特許 6357917 ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びその製造方法、パワーモジュール

(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】6357917

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びその製造方法、パワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20180709BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   H01L23/12 C

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-132519(P2014-132519)

(22)【出願日】2014年6月27日

(65)【公開番号】特開2016-12612(P2016-12612A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017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

(72)【発明者】

【氏名】大開 智哉

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１６５７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６０７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８４３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９９７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２６６９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２６１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２３／１２−２３／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス基板の両面に金属層がそれぞれ接合されているとともに、その一方の金属層にヒートシンクが接合されてなるヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、前記ヒートシンクは、鍛造により形成され、板状部の一方の面に複数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の他方の面で、かつ各ピン状フィンの背面部に、鍛造時の流動による欠肉現象により複数の凹部が形成されており、前記板状部の前記他方の面が前記金属層に接合され、これら板状部と金属層との間に、前記凹部による空洞部が形成されていることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板。

【請求項2】

請求項１記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板に半導体素子が搭載され、該半導体素子をモールド樹脂により封止してなるパワーモジュールであって、前記ヒートシンクの前記板状部は、該板状部が接合されている前記金属層の外側に張り出して設けられているとともに、その張り出し部の表面に前記凹部が配置され、該凹部内に前記モールド樹脂が充填されていることを特徴とするパワーモジュール。

【請求項3】

セラミックス基板の両面に金属層をそれぞれ接合してパワーモジュール用基板を形成した後、該パワーモジュール用基板の一方の金属層にヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、鍛造により前記ヒートシンクを、板状部の一方の面に複数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の他方の面で、かつ各ピン状フィンの背面部にその鍛造時の流動による欠肉現象により複数の凹部が形成された形状に形成しておき、前記ヒートシンクの前記板状部を前記一方の金属層に重ねて接合することにより、前記板状部と前記一方の金属層との接合界面に前記凹部による空洞部を形成することを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。

【請求項4】

前記ヒートシンクの前記板状部を前記一方の金属層に接合する際に、前記凹部が下方を向くように配置することを特徴とする請求項３記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。

【請求項5】

前記一方の金属層及び前記ヒートシンクをアルミニウムによって形成し、前記一方の金属層と前記ヒートシンクとを接合する際に、これらの間にＭｇ入りろう材層を介在させ、非酸化性雰囲気下でろう付することを特徴とする請求項３又は４記載のヒートシンク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ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びその製造方法、パワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

車載用パワーモジュールには、絶縁層の上にアルミニウム板又は銅板からなる金属層が積層された絶縁基板（パワーモジュール用基板）が用いられる。このパワーモジュール用基板には、その一方の金属層が回路層であり、他方の金属層が放熱層となる。そして、回路層に半導体素子が搭載され、放熱層にヒートシンクが接合されて、パワーモジュールが構成される。
この種のパワーモジュールでは、絶縁層の材料として、高耐圧用の半導体素子の使用拡大に伴い、熱伝導性が樹脂に比べて良く、絶縁性も高い窒化アルミニウム、窒化ケイ素などのセラミックスを採用する例が多くなっているが、脆性材料であるセラミックス基板が熱応力等により割れないようにする必要ある。

【0003】

特許文献１には、絶縁基板の金属層とヒートシンクとの間に、複数の貫通穴を形成したアルミニウム板を介在させたものが開示されている。このアルミニウム板は、貫通穴が応力吸収空間となっており、絶縁基板とヒートシンクとの熱膨張差に起因する熱応力の発生を防止している。
特許文献２には、絶縁基板の金属層とヒートシンクとの間に、四つの角部が切り欠かれた矩形平板状をなした緩衝層が配設され、金属層の角部が緩衝層の角部よりも外方に突出した構成のものが開示されている、このパワーモジュール用基板では、熱応力等の集中が緩和されることにより、角部からの剥離を防止する効果があるとされている。
特許文献３には、絶縁基板の金属層とヒートシンクとが直接接合されているが、その金属層が、回路層を構成する金属層よりも厚肉に形成されることにより、その金属層に応力緩和性を高めたものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２９４６９９号公報

