JPH04251965A - 回路用金属ベース基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器、通信機、自動
車、産業用機器などに収納される回路用基板として使用
される回路用金属ベース基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属基板のベース金属はアルミニ
ウム、銅、鉄、珪素鋼などの単一成分に近いもの、或い
はステンレス、インバーのように鉄を主成分とするもの
であった。また金属の張り合わせによる多層化も行われ
ているが、これも銅／インバー／銅、アルミニウム／４
２アロイ／アルミニウムなどで、やはりその母体金属に
は前述の金属を使用している。特開昭６１−２９５６９
３号公報にはインバー板の少なくとも片面にアルミニウ
ム、鉄、亜鉛およびこれらを主成分とする合金から選ば
れた１種の層を施し、その上に絶縁層を介して配線回路
を設けた金属基板が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、金属基板に半
導体シリコンチップを搭載し、冷熱サイクルを繰返すと
シリコンチップとベース金属との熱膨張率の差により、
半田層にクラックが生じるという商品の品質上の問題が
あった。上記特開昭６１−２９５６９３号公報に開示さ
れた発明においては、この問題は一応緩和されたが、な
お半田層に生じるクラックの問題があった。また、基板
を構成する金属の熱膨張率の相違がソリを生じさせ、半
田層のクラック発生を一層助長する傾向があった。

【０００４】ベース金属にアルミニウムや銅を用いると
、熱伝導性はよいが熱膨張率が大きいため、半田金属に
クラックが発生しがちである。また、インバー、４２ア
ロイ単独では熱伝導性が悪いため、銅／インバー／銅、
アルミニウム／４２アロイ／アルミニウムなどアルミニ
ウム層や銅層を厚くした多層化が行われるが、アルミニ
ウム、銅の熱膨張率が大きいためやはり半田クラックが
生じるという問題があった。そこで、より半田クラック
が発生しがたい回路用金属ベース基板が求められていた
。

【０００５】

【課題解決の手段】本発明は上記課題を解決することを
目的とし、その構成は、ベース金属がコバルト６５〜４
５％、鉄４５〜２５％、クロム１５〜５％の合金からな
る母体金属の両面に、アルミニウム層、銅層、或いは銅
層の外面にアルミニウム層が設けられていることを特徴
とする。

【０００６】本発明に用いる金属ベースの母体となる素
材は低熱膨張率であることを要し、特にその組成比がコ
バルト６５〜４５％、鉄４５〜２５％、クロム１５〜５
％、好ましくはコバルト６０〜５０％、鉄４０〜３２％
、クロム１２〜７％で、厚さが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ
の合金を用いる。中でもコバルト５４％、鉄３６．５％
、クロム９．５％の組成比は最も低い熱膨張率を示す、
いわゆる超インバー合金であって望ましい母体金属であ
る。

【０００７】この母体金属板の両面に０．０１〜３．０
ｍｍのアルミニウムまたは銅の圧延板を貼着或いはメッ
キにより積層する。または０．１〜１．５ｍｍ厚の銅層
を母体金属の両面に圧延またはメッキにより積層した後
、アルミニウム層を設けると更に放熱効果を向上させる
ことができる。母体金属の両面に設ける銅及び／又はア
ルミニウム層は同一の厚さを有し母体金属に対して対称
であることが好ましい。

【０００８】このようにして作製した中央部が本発明の
母体金属で、その両面に対称的にアルミニウム及び／又
は銅の層を有する多層金属板の一方の面に絶縁層を設け
る。絶縁層にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノ
ール樹脂、アクリル樹脂などの各種樹脂またはこれらの
樹脂に導電性の無機フィラーを充填したもの、或いは樹
脂含浸ガラス布などを用い、その厚みは４０〜２００μ
ｍが好ましい。無機フィラーとしては、窒化硼素、窒化
珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、シリカな
どが挙げられる。

【０００９】更に、この絶縁層に５μｍ〜３．０ｍｍ厚
の回路用の金属箔を密着する。この金属箔を例えばエッ
チング処理して回路を形成した後、回路上にシリコン半
導体を直接或いはモリブデン、銅などのヒートスプレッ
ダー上に搭載した後、半田付けを行う。

