JPH0637410A - セラミックス回路基板 - Google Patents
セラミックス回路基板Info
- Publication number
- JPH0637410A JPH0637410A JP21245892A JP21245892A JPH0637410A JP H0637410 A JPH0637410 A JP H0637410A JP 21245892 A JP21245892 A JP 21245892A JP 21245892 A JP21245892 A JP 21245892A JP H0637410 A JPH0637410 A JP H0637410A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- metal
- circuit board
- circuit
- board
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 55
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 15
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018104 Ni-P Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018536 Ni—P Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N copper(II) sulfide Chemical compound [S-2].[Cu+2] OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
-
- 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
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Abstract
の発生を著しく抑えることができ、耐ヒートサイクル性
にも優れたセラミックス回路基板の提供。 【構成】 セラミックス回路基板の全ての断面におい
て、金属回路とセラミックス基板との接合部分の長さの
合計がセラミックス基板の長さに対して20%以上であ
り、金属回路の厚みが0.1 〜0.3mm であることを特徴と
するセラミックス回路基板。
Description
板、詳しくはパワー半導体モジュール等に使用されるセ
ラミックス回路基板に関する。
の高性能化に伴い、大電力・高能率インバーターなど大
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
く放散するため、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。特に最近、良好な熱伝導率を
有するセラミックス基板の出現により、基板上に半導体
素子を搭載する構造も採用されている。
方法には様々な方法があるが、特に回路基板の構造とい
う点からは、Mo−Mn法、活性金属メタライズ法(以
下、単に活性金属法という)、硫化銅法、DBC法、銅
メタライズ法があげられる。これらの中で大電力モジュ
ール基板の製造では、現在、金属として銅を用い、セラ
ミックスとの接合方法として活性金属法又はDBC法を
用いることが主流となっており、更に、高熱伝導を有す
る窒化アルミニウムを絶縁基板として使用することが普
及しつつある。
する方法としては、銅板を窒化アルミニウム基板との間
に活性金属を含むろう材を介在させ、加熱処理し接合体
を形成する活性金属法(例えば、特開昭60ー177634 号公
報)や、銅板と表面を酸化処理してなる窒化アルミニウ
ム基板とを銅の融点以下、Cu2O-Oの共晶温度以上で加熱
接合するDBC法(例えば、特開昭56ー163093号公報)
などが知られている。
差によって生じる残留応力が小さい。 (2)接合層が延性金属であるので、ヒートショックや
ヒートサイクルに対して耐久性が良好である。 などの利点があるが、絶縁基板にセラミックスを使用す
るため、曲げ応力に弱く、クラックが生じ易いという問
題があった。
セラミックス回路基板を厚さ数mmのベース銅板へ半田付
けする際、半田の融点、例えばPb:Sn=37:63 共晶半田の
場合には、230 ℃以上に加熱する必要があるので、この
時の熱履歴によりベース銅板が反りセラミックス回路基
板に曲げ応力が加わってクラックが生じたり、また、組
み立てられたパワーモジュールを放熱フィンにボルト締
めする際、機械的な曲げ応力により、クラックが生じ絶
縁不良となる問題があった。このクラックは歩留りを低
下させるだけでなく、高い信頼性が要求されるパワーモ
ジュールの分野では致命的な欠陥となる。
ックス回路基板に曲げ応力が加わった場合、金属回路の
パターンの端部に沿ってクラックが発生していることに
着目した。セラミックスと金属板の接合面において、熱
膨張率の差によって生じる引張応力は、 Wittmerらによ
る"Mechanical Properties of Liquid-Phase-Bonded Co
pper-Ceramic Substrates" (Journal of the American
Ceramic Society March 1982,vol.65,No.3,p149-153)
には、金属板の厚みに支配されることが記載されてい
る。
補強されているため、曲げ応力が集中しにくい。一方、
金属回路のパターン端部は、熱膨張率の差から生じる金
属回路板の引張応力が加わっている上に、金属板の補強
効果もないため、曲げ応力が集中しやすく、クラックが
生じる。
鋭意検討した結果、例えば、セラミックス回路基板の中
