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(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】2023-05-01
(45)【発行日】2023-05-12
(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 23/12 20060101AFI20230502BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
H01L23/12 D
H01L23/36 C
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019042595
(22)【出願日】2019-03-08
(65)【公開番号】P2020145369
(43)【公開日】2020-09-10
【審査請求日】2021-09-30
(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】松尾 拓也
(72)【発明者】
【氏名】青木 慎介
(72)【発明者】
【氏名】末永 圭一
【審査官】庄司 一隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－０４３００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０９７９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０３９１６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０６６９９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０１９０９９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－１８０３０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０１６３４９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
Ｈ０１Ｌ ２３／３６
(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金属素材からプレス加工により打ち抜いた金属板をろう材を介して接合することにより絶縁回路基板を製造する絶縁回路基板の製造方法であって、前記プレス加工の際に前記金属板の厚さ方向の一部を前記金属素材から突出した状態に形成するプレス工程と、
突出した前記金属板を前記セラミックス基板の一方の面に前記金属板の面積以上の面積のろう材を介して積層して積層体とする積層体形成工程と、
前記積層体をその積層方向に加圧及び加熱して前記金属板を前記セラミックス基板に接合する接合工程と、
前記接合工程後に、前記金属板を押圧して前記金属素材と分離させる分離工程と、を備えることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項2】
前記プレス工程では、前記金属素材から前記金属板を打ち抜いた後、打ち抜いた前記金属板を打ち抜き後の前記金属素材の打ち抜き孔内にプッシュバックすることにより、前記金属板の一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成することを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項3】
前記プレス工程では、前記金属板を厚さ方向の途中まで打ち抜いて、前記金属板の一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成することを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項4】
前記金属板は、銅又は銅合金からな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絶縁回路基板の製造方法。
【請求項5】
前記絶縁回路基板が、前記セラミックス基板の前記一方の面に金属層が形成された絶縁回路基板であって、前記金属層が、前記金属板であって、
前記金属層の表面における端縁からのろうシミの幅が０．２ｍｍ以下であり、前記金属層と前記セラミックス基板との接合率が９５％以上であることを特徴とする請求項１から
４のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【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パワーモジュール用基板等の絶縁回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
パワーモジュール用基板等の絶縁回路基板として、セラミックス基板からなる絶縁基板の一方の面に回路層が形成されるとともに、他方の面に金属層が形成されたパワーモジュール用基板が知られている。
例えば、特許文献１～３に開示されている絶縁回路基板は、ＡＩＮ（窒化アルミ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）又はＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）からなるセラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる回路層が形成され、他方の面に銅又は銅合金からなる金属層が形成されている。このセラミックス基板と回路層及び金属層とは、セラミックス基板と回路層となる金属板、及びセラミックス基板と金属層となる金属板との間にろう材を介した積層体を形成し、この積層体を積層方向に加圧及び加熱することにより接合している。
