特許 6790915 絶縁回路基板の製造方法

(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】6790915

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】絶縁回路基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20201116BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20201116BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20201116BHJP

   B23K 20/24 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   H01L23/12 J

   B23K20/00 310L

   B23K20/24

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-38148(P2017-38148)

(22)【出願日】2017年3月1日

(65)【公開番号】特開2018-147912(P2018-147912A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年9月25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】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】松尾 拓也

(72)【発明者】

【氏名】西川 仁人

【審査官】 井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１７５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１０５４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２３Ｋ ２０／２４

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記絶縁層の表面に金属片を接合することによって前記回路層又は前記金属層を形成する金属片接合工程を備えており、
前記金属片接合工程においては、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に、常温で固体のポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を溶融状態で塗布しておき、この仮止め材によって前記絶縁層と前記金属片とを位置合わせして積層した状態で常温に冷却して仮止めする積層工程と、前記絶縁層と前記金属片の積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記絶縁層と前記金属片を接合する接合工程と、を有しており、
前記金属片の１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされており、
前記絶縁層と前記金属片との接合界面に配設される前記仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。

【請求項2】

絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層及び前記金属層の少なくとも一方は、前記絶縁層側に配置されたアルミニウム層と、このアルミニウム層に積層された銅層と、を有し、
前記アルミニウム層の表面に銅又は銅合金からなる金属片を接合することによって前記銅層を形成する金属片接合工程を備えており、
前記金属片接合工程においては、前記アルミニウム層と前記金属片との接合界面に、常温で固体のポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を溶融状態で塗布しておき、この仮止め材によって前記アルミニウム層と前記金属片とを位置合わせして積層した状態で常温に冷却して仮止めする積層工程と、前記アルミニウム層と前記金属片の積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記アルミニウム層と前記金属片を接合する接合工程と、を有しており、
前記金属片の１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされており、
前記絶縁層と前記金属片との接合界面に配設される前記仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
また、上述の絶縁回路基板においては、絶縁層の一方の面に導電性の優れた金属片を接合して回路層とし、また、他方の面に放熱性に優れた金属片を接合して金属層を形成した構造のものが提供されている。
さらに、回路層に搭載した素子等において発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁層の他方の面側にヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板も提供されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片からなる回路層が形成されるとともに他方の面にアルミニウム片からなる金属層が形成された絶縁回路基板と、この回路層上にはんだ材を介して接合された半導体素子と、を備えたパワーモジュールが開示されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片を接合し、このアルミニウム片に銅片を固相拡散接合することにより、回路層を形成した絶縁回路基板が提案されている。
さらに、特許文献３には、セラミックスからなる基材の一方の面に導電性の回路層が形成され、絶縁基板の他方の面に放熱体が接合され、回路層上に発光素子が搭載された構造のＬＥＤモジュールが開示されている。

【0004】

ここで、セラミックス基板と金属片、アルミニウム片と銅片等を接合する場合には、例えば特許文献４−６に記載されているように、接合する部材の間にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機物を含む仮止め材を用いて、部材同士の位置合せをして仮止めした状態で積層方向に加圧して加熱することにより、部材同士を接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３１７１２３４号公報

【特許文献2】特許第５４０３１２９号公報

【特許文献3】特開２０１５−０７０１９９号公報

【特許文献4】特開２０１４−１７５４２５号公報

【特許文献5】特開２０１４−２０９５９１号公報

【特許文献6】特開２０１６−１０５４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述のようにポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機物を含む仮止め材を用いて金属片を仮止めし、これを加圧して加熱することによって金属片を接合することにより回路層を形成した際には、仮止め材の一部が加熱時に炭化し、回路パターン間に付着することにより、回路層の回路パターン間、あるいは、回路層と金属層との絶縁性が不十分となるおそれがあった。

【0007】

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、接合時における仮止め材の炭素残渣の発生を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路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】

