JP2011077087A - Substrate for power module and method of manufacturing the same - Google Patents

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樹一郎 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for a power module and a method of manufacturing the substrate that can improve wire bondability and solder wettability of a wiring board copper plate and solder wettability of a solid copper plate. <P>SOLUTION: The substrate 10 for the power module having a plurality of wiring board copper plates 12, mounted with semiconductor elements and adapted to form electric conduction through bonding wires, and one or a plurality of solid copper plates 13, configured to conduct and dissipate heat generated by semiconductor elements, bonded to both principal surfaces of a ceramic substrate 11 respectively has chemically polished surfaces 14 at externally exposed parts of the wiring board copper plates 12 and solid copper plates 13, and the chemically polished surfaces 14 include copper elements, oxygen elements, and other elements, as measured by Auger electron spectroscopy, and have an element distribution ratio of <100 to ≥30 at% of copper elements and 0 to ≤25 at% of oxygen elements, assuming the number of atoms of all the elements to be 100. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワートランジスタを搭載させるためのパワーモジュール用基板及びその製造方法に係り、より詳細には、セラミック基板と銅板の接合体銅板表面がワイヤボンド性と、半田濡れ性に優れる表面を有するパワーモジュール用基板及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a power module substrate for mounting a power transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a manufacturing method thereof, and more specifically, a bonded copper surface of a ceramic substrate and a copper plate has a wire bond property. The present invention relates to a power module substrate having a surface excellent in solder wettability and a method for manufacturing the same.

従来より、大電力化、高速化、高集積化の進むパワートランジスタ等の高熱を発する半導体素子を搭載し、半導体素子からの発熱を速やかに放熱させて半導体素子の信頼性を維持させることができるためのパワーモジュール用基板は、民生機器用や、自動車、電気自動車等の車載用等に採用されている。このようなパワーモジュール用基板には、通常、１個分の焼成済セラミック基板や、複数個分がマトリックス状に配列することができる大型の焼成済の酸化物系のセラミック基板が用いられている。このセラミック基板のそれぞれの主面には、セラミック基板の寸法と略同等、又は若干小さめの酸素を含んだ銅板を直接当接させ、中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して銅の融点を利用する酸素の共有結合によって接合する直接接合法で接合している。そして、略全面に銅板が貼り付けられたセラミック基板は、エッチングによって、それぞれの主面に半導体素子を搭載して電気的導通を形成するためのパターン形成された配線回路銅板と、半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるためのベタ銅板を形成している。あるいは、このセラミック基板のそれぞれの主面には、予め、銅板を所望のパターンに打ち抜いたり、エッチングでパターンを形成したりした配線回路銅板と、ベタ銅板を直接当接させ、中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して銅の融点を利用する酸素の共有結合によって接合する直接接合法で接合している。更に、大型セラミック基板に配線回路銅板と、ベタ銅板を一対とするパワーモジュール用基板が複数個分マトリックス状に配列するパワーモジュール用基板集合体の場合には、個片体に分割するための分割溝を形成する場合がある。   Conventionally, a semiconductor element that generates high heat, such as a power transistor with higher power, higher speed, and higher integration, can be mounted, and heat generated from the semiconductor element can be quickly dissipated to maintain the reliability of the semiconductor element. Therefore, the power module substrate is used for consumer equipment and in-vehicle use such as automobiles and electric cars. For such a power module substrate, a fired ceramic substrate for one piece or a large fired oxide-based ceramic substrate in which a plurality of pieces can be arranged in a matrix is used. . Each main surface of the ceramic substrate is brought into direct contact with a copper plate containing oxygen that is substantially the same as or slightly smaller than the size of the ceramic substrate, and heated at 1065 to 1083 ° C. in a neutral atmosphere to melt the melting point of copper. Bonding is performed by a direct bonding method in which oxygen is covalently bonded. Then, a ceramic substrate with a copper plate affixed to almost the entire surface is generated by etching from a patterned wiring circuit copper plate for mounting a semiconductor element on each main surface to form electrical continuity and the semiconductor element. A solid copper plate is formed for heat transfer and heat dissipation. Alternatively, each of the main surfaces of the ceramic substrate is directly contacted with a solid copper plate and a wiring circuit copper plate in which a copper plate is previously punched into a desired pattern or a pattern is formed by etching, in a neutral atmosphere. Joining is performed by a direct joining method in which heating is performed at 1065 to 1083 ° C. and bonding is performed by a covalent bond of oxygen using the melting point of copper. Furthermore, in the case of a power module substrate assembly in which a plurality of power module substrates each having a pair of a wiring circuit copper plate and a solid copper plate are arranged in a matrix on a large ceramic substrate, the division for dividing the power module substrate into individual pieces Grooves may be formed.

