JP2013042055A - Manufacturing method of insulation circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、絶縁回路基板の製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえばパワーデバイスなどの電子素子が実装される絶縁回路基板を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an insulating circuit board, and more particularly to a method for manufacturing an insulating circuit board on which an electronic element such as a power device is mounted.
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「純アルミニウム」という用語は、純度９９．００wt％以上の純アルミニウムを意味するものとする。 In this specification, the term “aluminum” includes aluminum alloys in addition to pure aluminum, except when expressed as “pure aluminum”. In this specification and claims, the term “pure aluminum” means pure aluminum having a purity of 99.00 wt% or more.
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子（電子素子）からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、半導体素子から発せられる熱を効率良く放熱して、半導体素子の温度を所定温度以下に保つ必要がある。そこで、従来、パワーデバイスを実装するパワーモジュール用ベースとして、アルミニウム製ヒートシンクおよびヒートシンクにろう付された絶縁回路基板からなり、絶縁回路基板が、セラミック製電気絶縁板と、電気絶縁板の片面にろう付されたアルミニウム製回路板と、電気絶縁板の他面にろう付された応力緩和板とよりなり、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部を有する配線面となされているものが広く知られている（特許文献１参照）。 For example, in a power module equipped with a power device composed of a semiconductor element (electronic element) such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the heat generated from the semiconductor element is efficiently dissipated to keep the temperature of the semiconductor element below a predetermined temperature. Need to keep. Therefore, conventionally, a power module base for mounting a power device is composed of an aluminum heat sink and an insulating circuit board brazed to the heat sink, and the insulating circuit board is brazed on one side of the ceramic insulating board and the insulating board. The circuit board made of aluminum and the stress relaxation board brazed to the other surface of the electrical insulation board, the surface of the circuit board opposite to the surface brazed to the electrical insulation board is mounted with electronic elements What is made into the wiring surface which has a part is known widely (refer patent document 1).
特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、絶縁回路基板の回路板の配線面にニッケルメッキが施された後、電子素子搭載部にパワーデバイスがはんだ付けされることにより実装されてパワーモジュールとして用いられている。そして、パワーデバイスから発せられた熱は、回路板および電気絶縁板を経てヒートシンクに伝えられ、放熱されるようになっている。
The power module base described in
ところで、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、隣り合うものどうしの間にＡｌ−Ｓｉ合金系のろう材を配置した状態で積層し、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、加圧しつつ加熱してヒートシンクと電気絶縁板および電気絶縁板と回路板とをろう付することにより製造されている。
By the way, the base for a power module described in
しかしながら、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を積層状態で加圧しつつ加熱すると、ろう材は、まず外周縁部から溶融し始め、その後徐々に中央部に向けて熱が伝導し溶融が進んでいくので、ろう材の中央部を溶融させるまで加熱しようとすると、その前に、ろう材の外周縁部に存在しておりかつ既に溶融したろう材が、回路板と電気絶縁板との間からしみ出し、さらにその表面張力で凝集することによって、回路板の側面を伝って配線面まで流れて配線面の電子素子搭載部を覆うおそれがあった。そして、溶融したろう材が回路板の配線面の電子素子搭載部を覆い、ここで凝固すると、電子素子搭載部を含んだ配線面全体への良好なニッケルメッキや、電子素子搭載部への電子素子の良好なはんだ付けが困難になる。しかも、凝固したろう材上からニッケルメッキを施した回路板の配線面の電子素子搭載部に電子素子をはんだ付すると、電子素子の熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
However, in the power module base manufacturing method described in
そこで、このような問題を解決したパワーモジュール用ベースの製造方法として、セラミック製電気絶縁板の一面とアルミニウム製回路板とをろう付する前に、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面に酸化膜を形成しておく方法が提案されている（特許文献２参照）。 Therefore, as a method for manufacturing a base for a power module that solves such a problem, before brazing the one surface of the ceramic electrical insulating plate and the aluminum circuit board, the circuit board contour is formed and the thickness of the circuit board is determined. A method of forming an oxide film on a contour surface having a width in the direction has been proposed (see Patent Document 2).
