JP4331830B2 - Ceramic circuit board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板の両面に金属回路板を取着したセラミック回路基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、パワーモジュール用基板やスイッチングモジュール用基板等の回路基板として、セラミック基板上に被着させたメタライズ金属層に銀−銅合金等のロウ材を介して銅等から成る金属回路板を接合させたセラミック回路基板、セラミック基板上に銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウムあるいはその水素化物を添加した活性金属ロウ材を介して銅等から成る金属回路板を直接接合させたセラミック回路基板、或いは、セラミック基板上に銅板を載置させた後加熱し直接セラミック基板と銅板とを接合させた所謂、DBC(Direct Bond Copper)法によって作製されたセラミック回路基板が用いられている。
【0003】
また、これら各セラミック回路基板は金属回路板の実装密度を高めるためにセラミック基板の上下両面に金属回路板を接合させておき、これら上下両面の金属回路板間をセラミック基板に設けた貫通孔内に充填されているロウ材で電気的に接続することが行われている。
【0004】
なお、前記セラミック回路基板、例えば、セラミック基板上に被着させたメタライズ金属層にロウ材を介して銅等から成る金属回路板を接合させたセラミック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体等の電気絶縁性のセラミックス材料から成り、上下両面に所定パターンのメタライズ金属層を有し、かつ厚み方向に貫通する貫通孔を設けたセラミック基板を準備し、次に前記セラミック基板の貫通孔内に、銀ロウ粉末(銀と銅の合金粉末)に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たロウ材ペーストを充填するとともにメタライズ金属層上に間に銀ロウ等のロウ材を挟んで所定パターンの金属回路板を載置当接させ、しかる後、これを還元雰囲気中、約900℃の温度に加熱し、ロウ材ペースト及びロウ材を溶融させ、メタライズ金属層と金属回路板及びセラミック基板の上下両面の金属回路板をおのおの銀ロウ等のロウ材を介し接合することによって製作される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のセラミック回路基板においては、セラミック基板の上下両面に接合されている金属回路板同士がセラミック基板に設けた貫通孔内に充填されているロウ材を介して電気的に接続されており、該セラミック基板に設けた貫通孔内へのロウ材の充填はセラミック基板の貫通孔内に銀ロウ粉末(銀と銅の合金粉末)に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たロウ材ペーストを充填させた後、約900℃の温度に加熱することによって行われ、この場合、各銀ロウ粉末間に存在する空気が溶融した銀ロウ材中に多量に抱き込まれて多孔質となり、導通抵抗が比抵抗で7〜10μΩcmと高いものであった。そのため従来のセラミック回路基板では金属回路板及び貫通孔内のロウ材に10Aを超える大電流が流れると貫通孔内に充填されたロウ材部分が抵抗発熱し、その熱が金属回路板上に半田等の接着材を介して接着固定される半導体素子等の電子部品に作用し、電子部品を高温として安定に作動させることができないという欠点を有していた。
【0006】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は抵抗発熱による多量の熱の発生を有効に防止し、金属回路板に接続される半導体素子等の電子部品を常に適温として正常、かつ安定に作動させることができるセラミック回路基板を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック回路基板は、貫通孔を有するセラミック基板の両面に前記貫通孔を塞ぐように金属回路板を取着させるとともに前記貫通孔内に比抵抗が4μΩcm以下の金属材から成る金属柱を、両端が前記金属回路板に接触した状態で配置させ、前記金属柱で前記セラミック基板両面の前記金属回路板を接続したことを特徴とするものである。
【0008】
本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の両面に取着されている金属回路板を、セラミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとんどなく、比抵抗が4μΩcm以下の金属柱を、両端が金属回路板に接触した状態で配置させ、この金属柱で電気的に接続したことから、金属回路板及び金属柱に10Aを超える大電流が流れたとしても金属柱で抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、その結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明のセラミック回路基板の一実施例を示し、1はセラミック基板、2はメタライズ金属層、3は金属回路板である。
【0010】
前記セラミック基板1は四角形状をなし、一部に厚み方向に貫通する貫通孔4が形成されており、該貫通孔4内には金属柱5が挿着されている。
【0011】
また前記セラミック基板1はその上下両面にメタライズ金属層2が被着されており、該メタライズ金属層2には金属回路板3がロウ付けされている。
【0012】
前記セラミック基板1は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質燒結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート(セラミック生シート)を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、貫通孔4となる孔を有する所定形状に成形するとともに高温(約1600℃)で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形機によって貫通孔4となる孔を有した所定形状に形成し、しかる後、前記形成体を約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【0013】
前記セラミック基板1は金属回路板3を支持する支持部材として作用し、その上下両面及び貫通孔4内壁面にメタライズ金属層2が所定パターンに被着形成されており、該セラミック基板1の上下両面に被着されているメタライズ金属層2には所定パターンの金属回路板3がロウ付けされている。
【0014】
前記メタライズ金属層2は金属回路板3をセラミック基板1にロウ付けする際の下地金属層として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属材料より成り、例えば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、可塑材、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを焼成によってセラミック基板1となるセラミックグリーンシート(セラミック生シート)の上下両面に予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによってセラミック基板1の上下両面に所定パターン、所定厚み(10〜50μm)に被着される。