個片体のパワーモジュール用基板には、配線回路銅板側の定められた位置の銅板上に半導体素子が半田で接合されるようになっている。そして、パワーモジュール用基板は、半導体素子と他の位置に配置された銅板との間を太いボンディングワイヤで接続して電気的な導通回路を形成し、半導体素子に高電圧且つ高電流が流せるようにしている。また、このパワーモジュール用基板は、高電圧且つ高電流が流れることで発生する半導体素子からの発熱を速やかに熱伝導率のよい銅を用いた配線回路銅板側から放熱させるために、熱伝導率の比較的高いセラミック基板を介して熱伝導率のよい銅を用いたベタ銅板側に伝熱させると共に、ベタ銅板に半田等で接合されるヒートシンク板から放熱させている。   In the individual power module substrate, a semiconductor element is joined to a copper plate at a predetermined position on the wiring circuit copper plate side by soldering. The power module substrate connects the semiconductor element and the copper plate disposed at another position with a thick bonding wire to form an electrical conduction circuit so that a high voltage and a high current can flow through the semiconductor element. I have to. In addition, this power module substrate has a thermal conductivity in order to quickly dissipate heat from the semiconductor element generated by the flow of high voltage and high current from the copper circuit side using copper with good thermal conductivity. Heat is transferred to the solid copper plate using copper having good thermal conductivity through a relatively high ceramic substrate, and heat is dissipated from a heat sink plate joined to the solid copper plate with solder or the like.

しかしながら、従来のパワーモジュール用基板は、酸素を含んだ銅板と、酸化アルミニウム等の酸化物系セラミック基板とを酸素の共有結合によって直接接合させているので、接合後の銅板には酸素が残存することとなっている。従って 、この接合後の銅板の外部に露出する部分は、酸素の残存量によって、配線回路銅板においてボンディングワイヤの接続強度が得られないようなワイヤボンド性と、配線回路銅板において半導体素子の半田接合、ベタ銅板において実装時の半田接合の接合強度が得られないような半田濡れ性を低下させることとなっている。   However, in the conventional power module substrate, since the oxygen-containing copper plate and the oxide ceramic substrate such as aluminum oxide are directly bonded by oxygen covalent bond, oxygen remains in the bonded copper plate. It is supposed to be. Therefore, the portion exposed to the outside of the copper plate after the bonding is such that the bonding strength of the bonding wire cannot be obtained in the wiring circuit copper plate due to the remaining amount of oxygen and the solder bonding of the semiconductor element in the wiring circuit copper plate. Therefore, the solder wettability is lowered so that the bonding strength of the solder joint at the time of mounting cannot be obtained in the solid copper plate.