【0008】

上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記絶縁層の表面に金属片を接合することによって前記回路層又は前記金属層を形成する金属片接合工程を備えており、前記金属片接合工程においては、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に、常温で固体のポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を溶融状態で塗布しておき、この仮止め材によって前記絶縁層と前記金属片とを位置合わせして積層した状態で常温に冷却して仮止めする積層工程と、前記絶縁層と前記金属片の積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記絶縁層と前記金属片を接合する接合工程と、を有しており、前記金属片の１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされており、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に配設される前記仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされていることを特徴としている。

【0009】

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、絶縁層の表面に１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされるとともに接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされた金属片を接合する際に、金属片と絶縁層との接合界面に１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内でポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を配設し、金属片と絶縁層とを仮止めしているので、その後に金属片と絶縁層とを積層方向に加圧して加熱した際に、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制できるとともに、金属片と絶縁層とを確実に仮止めすることができる。よって、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することができる。

【0010】

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層及び前記金属層の少なくとも一方は、前記絶縁層側に配置されたアルミニウム層と、このアルミニウム層に積層された銅層と、を有し、前記アルミニウム層の表面に銅又は銅合金からなる金属片を接合することによって前記銅層を形成する金属片接合工程を備えており、前記金属片接合工程においては、前記アルミニウム層と前記金属片との接合界面に、常温で固体のポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を溶融状態で塗布しておき、この仮止め材によって前記アルミニウム層と前記金属片とを位置合わせして積層した状態で常温に冷却して仮止めする積層工程と、前記アルミニウム層と前記金属片の積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記アルミニウム層と前記金属片を接合する接合工程と、を有しており、前記金属片の１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされており、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に配設される前記仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされていることを特徴としている。

【0011】

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、アルミニウム層の上に１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされるとともに接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされた銅又は銅合金からなる金属片を接合する際に、金属片とアルミニウム層との接合界面に１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内でポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を配設し、金属片とアルミニウム層とを仮止めしているので、その後に金属片とアルミニウム層とを積層方向に加圧して加熱した際に、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制できるとともに、金属片とアルミニウム層とを確実に仮止めすることができる。よって、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。

【図2】図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。

【図3】図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

【図4】本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板の概略説明図である。

【図5】図４に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。

【図6】図４に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板１０、及び、この絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。

【0015】

このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）に配設されたヒートシンク３１と、を備えている。

【0016】

はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。

【0017】

絶縁回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層となるセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に形成された金属層１３と、を備えている。

【0018】

セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下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、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に銅又は銅合金からなる金属片２２が接合されることにより形成されている。銅又は銅合金としては、無酸素銅やタフピッチ銅等を用いることができる。本実施形態においては、回路層１２を構成する金属片２２として、無酸素銅の圧延板を打抜いたものが用いられている。
この回路層１２には、上述の金属片２２をパターン状に接合することで回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。ここで、回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．８ｍｍに設定されている。

【0020】

金属層１３は、図３に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に銅又は銅合金からなる金属片２３が接合されることにより形成されている。金属片２３としては、無酸素銅やタフピッチ銅等で構成されたものを用いることができる。本実施形態においては、金属層１３を構成する金属片２３として、タフピッチ銅の圧延板が用いられている。ここで、金属層１３の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．６ｍｍに設定されている。

【0021】

ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好なアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、本実施形態においては、Ａ６０６３合金で構成されている。このヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
なお、ヒートシンク３１と絶縁回路基板１０の金属層１３とは、固相拡散接合されている。

【0022】

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。
まず、図３で示すように、セラミックス基板１１の一方の面に複数の金属片２２を接合して回路層１２を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属片２３を接合して金属層１３を形成する（金属片接合工程Ｓ０１）。

【0023】

この金属片接合工程Ｓ０１においては、まず、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に複数の金属片２２が接合される予定の領域にろう材ペースト２６を塗布し、乾燥させる。また、セラミックス基板１１の他方の面に金属片２３が接合される予定の領域にろう材ペースト２７を塗布し乾燥させる。ろう材ペースト２６，２７としては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材やＡｇ−Ｔｉ系ろう材を用いており、その塗布厚さ（乾燥後）が４μｍ以上７μｍ以下の範囲内とされている。