例えば、特許文献１～３に開示されている絶縁回路基板は、ＡＩＮ（窒化アルミ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）又はＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）からなるセラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる回路層が形成され、他方の面に銅又は銅合金からなる金属層が形成されている。このセラミックス基板と回路層及び金属層とは、セラミックス基板と回路層となる金属板、及びセラミックス基板と金属層となる金属板との間にろう材を介した積層体を形成し、この積層体を積層方向に加圧及び加熱することにより接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第３２１１８５６号公報
【文献】特開２０１４－１７２８０２号公報
【文献】特開２０１６－０３９１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、絶縁回路基板に銅又は銅合金からなる回路層及び金属層を形成する際に、セラミックス基板と回路層となる金属板との間及びセラミックス基板と金属層となる金属板との間にろう材を介して接合する場合、接合信頼性を確保するため、上記各金属板よりもろう材の面積を大きくする必要がある。
しかしながら、上記各金属板よりもろう材の面積を大きくして、セラミックス基板と各金属板とを接合すると、上記積層体を加圧及び加熱する際に、ろう材が溶融することにより生じる溶融ろうが上記各金属板の側面を這い上がって各金属板の表面にまで広がり、いわゆるろうシミとなる現象が発生する。このろうシミが回路層に発生すると、回路層のはんだ濡れ性が低下するという問題がある。
しかしながら、上記各金属板よりもろう材の面積を大きくして、セラミックス基板と各金属板とを接合すると、上記積層体を加圧及び加熱する際に、ろう材が溶融することにより生じる溶融ろうが上記各金属板の側面を這い上がって各金属板の表面にまで広がり、いわゆるろうシミとなる現象が発生する。このろうシミが回路層に発生すると、回路層のはんだ濡れ性が低下するという問題がある。
【0005】
この点、特許文献２に開示されている絶縁回路基板の製造方法では、余剰な溶融ろうの発生を抑制しているものの、溶融ろうが上記各金属板の側面を這い上がる現象を抑制することができない。また、特許文献３に開示されている絶縁回路基板の製造方法では、上記金属板のバリの高さを所定数値範囲内とすることでろうシミを抑制することとしているが、この場合においても、溶融ろうが上記各金属板の側面を這い上がる現象を完全に防止することは難しい。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回路層の表面におけるろうシミの発生を抑制して、回路層のはんだ濡れ性を向上できる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】
【0007】
本発明の絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に金属素材からプレス加工により打ち抜いた金属板をろう材を介して接合することにより絶縁回路基板を製造する絶縁回路基板の製造方法であって、プレス加工の際に前記金属板の厚さ方向の一部を前記金属素材から突出した状態に形成するプレス工程と、突出した前記金属板を前記セラミックス基板の一方の面に前記金属板の面積以上の面積のろう材を介して積層して積層体とする積層体形成工程と、前記積層体をその積層方向に加圧及び加熱して前記金属板を前記セラミックス基板に接合する接合工程と、前記接合工程後に、前記金属板を押圧して前記金属素材と分離させる分離工程と、を備える。
【0008】
本発明では、金属板とセラミックス基板とをろう材を介して接合する際に、ろう材が溶融することにより生じる溶融ろうが金属板の側面を這い上がっても、金属板の側面の端部が金属素材と一体化しているため、側面を這い上がった溶融ろうが金属板の表面に達することを抑制できる。これにより、金属板の表面におけるろうシミの発生を抑制できる。また、この金属板が回路層として用いられる場合に、回路層の表面のはんだ濡れ性を向上できる。
なお、ろうシミとは、接合工程においてセラミックス基板と金属板との接合面から染み出した溶融ろうが金属板の側面を這い上がり、金属板の表面で固化したものをいう。
なお、ろうシミとは、接合工程においてセラミックス基板と金属板との接合面から染み出した溶融ろうが金属板の側面を這い上がり、金属板の表面で固化したものをいう。
【0009】
本発明の絶縁回路基板の製造方法の一つの態様としては、前記プレス工程では、前記金属素材から前記金属板を打ち抜いた後、打ち抜いた前記金属板を打ち抜き後の前記金属素材の打ち抜き孔内にプッシュバックすることにより、前記金属板の一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成してもよい。
【0010】
上記態様では、金属板をプッシュバックすることにより金属素材と一体化しているため、接合工程後における分離工程において、金属板を金属素材から容易に分離できる。
【0011】
本発明の絶縁回路基板の製造方法の他の一つの態様としては、前記プレス工程では、前記金属板を厚さ方向の途中まで打ち抜いて、前記金属板の一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成してもよい。
【0012】
上記態様では、金属板を金属素材からいわゆる半抜き状態としていることから、金属板と金属素材との間に隙間が生じていないので、接合工程において生じる溶融ろうが金属板の側面を這い上がって、金属板の表面に広がることをより確実に抑制できる。
【0013】