【特許文献2】特許第５１６３１９９号公報

【特許文献3】特許第５４３４７０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ヒートシンクとして、ピン状フィンを有するヒートシンクを接合し、そのヒートシンクを直接水冷する構成のパワーモジュールが開発され、その場合に、ヒートシンクを一体化したヒートシンク付パワーモジュール用基板の開発が進められている。
このピン状フィンを有するヒートシンクをセラミックス基板を有する絶縁基板に接合する場合、セラミックス基板に作用する応力を緩和しなければ、割れ等が生じるリスクがあるが、特許文献１や２記載のように別体の応力緩和層を介在する手段や、特許文献３記載のように金属層を厚肉にする手段では、コスト増を招く。別体の応力緩和層を設ける場合には、構造も複雑で、接合界面が多くなることから、製造管理も煩雑である。また、別体の応力緩和層を設けることで、熱抵抗が上昇する。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、特別な応力緩和層を介在させる必要がなく、簡単な構造で応力緩和性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール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】

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板は、セラミックス基板の両面に金属層がそれぞれ接合されているとともに、その一方の金属層にヒートシンクが接合されてなるヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、前記ヒートシンクは、鍛造により形成され、板状部の一方の面に複数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の他方の面で、かつ各ピン状フィンの背面部に、鍛造時の流動による欠肉現象により複数の凹部が形成されており、前記板状部の前記他方の面が前記金属層に接合され、これら板状部と金属層との間に、前記凹部による空洞部が形成されていることを特徴とする。

【0008】

このヒートシンク付パワーモジュール用基板では、ヒートシンクの板状部と金属層との間に凹部による空洞部が形成されていることにより、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの間の熱膨張差を空洞部が吸収して、その熱膨張差に起因する熱応力の発生を緩和することができる。
また、前記ヒートシンクは鍛造により形成され、前記凹部は各ピン状フィンの背面部に形成されている。

【0009】

本発明のパワーモジュールは、前記ヒートシンク付パワーモジュール用基板に半導体素子が搭載され、該半導体素子をモールド樹脂により封止してなるパワーモジュールであって、前記ヒートシンクの前記板状部は、該板状部が接合されている前記金属層の外側に張り出して設けられているとともに、その張り出し部の表面に前記凹部が配置され、該凹部内に前記モールド樹脂が充填されていることを特徴とする。
金属層から張り出している部分の板状部の凹部にモールド樹脂を充填したことにより、モールド樹脂に対するアンカー効果が得られ、モールド樹脂が剥離しにくくなる。

【0010】

また、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の両面に金属層をそれぞれ接合してパワーモジュール用基板を形成した後、該パワーモジュール用基板の一方の金属層にヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、鍛造により前記ヒートシンクを、板状部の一方の面に複数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の他方の面で、かつ各ピン状フィンの背面部にその鍛造時の流動による欠肉現象により複数の凹部が形成された形状に形成しておき、前記ヒートシンクの前記板状部を前記一方の金属層に重ねて接合することにより、前記板状部と前記一方の金属層との接合界面に前記凹部による空洞部を形成することを特徴とする。

【0011】

凹部を含めたヒートシンクの全体容積を埋めるに足りる量よりも少ない体積の材料を用いて鍛造することにより、ピン状フィンの背部に容易に凹部を形成することができる。

【0012】

また、前記ヒートシンクの前記板状部を前記一方の金属層に接合する際に、前記凹部が下方を向くように配置するとよい。
凹部が下方を向くように配置して接合することにより、ろう材等の接合材が凹部内に入り込むことが抑制され、接合後に凹部による空洞部を確実に形成することができる。

