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JPH06334286A - Circuit board - Google Patents

Circuit board

Info

Publication number
JPH06334286A
JPH06334286A JP12433493A JP12433493A JPH06334286A JP H06334286 A JPH06334286 A JP H06334286A JP 12433493 A JP12433493 A JP 12433493A JP 12433493 A JP12433493 A JP 12433493A JP H06334286 A JPH06334286 A JP H06334286A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
board
circuit
plate
metal foil
aluminum
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.)
Pending
Application number
JP12433493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kato
和男 加藤
Hiroaki Sawa
博昭 澤
Shinichiro Asai
新一郎 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denki Kagaku Kogyo KK
Priority to JP12433493A priority Critical patent/JPH06334286A/en
Publication of JPH06334286A publication Critical patent/JPH06334286A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a circuit board, excellent in thermal conduction and withstand voltage, that is specifically suitable for circuit boards for power modules by bonding metal foil circuits to both sides of a ceramic board with high thermal conductive organic adhesive. CONSTITUTION:Metal foil circuits 3 and 4 are obtained by plating both sides of a ceramic board 2 with Ni. If the ceramic board is an aluminum nitride board 16, the difference in thermal expansion coefficient is slight between the metal foil circuit 3 and 4 and silicon semiconductor, and their thermal conductivity is five to ten times that of alumina boards. This makes unnecessary heat spreaders that are conventionally required in mounting a power semiconductor chip 7 on an insulting aluminum board. In addition the title circuit board 3 and 4 allows a ceramic board 2 that facilitates mounting power semiconductor chips 7 and a board for controlling the power semiconductor chips 7 to be easily mounted on the same metal board by bonding or soldering without degrading heat dissipating property withstand voltage reliability. This makes the circuit board highly suitable for intelligent power modules.

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、パワーモジュール用回
路基板として特に好適な熱伝導性と耐電圧性に優れた回
路基板に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit board excellent in thermal conductivity and withstand voltage, which is particularly suitable as a circuit board for a power module.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パワートランジスターなどのパワ
ー半導体チップを組み込んだパワーモジュールがインバ
ーターなどの大電力を制御する用途に使用され、急激に
その使用量が伸びている。これらのパワーモジュールで
はパワー半導体チップを実装する基板として、従来はア
ルミナメタライズ基板が使用されてきたが、パワーモジ
ュールに組立てる際に、作業性が悪く高価なものとなる
欠点があった。このため、放熱性と絶縁性の他に組立作
業性の良い、アルミナや窒化アルミニウムを用いた厚銅
箔張りセラミック基板(例えば特開昭56−16309
3号公報、特開平3−18087号公報)や絶縁アルミ
ニウム基板(特開昭58−48432号公報)が使用さ
れるようになった。
2. Description of the Related Art In recent years, a power module incorporating a power semiconductor chip such as a power transistor has been used for a purpose of controlling a large amount of power such as an inverter, and the usage amount thereof has been rapidly increasing. In these power modules, an alumina metallized substrate has been conventionally used as a substrate on which a power semiconductor chip is mounted, but when assembled into a power module, the workability is poor and the cost is high. For this reason, in addition to heat dissipation and insulation properties, a thick copper foil-clad ceramic substrate using alumina or aluminum nitride, which has good assembly workability (for example, JP-A-56-16309).
No. 3, JP-A-3-18087) and insulating aluminum substrates (JP-A-58-48432) have come to be used.

【0003】厚銅箔張りセラミック基板は、図5に示す
ように、Niめっきの施された厚銅板1上にNiめっき
の施された厚銅などの金属箔回路3付きセラミック板2
の全面をはんだ5により接合されている。そして、厚銅
板1は、パワー半導体チップ7から発生する熱を、セラ
ミック板2を経由して効率よく逃がしてやると共に、割
れ易いセラミック板2を補強する支持板の役目を果たし
ている。
As shown in FIG. 5, a thick copper foil-clad ceramic substrate is a ceramic plate 2 with a metal foil circuit 3 such as thick copper plated with Ni on a thick copper plate 1 plated with Ni.
Are joined by solder 5 on their entire surfaces. The thick copper plate 1 efficiently dissipates heat generated from the power semiconductor chip 7 via the ceramic plate 2 and also serves as a support plate for reinforcing the fragile ceramic plate 2.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな厚銅板の使用は、モジュールの軽量化を妨げるのみ
ならず、熱膨張係数の差が大きく異なるセラミック板と
銅板(例えば銅の熱膨張係数16ppm/℃に対してア
ルミナ7.3ppm/℃、窒化アルミニウム4.7pp
m/℃)とを広い面積に渡ってはんだ付けする必要があ
るので、最悪の場合は、脆いセラミック板の割れに基づ
く絶縁不良を引き起こす懸念があった。
However, the use of such a thick copper plate not only hinders the weight saving of the module, but also the ceramic plate and the copper plate (for example, the coefficient of thermal expansion of copper is 16 ppm which greatly differs in thermal expansion coefficient). Alumina 7.3ppm / ° C / ° C, aluminum nitride 4.7pp
(m / ° C.) needs to be soldered over a wide area, and in the worst case, there is a fear of causing insulation failure due to cracking of the brittle ceramic plate.

