研究開発された技術紹介

パワーモジュールのセラミックス回路基板は、加工コストが高価であり、温度サイクル下での信頼性が乏しいことが懸念されている。本研究開発では銅ペーストをスクリーン印刷して安価に回路パターンを形成する方法を開発する。さらに、界面シード層を形成して高い接合強度を確保するとともに、熱応力の残留を抑えて、信頼性に優れたセラミックス回路基板を開発する

・厚く印刷しても形状が崩れにくい厚膜ペーストの開発
・窒化物基板と銅電極に対して高い接合強度を発現するシードペーストを開発
・ペースト印刷法によるセラミックス回路基板を試作し、信頼性試験として冷熱衝撃試験を行う
(新技術)
・スクリーン印刷による電極形成
・熱応力抑制のため低温で焼成
・放熱性能を損なわないシード層
(新技術のポイント)
・乾燥時(150℃近傍)の軟化、形状変化を抑制するペースト配合
・焼結促進剤の添加量調整

・厚膜用新銅ペーストの開発
‐電極厚み400μm以上でも形状が崩れない。＝銅粉の配合比率、混練するビヒクルを調整
‐印刷版のコーティング有無、および版離れ速度を調整することで、電極端部の立ち上がりが20μm以下になる
・シードペーストの開発
‐セラミックス基板と銅電極の両者に接合させるため、銅粉にシード材料を混合したペースト
‐シード材料混合比率を数%に抑制し熱抵抗を増大させない
‐セラミック基板に対し、高密着性を発揮させる技術を確立
‐窒化ケイ素基板に対して密着性を向上させる技術を確立
・最適焼成条件の開発
‐シード層印刷・焼成→厚膜印刷→シード/厚膜密着プロセス→厚膜焼結プロセス
‐焼結促進剤を添加し厚膜焼結性を改善
・冷熱衝撃試験での耐久性
‐熱応力を抑制する電極形状をシミュレーションし、冷熱衝撃試験にて1,000サイクル以上の優れた耐久性を得た

・パワーモジュール用回路基板
・波及効果=LED用、レーザーダイオード用放熱絶縁基板としてニーズ有り

パワーモジュールの放熱基板に対して、銅板部分をより厚くするという要求が高く、
これに対応したペースト・焼成プロセスの改良が必要である。

・銅回路形成の低コスト化
・従来法(DBC、AMC)より低温で焼成を実現できることにより熱応力残留を抑制し信頼性向上

・2018年上期サンプル出荷
・事業化にはメーカーによる信頼性試験に2～3年かかる見込み