JPH0936277A - パワーモジュール用基板及びその製造方法 - Google Patents
パワーモジュール用基板及びその製造方法Info
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- JPH0936277A JPH0936277A JP18117695A JP18117695A JPH0936277A JP H0936277 A JPH0936277 A JP H0936277A JP 18117695 A JP18117695 A JP 18117695A JP 18117695 A JP18117695 A JP 18117695A JP H0936277 A JPH0936277 A JP H0936277A
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- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱変形を吸収してセラミック基板の反りや割れ
を防止し、小型にでき、比較的軽くかつ放熱特性を向上
させる。 【解決手段】Ａｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成されたセラ
ミック基板１３に可塑性多孔質金属層１７を介して回路
基板１８が積層接着される。セラミック基板の裏面には
必要に応じて金属薄板１４が接着される。可塑性多孔質
金属層１７は気孔率２０〜５０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇ
の多孔質焼結体であることが好ましい。回路基板がＣｕ
により形成されると可塑性多孔質金属層はＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉろう材により接合され、回路基板がＡｌにより形成
されると可塑性多孔質金属層はＡｌ−Ｓｉろう材により
接合されることが好ましい。可塑性多孔質金属層１７に
はシリコーングリースが充填される。
を防止し、小型にでき、比較的軽くかつ放熱特性を向上
させる。 【解決手段】Ａｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成されたセラ
ミック基板１３に可塑性多孔質金属層１７を介して回路
基板１８が積層接着される。セラミック基板の裏面には
必要に応じて金属薄板１４が接着される。可塑性多孔質
金属層１７は気孔率２０〜５０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇ
の多孔質焼結体であることが好ましい。回路基板がＣｕ
により形成されると可塑性多孔質金属層はＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉろう材により接合され、回路基板がＡｌにより形成
されると可塑性多孔質金属層はＡｌ−Ｓｉろう材により
接合されることが好ましい。可塑性多孔質金属層１７に
はシリコーングリースが充填される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力を供給するパワ
ーモジュール用基板及びその製造方法に関するものであ
る。
ーモジュール用基板及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のパワーモジュール用基板
として、Ｃｕ又はＡｌにより形成された回路基板をセラ
ミック基板に接着するものが知られている。この接着方
法ではセラミック基板と回路基板を直接積層接着する方
法が提案されている。この直接積層接着する方法とし
て、セラミック基板及び回路基板をＡｌ2Ｏ3及びＣｕに
よりそれぞれ形成した場合、セラミック基板と回路基板
とを重ねた状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ
2を加え、Ｎ2雰囲気中で１０６５℃に加熱するいわゆる
ＤＢＣ法（Direct Bonding Copper 法）、又はセラミッ
ク基板と回路基板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔
を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2
を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱するいわゆる
活性金属法がある。
として、Ｃｕ又はＡｌにより形成された回路基板をセラ
ミック基板に接着するものが知られている。この接着方
法ではセラミック基板と回路基板を直接積層接着する方
法が提案されている。この直接積層接着する方法とし
て、セラミック基板及び回路基板をＡｌ2Ｏ3及びＣｕに
よりそれぞれ形成した場合、セラミック基板と回路基板
とを重ねた状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ
2を加え、Ｎ2雰囲気中で１０６５℃に加熱するいわゆる
ＤＢＣ法（Direct Bonding Copper 法）、又はセラミッ
ク基板と回路基板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔
を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2
を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱するいわゆる
活性金属法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記直接積層
接着する方法では、回路基板をセラミック基板に接着で
きるが、セラミック基板と回路基板との熱膨張係数が異
なるため、パワーモジュール基板に反りを生じたり、熱
サイクルによりセラミック基板に割れを生じたりする問
題点があった。特に電流密度を高めるために回路基板の
断面積を向上させようとすると、比較的薄いセラミック
基板の場合に回路基板の熱による変形力がセラミック基
板の強度を上回ってセラミック基板が破損する恐れがあ
った。これらの点を解消するためにセラミック基板の厚
さを増加させると、質量の増加と形状の大型化を招き、
また熱抵抗値の増大から放熱特性が劣る問題点がある。
本発明の目的は、熱変形を吸収してセラミック基板の反
りや割れを防止できるパワーモジュール用基板及びその
