特許 6201827 放熱板付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】6201827

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20170914BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20170914BHJP

   H05K 3/38 20060101ALI20170914BHJP

   C04B 41/88 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/12 D

   H01L23/12 J

   H01L23/36 C

   H05K3/38 D

   C04B41/88 Q

   C04B41/88 U

   C04B41/88 M

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-46953(P2014-46953)

(22)【出願日】2014年3月10日

(65)【公開番号】特開2015-170825(P2015-170825A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2016年9月29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】石塚 博弥

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９７２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−６５０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−４７６１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／１２−２３／１５

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／００−２５／１８

Ｃ０４Ｂ ３７／００−３７／０４

Ｃ０４Ｂ ４１／８８

Ｈ０５Ｋ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス基板の一方の面に回路層が配設され、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が配設されてなるパワーモジュール用基板を、放熱板に接合する放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記パワーモジュール用基板の前記金属層に前記放熱板を重ねて配置した積層体を一対の加圧板の間に挟んで積層方向に加圧しながら加熱することにより、前記パワーモジュール用基板と前記放熱板とをろう付けするろう付け工程を有し、
前記放熱板は、炭化ケイ素の多孔体にアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸して形成されたＡｌＳｉＣ系複合材料により形成され、前記金属層の最大長さが３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で前記放熱板の最大長さよりも小さく形成されており、
前記ろう付け工程において、前記一対の加圧板は、前記回路層表面を押圧する凸面を有する上側加圧板と、前記放熱板背面を押圧する凹面を有する下側加圧板とからなり、
前記上側加圧板の凸面の曲率半径Ｒ１が３５００ｍｍ以上６３００ｍｍ以下とされ、前記下側加圧板の凹面の曲率半径Ｒ２は、前記上側加圧板の凸面と前記下側加圧板の凹面とを重ね合せた状態とした場合に、前記金属層の最大長さの両端位置に対応する位置において前記上側加圧板と前記下側加圧板との間に０．０２５ｍｍ以下のギャップが設けられるように、前記曲率半径Ｒ１よりも大きく形成されていることを特徴とする放熱板付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、高電圧を制御する半導体装置に用いられる放熱板付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】

パワーモジュールとして、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板の一方の面にアルミニウム板が接合されるとともに、他方の面にアルミニウム板を介してアルミニウム系の放熱板が接合された放熱板付パワーモジュール用基板が用いられている。

【0003】

従来、放熱板付パワーモジュール用基板は、次のように製造されてきた。
まず、セラミックス基板表面に、セラミックス基板とアルミニウム板との接合に適するろう材を介して、セラミックス基板の一方の面及び他方の面にアルミニウム板を積層し、所定の圧力で加圧しながら、ろう材が溶融する温度以上まで加熱し冷却することにより、セラミックス基板と両面のアルミニウム板とを接合してパワーモジュール用基板を製造する。

【0004】

次に、パワーモジュール用基板の他方の面側のアルミニウム板に、そのアルミニウム板と放熱板との接合に適するろう材を介して放熱板を積層し、所定の圧力で加圧しながら、ろう材が溶融する温度以上まで加熱し冷却する。これにより、アルミニウム板と放熱板とを接合して放熱板付パワーモジュール用基板を製造することができる。そして、この放熱板付パワーモジュール用基板は、冷却器（水冷等）に締結された状態で使用される。
また、このように構成される放熱板付パワーモジュール用基板の一方の面側に接合されたアルミニウム板は、回路層として形成され、この回路層上にはんだ材を介してパワー素子等の電子部品が搭載される。

【0005】

ところが、セラミックス基板とアルミニウム板のような熱膨張係数の異なる部材の接合においては、接合後の冷却時における熱収縮により反りが発生する。
この反り対策として、特許文献１では、セラミックス基板をたわませながら回路用金属板と金属放熱板とを接合し、回路用金属板が凹面となる反りを有する回路基板を製造することとしている。
一般的に、回路用基板を用いてモジュールを形成する際には、モジュールを平面的になるように放熱板に接合し、固定部品に固定して用いられる。そこで、特許文献１には、回路基板の回路用金属板側に凹面となる反りを形成しておくことで、回路基板を平坦に固定した際に回路基板に圧縮応力が残留し、モジュールへの組立時やその実使用下においてクラックの発生、成長を低減することができることが記載されている。

