7054073 ヒートシンク付き絶縁回路基板

(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】

(24)【登録日】2022-04-05

(45)【発行日】2022-04-13

(54)【発明の名称】ヒートシンク付き絶縁回路基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20220406BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20220406BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20220406BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H01L23/12 J

H05K1/02 F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020510020

(86)(22)【出願日】2019-03-25

(86)【国際出願番号】 JP2019012325

(87)【国際公開番号】W WO2019188884

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-09-17

(31)【優先権主張番号】P 2018059658

(32)【優先日】2018-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】湯本 遼平

(72)【発明者】

【氏名】大開 智哉

(72)【発明者】

【氏名】北原 丈嗣

(72)【発明者】

【氏名】長友 義幸

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０９４８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０７６２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４７２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１３５７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４３３４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２－２３／１５

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３－２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７－２３／４７３

Ｈ０５Ｋ １／００－１／０２

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス基板、前記セラミックス基板の一方の面に接合された回路層、および前記セラミックス基板の他方の面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層を備える絶縁回路基板と；前記金属層に接合されたヒートシンクと；を備えるヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記ヒートシンクは、前記金属層に接合された銅又は銅合金からなる厚さＴ１の第１金属層と、前記第１金属層の前記金属層とは反対側の面に接合されたセラミックス板材と、前記セラミックス板材の前記第１金属層とは反対側の面に接合された銅又は銅合金からなる厚さＴ２の第２金属層と、を有し、
前記第１金属層の前記厚さＴ１は０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、厚さ比率Ｔ１／Ｔ２が１．０以上であり、
前記ヒートシンクにおける前記セラミックス板材の平面サイズが、前記絶縁回路基板における前記セラミックス基板の平面サイズより大きいことを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。

【請求項2】

前記厚さ比率Ｔ１／Ｔ２が１０．０以下であることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。

【請求項3】

前記第２金属層の前記厚さＴ２が０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。

【請求項4】

前記回路層は、アルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、
前記セラミックス基板は、窒化アルミニウムにより構成され、
前記セラミックス板材は、窒化珪素により構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。

【請求項5】

前記金属層と前記第１金属層とは、固相拡散接合していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板。

【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パワーモジュール用基板等の絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板に関する。本願は、２０１８年３月２７日に出願された特願２０１８－５９６５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に回路層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ヒートシンクが接合されたヒートシンク付絶縁回路基板が知られている。

【0003】

例えば特許文献１に開示されているヒートシンク付絶縁回路基板は、セラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に純アルミニウム板、アルミニウム合金板、純銅板、銅合金板等のいずれかからなる回路層が接合され、絶縁層の他方の面に純アルミニウム又はアルミニウム合金の金属板からなる金属層が接合され、この金属層に、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたヒートシンクが銅層を介して接合されている。この場合、絶縁層と金属層とはろう材を用いて接合され、金属層とヒートシンクとは、その間に介在した銅層との間で固相拡散接合されている。

【0004】

このようなヒートシンク付き絶縁回路基板において、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よる反りが発生するおそれがある。そのような反りを防止するため、ヒートシンクの材料として、特許文献２に開示される多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸させてなる低膨張係数の複合体を用いることが考えられる。

【0005】

特許文献３は、第１のセラミックス基板の一方の面に第１の金属板が接合され、第１のセラミックス基板の他方の面と第２のセラミックス基板の一方の面に第２の金属板が接合され、第２のセラミックス基板の他方の面に複数のフィンを有する板状の放熱部材が接合されてなる金属－セラミックス接合基板（ヒートシンク付き絶縁回路基板）を開示している。この金属－セラミックス接合基板は、第１のセラミックス基板および第２のセラミックス基板をカーボン製の鋳型内に間隔を開けて配置し、アルミニウム合金溶湯を鋳型に流し込んで冷却、固化させることにより形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１４－６０２１５号公報

