google Patents

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Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板等の絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an insulating circuit board with a heat sink, in which a heat sink is bonded to an insulating circuit board such as a power module board used in a semiconductor device that controls large currents and high voltages, and an insulating circuit board with a heat sink.

パワーモジュール用基板として、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面にアルミニウムやアルミニウム合金からなる回路層が形成され、他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板が知られている。このようなヒートシンク付き絶縁回路基板は、通常、回路層とは反対側の体積が回路層の体積に比べて大きく、かつ、ヒートシンクが回路層を構成するアルミニウムよりも硬いアルミニウム合金や銅により構成されている。このため、このようなヒートシンク付き絶縁回路基板は、回路層側に凸状に反る。 As a power module substrate, a circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on one side of an insulating layer made of a ceramic substrate such as aluminum nitride, and a metal layer is formed on the other side. is known. Such an insulated circuit board with a heat sink generally has a larger volume on the side opposite to the circuit layer than the volume of the circuit layer, and the heat sink is made of aluminum alloy or copper harder than the aluminum forming the circuit layer. ing. For this reason, such an insulated circuit board with a heat sink warps convexly toward the circuit layer side.

このようなヒートシンク付き絶縁回路基板の反りを改善する方法として、例えば、特許文献1に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法が知られている。この製造方法では、ヒートシンクを金属層に対し降伏応力の高い材料により形成し、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合時において、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との積層体を、その積層方向のヒートシンクとは反対側から見て凹状の反りを生じさせた状態とし、加熱した状態で所定時間保持した後に冷却することにより、反りを低減したヒートシンク付きパワーモジュール用基板を得ることとしている。 As a method for improving the warpage of such an insulating circuit board with a heatsink, for example, a method for manufacturing a power module board with a heatsink described in Patent Document 1 is known. In this manufacturing method, the heat sink is formed of a material having a high yield stress with respect to the metal layer, and when the heat sink and the power module substrate are joined together, the laminate of the heat sink and the power module substrate is aligned with the heat sink in the stacking direction. A power module substrate with a heatsink with reduced warpage is obtained by keeping the substrate in a heated state for a predetermined period of time and then cooling it.

特開2015-76551号公報JP 2015-76551 A

上述した特許文献1に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法により製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、反りが小さいため、これを用いたパワーモジュールのモジュール性能に与える影響はわずかであった。しかしながら、電子部品としてLED素子を用い、ヒートシンク付き絶縁回路基板が配光制御機能を持つLED放熱モジュールとして用いられる場合、回路層における実装面へのLED素子の実装位置やその角度は、極めて精密に制御する必要があるため、パワーモジュールとして用いる場合には問題とならなかったわずかな凸状の反りも各光源の光軸をずらす要因となり、LED放熱モジュールとしての使用が難しい場合があった。 Since the power module substrate with a heat sink manufactured by the method for manufacturing a power module substrate with a heat sink described in the above-mentioned Patent Document 1 has a small amount of warpage, the effect on the module performance of the power module using this is small. rice field. However, when an LED element is used as an electronic component and an insulated circuit board with a heat sink is used as an LED heat dissipation module with a light distribution control function, the mounting position and angle of the LED element on the mounting surface of the circuit layer must be extremely precise. Since it must be controlled, even a slight convex warp, which did not pose a problem when used as a power module, causes the optical axis of each light source to shift, making it difficult to use as an LED heat dissipation module.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電子部品等の実装面となる回路層の平坦度を向上できるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulating circuit board with a heat sink and an insulating circuit board with a heat sink that can improve the flatness of a circuit layer that serves as a mounting surface for electronic components and the like. With the goal.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に回路層が接合された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクを接合させ、さらに接合した前記絶縁回路基板及び前記ヒートシンクの全体を前記回路層側に凸状に反らせる接合工程と、前記接合工程後に前記回路層の凸状表面における外周部の内側に位置する中心部を研磨して平坦な実装面を形成する研磨工程と、を備える。
A method for manufacturing an insulated circuit board with a heatsink according to the present invention includes bonding a heatsink to a surface opposite to the circuit layer of an insulated circuit board in which a circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate , and further bonding the insulation A joining step of curving the whole of the circuit board and the heat sink to the circuit layer side in a convex shape , and after the joining step, polishing the center portion located inside the outer peripheral portion of the convex surface of the circuit layer to flatten the mounting. and a polishing step for forming a surface.