【0024】

そして、複数の金属片２２及び金属片２３上に仮止め材４０を塗布し、仮止め材４０がろう材ペースト２６，２７を向くように、複数の金属片２２及び金属片２３を積層する（積層工程Ｓ１１）。
この積層工程Ｓ１１においては、乾燥したろう材ペースト２６と金属片２２との間及び、乾燥したろう材ペースト２７と金属片２３との間に、それぞれ仮止め材４０が配設されており、金属片２２とセラミックス基板１１（ろう材ペースト２６）とが、セラミックス基板（ろう材ペースト２７）と金属片２３とが、位置決めされて仮止めされている。
ここで、本実施形態では、セラミックス基板１１の一方の面に複数の金属片２２をパターン状に配置することにより、回路パターンが形成される。

【0025】

本実施形態において使用される仮止め材４０は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とするものとされている。この仮止め材４０は、室温（２５℃）で固体であり、例えば、５０℃以上で溶融状態となる。そこで、溶融状態の仮止め材４０を塗布し、溶融状態で金属片２２、２３を積層し、位置決めを行った状態で冷却して仮止め材４０を固化させることによって、セラミックス基板１１と金属片２２、２３が仮止めされることになる。

【0026】

本実施形態においては、金属片２２及び金属片２３は、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、１個当たりの接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされている。
そして、本実施形態では、金属片２２，２３とセラミックス基板１１との接合界面に配設される仮止め材４０の重量が、金属片２２，２３の１個当たり１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされている。

【0027】

ここで、本実施形態においては、ろう材ペースト２６，２７とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０とが直接接触することから、ろう材ペースト２６，２７に含まれる有機物とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の仮止め材４０に含まれる有機物とが必要以上に反応しないように、ろう材ペースト２６，２７の成分を適宜選択することが好ましい。

【0028】

次いで、金属片２２、セラミックス基板１１、金属片２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、金属片２２とセラミックス基板１１とを接合して回路層１２を形成し、金属片２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１３を形成する（接合工程Ｓ１２）。
この接合工程Ｓ１２における接合条件は、真空条件は１．０×１０^−２Ｐａ以下、加熱温度は８１０℃以上８５０℃以下の範囲内、上記加熱温度での保持時間は１０分以上６０分以下の範囲内、積層方向の加圧荷重が０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下（０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定されている。

【0029】

なお、接合工程Ｓ１２における加熱温度の下限は８２５℃以上とすることが好ましい。一方、加熱温度の上限は８４５℃以下とすることが好ましい。
また、接合工程Ｓ１２における加熱温度での保持時間の下限は２０分以上とすることが好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は４０分以下とすることが好ましい。
さらに、接合工程Ｓ１２における加圧荷重の下限は０．１ＭＰａ以上（１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましい。一方、加圧荷重の上限は０．３ＭＰａ以下（３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。

【0030】

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。

【0031】

次に、この絶縁回路基板１０の金属層１３の他方側にヒートシンク３１を積層し、絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とが積層されたヒートシンク積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウムと銅との共晶温度未満の加熱温度で保持することにより、金属層１３とヒートシンク３１を固相拡散接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ０２）。
このヒートシンク接合工程Ｓ０２における接合条件は、真空条件は１０^−３Ｐａ以下、加熱温度は５１０℃以上５４５℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が４５分以上１２０分以下の範囲内に設定されている。

【0032】

次いで、回路層１２の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、加熱炉内においてはんだ接合する（半導体素子接合工程Ｓ０３）。
上記のようにして、図１に示すパワーモジュール１が製造される。

【0033】

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、セラミックス基板１１の表面に、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされるとともに接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされた金属片２２，２３を接合する際に、金属片２２，２３とセラミックス基板１１との接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を１．５ｍｇ以上配設し、金属片２２，２３とセラミックス基板１１とを仮止めしているので、金属片２２，２３とセラミックス基板１１とを確実に仮止めすることができ、その後の工程において、金属片２２，２３とセラミックス基板１１との位置ズレや金属片２２，２３の脱落を抑制することが可能となる。よって、絶縁回路基板１０を比較的容易に製造することが可能となる。

