JPH11220073A - ヒートシンク付き回路基板 - Google Patents
ヒートシンク付き回路基板Info
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- JPH11220073A JPH11220073A JP1839398A JP1839398A JPH11220073A JP H11220073 A JPH11220073 A JP H11220073A JP 1839398 A JP1839398 A JP 1839398A JP 1839398 A JP1839398 A JP 1839398A JP H11220073 A JPH11220073 A JP H11220073A
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- aluminum
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】パワーモジュール用電子回路部品として好適
な、放熱性と耐ヒートサイクル性に優れたヒートシンク
付き回路基板を提供すること。 【解決手段】セラミックス基板の一方の面に回路、反対
面に放熱板が形成されてなる回路基板の放熱板に、ベー
ス板を介して又は介さずにヒートシンクが取り付けられ
てなるものであって、上記ベース板又はヒートシンク
は、Ａｌ成分とＮｉ成分を含む合金層の存在する接合層
を介して上記放熱板に接合されてなることを要旨とする
ヒートシンク付き回路基板。
な、放熱性と耐ヒートサイクル性に優れたヒートシンク
付き回路基板を提供すること。 【解決手段】セラミックス基板の一方の面に回路、反対
面に放熱板が形成されてなる回路基板の放熱板に、ベー
ス板を介して又は介さずにヒートシンクが取り付けられ
てなるものであって、上記ベース板又はヒートシンク
は、Ａｌ成分とＮｉ成分を含む合金層の存在する接合層
を介して上記放熱板に接合されてなることを要旨とする
ヒートシンク付き回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
用電子回路部品、特にインテリジェントパワーモジュー
ルに好適なヒートシンク付き回路基板に関する。
用電子回路部品、特にインテリジェントパワーモジュー
ルに好適なヒートシンク付き回路基板に関する。
【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、大電力モジュールの回路基板では様々
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、そ
の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、またセラミックス基板の反対面には放熱銅板を接合
し、更に放熱銅板には厚さ数ｍｍ程度の銅ベース板を半
田付けしてからヒートシンクにネジ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、大電力モジュールの回路基板では様々
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、そ
の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、またセラミックス基板の反対面には放熱銅板を接合
し、更に放熱銅板には厚さ数ｍｍ程度の銅ベース板を半
田付けしてからヒートシンクにネジ止めして使用されて
いる。
【０００３】しかしながら、上記方法では回路基板の組
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。また、半導体素子の発熱とその冷却に
ともなうヒートサイクルによって、回路とセラミックス
基板間、セラミックス基板と放熱銅板間、更には放熱銅
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
板が割れたりし、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。
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。また、半導体素子の発熱とその冷却に
ともなうヒートサイクルによって、回路とセラミックス
基板間、セラミックス基板と放熱銅板間、更には放熱銅
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
板が割れたりし、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、回路基板の組立労力を低減し、
しかもヒートサイクルに対する信頼性を向上させたヒー
トシンク付き回路基板を提供することを目的とするもの
である。
てなされたものであり、回路基板の組立労力を低減し、
しかもヒートサイクルに対する信頼性を向上させたヒー
トシンク付き回路基板を提供す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、以
下を要旨とするものである。 （請求項１）セラミックス基板の一方の面に回路、反対
面に放熱板が形成されてなる回路基板の放熱板に、ベー
ス板を介して又は介さずにヒートシンクが取り付けられ
てなるものであって、上記回路、放熱板、ベース板、ヒ
ートシンクの材質が、銅、アルミニウム、銅合金、アル
ミニウム合金及び銅−第三金属−アルミニウムクラッド
箔から選ばれたいずれかの金属であり、しかも放熱板と
ベース板、又は放熱板とヒートシンクとが、Ａｌ成分と
Ｎｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介して接合さ
