(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス回路基板と、放熱部材と、前記セラミックス回路基板に搭載される半導体素子を覆いつつ前記放熱部材に固定されるモジュールキャップとからなるモジュール構造体の製造方法であって、セラミックス基板の放熱部材に接する面、及びセラミックス基板の回路側の少なくとも一方に切り欠き部を有するセラミックス回路基板、並びに、セラミックス回路基板の切り欠き部を進展ならしめる突起を有するモジュールキャップを用いて、半導体素子を搭載したセラミックス回路基板を放熱部材に固定する際に、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力が負荷し、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、個別セラミックス回路基板と放熱部材とを密着させることを特徴とするモジュール構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱性電子部品を搭載したモジュールに関し、ことに発熱性電子部品の冷却効率を向上させたモジュール構造体の製造方法と回路基板の固定方法、及び、それに好適なセラミックス回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高発熱性電子部品を実装する回路基板として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなるセラミック板に回路を設け、他の面に金属板を設けたセラミックス回路基板が用いられている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１６３０７７号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−３２６９４９号公報
【０００５】
これらの回路基板に、半導体素子等の電子部品を実装し、電源や信号を伝送するための電極などを組み合わせてモジュールとして構成し、放熱部材と共に、電子機器や電力制御機器などに用いられている（非特許文献１参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
「電気学会誌」第１１８巻、第５号、１９９８年、第２７４−２７７頁
【０００７】
一方、車載用電子機器や電力制御機器について、その小型化、省スペ−ス化と共に、電子機器をエンジンル−ム内に設置することも要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、放熱性に優れるモジュールが必要とされる。このような用途に対して、放熱性に優れる前記セラミックス回路基板が注目されている（非特許文献２参照）。
【０００８】
【非特許文献２】
「三菱電機技法」第７５巻、第６号、２００１年、第４０９−４１２頁
【０００９】
これらの回路基板の回路には各種の電子部品が半田や導電樹脂などを介して接合されている。さらに、他の面に設けた金属板は、電子部品等の熱を効率よく外部に放熱するために、半田を介して、銅などの金属、又は、それらを含む各種合金、又は、各種金属とセラミックスで構成される金属基複合体などからなるベース板と接合される場合が多い。これらに、電極などを組み合わせてモジュールを構成し、ベース板の他の面は、放熱フィンなどの放熱部材との密着性をあげるため、グリースを介して接合し、使用されている（非特許文献３参照）。
【００１０】
【非特許文献３】
「三菱電機技法」第７５巻、第６号、２００１年、第４２１−４２４頁
【００１１】
セラミックス回路基板とベース板は、広い面積をはんだ接合するため、各部材の熱膨張差からくるひずみを受け易く、実使用下における温度上昇／温度下降の繰り返しを受けて、この部分の半田にクラックが発生することがあり、その結果、熱の伝導経路が遮断され、高発熱性電子部品の放熱が充分に行われずに、電子部品の温度上昇が起こり、熱的劣化が生じ、機能が停止してしまう、或いは電気的信頼性が低下するという問題が発生する。
【００１２】
また、車載用電子機器や電力制御機器の小型化、省スペ−ス化を進めていくと、発熱密度が高くなり、より高い放熱性が求められるようになるため、小型化、小スペース化、高い放熱性を実現するためのモジュール構造体や回路基板等が求められている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化、小スペース化、さらには、高い放熱性を実現するために好適なモジュール構造体の製造方法、並びに、回路基板の固定方法、並びに、セラミックス回路基板を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、いろいろなモジュールについて、回路基板の構成、放熱面の構造、冷却方法について、さらに、各構成部材や組み上げ工程などのばらつき要因などについて検討した。その結果をもとに、各種構成についての有限要素法を用いた熱解析及び応力解析を行い、信頼性を評価した。これらの結果、信頼性が低下する問題のある、回路基板とベース板との広い面積のはんだ接合及びベース板をなくし、さらに放熱部材との密着性を高める工夫をすることで、放熱性及び信頼性が高く、コスト的にも有利なモジュール構造体を見出し、本発明に至ったものである。
