特許 6939596 パワーモジュール用基板の製造方法及びセラミックス‐銅接合体

(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】6939596

(24)【登録日】2021年9月6日

(45)【発行日】2021年9月22日

(54)【発明の名称】パワーモジュール用基板の製造方法及びセラミックス‐銅接合体

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20210909BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20210909BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20210909BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20210909BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/12 D

   H01L23/12 C

   H05K1/02 A

   H05K1/02 Z

   H05K3/00 X

   H05K1/02 G

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-9275(P2018-9275)

(22)【出願日】2018年1月24日

(65)【公開番号】特開2019-129207(P2019-129207A)

(43)【公開日】2019年8月1日

【審査請求日】2020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】北原 丈嗣

(72)【発明者】

【氏名】大開 智哉

(72)【発明者】

【氏名】長友 義幸

【審査官】 庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２５８４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８５６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１７２２３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／１３

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０５Ｋ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセラミックス基板を分割するための分割溝を有するセラミックス板と、前記セラミックス板の一方の面に接合された回路層形成用銅層と、前記セラミックス板の他方の面に接合された金属層形成用銅層と、を有する接合体を形成する接合体形成工程と、
前記接合体形成工程後に、前記接合体にエッチング処理を施し、前記分割溝により区画された前記セラミックス基板の各基板形成領域にパターン化された回路層と金属層とをそれぞれ形成するパターン形成工程と、
前記パターン形成工程後に、前記セラミックス板を前記分割溝に沿って分割し、前記セラミックス基板と前記回路層と前記金属層とを有するパワーモジュール用基板を複数製造する分割工程と、を備え、
前記接合体形成工程において、
前記セラミックス板の一方の面に複数の第１銅板を並べて接合することにより複数の第１銅層からなる前記回路層形成用銅層を形成するとともに、
前記セラミックス板の他方の面に前記第１銅板よりも平面積が大きく、前記第１銅板よりも厚みが小さく形成された第２銅板を、前記分割溝で区画された個々の前記基板形成領域のうち、少なくとも隣接する２つの前記基板形成領域を跨いで接合することにより、前記第１銅層の配置数よりも少ない配置数で構成された第２銅層からなる前記金属層形成用銅層を形成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】

前記第１銅層の厚みをｔ１、前記第１銅層と前記セラミックス板との接合面積をＡ１とし、前記第２銅層の厚みをｔ２、前記第２銅層と前記セラミックス板との接合面積をＡ２としたときに、
前記接合面積Ａ１と前記接合面積Ａ２との面積比率（Ａ１／Ａ２）に前記厚みｔ１と前記厚みｔ２との厚み比率（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下であることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。

【請求項3】

複数のセラミックス基板を分割するための分割溝を有するセラミックス板と、
前記セラミックス板の一方の面に並べて接合された複数の第１銅層からなる回路層形成用銅層と、
前記セラミックス板の他方の面に接合され、前記第１銅層よりも平面積が大きく、前記第１銅層よりも厚みが小さく形成され、前記第１銅層の配置数よりも少ない配置数で構成された第２銅層からなる金属層形成用銅層と、を有し、
前記第２銅層が、前記分割溝で区画された個々の前記セラミックス基板の基板形成領域のうち、少なくとも隣接する２つの前記基板形成領域を跨いで形成されていることを特徴とするセラミックス‐銅接合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大電流、高電圧を制御するパワーモジュール等の製造に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法及びセラミックス‐銅接合体に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュール等に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されるように、複数のパワーモジュール用基板を形成可能な広い面積を有するセラミックス材に、各パワーモジュール用基板の大きさに区画するように分割溝（スクライブライン）を設け、この分割溝に沿ってセラミックス材を分割することにより個片化し、１枚のセラミックス板から複数のパワーモジュール用基板を製造する方法が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、予めスクライブラインを形成したセラミックス母材（セラミックス板）にアルミニウム又は銅からなる金属板をろう付け接合した後、金属板をエッチングすることにより回路パターンを形成することが記載されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板（セラミックス板）とアルミニウムからなる金属板とを接合した後に、金属板をエッチングして回路パターンを形成し、その後、セラミックス基板の回路パターン間に溝（分割溝）を形成することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５‐１８５６０６号公報

【特許文献2】特開２０１０‐５０１６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように、複数のパワーモジュール用基板を形成可能な広い面積を有するセラミックス板を用いることで、一度に複数個のパワーモジュール用基板を製造でき、パワーモジュール用基板の生産性を向上できる。

