JP4439432B2 - セラミックス回路基板製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パワートランジスタモジュール用基板等に好適なセラミックス回路基板を製造する方法に係り、特にセラミックス基板上に金属回路板を接合し、この金属回路板上に半導体ペレットをハンダにより実装する場合に、ハンダの流動による不都合を防止するセラミックス回路基板製造方法に関する。

近年、パワートランジスタモジュール用基板などの回路基板として、セラミックス基板上に銅板やアルミニウム板、クラッド材等の金属板を接合させたものが用いられている。

このようなセラミックス基板の製造には種々の方法が知られており、例えばＤＢＣ法（ダイレクト・ボンディング・カッパー法）、ＤＢＡ法（ダイレクト・ボンド・アルミニウム法）、活性金属法等がある。ＤＢＣ法は、所定形状に打ち抜いた銅回路基板をセラミックス基板上に接触配置させて加熱し、接合界面にＣｕ−Ｏ共晶液層を生成させ、この液層によりセラミックス基板を濡らし、次いで冷却固化させてセラミックス基板と銅回路基板とを直接接合させる方法である。

また、ＤＢＡ法は、アルミニウム板をＤＢＣ法と同様に加熱し、接合界面にＡｌ−Ｓｉ共晶液層を生成させ、この液層によりセラミックス基板を濡らし、次いで冷却固化させて、セラミックス基板とアルミニウム板とを直接接合させ、あるいはアルミニウム溶湯をセラミックス基板と接触させ、凝固させて直接接合させる方法である。

さらに活性金属法は、例えば銅回路基板とセラミックス基板とをロー材であるＣｕ，Ａｇおよび活性な金属であるＴｉ，Ｈｆ，Ｚｒの寄与により接合させる方法である。

なお、セラミックス基板の材質としては、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が適用される。

図２は、このような方法によって構成されるセラミックス回路基板の構成を例示したものである。

この図２の例では、セラミックス基板１の両面に前記の方法を用いて金属回路板２ａ，２ｂが接合されており、一方の金属回路板２ａには半導体ペレット３がハンダ４により接合されている。また、他方の金属回路板２ｂには例えば銅等からなるヒートシンク５がハンダ６により接合されている。

このようなセラミックス回路基板は、セラミックス基板１と金属回路基板２ａ，２ｂとの接合が強固であり、かつ単純な構造となるため小型、高実装化が可能であり、また作業工程も短縮できる等の利点が得られている。

ところが、上述したセラミックス回路基板においては、実際にモジュールに組込むためにＳｉペレット等の半導体ペレット３を金属回路板２ａ上にハンダ付けする際、その金属回路板２ａ上をハンダ４が流れ、半導体ペレット３が位置ずれを起こしたり、図２に示すように、ハンダブリッジ４ａが生じて耐圧不良となる等の問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、半導体ペレットのハンダ付け時にハンダが流れて同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることを抑制することができ、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率向上および高品質化等が図れるセラミックス回路基板製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明では金属回路板上に、半導体ペレット接合用ハンダの流動を抑制するための簡易かつ効果的な工程を採用するものである。

すなわち、本発明では、セラミックス基板上に金属回路板を接合し、前記金属回路板に半導体ペレットをハンダ付けしてセラミックス回路基板を製造するセラミックス回路基板製造方法において、前記金属回路板の半導体ペレット搭載面のうちハンダが塗布されない部位に、ハンダ塗布面を囲む配置で、かつＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂を用いてソルダーレジスト層を形成し、ハンダ層の厚さが前記レジスト層の厚さより大きい場合、前記ソルダーレジスト層の幅を０．５〜２ｍｍ、厚さを５〜１００μｍとし、ハンダ層の厚さを１０〜１２０μｍとすることを特徴とするセラミックス回路基板製造方法を提供する。