従来のパワーモジュール用基板であるセラミックス銅回路基板には、銅回路板のセラミックス基板との非接合面である表面部分における含有酸素量が、１００ｐｐｍ以下（０は含まず）であるものが提案されている。そして、このセラミックス銅回路基板の製造方法は、セラミックス基板と銅回路板の接合時の加熱温度を１０６０℃以上とし、窒素流量を制御して銅回路板表面の酸素量を１００ｐｐｍ以下としたセラミックス銅回路基板を作製するのが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これによれば、このセラミックス銅回路基板及びその製造方法は、半田濡れ性を改善して半導体素子の実装性及び半導体素子実装後の接合信頼性を向上させたセラミックス銅回路基板を得ることができると共に、コスト低減を図ったセラミックス銅回路基板の製造方法を得ることができるとしている。 A ceramic copper circuit board, which is a conventional power module substrate, has been proposed in which the oxygen content in the surface portion of the copper circuit board that is not bonded to the ceramic substrate is 100 ppm or less (excluding 0). ing. And this ceramic copper circuit board manufacturing method is such that the heating temperature at the time of joining the ceramic board and the copper circuit board is 1060 ° C. or higher, the nitrogen flow rate is controlled, and the oxygen amount on the surface of the copper circuit board is 100 ppm or lower. It has been proposed to produce a circuit board (see, for example, Patent Document 1).
According to this, this ceramic copper circuit board and its manufacturing method can obtain the ceramic copper circuit board which improved the solder wettability and improved the mounting property of the semiconductor element and the bonding reliability after mounting the semiconductor element. At the same time, it is said that a method for producing a ceramics copper circuit board capable of reducing costs can be obtained.

特開２００１−２７４５３４号公報JP 2001-274534 A

しかしながら、前述したような従来のパワーモジュール用基板及びその製造方法は、次のような問題がある。
（１）従来のパワーモジュール用基板及びその製造方法では、接合前のセラミック基板及び配線回路銅板と、ベタ銅板に含まれる酸素量や、作製における加熱炉の雰囲気状態等の製造条件等によって、接合後の銅板の残存酸素量にバラツキが発生するのを抑えるのが難しく、接合後の配線回路銅板と、ベタ銅板の外部に露出する部分の表面のそれぞれの元素の元素分布割合を制御することができなくなっている。従って、従来のパワーモジュール用基板及びその製造方法では、配線回路銅板のワイヤボンド性や、半田濡れ性、及びベタ銅板の半田濡れ性に問題を有している。
（２）特開２００１−２７４５３４号公報で開示されるような、パワーモジュール用基板及びその製造方法は、従来のパワーモジュール用基板自体が配線回路銅板やベタ銅板の外部に露出する部分に酸素元素以外に他の元素が含まれることとなっているので、銅元素の元素分布割合によっては配線回路銅板へのボンディングワイヤの接続強度が得られなくなっており、ワイヤボンド性が劣るパワーモジュール用基板及びその製造方法となっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、配線回路銅板のワイヤボンド性や、半田濡れ性、及びベタ銅板の半田濡れ性を向上できるパワーモジュール用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 However, the conventional power module substrate and the manufacturing method thereof as described above have the following problems.
(1) In a conventional power module substrate and its manufacturing method, bonding is performed depending on manufacturing conditions such as the amount of oxygen contained in the solid copper plate, the ceramic substrate and the wiring circuit copper plate before bonding, and the atmosphere state of the heating furnace in the production. It is difficult to suppress the variation in the amount of residual oxygen in the copper plate afterwards, and it is possible to control the element distribution ratio of each element on the surface of the wiring circuit copper plate after bonding and the surface exposed to the outside of the solid copper plate I can't. Therefore, the conventional power module substrate and the manufacturing method thereof have problems in the wire bondability of the wiring circuit copper plate, the solder wettability, and the solder wettability of the solid copper plate.
(2) As disclosed in JP-A-2001-274534, the power module substrate and the method for manufacturing the power module substrate include oxygen elements in portions where the conventional power module substrate itself is exposed to the outside of the wiring circuit copper plate or the solid copper plate. Since other elements are included in addition to the above, depending on the element distribution ratio of the copper element, the bonding strength of the bonding wire to the wiring circuit copper plate cannot be obtained, and the power module substrate having poor wire bondability and It is the manufacturing method.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a power module substrate that can improve wire bondability, solder wettability, and solid copper plate solder wettability of a wiring circuit copper plate, and a method of manufacturing the same. For the purpose.