【0006】

また、特許文献２には、セラミックス回路基板と放熱板（ヒートシンク材）とのはんだリフロー時に生じる反りは、金属放熱板と金属回路板の体積比、及び厚さ比が主たる支配要因であり、これらの構成を適当な範囲とすることで加熱中に好ましい反り形状を実現することができることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平１０‐２４７７６３号公報

【特許文献2】特開２００６‐２４５４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、パワーモジュール用基板に望まれるのは、パワーモジュールとしての要求仕様を満たすための反りを低減することである。このため、特許文献１及び特許文献２に記載されるように、パワーモジュール用基板として反りを制御したとしても、放熱板が接合されたパワーモジュールとして反りを低減できなければならない。
また、パワーモジュール用基板と放熱板とが接合された放熱板付パワーモジュール用基板においては、パワーモジュール用基板と放熱板との熱伸縮差（反り量）の違いから、これらを接合面の全面にわたって密着させて接合することが難しく、放熱性能の低下が懸念される。また、放熱板への接合後においても、半導体素子のはんだ付け等の熱処理過程において、放熱板付パワーモジュール用基板の反り変形が少ないことが望まれる。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パワーモジュール用基板と放熱板との接合時に生じる反りを低減することができるとともに、パワーモジュール用基板と放熱板との接合面の全面にわたって接合することができる放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法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】

【0010】

本発明は、セラミックス基板の一方の面に回路層が配設され、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が配設されてなるパワーモジュール用基板を、放熱板に接合する放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法であって、前記パワーモジュール用基板の前記金属層に前記放熱板を重ねて配置した積層体を一対の加圧板の間に挟んで積層方向に加圧しながら加熱することにより、前記パワーモジュール用基板と前記放熱板とをろう付けするろう付け工程を有し、前記放熱板は、炭化ケイ素の多孔体にアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸して形成されたＡｌＳｉＣ系複合材料により形成され、前記金属層の最大長さが３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で前記放熱板の最大長さよりも小さく形成されており、前記ろう付け工程において、前記一対の加圧板は、前記回路層表面を押圧する凸面を有する上側加圧板と、前記放熱板背面を押圧する凹面を有する下側加圧板とからなり、前記上側加圧板の凸面の曲率半径Ｒ１が３５００ｍｍ以上６３００ｍｍ以下とされ、前記下側加圧板の凹面の曲率半径Ｒ２は、前記上側加圧板の凸面と前記下側加圧板の凹面とを重ね合せた状態とした場合に、前記金属層の最大長さの両端位置に対応する位置において前記上側加圧板と前記下側加圧板との間に０．０２５ｍｍ以下のギャップが設けられるように、前記曲率半径Ｒ１よりも大きく形成されていることを特徴とする。

【0011】

放熱板付パワーモジュール（パワーモジュール）の使用時においては、放熱板付パワーモジュール用基板と冷却器との密着性を良好に維持する観点から、冷却器側に対して凹状の反り（回路層側に凸状の反り）であることよりも、凸状の反りであることが望まれる。
本発明の放熱板付パワーモジュール用基板においては、放熱板を低熱膨張係数のＡｌＳｉＣ系複合材料により形成し、放熱板とパワーモジュール用基板との接合時において、放熱板とパワーモジュール用基板との積層体を、一対の加圧板で挟持して、積層方向の回路層側を上側とする凹状の反りを生じさせた状態とし、ろう材が溶融する温度以上で所定時間保持した後に冷却することで、凹状に沿った形状でろう材を固めて、積層方向の加圧状態を解放した後も、回路層を上側として凹状に反る、あるいは凸状でも反り量が小さい接合体が得られる。