【００１５】
さらに、本発明者は、上記知見に基づいて選抜されたいろいろなモジュール構造体の製造方法について実験的に検討し、特に、回路基板の固定方法並びにセラミックス回路基板の構造を変更し、モジュール構造体の回路上に接合したトランジスタの温度上昇を測定することで、トランジスタの温度上昇の小さいモジュール構造体を得て本発明に至ったものである。
【００１６】
即ち、本発明は、セラミックス回路基板を放熱部材に固定する方法であって、切り欠き部を有するセラミックス基板を用いて、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力を負荷した際に、前記切り欠き部が進展してセラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、各々の個別セラミックス回路基板と放熱部材とを密着させることを特徴とするセラミックス回路基板の放熱部材への固定方法である。
【００１７】
本発明は、セラミックス基板の放熱部材に接する面にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いることを特徴とする前記のセラミックス回路基板の放熱部材への固定方法である。
【００１８】
本発明は、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いることを特徴とする前記のセラミックス回路基板の放熱部材への固定方法である。
【００１９】
また、本発明は、セラミックス回路基板と、放熱部材と、前記セラミックス回路基板に搭載される半導体素子を覆いつつ前記放熱部材に固定されるモジュールキャップとからなるモジュール構造体の製造方法であって、セラミックス基板に切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いて、半導体素子を搭載したセラミックス回路基板を放熱部材に固定する際に、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力が負荷し、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、個別セラミックス回路基板と放熱部材とを密着させることを特徴とするモジュール構造体の製造方法である。
【００２０】
本発明は、セラミックス基板の放熱部材に接する面にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いることを特徴とする前記のモジュール構造体の製造方法である。
【００２１】
本発明は、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いることを特徴とする前記のモジュール構造体の製造方法である。
【００２２】
本発明は、前記モジュールキャップがセラミックス回路基板の切り欠き部を進展ならしめる突起を有することを特徴とする前記のモジュール構造体の製造方法である。
【００２３】
また、本発明は、セラミックス基板に切り欠き部を有するセラミックス回路基板で、放熱部材に固定する際に、前記切り欠き部を拡げる力が負荷すると、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、個別のセラミックス回路基板と放熱部材とが密着する切り欠き部を有していることを特徴とするセラミックス回路基板である。
【００２４】
本発明は、セラミック基板の放熱部材に接する面側にのみ切り欠き部を有することを特徴とする前記のセラミックス回路基板である。
【００２５】
本発明は、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有することを特徴とする前記のセラミックス回路基板である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図をもって、本発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１に、本発明のセラミックス回路基板を放熱部材に固定する方法の説明図を示す。本発明のセラミックス回路基板を放熱部材に固定する方法では、切り欠き部を有する、熱伝導性絶縁体であるセラミックス基板４の一主面上に、回路３を設け、他の一主面上（裏面）に金属板５を設けており、回路の所望部分に接合材２を介して発熱性電子部品１を搭載しているセラミックス回路基板を用いて、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力を負荷した際に、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とするとともに、各々の個別セラミックス回路基板と放熱部材７とを密着させることを特徴とするセラミックス回路基板の放熱部材への固定方法である。この方法によれば、個々のセラミックス回路基板を一度に放熱部材に密着させることができるので、生産性高く熱放散性に優れ電気的信頼性の高いモジュールを得ることができる。
【００２８】
