JPH0787222B2 - 熱伝導性基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体実装基板として有用な熱伝導性基板に関
する。

（従来の技術） 最近、パワートランスモジュール用基板やスイッチング
電源モジュール用基板等の回路基板として、セラミック
ス基板上に銅板等の金属板を接合させたものがよく用い
られている。

従来から、このようなセラミックス回路基板を製造する
には、セラミックス基板の表面にモリブデンペースト等
を塗布、焼結することによりメタライズして、その上に
金属板をろう付けして接合することにより行われてきた
が、近年所定形状に打ち抜かれた銅回路板を、例えば酸
化アルミニウム焼結体や窒化アルミニウム焼結体からな
るセラミックス基板上に接触配置させて加熱し、直接セ
ラミックス基板と銅回路板を接合させる、いわゆるDBC
法（ダイレクト・ボンディング・カッパー法）により行
われてきている。

このDBC法により形成されたセラミックス回路基板は、
セラミックス基板と銅回路板との接合強度が強く、単純
構造なので小型高実装化が可能であり、また作業工程も
短縮できる等の長所を有している。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような従来のDBC法においては、銅回路
板の接合面を平板状のままでセラミックス基板上に接触
配置させて加熱し接合すると、使用する銅回路板が特に
形状が複雑であったり、大きかったりするとその加工工
程中に歪みを受けているために加熱時に変形しやすく、
直接接合であるためその変形部に加熱炉中の雰囲気ガス
を巻込みやすく、接合後の銅回路板に部分的な接合不
良、いわゆる「ふくれ」が生じやすくなる。これにより
半導体素子等の実装に際して、傾斜してマウントされた
りする等の実装不良を生じるという問題があった。ま
た、接合部に介在しているガスによって熱抵抗が大きく
なり、すなわち放熱性が低下するという問題もあった。

このような問題に対して、従来、銅回路板の接合面に溝
を設けることによって、接合部のふくれを防止してい
た。

しかしながらこのような対策は、ふくれに対しては効果
があっつたものの、半導体素子等のマウント時や配線領
域の形成時等に使用する液状材料が溝内にしみ込み、後
処理に手間がかかったり、特性を劣化させる等の問題が
あった。

本発明はこのような問題点を解消するためになされたも
ので、DBC法の接合時に生じるふくれを熱抵抗に影響を
およぼさないように最少限におさえ、かつ後工程におけ
る問題もなく、放熱性に優れた熱伝導性基板を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の熱伝導性基板は、セラミックス基板上に所定の
形状の銅回路板を接触配置し加熱接合させてなる熱伝導
性基板において、前記銅回路板に貫通孔を設けてなるこ
とを特徴としている。

本発明の銅回路板に設ける貫通孔の大きさおよび間隔の
最適範囲は、銅回路板の厚さ、面積、加熱条件あるいは
貫通孔を形成する手段などが異なれば、それに応じて異
なってくるから、これらの最適値は予め各熱伝導性基板
ごとに実験的に求めておくことが望ましい。

一般に、貫通孔の径が小さ過ぎるとガスの離脱が行われ
にくくなり、大き過ぎるとハンダ層内に巣が発生しやす
くなる。また、貫通孔の間隔が広くなり過ぎるとふくれ
が貫通孔間で発生してその部分で本発明の効果が得られ
なくなる恐れが生じる。

汎用の熱伝導性基板に本発明を適用する場合の、銅回路
板に設ける貫通孔の最適径は10〜2mmの範囲であり、貫
通孔間の最適間隔は10mm以下である。この場合、径を小
さくするときは間隔を狭くし、径を大きくするときは間
隔を広くするように適宜貫通孔の径と間隔を選定するこ
とが望ましい。

なお、貫通孔の総開口面積は銅回路板の面積の10％以下
の範囲であることが好ましい。

また、貫通孔の形成方法としては、銅回路板を所定形状
に加工する際に同時にプレス加工によって形成してもよ
いし、またエッチング加工、レーザ加工または放電加工
等によって形成してもよい。