特許文献２記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、溶融したろう材が、回路板の配線面に浸入することは抑制されるが、回路板の輪郭面への溶融ろう材の浸入も抑制されるので、電気絶縁板の回路板がろう付された面における回路板の輪郭の周囲の部分において、局所的に多くの溶融ろう材が貯められる箇所が発生し、製造された絶縁回路基板の当該箇所においては、溶融したろう材が電気絶縁板の回路板がろう付された面において再凝固することにより形成され、かつ電気絶縁板の輪郭から外方に比較的大きく突出した再凝固ろう材が存在することになる。したがって、回路板と応力緩和板との間の絶縁距離が短くなり、回路板と応力緩和板との間の電気絶縁性が損なわれるおそれがある。 In the power module base manufacturing method described in Patent Document 2, the molten brazing material is prevented from entering the wiring surface of the circuit board, but the penetration of the molten brazing material into the contour surface of the circuit board is also suppressed. Therefore, in the portion around the outline of the circuit board on the surface where the circuit board of the electrical insulating board is brazed, a place where a lot of molten brazing material is stored locally is generated, and the relevant insulating circuit board manufactured The re-solidified brazing material is formed by re-solidifying the molten brazing material on the surface where the circuit board of the electric insulating plate is brazed, and projecting relatively large outward from the outline of the electric insulating plate. Will exist. Therefore, the insulation distance between the circuit board and the stress relaxation board is shortened, and the electrical insulation between the circuit board and the stress relaxation board may be impaired.
この発明の目的は、上記問題を解決し、電気絶縁性の優れた絶縁回路基板の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above problems and provide a method for manufacturing an insulated circuit board having excellent electrical insulation.
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following aspects.
1)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付され、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法であって、
回路板の配線面に、溶融したろう材が配線面に侵入することを防止する溶融ろう材浸入防止物を付着させておき、さらに電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層し、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
1) A circuit board made of a conductive material is brazed to one surface of an electrical insulating plate, and the surface of the circuit board opposite to the surface brazed to the electrical insulating plate is a wiring surface having an electronic element mounting portion. A method of manufacturing an insulated circuit board in which the electrical insulating plate is larger than the circuit board and the contour of the electrical insulating plate is located outside the contour of the circuit board,
A molten brazing material intrusion prevention material that prevents the molten brazing material from entering the wiring surface is attached to the wiring surface of the circuit board, and there is a brazing material layer between the electrical insulating plate and the circuit board. The electrical insulating plate, the circuit board and the brazing material layer are heated in this state, and the electrical insulating plate and the circuit board are brazed using the brazing material melted from the brazing material layer. A method for manufacturing an insulated circuit board.
2)溶融ろう材浸入防止物が、溶融ろう材の回路板に対する接触角を９０度以上にする材料からなる請求項１記載の絶縁回路基板の製造方法。
2. The method for manufacturing an insulated circuit board according to
3)溶融ろう材浸入防止物が、ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方からなる上記1)または2)記載の絶縁回路基板の製造方法。 3) The method for producing an insulated circuit board according to 1) or 2) above, wherein the molten brazing material intrusion prevention material comprises at least one of BN and SiO 2 .
4)ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方の粉末を、分散媒に分散させて懸濁液をつくり、当該懸濁液を塗布した後乾燥させることによって、ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方を付着させる上記3)記載の絶縁回路基板の製造方法。 4) At least one of BN and SiO 2 is dispersed in a dispersion medium to form a suspension, and after applying the suspension and drying, at least one of BN and SiO 2 is dried. 3. The method for producing an insulated circuit board according to 3) above, wherein either one is adhered.
5)溶融ろう材浸入防止物が、回路板を構成する材料の酸化膜からなる上記1)または2)記載の絶縁回路基板の製造方法。 5) The method for producing an insulated circuit board according to 1) or 2) above, wherein the molten brazing material intrusion prevention material comprises an oxide film of a material constituting the circuit board.
6)電気絶縁板がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４およびＢｅＯよりなる群から選ばれた１種の材料からなり、回路板がアルミニウムからなり、ろう材層がＡｌ−Ｓｉ合金系ろう材からなる上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。 6) The electrical insulating plate is made of one material selected from the group consisting of AlN, Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4 and BeO, the circuit board is made of aluminum, and the brazing material layer is an Al—Si alloy. 6. The method for producing an insulated circuit board according to any one of 1) to 5), comprising a brazing filler metal.
7)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付されるとともに、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きくかつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板と、絶縁回路基板の電気絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面がろう付された冷却器とを備えているパワーモジュール用ベースを、電気絶縁板と回路板および冷却器とを、隣り合うものどうしの間に介在させたろう材層を用いてろう付することにより製造する方法であって、
上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と、配線面に溶融ろう材浸入防止物が付着させられた回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板と回路板および冷却器を同時にろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
7) A circuit board made of a conductive material is brazed to one surface of the electric insulating plate, and the surface opposite to the surface brazed to the electric insulating plate in the circuit board is an electronic element mounting surface, The insulating circuit board whose board is larger than the circuit board and the outline of the electric insulating board is located outside the outline of the circuit board, and the surface of the electric insulating board of the insulating circuit board opposite to the surface where the circuit board is brazed Brazing a power module base having a cooler with a brazed side surface using a brazing material layer in which an electrical insulating plate, a circuit board and a cooler are interposed between adjacent ones. A method of manufacturing by:
There is a brazing filler metal layer between the electrical insulating plate in the method described in any one of 1) to 6) above and the circuit board in which the molten brazing filler intrusion prevention material is adhered to the wiring surface. At the same time, the electric insulating plate and the cooler are laminated so that there is a brazing material layer between them, and the electric insulating plate, the circuit board and the cooler are brazed at the same time. Manufacturing method.
