JPH10284808A - 回路基板 - Google Patents
回路基板Info
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- JPH10284808A JPH10284808A JP8947597A JP8947597A JPH10284808A JP H10284808 A JPH10284808 A JP H10284808A JP 8947597 A JP8947597 A JP 8947597A JP 8947597 A JP8947597 A JP 8947597A JP H10284808 A JPH10284808 A JP H10284808A
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- aluminum nitride
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
-
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
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- H—ELECTRICITY
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
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Abstract
(57)【要約】
【課題】放熱性と耐熱衝撃性に優れ、パワーモジュール
の組立工程を短縮することができの回路基板を提供する
こと。 【解決手段】フィン状のセラミックス基板に金属回路を
形成させてなることを特徴とする回路基板。
の組立工程を短縮することができの回路基板を提供する
こと。 【解決手段】フィン状のセラミックス基板に金属回路を
形成させてなることを特徴とする回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品のパワー
モジュール等、特にインテリジェントパワーモジュール
に使用される回路基板に関する。
モジュール等、特にインテリジェントパワーモジュール
に使用される回路基板に関する。
【０００２】近年、ロボットやモーター等の産業機器の
高性能化にともない、大電力・高効率インバーター等大
電力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散するため、大電力モジュール基板では従来より様
々な方法がとられてきた。最近では、良好な熱伝導を有
するセラミックス基板が利用できるようになったため、
基板上に銅板などの金属板を接合し回路を形成後、その
ままあるいはメッキ等の処理をしてから半導体を実装
し、回路の反対面を厚さ数ｍｍ程度の銅ベース板に半田
付けし、更にそれをヒートシンクにねじ止めして使用さ
れている。
高性能化にともない、大電力・高効率インバーター等大
電力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散するため、大電力モジュール基板では従来より様
々な方法がとられてきた。最近では、良好な熱伝導を有
するセラミックス基板が利用できるようになったため、
基板上に銅板などの金属板を接合し回路を形成後、その
ままあるいはメッキ等の処理をしてから半導体を実装
し、回路の反対面を厚さ数ｍｍ程度の銅ベース板に半田
付けし、更にそれをヒートシンクにねじ止めして使用さ
れている。
【０００３】しかしながら、上記方法では組立にかなり
の労力を要するので、コスト高になるという問題点があ
った。更には、半導体素子の発熱とその冷却にともなう
温度サイクルによって、回路とセラミックス基板間、セ
ラミックス基板と銅ベース板間に熱膨張差による熱応力
が発生し、各部品が剥がれたり、またヒートシンクにね
じ止めする際に微少な異物を挟み込み、応力集中が起こ
ってセラミックス基板が割れてしまったりして、パワー
モジュールの信頼性を著しく低下させるという問題があ
った。
の労力を要するので、コスト高になるという問題点があ
った。更には、半導体素子の発熱とその冷却にともなう
温度サイクルによって、回路とセラミックス基板間、セ
ラミックス基板と銅ベース板間に熱膨張差による熱応力
が発生し、各部品が剥がれたり、またヒートシンクにね
じ止めする際に微少な異物を挟み込み、応力集中が起こ
ってセラミックス基板が割れてしまったりして、パワー
モジュールの信頼性を著しく低下させるという問題があ
った。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであり、セラミックス基板の形状をフィ
ン形状とすることによって、セラミックス基板に絶縁機
能とヒートシンク機能を持たせ、その上面に金属回路を
形成させることによって、上記煩雑な組立工程を大幅に
簡略化し、しかも各部品間での剥がれ等による破損の少
ない回路基板を得ることを目的とするものである。