【００１０】

【作用】本発明は、特定比率の鉄、コバルトおよびクロ
ムからなる合金が、特に熱膨張率が小さいことを見出し
て回路用金属ベース基板の母体金属に使用したものであ
る。しかも、母体金属の両面に対称的にアルミニウム及
び／又は銅の層を設けることにより冷熱サイクルを繰返
してもソリを生じることがなく、搭載する半導体チップ
を密着させる半田にクラックが生じ難く、高い信頼性を
有する半導体チップを搭載した回路用金属ベース基板を
得ることができる。

【００１１】

【実施例】実施例１ 図１に示すように、コバルト５４％、鉄３６．５％、ク
ロム９．５％からなる厚さ０．８ｍｍの超インバー合金
からなるベース金属板１の両面に、圧延により作製した
厚さ０．１ｍｍのアルミニウム層２を貼着して５０×５
０ｍｍのクラッド板を作製した。このクラッド板の一方
の面に厚さ１００μｍのエポキシ樹脂含浸ガラス不織布
からなる絶縁層４を設けた。回路用金属箔としては厚さ
３５μｍの銅箔よりなる金属板を用いて所望の回路８を
形成した。次いで、高温半田７でシリコン半導体チップ
５を銅製のヒートスプレッダー６に半田付けした後、こ
れを回路８上に共晶半田７’を用いて固定した。９はア
ルミニウムパッド（回路）又はニッケルメッキ、１０は
ボンディングワイヤーである。

【００１２】実施例２ 図２に示すように、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム層２
に代えて厚さ０．１ｍｍの銅層３を用いた以外は実施例
１と同様のクラッド板を用い、このクラッド板の一方の
面に無機フィラーとして７０重量％のアルミナを充填し
たエポキシ樹脂絶縁層４を設けた。絶縁層４の厚さは８
０μｍであった。回路用の金属箔としては厚さ７０μｍ
の銅／厚さ４０μｍのアルミニウムからなるクラッド箔
よりなる金属板を用いて所望の回路８を形成した。次い
で、高温半田７を用いてシリコン半導体チップ５を基板
上に固定した。

【００１３】実施例３ 図３に示すように、０．１６ｍｍ厚の超インバー合金か
らなるベース金属板１の両面に、圧延により作製した０
．５ｍｍ厚で５０×５０ｍｍの銅層３、次いでその両面
に０．０５ｍｍ厚のアルミニウム層２を積層したクラッ
ド板を用いた。このクラッド板の一方の面に、厚さ１０
０μのポリイミドからなる絶縁層４を設け、更にその上
に厚み３５μの銅箔を用いて所望の回路８を形成した。 次いでこの回路８上にシリコン半導体チップ５を共晶半
田７’を用いて固定した。

【００１４】上記の各実施例において作製したサンプル
（ｎ＝１０００）を用いて耐冷熱試験（気相中−４０℃
、３０分←→＋１２５℃、３０分、３０００サイクル）
を行った。その結果、実施例で作製したサンプルにおい
ては、いずれもクラックの発生は認められなかった。

【００１５】比較例１ 実施例１に記載した超インバーに代えて４２アロイを使
用した以外は実施例１と同様の操作を行った。次に作製
したサンプル（ｎ＝１０００）を用いて耐冷熱試験（気
相中−４０℃、３０分←→＋１２５℃、３０分、３００
０サイクル）を行った。その結果、サンプルｎ＝１００
０中５個にクラックが発生した。

【００１６】

【発明の効果】コバルト、鉄、クロムの合金からなる熱
膨張率のきわめて小さい母体金属の両面に、銅及び／又
はアルミニウム層を対称的に設けた多層構造の金属板を
ベースに用いることにより、繰返される過酷な冷熱サイ
クルによっても回路用基板へのソリが発生せず、高温半
田および共晶半田にクラックが発生せず、高い信頼性を
有する回路用金属ベース基板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１記載の回路用金属ベース基板の断面図
である。

【図２実施例２記載の回路用金属ベース基板の
断面図である。 【図３】実施例３記載の回路用金属ベース基板の断面図
である。

【符号の説明】

１　　ベース金属板 ２　　アルミニウム層 ３　　銅層 ４　　絶縁層 ５　　半導体チップ ６　　ヒートスプレッダー ７　　半田 ８　　回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ベース金属がコバルト６５〜４５％、
   鉄４５〜２５％、クロム１５〜５％の合金からなる母体
   金属の両面に、アルミニウム層、銅層、或いは銅層の外
   面にアルミニウム層が設けられていることを特徴とする
   回路用金属ベース基板。