特許ウォッチ

公開番号2025085780
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2025046308,2021071990
出願日2025-03-21,2021-04-21
発明の名称回路基板および半導体モジュールの製造方法
出願人NGKエレクトロデバイス株式会社,日本碍子株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H05K 1/09 20060101AFI20250529BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】放熱板とのはんだ接合の信頼性に優れた窒化ケイ素絶縁放熱回路基板を提供する。
【解決手段】半導体チップ搭載用の回路基板が、両主面に圧延銅箔が接合されてなる窒化ケイ素セラミックス基板と、少なくとも放熱板との接合面の側において前記圧延銅箔に重畳されてなる電解銅箔と、を備えるようにした。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体チップ搭載用の回路基板であって、
両主面に圧延銅箔が接合されてなる窒化ケイ素セラミックス基板と、
少なくとも放熱板との接合面の側において前記圧延銅箔に重畳されてなる電解銅箔と、
を備えることを特徴とする、回路基板。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の回路基板であって、
前記圧延銅箔を構成する銅粒子の平均粒径が１００μｍ～１０００μｍであり、
前記電解銅箔を構成する銅粒子の平均粒径が１００μｍ未満である、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回路基板であって、
前記圧延銅箔の厚みが３００μｍ～２５００μｍであり、
前記電解銅箔の厚みが５μｍ～５０μｍである、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路基板であって、
両方の前記圧延銅箔に前記電解銅箔が重畳されてなる、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項５】
半導体チップ搭載用の回路基板であって、
両主面に銅箔が接合されてなる窒化ケイ素セラミックス基板を備え、
少なくとも放熱板との接合面の側の前記銅箔が、
前記窒化ケイ素セラミックス基板との接合部分を含む第１の部分と、
当該銅箔の表層部分を含む第２の部分と、
の２層構造を有してなり、
前記第１の部分の銅粒子よりも前記第２の部分の銅粒子の方が平均粒径が小さい、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項６】
請求項５に記載の回路基板であって、
前記第１の部分の銅粒子の平均粒径が１００μｍ～１０００μｍであり、
前記第２の部分の銅粒子の平均粒径が１００μｍ未満である、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の回路基板であって、
前記第１の部分の厚みが３００μｍ～２５００μｍであり、
前記第２の部分の厚みが５μｍ～５０μｍである、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の回路基板であって、
前記両主面に接合されてなる前記銅箔がともに、前記第１の部分と前記第２の部分とを備える、
ことを特徴とする、回路基板。
【請求項９】
半導体モジュールの製造方法であって、
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回路基板に置換銀めっきにて銀めっき膜を形成するめっき工程と、
前記めっき工程を経た前記回路基板の前記接合面と反対側の主面に対し銀焼結接合にて半導体チップを搭載するチップ搭載工程と、
前記めっき工程を経た前記回路基板の前記接合面に対し前記放熱板をはんだにて接合する放熱板接合工程と、
を備え、
前記放熱板接合工程においては、前記銀めっき膜が形成されてなる前記電解銅箔に対して前記放熱板をはんだにて接合する、
ことを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。
【請求項１０】
半導体モジュールの製造方法であって、
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の回路基板に置換銀めっきにて銀めっき膜を形成するめっき工程と、
前記めっき工程を経た前記回路基板の前記接合面と反対側の主面に対し銀焼結接合にて半導体チップを搭載するチップ搭載工程と、
前記めっき工程を経た前記回路基板の前記接合面に対し前記放熱板をはんだにて接合する放熱板接合工程と、
を備え、
前記放熱板接合工程においては、前記銀めっき膜が形成されてなる前記銅箔の前記第２の部分に対して前記放熱板をはんだにて接合する、
ことを特徴とする、半導体モジュールの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板の構成に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体チップ等の電子部品が搭載されるセラミックス絶縁放熱回路基板として、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板やアルミナ系絶縁放熱回路基板などが広く知られている。セラミックス絶縁放熱回路基板は、搭載された電子部品が発する熱を外部へと逃がす役割を有するとともに、当該電子部品と外部との電気的接続も担っている。
【０００３】
窒化ケイ素絶縁放熱回路基板は、窒化ケイ素セラミックス基板の両面に、金属銅を主成分とする銅箔（銅板、銅回路板、銅放熱板など称されることもある）を活性金属を含むろう材などを用いて接合してなるものである。通常、一方の銅箔表面には半導体チップが銀焼結接合により接合（搭載）され、他方の銅箔表面には、例えば金属製の放熱板（ヒートシンク）がはんだ接合される。
【０００４】
窒化ケイ素絶縁放熱回路基板は、アルミナ系セラミックス基板を用いたアルミナ系絶縁放熱回路基板に比較して、放熱性と信頼性に優れているため、車載用途に適用されることが多い。その場合、半導体チップと窒化ケイ素絶縁放熱回路基板との銀焼結接合の接合信頼性を向上させる目的で、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板をなす銅箔の表面に銀めっきが付与されることが多い。例えば、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板の一方面に備わる銅回路板の表面に銀めっきを施す態様が、すでに公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２０／２１８１９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
窒化ケイ素絶縁放熱回路基板に対する銀めっきには、主に無電解銀めっきが適用される。なかでも、めっきに要する時間が短い置換銀めっきが採用されることが多い。還元銀めっきは、反応速度が遅いため、通常は採用されない。
【０００７】
また、窒化ケイ素絶縁放熱回路基板の銅箔には、厚みが３００μｍ以上と大きいものを用いることも多い。そのような銅箔としては、通常、圧延銅箔が採用される。
【０００８】
ただし、そのような厚みの大きい圧延銅箔の表面に対する置換銀めっきのめっき速度（銀の析出速度）は、プリント回路基板などで回路に使用されている電解銅箔の表面に対する置換銀めっきのめっき速度よりも遅いという問題がある。
【０００９】
しかも、圧延銅箔の表面に置換銀めっきを行う場合、係るめっき速度の遅さに起因して、銀めっき膜が成長する一方でその下では圧延銅箔の腐食が進行して銀めっき膜と圧延銅箔との間に空隙が発生する。係る空隙が存在する状態で銀めっきが施された圧延銅箔の表面に対し放熱板をはんだ接合した場合、銀めっき膜ははんだ内に拡散するものの、はんだ層と圧延銅箔との間には、依然として空隙が存在したままとなる。
【００１０】
これはすなわち、銀めっきが施された圧延銅箔を備える窒化ケイ素絶縁放熱回路基板において、圧延銅箔の表面に対し放熱板をはんだ接合する場合、十分な接合信頼性を確保することは難しいことを意味する。ただし、はんだ接合の前と後では、空隙の存在箇所や大きさ、形状、個数などは異なる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許