【文献】特開２０００－２８１４６５号公報

【文献】特開２０１７－２１２３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献３に開示されている金属－セラミックス接合基板は、２枚のセラミックス基板を鋳型内に間隔を開けて配置して、溶融状態のアルミニウム合金を鋳型に流し込むことにより製造されるため、全ての金属板、放熱部材およびフィンが同じアルミニウム合金となる。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、絶縁回路基板の金属層と異なる組成の金属からなるヒートシンクが接合されてなるヒートシンク付絶縁回路基板の反りを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板は、セラミックス基板、前記セラミックス基板の一方の面に接合された回路層、および前記セラミックス基板の他方の面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層を備える絶縁回路基板と；前記金属層に接合されたヒートシンクと；を備え、前記ヒートシンクは、前記金属層に接合された銅又は銅合金からなる厚さＴ１の第１金属層と、前記第１金属層の前記金属層とは反対側の面に接合されたセラミックス板材と、前記セラミックス板材の前記第１金属層とは反対側の面に接合された銅又は銅合金からなる厚さＴ２の第２金属層と、を有し、前記第１金属層の前記厚さＴ１は０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、厚さ比率Ｔ１／Ｔ２が１．０以上であり、前記ヒートシンクにおける前記セラミックス板材の平面サイズが、前記絶縁回路基板における前記セラミックス基板の平面サイズより大きい。

【0010】

本発明では、ヒートシンクが絶縁回路基板の金属層に接合された第１金属層と、前記第１金属層に接合されたセラミックス板材と、前記セラミックス板材に接合された第２金属層とにより構成されている。すなわち、銅又は銅合金からなる第１金属層と第２金属層との内側にセラミックス板材が内蔵されているので、このヒートシンクの線膨張係数を小さくでき、絶縁回路基板との線膨張差を小さくできる。これにより、ヒートシンク付き絶縁回路基板の高温時と低温時との反り変化量を抑制できる。

【0011】

また、第１金属層の厚さＴ１を０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下としたのは、第１金属層の厚さＴ１が０．３ｍｍ未満であるとヒートシンクの放熱効果が低下する可能性があり、厚さＴ１が３．０ｍｍを超えると、銅又は銅合金からなる第１金属層の膨張の影響が大きくなり、セラミックス板材との接合体（ヒートシンク）の線膨張が増大するため、絶縁回路基板とヒートシンクとの接合体であるヒートシンク付き絶縁回路基板の反りが増大するからである。また、第１金属層の厚さＴ１が第２金属層の厚さＴ１未満となると、ヒートシンク付き絶縁回路基板の加熱時に絶縁回路側に凸状に反る可能性があるから、Ｔ１／Ｔ２を１．０以上とする。

【0012】

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記厚さ比率Ｔ１／Ｔ２が１０．０以下であるとよい。

【0013】

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記第２金属層の前記厚さＴ２が０．３以上であるとよい。

【0014】

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記回路層はアルミニウム又はアルミニウム合金により構成され、前記セラミックス基板は窒化アルミニウムにより構成され、前記セラミックス板材は窒化珪素により構成されているとよい。

【0015】

本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記金属層と前記第１金属層とは、固相拡散接合しているとよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、金属層を有する絶縁回路基板と、絶縁回路基板の金属層とは異なる組成の金属層を有するヒートシンクとが接合されてなるヒートシンク付絶縁回路基板の反りを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係るヒートシンク付き絶縁回路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】上記実施形態におけるヒートシンク付き絶縁回路基板を回路層側から見た平面図である。

【図3A】図１に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。

【図3B】図１に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。

【図3C】図１に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

［絶縁回路基板の概略構成］
本発明に係るヒートシンク付き絶縁回路基板１００は、図１に示すように、絶縁回路基板１にヒートシンク２が接合されてなり、例えば、パワーモジュール用基板として用いられる。このヒートシンク付き絶縁回路基板１００の表面（上面）には、図１の二点鎖線で示すように、素子３０が搭載されパワーモジュールとなる。

【0020】

この素子３０は、半導体を備えた電子部品であり、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３０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３１等により接合されることで、素子３０が回路層１２の上面に搭載される。また、素子３０の上部電極部は、はんだ等で接合されたリードフレーム等を介して回路層１２の回路電極部等に接続され、パワーモジュールが製造される。

