JPS63250164A - ハイパワ−用混成集積回路基板とその集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は銅回路パターンの全てを肉厚６５μｍを越罠し
て、大電流の必要な回路部分とな丁インパ　。

−用混成集積回路に関するものである。

（従来の技術） パワーモジュール用の混成集積回路基板としてはセラミ
ックス基板が従来から多く使用されて来たが、その回路
形成が貴金属ペーストによるため、シート抵抗が大きく
、近年のパワーモジュールの大電流化には不向きになっ
て来ている。従って従来は銅等の金属薄板全回路に半田
付し、この大電流化に対応していた。またこれに代る基
板としてアルミニウム′と銅の両方の金属が露出した回
路を有し、絶縁層に高熱伝導性の樹脂を用いた金属ベー
ス基板が開発さｎた（特開昭５８−４８４３２号公報）
。

この基板は銅の露出した回路の一部で半田付による回路
形成例えばヒートスプレッダ−や外部す−ドの接続を行
ない、アルミニウムの露出した回路の一部で半導体ベア
ーチップとの超音波振動アルミニウムワイヤーボンディ
ングを行なう様に設計さｎている。

しかしこの方法は、社会金属箔の厚みが薄く電流値に制
限があシ、銅箔に直接発熱素子と半田付することは前記
銅箔が薄いため出来ず、ヒートスプレッダ−が必要とな
る。

またアルミニウムおよび銅回路パターンの露出部の銅回
路の局所に厚付きメッキを施すことによシ、大電流通電
用回路や半導体、発熱素子を設けたハイパワー用混成集
積回路がある（特開昭６２−２５８７号公報）。

一方、局所に厚付きメッキをした銅回路では、厚付きメ
ッキ出来ないアルミニウムと銅との接合金属箔の厚みが
薄いため１．電流値に制限があること及びメッキ時間が
長いためハイパワー用混成集積回路としての品質の安定
性に欠く欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる欠点を解決したものであシ、銅パワー用
混成集積回路としての品質が安定化し、さらに銅回路パ
ターンの幅を狭くできることよシ回路全体を小型化でき
る。さらに回路の成造工程の簡略化、製造コストの低減
にもつながるハイパワー用混成集積回路を完成するに至
った。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、 １）ベース金属上に絶縁層を介して肉厚６５μｍｔ（ラ
ム回路どをアルミニウム線で接続したことを特徴とする
ハイパワー用混成集積回路基板であシ、 た基板に半導体装置し、該半導体とアルミニウム回路と
をアルミニウム線で接続した回路基板に外部リード端子
を接続し、前記回路基板をデル状シリコン系樹脂および
エポキシ系樹脂組成物にて封止したことを特徴とするバ
イパワー用混成集積回路である。

以下本発明の詳細な説明する。

第１図（ａＬ　（ｔ＋）は、本発明の混成集積回路を表
わす実施例の平面図と断面図である。ベース金属６上に
は絶縁層５を介して異種金属接合箔からなる下層が肉厚
銅箔部１、上層が・アルミニウムボンディングポスト３
が積層さｎている。また肉厚銅箔部１の局所には大電流
用としての部分的に共晶半田１０によシ半導体、例えば
パワートランジスター７が載置され、その他見熱素子例
えばトランジスター、ＦＥＴ、　　ＩＣ等、具体的には
ダイオード８が塔載さｔている。さらにこれ等のパワー
トランジスター７とダイオード８は、アルミニウムワイ
ヤー９によりアルミニウムボンディングポスト３に接続
されて回路を形成している。次に第２図は第１図回路の
外部リード端子半田付部４で外部リード端子１１を接続
した後、回路の周囲をパッケージ１２で覆い、絶縁層５
よシ上層部をパッケージ１２の上端までｒル状シリコン
系樹脂１３とエポキシ樹脂組成物１４で封止した回路の
断面図である。

本発明に用いるベース金属板としては、良熱伝導性を有
する、アルミニウム、銅、鉄やそれらの合金が用いらｎ
る。また熱伝導性の良い絶縁層はアルミナ、ベリリア、
ボロンナイトライド、マグネシア、シリカンよび窒化ア
ルミニウム等の良熱伝導性無機フィラーを例えば６０重
量％以上含んだ熱硬化性樹脂等がちシ、その厚みも耐電
圧が許される限シ薄いものが良く、通常は２０μｍ以上
は必要であるー。

本発明に言う、異種金属接合箔のアルミニウムと肉厚銅
箔の両方の金属が露出した回路全形成する方式には２つ
あシ、その１つはアルミニウム銅クラツド箔又はアルミ
ニウム箔上に銅メッキして形成した箔、あるいはアルミ
ニウム箔に亜鉛もしぐはニッケルを介して銅？順次メッ
キした箔を絶縁物上に張り合せた基板をエツチングによ
シ回路形成したものである。

また本発明に用いる異種金属主層金箔の肉写銅箔部の肉
厚は、６５μｍ越、好゛ましくは４５μｍ〜６００μｍ
１さらに好ましくは５０μｍ〜１５０μｍである。肉厚
が６５μｍ以下では大電流通電容量が得られず、また上
限は別に制限はないが、コスト的に３０口μｍ程度が限
度である。

次に回路を制止するケ９ル状シリコン系樹脂は例えｊｉ
シリコン樹脂単独または、良熱伝導性を有する充填剤含
有シリコン樹脂のいずれでもよい。さらにエポキシ位１
脂組成物は耐湿性、低応力金持つ組成物であｎば何んら
限定するものでない。