れてなるものであることを特徴とするヒートシンク付き
回路基板。 （請求項２）回路、放熱板及び／又はベース板の材質
が、ニッケルメッキの施された銅であることを特徴とす
る請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 （請求項３）回路及び／又は放熱板が、Ａｌ成分とＳｉ
成分を含む合金層の存在する接合層を介してセラミック
ス基板に接合されていることを特徴とする請求項１記載
のヒートシンク付き回路基板。 （請求項４）回路及び／又は放熱板の材質が銅−ニッケ
ル−アルミニウムクラッド箔であり、そのアルミニウム
面が、Ａｌ成分とＳｉ成分を含む合金層の存在する接合
層を介してセラミックス基板に接合されていることを特
徴とする請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 （請求項５）ヒートシンクの材質が、アルミニウムであ
ることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載
のヒートシンク付き回路基板。 （請求項６）セラミックス基板の材質が窒化アルミニウ
ムであることを特徴とする請求項５記載のヒートシンク
付き回路基板。
下を要旨とするものである。 （請求項１）セラミックス基板の一方の面に回路、反対
面に放熱板が形成されてなる回路基板の放熱板に、ベー
ス板を介して又は介さずにヒートシンクが取り付けられ
てなるものであって、上記回路、放熱板、ベース板、ヒ
ートシンクの材質が、銅、アルミニウム、銅合金、アル
ミニウム合金及び銅−第三金属−アルミニウムクラッド
箔から選ばれたいずれかの金属であり、しかも放熱板と
ベース板、又は放熱板とヒートシンクとが、Ａｌ成分と
Ｎｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介して接合さ
れてなるものであることを特徴とするヒートシンク付き
回路基板。 （請求項２）回路、放熱板及び／又はベース板の材質
が、ニッケルメッキの施された銅であることを特徴とす
る請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 （請求項３）回路及び／又は放熱板が、Ａｌ成分とＳｉ
成分を含む合金層の存在する接合層を介してセラミック
ス基板に接合されていることを特徴とする請求項１記載
のヒートシンク付き回路基板。 （請求項４）回路及び／又は放熱板の材質が銅−ニッケ
ル−アルミニウムクラッド箔であり、そのアルミニウム
面が、Ａｌ成分とＳｉ成分を含む合金層の存在する接合
層を介してセラミックス基板に接合されていることを特
徴とする請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 （請求項５）ヒートシンクの材質が、アルミニウムであ
ることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載
のヒートシンク付き回路基板。 （請求項６）セラミックス基板の材質が窒化アルミニウ
ムであることを特徴とする請求項５記載のヒートシンク
付き回路基板。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳しく説明す
る。
る。
【０００７】本発明に用いられるセラミックス基板の材
質は、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ等である
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。特に、熱伝導率１２０Ｗ／ｍＫ以上、抗折強度３
５ｋｇ／ｍｍ2 以上、１５０℃空気中における体積抵抗
率１×１０13Ω・ｃｍ以上の窒化アルミニウム焼結体が
好適であり、その製造法については特願平９−１２１９
９５号明細書の実施例に詳記されている。
質は、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ等である
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。特に、熱伝導率１２０Ｗ／ｍＫ以上、抗折強度３
５ｋｇ／ｍｍ2 以上、１５０℃空気中における体積抵抗
率１×１０13Ω・ｃｍ以上の窒化アルミニウム焼結体が
好適であり、その製造法については特願平９−１２１９
９５号明細書の実施例に詳記されている。
【０００８】回路、放熱板及びベース板の材質について
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。熱応力に対する耐久性を重んじる場合は、
アルミニウム又アルミニウム合金が用いられる。更に
は、銅−第三金属−アルミニウムクラッド箔を用いるこ
ともでき、それによって銅の電気伝導性とアルミニウム
の耐久性の両方を備えたものにすることがとなる。クラ
ッド箔における第三金属の具体例は、ニッケル、チタ
ン、クロム、ジルコニウム等である。
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。熱応力に対する耐久性を重んじる場合は、
アルミニウム又アルミニウム合金が用いられる。更に
は、銅−第三金属−アルミニウムクラッド箔を用いるこ
ともでき、それによって銅の電気伝導性とアルミニウム
の耐久性の両方を備えたものにすることがとなる。クラ
ッド箔における第三金属の具体例は、ニッケル、チタ
ン、クロム、ジルコニウム等である。
【０００９】回路、放熱板及びベース板に用いられる上
記金属は、その表面にニッケルメッキが施されたもので
あってもよい。特に後述のように、放熱板とベース板、
放熱板とヒートシンクを接合する際にその接合層にＡｌ
