WO2011046036A1 - 回路装置及びその製造方法 - Google Patents

回路装置及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2011046036A1
WO2011046036A1 PCT/JP2010/067342 JP2010067342W WO2011046036A1 WO 2011046036 A1 WO2011046036 A1 WO 2011046036A1 JP 2010067342 W JP2010067342 W JP 2010067342W WO 2011046036 A1 WO2011046036 A1 WO 2011046036A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
ceramic substrate
circuit device
lead terminal
thickness
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/067342
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
崇弘 門脇
昭貴 金森
石橋 広生
Original Assignee
株式会社小糸製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小糸製作所 filed Critical 株式会社小糸製作所
Publication of WO2011046036A1 publication Critical patent/WO2011046036A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/328Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by welding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L24/37Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01004Beryllium [Be]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01078Platinum [Pt]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013Alloys
    • H01L2924/014Solder alloys
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/1034Edge terminals, i.e. separate pieces of metal attached to the edge of the PCB
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/02Details related to mechanical or acoustic processing, e.g. drilling, punching, cutting, using ultrasound
    • H05K2203/0285Using ultrasound, e.g. for cleaning, soldering or wet treatment
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing

Definitions

  • the present invention provides a ceramic substrate by using a ceramic substrate having copper or silver as a main component and a conductor formed by screen printing on the substrate, and an electronic component having a lead terminal ultrasonically bonded to the conductor. This is a technique of a circuit device formed at low cost without generating a crack and a method of manufacturing the circuit device.
  • the bonding between the lead terminal of the electronic component and the conductor on the ceramic substrate is performed by interposing a solder, a conductive adhesive, a laser welding ribbon, an aluminum wire or the like therebetween. Further, when the lead terminal is laser-welded to the conductor, it is performed by attaching a thick metal pad to the welding location on the conductor and welding the lead terminal to the metal pad.
  • solder, conductive adhesive, laser welding ribbon, aluminum wire, and metal pad increase the manufacturing cost of the circuit device, and it is desirable that the lead terminal be directly bonded to the conductor.
  • the ceramic substrate is melted by high heat when the lead terminal is directly laser welded to the conductor without a metal pad.
  • a method of manufacturing the ceramic substrate the one shown in Patent Document 1 was discovered.
  • Patent Document 1 has a description (Claim 1) in which a metal circuit layer (conductor) and a metal lead are joined by ultrasonic welding, and in the embodiment, the thickness attached to the ceramic substrate by brazing or the like.
  • a metal circuit layer is formed by a copper plate having a thickness of 0.5 mm, and a vibration is applied to the copper plate and the metal lead while applying pressure to the copper plate and the metal lead, and a plastic flow is generated at the bonding interface between the copper plate and the metal lead.
  • a method of joining is described.
  • the conductor of Patent Document 1 is formed of a copper plate having a thickness of 0.5 mm.
  • the 0.5 mm thick copper plate is almost the same thickness as the metal pad used for laser welding, it causes an increase in cost as in the case of installing the metal pad. Therefore, even if the manufacturing method of Patent Document 1 is used, the manufacturing cost of the circuit device cannot be reduced.
  • the inventor of the present application made the conductor formed on the ceramic substrate based on copper or silver, and further conducted the screen printing process on the material to conduct the conductive material on the ceramic substrate. It has been found that when the body is formed, the lead terminal can be ultrasonically bonded to the conductor without causing cracks in the ceramic substrate even if the thickness of the conductor is made much thinner than before.
  • the present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge of the inventor of the present application.
  • the purpose of the present invention is to establish a method for directly ultrasonically bonding a lead terminal to a thin conductor, thereby reducing the cost of the circuit device. And providing a manufacturing method thereof.
  • a circuit device is a circuit device comprising a ceramic substrate on which a conductor is formed and an electronic component whose lead terminal is connected to the conductor, wherein the conductor is made of copper.
  • silver is used as a main component and formed on the ceramic substrate by screen printing, and the lead terminal is connected to the conductor by ultrasonic vibration bonding.
