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JP3155885B2 - Circuit board - Google Patents

Circuit board

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Publication number
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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JP
Japan
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aluminum nitride
circuit board
metal
circuit
nitride substrate
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好彦 辻村
美幸 中村
明 宮井
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0284Details of three-dimensional rigid printed circuit boards
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Landscapes

  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit board suitable for a power module for electronic components, particularly an intelligent power module.

【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。
2. Description of the Related Art In recent years, high-performance modules such as high-power and high-efficiency inverters have been transitioning along with high performance of industrial equipment such as robots and motors, and heat generated from semiconductor elements has been increasing steadily. . In order to efficiently dissipate this heat, various methods have conventionally been used for large power module substrates.

【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。
[0003] Recently, ceramic substrates made of aluminum nitride or the like having good heat conduction have become available, so that a metal plate such as a copper plate is bonded on the ceramic substrate to form a metal circuit, and then the metal circuit is directly or plated. The semiconductor element is mounted after the processing. In this case, a structure in which a heat-dissipating metal plate is provided on the surface opposite to the metal circuit surface for attachment to a heat sink is also employed.

【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。
[0004] On the other hand, there is a demand for further enhancement of functions, intelligence, and miniaturization. To meet the demand, a module having a structure in which a power unit and a control unit are combined has been studied, and some modules are commercially available. Its structure is a circuit board (hereinafter referred to as a “basic circuit board”) in which a copper circuit is formed on a ceramic substrate.
Power semiconductor element, power circuit,
A circuit board with a base terminal made of a glass epoxy or other base board separate from the basic circuit board for the purpose of detecting overcurrent and overvoltage, leaving a space for mounting the power section of the drive circuit etc. Hereinafter, these are referred to as “multi-purpose circuit boards”).

【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。
[0005] In such a two-stage circuit board, is it manufactured by soldering a multi-purpose circuit board while leaving a space for mounting a power portion on a copper circuit surface of a basic circuit board?
Alternatively, it has been proposed to bond with a rubber adhesive as described in the specification attached to Japanese Patent Application No. 6-22263.

【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。
However, this method has a problem that a considerable amount of labor is required for manufacturing and the cost is high. Furthermore, thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion between the base substrate of the multi-purpose circuit board and the ceramic substrate of the basic circuit board due to a temperature cycle accompanying heat generation of the semiconductor element, and solder and the ceramic substrate are damaged, such as cracks. There is a problem that the reliability of the stepped circuit board is significantly reduced.

【0007】[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 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
いだし、本発明を完成させたものである。
As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have provided portions having different thicknesses on the basic circuit board, and have exposed the metal circuit between the metal circuits.
The surface of the aluminum nitride substrate
Including 3ZrO 2 · 2Y 2 O 3 by択的etching
The structure is such that a coating layer of an oxide layer is formed.
If this circuit board is provided with the function of a multi-purpose circuit board, the labor of joining the basic circuit board and the multi-purpose circuit board can be omitted, and
It has been found that generation of thermal stress due to difference in thermal expansion can be suppressed , and the present invention has been completed.

【0008】すなわち、本発明は、3ZrO 2 ・2Y 2
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 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
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。
That is, the present invention provides 3ZrO 2 · 2Y 2
Aluminum nitride substrate and metal by bonding layer containing O 3
The joined body formed by joining the plates is etched,
Aluminum substrate be one metal circuit or a metal circuit and the heat radiating metal plate has been formed, the different parts of the thicknesses present in the above aluminum nitride substrate <br/> and metal circuit, moreover the
Etching, aluminum nitride substrate between metal circuits 3
To be coated with an oxide layer containing ZrO 2 .2Y 2 O 3
A circuit board characterized by being selectively performed , and an aluminum nitride-based circuit board in the circuit board.
Be present different portions of the thickness on only one surface of the plate, providing a rib on the aluminum nitride substrate, nitride Arumini
When the thickness of the metal substrate is A, the thickness of the metal circuit is B, and the thickness of the heat dissipating metal plate is C, A +
The value of B + C is constant, the power unit the thicker portion of the wall thickness of the metallic circuit, a circuit board, respectively, characterized by comprising a thin portion of the thick as a control unit consisting of a fine pattern.

