JP2003023223A - 回路用金属基板及び半導体装置 - Google Patents
回路用金属基板及び半導体装置Info
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- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】耐熱性確保に有利な樹脂絶縁系回路用金属基板
を提供すること及び該回路用金属基板を用いた半導体装
置を提供することにある。 【解決手段】第一の金属板に絶縁層を介して電気回路パ
ターン状に形成された金属板（以下、第二の金属板と記
す）が積層されて構成される回路用金属基板において、
前記第二の金属板に接する樹脂層が該金属板の側面の少
なくても一部を覆っており、前記第一の金属板に接する
樹脂層は、シリコーンゴム成分あるいは／及びフッ素ゴ
ム成分を含有し、且つ前記第二の金属板に接する樹脂層
に接する樹脂層は、ブタジエン系ゴム，ニトリルゴム，
アクリルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−ブタ
ジエン系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレタン
系ゴムから選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴム成
分を含有するように形成する。
を提供すること及び該回路用金属基板を用いた半導体装
置を提供することにある。 【解決手段】第一の金属板に絶縁層を介して電気回路パ
ターン状に形成された金属板（以下、第二の金属板と記
す）が積層されて構成される回路用金属基板において、
前記第二の金属板に接する樹脂層が該金属板の側面の少
なくても一部を覆っており、前記第一の金属板に接する
樹脂層は、シリコーンゴム成分あるいは／及びフッ素ゴ
ム成分を含有し、且つ前記第二の金属板に接する樹脂層
に接する樹脂層は、ブタジエン系ゴム，ニトリルゴム，
アクリルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−ブタ
ジエン系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレタン
系ゴムから選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴム成
分を含有するように形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子等電子・
電気部品を搭載して用いられる回路用金属基板及び前記
回路用金属基板を用いた、パワー系半導体モジュール装
置を含めた半導体装置に関する。
電気部品を搭載して用いられる回路用金属基板及び前記
回路用金属基板を用いた、パワー系半導体モジュール装
置を含めた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ，コンバータ，サーボ等の電
子機器では、通常搭載されているダイオード，トランジ
スタ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等パワー系半導体素子の
高発熱性を考慮し、金属板上に高熱伝導性の絶縁層を設
けた金属基板を回路用基板として用いている。発熱量が
比較的小さい中，小容量品では樹脂絶縁層を用いたもの
が一般的である。
子機器では、通常搭載されているダイオード，トランジ
スタ，ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等パワー系半導体素子の
高発熱性を考慮し、金属板上に高熱伝導性の絶縁層を設
けた金属基板を回路用基板として用いている。発熱量が
比較的小さい中，小容量品では樹脂絶縁層を用いたもの
が一般的である。
【０００３】本発明が対象とする樹脂絶縁層を用いた回
路用金属基板に関して、本発明者らは、特開２０００−
１５１０４９にて電気回路パターンの厚さが大きな回路
用金属基板及びその製造方法及び該回路用金属基板を用
いた半導体装置に関する技術を開示している。この技術
では、金属板に、無機系充填材を高充填した高熱伝導性
樹脂シートを載置、あるいは無機系充填材を高充填した
高熱伝導性樹脂を塗布してから、これらを加熱加圧成型
することにより樹脂絶縁層を形成している。この後、該
樹脂絶縁層上に金属回路パターンを液状接着剤で接着す
ることにより回路用金属基板が得られる。
路用金属基板に関して、本発明者らは、特開２０００−
１５１０４９にて電気回路パターンの厚さが大きな回路
用金属基板及びその製造方法及び該回路用金属基板を用
いた半導体装置に関する技術を開示している。この技術
では、金属板に、無機系充填材を高充填した高熱伝導性
樹脂シートを載置、あるいは無機系充填材を高充填した
高熱伝導性樹脂を塗布してから、これらを加熱加圧成型
することにより樹脂絶縁層を形成している。この後、該
樹脂絶縁層上に金属回路パターンを液状接着剤で接着す
ることにより回路用金属基板が得られる。
【０００４】前記樹脂絶縁層を形成するに当たっては、
高熱伝導性樹脂シートを用いる方法が、加工合理性及び
樹脂絶縁層の信頼性確保に有利である。
高熱伝導性樹脂シートを用いる方法が、加工合理性及び
樹脂絶縁層の信頼性確保に有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】高熱伝導性樹脂シート
を用いる場合、樹脂シートのハンドリング性を改善する
ため、樹脂にブタジエン系ゴム，ニトリルゴム，アクリ
ルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−ブタジエン
系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレタン系ゴム
等から選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴム成分を
含有させることが有効である。これらゴム成分が含有さ
れないと、シートの可撓性が不足し、シートのハンドリ
ング時にシートが割れる等の不具合が発生し易くなる。
を用いる場合、樹脂シートのハンドリング性を改善する
ため、樹脂にブタジエン系ゴム，ニトリルゴム，アクリ
ルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−ブタジエン
系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレタン系ゴム
等から選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴム成分を
含有させることが有効である。これらゴム成分が含有さ
れないと、シートの可撓性が不足し、シートのハンドリ
ング時にシートが割れる等の不具合が発生し易くなる。
【０００６】一方、上記ゴム成分を含有することによ
り、硬化樹脂の耐熱性はある程度低下せざるを得ない。
特に、絶縁抵抗の高温側での低下は、本樹脂絶縁系回路
用金属基板の適用範囲を限定させる要因に成り得る。自
動車用等の電子機器では動作雰囲気が高温度側に移行す
る傾向にあり、これら分野で樹脂絶縁系回路用金属基板
を適用するためには上記特性を改善する必要がある。
り、硬化樹脂の耐熱性はある程度低下せざるを得ない。
特に、絶縁抵抗の高温側での低下は、本樹脂絶縁系回路
用金属基板の適用範囲を限定させる要因に成り得る。自
動車用等の電子機器では動作雰囲気が高温度側に移行す
る傾向にあり、これら分野で樹脂絶縁系回路用金属基板
を適用するためには上記特性を改善する必要がある。
【０００７】本発明の目的は、耐熱性確保に有利な樹脂
絶縁系回路用金属基板及び該回路用金属基板を用いた半
導体装置を提供することにある。
絶縁系回路用金属基板及び該回路用金属基板を用いた半
導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の特徴は以下の点にある。
め、本発明の特徴は以下の点にある。
【０００９】本発明の回路用金属基板の特徴は、第一の
金属板に絶縁層を介して電気回路パターン状に形成され
た導電性金属板（以下、第二の金属板と記す）が積層さ
れて構成される回路用金属基板において、前記第二の金
属板に接する樹脂層が該金属板の側面の少なくても一部
を覆っており、且つ前記第一の金属板と前記第二の金属
板の間の前記絶縁層が、樹脂組成の異なる３層以上の樹
脂層から構成されていることにある。さらに、前記第一
の金属板に接する樹脂層は、シリコーンゴム成分あるい
は／及びフッ素ゴム成分を含有し、且つ前記第二の金属
板に接する樹脂層に接する樹脂層は、ブタジエン系ゴ
ム，ニトリルゴム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴ
ム，スチレン−ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレ
ン系ゴム，ウレタン系ゴムから選ばれる１種類あるいは
２種類以上のゴム成分を含有することにある。さらに、
第一の金属板上の前記樹脂層上に、前記第二の金属板と
共に、有機プリント回路基板が搭載されていることにあ
る。
金属板に絶縁層を介して電気回路パターン状に形成され
た導電性金属板（以下、第二の金属板と記す）が積層さ
れて構成される回路用金属基板において、前記第二の金
属板に接する樹脂層が該金属板の側面の少なくても一部
を覆っており、且つ前記第一の金属板と前記第二の金属
板の間の前記絶縁層が、樹脂組成の異なる３層以上の樹
脂層から構成されていることにある。さらに、前記第一
の金属板に接する樹脂層は、シリコーンゴム成分あるい
は／及びフッ素ゴム成分を含有し、且つ前記第二の金属
板に接する樹脂層に接する樹脂層は、ブタジエン系ゴ
ム，ニトリルゴム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴ
ム，スチレン−ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレ
ン系ゴム，ウレタン系ゴムから選ばれる１種類あるいは
２種類以上のゴム成分を含有することにある。さらに、
第一の金属板上の前記樹脂層上に、前記第二の金属板と
共に、有機プリント回路基板が搭載されていることにあ
る。
【００１０】そして、本発明の半導体装置の特徴は、前
記本発明の回路用金属基板の電気回路パターン，有機プ
リント回路基板上に、ダイオード，トランジスタ，ＩＧ
ＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等のパワー系半導体素子が搭載され
ていることにある。
記本発明の回路用金属基板の電気回路パターン，有機プ
リント回路基板上に、ダイオード，トランジスタ，ＩＧ
ＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等のパワー系半導体素子が搭載され
ていることにある。
【００１１】また、本発明の半導体装置としては、パワ
ー半導体モジュール等の複数の半導体素子を搭載する半