  • the lead terminal of the electronic component is directly connected to the conductor with a significantly reduced thickness without causing cracks in the ceramic substrate. Can be ultrasonic vibration bonded. As a result of reducing the material used by reducing the thickness of the conductor, the material cost of the conductor is reduced, and the circuit device is manufactured at a low cost.
  • the method of forming the conductor by attaching the copper plate to the ceramic substrate has a problem in terms of cost increase because the copper plate of different thickness must be prepared when changing the thickness of the conductor.
  • the method of forming a conductor by screen printing is formed by applying a paste made of an organic substance or the like and a metal powder to a ceramic substrate, so that the thickness of the conductor formed within a range where cracks do not occur in the ceramic substrate can be easily and It can be adjusted without increasing costs.
  • claim 2 is the circuit device according to claim 1, wherein the conductor has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m and a surface roughness (maximum surface roughness) of 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the conductor can be significantly reduced to about 1/100 to 3/50 compared with the conventional one, the material necessary for forming the conductor is saved and the material cost is further reduced.
  • a conductor having a surface roughness of 15 ⁇ m or less has a large surface in contact with the lead terminal due to ultrasonic vibration, and is thus easily joined to the lead terminal by ultrasonic vibration.
  • Claim 3 is the circuit device according to claim 1 or 2, wherein the lead terminal of the electronic component is mainly composed of copper.
  • the bondability with the conductor can be improved and the lead terminal can be formed at low cost.
  • Claim 4 is the circuit device according to any one of claims 1 to 3, wherein the back surface of the ceramic substrate is bonded to a metal case with an adhesive.
  • a circuit device can be manufactured at low cost by manufacturing a circuit device by attaching a ceramic substrate on which a conductor is formed at low cost to a metal case.
  • a circuit device manufacturing method in which a ceramic substrate is bonded to a metal case, a conductor mainly composed of copper or silver is formed on the ceramic substrate by screen printing, An electronic component is mounted on the ceramic substrate by connecting to the conductor by sonic vibration bonding to manufacture a circuit device.
  • the circuit device can be provided at a lower cost by reducing the material cost of the conductor. Further, it is possible to provide a high-quality circuit device in which the ceramic substrate is free from cracks as the bondability between the conductor and the lead terminal is improved.
  • the circuit device can be provided at a lower cost by reducing the cost of the conductor.
  • a high-quality and inexpensive circuit device can be provided by attaching a ceramic substrate on which a conductor is formed at a low cost to a metal case.
  • the material cost of the conductor can be reduced and the circuit device can be manufactured at a lower cost. Further, a high-quality circuit device can be manufactured without generating cracks in the ceramic substrate.
  • the circuit device 1 includes a transformer (electronic component) 5 including a ceramic substrate 2, a conductor 3, and a lead terminal 4.
  • a transformer (electronic component) 5 including a ceramic substrate 2, a conductor 3, and a lead terminal 4.
  • the conductor 3 is a conductive path formed on the ceramic substrate 2 by a screen printing process to be described later, and is formed of an Ag (silver) alloy.
  • the Ag alloy is a copper (Cu) alloy, or an alloy containing silver or copper (Cu) as a main component.
  • an Ag alloy containing Pd (palladium) in Ag, Ag It is desirable to use an alloy containing Pt (platinum) or an alloy containing both Pd and Pt in Ag.
  • the thickness of the conductor 3 can be set to a thickness that can provide a good bonding strength while reducing the material cost of the material forming the conductor and preventing cracks generated in the ceramic substrate during ultrasonic vibration bonding. desirable.
  • the inventors of the present application conducted an experiment in which the lead terminals 4 were joined to the samples of the conductors 3 having different film thicknesses and the joint strength was measured as shown in the graph of FIG.
  • the experiment five samples are prepared for each film thickness, and the lead terminals 4 are joined.
  • the horizontal axis X indicates the thickness of the conductor
  • the vertical axis Y indicates the relative bonding strength
  • the horizontal line with a symbol S indicates the strength reference.
  • the thickness of the conductor 3 is desirably 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, which is about 1/100 to 3/50 compared to the conventional conductor (copper plate: thickness 0.5 mm). More preferably, it is 20 ⁇ m.