本発明の絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記金属板は、銅又は銅合金からなるとよい。
本発明の絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記絶縁回路基板が、前記セラミックス基板の前記一方の面に金属層が形成された絶縁回路基板であって、前記金属層が、前記金属板であって、前記金属層の表面における端縁からのろうシミの幅が０．２ｍｍ以下であり、前記金属層と前記セラミックス基板との接合率が９５％以上である。
本発明の絶縁回路基板の製造方法の好ましい態様としては、前記絶縁回路基板が、前記セラミックス基板の前記一方の面に金属層が形成された絶縁回路基板であって、前記金属層が、前記金属板であって、前記金属層の表面における端縁からのろうシミの幅が０．２ｍｍ以下であり、前記金属層と前記セラミックス基板との接合率が９５％以上である。
【0014】
本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板の一方の面に金属層が形成された絶縁回路基板であって、前記金属層がジルコニウム添加銅合金であり、前記金属層の表面における端縁からのろうシミの幅が０．２ｍｍ以下であり、前記金属層と前記セラミックス基板との接合率が９５％以上である。
【0015】
本発明では、金属層の表面における端縁からのろうシミの幅が０．２ｍｍ以下で、金属層とセラミックス基板との接合率が９５％以上であるので、この金属層が回路層として用いられる場合において、回路層の表面のはんだ濡れ性を向上できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、金属板の表面におけるろうシミの発生を抑制して、回路層のはんだ濡れ性を向上できる。
【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絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図（その１）である。
【図3】上記実施形態における絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図（その２）である。
【図4】上記実施形態における絶縁回路基板の製造方法を説明する断面図（その３）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］
本発明に係る絶縁回路基板の製造方法により製造される絶縁回路基板１は、図１に示すように、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板１の表面には、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１００となる。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１００が製造される。
本発明に係る絶縁回路基板の製造方法により製造される絶縁回路基板１は、図１に示すように、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板１の表面には、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１００となる。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１００が製造される。
【0020】
［絶縁回路基板の構成］
絶縁回路基板１は、図１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放熱層１３とを備える。なお、回路層１２及び放熱層１３は、本発明の金属層に相当する。
セラミックス基板１１は、回路層１２と放熱層１３の間の電気的接続を防止する絶縁基板であって、例えばＡＩＮ（窒化アルミ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）等により構成されている。このセラミックス基板１１は、厚さが０．３ｍｍ～１．０ｍｍとされている。また、セラミックス基板１１は、平面視で矩形板状に形成され、回路層１２及び放熱層１３のそれぞれよりも若干大きく形成されている。
絶縁回路基板１は、図１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放熱層１３とを備える。なお、回路層１２及び放熱層１３は、本発明の金属層に相当する。
セラミックス基板１１は、回路層１２と放熱層１３の間の電気的接続を防止する絶縁基板であって、例えばＡＩＮ（窒化アルミ）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）等により構成されている。このセラミックス基板１１は、厚さが０．３ｍｍ～１．０ｍｍとされている。また、セラミックス基板１１は、平面視で矩形板状に形成され、回路層１２及び放熱層１３のそれぞれよりも若干大きく形成されている。
【0021】
回路層１２は、無酸素銅等の銅又はジルコニウム添加銅合金等の銅合金により構成されている。この回路層１２は、厚さが０．３ｍｍ～１．６ｍｍとされている。また、回路層１２は、平面視で矩形板状に形成され、セラミックス基板１１よりも若干小さく形成されている。この回路層１２は、図２及び図３に示すように、回路層１２と同じ組成の金属素材１２０の一部をパンチ等により打ち抜かれた金属板１２ａがろう材１４を介して接合されることにより形成される。
【0022】
放熱層１３は、無酸素銅等の銅又はジルコニウム添加銅合金等の銅合金により構成されている。この放熱層１３は、回路層１２と同じ組成であり、その厚さは、０．３ｍｍ以上１．６ｍｍとされている。また、放熱層１３は、平面視で矩形板状に形成され、回路層１２と同じサイズとされている。この放熱層１３も回路層１２と同様に、図２に示すように、放熱層１３の組成と同じ組成の金属素材１３０の一部をパンチ等により打ち抜かれた金属板１３ａがろう材１４を介して接合されることにより形成される。
