JPH0613510A - セラミックス基板構造体 - Google Patents
セラミックス基板構造体Info
- Publication number
- JPH0613510A JPH0613510A JP19161192A JP19161192A JPH0613510A JP H0613510 A JPH0613510 A JP H0613510A JP 19161192 A JP19161192 A JP 19161192A JP 19161192 A JP19161192 A JP 19161192A JP H0613510 A JPH0613510 A JP H0613510A
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- Japan
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- solder
- board
- heat sink
- ceramic board
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミックス基板と、ハンダと、ヒートシン
クとの接合の際の反りを小さくすることにより、ヒート
シンクの放熱性を向上させ、セラミックス基板にクラッ
クを発生させないセラミックス基板構造体を提供する。 【構成】 窒化アルミニウム系焼結体であって、Ｙ2Ｏ3
を焼結助剤として５〜１０％含んでいる窒化アルミニウ
ム基板１２と、この窒化アルミニウム基板１２の下面に
ハンダ１３を介して接合されたヒートシンク１４と、を
備えている。セラミックス基板構造体１１は、ヒートシ
ンク１４の両端を鋼鉄製のフレーム２１にボルト２０で
取り付けることにより、固定されている。
クとの接合の際の反りを小さくすることにより、ヒート
シンクの放熱性を向上させ、セラミックス基板にクラッ
クを発生させないセラミックス基板構造体を提供する。 【構成】 窒化アルミニウム系焼結体であって、Ｙ2Ｏ3
を焼結助剤として５〜１０％含んでいる窒化アルミニウ
ム基板１２と、この窒化アルミニウム基板１２の下面に
ハンダ１３を介して接合されたヒートシンク１４と、を
備えている。セラミックス基板構造体１１は、ヒートシ
ンク１４の両端を鋼鉄製のフレーム２１にボルト２０で
取り付けることにより、固定されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばハイブリッドＩ
Ｃ基板に用いられるセラミックス基板構造体に関するも
のである。
Ｃ基板に用いられるセラミックス基板構造体に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来のセラミックス基板構造体として
は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム製
で幅：１２ｍｍ・長さ：４８ｍｍ・厚さ：０．８ｍｍの
セラミックス基板の下面に、Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ系の材質
からなり幅：１１ｍｍ・長さ：４８ｍｍ・厚さ：０．１
ｍｍのハンダを介して、ヒートシンクが接合されている
ものがある。このヒートシンクには、熱伝導性を考慮し
て、銅製で幅：１１ｍｍ・長さ：６０ｍｍ・厚さ：２．
３ｍｍのものが用いられている。そして、この接合に
は、１８０〜２３０℃程度の高温加熱が必要である。な
お、酸化アルミニウム製のセラミックス基板の熱膨張係
数は７．２×１０-6／℃であり、窒化アルミニウム製の
セラミックス基板の熱膨張係数は４．４×１０-6／℃で
ある。また、Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ系ハンダの熱膨張係数は
３１×１０-6／℃である。そして、銅製のヒートシンク
の熱膨張係数は１７×１０-6／℃である。このようなセ
ラミックス基板構造体には、セラミックス基板上にパワ
ートランジスタ等の発熱素子が搭載されている。ヒート
シンクの両端は、鋼鉄製のフレームにボルトで固定され
ている。このフレームへ、パワートランジスタ等の発熱
がヒートシンクを介して放熱されている。
は、例えば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム製
で幅：１２ｍｍ・長さ：４８ｍｍ・厚さ：０．８ｍｍの
セラミックス基板の下面に、Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ系の材質
からなり幅：１１ｍｍ・長さ：４８ｍｍ・厚さ：０．１
ｍｍのハンダを介して、ヒートシンクが接合されている
ものがある。このヒートシンクには、熱伝導性を考慮し
て、銅製で幅：１１ｍｍ・長さ：６０ｍｍ・厚さ：２．
３ｍｍのものが用いられている。そして、この接合に
は、１８０〜２３０℃程度の高温加熱が必要である。な
お、酸化アルミニウム製のセラミックス基板の熱膨張係
数は７．２×１０-6／℃であり、窒化アルミニウム製の
セラミックス基板の熱膨張係数は４．４×１０-6／℃で
ある。また、Ｉｎ−Ｐｂ−Ａｇ系ハンダの熱膨張係数は
３１×１０-6／℃である。そして、銅製のヒートシンク
の熱膨張係数は１７×１０-6／℃である。このようなセ
ラミックス基板構造体には、セラミックス基板上にパワ
ートランジスタ等の発熱素子が搭載されている。ヒート
シンクの両端は、鋼鉄製のフレームにボルトで固定され
