特許 5966275 パワーモジュール用基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966275

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】パワーモジュール用基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20160728BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   H01L23/12 J

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-175283(P2011-175283)

(22)【出願日】2011年8月10日

(65)【公開番号】特開2013-38344(P2013-38344A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2014年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101465

【弁理士】

【氏名又は名称】青山 正和

(72)【発明者】

【氏名】大井 宗太郎

【審査官】 ▲吉▼澤 雅博

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５４６５８９８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９４７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９３９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８６７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３８６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１００６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６６５９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３−２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセラミックス基板と金属板とを交互に積層して接合するとともに、セラミックス基板に形成した貫通孔の内部を介して該セラミックス基板の両側の金属板を接続状態としたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
予め、セラミックス基板の間に配置される中段の金属板に、前記貫通孔を有するセラミックス基板の側面より外方に露出する引出配線部を成形するとともに、前記セラミックス基板及び金属板を積層する際に、セラミックス基板の貫通孔内に、該セラミックス基板の厚さよりも大きい金属部材を配置しておき、
前記セラミックス基板及び金属板を接合する際に、前記セラミックス基板と前記金属板との間にろう材を介して加圧した状態で加熱することにより、前記金属部材を塑性変形させて押しつぶしながら、前記金属部材により前記セラミックス基板の両側の金属板を接合し、かつ、前記引出配線部を前記セラミックス基板の外方に露出した状態として前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材により接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。

【請求項2】

前記引出配線部は、前記中段の金属板の表面から突出した肉厚形状に設けられていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用基板の製造方法。

【請求項3】

前記引出配線部は、前記中段の金属板の裏面に配置されているセラミックス基板で支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大電流、大電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のパワーモジュールとして、セラミックス基板の一方の面に、導体パターン層を形成する金属板が積層され、この導体パターン層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層となる金属板が形成され、この放熱層にヒートシンクが接合された構成のものが知られている。
このパワーモジュールに用いられるパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板の表面に金属板をろう付けにより接合している。例えば、特許文献１では、セラミックス基板の表面にろう材箔を仮固定するとともに、そのろう材箔の表面に基材から打ち抜かれた導体パターン層を仮固定した状態で加熱し、これらを厚さ方向に加圧することにより、金属板とセラミックス基板とをろう付けしたパワーモジュール用基板を形成している。
一方、この種のパワーモジュール用基板としては、絶縁基板としての機能、放熱基板としての機能の他に、近年の高集積化に伴い、配線基板としての機能も求められてきており、多層化することが検討されている。

【0003】

例えば、特許文献２に開示の金属−セラミックス接合基板（パワーモジュール用基板）では、バイアホール用の貫通孔が形成された複数のセラミックス基板と、これらセラミックス基板の間に介在するアルミニウム製の金属板とが多層構造に設けられている。この場合、金属板は、鋳型の中で積み重ねたセラミックス基板に金属溶湯を流し込んで固化することにより形成されている。そして、セラミックス基板に形成しておいた貫通孔内にも金属溶湯を介入させて固化することにより、その貫通孔内の金属を介してセラミックス基板の両側の金属板相互を電気的接続状態としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４３１１３０３号公報

【特許文献2】特許第４５６５２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、パワーモジュールの構成によっては、配線の引き回しによって小型化を損なうことがある。また、パワーモジュール用基板を小型化することで、配線の引き出しが複雑になり作業性が悪いという問題がある。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、セラミックス基板と金属板とを多層に積層してセラミックス基板の両側の金属板を接続状態としたパワーモジュール用基板において、さらに小型化を図ることができ、配線接続の作業性を向上させることができるパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、複数のセラミックス基板と金属板とを交互に積層して接合するとともに、セラミックス基板に形成した貫通孔の内部を介して該セラミックス基板の両側の金属板を接続状態としたパワーモジュール用基板の製造方法であって、予め、セラミックス基板の間に配置される中段の金属板に、前記貫通孔を有するセラミックス基板の側面より外方に露出する引出配線部を成形するとともに、前記セラミックス基板及び金属板を積層する際に、セラミックス基板の貫通孔内に、該セラミックス基板の厚さよりも大きい金属部材を配置しておき、前記セラミックス基板及び金属板を接合する際に、前記セラミックス基板と前記金属板との間にろう材を介して加圧した状態で加熱することにより、前記金属部材を塑性変形させて押しつぶしながら、前記金属部材により前記セラミックス基板の両側の金属板を接合し、かつ、前記引出配線部を前記セラミックス基板の外方に露出した状態として前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材により接合することを特徴とする。