成分とＮｉ成分を含む合金層を存在させたり、また銅−
ニッケル−アルミニウムクラッド構造の回路や、放熱板
をセラミックス基板に形成させる場合には、金属のいず
れか一方又は両方にはニッケルメッキが施されているこ
とが好ましい。ニッケルメッキの厚みとしては、３〜２
０μｍ程度である。
記金属は、その表面にニッケルメッキが施されたもので
あってもよい。特に後述のように、放熱板とベース板、
放熱板とヒートシンクを接合する際にその接合層にＡｌ
成分とＮｉ成分を含む合金層を存在させたり、また銅−
ニッケル−アルミニウムクラッド構造の回路や、放熱板
をセラミックス基板に形成させる場合には、金属のいず
れか一方又は両方にはニッケルメッキが施されているこ
とが好ましい。ニッケルメッキの厚みとしては、３〜２
０μｍ程度である。
【００１０】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
って、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
ので回路基板の耐久性が低下する。
ことが望ましい。厚みが薄すぎると電流容量が小さくな
って、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
ので回路基板の耐久性が低下する。
【００１１】放熱板の厚みは、０．１〜１．０ｍｍであ
ることが望ましい。厚みが薄すぎると、回路基板とベー
ス板又はヒートシンクとの間の緩衝効果が小さくなり、
また厚みが厚すぎると、セラミックス基板に多大な熱応
力を与えることになるので回路基板の耐久性が低下す
る。
ることが望ましい。厚みが薄すぎると、回路基板とベー
ス板又はヒートシンクとの間の緩衝効果が小さくなり、
また厚みが厚すぎると、セラミックス基板に多大な熱応
力を与えることになるので回路基板の耐久性が低下す
る。
【００１２】更には、ベース板の厚みは、５ｍｍ以下で
あることが望ましい。厚みが薄すぎるとヒートサイクル
に対する熱衝撃を緩和することができず、またろう材の
金属成分が放熱板に拡散し熱伝導特性が変化する。ま
た、厚みが厚すぎると重くなり、取り扱いにくいものと
なる。このようなベース板は、本発明においては、必ず
しも必要ではなく、回路基板の放熱板にヒートシンクを
直接接合することもできる。ベース板を介してヒートシ
ンクを放熱板に取り付けることによって、ヒートサイク
ルに対する熱衝撃を著しく緩和することができ、耐久性
が一段と向上するという利点がある。
あることが望ましい。厚みが薄すぎるとヒートサイクル
に対する熱衝撃を緩和することができず、またろう材の
金属成分が放熱板に拡散し熱伝導特性が変化する。ま
た、厚みが厚すぎると重くなり、取り扱いにくいものと
なる。このようなベース板は、本発明においては、必ず
しも必要ではなく、回路基板の放熱板にヒートシンクを
直接接合することもできる。ベース板を介してヒートシ
ンクを放熱板に取り付けることによって、ヒートサイク
ルに対する熱衝撃を著しく緩和することができ、耐久性
が一段と向上するという利点がある。
【００１３】回路及び放熱板をセラッミクス基板に形成
（回路基板の作製）する方法としては、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
ら打ち抜かれた回路又は放熱板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。
（回路基板の作製）する方法としては、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
ら打ち抜かれた回路又は放熱板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。
【００１４】金属板又はパターンの接合は、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
ジュール用にはセラミックス基板が窒化アルミニウム基
板で、金属は銅が適しているので、その場合は活性金属
成分を含むろう材によるろう付け法が用いられる。
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
ジュール用にはセラミックス基板が窒化アルミニウム基
板で、金属は銅が適しているので、その場合は活性金属
成分を含むろう材によるろう付け法が用いられる。
【００１５】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、溶融時のセラミックス基板との濡
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３〜３５重量部である。
銀と銅を主成分とし、溶融時のセラミックス基板との濡
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３〜３５重量部である。
【００１６】アルミニウム又はその合金からなる金属板
又はパターンをセラミックス基板に接合する場合は、ろ
う材の成分はＡｌとＳｉを主成分とし、溶融時のセラミ
ックス基板との濡れ性を確保するために銅及び活性金属
を副成分とする。これらの割合は、アルミニウム７０〜
９５重量部、シリコン３０〜５重量部及び銅１〜５重量
部の合計量１００重量部あたり、活性金属１〜３５重量
部である。
又はパターンをセラミックス基板に接合する場合は、ろ
う材の成分はＡｌとＳｉを主成分とし、溶融時のセラミ
ックス基板との濡れ性を確保するために銅及び活性金属
を副成分とする。これらの割合は、アルミニウム７０〜
９５重量部、シリコン３０〜５重量部及び銅１〜５重量
部の合計量１００重量部あたり、活性金属１〜３５重量