8)電気絶縁板と冷却器との間に熱伝導性材料製応力緩和部材を配置するとともに、電気絶縁板および冷却器と応力緩和部材との間にろう材層を配置しておき、電気絶縁板と回路板および応力緩和部材、ならびに冷却器と応力緩和部材とを同時にろう付する上記7)記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。 8) A stress relief member made of a heat conductive material is disposed between the electrical insulating plate and the cooler, and a brazing material layer is disposed between the electrical insulation plate and the cooler and the stress relaxation member to electrically insulate. 7. The method for producing a base for a power module as described in 7) above, wherein the board, the circuit board, the stress relaxation member, and the cooler and the stress relaxation member are brazed simultaneously.
9)上記1)〜6)に記載された方法により製造された絶縁回路基板であって、
導電材料製回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面に沿って、一旦溶融したろう材が再凝固して形成された再凝固ろう材が存在しており、再凝固ろう材が回路板の配線面には存在していない絶縁回路基板。
9) An insulated circuit board manufactured by the method described in 1) to 6) above,
There is a re-solidified brazing material formed by re-solidifying the once-melted brazing material along the contour surface that forms the contour of the circuit board made of conductive material and has a width in the thickness direction of the circuit board. An insulated circuit board in which no solidified brazing material is present on the wiring surface of the circuit board.
上記1)〜6)の絶縁回路基板の製造方法によれば、回路板の配線面に、溶融したろう材が配線面に侵入することを防止する溶融ろう材浸入防止物を付着させておき、さらに電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層し、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付するので、回路板の配線面に、溶融したろう材が浸入することが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。 According to the method for producing an insulated circuit board of 1) to 6) above, a molten brazing material intrusion prevention material for preventing the molten brazing material from entering the wiring surface is attached to the wiring surface of the circuit board, Furthermore, the electrical insulating plate and the circuit board are laminated so that the brazing material layer exists between them, and in this state, the electrical insulating plate, the circuit board and the brazing material layer are heated, and the brazing material that has melted from the brazing material layer is used. Thus, since the electrical insulating plate and the circuit board are brazed, it is possible to prevent the molten brazing material from entering the wiring surface of the circuit board. Therefore, the wiring surface having the electronic element mounting portion of the circuit board is prevented from being covered with the re-solidified brazing material, and the occurrence of defects in the nickel plating applied to the wiring surface of the circuit board is suppressed. The electronic element can be satisfactorily soldered to the electronic element mounting portion on the applied wiring surface.
しかも、回路板の輪郭面への溶融ろう材の浸入は許容されるので、溶融ろう材は回路板の輪郭面全体に貯められることになり、電気絶縁板の回路板がろう付された面における回路板の輪郭の周囲の部分においては局所的に多くの溶融ろう材が貯められる箇所が発生することが防止される。したがって、製造された絶縁回路基板においては、電気絶縁板の輪郭から外方に比較的大きく突出した再凝固ろう材が存在することが防止され、その結果回路板と応力緩和板との間の絶縁距離が長くなり、回路板と応力緩和板との間の電気絶縁性が損なわれることはなくなる。 Moreover, since the penetration of the molten brazing material into the contour surface of the circuit board is allowed, the molten brazing material is stored in the entire contour surface of the circuit board, and the circuit board of the electrical insulating board is brazed on the surface. In the peripheral portion of the circuit board outline, it is possible to prevent the occurrence of a location where a large amount of molten brazing material is stored locally. Therefore, in the manufactured insulated circuit board, it is possible to prevent the presence of a resolidified brazing material that protrudes relatively large outward from the outline of the electrical insulating plate, and as a result, the insulation between the circuit board and the stress relaxation plate. The distance is increased, and the electrical insulation between the circuit board and the stress relaxation board is not impaired.
上記2)の絶縁回路基板の製造方法によれば、溶融したろう材の回路板の配線面への濡れが防止されることによって、溶融したろう材が回路板の配線面に浸入することが防止される。 According to the method of manufacturing an insulated circuit board of 2) above, the molten brazing material is prevented from getting into the wiring surface of the circuit board by preventing the molten brazing material from getting wet on the wiring surface of the circuit board. Is done.