ここで、ヒートシンク付き絶縁回路基板が回路層側に凸状に反っている場合、この回路層にLED素子等を実装してLED放熱モジュールとして用いた場合、LED素子(LED光源)から放射される光の光軸がずれ、配光制御機能が低下する。これに対し、本発明では、ヒートシンク付き絶縁回路基板は、接合工程により絶縁回路基板にヒートシンクを接合した後、回路層の凸状表面を研磨することで平坦な実装面を形成するので、LED素子等が実装される実装面の平坦度を向上できる。しかも、回路層の凸状表面を研磨する簡単な方法で、実装面の平坦度を向上できる。 Here, when the insulated circuit board with a heat sink is warped convexly toward the circuit layer, when an LED element or the like is mounted on this circuit layer and used as an LED heat dissipation module, the LED element (LED light source) emits light The optical axis of light deviates, and the light distribution control function deteriorates. On the other hand, in the present invention, the insulating circuit board with a heat sink is formed by polishing the convex surface of the circuit layer after bonding the heat sink to the insulating circuit board in the bonding step, thereby forming a flat mounting surface. It is possible to improve the flatness of the mounting surface on which the components such as are mounted. Moreover, the flatness of the mounting surface can be improved by a simple method of polishing the convex surface of the circuit layer.

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクが配置されたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、前記ヒートシンク付き絶縁回路基板の全体が前記回路層側に凸状に沿った形状であり、さらに前記回路層の凸状表面における外周部の内側に位置する中心部に平坦な実装面が形成されている。 An insulated circuit board with a heat sink of the present invention is an insulated circuit board with a heat sink in which a circuit layer is formed on one side of a ceramic substrate and a heat sink is arranged on the side opposite to the circuit layer of the insulated circuit board. , the insulated circuit board with a heat sink as a whole has a convex shape along the side of the circuit layer, and a flat mounting surface is formed in the central portion located inside the outer peripheral portion of the convex surface of the circuit layer. is

本発明では、ヒートシンクが凸曲面状に構成される、すなわち、ヒートシンク付き絶縁回路基板全体が回路層側に凸状に反っている。このようにヒートシンク付き絶縁回路基板全体が凸状に反っていても、回路層の凸状表面の少なくとも中心部に平坦な実装面が形成されているので、LED素子等の電子部品を適切に実装でき、好適に使用できる。 In the present invention, the heat sink is configured to have a convex curved surface, that is, the entire insulated circuit board with the heat sink is convexly curved toward the circuit layer. Even if the entire insulated circuit board with a heat sink is warped in a convex shape, a flat mounting surface is formed at least in the center of the convex surface of the circuit layer. can be used and is suitable for use.

本発明によれば、電子部品等の実装面となる回路層の平坦度を向上できる。 According to the present invention, it is possible to improve the flatness of the circuit layer that serves as the mounting surface for electronic components and the like.

本発明の一実施形態に係るヒートシンク付き絶縁回路基板にLED素子が取り付けられたLEDモジュールを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an LED module in which an LED element is attached to an insulating circuit board with a heat sink according to one embodiment of the present invention; FIG. 上記実施形態のLEDモジュールの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the LED module of the said embodiment. 上記実施形態の一変形例に係るLEDモジュールを示す断面図である。It is a sectional view showing the LED module concerning the example of a changed completely type of the above-mentioned embodiment. 上記実施形態の他の変形例に係るLEDモジュールを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an LED module according to another modified example of the embodiment;

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態におけるLEDモジュール40の断面図であり、図2は、LEDモジュール40の製造工程を示す図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED module 40 according to this embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the LED module 40. FIG.