【0006】

ところが、広い面積を有するセラミックス材を用いた複数個取りのパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミックス板に分割溝が形成されること、セラミックス板の表裏面に異なる厚みの金属板が接合されること等により、セラミックス板の表裏面に応力差が生じ、製造過程においてセラミックス板と金属板との接合体に反りが生じやすくなる。そして、接合体に反りが生じると、回路パターン形成時において、接合体を吸着固定する等して平坦化することが必要になったり、レジスト印刷におけるレジスト膜厚のムラ、レジストパターン形状の不良が生じたりして、回路パターンの位置ずれ、検査工程における検査精度の低下等の問題が生じやすくなる。

【0007】

また、パワーモジュール用基板を構成する回路層は、ヒートスプレッダ効果を高めるために厚みを比較的大きく（厚く）することが望ましいが、裏面側に配置される金属層（放熱層）は、パターン形成される回路層とのバランスを図り、全体の反りを低減するために、回路層よりも厚みを小さく（薄く）して形成される。ところが、回路パターンが形成される前においては、回路層側の金属板が金属層側の金属板よりも厚く形成されることで、反りが大きくなり、セラミックス基板が割れるおそれがある。この点、セラミックス基板に高強度の窒化珪素板（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いることで、回路層を構成する金属板を比較的厚く形成した接合体を製造することも可能となるが、接合体の反りは大きくなる。

【0008】

また、回路パターン等を形成する金属板には、導電性及び放熱性の観点ではアルミニウムよりも銅が適しているが、銅はアルミニウムよりも剛性が高いことから、銅を用いた接合体では、反りが生じた際に回路パターン形成時において平坦化することが難しく、回路パターンの精度低下を招きやすい。
また、パワーモジュール用基板の生産性向上のため、セラミックス板のサイズ（面積）をさらに大きくすることが求められており、製造過程におけるセラミックス板と銅板との接合体に生じる反りが増長され、さらなる回路パターンの精度低下が懸念される。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、生産性の高いパワーモジュール用基板の製造方法及び、反りを低減したセラミックス‐銅接合体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を分割するための分割溝を有するセラミックス板と、前記セラミックス板の一方の面に接合された回路層形成用銅層と、前記セラミックス板の他方の面に接合された金属層形成用銅層と、を有する接合体を形成する接合体形成工程と、前記接合体形成工程後に、前記接合体にエッチング処理を施し、前記分割溝により区画された前記セラミックス基板の各基板形成領域にパターン化された回路層と金属層とをそれぞれ形成するパターン形成工程と、前記パターン形成工程後に、前記セラミックス板を前記分割溝に沿って分割し、前記セラミックス基板と前記回路層と前記金属層とを有するパワーモジュール用基板を複数製造する分割工程と、を備え、前記接合体形成工程において、前記セラミックス板の一方の面に複数の第１銅板を並べて接合することにより複数の第１銅層からなる前記回路層形成用銅層を形成するとともに、前記セラミックス板の他方の面に前記第１銅板よりも平面積が大きく、前記第１銅板よりも厚みが小さく形成された第２銅板を、前記分割溝で区画された個々の前記基板形成領域のうち、少なくとも隣接する２つの前記基板形成領域を跨いで接合することにより、前記第１銅層の配置数よりも少ない配置数で構成された第２銅層からなる前記金属層形成用銅層を形成する。

【0011】

接合体形成工程では、セラミックス板の表裏面に厚みの異なる銅板を接合するが、厚みが大きく形成される回路層形成用銅層を複数に分けた第１銅層（第１銅板）により構成することで、厚みが小さく形成される金属層形成用銅層との組み合わせにおいて、セラミックス板の表裏面に生じる応力差を低減でき、セラミックス板と回路層形成用銅層（第１銅板）及び金属層形成用銅層（第２銅板）との接合体（セラミックス‐銅接合体）に生じる反りを低減できる。また、このように接合体に生じる反りを低減できるので、パターン形成工程において、レジスト膜厚のムラやレジストパターン形状の不良が生じにくく、個々の基板形成領域にパターン化された回路層と金属層とを高精度に形成できる。したがって、一度に複数個のパワーモジュール用基板を高精度に製造でき、パワーモジュール用基板の生産性を向上できる。

【0012】

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法の好適な実施態様として、前記第１銅層の厚みをｔ１、前記第１銅層と前記セラミックス板との接合面積をＡ１とし、前記第２銅層の厚みをｔ２、前記第２銅層と前記セラミックス板との接合面積をＡ２としたときに、前記接合面積Ａ１と前記接合面積Ａ２との面積比率（Ａ１／Ａ２）に前記厚みｔ１と前記厚みｔ２との厚み比率（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下であるとよい。