本発明に使用するセラミックス基板としては、アルミ
ナ、ベリリア等の酸化物系のセラミックス焼結体や窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素等
の非酸化物系のセラミックス焼結体等からなるセラミッ
クス基板が挙げられる。なお、非酸化物系のセラミック
ス基板を使用する場合には、あらかじめ接合表面を酸化
処理してから使用することが好ましい。

本発明に使用する銅回路板を形成するための銅板として
は、タフピッチ電解銅のような酸素を100〜3000ppmの割
合で含有する銅を圧延してなるものが好ましい。また銅
回路板の厚さは、0.15〜0.5mmの範囲が好ましい。

本発明の熱伝導性基板は、あらかじめ前述の範囲内で貫
通孔を形成した所定の形状の銅回路板をセラミックス基
板上に接触配置させ、加熱することにより得られる。こ
の加熱温度は、銅の融点（1083℃）以下で銅と酸化銅の
共晶温度（1065℃）以上である。また、酸素を含有する
銅板を使用する場合は、不活性ガス雰囲気中で加熱を行
うことが好ましく、酸素を含有しない銅板を使用する場
合は、80〜3900ppmの雰囲気中で加熱を行うことが好ま
しい。

（作 用） 本発明の熱伝導性基板において、貫通孔を形成した銅回
路板を使用してセラミックス基板と加熱接合しているの
で、加熱時に加熱炉内の雰囲気ガスを巻込んでも、この
貫通孔より排出されてふくれを生じる可能性が著しく減
少し、かりにふくれが生じても、貫通孔間の最大間隔が
ふくれの最大値となるため、実装時や熱抵抗に影響をお
よぼさない。また、貫通孔は半導体素子等の実装時のろ
う付けによりふさがれてしまうので、後工程において問
題を生じることもない。

（実施例） 次に本発明の一実施例について説明する。

実施例 まず、厚さ0.3mmで酸素含有量が300ppmの銅板を使用し
て、所定の形状への打抜き加工時に同時に径0.2mmの貫
通孔をピッチ2mm（最大間隔約2.6mm）で全面に設けて
（貫通孔の総開口面積比約0.3％）銅回路板を形成し
た。

このように形成した銅回路板を50mm×25mm×0.635mmの
アルミナを主成分（96％、他に４％の焼結助剤を含む）
とするセラミックス基板の上に接触配置し、窒素ガス雰
囲気中で1070℃の温度で10分間加熱し接合させた。

このようにして得た熱伝導性基板の外観を観察したとこ
ろ、接合時のふくれは認められなかった。

また本発明との比較のために、銅回路板に貫通孔を形成
しない以外は実施例と同一条件で熱伝導性基板を形成し
た。この熱伝導性基板の外観を観察したところ径が４〜
8mmのふくれが数個点在していた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の熱伝導性基板によれば、貫
通孔を形成した銅回路板を使用してセラミックス基板と
加熱接合しているので、接合時に生じるふくれの著しく
少ないものが得られ、またふくれが生じても半導体素子
等のマウントの際や熱抵抗に影響をおよぼさないもので
あり、かつ後工程における問題もなく、放熱性に優れた
ものとなる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス基板上に所定の形状の銅回路
   板を接着配置し加熱接合させてなる熱伝導性基板におい
   て、前記銅回路板に貫通孔を設けてなることを特徴とす
   る熱伝導性基板。
2. 【請求項２】貫通孔の径が10μｍ〜2mmの範囲である特
   許請求の範囲第１項記載の熱伝導性基板。
3. 【請求項３】貫通孔間の最大間隔が10mm以下である特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の熱伝導性基板。
4. 【請求項４】貫通孔の総開口面積が銅回路板の面積に対
   して10％以下の範囲である特許請求の範囲第１項ないし
   第３項のいずれか１項記載の熱伝導性基板。