【0034】

さらに、金属片２２，２３とセラミックス基板１１との接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を４．０ｍｇ以下配設し、金属片２２，２３とセラミックス基板１１とを仮止めしているので、その後の接合工程Ｓ１２において金属片２２，２３とセラミックス基板１１とを積層方向に加圧して加熱した際に、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制できる。これにより、絶縁回路基板１０において絶縁性が低下することを抑制できる。

【0035】

また、本実施形態においては、複数の金属片２２をセラミックス基板１１にパターン状に配置して接合することにより回路パターンを形成しているので、仮止め材４０で位置決めすることにより、精度良く回路パターンを形成することが可能となる。また、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制することにより、パターン間の絶縁性に優れた回路層１２を形成することが可能となる。

【0036】

次に、本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図４から図６を参照して説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
この絶縁回路基板１１０は、図４に示すように、セラミックス基板１１（絶縁層）と、このセラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に形成された回路層１１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に形成された金属層１１３と、を備えている。

【0037】

金属層１１３は、図６に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図６において下面）にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム片１２３が接合されることによって形成されている。

【0038】

回路層１１２は、図４で示すように、セラミックス基板１１の一方の面に配設されたアルミニウム層１１２Ａと、このアルミニウム層１１２Ａの一方側（図４において上側）に積層された銅層１１２Ｂと、を有している。

【0039】

アルミニウム層１１２Ａは、図６に示すように、複数のアルミニウム片１２２Ａがセラミックス基板１１の一方の面に接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム層１１２Ａは、純度が９９．９９ｍａｓｓ％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片１２２Ａがセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。
銅層１１２Ｂは、図６に示すように、アルミニウム層１１２Ａの一方側（図４において上側）に、銅片１２２Ｂが接合されることにより形成されている。本実施形態においては、銅層１１２Ｂは、図６に示すように、無酸素銅の圧延板からなる複数の銅片１２２Ｂがアルミニウム層１１２Ａに固相拡散接合されることにより形成されている。

【0040】

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図５及び図６を参照して説明する。
まず、図６で示すように、セラミックス基板１１の一方の面にアルミニウム片１２２Ａを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面にアルミニウム片１２３を接合して金属層１１３を形成する（アルミニウム片接合工程Ｓ１０１）。
このとき、複数のアルミニウム片１２２Ａをパターン状に配置することにより、回路パターンが形成される。

【0041】

このアルミニウム片接合工程Ｓ１０１においては、まず、図６に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材１２６を介在させ、アルミニウム層１１２Ａとなるアルミニウム片１２２Ａを積層し、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材１２７を介在させ、金属層１３となるアルミニウム片１２３を積層する（アルミ積層工程Ｓ１１１）
ここで、本実施形態では、予めアルミニウム片１２２Ａとろう材１２６、及び、アルミニウム片１２３とろう材１２７とが超音波接合によって一体化されている。

【0042】

このアルミ積層工程Ｓ１１１においては、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａとの接合界面、及び、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２３との接合界面に、それぞれ仮止め材４０が配設されており、アルミニウム片１２２Ａとセラミックス基板１１、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２３とが位置決めされて仮止めされている。
本実施形態において使用される仮止め材４０は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とするものとされている。この仮止め材４０は、室温（２５℃）で固体であり、例えば、５０℃以上で溶融状態となる。そこで、溶融状態の仮止め材４０を塗布し、溶融状態でセラミックス基板１１にアルミニウム片１２２Ａ及びアルミニウム片１２３を積層し、位置決めを行った状態で冷却して仮止め材４０を固化させることによって、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａ、１２３が仮止めされることになる。

【0043】

本実施形態においては、アルミニウム片１２２Ａ、１２３は、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、１個当たりの接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされている。
そして、本実施形態では、アルミニウム片１２２Ａ、１２３とセラミックス基板１１との接合界面に配設される仮止め材４０の重量が、アルミニウム片１２２Ａ、１２３の１個当たり１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされている。