【0013】

各第１銅板の厚みｔ１及び接合面積Ａ１、第２銅板の厚みｔ２及び接合面積Ａ２を、上記関係とすることで、金属層形成用銅層の平面度が０．５ｍｍ以下という反りの小さな接合体を形成できる。したがって、パターン形成工程において、セラミックス基板の各基板形成領域に高精度にパターン化された回路層と金属層とを確実に形成できる。

【0014】

本発明のセラミックス‐銅接合体は、複数のセラミックス基板を分割するための分割溝を有するセラミックス板と、前記セラミックス板の一方の面に並べて接合された複数の第１銅層からなる回路層形成用銅層と、前記セラミックス板の他方の面に接合され、前記第１銅層よりも平面積が大きく、前記第１銅層よりも厚みが小さく形成され、前記第１銅層の配置数よりも少ない配置数で構成された第２銅層からなる金属層形成用銅層と、を有し、前記第２銅層が、前記分割溝で区画された個々の前記セラミックス基板の基板形成領域のうち、少なくとも隣接する２つの前記基板形成領域を跨いで形成されている。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、セラミックス板と銅板とのセラミックス‐銅接合体に生じる反りを低減できるので、セラミックス板の個々の基板形成領域にパターン化された回路層と金属層とを高精度に形成でき、パワーモジュール用基板の生産性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を工程順に示す縦断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフロー図である。

【図3】第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を適用して製造されるパワーモジュール用基板の構成を説明する図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が回路層側から視た上面図、（ｃ）が金属層側から視た下面図である。

【図4】セラミックス板に形成された分割溝を説明する平面図であり、（ａ）がセラミックス板の一方の面を表側に向けた図、（ｂ）がセラミックス板の他方の面を表側に向けた図を表す。

【図5】セラミックス‐銅接合体を説明する平面図であり、（ａ）がセラミックス板の一方の面を表側に向けた図、（ｂ）がセラミックス板の他方の面を表側に向けた図を示す。

【図6】パターン形成工程において形成された回路層及び金属層のパターンを説明する平面図であり、（ａ）がセラミックス板の一方の面を表側に向けた図、（ｂ）がセラミックス板の他方の面を表側に向けた図を示す。

【図7】第２実施形態のセラミックス‐銅接合体を示す平面図であり、セラミックス板の一方の面を表側に向けた図を示す。

【図8】第３実施形態のセラミックス‐銅接合体を示す平面図であり、（ａ）がセラミックス板の一方の面を表側に向けた図、（ｂ）がセラミックス板の他方の面を表側に向けた図を示す。

【図9】第４実施形態のセラミックス‐銅接合体を示す平面図であり、（ａ）がセラミックス板の一方の面を表側に向けた図、（ｂ）がセラミックス板の他方の面を表側に向けた図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法により製造されるパワーモジュール用基板１０を示す。このパワーモジュール用基板１０の表面（図３（ａ）では上面）に、半導体素子等の素子９１が搭載（実装）されることにより、図３（ａ）に示すように、パワーモジュール１０１が製造される。

【0018】

パワーモジュール用基板１０は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面（図３（ａ）において上面）に形成された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図３（ａ）において下面）に形成された金属層１３と、を備える。
セラミックス基板１１は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）等のセラミックス材料により形成される。

【0019】

回路層１２は、銅（銅又は銅合金）により形成され、これらの銅板をセラミックス基板１１の一方の面にろう付け等によって接合することにより形成されている。また、金属層１３は、回路層１２と同様に銅（銅又は銅合金）により形成され、これらの銅板をセラミックス基板１１の他方の面にろう付け等により接合することにより形成されている。
なお、図３（ｂ）に示すように、回路層１２は複数の小回路層１２１からなり、回路パターンが形成されている。このため、セラミックス基板１１と回路層１２との接合面積は、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面積と比較して、小さく設けられる。また、図３（ａ）に示すように、回路層１２の厚み（板厚）ｔ１１は、金属層１３の厚み（板厚）ｔ１２よりも大きく（厚く）設けられている。このように、パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１の両面に接合される回路層１２と金属層１３との熱伸縮差に伴う応力差が小さくなるように、回路層１２に対して金属層１３の形状が調整されている。

【0020】

パワーモジュール用基板１０の諸寸法について、一例を挙げると、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）からなるセラミックス基板１１の厚み（板厚）が０．１ｍｍ〜１．５ｍｍとされる。また、ＯＦＣ（純銅）からなる回路層１２の厚みｔ１１が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとされ、同じくＯＦＣからなる金属層１３の板厚ｔ１２が０．３５ｍｍ〜１．８ｍｍとされる。ただし、これらの寸法は、上記数値範囲に限られるものではない。