【0023】
［絶縁回路基板の製造方法］
次に、本実施形態の絶縁回路基板１の製造方法について説明する。
その製造方法は、プレス加工の際に金属板１２ａ，１３ａの厚さ方向の一部を金属素材１２０，１３０から突出した状態に形成するプレス工程と、突出した金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１にろう材を介して積層して積層体１４０とする積層体形成工程と、積層体１４０をその積層方向に加圧及び加熱して金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１に接合する接合工程と、接合工程後に、金属板１２ａ，１３ａを押圧して金属素材１２０，１３０と分離させる分離工程と、からなる。以下、この工程順に説明する。
次に、本実施形態の絶縁回路基板１の製造方法について説明する。
その製造方法は、プレス加工の際に金属板１２ａ，１３ａの厚さ方向の一部を金属素材１２０，１３０から突出した状態に形成するプレス工程と、突出した金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１にろう材を介して積層して積層体１４０とする積層体形成工程と、積層体１４０をその積層方向に加圧及び加熱して金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１に接合する接合工程と、接合工程後に、金属板１２ａ，１３ａを押圧して金属素材１２０，１３０と分離させる分離工程と、からなる。以下、この工程順に説明する。
【0024】
（プレス工程）
まず、図２に示すように、銅又は銅合金により構成される圧延された０．３ｍｍ～１．６ｍの板材（金属素材１２０，１３０）をプレス加工により打ち抜き金属板１２ａ，１３ａを形成する。そして、打ち抜いた金属板１２ａ，１３ａを打ち抜き後に金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１にプッシュバックすることにより、金属板１２ａ，１３ａの一部を金属素材１２０，１３０の表面から突出した状態に形成する。具体的には、金属素材１２０は、金属板１２ａの上面側の部分を保持しており、金属素材１２０の下面側（セラミックス基板１１側）に突出した状態とされ、金属素材１３０は、金属板１３ａの下面側の部分を保持しており、金属素材１３０の上面側（セラミックス基板１１側）に突出した状態とされる。この場合、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面からその厚さ方向の約半分が突出することが好ましく、例えば、０．１５ｍｍ～０．５ｍｍ突出する状態であるとよい。すなわち、金属板１２ａ，１３ａと金属素材１２０の打ち抜き孔１２１，１３１の端面との厚さ方向の重なり量は、０．１ｍｍ～１．１ｍｍであるとよい。
なお、打ち抜きとプッシュバックとは、打ち抜きパンチの１回のストローク内で連続して行われる。
まず、図２に示すように、銅又は銅合金により構成される圧延された０．３ｍｍ～１．６ｍの板材（金属素材１２０，１３０）をプレス加工により打ち抜き金属板１２ａ，１３ａを形成する。そして、打ち抜いた金属板１２ａ，１３ａを打ち抜き後に金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１にプッシュバックすることにより、金属板１２ａ，１３ａの一部を金属素材１２０，１３０の表面から突出した状態に形成する。具体的には、金属素材１２０は、金属板１２ａの上面側の部分を保持しており、金属素材１２０の下面側（セラミックス基板１１側）に突出した状態とされ、金属素材１３０は、金属板１３ａの下面側の部分を保持しており、金属素材１３０の上面側（セラミックス基板１１側）に突出した状態とされる。この場合、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面からその厚さ方向の約半分が突出することが好ましく、例えば、０．１５ｍｍ～０．５ｍｍ突出する状態であるとよい。すなわち、金属板１２ａ，１３ａと金属素材１２０の打ち抜き孔１２１，１３１の端面との厚さ方向の重なり量は、０．１ｍｍ～１．１ｍｍであるとよい。
なお、打ち抜きとプッシュバックとは、打ち抜きパンチの１回のストローク内で連続して行われる。
【0025】
この金属板１２ａ，１３ａがプッシュバックされた（押し戻された）金属素材１２０，１３０のそれぞれは、金属板１２ａ，１３ａを打ち抜き孔１２１，１３１に保持した状態で搬送される。これにより、金属板１２ａ，１３ａは、図２に示すように、セラミックス基板１１にそれぞれ対向する位置に搬送される。
【0026】
（積層体形成工程）
次に、突出した金属板１２ａをセラミックス基板１１の一方の面にろう材１４を介して積層するとともに、突出した金属板１３ａをセラミックス基板１１の他方の面にろう材１４を介して積層して積層体１４０とする。このろう材１４は、例えば、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材箔により構成され、セラミックス基板１１と金属板１２ａ，１３ａとの接合性の向上を鑑み、平面視で金属板１２ａ，１３ａよりも若干大きく形成されている。
また、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材箔以外にも、ろう材１４として、活性金属ろう材ペーストを用いることもできる。活性金属ろう材ペーストとしては、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材ペースト、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材ペースト、Ｃｕ－Ｐ系ろう材にＴｉ等の活性金属を加えたペーストなどを用いることができる。活性金属ろう材ペーストであっても、平面視で金属板１２ａ，１３ａよりも若干大きく形成される。