【0044】

次いで、アルミニウム片１２２Ａ、セラミックス基板１１、アルミニウム片１２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウム片１２２Ａとセラミックス基板１１とを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成し、アルミニウム片１２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１１３を形成する（アルミ接合工程Ｓ１１２）。
このアルミ接合工程Ｓ１１２における接合条件は、真空条件は１．０×１０^−２Ｐａ以下、加熱温度は６１０℃以上６５０℃以下の範囲内、上記加熱温度での保持時間は２０分以上９０分以下の範囲内、積層方向の加圧荷重が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定されている。

【0045】

なお、アルミ接合工程Ｓ１１２における加熱温度の下限は６３０℃以上とすることが好ましい。一方、加熱温度の上限は６４５℃以下とすることが好ましい。
また、アルミ接合工程Ｓ１１２における加熱温度での保持時間の下限は３０分以上とすることが好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は６０分以下とすることが好ましい。
さらに、アルミ接合工程Ｓ１１２における加圧荷重の下限は０．２ＭＰａ以上（２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましい。一方、加圧荷重の上限は０．５ＭＰａ以下（５．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。

【0046】

次に、図６で示すように、アルミニウム層１１２Ａの表面に、銅又は銅合金からなる銅片１２２Ｂを接合して銅層１１２Ｂを形成する（銅片接合工程Ｓ１０２）。
この銅片接合工程Ｓ１０２においては、まず、図６に示すように、アルミニウム層１１２Ａの表面に、銅層１１２Ｂとなる銅片１２２Ｂを積層する（銅積層工程Ｓ１２１）。
このとき、パターン状に配置されたアルミニウム層１１２Ａの上にそれぞれ銅片１２２Ｂを積層する。

【0047】

この銅積層工程Ｓ１２１においては、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとの接合界面に仮止め材４０が配設されており、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとが位置決めされて仮止めされている。
本実施形態において使用される仮止め材４０は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とするものとされている。この仮止め材４０は、室温（２５℃）で固体であり、例えば、５０℃以上で溶融状態となる。そこで、溶融状態の仮止め材４０を塗布し、溶融状態でアルミニウム層１１２Ａ上に銅片１２２Ｂを積層し、位置決めを行った状態で冷却して仮止め材４０を固化させることによって、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂが仮止めされることになる。

【0048】

本実施形態においては、銅片１２２Ｂは、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされ、１個当たりの接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされている。
そして、本実施形態では、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとの接合界面に配設される仮止め材４０の重量が、銅片１２２Ｂの１個当たり１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下の範囲内とされている。

【0049】

次いで、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａの積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとを固相拡散接合して回路層１１２を形成する（銅接合工程Ｓ１２２）。
この銅接合工程Ｓ１２２における接合条件は、真空条件は１０^−３Ｐａ以下、加熱温度は５００℃以上５４５℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が４５ｍｉｎ以上１２０ｍｉｎ以下の範囲内に設定されている。

【0050】

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１１０が製造される。

【0051】

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、セラミックス基板１１の表面に、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされるとともに接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされたアルミニウム片１２２Ａ，１２３を接合する際に、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１との接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を１．５ｍｇ以上配設し、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１とを仮止めしているので、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１とを確実に仮止めすることができ、その後の工程において、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１との位置ズレやアルミニウム片１２２Ａ，１２３の脱落を抑制することが可能となる。

【0052】

さらに、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１との接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を４．０ｍｇ以下配設し、アルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１とを仮止めしているので、その後のアルミ接合工程Ｓ１１２においてアルミニウム片１２２Ａ，１２３とセラミックス基板１１とを積層方向に加圧して加熱した際に、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制できる。

【0053】

また、本実施形態においては、アルミニウム層１１２Ａの表面に、１個当たりの重量が４ｇ以上１０ｇ以下の範囲内とされるとともに接合面積が６００ｍｍ^２以上１４００ｍｍ^２以下の範囲内とされた銅片１２２Ｂを接合する際に、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとの接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を１．５ｍｇ以上配設し、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとを仮止めしているので、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとを確実に仮止めすることができ、その後の工程において、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとの位置ズレや銅片１２２Ｂの脱落を抑制することが可能となる。

【0054】

さらに、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとの接合界面に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分とする仮止め材４０を４．０ｍｇ以下配設し、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとを仮止めしているので、その後の銅接合工程Ｓ１２２において銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとを積層方向に加圧して加熱した際に、回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制できる。