部である。
【００１７】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。
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。
【００１８】ヒートシンクの材質は、銅又は銅合金、ア
ルミニウム又アルミニウム合金、銅−第三金属−アルミ
ニウムのクラッドであるが、アルミニウムが一般的であ
る。ヒートシンクと放熱板又はベース板とを、Ａｌ成分
とＮｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介して接合
する場合には、ニッケルメッキの施されたヒートシンク
が使用されることもある。
ルミニウム又アルミニウム合金、銅−第三金属−アルミ
ニウムのクラッドであるが、アルミニウムが一般的であ
る。ヒートシンクと放熱板又はベース板とを、Ａｌ成分
とＮｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介して接合
する場合には、ニッケルメッキの施されたヒートシンク
が使用されることもある。
【００１９】ヒートシンクの形状は、ベース板よりも広
い面積を持ち、厚みが１０ｍｍ以上の直方体形状ないし
はフイン形状が使用される。
い面積を持ち、厚みが１０ｍｍ以上の直方体形状ないし
はフイン形状が使用される。
【００２０】ヒートシンクを回路基板の放熱板に取り付
ける場合は、Ａｌ成分とＮｉ成分を含む合金層を存在さ
せた接合層を介して行われるが、ヒートシンクをベース
板に取り付ける場合には、この接合層を介在させる方法
の他に、ネジ止め等の物理的手段によって行うこともで
きる。
ける場合は、Ａｌ成分とＮｉ成分を含む合金層を存在さ
せた接合層を介して行われるが、ヒートシンクをベース
板に取り付ける場合には、この接合層を介在させる方法
の他に、ネジ止め等の物理的手段によって行うこともで
きる。
【００２１】回路基板とベース板とヒートシンク、又は
回路基板とヒートシンクとを一体化し、本発明のヒート
シンク付き回路基板を製作するには、それらの一つ一つ
を接合する方法、任意の２以上の部材を予め接合してお
きそれらを接合する方法、回路基板作製時の熱源を利用
して、回路基板の作製と同時に全ての部材又は一部の部
材を一体化する方法が採用される。
回路基板とヒートシンクとを一体化し、本発明のヒート
シンク付き回路基板を製作するには、それらの一つ一つ
を接合する方法、任意の２以上の部材を予め接合してお
きそれらを接合する方法、回路基板作製時の熱源を利用
して、回路基板の作製と同時に全ての部材又は一部の部
材を一体化する方法が採用される。
【００２２】本発明の特徴の一つは、これらの部材の接
合において、ヒートシンクと回路基板の放熱板とを、又
はヒートシンクとベース板とを、Ａｌ成分とＮｉ成分を
含む合金層の存在する接合層を介して接合されているこ
とである。これによって、従来のＰｂ−Ｓｎ共晶半田に
よる半田付け法よりも、高い信頼性を有するヒートシン
ク付き回路基板となる。
合において、ヒートシンクと回路基板の放熱板とを、又
はヒートシンクとベース板とを、Ａｌ成分とＮｉ成分を
含む合金層の存在する接合層を介して接合されているこ
とである。これによって、従来のＰｂ−Ｓｎ共晶半田に
よる半田付け法よりも、高い信頼性を有するヒートシン
ク付き回路基板となる。
【００２３】このような接合層を介在させて接合するに
は、いずれか一方又は両方の金属部材にニッケルメッキ
を施し、それらを直接接触配置し、加熱処理することに
よって行うことができる。熱処理は、１×１０-4Ｔｏｒ
ｒ程度の真空下で行われ、その加熱炉は赤外線式加熱炉
等のように急速な昇温が可能で微妙な温度コントロール
ができるものが望ましい。加熱は、アルミニウムとニッ
ケルの共晶点近くまで上昇させ、アルミニウムとニッケ
ルの界面をわずかに溶融させた後、１℃／分以上の速度
で冷却する。具体的には、温度６２０〜６３０℃で３〜
１０分間の保持を行ってから１℃／分以上の速度で冷却
する。
は、いずれか一方又は両方の金属部材にニッケルメッキ
を施し、それらを直接接触配置し、加熱処理することに
よって行うことができる。熱処理は、１×１０-4Ｔｏｒ
ｒ程度の真空下で行われ、その加熱炉は赤外線式加熱炉
等のように急速な昇温が可能で微妙な温度コントロール
ができるものが望ましい。加熱は、アルミニウムとニッ
ケルの共晶点近くまで上昇させ、アルミニウムとニッケ
ルの界面をわずかに溶融させた後、１℃／分以上の速度
で冷却する。具体的には、温度６２０〜６３０℃で３〜
１０分間の保持を行ってから１℃／分以上の速度で冷却
する。
【００２４】上記は、Ａｌ成分とＮｉ成分を含む合金層
の存在する接合層を、いずれか一方又は両方の金属にニ
ッケルメッキを施したものを用いて形成させる方法を説
明したが、本発明においては、ニッケルメッキのかわり
にニッケル成分を０．１〜１．２重量％程度を含むアル
ミニウムなどの金属を用いても生成させることができ
る。
の存在する接合層を、いずれか一方又は両方の金属にニ
ッケルメッキを施したものを用いて形成させる方法を説
明したが、本発明においては、ニッケルメッキのかわり
にニッケル成分を０．１〜１．２重量％程度を含むアル
ミニウムなどの金属を用いても生成させることができ
る。
【００２５】
【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。
【００２６】セラミックス基板の製造 窒化アルミニウム粉末９６部（重量部以下同じ）、イッ
トリア粉末４部をボールミルにて３０分予備混合し、オ
レイン酸１部を加え更に３０分混合した。この混合物
に、メチルセルロースを８部加え、高速ミキサーにて１