なお、金属板１２ａ，１３ａは、図３に示すように、金属素材１２０，１３０に一体化された状態で積層される。
次に、突出した金属板１２ａをセラミックス基板１１の一方の面にろう材１４を介して積層するとともに、突出した金属板１３ａをセラミックス基板１１の他方の面にろう材１４を介して積層して積層体１４０とする。このろう材１４は、例えば、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材箔により構成され、セラミックス基板１１と金属板１２ａ，１３ａとの接合性の向上を鑑み、平面視で金属板１２ａ，１３ａよりも若干大きく形成されている。
また、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材箔以外にも、ろう材１４として、活性金属ろう材ペーストを用いることもできる。活性金属ろう材ペーストとしては、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材ペースト、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材ペースト、Ｃｕ－Ｐ系ろう材にＴｉ等の活性金属を加えたペーストなどを用いることができる。活性金属ろう材ペーストであっても、平面視で金属板１２ａ，１３ａよりも若干大きく形成される。
なお、金属板１２ａ，１３ａは、図３に示すように、金属素材１２０，１３０に一体化された状態で積層される。
【0027】
（接合工程）
次に、図３に示すように、積層体１４０をカーボン板５１，５２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と金属板１２ａ，１３ａとを接合する。このカーボン板５１，５２は、打ち抜き孔１２１，１３１の平面形状よりわずかに小さい平面形状であり、打ち抜き孔１２１，１３１内に挿入され、金属板１２ａ，１３ａを押圧する。この場合、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ～１．０ＭＰａ、加熱温度は８００℃～８８０℃とするとよい。また、ろう材１４は、厚さ３μｍ～１００μｍであるとよく、その面積は、金属板１２ａ，１３ａの面積以上である。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。
次に、図３に示すように、積層体１４０をカーボン板５１，５２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と金属板１２ａ，１３ａとを接合する。このカーボン板５１，５２は、打ち抜き孔１２１，１３１の平面形状よりわずかに小さい平面形状であり、打ち抜き孔１２１，１３１内に挿入され、金属板１２ａ，１３ａを押圧する。この場合、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ～１．０ＭＰａ、加熱温度は８００℃～８８０℃とするとよい。また、ろう材１４は、厚さ３μｍ～１００μｍであるとよく、その面積は、金属板１２ａ，１３ａの面積以上である。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。
【0028】
ここで、積層体１４０を上記条件に基づいて加圧及び加熱すると、ろう材１４は溶融して溶融ろうとなり、セラミックス基板１１と金属板１２ａ，１３ａとの接合に用いられない余剰な溶融ろうが発生する。この余剰な溶融ろうは、例えば、図５に示すように、金属板１２ａ，１３ａの側面を這い上がる。この点、本実施形態では、金属板１２ａ，１３ａは、それぞれ金属素材１２０，１３０にプッシュバックされた状態、すなわち、金属板１２ａ，１３ａの端部が金属素材１２０，１３０と一体化しているため、金属板１２ａ，１３ａを這い上がった溶融ろうは、金属板１２ａ，１３ａの表面（セラミックス基板１１とは反対側の面）に達することを抑制している。
なお、溶融して金属板１２ａ，１３ａの側面を這い上がった溶融ろうは、図５に示すように、金属板１２ａ，１３ａ及び金属素材１２０，１３０のセラミックス基板１１側の面で固化して、残存ろう１４ａとなる。
なお、溶融して金属板１２ａ，１３ａの側面を這い上がった溶融ろうは、図５に示すように、金属板１２ａ，１３ａ及び金属素材１２０，１３０のセラミックス基板１１側の面で固化して、残存ろう１４ａとなる。
【0029】
（分離工程）
接合工程後、図４に示すように、金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１側に押圧して押し出すことにより、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０と分離させる。この場合、金属板１２ａ，１３ａは、打ち抜き後、プッシュバックされることによりその一部が金属素材１２０，１３０から突出している状態であることから、金属板１２ａ，１３ａを軽く押し出すだけでこれらを分離できる。すなわち、分離工程では、金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１に向けて軽く押し出すことにより金属素材１２０，１３０から分離させることができ、金属素材１２０，１３０に荷重がかかることを抑制している。
これにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２が形成され、他方の面に放熱層１３が形成された絶縁回路基板１が形成される。そして、上記方法により製造された絶縁回路基板１は、回路層１２及び放熱層１３の表面の端縁から延びるろうシミの幅が０．２ｍｍ以下となる。