【0015】
なお、前記メタライズ金属層2はその表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により1μm〜20μmの厚みに被着させておくと、メタライズ金属層2の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにメタライズ金属層2と金属回路板3とのロウ付けを極めて強固となすことができる。従って、前記メタライズ金属層2の酸化腐蝕を有効に防止し、メタライズ金属層2と金属回路板3とのロウ付けを強固となすにはメタライズ金属層2の表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属を1μm〜20μmの厚みに被着させておくことが好ましい。
【0016】
前記セラミック基板1の上下両面に被着されているメタライズ金属層2には金属回路板3がセラミック基板1に設けた貫通孔4を塞ぐようにしてロウ材を介し取着されている。
【0017】
前記金属回路板3は銅やアルミニウム等の金属材料から成り、セラミック基板1の上下両面に被着形成されているメタライズ金属層2上に銀ロウ等のロウ材を介して取着される。
【0018】
なお、前記銅やアルミニウム等から成る金属回路板3は、銅やアルミニウム等のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが500μmで、メタライズ金属層2のパターン形状に対応する所定パターン形状に形成される。
【0019】
また、前記金属回路板3はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、メタライズ金属層2へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属回路板3はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【0020】
更に前記金属回路板3はその表面にニッケル等から成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、金属回路板3に酸化腐蝕が発生するのを有効に防止することができるとともに金属回路板3と外部電気回路との電気的接続及び金属回路板3への半導体素子等の電子部品の接続を強固となすことができる。従って、前記金属回路板3はその表面にニッケル等から成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【0021】
また更に、前記セラミック基板1に被着させたメタライズ金属層2への金属回路板3のロウ付けは、メタライズ金属層2上に金属回路板3を、間に、例えば、銀ロウ材(銀:72重量%、銅:28重量%)やアルミニウムロウ材(アルミニウム:88重量%、シリコン:12重量%)等から成るロウ材を挟んで載置させ、しかる後、金属回路板3に30〜100g/cm2 の荷重を加えた状態で真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度(銀ロウ材の場合は約900℃、アルミニウムロウ材の場合は約600℃)に加熱処理し、ロウ材を溶融せしめ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層2と金属回路板3とを接合させることによって行われる。
【0022】
前記金属回路板3がロウ付けされたセラミック基板1はまた貫通孔4の内部に金属柱5が配置されており、該金属柱5はセラミック基板1の上下両面にロウ付けされている金属回路板3間を電気的に接続する作用をなす。
【0023】
前記金属柱5は比抵抗が4μΩcm以下の銅(1.7μΩcm)、アルミニウム(2.7μΩcm)、銀(1.6μΩcm)等の良導電性の金属材により形成されており、金属柱5の比抵抗が4μΩcm以下と小さい、即ち、金属柱5の導通抵抗が小さいことから金属回路板3及び金属柱5に10Aを超える大電流が流れたとしても金属回路板3及び金属柱5より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0024】
前記金属柱5は、例えば、銅から成る場合、銅のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法、引き抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって円柱状に形成され、セラミック基板1に設けられた貫通孔4内に、両端をセラミック基板1の上下両面に取着されている金属回路板3に接触するように配置させるとともに貫通孔4内壁に被着されているメタライズ金属層2に銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって、セラミック基板1の貫通孔4内に両端がセラミック基板1の上下両面に取着されている金属回路板3に接触した状態で配置される。
【0025】
なお、前記金属柱5はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、セラミック基板1の貫通孔4内壁に被着させたメタライズ金属層へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属柱5はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【0026】
また前記金属柱5はその径が200μm未満となると金属柱5の導通抵抗が大きくなって10Aを超える大電流が流れた場合に抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従って、前記金属柱5はその径を200μm以上、好適には350μm以上としておくことがよい。特に金属柱5の径を350μm以上としておくと金属柱5に20Aを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発生することはなく、これによって金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0027】
かくして、上述のセラミック回路基板によれば、セラミック基板1の上面に取着された金属回路板3に半田等の接着材を介して半導体素子等の電子部品を接着固定させるとともに半導体素子等の電子部品の各電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して金属回路板3に電気的に接続させれば半導体素子等の電子部品はセラミック回路基板に実装され、同時に金属回路板3を外部電気回路に電気的に接続させれば半導体素子等の電子部品は外部電気回路に接続されることとなる。
【0028】
次に本発明の他の実施例を図2及び図3に基づいて説明する。
なお、図中、図1と同一個所については同一符号が付してある。