分間混合した後、グリセリン３部と水１２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、グリーンシート形
状に押し出した。次いで、これを５８ｍｍ×４５ｍｍ×
０．６３５ｍｍの大きさに打ち抜き、８０℃×２０分乾
燥後、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
件で常圧焼結を行って、窒化アルミニウム基板を製造し
た。
トリア粉末４部をボールミルにて３０分予備混合し、オ
レイン酸１部を加え更に３０分混合した。この混合物
に、メチルセルロースを８部加え、高速ミキサーにて１
分間混合した後、グリセリン３部と水１２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、グリーンシート形
状に押し出した。次いで、これを５８ｍｍ×４５ｍｍ×
０．６３５ｍｍの大きさに打ち抜き、８０℃×２０分乾
燥後、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
件で常圧焼結を行って、窒化アルミニウム基板を製造し
た。
【００２７】回路基板Ａの作製 銀粉末７５部、銅粉末２５部、ジルコニウム粉末１５
部、テルピネオール１５部、及び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、混練して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製造された窒化アルミニウム
基板の両面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は６
〜８ｍｇ／ｃｍ2 とした。
部、テルピネオール１５部、及び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、混練して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製造された窒化アルミニウム
基板の両面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）は６
〜８ｍｇ／ｃｍ2 とした。
【００２８】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以下の高真空下、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以下の高真空下、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。
【００２９】この接合体の銅板上にＵＶ硬化タイプのエ
ッチングレジストをスクリーン印刷により塗布した後、
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、片面に銅回路パターンを、ま
たその反対面にはベタ銅パターン（５７ｍｍ×４４ｍ
ｍ、コーナーＲ２ｍｍ）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、それを温度６０℃、
１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬して除去
した。次いで、ニッケルメッキ（厚み５μｍ）を施して
回路基板Ａを作製した。
ッチングレジストをスクリーン印刷により塗布した後、
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、片面に銅回路パターンを、ま
たその反対面にはベタ銅パターン（５７ｍｍ×４４ｍ
ｍ、コーナーＲ２ｍｍ）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、それを温度６０℃、
１０％フッ化アンモニウム溶液に１０分間浸漬して除去
した。次いで、ニッケルメッキ（厚み５μｍ）を施して
回路基板Ａを作製した。
【００３０】回路基板Ｂの作製 アルミニウム粉末８６部、シリコン粉末１０部、銅粉末
４部及び水素化チタニウム粉末１５部からなる混合粉末
１００部にテルピネオール１５部とポリイソブチルメタ
アクリレートのトルエン溶液を加え、混練してろう材ペ
ーストを調製し、それを上記で製造された窒化アルミニ
ウム基板の両面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）
は３．０ｍｇ／ｃｍ2 とした。
４部及び水素化チタニウム粉末１５部からなる混合粉末
１００部にテルピネオール１５部とポリイソブチルメタ
アクリレートのトルエン溶液を加え、混練してろう材ペ
ーストを調製し、それを上記で製造された窒化アルミニ
ウム基板の両面に塗布した。その際の塗布量（乾燥後）
は３．０ｍｇ／ｃｍ2 とした。
【００３１】次に、ろう材ペーストの塗布面にアルミニ
ウム板（純度９９．５％、厚み０．５ｍｍ）を接触配置
し、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空下、温度６
４０℃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。
ウム板（純度９９．５％、厚み０．５ｍｍ）を接触配置
し、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ以下の高真空下、温度６
４０℃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。
【００３２】次いで、この接合体のアルミニウム板上に
ＵＶ硬化タイプのエッチングレジストをスクリーン印刷
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、アルミニウム板不要部分とアルミニウム