接合工程後、図４に示すように、金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１側に押圧して押し出すことにより、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０と分離させる。この場合、金属板１２ａ，１３ａは、打ち抜き後、プッシュバックされることによりその一部が金属素材１２０，１３０から突出している状態であることから、金属板１２ａ，１３ａを軽く押し出すだけでこれらを分離できる。すなわち、分離工程では、金属板１２ａ，１３ａをセラミックス基板１１に向けて軽く押し出すことにより金属素材１２０，１３０から分離させることができ、金属素材１２０，１３０に荷重がかかることを抑制している。
これにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２が形成され、他方の面に放熱層１３が形成された絶縁回路基板１が形成される。そして、上記方法により製造された絶縁回路基板１は、回路層１２及び放熱層１３の表面の端縁から延びるろうシミの幅が０．２ｍｍ以下となる。
【0030】
上記実施形態では、金属板１２ａ，１３ａとセラミックス基板１１とをろう材１４を介して接合する際に、ろう材が溶融することにより生じる溶融ろうが金属板１２ａ，１３ａの側面を這い上がっても、金属板１２ａ，１３ａの側面の端部が金属素材１２０，１３０と一体化しているため、側面を這い上がった溶融ろうが金属板１２ａ，１３ａの表面に達することを抑制でき、金属板１２ａ，１３ａの表面にろうシミが発生することを抑制できる。特に、回路層１２となる金属板１２ａの表面にろうシミが発生していないので、回路層１２のはんだ濡れ性を向上できる。
なお、金属板１２ａ，１３ａは、完全に打ち抜いた後に打ち抜き孔１２１，１３１内に押し戻したものであるため、接合工程後における分離工程において、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０から容易に分離できる。
なお、金属板１２ａ，１３ａは、完全に打ち抜いた後に打ち抜き孔１２１，１３１内に押し戻したものであるため、接合工程後における分離工程において、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０から容易に分離できる。
【0031】
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。
上記実施形態では、プレス工程においては、金属素材１２０，１３０から金属板１２ａ，１３ａを打ち抜いた後、打ち抜いた金属板１２ａ，１３ａを打ち抜き後の金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１内にプッシュバックすることにより、金属板１２ａ，１３ａの一部を金属素材１２０，１３０の表面から突出した状態に形成することとしたが、これに限らない。例えば、プレス工程では、金属板１２ａ，１３ａを厚さ方向の途中まで打ち抜いて、金属板１２ａ，１３ａの一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成してもよい。具体的には、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０の厚さの半分以上を打ち抜き、かつ、金属素材１２０，１３０がせん断から破断に移行する直前まで打ち抜く。これにより、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面から０．１５ｍｍ～０．５ｍｍ突出する状態となる。
上記実施形態では、プレス工程においては、金属素材１２０，１３０から金属板１２ａ，１３ａを打ち抜いた後、打ち抜いた金属板１２ａ，１３ａを打ち抜き後の金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１内にプッシュバックすることにより、金属板１２ａ，１３ａの一部を金属素材１２０，１３０の表面から突出した状態に形成することとしたが、これに限らない。例えば、プレス工程では、金属板１２ａ，１３ａを厚さ方向の途中まで打ち抜いて、金属板１２ａ，１３ａの一部を前記金属素材の表面から突出した状態に形成してもよい。具体的には、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０の厚さの半分以上を打ち抜き、かつ、金属素材１２０，１３０がせん断から破断に移行する直前まで打ち抜く。これにより、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面から０．１５ｍｍ～０．５ｍｍ突出する状態となる。
【0032】
この場合、金属板１２ａ，１３ａを金属素材１２０，１３０からいわゆる半抜き状態としていることから、金属板１２ａ，１３ａと金属素材１２０，１３０との間に隙間が生じていないので、接合工程において生じる溶融ろうが金属板１２ａ，１３ａの側面を這い上がって、金属板１２ａ，１３ａの表面に広がることをより確実に抑制できる。また、金属素材１２０，１３０の半分以上を打ち抜いていることから、金属板１２ａ，１３ａを軽く押圧することで、一気に破断でき、容易に金属板１２ａ，１３ａを分離できる。
【0033】
上記実施形態では、金属素材１２０，１３０及び金属板１２ａ，１３ａは、銅又は銅合金からなることとしたが、これに限らない。例えば、金属素材１２０，１３０及び金属板１２ａ，１３ａ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てもよい。
この場合、金属板１２ａ，１３ａの厚さは、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、プレス工程において、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面から０．１ｍｍ～３．０ｍｍ突出する状態、すなわち、金属板１２ａ，１３ａと金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１の端面との厚さ方向の重なり量は、０．１ｍｍ～２．０ｍｍであるとよい。