導体装置も含まれる。さらに、前記パワー半導体モジュ
ール装置には、パワー半導体素子のみならず、これら素
子を制御する制御回路並びに各種保護回路、さらにはＩ
Ｃ等の情報処理部品・回路を搭載するパワー半導体モジ
ュール装置も含まれる。
ー半導体モジュール等の複数の半導体素子を搭載する半
導体装置も含まれる。さらに、前記パワー半導体モジュ
ール装置には、パワー半導体素子のみならず、これら素
子を制御する制御回路並びに各種保護回路、さらにはＩ
Ｃ等の情報処理部品・回路を搭載するパワー半導体モジ
ュール装置も含まれる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明をさらに
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明による回路用金属基板の組み
立て工程を模式的に示したものである。第一の金属板１
は、材質，厚さを含め通常回路用金属基板に用いられて
いるものをそのまま使用できる。厚さ１.５〜３mm のア
ルミニウム，銅製の金属板を用いるのが一般的である。
必要に応じて、金属表面に表面粗化処理を施したり、各
種メッキ処理を施してもよい。
立て工程を模式的に示したものである。第一の金属板１
は、材質，厚さを含め通常回路用金属基板に用いられて
いるものをそのまま使用できる。厚さ１.５〜３mm のア
ルミニウム，銅製の金属板を用いるのが一般的である。
必要に応じて、金属表面に表面粗化処理を施したり、各
種メッキ処理を施してもよい。
【００１４】次に、この第一の金属板表面に樹脂層を配
置する（ａ）。この手法としては、シート状の樹脂（樹
脂プリプレグも含める）を載置する方法，液状樹脂を塗
布する方法等種々の方法があるが、何れの方法を用いて
もよい。本発明による回路用金属基板では、第一の金属
板の直上にはシリコーンゴム成分あるいは／及びフッ素
ゴム成分を含有する未硬化あるいは半硬化状態の樹脂層
を配置し、最上層にはブタジエン系ゴム，ニトリルゴ
ム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−
ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレ
タン系ゴムから選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴ
ム成分を含有する未硬化あるいは半硬化状態の樹脂層を
配置する。これら樹脂層の膜厚構成については特に制限
は無く、同じであっても目的に応じて変えても良い。
置する（ａ）。この手法としては、シート状の樹脂（樹
脂プリプレグも含める）を載置する方法，液状樹脂を塗
布する方法等種々の方法があるが、何れの方法を用いて
もよい。本発明による回路用金属基板では、第一の金属
板の直上にはシリコーンゴム成分あるいは／及びフッ素
ゴム成分を含有する未硬化あるいは半硬化状態の樹脂層
を配置し、最上層にはブタジエン系ゴム，ニトリルゴ
ム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴム，スチレン−
ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレン系ゴム，ウレ
タン系ゴムから選ばれる１種類あるいは２種類以上のゴ
ム成分を含有する未硬化あるいは半硬化状態の樹脂層を
配置する。これら樹脂層の膜厚構成については特に制限
は無く、同じであっても目的に応じて変えても良い。
【００１５】前記した樹脂シートのハンドリング性向上
並びに樹脂耐熱性向上を両立させるため、第一の金属板
直上の樹脂層には、耐熱性に優れたシリコーンゴム成分
あるいは／及びフッ素ゴム成分を含有する樹脂系（以
下、樹脂系Ａで示す）を用いている。しかし、これらの
ゴム成分を含有する樹脂系は耐熱性に優れる反面、硬化
後の被接着性に難点を有することがある。本発明では次
の工程で、第二の金属板を液状接着剤で硬化樹脂層に接
着する必要があるため、第二の金属板が接着される硬化
樹脂層には、一般的に接着性に優れるブタジエン系ゴ
ム，ニトリルゴム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴ
ム，スチレン−ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレ
ン系ゴム，ウレタン系ゴムから選ばれる１種類あるいは
２種類以上のゴム成分を含有する樹脂系（以下、樹脂系
Ｂで示す）を用いている。樹脂系Ｂは耐熱性の面で不利
な系ではあるが、第二の金属板を強固に接着固定するた
めには必須な樹脂系であり、回路用金属板としての耐熱
性は、樹脂系Ａと併用する結果として確保することが可
能である。樹脂系Ａと樹脂系Ｂとは、両者未硬化あるい
は半硬化状態で加熱加圧成型する場合には問題無く接着
する。
並びに樹脂耐熱性向上を両立させるため、第一の金属板
直上の樹脂層には、耐熱性に優れたシリコーンゴム成分
あるいは／及びフッ素ゴム成分を含有する樹脂系（以
下、樹脂系Ａで示す）を用いている。しかし、これらの
ゴム成分を含有する樹脂系は耐熱性に優れる反面、硬化
後の被接着性に難点を有することがある。本発明では次
の工程で、第二の金属板を液状接着剤で硬化樹脂層に接
着する必要があるため、第二の金属板が接着される硬化
樹脂層には、一般的に接着性に優れるブタジエン系ゴ
ム，ニトリルゴム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴ
ム，スチレン−ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレ
ン系ゴム，ウレタン系ゴムから選ばれる１種類あるいは
２種類以上のゴム成分を含有する樹脂系（以下、樹脂系
Ｂで示す）を用いている。樹脂系Ｂは耐熱性の面で不利
な系ではあるが、第二の金属板を強固に接着固定するた
めには必須な樹脂系であり、回路用金属板としての耐熱
性は、樹脂系Ａと併用する結果として確保することが可
能である。樹脂系Ａと樹脂系Ｂとは、両者未硬化あるい
は半硬化状態で加熱加圧成型する場合には問題無く接着
する。
【００１６】ここで形成する樹脂層には絶縁特性と共に
高熱伝導性の機能を担わせているため、アルミナ，シリ
カ，窒化アルミニウム，窒化ホウ素等の無機充填材が添
加されていることが必要である。用いる樹脂系として
は、接着性の面で、エポキシ樹脂，フェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂系が有利であるが、ポリイミド，ポリアミ
ドイミド，ポリアミドエーテル系等を含めた樹脂系を併
用することも可能である。
高熱伝導性の機能を担わせているため、アルミナ，シリ
カ，窒化アルミニウム，窒化ホウ素等の無機充填材が添
加されていることが必要である。用いる樹脂系として
は、接着性の面で、エポキシ樹脂，フェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂系が有利であるが、ポリイミド，ポリアミ
ドイミド，ポリアミドエーテル系等を含めた樹脂系を併
用することも可能である。
【００１７】ここで形成した樹脂層は、その後の加熱加
圧工程で硬化させる（ｂ）。
圧工程で硬化させる（ｂ）。
【００１８】それから、電気回路パターン状に形成され
た第二の金属板５を接合するための樹脂層４を形成する
（ｃ）。本工程で用いる樹脂系としては、例えばエポキ
シ樹脂系等の液状樹脂系が望ましい。工程（ｂ）で形成
した樹脂層の上に、液状樹脂系をスクリーン印刷法等で
塗布する。この場合、樹脂層全面に液状樹脂系を塗布し
ても、あるいは第二の金属板のパターン状に塗布しても
よい。
た第二の金属板５を接合するための樹脂層４を形成する
（ｃ）。本工程で用いる樹脂系としては、例えばエポキ
シ樹脂系等の液状樹脂系が望ましい。工程（ｂ）で形成
した樹脂層の上に、液状樹脂系をスクリーン印刷法等で
塗布する。この場合、樹脂層全面に液状樹脂系を塗布し
ても、あるいは第二の金属板のパターン状に塗布しても
よい。
【００１９】溶剤を添加した樹脂系を用いた場合には、
この後、樹脂系の硬化反応が完全には進まない温度で溶
剤を飛散させて除去する。
この後、樹脂系の硬化反応が完全には進まない温度で溶
剤を飛散させて除去する。
【００２０】それから、第二の金属板を工程（ｃ）で形
成した樹脂層の上に載置し、加熱加圧成型する（ｄ）。
該樹脂層は初期の段階では十分に軟らかいため、（ｄ）
に示すように加熱加圧成型時にはみ出してフィレット形
状６を形成して硬化することになる。このフィレット形
状は、液状樹脂塗布厚さ，第二の金属板の厚さ，加熱温
度，加圧圧力等を調節することにより制御できる。液状
樹脂塗布厚さについては注意が必要で、厚すぎるとはみ
出し樹脂が第二の金属板の露出面を汚染し、部品搭載時
の支障となる。
成した樹脂層の上に載置し、加熱加圧成型する（ｄ）。
該樹脂層は初期の段階では十分に軟らかいため、（ｄ）
に示すように加熱加圧成型時にはみ出してフィレット形
状６を形成して硬化することになる。このフィレット形
状は、液状樹脂塗布厚さ，第二の金属板の厚さ，加熱温
度，加圧圧力等を調節することにより制御できる。液状
樹脂塗布厚さについては注意が必要で、厚すぎるとはみ
出し樹脂が第二の金属板の露出面を汚染し、部品搭載時
の支障となる。
【００２１】本発明の内容を実施例でさらに詳細に説明
する。
する。
【００２２】〔実施例１〕本実施例の内容を図１を用い
て説明する。
て説明する。
【００２３】まず、厚さ２mmのアルミニウム基板１上
に、シリコーンゴム成分で変性したエポキシ樹脂組成物
（アルミナ充填量８６ｗｔ％）より成る膜厚８０μｍの
半硬化状態樹脂シート２（以下、樹脂層Ａで示す）を載
置した。ついで、樹脂層Ａの上に、アクリロニトリルゴ
ムで変性したエポキシ樹脂組成物（アルミナ充填量８８
ｗｔ％）より成る膜厚８０μｍの半硬化状態樹脂シート
３（以下、樹脂層Ｂで示す）を載置した（ａ）。その上
に、離型紙，クッションボード等のプレス構成材を配置
してから、３０torr以下の減圧下、温度１７０℃，面圧
３０kg／cm2 の条件で４０分間加熱加圧処理を行うこと
により、硬化樹脂層を形成した（ｂ）。次に、この硬化
樹脂層の上に、液状エポキシ樹脂をスクリーン印刷法で
塗布し、膜厚〜２０μｍの樹脂塗膜４を形成した。この
樹脂塗膜上に厚さ１.２mm のニッケルメッキ付き銅製回
路パターン５を載置してから（ｃ）、温度１７０℃，圧
力５kg／cm2 の条件で加熱加圧処理を１５分間行い、上
記銅製回路パターンを接着した（ｄ）。
に、シリコーンゴム成分で変性したエポキシ樹脂組成物
（アルミナ充填量８６ｗｔ％）より成る膜厚８０μｍの
半硬化状態樹脂シート２（以下、樹脂層Ａで示す）を載
置した。ついで、樹脂層Ａの上に、アクリロニトリルゴ
ムで変性したエポキシ樹脂組成物（アルミナ充填量８８
ｗｔ％）より成る膜厚８０μｍの半硬化状態樹脂シート
３（以下、樹脂層Ｂで示す）を載置した（ａ）。その上
に、離型紙，クッションボード等のプレス構成材を配置
してから、３０torr以下の減圧下、温度１７０℃，面圧
