JPH05275559A - パワーモジュール用セラミックス回路基板の製造方法 - Google Patents

パワーモジュール用セラミックス回路基板の製造方法

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JPH05275559A
JPH05275559A JP6820892A JP6820892A JPH05275559A JP H05275559 A JPH05275559 A JP H05275559A JP 6820892 A JP6820892 A JP 6820892A JP 6820892 A JP6820892 A JP 6820892A JP H05275559 A JPH05275559 A JP H05275559A
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JP
Japan
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alumina substrate
circuit board
copper plate
ceramic circuit
power module
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JP6820892A
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English (en)
Inventor
Osamu Miyazawa
修 宮沢
Kiyotaka Tanaka
清隆 田中
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/20Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
    • H05K3/202Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern using self-supporting metal foil pattern

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  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高品質、高性能で安価なパワーモジュール用
セラミックス回路基板を提供する。 【構成】 パターン化した銅板と、厚さ30〜150μ
mのアルミナ基板とを積層して酸素1000ppm以下
を含むガス雰囲気中、1065〜1085℃に加熱して
接合する。 【効果】 超薄型アルミナ基板を用いるため、アルミナ
基板による熱伝導性の問題が改善され、系外への熱放散
性の高いセラミックス回路基板が提供される。超薄型ア
ルミナ基板と銅板とを酸素1000ppm以下のガス雰
囲気中、1065〜1085℃に加熱接合するため、接
合強度が高められ、強度のバラツキのない、従って、剥
離の問題のないセラミックス回路基板が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーIC、パワート
ランジスター等搭載のモジュールやスイッチ電源用モジ
ュール用回路基板等のパワーモジュール用セラミックス
回路基板の製造方法に係り、特に、セラミックス基板と
銅板とを直接接合して得られる、高品質かつ高性能で安
価に提供されるパワーモジュール用セラミックス回路基
板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、パワーIC、パワートランジスタ
ー等搭載のモジュールやスイッチ電源用モジュールで
は、使用電力が増々増大し、大電力を使用することか
ら、発生する熱量が多く、そのため高温化に対処した高
熱放散性と高信頼性を具備したパワーモジュール用回路
基板が要望されてきた。
【0003】従来、この種のパワーモジュール用回路基
板は、一般に厚さが0.6〜1mm程度、表面粗さRa
が0.5〜0.6μm程度のアルミナ基板と、厚さが
0.3〜0.5mmの回路用銅板とを接触させながら、
微量酸素を含む不活性ガス雰囲気中、銅と酸素との共晶
温度、即ち、1060〜1090℃の温度で加熱して直
接接合することにより製造された、所謂、DBC回路基
板が製品化されている。
【0004】このDBC回路基板は、アルミナ基板と銅
板との間の接合層が比較的薄く、しかも、銅ないし銅酸
化物から形成されるので、比較的熱放散性に優れるとい
う利点があり、大電力用のモジュール用回路基板として
適用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
DBC回路基板には、次のような欠点があった。 アルミナ基板と銅板との接合力にバラツキがあり、
これが弱い場合には剥離が生ずることがあった。この原
因は、焼成窒素雰囲気中の酸素量の微量コントロールが
難しいことと、アルミナ基板表面の粗さが大きいので接
合層の接触面積が小さいことによると思われる。
【0006】 使用するアルミナ基板の厚みが厚いた
め、熱伝導性が低く、系外への熱放散性が十分でないた
め、熱的問題が発生する。
【0007】このように、従来の回路基板では、品質、
性能、価格等の面で問題があった。
【0008】本発明は上記従来の問題点を解決し、ハイ
パワー、大電力用パワーハイブリッド用回路基板として
好適な、高品質、高性能かつ安価なパワーモジュール用
回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1のパワーモジュ
ール用セラミックス回路基板の製造方法は、パターン化
した銅板と、厚さ30〜150μmのアルミナ基板とを
積層して、酸素1000ppm以下のガス雰囲気中、1
065〜1085℃に加熱することにより接合すること
を特徴とする。
【0010】請求項2のパワーモジュール用セラミック
ス回路基板の製造方法は、請求項1の方法において、ア
ルミナ基板の銅板との積層面の表面粗さRaが0.2μ
m以下であることを特徴とする。
【0011】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて使用される銅板は、回路用として用いるものであ
るため、プレスでパターン状に打ち抜くことにより、或
いは、エッチング等によりパターン状とすることにより
パターン化されたものである。このような銅板の厚み
は、通常0.3〜0.5mm程度であることが好ましい
が、この範囲外の厚みのものであっても良い。
【0012】一方、アルミナ基板は厚さ30〜150μ
mで、その少なくとも銅板との積層面の表面粗さ(以
下、単に「表面粗さ」と称す。)Raが好ましくは0.