てなされたものであり、セラミックス基板の形状をフィ
ン形状とすることによって、セラミックス基板に絶縁機
能とヒートシンク機能を持たせ、その上面に金属回路を
形成させることによって、上記煩雑な組立工程を大幅に
簡略化し、しかも各部品間での剥がれ等による破損の少
ない回路基板を得ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、フ
ィン状のセラミックス基板に金属回路を形成させてなる
ことを特徴とする回路基板である。また、本発明は、フ
ィン状の窒化アルミニウム基板に、銅及び／又は銅合金
からなる金属回路が、活性金属成分を含むろう材により
接合されてなることを特徴とする回路基板である。更
に、本発明は、上記回路基板において、フィン状のセラ
ミックス基板又は窒化アルミニウム基板は押出成形法に
より製造されたものであることを特徴とする回路基板で
ある。
ィン状のセラミックス基板に金属回路を形成させてなる
ことを特徴とする回路基板である。また、本発明は、フ
ィン状の窒化アルミニウム基板に、銅及び／又は銅合金
からなる金属回路が、活性金属成分を含むろう材により
接合されてなることを特徴とする回路基板である。更
に、本発明は、上記回路基板において、フィン状のセラ
ミックス基板又は窒化アルミニウム基板は押出成形法に
より製造されたものであることを特徴とする回路基板で
ある。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら更に詳しく説明する。図１〜図５は、いずれも本発明
の回路基板の実施態様を示す斜視図であり、フィン状の
セラミックス基板に金属回路（ハッチングで図示してあ
る）が形成されてなることを表している。
ら更に詳しく説明する。図１〜図５は、いずれも本発明
の回路基板の実施態様を示す斜視図であり、フィン状の
セラミックス基板に金属回路（ハッチングで図示してあ
る）が形成されてなることを表している。
【０００７】図中の記号は、フィン状のセラミックス基
板の各部の寸法を示すものであり、Ｌは長さ、Ｗは幅、
ｗ1 及びｗ2 は分割幅、Ｈは高さ、Ｔは厚み、ｈはフィ
ン部の高さ、ｂはフィン部の厚みである。それらの一例
を示せば、Ｌ：１０〜３００ｍｍ、Ｗ：３０〜２００ｍ
ｍ、ｗ１：３０〜１７０ｍｍ、ｗ２：３０〜１７０ｍ
ｍ、Ｔ：０．３〜１０ｍｍ、ｈ：０．２〜２００ｍｍ、
Ｈ：０．５〜２１０ｍｍ、ｂ：０．５〜１５０ｍｍであ
る。フィンの数としては、図１、図４、図５に示される
ように３枚以上であることが望ましい。また、ｂ値は一
様にする必要はない。
板の各部の寸法を示すものであり、Ｌは長さ、Ｗは幅、
ｗ1 及びｗ2 は分割幅、Ｈは高さ、Ｔは厚み、ｈはフィ
ン部の高さ、ｂはフィン部の厚みである。それらの一例
を示せば、Ｌ：１０〜３００ｍｍ、Ｗ：３０〜２００ｍ
ｍ、ｗ１：３０〜１７０ｍｍ、ｗ２：３０〜１７０ｍ
ｍ、Ｔ：０．３〜１０ｍｍ、ｈ：０．２〜２００ｍｍ、
Ｈ：０．５〜２１０ｍｍ、ｂ：０．５〜１５０ｍｍであ
る。フィンの数としては、図１、図４、図５に示される
ように３枚以上であることが望ましい。また、ｂ値は一
様にする必要はない。
【０００８】本発明に用いられるセラミックス基板の材
質としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ
等が一般的であるが、パワーモジュール用には窒化アル
ミニウムが適している。また、フィン形状とするには、
セラミックス焼結体を製造しそれを研削加工してもよい
が、押出成形法により所望するフィン形状のグリーン成
形体を作製し、それを常圧焼結する方法が望ましい。
質としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ
等が一般的であるが、パワーモジュール用には窒化アル
ミニウムが適している。また、フィン形状とするには、
セラミックス焼結体を製造しそれを研削加工してもよい
が、押出成形法により所望するフィン形状のグリーン成
形体を作製し、それを常圧焼結する方法が望ましい。
【０００９】金属回路の金属の材質については、電気伝
導性、熱伝導性を考慮すると銅又は銅合金が最適であ
る。金属回路の厚みは、０．１〜０．５ｍｍであること
が望ましい。厚みが薄すぎると電流容量が小さくなり、
回路の能力が制限され、また厚みが厚すぎると熱膨張差
による熱応力がセラミックス基板に大きくかかるので回
路基板としての耐久性が低下する。
導性、熱伝導性を考慮すると銅又は銅合金が最適であ
る。金属回路の厚みは、０．１〜０．５ｍｍであること
が望ましい。厚みが薄すぎると電流容量が小さくなり、
回路の能力が制限され、また厚みが厚すぎると熱膨張差
による熱応力がセラミックス基板に大きくかかるので回
路基板としての耐久性が低下する。
【００１０】金属回路の形成方法としては、セラミック
ス基板と金属板との接合体をエッチングする方法、金属
板から打ち抜かれた金属回路のパターンをセラミックス
基板に接合する方法等によって行うことができる。更に