製造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
セラミック基板を薄くして小型にできかつ比較的軽く放
熱特性を向上させるパワーモジュール用基板及びその製
造方法を提供することにある。
接着する方法では、回路基板をセラミック基板に接着で
きるが、セラミック基板と回路基板との熱膨張係数が異
なるため、パワーモジュール基板に反りを生じたり、熱
サイクルによりセラミック基板に割れを生じたりする問
題点があった。特に電流密度を高めるために回路基板の
断面積を向上させようとすると、比較的薄いセラミック
基板の場合に回路基板の熱による変形力がセラミック基
板の強度を上回ってセラミック基板が破損する恐れがあ
った。これらの点を解消するためにセラミック基板の厚
さを増加させると、質量の増加と形状の大型化を招き、
また熱抵抗値の増大から放熱特性が劣る問題点がある。
本発明の目的は、熱変形を吸収してセラミック基板の反
りや割れを防止できるパワーモジュール用基板及びその
製造方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
セラミック基板を薄くして小型にできかつ比較的軽く放
熱特性を向上させるパワーモジュール用基板及びその製
造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図１及び図２を用
いて説明する。本発明のパワーモジュール用基板は、図
１又は図２に示すようにセラミック基板１３に可塑性多
孔質金属層１７を介して回路基板１３が接合されたもの
である。本発明のパワーモジュール用基板の製造方法
は、セラミック基板１３に金属粉含有スラリーを塗布す
る工程と、金属粉含有スラリーの表面に回路基板１８を
重ねる工程と、金属粉含有スラリーを発泡した後に焼成
し圧延して可塑性多孔質金属層を成形する工程とを含
み、金属粉含有スラリーは平均粒径が５〜１００μｍの
Ｃｕ，Ａｌ又はＡｇからなる金属粉と、水溶性樹脂バイ
ンダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界面活性剤
と、可塑剤と、水とを含むことを特徴とする。
の本発明の構成を、実施例に対応する図１及び図２を用
いて説明する。本発明のパワーモジュール用基板は、図
１又は図２に示すようにセラミック基板１３に可塑性多
孔質金属層１７を介して回路基板１３が接合されたもの
である。本発明のパワーモジュール用基板の製造方法
は、セラミック基板１３に金属粉含有スラリーを塗布す
る工程と、金属粉含有スラリーの表面に回路基板１８を
重ねる工程と、金属粉含有スラリーを発泡した後に焼成
し圧延して可塑性多孔質金属層を成形する工程とを含
み、金属粉含有スラリーは平均粒径が５〜１００μｍの
Ｃｕ，Ａｌ又はＡｇからなる金属粉と、水溶性樹脂バイ
ンダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界面活性剤
と、可塑剤と、水とを含むことを特徴とする。
【０００５】以下、本発明を詳述する。 (a) セラミック基板 セラミック基板はＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成され
る。また必要に応じてセラミック基板の裏面に金属薄板
１４が接着される。金属薄板は厚さ０〜０．５ｍｍのＣ
ｕ又はＡｌからなる。
る。また必要に応じてセラミック基板の裏面に金属薄板
１４が接着される。金属薄板は厚さ０〜０．５ｍｍのＣ
ｕ又はＡｌからなる。
【０００６】(b) 金属粉含有スラリー 金属粉含有スラリーは平均粒径５〜１００μｍの金属粉
と、水溶性樹脂バインダと、非水溶性炭化水素系有機溶
剤と、界面活性剤と、水とを混練した後、可塑剤を添加
して更に混練して得られる。Ｃｕの可塑性多孔質金属層
では金属粉として平均粒径５〜１００μｍのＣｕ粉が用
いられ、Ａｌの可塑性多孔質金属層では金属粉として平
均粒径５〜１００μｍのＡｌ粉と平均粒径５〜１００μ
ｍのＣｕ粉の混合物が用いられ、Ａｇの可塑性多孔質金
属層では金属粉として平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉
が用いられる。
と、水溶性樹脂バインダと、非水溶性炭化水素系有機溶
剤と、界面活性剤と、水とを混練した後、可塑剤を添加
して更に混練して得られる。Ｃｕの可塑性多孔質金属層
では金属粉として平均粒径５〜１００μｍのＣｕ粉が用
いられ、Ａｌの可塑性多孔質金属層では金属粉として平
均粒径５〜１００μｍのＡｌ粉と平均粒径５〜１００μ
ｍのＣｕ粉の混合物が用いられ、Ａｇの可塑性多孔質金
属層では金属粉として平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉
が用いられる。
【０００７】水溶性樹脂バインダとしてはメチルセルロ
ース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキ
シエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
スアンモニウム、エチルセルロース等が用いられ、非水
溶性炭化水素系有機溶剤としてはネオペンタン、ヘキサ
ン、イソヘキサン、ヘプタン等が用いられる。また界面
活性剤としては市販の台所用中性合成洗剤（例えばアル
キルグルコシドとポリオキシエチレンアルキルエーテル
の２８％混合水溶液）が用いられ、可塑剤としてはエチ
レングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン
等の多価アルコールや、イワシ油、菜種油、オリーブ油
等の油脂や、石油エーテル等のエーテルや、フタル酸ジ
エチル、フタル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘキシ
ル、フタル酸ジＮオクチル等のエステルが用いられる。
ース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキ
シエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
スアンモニウム、エチルセルロース等が用いられ、非水
溶性炭化水素系有機溶剤としてはネオペンタン、ヘキサ
ン、イソヘキサン、ヘプタン等が用いられる。また界面
活性剤としては市販の台所用中性合成洗剤（例えばアル
キルグルコシドとポリオキシエチレンアルキルエーテル
の２８％混合水溶液）が用いられ、可塑剤としてはエチ
レングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン
等の多価アルコールや、イワシ油、菜種油、オリーブ油
等の油脂や、石油エーテル等のエーテルや、フタル酸ジ
エチル、フタル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘキシ
ル、フタル酸ジＮオクチル等のエステルが用いられる。
【０００８】(c) 可塑性多孔質金属層 可塑性多孔質金属層１７は次の方法により製造される。
先ず上記(b)の金属粉含有スラリーをドクタブレード法
により成形体にする。次いでこの成形体を５〜１００℃
で０．２５〜４時間保持して上記成形体中の可塑剤を揮
発させ発泡させた後、５０〜２００℃で０．５〜１時間
保持し乾燥して薄板状多孔質成形体にする。次にこの多
孔質成形体を所定の雰囲気中で５００〜１０６０℃で
０．５〜４時間加熱して保持し、スケルトン構造を有す
る気孔率９０〜９３％、厚さ０．５〜５ｍｍの薄板状多
孔質焼結体にする。更にこの多孔質焼結体を厚さ０．２
〜３ｍｍに圧延することにより、気孔率が２５〜５０％
の可塑性多孔質金属層が得られる。
先ず上記(b)の金属粉含有スラリーをドクタブレード法
により成形体にする。次いでこの成形体を５〜１００℃
で０．２５〜４時間保持して上記成形体中の可塑剤を揮
発させ発泡させた後、５０〜２００℃で０．５〜１時間
保持し乾燥して薄板状多孔質成形体にする。次にこの多
孔質成形体を所定の雰囲気中で５００〜１０６０℃で
０．５〜４時間加熱して保持し、スケルトン構造を有す
る気孔率９０〜９３％、厚さ０．５〜５ｍｍの薄板状多
孔質焼結体にする。更にこの多孔質焼結体を厚さ０．２
〜３ｍｍに圧延することにより、気孔率が２５〜５０％
の可塑性多孔質金属層が得られる。
【０００９】(d) 回路基板 回路基板はＣｕ板若しくはＡｌ板のプレス成形又はエッ
チング加工により形成される。 (e) 回路基板のセラミック基板への積層接着 可塑性多孔質金属がＣｕにより形成され、セラミック基
板がＡｌ2Ｏ3により形成される場合には、セラミック基
板と可塑性多孔質金属とを重ねた状態でこれらに荷重
０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、Ｎ2雰囲気中で１０６
５〜１０７５℃に加熱するＤＢＣ法、又はセラミック基
板と可塑性多孔質金属との間にろう材であるＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜
２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で８５０〜９００℃に
加熱する活性金属法により、可塑性多孔質金属がセラミ
ック基板に積層接着される。
チング加工により形成される。 (e) 回路基板のセラミック基板への積層接着 可塑性多孔質金属がＣｕにより形成され、セラミック基
板がＡｌ2Ｏ3により形成される場合には、セラミック基
板と可塑性多孔質金属とを重ねた状態でこれらに荷重
０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、Ｎ2雰囲気中で１０６
５〜１０７５℃に加熱するＤＢＣ法、又はセラミック基
板と可塑性多孔質金属との間にろう材であるＡｇ−Ｃｕ
−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜
２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で８５０〜９００℃に
加熱する活性金属法により、可塑性多孔質金属がセラミ
ック基板に積層接着される。
【００１０】また可塑性多孔質金属がＣｕにより形成さ
れ、セラミック基板がＡｌＮにより形成される場合に
は、予めセラミック基板を１０００〜１４００℃で酸化
処理してその表面にＡｌ2Ｏ3層を最適な厚さで形成した
後、上記と同様のＤＢＣ法又は活性金属法によりセラミ
ック基板に可塑性多孔質金属が積層接着される。更に可
塑性多孔質金属がＡｌにより形成され、セラミック基板
がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成される場合には、セラ
ミック基板と可塑性多孔質金属との間にろう材であるＡ
ｌ−Ｓｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５
〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で６００〜６５０℃
に加熱することにより、可塑性多孔質金属がセラミック
基板に積層接着される。
れ、セラミック基板がＡｌＮにより形成される場合に
は、予めセラミック基板を１０００〜１４００℃で酸化
処理してその表面にＡｌ2Ｏ3層を最適な厚さで形成した
後、上記と同様のＤＢＣ法又は活性金属法によりセラミ
ック基板に可塑性多孔質金属が積層接着される。更に可
塑性多孔質金属がＡｌにより形成され、セラミック基板
がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成される場合には、セラ
ミック基板と可塑性多孔質金属との間にろう材であるＡ
ｌ−Ｓｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５
〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で６００〜６５０℃
に加熱することにより、可塑性多孔質金属がセラミック
基板に積層接着される。
【００１１】(f) 金属含有スラリーの発泡、焼成及び圧
延 セラミック基板に金属粉含有スラリーを介して回路基板
を重ねた状態で、５〜１００℃で０．２５〜４時間保持
して上記スラリー中の可塑剤を揮発させ発泡させた後、
５０〜２００℃で３０〜６０分間保持し乾燥して上記ス
ラリーを薄板状多孔質成形体にする。次にこの多孔質成
形体をセラミック基板及び回路基板とともに所定の雰囲
気中で５００〜１０６０℃で０．５〜４時間加熱して保
持し、多孔質成形体をスケルトン構造を有する気孔率９
０〜９３％、厚さ０．５〜５ｍｍの薄板状多孔質焼結体
にする。更にこの多孔質焼結体をセラミック基板及び回
路基板とともに圧延して多孔質焼結体の厚さを０．２〜
３ｍｍにすることにより、金属粉含有スラリーから気孔
率２５〜５０％の可塑性多孔質金属層が成形される。ま
た可塑性多孔質金属層に形成された気孔には金属層の側