[LEDモジュールの概略構成]
本実施形態に係るLEDモジュール40は、図1に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板1にLED素子30を装着することにより構成される。このようなLEDモジュール40は、筐体(図示省略)に取り付けられることにより構成され、例えば、自動車のヘッドランプ等に用いられる。
[Schematic configuration of LED module]
The LED module 40 according to this embodiment is configured by mounting the LED element 30 on the insulating circuit board 1 with a heat sink, as shown in FIG. Such an LED module 40 is configured by being attached to a housing (not shown), and is used, for example, as a headlamp of an automobile.

[ヒートシンク付き絶縁回路基板の構成]
このヒートシンク付き絶縁回路基板1は、絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されたものである。具体的には、絶縁回路基板10は、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板10の上面には、図1に示すように、1つのLED素子30が搭載され、LEDモジュール40となる。なお、本実施形態では、LED素子30が設けられているが、これに限らず、例えば、半導体を備えた電子部品であり、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等の種々の半導体素子が選択される。
[Configuration of insulation circuit board with heat sink]
This insulating circuit board 1 with a heatsink is obtained by bonding a heatsink 20 to an insulating circuit board 10 . Specifically, the insulating circuit board 10 is a so-called power module board, and one LED element 30 is mounted on the upper surface of the insulating circuit board 10 as shown in FIG. In addition, although the LED element 30 is provided in this embodiment, it is not limited to this, and is, for example, an electronic component including a semiconductor, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). , FWD (Free Wheeling Diode), etc. are selected.

この場合、LED素子30は、図示を省略するが、上部に上部電極部が設けられ、下部に下部電極部が設けられており、下部電極部が回路層12の凸状表面121にはんだ等により接合されることで、LED素子30が回路層12の凸状表面121に搭載される。例えば、本実施形態では、回路層12の凸状表面121における外周部Ar1の内側に位置する実装面Ar2に4つ搭載されている。また、LED素子30の上部電極部は、はんだ等で接合されたリードフレーム等を介して回路層12の回路電極部等に接続され、LEDモジュール40が製造される。 In this case, although not shown, the LED element 30 is provided with an upper electrode portion on the upper portion and a lower electrode portion on the lower portion. By bonding, the LED element 30 is mounted on the convex surface 121 of the circuit layer 12 . For example, in the present embodiment, four are mounted on the mounting surface Ar2 located inside the outer peripheral portion Ar1 of the convex surface 121 of the circuit layer 12 . Also, the upper electrode portion of the LED element 30 is connected to the circuit electrode portion of the circuit layer 12 or the like via a lead frame or the like joined by solder or the like, and the LED module 40 is manufactured.

[絶縁回路基板の構成]
絶縁回路基板10は、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面に形成された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に形成された金属層13とを備える。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13の間の電気的接続を防止する絶縁材であって、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si)、アルミナ(Al)等により形成され、その板厚は0.2mm~1.2mmである。
[Configuration of insulation circuit board]
The insulating circuit board 10 includes a ceramic substrate 11 , a circuit layer 12 formed on one surface of the ceramic substrate 11 , and a metal layer 13 formed on the other surface of the ceramic substrate 11 .
The ceramic substrate 11 is an insulating material that prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13 , and is made of, for example, aluminum nitride (AlN), silicon nitride ( Si3N4 ), alumina ( Al2O3 ) . etc., and its thickness is 0.2 mm to 1.2 mm.

