JP7212768B2 - セラミックス回路基板および電子部品モジュール - Google Patents
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Description
このような凹部内にメッキ層を有するセラミックス回路基板を用いることで、接続信頼性に優れた電子部品モジュールを実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
窒化珪素基板と、
前記窒化珪素基板の一面に設けられた銅放熱板と、
前記窒化珪素基板の他面に設けられた銅回路板と、
を備えるセラミックス回路基板であって、
前記窒化珪素基板の他面に対向する主面と反対側に位置する、前記銅回路板の他面の少なくとも一部に設けられた銀メッキ層を備え、
前記銀メッキ層が、前記銅回路板の他面に設けられた凹部内に形成されている、
セラミックス回路基板が提供される。
上記のセラミックス回路基板と、
前記セラミックス回路基板の銅回路板に設けられた電子部品と、
前記セラミックス回路基板の銅放熱板に設けられたヒートシンクと、
を備える、電子部品モジュールが提供される。
なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。従って、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
平面上の設けられたメッキ層には、その平面との接する先端部分に応力集中点αが存在する。この応力集中点αを基点として、面内方向に応力を受けるために、メッキ層に界面剥離が生じる恐れがある。
これに対して、凹面上に設けられたメッキ層には、面内方向に応力を受ける応力集中点αがないため、メッキ層の剥離を抑制できると考えられる。
上述のセラミックス回路基板を用いることで、電子部品モジュールの接続信頼性を向上させることが可能となる。
図1は、セラミックス回路基板100の構成の一例を模式的に示す図であり、図1(a)は側面図、図1(b)は上面図を示す。なお、図1(a)は、図1(b)のA-A矢視断面図である。
また、一面12の垂線方向から見たときの窒化珪素基板10の平面形状は、実用的な形状であれば限定されないが、例えば、略矩形であってもよい。
「略」という用語は、特に明示的な説明の無い限りは、製造上の公差やばらつき等を考慮した範囲を含むことを表す。
銅放熱板20は、ヒートシンク接合用の銅板として用いられる。
また、一面12の垂線方向から見たときの銅放熱板20の平面形状は、実用的な形状であれば限定されないが、例えば、略矩形であってもよい。
また、窒化珪素基板10の他面14の垂線方向から見たときの銅回路板30の平面形状は、回路パターンとして実用的な形状であれば限定されないが、例えば、略矩形や略多角形等であってもよい。
ろう材として、チタン(Ti)、インジウム(In)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、アルミニウム(Al)、錫(Sn)から選択される少なくとも一種の活性金属を含有する銀-銅系ろう材を用いることができる。具体的には、Ag-Cu-Ti系ロウ材、Ag-Cu-In-Ti系ロウ材、Ag-Cu-Sn-Ti系ロウ材を使用できる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
チタン等の活性金属の添加量は、例えば、Agと、Cuと、SnまたはInとの合計100質量部に対して、1.5質量部以上5.0質量部以下としてもよい。活性金属の添加量を適切に調整することで、セラミックス板に対する濡れ性を一層高めることができ、接合不良の発生を一層抑えることができる。
このとき、T1、T2およびT3が、例えば、1≦(T2+T3)/T1≦15を満たすように構成されてもよい。(T2+T3)/T1の上限は、15以下でもよく、10以下でもよい。これにより、セラミックス回路基板100の冷熱サイクルの耐性を向上できる。一方、(T2+T3)/T1の下限は、特に限定されないが、1以上でもよく、2以上でもよい。
具体的手法の一つとして、例えば、窒化珪素基板10上に銅板を接合する。そして、該銅板をエッチング処理して回路パターンを有する銅回路板30を形成する。銅回路板30の他面34に対して、化学的研磨処理を施してもよい。
まず、銅回路板30の他面34上に、半導体素子などの電子部品を搭載する搭載領域について、開口パターンを有するレジスト70を形成する。例えば、スクリーン印刷や露光法によって、レジスト70にパターンを形成する。レジスト70で覆われた他面34の領域は、非搭載領域に対応する。
その後、剥離液を用いて、レジスト70を除去する。レジスト剥離液には、公知の薬液を使用してもよいが、銅に対して浸食性が小さい剥離液を使用することが好ましい。銅に対して低浸食性の剥離液として、例えば、苛性ソーダ(水酸化ナトリウム水溶液)が用いられる。また、苛性ソーダ等を用いるとサイドエッチングが生じにくい。
アルカリ洗浄後の銅放熱板20や銅回路板30の表面において、ベンゾトリアゾール等の銅板に一般的に使用される防錆剤を処理しないでもよい。接合界面における不純物の発生を抑制できる。
凹部60の深さは、銀メッキ層50の厚みよりも大きいことが好ましく、より好ましくは凹部60の深さは、銀メッキ層50の厚みの2倍以上であることが好ましい。
封止樹脂部形成用樹脂組成物の種類は特に限定されず、トランスファーモールド用樹脂組成物、コンプレッション成形用樹脂組成物、液状封止材等、当該技術分野で通常使用される樹脂組成物を使用することができる。