【0013】

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法において、前記一方の金属層と前記ヒートシンクとを接合する際に、これらの間にＭｇ入りろう材層を介在させ、非酸化性雰囲気下でろう付するとよい。
この接合では、金属層の酸化膜とろう材層中のＭｇとが反応した部分で接合が進むため、ろう材層と接触しないヒートシンクの凹部の部分を確実に空洞部とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ヒートシンクの板状部と金属層との間に凹部による空洞部が形成されているので、その空洞部により応力緩和性に優れ、特別の応力緩和層を介在させる必要がなく、構造が簡単でコスト増を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態のヒートシンク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冷却器に取り付けた状態を示す断面図である。

【図2】パワーモジュール用基板をヒートシンクに重ね合わせる工程を示す断面図である。

【図3】接合後のヒートシンク付パワーモジュール用基板の断面図である。

【図4】セラミックス基板の両面に金属層を重ね合わせた積層体を複数組積み重ねて接合治具に取り付けた状態を示す断面図である。

【図5】パワーモジュール用基板とヒートシンクとを重ね合わせてクッションシートに挟持した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。
ヒートシンク付パワーモジュール用基板１は、図１及び図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、回路層となるアルミニウム板、銅板等の金属層１２が厚さ方向に積層され、セラミックス基板１１の他方の面に放熱層となるアルミニウム板等の金属層１３が厚さ方向に積層され、これらがろう材等によって接合されており、放熱層としての金属層１３にヒートシンク２０が接合されている。セラミックス基板１１の両面に金属層１２，１３が接合されたものをパワーモジュール用基板１０と称す。
そして、このヒートシンク付パワーモジュール用基板１は、回路層としての金属層１２の表面にはんだ付けによりＩＧＢＴなどの半導体素子１５が搭載され、この半導体素子１５を覆うようにモールド樹脂１６により一体に封止されることにより、パワーモジュール３０が構成される。図１において符号１７は、半導体素子１５に接続された外部接続用リードである。
また、この図１は、パワーモジュール３０が冷却器４０に取り付けられており、その際にヒートシンク２０の周縁部が冷却器４０の表面にねじ止め等によって固定される。

【0017】

セラミックス基板１１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等により、例えば０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さに形成される。また、回路層及び放熱層となる金属層１２，１３は無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金、純度９９．００％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金により、例えば０．１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さの板状に形成される。
本実施形態のパワーモジュール用基板１０の好ましい組合せ例としては、例えばセラミックス基板１１が厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮ、金属層（回路層）１２が厚み０．３ｍｍの４Ｎ−アルミニウム板、金属層（放熱層）１３が厚み１．６ｍｍの４Ｎ−アルミニウム板で構成される。
また、セラミックス基板１１が厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮ、金属層（回路層）１２が厚み０．３ｍｍの純銅板、金属層（放熱層）１３が厚み０．３ｍｍの純銅板で構成することもできる。

【0018】

これらセラミックス基板１１、金属層１２，１３の接合材としては、金属層１２，１３がアルミニウム板の場合は、セラミックス基板１１とアルミニウム板との接合にＡｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材が用いられ、金属層１２，１３が銅板の場合は、セラミックス基板１１と銅板との接合にＡｇ−Ｔｉ系又はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系の活性金属ろう材、例えばＡｇ−２７．４質量％Ｃｕ−２．０質量％Ｔｉのろう材が用いられる。

【0019】

ヒートシンク２０は、板状部２１の一方の面に複数のピン状フィン２２が立設されるとともに、板状部２１の他方の面に、複数の凹部２３が形成された形状とされている。このヒートシンク２０は、Ａ６０６３等のアルミニウム合金板を鍛造成形することにより形成されており、板状部２１は、この板状部２１が接合されるパワーモジュール用基板１０の金属層（放熱層）１３よりも広い面積に形成され、この板状部２１の周縁部を除く中央部分に多数のピン状フィン２２が形成されている。このピン状フィン２２の形成領域も、金属層１３より広い面積に設けられる。これらピン状フィン２２は、板状部２１の面方向と直交する垂直方向に突出して形成され、同じ高さに揃えられている。
例えば、板状部２１の厚さは０．３ｍｍ〜３．０ｍｍ、ピン状フィン２２は、円柱状であり、直径が０．８ｍｍ〜５．０ｍｍ、高さが１．２ｍｍ〜１８ｍｍであり、１．２ｍｍ〜１０ｍｍのピッチで１６本〜１０００本形成される。