  • the inventor of the present application conducted an experiment to measure the bonding strength by ultrasonically bonding the lead terminal to a sample of a conductor having a different surface roughness, and obtained the bonding strength. I was able to confirm.
  • the experiment five samples are prepared for each surface roughness and the lead terminals 4 are joined.
  • the horizontal axis X represents the surface roughness of the conductor
  • the vertical axis Y represents the relative bonding strength.
  • the bonding strength decreases as the surface roughness becomes larger than when the surface roughness is about 5 ⁇ m or 10 ⁇ m.
  • the ultrasonic vibration joining with the lead terminal was possible.
  • the surface roughness of the conductor was about 20 ⁇ m, ultrasonic vibration bonding with the lead terminal could not be performed in some samples.
  • the reason why ultrasonic vibration bonding with the lead terminal becomes easier as the surface roughness of the conductor is smaller is that the surface contacting the lead terminal becomes larger due to ultrasonic vibration as the surface roughness of the conductor is smaller. It is thought that it becomes easy to couple
  • the transformer 5 includes a metal lead terminal (or bus bar) 4 extending from the inside of the transformer 5 to the outside.
  • the lead terminal 4 includes a metal base material 6 and a plating layer 7 on the outer periphery thereof.
  • the base material 6 is preferably composed of, for example, Cu, Ni (nickel), Al (aluminum), or an alloy containing at least one of them.
  • the plating layer 7 is a metal layer that covers the outer periphery of the base material 6 in order to reduce oxidation or prevent oxidation on the surface of the base material 6.
  • a metal layer that covers the outer periphery of the base material 6 in order to reduce oxidation or prevent oxidation on the surface of the base material 6.
  • Cu, Ni, Al, Au (gold), or the like It is desirable to be constituted by an alloy containing at least one or more.
  • the base material 6 is formed of Cu or a Cu-containing alloy, the base material 6 is directly joined to the conductor 3 by ultrasonic vibration joining, so that the plating layer 7 is not formed on the base material 6. Good.
  • the conductor 3 is formed by screen printing.
  • the conductor 3 is formed from a paste material obtained by mixing the above-described Ag-based alloy, which is a material of the conductor 3, in powder form with a viscous organic substance.
  • a plate film (resist) in which a portion other than the wiring shape of the conductor 3 is blinded is formed on a fiber ridge (screen) affixed to a frame (not shown).
  • the paste material is applied onto the screen, and is slid with a squeegee or the like, the paste material is placed on the ceramic substrate 2 from a portion other than the blindfold of the plate film.
  • the applied paste material is dried for a predetermined time and then baked at a high temperature of 500 ° C. to 900 ° C.
  • the conductor 3 is formed in a predetermined wiring shape on the ceramic substrate 2 (in the conductor 3 of FIG. 1, portions other than the connection portion of the lead terminal 4 are omitted for the sake of easy viewing. is doing).
  • the thickness of the conductor 3 is easily adjusted by adjusting the amount of paste material applied to the ceramic substrate 2 and the number of times of application.
  • a metal paste such as solder is printed on the ceramic substrate 2 on which the conductor 3 is formed, and electronic components (semiconductor terminals, ceramic capacitors, etc.) are mounted thereon.
  • the printed metal paste such as solder is melted or cured by a reflow furnace or a curing furnace.
  • the ceramic substrate is washed to remove organic substances such as flux. After cleaning, if necessary, a circuit is formed by wire bonding. Thereafter, an adhesive is applied to the back surface of the ceramic substrate 2 to adhere to the metal case 9.
  • the lead terminal 4 is placed on the conductor 3 formed on the ceramic substrate 2, and a load is applied from above by the ultrasonic vibration horn 8.
  • the ultrasonic vibration horn 8 is ultrasonically vibrated in the surface direction of the lead terminal while applying a load, the conductor 3 and the plating layer 7 of the lead terminal 4 (the base material 6 when the plating layer 7 is not formed) and In the meantime, friction occurs at the joint interface.
  • the oxide films formed at the bonding interface between the conductor 3 and the plating layer 7 are removed by friction, the conductor 3 and the plating layer 7 (or the base material 6 inside the plating layer 7 when the plating layer 7 is brushed by friction).
  • the lead terminal 4 does not generate high temperature and cracks in the ceramic substrate 2 without arranging another member corresponding to a pad material or the like in laser welding between the conductor 3 and the conductor 3 in a short time. Directly to the ultrasonic vibration bonding.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