封止樹脂部形成用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を含むことが好ましく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂から選ばれる1種又は2種以上を含むことが好ましく、少なくともエポキシ樹脂を含むことがより好ましい。
封止樹脂部形成用樹脂組成物は、硬化剤、充填材等を更に含んでいてよい。
充填材としては、溶融シリカ(球状シリカ)、結晶シリカ、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉体又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが挙げられる。充填材は1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 窒化珪素基板と、
前記窒化珪素基板の一面に設けられた銅放熱板と、
前記窒化珪素基板の他面に設けられた銅回路板と、
を備えるセラミックス回路基板であって、
前記窒化珪素基板の他面に対向する主面と反対側に位置する、前記銅回路板の他面の少なくとも一部に設けられた銀メッキ層を備え、
前記銀メッキ層が、前記銅回路板の他面に設けられた凹部内に形成されている、
セラミックス回路基板。
2. 1.に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の板厚方向に見たときの断面視の一つにおいて、
前記銀メッキ層が、前記銅回路板の主面側から他面側の方向に開口した略コの字状を有する、
セラミックス回路基板。
3. 1.または2.に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の板厚方向に見たときの断面視の一つにおいて、
前記銅回路板は、前記銀メッキ層の形成領域の下方にサイドエッチング部を含まない、
セラミックス回路基板。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の他面を垂線方向から見たとき、前記凹部内の表面全体に対する前記銀メッキ層の被覆面積が、80%以上100%以下である、セラミックス回路基板。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
二次元輪郭形状測定により測定される前記凹部の深さが、1μm以上50μm以下である、セラミックス回路基板。
6. 1.~5.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記銀メッキ層の厚みが、0.1μm以上3.0μm以下である、セラミックス回路基板。
7. 1.~6.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の他面を垂線方向から見たとき、前記銅回路板の他面側の表面全体に対する前記銀メッキ層の被覆面積が、10%以上90%以下である、セラミックス回路基板。
8. 1.~7.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
JIS B 0601-1994に準拠して測定される、前記銀メッキ層の表面粗さRaが、0.01μm以上0.9μm以下である、セラミックス回路基板。
9. 1.~8.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の銅粒子のサイズが、30μm以上600μm以下である、セラミックス回路基板。
10. 1.~9.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅放熱板と前記窒化珪素基板との間および前記銅回路板と前記窒化珪素基板との間の少なくとも一方に、銀-銅系ろう材層が設けられている、セラミックス回路基板。
11. 1.~10.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板であって、
前記窒化珪素基板の厚みをT1、
前記銅放熱板の厚みをT2、
前記銅回路板の厚みをT3としたとき、
T1、T2およびT3が、1≦(T2+T3)/T1≦15を満たす、
セラミックス回路基板。
12. 1.~11.のいずれか一つに記載のセラミックス回路基板と、
前記セラミックス回路基板の銅回路板に設けられた電子部品と、
前記セラミックス回路基板の銅放熱板に設けられたヒートシンクと、
を備える、電子部品モジュール。
平均粒径0.7μmの窒化珪素原料粉末91.4質量部に、焼結助剤として、Y2O36.0質量部とMgO1.5質量部添加し、有機溶剤、有機バインダー、可塑剤等を混入しボールミルで均一に混合して原料スラリーとした。原料スラリーを脱泡・増粘した後、ドクターブレード法でシート成形して成形体を得た。得られたシート成形体を切断後、500℃で脱脂し、更に、焼成炉内で、1850℃、5時間の窒素雰囲気中で焼成し、窒化珪素基板を作製した。
ろう材(活性金属を含む)として、Ag粉末(福田金属箔粉工業株式会社製:Ag-HWQ 2.5μm)89.5質量部、Cu粉末(福田金属箔粉工業株式会社製:Cu-HWQ 3μm)9.5質量部、Sn粉末(福田金属箔粉工業株式会社製:Sn-HPN 3μm)1.0質量部の合計100質量部に対して、水素化チタン粉末(トーホーテック株式会社製:TCH-100)を3.5質量部含むろう材を準備した。
上記ろう材と、バインダー樹脂と、溶剤とを混合し、ろう材ペーストを得た。このろう材ペーストを、窒化珪素基板の両面に、各面での乾燥厚みが約10μmとなるように、スクリーン印刷法で塗布した。
