JPH0831546B2 - ハイパワ−用回路基板及びその混成集積回路 - Google Patents

ハイパワ−用回路基板及びその混成集積回路

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JPH0831546B2
JPH0831546B2 JP62182877A JP18287787A JPH0831546B2 JP H0831546 B2 JPH0831546 B2 JP H0831546B2 JP 62182877 A JP62182877 A JP 62182877A JP 18287787 A JP18287787 A JP 18287787A JP H0831546 B2 JPH0831546 B2 JP H0831546B2
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和男 加藤
辰夫 中野
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Denka Co Ltd
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    • HELECTRICITY
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    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、回路基板の最上層にもアルミニウム箔から
なる回路を有する耐電圧性に安定し、しかもアルミニウ
ム線のボンデイング性にもすぐれた大電流回路を持つイ
ンバーダーで代表されるパワーモジユールのハイパワー
用回路基板及びその混成集積回路に関するものである。
(従来の技術) パワーモジユール用の混成集積回路基板としては、近
年金属基板、特にアルミニウム基板の絶縁層上に肉厚の
銅箔を形成して大電流回路としたものが、開発されてい
る。この肉厚の銅箔からなる回路の形成方法としては、
35μm以上の銅箔を使用し、エツチングにより回路を形
成する方法と、肉薄例えば10μmの銅箔の大電流回路と
なる部分にメツキをして肉厚部分を作る方法との2つが
ある。
しかしながらこのいずれの方法においても出来上つた
回路基板は、金属板例えばアルミニウム板上に絶縁層を
介して肉厚銅箔を形成した構造となつており、1).金
属基板と銅箔との膨張係数の相違からヒートシヨツクで
絶縁層にクラツクが入る、2).肉厚銅箔は、一般には
電解銅箔であり、電解メツキ時間が長いためメツキ面、
すなわち絶縁層と接着する面に数10μmの突起があり、
この突起が絶縁層の厚みを局部的に薄くして、耐電圧不
良を起す、3).肉厚圧延銅箔を用いる時には絶縁層と
の接着性を向上させるため、箔面を粗面化する工程が必
要となる等の欠点を有している。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、かかる欠点を解決するものであり、金属基
板上の絶縁層にアルミニウム箔、肉厚の銅箔及びアルミ
ニウム箔の順に積層された層を形成することにより、絶
縁層との接着強度が増大するとともに安定し、金属基板
と銅箔との膨張係数の相違からくるヒートシヨツクも緩
和されて絶縁層の破損防止となり、しかも絶縁層の耐電
圧性低下もなく、さらに回路基板の最上層がアルミニウ
ム箔のため、アルミニウム線によるワイヤーボンデイン
グが容易にできるハイパワー用回路基板及びその混成集
積回路を完成するに至つた。
(問題点を解決するための手段) すなわち本発明は、 1. 金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してアルミニウ
ム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウム箔の層
の順に積層して夫々回路を形成してなるハイパワー用回
路基板 2. 金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してアルミニウ
ム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウム箔の層
の順に積層して夫々回路を形成してなる回路基板に半導
体を配置し、該半導体とアルミニウム回路とをアルミニ
ウム線で接続したハイパワー用混成集積回路及び 3. 金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してアルミニウ
ム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウム箔の層
の順に積層して夫々回路を形成してなる回路基板に半導
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に外部端子を接続し、前記回路を
ゲル状シリコン系樹脂及びエポキシ樹脂組成物にて封止
したハイパワー用混成集積回路 を特徴とするものである。
以下本発明を詳細に説明する。
第1図(a)及び(b)は、本発明の回路基板を表わ
す実施例の平面図と断面図である。まづ金属基板6上に
は絶縁層5を介して最下層に耐電圧性安定用アルミニウ
ム回路部2、中間層に大電流回路用肉厚銅回路部1及び
最上層にアルミニウム箔からなるアルミニウムボンデイ
ングポスト3が積層されている。さらに(a)の平面図
に示すとおり、肉厚銅回路の局所に外部リード端子を取
付けるための外部リード端子半田付部4が設けられてい
る。前記3層の箔積層体部分を異種金属複合箔を用いて
回路形成する方法としては、1)アルミニウム、肉厚銅
及びアルミニウムの順となつたクラツド箔、2)アルミ
ニウム箔上に銅メツキをして肉厚箔を形成し、さらに該
肉厚箔上にアルミニウム箔を重ねる、3)アルミニウム
箔に亜鉛もしくはニッケルを介して銅を順次メツキして
箔を形成し、該箔上にアルミニウムを重ねるのいづれか
の複合箔を絶縁物上に張り合せた基板をエツチングする
ことにより回路を形成することができる。
本発明に用いる金属基板6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れ
る。また熱伝導性の良い絶縁層5はアルミナ、ベリリ
ア、ボロンナイトライド、マグネシア、シリカおよび窒
化アルミニウム等の良熱伝導性無機フイラーを例えば60
重量%以上含んだ熱硬化性樹脂等であり、その厚みも耐
電圧が許される限り薄いものが良く、通常は20μm以上
が必要である。
また本発明に用いる異種金属複合箔の肉厚銅箔部1の
肉厚は、35μm超、好ましくは45μm〜1500μm、さら
に好ましくは50μm〜300μmである。肉厚が35μm以
下では満足な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、通常の混成集積回路としては、1500μ
m程度が限度である。
次に第2図(a)及び(b)は、本発明のハイパワー
用混成集積回路を表わす実施例の平面図と断面図であ
り、このハイパワー用混成集積回路として用いる回路基
板は、第1図に示すものである。まづ第2図(a)及び
(b)は金属基板6に絶縁層5を介してアルミニウム箔
と銅箔とを主体とした異種金属箔で構成された複合箔が
積層され、耐電圧性の安定用アルミニウム回路部2、大