【0021】

なお、パワーモジュール用基板１０に実装される素子９１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、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の種々の半導体素子が選択される。この場合、素子９１は、図示を省略するが、上部に上部電極部が設けられ、下部に下部電極部が設けられており、下部電極部が回路層１２の上面にはんだ付け等により接合されることで、素子９１が回路層１２の上面に搭載されている。また、素子９１の上部電極部は、リードフレーム（図示略）等を介して回路層１２の回路電極部等に接続される。

【0022】

次に、パワーモジュール用基板１０を製造する方法について説明する。本実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法は、図２のフロー図に示されるように、複数の製造工程Ｓ１１〜Ｓ１３により構成される。図１には、本実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法の製造工程の一例を示す。以下、工程順に説明する。

【0023】

［接合体形成工程Ｓ１１］
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数のセラミックス基板１１を分割するための分割溝２１１ｖ，２１１ｈを有する大型のセラミックス板２１を用意する。図４（ａ）はセラミックス板２１の一方の面を表側に向けた平面図であり、図４（ｂ）はセラミックス板２１の他方の面を表側に向けた平面図である。図４（ａ）に示すように、分割溝２１１ｖ，２１１ｈは、少なくともセラミックス板２１の片面（一方の面）に形成される。なお、図４（ｂ）には、セラミックス板２１の一方の面に形成された分割溝２１１ｖ，２１１ｈを破線で示している。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、分割溝２１１ｖ，２１１ｈがセラミックス板２１の一方の面のみに形成されているが、分割溝２１１ｖ，２１１ｈは、セラミックス板２１の他方の面のみに形成してもよいし、一方の面と他方の面との両面に形成してもよい。

【0024】

このように、セラミックス板２１には、その表面に分割溝２１１ｖ，２１１ｈが形成されることにより、複数（図４では１２個）のセラミックス基板１１の基板形成領域２１２が区画されている。分割溝２１１ｖ，２１１ｈは、例えばレーザ加工やダイシング加工により、セラミックス板２１の表面を線状に除去することにより形成できる。なお、各分割溝２１１ｖ，２１１ｈは、図４（ａ）に示すように、セラミックス板２１の対向する辺同士を接続する直線で形成される。図４（ａ）では、セラミックス板２１に、長辺同士を接続する縦方向に引かれた分割溝２１１ｖが等間隔に４本、短辺同士を接続する横方向に引かれた分割溝２１１ｈが等間隔に５本、形成されており、これらの９本の分割溝２１１ｖ，２１１ｈにより、セラミックス基板１１の外形形状の大きさに区画された基板形成領域２１２が縦に４個、横に３個、合計１２個、整列して形成されている。なお、セラミックス板２１の周縁部には、１２個の基板形成領域２１２を囲むようにして小面積の余白領域２１３が区画されている。余白領域２１３は、セラミックス基板１１として使用されず、後の分割工程Ｓ１３において除去される。

【0025】

そして、接合体形成工程Ｓ１１では、このように構成されたセラミックス板２１の一方の面に、図５（ａ）に示すように回路層形成用銅層３１を形成し、セラミックス板２１の他方の面に、図５（ｂ）に示すように金属層形成用銅層３２を形成することにより、セラミックス板２１と回路層形成用銅層３１と金属層形成用銅層３２とを有するセラミックス‐銅接合体３０（以下、接合体３０と省略する。）を形成する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、セラミックス板２１の一方の面に複数（図示例では３個）の第１銅板３０１，３０２を均等に接合することにより、複数の第１銅層３１１，３１２からなる回路層形成用銅層３１を形成する。また、同様に、セラミックス板２１の他方の面に第２銅板３０３を接合することにより、第１銅層３１１，３１２の配置数よりも少ない配置数で構成された第２銅層３２１からなる金属層形成用銅層３２を形成する。これらの第１銅板３０１，３０２、第２銅板３０３及びセラミックス板２１の接合は、例えばＡｇ‐Ｃｕ‐Ｔｉ系ろう材等のろう接合材（図示略）を用いて行われる。なお、ろう接合材は、予め第１銅板３０１，３０２及び第２銅板３０３の各接合面に塗布しておくことで、容易に取り扱うことができる。

