JPH068366A - 積層体およびその製造方法 - Google Patents

積層体およびその製造方法

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JPH068366A
JPH068366A JP4194936A JP19493692A JPH068366A JP H068366 A JPH068366 A JP H068366A JP 4194936 A JP4194936 A JP 4194936A JP 19493692 A JP19493692 A JP 19493692A JP H068366 A JPH068366 A JP H068366A
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正好 小日向
Toshimasa Oomura
豪政 大村
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
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    • H05K1/02Details
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    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K3/38Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/386Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

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  • Laminated Bodies (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の層を貼り合わせて得られる積層体の接
着不良による使用時の変形や破壊を防止する。 【構成】 積層体の接合面に賦与する接合剤の接合面で
の分布密度を中央部13Aに密、その周辺部13Bに疎
となるように形成し、もしくは、中央部に硬質接合剤、
その周辺部に軟質接合剤を配する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばハイブリッドI
C用の回路基板等ような熱膨張率の異なる複数層からな
る積層体、および、その積層体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の層を貼り合わせて得られる積層
体、殊に電気回路基板、例えばハイブリッドIC基板
(HIC基板)にヒートシンクを接合したものにおいて
は、はんだをその接合面に均一な厚さで塗布してその接
合を行っていた。また、この基板上に電子部品としてI
Cチップを搭載する場合にもはんだ付けにより接合して
いた。このはんだとして、例えばAu−Si合金からな
るはんだを用いる場合には400℃程度の高温での加熱
が必要である。このため、特に厚膜HIC基板のように
ICチップを数多くマウントする例においては、その特
性が低下することが避けられなかった。また、ICチッ
プとリード線との接合にもはんだが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】一般に、熱膨張係数
が異なる材料同士をその接合面に加熱接合剤を用いて均
一な厚さで接合した場合には、得られた積層体内部に残
留応力が発生しがちである。このため、積層体に反りが
生じ易い。そして、上記外力の集中する周辺部において
は剥離等の不都合が起こり易い。ことに、固化した金属
接合剤内部および接合界面で亀裂および割れが起こり易
いことも無視し得ない。そして、熱膨張率の異なる異種
材料を室温で貼り合わせて得られる積層体の場合には、
高温雰囲気で使用する場合に接合面でずれが生じて破損
し易い。
【0004】そこで、本発明の主たる目的は、積層体に
反り、割れ、剥離、熱伝導不良等を生じない積層体およ
びその製造方法を開発することである。
【0005】
【問題点を解決するための手段】このような目的は、下
記の本発明により達成される。すなわち、熱膨張係数が
異なる少なくとも2つの層が加熱接合剤を介して接合さ
れる積層体において、上記加熱接合剤は、その密度が上
記2層の接合面の第1の部分で密に、この第1の部分と
は異なる第2の部分で疎となるように、分布させた積層
体である。また、上記積層体は電気回路用基板である。
また、上記第1の部分は上記接合面の中央部であり、上
記第2の部分は上記接合面の周辺部である。さらに、上
記積層体は回路素子部品を搭載するとともに、上記接合
面にあってこの回路素子部品搭載部分に対応する部分を
上記第1の部分とし、非搭載部分を上記第2の部分とし
ている。
【0006】また、本発明は、熱膨張係数が異なる2つ