【0005】さらには、セラミック板と金属箔回路との
接合には高温が必要であったり、パワー半導体チップと
金属箔回路との接続がアルミニウム太線を用いた超音波
接続であるため、金属箔回路にNiめっきが必要であっ
たりするなどの問題があった。
Furthermore, since a high temperature is required for joining the ceramic plate and the metal foil circuit, and the connection between the power semiconductor chip and the metal foil circuit is an ultrasonic connection using a thick aluminum wire, the metal foil circuit is connected. However, there is a problem that Ni plating is required.

【0006】一方、図6に示した絶縁アルミニウム基板
では、厚アルミニウム板20が放熱兼支持板の役目をす
るため厚銅板を用いた上記問題はないが、厚銅箔張りセ
ラミック基板に比較して、より薄い高熱伝導性有機系接
着剤10を用いているため耐電圧特性に劣ったり、パワ
ー半導体チップの効率よい放熱を行うために銅製のヒー
トスプレッダー9をはんだ付けする必要があるなどの問
題があった。
On the other hand, in the insulated aluminum substrate shown in FIG. 6, since the thick aluminum plate 20 functions as a heat dissipation and support plate, there is no problem as described above using the thick copper plate, but compared with the thick copper foil-clad ceramic substrate. However, since a thinner high-thermal-conductivity organic adhesive 10 is used, the withstand voltage characteristic is inferior, and a copper heat spreader 9 needs to be soldered in order to efficiently dissipate heat from the power semiconductor chip. there were.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記厚銅
箔張りセラミック基板と絶縁アルミニウ基板の問題点を
解決するために鋭意検討した結果、裏面に金属箔回路を
高熱伝導性有機系接着剤を用いて接着した熱伝導性の良
いセラミック板と、金属板とをはんだを用いて接合し、
さらにそのセラミック板上に、アルミニウム太線による
パワー半導体チップと金属箔回路との超音波接続が可能
で、しかも大電流を流すこともできる金属箔回路を高熱
伝導性有機系接着剤で接着する方法等により、上記問題
点を解決することができることを見いだし、本発明を完
成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the problems of the thick copper foil-clad ceramic substrate and the insulating aluminum substrate, the inventors of the present invention have found that a metal foil circuit is provided on the back surface with a high thermal conductive organic system. A ceramic plate having good thermal conductivity, which is bonded using an adhesive, and a metal plate are joined using solder,
Furthermore, a method of bonding a metal foil circuit capable of ultrasonically connecting a power semiconductor chip and a metal foil circuit with a thick aluminum wire and capable of passing a large current on the ceramic plate with a high thermal conductive organic adhesive, etc. As a result, they have found that the above problems can be solved, and completed the present invention.

【0008】すなわち、本発明の第1のものは、セラミ
ック板の両面に金属箔回路が高熱伝導性有機系接着剤に
よって接着されていることを特徴とする回路基板であ
り、また第2のものはこの両面に金属箔回路の接着され
たセラミック板からなる回路基板が金属板の部分面又は
全面にはんだによって接合されていることを特徴とする
回路基板である。
That is, a first aspect of the present invention is a circuit board characterized in that a metal foil circuit is adhered to both sides of a ceramic plate by a high thermal conductive organic adhesive, and a second aspect. Is a circuit board characterized in that a circuit board made of a ceramic plate having metal foil circuits adhered on both sides is joined to a partial surface or the whole surface of the metal plate by soldering.