回路層12は、セラミックス基板11に接合されている。この回路層12は、純度99質量%以上の純アルミニウム(例えば、JIS規格では1000番台の純アルミニウム、特に1N90(純度99.9質量%以上:いわゆる3Nアルミニウム)又は、1N99(純度99.99質量%以上:いわゆる4Nアルミニウム)や、A6063系等のアルミニウム合金等を用いることができ、その厚さは0.05mm~0.2mmに設定されている。また、無酸素銅などの純銅、又は、銅合金を用いることも可能である。
この回路層12の凸状表面121の中心部に位置する実装面122は、平面視で矩形状に形成され、平坦面により構成されている。例えば、実装面122は、13mm角の矩形状に形成され、その反り量が10μm以下に設定されている。なお、実装面122のサイズは、13mm角の矩形状としたが、これに限らず、例えば50mm角の矩形状等であってもよい。この場合も、反り量は10μm以下に設定される。すなわち、実装面122のサイズにかかわらず、反り量は、10μm以下に設定されることが好ましい。
The circuit layer 12 is bonded to the ceramic substrate 11 . This circuit layer 12 is made of pure aluminum with a purity of 99% by mass or more (for example, pure aluminum in the 1000s according to JIS standards, particularly 1N90 (purity of 99.9% by mass or more: so-called 3N aluminum) or 1N99 (purity of 99.99% by mass). % or more: so-called 4N aluminum), aluminum alloys such as A6063 series, etc. can be used, and the thickness is set to 0.05 mm to 0.2 mm.In addition, pure copper such as oxygen-free copper, or It is also possible to use copper alloys.
A mounting surface 122 positioned at the center of the convex surface 121 of the circuit layer 12 is formed in a rectangular shape in a plan view and is composed of a flat surface. For example, the mounting surface 122 is formed in a rectangular shape of 13 mm square, and the amount of warp is set to 10 μm or less. Although the size of the mounting surface 122 is a 13 mm square rectangle, it is not limited to this, and may be, for example, a 50 mm square rectangle. Also in this case, the amount of warpage is set to 10 μm or less. That is, regardless of the size of mounting surface 122, the amount of warpage is preferably set to 10 μm or less.

金属層13は、純度99質量%以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、JIS規格では1000番台のアルミニウム、特に1N99(純度99.99質量%以上:いわゆる4Nアルミニウム)を用いることができ、その厚さは0.6mm~1.6mmに設定されている。また、無酸素銅などの純銅、又は、銅合金を用いることも可能である。 The metal layer 13 is made of pure aluminum or an aluminum alloy with a purity of 99% by mass or more, and JIS standard 1000 aluminum, particularly 1N99 (purity of 99.99% by mass or more: so-called 4N aluminum) can be used. The thickness is set between 0.6 mm and 1.6 mm. It is also possible to use pure copper such as oxygen-free copper, or a copper alloy.

そして、これら回路層12及び金属層13は、回路層12、セラミックス基板11、及び金属層13の順に、例えば、Al-Si系やAl-Si-Mg系のろう材を介して積層され、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合されて絶縁回路基板10となる。 The circuit layer 12 and the metal layer 13 are laminated in the order of the circuit layer 12, the ceramic substrate 11, and the metal layer 13 via, for example, an Al--Si or Al--Si--Mg brazing material. are pressed in the stacking direction and heated to be joined to form the insulated circuit board 10 .

[ヒートシンクの構成]
この絶縁回路基板10に接合されるヒートシンク20は、A6063系等のアルミニウム合金を鍛造により成形することにより形成される。このヒートシンク20の上面に絶縁回路基板10の金属層13が、Al-Si-Mg系のろう材を介して積層され、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されて、ヒートシンク付き絶縁回路基板1となる。
なお、本実施形態では、ヒートシンク付き絶縁回路基板1全体が回路層12側に凸状に反っている。すなわち、ヒートシンク20の絶縁回路基板10とは反対側の面は、凸曲面状に形成されている。
[Heat sink configuration]
The heat sink 20 joined to the insulating circuit board 10 is formed by forging an aluminum alloy such as A6063 series. The metal layer 13 of the insulating circuit board 10 is laminated on the upper surface of the heat sink 20 via an Al--Si--Mg brazing material. are joined together to form the insulated circuit board 1 with a heat sink.
In this embodiment, the entire insulating circuit board 1 with a heat sink is convexly warped toward the circuit layer 12 . That is, the surface of the heat sink 20 opposite to the insulating circuit board 10 is formed in a convex curved shape.