ている。このフレームへ、パワートランジスタ等の発熱
がヒートシンクを介して放熱されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなセラミックス基板構造体にあっては、セラミックス
基板と、ハンダと、ヒートシンクとの接合の際の高温処
理による熱応力を緩和できないという課題があった。こ
れは、セラミックス基板、ハンダ、ヒートシンク同士の
熱膨張係数の差から生ずるものである。そのため、従来
のセラミックス基板構造体には、凸状の反りが発生す
る。例えば、この反りは０．１〜０．３ｍｍである。こ
の結果、鋼鉄製のフレームにセラミックス構造体を固定
すると、フレームとヒートシンクとの間に隙間が生じ、
フレームとヒートシンクとの接触面積が小さくなり、ヒ
ートシンクからフレームへの放熱性が悪くなるという課
題もあった。さらに、ヒートシンクの両端をボルトで固
定するとき、この固定の際の曲げ応力にセラミックス基
板が耐えきれず、このセラミックス基板にしばしば基板
割れ、または、ひびが発生するという課題もあった。
うなセラミックス基板構造体にあっては、セラミックス
基板と、ハンダと、ヒートシンクとの接合の際の高温処
理による熱応力を緩和できないという課題があった。こ
れは、セラミックス基板、ハンダ、ヒートシンク同士の
熱膨張係数の差から生ずるものである。そのため、従来
のセラミックス基板構造体には、凸状の反りが発生す
る。例えば、この反りは０．１〜０．３ｍｍである。こ
の結果、鋼鉄製のフレームにセラミックス構造体を固定
すると、フレームとヒートシンクとの間に隙間が生じ、
フレームとヒートシンクとの接触面積が小さくなり、ヒ
ートシンクからフレームへの放熱性が悪くなるという課
題もあった。さらに、ヒートシンクの両端をボルトで固
定するとき、この固定の際の曲げ応力にセラミックス基
板が耐えきれず、このセラミックス基板にしばしば基板
割れ、または、ひびが発生するという課題もあった。
【０００４】
【課題解決のための知見】そして、本願発明者は、セラ
ミックス基板とヒートシンクとの接合に、融点が低く、
かつ、硬度が柔らかいハンダを用いることにより、その
接合の際の反りを小さくできるという知見を得た。
ミックス基板とヒートシンクとの接合に、融点が低く、
かつ、硬度が柔らかいハンダを用いることにより、その
接合の際の反りを小さくできるという知見を得た。
【０００５】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、セラミックス
基板と、ハンダと、ヒートシンクとの接合の際の反りを
小さくすることにより、ヒートシンクの放熱性を向上さ
せ、セラミックス基板にクラックを発生させないセラミ
ックス基板構造体を提供することである。
基板と、ハンダと、ヒートシンクとの接合の際の反りを
小さくすることにより、ヒートシンクの放熱性を向上さ
せ、セラミックス基板にクラックを発生させないセラミ
ックス基板構造体を提供することである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】請求項１に記載のセラ
ミックス基板構造体においては、酸化アルミニウム、お
よび、窒化アルミニウムからなる群より選ばれた少なく
とも一つの材質のセラミックス基板と、このセラミック
ス基板にハンダ付けされた放熱板と、を備えたセラミッ
クス基板構造体において、上記ハンダの融点が２００℃
以下であり、かつ、そのビッカース硬度が１５以下であ
る。
ミックス基板構造体においては、酸化アルミニウム、お
よび、窒化アルミニウムからなる群より選ばれた少なく
とも一つの材質のセラミックス基板と、このセラミック
ス基板にハンダ付けされた放熱板と、を備えたセラミッ
クス基板構造体において、上記ハンダの融点が２００℃
以下であり、かつ、そのビッカース硬度が１５以下であ
る。
【０００７】また、請求項２に記載のセラミックス基板
構造体においては、上記放熱板の厚さは１．０ｍｍ以下
である。
構造体においては、上記放熱板の厚さは１．０ｍｍ以下
である。
【０００８】
【作用】本発明の請求項１に係るセラミックス基板構造
体にあっては、セラミックス基板に、低融点で軟質であ
るハンダを介して、放熱板が接合されている。この接合
には、低温加熱が施される。この低温加熱のため、接合
の際の熱応力が小さく、ハンダが軟質のため、その熱応
力の緩和も速くできる。この結果、加熱接合後のセラミ
ックス基板構造体の反りが小さくなるものである。
体にあっては、セラミックス基板に、低融点で軟質であ
るハンダを介して、放熱板が接合されている。この接合
には、低温加熱が施される。この低温加熱のため、接合
の際の熱応力が小さく、ハンダが軟質のため、その熱応
力の緩和も速くできる。この結果、加熱接合後のセラミ
ックス基板構造体の反りが小さくなるものである。
【０００９】また、本発明の請求項２に係るセラミック
ス基板構造体にあっては、放熱板を薄くしたため、セラ
ミックス基板構造体に作用する曲げモーメントを小さく
することができるものである。
ス基板構造体にあっては、放熱板を薄くしたため、セラ
ミックス基板構造体に作用する曲げモーメントを小さく
することができるものである。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係るセラミックス基板構造体
の一実施例を図１に基づいて説明する。
の一実施例を図１に基づいて説明する。
