JP3155885B2 - 回路基板 - Google Patents
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- JP3155885B2 JP3155885B2 JP12650494A JP12650494A JP3155885B2 JP 3155885 B2 JP3155885 B2 JP 3155885B2 JP 12650494 A JP12650494 A JP 12650494A JP 12650494 A JP12650494 A JP 12650494A JP 3155885 B2 JP3155885 B2 JP 3155885B2
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- metal
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0263—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0284—Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
Landscapes
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品のパワーモジ
ュール特にインテリジェントパワーモジュールに好適な
回路基板に関する。
ュール特にインテリジェントパワーモジュールに好適な
回路基板に関する。
【０００２】近年、ロボットやモーター等の産業機器の
高性能化にともない、大電力・高効率インバーター等大
電力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散させるため、大電力モジュール基板では従来より
様々な方法がとられてきた。
高性能化にともない、大電力・高効率インバーター等大
電力モジュールの変遷が進んでおり、半導体素子から発
生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よ
く放散させるため、大電力モジュール基板では従来より
様々な方法がとられてきた。
【０００３】最近では、良好な熱伝導を有する窒化アル
ミニウム等のセラミック基板が利用できるようになった
ため、セラミック基板上に銅板等の金属板を接合し金属
回路を形成した後、そのままあるいはメッキ等の処理を
施してから半導体素子が実装されている。また、この場
合において、金属回路面の反対側の面にはヒートシンク
に取り付けるための放熱金属板が設けられた構造も採用
されている。
ミニウム等のセラミック基板が利用できるようになった
ため、セラミック基板上に銅板等の金属板を接合し金属
回路を形成した後、そのままあるいはメッキ等の処理を
施してから半導体素子が実装されている。また、この場
合において、金属回路面の反対側の面にはヒートシンク
に取り付けるための放熱金属板が設けられた構造も採用
されている。
【０００４】その一方で、更なる高機能化・インテリジ
ェント化・小型化の要求があり、それに対応するためパ
ワー部と制御部を合わせ持った構造のモジュールが検討
されその市販品もある。その構造は、セラミック基板に
銅回路を形成させた回路基板（以下、「基本回路基板」
という）の銅回路面に、パワー半導体素子、電源回路、
駆動回路等のパワー部を搭載するスペースを残して、取
り出し電極との中継ターミナル、又は過電流・過電圧の
検出を目的とした基本回路基板とは別のガラスエポキシ
等をベース基板とした回路基板（以下、これらを「多目
的回路基板」という）を一体化させてなる２段回路基板
である。
ェント化・小型化の要求があり、それに対応するためパ
ワー部と制御部を合わせ持った構造のモジュールが検討
されその市販品もある。その構造は、セラミック基板に
銅回路を形成させた回路基板（以下、「基本回路基板」
という）の銅回路面に、パワー半導体素子、電源回路、
駆動回路等のパワー部を搭載するスペースを残して、取
り出し電極との中継ターミナル、又は過電流・過電圧の
検出を目的とした基本回路基板とは別のガラスエポキシ
等をベース基板とした回路基板（以下、これらを「多目
的回路基板」という）を一体化させてなる２段回路基板
である。
【０００５】このような２段回路基板においては、基本
回路基板の銅回路面にパワー部を搭載するスペースを残
して多目的回路基板を半田付けして製作されているか、
又は特願平６−２２２６３号願書に添付された明細書に
記載のようにゴム系接着剤により接着することが提案さ
れている。
回路基板の銅回路面にパワー部を搭載するスペースを残
して多目的回路基板を半田付けして製作されているか、
又は特願平６−２２２６３号願書に添付された明細書に
記載のようにゴム系接着剤により接着することが提案さ