次に、本実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板1(LEDモジュール40)の製造方法について説明する。
このようなヒートシンク付き絶縁回路基板1は、絶縁回路基板10のセラミックス基板11の回路層12とは反対側の面にヒートシンク20を接合する接合工程と、接合工程後に回路層12の凸状表面121を研磨してその中心部に平坦な実装面122を形成する研磨工程と、を備えている。
Next, a method for manufacturing the insulating circuit board 1 (LED module 40) with a heat sink according to this embodiment will be described.
Such an insulated circuit board 1 with a heat sink has a bonding process of bonding the heat sink 20 to the surface of the ceramic substrate 11 of the insulated circuit board 10 opposite to the circuit layer 12, and the convex surface 121 of the circuit layer 12 after the bonding process. and a polishing step of polishing to form a flat mounting surface 122 at the center thereof.

[接合工程]
接合工程では、図2(a)に示すように、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が接合され、他方の面に金属層13が接合された絶縁回路基板10の金属層13にヒートシンク20を接合する。具体的には、ヒートシンク20の上面にAl-Si-Mg系のろう材を塗布し、その上に絶縁回路基板10の金属層13が位置するように積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されて、ヒートシンク付き絶縁回路基板1となる。
なお、接合工程では、絶縁回路基板10及びヒートシンク20を加圧して加熱する際には、反っておらず平坦状であるが、接合後、これらの温度が低下し常温となった際には、図2(b)に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板1全体が回路層12側に凸状に沿った形状となる。
[Joining process]
In the bonding step, as shown in FIG. 2A, the circuit layer 12 is bonded to one surface of the ceramic substrate 11, and the heat sink is attached to the metal layer 13 of the insulated circuit substrate 10 having the metal layer 13 bonded to the other surface. 20 is joined. Specifically, an Al-Si-Mg-based brazing material is applied to the upper surface of the heat sink 20, the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 is laminated thereon, and these are pressed in the lamination direction. By heating, the heat sink 20 is joined to the insulating circuit board 10 to form the insulating circuit board 1 with the heat sink.
In the bonding process, when the insulated circuit board 10 and the heat sink 20 are pressurized and heated, they are flat and not warped. As shown in FIG. 2(b), the entire insulated circuit board 1 with a heat sink has a shape that protrudes toward the circuit layer 12 side.

[研磨工程]
接合工程後、ヒートシンク付き絶縁回路基板1が常温となった後、図2(c)に示すように、回路層12の凸状表面の少なくとも中心部を研磨して平坦な実装面を形成する研磨工程を実行する。この研磨工程では、回路層12の中心部を研磨紙や研磨布により研磨する。例えば、200番~4000番のエメリー紙により、加圧力0N以上5N以下で湿式研磨する。これにより、実装面122の反り量を10μm以下とする。この際、エメリー紙が200番未満であるとエメリー紙が粗すぎて実装面122を均一に平坦とすることが難しく、4000番を超えるとエメリー紙が細かすぎて実装面122を平坦とするのに時間がかかる。また、エメリー紙を押圧する加圧力が5Nを超えると、その加圧力が大き過ぎるので、実装面122を均一に平坦とすることが難しい。また、本実施形態では、湿式研磨により回路層12を研磨するので、回路層12を冷却しながら研磨及び加工でき、エメリー紙と回路層12との双方の焼けを防止できる。
[Polishing process]
After the bonding process, after the insulated circuit board 1 with a heat sink is brought to room temperature, as shown in FIG. Execute the process. In this polishing step, the central portion of the circuit layer 12 is polished with polishing paper or polishing cloth. For example, wet polishing is performed with emery paper of No. 200 to No. 4000 under a pressure of 0N or more and 5N or less. As a result, the warp amount of the mounting surface 122 is set to 10 μm or less. At this time, if the emery paper is less than No. 200, the emery paper is too coarse to make the mounting surface 122 evenly flat. takes time. Moreover, if the pressure applied to the emery paper exceeds 5 N, the pressure is too great, making it difficult to uniformly flatten the mounting surface 122 . Further, in this embodiment, since the circuit layer 12 is polished by wet polishing, the circuit layer 12 can be polished and processed while being cooled, and both the emery paper and the circuit layer 12 can be prevented from burning.

