JPH0948677A - 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、ヒートシンク体が不要なパ
ワーモジュール用金属−セラミックス複合基板及びその
製造法を得るにある。 【解決手段】 異形断面を有する金属板の上にセラミッ
クス基板と、回路形状に形成した金属板とを順次に直接
に又はろう材を介して積層し、これらの積層体を接合炉
中で加熱処理することによってセラミックス基板と上下
の金属板とを接合せしめた金属−セラミックス複合基板
及びその製造法。上記回路形状に形成した金属板と、金
属板をエッチング処理して得る金属−セラミックス複合
基板及びその製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパワーモジュール用
の基板として用いる金属−セラミックス複合基板及びそ
の製造法に関し更に詳しくは従来のヒートシンク体を不
用とするベース一体型の複合基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、パワーモジュール基板の製造法と
しては、古くはアルミナセラミックスグリーンシートの
表面にモリブデンやタングステンなどの有機バインダー
を含んだ金属ペーストを印刷し、雰囲気炉中で加熱して
メタライズさせて回路を形成していた。

【０００３】次いで、メタライズ層をＮｉメッキし、ハ
ンダ付けを行ないＮｉメッキモリブデンやタングステン
などのスペーサーを付加し、Ｎｉメッキを順次行なって
最後にＳｉチップを載せる方法がとられていた。

【０００４】次いで、セラミックス基板の種類によって
は特殊な雰囲気や特定温度下において、セラミックス基
板（アルミナ）と金属板（銅板）とが直接接合できるこ
とが見出された（特公平４−５５１４８号）。

【０００５】更に、セラミックス基板が窒化アルミニウ
ム材の場合には、この基板の表面を改質して直接接合す
る方法や、あるいはろう材を塗布して金属板を接合する
方法が採用され、現在のパワーモジュール基板の製造法
として多く活用されている。

【０００６】そして、これらの製造法によって得られた
いずれのパワーモジュール基板も、放熱板（下面）側に
アルミニウム板等のヒートシンク体を接合することによ
って実際の電気部品として使用しているのが現状であっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のパ
ワーモジュール基板は、構造上の問題からヒートシンク
体と接合せざるを得なく、最終的にコスト上昇の要因と
なっていた。

【０００８】従って、従来の機能を生かしたままこれら
ヒートシンク体を用いない等の新しい基板の開発が求め
られているが、本発明はこの課題を解決することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は斯かる課題
を解決するために鋭意研究したところ、従来の放熱板と
接合するヒートシンク体とを併せた金属体を用いること
で上記課題を解消できることを見出し本発明を提供する
ことができた。

【００１０】すなわち本発明において、第１の発明は、
異形断面を有する金属板と、底面が該金属板と接合する
セラミックス基板と、該基板上に形成された回路とから
構成されて成ることを特徴とする金属−セラミックス複
合基板に関する。

【００１１】第２の発明は、異形断面を有する金属板の
凹部に回路形状に形成した金属板を搭載したセラミック
ス基板を配置して積層体と成る第１工程；得られたこれ
らの積層体を接合炉中で加熱処理することによってセラ
ミックス基板と上下の金属板とを接合せしめた複合基板
を得る第２工程；とから成ることを特徴とし、更に、上
記積層体は、直接又はろう材を介して異形断面を有する
金属板、セラミックス基板、回路用金属板と順次積層さ
れている金属−セラミックス複合基板に関するものであ
る。

【００１２】第３の発明は、予め、めっき処理を施した
異形断面を有する金属板と、セラミックス基板と、回路
形成用金属板とを直接に、或いはろう材を介して順次重
ねて積層体と成す第１工程；得られたこれらの積層体を
接合炉中で加熱処理することによってセラミックス基板
と上下の金属板とを接合せしめた複合基板を得る第２工
程；得られた複合基板上の金属板をエッチング処理する
ことによって所望の回路パターンを形成する第３工程；
とから成ることを特徴とする金属−セラミックス複合基
板の製造法に関するものである。

【００１３】本発明において使用する基板としては、ア
ルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、ジルコニア等の
セラミックス基板やガラス等であり、この場合、高強度
の素材であればなお好ましい。