回路間に存在する不要ろう材等を溶解除去し、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、片面
にアルミニウム回路、反対面にはベタアルミニウムパタ
ーン（５７ｍｍ×４４ｍｍ、コーナーＲ２ｍｍ）を有す
る回路基板Ｂを作製した。
ＵＶ硬化タイプのエッチングレジストをスクリーン印刷
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、アルミニウム板不要部分とアルミニウム
回路間に存在する不要ろう材等を溶解除去し、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、片面
にアルミニウム回路、反対面にはベタアルミニウムパタ
ーン（５７ｍｍ×４４ｍｍ、コーナーＲ２ｍｍ）を有す
る回路基板Ｂを作製した。
【００３３】回路基板Ｃの作製 回路基板Ｂの作製過程で製造された接合体（窒化アルミ
ニウム基板の両面にアルミニウム板が接合された接合
体）の両面に、ニッケルメッキ（厚み５μｍ）の施され
た厚さ０．３ｍｍの銅板を接触配置し、赤外線加熱方式
の接合炉で、真空度０．１Ｔｏｒｒ以下の高真空下、６
３０℃×５分の条件で接合を行った。得られた接合体を
回路基板Ｂの作製と同様にしてエッチングし、窒化アル
ミニウム基板の一方の面にアルミニウム−ニッケル−銅
クッラド箔からなる回路、他方の面に同構造のクラッド
箔からなる放熱板を有する回路基板Ｃを作製した。
ニウム基板の両面にアルミニウム板が接合された接合
体）の両面に、ニッケルメッキ（厚み５μｍ）の施され
た厚さ０．３ｍｍの銅板を接触配置し、赤外線加熱方式
の接合炉で、真空度０．１Ｔｏｒｒ以下の高真空下、６
３０℃×５分の条件で接合を行った。得られた接合体を
回路基板Ｂの作製と同様にしてエッチングし、窒化アル
ミニウム基板の一方の面にアルミニウム−ニッケル−銅
クッラド箔からなる回路、他方の面に同構造のクラッド
箔からなる放熱板を有する回路基板Ｃを作製した。
【００３４】回路基板Ｄの作製 回路基板Ｂの作製過程で製造された接合体（窒化アルミ
ニウム基板の両面にアルミニウム板が接合された接合
体）の片面にのみニッケルメッキ（厚み５μｍ）の施さ
れた厚さ０．３ｍｍの銅板を接触配置し、赤外線加熱方
式の接合炉で、真空度０．１Ｔｏｒｒ以下の高真空下、
６３０℃×５分の条件で接合を行った。得られた接合体
を回路基板Ｂの作製と同様にしてエッチングし、窒化ア
ルミニウム基板の一方の面にアルミニウム−ニッケル−
銅クラッド箔からなる回路、他方の面にアルミニウム板
からなる放熱板を有する回路基板Ｄを作製した。
ニウム基板の両面にアルミニウム板が接合された接合
体）の片面にのみニッケルメッキ（厚み５μｍ）の施さ
れた厚さ０．３ｍｍの銅板を接触配置し、赤外線加熱方
式の接合炉で、真空度０．１Ｔｏｒｒ以下の高真空下、
６３０℃×５分の条件で接合を行った。得られた接合体
を回路基板Ｂの作製と同様にしてエッチングし、窒化ア
ルミニウム基板の一方の面にアルミニウム−ニッケル−
銅クラッド箔からなる回路、他方の面にアルミニウム板
からなる放熱板を有する回路基板Ｄを作製した。
【００３５】ベース板の接合 表１に示すａ〜ｃによって、回路基板の放熱板にベース
板を接合した。
板を接合した。
【００３６】
【表１】
【００３７】ヒートシンクの取り付け 表２に示すイ〜ホによって、回路基板の放熱板にベース
板を介して又は介さずにヒートシンクを取り付けた。
板を介して又は介さずにヒートシンクを取り付けた。
【００３８】
【表２】
【００３９】実施例１〜８ 比較例１ 回路基板の作製、ベース板の接合及びヒートシンクの取
り付けを、表３に示す種々の組合せによってヒートシン
ク付き回路基板を作製した。
り付けを、表３に示す種々の組合せによってヒートシン
ク付き回路基板を作製した。
【００４０】得られたヒートシンク付き回路基板のヒー
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、−４０℃×３０分保持後、２５℃×１０分
間放置、更に１２５℃×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枚が銅板剥離や、ヒートシンクとの界面で
破壊した等の不良が生じた最初のヒートサイクル回数を
測定した。それらの結果を表３に示す。
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、−４０℃×３０分保持後、２５℃×１０分
間放置、更に１２５℃×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枚が銅板剥離や、ヒートシンクとの界面で
破壊した等の不良が生じた最初のヒートサイクル回数を
測定した。それらの結果を表３に示す。
【００４１】また、実施例２、４で得られた回路基板に
ついては、回路基板の放熱板とベース銅板との間に生成
した接合層の、また実施例１、５、６の回路基板につい
ては、回路基板の放熱板とヒートシンクとの間に生成し
た接合層の、更には実施例３、７、８の回路基板につい
ては、回路基板の放熱板とベース銅板との間に生成した
接合層及びベース銅板とヒートシンクとの間に生成した
接合層の、それぞれの接合層について、その組成をＥＰ
ＭＡ（電子線マイクロアナライザー）により測定した。
その結果、いずれの接合層も、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕを含む
合金層が３μｍ程度、Ａｌ−Ｎｉ−Ｓｉを含む合金層が
５μｍ程度、Ａｌ−Ｎｉからなる合金層が８μｍ程度含
まれていた。
ついては、回路基板の放熱板とベース銅板との間に生成