その後、窒化珪素基板の両面に銅板を重ね、1.0×10-3Pa以下の真空中にて780℃、30分の条件で加熱し、窒化珪素基板と銅板をろう材で接合した。これにより、窒化珪素基板と銅板とがろう材で接合された窒化珪素-銅複合体を得た。
得られた窒化珪素-銅複合体銅層にエッチングレジストを印刷し、塩化第二鉄溶液でエッチングして回路パターンを形成した。
回路パターンが形成された銅板(銅回路板)の表面に、開口パターンを有するレジストをスクリーン印刷した。
レジスト開口部内の銅回路板の表面について、脱脂処理を施し、水で洗浄した。
硫酸および過酸化水素を含む硫酸過水を用いて、レジスト開口内の表面をエッチングして、凹部を形成した。
エッチング後、無電解メッキによって、凹部内に銀メッキ層を形成した。なお、上記のエッチング処理条件、無電解メッキ条件は、凹部の深さが銀メッキ層の厚みの2.5倍以上になるように調整した。
その後、水酸化ナトリウム水溶液を用いてレジストを除去して、セラミックス回路基板(窒化珪素回路基板)を製造した。
硫酸過水に代えて約10%の硫酸水溶液を使用し、水酸化ナトリウム水溶液に変えて水酸化カリウム水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にしてセラミックス回路基板を製造した。
また、図5(a)、(b)は、比較例1のセラミックス回路基板の板厚方向の断面についてのSEM画像を示す。図5(b)は、図5(a)の拡大図である。
実施例2では、エッチング処理条件、無電解メッキ条件を調整して、凹部の深さが銀メッキ層の厚みと同等になるように調整した。実施例1と比較するとやや剥離が生じやすい傾向にあったが、比較例1よりは剥離し難かった。
12 一面
14 他面
20 銅放熱板
30 銅回路板
32 一面
34 他面
50 銀メッキ層
60 凹部
70 レジスト
100 セラミックス回路基板
110 ヒートシンク
120 電子部品
130 半田層
132 半田層
200 電子部品モジュール
Claims (12)
- 窒化珪素基板と、
前記窒化珪素基板の一面に設けられた銅放熱板と、
前記窒化珪素基板の他面に設けられた銅回路板と、
を備えるセラミックス回路基板であって、
前記窒化珪素基板の他面に対向する主面と反対側に位置する、前記銅回路板の他面の少なくとも一部に設けられた銀メッキ層を備え、
前記銀メッキ層が、前記銅回路板の他面に設けられた凹部内に形成されており、
前記銀メッキ層の下面の一部が、前記凹部から外側の領域に形成されており、かつ、
前記銀メッキ層が、前記銅回路板側面には形成されていない、
セラミックス回路基板。 - 請求項1に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の板厚方向に見たときの断面視の一つにおいて、
前記銀メッキ層が前記銅回路板の主面側から他面側の方向に開口した略コの字状を有する、または、前記銀メッキ層が前記凹部の全体を充填するように構成される、
セラミックス回路基板。 - 請求項1または2に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の板厚方向に見たときの断面視の一つにおいて、
前記銅回路板は、前記銀メッキ層の形成領域の下方にサイドエッチング部を含まない、
セラミックス回路基板。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の他面を垂線方向から見たとき、前記凹部内の表面全体に対する前記銀メッキ層の被覆面積が、80%以上100%以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
二次元輪郭形状測定により測定される前記凹部の深さが、1μm以上50μm以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銀メッキ層の厚みが、0.1μm以上3.0μm以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の他面を垂線方向から見たとき、前記銅回路板の他面側の表面全体に対する前記銀メッキ層の被覆面積が、10%以上90%以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
JIS B 0601-1994に準拠して測定される、前記銀メッキ層の表面粗さRaが、0.01μm以上0.9μm以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅回路板の銅粒子のサイズが、30μm以上600μm以下である、セラミックス回路基板。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記銅放熱板と前記窒化珪素基板との間および前記銅回路板と前記窒化珪素基板との間の少なくとも一方に、銀-銅系ろう材層が設けられている、セラミックス回路基板。 - 請求項1~10のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板であって、
前記窒化珪素基板の厚みをT1、
前記銅放熱板の厚みをT2、
前記銅回路板の厚みをT3としたとき、
T1、T2およびT3が、1≦(T2+T3)/T1≦15を満たす、
セラミックス回路基板。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板と、
前記セラミックス回路基板の銅回路板に設けられた電子部品と、
前記セラミックス回路基板の銅放熱板に設けられたヒートシンクと、
を備える、電子部品モジュール。
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