【００１４】また、本発明で用いる上下の金属板は銅
板、アルミニウム板等の金属板であるが、本発明におい
ては一例として銅板を用いる。先ず上部の銅板としては
あらかじめ回路状に形成した銅板を用いる場合と、セラ
ミックス基板と同等の大きさの銅板を接合して、後工程
で所望の回路をエッチング処理することによって得る手
段とがある。

【００１５】逆に、セラミックス基板下部に接合する異
形断面を有する銅板としては中央部が凹状となってお
り、この部分にセラミックス基板を嵌合できる構造で両
側端部には他の部品と接合するための複数個のネジ穴を
設けている。

【００１６】上記の異形断面を有する銅板上にセラミッ
クス基板、回路形成用銅板と順次重ねて積層体とする
が、直接接合法でこれらの複合体を得る場合には、用い
るセラミックス基板としてはアルミナ基板が好ましい
（第１工程）。

【００１７】ろう材を介してこれらの積層体を得る場合
には、窒化アルミニウム基板や炭化珪素基板が好まし
く、ろう材の種類としては銀ろう材、活性金属ろう材等
市販のろう材を使用できる。

【００１８】次いで、上記の第１工程によって得られた
積層体を接合炉中で加熱処理することで上下の金属板
（銅板）と接合せしめる（第２工程）が、この場合、加
熱処理は用いるセラミックス基板によってその処理条件
が異なる。

【００１９】例えば、セラミックス基板としてアルミナ
基板を用いる場合には窒素雰囲気中で１０６０〜１０６
４℃の温度で加熱処理して直接接合するが、窒化アルミ
ニウム基板を用いる場合には、ろう材を介して接合させ
るため、例えば８５０℃前後で加熱処理することによっ
て金属−セラミックス複合基板を得る。

【００２０】更に、回路形成用銅板を用いた場合には、
所望の回路をエッチング処理して形成する（第３工程）
が、この場合、下板に用いる異形断面を有する銅板の両
側面部分、あるいは全面をあらかじめドブ付けメッキ処
理を施して、上記エッチング処理によって浸漬されない
ようにする必要がある。

【００２１】以下図面を参照して本発明の金属−セラミ
ックス複合基板及びその製造法について詳細に説明す
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（実施例１）

【００２３】図１に示すように両側端部の厚みが０．５
ｍｍで、中央部の厚みが０．１ｍｍである異形断面を有
する銅板１の中央部に２０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５
ｍｍのアルミナ基板２を嵌合し、更に、該基板２上に厚
さ０．３ｍｍの回路状銅板３，３´を配置して得た積層
体をこれらの位置がずれないようにして接合炉中に挿入
した。

【００２４】接合炉における熱処理条件として、窒素雰
囲気下、酸素濃度を１５０ｐｐｍ±５ｐｐｍに安定さ
せ、炉内の圧力を１．５気圧とし温度を上昇させて１０
６０℃に達した後、１０６４℃まで昇温して冷却した
が、この時１０６０℃以上の温度に５分間保持した。

【００２５】炉冷後、これらの積層体を取り出したとこ
ろ図２に示すようにアルミナ基板は上下の銅板と直接接
合された複合体となっており最終的に回路面上に所定の
部品等を配置した後ネジ止めすることによってヒートシ
ンク体を不用とするパワーモジュール体を得た。

【００２６】（実施例２）

【００２７】実施例１で用いた異形断面銅板の中央部上
にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉから成る金属活性ろう材４を塗布
し、その上に２０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡ
ｌＮ基板２を嵌合し、更に厚さ０．３ｍｍの回路状銅板
３，３´を上記ろう材を介して積層し、これらの積層体
の位置がずれないようにして接合炉中に挿入した。

【００２８】接合炉における熱処理条件として、１×１
０^-4Ｔｏｒｒの真空中、最高温度８５０℃で２０分間熱
処理を施して、これらＡｌＮ基板と上下の銅板とを接合
した図２に示すと同様の接合体を得た。