図2のセラミック回路基板は、セラミック基板1の上下両面に所定パターンの金属回路板3が活性金属ロウ材6を介して取着されており、同時にセラミック基板1に設けた厚み方向に貫通する貫通孔4内に金属柱5がその外表面を活性金属ロウ材6を介し貫通孔4内壁に取着することによって配置されている。
【0029】
前記セラミック基板1に設けた貫通孔4内に配置されている金属柱5はその両端が金属回路板3に接触しており、これによってセラミック基板1の上下両面に取着されている金属回路板3は金属柱5を介して電気的に接続されることとなる。
【0030】
前記貫通孔4を有するセラミック基板1は上述の実施例と同様の材料からなり、同様の方法によって所定形状に作成されている。
【0031】
また前記セラミック基板1はその上下両面でセラミック基板1に設けた貫通孔4を塞ぐように金属回路板3が活性金属ロウ材6を介して取着されており、該金属回路板3は銅やアルミニウム等の金属材料から成り、銅やアルミニウム等のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、500μmの厚みで、所定のパターンに形成される。
【0032】
なお、前記金属回路板3はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅は活性金属ロウ材6を介して取着する際、銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材6との濡れ性が良好となって金属回路板3をセラミック基板1に活性金属ロウ材6を介しての取着接合が強固となる。従って、前記金属回路板3はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【0033】
また前記セラミック基板1は貫通孔4の内部に金属柱5が配置されており、該金属柱5はセラミック基板1の上下両面にロウ付けされている金属回路板3間を電気的に接続する作用をなす。
【0034】
前記金属柱5は比抵抗が4μΩcm以下の銅(1.7μΩcm)、アルミニウム(2.7μΩcm)、銀(1.6μΩcm)等の良導電性の金属材により形成されており、金属柱5の比抵抗が4μΩcm以下と小さい、即ち、金属柱5の導通抵抗が小さいことから金属回路板3及び金属柱5に10Aを超える大電流が流れたとしても金属回路板3及び金属柱5より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0035】
前記金属柱5は、例えば、銅から成る場合、銅のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法、引き抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって円柱状に形成され、セラミック基板1に設けられた貫通孔4内に、両端をセラミック基板1の上下両面に取着されている金属回路板3に接触するように配置させるとともに貫通孔4内壁に活性金属ロウ材6を介して取着される。
【0036】
なお、前記金属柱5はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅は活性金属ロウ材6を介してセラミック基板1の貫通孔4内に取着する際、銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材6との濡れ性が良好となり、セラミック基板1の貫通孔4内壁に活性金属ロウ材6を介して強固に接合することとなる。従って、前記金属柱5はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【0037】
また前記金属柱5はその径が200μm未満となると金属柱5の導通抵抗が大きくなって10Aを超える大電流が流れた場合に抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従って、前記金属柱5はその径を200μm以上、好適には350μm以上としておくことがよい。特に金属柱5の径を350μm以上としておくと金属柱5に20Aを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発生することはなく、これによって金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0038】
更に前記金属回路板3及び金属柱5は金属活性ロウ材を使用することによってメタライズ金属層を不要としてセラミック基板1の上下両面および貫通孔4内にロウ付け取着されており、該金属活性ロウ材としては金属回路板3及び金属柱5が銅で形成されている場合は銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を2〜5重量%添加させたものが、また金属回路板3及び金属柱5がアルミニウムで形成されている場合はアルミニウム−シリコン共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を2〜5重量%添加させたものが好適に使用される。
【0039】
前記金属活性ロウ材を使用しての金属回路板3及び金属柱5の貫通孔4を有するセラミック基板1への取着はまず、例えば、銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を2〜5重量%添加させたものに有機溶剤、溶媒を混合して活性金属ロウ材ペーストを作成し、次にセラミック基板1の上下両面及び貫通孔4内壁に前記活性金属ロウ材ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等を採用することによって所定パターンに印刷塗布し、次に前記セラミック基板1の貫通孔4内に金属柱5を挿入配置させるとともにセラミック基板1の上下両面に印刷塗布されている活性金属ロウ材ペースト上に金属回路板3を載置させ、しかる後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度(銅の場合は約900℃、アルミニウムの場合は約600℃)で加熱処理し、活性金属ロウ材6を溶融せしめ、該溶融した活性金属ロウ材6でセラミック基板1と金属回路板3及び金属柱5とを接合させることによって行われる。
【0040】
かかるセラミック回路基板は上述の実施例と同様、金属柱5の比抵抗が4μΩcm以下と小さい、即ち、金属柱5の導通抵抗が小さいことから金属回路板3及び金属柱5に10Aを超える大電流が流れたとしても金属回路板3及び金属柱5より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0041】
また図3のセラミック回路基板は、セラミック基板1の上下両面に銅からなる所定パターンの金属回路板3がDBC(Direct Bond Copper)法によって取着されており、同時にセラミック基板1に設けた厚み方向に貫通する貫通孔4内に金属柱5がその両端を金属回路板3に接触した状態で配置されている。
【0042】
前記貫通孔4を有するセラミック基板1は前述の実施例と同様の材料からなり、同様の方法によって所定形状に作成されている。
【0043】
前記セラミック基板1はその上下両面でセラミック基板1に設けた貫通孔4を塞ぐように銅からなる金属回路板3がDBC法によって取着されており、該銅からなる金属回路板3は銅のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、500μmの厚みで、所定のパターンに形成される。