は、セラミックス基板の表面に薄膜メタライズ法、厚膜
メタライズ法、高融点メタライズ法等によって金属回路
を形成することもできる。
ス基板と金属板との接合体をエッチングする方法、金属
板から打ち抜かれた金属回路のパターンをセラミックス
基板に接合する方法等によって行うことができる。更に
は、セラミックス基板の表面に薄膜メタライズ法、厚膜
メタライズ法、高融点メタライズ法等によって金属回路
を形成することもできる。
【００１１】金属板又は金属板から打ち抜かれた金属回
路のパターンを接合するには、活性金属成分を含むろう
材によるろう付け法、有機接着剤による接合法、ＤＢＣ
法等によって行うことができる。パワーモジュール用に
は窒化アルミニウム基板と銅回路が適しているので、そ
の場合には、活性金属成分を含むろう材によるろう付け
法が好ましい。
路のパターンを接合するには、活性金属成分を含むろう
材によるろう付け法、有機接着剤による接合法、ＤＢＣ
法等によって行うことができる。パワーモジュール用に
は窒化アルミニウム基板と銅回路が適しているので、そ
の場合には、活性金属成分を含むろう材によるろう付け
法が好ましい。
【００１２】活性金属成分を含むろう材の金属成分は、
銀と銅を主成分とし、溶融時の窒化アルミニウム基板と
の濡れ性を確保するために活性金属を副成分とする。活
性金属成分の具体例をあげれば、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム及びそ
れらの化合物である。これらの割合としては、銀７０〜
１００重量部と銅３０〜０重量部の合計量１００重量部
あたり活性金属成分３〜３５重量部である。
銀と銅を主成分とし、溶融時の窒化アルミニウム基板と
の濡れ性を確保するために活性金属を副成分とする。活
性金属成分の具体例をあげれば、チタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム及びそ
れらの化合物である。これらの割合としては、銀７０〜
１００重量部と銅３０〜０重量部の合計量１００重量部
あたり活性金属成分３〜３５重量部である。
【００１３】上記ろう材の金属成分は、通常、金属成分
に有機溶剤と必要に応じて有機結合剤を加え、ロール、
ニーダ、万能混合機、らいかい機等で混合し、ペースト
を調製して使用される。有機溶剤としては、メチルセル
ソルブ、テルピネオール、イソホロン、トルエン等、ま
た有機結合材としては、エチルセルロース、メチルセル
ロース、ポリメタクリレート等が用いられる。
に有機溶剤と必要に応じて有機結合剤を加え、ロール、
ニーダ、万能混合機、らいかい機等で混合し、ペースト
を調製して使用される。有機溶剤としては、メチルセル
ソルブ、テルピネオール、イソホロン、トルエン等、ま
た有機結合材としては、エチルセルロース、メチルセル
ロース、ポリメタクリレート等が用いられる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を実施例をあげて具体的に説明
する。
する。
【００１５】実施例１〜５、窒化アルミニウム粉末９６
重量部、イットリア粉末４重量部をボールミルにて３０
分予備混合し、オレイン酸１重量部を加えさらに３０分
混合した。この混合物に、メチルセルロースを８重量部
加え、高速ミキサーにて１分間予備混合した後、グリセ
リン３重量部と水１２重量部の混合溶液をミキサーを撹
拌させながら加え、２分間混合して造粒物を得た。この
造粒物をロールにて混練した後、真空脱気を行いながら
押出成形機に投入し、所定形状に押し出した後、８０℃
×２０分乾燥し、更に空気中５００℃で１時間加熱して
結合剤を除去した後、還元雰囲気下、１９００℃にて１
時間保持する条件で常圧焼結をし、図１〜５に示すよう
なフィン状の窒化アルミニウム基板を製造した。
重量部、イットリア粉末４重量部をボールミルにて３０
分予備混合し、オレイン酸１重量部を加えさらに３０分
混合した。この混合物に、メチルセルロースを８重量部
加え、高速ミキサーにて１分間予備混合した後、グリセ
リン３重量部と水１２重量部の混合溶液をミキサーを撹
拌させながら加え、２分間混合して造粒物を得た。この
造粒物をロールにて混練した後、真空脱気を行いながら
押出成形機に投入し、所定形状に押し出した後、８０℃
×２０分乾燥し、更に空気中５００℃で１時間加熱して
結合剤を除去した後、還元雰囲気下、１９００℃にて１
時間保持する条件で常圧焼結をし、図１〜５に示すよう
なフィン状の窒化アルミニウム基板を製造した。
【００１６】銀粉末７５重量部、銅粉末２５重量部にジ
ルコニウム粉末１５重量部、及びテルピネオール１５重
量部と有機結合剤としてポリイソブチルメタアクリレー
トのトルエン溶液を固形分で１重量部加えて良く混練し
ろう材ペーストを調整した。このろう材ペーストを上記
で作製されたフィン状の窒化アルミニウム基板の回路形
成面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は６〜８ｍ
ｇ／ｃｍ2 とした。
