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厚Cu付きDBA基板の基本構造(資料:三菱マテリアル)
厚Cu付きDBA基板の基本構造(資料:三菱マテリアル)
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構成例と外観(資料:三菱マテリアル)
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構造例(資料:三菱マテリアル)
構造例(資料:三菱マテリアル)
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 三菱マテリアルは、ハイブリッド車の高出力モータ電源制御用インバータなど向けの絶縁回路基板として、銅(Cu)をアルミニウム(Al)に直接接合した「厚Cu付きDBA(direct bonded aluminum)基板」を開発した(発表資料)。

 ハイブリッド車の電源制御用インバータなどに用いられる絶縁回路基板は、素子の高出力化に伴う発熱密度増大に対応するため、熱伝導率の高いCuを厚板で回路材に用いることにより熱抵抗を低減する仕様が求められる。しかし、高強度のセラミックスである窒化ケイ素を絶縁基板に用いても、Cu回路材の厚さは0.8mm程度が限界で、それ以上厚くすると基板が割れやすくなる課題があり、製品化が困難だった。

 厚Cu付きDBA基板は、セラミックス基板の両面に接合されたAl板にCu回路材を直接接合した構造。従来の約4倍となる厚さ3.0mm程度のCu回路材接合が可能だ。Cu板とセラミックス基板の間に接合した高純度Al層が熱応力を緩和し、温度サイクル(-40~125℃×3000サイクル以上)の条件下でもセラミックス割れを防ぐとする。セラミックス基板として、窒化ケイ素だけでなく、熱伝導率の高い窒化Alを用いることもでき、両面Cu付き構造やAlヒートシンク一体型構造など、さまざまな構造にも対応できる。

 三菱マテリアルの三田工場静岡DBAセンター(静岡県駿東郡小山町)は、セラミックス基板の両面に高純度Alを接合したDBA基板を、主にハイブリッド車向けに製造している。また、中央研究所(茨城県那珂市)ではDBA基板のコア技術である接合技術の高度化によって、新たな回路基板や接合材料の開発を手掛けている。同研究所ではこれまでにAlとセラミックスを低温で接合したヒートシンク一体型DBA基板などを開発してきた。三菱マテリアルは、これらDBA基板の製造・開発で培った接合技術と材料構成の最適化により、厚Cu付きDBA基板を開発したという。