【0021】

［絶縁回路基板の構成］
絶縁回路基板１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に接合された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に接合された金属層１３とを備える。

【0022】

セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３の間の電気的接続を防止する矩形板状の絶縁基板であって、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア強化アルミナ基板等により形成され、その厚さは０．２ｍｍ～１．２ｍｍである。なお、セラミックス基板１１の両面に接合される回路層１２及び金属層１３がいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合には、窒化アルミニウムにより構成されることが好ましい。

【0023】

また、セラミックス基板１１の平面サイズは、特に限定されないが、本実施形態では４０ｍｍ～１４０ｍｍ×４０ｍｍ～１００ｍｍに設定されている。

【0024】

回路層１２は、セラミックス基板１１の上面（表面）に接合され、純度９９質量％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、その厚さは、例えば０．２ｍｍ以上０．９ｍｍである。

【0025】

また、回路層１２の平面サイズはセラミックス基板１１よりも小さく、特に限定されないが、本実施形態では３６ｍｍ～１３６ｍｍ×３６ｍｍ～９６ｍｍに設定されている。

【0026】

金属層１３は、セラミックス基板１１の下面（裏面）に接合され、純度９９質量％以上の純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。その厚さは、例えば０．２ｍｍ～０．９ｍｍである。

【0027】

また、金属層１３の平面サイズはセラミックス基板１１よりも小さく、特に限定されないが、本実施形態では３６ｍｍ～１３６ｍｍ×３６ｍｍ～９６ｍｍで回路層１２と同じに設定されている。なお、回路層１２及び金属層１３は、同じ組成で、かつ、同じ厚さ、大きさであることが好ましい。

【0028】

［ヒートシンクの構成］
ヒートシンク２は、絶縁回路基板１に接合されて、前記絶縁回路基板１から伝達された熱を放熱する。このヒートシンク２は、絶縁回路基板１の金属層１３に接合された第１金属層２１と、第１金属層２１の下面（裏面）に接合されたセラミックス板材２３と、セラミックス板材２３の下面（裏面）に接合された第２金属層２２とからなる。

【0029】

第１金属層２１は、銅又は銅合金からなり、その厚さＴ１は０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されている。また、第２金属層２２は、銅又は銅合金からなり、その厚さＴ２は０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されている。

【0030】

なお、第１金属層２１の厚さが０．３ｍｍ未満であるとヒートシンク２の放熱効果が低下する可能性があり、３．０ｍｍを超えると、セラミックス板材２３との接合体（ヒートシンク２）の線膨張が増大するため、絶縁回路基板１とヒートシンク２との接合体であるヒートシンク付き絶縁回路基板１００の反りが増大する。また、第１金属層２１の厚さが第２金属層２２の厚さよりも小さいと、ヒートシンク２が加熱時に第１金属層２１側に凸状に反る可能性がある。このため、第１金属層２１の厚さＴ１は、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、かつ第２金属層２２の厚さＴ２以上に（第２金属層２２の厚さＴ２と等しいか、厚さＴ２より厚く）設定されている。

【0031】

また、第１金属層２１の厚さＴ１と第２金属層２２の厚さＴ２との厚さ比率Ｔ１／Ｔ２は１．０以上であり、１０．０以下であることが好ましい。

【0032】

セラミックス板材２３は、ヒートシンク２と絶縁回路基板１との線膨張差を低減させるために設けられており、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア強化アルミナ基板等により形成され、その厚さＴ３は、０．２ｍｍ～１．２ｍｍに設定されている。

【0033】

また、第１金属層２１、第２金属層２２及びセラミックス板材２３の平面サイズはセラミックス基板１１よりも大きく、特に限定されないが、いずれも同じ大きさに設定され、例えば、５０ｍｍ～１８０ｍｍ×６０ｍｍ～１４０ｍｍに設定されている。なお、セラミックス板材２３は、その両面に銅又は銅合金からなる第１金属層２１及び第２金属層２２が接合されるため、窒化珪素により構成されることがより好ましい。