心部のように、曲げ応力が集中し易い部分の金属回路の
パターン形状を金属板の補強効果が得られるように設計
し、しかも金属回路の厚みを薄くすれば、金属回路のパ
ターン端部にかかる引張応力が小さくなることによって
セラミックス回路基板の抗折強度が大きくなり、クラッ
クの発生を抑制できることを見いだし、本発明を完成し
たものである。
ラミックス回路基板の全ての断面において、金属回路と
セラミックス基板との接合部分の長さの合計がセラミッ
クス基板の長さに対して20%以上であり、金属回路の厚
みが0.1 〜0.3mm であることを特徴とするセラミックス
回路基板である。
ると、本発明の最大の特徴は、従来用いられている材料
や工程をほとんど変更することなしに、セラミックス回
路基板の抗折強度を高め、クラックの抑制に大きな効果
をあげたことである。
分は、金属回路の補強効果により、曲げ応力が集中しな
いためにクラックが生じにくい。従って、本発明では、
金属回路の補強効果を示す指標として、セラミックス回
路基板の断面において、金属回路とセラミックス基板と
の接合部分の長さの合計とセラミックス基板の長さとの
割合(以下、この割合をパターン率という。)で表すこ
ととした。
ックス基板と接合していない部分すなわち非接合部は、
金属回路からの引張応力はなく曲げ応力は集中しない
が、金属回路の補強効果がないので、パターン率の算出
にあたっては、金属回路とセラミックス基板とは接合し
ていないものとして扱う。
が必要であり、30%以上特に40%以上が好ましい。パタ
ーン率が20%未満では、補強効果が小さくセラミックス
回路基板のクラック防止効果が十分でなくなる。
する断面の位置については特に限定しないが、曲げ応力
が集中し易い部分、例えばセラミックス回路基板の中心
部のパターン率を大きくすることが望ましい。
の材質については、特に制限はなく、通常は、銅、ニッ
ケル、銅合金、ニッケル合金が用いられる。金属回路の
厚みは、0.1 〜0.3mm とする。0.1mm 未満では、パター
ン率を20%以上にしても十分な補強効果が得られず、ま
た、0.3mm をこえると、セラミックス基板と金属回路の
熱膨張率の差により、接合・冷却時に発生する金属回路
の引張応力が大きくなって耐ヒートサイクル性が低下す
る。
る金属板の材質についても上記したものが用いられる。
また、その厚みは、セラミックス基板の回路面に形成さ
せた金属回路部分の体積によって決定するのが望まし
い。すなわち、本発明では、裏面の金属板の体積を金属
回路部分の金属板の体積以下とすることが望ましい。こ
れによって、セラミックス回路基板の反りがなくなる
か、又は反りが生じたとしてもその方向は回路面が凹に
なるので、そのように反ったものをベース銅板に半田付
けしても、セラミックス回路基板とベース銅板との間に
はボイドが発生しないので、熱伝導性は低下しない。
面の金属回路部分の金属板の体積をこえると、裏面の金
属板の引張応力が大きくなるので、それをベース銅板に
半田付けすると、セラミックス回路基板は回路面が凸の
方向に反ってしまい、セラミックス回路基板とベース銅
板との間にボイドが発生して熱伝導性が低下する。
質については、特に制限はなく、窒化アルミニウム(Al
N )、窒化ケイ素(Si3N4 )、酸化アルミニウム(Al2O
3 )、ムライト等から選ばれた少なくとも一種又は二種
以上を主成分とするものがあげられ、中でも熱伝導率が
大きい窒化アルミニウムが好ましい。
造する際の接合方法としては、上記したDBC法や活性
金属法を用いることができる。
説明する。
に、Zr-Ag-Cu系の活性金属ろう材を図1及び図2に示す
ように、金属回路のa値とb値を変えた種々の回路パタ
ーンをスクリーン印刷し、この回路パターンと同じ形状
に打ち抜いた表1に示す厚みを有する無酸素銅板を接合
し、接合体を製造した。接合条件は、温度900 ℃、真空
度1.0 ×10-6torrとし、得られた接合体はいずれも無電
解Ni-Pメッキを5μm 施した。
強度と耐ヒートサイクル性を測定した。それらの結果を
表1に示す。なお、表1に示したパターン率は、図1の
A部における値である。
ードセル;50kg 測定条件:スパン;30mm、3点曲げ、クロスヘッド速
度;0.5mm/min図2に示すセラミックス回路基板のBの
位置にクロスヘッドをあて、JIS R1601 に準拠して測定
した。
ER-2252-A 測定条件:気中にて、-40 ℃×30分、25℃×10分、125
℃×30分、25℃×10分を1サイクルとし、500 サイクル
実施した。 評 価 :A;電極剥離なし B;僅かに電極剥離発生
C;電極剥離発生
を大きくし、しかも金属回路の厚みを薄くするだけで、
セラミックス回路基板の抗折強度を増大させることがで
きるので、曲げ応力に対するクラックの発生を著しく抑
えることができ、耐ヒートサイクル性にも優れたセラミ
ックス回路基板となる。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 セラミックス回路基板の全ての断面にお
いて、金属回路とセラミックス基板との接合部分の長さ
の合計がセラミックス基板の長さに対して20%以上であ
り、金属回路の厚みが0.1 〜0.3mm であることを特徴と