れている。
【０００６】しかしながら、この方法では製作にかなり
の労力を要しコスト高になるという問題がある。更に
は、半導体素子の発熱にともなう温度サイクルによって
多目的回路基板のベース基板と基本回路基板のセラミッ
ク基板との熱膨張差によって熱応力が発生し、半田やセ
ラミック基板にクラック等の損傷が生じて２段回路基板
の信頼性を著しく低下させる問題があった。
の労力を要しコスト高になるという問題がある。更に
は、半導体素子の発熱にともなう温度サイクルによって
多目的回路基板のベース基板と基本回路基板のセラミッ
ク基板との熱膨張差によって熱応力が発生し、半田やセ
ラミック基板にクラック等の損傷が生じて２段回路基板
の信頼性を著しく低下させる問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題を解決するために種々検討した結果、基本回路基板に
厚みの異なる部分を設けると共に、その金属回路間に露
出している窒化アルミニウム基板表面には、接合体の選
択的エッチングによって３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 を含む
酸化物層の被覆層を形成させた構造とし、このような基
本回路基板に多目的回路基板の機能を持たせれば、基本
回路基板と多目的回路基板との接合の手間が省かれ、し
かも熱膨張差による熱応力の発生も抑制できることを見
いだし、本発明を完成させたものである。
題を解決するために種々検討した結果、基本回路基板に
厚みの異なる部分を設けると共に、その金属回路間に露
出している窒化アルミニウム基板表面には、接合体の選
択的エッチングによって３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 を含む
酸化物層の被覆層を形成させた構造とし、このような基
本回路基板に多目的回路基板の機能を持たせれば、基本
回路基板と多目的回路基板との接合の手間が省かれ、し
かも熱膨張差による熱応力の発生も抑制できることを見
いだし、本発明を完成させたものである。
【０００８】すなわち、本発明は、３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2
Ｏ 3 を含む接合層によって窒化アルミニウム基板と金属
板とが接合されてなる接合体をエッチングし、上記窒化
アルミニウム基板に金属回路又は金属回路と放熱金属板
が形成されたものであって、上記窒化アルミニウム基板
と金属回路とに厚みの異なる部分が存在し、しかも上記
エッチングが、金属回路間の窒化アルミニウム基板が３
ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 を含む酸化物層で被覆されるよう
選択的に行われているものであることを特徴とする回路
基板、及びこの回路基板において、窒化アルミニウム基
板の片面のみに厚みの異なる部分を存在させること、窒
化アルミニウム基板にリブを設けること、窒化アルミニ
ウム基板の厚みをＡ、金属回路の厚みをＢ、放熱金属板
の厚みをＣとしたときに、いかなる部分においてもＡ＋
Ｂ＋Ｃの値が一定であること、金属回路の肉厚の厚い部
分をパワー部、肉厚の薄い部分を微細パターンからなる
制御部としてなることをそれぞれ特徴とする回路基板で
ある。
Ｏ 3 を含む接合層によって窒化アルミニウム基板と金属
板とが接合されてなる接合体をエッチングし、上記窒化
アルミニウム基板に金属回路又は金属回路と放熱金属板
が形成されたものであって、上記窒化アルミニウム基板
と金属回路とに厚みの異なる部分が存在し、しかも上記
エッチングが、金属回路間の窒化アルミニウム基板が３
ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 を含む酸化物層で被覆されるよう
選択的に行われているものであることを特徴とする回路
基板、及びこの回路基板において、窒化アルミニウム基
板の片面のみに厚みの異なる部分を存在させること、窒
化アルミニウム基板にリブを設けること、窒化アルミニ
ウム基板の厚みをＡ、金属回路の厚みをＢ、放熱金属板
の厚みをＣとしたときに、いかなる部分においてもＡ＋
Ｂ＋Ｃの値が一定であること、金属回路の肉厚の厚い部
分をパワー部、肉厚の薄い部分を微細パターンからなる
制御部としてなることをそれぞれ特徴とする回路基板で
ある。
【０００９】以下、さらに詳しく本発明を説明する。
【００１０】本発明で用いられるセラミック基板の材質
は、窒化アルミニウムである。窒化アルミニウム基板に
厚みの異なる部分を存在させる方法としては、窒化アル
ミニウム焼結体を機械加工する方法、押出成形法等にて
グリーンシートに成形する段階でそれを設ける方法等が
ある。
は、窒化アルミニウムである。窒化アルミニウム基板に
厚みの異なる部分を存在させる方法としては、窒化アル