面からシリコーングリース、シリコーンオイル又はエポ
キシ樹脂を充填することが好ましい。
延 セラミック基板に金属粉含有スラリーを介して回路基板
を重ねた状態で、５〜１００℃で０．２５〜４時間保持
して上記スラリー中の可塑剤を揮発させ発泡させた後、
５０〜２００℃で３０〜６０分間保持し乾燥して上記ス
ラリーを薄板状多孔質成形体にする。次にこの多孔質成
形体をセラミック基板及び回路基板とともに所定の雰囲
気中で５００〜１０６０℃で０．５〜４時間加熱して保
持し、多孔質成形体をスケルトン構造を有する気孔率９
０〜９３％、厚さ０．５〜５ｍｍの薄板状多孔質焼結体
にする。更にこの多孔質焼結体をセラミック基板及び回
路基板とともに圧延して多孔質焼結体の厚さを０．２〜
３ｍｍにすることにより、金属粉含有スラリーから気孔
率２５〜５０％の可塑性多孔質金属層が成形される。ま
た可塑性多孔質金属層に形成された気孔には金属層の側
面からシリコーングリース、シリコーンオイル又はエポ
キシ樹脂を充填することが好ましい。
【００１２】
【作用】図１に示されるパワーモジュール用基板１０で
は、セラミック基板１３と回路基板１８との熱膨張係数
が異なっても、可塑性多孔質金属層１７がセラミック基
板１３や回路基板１８の熱変形を吸収するので、セラミ
ック基板１３に反りや割れが発生するのを防止できる。
また可塑性多孔質金属層１７にシリコーングリース、シ
リコーンオイル又はエポキシ樹脂を充填することによ
り、可塑性多孔質金属層１７での熱伝導率が向上するの
で、放熱特性を損わない。
は、セラミック基板１３と回路基板１８との熱膨張係数
が異なっても、可塑性多孔質金属層１７がセラミック基
板１３や回路基板１８の熱変形を吸収するので、セラミ
ック基板１３に反りや割れが発生するのを防止できる。
また可塑性多孔質金属層１７にシリコーングリース、シ
リコーンオイル又はエポキシ樹脂を充填することによ
り、可塑性多孔質金属層１７での熱伝導率が向上するの
で、放熱特性を損わない。
【００１３】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、パワーモジュール用基
板１０はセラミック基板１３の裏面に厚さ０．３ｍｍの
Ｃｕからなる金属薄板１４が接着される。セラミック基
板１３の表面には可塑性多孔質金属層１７を介して積層
接着されセラミック基板１３と異なる熱膨張係数を有す
る回路基板１８を備える。セラミック基板１３をＡｌ2
Ｏ3含有量が９６％のセラミック材料により縦、横及び
厚さがそれぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び０．６３５ｍｍ
の長方形の薄板状に形成し、金属薄板１４をＣｕにより
縦、横及び厚さがそれぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び０．
３ｍｍの長方形の薄板状に形成した。回路基板１８はこ
の例では縦、横及び厚さがそれぞれ２６ｍｍ、１８ｍｍ
及び０．３ｍｍの長方形のＣｕの薄板をセラミック基板
の表面に３枚接着することにより形成した。セラミック
基板１３の裏面には金属薄板１４をＤＢＣ法により接着
した。即ちセラミック基板１３の裏面に金属薄板１４を
重ねた状態でこれに荷重２．０ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、
Ｎ2雰囲気中で１０６５℃に加熱することにより接着し
た。
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、パワーモジュール用基
板１０はセラミック基板１３の裏面に厚さ０．３ｍｍの
Ｃｕからなる金属薄板１４が接着される。セラミック基
板１３の表面には可塑性多孔質金属層１７を介して積層
接着されセラミック基板１３と異なる熱膨張係数を有す
る回路基板１８を備える。セラミック基板１３をＡｌ2
Ｏ3含有量が９６％のセラミック材料により縦、横及び
厚さがそれぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び０．６３５ｍｍ
の長方形の薄板状に形成し、金属薄板１４をＣｕにより
縦、横及び厚さがそれぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び０．
３ｍｍの長方形の薄板状に形成した。回路基板１８はこ
の例では縦、横及び厚さがそれぞれ２６ｍｍ、１８ｍｍ
及び０．３ｍｍの長方形のＣｕの薄板をセラミック基板
の表面に３枚接着することにより形成した。セラミック
基板１３の裏面には金属薄板１４をＤＢＣ法により接着
した。即ちセラミック基板１３の裏面に金属薄板１４を
重ねた状態でこれに荷重２．０ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、
Ｎ2雰囲気中で１０６５℃に加熱することにより接着し
た。
【００１４】可塑性多孔質金属層１７となる金属粉含有
スラリーを平均粒径４０μｍのＣｕ粉８０ｇと、水溶性
メチルセルロース樹脂バインダ２．５ｇと、グリセリン
５ｇと、界面活性剤０．５ｇと、水２０ｇとを３０分間
混練した後、ヘキサンを１ｇ添加して更に３分間混練し
て調製した。
スラリーを平均粒径４０μｍのＣｕ粉８０ｇと、水溶性
メチルセルロース樹脂バインダ２．５ｇと、グリセリン
５ｇと、界面活性剤０．５ｇと、水２０ｇとを３０分間
混練した後、ヘキサンを１ｇ添加して更に３分間混練し
て調製した。
【００１５】セラミック基板１３の表面に金属含有スラ
リーを所定の厚さで塗布し、このスラリーの上面に３枚
の回路基板１８を密着させた。この状態で、温度４０℃
に３０分間保持して上記スラリー中のヘキサンを揮発さ
せて発泡させた後、温度９０℃に４０分間保持し乾燥し
て上記スラリーを薄板状多孔質成形体にした。次にこの
多孔質成形体をセラミック基板及び回路基板とともに空
気中で５００℃に０．５時間加熱して保持した後、水素
中で１０３０℃に１時間加熱して保持し、多孔質成形体
をスケルトン構造を有する気孔率９２〜９５％、厚さ３
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質焼結
体をセラミック基板及び回路基板とともに圧延して多孔
質焼結体の厚さを１ｍｍにすることにより、金属粉含有
スラリーから気孔率３０％の可塑性多孔質金属層１７を
成形した。またこの可塑性多孔質金属層１７の気孔に金
属層１７の側面からシリコーングリースを充填した。こ
のようにしてパワーモジュール用基板１０を作製した。