【0034】

ヒートシンク付き絶縁回路基板１００を回路層１２側から見た場合、図２に示すように、回路層１２よりもセラミックス基板１１が大きく、セラミックス基板１１よりもヒートシンク２（第１金属層２１，第２金属層２２およびセラミックス板材２３）が大きい。

【0035】

以上説明したように、ヒートシンク２は、銅又は銅合金からなる第１金属層２１と第２金属層２２との内側にセラミックス板材２３が内蔵された構成となっている。

【0036】

［ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法］
次に、本実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板１００の製造方法について説明する。

【0037】

ヒートシンク付き絶縁回路基板１００の製造方法は、図３Ａ～３Ｃに示すように、セラミックス基板１１に純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０を接合する絶縁回路基板製造工程（図３Ａ）と、セラミックス板材２３に銅又は銅合金からなる第１金属層用金属板２１０及び第２金属層用金属板２２０を接合するヒートシンク製造工程（図３Ｂ）と、絶縁回路基板１とヒートシンク２とを接合する接合工程（図３Ｃ）と、を有する。以下、この工程順に説明する。

【0038】

（絶縁回路基板製造工程）
まず、図３Ａに示すように、セラミックス基板１１に回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０をそれぞれＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス基板１１の表面（上面）及び裏面（下面）に、それぞれＡｌ－Ｓｉ系のろう材箔１４を介在させて回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、積層方向に荷重をかけながら真空中で加熱することにより、セラミックス基板１１と回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０を接合する。これにより、セラミックス基板１１の表面（上面）に回路層１２が接合部（ろう付け部）を介して接合され、裏面（下面）に金属層１３が接合部（ろう付け部）を介して接合された絶縁回路基板１が形成される。

【0039】

なお、積層方向への加圧力は０．３ＭＰａ～１．５ＭＰａ、加熱温度は６３０℃以上６５５℃以下とするとよい。また、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材箔は、厚さ５μｍ～１５μｍであるとよい。さらに、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材の他、Ａｌ－Ｇｅ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材を用いることもできる。

【0040】

（ヒートシンク製造工程）
次に、図３Ｂに示すように、厚さＴ３が０．２ｍｍ～１．２ｍｍのセラミックス板材２３に厚さＴ１が０．３ｍｍ～３．０ｍｍの第１金属層用金属板２１０及び厚さＴ２が０．３ｍｍ～３．０ｍｍかつＴ１以下の第２金属層用金属板２２０をそれぞれＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系のろう材を用いて接合する。具体的には、セラミックス板材２３の表面（上面）及び裏面（下面）に、それぞれＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系のろう材箔１４を介在させて第１金属層用金属板２１０及び第２金属層用金属板２２０を積層し、これらの積層体をカーボン板により挟持し、積層方向に荷重をかけながら真空中で加熱することにより、セラミックス板材２３と第１金属層用金属板２１０及び第２金属層用金属板２２０を接合する。これにより、セラミックス板材２３の表面（上面）に厚さＴ１が０．３ｍｍ～３．０ｍｍの第１金属層２１が接合部（ろう付け部）を介して接合され、裏面（下面）に厚さＴ２が０．３ｍｍ～３．０ｍｍで、かつ第１金属層２１の厚さＴ１以下の第２金属層２２が接合部（ろう付け部）を介して接合されたヒートシンク２が形成される。

【0041】

また、積層方向への加圧力は０．１ＭＰａ～１．０ＭＰａ、加熱温度は８００℃～９３０℃とするとよい。また、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材箔は、厚さ５μｍ～１５μｍであるとよい。さらに、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材の他、Ｃｕ－Ｐ系ろう材を用いることもできる。

【0042】

（接合工程）
そして、絶縁回路基板１とヒートシンク２とを固相拡散接合する。具体的には、図３Ｃに示すように、絶縁回路基板１の金属層１３をヒートシンク２上に積層し、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下で接合温度に加熱することにより、金属層１３とヒートシンク２を固相拡散接合する。この場合の加圧力としては例えば０．５ＭＰａ～２．０ＭＰａ、加熱温度としては５００℃～５４０℃とされ、この加圧及び加熱状態を３０分～１２０分保持する。これにより、金属層１３とヒートシンク２とが接合され、図１に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板１００が得られる。