また、本発明のセラミックス回路基板を放熱部材に固定する方法では、図１に示すようにセラミックス基板の放熱部材に接する面にのみ切り欠き部を有するセラミックス基板を用いても、図４に示すように切り欠き部が放熱部材に接しない面、すなわちセラミックス基板の回路側にあるセラミックス回路基板を用いても構わない。また、切り欠き部が、セラミックス基板の両面にあっても構わない。切り欠き部がセラミックス基板の放熱部材に接する面にのみ存在させるときは、個々のセラミックス基板と放熱部材との密着性が一層優れることから好ましいが、一方で、回路側にのみ切り欠きが存在させるときは、回路形成時に切り欠き部も併せて形成することができ高い生産性が達成できることから好ましい。
【００２９】
本発明では、本発明で用いるセラミックス回路基板が、放熱部材への固定時に進展して、複数の個別セラミックス回路基板となるような、切り欠き部を有することが重要であり、これにより、サイズの大きなセラミックス基板を用いて、複数の発熱性電子部品を実装するなど、製造時のハンドリングを容易ならしめ、なおかつ、個々の発熱性電子部品から発生する熱を、高い効率で放熱部材に放熱することが可能となる。尚、切り欠きの数については、一つであっても二つ以上の複数であっても構わないが、個々のセラミックス回路基板の数が多いほど本発明の効果が顕著となるし、またモジュールの生産性を向上できることから複数であることが好ましい。
【００３０】
更に、前記のセラミックス回路基板の放熱部材への固定方法では、セラミックス回路基板の金属板裏面と放熱部材との間に大きな熱抵抗となる空気を含まない様にするために、図１の６に対応する熱伝導性の高いグリースや接合後に固化する放熱シートを置くことができる。
【００３１】
また、前記のセラミックス基板の切り欠き部を拡げる力を負荷するには、様々な方法をとることができ、図２、図３、図４に、モジュールキャップを用いたモジュール構造体の製造方法を用いた断面図を示す。
【００３２】
本発明のモジュール構造体の製造方法は、図２及び図３に示すように、回路３、セラミックス基板４、金属板５からなるセラミックス回路基板と、放熱部材７と、前記セラミックス回路基板に接合材２を用いて搭載される半導体素子１を覆いつつ、前記放熱部材に固定されるモジュールキャップ８とからなるモジュール構造体の製造方法であって、セラミックス基板に切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いて、半導体素子を搭載したセラミックス回路基板を放熱部材に固定する際に、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力が負荷し、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、個別セラミックス回路基板と放熱部材とを密着させることを特徴とするモジュール構造体の製造方法である。
【００３３】
半導体素子を搭載したセラミックス回路基板を放熱部材に固定する際に、セラミックス基板の切り欠き部を拡げる力は、放熱部材に接する面にのみ、複数の切り欠き部を有するセラミックス基板を用いた場合には、図２、図３に示すように、前記のセラミックス回路基板の切り欠き部の裏面側に放熱部材へ向かう力を負荷すればい。
【００３４】
セラミックス回路基板のモジュールキャップと接する部分は、図２に示すように、セラミックスであっても構わないし、図３に示すように、金属回路と同様な金属板であっても構わない。図５は、図２に示されている回路基板の平面図である。図６は、図３に示されている回路基板の平面図である。
【００３５】
また、本発明のモジュール構造体の製造方法は、図４に示すように、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を用いて、セラミックス回路基板の切り欠き部を拡げる力を負荷した際に、前記切り欠き部が進展してセラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、各々の個別セラミックス回路基板と放熱部材とを密着させることを特徴とするモジュール構造体の製造方法である。
【００３６】
本発明のモジュール構造体の製造方法では、セラミックス回路基板の金属板裏面と放熱部材との密着性を高め、大きな熱抵抗となる空気を含まない様にするために、熱伝導性の高いグリースや接合後に固化する放熱シート６を置くことができる。
【００３７】
また、半導体素子、回路、電極は、必要に応じて、導電性ワイヤー１０で接合される。さらに、導電性ワイヤー等は、エポキシ樹脂やシリコーンゲルやシリコーン樹脂等に包埋される場合もある。
【００３８】
更に、モジュールキャップには、電極９を付加していても構わないが、セラミックス回路基板の回路側面から放熱部材に押圧可能な突起を有することが重要である。図２に示すように、モジュールキャップは一つの成形部品であっても構わないし、図３、図４に示すように複数の成形部品から構成されていても構わない。
【００３９】
接合材には、鉛錫はんだや鉛を含まない銀銅錫はんだや各種の導電性樹脂が用いられる。
【００４０】
接合材が導電樹脂の場合、エポキシ或いはアクリル等の樹脂に、金、銀、銅などの金属或いは黒鉛などの導電性材料を１種類含むものであっても、これら金属或いは黒鉛などの導電性材料を２種類以上含むものであっても構わない。
【００４１】