リーを所定の厚さで塗布し、このスラリーの上面に３枚
の回路基板１８を密着させた。この状態で、温度４０℃
に３０分間保持して上記スラリー中のヘキサンを揮発さ
せて発泡させた後、温度９０℃に４０分間保持し乾燥し
て上記スラリーを薄板状多孔質成形体にした。次にこの
多孔質成形体をセラミック基板及び回路基板とともに空
気中で５００℃に０．５時間加熱して保持した後、水素
中で１０３０℃に１時間加熱して保持し、多孔質成形体
をスケルトン構造を有する気孔率９２〜９５％、厚さ３
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質焼結
体をセラミック基板及び回路基板とともに圧延して多孔
質焼結体の厚さを１ｍｍにすることにより、金属粉含有
スラリーから気孔率３０％の可塑性多孔質金属層１７を
成形した。またこの可塑性多孔質金属層１７の気孔に金
属層１７の側面からシリコーングリースを充填した。こ
のようにしてパワーモジュール用基板１０を作製した。
【００１６】＜実施例２＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層となる金属粉含有スラリーを平均粒径４０μｍの
Ａｇ粉１００ｇと、水溶性メチルセルロース樹脂バイン
ダ２．５ｇと、グリセリン５ｇと、界面活性剤０．５ｇ
と、水２０ｇとを３０分間混練した後、ヘキサンを１ｇ
添加して更に３分間混練して調製した。この金属粉含有
スラリーから以下の方法により可塑性多孔質金属層を成
形した。セラミック基板に上記金属含有スラリーを所定
の厚さで塗布し、このスラリーに回路基板を密着させた
状態で、温度４０℃に３０分間保持して上記スラリー中
のヘキサンを揮発させて発泡させた後、温度９０℃に４
０分間保持し乾燥して上記スラリーを薄板状多孔質成形
体にした。次にこの多孔質成形体をセラミック基板及び
回路基板とともに空気中で９００℃に３時間加熱して保
持し、多孔質成形体をスケルトン構造を有する気孔率９
０〜９３％、厚さ１ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。
更にこの多孔質焼結体をセラミック基板及び回路基板と
ともに圧延して多孔質焼結体の厚さを０．３ｍｍにする
ことにより、金属粉含有スラリーから気孔率３０％の可
塑性多孔質金属層を成形した。この可塑性多孔質金属層
の材質及び成形方法以外は実施例１と同様にしてパワー
モジュール用基板を作成した。
金属層となる金属粉含有スラリーを平均粒径４０μｍの
Ａｇ粉１００ｇと、水溶性メチルセルロース樹脂バイン
ダ２．５ｇと、グリセリン５ｇと、界面活性剤０．５ｇ
と、水２０ｇとを３０分間混練した後、ヘキサンを１ｇ
添加して更に３分間混練して調製した。この金属粉含有
スラリーから以下の方法により可塑性多孔質金属層を成
形した。セラミック基板に上記金属含有スラリーを所定
の厚さで塗布し、このスラリーに回路基板を密着させた
状態で、温度４０℃に３０分間保持して上記スラリー中
のヘキサンを揮発させて発泡させた後、温度９０℃に４
０分間保持し乾燥して上記スラリーを薄板状多孔質成形
体にした。次にこの多孔質成形体をセラミック基板及び
回路基板とともに空気中で９００℃に３時間加熱して保
持し、多孔質成形体をスケルトン構造を有する気孔率９
０〜９３％、厚さ１ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。
更にこの多孔質焼結体をセラミック基板及び回路基板と
ともに圧延して多孔質焼結体の厚さを０．３ｍｍにする
ことにより、金属粉含有スラリーから気孔率３０％の可
塑性多孔質金属層を成形した。この可塑性多孔質金属層
の材質及び成形方法以外は実施例１と同様にしてパワー
モジュール用基板を作成した。
【００１７】＜実施例３＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層となる金属粉含有スラリーを平均粒径２５μｍの
Ａｌ粉５０ｇと、平均粒径９μｍのＣｕ粉１．２ｇと、
水溶性メチルセルロース樹脂バインダ２．５ｇと、グリ
セリン５ｇと、界面活性剤０．５ｇと、水２０ｇとを３
０分間混練した後、ヘキサンを１ｇ添加して更に３分間
混練して調製した。この金属粉含有スラリーから以下の
方法により可塑性多孔質金属層を成形した。セラミック
基板に上記金属含有スラリーを所定の厚さで塗布し、こ
のスラリーに回路基板を密着させた状態で、温度４０℃
に３０分間保持して上記スラリー中のヘキサンを揮発さ
せて発泡させた後、温度９０℃に４０分間保持し乾燥し
て上記スラリーを薄板状多孔質成形体にした。次にこの
多孔質成形体をセラミック基板及び回路基板とともに真
空中で６００℃に１時間加熱して保持し、多孔質成形体
をスケルトン構造を有する気孔率９３〜９６％、厚さ１
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質焼結
体をセラミック基板及び回路基板とともに圧延して多孔
質焼結体の厚さを０．３ｍｍにすることにより、金属粉
含有スラリーから気孔率３０％の可塑性多孔質金属層を
成形した。この可塑性多孔質金属層の材質及び成形方法
以外は実施例１と同様にしてパワーモジュール用基板を
作成した。
金属層となる金属粉含有スラリーを平均粒径２５μｍの
Ａｌ粉５０ｇと、平均粒径９μｍのＣｕ粉１．２ｇと、
水溶性メチルセルロース樹脂バインダ２．５ｇと、グリ
セリン５ｇと、界面活性剤０．５ｇと、水２０ｇとを３
０分間混練した後、ヘキサンを１ｇ添加して更に３分間
混練して調製した。この金属粉含有スラリーから以下の
方法により可塑性多孔質金属層を成形した。セラミック
基板に上記金属含有スラリーを所定の厚さで塗布し、こ
のスラリーに回路基板を密着させた状態で、温度４０℃
に３０分間保持して上記スラリー中のヘキサンを揮発さ
せて発泡させた後、温度９０℃に４０分間保持し乾燥し
て上記スラリーを薄板状多孔質成形体にした。次にこの
多孔質成形体をセラミック基板及び回路基板とともに真
空中で６００℃に１時間加熱して保持し、多孔質成形体
をスケルトン構造を有する気孔率９３〜９６％、厚さ１
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質焼結
体をセラミック基板及び回路基板とともに圧延して多孔
質焼結体の厚さを０．３ｍｍにすることにより、金属粉
含有スラリーから気孔率３０％の可塑性多孔質金属層を
成形した。この可塑性多孔質金属層の材質及び成形方法
以外は実施例１と同様にしてパワーモジュール用基板を