ルコニウム粉末１５重量部、及びテルピネオール１５重
量部と有機結合剤としてポリイソブチルメタアクリレー
トのトルエン溶液を固形分で１重量部加えて良く混練し
ろう材ペーストを調整した。このろう材ペーストを上記
で作製されたフィン状の窒化アルミニウム基板の回路形
成面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は６〜８ｍ
ｇ／ｃｍ2 とした。
【００１７】次に、ろう材ペーストの塗布面に銅板（厚
み０．３ｍｍ）を接触配置してから、真空度１×１０-5
Ｔｏｒｒ以下の真空下、温度９００℃で３０分加熱した
後、２℃／分の降温速度で冷却して接合体を製造した。
み０．３ｍｍ）を接触配置してから、真空度１×１０-5
Ｔｏｒｒ以下の真空下、温度９００℃で３０分加熱した
後、２℃／分の降温速度で冷却して接合体を製造した。
【００１８】次いで、この接合体の銅板上にＵＶ効果タ
イプのエッチングレジストをスクリーン印刷、フォトマ
スク法等により塗布した後、塩化第２銅溶液を用いてエ
ッチング処理を行って銅板不要部分を溶解除去し、更に
エッチングレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離して銅
回路パターンを形成した。この銅回路パターン間には、
残留不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム基板
との反応物があるので、それを除去するため、温度６０
℃、１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬し、
図１〜５に示すような回路基板を製造した。
イプのエッチングレジストをスクリーン印刷、フォトマ
スク法等により塗布した後、塩化第２銅溶液を用いてエ
ッチング処理を行って銅板不要部分を溶解除去し、更に
エッチングレジストを５％苛性ソーダ溶液で剥離して銅
回路パターンを形成した。この銅回路パターン間には、
残留不要ろう材や活性金属成分と窒化アルミニウム基板
との反応物があるので、それを除去するため、温度６０
℃、１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬し、
図１〜５に示すような回路基板を製造した。
【００１９】得られた回路基板のヒートサイクル（熱衝
撃）試験を行った。ヒートサイクル試験は、気中、−４
０℃×３０分保持後、２５℃×１０分間放置、更に１２
５℃×３０分保持後、２５℃×１０分間放置を１サイク
ルとして行い、回路基板１０枚のうち少なくとも１枚が
銅板剥離した最初のヒートサイクル回数を測定した。そ
れらの結果をフィン状の窒化アルミニウム基板の寸法と
共に表１に示す。
撃）試験を行った。ヒートサイクル試験は、気中、−４
０℃×３０分保持後、２５℃×１０分間放置、更に１２
５℃×３０分保持後、２５℃×１０分間放置を１サイク
ルとして行い、回路基板１０枚のうち少なくとも１枚が
銅板剥離した最初のヒートサイクル回数を測定した。そ
れらの結果をフィン状の窒化アルミニウム基板の寸法と
共に表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】本発明の回路基板によれば、放熱性と耐
熱衝撃性に優れたパワーモジュール用電子回路部品を提
供することができ、パワーモジュールの組立工程を大幅
に短縮することができる。
熱衝撃性に優れたパワーモジュール用電子回路部品を提
供することができ、パワーモジュールの組立工程を大幅
に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板の実施態様を示す斜視図。
【図２】本発明の回路基板の実施態様を示す斜視図。
【図３】本発明の回路基板の実施態様を示す斜視図。
【図４】本発明の回路基板の実施態様を示す斜視図。
【図５】本発明の回路基板の実施態様を示す斜視図。
【符号の説明】 Ｌ フィン状のセラミックス基板の長さ Ｗ フィン状のセラミックス基板の幅 ｗ1 フィン状のセラミックス基板の分割幅 ｗ2 フィン状のセラミックス基板の分割幅 Ｔ フィン状のセラミックス基板の厚み Ｈ フィン状のセラミックス基板の高さ ｈ フィン状のセラミックス基板のフィン部の高さ ｂ フィン状のセラミックス基板のフィン部の厚み
Claims (3)
- 【請求項１】 フィン状のセラミックス基板に金属回路
を形成させてなることを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 フィン状の窒化アルミニウム基板に、銅
及び／又は銅合金からなる金属回路が、活性金属成分を
含むろう材により接合されてなることを特徴とする回路
基板。 - 【請求項３】 フィン状のセラミックス基板又は窒化ア