このような方法によると、半導体接合のためのハンダが金属回路板上に塗布された場合、そのハンダが余分な位置に流動しようとしてもソルダーレジスト部位で阻止される。したがって、ハンダが金属回路板の表面の一定範囲内に常時保持され、それにより半導体ペレットの移動も阻止されるため、同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることが抑制され、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率の向上および高品質化等が図れるようになる。

本発明において、ソルダーレジスト層の厚さは、５〜１００μｍとすることが望ましい。ハンダの厚みは５μｍないし同厚みを若干超える量であり、ソルダーレジスト層の厚さが５μｍ未満ではハンダの流動阻止機能が十分に得られない。ソルダーレジスト層の厚さが５μｍであると、ハンダがソルダーレジスト上に乗り上げる可能性があるが、すぐに硬化して乗り越えるに至らない。ソルダーレジスト層の厚さが１００μｍを超えると余分となり、構成が不必要に大型してコンパクト化の要請に反する結果となる。このような観点からすると、ソルダーレジストの厚さ（高さ）はハンダ層の厚さと同じかそれ以上であることが好ましいと言える。仮に、ハンダ層の厚さがソルダーレジスト層の厚さより大きい場合は後述するソルダーレジスト層の幅を０．５ｍｍ以上にすることが好ましい。このようにしておけば、ハンダが流出したとしてもソルダーレジスト層上で硬化してしまうため、ハンダブリッジを形成しないで済む。特に、ハンダ層の厚みがソルダーレジスト層の厚みの２倍以上のときはソルダーレジスト層の幅が０．５ｍｍ以上あった方がよい。なお、ソルダーレジスト層は平面視で枠状に設けることが望ましく、その場合の層の幅は０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下が望ましい。０．１ｍｍ未満では上記厚さとの関係でハンダの流動を十分に阻止できない場合がある。２ｍｍを超えると、回路構成が不要に大型化する。なお、最も望ましい幅の範囲は、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。

また、本発明においては、ソルダーレジスト層として、ＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂等が種々適用できる。この場合、耐熱性は２５０℃程度で十分である。

さらに本発明では、ソルダーレジスト層を、ハンダ塗布面を囲む配置で形成することが望ましい。これによりハンダの流動をあらゆる方向から防止することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、セラミックス基板上に金属回路板を接合し、前記金属回路板に半導体ペレットをハンダ付けしてセラミックス回路基板を製造するセラミックス回路基板製造方法において、前記金属回路板の半導体ペレット搭載面のうちハンダが塗布されない部位に、ハンダ層の厚さと同じかそれ以上の厚さでソルダーレジスト層を形成し、かつ前記ソルダーレジストの厚さを５〜１００μｍとすることにより、半導体ペレットのハンダ付け時にハンダが流れて同ペレットが位置ずれしたり、ハンダブリッジによる耐圧不良が生じることを抑制することができ、良好なハンダ接合の実施、ひいては製造効率向上および高品質化等が図れるという効果が奏される。

以下、本発明に係るセラミックス回路基板製造方法の実施形態について、図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態の方法によって製造されるセラミックス回路基板の構成を示す図である。なお、説明を容易にするため、全体構成については図２に示した従来のものと同様のものを適用する。したがって、従来の構成部分と同一部分については、図１に図２と同符号を用いて説明する。

このセラミックス回路基板製造方法では、セラミックス基板１の両面に金属回路板２ａ，２ｂを接合する。セラミックス基板１としては、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等を適用する。金属回路板２ａ，２ｂとしては、銅、アルミニウム、クラッド材等を適用する。これらは、上述したＤＢＣ法、ＤＢＡ法、活性金属法等によって接合される。

そして、一方の金属回路板２ａには例えばＳｉペレット等の半導体ペレット３をハンダ４により接合する。また、他方の金属回路板２ｂには例えば銅等からなるヒートシンク５をハンダ６により接合する。

このようなセラミックス回路基板製造方法において、本実施形態では、一方の金属回路板２ａの半導体ペレット搭載面のうちハンダ６が塗布されない部位に、ソルダーレジスト層７をハンダ塗布面を囲む配置で形成する。