なお、本実施形態では、エメリー紙を用いることとしたが、サンド紙等を用いてもよい。また、本実施形態では、湿式研磨としたが、乾式研磨であってもよい。すなわち、上記実装面122の反り量を10μm以下とすることができれば、その方法は問わない。 In this embodiment, emery paper is used, but sand paper or the like may be used. Further, although wet polishing is used in the present embodiment, dry polishing may be used. That is, any method can be used as long as the amount of warpage of the mounting surface 122 can be reduced to 10 μm or less.

そして、上記製造方法により製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板1の実装面122に対して、LED素子30を実装することにより、図1に示すLEDモジュール40となる。 Then, the LED module 40 shown in FIG. 1 is obtained by mounting the LED element 30 on the mounting surface 122 of the insulating circuit board 1 with a heat sink manufactured by the manufacturing method described above.

本実施形態では、ヒートシンク付き絶縁回路基板1は、接合工程により絶縁回路基板10にヒートシンク20を接合した後、回路層12の凸状表面121の中心部を研磨することで、平坦な実装面122を形成するので、回路層12におけるLED素子30が実装される実装面122の平坦度を向上できる。しかも、回路層12の凸状表面121を研磨する簡単な方法で、実装面122の平坦度を向上できる。また、ヒートシンク付き絶縁回路基板1全体が凸状に反っていても、回路層12の凸状表面121の少なくとも中心部に平坦な実装面122が形成されているので、LED素子30を適切に実装でき、好適に使用できる。 In the present embodiment, the insulated circuit board 1 with a heatsink is formed by bonding the heatsink 20 to the insulated circuit board 10 by a bonding process, and then polishing the central portion of the convex surface 121 of the circuit layer 12 to obtain a flat mounting surface 122. is formed, the flatness of the mounting surface 122 of the circuit layer 12 on which the LED element 30 is mounted can be improved. Moreover, the flatness of the mounting surface 122 can be improved by a simple method of polishing the convex surface 121 of the circuit layer 12 . Moreover, even if the entire insulating circuit board 1 with a heat sink is warped in a convex shape, the flat mounting surface 122 is formed at least in the center of the convex surface 121 of the circuit layer 12, so that the LED element 30 can be properly mounted. can be used and is suitable for use.

その他、細部構成は実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、回路層12の実装面122には、LED素子30を搭載することとしたが、これに限らず、その他の電子部品を搭載してもよい。すなわち、本発明は、LEDモジュールに限らず、パワーモジュール等にも適用できる。
In addition, detailed configurations are not limited to those of the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the LED element 30 is mounted on the mounting surface 122 of the circuit layer 12, but other electronic components may be mounted. That is, the present invention can be applied not only to LED modules but also to power modules and the like.

上記実施形態では、絶縁回路基板10は、セラミックス基板11と回路層12と金属層13とにより構成されることとしたが、これに限らない。例えば、回路層12Aは、図3に示すように、セラミックス基板11に接合するアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第一回路層14と、第一回路層14上に接合される銅又は銅合金からなる第二回路層15と、からなることとしてもよい。 In the above embodiment, the insulating circuit board 10 is composed of the ceramic substrate 11, the circuit layer 12, and the metal layer 13, but the invention is not limited to this. For example, the circuit layer 12A includes, as shown in FIG. and a second circuit layer 15.

上記実施形態では、絶縁回路基板10は、金属層13を備えることとしたが、これに限らない。例えば、図4に示すように、絶縁回路基板10は、金属層13を備えなくてもよい。この場合、セラミックス基板11の回路層12とは反対側の面に、ヒートシンク20が直接接合されればよい。また、ヒートシンク20は、絶縁回路基板10とは反対側の面から突出する複数のピン状フィンを有していてもよい。 Although the insulated circuit board 10 is provided with the metal layer 13 in the above embodiment, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, the insulated circuit board 10 may not have the metal layer 13 . In this case, the heat sink 20 may be directly bonded to the surface of the ceramic substrate 11 opposite to the circuit layer 12 . Also, the heat sink 20 may have a plurality of pin-like fins protruding from the surface opposite to the insulating circuit board 10 .

