JP2021150558A - 絶縁回路基板 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に記載の絶縁回路基板は、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等からなるセラミックス基板の一方の面に銅からなる回路層が形成され、他方の面に銅からなる放熱層が形成されている。
特許文献2に記載の絶縁回路基板は、セラミックス基板の両面にアルミニウムからなる金属板が接合され、半導体素子が搭載される側の金属板において、半導体素子が搭載される部分を他の部分より厚くしている。
また、特許文献3に記載の絶縁回路基板は、セラミックス基板の両面にアルミニウムからなる金属板が接合され、半導体素子が搭載される側の金属板は複数の回路パターンが形成され、複数の回路パターンにおいて、半導体素子が搭載される部分が他の部分より厚く形成されている。
さらに、特許文献4に記載の絶縁回路基板は、セラミックス基板の両面に銅からなる金属板が接合され、半導体素子が搭載される回路層では、複数の回路パターンに分割されたマウント用銅板上の1つの回路パターン上に、この回路パターンより外形が小さい追加重ね銅板が接合されている。これら特許文献2〜4に記載の絶縁回路基板は、金属板における半導体素子が搭載される搭載領域を他の領域よりも厚くすることにより、放熱性を高めている。
また、搭載予定領域が設けられる面が平坦面とされているので、この絶縁回路基板に半導体素子を実装してパワーモジュールとして利用する場合に、ワイヤーボンディング等の実装工程を容易にでき、パワーモジュールの製造コストを低減できる。
上記態様では、第2回路層における搭載予定領域直下の全領域が厚肉に形成されているので、絶縁回路基板の放熱性をより高めることができる。
上記態様では、絶縁回路基板の製造時に第1回路層の凹部に第2回路層の厚肉部を嵌め込むことで位置決めできるので、第1回路層及び第2回路層を適切に接合できる。
絶縁回路基板10は、図1に示すように、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に接合された放熱層13とを備える。
セラミックス基板11は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化珪素)等の窒化物系セラミックス、もしくはAl2O3(アルミナ)等の酸化物系セラミックスを用いることができる。また、セラミックス基板11の厚さは、0.2mm以上1.5mm以下とされる。
同様に、放熱層13は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第1放熱層16と、銅又は銅合金からなる第2放熱層17との二層構造とされており、セラミックス基板11の他方の面に第1放熱層16が形成され、その上に第2放熱層17が形成されている。
第2回路層15及び第2放熱層17は、例えば純度99.96質量%以上の銅(無酸素銅)や純度99.90質量%以上の銅(タフピッチ銅)が好適である。
また、第1回路層14の第2回路層15との接合面には、厚肉部151が収容される凹部141が形成されている。この凹部141は、厚肉部151の突出部位を収容可能な形状とされ、例えば、厚肉部151の角柱状の突出部位と略同形状に形成されている。
これら第1回路層14及び第2回路層15と、第1放熱層16及び第2放熱層17とのそれぞれは、固相拡散接合されている。
絶縁回路基板10の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、第1回路層14となる第1回路層用金属板14aに凹部141aを形成するとともに、第2回路層15となる第2回路層用金属板15aを加工して厚肉部151a及び薄肉部152aを形成する。第1回路層用金属板14a及び第2回路層用金属板15aの加工は、フライス盤やボール盤等により板材を削り出すことにより実行される。
なお、上記加工は、削り出しに限らず、プレス成型により第1回路層用金属板14aに凹部141aを形成するとともに、第2回路層用金属板15aに厚肉部151a及び薄肉部152aを形成してもよい。また、第1回路層用金属板14a及び第1放熱層用金属板16aの厚さは、0.2mm以上3.0mm以下とされ、第2回路層用金属板15aの薄肉部152aの厚さは0.2mm以上4.0mm以下とされ、厚肉部151aの厚さは、0.3mm以上6.9mm以下とされている。
なお、本実施形態では、ろう材箔50を用いることとしたが、これに限らず、ろう材ペーストを用いてもよい。この場合、ろう材ペーストは、セラミックス基板11に塗布してもよいし、第1回路層用金属板14a及び第1放熱層用金属板16aに塗布してもよい。
これにより、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が形成され、他方の面に放熱層13が形成された絶縁回路基板10が製造される。
また、搭載予定領域Ar1が設けられる第1面150aが平坦面とされているので、この絶縁回路基板10に半導体素子30を実装してパワーモジュール等として利用する場合に、ワイヤーボンディング等の実装工程を容易にでき、パワーモジュール等の製造コストを低減できる。
また、絶縁回路基板10の製造時に第1回路層14の凹部141に第2回路層用金属板15aの厚肉部151aを嵌め込むことで位置決めできるので、第1回路層14及び第2回路層用金属板15aを適切に接合できる。
例えば、本発明の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム層と銅層との二層構造からなる回路層を形成する場合に適用することができ、セラミックス基板の他方の面に形成される放熱層は、実施形態のように二層構造でなくてもよい。また、放熱層は、設けられなくてもよい。
本変形例の絶縁回路基板10Bでは、回路層12を構成する第2回路層15Bの厚肉部151B(厚肉部151Bの突出部位)の形状は、図6に示すように、平面視円形状(円柱状)に形成されている。この場合、第2回路層の凹部は、上記突出部位の形状に応じて平面視円形状(突出部位と同形状)に形成されるとよい。
11 セラミックス基板
12 回路層
13 放熱層
14 第1回路層
14a 第1回路層用金属板
141,141a 凹部
15,15B 第2回路層
15a 第2回路層用金属板
150a 第1面
150b 第2面
151,151a,151B 厚肉部
152,152a 薄肉部
16 第1放熱層
16a 第1放熱層用金属板
17 第2放熱層
17a 第2放熱層用金属板
30 半導体素子
40 冷却器
50 ろう材箔
Ar1 搭載予定領域(搭載領域)
Claims (4)
- セラミックス基板の一方の面に二層構造の回路層が形成された絶縁回路基板であって、
前記回路層は、前記セラミックス基板の一方の面に形成され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第1回路層と、前記第1回路層の前記セラミックス基板とは反対側の面に形成され、銅又は銅合金からなる第2回路層と、を備え、
前記第2回路層は、半導体素子が搭載される搭載予定領域側の面が平坦面からなるとともに、前記搭載予定領域の少なくとも一部を含む部分を前記搭載予定領域とは反対側の面から突出させてなる厚肉部と、前記厚肉部より薄い薄肉部と、を有し、前記第1回路層の前記第2回路層との接合面には、前記厚肉部が収容される凹部が形成されていることを特徴とする絶縁回路基板。 - 平面視における前記厚肉部の平面サイズは、前記搭載予定領域の平面サイズ以上であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁回路基板。
- 前記厚肉部の厚さは、0.3mm以上6.9mm以下、前記薄肉部の厚さは、0.2mm以上4.0mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の絶縁回路基板。
- 前記厚肉部及び前記凹部は、平面視矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の絶縁回路基板。
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