 肉厚の薄い導電体にリード端子を直接超音波振動接合する方法の確立によって提供される安価な回路装置とその製造方法の提供。 導電体3が形成されたセラミック基板2と、リード端子4が前記導電体に接続された電子部品5と、を備える回路装置1とその製造方法において、銅または銀を主成分とする導電体3をスクリーン印刷によってセラミック基板上2に形成し、リード端子4を超音波振動接合によって導電体3に接続した。

Description

回路装置及びその製造方法
 本発明は、銅または銀を主成分とすると共にスクリーン印刷によって形成された導電体を基板上に有するセラミック基板と、リード端子が前記導電体に超音波振動接合された電子部品により、セラミック基板にクラックを発生させることなく安価に形成した回路装置と回路装置の製造方法の技術である。
 電子部品のリード端子とセラミック基板上の導電体との接合は、両者の間にハンダ、導電性接着剤、レーザ溶着用リボン、アルミワイヤー等を介在させて行われている。また、前記リード端子を導電体にレーザ溶着する場合には、導電体上の溶着箇所に厚肉の金属パットを取り付けて、前記リード端子を金属パットに溶着することによって行われる。かかるハンダ、導電性接着剤、レーザ溶着用リボン、アルミワイヤー及び金属パットは、回路装置の製造コストを高くするため、リード端子は、導電体に直接接合されることが望ましい。しかし、セラミック基板は、金属パット無しにリード端子を導電体に直接レーザ溶着すると、高熱によって溶けるという問題がある。
 そこで発明者は、前記リード端子と導電体の接合に超音波振動接合を用いることによって、高熱によるセラミック基板の溶解現象を発生させることなく接合出来るのではないかと考えたところ、超音波溶接を利用したセラミック基板の製造方法として、特許文献1に示すものを発見した。
 特許文献1には、金属回路層(導電体)と金属リードを超音波溶接で接合するという記載(請求項1)が有り、実施例には、ろう付けなどによってセラミック基板に貼り付けられた厚さ0.5mmの銅板によって金属回路層を形成し、ホーンによって前記銅板と金属リードに圧力を負荷しつつ振動を与え、銅板と金属リード間の接合界面に塑性流動を発生させることによって、両者を接合する方法が記載されている。
日本国特開2002-9190号公報
 特許文献1の導電体は、0.5mm厚の銅板によって形成されている。しかし、0.5mm厚の銅板は、レーザ溶着に使用する金属パットとほぼ同厚であるため、金属パットを設置する場合と同様にコストアップを招く。従って、特許文献1の製造方法を使用しても、回路装置の製造コストを下げることができない。
 一方で、導電体を構成する銅板の厚さを数ミクロンから数十ミクロンに薄くした場合には、リード端子を接合する際にセラミック基板にクラック等が発生するため問題がある。言い換えると、単に銅板で形成した導電体とリード端子を超音波溶接によって接合する方法は、導電体の厚さを薄くしてコストダウンを図る目的で使用する場合、セラミック基板にクラックを発生させて接合品質を低下させる点で問題がある。
 これらの問題を総合的に検討した結果、本願発明者は、セラミック基板に形成する導電体を銅または銀を主成分とするものにし、さらに前記素材をスクリーン印刷処理することによってセラミック基板上に導電体を形成した場合、導電体の厚さを従来より格段に薄くしてもセラミック基板にクラックを発生させることなくリード端子を導電体に超音波振動接合出来ることを見いだした。
 本願発明は、本願発明者の上記知見に基づいてなされたものであり、その目的は、肉厚の薄い導電体にリード端子を直接超音波振動接合する方法を確立することによって、安価な回路装置とその製造方法を提供することにある。