【0009】以下、さらに詳しく本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【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。
The material of the ceramic substrate used in the present invention is aluminum nitride. As a method for allowing portions having different thicknesses to exist on the aluminum nitride substrate, aluminum nitride
There are a method of machining a minium sintered body, and a method of providing it at the stage of forming a green sheet by an extrusion molding method or the like.

【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
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。
FIG. 1 shows an example of the shape of an aluminum nitride substrate .
To 3. FIG. 1 shows a structure in which portions having different thicknesses are present on both surfaces of an aluminum nitride substrate , and the durability to a heat cycle is improved as compared with a structure in which it is present on only one surface. Figure 2 shows aluminum nitride
This is one in which portions having different thicknesses exist only on one side of the nickel substrate . The advantage of this shape is that it has
A metal plate can be easily attached .
FIG. 3 shows a structure in which ribs are provided in thin portions to reinforce the strength of the aluminum nitride substrate . The place where the rib is provided is not limited to the thin part, and may be the thick part or both.

【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。
As for the thickness of the aluminum nitride substrate, the thickness of the thick portion is 0.5 mm or more, particularly 0.6 mm or more, and the thickness of the thin portion is 0.3 to less than 0.5 mm. It is preferably 0.5 mm. Nitride
If the thickness of the thin portion of the aluminum substrate is too small, the strength is weakened, and if the thickness of the thick portion is too large, the heat resistance is disadvantageous.

【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。
The metal material of the metal circuit or the radiating metal plate used in the present invention is not particularly limited, and copper, nickel, a copper alloy or a nickel alloy is used. Is optimal. Also, there is no limitation on the thickness of the metal circuit, and it is desirable that the thickness be in the range of 0.1 to 0.5 mm. If the thickness of the metal circuit is too thin, the current capacity becomes small, and the capability of the circuit is limited. On the other hand, if the thickness of the metal circuit is too large, thermal stress due to the difference in thermal expansion is applied to the substrate, so that the durability of the circuit substrate is reduced. Since the portion requiring the current capacity is limited in the circuit board, only the portion requiring the current capacity is thickened. The thickness is desirably 0.3 to 0.5 mm, and the portion that does not require a current capacity may have the minimum necessary thickness, and about 0.1 to 0.2 mm is sufficient.

【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。
Circuit board [0014] The present invention is targeted, nitride
The metal circuit is formed on one surface of the aluminum substrate , and the heat dissipating metal plate formed on the other surface is arbitrary. When the heat-dissipating metal plate is provided, its thickness is suitably from 0.15 to 0.25 mm.

【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。
[0015] To form a metal circuit or a heat radiating metal plate is an aluminum nitride substrate, a brazing method using the brazing material containing an active metal bonding method using an organic adhesive, even by DBC method if metals are copper A method of manufacturing a joined body of an aluminum nitride substrate and a metal plate and etching the metal is preferable. When the thickness of the metal circuit or the heat radiating metal plate is small, it can be formed by a thin film metallization method, a thick film metallization method, a high melting point metallization method, or the like.

【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。
The active metal brazing method has an advantage that the durability against a heat cycle is large as compared with the DBC method. The metal component of the brazing material in the active metal brazing method is
An active metal is used as a secondary component in order to secure wettability with the aluminum nitride substrate at the time of melting, with silver and copper as main components. This active metal component reacts with the aluminum nitride substrate to form mainly nitrides, and these products form a brazing filler metal and an aluminum nitride.
Strengthen the bond with the minium substrate . Specific examples of the active metal include titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, vanadium and compounds thereof. The proportion of the active metal is 3 to 35 parts by weight per 100 parts by weight of the total of 69 to 75 parts by weight of silver and 25 to 31 parts by weight of copper.