2μm以下のものである。アルミナ基板の厚さが30μ
m未満であると基板としての機械的特性を満足し得ず、
150μmを超えると本発明による熱放散性の改善効果
が十分に得られない。
【0013】また、アルミナ基板の表面粗さRaが0.
2μmを超えると、アルミナ基板と銅板との接合層の接
触面積が十分に得られず、剥離の問題を確実に解決し得
ない。
【0014】このような極薄フィルム状のアルミナ基板
は、従来のアルミナ粉末法では製造が困難であり、好ま
しくは、水酸化アルミニウムのコロイド物質を出発原料
とする製造法、例えば、アルコキシド加水分解法により
製造するのが有利である。
【0015】アルコキシド加水分解法による場合、アル
ミニウムアルコキシドを合成した後、これに水を加えて
加水分解し、ベーマイトを生成させる。更に、これに酸
を添加して解膠させ、超微粒子のコロイドを作製する。
次いで、これに有機バインダーを加えて粘度調整し、成
形乾燥した後、得られたグリーンシートを焼成すること
によって、30〜150μmという極薄で、しかも、表
面粗さRa0.2μm以下の緻密なアルミナ基板を得る
ことができる。
【0016】もちろん、本発明に係るアルミナ基板の製
造方法は、上記アルコキシド加水分解法に何ら限定され
るものでなく、無機塩加水分解法、その他の従来の一般
的な製造方法である粉末法により得たアルミナ基板を必
要に応じて研磨することにより製造することもできる。
【0017】銅板とアルミナ基板との接合は、銅板とア
ルミナ基板とを積層した状態で所定雰囲気中、所定温度
に加熱することにより、積層面に銅酸化層を形成させて
直接接合することにより行なう。
【0018】本発明において、この加熱接合は、酸素1
000ppm以下を含むガス雰囲気中、1065〜10
85℃で、好ましくは5〜30分程度、特に10〜20
分程度行なう。加熱時のガス雰囲気中の酸素濃度が10
00ppmを超えると銅板表面の酸化が促進され、酸化
膜を除去する必要がある。従って、ガス雰囲気は酸素1
000ppm以下、好ましくは100〜500ppmを
含む不活性ガス雰囲気とする。また、加熱温度が106
5℃未満であると十分な接合を行なうことができず、1
085℃を超えると銅板が融解し始めることから、加熱
温度は1065〜1085℃とする。
【0019】加熱接合後は、必要に応じて、銅板表面に
形成された酸化膜の除去を行なう。この酸化膜の除去
は、塩酸、硫酸、硝酸等の1種又は2種以上を含む酸溶
液を用いて、容易に行なうことができる。
【0020】
【作用】本発明においては、厚さ30〜150μmとい
う超薄型アルミナ基板を用いるため、アルミナ基板によ
る熱伝導性の問題が改善され、系外への熱放散性の高い
セラミックス回路基板が提供される。
【0021】しかも、このような超薄型アルミナ基板と
銅板との加熱接合を酸素1000ppm以下を含むガス
雰囲気中にて、1065〜1085℃で行なうため、接
合強度が高められ、強度のバラツキのない、従って、剥
離の問題のないセラミックス回路基板が提供される。
【0022】特に、請求項2の方法によれば、アルミナ
基板の表面が平滑であるため、銅板との接触面積を大き
く確保することができ、より一層接合強度が高められ
る。
【0023】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。
【0024】実施例1 超微粒子のベーマイトゾルを出発原料とし、アルコキシ
ド加水分解法によりアルミナ基板を作製した。具体的に
は、アルミニウムインゴットとアルコールとを反応さ
せ、アルミニウムアルコキシドを合成し、加水分解した
後、更に酸を添加して解膠し、ベーマイトゾルを生成さ