 前記課題を解決するために請求項1の回路装置は、導電体が形成されたセラミック基板と、リード端子が前記導電体に接続される電子部品と、を備える回路装置において、前記導電体を銅または銀を主成分とし、かつスクリーン印刷によって前記セラミック基板上に形成し、前記リード端子を超音波振動接合によって前記導電体に接続した。
 銅または銀を主成分とし、かつスクリーン印刷によって導電体をセラミック基板に形成した場合には、セラミック基板にクラックを発生させることなく、肉厚を格段に薄くした導電体に直接電子部品のリード端子を超音波振動接合することが出来る。導電体の肉厚を薄くして使用される材料を節減した結果、導電体の材料費が安価になり、回路装置が安価に製造される。
 尚、銅板をセラミック基板に貼り付けて導電体を形成する方法は、導電体の厚さを変える場合、異なる厚さの銅板を準備しなければならないため、コスト増の面で問題があるが、スクリーン印刷によって導電体を形成する方法は、有機物等と金属粉末からなるペーストをセラミック基板に塗布して形成するため、セラミック基板にクラックが発生しない範囲で形成される導電体の厚さを容易かつコストアップすることなく調節できる。
 また、請求項2は、請求項1記載の回路装置であって、前記導電体は、厚さが5μm~30μmであり、表面粗さ(最大表面粗さ)が15μm以下である。
 導電体の厚さを従来に比べて1/100~3/50程度に格段に薄く出来たことにより、導電体形成に必要な材料が節約されて材料費がより安価になる。また、表面荒さが15μm以下の導電体は、超音波振動によってリード端子と接する面が大きくなるため、リード端子と超音波振動接合されやすくなる。
 請求項3は、請求項1または2に記載の回路装置であって、電子部品のリード端子を銅を主成分として形成した。
 リード端子を銅を主成分として形成することにより、導電体との接合性を向上させると共に、リード端子を安価に形成できる。
 請求項4は、請求項1から3のうちいずれかに記載の回路装置であって、前記セラミック基板の裏面を接着剤によって金属製のケースに接着した。
 導電体を安価に形成したセラミック基板を金属製のケースに貼り付けて回路装置を製造することにより、回路装置を安価に製造出来る。
 請求項5は、回路装置の製造方法であって、セラミック基板を金属製のケースに接着し、銅または銀を主成分とする導電体をスクリーン印刷によって前記セラミック基板に形成し、リード端子を超音波振動接合で前記導電体に接続することによって電子部品を前記セラミック基板に搭載して、回路装置を製造する。
 銅または銀を主成分とし、かつスクリーン印刷によって導電体をセラミック基板に形成し、形成した薄肉の導電体に直接電子部品のリード端子を超音波振動接合すると、セラミック基板にクラックを発生させることなくリード端子を接合することが出来る。導電体の肉厚を薄くして導電体の材料費を安価にした結果、回路装置を安価に製造できる。
 請求項1によれば、導電体の材料費の低コスト化によって回路装置をより安価に提供できる。また、導電体とリード端子の接合性の向上に伴ってセラミック基板にクラックが無い良質な回路装置を提供できる。
 請求項2によれば、導電体の低コスト化によって回路装置をより安価に提供できる。
 請求項3によれば、リード端子に銅を主成分とした素材を使用することにより、良質で安価な回路装置を提供できる。
 請求項4によれば、導電体を安価に形成したセラミック基板を金属製のケースに貼り付けることにより、良質で安価な回路装置を提供できる。
 請求項5の製造方法によれば、導電体の材料費を低コスト化して回路装置をより安価に製造できる。また、セラミック基板にクラックを発生させずに良質な回路装置を製造できる。