【0008】

セラミックス基板の側面より外方に中段の金属板を露出させて引出配線部を設けることで、セラミックス基板を介して中段の金属板と接続される上段の金属板を介さずに、外部への配線を中段の金属板から直接引き出す構成としている。上段の金属板は、電子部品が搭載されるため、外部への配線のために電子回路を迂回して回路を形成する必要がある等、面方向に大きくなり易いが、中段の金属板を利用する場合は、その外周のうちの適宜の位置に引出配線部を形成すればよく、平面積の拡大を抑制してパワーモジュール用基板を小型化することができる。
また、引出配線部は、パワーモジュール用基板の端部に設けられるので、配線の取り出しが容易であるとともに、外部との配線の距離を短くでき、作業性を向上させることができる。
また、セラミックス基板の貫通孔内に挿入した金属部材を塑性変形させて両側の金属板に接合することにより、セラミックス基板の厚さの寸法ばらつきを金属部材の塑性変形量によって調整することができ、安定した接合状態のパワーモジュール用基板を得ることができる。これにより、熱応力の発生が軽減され、剥離や割れ等の発生を防止することができる。

【0009】

本発明のパワーモジュール用基板において、前記引出配線部は、前記中段の金属板の表面から突出した肉厚形状に設けられているとよい。この場合、引出配線部は、プレス加工により中段の金属板の表面に成形することができる。
引出配線部を突出させて設けることで、その表面を電子部品の搭載面の高さに近づけることができる。これにより、配線を直線的に行うことができるので、ボンディングの作業性を向上させることができる。

【0010】

本発明のパワーモジュール用基板において、前記引出配線部は、前記中段の金属板の裏面に配置されているセラミックス基板で支持されているとよい。
この場合、ボンディング作業時に引出配線部にかかる押圧力を、セラミックス基板で受けることができる。このため、配線時に負荷がかかるリードフレームの超音波溶接機等によっても配線することができる。

【0012】

本発明のパワーモジュール用基板において、前記金属部材と前記セラミックス基板に形成した貫通孔の内周面との間に隙間が形成されているとよい。
貫通孔の内周面と金属部材との間に隙間が形成されているので、温度サイクルにより熱伸縮を繰り返しても、金属部材とセラミックス基板との熱膨張係数の差を隙間により吸収することが可能である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、セラミックス基板と金属板とを多層に積層してセラミックス基板の両側の金属板を接続状態としたパワーモジュール用基板において、金属板による配線構造を改良でき、パワーモジュール用基板の小型化を図ることができるとともに、作業性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のパワーモジュール用基板の一実施形態を示す縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う矢視図に相当する。

【図2】図１のパワーモジュール用基板の平面図である。

【図3】図１のＢ−Ｂ線に沿う矢視図に相当する。

【図4】図１のパワーモジュール用基板を用いたインバーター回路の配線の一部を示す図である。

【図5】図４のインバーター回路の回路図である。

【図6】図１の接合部付近を示す拡大断面図である。

【図7】接合前のセラミックス基板の貫通孔と金属板の立設配線部との寸法関係を示す図６同様の拡大断面図である。

【図8】本発明の製造方法で用いられる加圧装置の例を示す正面図である。

【図9】金属板の真応力−真ひずみ線図である。

【図10】接合部の他の例を示す図６同様の拡大断面図である。

【図11】引出配線部の他の例を示す拡大断面図である。

【図12】接合部の他の例を示す図６及び図１０同様の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４は本実施形態のパワーモジュール用基板を示しており、このパワーモジュール用基板１は、複数のセラミックス基板２，３と金属板４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６とが交互に積層され、相互にろう付けにより接合されており、最上段に配置される金属板４Ａ，４Ｂに電子部品７が搭載され、最下段に配置される金属板６にヒートシンク８が接合される。
図示例ではセラミックス基板２，３が上側セラミックス基板２と下側セラミックス基板３との２枚用いられ、金属板４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６が３層となるように配置されている。金属板４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６は、最上段に金属板４Ａ，４Ｂの２枚、両セラミックス基板の間の中段に金属板５Ａ，５Ｂの２枚、最下段に金属板６の１枚がそれぞれ設けられている。