３０kg／cm2 の条件で４０分間加熱加圧処理を行うこと
により、硬化樹脂層を形成した（ｂ）。次に、この硬化
樹脂層の上に、液状エポキシ樹脂をスクリーン印刷法で
塗布し、膜厚〜２０μｍの樹脂塗膜４を形成した。この
樹脂塗膜上に厚さ１.２mm のニッケルメッキ付き銅製回
路パターン５を載置してから（ｃ）、温度１７０℃，圧
力５kg／cm2 の条件で加熱加圧処理を１５分間行い、上
記銅製回路パターンを接着した（ｄ）。
【００２４】回路パターン接着完了後、回路パターンの
側面には加熱加圧時に流れ出た樹脂によりフィレット形
状６が形成された。
側面には加熱加圧時に流れ出た樹脂によりフィレット形
状６が形成された。
【００２５】本実施例で作製した基板について、回路パ
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
1ＴΩ、１１０℃では１.３ＧΩ であり、高温域での絶
縁抵抗低下が比較的小さいことが分かった。さらに、条
件：−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３
０分の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音
波探傷装置で回路パターン接着界面の接着状態を調べ
た。その結果、１０００回後においても、上記接着界面
にボイド，剥離等の劣化の兆候は見られず、優れた接着
性を有することが分かった。
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
1ＴΩ、１１０℃では１.３ＧΩ であり、高温域での絶
縁抵抗低下が比較的小さいことが分かった。さらに、条
件：−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３
０分の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音
波探傷装置で回路パターン接着界面の接着状態を調べ
た。その結果、１０００回後においても、上記接着界面
にボイド，剥離等の劣化の兆候は見られず、優れた接着
性を有することが分かった。
【００２６】〔実施例２〕本実施例の内容を図２を用い
て説明する。
て説明する。
【００２７】実施例１と同様にして、アルミニウム基板
１上に硬化樹脂層を形成した後、樹脂塗膜４を形成し
た。それから、この樹脂塗膜上に、厚さ１.２mm のニッ
ケルメッキ付き銅製回路パターン５及び厚さ１.２mm の
ガラスエポキシ製両面プリント基板７を載置した
（ｃ）。この後、温度１７０℃，圧力５kg／cm2 の条件
で加熱加圧処理を１５分間行い、上記銅製回路パターン
及びガラスエポキシ製両面プリント基板を接着した
（ｄ）。接着完了後、銅製回路パターン及びプリント基
板の側面には加熱加圧時に流れ出た樹脂によりフィレッ
ト形状６が形成された。
１上に硬化樹脂層を形成した後、樹脂塗膜４を形成し
た。それから、この樹脂塗膜上に、厚さ１.２mm のニッ
ケルメッキ付き銅製回路パターン５及び厚さ１.２mm の
ガラスエポキシ製両面プリント基板７を載置した
（ｃ）。この後、温度１７０℃，圧力５kg／cm2 の条件
で加熱加圧処理を１５分間行い、上記銅製回路パターン
及びガラスエポキシ製両面プリント基板を接着した
（ｄ）。接着完了後、銅製回路パターン及びプリント基
板の側面には加熱加圧時に流れ出た樹脂によりフィレッ
ト形状６が形成された。
【００２８】本実施例で作製した基板について、条件：
−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３０分
の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音波探
傷装置で銅製回路パターン及びプリント基板接着界面の
接着状態を調べた。その結果、１０００回後において
も、上記接着界面にボイド，剥離等の劣化の兆候は見ら
れず、回路パターンに加えてプリント基板も搭載した、
搭載品接着性に優れた回路用金属基板を作製することが
できた。
−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３０分
の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音波探
傷装置で銅製回路パターン及びプリント基板接着界面の
接着状態を調べた。その結果、１０００回後において
も、上記接着界面にボイド，剥離等の劣化の兆候は見ら
れず、回路パターンに加えてプリント基板も搭載した、
搭載品接着性に優れた回路用金属基板を作製することが
できた。
【００２９】〔実施例３〕本実施例の内容を図３を用い
て説明する。
て説明する。
【００３０】実施例２と同様な工程で、回路パターン５
及びプリント基板７を接着した回路用金属基板を作製し
た（ａ）。次に、この回路用金属基板上の回路パターン
５及びプリント基板７に、パワーＭＯＳトランジスター
素子８，電子・電気部品９を半田を用いて搭載してか
ら、電極板１０をインサートした樹脂製ケース１２を前
記回路用金属基板上にシリコーン系接着剤で接着した
（ｂ）。その後、アルミニウムボンディングワイヤ１３
で電気的接続を行った（ｃ）。そして、ケース内部にシ
リコーンゲル１４を注入し、１３０℃／０.５ 時間の加
熱で硬化させた(ｄ)。最後に、蓋状ケース１５をシリコ
ーン系接着剤で接着してパワー半導体モジュール装置を
作製した（ｅ）。
及びプリント基板７を接着した回路用金属基板を作製し