【0020】

また、ヒートシンク２０は後述するように鍛造成形によって形成されており、板状部２１の背面には、各ピン状フィン２２に対応する位置に凹部２３が形成されている。この凹部２３は、ヒートシンク２０を鍛造したときの欠肉現象（引け）により形成することができる。具体的には、凹部２３を含めたヒートシンク２０の全体容積を埋めるに足りる量よりも少ない体積の材料を用いて鍛造することにより、板状部２１の一方の面ではピン状フィン２２が突き出されて形成されるとともに、その反対側の板状部２１の背面部においては材料がピン状フィン２２へと流動することにより、その分が欠肉して凹部２３が形成される。
この凹部２３は、例えば、深さ方向の先端から開口端に向けて徐々に拡径する円錐状に形成され、開口端の直径が０．０５ｍｍ〜３．５ｍｍ、深さが０．０５ｍｍ〜２．８５ｍｍに形成される。

【0021】

そして、パワーモジュール用基板１０の金属層（放熱層）１３に、ヒートシンク２０の板状部２１が接合されており、凹部２３が空洞部５として残された状態で接合されている。
この場合、金属層とヒートシンクとの接合界面における空洞部５の合計面積（開口面積）は、接合界面の面積の３％以上１０％以下とするとよい。接合界面に対する空洞部５の合計面積がこの範囲であれば、パワーモジュール用基板１０からヒートシンク２０への熱伝達が阻害されず、高い放熱特性を発揮することができる。
また、金属層１３とヒートシンクとの接合は、金属層がアルミニウム板からなる場合は、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系のろう材を用いることもできるが、後述するようにＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系等のＭｇ入りろう材を用いるとよい。金属層１３が銅板からなる場合は、アルミニウムと銅との共晶温度未満で固相拡散接合される。

【0022】

また、図１に示すように、モールド樹脂１６は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなり、半導体素子１５を含めてヒートシンク２０の板状部２１の上面までのパワーモジュール用基板１０の全体を封止している。この場合、ヒートシンク２０の板状部２１はパワーモジュール用基板１０の金属層１３よりも大きい面積に形成され、板状部２１の周縁部が金属層１３の外側に張り出している。また、ピン状フィン２２の立設領域も金属層１３よりも大きい面積を有しており、このため、ピン状フィン２２の背面側に形成される凹部２３が板状部２１の張り出し部２１ａにも露出している。そして、モールド樹脂１６は、板状部２１の周縁部を除き張り出し部の上面まで設けられており、これにより、張り出し部２１ａにおける凹部２３内にモールド樹脂１６が充填された状態で固化されている。

【0023】

次に、これらセラミックス基板１１、両金属層１２，１３、ヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板１を製造し、その後、半導体素子１５を搭載してパワーモジュール３０を製造する方法について説明する。

【0024】

＜パワーモジュール用基板製造工程＞
まず、セラミックス基板１１と両金属層１２，１３とを接合してパワーモジュール用基板１０を製造する。
両金属層１２，１３ともアルミニウム板からなる場合は、セラミックス基板１１の両面にＡｌ−Ｓｉ系等のろう材を介在させた状態で金属層１２，１３を積層し、この積層体５０を図３に示すような加圧治具１１０によって積層方向に例えば０．３ＭＰａ〜１．０ＭＰａで加圧した状態とする。
この加圧治具１１０は、図４に示すように、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、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体５０がカーボングラファイト等からなる板状のクッションシート１１６の間に挟んだ状態として複数組積み重ねられた状態で配設される。