【0009】以下、さらに詳しく本発明を説明する。本
発明は、セラミック板の高熱伝導性、低熱膨張性、高絶
縁性を活かしつつ、金属箔回路を高熱伝導性有機系接着
剤で接着する手法を取り入れたものである。
The present invention will be described in more detail below. The present invention incorporates a method of bonding a metal foil circuit with a high thermal conductive organic adhesive while utilizing the high thermal conductivity, low thermal expansion property and high insulating property of a ceramic plate.

【0010】すなわち、本発明においては、高熱伝導性
有機系接着剤は、セラミック板と表裏の金属箔回路の接
着に用いられる。
That is, in the present invention, the high heat conductive organic adhesive is used for bonding the ceramic plate and the front and back metal foil circuits.

【0011】本発明で使用される高熱伝導性有機系接着
剤(以下、しばしば接着剤という)は、その硬化物の熱
伝導率が少なくとも2W/mK以上であることが望まし
い。このような特性を有する接着剤は、例えばエポキ
シ、シリコーン、ウレタン、ポリイミド、ポリイソイミ
ド、BTレジンなどの熱硬化性樹脂や例えばポリエーテ
ルイミド、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂を主体とする
樹脂に、例えば窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリ
ア、アルミナ、シリカ、マグネシア、ダイヤモンドなど
の高熱伝導性絶縁粉末及び/又は例えば銀、銅、アルミ
ニウムなどの金属粉末を配合することによって得ること
ができる。高熱伝導性絶縁性粉末及び/又は金属粉末の
配合量は70重量%以上であることが好ましい。さらに
は、これらの接着剤には、ビニルトリエトキシシランな
どのカップリング剤や長鎖ポリアミノアマイドなどの粘
度調整剤などを存在させることもできる。
The high thermal conductive organic adhesive (hereinafter often referred to as an adhesive) used in the present invention preferably has a thermal conductivity of at least 2 W / mK or more as a cured product. Adhesives having such characteristics include thermosetting resins such as epoxies, silicones, urethanes, polyimides, polyisoimides and BT resins, and resins based on thermoplastic resins such as polyetherimides and polyimides. It can be obtained by blending a high thermal conductive insulating powder such as aluminum, boron nitride, beryllia, alumina, silica, magnesia, diamond and / or a metal powder such as silver, copper or aluminum. The compounding amount of the high thermal conductive insulating powder and / or the metal powder is preferably 70% by weight or more. Furthermore, a coupling agent such as vinyltriethoxysilane and a viscosity modifier such as long-chain polyaminoamide can be present in these adhesives.

【0012】接着剤層の厚みは、熱伝導性の点において
薄い程よい。しかし、接着剤には高熱伝導性を付与する
ため上記の粉末が充填されているので、厚みが薄くなり
すぎると塗工性が悪くなる。従って、両者を考慮して接
着剤厚みは10〜40μmとすることが望ましい。接着
剤層の厚みが40μmを越えると接着剤の熱伝導率が2
W/mK以上であってもパワー半導体チップで発生した
熱を効率よく伝導できず、熱伝導性の良いセラミック板
の特性を十分発揮させることができない。
The thickness of the adhesive layer is preferably as thin as possible in terms of thermal conductivity. However, since the above-mentioned powder is filled in the adhesive in order to impart high thermal conductivity, if the thickness is too thin, the coatability deteriorates. Therefore, in consideration of both, it is desirable that the adhesive thickness is 10 to 40 μm. If the thickness of the adhesive layer exceeds 40 μm, the thermal conductivity of the adhesive will be 2
Even if it is W / mK or more, the heat generated in the power semiconductor chip cannot be efficiently conducted, and the characteristics of the ceramic plate having good thermal conductivity cannot be sufficiently exhibited.

【0013】以上の特性を有する接着剤であっても、主
面の金属箔回路とセラミック板との接着には、熱伝導性
の他に絶縁性を考慮する必要がある。何故なら、導電性
接着剤の場合には窒化アルミニウム板などのセラミック
板に回路パターン状に接着剤を塗布しないと回路間の絶
縁がとれなくなるからである。
Even with the adhesive having the above characteristics, it is necessary to consider the insulating property in addition to the thermal conductivity for bonding the metal foil circuit on the main surface to the ceramic plate. This is because in the case of a conductive adhesive, the insulation between the circuits cannot be obtained unless the adhesive is applied in a circuit pattern on a ceramic plate such as an aluminum nitride plate.