【0016】

上側セラミックス基板２と下側セラミックス基板３との間の金属板（以下、中段の金属板という）５Ａ，５Ｂは、図３に示すように、セラミックス基板２，３の中央位置に最上段の金属板４Ａ，４Ｂとの接続部５１が設けられ、上側セラミックス基板２の側面より外方に露出して配置される後端部分に、外部への配線の引き出しに用いられる引出配線部５２が設けられている。これら接続部５１と引出配線部５２とは、細長い帯板状の連結部５３により接続され、この連結部５３の幅が、接続部５１及び引出配線部５２より小さく形成されていることにより、一側部に凹部５４が形成され、これら金属層５Ａ，５Ｂは、互いの凹部５４に他方の接続部５１を対峙させるようにして並べられている。そして、図１に示すように、金属板４Ａ，４Ｂとの接続部５１に設けられた立設配線部５５（金属部材）により上側セラミックス基板２の貫通孔２１を介して電気的接続状態とされている。なお、立設配線部５５及び引出配線部５２は、金属板５Ａ，５Ｂが上側セラミックス基板２と接する表面に形成されている。

【0017】

図６に示すように、中段の金属板５Ａ，５Ｂと、最上段の金属板４Ａ，４Ｂとの接続状態としては、上側セラミックス基板２に４個の貫通孔２１が形成され、両セラミックス基板２，３の間の中段の金属板５Ａ，５Ｂの片面にそれぞれ立設配線部５５が円柱状に一体に形成され、これら立設配線部５５がそれぞれ貫通孔２１内に挿入され、最上段の金属板４Ａ，４Ｂに接合された構造とされている。
この場合、後述するように、立設配線部５５は、最上段の金属板４Ａ，４Ｂに接合され、最上段の金属板４Ａ，４Ｂへの接合部Ｆと中段の金属板５Ａ，５Ｂの上面との中間付近が塑性変形してわずかに拡径した状態とされているが、貫通孔２１の内周面との間には隙間Ｇが形成されている。また、中段の金属板５Ａ，５Ｂの引出配線部５２は、上側セラミックス基板２の側面より外方に露出して設けられるが、引出配線部５２の裏面側は、下側セラミックス基板３の端部が配置されている。

【0018】

セラミックス基板２，３は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４等により、例えば０．３２ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さに形成され、本実施形態では、０．６３５ｍｍの厚さに形成されている。金属板４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６は、純アルミニウム又はアルミニウム合金により、例えば０．２５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さに形成されており、本実施形態では、最上段の回路層を構成する金属板４Ａ，４Ｂが０．５ｍｍ、中段の金属板５Ａ，５Ｂが０．５ｍｍ、最下段の金属板６が２．０ｍｍに形成されている。これらを接合するろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系のろう材が用いられる。本実施形態では、Ａｌ‐７．５質量％Ｓｉからなる１５μｍの厚さのものが使用される。

【0019】

次に、このように構成したパワーモジュール用基板１を製造する方法について説明する。
セラミックス基板２，３のうち、貫通孔２１を有する上側セラミックス基板２は、セラミックスの焼成前のグリーンシートにプレス加工により貫通孔を形成した後に焼成することにより得ることができる。その外形は焼成後に加工される。貫通孔を有しない下側セラミックス基板３は、グリーンシートを焼成した後に外形加工される。