絶縁回路基板として、窒化アルミニウム(AlN)により形成された平面視で20mm×20mm、厚さ0.635mmのセラミックス基板の一方の面にA6063系のアルミニウム合金からなる回路層、他方の面に4Nアルミからなる金属層を接合したものを用い、これに、外径が50mm×50mm、厚さ5mmのヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板を製造した。なお、これらの接合については、回路層、セラミックス基板、金属層をAl-Si-Mg系ろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板を製造し、これにヒートシンクをAl-Si-Mg系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合し、ヒートシンク付き絶縁回路基板を製造した。実施例1では、回路層の中心部に対して、1000番のエメリー紙を用いて、0.5Nの加圧力で30秒間、湿式研磨して13mm×13mmの平坦な実装面を形成し、その実装面の中央に4つのLED光源を縦2つ、横2つ(2×2)となるよう搭載し、LEDモジュールとした。 As an insulating circuit board, a ceramic board made of aluminum nitride (AlN) and having a size of 20 mm x 20 mm in a plan view and a thickness of 0.635 mm was provided. A heat sink having an outer diameter of 50 mm×50 mm and a thickness of 5 mm was joined to the metal layer of the metal layer joined to manufacture an insulated circuit board with a heat sink. For joining these, the circuit layer, the ceramic substrate, and the metal layer are laminated via an Al-Si-Mg brazing material, and these are pressed in the lamination direction and heated to manufacture an insulated circuit board. A heat sink was laminated on this with an Al--Si--Mg brazing filler metal interposed therebetween, and these were bonded together by applying pressure and heating in the direction of lamination to produce an insulated circuit board with a heat sink. In Example 1, the central portion of the circuit layer was wet-polished with No. 1000 emery paper under a pressure of 0.5 N for 30 seconds to form a flat mounting surface of 13 mm×13 mm. An LED module was formed by mounting four LED light sources in the center of the mounting surface so as to form two vertical and two horizontal (2×2).

一方、比較例1では、上記方法により製造されたヒートシンク付き絶縁回路の回路層に対して何の処置も施さず、回路層の中央に4つの単LED光源を縦2つ、横2つ(2×2)となるよう搭載してLEDモジュールとした。
このようにして製造された実施例1及び比較例1のLEDモジュールについて、全光量に対する直進した光量の比率(光量比)を評価した。
On the other hand, in Comparative Example 1, no treatment was applied to the circuit layer of the insulating circuit with a heat sink manufactured by the above method, and four single LED light sources were placed in the center of the circuit layer, two vertically and two horizontally (2 ×2) to form an LED module.
For the LED modules of Example 1 and Comparative Example 1 manufactured in this way, the ratio of the amount of light traveling straight to the total amount of light (light amount ratio) was evaluated.

(回路層(実装面)の反り量)
実装面の反り量は、回路層の上面における外周部の内側に位置する実装面(13mm×13mm)を測定面とし、AkroMetrix社製Thermoire PS200を用い、測定面のプロファイルから最小二乗面を求め、その最小二乗面を基準として、最高点と最低点の差分を反り量として測定した。
(Warpage amount of circuit layer (mounting surface))
The amount of warpage of the mounting surface is obtained by measuring the mounting surface (13 mm × 13 mm) located inside the outer peripheral portion of the upper surface of the circuit layer, using Thermoire PS200 manufactured by AkroMetrix, and obtaining the least square surface from the profile of the measurement surface. Using the least squares surface as a reference, the difference between the highest point and the lowest point was measured as the amount of warpage.