【0043】

なお、本実施形態においては、金属層１３の接合面及びヒートシンク２の接合面は、予め傷が除去されて平滑にされた後に固相拡散接合される。

【0044】

ここで、ヒートシンクが銅又は銅合金の一枚板にて構成されている場合、絶縁回路基板１のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層１３との線膨張差が大きいため、高温時の膨張率や低温時の収縮率が異なり、ヒートシンク付き絶縁回路基板１００の反りが大きくなる。

【0045】

これに対し、本実施形態では、絶縁回路基板１の金属層１３に接合された第１金属層２１と、前記第１金属層２１に接合されたセラミックス板材２３と、前記セラミックス板材２３に接合された第２金属層２２とによりヒートシンク２が構成されている。すなわち、銅又は銅合金からなる第１金属層２１と第２金属層２２との内側にセラミックス板材２３が内蔵されているので、このヒートシンク２の線膨張係数を小さくでき、絶縁回路基板１との線膨張差を小さくできる。

【0046】

また、第１金属層２１の厚さＴ１が０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、かつ第２金属層２２の厚さＴ２以上（Ｔ１≧Ｔ２）であるので、ヒートシンク２の放熱効果を維持しつつ、ヒートシンク２の反りを抑制でき、ひいてはヒートシンク付き絶縁回路基板１００の高温時と低温時との反り変化量をさらに抑制できる。

【0047】

その他、細部構成は実施形態の構成のもの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。

【0048】

例えば、上記実施形態では、回路層１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることとしたが、これに限らず、例えば、無酸素銅により構成されてもよい。すなわち、回路層１２の組成は問わない。

【0049】

また、上記実施形態では、ヒートシンク付き絶縁回路基板１００をヒートシンク付きパワーモジュール用基板として用いる例を説明したが、このヒートシンク付き絶縁回路基板１００は、ＬＥＤ素子用基板等、各種の絶縁基板として用いることもできる。

【実施例】

【0050】

次に、本発明の効果について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。

【0051】

実施例１～１８、比較例１～３及び従来例の試料を構成する絶縁回路基板としては、厚さ０．６３５ｍｍ、平面サイズが１２０ｍｍ×９０ｍｍのセラミックス基板に厚さ０．４ｍｍの回路層及び厚さ０．４ｍｍの金属層を上記実施形態で述べた製造方法により製造し、回路層及び金属層については、表１に示す組成のものを用意した。

【0052】

また、実施例１～１８及び比較例１～３の資料を構成するヒートシンクとしては、厚さ０．３２ｍｍ、平面サイズが１４０ｍｍ×１００ｍｍのセラミックス基板に無酸素銅により構成される第１金属層及び第２金属層を上記実施形態で述べた製造方法により製造し、第１金属層及び第２金属層については、表１に示す厚さのものを用意した。なお、従来例については、厚さ５．０ｍｍ、平面サイズが１４０ｍｍ×１００ｍｍの無酸素銅の一枚板により構成されるヒートシンクを製造した。

【0053】

そして、これら絶縁回路基板とヒートシンクとを上記実施形態で述べた接合方法により接合し、得られた試料（実施例１～１８，比較例１～３，および従来例）について下記の実験を行った。

【0054】

（反り変化量）
得られた各試料につき、３０℃から２８５℃に加熱した後冷却して３０℃とする一連の加熱試験において、２８５℃加熱時の反り量及び２８５℃に加熱した後冷却して３０℃となった際の反り量（３０℃冷却時の反り量）をそれぞれ測定し、温度変化による各試料の変形を反り変化量として確認した。