した接合層の、また実施例１、５、６の回路基板につい
ては、回路基板の放熱板とヒートシンクとの間に生成し
た接合層の、更には実施例３、７、８の回路基板につい
ては、回路基板の放熱板とベース銅板との間に生成した
接合層及びベース銅板とヒートシンクとの間に生成した
接合層の、それぞれの接合層について、その組成をＥＰ
ＭＡ（電子線マイクロアナライザー）により測定した。
その結果、いずれの接合層も、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕを含む
合金層が３μｍ程度、Ａｌ−Ｎｉ−Ｓｉを含む合金層が
５μｍ程度、Ａｌ−Ｎｉからなる合金層が８μｍ程度含
まれていた。
【００４２】
【表３】
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、パワーモジュール用電
子回路部品として好適な、放熱性と耐ヒートサイクル性
に優れたヒートシンク付き回路基板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。
子回路部品として好適な、放熱性と耐ヒートサイクル性
に優れたヒートシンク付き回路基板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。
Claims (6)
- 【請求項１】 セラミックス基板の一方の面に回路、反
対面に放熱板が形成されてなる回路基板の放熱板に、ベ
ース板を介して又は介さずにヒートシンクが取り付けら
れてなるものであって、上記回路、放熱板、ベース板、
ヒートシンクの材質が、銅、アルミニウム、銅合金、ア
ルミニウム合金及び銅−第三金属−アルミニウムクラッ
ド箔から選ばれたいずれかの金属であり、しかも放熱板
とベース板、又は放熱板とヒートシンクとが、Ａｌ成分
とＮｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介して接合
されてなるものであることを特徴とするヒートシンク付
き回路基板。 - 【請求項２】 回路、放熱板及び／又はベース板の材質
が、ニッケルメッキの施された銅であることを特徴とす
る請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 - 【請求項３】 回路及び／又は放熱板が、Ａｌ成分とＳ
ｉ成分を含む合金層の存在する接合層を介してセラミッ
クス基板に接合されていることを特徴とする請求項１記
載のヒートシンク付き回路基板。 - 【請求項４】 回路及び／又は放熱板の材質が銅−ニッ
ケル−アルミニウムクラッド箔であり、そのアルミニウ
ム面が、Ａｌ成分とＳｉ成分を含む合金層の存在する接
合層を介してセラミックス基板に接合されていることを
特徴とする請求項１記載のヒートシンク付き回路基板。 - 【請求項５】 ヒートシンクの材質が、アルミニウムで
あることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記
載のヒートシンク付き回路基板。 - 【請求項６】 セラミックス基板の材質が窒化アルミニ
ウムであることを特徴とする請求項５記載のヒートシン
ク付き回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1839398A JP3933287B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | ヒートシンク付き回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1839398A JP3933287B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | ヒートシンク付き回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220073A true JPH11220073A (ja) | 1999-08-10 |
| JP3933287B2 JP3933287B2 (ja) | 2007-06-20 |
Family
ID=11970473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1839398A Expired - Lifetime JP3933287B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | ヒートシンク付き回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3933287B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013267A1 (fr) * | 2000-08-09 | 2002-02-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Module de puissance pouvant comporter un dissipateur thermique |
| WO2003029165A1 (fr) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Agent d'assemblage pour metal ou ceramique, et procede d'assemblage pour articles en metal ou ceramique reposant sur l'utilisation de cet agent |