【0026】

第１銅板３０１，３０２と第２銅板３０３とは、例えばプレス加工により銅又は銅合金からなる板材を打ち抜くことで、それぞれ所望の外形形状に形成される。本実施形態では、第１銅板３０１，３０２は全部で３枚設けられ、各第１銅板３０１，３０２の平面積が、それぞれセラミックス板２１の縦方向に並んだ４個の基板形成領域２１２を合わせた平面積よりも大きく、縦方向の両端部が上下の余白領域２１３に跨る大きさの矩形板状に形成されている。このうち、図１（ａ）において左右（幅方向の両側）に配置される第１銅板３０２は、中央に配置される第１銅板３０１よりも左右（横方向）に大きく形成されており、セラミックス板２１の周縁部に配置される余白領域２１３に跨る大きさに形成されている。

【0027】

一方、第２銅板３０３は１枚設けられ、第２銅板３０３の平面積は、セラミックス板２１の縦横に並んだ１２個の基板形成領域２１２を合わせた平面積よりも大きく、これらの基板形成領域２１２を囲む余白領域２１３に跨る大きさに形成されている。そして、第２銅板３０３は、各第１銅板３０１，３０２の個々の平面積よりも平面積が大きく、第１銅板３０１，３０２よりも厚みが小さく（薄く）形成される。また、第２銅板３０３の平面積は、３枚の第１銅板３０１，３０２の平面積を合計した総面積よりも、大きく形成される。

【0028】

この場合において、第１銅層３１１，３１２となる各第１銅板３０１，３０２の厚み（板厚）をｔ１、第１銅板３０１，３０２の接合面の平面積（接合面積）をＡ１とし、第２銅層３２１となる第２銅板３０３の厚み（板厚）をｔ２、第２銅板３０３の接合面の平面積（接合面積）をＡ２としたときに、各第１銅板３０１，３０２の厚みｔ１及び接合面積Ａ１、第２銅板３０３の厚みｔ２及び接合面積Ａ２を、接合面積Ａ１と接合面積Ａ２との面積比率（Ａ１／Ａ２）に厚み比率（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下となる関係に調整することが望ましい。このように各銅板３０１，３０２，３０３を調整することにより、金属層形成用銅層３２の平面度を０．５ｍｍ以下とする反りの小さな接合体３０を形成できる。また、この場合において、各第１銅板３０１，３０２の接合面積Ａ１と第２銅板３０３の接合面積Ａ２との面積比率（Ａ１／Ａ２）は、０．５未満であることが望ましい。なお、各第１銅板３０１，３０２の厚みｔ１と第２銅板３０３の厚みｔ２との厚み比率（ｔ１／ｔ２）は、厚みｔ２が厚みｔ１よりも小さく（薄く）形成されていることから、１．０を超える値となる。

【0029】

なお、回路層形成用銅層３１を構成する各第１銅層３１１，３１２は、各第１銅板３０１，３０２をセラミックス板２１に接合することで形成されることから、第１銅層３１１，３１２は第１銅板３０１，３０２の厚みｔ１とほぼ同じ厚みとなり、第１銅層３１１，３１２とセラミックス板２１との接合面積も、各第１銅板３０１，３０２の接合面の平面積Ａ１と同じ大きさとなる。また同様に、第２銅層３２１は第２銅板３０３をセラミックス板２１に接合することで形成されることから、第２銅層３２１は第２銅板３０３の厚みｔ２とほぼ同じ厚みとなり、第２銅層３２１とセラミックス板２１との接合面積も、第２銅板３０３の接合面の平面積Ａ２と同じ大きさとなる。したがって、本実施形態では、第１銅層３１１，３１２の厚みを第１銅板３０１，３０２と同一の厚みｔ１として取り扱うとともに、第１銅層３１１，３１２の接合面積を第１銅板３０１，３０２の接合面の平面積と同一の面積Ａ１として取り扱う。また同様に、第２銅層３２１の厚みを第２銅板３０３と同一の厚みｔ２として取り扱うとともに、第２銅層３２１の接合面積を第２銅板３０３の接合面の平面積と同一の面積Ａ２として取り扱う。

【0030】

なお、本実施形態では、セラミックス板２１の中央と左右とに配設される第１銅板３０１，３０２が異なる平面積Ａ１を有する銅板で形成されている。このため、セラミックス板２１の中央に配設される第１銅板３０１と、セラミックス板２１の左右に配設される第１銅板３０２とのそれぞれにおいて、第２銅板３０３との関係を調整する。すなわち、セラミックス板２１を介して対向する位置関係にある中央の第１銅板３０１と第２銅板３０３、左右の各第１銅板３０２と第２銅板３０３、との関係で調整する。このようにセラミックス板２１を介して対向する位置に配置された第１銅板３０１，３０２と第２銅板３０３との関係をそれぞれ考慮することにより、セラミックス板２１の局部に接合される各銅層３１１，３１２，３２１の組み合わせにおいて、セラミックス板２１を中心とした対称構造を円滑に構成でき、接合体３０に生じる反りを低減できる。したがって、個々の第１銅板３０１，３０２（第１銅層３１１，３１２）の厚みｔ１及び接合面積Ａ１は、必ずしも同一でなくてもよく、対向する第２銅板３０３（第２銅層３２１）との関係において、｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下の範囲内となる関係に調整すればよい。