また、接合工程において、金属板１２ａ，１３ａとセラミックス基板１１とは、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｇｅ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材からなるろう材１４を介して接合されるとよい。ろう材１４としては、箔材やペーストの形で用いることが可能である。このろう材１４の厚さは、３μｍ以上１００μｍ以下であるとよい。さらに、接合工程において、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ～１．０ＭＰａ、加熱温度は６００℃～６６０℃とするとよい。
この場合、金属板１２ａ，１３ａの厚さは、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。また、プレス工程において、金属板１２ａ，１３ａは、金属素材１２０，１３０の表面から０．１ｍｍ～３．０ｍｍ突出する状態、すなわち、金属板１２ａ，１３ａと金属素材１２０，１３０の打ち抜き孔１２１，１３１の端面との厚さ方向の重なり量は、０．１ｍｍ～２．０ｍｍであるとよい。
また、接合工程において、金属板１２ａ，１３ａとセラミックス基板１１とは、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｇｅ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材からなるろう材１４を介して接合されるとよい。ろう材１４としては、箔材やペーストの形で用いることが可能である。このろう材１４の厚さは、３μｍ以上１００μｍ以下であるとよい。さらに、接合工程において、積層方向への加圧は０．１ＭＰａ～１．０ＭＰａ、加熱温度は６００℃～６６０℃とするとよい。
【0034】
上記実施形態では、絶縁回路基板１をパワーモジュール用基板として用いる例を説明したが、この絶縁回路基板１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】
【0035】
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。
【0036】
実施例１～４及び比較例１～４の試料を構成する部材には、板厚０．３２ｍｍ、４６ｍｍ×４６ｍｍの窒化珪素セラミックスからなるセラミックス基板を用意するとともに、板厚０．８ｍｍの無酸素銅からなる金属素材を３７ｍｍ×３７ｍｍのサイズで打ち抜いた金属板を用意した。
具体的には、実施例１については、金属素材を上記サイズで打ち抜いた後、打ち抜いた金属板を打ち抜き後の金属素材の打ち抜き孔内にプッシュバックすることにより、金属板の一部を金属素材の表面から０．４ｍｍ突出させた状態とし、金属板より大きいサイズで厚さ１３μｍのＡｇ－Ｔｉ１０質量％のろう材箔介してセラミックス基板に積層して積層体を形成し、積層体を積層方向に加圧及び加熱してこれらを接合した後、金属板を押圧して金属素材から分離させて実施例１の試料とした。
また、実施例２については、金属素材を上記サイズで厚さ方向の途中まで打ち抜いて、金属板の一部を金属素材の表面から０．４ｍｍ突出させた状態とした。そして、表１に示す大きさの厚さ１３μｍのＡｇ－Ｔｉ１０質量％のろう材箔介してセラミックス基板に積層して積層体を形成し、積層体を積層方向に加圧及び加熱してこれらを接合した後、金属板を押圧して金属素材から分離させて実施例２の試料とした。
具体的には、実施例１については、金属素材を上記サイズで打ち抜いた後、打ち抜いた金属板を打ち抜き後の金属素材の打ち抜き孔内にプッシュバックすることにより、金属板の一部を金属素材の表面から０．４ｍｍ突出させた状態とし、金属板より大きいサイズで厚さ１３μｍのＡｇ－Ｔｉ１０質量％のろう材箔介してセラミックス基板に積層して積層体を形成し、積層体を積層方向に加圧及び加熱してこれらを接合した後、金属板を押圧して金属素材から分離させて実施例１の試料とした。
また、実施例２については、金属素材を上記サイズで厚さ方向の途中まで打ち抜いて、金属板の一部を金属素材の表面から０．４ｍｍ突出させた状態とした。そして、表１に示す大きさの厚さ１３μｍのＡｇ－Ｔｉ１０質量％のろう材箔介してセラミックス基板に積層して積層体を形成し、積層体を積層方向に加圧及び加熱してこれらを接合した後、金属板を押圧して金属素材から分離させて実施例２の試料とした。
【0037】
また、実施例３については、実施例１と同様の方法を用いたが、表１に示すようにろう材箔の大きさを異ならせ、金属板と同じ大きさのろう材箔を用いた。また、実施例４については、実施例２と同様の方法を用いたが、表１に示すようにろう材箔の大きさを異ならせ、金属板と同じ大きさのろう材箔を用いた。
なお、上記ろう材箔の大きさにおいて、金属板より大きいサイズとは、ろう材箔の各辺が金属板の各辺より１００μｍ大きいことを意味している。
なお、上記ろう材箔の大きさにおいて、金属板より大きいサイズとは、ろう材箔の各辺が金属板の各辺より１００μｍ大きいことを意味している。
【0038】
比較例１については、実施例１と同様の方法を用いたが、表１に示すように、ろう材箔の大きさを異ならせ、金属板より小さいサイズのろう材箔を用いた。なお、金属板より小さいサイズとは、ろう材箔の各辺が金属板の各辺より１００μｍ小さいことを意味している。比較例２～４については、金属素材を上記サイズで打ち抜いた後、打ち抜いた金属板を表１に示す大きさのＡｇ－Ｔｉ１０質量％のろう材箔介してセラミックス基板に積層して積層体を形成し、積層体を積層方向に加圧及び加熱してこれらを接合した後、金属板を押圧して金属素材から分離させて比較例２～４の試料とした。具体的には、比較例２では、金属板より大きいサイズのろう材箔を用い、比較例３では、金属板より小さいサイズのろう材箔を用い、比較例４では、金属板と同じサイズのろう材箔を用いた。