本発明の回路装置の実施例の斜視図である。 リード端子をセラミック基板上の導電体に接合した状態を示し、実施例の回路装置における基板の縦断面図である。 導電体の厚さと超音波振動接合におけるリード端子との接合強度を表すグラフである。 導電体の表面荒さと超音波振動接合におけるリード端子との接合強度を表すグラフである。
 次に、図1と2により本発明の好適な実施形態を説明する。
 第1実施例の回路装置1は、セラミック基板2、導電体3、リード端子4を備えたトランス(電子部品)5によって構成される。
 導電体3は、セラミック製の基板2上に後述するスクリーン印刷処理によって形成された導電路であって、Ag(銀)系の合金によって形成される。前記Ag系合金はまたは銅(Cu)系合金、銀または銅(Cu)を主成分として含む合金であり、Ag系合金には、例えば、AgにPd(パラジウム)を含有させた合金、AgにPt(白金)を含有させた合金、またはAgにPdとPt双方を含有させた合金等を用いることが望ましい。
 また、導電体3の厚さは、導電体を形成する素材の材料費削減、超音波振動接合時においてセラミック基板に発生するクラックを防止しつつ良好な接合強度を得られる厚さにすることが望ましい。
 そこで本願の発明者は、図3のグラフに示すように膜厚が異なる導電体3のサンプルにリード端子4を接合して接合強度を測定する実験を行った。実験においては、各膜厚毎に5つのサンプルを用意してリード端子4を接合している。図3のグラフは、横軸Xが導電体の厚さを示し、縦軸Yが相対的な接合強度を示し、符号Sの横線が強度基準を示す。その結果、図3のグラフに示すように、導電体3の膜厚を5μm~30μmとした場合には、接合強度が強度基準を上回り、導電体3の膜厚を10μm~20μmとした場合には、接合強度が特に高くなることが判明した。尚、実験においてセラミック基板には、クラックが発生しなかった。従って、導電体3の膜厚は、従来の導電体(銅板:厚さ0.5mm)に比べて1/100~3/50程度となる5μm~30μmになるようにすることが望ましく、10μm~20μmとすることが更に望ましい。
 一方、本願の発明者は、図4のグラフに示すように表面荒さが異なる導電体のサンプルにリード端子を超音波振動接合して接合強度を測定する実験を行い、どのような接合強度が得られるか確認した。実験においては、各表面荒さ毎に5つのサンプルを用意してリード端子4を接合している。図4のグラフは、横軸Xが導電体の表面荒さを示し、縦軸Yが相対的な接合強度を示している。実験の結果、超音波振動接合による導電体とリード端子の接合強度は、導電体の表面荒さが大きくなるほど低下するものと判明した。
 即ち、図4のグラフに示すように、導電体の表面荒さを15μm前後にした場合には、5μmや10μm前後にした場合と比べて表面荒さが大きくなるほど接合強度が低下するものの、全てのサンプルにおいてリード端子との超音波振動接合が可能であった。しかし、導電体の表面荒さを20μm前後にした場合には、一部のサンプルにおいてリード端子との超音波振動接合が出来なかった。尚、導電体の表面荒さが小さいほどリード端子との超音波振動接合が容易になる理由は、導電体の表面荒さが小さいほど超音波振動によってリード端子と接する面が大きくなるため、超音波振動によって結合され易くなるものと考えられる。以上の実験結果から、上記Ag系合金によって形成された導電体3は、表面荒さを大きくとも15μm以下にすることが望ましい。
 また、トランス5は、トランス5の内部から外部に伸びる金属製のリード端子(またはバスバー)4を備える。リード端子4は、金属製の母材6とその外周のメッキ層7によって構成される。