た（ａ）。次に、この回路用金属基板上の回路パターン
５及びプリント基板７に、パワーＭＯＳトランジスター
素子８，電子・電気部品９を半田を用いて搭載してか
ら、電極板１０をインサートした樹脂製ケース１２を前
記回路用金属基板上にシリコーン系接着剤で接着した
（ｂ）。その後、アルミニウムボンディングワイヤ１３
で電気的接続を行った（ｃ）。そして、ケース内部にシ
リコーンゲル１４を注入し、１３０℃／０.５ 時間の加
熱で硬化させた(ｄ)。最後に、蓋状ケース１５をシリコ
ーン系接着剤で接着してパワー半導体モジュール装置を
作製した（ｅ）。
【００３１】尚、本実施例では、パワー半導体モジュー
ル装置底面のほぼ全域に回路用金属基板を用いている
が、本発明はこの構成に限定されるものではなく、目的
に応じて、例えばパワー半導体素子が搭載される領域等
特に放熱が必要とされる領域に限って回路用金属基板を
用いてもよい。
ル装置底面のほぼ全域に回路用金属基板を用いている
が、本発明はこの構成に限定されるものではなく、目的
に応じて、例えばパワー半導体素子が搭載される領域等
特に放熱が必要とされる領域に限って回路用金属基板を
用いてもよい。
【００３２】本実施例で作製した半導体装置について、
１１０℃温度雰囲気下で連続動作試験を行ったが、３０
分経過後も正常に動作し、高温域での特性に優れた、樹
脂絶縁系回路基板を用いたパワー半導体モジュール装置
であることが分った。
１１０℃温度雰囲気下で連続動作試験を行ったが、３０
分経過後も正常に動作し、高温域での特性に優れた、樹
脂絶縁系回路基板を用いたパワー半導体モジュール装置
であることが分った。
【００３３】樹脂絶縁系の回路用金属基板は、一般的に
耐衝撃振動性に有利と考えられる上、本発明による回路
用金属基板では高温域での絶縁特性低下も小さいため、
本発明による回路用金属基板を用いた半導体モジュール
装置は、例えば、耐衝撃振動性及び耐熱性が要求される
（電気自動車及びハイブリッド自動車を含めた）陸上車
両への適用が好適であると考えられる。
耐衝撃振動性に有利と考えられる上、本発明による回路
用金属基板では高温域での絶縁特性低下も小さいため、
本発明による回路用金属基板を用いた半導体モジュール
装置は、例えば、耐衝撃振動性及び耐熱性が要求される
（電気自動車及びハイブリッド自動車を含めた）陸上車
両への適用が好適であると考えられる。
【００３４】〔比較例１〕実施例１の樹脂層Ａの替わり
に樹脂層Ｂを用いた以外は、実施例１と同様にして、回
路用金属基板を組み立てた。即ち、本実施例の場合に
は、樹脂層Ｂが積層されていることになる。回路パター
ン接着完了後、回路パターンの側面には加熱加圧時に流
れ出た樹脂によりフィレット形状が形成された。
に樹脂層Ｂを用いた以外は、実施例１と同様にして、回
路用金属基板を組み立てた。即ち、本実施例の場合に
は、樹脂層Ｂが積層されていることになる。回路パター
ン接着完了後、回路パターンの側面には加熱加圧時に流
れ出た樹脂によりフィレット形状が形成された。
【００３５】本実施例で作製した基板について、回路パ
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
2ＴΩ、１１０℃では２５ＭΩであり、高温域での絶縁
抵抗低下が大きいことが分かった。さらに、条件：−４
０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３０分の温
度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音波探傷装
置で回路パターン接着界面の接着状態を調べた。その結
果、１０００回後においても、上記接着界面にボイド，
剥離等の劣化の兆候は見られず、優れた接着性を有する
ことが分かった。
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
2ＴΩ、１１０℃では２５ＭΩであり、高温域での絶縁
抵抗低下が大きいことが分かった。さらに、条件：−４
０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３０分の温
度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音波探傷装
置で回路パターン接着界面の接着状態を調べた。その結
果、１０００回後においても、上記接着界面にボイド，
剥離等の劣化の兆候は見られず、優れた接着性を有する
ことが分かった。
【００３６】〔比較例２〕実施例１の樹脂層Ｂの替わり
に樹脂層Ａを用いた以外は、実施例１と同様にして、回
路用金属基板を組み立てた。即ち、本実施例の場合に
は、樹脂層Ａが積層されていることになる。本実施例の
場合には、硬化樹脂層上に樹脂塗膜を形成する際、塗布
した樹脂が部分的にはじかれた状態となった。回路パタ
ーン接着完了後、回路パターンの側面には加熱加圧時に
流れ出た樹脂によりフィレット形状が形成された。
に樹脂層Ａを用いた以外は、実施例１と同様にして、回
路用金属基板を組み立てた。即ち、本実施例の場合に
は、樹脂層Ａが積層されていることになる。本実施例の
場合には、硬化樹脂層上に樹脂塗膜を形成する際、塗布
した樹脂が部分的にはじかれた状態となった。回路パタ
ーン接着完了後、回路パターンの側面には加熱加圧時に
流れ出た樹脂によりフィレット形状が形成された。
【００３７】本実施例で作製した基板について、回路パ
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