【0014】一方、裏面金属箔回路とセラミック板の接
着には必ずしも絶縁性は必要ではなく、導電性接着剤で
あっても良い。なぜならば、裏面金属箔回路は金属板と
のはんだによる接合のために用いられるが、主面の金属
箔回路と金属板の絶縁性がセラミック板で確保できるか
らである。
On the other hand, it is not always necessary that the backside metal foil circuit and the ceramic plate are bonded to each other by insulating, and a conductive adhesive may be used. This is because the back surface metal foil circuit is used for joining with the metal plate by soldering, but the insulating property between the metal foil circuit on the main surface and the metal plate can be secured by the ceramic plate.

【0015】本発明で使用されるセラミック板の材質
は、窒化アルミニウム、ベリリア、窒化ホウ素、窒化珪
素、アルミナ、ガラスなどのメタライズの施されていな
いセラミックが用いられる。中でも、熱伝導性と安全性
から窒化アルミニウムが望ましく、特にその表面を機械
研磨したり、表面層を酸化処理して接着性を高めたもの
が好適である。セラミック板の熱伝導性や機械的強度に
ついては、高い方が好ましく、特に熱伝導性はパワー半
導体チップ実装用基板の放熱特性を左右する重要な因子
となる。セラミック板の厚みとしては、薄いと熱伝導性
は良くなるが耐電圧性が悪くなるので0.2〜1.0m
mとするのが良い。セラミック板は、金属板の部分面又
は全面に接合される。
As the material of the ceramic plate used in the present invention, ceramics which are not metallized such as aluminum nitride, beryllia, boron nitride, silicon nitride, alumina and glass are used. Among them, aluminum nitride is preferable from the viewpoint of thermal conductivity and safety, and in particular, aluminum nitride whose surface is mechanically polished or whose surface layer is subjected to an oxidation treatment to improve the adhesiveness is preferable. Higher thermal conductivity and mechanical strength of the ceramic plate are preferable, and particularly thermal conductivity is an important factor that influences the heat dissipation characteristics of the power semiconductor chip mounting substrate. If the thickness of the ceramic plate is thin, the thermal conductivity will be good, but the withstand voltage will be poor, so it is 0.2 to 1.0 m.
It is good to set m. The ceramic plate is bonded to a partial surface or the entire surface of the metal plate.

【0016】一方、本発明で使用される金属板には、パ
ワーモジュールの放熱兼支持板の役目を負わせるため熱
伝導性と強度特性、さらにははんだによる接合ができる
ことが重要な条件となる。それらの金属板の例として
は、アルミニウムとその合金にニッケルめっきしたも
の、銅とその合金にニッケルめっきしたもの、鉄にニッ
ケルめっきしたものなどが使用される。中でも、軽量性
と接着性の点からはアルミニウムにニッケルめっきした
もの、またはその合金にニッケルめっきしたものが好適
であり、また、熱伝導性の点からは銅にニッケルめっき
したものとその合金にニッケルめっきしたものが好まし
い。金属板の厚みとしては、0.5〜5mmが良く、大
電力用のパワーモジュールでは強度面から3〜5mmと
するのが好ましい。電力のより小さいハイブリッドIC
やイグナイターなどでは2mm以下でよい。
On the other hand, for the metal plate used in the present invention, in order to serve as a heat radiation and support plate for the power module, it is an important condition that the metal plate be capable of being bonded by thermal conductivity and strength and further by soldering. Examples of these metal plates include aluminum and its alloy plated with nickel, copper and its alloy plated with nickel, and iron plated with nickel. Among them, from the viewpoint of lightness and adhesiveness, aluminum-nickel-plated one or an alloy thereof is preferably nickel-plated, and from the viewpoint of thermal conductivity, copper-nickel-plated one and its alloy are preferable. Nickel plated is preferable. The thickness of the metal plate is preferably 0.5 to 5 mm, and is 3 to 5 mm from the viewpoint of strength in a power module for high power. Hybrid IC with smaller power
For an igniter or the like, it may be 2 mm or less.