 母材6は、例えば、Cu、Ni(ニッケル)、Al(アルミニウム)またはこれらのうち少なくとも一以上を含有する合金によって構成されることが望ましい。
 また、メッキ層7は、母材6の表面における酸化低減または酸化防止のために母材6の外周を被覆する金属層であり、例えば、Cu、Ni、Al、Au(金)またはこれらのうち少なくとも一以上を含有する合金によって構成されることが望ましい。尚、母材6をCuまたはCu含有合金で形成した場合には、超音波振動接合によって母材6が導電体3に直接接合されるため、メッキ層7を母材6に形成しなくてもよい。
 次に、回路装置1の製造方法について説明する。まず、スクリーン印刷によって導電体3を形成する。
 導電体3は、導電体3の素材となる上述したAg系合金を粉末状にしたものを粘性のある有機物に混ぜ合わせたペースト材から形成される。スクリーン印刷においては、枠に貼られた繊維製の紗(スクリーン)の上に導電体3の配線形状以外の部分を目隠しした版膜(レジスト)を作成する(図示せず)。前記スクリーンの下方にセラミック基板2を配置し、前記スクリーン上に前記ペースト材を塗布して、その上からスキージ等で摺動すると、ペースト材が版膜の目隠し以外の部分からセラミック基板2の上に導電体3の配線形状に塗布される。塗布されたペースト材は、一定時間乾燥させた後、500℃~900℃の高温で焼成する。その結果、セラミック基板2上には、所定の配線形状に導電体3が形成される(図1の導電体3においては、図の見やすさのため、リード端子4の接続箇所以外の部分を省略している)。導電体3の厚さは、セラミック基板2上へのペースト材の塗布量や塗布の回数によって調節されることにより、容易に調節される。
 導電体3が形成されたセラミック基板2には、はんだ等の金属ペーストを印刷し、その上に電子部品(半導体端子、セラミックコンデンサ等)を実装する。次にリフロー炉または硬化炉により、印刷したはんだ等の金属ペーストを溶融または硬化させる。はんだ等を使用した場合には、フラックス等の有機物を除去するためにセラミック基板を洗浄する。洗浄後、必要があれば、ワイヤーボンディングによって回路を形成する。その後、セラミック基板2の裏面に接着剤を塗布することによって金属製のケース9に接着する。
 次に導電体3とリード端子4との超音波振動接合を説明する。まず、セラミック基板2上に形成された導電体3の上にリード端子4を載せ、その上から超音波振動ホーン8によって荷重を加える。荷重を加えつつ超音波振動ホーン8をリード端子の面方向に超音波振動させると、導電体3とリード端子4のメッキ層7(メッキ層7が形成されて無い場合は、母材6)との間には、接合界面において摩擦が発生する。摩擦によって導電体3とメッキ層7の接合界面にそれぞれ形成された酸化膜が除却されると、導電体3とメッキ層7(若しくはメッキ層7が摩擦で禿げる場合、その内側の母材6)の接合界面には、発生した塑性流動によって金属結合が発生する。その結果、リード端子4は、レーザ溶接におけるパッド材等に相当する別部材を導電体3との間に配置しなくても高温やクラックをセラミック基板2に発生させず、短時間で導電体3に対して直接、超音波振動接合される。
 本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
 本出願は、2009年10月14日出願の日本特許出願(特願2009-237371)に基づくものであり、その全体が引用により援用される。また、ここに引用される全ての参照は全体として取り込まれる。
1 回路装置
2 セラミック基板
3 導電体
4 リード端子
5 トランス(電子部品)
9 金属製のケース