なお、実施例１～４及び比較例１～４の試料においては、積層方向への加圧は０．２ＭＰａ、加熱温度は８２０℃で６０分間行うことにより、セラミックス基板と金属板とを接合した。
そして、得られた各試料につき、以下の実験を行うことによりセラミックス基板と金属板との接合率、及び金属板の表面に生じたろうシミ量を評価した。
なお、実施例１～４及び比較例１～４の試料においては、積層方向への加圧は０．２ＭＰａ、加熱温度は８２０℃で６０分間行うことにより、セラミックス基板と金属板とを接合した。
そして、得られた各試料につき、以下の実験を行うことによりセラミックス基板と金属板との接合率、及び金属板の表面に生じたろうシミ量を評価した。
【0039】
（接合率の評価）
セラミックス基板と金属板との接合率について、超音波探傷装置（日立パワーソリューションズ社製ＦＩＮＥＳＡＴ）を用いて、セラミックス基板と金属板の界面を測定し、以下の式から算出した。ここで、接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち金属板の面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において接合されていない領域は白色部で示されることから、この白色部の面積を非接合部面積とした。この接合率が９５％以上のものを良好「Ａ」と評価し、接合率が９５％未満のものを不可「Ｃ」と評価した。結果を表１に示す。
（接合率）（％）＝｛（接合面積）－（非接合部面積）｝／（接合面積）×１００
セラミックス基板と金属板との接合率について、超音波探傷装置（日立パワーソリューションズ社製ＦＩＮＥＳＡＴ）を用いて、セラミックス基板と金属板の界面を測定し、以下の式から算出した。ここで、接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち金属板の面積とした。超音波探傷像を二値化処理した画像において接合されていない領域は白色部で示されることから、この白色部の面積を非接合部面積とした。この接合率が９５％以上のものを良好「Ａ」と評価し、接合率が９５％未満のものを不可「Ｃ」と評価した。結果を表１に示す。
（接合率）（％）＝｛（接合面積）－（非接合部面積）｝／（接合面積）×１００
【0040】
（ろうシミ量の評価）
ろうシミ量の評価は、光学顕微鏡を用いて、金属板の表面（セラミックス基板との接合面とは反対側の面）の各辺のランダムな三か所のろうシミ幅を測定した。このろうシミ幅は、金属板の表面の各辺（端縁）から表面の中心に向かう幅を測定し、これらの最大値をろうシミ幅とした。このろうシミ幅が０．１ｍｍ未満のものを良好「Ａ」と評価し、ろうシミ幅が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満のものを可「Ｂ」と評価し、ろうシミ幅が０．２ｍｍを超えているものについては不可「Ｃ」と評価した。
ろうシミ量の評価は、光学顕微鏡を用いて、金属板の表面（セラミックス基板との接合面とは反対側の面）の各辺のランダムな三か所のろうシミ幅を測定した。このろうシミ幅は、金属板の表面の各辺（端縁）から表面の中心に向かう幅を測定し、これらの最大値をろうシミ幅とした。このろうシミ幅が０．１ｍｍ未満のものを良好「Ａ」と評価し、ろうシミ幅が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満のものを可「Ｂ」と評価し、ろうシミ幅が０．２ｍｍを超えているものについては不可「Ｃ」と評価した。
【0041】
【表1】
【0042】
表１からわかるように、プレス加工の際に金属板の厚さ方向の一部を金属素材から突出した状態とした実施例１～４は、ろうシミの評価が可「Ｂ」以上であり、特に金属板を厚さ方向の途中まで打ち抜いた（半抜き）状態でセラミックス基板と金属板とを接合した実施例１及び３は、ろうシミの評価が良好「Ａ」であった。一方、プレス加工により打ち抜いた金属板をそのままセラミックス基板と接合した比較例２及び４では、ろうシミの評価が不可「Ｃ」であった。このため、金属板の表面にろうシミが生じることを抑制するには、プレス加工の際に金属板の厚さ方向の一部を金属素材から突出した状態とすることが有効であることを確認できた。一方、比較例３もプレス加工により打ち抜いた金属板をそのままセラミックス基板と接合しているものの、ろう材箔の大きさが金属板より小さかったため、溶融ろうの量が少なかったため、ろうシミの評価は、良好「Ａ」であった。
なお、接合率は、ろう材箔の大きさが金属板の大きさ以上（金属板の大きさと同じか、それより大きい）のものがすべて良好「Ａ」であることから、ろう材箔の大きさ（面積）を金属板の面積以上とすることで、金属板とセラミックス基板との接合率を向上できることがわかった。
なお、接合率は、ろう材箔の大きさが金属板の大きさ以上（金属板の大きさと同じか、それより大きい）のものがすべて良好「Ａ」であることから、ろう材箔の大きさ（面積）を金属板の面積以上とすることで、金属板とセラミックス基板との接合率を向上できることがわかった。
【符号の説明】
【0043】
１ 絶縁回路基板
１１ セラミックス基板
１２ 回路層（金属層）
１２ａ 金属板
１３ 放熱層（金属層）
１３ａ 金属板
１４ ろう材１４ａ 残存ろう
３０ 素子
３１ はんだ
１００ パワーモジュール
１２０ １３０ 金属素材
１２１ １３１ 打ち抜き孔
１１ セラミックス基板
１２ 回路層（金属層）
１２ａ 金属板
１３ 放熱層（金属層）
１３ａ 金属板
１４ ろう材１４ａ 残存ろう
３０ 素子
３１ はんだ
１００ パワーモジュール
１２０ １３０ 金属素材
１２１ １３１ 打ち抜き孔
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】