【0017】本発明で使用される主面の金属箔回路は、
アルミニウム太線による超音波接続が可能でしかも大電
流を流すことができるものである。例示すれば、アルミ
ニウム/厚銅からなる2層箔、アルミニウム/厚銅/ア
ルミニウムからなる3層箔などの選択エッチング(特開
昭61−284991号公報など)でできた厚銅回路上
に形成されたアルミニウムの超音波接続パッドを有する
回路、又は厚銅のニッケルめっきなどで形成された回路
などである。ここで厚銅とは、70〜1500μmの銅
箔もしくは銅板であることが好ましく、特に200〜1
000μmの厚みを有するものが好ましい。
The metal foil circuit of the main surface used in the present invention is
It is possible to ultrasonically connect with a thick aluminum wire and to pass a large current. For example, a two-layer foil made of aluminum / thick copper and a three-layer foil made of aluminum / thick copper / aluminum are formed on a thick copper circuit formed by selective etching (Japanese Patent Laid-Open No. 61-284991, etc.). A circuit having an ultrasonic connection pad of aluminum or a circuit formed by nickel plating of thick copper. Here, the thick copper is preferably a copper foil or a copper plate having a thickness of 70 to 1500 μm, and particularly 200 to 1
Those having a thickness of 000 μm are preferable.

【0018】また本発明で使用される裏面の金属箔回路
は、金属板とのはんだによる接合ができるもので、銅
箔、ニッケルめっき銅箔、アルミニウム/銅クラッド
箔、ニッケル/銅クラッド箔などがよい。裏面金属箔回
路の厚みは、接着後のセラミック基板に反りが出ないよ
うに、主面の金属箔回路の厚みに近いことが好ましい。
The metal foil circuit on the back surface used in the present invention can be joined to a metal plate by soldering, and is made of copper foil, nickel-plated copper foil, aluminum / copper clad foil, nickel / copper clad foil, or the like. Good. The thickness of the back surface metal foil circuit is preferably close to the thickness of the main surface metal foil circuit so that the ceramic substrate after bonding does not warp.

【0019】本発明の回路基板では、セラミック板に接
着された金属箔回路の全面又は部分面にさらに回路基板
を接着剤を用いて接着し、多層基板とすることもでき
る。多層化に用いる回路基板としては特に制限はなく、
フレキシブル基板、ガラスエポキシ基板、低温焼成ガラ
ス基板、アルミナ基板などを用いることができる。
In the circuit board of the present invention, the circuit board may be further adhered to the entire surface or a partial surface of the metal foil circuit adhered to the ceramic plate with an adhesive to form a multilayer board. There is no particular limitation as to the circuit board used for multilayering,
A flexible substrate, a glass epoxy substrate, a low temperature baking glass substrate, an alumina substrate, or the like can be used.

【0020】[0020]

【作用】本発明の回路基板は、使用するセラミック板が
例えば窒化アルミニウム板である場合、シリコーン半導
体との熱膨張係数差が小さく、熱伝導性がアルミナ基板
の5〜10倍になる。従って、絶縁アルミニウム基板で
パワー半導体チップの実装において必要としたヒートス
プレッダーが不要となる。また、パワーモジュールの組
立時に支持板としての役割を果たす金属板上に、本発明
による回路基板をはんだで接合するが、この工程は従来
の厚銅箔張りセラミック基板によるパワーモジュールの
組立時と同じであり工程変更の必要はない。
In the circuit board of the present invention, when the ceramic plate used is, for example, an aluminum nitride plate, the difference in the coefficient of thermal expansion from the silicone semiconductor is small, and the thermal conductivity is 5 to 10 times that of the alumina substrate. Therefore, the heat spreader required for mounting the power semiconductor chip on the insulating aluminum substrate becomes unnecessary. Further, the circuit board according to the present invention is joined by soldering onto the metal plate which plays a role of a supporting plate at the time of assembling the power module. This process is the same as that at the time of assembling the power module by the conventional thick copper foil clad ceramic substrate. Therefore, there is no need to change the process.

【0021】さらには、本発明の回路基板では、パワー
半導体チップを容易に実装できるセラミック板と、その
パワー半導体チップを制御する制御用基板(例えば抵抗
印刷付きアルミナ基板や多層のガラスエポキシ基板)を
同じ金属板上に接着やはんだ付けで組み込むことができ
るので、現在注目されているいわゆるインテリジェント
パワーモジュールの作製が容易となる。
Further, in the circuit board of the present invention, a ceramic board on which a power semiconductor chip can be easily mounted and a control board (for example, an alumina board with resistance printing or a multi-layer glass epoxy board) for controlling the power semiconductor chip are provided. Since they can be assembled on the same metal plate by bonding or soldering, the so-called intelligent power module currently attracting attention can be easily manufactured.

【0022】[0022]

【実施例】以下、実施例及び比較例をあげてさらに具体
的に本発明を説明する。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.