電流回路用肉厚銅回路部1及びアルミニウムボンデイン
グポスト3をそれぞれ形成している。
また肉厚銅回路部1の局所には共晶半田10が設けら
れ、該半田10により半導体例えばパワートランジスター
7やその他発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が搭載されている。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イング
ポスト3に接続されて回路を形成している。次に第3図
は、第2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、回路の周囲をパツケージ12で覆
い、絶縁層5より上層部をパツケージ12の上端までゲル
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。
次に回路を封止するゲル状シリコン系樹脂13は、例え
ば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。さらにエポキシ樹
脂組成物14は、耐湿性、低応力を持つ組成物であれば何
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
ニウム箔と肉厚銅箔及びアルミニウム箔の3層構造を基
本とし、両方の金属が露出した回路基板であり、アルミ
ニウム箔からなるアルミニウム回路の上に肉厚銅箔から
なる回路が存在するため、電流容量的に充分であり、大
電流が流せられる。また、発熱素子を固着する部分も肉
厚銅箔となつているため、発熱素子を半田付すればヒー
トスプレツダーにもなる。
(実施例) 以下実施例により詳細に説明する。
実施例1 第1図(a)、(b)に示す回路基板として3mmのア
ルミニウムからなる金属基板の上にシリカを65重量%含
むエポキシ樹脂組成物の絶縁層を150μm塗布した。
次に絶縁層の上に40μmのアルミニウム箔、85μmの
銅箔及び40μmのアルミニウム箔の層の順になるように
異種金属複合箔を積層して回路基板を作成した。この回
路基板の耐電圧は、試料(n=50)の全てがAC5KV1分間
以上であつた。更に−40℃、30分間と120℃、30分間と
の繰り返しヒートシヨツク100回後の耐電圧も全ての試
料でAC5KV1分間以上であつた。
実施例2 絶縁層を100μmとし、また銅箔を105μmとした以外
は、実施例1と同様の操作を行い回路基板を得た。この
回路基板の耐電圧は、試料(n=50)の全てがAC3KV1分
間以上であつた。更に−40℃、30分間と120℃、30分間
との繰り返しヒートシヨツク100回後の耐電圧も全ての
試料でAC3KV1分間以上であつた。
実施例3 実施例1と同様の回路基板を用いて、まず、この回路
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刷した。次に8×8×0.2mmのパ
ワートランジスタ6ケと1.5×1.5×0.2mmのダイオード
6ケを第2図に示す個所に置き、半田リフロー炉を通し
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、このパワートワンジスターからアルミニウムボンデ
イングポストに超音波振動法でワイヤーボンデイングし
て配線した。同様パワートランジスターからダイオード
へもワイヤーボンデイングした。
次に14本の外部リード端子を半田付けした後パツケー
ジを回路にかぶせシリコン樹脂を第3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上から注入し、硬化
させた。
以上の工程を経ることにより第4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ユール(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を30Aにすること
が出来た。
比較例 実施例1と同様の肉厚でアルミニウム基板と絶縁層と
を形成し、該絶縁層に最初に銅箔がくるように実施例1
と同様な肉厚銅箔とアルミニウム箔を重ねた。但しこの
複合箔の銅箔面には接着性を上げるため電解銅メツキに
よる表面処理が行なわれている。この回路基板の耐電圧
は、試料(n=50)の内3ケがAC2KV1分間不良となつ
た。さらに実施例1と同様のヒートシヨツクテストを残
りの良品(n=47)について行つたところ、さらに4ケ
がAC2KV1分間のテストで不良となつた。
(発明の効果) 以上のとおり、本発明は回路基板として肉厚銅箔の両
面をアルミニウム箔によつて重ね合せた状態のものを絶
縁層上に積層することにより絶縁層と異種金属複合箔と
の接着性が安定し、しかも耐電圧性も安定し、肉厚銅箔
と金属基板との膨張係数の相違から発生する回路基板絶
縁層のクラツクを防止できる。さらに回路基板の最上層
は、アルミニウム箔で形成されているため、アルミニウ
ム線によるワイヤーボンデイング性が容易に行われる利
点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は実装前の回路基板を表わす平面
図と断面図である。次に第2図(a)、(b)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3図は第2図の集積回路を樹脂封止した集積回路
の断面図を表わす。また第4図は電気回路図である。 符号1……肉厚銅回路部、2……アルミニウム回路部、
3……アルミニウムボンデイングポスト、4……外部リ
ード端子半田付部、5……絶縁層、6……金属基板、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……パツケージ、13……ゲル状シリコン系
樹脂、14……エポキシ樹脂組成物

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してア
    ルミニウム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウ
    ム箔の層の順に積層して夫々回路を形成してなるハイパ
    ワー用回路基板。
  2. 【請求項2】金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してア
    ルミニウム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウ
    ム箔の層の順に積層して夫々回路を形成してなる回路基
    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ハイパワー用混成集積回路。
  3. 【請求項3】金属基板上の良熱伝導性絶縁層を介してア
    ルミニウム箔、35μmを超えてなる銅箔及びアルミニウ
    ム箔の層の順に積層して夫々回路を形成してなる回路基
    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に外部端子を接続し、前
    記回路をゲル状シリコン系樹脂及びエポキシ樹脂組成物
    にて封止したハイパワー用混成集積回路。
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