(光量比)
光量比は、全光量に対する直進した光量の比率であり、照度計(アズワン社製LM331)を用いて、測定した。具体的には、LED光源の先端から照度計の検出部までの距離を1000mmとし、LED光源の直径を10mm、検出部の直径も10mmとした。この条件下において、LED光源の全光量に対するLED光源から直進した光(検出部により検出された光)の光量の比率を算出した。結果を表1に示す。
(Light intensity ratio)
The light amount ratio is the ratio of the amount of light traveling straight to the total amount of light, and was measured using an illuminometer (LM331 manufactured by AS ONE). Specifically, the distance from the tip of the LED light source to the detection part of the illuminometer was set to 1000 mm, the diameter of the LED light source was set to 10 mm, and the diameter of the detection part was also set to 10 mm. Under this condition, the ratio of the amount of light traveling straight from the LED light source (light detected by the detection unit) to the total amount of light from the LED light source was calculated. Table 1 shows the results.

Figure 0007243201000001
Figure 0007243201000001

表1から明らかなように、回路層の中心部を研磨して平坦な実装面を形成した実施例1は、実装面の反り量が5μmと小さいため、光量比が33.2%と高かった。また、実施例2も、実施例1に比べて反り量が大きいものの、10μmと小さいため、光量比が20.6%と高かった。一方、回路層を研磨しなかった比較例1では、回路層の中心部の反り量が30μmと大きいため、光量比が12.1%と低かった。このため、回路層の中心部を研磨して平坦な実装面を形成することにより、実装面の反り量を小さくでき、LEDモジュールとして適切に使用できることがわかった。 As is clear from Table 1, in Example 1 in which the central portion of the circuit layer was polished to form a flat mounting surface, the warpage amount of the mounting surface was as small as 5 μm, so the light intensity ratio was as high as 33.2%. . Also, in Example 2, although the amount of warp was larger than that in Example 1, it was as small as 10 μm, so the light amount ratio was as high as 20.6%. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the circuit layer was not polished, the amount of warpage at the central portion of the circuit layer was as large as 30 μm, so the light amount ratio was as low as 12.1%. For this reason, it was found that by polishing the central portion of the circuit layer to form a flat mounting surface, the amount of warping of the mounting surface can be reduced, and it can be used appropriately as an LED module.

1 ヒートシンク付き絶縁回路基板
10 絶縁回路基板
11 セラミックス基板
12 12A 回路層
121 凸状表面
122 実装面
13 金属層
14 第一回路層
15 第二回路層
20 ヒートシンク
30 LED素子
40 LEDモジュール
1 Insulated circuit board with heat sink 10 Insulated circuit board 11 Ceramics substrate 12 12A Circuit layer 121 Convex surface 122 Mounting surface 13 Metal layer 14 First circuit layer 15 Second circuit layer 20 Heat sink 30 LED element 40 LED module

Claims (2)

セラミックス基板の一方の面に回路層が接合された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクを接合させ、さらに接合した前記絶縁回路基板及び前記ヒートシンクの全体を前記回路層側に凸状に反らせる接合工程と、
前記接合工程後に前記回路層の凸状表面における外周部の内側に位置する中心部を研磨して平坦な実装面を形成する研磨工程と、を備えることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
A heat sink is bonded to a surface opposite to the circuit layer of an insulating circuit board in which a circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate, and the bonded insulating circuit board and the heat sink as a whole are placed on the circuit layer side. A joining step of warping in a convex shape ;
and a polishing step for forming a flat mounting surface by polishing a center portion located inside an outer peripheral portion of the convex surface of the circuit layer after the bonding step. Method.
セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクが配置されたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記ヒートシンク付き絶縁回路基板の全体が前記回路層側に凸状に沿った形状であり、
さらに前記回路層の凸状表面における外周部の内側に位置する中心部に平坦な実装面が形成されていることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。
An insulated circuit board with a heat sink in which a circuit layer is formed on one side of a ceramic substrate and a heat sink is arranged on the side opposite to the circuit layer of the insulated circuit board,
The entire insulated circuit board with a heat sink has a shape protruding along the circuit layer side,
Further, the insulated circuit board with a heat sink is characterized in that a flat mounting surface is formed in the central portion located inside the outer peripheral portion of the convex surface of the circuit layer.
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