Claims (5)

  1.  導電体が形成されたセラミック基板と、リード端子が前記導電体に接続される電子部品と、を備える回路装置において、
     前記導電体は、銅または銀を主成分とし、スクリーン印刷によって前記セラミック基板上に形成され、
     前記リード端子は、超音波振動接合によって前記導電体に接続されたことを特徴とする回路装置。
  2.  前記導電体は、厚さが5μm~30μmであり、表面荒さが15μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の回路装置。
  3.  前記リード端子は、銅を主成分として形成されたことを特徴とする、請求項1または2に記載の回路装置。
  4.  前記セラミック基板は、その裏面が接着剤によって金属製のケースに接着されたことを特徴とする、請求項1から3のうちいずれかに記載の回路装置。
  5.  銅または銀を主成分とする導電体をスクリーン印刷によって前記セラミック基板に形成し、電子部品のリード端子を超音波振動接合で前記導電体に接続したことを特徴とする、回路装置の製造方法。
     
PCT/JP2010/067342 2009-10-14 2010-10-04 回路装置及びその製造方法 WO2011046036A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-237371 2009-10-14
JP2009237371A JP2011086717A (ja) 2009-10-14 2009-10-14 回路装置及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011046036A1 true WO2011046036A1 (ja) 2011-04-21

Family

ID=43876087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/067342 WO2011046036A1 (ja) 2009-10-14 2010-10-04 回路装置及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2011086717A (ja)
WO (1) WO2011046036A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7104687B2 (ja) 2017-03-16 2022-07-21 旭化成株式会社 分散体並びにこれを用いた導電性パターン付構造体の製造方法及び導電性パターン付構造体
US11328835B2 (en) 2017-03-16 2022-05-10 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Dispersing element, method for manufacturing structure with conductive pattern using the same, and structure with conductive pattern
CN110557903A (zh) * 2019-09-05 2019-12-10 深圳市星河电路股份有限公司 一种pcb超高金线邦定值加工方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63307748A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Toshiba Corp 樹脂材料
JPH06140477A (ja) * 1992-10-26 1994-05-20 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路
JPH06216505A (ja) * 1993-01-14 1994-08-05 Matsushita Electric Works Ltd プリント配線板への端子の接続方法
JPH077241A (ja) * 1993-06-17 1995-01-10 Toyota Motor Corp 厚膜導体装置及びその製造方法
JPH0837252A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Nec Corp 半導体装置
JPH09275269A (ja) * 1996-04-01 1997-10-21 Omron Corp 電子部品を回路基板に実装する方法,ならびにそれに用いる電子部品および回路基板

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63307748A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Toshiba Corp 樹脂材料
JPH06140477A (ja) * 1992-10-26 1994-05-20 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路
JPH06216505A (ja) * 1993-01-14 1994-08-05 Matsushita Electric Works Ltd プリント配線板への端子の接続方法
JPH077241A (ja) * 1993-06-17 1995-01-10 Toyota Motor Corp 厚膜導体装置及びその製造方法
JPH0837252A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Nec Corp 半導体装置
JPH09275269A (ja) * 1996-04-01 1997-10-21 Omron Corp 電子部品を回路基板に実装する方法,ならびにそれに用いる電子部品および回路基板

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011086717A (ja) 2011-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7486160B2 (en) Electronic component and manufacturing method thereof
WO2014027418A1 (ja) 電子部品および電子部品の製造方法
JP2006059904A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH11219849A (ja) 積層セラミックコンデンサ
WO2011046036A1 (ja) 回路装置及びその製造方法
WO2017195399A1 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5978630B2 (ja) 電子回路モジュール部品及び電子回路モジュール部品の製造方法
JP2006101244A (ja) 圧電振動子、及びその製造方法
KR20150114045A (ko) 인쇄회로기판 와이어 본딩방법 및 이에 의해 형성된 인쇄회로기판 와이어 본딩 구조
JP2008227055A (ja) 回路基板
JP4403661B2 (ja) 放熱板を用いた部品の実装構造及びその製造方法
TWI298611B (en) Method for soldering circuit boards
JP3232051B2 (ja) 電子装置の製造方法
JP2004207539A (ja) 電子部品収納用容器および電子装置
JP3340082B2 (ja) 電子装置
JP5065707B2 (ja) 電子部品の実装構造
JPH08316641A (ja) 一括接続法による多層配線基板
JP2017224641A (ja) 抵抗器及びヒータ
JP2001267734A (ja) 電子部品の実装構造およびこの実装構造に用いられる電子部品構成体
JP2010141112A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
WO2018203475A1 (ja) 温度センサ及び温度センサを備えた装置
JP2015109334A (ja) 半導体装置
JPH06350241A (ja) 半田付方法及び半田付装置
JP2007123563A (ja) 電子部品収納用パッケージおよび電子装置
JP3393784B2 (ja) 電子部品収納用パッケージ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10823304

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10823304

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1