【００２９】（実施例３）

【００３０】予めアルミナ基板を嵌合せしめる中央部上
に金属活性ろう材５を塗布し、この中央部以外をドブ付
けメッキ処理した異形断面銅板１を下板として用い、図
３に示すように該下板１上に２０ｍｍ×５０ｍｍ×０．
６３５ｍｍのアルミナ基板２、更に、その上に同形状で
厚さ０．３ｍｍの回路形成用銅板５を積層した積層体を
位置ずれしないようにして接合炉中に挿入した。

【００３１】接合炉中の条件は、実施例１に示す条件と
同一にして処理したところ、アルミナ基板２を介して上
下の銅板としっかり接合することが確認できた。更に図
４に示す様に回路形成用銅板５上に回路状に形成したレ
ジスト６をスクリーン印刷し、遮光処理を施した。

【００３２】次いで、これらを塩化第二鉄のエッチング
液で処理することにより、図２に示すと同様の回路を有
する複合体を得、実施例１と同様の図５に示すパワーモ
ジュール体を得た。

【００３３】（実施例４）

【００３４】予め、全面をドブ付けメッキ処理した異形
断面銅板を用い、該銅板の中央部上にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
（３％）の活性金属ろう材を塗布し、その上に２０ｍｍ
×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡｌＮ基板を、更に、該
基板上に所定回路形状に上記ろう材を塗布した上に２０
ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍの銅板を積層して接合炉中
に挿入した。

【００３５】接合炉中の条件は、実施例２に示す条件と
同一にして処理して得た複合体の上部銅板上に、図４に
示すと同様に回路パターンをエンチングレジストで形成
した後、塩化第二鉄溶液でエッチング処理して銅の不要
部分を除去してからエッチングレジスト膜を除去し、図
５に示すような銅回路を有するＡｌＮ基板を得た。

【００３６】このようにして得た複合体に実施例１と同
様に他の部品をネジで結合することによって、従来のヒ
ートシンク体を不要とする新規なパワーモジュール体を
得ることができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明の金属−セラミックス複合基板は
従来のようにヒートシンク体をこれらの複合体に付ける
こともなく、他の部品をネジ止めで結合できることから
形状を小さく、且つ、安価に製造できる等の効果を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に用いられたセラミックス複
合基板の製造工程を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例１において得られたセラミック
ス複合基板の斜視図である。

【図３】本発明の実施例２に用いられたセラミックス複
合基板の製造工程を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例２におけるレジストを配線パタ
ーンに印刷した状態を示す斜視図である。

【図５】本発明の実施例２において得られたセラミック
ス複合基板の斜視図である。

【符号の説明】

１ 銅板 ２ 基板 ３ 回路状銅板 ３´ 回路状銅板 ４ 金属活性ろう材 ５ 回路形成用銅板 ６ レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 隆司 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 船橋 渉 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異形断面を有する金属板と、底面が該金
   属板と接合するセラミックス基板と、該基板上に形成さ
   れた回路とから構成されて成ることを特徴とする金属−
   セラミックス複合基板。
2. 【請求項２】 異形断面を有する金属板の凹部に、回路
   形状に形成した金属板を搭載したセラミックス基板を配
   置して積層体と成す第１工程；得られたこれらの積層体
   を接合炉中で加熱処理することによってセラミックス基
   板と上下の金属板とを接合せしめた複合基板を得る第２
   工程；とから成ることを特徴とする金属−セラミックス
   複合基板の製造法。
3. 【請求項３】 上記積層体は、直接に又はろう材を介し
   て異形断面を有する金属板、セラミックス基板、回路用
   金属板と順次積層されることを特徴とする請求項２記載
   の金属−セラミックス複合基板の製造法。
4. 【請求項４】 予め、めっき処理を施した異形断面を有
   する金属板と、セラミックス基板と、回路形成用金属板
   とを直接にあるいはろう材を介して順次重ねて積層体と
   成す第１工程；得られたこれらの積層体を接合炉中で加
   熱処理することによってセラミックス基板と上下の金属
   板とを接合せしめた複合基板を得る第２工程；得られた
   複合基板上の金属板をエッチング処理することによって
   所望の回路パターンを形成する第３工程；とから成るこ
   とを特徴とする金属−セラミックス複合基板の製造法。