ミニウム焼結体を機械加工する方法、押出成形法等にて
グリーンシートに成形する段階でそれを設ける方法等が
ある。
【００１１】窒化アルミニウム基板の形状の一例を図１
〜３に示した。図１のものは、窒化 アルミニウム基板の
両面に厚みの異なる部分を存在させたものであり、片面
のみにそれを存在させたものに比較してヒートサイクル
に対する耐久性が向上する。図２のものは、窒化アルミ
ニウム基板の片面のみに厚みの異なる部分を存在させた
ものである。この形状の利点は、その反対面に板状放熱
金属板を容易に取り付けすることができることである。
図３のものは、厚みの薄い部分にリブが設けられている
ものであって窒化アルミニウム基板の強度を補強したも
のである。リブを設ける場所は、厚みの薄い部分に限ら
れることはなく、厚みの厚い部分であってもまたその両
方であっても構わない。
〜３に示した。図１のものは、窒化 アルミニウム基板の
両面に厚みの異なる部分を存在させたものであり、片面
のみにそれを存在させたものに比較してヒートサイクル
に対する耐久性が向上する。図２のものは、窒化アルミ
ニウム基板の片面のみに厚みの異なる部分を存在させた
ものである。この形状の利点は、その反対面に板状放熱
金属板を容易に取り付けすることができることである。
図３のものは、厚みの薄い部分にリブが設けられている
ものであって窒化アルミニウム基板の強度を補強したも
のである。リブを設ける場所は、厚みの薄い部分に限ら
れることはなく、厚みの厚い部分であってもまたその両
方であっても構わない。
【００１２】窒化アルミニウム基板の厚みとしては、厚
い部分が０．５ｍｍ以上特に０．６ｍｍ以上であり、薄
い部分が０．３〜０．５ｍｍ未満であって、両者の厚み
差が０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。窒化ア
ルミニウム基板の厚みの薄い部分の厚みが薄すぎると強
度が弱くなり、また厚い部分の厚みが厚すぎると熱抵抗
的に不利となる。
い部分が０．５ｍｍ以上特に０．６ｍｍ以上であり、薄
い部分が０．３〜０．５ｍｍ未満であって、両者の厚み
差が０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。窒化ア
ルミニウム基板の厚みの薄い部分の厚みが薄すぎると強
度が弱くなり、また厚い部分の厚みが厚すぎると熱抵抗
的に不利となる。
【００１３】本発明で用いられる金属回路又は放熱金属
板の金属の材質については特に制限はなく、銅、ニッケ
ル、銅合金、ニッケル合金が用いられるが、電気伝導
性、熱伝導性の点から銅が最適である。また、金属回路
の厚みについても制限はなく、０．１〜０．５ｍｍの範
囲内にあることが望ましい。金属回路の厚みが薄すぎる
と電流容量が小さくなり回路の能力が制限されてしま
う。また、金属回路の厚みが厚すぎると熱膨張差による
熱応力が基板に大きくかかるので回路基板としての耐久
性が低下する。電流容量を必要とする部分は回路基板の
なかでも限られているので電流容量が必要な部分のみを
厚くする。その厚みとしては０．３〜０．５ｍｍが望ま
しく、電流容量を必要としない部分は必要最小限の厚み
でよく０．１〜０．２ｍｍ程度で十分である。
板の金属の材質については特に制限はなく、銅、ニッケ
ル、銅合金、ニッケル合金が用いられるが、電気伝導
性、熱伝導性の点から銅が最適である。また、金属回路
の厚みについても制限はなく、０．１〜０．５ｍｍの範
囲内にあることが望ましい。金属回路の厚みが薄すぎる
と電流容量が小さくなり回路の能力が制限されてしま
う。また、金属回路の厚みが厚すぎると熱膨張差による
熱応力が基板に大きくかかるので回路基板としての耐久
性が低下する。電流容量を必要とする部分は回路基板の
なかでも限られているので電流容量が必要な部分のみを
厚くする。その厚みとしては０．３〜０．５ｍｍが望ま
しく、電流容量を必要としない部分は必要最小限の厚み
でよく０．１〜０．２ｍｍ程度で十分である。
【００１４】本発明が対象としている回路基板は、窒化
アルミニウム基板の一方の面に金属回路が形成されてい
ることであって、他方の面に形成させる放熱金属板は任
意である。放熱金属板を設ける場合のその厚みとして
は、０．１５〜０．２５ｍｍが適切である。
アルミニウム基板の一方の面に金属回路が形成されてい
ることであって、他方の面に形成させる放熱金属板は任
意である。放熱金属板を設ける場合のその厚みとして
は、０．１５〜０．２５ｍｍが適切である。
【００１５】窒化アルミニウム基板に金属回路又は放熱
金属板を形成させるには、活性金属を含むろう材による
ろう付け法、有機接着剤による接合法、更には金属が銅
の場合にはＤＢＣ法によって窒化アルミニウム基板と金
属板との接合体を製造し金属をエッチングする方法が好
適である。また、金属回路又は放熱金属板の厚みが薄い