作成した。
【００１８】＜実施例４＞図示しないが、この例では、
回路基板をＡｌにより実施例１の回路基板と同形同大に
形成したことを除いて、実施例３と同様にしてパワーモ
ジュール用基板を作成した。 ＜実施例５＞図２に示すように、この例では、セラミッ
ク基板１３の裏面に金属薄板を接着しないことを除い
て、実施例１と同様にしてパワーモジュール用基板４０
を作成した。即ち、セラミック基板１３の表面にのみ実
施例１で説明した回路基板１４が可塑性多孔質金属層１
７を介して接着される。
回路基板をＡｌにより実施例１の回路基板と同形同大に
形成したことを除いて、実施例３と同様にしてパワーモ
ジュール用基板を作成した。 ＜実施例５＞図２に示すように、この例では、セラミッ
ク基板１３の裏面に金属薄板を接着しないことを除い
て、実施例１と同様にしてパワーモジュール用基板４０
を作成した。即ち、セラミック基板１３の表面にのみ実
施例１で説明した回路基板１４が可塑性多孔質金属層１
７を介して接着される。
【００１９】＜実施例６〜８＞図示しないが、実施例６
〜８では、セラミック基板の裏面に金属薄板を接着しな
いことを除いて、実施例２〜４とそれぞれ同様にしてパ
ワーモジュール用基板を作成した。 ＜実施例９＞図示しないが、実施例９では、セラミック
基板の裏面に実施例１と同形同大のＡｌによる金属薄板
をＡｌ−Ｓｉろう材により接着したことを除いて、実施
例４と同様にしてパワーモジュール用基板を作成した。 ＜実施例１０〜１８＞図示しないが、実施例１０〜１８
では、セラミック基板をＡｌＮにより形成し、かつ予め
セラミック基板を１３００℃で酸化処理してその表面に
Ａｌ2Ｏ3層を最適な厚さで形成しておいたことを除い
て、実施例１〜９とそれぞれ同様にしてパワーモジュー
ル用基板を作成した。
〜８では、セラミック基板の裏面に金属薄板を接着しな
いことを除いて、実施例２〜４とそれぞれ同様にしてパ
ワーモジュール用基板を作成した。 ＜実施例９＞図示しないが、実施例９では、セラミック
基板の裏面に実施例１と同形同大のＡｌによる金属薄板
をＡｌ−Ｓｉろう材により接着したことを除いて、実施
例４と同様にしてパワーモジュール用基板を作成した。 ＜実施例１０〜１８＞図示しないが、実施例１０〜１８
では、セラミック基板をＡｌＮにより形成し、かつ予め
セラミック基板を１３００℃で酸化処理してその表面に
Ａｌ2Ｏ3層を最適な厚さで形成しておいたことを除い
て、実施例１〜９とそれぞれ同様にしてパワーモジュー
ル用基板を作成した。
【００２０】＜比較例１＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層を用いないことを除いて、実施例１と同一の構成
のパワーモジュール用基板を比較例１とした。即ちパワ
ーモジュール用基板はセラミック基板の下面及び上面に
ＤＢＣ法によりそれぞれ直接積層接着された回路基板及
び回路基板とを備える。 ＜比較例２＞図示しないが、可塑性多孔質金属層を用い
ないことを除いて、実施例５と同一の構成のパワーモジ
ュール用基板を比較例２とした。即ちパワーモジュール
用基板はセラミック基板の裏面に金属薄板を接着するこ
となく表面にＤＢＣ法により回路基板を接着する。上記
実施例１〜１６及び比較例１及び２の構成を表１にまと
めた。
金属層を用いないことを除いて、実施例１と同一の構成
のパワーモジュール用基板を比較例１とした。即ちパワ
ーモジュール用基板はセラミック基板の下面及び上面に
ＤＢＣ法によりそれぞれ直接積層接着された回路基板及
び回路基板とを備える。 ＜比較例２＞図示しないが、可塑性多孔質金属層を用い
ないことを除いて、実施例５と同一の構成のパワーモジ
ュール用基板を比較例２とした。即ちパワーモジュール
用基板はセラミック基板の裏面に金属薄板を接着するこ
となく表面にＤＢＣ法により回路基板を接着する。上記
実施例１〜１６及び比較例１及び２の構成を表１にまと
めた。
【００２１】
【表１】
【００２２】＜比較試験と評価＞実施例１〜１６及び比
較例１及び２のパワーモジュール用基板に−４０℃〜１
２５℃の温度サイクル条件で０サイクル（温度サイクル
を全く与えない）、１０サイクル及び５０サイクルの温
度サイクルを与えた後の熱抵抗及びセラミック基板の割
れについて調べた。熱抵抗Ｒth（℃）は回路基板上に縦
及び横とも１５ｍｍの矩形の発熱体（図示せず）を２個
Ｐｂ−Ｓｎはんだを介して接着し、この発熱体を１０Ｗ
で発熱させたときの周囲空気温度Ｔa（℃）と発熱体の
温度Ｔj（℃）とを測定して式より求めた。 Ｒth＝（Ｔj−Ｔa）／１０ …… またセラミック基板の割れ率Ｃr（％）はセラミック基
板から回路基板をエッチングして全て剥がし、顕微鏡で
積層接着周囲の割れの長さＬc（ｍｍ）とエッチング前
の回路の全周長さＬa（ｍｍ）を測定して式より求め
た。 Ｃr＝（Ｌc／Ｌa）×１００ …… これらの結果を表２に示す。
較例１及び２のパワーモジュール用基板に−４０℃〜１
２５℃の温度サイクル条件で０サイクル（温度サイクル
を全く与えない）、１０サイクル及び５０サイクルの温
度サイクルを与えた後の熱抵抗及びセラミック基板の割
れについて調べた。熱抵抗Ｒth（℃）は回路基板上に縦
及び横とも１５ｍｍの矩形の発熱体（図示せず）を２個
Ｐｂ−Ｓｎはんだを介して接着し、この発熱体を１０Ｗ
で発熱させたときの周囲空気温度Ｔa（℃）と発熱体の
温度Ｔj（℃）とを測定して式より求めた。 Ｒth＝（Ｔj−Ｔa）／１０ …… またセラミック基板の割れ率Ｃr（％）はセラミック基
板から回路基板をエッチングして全て剥がし、顕微鏡で
積層接着周囲の割れの長さＬc（ｍｍ）とエッチング前
の回路の全周長さＬa（ｍｍ）を測定して式より求め
た。 Ｃr＝（Ｌc／Ｌa）×１００ …… これらの結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２から明らかなように、割れ率は実施例
の方が従来例より著しく低くなっていることが判った。
また熱抵抗は温度サイクル１０回以上では実施例の方が
比較例より良くなっていることが判った。なお、上記実
施例ではセラミック基板に金属粉含有スラリーを塗布
し、金属含有スラリーを発泡焼結することにより回路基
板をセラミック基板に接着したが、スラリーを予め可塑
性多孔質金属に発泡焼結した後、ろう材により回路基板
とセラミック基板に接着してもよい。
の方が従来例より著しく低くなっていることが判った。
また熱抵抗は温度サイクル１０回以上では実施例の方が
比較例より良くなっていることが判った。なお、上記実