【0031】

例えば、各第１銅板３０１，３０２の厚みｔ１が０．８ｍｍで、セラミックス板２１の中央に配設される第１銅板３０１の平面積（接合面積）Ａ１が（８４ｍｍ×６４．５ｍｍ）で、セラミックス板２１の左右に配設される各第１銅板３０２の平面積（接合面積）Ａ１が（８４ｍｍ×６４．５ｍｍ）の矩形板状に形成され、第２銅板３０３の厚みｔ２が０．７ｍｍ、平面積（接合面積）Ａ２が（１７１ｍｍ×１２６ｍｍ）の矩形板状に形成される場合を考える。この場合、セラミックス板２１の中央に配設される第１銅板３０１と、この第１銅板３０１にセラミックス板２１を介して対向して配設される第２銅板３０３との関係は、厚み比率（ｔ１／ｔ２）＝１．１４、面積比率（Ａ１／Ａ２）＝０．２４、関係式｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝＝０．２７となる。一方、セラミックス板２１の左右に配設される各第１銅板３０２と、各第１銅板３０２にセラミックス板２１を介して対向して配設される第２銅板３０３との関係は、厚み比率（ｔ１／ｔ２）＝１．１４、面積比率（Ａ１／Ａ２）＝０．２４、関係式｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝＝０．２７となる。

【0032】

各第１銅板３０１，３０１とセラミックス板２１、第２銅板３０３とセラミックス板２１とを接合するには、図１（ａ）に示すように、各第１銅板３０１，３０２を、ろう接合材（図示略）を介してセラミックス板２１の一方の面に重ねて配置する。また、同様に、第２銅板３０３を、ろう接合材（図示略）を介してセラミックス板２１の他方の面に重ねて配置する。この際、各第１銅板３０１，３０２は、セラミックス板２１に縦方向に引かれた４本の分割溝２１１ｖのうち中央の２本を露出させるようにして、この２本の分割溝２１１ｖを避けて配置する。これにより、パターン形成工程Ｓ１２において形成される回路層１２を含む位置に、確実に各第１銅板３０１，３０２を接合できる。また、３枚の第１銅板３０１，３０２を、図１（ａ）に示すように、左右対称に配置することで、セラミックス板２１の一方の面に均等に並べて配置する。

【0033】

第２銅板３０３は、セラミックス板２１の他方の面の中心位置と、第２銅板３０３の接合面の中心位置とを重ねて、セラミックス板２１に区画された１２個全ての基板形成領域２１２を跨いで配置する。また、第２銅板３０３は、セラミックス板２１の他方の面を均等に覆うように配置する。なお、第２銅板３０３は、セラミックス板２１を介して３枚の第１銅板３０１，３０２と重なる位置に配置される。

【0034】

この状態で、第１銅板３０１，３０２、セラミックス板２１、第２銅板３０３の積層体を、図１（ｂ）に白抜き矢印で示すように、これらの積層方向に荷重をかけて加圧した状態のまま加熱する。これにより、各第１銅板３０１，３０２をセラミックス板２１の一方の面に接合して３個の第１銅層３１１，３１２からなる回路層形成用銅層３１を形成する。また同時に、第２銅板３０３をセラミックス板２１の他方の面に接合して１個の第２銅層３２１からなる金属層形成用銅層３２を形成する。これにより、図１（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、セラミックス板２１と、回路層形成用銅層３１と、金属層形成用銅層３２とを有する接合体３０が形成される。

【0035】

このように、接合体形成工程Ｓ１１では、セラミックス板２１の表裏面（一方の面及び他方の面）のそれぞれに厚みの異なる第１銅板３０１，３０２と第２銅板３０３とを接合することで、セラミックス板２１の一方の面に厚みが大きく（厚く）形成される回路層形成用銅層３１が形成され、セラミックス板２１の他方の面に回路層形成用銅層３１よりも厚みが小さく（薄く）形成される金属層形成用銅層３２が形成される。そして、接合体３０は、厚みが大きく形成される回路層形成用銅層３１を複数に分けた第１銅層３１１，３１２により構成し、厚みが小さく形成される金属層形成用銅層３２を第１銅層３１１，３１２の配置数よりも少ない配置数の第２銅層３２１で構成しているので、セラミックス板２１の表裏面に接合される各銅層３１１，３１２，３２１の組み合わせにおいて、セラミックス板２１を中心とした対称構造を構成できる。これにより、セラミックス板２１の表裏面に生じる応力差を低減でき、接合体３０に生じる反りを低減できる。