【００１１】この図に示すように、セラミックス基板構
造体１１は、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ系焼結体で
あって、Ｙ2Ｏ3を焼結助剤として５〜１０％含んでい
る。）１２と、この窒化アルミニウム基板１２の下面に
ハンダ１３を介して接合されたヒートシンク１４と、を
備えたものである。この窒化アルミニウム基板１２は、
その幅が１２ｍｍ、その長さが４８ｍｍ、その厚さが
０．６５〜０．７０ｍｍである。また、ハンダ１３は、
その幅が１１ｍｍ、その長さが４８ｍｍ、その厚さが
０．０５〜０．１０ｍｍである。ヒートシンク１４は、
その幅が１１ｍｍ、その長さが６０ｍｍである。そし
て、セラミックス基板構造体１１は、ヒートシンク１４
の両端を鋼鉄製のフレーム２１にボルト２０で取り付け
ることにより、固定されるものである。
造体１１は、窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ系焼結体で
あって、Ｙ2Ｏ3を焼結助剤として５〜１０％含んでい
る。）１２と、この窒化アルミニウム基板１２の下面に
ハンダ１３を介して接合されたヒートシンク１４と、を
備えたものである。この窒化アルミニウム基板１２は、
その幅が１２ｍｍ、その長さが４８ｍｍ、その厚さが
０．６５〜０．７０ｍｍである。また、ハンダ１３は、
その幅が１１ｍｍ、その長さが４８ｍｍ、その厚さが
０．０５〜０．１０ｍｍである。ヒートシンク１４は、
その幅が１１ｍｍ、その長さが６０ｍｍである。そし
て、セラミックス基板構造体１１は、ヒートシンク１４
の両端を鋼鉄製のフレーム２１にボルト２０で取り付け
ることにより、固定されるものである。
【００１２】詳しくは、窒化アルミニウム基板１２の表
面は、酸化処理されて酸化アルミニウム層が形成され、
さらにこの酸化アルミニウム層の表面に二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2）の層が形成されているものである。上記酸
化アルミニウム層は、例えば０．２〜２０μｍの厚さ
に、上記二酸化ケイ素層は０．０１〜１０μｍの厚さ
に、それぞれ形成されるものとする。そして、この二酸
化ケイ素層としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、
酸化チタン（ＴｉＯ2）を含むこともできる。また、窒
化アルミニウム基板１２の表面を酸化処理したのみのも
の、窒化アルミニウム基板１２の表面にＳｉＣを被覆し
たものなども使用することができる。さらに、このよう
なセラミックス基板としては９６％のアルミナ基板を使
用することもできる。そして、これらセラミックス表面
には、はんだとの濡れ性改善のためのメタライズ層が施
してある。例えば、Ａｇ−Ｐｔ系、Ａｇ−Ｐｄ系、Ｗ系
導電厚膜である。
面は、酸化処理されて酸化アルミニウム層が形成され、
さらにこの酸化アルミニウム層の表面に二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2）の層が形成されているものである。上記酸
化アルミニウム層は、例えば０．２〜２０μｍの厚さ
に、上記二酸化ケイ素層は０．０１〜１０μｍの厚さ
に、それぞれ形成されるものとする。そして、この二酸
化ケイ素層としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、
酸化チタン（ＴｉＯ2）を含むこともできる。また、窒
化アルミニウム基板１２の表面を酸化処理したのみのも
の、窒化アルミニウム基板１２の表面にＳｉＣを被覆し
たものなども使用することができる。さらに、このよう
なセラミックス基板としては９６％のアルミナ基板を使
用することもできる。そして、これらセラミックス表面
には、はんだとの濡れ性改善のためのメタライズ層が施
してある。例えば、Ａｇ−Ｐｔ系、Ａｇ−Ｐｄ系、Ｗ系
導電厚膜である。
【００１３】この窒化アルミニウム基板１２を使用し
て、ハンダ１３の材質を変化させ、ヒートシンク１４の
材質および厚さを変化させた結果を表１に示す。
て、ハンダ１３の材質を変化させ、ヒートシンク１４の
材質および厚さを変化させた結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】なお、表１中のＮｏ．１〜Ｎｏ．２は本実
施例、Ｎｏ．３は比較例である。硬度は、接合後のビッ
カース硬度を示している。ヒートシンクのＡｌは９９．
９％の純度で、その表面がＮｉメッキされ、ハンダ付け
性を向上させているものである。加熱温度は、窒化アル
ミニウム基板１２にハンダ１３を介してヒートシンク１
４を接合するときの温度である。反りおよびクラック発
生は、加熱接合後のものである。たわみは、セラミック
ス基板構造体１１をフレーム２１に取り付けるとき、そ
れらの隙間に不可避的に入るゴミの最大許容径を０．３
ｍｍと仮定して、このゴミをそれらの隙間に入れたとき
の３点曲げの最大値である。すなわち、この最大値は、
セラミックス基板構造体１１の窒化アルミニウム基板１
２が割れるまでのたわみ量である。
施例、Ｎｏ．３は比較例である。硬度は、接合後のビッ
カース硬度を示している。ヒートシンクのＡｌは９９．
９％の純度で、その表面がＮｉメッキされ、ハンダ付け
性を向上させているものである。加熱温度は、窒化アル
ミニウム基板１２にハンダ１３を介してヒートシンク１