【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。
FIGS. 4 to 6 show an example of a joined body of an aluminum nitride substrate and a metal plate, and FIGS. 7 to 9 show an example of a circuit board manufactured from the joined body by an etching method. In the present invention, when the thickness of the aluminum nitride substrate is A, the thickness of the metal circuit is B, and the thickness of the heat-dissipating metal plate is C, the structure is such that the value of A + B + C is constant in any portion, thereby achieving a metal structure. There is an advantage that the work of applying an etching resist when forming a circuit and the work of wire bonding when assembling a circuit board into a module can be performed on the same plane.

【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。
As a method for forming a metal circuit, a method in which an etching resist is applied to a metal plate of a joined body and then etched is preferable. Examples of the etching resist include an ultraviolet curing type and a thermosetting type. When the metal plate is a copper plate or a copper alloy plate, a solution such as a ferric chloride solution, a cupric chloride solution, sulfuric acid, or a hydrogen peroxide solution is used as the etching solution. Preferably, they are a ferric chloride solution and a cupric chloride solution. On the other hand, when the metal plate is made of nickel or a nickel alloy, a ferric chloride solution is used.

【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 3 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。
Also, in the present invention, the exposure
The surface of the aluminum nitride substrate which issued 3ZrO 2 · 2Y
By coating with an oxide layer containing 2 O 3 , durability against a heat cycle can be further improved, and even if a thermal stress is generated in a circuit board, a crack that propagates to an aluminum nitride substrate can be prevented.

【0020】このような3ZrO2 ・2Y2 3 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 3 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 3 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
2 3 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。
[0020] To coat the aluminum nitride substrate between the metal circuits at the oxide layer containing such 3ZrO 2 · 2Y 2 O 3, further 3ZrO 2 · 2Y to brazing material containing an active metal
Aluminum nitride using 2 O 3 powder
3ZrO2 2Y2O is used for the bonding layer of the bonded body of the substrate and the metal plate.
3 or Y on the aluminum nitride substrate .
2O3 using a brazing material containing zirconium or zirconium compound as the active metal component if it contains, 3ZrO 2 · 2Y 2 to the bonding layer by reacting them in joining the aluminum nitride substrate and the metal plate O 3 is generated, and in any case, 3ZrO 2 .2 is used in a step of removing unnecessary brazing material existing between metal circuits.
It can be performed by performing a treatment such that Y 2 O 3 selectively remains. The processing method is as follows.

【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 3 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。
That is, even if an unnecessary portion of the metal is removed from the joined body manufactured by the active metal brazing method by etching, the brazing material originally applied between the metal circuits, its alloy layer / nitride layer, or the metal circuit is removed. Unnecessary brazing material protruding outside the pattern remains. Therefore, it is necessary to remove the unnecessary brazing material, NH 4 F solution as the first treatment liquid when the sulfate as a second treatment liquid, an aqueous solution containing an inorganic acid such as nitric acid and hydrogen peroxide used The concentration of the aqueous NH 4 F solution in the first treatment liquid is 0.1 to 10% by weight, the temperature is 40 to 60 ° C., the concentration of the inorganic acid, preferably sulfuric acid, in the second treatment liquid is 2 to 4% by weight and the concentration of hydrogen peroxide When treated at 0.5 to 1% by weight and a treatment temperature of 40 to 60 ° C., 3ZrO 2.
Unnecessary brazing material can be removed by leaving 2Y 2 O 3 . The above-described first processing and second processing can be performed simultaneously.

【0022】3ZrO2 ・2Y2 3 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 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。
[0022] Preferably 2~10μm as coating thickness of the oxide layer containing 3ZrO 2 · 2Y 2 O 3. If it is less than 2 μm, the effect is small, and if it exceeds 10 μm, the effect is not so much improved but spots and the like are generated, which is not preferable in appearance. 3ZrO 2 · 2Y 2 O 3 in the oxide layer can be confirmed by a peak of the (211) plane or the (003) plane by X-ray diffraction.