【0020】

金属板４Ａ，４Ｂ，６は、ろう材箔１３（図７参照）をオクタンジオール等の揮発性有機媒体等により表面に仮固定しておき、プレス加工によって一体に打ち抜くことにより、ろう材箔を貼り付けた金属板としておく。この場合、最上段の金属板４Ａ，４Ｂの下面及び最下段の金属板６の上面にろう材箔が貼り付けられる。
また、立設配線部５５を有する中段の金属板５Ａ，５Ｂは、予めプレス加工により片面に立設配線部５５及び引出配線部５２を成形しておき、それら立設配線部５５及び引出配線部５２を除くようにしてろう材箔１３を立設配線部５５の周囲の平面に貼り付けることにより形成される。

【0021】

このようにして成形される立設配線部５５及び引出配線部５２の高さは、貫通孔２１を有する上側セラミックス基板２の厚さよりも大きく、図７に示すように、貫通孔２１に挿入したときに上側セラミックス基板２からわずかに突出するように設定される。上側セラミックス基板２の厚さの寸法ばらつきを考慮して、その公差の最大値よりも０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ大きい、例えば０．０５ｍｍ大きく設定される。また、立設配線部５５の外径Ｄ１と上側セラミックス基板２の貫通孔２１の内径Ｄ２とは、後述する加圧時に立設配線部５５が拡径するので、その拡径状態でも隙間Ｇが形成されるように立設配線部５５の外径Ｄ１は１．０ｍｍ〜２０ｍｍ、上側セラミックス基板２の貫通孔２１の内径Ｄ２は１．１ｍｍ〜２８ｍｍに形成される。例えば、立設配線部５５の外径Ｄ１が１０ｍｍ、貫通孔２１の内径Ｄ２は１３ｍｍとされる。

【0022】

このようにして形成したセラミックス基板２，３と金属板４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６とを交互に重ね合わせ、金属板５Ａ，５Ｂの立設配線部５５を対応する上側セラミックス基板２の貫通孔２１に挿入した状態とし、その積層体Ｓを図８に示す加圧装置に設置する。
この加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備えている。
固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面には加圧を均一にするためにカーボンシート１１６が配設される。

【0023】

この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、例えば６３０℃のろう付け温度に加熱して真空中でろう付けする。
このろう付け時に中段の金属板５Ａ，５Ｂの立設配線部５５に降伏点以上の荷重が作用するように、予め付勢手段１１５の付勢力を設定しておく。図９は純度が９９．９９質量％のアルミニウムの６３０℃付近での真応力−真ひずみ線図であり、３．５ＭＰａ程度で降伏している。したがって、例えば、立設配線部５５の外径Ｄ１が１０ｍｍとすると、６３０℃の高温時に、立設配線部５５に２７０Ｎ以上の荷重が作用するように、常温での付勢手段１１５の付勢力を設定しておく。

【0024】

このように付勢力を設定しておくことにより、ろう付け時に立設配線部５５が塑性変形して押しつぶされながら、最上段の金属板４Ａ，４Ｂに接合するとともに、この立設配線部５５の周囲の金属板５Ａ，５Ｂの平面が上側セラミックス基板２の表面に密接し、面方向に均一な接合状態を得ることができる。
また、接合した後の状態においても、立設配線部５５は部分的に拡径するが、前述したように拡径した状態で立設配線部５５と貫通孔２１の内周面との間に隙間Ｇが形成される設定であるので、貫通孔２１の内周面が立設配線部５５の塑性変形によって圧迫されないように構成している。

【0025】

このようにして製造されたパワーモジュール用基板１は、最上段の金属板４Ａ，４Ｂの一部に電子部品７が搭載され、最下段の金属板６にヒートシンク８が取り付けられて使用に供される。
図４に、本実施形態のパワーモジュール用基板１にＩＧＢＴチップ７Ａ及びダイオードチップ７Ｂを各２個ずつ搭載してインバーター回路を構成した例を示す。また、このインバーター回路の回路図を図５に示す。この場合、ＩＧＢＴチップ７Ａをパワーモジュール用基板１の両端部に配置し、その内側にダイオードチップ７Ｂを配置することにより、ＩＧＢＴチップ７Ａとダイオードチップ７Ｂとを対称に且つ一列に配列している。そして、このパワーモジュール用基板１から外部への配線２３の引出しは、パワーモジュール用基板１の両端部に配置されたＩＧＢＴチップ７Ａと、上側セラミックス基板２の側面より外方に露出した引出配線部５２とから直接取り出せるようになっている。
なお、図４及び図５に示す符号１１〜１３は、電力供給端子であるＰ端子１１、Ｎ端子１２、三相交流用端子１３（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか）を示し、同様の回路が三相分組合せられる。Ｐ端子１１は、インバーター回路に直流電力を供給する正極であり、Ｎ端子１２は負極である。また、三相交流用端子１３は、パワーモジュールから三相交流電力の各相の電力（相電流）を出力する端子である。