【0023】実施例1 図1に示すパワーモジュール用実装回路基板を作製し
た。窒化アルミニウム板(厚み0.635mm、熱伝導
率135W/mK)16の上下面にはアルミナ粉とエポ
キシ樹脂を主体とする熱伝導率2.0W/mKの高熱伝
導性有機系接着剤(厚み20μm)10を塗布し、上面
には厚み4μmのNiめっきが施された厚み300μm
の銅板からなる金属箔回路3を、下面には厚み4μのN
iめっきが施された厚み250μmの銅板からなる金属
箔回路4をそれぞれ配置し、一括して接着した。接着
は、温度150℃、10時間の条件で行った。
Example 1 A mounted circuit board for a power module shown in FIG. 1 was produced. On the upper and lower surfaces of the aluminum nitride plate (thickness: 0.635 mm, thermal conductivity: 135 W / mK) 16, a high thermal conductivity organic adhesive having a thermal conductivity of 2.0 W / mK mainly made of alumina powder and epoxy resin (thickness: 20 μm) ) 10 is applied and the upper surface is plated with Ni of 4 μm in thickness, which is 300 μm
The metal foil circuit 3 made of the copper plate of
The metal foil circuits 4 made of i-plated copper plate having a thickness of 250 μm were arranged and bonded together. Adhesion was performed under conditions of a temperature of 150 ° C. and 10 hours.

【0024】次いで、この回路基板を4μmのNiめっ
きが施された厚アルミニウム板(厚み3mm)15には
んだ5で接合しパワーモジュール用回路基板を得た。そ
の後、有機溶剤で洗浄後乾燥し、5mm角のパワー半導
体(パワートランジスター)チップ7を金属箔回路3上
にはんだ5で接合した。さらにアルミニウム製(300
μm直径)ボンディングワイヤー6で結線し、図1に示
すパワーモジュールを実装した回路基板を得た。次いで
水冷したアルミニウム製放熱板上に放熱グリースを介し
て上記回路基板をねじ止めした後、パワートランジスタ
ー7に通電して通常のΔVBE法にて熱抵抗を測定した
ところ0.81℃/Wであった。
Then, this circuit board was bonded to a thick aluminum plate (thickness 3 mm) 15 plated with Ni of 4 μm with solder 5 to obtain a power module circuit board. Then, after washing with an organic solvent and drying, a 5 mm square power semiconductor (power transistor) chip 7 was bonded onto the metal foil circuit 3 with solder 5. Further made of aluminum (300
(μm diameter) Bonding wire 6 was used to obtain a circuit board on which the power module shown in FIG. 1 was mounted. Then, after the circuit board was screwed on a water-cooled aluminum heat sink through a heat-dissipating grease, the power transistor 7 was energized and the thermal resistance was measured by a normal ΔVBE method to find that it was 0.81 ° C / W. It was

【0025】実施例2 図2に示すパワーモジュールを実装した回路基板を作製
した。実施例1において、Niめっきの施された主面金
属箔回路3の替わりに、20μmアルミニウム/300
μm厚銅/20μmアルミニウムからなる3層箔からア
ルミニウムと銅の選択的エッチングを行い、アルミニウ
ム箔回路18と厚銅回路19を露出させた回路を用い
た。従って、この構造においては、パワー半導体チップ
7からのボンディングワイヤー6による結線はアルミニ
ウム箔回路18に行なわれている。また、実施例1とは
異なり、アルミニウム箔回路18およびNiめっきの施
された裏面金属箔回路4と窒化アルミニウム板16を接
着する高熱伝導性有機系接着剤10として、窒化アルミ
ニウム粉とエポキシ樹脂を主体とする熱伝導率4.2W
/mKの高熱伝導性有機系接着剤(厚み20μm)を用
いた。実施例1と同様にして測定した熱抵抗は0.78
℃/Wであった。
Example 2 A circuit board on which the power module shown in FIG. 2 was mounted was produced. In Example 1, instead of the Ni-plated main surface metal foil circuit 3, 20 μm aluminum / 300
A circuit was used in which aluminum and copper were selectively etched from a three-layer foil made of μm thick copper / 20 μm aluminum to expose the aluminum foil circuit 18 and the thick copper circuit 19. Therefore, in this structure, the connection from the power semiconductor chip 7 by the bonding wire 6 is made to the aluminum foil circuit 18. Further, unlike the first embodiment, aluminum nitride powder and epoxy resin are used as the high thermal conductive organic adhesive 10 for adhering the aluminum foil circuit 18 and the Ni-plated rear surface metal foil circuit 4 and the aluminum nitride plate 16. Main thermal conductivity 4.2W
A high thermal conductive organic adhesive (thickness 20 μm) of / mK was used. The thermal resistance measured in the same manner as in Example 1 is 0.78.
C / W.