場合は、薄膜メタライズ法、厚膜メタライズ法、高融点
メタライズ法等によって形成させることもできる。
金属板を形成させるには、活性金属を含むろう材による
ろう付け法、有機接着剤による接合法、更には金属が銅
の場合にはＤＢＣ法によって窒化アルミニウム基板と金
属板との接合体を製造し金属をエッチングする方法が好
適である。また、金属回路又は放熱金属板の厚みが薄い
場合は、薄膜メタライズ法、厚膜メタライズ法、高融点
メタライズ法等によって形成させることもできる。
【００１６】活性金属ろう付け法は、ＤＢＣ法に比較し
てヒートサイクルに対する耐久性が大である利点があ
る。活性金属ろう付け法におけるろう材の金属成分は、
銀と銅を主成分とし溶融時の窒化アルミニウム基板との
濡れ性を確保するために活性金属を副成分とする。この
活性金属成分は、窒化アルミニウム基板と反応して主に
窒化物を生成させ、それらの生成物がろう材と窒化アル
ミニウム基板との結合を強固なものにする。活性金属の
具体例をあげれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、ニオブ、タンタル、バナジウム及びそれらの化合物
である。これらの割合としては、銀６９〜７５重量部と
銅２５〜３１重量部の合計量１００重量部あたり活性金
属３〜３５重量部である。
てヒートサイクルに対する耐久性が大である利点があ
る。活性金属ろう付け法におけるろう材の金属成分は、
銀と銅を主成分とし溶融時の窒化アルミニウム基板との
濡れ性を確保するために活性金属を副成分とする。この
活性金属成分は、窒化アルミニウム基板と反応して主に
窒化物を生成させ、それらの生成物がろう材と窒化アル
ミニウム基板との結合を強固なものにする。活性金属の
具体例をあげれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウ
ム、ニオブ、タンタル、バナジウム及びそれらの化合物
である。これらの割合としては、銀６９〜７５重量部と
銅２５〜３１重量部の合計量１００重量部あたり活性金
属３〜３５重量部である。
【００１７】窒化アルミニウム基板と金属板との接合体
の一例を図４〜６に、またそれらの接合体からエッチン
グ法によって製作された回路基板の一例を図７〜９に示
した。本発明においては、窒化アルミニウム基板の厚み
をＡ、金属回路の厚みをＢ、放熱金属板の厚みをＣとし
たときに、いかなる部分においてもＡ＋Ｂ＋Ｃの値を一
定とした構造とすることによって、金属回路を形成させ
る際のエッチングレジストの塗布作業や回路基板からモ
ジュールに組み立てる際のワイヤボンディングの作業を
同一平面で行うことができるという利点がある。
の一例を図４〜６に、またそれらの接合体からエッチン
グ法によって製作された回路基板の一例を図７〜９に示
した。本発明においては、窒化アルミニウム基板の厚み
をＡ、金属回路の厚みをＢ、放熱金属板の厚みをＣとし
たときに、いかなる部分においてもＡ＋Ｂ＋Ｃの値を一
定とした構造とすることによって、金属回路を形成させ
る際のエッチングレジストの塗布作業や回路基板からモ
ジュールに組み立てる際のワイヤボンディングの作業を
同一平面で行うことができるという利点がある。
【００１８】金属回路の形成方法としては、接合体の金
属板にエッチングレジストを塗布しエッチングする方法
が好適である。エッチングレジストとしては、紫外線硬
化型や熱硬化型があげられる。また、エッチング液とし
ては、金属板が銅板又は銅合金板であれば、塩化第２鉄
溶液、塩化第２銅液、硫酸、過酸化水素水等の溶液が使
用される。好ましくは、塩化第２鉄溶液、塩化第２銅溶
液である。一方、金属板がニッケルまたはニッケル合金
の場合は、塩化第２鉄溶液が用いられる。
属板にエッチングレジストを塗布しエッチングする方法
が好適である。エッチングレジストとしては、紫外線硬
化型や熱硬化型があげられる。また、エッチング液とし
ては、金属板が銅板又は銅合金板であれば、塩化第２鉄
溶液、塩化第２銅液、硫酸、過酸化水素水等の溶液が使
用される。好ましくは、塩化第２鉄溶液、塩化第２銅溶
液である。一方、金属板がニッケルまたはニッケル合金
の場合は、塩化第２鉄溶液が用いられる。
【００１９】また、本発明においては、金属回路間に露
出した窒化アルミニウム基板の表面を３ＺｒＯ2 ・２Ｙ
2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆することによってヒートサ
イクルに対する耐久性を更に高めることができ、回路基
板に熱応力が発生しても窒化アルミニウム基板に伝播を
するクラックを阻止することができる。
出した窒化アルミニウム基板の表面を３ＺｒＯ2 ・２Ｙ
2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆することによってヒートサ
イクルに対する耐久性を更に高めることができ、回路基
板に熱応力が発生しても窒化アルミニウム基板に伝播を
するクラックを阻止することができる。
【００２０】このような３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む
酸化物層で金属回路間の窒化アルミニウム基板を被覆す
るには、活性金属を含むろう材に更に３ＺｒＯ2 ・２Ｙ
2 Ｏ3 粉末を含ませたものを使用して窒化アルミニウム
基板と金属板の接合体の接合層に３ＺｒＯ２・２Ｙ２Ｏ
３を存在させておくか、又は窒化アルミニウム基板にＹ
２Ｏ３が含まれている場合には活性金属成分としてジル
コニウム又はジルコニウム化合物を含むろう材を使用
し、窒化アルミニウム基板と金属板とを接合する際にそ
れらを反応させて接合層に３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を生
成させておき、いずれの場合においても金属回路間に存
在する不要ろう材の除去工程等において３ＺｒＯ2 ・２
Ｙ2 Ｏ3 が選択的に残存するような処理をすることによ
って行うことができる。その処理法は以下のとおりであ
る。
酸化物層で金属回路間の窒化アルミニウム基板を被覆す
るには、活性金属を含むろう材に更に３ＺｒＯ2 ・２Ｙ
2 Ｏ3 粉末を含ませたものを使用して窒化アルミニウム
基板と金属板の接合体の接合層に３ＺｒＯ２・２Ｙ２Ｏ
３を存在させておくか、又は窒化アルミニウム基板にＹ
２Ｏ３が含まれている場合には活性金属成分としてジル
コニウム又はジルコニウム化合物を含むろう材を使用
し、窒化アルミニウム基板と金属板とを接合する際にそ
れらを反応させて接合層に３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を生
成させておき、いずれの場合においても金属回路間に存
在する不要ろう材の除去工程等において３ＺｒＯ2 ・２
Ｙ2 Ｏ3 が選択的に残存するような処理をすることによ
って行うことができる。その処理法は以下のとおりであ
る。
【００２１】すなわち、活性金属ろう付け法によって製
造された接合体からエッチングによって金属の不要部分
を除去しても、金属回路間にはもともと塗布されたろう
材やその合金層・窒化物層あるいは金属回路パターン外
にはみ出した不要ろう材が残っている。そこで、その不
要ろう材を除去する必要があるが、その際に第１処理液
としてＮＨ4 Ｆ水溶液、第２処理液として硫酸、硝酸等
の無機酸と過酸化水素水とを含む水溶液を用い、第１処
理液のＮＨ4 Ｆ水溶液濃度を０．１〜１０重量％、温度
４０〜６０℃、第２処理液の無機酸好ましくは硫酸の濃
度が２〜４重量％で過酸化水素濃度が０．５〜１重量
％、処理温度４０〜６０℃で処理すると、３ＺｒＯ2 ・
２Ｙ2 Ｏ3 を残存させて不要ろう材を除去することがで
きる。以上の第１処理と第２処理は同時に行うこともで
きる。
造された接合体からエッチングによって金属の不要部分
を除去しても、金属回路間にはもともと塗布されたろう
材やその合金層・窒化物層あるいは金属回路パターン外
にはみ出した不要ろう材が残っている。そこで、その不
要ろう材を除去する必要があるが、その際に第１処理液
としてＮＨ4 Ｆ水溶液、第２処理液として硫酸、硝酸等
の無機酸と過酸化水素水とを含む水溶液を用い、第１処
理液のＮＨ4 Ｆ水溶液濃度を０．１〜１０重量％、温度
４０〜６０℃、第２処理液の無機酸好ましくは硫酸の濃
度が２〜４重量％で過酸化水素濃度が０．５〜１重量
％、処理温度４０〜６０℃で処理すると、３ＺｒＯ2 ・
２Ｙ2 Ｏ3 を残存させて不要ろう材を除去することがで
きる。以上の第１処理と第２処理は同時に行うこともで
きる。
【００２２】３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む酸化物層の
被覆厚みとしては２〜１０μｍが好ましい。２μｍ未満
では効果が少なく、また１０μｍをこえても効果はさほ
ど向上せずかえって斑点等が生成し外観上好ましくなく
なる。酸化物層の３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 はＸ線回折に
よる（２１１）面又は（００３）面のピークによって確
認することができる。
被覆厚みとしては２〜１０μｍが好ましい。２μｍ未満
では効果が少なく、また１０μｍをこえても効果はさほ
ど向上せずかえって斑点等が生成し外観上好ましくなく
なる。酸化物層の３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 はＸ線回折に
よる（２１１）面又は（００３）面のピークによって確
認することができる。
【００２３】本発明の回路基板の金属回路の厚みの厚い
部分をパワー部、薄い部分を微細パターンからなる制御