の層を加熱接合剤を介して接合することにより、少なく
とも2層からなる積層体を製造する積層体の製造方法に
おいて、上記加熱接合剤を、上記2層の接合面の中央部
で密に、周辺部で疎となるように分布させる積層体の製
造方法である。また、上記接合面の中央部に硬質の加熱
接合剤を、その周辺部に軟質の加熱接合剤を配する積層
体の製造方法である。
【0007】
【作用】このように、積層体の接合面における接合剤の
分布に疎密を与えることにより、特に疎の分布を与えら
れた周辺部は、塑性変形が容易となるので、残留応力が
低減し、反りの小さな積層体を得ることができる。ま
た、特に、電気回路用基板等において、発熱素子の搭載
部位の直下の接合剤の分布を密とすることにより、十分
に良好な熱伝導性を得ることができる。さらに、接合剤
の密度だけでなく、同一接合面において、硬質接合剤と
軟質接合剤を組み合わせて使用することにより、前述の
効果をより高めることができる。そして、本発明の方法
によれば、接着強度も十分に良好である。
【0008】
【実施例】以下に本発明の実施例について詳述する。図
1は本発明の一実施例を示すものであり、図2は本発明
の他の実施例を示すものである。
【0009】図1に示すように、AlN基板(積層体)
11の裏面にはアルミニウム板のヒートシンク12がは
んだ(接合剤)13を介して貼り合わせられている。こ
のはんだ13はAlN基板11の裏面またはヒートシン
ク12の表面にスポット状に塗布、配設されるが、その
はんだスポットの分布はその面の中央部が密に、その周
辺部が疎となるように分布密度を変化させている。図中
13Aははんだスポットが密の部分を、13Bは疎の部
分を、それぞれ示している。はんだ13をスポット状
(またはドット状)として塗布する場合、上記中央部1
3Aのドットの分布を密としたものである。このような
疎密分布を与えることにより、接合後の残留応力が低下
し、AlN基板11およびヒートシンク12からなる積
層体が反ったり、それらの接合界面で剥離したりする現
象を抑えることができる。特にその積層体の周辺部にお
いては、外力に対する塑性変形が容易となるため、応力
の緩和、残留応力の低減をより効果的に行うことができ
る。さらに、このはんだ13の疎密分布を中央部から周
辺部に向かって連続的に変化させるならば、本発明の効
果がより高められる。
【0010】図2に示すように、ハイブリッドIC基板
21の上面の所定位置に発熱素子であるICチップ24
を搭載した場合、その裏面にヒートシンク22をはんだ
23を介して接合するが、この場合、ICチップ(例え
ばパワートランジスタ)24の直下の部分23Aについ
てスポット状のはんだ23の塗布を密にし、他の部分2
3Bを疎としている。これにより、従来よりも少ないは
んだ使用量で上述の良好な熱伝導効果を得ることができ
る。特に、このハイブリッドIC基板に作用する熱サイ
クルの際に生じる繰り返し応力の緩和、解放に有力であ
る。この金属系接合剤としては、はんだ、ろう等のあら
ゆる接合剤を使用することができる。なお、これらの接
合剤は積層体を構成する層材の種類などに応じて決定さ
れるものである。
【0011】また、上記金属系接合剤に代えて、無機系
または有機系の接合剤を用いることができる。無機系接
合剤としては、セメント、水ガラス、セラミックソル
ダ、はんだ(ろう)等の全ての無機接合剤を使用するこ
とができる。また、有機系の接合剤としては、以下のも
のが用いられる。例えば、酢酸ビニル樹脂、メタフリル
酸メチル、アクリル酸エステル等のエマルジョン接着
剤、クロロプレンゴム等のコンタクト接着剤、エピクロ
ルヒドリン+ビスフェノールA等のエポキシ接着剤、ア
クリル系、エポキシ系、ポリエン・チオール系等の光硬
化型接着剤、尿素+ホルマリン等のユリア樹脂接着剤、
フェノール+ホルマリン等のフェノール系接着剤、エチ
レン+酢酸ビニル等のホットメルト接着剤、メタクリル
酸エステル等の嫌気性接着剤、アルファシアノアクリル
酸エステル等の瞬間接着剤、トリレジンイソシアナート
等のウレタン樹脂接着剤、シリコーンゴム等のシリコー
ン樹脂接着剤等のあらゆる接着剤である。なお、これら
の接合剤も積層体を構成する層材の種類などに応じて決
定されるものである。
【0012】また、本発明の他の態様においては、積層
体の接合面の中央部に金属系硬質加熱接合剤、周辺部に
軟質加熱接合剤を塗布する。このように、接合剤を塗布
することにより、周辺部の軟質接合剤が熱歪を吸収し
て、積層体の撓みを低減することができる。硬質接合剤
あるいは軟質接合剤の硬度は、例えば固化状態をビッカ
ース硬度で評価する。硬質接合剤としては、無機系接合
剤においては融点の高いもの、有機系接合剤において
は、数平均分子量の大きなものを選定すると好適であ
る。また、軟質接合剤としては、低融点、低数平均分子
量のものを選定すれば効果的である。特に、接合剤とし
てはんだを用いる場合は、硬質はんだとしてAu−Si
合金はんだ等を、軟質はんだとしてIn系はんだ等を選