モジュールキャップは、鉄、アルミニウム、黄銅、銅等の金属からなる場合もあれば、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂成形材料または、熱可塑性のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等からなる場合もある。また、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂成形材料または、熱可塑性のＰＢＴ等からなる各種樹脂成形ケース等に取り付けられる場合もあれば、樹脂ケースと一体成形される場合もある。
【００４２】
放熱部材の冷却は、自然対流でも、強制対流でも構わないし、冷却のための流体としては、空気のような気体でも水やエチレングリコールなどを含む液体でも構わない。
【００４３】
本発明のセラミックス回路基板は、セラミックス基板に切り欠き部を有するセラミックス回路基板で、放熱部材に固定する際に、前記切り欠き部を拡げる力が負荷すると、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とし、個別のセラミックス回路基板と放熱部材とが密着する切り欠き部を有していることを特徴とするセラミックス回路基板である。
【００４４】
本発明のセラミックス回路基板は、セラミック基板の放熱部材に接する面側にのみ切り欠き部を有していても、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有していても構わないし、勿論、両面に複数の切り欠き部を有していても構わない。が、前述した通りに、切り欠き部をセラミックス基板の放熱板側のみ、或いは回路側のみとすることが効果と生産費用とのバランスから好ましく選択される。
【００４５】
図５、図６に、セラミック基板の放熱部材に接する面側にのみ切り欠き部を有する本発明のセラミックス回路基板の平面図を例示してある。当該セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板として放熱部材に固定するために、放熱部材に押圧する力が負荷される切り欠き部の放熱部材に面しない側は、図５に示すように、回路を構成する金属がなくセラミックス基板であっても構わないし、図６に示すように、回路を構成するのと同様な金属であっても構わない。
【００４６】
また、図７に、セラミックス基板の回路側にのみ切り欠き部を有するセラミックス回路基板を例示してある。
【００４７】
本発明のセラミック回路基板を構成するセラミックス基板としては、得られるセラミックス回路基板の熱放散性を良好とするために、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上のものが適しており、更に、セラミックス基板の曲げ強さについては、セラミックス回路基板の強さに影響することから、３５０ＭＰａ以上のものが好ましいため、該当するセラミックス基板としては、窒化珪素、窒化アルミニウムが挙げられる。
【００４８】
上記セラミックス基板の厚みについては、要求されるセラミックス回路基板の放熱特性、機械的性質、電気特性等により異なるが、通常０．２ｍｍ以上４．５ｍｍ以下が採用される。本発明においても、これら通常の厚さのものが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００４９】
セラミックス基板の切り欠き部のパターンは、回路パターンや電子部品の搭載位置等により自由に出来る。切り欠き部の深さは、セラミックス基板の材質にもよるが、セラミックス基板の厚みの３０％以上９５％以下が好ましく、５０％以上９０％以下が特に好ましい。セラミックス基板の厚みの３０％未満だと切り欠き部が充分に進展せず、セラミックス回路基板を複数の個別セラミックス回路基板とすることができない危険性があり、９５％を超えるとハンドリング性が低下するからである。また、切り欠き部の幅は、加工法によるが、５ｍｍ以下で充分な効果が得られる。
【００５０】
本発明のセラミックス回路基板に用いられる回路用金属及び金属板については、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属や前記金属を主成分とする合金、或いは前記金属或いは合金の接合したもの等が用いられ、その厚みは０．１〜３．０ｍｍが一般的である。尚、本発明においては金属回路と放熱用金属板とが同一である必要はないので、材質、厚さ、形状等の点で異なっていても構わない。
【００５１】
セラミック基板の切り欠き部は、セラミックスの焼結と同時に形成することもできるし、あらかじめレーザー加工や機械加工等の方法で形成しておくこともできるし、回路基板の作製中或いは後にレーザー加工や機械加工或いはエッチング等により形成することもできる。
【００５２】
回路用金属板及び放熱用金属板は、セラミックス基板と接合層を介して接合されているが、本発明の場合、該接合層はろう材ペーストを用いて形成されたものであっても、セラミックスと金属との共晶層により形成されたものであっても構わない。前記ろう材ペーストとしては、例えば金属回路又は放熱用金属板の材質が銅である場合には銅若しくは銅と銀を含むろう材であり、更に窒化物セラミックス基板の場合には、チタンなどの活性金属を含んだ前記ろう材が好ましく用いられる。
【００５３】
一方、共晶層を形成せしめる場合には、例えばセラミックス基板にアルミナを用い金属板に銅を用いるときには銅の酸化物が共晶層として選択される。
【００５４】