【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。
The function of a conventional two-stage circuit board can be provided by making the thick part of the metal circuit of the circuit board of the present invention a power part and the thin part a control part composed of a fine pattern.

【0024】[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。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【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。
Comparative Example 1 96 parts by weight of aluminum nitride powder, 4 parts by weight of a sintering aid (yttria), 6 parts by weight of polyvinyl butyral, 3 parts by weight of butyl phthalate, 1 part by weight of glycerin triolate and 60 parts by weight of toluene were placed in a nylon pot. For 24 hours. The obtained slurry was spread on a PET film by a doctor blade method, air-dried, and then dried at 120 ° C. for 3 hours to form a green sheet having a predetermined thickness.

【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。
The green sheets were punched into a size of 60 × 35 mm and 20 × 35 mm, and ten sheets of green sheets of the respective sizes were temporarily fixed by thermocompression bonding and integrated, and a tungsten weight was placed thereon. 1 at 500 ° C
After heating and degreasing for an hour, normal pressure sintering was performed in a nitrogen atmosphere at 1900 ° C. for 1 hour to produce an aluminum nitride substrate shown in FIG.

【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。
75 parts by weight of silver powder, 25 parts by weight of copper powder, 15 parts by weight of zirconium powder, 15 parts by weight of terpineol, and 1 part by weight of a toluene solution of polyisobutyl methacrylate are added and kneaded well to contain an active metal. The material paste was adjusted. This brazing material paste was applied to the entire front and back surfaces of the aluminum nitride substrate produced by the above method. The coating amount (after drying) at that time is 6 to 8 mg / cm
And 2 .

【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。
Next, copper plates are placed in contact with both sides of the aluminum nitride substrate on which the brazing material paste has been applied, and then heated at 900 ° C. under a vacuum of 1 × 10 −5 Torr or less.
After heating for 0 minutes, the assembly was cooled at a temperature reduction rate of 2 ° C./min to produce a joined body shown in FIG.

【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。
An etching resist of a UV effect type is applied on the copper plate of the obtained joined body by screen printing, and then an etching process is performed using a cupric chloride solution to dissolve and remove unnecessary portions of the copper plate. Peeled off with 5% caustic soda solution. Since this is joined body after the etching treatment, there is a reaction between the residual unnecessary brazing material and active metal component and the aluminum nitride substrate between the copper circuit, to remove it, temperature 60 ℃, 10% NH 4 F solution For 10 minutes to produce a circuit board shown in FIG.

【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。
Comparative Example 2 96 parts by weight of aluminum nitride powder and 4 parts by weight of yttria powder were premixed in a ball mill for 30 minutes, and then 1 part by weight of oleic acid was added and mixed for another 30 minutes. After adding 8 parts by weight of methylcellulose to this mixture and mixing with a high-speed mixer for 1 minute, a mixed solution of 3 parts by weight of glycerin and 12 parts by weight of water was added while stirring the mixer, and mixed for 2 minutes to obtain a granulated product. .

【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。
After the granulated product is kneaded with a roll, it is molded by an extruder while performing vacuum degassing, dried in a belt-type drying furnace at 80 ° C. for 20 minutes, and then cut to obtain aluminum nitride. Green sheets were manufactured. Thereafter, the same operation as in Comparative Example 1 was performed to produce the aluminum nitride substrate shown in FIG. 2, and the circuit board shown in FIG. 8 was produced through the joined body shown in FIG. 5.

【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 3 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。
Example 1 Removal of unnecessary brazing material was carried out at a temperature of 60 ° C. for 5 minutes in a 5% aqueous solution of NH 4 F, and then at a temperature of 50 ° C. for 5 minutes in a mixed aqueous solution of 3% sulfuric acid and 0.7% hydrogen peroxide. A circuit board was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the circuit board was immersed. It was confirmed by X-ray diffraction and the like that the surface of the aluminum nitride substrate between the copper circuits of the obtained circuit substrate was covered with an oxide layer containing 3ZrO 2 .2Y 2 O 3 .