４を接合するときの温度である。反りおよびクラック発
生は、加熱接合後のものである。たわみは、セラミック
ス基板構造体１１をフレーム２１に取り付けるとき、そ
れらの隙間に不可避的に入るゴミの最大許容径を０．３
ｍｍと仮定して、このゴミをそれらの隙間に入れたとき
の３点曲げの最大値である。すなわち、この最大値は、
セラミックス基板構造体１１の窒化アルミニウム基板１
２が割れるまでのたわみ量である。
【００１６】この表からわかるように、本実施例のハン
ダ付け後の反りは、比較例のものより少なくなってい
る。これは、比較例より本実施例の方が低温で接合する
ため接合の際の熱応力が小さく、比較例より本実施例の
方のハンダ１３が軟質のため、その熱応力の緩和も速く
できるからである。さらに、本実施例のたわみは、比較
例のものより最大値が大きくなっている。これは、比較
例より本実施例の方がヒートシンク１４を薄くしたた
め、セラミックス基板構造体１１に作用する曲げモーメ
ントを小さくすることができる。この結果、セラミック
ス基板構造体１１の可撓性が向上するからである。した
がって、本実施例のセラミックス基板構造体１１は比較
例のものに比べて、ゴミがフレーム２１との隙間に入っ
ても窒化アルミニウム基板１２が割れにくいものであ
る。
ダ付け後の反りは、比較例のものより少なくなってい
る。これは、比較例より本実施例の方が低温で接合する
ため接合の際の熱応力が小さく、比較例より本実施例の
方のハンダ１３が軟質のため、その熱応力の緩和も速く
できるからである。さらに、本実施例のたわみは、比較
例のものより最大値が大きくなっている。これは、比較
例より本実施例の方がヒートシンク１４を薄くしたた
め、セラミックス基板構造体１１に作用する曲げモーメ
ントを小さくすることができる。この結果、セラミック
ス基板構造体１１の可撓性が向上するからである。した
がって、本実施例のセラミックス基板構造体１１は比較
例のものに比べて、ゴミがフレーム２１との隙間に入っ
ても窒化アルミニウム基板１２が割れにくいものであ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、セラミックス基板と、
ハンダと、放熱板との接合の際の反りを小さくすること
により、放熱板の放熱性を向上させ、セラミックス基板
にクラックを発生させることがない。
ハンダと、放熱板との接合の際の反りを小さくすること
により、放熱板の放熱性を向上させ、セラミックス基板
にクラックを発生させることがない。
【図１】本発明の一実施例に係るセラミックス基板構造
体を示す断面図である。
体を示す断面図である。
１１ セラミックス基板構造体 １２ 窒化アルミニウム基板（セラミックス基板） １３ ハンダ １４ ヒートシンク（放熱板）
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化アルミニウム、および、窒化アルミ
ニウムからなる群より選ばれた少なくとも一つの材質の
セラミックス基板と、このセラミックス基板にハンダ付
けされた放熱板と、を備えたセラミックス基板構造体に
おいて、 上記ハンダの融点が２００℃以下であり、かつ、そのビ
ッカース硬度が１５以下であることを特徴とするセラミ
ックス基板構造体。 - 【請求項２】 上記放熱板の厚さは１．０ｍｍ以下であ
る請求項１に記載のセラミックス基板構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19161192A JPH0613510A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | セラミックス基板構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19161192A JPH0613510A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | セラミックス基板構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613510A true JPH0613510A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=16277518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19161192A Withdrawn JPH0613510A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | セラミックス基板構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0613510A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012222173A (ja) * | 2011-04-11 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP19161192A patent/JPH0613510A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012222173A (ja) * | 2011-04-11 | 2012-11-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |