(57)【要約】【課題】半田レジストの耐熱性を向上させることなく、回路基板を放熱部品に位置精度良く半田付けする。【解決手段】金属−セラミックス複合体からなり、一主面に半田レジストを形成後、半田レジストを除く全面にめっきを形成してなる放熱部品であり、 金属−セラミックス複合体が、炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを特徴とする該放熱部品であり、さらに、半田レジストがＵＶ硬化型であることを特徴とする該放熱部品により、上記課題を解決する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属−セラミックス複合体からなり、一主面に半田レジストを形成後、半田レジストを除く全面にめっきを形成してなる放熱部品。
【請求項２】
金属−セラミックス複合体が、炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを特徴とする請求項１記載の放熱部品。
【請求項３】
半田レジストがＵＶ硬化型であることを特徴とする請求項１記載の放熱部品。
【請求項４】
金属−セラミックス複合体の一主面に半田レジストを塗布し、次に、半田レジストを除く全面をめっき処理することを特徴とする放熱部品の製造方法。
【請求項５】
金属−セラミックス複合体が、高圧鍛造法により炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを特徴とする請求項４記載の放熱部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス複合体の表面に部分的にめっきを形成した放熱部品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モーター駆動用に用いられるインバータは高信頼性が求められてきており、それに伴ってパワーモジュールの放熱特性の向上が求められている。従来、パワーモジュールは、半導体素子を搭載する窒化アルミニウムや窒化珪素などのセラミックス回路基板と、銅、Cu-Mo、金属−セラミックス複合体等からなる放熱部品を半田で接合した構造となっている。回路基板を放熱部品に位置精度良く半田付けする為に、通常、あらかじめ放熱部品の基板搭載部を除く部分に半田レジストを塗布しておくという手法がとられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回路基板を放熱部品に半田付けする場合、通常、半田付け温度は250℃以上の高温である為、半田レジストには高い耐熱性が求められる。また、半田付けにフラックスを使用する場合は、フラックスが高温で半田レジストの密着性を弱める為、半田レジストの高温での密着性が不足し、半田レジストの剥離が発生する場合がある。その結果、剥離部分に半田が濡れ広がり、放熱部品上の回路基板の位置精度を著しく悪化させる。
【０００４】
高耐熱性の半田レジストとしては、エポキシ系などの熱硬化型レジストが好ましいが、加熱機器内の温度分布の問題から、均一で安定した熱処理が難しいほか、処理時間がかかるという問題がある。一方、アクリル系を始めとしたＵＶ硬化型レジストは、ＵＶ照射による硬化処理時間が熱硬化型レジストの熱処理時間に比べて短く、また熱硬化型レジストインクに比べ可使時間が長い為、スクリーン印刷時のハンドリング性が良いという特長がある。ただし、ＵＶ照射だけで高温の密着性が不足である場合にはポストキュアと呼ばれる塗布後の熱処理が必要になる為、逆に熱硬化型に比べ高温で長時間の処理が必要になり、前記の処理時間が短い特長を損なうことになる。また、熱硬化型又はＵＶ硬化型のいずれの半田レジストにおいても、熱処理方法による耐熱性向上には限界がある為、半田付け処理温度が高温であるとレジスト剥離の発生を防止することが困難になる。そこで、半田レジストの耐熱性を改善する方法に代わる回路基板の位置精度を安定させる方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題をを解決するため検討を重ねた結果、従来、めっき処理後に塗布していた半田レジストをめっき前に塗布することにより、回路基板を搭載する部分にのみにめっき膜を形成させ、その後の半田付けの際にレジストが剥離することがあっても、レジスト部分にめっき膜が無い為、半田がこの部分に濡れ広がることなく、安定した位置精度で回路基板の半田付けが可能になることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００６】
即ち、本発明は、金属−セラミックス複合体からなり、一主面に半田レジストを形成後、半田レジストを除く全面にめっきを形成してなる放熱部品であり、 金属−セラミックス複合体が、炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを特徴とする該放熱部品であり、半田レジストがＵＶ硬化型であることを特徴とする該放熱部品である。
さらに、金属−セラミックス複合体の一主面に半田レジストを塗布し、次に、半田レジストを除く全面をめっき処理することを特徴とする放熱部品の製造方法であり、金属−セラミックス複合体が、高圧鍛造法により炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを特徴とする該放熱部品の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、放熱部品上の回路基板の位置精度が向上し、高信頼性が要求されるパワーモジュール等に好適な放熱部品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、通常、放熱部品のめっき後に塗布する半田レジストを、めっき前に塗布することにより、めっきレジストとして機能させ、基板搭載部にのみ部分的なめっき処理を施すことにより、半田レジストの密着性が高温下で不良な場合でも、半田レジスト部分へ半田が濡れ広がるのを防ぎ、その結果、回路基板を位置精度良く放熱部品に半田付けすることが可能である。
【０００９】
本発明で用いる半田レジストは、特に限定されるものではなく、熱硬化型、ＵＶ硬化型のいずれも使用可能である。本発明で用いる半田レジストは、高温での密着性が特に必要無い為、硬化処理時間が短く、インク可使時間が長くてハンドリング性の良いＵＶ硬化型が、工業的な生産の面から有利である。また、高い密着性が必要無いことから、ＵＶ照射時間も短縮できる為、生産時のスループットも向上させることができる。レジストの塗布方法は、特に限定されないが、例えば、金属−セラミックス複合体の表面を研磨後、スクリーン印刷により、任意のパターンを印刷し、その後硬化処理をすることが挙げられる。