上記3)の絶縁回路基板の製造方法によれば、ＢＮおよびＳｉＯ２によって、溶融したろう材の濡れが効果的に防止され、溶融したろう材が回路板の配線面に浸入することが防止される。 According to the method for producing an insulated circuit board of 3) above, BN and SiO 2 effectively prevent the molten brazing material from getting wet, and the molten brazing material is prevented from entering the wiring surface of the circuit board. The
上記4)の絶縁回路基板の製造方法によれば、ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方を、容易に回路板の配線面に付着させることができる。 According to the method for manufacturing an insulated circuit board of 4), at least one of BN and SiO 2 can be easily attached to the wiring surface of the circuit board.
上記7)および8)のパワーモジュール用ベースの製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。しかも、回路板の輪郭面への溶融ろう材の浸入は許容されるので、溶融ろう材は回路板の輪郭面全体に貯められることになり、電気絶縁板の回路板がろう付された面における回路板の輪郭の周囲の部分においては局所的に多くの溶融ろう材が貯められる箇所が発生することが防止される。したがって、製造された絶縁回路基板においては、電気絶縁板の輪郭から外方に比較的大きく突出した再凝固ろう材が存在することが防止され、その結果回路板と応力緩和板との間の絶縁距離が長くなり、回路板と応力緩和板との間の電気絶縁性が損なわれることはなくなる。 According to the method for manufacturing a power module base of 7) and 8) above, the brazing material disposed between the electric insulating plate and the circuit board is melted when the electric insulating plate and the circuit board are brazed. The molten brazing material thus formed is prevented from flowing to the wiring surface side of the circuit board through the contour surface that forms the contour of the circuit board and has a width in the thickness direction of the circuit board. Therefore, the wiring surface having the electronic element mounting portion of the circuit board is prevented from being covered with the re-solidified brazing material, and the occurrence of defects in the nickel plating applied to the wiring surface of the circuit board is suppressed. The electronic element can be satisfactorily soldered to the electronic element mounting portion on the applied wiring surface. Moreover, since the penetration of the molten brazing material into the contour surface of the circuit board is allowed, the molten brazing material is stored in the entire contour surface of the circuit board, and the circuit board of the electrical insulating board is brazed on the surface. In the peripheral portion of the circuit board outline, it is possible to prevent the occurrence of a location where a large amount of molten brazing material is stored locally. Therefore, in the manufactured insulated circuit board, it is possible to prevent the presence of a resolidified brazing material that protrudes relatively large outward from the outline of the electrical insulating plate, and as a result, the insulation between the circuit board and the stress relaxation plate. The distance is increased, and the electrical insulation between the circuit board and the stress relaxation board is not impaired.
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１の上下を上下というものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the top and bottom in FIG.
図１はこの発明による絶縁回路基板を備えたパワーモジュール用ベースにおける回路板の電子素子搭載部にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示し、図２はその要部の構成を示す。 FIG. 1 shows a power module in which a power device is mounted on an electronic element mounting portion of a circuit board in a power module base having an insulated circuit board according to the present invention, and FIG.
図１において、パワーモジュール(1)は、パワーモジュール用ベース(2)と、パワーモジュール用ベース(2)に実装されたパワーデバイス(3)（電子素子）とよりなる。 In FIG. 1, the power module (1) includes a power module base (2) and a power device (3) (electronic element) mounted on the power module base (2).
パワーモジュール用ベース(2)は、長方形のセラミックス製電気絶縁板(5)、電気絶縁板(5)の上面にろう付された長方形の導電材料製回路板(6)、および電気絶縁板(5)の下面にろう付された長方形の熱伝導材料製応力緩和板(7)（応力緩和部材）からなる絶縁回路基板(4)と、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面がろう付されたアルミニウム製冷却器(8)とからなる。なお、図１においては１つの絶縁回路基板(4)だけが図示されているが、パワーモジュール用ベース(2)は、複数の絶縁回路基板(4)を備えているのが一般的である。 The power module base (2) includes a rectangular ceramic electrical insulating plate (5), a rectangular conductive material circuit board (6) brazed to the upper surface of the electrical insulating plate (5), and an electrical insulating plate (5 ) Insulated circuit board (4) consisting of a stress relief plate (7) (stress relief member) made of a rectangular heat conductive material brazed to the lower surface of the insulation circuit board (4) and the lower surface of the stress relief plate (7) of the insulated circuit board (4) It consists of an aluminum cooler (8) brazed. Although only one insulating circuit board (4) is shown in FIG. 1, the power module base (2) generally includes a plurality of insulating circuit boards (4).
絶縁回路基板(4)の電気絶縁板(5)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのようなセラミックから形成されていてもよいが、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などにより形成される。電気絶縁板(5)は回路板(6)および応力緩和板(7)よりも大きく、電気絶縁板(5)の輪郭は回路板(6)および応力緩和板(7)の輪郭よりも外側に位置している。 The electrical insulating plate (5) of the insulating circuit board (4) may be made of any ceramic as long as it satisfies the required insulating properties, thermal conductivity and mechanical strength. For example, AlN , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like. The electrical insulation plate (5) is larger than the circuit board (6) and the stress relief plate (7), and the outline of the electrical insulation plate (5) is outside the outline of the circuit board (6) and the stress relief plate (7). positioned.