【0026】

上段の金属層４Ａ，４Ｂにおいては、電子部品７（ＩＧＢＴチップ７Ａ，ダイオードチップ７Ｂ）が搭載されるため、外部への配線のために電子部品７を迂回して回路を形成する必要がある等、面方向に大きくなり易い。しかし、本実施形態のパワーモジュール用基板１においては、中段の金属板５Ａ，５Ｂを利用し、その外周のうちの適宜の位置に引出配線部５２を形成していることから、平面積の拡大を抑制でき、パワーモジュール用基板１を小型化することができる。
また、このように構成されたパワーモジュール用基板１においては、上段の金属板４Ａ，４Ｂ上のＩＧＢＴチップ７Ａ及びダイオードチップ７Ｂの配線を直線的に行える。また、このインバーター回路から外部への配線も、パワーモジュール用基板１の両端部に配置されたＩＧＢＴチップ７Ａと、上側セラミックス基板２の側面より外方に露出した引出配線部５２とから直接引き出せるので、配線の取り出しが容易であるとともに、外部との配線を直線的に行えて配線を短くでき、ボンディングの作業性を向上させることができる。
また、引出配線部５２の裏面は、中段の金属板５Ａ，５Ｂの裏面に配置されている下側セラミックス基板３で支持されており、ボンディング作業時に引出配線部５２にかかる押圧力をセラミックス基板３で受けることができる。したがって、配線時に高負荷がかかるリードフレームの超音波溶接機等を使用して配線することも可能となっている。
このように、図４に示すパワーモジュール用基板１においては、電子部品７の配線を複雑な構成をとることなく、直線的で簡単な構成で配線でき、配線構成によっても小型化することができる。

【0027】

なお、パワーモジュール用基板１においては、立設配線部５５と貫通孔２１の内周面との間に隙間Ｇが形成された状態とされているので、使用時の温度サイクルにより熱伸縮が繰り返されても、貫通孔２１の部分での熱応力が軽減され、接合部の剥離やセラミックス基板２，３の割れ等が防止され、パワーモジュール用基板として高い信頼性を維持することができる。

【0028】

また、最上段の金属板４Ａ，４Ｂに搭載されている電子部品７で発生する熱は、その金属板４Ａ，４Ｂから立設配線部５５を経由し中段の金属板５Ａ，５Ｂにも熱伝達されるが、立設配線部５５が電子部品７の直下に配置される場合は、金属板４Ａ，４Ｂから立設配線部５５を介して直線的に中段の金属板５Ａ，５Ｂに熱伝達され、速やかに放熱することができる。この放熱性を高めるためには立設配線部５５の外径Ｄ１は大きい方がよく、例えば電子部品７の投影面積よりも大きい横断面積であると、立設配線部５５の延長上に電子部品７を搭載すれば優れた放熱性を発揮する。また、パワーモジュールとしても大電流が流れるので、大きい断面積の立設配線部５５の方が電流密度が小さくなるので好ましい。

【0029】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態ではセラミックス基板を２枚で金属板を３層とする構造としたが、これに限らず、セラミックス基板を３枚以上として金属板を積層してもよい。また、本発明の方法であれば、セラミックス基板の間に配置される中段の金属板の枚数や形状も任意に設定することができる。この場合、設計の自由度が高まり、高集積化に有利である。