【0055】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0056】

例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
また、本実施形態では、絶縁層をセラミックス基板で構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、絶縁層を樹脂等で構成したものであってもよい。

【0057】

さらに、本実施形態では、セラミックス基板とアルミニウム板とをろう材を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、固相拡散接合によって接合してもよい。さらに、接合面にＣｕ、Ｓｉ等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法（ＴＬＰ）によって接合してもよい。また、接合界面を半溶融状態として接合してもよい。

【0058】

また、本実施形態では、絶縁回路基板（金属層）とヒートシンクとを固相拡散接合によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ろう付け、ＴＬＰ等の他の接合方法を適用してもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートシンクをアルミニウムから成るものとして説明したが、これに限定されることはなく、銅等で構成されていてもよいし、内部に冷却媒体が流通される流路を備えたものであってもよい。

【0059】

また、本実施形態においては、金属片とセラミックス基板との接合と、絶縁回路基板とヒートシンクの接合を、別の工程で実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属片、セラミックス基板、ヒートシンクを積層して、これを積層方向に加圧して加熱し、これらの接合を同一の工程で実施してもよい。

【0060】

また、第一実施形態において、金属片２２及び金属片２３が無酸素銅からなるものとして説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウムやアルミニウム合金を用いることもできる。

【0061】

また、上記実施形態において、溶融温度が５０℃以上の仮止め材４０を用いたが、これに限定されることはない。ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は平均重量分子量によって、溶融温度が異なる。平均重量分子量８００〜２００００のものが好ましい。平均重量分子量が８００未満では常温で液体となるため取り扱い性が悪化するおそれがあり、２００００を超えると、融点が高くなるため、塗布作業性が悪化するおそれが有る。なお、平均重量分子量８００〜１０００のものは溶融温度が約４０℃、平均重量分子量６０００でも溶融温度が約６０℃程度である。

【実施例】

【0062】

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

【0063】

（実施例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４３ｍｍ×３７ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）を準備し、このセラミックス基板の一方の面に回路層となる無酸素銅からなる銅片（表１参照）をろう材を介して積層し、セラミックス基板の他方の面に金属層となる無酸素銅からなる銅片（４０ｍｍ×３４ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層した。
なお、ろう材として、９０ｍａｓｓ％Ａｇ−１０ｍａｓｓ％Ｔｉ合金からなるろう材ペースト（塗布厚さ０．００５５ｍｍ）を用いて、それぞれの銅片に塗布した。
ここで、セラミックス基板の一方の面には、パターン間距離が６ｍｍとなるように銅片を接合して回路パターンを形成した。

【0064】

このとき、セラミックス基板及び銅片の接合面に、表１に示す条件で仮止め材を配置し、セラミックス基板と銅片の位置決めを行って仮止めした。
なお、仮止め材としては、ポリエチレングリコール（関東化学株式会社製、平均重量分子量１０００、含有率９０％以上）を用いた。

【0065】

この積層体を積層方向に加圧して、真空炉内（１．０×１０^−３Ｐａ）に装入して表１に示す条件でセラミックス基板と銅片とを接合し、絶縁回路基板を製造した。
上述のようにして得られた絶縁回路基板について、回路層のパターン間における抵抗値を測定した。

【0066】

（抵抗値）
耐電圧試験機（菊水電子工業株式会社製ＴＯＳ５０５０）を用いて、接合後の絶縁回路基板のそれぞれの回路パターンにそれぞれ電極を当てて抵抗値を測定した。

【0067】

【表1】

【0068】

仮止め材の重量が１．５ｍｇ未満であった比較例１では、接合作業中にセラミックス基板から銅片が外れてしまい、接合することができなかった。仮止め材の重量が４ｍｇを超えた比較例２では、回路パターン間に炭素残渣が残留し、パターン間の抵抗値が低下した。
仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下とした本発明例１〜６では、接合作業中にセラミックス基板から銅片が外れることが無く、回路パターン間の抵抗値も高かった。