ルミニウム基板が押出成形法により製造されたものであ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8947597A JPH10284808A (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8947597A JPH10284808A (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284808A true JPH10284808A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=13971763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8947597A Pending JPH10284808A (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10284808A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004098255A1 (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-11 | Sanko Lite Industries Co., Ltd. | 電気回路および電子部品 |
| WO2008128945A1 (de) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Ceramtec Ag | Bauteil mit einem keramischen körper mit metallisierter oberfläche |
| WO2008128947A1 (de) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Ceramtec Ag | Verfahren zur herstellung eines metallisierten bauteils, bauteil sowie einen träger zur auflage des bauteils bei der metallisierung |
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| JP2009531844A (ja) * | 2006-03-23 | 2009-09-03 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | コンポーネントまたは回路のための支持体ボディ |
| JP2010524831A (ja) * | 2007-04-24 | 2010-07-22 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | メタライズされたセラミックボディを有するコンポーネント |
| JP2011222624A (ja) * | 2010-04-06 | 2011-11-04 | Atect Corp | 基板及び基板の製造方法 |
| EP2947687A3 (de) * | 2014-05-19 | 2015-12-16 | Powersem GmbH | Leistungshalbleitermodul |
-
1997
- 1997-04-08 JP JP8947597A patent/JPH10284808A/ja active Pending
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| JP2010524830A (ja) * | 2007-04-24 | 2010-07-22 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | メタライズされた表面を備えるセラミックボディを有するコンポーネント |
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| JP2010526008A (ja) * | 2007-04-24 | 2010-07-29 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | メタライジングされている表面を有するセラミックボディを備えた構成部材 |
| JP2010524736A (ja) * | 2007-04-24 | 2010-07-22 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | 金属被覆された構成部分を製造するための方法、金属被覆された構成部分、並びに金属被覆の際に構成部分を支持するための支持体 |
| WO2008128944A1 (de) * | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Ceramtec Ag | Bauteil mit einem keramikkörper, dessen oberfläche metallisiert ist |
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