せた。これに有機バインダーを加え、スラリー化した
後、ドクターブレードを通してキャスティングしながら
成形、乾燥してグリーンシートとした。その後、所定の
形状に切断して電気炉で焼成し、表面粗さRaが0.2
μmで、厚さ100μmの緻密なアルミナ基板を得た。
なお、このようにして得られるアルミナ基板は、微粒子
から構成されているため、厚みが薄くてもピンホールを
生成することがなく、表面粗さが小さく、平滑性が非常
に良いものであった。また、厚さも所望の厚さに容易に
制御することができた。
【0025】このアルミナ基板と、回路用として所望の
パターンに打ち抜いた0.5mm厚さの無酸素銅板とを
積層配置して加熱炉内に入れ、酸素100ppmを含む
窒素雰囲気中、1065℃で20分間加熱し、その後、
冷却した。
【0026】このようにして得た銅回路付きアルミナ基
板は、大電力用のパワーモジュール用セラミックス回路
基板として好適に使用することができた。
【0027】実施例2 実施例1と同様のゾルゲル法により、表面粗さRa0.
1μm程度で、厚さ50μmのアルミナ基板を作製し
た。このアルミナ基板と、プレスによる打ち抜きで得た
厚さ0.3mmのパターン化した銅板とを積層してバッ
チタイプの加熱炉に入れ、酸素500ppmを含む窒素
雰囲気にて1080℃で10分間加熱し、その後、冷却
した。
【0028】このようにして得た銅回路付きアルミナ基
板は、大電力用のパワーモジュール用セラミックス回路
基板として好適に使用することができた。
【0029】実施例3 実施例1と同様のゾルゲル法により、表面粗さRa0.
05μm程度で、厚さ30μmのアルミナ基板を作製し
た。このアルミナ基板と、プレスによる打ち抜きで得た
厚さ0.4mmのパターン化した銅板とを積層して連続
加熱炉に入れ、酸素200ppmを含む窒素雰囲気にて
1070℃で10分間加熱し、その後、冷却した。
【0030】このようにして得た銅回路付きアルミナ基
板は、大電力用のパワーモジュール用セラミックス回路
基板として好適に使用することができた。
【0031】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のパワーモジ
ュール用セラミックス回路基板の製造方法によれば、回
路用銅板とアルミナ基板との接合強度が強く、また、熱
放散性の良い、高信頼性、高性能、高品質、低コストの
パワーモジュール用セラミックス回路基板が提供され
る。
【0032】請求項2のパワーモジュール用セラミック
ス回路基板の製造方法によれば、接合強度はより一層改
善される。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターン化した銅板と、厚さ30〜15
    0μmのアルミナ基板とを積層して、酸素1000pp
    m以下のガス雰囲気中、1065〜1085℃に加熱す
    ることにより接合することを特徴とするパワーモジュー
    ル用セラミックス回路基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルミナ基板の銅板との積層面の表面粗
    さRaが0.2μm以下であることを特徴とする請求項
    1に記載のパワーモジュール用セラミックス回路基板の
    製造方法。
JP6820892A 1992-03-26 1992-03-26 パワーモジュール用セラミックス回路基板の製造方法 Withdrawn JPH05275559A (ja)

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