2ＴΩ、１１０℃では２.２ＧΩ であり、高温域での絶
縁抵抗低下が比較的小さいことが分かった。さらに、条
件：−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３
０分の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音
波探傷装置で回路パターン接着界面の接着状態を調べ
た。その結果、温度サイクル５００回の時点で、上記接
着界面に剥離が発生しており、本比較例の構成では回路
パターンの接着性に問題あることが分かった。
ターンとアルミニウム基板に直流５００Ｖの電圧を印加
して１分後の絶縁抵抗値の測定を行った所、室温では1.
2ＴΩ、１１０℃では２.２ＧΩ であり、高温域での絶
縁抵抗低下が比較的小さいことが分かった。さらに、条
件：−４０℃／３０分⇔２５℃／３０分⇔１２５℃／３
０分の温度サイクル試験を行った。所定回数ごとに超音
波探傷装置で回路パターン接着界面の接着状態を調べ
た。その結果、温度サイクル５００回の時点で、上記接
着界面に剥離が発生しており、本比較例の構成では回路
パターンの接着性に問題あることが分かった。
【００３８】〔比較例３〕用いた回路用金属基板の硬化
樹脂層が樹脂層Ｂの積層構成になっていること以外は、
実施例３と同様な工程で、パワー半導体モジュール装置
を作製した（ｅ）。
樹脂層が樹脂層Ｂの積層構成になっていること以外は、
実施例３と同様な工程で、パワー半導体モジュール装置
を作製した（ｅ）。
【００３９】本実施例で作製した半導体装置について、
１１０℃温度雰囲気下で連続動作試験を行った所、約１
５分経過後から動作異常が発生した。
１１０℃温度雰囲気下で連続動作試験を行った所、約１
５分経過後から動作異常が発生した。
【００４０】
【発明の効果】上述の如く、本発明による回路用金属基
板においては、複数の樹脂層に耐熱性と電気回路パター
ンとの接着性確保を分担させるように構成しているた
め、回路用金属基板としての耐熱性並びに電気回路パタ
ーンの接着信頼性を同時に満たすことが可能である。ま
た、本発明による半導体装置は、前記特徴を有する回路
用金属基板を用いているため、高温域における動作信頼
性に優れている。
板においては、複数の樹脂層に耐熱性と電気回路パター
ンとの接着性確保を分担させるように構成しているた
め、回路用金属基板としての耐熱性並びに電気回路パタ
ーンの接着信頼性を同時に満たすことが可能である。ま
た、本発明による半導体装置は、前記特徴を有する回路
用金属基板を用いているため、高温域における動作信頼
性に優れている。
【図１】本発明による回路用金属基板の組み立て工程模
式図である。
式図である。
【図２】本発明による回路用金属基板の組み立て工程模
式図である。
式図である。
【図３】本発明によるパワー半導体モジュール装置の組
み立て工程模式図である。
み立て工程模式図である。
１…アルミニウム基板、２…樹脂層Ａ、３…樹脂層Ｂ、
４…樹脂塗膜、５…回路パターン、６…樹脂フィレッ
ト、７…有機プリント基板、８…パワーＭＯＳトランジ
スター素子、９…電子・電気部品、１０…電極板、１１
…外部取出し端子・ピン、１２…樹脂製ケース、１３…
アルミニウムボンディングワイヤ、１４…シリコーンゲ
ル、１５…蓋状ケース。
４…樹脂塗膜、５…回路パターン、６…樹脂フィレッ
ト、７…有機プリント基板、８…パワーＭＯＳトランジ
スター素子、９…電子・電気部品、１０…電極板、１１
…外部取出し端子・ピン、１２…樹脂製ケース、１３…
アルミニウムボンディングワイヤ、１４…シリコーンゲ
ル、１５…蓋状ケース。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｃ
(72)発明者 鴨志田 陸男
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 平井 強
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所火力・水力事業部内
Ｆターム(参考） 5E315 AA03 AA13 BB01 BB03 BB14
BB15 CC01 CC16 CC23 CC24
DD13 DD17 GG03 GG05
5E338 AA01 AA03 AA16 AA18 BB63
BB75 CC01 CD11 EE01 EE11
5F036 AA01 BB08 BC22 BD22
Claims (7)
- 【請求項１】金属板と、前記金属板上に形成された絶縁
層と、前記絶縁層上に形成された回路パターンとを有す
る回路用金属基板において、前記絶縁層が、樹脂組成の
異なる２層以上の樹脂層から構成されていることを特徴
とする回路用金属基板。 - 【請求項２】請求項１に記載の回路用金属基板におい
て、前記回路パターンの側面の少なくとも一部が樹脂層
で覆われていることを特徴とする回路用金属基板。 - 【請求項３】請求項１に記載の回路用金属基板におい
て、前記絶縁層が、シリコーンゴム成分またはフッ素ゴ
ム成分を含有した樹脂層を有することを特徴とする回路
用金属基板。 - 【請求項４】第一の金属板に絶縁層を介して電気回路パ
ターン状に形成された第二の金属板とが積層されて構成
される回路用金属基板において、前記第二の金属板に接
する樹脂層が該金属板の側面の少なくとも一部を覆って
おり、前記第一の金属板と前記第二の金属板との間の絶
縁層が、樹脂組成の異なる３層以上の樹脂層から構成さ
れていることを特徴とする回路用金属基板。 - 【請求項５】請求項１に記載の回路用金属基板におい