すなわち本発明の混成集積回路に用いる基板はアルミニ
ウムと肉厚銅箔の両方の金属が露出した回路基板であυ
、露出したアルミニウム回路の下にも肉厚銅箔からなる
回′＃５が存在するため、電流容量的に充分であり、大
電流が流せらハる。また、発熱素子全固着する部分も肉
厚銅箔となっているため、発熱素子全半田付−ｆｎばヒ
ートスプレッダ−にもなる。

その他では、発熱素子（パワー素子〕の発熱＝１、サイ
ズ、基板の熱伝導率が問題となり、従って熱伝：４性の
良い絶、禄層を有する金属基板が本発明によるハイパワ
ー用混成集積回路として必要となる。

（実施例） 以下実施例により詳細に説明する。

実施例 第４図ｔａＬ　（ｂ）に示すごとぐ、基板は、ベース金
属板６に絶縁層５を介して１２０μｍの銅箔と１０μｍ
のアルミニウム箔からなる異種金属１金箔によシ構成さ
ｎている。まず、この基板で半田付きの必要な部分（端
子取付部、パワートランジスターやダイオードの取付部
〕にスクリーン印刷により半田ペーストを印馴した。次
に８×８×０．２簡のパワートランジスター６ケと１．
５　×１．５×０．２９のダイオード６ケを第１図に示
す個所に置き、半田リフロー炉全通して半田付けした。

次に４００μｍの直径を有するアルミニウム太線を用い
、このパワートランジスターからアルミニウムボンディ
ングポストに超音波振動法でワイヤーボンディングして
配線した。・同機にパワートランジスターがらダイオー
ドへもワイヤーボンディングした。

次に１４本の外部リード端子金半田付した後パッケージ
を回路にかぶせシリコン樹脂を第２図の様にアルミニウ
ムワイヤーやパワートランジスターがかくれるまで注入
し、硬化させゲル状にした。

その後エポキシ樹脂組成物をその±から注入し、硬化さ
せた。

以上の工程を経ることにより第６図に示す電気回路を有
する、モーター制御用大電力パワーモジュール（インバ
ーター）を完成させた。このインバーターはコレクタ絶
縁型のため取付けが簡単で許容電流全４ＯＡにすること
が出来た。

（比較例） 第４図の銅箔が１０μｍになった池は実施例と同機の基
板？用いて、第３図に示すインバーターを大造した。

まず実施例と同じパワートランジスター’に１６×１６
ｘ０．８ＪＪＩの銅製ヒートスプレッダ−に高温半田で
半田付した。このもの全実施例と同様に半田ペーストラ
スクリーン印刷した基板上に置き、ダイオードと共に半
田全リフローし半田付した。

以後の工程は実施例と同機にしてパンケージした完成品
？、得た。このインバーターは銅箔厚みが１０μｍと薄
いため、許容電流は１０Ａ以下であった。

（発明の効果） 以上のとおり本発明はアルミニウムと肉厚銅ロ路パター
ン上に部分的にアルミニウム回路パターンを有する絶縁
金属基板において半導体等とアルミニウム回路とをアル
ミニウム線で接続した回路であシ、（１）犬′電流を流
せる様にセラミック基板における金属薄板による回路の
補強の必要がない（２）ヒートスプレッダ−全半田付す
る必要がなく、（３）アルミニウムのワイヤーボンディ
ングポスト力するため、アルミニウム線による半導体の
ワイヤーボンディングが信頼性良く出来る。特に数百μ
ｍの直径を有する太線のアルミワイヤーは、パワートラ
ンジスター等の大電流を流す半導体素子の詰綿には欠か
せないものであシ、この太線のアルミワイヤーがワイヤ
ーボンディング出来る利点がある。

更に熱伝導性の良い絶縁層を有する金属基板を用いるこ
とによシ（４）従来のセラミック基板を用いた場合より
も熱伝導性が良くなシ、パワーモジュールの大電力化に
有利である。しかも（５）セラミック基板を用いたパワ
ーモジュールではセラミックが割れ易いため銅のニッケ
ルメッキ板等のペース金属をセラミック基板に半田付は
等で接着せねばならないが、金属基板ではペース金属が
第２図に示す、様にパッケージの下部に配置されるため
、新しくペース金属を置く必要がない等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（１））は本発明のハイパワー用混成集
積回路の平面図および断面図であり、第２図は第１図の
集積回路ヲ憫脂制止した集積回路の断面図を表わす。ま
た第３図は電気回路図である。次に第４図（ａ）、（１
））は実装前の基板を表わす平面図と断面図である。 符号１・・・肉厚銅箔部、３・・・アルミニウムボンデ
ィングポスト、４・・・外部リード端子半田付部、５・
−・絶縁層、６・・・ベース金属板、７・・・パワート
ランジスター、８・・・ダイオード、９・・・アルミニ
ウムワイヤー、１０・・・共晶半田、１１・・・外部リ
ード端子、１２・・・パッケージ、１３−・・ｒル状シ
リコン系樹脂、１４・・・エポキシ樹脂組成物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベース金属上に絶縁層を介して肉厚３５μｍを越
   してなる銅回路パターンおよび該回路上に形成されたア
   ルミニウム回路パターンを夫々設けた基板に半導体を配
   置し、該半導体とアルミニウム回路とをアルミニウム線
   で接続したことを特徴とするハイパワー用混成集積回路
   基板。
2. （２）絶縁層が良熱伝導性樹脂組成物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の集積回路。
3. （３）ベース金属上に絶縁層を介して肉厚５５μｍを越
   してなる銅回路パターンおよび該回路上に形成されたア
   ルミニウム回路パターンを夫々設けた基板に半導体を配
   置し、該半導体とアルミニウム回路とをアルミニウム線
   で接続した回路基板に外部リード端子を接続し、前記回
   路基板をゲル状シリコン系樹脂およびエポキシ系樹脂組
   成物にて封止したことを特徴とするハイパワー用混成集
   積回路。