【0030】

さらに、立設配線部５５は、中段の金属板５Ａ，５Ｂに形成するのではなく、最上段の金属板４Ａ，４Ｂに成形してもよい。また、図１０に示すように、両金属板４，５にそれぞれ立設配線部５５Ａ，５５Ｂを形成しておき、セラミックス基板２の貫通孔２１の長さの途中位置で接合される構成としてもよい。この場合は、貫通孔２１の途中位置に接合部Ｆが形成される。
また、中段の金属板５Ａ，５Ｂの引出配線部５２は、図１１に示すように、金属板の端部を折り曲げることにより形成することも可能である。
また、中段の金属板５Ａ，５Ｂに立設配線部５５を形成せずに、柱状の金属部材３１を金属板５Ａ，５Ｂとは別に形成しておき、上側セラミックス基板２の貫通孔２１内に金属部材３１を配置して、その両端面を図１２に示すように、上段の金属板４Ａ，４Ｂと中段の金属板５Ａ，５Ｂとに接合させることにより、金属部材３１の両端面に接合部Ｆを形成し、立設配線部としてもよい。このように、図１２に示す金属部材３１は、金属板とは別体に形成された立設配線部を言うが、本発明の金属部材には、図１２に示す金属部材３１の他、上記実施形態の図６に示されるように金属板に形成された立設配線部５５を含むものとする。
また、この金属部材は円柱状でなく、横断面多角形の柱状に形成し、貫通孔も同様の多角形とすることにより、貫通孔内で金属部材を回り止めすることが可能になり、多層構造とする場合の金属板の位置決めを容易にすることができる。

【0031】

また、金属板としてもアルミニウム以外に銅又は銅合金も使用可能である。例えば、上段の金属板と中段の金属板をアルミニウムで形成し、下段の金属板のみを銅又は銅合金で形成したり、上段から下段までの金属板の全てを銅又は銅合金で形成したり、適宜選択可能である。
また、上記の実施形態においては、最上段の金属板から最下段の金属板までを、３層の金属板と、金属板の間に配置される２枚のセラミックス基板とを交互に重ね合わせた積層体として接合した後に、ヒートシンクを接合していたが、上段および中段の２層の金属板と２枚のセラミックス基板とを先に接合（一次接合）し、その後に下段の金属板とヒートシンクを接合（二次接合）する等、２回に分けて接合してもよい。

【0032】

セラミックス基板と金属板との接合は、ろう付け以外にもＴＬＰ接合法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と称される過渡液相接合法によって接合してもよい。この過渡液相接合法においては、金属板の表面に蒸着させた銅層を、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの界面に介在させて行う。加熱により、金属板のアルミニウム中に銅が拡散し、金属板の銅層近傍の銅濃度が上昇して融点が低下し、アルミニウムと銅との共晶域にて接合界面に金属液相が形成される。この金属液相が形成された状態で温度を一定に保持しておくと、金属液相がセラミックス基板又はヒートシンクと反応するとともに、銅がさらにアルミニウム中に拡散することに伴い、金属液相中の銅濃度が徐々に低下して融点が上昇し、温度を一定に保持した状態で凝固が進行する。これにより、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの強固な接合が得られる。
また、セラミックス基板と銅製の金属板とを、活性金属ろう材を用いて接合する方法を採用することもできる。例えば、活性金属であるＴｉを含む活性金属ろう材（Ａｇ‐２７．４質量％Ｃｕ‐２．０質量％Ｔｉ）を用い、銅製の金属板とセラミックス基板との積層体を加圧した状態で真空中で加熱し、活性金属であるＴｉをセラミックス基板に優先的に拡散させて、Ａｇ‐Ｃｕ合金を介して金属板とセラミックス基板とを接合できる。

【0033】

また、ヒートシンクは、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。

【符号の説明】

【0034】

１ パワーモジュール用基板
２，３ セラミックス基板
４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６ 金属板
７ 電子部品
７Ａ ＩＧＢＴチップ
７Ｂ ダイオードチップ
８ ヒートシンク
１１ Ｐ端子
１２ Ｎ端子
１３ 三相交流用端子
２１ 貫通孔
２３ 配線
３１ 金属部材
５１ 接続部
５２ 引出配線部
５３ 連結部
５４ 凹部
５５，５５Ａ，５５Ｂ 立設配線部（金属部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】