回路板(6)は、導電性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、電気伝導率および熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも半導体素子とのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。回路板(6)の厚さは、電気伝導性および熱伝導性を考慮して、５ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下とされるのが通常である。回路板(6)の上面、すなわち回路板(6)における電気絶縁板(5)にろう付された面とは反対側の面は、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)となされている。 The circuit board (6) is formed of a metal such as aluminum or copper having excellent conductivity, but has high electric conductivity and thermal conductivity, high deformability, and excellent solderability with a semiconductor element. It is preferably formed of pure aluminum having a high purity, for example, pure aluminum having a purity of 99.99% by mass or more. The thickness of the circuit board (6) is usually 5 mm or less, preferably 1.0 mm or less in consideration of electrical conductivity and thermal conductivity. The upper surface of the circuit board (6), that is, the surface of the circuit board (6) opposite to the surface brazed to the electrical insulating plate (5) is the wiring surface (9) having the electronic element mounting portion (11). Has been made.
応力緩和板(7)は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、熱伝導率が高く、しかも変形能が高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。応力緩和板(7)に、応力緩和板(7)の厚み方向（上下方向）にのびる複数の貫通穴(12)が形成されている。なお、応力緩和板(7)には、必ずしも貫通穴が形成されている必要はない。 The stress relaxation plate (7) is made of a metal such as aluminum and copper having excellent thermal conductivity, but is pure aluminum having high thermal conductivity and high deformability, for example, pure aluminum having a purity of 99.99% by mass or more. It is preferable that it is formed of aluminum. A plurality of through holes (12) extending in the thickness direction (vertical direction) of the stress relaxation plate (7) are formed in the stress relaxation plate (7). The stress relaxation plate (7) does not necessarily have a through hole.
冷却器(8)は、複数の冷却流体通路(13)が並列状に設けられた扁平中空状であり、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムにより形成されていることが好ましい。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。なお、冷却器(8)としては、ケース内にインナーフィンが配置されたものが用いられてもよい。 The cooler (8) is preferably a flat hollow shape in which a plurality of cooling fluid passages (13) are provided in parallel, is excellent in thermal conductivity, and is preferably formed of lightweight aluminum. Either a liquid or a gas may be used as the cooling fluid. As the cooler (8), a cooler in which inner fins are arranged in a case may be used.
パワーデバイス(3)は、絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)における電子素子搭載部(11)上にはんだ付けされており、これによりパワーモジュール用ベース(2)に実装されている。パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、電気絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱されるようになっている。 The power device (3) is soldered onto the electronic element mounting part (11) on the wiring surface (9) of the circuit board (6) of the insulated circuit board (4), thereby the power module base (2). Has been implemented. Heat generated from the power device (3) is transferred to the cooler (8) through the circuit board (6), the electrical insulating plate (5) and the stress relaxation plate (7), and flows in the cooling fluid passage (13). Heat is dissipated to the cooling fluid.
図１においては図示を省略したが、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)とは、それぞれＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いてろう付されており、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)との間にはそれぞれ一旦溶融したろう材が再凝固して形成された再凝固ろう材層が設けられている。 Although not shown in FIG. 1, the electrical insulation plate (5) and the circuit board (6), the electrical insulation plate (5) and the stress relaxation plate (7), and the stress relaxation plate (7) and the cooler (8). Are brazed with an aluminum brazing material containing 10% by mass of Si and 1% by mass of Mg, and the balance Al and unavoidable impurities, and the electric insulating plate (5), circuit board (6), electric insulating plate ( 5) and the stress relieving plate (7), and between the stress relieving plate (7) and the cooler (8), a re-solidified brazing filler metal layer formed by re-solidifying the once melted brazing material is provided. ing.
図２に示すように、回路板(6)の輪郭を形成しかつ回路板(6)の厚み方向に幅を持つ輪郭面(6a)に、当該輪郭面(6a)の全体を覆うように、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に再凝固ろう材層(14)に連なった再凝固ろう材(15)が設けられている。 As shown in FIG. 2, the contour surface (6a) that forms the contour of the circuit board (6) and has a width in the thickness direction of the circuit board (6) covers the entire contour surface (6a). A resolidified brazing material (15) connected to the resolidified brazing material layer (14) is provided between the electrical insulating plate (5) and the circuit board (6).
以下、パワーモジュール用ベース(2)の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the power module base (2) will be described.