| US7128979B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-10-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Circuit board, method of producing same, and power module |
| JP2008166356A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | T Rad Co Ltd | アルミニューム製ヒートシンクの製造方法 |
| JP2011119652A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-06-16 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
| US9076755B2 (en) | 2009-09-09 | 2015-07-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing substrate for power module with heat sink, substrate for power module with heat sink, and power module |
| KR20150133191A (ko) * | 2013-03-18 | 2015-11-27 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP1839398A patent/JP3933287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013267A1 (fr) * | 2000-08-09 | 2002-02-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Module de puissance pouvant comporter un dissipateur thermique |
| US7019975B2 (en) | 2000-08-09 | 2006-03-28 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module and power module with heat sink |
| WO2003029165A1 (fr) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Agent d'assemblage pour metal ou ceramique, et procede d'assemblage pour articles en metal ou ceramique reposant sur l'utilisation de cet agent |
| US6923363B2 (en) | 2001-09-27 | 2005-08-02 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Joining agent for metal or ceramic, and method for joining metal articles or ceramic articles using the same |
| KR100851692B1 (ko) * | 2001-09-27 | 2008-08-11 | 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 | 금속 또는 세라믹의 접합재 및 이것을 사용한 금속 또는세라믹의 접합 방법 |
| US7128979B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-10-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Circuit board, method of producing same, and power module |
| JP2008166356A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | T Rad Co Ltd | アルミニューム製ヒートシンクの製造方法 |
| JP2011119652A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-06-16 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
| US9076755B2 (en) | 2009-09-09 | 2015-07-07 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing substrate for power module with heat sink, substrate for power module with heat sink, and power module |
| KR20150133191A (ko) * | 2013-03-18 | 2015-11-27 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 파워 모듈용 기판의 제조 방법 |
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|---|---|
| JP3933287B2 (ja) | 2007-06-20 |
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