施例ではセラミック基板に金属粉含有スラリーを塗布
し、金属含有スラリーを発泡焼結することにより回路基
板をセラミック基板に接着したが、スラリーを予め可塑
性多孔質金属に発泡焼結した後、ろう材により回路基板
とセラミック基板に接着してもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミック基板に可塑性多孔質金属層を介してセラミック
基板と異なる熱膨張係数を有する回路基板を積層接着し
たので、可塑性多孔質金属層が熱変形を吸収してセラミ
ック基板の反りや割れを防止できる。また、可塑性多孔
質金属層が熱変形を吸収する結果セラミック基板を薄く
することが可能になり、パワーモジュール用基板を小型
にでき、比較的軽くかつ放熱特性を向上させることがで
きる。更に、可塑性多孔質金属層が気孔率２０〜５０％
のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体であり、この可塑
性多孔質金属層にシリコーングリース、シリコーンオイ
ル又はエポキシ樹脂を充填すれば、回路基板からセラミ
ック基板への放熱特性を損うことがない。
ラミック基板に可塑性多孔質金属層を介してセラミック
基板と異なる熱膨張係数を有する回路基板を積層接着し
たので、可塑性多孔質金属層が熱変形を吸収してセラミ
ック基板の反りや割れを防止できる。また、可塑性多孔
質金属層が熱変形を吸収する結果セラミック基板を薄く
することが可能になり、パワーモジュール用基板を小型
にでき、比較的軽くかつ放熱特性を向上させることがで
きる。更に、可塑性多孔質金属層が気孔率２０〜５０％
のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体であり、この可塑
性多孔質金属層にシリコーングリース、シリコーンオイ
ル又はエポキシ樹脂を充填すれば、回路基板からセラミ
ック基板への放熱特性を損うことがない。
【図１】本発明実施例１のパワーモジュール用基板の断
面図。
面図。
【図２】本発明の実施例５を示す図１に対応する断面
図。
図。
１０，４０ パワーモジュール用基板 １３ セラミック基板 １４ 金属薄板 １７ 可塑性多孔質金属層 １８ 回路基板
フロントページの続き (72)発明者 初鹿 昌文 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 Ａｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成されたセ
ラミック基板(13)に可塑性多孔質金属層(17)を介して回
路基板(18)が接合されたことを特徴とするパワーモジュ
ール用基板。 - 【請求項２】 セラミック基板(13)の裏面にＣｕ又はＡ
ｌからなる金属薄板(14)が接着された請求項１記載のパ
ワーモジュール用基板。 - 【請求項３】 回路基板(18)がＣｕにより形成され、可
塑性多孔質金属層(17)がＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材により
接合された請求項１又は２記載のパワーモジュール用基
板。 - 【請求項４】 回路基板(18)がＡｌにより形成され、可
塑性多孔質金属層(17)がＡｌ−Ｓｉろう材により接合さ
れた請求項１又は２記載のパワーモジュール用基板。 - 【請求項５】 可塑性多孔質金属層(17)が気孔率２０〜
５０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体である請求
項１ないし４いずれか記載のパワーモジュール用基板。 - 【請求項６】 可塑性多孔質金属層(17)にシリコーング
リース、シリコーンオイル又はエポキシ樹脂が充填され
た請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用
基板。 - 【請求項７】 セラミック基板(13)に金属粉含有スラリ
ーを塗布する工程と、 前記金属粉含有スラリーの表面に回路基板(18)を重ねる
工程と、 前記金属粉含有スラリーを乾燥して発泡させた後に焼成
し圧延して可塑性多孔質金属層を成形する工程とを含
み、 前記金属粉含有スラリーは平均粒径が５〜１００μｍの
Ｃｕ，Ａｌ又はＡｇからなる金属粉と、水溶性樹脂バイ
ンダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界面活性剤
と、可塑剤と、水とを含むことを特徴とするパワーモジ
ュール用基板の製造方法。 - 【請求項８】 焼成して成形された可塑性多孔質金属層
にシリコーングリース、シリコーンオイル又はエポキシ
樹脂を充填する工程を更に含む請求項７記載のパワーモ
ジュール用基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18117695A JP3230181B2 (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | パワーモジュール用基板の製造方法及びこの方法により製造されたパワーモジュール用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18117695A JP3230181B2 (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | パワーモジュール用基板の製造方法及びこの方法により製造されたパワーモジュール用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936277A true JPH0936277A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3230181B2 JP3230181B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=16096219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18117695A Expired - Lifetime JP3230181B2 (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | パワーモジュール用基板の製造方法及びこの方法により製造されたパワーモジュール用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230181B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001010874A (ja) * | 1999-03-27 | 2001-01-16 | Nippon Hybrid Technologies Kk | 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品 |