部とすることによって従来の２段回路基板の機能を持た
せることができる。
部分をパワー部、薄い部分を微細パターンからなる制御
部とすることによって従来の２段回路基板の機能を持た
せることができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を実施例をあげて更に具体的に
説明する。
説明する。
【００２５】比較例１ 窒化アルミニウム粉末９６重量部、焼結助剤（イットリ
ア）４重量部、ポリビニルブチラール６重量部、ブチル
フタレート３重量部、グリセリントリオレート１重量部
及びトルエン６０重量部をナイロンポットで２４時間混
合した。得られたスラリーをドクターブレード法により
ＰＥＴフィルム上に広げ、風乾後、１２０℃で３時間乾
燥して所定の厚みをもつグリーンシートを成形した。
ア）４重量部、ポリビニルブチラール６重量部、ブチル
フタレート３重量部、グリセリントリオレート１重量部
及びトルエン６０重量部をナイロンポットで２４時間混
合した。得られたスラリーをドクターブレード法により
ＰＥＴフィルム上に広げ、風乾後、１２０℃で３時間乾
燥して所定の厚みをもつグリーンシートを成形した。
【００２６】このグリーンシートを６０×３５ｍｍ及び
２０×３５ｍｍに打ち抜き、それぞれの大きさのグリー
ンシートを熱圧着で仮止めして一体化したものを１０枚
重ねてタングステンの重しを載せ、空気中５００℃で１
時間加熱して脱脂した後、窒素雰囲気下、１９００℃に
て１時間保持する条件で常圧焼結を行い、図１に示す窒
化アルミニウム基板を製造した。
２０×３５ｍｍに打ち抜き、それぞれの大きさのグリー
ンシートを熱圧着で仮止めして一体化したものを１０枚
重ねてタングステンの重しを載せ、空気中５００℃で１
時間加熱して脱脂した後、窒素雰囲気下、１９００℃に
て１時間保持する条件で常圧焼結を行い、図１に示す窒
化アルミニウム基板を製造した。
【００２７】銀粉末７５重量部、銅粉末２５重量部、ジ
ルコニウム粉末１５重量部、テルピネオール１５重量
部、ポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶液を
固形分で１重量部加えて良く混練し活性金属を含むろう
材ペーストを調整した。このろう材ペーストを上記の方
法で作製した窒化アルミニウム基板の表裏両面に全面塗
布した。その際の塗布量（乾燥後）は６〜８ｍｇ／ｃｍ
2 とした。
ルコニウム粉末１５重量部、テルピネオール１５重量
部、ポリイソブチルメタアクリレートのトルエン溶液を
固形分で１重量部加えて良く混練し活性金属を含むろう
材ペーストを調整した。このろう材ペーストを上記の方
法で作製した窒化アルミニウム基板の表裏両面に全面塗
布した。その際の塗布量（乾燥後）は６〜８ｍｇ／ｃｍ
2 とした。
【００２８】次に、ろう材ペーストの塗布された窒化ア
ルミニウム基板の両面に銅板を接触配置してから、真空
度１×１０-5Ｔｏｒｒ以下の真空下、温度９００℃で３
０分加熱した後、２℃／分の降温速度で冷却して図４に
示す接合体を製造した。
ルミニウム基板の両面に銅板を接触配置してから、真空
度１×１０-5Ｔｏｒｒ以下の真空下、温度９００℃で３
０分加熱した後、２℃／分の降温速度で冷却して図４に
示す接合体を製造した。
【００２９】得られた接合体の銅板上にＵＶ効果タイプ
のエッチングレジストをスクリーン印刷で塗布後、塩化
第２銅溶液を用いてエッチング処理を行って銅板不要部
分を溶解除去し、さらにエッチングレジストを５％苛性
ソーダ溶液で剥離した。このエッチング処理後の接合体
には、銅回路間に残留不要ろう材や活性金属成分と窒化
アルミニウム基板との反応物があるので、それを除去す
るため、温度６０℃、１０％ＮＨ4 Ｆ水溶液に１０分間
浸漬して、図７に示す回路基板を製作した。
のエッチングレジストをスクリーン印刷で塗布後、塩化
第２銅溶液を用いてエッチング処理を行って銅板不要部
分を溶解除去し、さらにエッチングレジストを５％苛性
ソーダ溶液で剥離した。このエッチング処理後の接合体
には、銅回路間に残留不要ろう材や活性金属成分と窒化
アルミニウム基板との反応物があるので、それを除去す
るため、温度６０℃、１０％ＮＨ4 Ｆ水溶液に１０分間
浸漬して、図７に示す回路基板を製作した。
【００３０】比較例２ 窒化アルミニウム粉末９６重量部、イットリア粉末４重
量部をボールミルにて３０分予備混合後オレイン酸１重
量部を加えさらに３０分混合した。この混合物にメチル
セルロースを８重量部加え高速ミキサーにて１分間混合
した後、グリセリン３重量部と水１２重量部の混合溶液
をミキサーを攪拌させながら加え、２分間混合して造粒
物を得た。
量部をボールミルにて３０分予備混合後オレイン酸１重
量部を加えさらに３０分混合した。この混合物にメチル
セルロースを８重量部加え高速ミキサーにて１分間混合
した後、グリセリン３重量部と水１２重量部の混合溶液