【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 3 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] except that the removal of the Example 2 unnecessary brazing material was performed under the conditions of Example 1 were manufactured circuit board in the same manner as in Comparative Example 2. It was confirmed by X-ray diffraction and the like that the surface of the aluminum nitride substrate between the copper circuits of the obtained circuit substrate was covered with an oxide layer containing 3ZrO 2 .2Y 2 O 3 .

【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。
A heat cycle (thermal shock) test was performed on the circuit boards manufactured through these series of processes.
The heat cycle test was performed in the air, after holding at -40 ° C for 30 minutes, leaving at 25 ° C for 10 minutes, and further holding at 125 ° C for 30 minutes, then leaving at 25 ° C for 10 minutes as one cycle. The number of heat cycles at which the copper plate was first peeled off from at least one sheet was measured as the number of copper plate peeling starts.

【0035】その結果、比較例1が3000回、比較例
が2800回、実施例1が3500回、実施例2が3
300回であった。
[0035] As a result, Comparative Example 1 is 3000 times, Comparative Example
2 2800 times, Example 1 3500 times, Example 2 3
It was 300 times.

【0036】[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。
According to the present invention, a power part such as a power semiconductor element, a power supply circuit, a drive circuit, and the like, a relay terminal for an extraction electrode, or a part for detecting overcurrent and overvoltage, etc., coexist. In addition, it is possible to provide a circuit board, for example, an intelligent power module board, which can sufficiently cope with demands for high functionality and miniaturization and has high durability against heat cycles, at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an aluminum nitride substrate used in the present invention.

【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。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of an aluminum nitride substrate used in the present invention.

【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。
3 is a perspective view showing an example of the aluminum nitride base plate used in the present invention.

【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。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a joined body of an aluminum nitride substrate and a metal plate used in the present invention.

【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。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a joined body of an aluminum nitride substrate and a metal plate used in the present invention.

【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。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a joined body of an aluminum nitride substrate and a metal plate used in the present invention.

【図7】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a circuit board of the present invention.

【図8】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing an example of a circuit board of the present invention.

【図9】本発明の回路基板の一例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an example of the circuit board of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。1 Aluminum nitride substrate 2 Metal plate 3 Metal circuit 4 Heat dissipation metal plate The dimensions in the figure are mm.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-250191 (JP, A) JP-A-5-121589 (JP, A) JP-A-5-102629 (JP, A) JP-A-2- 165688 (JP, A) Fully open sho 59-185864 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H05K 1/02 H05K 1/05

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 3ZrO 2 ・2Y 2 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
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。
1. A bonding layer containing 3ZrO 2 · 2Y 2 O 3
Therefore, the aluminum nitride substrate and the metal plate are not
A metal circuit or a metal circuit and a heat-dissipating metal plate are formed on the aluminum nitride substrate, and the aluminum nitride substrate and the metal circuit have portions having different thicknesses. Moreover, the above-mentioned etching
Aluminum nitride substrate between circuits is 3ZrO 2 · 2Y 2 O
Selectively to be coated with an oxide layer containing 3
Circuit board, characterized in that the shall.
【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。
2. The circuit board according to claim 1, wherein a portion having a different thickness exists only on one surface of the aluminum nitride substrate.
【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。
3. The circuit board according to claim 1, wherein a rib is provided on the aluminum nitride substrate.
【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。
4. When the thickness of the aluminum nitride substrate is A, the thickness of the metal circuit is B, and the thickness of the heat dissipating metal plate is C,
2. The circuit board according to claim 1, wherein the value of A + B + C is constant in any part.
【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。
5. The power circuit according to claim 5, wherein the thick part of the metal circuit is a power part.
2. The circuit board according to claim 1, wherein the thin part is used as a control unit composed of a fine pattern.
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