| WO2005007596A1 (ja) * | 2003-07-22 | 2005-01-27 | Brazing Co., Ltd. | 活性銀ろう付用部品および当該部品を使用した活性銀ろう付製品 |
| WO2005012206A1 (ja) * | 2003-08-02 | 2005-02-10 | Brazing Co., Ltd. | ろう付用活性バインダー、該バインダーを用いたろう付用部品及びろう付製品、並びに、銀ろう付材 |
| JP2005311349A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 配線基板 |
| JP2009094264A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Hitachi Metals Ltd | 回路基板、半導体モジュール、半導体モジュールの設計方法 |
| JP2011066384A (ja) * | 2009-03-31 | 2011-03-31 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
| CN102593009A (zh) * | 2011-01-11 | 2012-07-18 | 三菱综合材料株式会社 | 电源模块用基板的制造方法、电源模块用基板和电源模块 |
| JP2012138541A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 半導体モジュール用回路基板 |
| US8564118B2 (en) | 2008-06-06 | 2013-10-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate |
| JP2021027076A (ja) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | 三菱電機株式会社 | 配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2017159024A1 (ja) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | 株式会社村田製作所 | セラミック基板、セラミック基板の製造方法、及びパワーモジュール |
-
1995
- 1995-07-18 JP JP18117695A patent/JP3230181B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001010874A (ja) * | 1999-03-27 | 2001-01-16 | Nippon Hybrid Technologies Kk | 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品 |
| WO2005007596A1 (ja) * | 2003-07-22 | 2005-01-27 | Brazing Co., Ltd. | 活性銀ろう付用部品および当該部品を使用した活性銀ろう付製品 |
| JPWO2005007596A1 (ja) * | 2003-07-22 | 2007-09-20 | 株式会社ブレイジング | 活性銀ろう付用部品および当該部品を使用した活性銀ろう付製品 |
| JP4576335B2 (ja) * | 2003-08-02 | 2010-11-04 | 株式会社ブレイジング | ろう付用活性バインダー及び、該バインダーを用いたろう付製品の製造方法 |
| WO2005012206A1 (ja) * | 2003-08-02 | 2005-02-10 | Brazing Co., Ltd. | ろう付用活性バインダー、該バインダーを用いたろう付用部品及びろう付製品、並びに、銀ろう付材 |
| JPWO2005012206A1 (ja) * | 2003-08-02 | 2007-11-22 | 株式会社ブレイジング | ろう付用活性バインダー、該バインダーを用いたろう付用部品及びろう付製品、並びに、銀ろう付材 |
| JP2005311349A (ja) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 配線基板 |
| JP2009094264A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Hitachi Metals Ltd | 回路基板、半導体モジュール、半導体モジュールの設計方法 |
| US8564118B2 (en) | 2008-06-06 | 2013-10-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate |
| US8921996B2 (en) | 2008-06-06 | 2014-12-30 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate |
| JP2011066384A (ja) * | 2009-03-31 | 2011-03-31 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2012138541A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-19 | Hitachi Ltd | 半導体モジュール用回路基板 |
| CN102593009A (zh) * | 2011-01-11 | 2012-07-18 | 三菱综合材料株式会社 | 电源模块用基板的制造方法、电源模块用基板和电源模块 |
| JP2021027076A (ja) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | 三菱電機株式会社 | 配線基板、半導体装置、及び配線基板の製造方法 |
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