【0055】

反り量はモアレ式三次元形状測定機（Ａｋｒｏｍｅｔｒｉｘ社製熱反り・歪み測定機 Ｔｈｅｒｍｏｉｒｅ ＰＳ２００）を用いて、ヒートシンクの第２金属層の中央（１００ｍｍ×８０ｍｍの範囲）を測定面として測定した。より具体的には、測定面のプロファイルから最小二乗面を求め、その面を基準として最高点と最低点との差（絶対値）を求めて反り量を得た。

【0056】

このように得られた反り量について反り状態に応じて正負を設定する。すなわち、測定範囲の中心が測定範囲の四隅が形成する面よりも回路層側に近い場合（第２金属層が回路層側に凸）および測定範囲の中心が測定範囲の四隅が形成する面上となる場合は正の値、測定範囲の中心が測定範囲の四隅が形成する面よりも回路層側から遠い場合（第２金属層がヒートシンク側に凸）は負の値として設定した。

【0057】

このように正負が設定された２８５℃加熱時の反り量及び３０℃冷却時の反り量の差（正負が設定された２８５℃加熱時の反り量－正負が設定された３０℃冷却時の反り量）の絶対値を反り変化量とした。

【0058】

（素子位置ずれの評価）
素子位置ずれの評価は、電子部品を回路層にはんだ付けした後に、そのはんだ付け位置を計測することにより、位置ずれ発生の有無を、試料を３０個製作して確認した。そして、０．２ｍｍ以上の位置ずれが生じた場合を不合格とし、０．２ｍｍ未満の位置ずれの場合は合格と評価した。

【0059】

そして、試料３０個について行った各評価において、合格の比率が９０％以上の場合を良「Ａ」、合格の比率が９０％未満の場合を否「Ｂ」と評価した。

【0060】

（冷熱サイクル信頼性の評価）
また、実施例１～１８、比較例１～３及び従来例のヒートシンク付き絶縁回路基板に対して、－５０℃～１７５℃の間で１０００回変化させる温度サイクル試験を実行した後、絶縁回路基板のセラミックス基板に割れがあるか否かを目視にて判定した。この際、セラミックス基板に割れがあるものを否「Ｂ」、セラミックス基板に割れがないものを良「Ａ」と判定した。反り変化量、素子位置ずれの評価及び冷熱サイクル信頼性の評価について、表２に結果を示す。

【0061】

【表1】

【0062】

【表2】

【0063】

表２からわかるように、実施例１～１８では、反り変化量が１．２０ｍｍ以下と小さく、素子位置ずれ及び冷熱サイクル信頼性の評価がいずれも良「Ａ」であった。このため、ヒートシンクの第１金属層の厚さＴ１が０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、かつ第２金属層の厚さＴ２以上（Ｔ１≧Ｔ２）であることが有効な範囲であることがわかった。

【0064】

一方、比較例１及び２は、反り変化量は比較的大きいものの素子位置ずれの評価は良「Ａ」であったが、上記冷熱サイクル試験の結果、セラミックス基板が割れたので、評価が否「Ｂ」であった。このため、第１金属層の厚さが４．０ｍｍの場合は、有効な結果を得られないことがわかった。また、比較例３は、冷熱サイクル信頼性の評価が良「Ａ」であったものの、反り変化量が１．３ｍｍ以上と大きく、素子位置ずれが発生したため、評価が否「Ｂ」であった。このため、第１金属層の厚さＴ１よりも第２金属層の厚さＴ２が大きい場合は、有効な結果を得られないことがわかった。

【産業上の利用可能性】

【0065】

金属層を有する絶縁回路基板と、絶縁回路基板の金属層とは異なる組成の金属層を有するヒートシンクとが接合されてなるヒートシンク付絶縁回路基板の反りを抑制できる。

【符号の説明】

【0066】

１ 絶縁回路基板
２ ヒートシンク
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
１４ ろう材箔
２１ 第１金属層
２２ 第２金属層
２３ セラミックス板材
３０ 素子
３１ はんだ
１００ ヒートシンク付き絶縁回路基板
１２０ 回路層用金属板
１３０ 金属層用金属板
２１０ 第１金属層用金属板
２２０ 第２金属層用金属板

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】