て、前記第一の金属板に接する樹脂層は、シリコーンゴ
ム成分またはフッ素ゴム成分を含有し、前記第二の金属
板に接する樹脂層に接する樹脂層は、ブタジエン系ゴ
ム，ニトリルゴム，アクリルゴム，アクリロニトリルゴ
ム，スチレン−ブタジエン系ゴム，エチレン−プロピレ
ン系ゴム，ウレタン系ゴムから選ばれる１種類あるいは
２種類以上のゴム成分を含有することを特徴とする回路
用金属基板。 - 【請求項６】請求項４または５に記載の回路用金属基板
において、前記第一の金属板上の前記樹脂層上に、前記
第二の金属板と共に、有機プリント回路基板が搭載され
ていることを特徴とする回路用金属基板。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の回路用金
属基板上に半導体素子等の電子・電気部品を搭載したこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207201A JP2003023223A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 回路用金属基板及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207201A JP2003023223A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 回路用金属基板及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003023223A true JP2003023223A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19043217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001207201A Pending JP2003023223A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 回路用金属基板及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003023223A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540590A (ja) * | 2006-06-13 | 2009-11-19 | バレオ・エチユード・エレクトロニク | 電気コンポーネントのためのホルダならびにそのホルダおよびコンポーネントを含む電気装置 |
| JP2010226010A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Alps Electric Co Ltd | 電子回路ユニット及びその製造方法 |
| JP2015019003A (ja) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | 三菱電機株式会社 | パワーモジュール及びその製造方法 |
| JP2016143775A (ja) * | 2015-02-02 | 2016-08-08 | 日本発條株式会社 | 金属ベース回路基板及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-07-09 JP JP2001207201A patent/JP2003023223A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009540590A (ja) * | 2006-06-13 | 2009-11-19 | バレオ・エチユード・エレクトロニク | 電気コンポーネントのためのホルダならびにそのホルダおよびコンポーネントを含む電気装置 |
| US8742259B2 (en) | 2006-06-13 | 2014-06-03 | Valeo Etudes Electroniques | Holder for electrical component and electrical device including the holder and component |
| JP2010226010A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Alps Electric Co Ltd | 電子回路ユニット及びその製造方法 |
| JP2015019003A (ja) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | 三菱電機株式会社 | パワーモジュール及びその製造方法 |
| JP2016143775A (ja) * | 2015-02-02 | 2016-08-08 | 日本発條株式会社 | 金属ベース回路基板及びその製造方法 |
| WO2016125650A1 (ja) * | 2015-02-02 | 2016-08-11 | 日本発條株式会社 | 金属ベース回路基板及びその製造方法 |
| US11490513B2 (en) | 2015-02-02 | 2022-11-01 | Nhk Spring Co., Ltd. | Metal base circuit board and method of manufacturing the metal base circuit board |
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