【００１０】
金属-セラミックス複合体の製法については、大別すると含浸法と粉末冶金法が挙げられる。このうち粉末冶金法は熱伝導率等の特性面で十分なものが得られておらず、実際に商品化されているのは、含浸法によるものである。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う方法（高圧鍛造法）がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。
【００１１】
本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、溶湯鍛造法とダイキャスト法のどちらも使用できるが、溶湯鍛造法がより好ましい。高圧鍛造法は、高圧容器内に、セラミックス多孔体（以下、プリフォームという）を装填し、これに鍛造用金属の溶湯を注ぎ、高圧下で含浸させて複合体を得る方法である。本発明の放熱部品は、母材表面に半田濡れ性が無い材料であれば良く、セラミックス及び鍛造用金属は特に限定されないが、炭化珪素粉末及びアルミニウムを主成分とする金属（以下、アルミニウム合金という）が、金属-セラミックス複合体の特性の面から好ましい。以下に、溶湯鍛造法によるアルミニウム合金−炭化珪素質複合体の製法例を説明する。
【００１２】
本発明に係るプリフォームは、原料である炭化珪素粉末と無機バインダー、水を混合してスラリーを作製し、これを成型、乾燥し、さらに、１，０００℃前後の温度で仮焼成することにより得られる。プリフォームは、離型剤を塗布した任意の形状の型枠に装填した後、隣接する型枠との間に同様に離型剤を塗布したＳＵＳ板で仕切りを設け、多数枚積層してブロック体とするのが一般的である。このブロック体を、アルミニウム合金の融点前後まで予備加熱し、高圧容器内に装填する。その後、アルミニウム合金の溶湯を高圧容器内に注ぎ、３０ＭＰａ以上の圧力で加圧含浸する。含浸後は室温まで冷却した後、型枠の部分で切断し、最後に仕切板であるＳＵＳ板と型枠を外してアルミニウム合金−炭化珪素質複合体を得るのが一般的である。
【００１３】
表面研磨は、バフ研磨、ブラスト処理等、いずれの研磨方法でも良く、その後に行うレジスト印刷のパターン精度が確保できる表面粗さが得られれば良い。また、通常半田レジスト塗布はめっき処理後に行なうが、本発明ではこの処理をめっき前に行なうことが特徴である。
【００１４】
半田レジスト塗布後に施すめっきは、Ｎｉ，Ａｕなど半田濡れの良い金属種のめっきであればいずれでもよく、通常、Ｎｉ-Ｐ、Ｎｉ-Ｂめっき等の無電解めっきが用いられる。また、表面にＡｕのフラッシュめっきを施すことも可能である。めっき厚みは、金属種にもよるが、一般的に、２０μｍ以下が好ましい。めっき厚みが２０μｍを超えると、放熱部品使用時の熱応力により、めっきが剥離してしまう場合がある。
【実施例】
【００１５】
炭化珪素粉末Ａ（太平洋ランダム社製、商品名「ＮＧ−２２０」、平均粒径：６０μｍ）６０部、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製、商品名「ＧＣ−１０００Ｆ」、平均粒径：１０μｍ）４０部及びシリカゾル（日産化学社製、商品名「スノーテックス」）１５部を配合し、攪拌混合機で３０分混合した後、１９０ｍｍ×１４０ｍｍ×厚さ４．９ｍｍの形状に、１０ＭＰａの面厚で成形した。得られた成形体を、温度１０００℃で２時間仮焼成して、プリフォームを作製した。
【００１６】
得られたプリフォームを、離型剤を塗布した鉄板（厚さ５ｍｍ）の枠内にセットし、両端に１２ｍｍ厚の鉄板を配した後、１０ｍｍφのボルト、ナットで固定してブロックを作製した。次にこのブロックを、電気炉で温度７００℃に予備加熱し、予め加熱しておいた２５０ｍｍφ×３００ｍｍＨのプレス金型にセットした後、温度８５０℃に加熱したアルミニウム合金（Ｓｉ１２質量％含有）の溶湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０分間プレスして、プリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却後、バンドソーで切断して鉄板の枠ごと複合体を切り出し、最後に鉄板の枠を外してアルミニウム合金−炭化珪素質複合体を得た。
【００１７】
得られたアルミニウム合金−炭化珪素質複合体を、♯２２０のアルミナ粉で表面をブラスト処理して表面の離型剤層を除去した後、ＵＶ硬化型レジスト（太陽インキ社製、商品名「ＵＶＲ−１５０ ６０Ｇ」）或いは、熱硬化型半田レジスト（太陽インキ社製、商品名「Ｓ−２２２ Ｘ１６Ｋ」）を、図１のパターンでスクリーン印刷した（九州ミタニ社製、♯２２５テトロンスクリーン使用）。ＵＶ硬化型レジストを使用した場合は、照射量７００〜１０００mJでＵＶ照射し、熱硬化型レジストを使用した場合は、オーブン内で１４０℃、２０分保持して硬化処理を行った。めっきの種類は、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ａｕの３種類とした。
【００１８】
レジスト処理及びめっき処理を施したアルミニウム合金−炭化珪素質複合体は、基板搭載部に厚さ１５０μｍとなるようクリーム半田（千住金属社製、商品名「スパークルプリントＳＰＴ−６０−６Ｆ−２４０」）を塗布した後、回路基板（AlN銅厚付け基板）を載せ、２６０℃に加熱したホットプレート上で１０分間保持し、回路基板の半田付けを行った。半田付け後、６カ所に搭載した基板のコーナー位置からパターンとの最大ずれ幅を測定した。更にこれを５枚について行ない、平均値を算出した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2005158791.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例及び比較例の半田レジスト印刷パターンを示した説明図である。
【図２】評価用に作製した窒化アルミニウム銅回路基板を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 半田レジスト部
２ 回路基板搭載部
３ 回路面側の銅板
４ ＡｌＮ基板
５ 半田付け側の銅板
【図１】
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【図２】
2005158791.tif 000004