【0026】実施例3 図3に示すパワーモジュール用実装回路基板を作製し
た。実施例1において、Niめっきの施された厚アルミ
ニウム板15上に窒化アルミニウム板16と厚膜回路1
3付きアルミナ板17が接着されていることが異なる点
はであり、両板間は連結用金具12のはんだ付けにより
接続されている。パワー半導体チップ7は、窒化アルミ
ニウム板16に実装され、それを駆動する信号はアルミ
ナ板17側から伝えられる。また、厚アルミニウム板1
5とアルミナ板17との接着には、シリカ粉とシリコー
ン樹脂を主体とする熱伝導率0.5W/mKのシリコー
ン系接着剤(厚み150μm)21が発熱量が少ないた
め用いられている。実施例1と同様にして測定した熱抵
抗は0.81℃/Wであった。
Example 3 A mounted circuit board for a power module shown in FIG. 3 was produced. In Example 1, the aluminum nitride plate 16 and the thick film circuit 1 are provided on the thick aluminum plate 15 plated with Ni.
The difference is that the alumina plate 17 with 3 is bonded, and both plates are connected by soldering of the metal fitting 12 for connection. The power semiconductor chip 7 is mounted on the aluminum nitride plate 16, and a signal for driving the power semiconductor chip 7 is transmitted from the alumina plate 17 side. Also, thick aluminum plate 1
For bonding the 5 and the alumina plate 17, a silicone-based adhesive (thickness 150 μm) 21 mainly composed of silica powder and silicone resin and having a thermal conductivity of 0.5 W / mK is used because the calorific value is small. The thermal resistance measured in the same manner as in Example 1 was 0.81 ° C./W.

【0027】実施例4 図4に示すパワーモジュール用実装回路基板を作製し
た。実施例3のアルミナ板17の代わりに、金めっき付
き銅箔回路14を最上層に有する多層回路付きガラスエ
ポキシ板11が用いられている。パワー半導体チップ7
は、厚み0.3mmのアルミナ板17に実装され、それ
を駆動する信号はガラスエポキシ板11からボンディン
グワイヤー6を経由して伝えられる。実施例1と同様に
して測定した熱抵抗は0.83℃/Wであった。
Example 4 A mounted circuit board for a power module shown in FIG. 4 was produced. Instead of the alumina plate 17 of Example 3, a glass epoxy plate 11 with a multilayer circuit having a copper foil circuit 14 with gold plating as the uppermost layer is used. Power semiconductor chip 7
Is mounted on an alumina plate 17 having a thickness of 0.3 mm, and a signal for driving it is transmitted from the glass epoxy plate 11 via the bonding wire 6. The thermal resistance measured in the same manner as in Example 1 was 0.83 ° C./W.

【0028】比較例1 アルミナDBCが実際に使用される場合を想定して、表
側にNiめっきの施された厚銅からなる金属箔回路3
が、裏側に裏面回路4が接合されたセラミック板(厚み
0・635mmアルミナ製)2をNiめっきの施された
厚さ4mmの厚銅板15にはんだ5付けして、図5に示
すパワーモジュール用実装回路基板を作製した。実施例
1と同様にして測定した熱抵抗は0.86℃/Wであっ
た。
Comparative Example 1 Assuming that alumina DBC is actually used, a metal foil circuit 3 made of thick copper with Ni plating on the front side is used.
However, the ceramic plate (thickness 0.635 mm made of alumina) 2 having the back surface circuit 4 joined to the back side is soldered to the thick copper plate 15 having a thickness of 4 mm, which is plated with Ni, for the power module shown in FIG. A mounted circuit board was produced. The thermal resistance measured in the same manner as in Example 1 was 0.86 ° C./W.