【0012】

また、パワーモジュール用基板と放熱板とのろう付け時においては、パワーモジュール用基板と放熱板との熱伸縮差（反り量）の違いから、これらを接合面の全面にわたって密着させて接合することが難しいが、上側加圧板の凸面の曲率半径Ｒ１に対して、下側加圧板の凹面の曲率半径Ｒ２を、金属層の最大長さ位置において０．０２５ｍｍ以下のギャップが設けられるように、曲率半径Ｒ１よりも大きく形成することにより、パワーモジュール用基板と放熱板とを、接合面全面において密着させて接合することができる。
さらに、放熱板を形成するＡｌＳｉＣ系複合材料は、炭化ケイ素の低熱膨張性とアルミニウムの高熱伝導性とを兼ね備えた材料であるので、熱応力を緩和しつつ、優れた放熱特性を発揮させることができる。
したがって、熱処理過程における反り変形を抑制することができ、素子をはんだ付けする工程における作業性の向上や、熱サイクル負荷による基板信頼性を改善することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、パワーモジュール用基板と放熱板との接合時に生じる反りを低減することができるとともに、パワーモジュール用基板と放熱板との接合面の全面にわたって接合することができることから、パワーモジュール用基板と放熱板との間の熱抵抗を低減させることができ、熱サイクル負荷による基板信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】放熱板付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示す断面図である。

【図2】本発明に係る放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法を説明する断面図であり、（ａ）がパワーモジュール用基板と放熱板との接合前、（ｂ）が接合後の状態を示す。

【図3】本発明に係る放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法に用いる治具を説明する側面図である。

【図4】上側加圧板と下側加圧板との間のギャップを説明する要部図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法により製造される放熱板付パワーモジュール用基板１は、図１に示すように、パワーモジュール用基板１０と、パワーモジュール用基板１０に接合された放熱板２０とを備え、この放熱板付パワーモジュール用基板１の表面に半導体チップ等の電子部品３０が搭載されることにより、パワーモジュール１００が製造される。

【0016】

放熱板付パワーモジュール用基板１の製造工程においては、まず図２（ａ）に示すようにパワーモジュール用基板１０を製造し、このパワーモジュール用基板１０と放熱板２０とをろう付けすることにより、図２（ｂ）に示すような放熱板付パワーモジュール用基板１を製造する。

【0017】

パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に積層された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に積層された金属層１３とを備える。そして、パワーモジュール用基板１０の回路層１２の表面に電子部品３０がはんだ付けされ、金属層１３の表面に放熱板２０が取り付けられる。

【0018】

セラミックス基板１１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより矩形状に形成され、本実施形態ではＡｌＮを用いた。また、セラミックス基板１１の厚さは０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では０．６３５ｍｍに設定されている。

【0019】

回路層１２は、純度９９質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に１Ｎ９０（純度９９．９質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。また、回路層１２には、アルミニウム以外にもアルミニウム合金や、銅又は銅合金を用いることもできる。

【0020】

金属層１３は、純度９９質量％以上のアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。
また、金属層１３の最大長さ１３Ｌは、３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とされ、後述する放熱板２０の最大長さ２０Ｌよりも小さくなっている。なお、金属層１３の形状は矩形に限られるものではないが、矩形の場合の最大長さ１３Ｌは、金属層１３の平面サイズの最大辺の長さとなる。

【0021】

本実施形態においては、回路層１２及び金属層１３は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板とされ、その厚さは０．２ｍｍ〜３．０ｍｍに設定されており、回路層１２が０．６ｍｍ、金属層１３が２．１ｍｍの厚さとされている。

【0022】

そして、これら回路層１２及び金属層１３とセラミックス基板１１とは、例えばろう付けにより接合される。ろう材としては、Ａｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系又はＡｌ‐Ｍｎ系等の合金が使用される。

【0023】

なお、パワーモジュール１００を構成する電子部品３０は、回路層１２の表面に形成されたＮｉめっき（不図示）上に、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系、Ｚｎ‐Ａｌ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｓｂ系もしくはＰｂ‐Ｓｎ系等のはんだ材を用いて接合される。図１中の符号３１が、そのはんだ接合層を示す。また、電子部品３０と回路層１２の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（不図示）により接続される。