【0025】

そして、この加圧治具１１０により積層体５０を加圧した状態で、加圧治具１１０ごと加熱炉（図示略）内に設置し、真空雰囲気中で６３０℃以上６５５℃以下の温度で１分〜６０分加熱することによりセラミックス基板１１と金属層１２，１３とをろう付けする。
両金属層１２，１３が銅板からなる場合は、同様の加圧治具により加圧した状態で真空雰囲気中で８００℃以上９３０℃以下の温度で１分〜６０分加熱することによりセラミックス基板１１と銅板とをろう付けする。この接合は、活性金属ろう材を用いた接合となり、ろう材中の活性金属であるＴｉがセラミックス基板１１に優先的に拡散して、セラミックス基板１１が窒化物の場合にはＴｉＮを形成し、Ａｇ−Ｃｕ合金を介して銅板とセラミックス基板１１とを接合する。
両金属層１２，１３のうちの一方がアルミニウム板、他方が銅板の場合は、前述の銅板とセラミックス基板との接合、アルミニウム板とセラミックス基板との接合をこの順に２回の工程に分けて接合する。

【0026】

＜ヒートシンク接合工程＞
ヒートシンク２０は前述したように鍛造により成形しておく。そして、パワーモジュール用基板１０の金属層（放熱層）１３がアルミニウム板からなる場合は、Ｍｇを含有するＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系のろう材を用いることにより、非酸化性雰囲気中でろう付けすることができる。この場合、芯材の両面にＭｇ入りろう材層をクラッドした両面ろうクラッド材を用いるとよい。芯材は例えばＡ３００３アルミニウム合金で厚さが０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍに形成される。
この両面ろうクラッド材を介在させた状態で金属層１３とヒートシンク２０の板状部２１とを重ね合わせる。このとき、ヒートシンク２０の凹部２３が下方を向くように配置する。

【0027】

そして、図５に示すようにパワーモジュール用基板１０の回路層１２の上面とピン状フィンの先端との間をクッションシート１１６Ａ，１１６Ｂにより挟んだ状態として、前述と同様の加圧治具により０．０５ＭＰａ〜１．０ＭＰａで加圧し、加圧治具ごと加熱炉内に設置し、例えば窒素等の非酸化性雰囲気中で５８０℃以上６５０℃以下の温度で１分〜６０分加熱することによりヒートシンク２０の板状部２１とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とをろう付けする。
この場合、ヒートシンク２０の凹部２３が下方を向くように配置してろう付けするので、凹部２３内に溶融ろう材が入り込むことが防止され、凹部２３により空洞部５が形成された状態で接合される。特に、Ｍｇ入りろう材を用いる場合は、ろう材中のＭｇがアルミニウム板の表面の酸化膜と反応した部分で接合が進むため、接合材と接触しない凹部２３内を溶融ろう材で埋めることがなく、確実に空洞部５を形成することができる。
一方、金属層１３が銅板からなる場合は、ヒートシンク２０の板状部２１とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とを重ね合わせて、真空雰囲気中で、荷重０．３ＭＰａ〜１０ＭＰａ、加熱温度４００℃以上５４８℃未満の加熱温度で５分〜２４０分保持することにより固相拡散接合する。ろう材を介在させないので、ヒートシンク２０の向きにかかわらず凹部２３を空洞部５として残すことができる。

【0028】

このようにして製造されるヒートシンク付パワーモジュール用基板１は、図３に示すように、ヒートシンク２０の板状部２１に形成されていた凹部２３が空洞部５として残存しているため、半導体素子１５の発熱や外部環境による温度変化時に、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０との間の熱膨張差に起因する熱応力の発生を緩和することができる。また、ヒートシンク２０の板状部２１の厚さも小さいことから、パワーモジュール用基板１０にかかる応力自体も小さくなって有利である。

【0029】

＜パワーモジュール製造工程＞
このようにして製造されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１の金属層（回路層）１２に、半導体素子１５をはんだ付けし、リード１７を取り付けた後、ヒートシンク２０の板状部２１の上方部分をモールド樹脂１６によって封止する。これにより、半導体素子１５を含めてヒートシンク２０の板状部２１の上面までのパワーモジュール用基板１０の全体がモールド樹脂１６により封止される。パワーモジュール用基板１０の全体がモールド樹脂１６により封止されることにより、セラミックス基板１１に割れ等が発生しにくくなる。
また、ヒートシンク２０の板状部２１が金属層１３より張り出しており、その張り出し部２１ａにおける凹部２３内にモールド樹脂１６が入り込むので、そのアンカー効果により、モールド樹脂１６がヒートシンク２０に強固に固着され、剥離しにくくなる。