【0029】比較例2 パワー半導体チップ7から発生した熱が、はんだ5、厚
み300μの厚銅回路19、厚み160μmのエポキシ
系高熱伝導性有機系接着剤(熱伝導率2W/mK)10
をそれぞれ経由して厚アルミニウム板20に伝わる構造
(図6)のパワーモジュール用実装回路基板を作製し
た。実施例1と同様にして測定した熱抵抗は0.89℃
/Wであった。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 The heat generated from the power semiconductor chip 7 is the solder 5, the thick copper circuit 19 having a thickness of 300 μ, and the epoxy high thermal conductive organic adhesive (heat conductivity 2 W / mK) 10 having a thickness of 160 μm.
A power circuit mounted circuit board having a structure (FIG. 6) that is transmitted to the thick aluminum plate 20 via each of the above was produced. The thermal resistance measured in the same manner as in Example 1 is 0.89 ° C.
Was / W.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、パワーモジュールなど
において、パワー半導体チップの実装が放熱性と耐電圧
信頼性を損なうことなく容易にでき、また、パワー半導
体チップと制御部品を同一モジュール内に実装できる利
点がある。従って、本発明は、現在注目されているイン
テリジェントパワーモジュールなどに好都合に対応する
ことができる。
According to the present invention, in a power module or the like, the power semiconductor chip can be easily mounted without impairing the heat dissipation and the withstand voltage reliability, and the power semiconductor chip and the control component can be installed in the same module. There is an advantage that can be implemented. Therefore, the present invention can be conveniently applied to intelligent power modules and the like, which are currently receiving attention.

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

【図1】 本発明の一実試例の回路基板にパワー半導体
チップを実装した時の正面図である。
FIG. 1 is a front view when a power semiconductor chip is mounted on a circuit board of an actual example of the present invention.

【図2】 本発明の一実試例の回路基板にパワー半導体
チップを実装した時の正面図である。
FIG. 2 is a front view when a power semiconductor chip is mounted on a circuit board according to one practical example of the present invention.

【図3】 本発明の一実試例の回路基板にパワー半導体
チップを実装した時の正面図である。
FIG. 3 is a front view when a power semiconductor chip is mounted on a circuit board according to one practical example of the present invention.

【図4】 本発明の一実試例の回路基板にパワー半導体
チップを実装した時の正面図である。
FIG. 4 is a front view when a power semiconductor chip is mounted on a circuit board according to one practical example of the present invention.

【図5】 従来の厚銅箔張りセラミック基板を用いたパ
ワーモジュール用実装した時の正面図である。
FIG. 5 is a front view of a conventional thick copper foil-clad ceramic substrate mounted for a power module.

【図6】 従来の絶縁アルミニウム基板を用いたパワー
モジュール用実装基の実装時の正面図である。
FIG. 6 is a front view of a conventional mounting base for a power module using an insulating aluminum substrate at the time of mounting.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 :Niめっきの施された厚銅板 2 :セラミック板 3 :Niめっきの施された主面金属箔回路 4 :Niめっきの施された裏面金属箔回路 5 :はんだ 6 :ボンディングワイヤー 7 :パワー半導体チップ 8 :取り付け穴 9 :ヒートスプレッダー 10 :高熱伝導性有機系接着剤 11 :多層回路付きガラスエポキシ板 12 :連結用金具 13 :厚膜回路 14 :金めっき付き銅箔回路 15 :Niめっきの施された厚アルミニウム板 16 :窒化アルミニウム板 17 :アルミナ板 18 :アルミニウム回路 19 :厚銅回路 20 :厚アルミニウム板 21 :シリコーン系接着剤 1: Ni-plated thick copper plate 2: Ceramic plate 3: Ni-plated main surface metal foil circuit 4: Ni-plated back metal foil circuit 5: Solder 6: Bonding wire 7: Power semiconductor Chip 8: Mounting hole 9: Heat spreader 10: High thermal conductive organic adhesive 11: Glass epoxy plate with multi-layer circuit 12: Connection metal fitting 13: Thick film circuit 14: Copper foil circuit with gold plating 15: Ni plating Thick aluminum plate 16: Aluminum nitride plate 17: Alumina plate 18: Aluminum circuit 19: Thick copper circuit 20: Thick aluminum plate 21: Silicone adhesive

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミック板の両面に金属箔回路が高熱
伝導性有機系接着剤によって接着されていることを特徴
とする回路基板。
1. A circuit board, wherein metal foil circuits are adhered to both sides of a ceramic plate by a high thermal conductive organic adhesive.
【請求項2】 請求項1に記載の、両面に金属箔回路の
接着されたセラミック板からなる回路基板と、金属板の
部分面又は全面が、はんだによって接合されていること
を特徴とする回路基板。
2. A circuit according to claim 1, wherein a circuit board made of a ceramic plate having metal foil circuits adhered to both sides thereof and a partial surface or the whole surface of the metal plate are joined by solder. substrate.
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