【0024】

また、パワーモジュール用基板１０に接合される放熱板２０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の多孔体にアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸して形成されたＡｌＳｉＣ系複合材料により形成される。また、放熱板２０は矩形の平板状に形成されており、厚さが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、最大長さ２０Ｌが４５ｍｍ以上２４０ｍｍ以下とされている。なお、放熱板２０の形状は矩形に限られるものではないが、矩形の場合の最大長さ２０Ｌは、放熱板２０の平面サイズの最大辺の長さとなる。また、放熱板２０が接合されるパワーモジュール用基板１０は、図２に示すように、放熱板２０の平面サイズよりも小さく形成されており、金属層１３の最大長さ１３Ｌ（最大辺の長さ）は、放熱板２０の最大長さ２０Ｌよりも小さくなっている。

【0025】

本実施形態においては、放熱板２０は、炭化ケイ素の多孔体に、Ｓｉが５質量％以上１２質量％以下の範囲で含有されるアルミニウム合金が含浸するとともに、多孔体の表面にそのアルミニウム合金の被覆層が形成されたＡｌＳｉＣ系複合材料により形成されている。なお、このＡｌＳｉＣ系複合材料の線膨張係数は、８×１０^−６／Ｋ〜１２×１０^−６／Ｋとされる。
また、ここで放熱板２０としては、板状の放熱板、フィンが形成された板状の放熱板などが含まれる。

【0026】

次に、放熱板付パワーモジュール用基板１の製造方法を説明する。
まず、回路層１２及び金属層１３として、それぞれ９９．９９質量％以上の純アルミニウム圧延板を準備し、これらの純アルミニウム圧延板を、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面にそれぞれろう材を介して積層し、加圧・加熱することによって、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に純アルミニウム圧延板が接合されたパワーモジュール用基板１０を製造する。なお、本実施形態では、Ａｌ-１０％Ｓｉ系ろう材を用いてろう付けが行われ、この際のろう付け温度は６００℃〜６５５℃に設定される。

【0027】

このように構成されたパワーモジュール用基板１０に放熱板２０を接合するには、まず、図３に示すように、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂとその四隅に設けられた支柱１１１によって構成された治具１１２を用いて、加圧板１１０Ａ，１１０Ｂ間に放熱板２０及びパワーモジュール用基板１０を積層して配置する。
治具１１２の一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂは、ステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、パワーモジュール用基板１０の回路層１２表面を押圧する凸面１１０ａを有する上側加圧板１１０Ａと、放熱板２０の背面を押圧する凹面１１０ｂを有する下側加圧板１１０Ｂとからなり、これら加圧板１１０Ａ，１１０Ｂの対向する面１１０ａ，１１０ｂが、放熱板２０のパワーモジュール用基板１０との接合面２０ａを凹状とするような曲面に形成されている。

【0028】

また、これら一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂは、図３及び図４に示すように、上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａの曲率半径Ｒ１が３５００ｍｍ以上６３００ｍｍ以下とされるのに対して、下側加圧板１１０Ｂの凹面１１０ｂの曲率半径Ｒ２は、これら上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａと下側加圧板１１０Ｂの凹面１１０ｂとを重ね合せた状態とした場合に、金属層１３の最大長さ１３Ｌの両端位置に対応する位置αにおいて上側加圧板１１０Ａと下側加圧板１１０Ｂとの間に０．０２５ｍｍ以下のギャップＧが設けられるように、曲率半径Ｒ１よりも大きく形成されている。

【0029】

そして、支柱１１１の両端には螺子が切られており、加圧板１１０Ａ，１１０Ｂを挟むようにナット１１３が締結されている。また、支柱１１１に支持された天板１１４と上側加圧板１１０Ａと間に、その上側加圧板１１０Ａを下方に付勢するばね等の付勢手段１１５が備えられており、加圧力は、この付勢手段１１５とナット１１３の締付けによって調整される。