をミキサーを攪拌させながら加え、２分間混合して造粒
物を得た。
【００３１】この造粒物をロールにて混練した後、真空
脱気を行いながら押出成形機で成形し、それをベルト式
の乾燥炉で８０℃×２０分乾燥した後切断を行って窒化
アルミニウムグリーンシートを製造した。そして、それ
以降は比較例１と同様な操作を行って図２に示す窒化ア
ルミニウム基板を製造し、図５に示される接合体を経て
図８に示す回路基板を製作した。
脱気を行いながら押出成形機で成形し、それをベルト式
の乾燥炉で８０℃×２０分乾燥した後切断を行って窒化
アルミニウムグリーンシートを製造した。そして、それ
以降は比較例１と同様な操作を行って図２に示す窒化ア
ルミニウム基板を製造し、図５に示される接合体を経て
図８に示す回路基板を製作した。
【００３２】実施例１ 不要ろう材の除去を温度６０℃、５％ＮＨ4 Ｆ水溶液に
５分間浸漬後、更に温度５０℃で３％硫酸、０．７％過
酸化水素の混合水溶液に５分間浸漬して行ったこと以外
は、比較例１と同様にして回路基板を製作した。得られ
た回路基板の銅回路間の窒化アルミニウム基板の表面は
３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆されてい
ることＸ線回折等で確認した。
５分間浸漬後、更に温度５０℃で３％硫酸、０．７％過
酸化水素の混合水溶液に５分間浸漬して行ったこと以外
は、比較例１と同様にして回路基板を製作した。得られ
た回路基板の銅回路間の窒化アルミニウム基板の表面は
３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆されてい
ることＸ線回折等で確認した。
【００３３】実施例２ 不要ろう材の除去を実施例１の条件で行ったこと以外
は、比較例２と同様にして回路基板を製作した。得られ
た回路基板の銅回路間の窒化アルミニウム基板の表面は
３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆されてい
ることＸ線回折等で確認した。
は、比較例２と同様にして回路基板を製作した。得られ
た回路基板の銅回路間の窒化アルミニウム基板の表面は
３ＺｒＯ2 ・２Ｙ2 Ｏ3 を含む酸化物層で被覆されてい
ることＸ線回折等で確認した。
【００３４】これら一連の処理を経て製作された回路基
板について、ヒートサイクル（熱衝撃）試験を行った。
ヒートサイクル試験は、気中、−４０℃×３０分保持
後、２５℃×１０分間放置、更に１２５℃×３０分保持
後、２５℃×１０分間放置を１サイクルとして行い、回
路基板１０枚の少なくとも１枚に最初に銅板が剥離した
ヒートサイクル回数を銅板剥離開始回数として測定し
た。
板について、ヒートサイクル（熱衝撃）試験を行った。
ヒートサイクル試験は、気中、−４０℃×３０分保持
後、２５℃×１０分間放置、更に１２５℃×３０分保持
後、２５℃×１０分間放置を１サイクルとして行い、回
路基板１０枚の少なくとも１枚に最初に銅板が剥離した
ヒートサイクル回数を銅板剥離開始回数として測定し
た。
【００３５】その結果、比較例１が３０００回、比較例
２が２８００回、実施例１が３５００回、実施例２が３
３００回であった。
２が２８００回、実施例１が３５００回、実施例２が３
３００回であった。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、パワー半導体素子、電
源回路、駆動回路等のパワー部と、取り出し電極との中
継ターミナル、又は過電流・過電圧の検出等を目的とし
た部分とを共存させ、高機能化・小型化の要求に十分に
対応することができ、しかもヒートサイクルに対する耐
久性の大なる回路基板、例えばインテリジェントパワー
モジュール基板を安価に提供することができる。
源回路、駆動回路等のパワー部と、取り出し電極との中
継ターミナル、又は過電流・過電圧の検出等を目的とし
た部分とを共存させ、高機能化・小型化の要求に十分に
対応することができ、しかもヒートサイクルに対する耐
久性の大なる回路基板、例えばインテリジェントパワー
モジュール基板を安価に提供することができる。
【図１】本発明で使用される窒化アルミニウム基板の一
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図２】本発明で使用される窒化アルミニウム基板の一
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図３】本発明で使用される窒化アルミニウム基板の一
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図４】本発明で使用される窒化アルミニウム基板と金
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明で使用される窒化アルミニウム基板と金