【実施例】

【0030】

次に、本発明の効果を確認するために行った確認実験について説明する。
セラミックス基板として４０ｍｍ四方の矩形状で、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム板と、金属層として３７ｍｍ四方の矩形状で厚さ０．６ｍｍの純度９９．９９％以上（４Ｎ）アルミニウム板とを用い、これらをＡｌ−Ｓｉろう材を用いて接合してパワーモジュール用基板を作製した。
また、ヒートシンクとして、厚さ１３ｍｍのＡ６０６３アルミニウム板を鍛造加工して、厚さ１ｍｍの板状部の片面に、直径３ｍｍ、高さ９ｍｍのピン状フィンを６ｍｍピッチで縦列させた列を５ｍｍピッチで千鳥状に並べて形成した。このとき、鍛造型を半密閉型とし、余肉部分をばり状に周囲に逃がすようにして成形することで、ピン状フィンの背面側に開口端の直径が１．４ｍｍ〜１．６ｍｍの凹部を形成した。

【0031】

次いで、Ａ３００３アルミニウム板を芯材として、両面にＡｌ−７．５質量％Ｓｉ−１．５質量％Ｍｇのろう材を８％のクラッド率（全体厚みに対するろう材厚みの比率）でクラッドした厚さ０．２５ｍｍの両面ろうクラッド材を用いて、窒素雰囲気中でパワーモジュール用基板がヒートシンクの下側に配置されるようにして６１０℃×３分加熱して接合した。
接合後のヒートシンクとパワーモジュール用基板との間の接合界面における空洞部の面積は、接合界面の面積の４．０４％であった。
次に、パワーモジュール用基板の回路層に半導体素子をはんだ付けにより搭載し、その上にリードをはんだ付けにより配線して、ヒートシンクの板状部の上方部分をモールド樹脂により封止した。そのモールディング時の圧力により、パワーモジュール用基板の周囲に露出している板状部の凹部内にモールド樹脂が入り込んだ状態で固化された。

【0032】

得られたヒートシンク付パワーモジュールを−４０℃×５分保持した後に昇温して１２５℃×５分保持するというサイクルを３０００サイクル繰り返し、セラミックス基板の割れ、モールド樹脂の剥離を確認したところ、セラミックス基板の割れ、モールド樹脂の剥離は認められなかった。
また、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合界面を超音波深傷により撮影し、その撮影像から接合率（接合率％＝（接合面積−剥離面積）／接合面積×１００）を測定した。接合面積は、接合前における接合すべき面積、すなわち金属層の面積とした。その結果、接合率として９５％以上の良好な結果が得られていた。

【0033】

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。
実施形態では、ヒートシンクの板状部における凹部を鍛造成形時の材料の流動により形成したが、この板状部に接する鍛造金型の表面に、ピンを突出させておき、そのピンを板状部に食い込ませることにより凹部を形成してもよい。また、鍛造時に形成するものに限らず、例えば、鋳造によってヒートシンク２０を製造し、板状部にドリル等によって加工して凹部を形成してもよい。
また、実施形態ではヒートシンク２０としてＡ６０６３等のアルミニウム合金を用いたが、これに限らず、純銅や銅合金を用いることもできる。
さらに、本実施形態では、ピン状フィン２２の形状として円柱状であったが、これに限らず、円錐状など種々の形状の物を用いることが可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ ヒートシンク付パワーモジュール用基板
５ 空洞部
１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 金属層（回路層）
１３ 金属層（放熱層）
１５ 半導体素子
１６ モールド樹脂
１７ リード
２０ ヒートシンク
２１ 板状部
２１ａ 張り出し部
２２ ピン状フィン
２３ 凹部
３０ パワーモジュール
４０ 冷却器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】