このソルダーレジスト層７は、例えばＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂により枠状に形成しており、耐熱性は２５０℃程度のものとする。また、ソルダーレジスト層７の厚さは、５〜１００μｍの範囲に設定し、ソルダーレジスト層７の幅は０．１ｍｍ〜２ｍｍとする。

このような方法によると、半導体接合のためのハンダ４が金属回路板２ａ上に塗布された場合、そのハンダ４が金属回路板２ａの表面の一定範囲内に常時保持された。したがって、図１に示すように、半導体ペレット３は定位置に安定して保持され、位置ずれが生じることがなく、また図２に示したようなハンダブリッジが生じることもなかった。

なお、ソルダーレジスト層７の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば下記のような方法がある。金属回路板の所定の位置にレジストインク（レジスト含有溶液）を塗布できるようマスク材を配置しスクリーン印刷等の方法により印刷する。この後、例えば、レジスト材がＵＶ硬化型インクであれば印刷直後にＵＶ乾燥によりインクを乾燥させてソルダーレジスト層を形成する。また、熱硬化型インクであれば、同様の方法でインクを塗布した後、熱処理により乾燥させる方法などが挙げられる。

また、ソルダーレジスト層７の厚さおよび幅と、ハンダ４の塗布厚さとの関係を示すと、下記の表１に示すとおりであった。ソルダーレジスト層の形成形態としては、いずれも金属回路板上の半導体ペレット搭載面においてハンダが塗布されない部位に形成した。この表１に示すように、本実施形態においては、上述した従来のセラミックス回路基板における問題、すなわち金属回路板２ａ上をハンダ４が流れたり、半導体ペレット３が位置ずれを起こしたり、ハンダブリッジ４ａが生じて耐圧不良となる等の問題が解消できることが確認された。参考例として示したようにハンダ層の厚みがソルダーレジスト層の２倍ある場合、ソルダーレジスト層の幅が０．５ｍｍ未満であるとハンダ層の流出がおきることが確認された。なお、ハンダ層の厚さがソルダーレジスト層の厚さに対して３倍以上ある場合はソルダーレジスト層の幅を１．０ｍｍ以上にすることにより対応可能であるが、できれば２倍以下になるようにソルダーレジスト層の厚さを制御した方がよい。さらに比較例１に示したようにソルダーレジスト層の厚さが５μｍ未満であると、半導体ペレットの移動がおきてしまうことが分かった。これは半導体ペレットをハンダ接合するためのハンダ量が多量に流出してしまうためにこのような現象がおきてしまったものと推測される。

本発明に係るセラミックス基板製造方法の実施形態により製造された基板を示す図。 従来方法により製造される基板を示す図。

符号の説明

１ セラミックス基板
２ａ，２ｂ 金属回路板
３ 半導体ペレット
４，６ ハンダ
５ ヒートシンク
７ ハンダレジスト層

Claims (3)

1. セラミックス基板上に金属回路板を接合し、前記金属回路板に半導体ペレットをハンダ付けしてセラミックス回路基板を製造するセラミックス回路基板製造方法において、前記金属回路板の半導体ペレット搭載面のうちハンダが塗布されない部位に、ハンダ塗布面を囲む配置で、かつＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂を用いてソルダーレジスト層を形成し、ハンダ層の厚さが前記レジスト層の厚さより大きい場合、前記ソルダーレジスト層の幅を０．５〜２ｍｍ、厚さを５〜１００μｍとし、ハンダ層の厚さを１０〜１２０μｍとすることを特徴とするセラミックス回路基板製造方法。
2. 請求項１記載のセラミックス回路基板製造方法において、ソルダーレジスト層には、ＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または耐熱性樹脂を用いることを特徴とするセラミックス回路基板製造方法。
3. 請求項１または２記載のセラミックス回路基板製造方法において、ソルダーレジスト層は、ハンダ塗布面を囲む配置で形成することを特徴とするセラミックス回路基板製造方法。

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