まず、回路板(6)の配線面(9)に、電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するろう材層から溶け出したろう材が配線面(9)に侵入することを防止する溶融ろう材浸入防止物を付着させておく。溶融ろう材浸入防止物としては、たとえば溶融ろう材の回路板(6)に対する接触角を９０度以上にする材料からなる。具体的には、溶融ろう材浸入防止物は、ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方からなることが好ましい。そして、ＢＮおよびＳｉＯ２のうちの少なくともいずれか一方の粉末を、分散媒に分散させて懸濁液をつくり、当該懸濁液を塗布した後乾燥させることによって溶融ろう材浸入防止物を、回路板(6)の配線面(9)に付着させる。前記分散媒としては、たとえば水、メチルエチルケトンなどが挙げられる。 First, the brazing material that has melted from the brazing material layer that brazes the electrical insulating plate (5) and the circuit board (6) into the wiring surface (9) of the circuit board (6). A molten brazing material intrusion prevention material is attached to prevent this. The molten brazing material intrusion prevention material is made of, for example, a material that makes the contact angle of the molten brazing material with respect to the circuit board (6) 90 ° or more. Specifically, the molten brazing material intrusion prevention material is preferably made of at least one of BN and SiO 2 . Then, at least one of the powders of BN and SiO 2 is dispersed in a dispersion medium to form a suspension, and the suspension is applied and then dried to obtain a molten brazing material intrusion prevention circuit. Adhere to the wiring surface (9) of the board (6). Examples of the dispersion medium include water and methyl ethyl ketone.
ついで、冷却器(8)上に、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)をこの順序で配置する。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間および電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に、それぞれアルミニウムろう材層を設けておく。ろう材層は、たとえばＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材からなる。
Next, the stress relaxation plate (7), the electrical insulating plate (5), and the circuit board (6) are arranged in this order on the cooler (8). Between the cooler (8) and the stress relaxation plate (7), between the stress relaxation plate (7) and the electrical insulation plate (5), and between the electrical insulation plate (5) and the circuit board (6), Each is provided with an aluminum brazing material layer. The brazing material layer is made of an aluminum brazing material containing, for example, Si 10% by mass and
冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートなどからなる。また、冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の下面に予めクラッドされていてもよい。応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の上面に予めクラッドされていてもよい。 The brazing material layer disposed between the cooler (8) and the stress relaxation plate (7) is made of a foil made of an aluminum brazing material, an aluminum brazing sheet in which a brazing material layer is formed on both sides of the core material, or the like. The brazing material layer disposed between the cooler (8) and the stress relaxation plate (7) may be clad in advance on the lower surface of the stress relaxation plate (7). The brazing material layer disposed between the stress relaxation plate (7) and the electrical insulating plate (5) is made of a foil made of an aluminum brazing material or an aluminum brazing sheet in which a brazing material layer is formed on both sides of the core material. In addition, the brazing material layer disposed between the stress relaxation plate (7) and the electrical insulating plate (5) may be clad in advance on the upper surface of the stress relaxation plate (7).
電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、回路板(6)の下面に予めクラッドされていてもよい。 The brazing material layer disposed between the electrical insulating plate (5) and the circuit board (6) is made of a foil made of an aluminum brazing material or an aluminum brazing sheet in which a brazing material layer is formed on both sides of the core material. The brazing material layer disposed between the electrical insulating plate (5) and the circuit board (6) may be clad in advance on the lower surface of the circuit board (6).
その後、適当な治具により回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)および冷却器(8)を加圧した状態にして仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、この状態で回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)、冷却器(8)およびろう材層を適当な温度に適当な時間加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材層から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)と冷却器(8)とをろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(2)が製造される。 Thereafter, the circuit board (6), the electrical insulation board (5), the stress relaxation board (7), and the cooler (8) are temporarily pressed with a suitable jig and heated in a vacuum atmosphere. In a furnace, heat the circuit board (6), electrical insulation board (5), stress relaxation board (7), cooler (8) and brazing material layer to an appropriate temperature for an appropriate time. The insulating circuit board (4) is manufactured by brazing the electrical insulating plate (5), the circuit board (6), and the stress relaxation plate (7) using the brazing material melted from the layer, and at the same time from the brazing material layer. The stress relaxation plate (7) of the insulated circuit board (4) and the cooler (8) are brazed using the melted brazing material. Thus, the power module base (2) is manufactured.
上記実施形態においては、電気絶縁板(5)と冷却器(8)との間に応力緩和板(7)が配置されているが、応力緩和板(7)は必ずしも必要とはせず、電気絶縁板(5)が直接冷却器(8)にろう付されていてもよい。 In the above embodiment, the stress relaxation plate (7) is disposed between the electrical insulating plate (5) and the cooler (8), but the stress relaxation plate (7) is not necessarily required and The insulating plate (5) may be brazed directly to the cooler (8).
次に、この発明の具体的実施例を比較例とともに述べる。 Next, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.