【0030】

そして、本実施形態の放熱板付パワーモジュール用基板１の製造工程においては、パワーモジュール用基板１０及び放熱板２０を治具１１２に取り付けた状態とすることにより、製造時において放熱板付パワーモジュール用基板１に発生する回路層１２側に凸状の反りを抑制することができる。

【0031】

まず、下側に配置される凹面１１０ｂを有する下側加圧板１１０Ｂの上に放熱板２０を載置し、その上にろう材箔（図示略）を介してパワーモジュール用基板１０を重ねて載置して、これら放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との積層体を、凸面１１０ａを有する上側加圧板１１０Ａとの間で挟んだ状態とする。この際、放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との積層体は、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂの凹凸面１１０ａ，１１０ｂにより厚み方向に加圧され、放熱板２０の接合面２０ａを凹状の反りとする変形を生じさせた状態とされる。そして、放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との積層体を加圧状態で加熱することにより、放熱板２０とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とをろう付けにより固着する。
なお、本実施形態では、ろう付けは、Ａｌ-１０％Ｓｉ系ろう材を用いてろう付けが行われ、真空雰囲気中で、荷重０．１ＭＰａ〜３ＭＰａ、加熱温度５８０℃〜６２０℃の条件で行われる。

【0032】

次に、これら放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との接合体を、治具１１２に取り付けた状態、つまり、変形を生じさせた状態で、常温（２５℃）まで冷却する。
この場合、放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との接合体は、治具１１２によって厚み方向に加圧され、放熱板２０の接合面２０ａを凹状の反りとする変形を生じさせた状態で拘束されている。このため、冷却に伴う放熱板２０とパワーモジュール用基板１０との接合体の形状は見かけ上は変化がないように見えるが、応力に抗して加圧され、冷却時に反りとしての変形が出来ない状態に拘束されている結果、塑性変形が生じることとなる。

【0033】

このようにして製造された放熱板付パワーモジュール用基板１においては、積層方向の加圧状態を解放した後も、図２（ｂ）に示すように、回路層１２を上側として凹状に反る、あるいは凸状でも反り量が小さくなり、製造時に生じる反りが低減される。
また、上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａの曲率半径Ｒ１に対して、下側加圧板１１０Ｂの凹面１１０ｂの曲率半径Ｒ２を金属層１３の最大長さ１３Ｌの両端位置に対応する位置αおいて０．０２５ｍｍ以下のギャップＧが設けられるように曲率半径Ｒ１よりも大きく形成した一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂで加圧することにより、パワーモジュール用基板１０と放熱板２０とを、その接合面全面において密着させて接合することができる。
さらに、放熱板２０を形成するＡｌＳｉＣ系複合材料は、炭化ケイ素の低熱膨張性とアルミニウムの高熱伝導性とを兼ね備えた材料であるので、熱応力を緩和しつつ、優れた放熱特性を発揮させることができる。
したがって、熱処理過程における反り変形を抑制することができ、素子はんだ付け工程における作業性の向上や、熱サイクル負荷による基板信頼性を改善することができる。

【実施例】

【0034】

次に、本発明の効果を確認するために行った実施例及び比較例について説明する。
前述した放熱板付パワーモジュール用基板１の製造工程において、上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａの曲率半径Ｒ１を表１に記載されるように変更して、パワーモジュール用基板１０と放熱板２０とを接合した放熱板付パワーモジュール用基板１の試料を複数製造した。なお、比較例１、比較例５及び比較例９については、上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａを平坦面で形成した。

【0035】

各放熱板付パワーモジュール用基板１を構成するパワーモジュール用基板１０としては、下記の構成とした。
実施例１〜６及び比較例１〜４については、３０ｍｍ×２５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる回路層と、３０ｍｍ×２５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる金属層とが、３４ｍｍ×２９ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板にＡｌ‐Ｓｉ系ろう材により接合されたものを用いた。
実施例７〜１２及び比較例５〜８については、１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる回路層と、１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる金属層とが、１０４ｍｍ×５４ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板にＡｌ‐Ｓｉ系ろう材により接合されたものを用いた。
実施例１３〜１８及び比較例９〜１２については、２００ｍｍ×６５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる回路層と、２００ｍｍ×６５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる金属層とが、２０４ｍｍ×６９ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板にＡｌ‐Ｓｉ系ろう材により接合されたものを用いた。