【0036】

［パターン形成工程Ｓ１２］
接合体形成工程Ｓ１１後に、接合体３０にエッチング処理を施し、図１（ｃ）に示すように、セラミックス板２１の各基板形成領域２１２にパターン化された回路層１２と金属層１３とをそれぞれ形成する。エッチング処理は公知の方法により行うことができる。例えば、レジストの塗布やマスキングテープの塗布等のマスキング作業を施した後、マスキングされていない銅層が露出した部分に塩化第二鉄等のエッチング液を接触させ、除去することにより、パターニングする。

【0037】

この場合、セラミックス板２１の一方の面に配設される第１銅層３１１，３１２からなる回路層形成用銅層３１をパターニングすることにより、図６（ａ）に示すように、各基板形成領域２１２に独立した複数の小回路層１２１からなる回路層１２を形成する。また、セラミックス板２１の他方の面に配設される第２銅層３２１からなる金属層形成用銅層３２をパターンニングすることにより、図６（ｂ）に示すように、各基板形成領域２１２に独立した１つの金属層１３を形成する。そして、パターン形成工程Ｓ１２では、分割溝２１１ｖ，２１１ｈ上に重なって形成された各銅層３１１，３１２，３２１の一部分が除去されることで、分割溝２１１ｖ，２１１ｈの全体が露出される。

【0038】

前述したように、接合体形成工程Ｓ１１において形成した接合体３０は反りが低減されているので、パターン形成工程Ｓ１２において、レジスト膜厚やレジストパターン形状の不良が生じにくい。このため、個々の基板形成領域２１２にパターン化された回路層１２と金属層１３とを高精度に形成できる。

【0039】

［分割工程Ｓ１３］
パターン形成工程Ｓ１２後に、図１（ｄ）に示すように、セラミックス板２１を分割溝２１１ｖ，２１１ｈに沿って分割することにより各基板形成領域２１２を個片化するとともに、各余白領域２１３を基板形成領域２１２から切り離す。そして、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２と金属層１３とを有するパワーモジュール用基板１０を複数（１２個）製造する。

【0040】

このように、本実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法では、接合体形成工程Ｓ１１において、大判のセラミックス板２１の表裏面に異なる厚みの第１銅板３０１，３０２と第２銅板３０３とを接合するが、厚みが大きく形成される回路層形成用銅層３１を複数に分けた第１銅層３１１，３１２（第１銅板３０１，３０２）により構成することで、厚みが小さく形成される金属層形成用銅層３２（第２銅板３０３）との組み合わせにおいて、セラミックス板２１の表裏面に生じる応力差を低減でき、セラミックス板２１と回路層形成用銅層３１及び金属層形成用銅層３２との接合体３０に生じる反りを低減できる。

【0041】

また、各第１銅層３１１，３１２の厚みｔ１及び接合面積Ａ１、第２銅層３２１の厚みｔ２及び接合面積Ａ２を、面積比率（Ａ１／Ａ２）に厚み比率（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下となる関係に調整することにより、金属層形成用銅層３２の平面度を０．５ｍｍ以下とする反りの小さな接合体３０を形成できる。

【0042】

このように接合体３０に生じる反りを低減できるので、パターン形成工程Ｓ１２において、レジスト膜厚のムラやレジストパターン形状の不良が生じにくく、個々の基板形成領域２１２にパターン化された回路層１２と金属層１３とを高精度に形成できる。したがって、一度に複数個のパワーモジュール用基板１０を高精度に製造でき、パワーモジュール用基板１０の生産性を向上できる。

【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、第１実施形態では、接合体形成工程Ｓ１１において、３枚の第１銅板３０１，３０２を、中央の第１銅板３０１と左右の第１銅板３０２とで異なる形状で形成したが、図７に示す第２実施形態の接合体４１のように、３枚の第１銅板を全て同形状に形成して、同形状の第１銅層３１３を有する回路層形成用銅層３３を構成してもよい。また、各第１銅層３１３の間にセラミックス板２１の分割溝２１１ｖを露出させることは必須ではなく、パターン形成工程Ｓ１２において形成される回路層１２のパターン形状に合わせて、すなわち回路層１２が確実に含まれる位置に各第１銅層３１３を接合すればよい。