本発明のセラミックス回路基板の製法について、以下フルエッチ法での製法を例示し、詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
まず、セラミックス基板の両面に、例えば銅と銀とを含むろう材ペーストを塗布し、次に、前記ろう材ペーストを覆うに充分な広さの放熱用金属板を置き、その上に前記セラミックス基板を置き、更に、回路用金属板を置き、荷重を負荷した状態で熱処理を行い金属板とセラミックス基板とを接合する。ここで、切り欠き部のあるセラミックス基板を用いてもよい。
【００５６】
前記荷重をかける方法については、上記操作において、金属とセラミックス基板との接合が行われれば良いので、治具を加熱と荷重に耐え得る材質とする方法、或いはホットプレスのように油圧或いは機械的な圧力をかける方法等のいずれの方法でも良い。しかし、前者の方法に於いて、治具が高密度で重しを兼ねることができるタングステンやモリブデン等の高融点金属で作成する方法が、荷重負荷に特別の装置を必要としないので安価に回路基板を製造できることから好ましい方法である。
【００５７】
上記で得た両面に金属板が接合したセラミックス基板（以下接合体という）について、金属板上にエッチングレジストを用いて回路パターンを印刷し、レジスト回路パターンを形成する。さらに、他方の面には、セラミック基板の切り欠き部に対応する部分や縁面を除きレジストパターンを形成する。
【００５８】
次いで、エッチング処理して、パターン外の不要な金属やろう材等を除去した後、エッチングレジストを除去して、回路および金属板を有するセラミックス回路基板とする。更に、金属回路の酸化と腐食を防止する等の目的で、必要に応じてニッケルメッキ等を行い金属回路上に保護膜を形成する。
【００５９】
切り欠き部のあるセラミックス基板を用いなかった場合は、レーザー加工或いはダイヤモンドブレードなどの機械加工により切り欠き部を形成する。
【００６０】
以下に実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
【００６１】
【実施例】
〔実施例１〕
サイズ４０ｍｍ×１４０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を接触配置するように載せる。これらを真空中８３０℃で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００６２】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により３個所の回路パターン及び放熱金属板パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００６３】
前記放熱金属板パターン間の窒素化アルミニウム基板に、YAGレーザー加工機を用いて、２個所の長さ４０ｍｍ、深さ２ｍｍ、開口部の幅１ｍｍの切り欠き部を形成した。
【００６４】
前記セラミック回路基板の回路各々にＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、高熱伝導グリースを塗った５０ｍｍ×１５０ｍｍのアルミ製放熱フィンの上に載せ、更にその上から、鉄製のモジュールキャップと基板押えをＰＰＳ樹脂成形体と組み合わせたケースをかぶせて固定した。
【００６５】
〔実施例２〕
サイズ４０ｍｍ×１４０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体に、YAGレーザー加工機を用いて、２個所の長さ４０ｍｍ、深さ２ｍｍ、開口部の幅１ｍｍの切り欠き部を形成した。
【００６６】
前記窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を接触配置するように載せる。これらを真空中８３０℃で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００６７】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により３個所の回路パターン、切り欠き部の反対側の面のモジュールキャップ突き当て部パターン及び放熱金属板パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００６８】
前記セラミック回路基板の回路各々にＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、高熱伝導グリースを塗った５０ｍｍ×１５０ｍｍのアルミ製放熱フィンの上に載せ、更にその上から、鉄製のモジュールキャップと基板押えをＰＰＳ樹脂成形体と組み合わせたケースをかぶせて固定した。
【００６９】
〔実施例３〕
サイズ４０ｍｍ×１４０ｍｍ、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体に、２個所の長さ４０ｍｍ、深さ２ｍｍ、開口部の幅１ｍｍの切り欠き部を焼結時に形成した。
【００７０】
前記窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含むアルミニウム−シリコン−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．４ｍｍの金属回路用アルミニウム板と厚み０．４ｍｍの放熱用銅板を接触配置するように載せる。これらを真空中６３０℃で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板とアルミニウム板の接合体を得た。