【0069】

（実施例２）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４３ｍｍ×３７ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）を準備し、このセラミックス基板の一方の面に回路層となる純度９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（表２参照）をろう材を介して積層し、セラミックス基板の他方の面に金属層となる純度９９．９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（４０ｍｍ×３４ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層した。なお、ろう材として、Ａｌ−７．５ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ０．０１７ｍｍ）を用いた。このろう材箔を予めアルミニウム片に超音波接合した。ここで、セラミックス基板の一方の面には、パターン間距離が６ｍｍとなるようにアルミニウム片を接合して回路パターンを形成した。

【0070】

このとき、セラミックス基板及びアルミニウム片の接合面に、表２に示す条件で仮止め材を配置し、セラミックス基板とアルミニウム片の位置決めを行って仮止めした。なお、実施例１と同様の仮止め材を用いた。

【0071】

この積層体を積層方向に加圧して、真空炉（１．０×１０^−３Ｐａ）内に装入して表２に示す条件でセラミックス基板と銅片とを接合し、絶縁回路基板を製造した。
上述のようにして得られた絶縁回路基板について、実施例１と同様に回路層のパターン間における抵抗値を測定した。

【0072】

【表2】

【0073】

仮止め材の重量が１．５ｍｇ未満であった比較例１１では、接合作業中にセラミックス基板からアルミニウム片が外れてしまい、接合することが出来なかった。仮止め材の重量が４ｍｇを超えた比較例１２では、回路パターン間に炭素残渣が残留し、パターン間の抵抗値が低下した。
仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下とした本発明例１１〜１６では、接合作業中にセラミックス基板からアルミニウム片が外れることが無く、回路パターン間の抵抗値も高かった。

【0074】

（実施例３）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４３ｍｍ×３７ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）を準備し、このセラミックス基板の一方の面に回路層となる純度９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（４０ｍｍ×３４ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層し、セラミックス基板の他方の面に金属層となる純度９９．９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（４０ｍｍ×３４ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層した。なお、ろう材として、Ａｌ−７．５ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ０．０１７ｍｍ）を用いた。ここで、セラミックス基板の一方の面には、パターン間距離が６ｍｍとなるようにアルミニウム片を接合して回路パターンを形成した。
この積層体を積層方向に加圧した状態で加熱し、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム層を形成し、セラミックス基板の他方の面に金属層を形成した。なお、このときの接合条件は、真空度１．０×１０^−３Ｐａ，加圧荷重０．５ＭＰａ，加熱温度６４６℃、保持時間５６ｍｉｎとした。

【0075】

次に、アルミニウム層の表面に、無酸素銅からなる銅片（表３参照）を積層した。
このとき、アルミニウム層と銅片の接合界面に、表３に示す条件で仮止め材を配置し、アルミニウム層と銅片の位置決めを行って仮止めした。なお、実施例１と同様の仮止め材を用いた。

【0076】

この積層体を積層方向に加圧して、真空炉内に装入して表３に示す条件でアルミニウム層と銅片とを接合し、絶縁回路基板を製造した。
上述のようにして得られた絶縁回路基板について、実施例１と同様に回路層のパターン間における抵抗値を測定した。

【0077】

【表3】

【0078】

仮止め材の重量が１．５ｍｇ未満であった比較例２１では、接合作業中にアルミニウム層から銅片が外れてしまい、接合することが出来なかった。仮止め材の重量が４ｍｇを超えた比較例２２では、回路パターン間に炭素残渣が残留し、パターン間の抵抗値が低下した。
仮止め材の重量が１．５ｍｇ以上４．０ｍｇ以下とした本発明例２１〜２６では、接合作業中にアルミニウム層から銅片が外れることが無く、回路パターン間の抵抗値も高かった。

【符号の説明】

【0079】

１ パワーモジュール
３ 半導体素子
１０，１１０ 絶縁回路基板
１１ セラミックス基板（絶縁層）
１２，１１２ 回路層
１３，１１３ 金属層
１１２Ａ アルミニウム層
１１２Ｂ 銅層
２２，２３ 金属片
１２２Ａ、１２３ アルミニウム片（金属片）
１２２Ｂ 銅片（金属片）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】