定すればよい。本発明の適用範囲として、前述の疎密分
布にこの硬軟接合剤の塗布方法を組み合わせる例も包含
されることは当然のことである。
【0013】「実験例1」NiメッキしたAl製の60
×11×0.5mmのヒートシンクにアルミナ(Al2
3)製の48×12×0.65mmのハイブリッドI
C基板を接合した。接合は、Inはんだを用い、図3に
示すような2×2mmのモザイク状(A)および図4に
示すような2×11mmのバーコード状(B)に配し
て、中央部を密に、周辺部を疎となるようにした。Bに
おいてはバーコードの間隔は2mmおよび15mmとし
た。また、比較例として、上記と全く同じHIC基板
を、はんだに疎密分布を与えずに均一分布として作製し
た。図5にその分布状態(C)を示す。上記3枚のハイ
ブリッドIC基板を6時間室温にて放置し、残留応力を
緩和させた後、その反りを3次元測定器にて測定した。
また、3点曲試験にて剥離試験を行った。その結果を表
1に示す。この結果、反りは均一分布のサンプルCに比
べ、モザイク状Aでは約1/3、バーコード状Bでは約
1/8に低減した。また、曲げ試験による破壊モードは
すべて基板割れであり、接合部での剥離は認められず、
HIC基板を保持するに十分な接合がなされている。
【0014】
【表1】
【0015】「実験例2」実験例1の図3に示すモザイ
ク状配列の中央部密分布の部分のはんだを、硬質はんだ
であるPb−In−Agに、周辺部疎分布の部分を、軟
質はんだであるInに、それぞれ変更した他は同一の基
板を用い、同様の測定方法によりこのサンプルの評価を
行った。その結果、実験例1の全面Inはんだを使用し
て疎密分布を与えたサンプルAと比較して反りは低減し
た。
【0016】
【発明の効果】本発明は、積層体の貼り合わせ界面に塗
布する接合剤に疎密分布を与え、かつ硬質および軟質接
合剤を使い分けることにより、反りや撓み等の変形およ
び剥離や割れ等の破壊のおこらない積層体を与えること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る積層体において接合面に塗布され
る接合剤の疎密分布をドット状に配した場合の平面図
(A)および断面図(B)である。
【図2】本発明方法において、発熱素子直下の接合剤密
度をその周辺より高めた場合の積層体の断面図(A)お
よびその接合剤分布を示す平面図(B)である。
【図3】本発明方法において、発熱素子直下の接合剤密
度をその周辺より高めた場合のその接合剤分布を示す平
面図である。
【図4】本発明方法において、発熱素子直下の接合剤密
度をその周辺より高めた場合のその接合剤分布を示す平
面図である。
【図5】本発明方法において、発熱素子直下の接合剤密
度をその周辺より高めた場合のその接合剤分布を示す平
面図である。
【符号の説明】
11 ハイブリッドIC基板 12 ヒートシンク 13 はんだ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項6
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】 本発明方法の比較例として、接合剤の疎密を
与えない場合のその接合剤分布を示す平面図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱膨張係数が異なる少なくとも2つの層
    が加熱接合剤を介して接合される積層体において、 上記加熱接合剤は、その密度が上記2層の接合面の第1
    の部分で密に、この第1の部分とは異なる第2の部分で
    疎となるように、分布させたことを特徴とする積層体。
  2. 【請求項2】 上記積層体は電気回路用基板である請求
    項1に記載の積層体。
  3. 【請求項3】 上記第1の部分は上記接合面の中央部で
    あり、上記第2の部分は上記接合面の周辺部である請求
    項1または請求項2のいずれかに記載の積層体。
  4. 【請求項4】 上記積層体は回路素子部品を搭載すると
    ともに、上記接合面にあってこの回路素子部品搭載部分
    に対応する部分を上記第1の部分とし、非搭載部分を上
    記第2の部分とした請求項2に記載の積層体。
  5. 【請求項5】 熱膨張係数が異なる2つの層を加熱接合
    剤を介して接合することにより、少なくとも2層からな
    る積層体を製造する積層体の製造方法において、 上記加熱接合剤を、上記2層の接合面の中央部で密に、
    周辺部で疎となるように分布させることを特徴とする積
    層体の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記接合面の中央部に硬質の加熱接合剤
    を、その周辺部に金属系加熱接合剤を配することを特徴
    とする請求項5に記載の積層体の製造方法。
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