【0044】

また、回路層形成用銅層を構成する第１銅層の配置数は３個に限られるものではない。例えば、図８（ａ）に示すように第１銅層３１４を上下２個に分けた構成も可能である。この場合、図８（ｂ）に示すように、第２銅層３２１の配置数は第１銅層３１４の配置数よりも少ない、１個で構成する。この場合においても、第１銅層３１４の厚みｔ１及び接合面積Ａ１と第２銅層３２１の厚みｔ２及び接合面積Ａ２を調整することにより、セラミックス板２１を中心とした対称構造を構成できるので、接合体４２の反りを低減できる。

【0045】

なお、第１銅層の配置数は２個又は３個に限定されるものではなく、図９（ａ）に示すように第１銅層３１５，３１６の配置数を６個とし、３個を超える配置数の回路層形成用銅層３５により接合体４３を構成することも可能である。また、金属層形成用銅層を構成する第２銅層の配置数も１個に限定されるものではなく、図９（ｂ）に示すように、第２銅層３２２の配置数を２個とする等、第１銅層３１５，３１６の配置数よりも少ない配置数の複数の第２銅層３２２により金属層形成用銅層３６を構成できる。

【実施例】

【0046】

以下、本発明の効果を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0047】

発明例１〜８及び比較例１の試料を構成する部材には、板厚０．３２ｍｍのＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス板と、ＯＦＣ（純銅）からなる第１銅板及び第２銅板とを用意した。
セラミックス板は、縦１９０．８ｍｍ×横１３８ｍｍ（発明例１，４，６、比較例１）と、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍ（発明例２，３，５，７，８）との、２種類の平面サイズのものを用意した。また、回路層形成用銅層と金属層形成用銅層との組み合わせによる接合体に生じる反りを正確に評価するため、各セラミックス板には分割溝を形成せずに、平板状のものを用いた。

【0048】

第１銅層となる第１銅板と第２銅層となる第２銅板は、表１に示す平面サイズ（縦、横）、厚みｔ１，ｔ２のものを、表１に示す配置数だけ用意した。そして、これらを第１実施形態で述べた製造方法により接合し、セラミックス板と銅層（回路層形成用銅層及び金属層形成用銅層）とを有する接合体（セラミックス‐銅接合体）の試料を作製した。なお、各第１銅板と第２銅板とは、それぞれセラミックス板の接合面において、上下対称及び左右対称となるように並べて整列させ、均等に配置した。また、表１の「ａ×ｂ」は、面積比率ａ＝（Ａ１／Ａ２）に厚み比率ｂ＝（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝の値を示す。そして、得られた各試料につき、接合後の常温（２５℃）における平面度を測定した。平面度は、金属層形成用銅層の表面における平面度をモアレ式三次元形状測定機で測定した。表２に結果を示す。

【0049】

【表1】

【0050】

【表2】

【0051】

表２の結果からわかるように、大判のセラミックス板の表裏面に異なる厚みの銅板を接合しても、厚みが大きく形成される回路層形成用銅層を複数に分けた第１銅層により構成し、厚みが小さく形成される金属層形成用銅層を第１銅層の配置数よりも少なくした第２銅層の組み合わせにより構成することで、回路層形成用銅層と金属層形成用銅層とに同じ平面サイズの１個の銅板を組み合わせた比較例１と比較して、セラミックス板と回路層形成用銅層及び金属層形成用銅層との接合体に生じる反りを低減できる。また、発明例１〜７の結果からわかるように、各第１銅層の厚みｔ１及び接合面積Ａ１、第２銅層の厚みｔ２及び接合面積Ａ２の関係を、面積比率（Ａ１／Ａ２）に厚み比率（ｔ１／ｔ２）を乗じた｛（Ａ１／Ａ２）×（ｔ１／ｔ２）｝が０．０８０以上０．６００以下となる関係に調整することにより、金属層形成用銅層の平面度を０．５ｍｍ以下とする反りの小さな接合体を形成できる。

【符号の説明】

【0052】

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
２１ セラミックス板
３０，４１，４２，４３ 接合体（セラミックス‐銅接合体）
３１，３３，３５ 回路層形成用銅層
３２，３６ 金属層形成用銅層
９１ 素子
１０１ パワーモジュール
１２１ 小回路層
２１１ｖ，２１１ｈ 分割溝
２１２ 基板形成領域
２１３ 余白領域
３０１，３０２ 第１銅板
３０３ 第２銅板
３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６ 第１銅層
３２１，３２２ 第２銅層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】