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明で使用される窒化アルミニウム基板と金
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
属板との接合体の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。
１ 窒化アルミニウム基板 ２ 金属板 ３ 金属回路 ４ 放熱金属板 なお、図中の寸法はｍｍである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−250191（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121589（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102629（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−165688（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−185864（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 1/02 H05K 1/05
Claims (5)
- 【請求項１】 ３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ 3 を含む接合層に
よって窒化アルミニウム基板と金属板とが接合されてな
る接合体をエッチングし、上記窒化アルミニウム基板に
金属回路又は金属回路と放熱金属板が形成されたもので
あって、上記窒化アルミニウム基板と金属回路とに厚み
の異なる部分が存在し、しかも上記エッチングが、金属
回路間の窒化アルミニウム基板が３ＺｒＯ 2 ・２Ｙ 2 Ｏ
3 を含む酸化物層で被覆されるよう選択的に行われてい
るものであることを特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 窒化アルミニウム基板の片面のみに厚み
の異なる部分が存在することを特徴とする請求項１記載
の回路基板。 - 【請求項３】 窒化アルミニウム基板にリブが設けられ
てなることを特徴とする請求項１記載の回路基板。 - 【請求項４】 窒化アルミニウム基板の厚みをＡ、金属
回路の厚みをＢ、放熱金属板の厚みをＣとしたときに、
いかなる部分においてもＡ＋Ｂ＋Ｃの値が一定であるこ
とを特徴とする請求項１記載の回路基板。 - 【請求項５】 金属回路の肉厚の厚い部分をパワー部、
肉厚の薄い部分を微細パターンからなる制御部としてな
ることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12650494A JP3155885B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12650494A JP3155885B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335996A JPH07335996A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3155885B2 true JP3155885B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=14936853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12650494A Expired - Fee Related JP3155885B2 (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3155885B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2123435B1 (es) * | 1996-10-29 | 1999-09-16 | Mecanismos Aux Ind | Sistema de disipacion termica en circuito impreso de 800 micras. |
-
1994
- 1994-06-08 JP JP12650494A patent/JP3155885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07335996A (ja) | 1995-12-22 |
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