するセラミックス回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212458A JP3056889B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | セラミックス回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212458A JP3056889B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | セラミックス回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0637410A true JPH0637410A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3056889B2 JP3056889B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=16622967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4212458A Expired - Lifetime JP3056889B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | セラミックス回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3056889B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009302187A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 絶縁金属ベース回路基板及びそれを用いた混成集積回路モジュール |
| JP2021132238A (ja) * | 2016-07-28 | 2021-09-09 | 株式会社東芝 | 回路基板および半導体モジュール |
-
1992
- 1992-07-17 JP JP4212458A patent/JP3056889B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009302187A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 絶縁金属ベース回路基板及びそれを用いた混成集積回路モジュール |
| JP2021132238A (ja) * | 2016-07-28 | 2021-09-09 | 株式会社東芝 | 回路基板および半導体モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3056889B2 (ja) | 2000-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1450401B1 (en) | Module comprising a ceramic circuit board | |
| JPH07202063A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JP2003273289A (ja) | セラミックス回路基板およびパワーモジュール | |
| KR100374379B1 (ko) | 기판 | |
| JP4104429B2 (ja) | モジュール構造体とそれを用いたモジュール | |
| JPH11195854A (ja) | 基板とその製造法、基板に好適な金属接合体 | |
| JP2911644B2 (ja) | 回路基板 | |
| JPH10190176A (ja) | 回路基板 | |
| JPH08250823A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JP2003168770A (ja) | 窒化ケイ素回路基板 | |
| JP4427154B2 (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JP3722573B2 (ja) | セラミックス基板及びそれを用いた回路基板とその製造方法 | |
| JP4557398B2 (ja) | 電子素子 | |
| JPH10247763A (ja) | 回路基板及びその製造方法 | |
| JPH09234826A (ja) | 金属−セラミックス複合基板及びその製造法 | |
| JP3599517B2 (ja) | パワーモジュール用回路基板 | |
| JPH08102570A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JPH0637410A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JPH08274423A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JP4057436B2 (ja) | 銅基合金およびその銅基合金を使用する放熱板用材料 | |
| JP3613759B2 (ja) | 金属−セラミックス複合基板 | |
| JP4910113B2 (ja) | 金属−セラミックス接合基板の製造方法 | |
| CN119301755A (zh) | 陶瓷电路基板以及使用其的半导体装置 | |
| JP3383892B2 (ja) | 半導体実装構造体の製造方法 | |
| JP5392901B2 (ja) | 窒化珪素配線基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080414 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110414 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130414 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130414 |