【0044】
前記金属回路板3のセラミック基板1の上下両面への取着は、セラミック基板1の上下両面に金属回路板3をセラミック基板1に設けた貫通孔4を塞ぐように載置当接させ、次にこれを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度(1065〜1083℃)で加熱処理し、セラミック基板1の上面と金属回路板3の下面との間に銅−酸化銅共晶を形成することによってセラミック基板1の表面に取着される。
【0045】
なお、前記銅からなる金属回路板3はその表面に予め0.02〜0.5μmの酸化膜を形成しておく、あるいは酸素含有量を100〜2000ppmとしておくとセラミック基板1と金属回路板3とを接合する際、銅−酸化銅の共晶が容易となってセラミック基板1に金属回路板3を極めて強固に取着接合させることができる。従って、前記銅からなる金属回路板3はその表面に予め0.02〜0.5μmの酸化膜を形成しておく、あるいは酸素含有量を100〜2000ppmとしておくことが好ましい。
【0046】
また前記銅からなる金属回路板3はその表面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐食性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、金属回路板3と半導体素子等の電子部品及び外部電気回路との電気的接続を良好と成すことができる。従って、前記銅からなる金属回路板3はその表面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐食性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【0047】
更に前記セラミック基板1は貫通孔4の内部に金属柱5が配置されており、該金属柱5はセラミック基板1の上下両面に取着されている金属回路板3間を電気的に接続する作用をなす。
【0048】
前記金属柱5は比抵抗が4μΩcm以下の銅(1.7μΩcm)、アルミニウム(2.7μΩcm)、銀(1.6μΩcm)等の良導電性の金属材により形成されており、金属柱5の比抵抗が4μΩcm以下と小さい、即ち、金属柱5の導通抵抗が小さいことから金属回路板3及び金属柱5に10Aを超える大電流が流れたとしても金属回路板3及び金属柱5より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0049】
なお、前記金属柱5は、例えば、銅から成る場合、銅のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法、引き抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって円柱状に形成され、セラミック基板1に設けられた貫通孔4内に挿入配置させ、セラミック基板1の上下両面に該セラミック基板1に設けた貫通孔4を塞ぐように銅からなる金属回路板3をDBC法により取着させることによって、両端をセラミック基板1の上下両面に取着される金属回路板3と接触するようにして貫通孔4内に配置される。
【0050】
また前記金属柱5はその径が200μm未満となると金属柱5の導通抵抗が大きくなって10Aを超える大電流が流れた場合に抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従って、前記金属柱5はその径を200μm以上、好適には350μm以上としておくことがよい。特に金属柱5の径を350μm以上としておくと金属柱5に20Aを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発生することはなく、これによって金属回路板3上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【0051】
更に本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【0052】
【発明の効果】
本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の両面に取着されている金属回路板をセラミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとんどなく、比抵抗が4μΩcm以下の金属柱を、両端が金属回路板に接触した状態で配置させ、この金属柱で電気的に接続したことから、金属回路板及び金属柱に10Aを超える大電流が流れたとしても金属柱で抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、その結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック回路基板の一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・・セラミック基板
2・・・・メタライズ金属層
3・・・・金属回路板
4・・・・貫通孔
5・・・・金属柱
6・・・・活性金属ロウ材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic circuit board having metal circuit boards attached to both sides of the ceramic board.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a metal circuit board made of copper or the like is bonded to a metallized metal layer deposited on a ceramic substrate through a brazing material such as a silver-copper alloy as a circuit board such as a power module board or a switching module board. Ceramic circuit board obtained by directly joining a metal circuit board made of copper or the like through an active metal brazing material in which titanium, zirconium, hafnium or a hydride thereof is added to a silver-copper eutectic alloy on the ceramic circuit board. Alternatively, a ceramic circuit substrate manufactured by a so-called DBC (Direct Bond Copper) method in which a copper plate is placed on a ceramic substrate and then heated to directly join the ceramic substrate and the copper plate is used.