実施例および比較例
この実施例は、図１に示すパワーモジュール用ベースを製造したものである。
Example and Comparative Example In this example, the base for a power module shown in FIG. 1 was manufactured.
焼結助剤を含んだＡｌＮからなりかつ厚さ：０．６３mm、縦：３０mm、横：３６mmの電気絶縁板(5)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：０．６ｍｍ、縦：２８mm、横：３３mmの回路板(6)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：１．６ｍｍ、縦：２８mm、横：３３mmの応力緩和板(7)とを用意した。また、冷却器(8)の代わりに、JIS Ａ３００３からなりかつ厚さ：５mm、縦：５０mm、横６０mmのアルミニウム板を用意した。さらに、Ｓｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いて、回路板(6)および応力緩和板(7)と同形同大であるとともに、厚さが２５μｍのろう材箔を用意した。 It is made of AlN containing a sintering aid and has a thickness of 0.63 mm, a length of 30 mm, a width of 36 mm, and a pure aluminum having a purity of 99.99 wt% and a thickness of 0. A circuit board (6) of 6 mm, length: 28 mm, width: 33 mm, and a stress relaxation plate (7) made of pure aluminum having a purity of 99.99 wt% and having a thickness: 1.6 mm, length: 28 mm, width: 33 mm Prepared. Further, instead of the cooler (8), an aluminum plate made of JIS A3003 and having a thickness of 5 mm, a length of 50 mm, and a width of 60 mm was prepared. Furthermore, using an aluminum brazing material containing 10% by mass of Si and 1% by mass of Mg and the balance being Al and inevitable impurities, the circuit board (6) and the stress relaxation plate (7) have the same shape and size, and the thickness is A 25 μm brazing material foil was prepared.
ついで、ＢＮの粉末を水からなる分散媒に分散させて懸濁液をつくり、当該懸濁液を塗布した後乾燥させることによって、回路板(6)の配線面(9)となるべき片面に溶融ろう材浸入防止物を、付着量が１０ｇ／ｍ２となるように付着させた。 Next, BN powder is dispersed in a dispersion medium made of water to form a suspension, and the suspension is applied and then dried, so that the wiring surface (9) of the circuit board (6) is formed on one surface. The molten brazing material intrusion prevention material was adhered so that the adhesion amount was 10 g / m 2 .
ついで、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を、電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に上述したろう材箔を配置するとともに、アルミニウム板と応力緩和板(7)との間にＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材によって形成され、かつ厚さおよび縦横の寸法が適当なろう材箔を配置した状態で積層し、８g/mm２の面圧を負荷しながら適当な治具により仮止めした。このとき、回路板(6)における溶融ろう材浸入防止物を付着させた面を上方に向けておいた。 Next, the aluminum plate, the stress relaxation plate (7), the electrical insulation plate (5), and the circuit board (6) are disposed between the electrical insulation plate (5) and the circuit board (6) and the stress relaxation plate (7). The brazing material foil is disposed, and is formed of an aluminum brazing material containing 10% by mass of Si and 1% by mass of Mg between the aluminum plate and the stress relaxation plate (7), the balance being Al and inevitable impurities, and the thickness and Laminate foils with appropriate vertical and horizontal dimensions were laminated, and temporarily fixed with an appropriate jig while applying a surface pressure of 8 g / mm 2 . At this time, the surface of the circuit board (6) to which the molten brazing material intrusion prevention material was adhered was directed upward.
その後、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を加圧状態で仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、６００℃で１５分間加熱し、ろう材箔から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材箔から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)とアルミニウム板とをろう付した。 Thereafter, the aluminum plate, the stress relaxation plate (7), the electrical insulating plate (5), and the circuit board (6), which are temporarily fixed in a pressurized state, are placed in a heating furnace in a vacuum atmosphere, and at 600 ° C. for 15 minutes. At the same time that the insulated circuit board (4) is manufactured by brazing the electrical insulating plate (5) with the circuit board (6) and the stress relaxation plate (7) using the brazing material that is heated and melted from the brazing material foil The stress relaxation plate (7) of the insulated circuit board (4) and the aluminum plate were brazed using the brazing material melted from the brazing material foil.
製造した絶縁回路基板(4)を観察したところ、図２に示す通り、回路板(6)の輪郭を形成しかつ回路板(6)の厚み方向に幅を持つ輪郭面(6a)に、当該輪郭面(6a)の全体を覆うように、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に再凝固ろう材層(14)に連なった再凝固ろう材(15)が設けられていたが、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)は再凝固したろう材により覆われてはいなかった。 When the manufactured insulated circuit board (4) was observed, as shown in FIG. 2, the outline of the circuit board (6) was formed on the outline surface (6a) having a width in the thickness direction of the circuit board (6). A resolidified brazing material (15) connected to the resolidified brazing filler metal layer (14) is provided between the electrical insulating plate (5) and the circuit board (6) so as to cover the entire contour surface (6a). However, the wiring surface (9) having the electronic element mounting portion (11) was not covered with the re-solidified brazing material.
比較例
回路板(6)の配線面(9)となる片面に溶融ろう材浸入防止物を付着させる代わりに、回路板(6)の輪郭面(6a)に溶融ろう材浸入防止物を付着させたことを除いては、上記実施例と同様にして、絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材箔から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)とアルミニウム板とをろう付した。
Comparative example Instead of adhering the molten brazing material intrusion prevention material to one side which becomes the wiring surface (9) of the circuit board (6), adhering the molten brazing material invasion prevention material to the contour surface (6a) of the circuit board (6). In the same manner as in the above embodiment, the insulating circuit board (4) was manufactured, and at the same time, using the brazing material melted from the brazing material foil, the stress relaxation plate (7) of the insulating circuit board (4). And an aluminum plate were brazed.
製造した絶縁回路基板(4)を観察したところ、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)は再凝固したろう材により覆われてはいなかったが、図３に示すように、電気絶縁板(5)の回路板(6)がろう付された面における回路板(6)の輪郭の周囲の部分においては、電気絶縁板(5)の輪郭から外方に比較的大きく突出した再凝固ろう材(21)が局所的に存在していた。 When the manufactured insulated circuit board (4) was observed, the wiring surface (9) having the electronic element mounting portion (11) was not covered with the re-solidified brazing material, but as shown in FIG. In the area around the outline of the circuit board (6) on the surface where the circuit board (6) of the insulation board (5) is brazed, the re-projection that protrudes relatively large outward from the outline of the electric insulation board (5). Solidified brazing filler metal (21) was present locally.
(2)：パワーモジュール用ベース
(3)：パワーデバイス
(4)：絶縁回路基板
(5)：電気絶縁板
(6)：回路板
(7)：応力緩和板（応力緩和部材）
(8)：冷却器
(9)：配線面
(11)：電子素子搭載部
(14)：再凝固ろう材
(2): Base for power module
(3): Power device
(4): Insulated circuit board
(5): Electrical insulation plate
(6): Circuit board
(7): Stress relaxation plate (stress relaxation member)
(8): Cooler
(9): Wiring surface
(11): Electronic element mounting part
(14): Re-solidified brazing filler metal
Claims (9)
回路板の配線面に、溶融したろう材が配線面に侵入することを防止する溶融ろう材浸入防止物を付着させておき、さらに電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層し、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。 A circuit board made of a conductive material is brazed to one surface of the electric insulating plate, and the surface of the circuit board opposite to the surface brazed to the electric insulating plate is a wiring surface having an electronic element mounting portion. A method of manufacturing an insulated circuit board, wherein the board is larger than the circuit board and the contour of the electrical insulating board is located outside the contour of the circuit board,
A molten brazing material intrusion prevention material that prevents the molten brazing material from entering the wiring surface is attached to the wiring surface of the circuit board, and there is a brazing material layer between the electrical insulating plate and the circuit board. The electrical insulating plate, the circuit board and the brazing material layer are heated in this state, and the electrical insulating plate and the circuit board are brazed using the brazing material melted from the brazing material layer. A method for manufacturing an insulated circuit board.
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と、配線面に溶融ろう材浸入防止物が付着させられた回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板と回路板および冷却器を同時にろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。 A circuit board made of a conductive material is brazed to one surface of the electric insulating plate, and the surface of the circuit board opposite to the surface brazed to the electric insulating plate is an electronic element mounting surface. An insulated circuit board that is larger than the circuit board and has an outline of the electrical insulating board located outside the outline of the circuit board, and an opposite side of the surface of the insulated circuit board to which the circuit board is brazed. Brazing a power module base including a cooler with a brazed surface using a brazing material layer in which an electrical insulating plate, a circuit board, and a cooler are interposed between adjacent ones. The method of manufacturing by
The electrically insulating plate according to any one of claims 1 to 6 and a circuit board having a molten brazing material intrusion prevention material attached to a wiring surface so that a brazing material layer exists between the two. At the same time as laminating, the electric insulating plate and the cooler are laminated so that a brazing material layer exists between them, and the electric insulating plate, the circuit board and the cooler are brazed at the same time. Production method.
導電材料製回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面に沿って、一旦溶融したろう材が再凝固して形成された再凝固ろう材が存在しており、再凝固ろう材が回路板の配線面には存在していない絶縁回路基板。 An insulated circuit board manufactured by the method according to claim 1,
There is a re-solidified brazing material formed by re-solidifying the once-melted brazing material along the contour surface that forms the contour of the circuit board made of conductive material and has a width in the thickness direction of the circuit board. An insulated circuit board in which no solidified brazing material is present on the wiring surface of the circuit board.
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