【００７１】
次に、前記接合体のアルミニウム板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により３個所の回路パターン及び放熱金属板パターンに印刷した。このとき、切り欠き部が回路側に来るようにした。紫外線硬化型エッチングレジストを硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要なアルミニウムを除去し、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００７２】
前記セラミック回路基板の回路各々にＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、高熱伝導グリースを塗った５０ｍｍ×１５０ｍｍのアルミ製放熱フィンの上に載せ、更にその上から、鉄製のモジュールキャップと基板押えをＰＰＳ樹脂成形体と組み合わせたケースをかぶせて固定した。
【００７３】
〔比較例１〕
サイズ４０ｍｍ×１４０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を接触配置するように載せる。これらを真空中８３０℃で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００７４】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により３個所の回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００７５】
前記セラミック回路基板の回路各々にＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、高熱伝導グリースを塗った５０ｍｍ×１５０ｍｍのアルミ製放熱フィンの上に載せ、更にその上から、鉄製の基板押えをＰＰＳ樹脂成形体と組み合わせたケースをかぶせて固定した。
【００７６】
以上のようにして、表１の実施例１、２、３、比較例１に示す窒化アルミニウム回路基板及びモジュール構造体を完成させた。実施例４、５、６及び比較例２の試料については、セラミックス基板として窒化珪素焼結体を用いた以外は前記に示した方法で試料を得た。
【００７７】
【表１】
0003669981.tif 000002
【００７８】
これらの回路基板について熱抵抗評価試験を実施した。熱抵抗評価試験は、各モジュール構造体のアルミ製放熱フィンを水冷しながら、ＴＯ２２０トランジスタに通電することにより行った。熱抵抗の値は、ＴＯ２２０の温度上昇を通電電力で除して決めた。各モジュールの各ＴＯ２２０について熱抵抗を５回測定し平均を求め、結果を表１に示した。比較例１〜２の熱抵抗値は、０．４０Ｋ／Ｗを超えるものがあり、各ＴＯ２２０間のばらつきが大きいのに対し、実施例１〜６の熱抵抗は、各ＴＯ２２０間のばらつきが小さく、何れも０．４０Ｋ／Ｗ以下であり、本発明のものが高い放熱性を有し、優れていることが明瞭である。
【００７９】
実施例１〜６のモジュール構造体について、熱抵抗測定後、モジュールキャップをはずして確認したところ、前記切り欠き部が進展して、セラミックス回路基板が、複数の個別セラミックス回路基板となっていることが確認できた。
【００８０】
【発明の効果】
実施例、比較例で明らかなように、本発明のセラミックス回路基板及び、回路基板の固定方法及びモジュール構造体の製造方法になるモジュール構造体は、回路上に搭載された発熱性電子部品から発生する熱を効率よく放散するため、例えば、自動車等のエンジンルームのように、環境温度が高く厳しい場合にも高い放熱性を有し、半導体電子部品の性能を充分に発揮させるため、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックス回路基板を放熱部材に固定する方法の説明図。
【図２】本発明に係るモジュール構造体の製造方法による固定後のモジュール構造体及び本発明のセラミックス回路基板の一例を示す断面図。
【図３】本発明に係るモジュール構造体の製造方法及び本発明のセラミックス回路基板の他の一例を示す断面図。
【図４】本発明に係るモジュール構造体の製造方法及び本発明のセラミックス回路基板のさらに他の一例を示す断面図。
【図５】本発明に係るセラミックス回路基板の一例を示す平面図。
【図６】本発明に係るセラミックス回路基板の他の一例を示す平面図。
【図７】本発明に係るセラミックス回路基板のさらに他の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１  発熱性電子部品
２  接合材
３  回路
４  熱伝導性絶縁体（セラミックス基板）
５  金属板
６  放熱グリース或いは放熱シート
７  放熱部材
８  モジュールキャップ
９  電極
１０  導電性ワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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