[0003]
In addition, in order to increase the mounting density of the metal circuit boards, the ceramic circuit boards are bonded to the upper and lower surfaces of the ceramic board, and the space between the upper and lower metal circuit boards is within the through-hole provided in the ceramic board. Electrical connection is made with a brazing material filled in the metal.
[0004]
The ceramic circuit board, for example, a ceramic circuit board in which a metal circuit board made of copper or the like is bonded to a metallized metal layer deposited on the ceramic board via a brazing material is generally an aluminum oxide sintered body, It is made of an electrically insulating ceramic material such as an aluminum nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, or a mullite sintered body, and has a metallized metal layer with a predetermined pattern on both upper and lower surfaces, and penetrates in the thickness direction. Prepare a ceramic substrate with holes, and then fill the through holes of the ceramic substrate with a brazing material paste obtained by adding and mixing an organic solvent and a solvent to silver brazing powder (alloy powder of silver and copper). At the same time, a metal circuit board having a predetermined pattern is placed on and abutted on the metallized metal layer with a brazing material such as silver solder interposed therebetween, and then this is heated to a temperature of about 900 ° C. in a reducing atmosphere. And the brazing material paste and brazing material is melted, it is fabricated by respectively bonding a brazing material of silver solder or the like metallized metal layer and the metal circuit plate and the upper and lower surfaces of the metal circuit plate of the ceramic substrate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional ceramic circuit board, the metal circuit boards bonded to the upper and lower surfaces of the ceramic board are electrically connected via a brazing material filled in a through hole provided in the ceramic board. In addition, the brazing material obtained by adding an organic solvent and a solvent to silver brazing powder (alloy powder of silver and copper) in the through hole of the ceramic substrate is filled in the through hole provided in the ceramic substrate. After filling the paste, it is performed by heating to a temperature of about 900 ° C. In this case, a large amount of air existing between the silver brazing powders is embraced in the molten silver brazing material and becomes porous, The conduction resistance was as high as 7 to 10 μΩcm in specific resistance. Therefore, in a conventional ceramic circuit board, when a large current exceeding 10 A flows through the metal circuit board and the brazing material in the through hole, the brazing material portion filled in the through hole generates resistance heat, and the heat is soldered on the metal circuit board. However, it has a drawback in that the electronic component cannot be stably operated at a high temperature by acting on an electronic component such as a semiconductor element that is bonded and fixed via an adhesive material such as the above.