【0036】

また、放熱板２０には、炭化ケイ素の多孔体に、Ｓｉが５質量％以上１２質量％以下の範囲で含有されるアルミニウム合金が含浸するとともに、多孔体の表面にそのアルミニウム合金の被覆層が形成されたＡｌＳｉＣ系複合材料を用いた。放熱板２０として、実施例１〜６及び比較例１〜４については、４５ｍｍ×３５ｍｍ、厚み５ｍｍの矩形板を用いた。また、実施例７〜１２及び比較例５〜８については１４０ｍｍ×６０ｍｍ、厚み５ｍｍの矩形板、実施例１３〜１８及び比較例９〜１２については２４０ｍｍ×７５ｍｍ、厚み５ｍｍの矩形板を用いた。

【0037】

そして、これらの放熱板付パワーモジュール用基板１の試料について、パワーモジュール用基板１０（金属層１３）と放熱板２０との接合率と、これらの放熱板付パワーモジュール用基板１の試料に生じた反り量Ｚとをそれぞれ評価した。
接合率の評価は、超音波深傷装置を用いて金属層１３と放熱板２０との接合面を評価したもので、接合率＝（接合面積−剥離面積）／接合面積×１００（％）の式から算出した。なお、金属層１３と放熱板２０との接合面を撮影した超音波深傷像において剥離部分は白色部で示されることから、剥離面積は、白色部の面積を測定することにより求めた。また、接合面積は、接合前における接合すべき面積である金属層１３の接合面の面積とした。そして、接合率９０％未満を不良「×」、接合率９０％以上９５％未満を良好「○」、接合率９５％以上を最適「◎」と評価した。

【0038】

また、反り量Ｚの測定は、２５℃の常温時において、放熱板２０の背面の平面度の変化を、モアレ式三次元形状測定機を使用して測定したものを反り量Ｚとして評価した。なお、反り量Ｚは、回路層側に凸状に反った場合を正の反り量（＋）、回路層側に凹状に反った場合を負の反り量（−）とした。即ち、図２（ｂ）のように反った場合を、負の反り量（−）とした。 これら接合率の評価結果と反り量の測定結果を、表１〜表３に示す。なお、表１は金属層の最大長さＬ１３を３０ｍｍとした場合、表２は金属層の最大長さＬ１３を１００ｍｍとした場合、表３は金属層の最大長さＬ１３を２００ｍｍとした場合の結果である。

【0039】

【表1】

【0040】

【表2】

【0041】

【表3】

【0042】

表１〜表３からわかるように、位置αにおけるギャップＧが０．０２５ｍｍ以下とされる一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂで加圧することにより、パワーモジュール用基板１０と放熱板２０との接合率を９０％以上とすることができ、接合面のほぼ全域において密着させて接合することができた。また、上側加圧板１１０Ａの凸面１１０ａの曲率半径Ｒ１を３５００ｍｍ以上６３００ｍｍ以下として形成することで、上側加圧板１１０Ａを平坦面で形成した場合と比べて、同サイズの放熱板パワーモジュール用基板における放熱板の反り量Ｚを、いずれも低減することができた。

【0043】

なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、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、銅製の回路層とセラミックス基板とのろう付けには、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（例えば、Ａｇ‐２７．４質量％Ｃｕ‐２．０質量％Ｔｉ等）を用い、銅製の回路層とセラミックス基板との積層体を加圧した状態のまま真空中で加熱し、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合金を介して回路層とセラミックス基板とを接合できる。

【符号の説明】

【0044】

１ 放熱板付パワーモジュール用基板
１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
２０ 放熱板
２０ａ 接合面
３０ 電子部品
３１ はんだ接合層
１１０Ａ 上側加圧板
１１０Ｂ 下側加圧板
１１１ 支柱
１１２ 治具
１１３ ナット
１１４ 天板
１１５ 付勢手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】