[0006]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to effectively prevent the generation of a large amount of heat due to resistance heat generation, and to normally operate electronic components such as semiconductor elements connected to the metal circuit board as appropriate temperatures, It is another object of the present invention to provide a ceramic circuit board that can be stably operated.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Ceramic circuit board of the present invention, the metal columns consisting resistivity in the through-hole causes attached a metal circuit plate so as to close the through-hole on both surfaces of the ceramic substrate from the metallic material 4μΩcm having a through-hole , both ends were is placed in contact with the metal circuit plate, is characterized in that connects the metal circuit plate of the ceramic substrate both sides with the metal column.
[0008]
According to the ceramic circuit board of the present invention, a metal circuit plate which is attached to both surfaces of the ceramic substrate, almost no pores disposed in the through hole of the ceramic substrate, specific resistance of the following metal columns 4μΩcm , it is disposed in a state in which both ends are in contact with the metal circuit plate, since the electrically connected with the metal columns, also occurs the resistance heating in the metal column as a large current of more than 10A on the metal circuit plate and the metal column flows As a result, a large amount of heat is not generated, and as a result, electronic components such as semiconductor elements that are bonded and fixed onto a metal circuit board using an adhesive such as solder are always at an appropriate temperature, and are normal and stable over a long period of time. It can be activated.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a ceramic circuit board according to the present invention, wherein 1 is a ceramic substrate, 2 is a metallized metal layer, and 3 is a metal circuit board.
[0010]
The ceramic substrate 1 has a quadrangular shape, and a through
[0011]
The ceramic substrate 1 has
[0012]
The ceramic substrate 1 is made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body, or a silicon nitride sintered body. In the case of a sintered body, a suitable organic binder, plasticizer, and solvent are added to and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide to form a mud and the mud is well known in the art. A ceramic green sheet (ceramic green sheet) is formed by adopting the doctor blade method and the calender roll method, and then the ceramic green sheet is appropriately punched to have a predetermined shape having a hole to be a through
[0013]
The ceramic substrate 1 acts as a support member for supporting the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
A
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
In addition, when the
[0020]
Further, when the
[0021]
Still further, the
[0022]
The ceramic substrate 1 to which the
[0023]
The
[0024]
For example, when the
[0025]
When the
[0026]
If the diameter of the
[0027]
Thus, according to the above-described ceramic circuit board, electronic components such as semiconductor elements are bonded and fixed to the
[0028]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The ceramic circuit board of FIG. 2 has
[0029]
The
[0030]
The ceramic substrate 1 having the through
[0031]
The ceramic substrate 1 has a
[0032]
If the
[0033]
The ceramic substrate 1 has
[0034]
The
[0035]
For example, when the
[0036]
The
[0037]
If the diameter of the
[0038]
Further, the
[0039]
First, for example, the silver-copper eutectic alloy such as titanium, zirconium, hafnium or the like is attached to the ceramic substrate 1 having the
[0040]
In the ceramic circuit board, the specific resistance of the
[0041]
Further, in the ceramic circuit board of FIG. 3, a
[0042]
The ceramic substrate 1 having the through
[0043]
A
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
Further, when the
[0047]
Further, the ceramic substrate 1 has
[0048]
The
[0049]
For example, when the
[0050]
If the diameter of the
[0051]
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
According to the ceramic circuit board of the present invention, there is little pores is located a metal circuit plate which is attached to both surfaces of the ceramic substrate in the through hole of the ceramic substrate, specific resistance of the following metal columns 4Myuomegacm, ends were are placed in contact with the metal circuit plate, since the electrically connected with the metal columns, also occurs the resistance heating in the metal column as a large current of more than 10A on the metal circuit plate and the metal column flows, It does not generate a large amount of heat, and as a result, electronic components such as semiconductor elements that are bonded and fixed onto metal circuit boards using adhesives such as solder are always at the proper temperature, and operate normally and stably over a long period of time. It becomes possible to make it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a ceramic circuit board according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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