前記目的に沿う本発明に係るパワーモジュール用基板は、半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板と、半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための１又は複数のベタ銅板を、セラミック基板の両主面のそれぞれに接合して有するパワーモジュール用基板において、配線回路銅板及びベタ銅板の外部に露出する部分に化学研磨面を有すると共に、オージェ電子分光法で測定して化学研磨面に銅（Ｃｕ）元素、酸素（Ｏ）元素、及び他の元素を有し、しかも、全ての元素の原子個数を１００個とするうちの銅元素が１００を下回り３０ａｔ％以上、酸素元素が０を超え２５ａｔ％以下からなる元素分布割合を有する。   The substrate for a power module according to the present invention that meets the above-described object has a semiconductor element mounted thereon, a plurality of wiring circuit copper plates for forming electrical continuity via bonding wires, and heat generated from the semiconductor element. And a power module substrate having one or a plurality of solid copper plates for heat dissipation bonded to both main surfaces of the ceramic substrate, the wiring circuit copper plate and the solid copper plate have a chemically polished surface exposed to the outside. In addition, copper having a copper (Cu) element, oxygen (O) element, and other elements on the chemically polished surface as measured by Auger electron spectroscopy, and the total number of atoms of all elements being 100 The element distribution ratio is such that the element is less than 100 and 30 at% or more and the oxygen element is more than 0 and 25 at% or less.

前記目的に沿う本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法は、半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板と、半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための１又は複数のベタ銅板を、セラミック基板の両主面のそれぞれに接合して設けるパワーモジュール用基板の製造方法において、セラミック基板の両主面が酸化物系セラミックからなり、両主面のそれぞれに当接させ中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して表面に酸化膜を設けた銅の融点温度を利用する酸素の共有結合によってセラミック基板に直接接合する直接接合法で一方の主面に配線回路銅板と、他方の主面にベタ銅板を設ける接合体を形成する工程と、接合体を過酸化水素水液と硫酸液の混合液に浸漬して配線回路銅板及びベタ銅板の外部に露出する表面に化学研磨面を形成する工程を有する。   A method for manufacturing a power module substrate according to the present invention that meets the above-described object includes mounting a semiconductor element, a plurality of wiring circuit copper plates for forming electrical continuity through bonding wires, and heat generated from the semiconductor element. In the method for manufacturing a power module substrate, in which one or a plurality of solid copper plates for transferring and dissipating heat are bonded to both main surfaces of the ceramic substrate, both main surfaces of the ceramic substrate are made of an oxide-based ceramic. Directly bonded to the ceramic substrate by oxygen covalent bonding utilizing the melting point temperature of copper having an oxide film formed on the surface by heating at 1065-1083 ° C. in a neutral atmosphere in contact with both main surfaces A step of forming a joined body by providing a wiring circuit copper plate on one principal surface and a solid copper plate on the other principal surface by a joining method; The surface exposed by immersing the coupling liquid to the outside of the wiring circuit copper and solid copper plate having a step of forming a chemical polished surface.

本発明のパワーモジュール用基板は、配線回路銅板及びベタ銅板の外部に露出する部分に化学研磨面を有すると共に、オージェ電子分光法で測定して化学研磨面に銅元素、酸素元素、及び他の元素を有し、しかも、全ての元素の原子個数を１００個とするうちの銅元素が１００を下回り３０ａｔ％以上、酸素元素が０を超え２５ａｔ％以下からなる元素分布割合を有するので、製造条件等の影響を消し去った配線回路銅板及びベタ銅板の外部に露出する部分の化学研磨面には、必ず、銅元素及び酸素元素が存在し、銅元素が３０ａｔ％以上であることで配線回路銅板のワイヤボンド性を確保することができると共に、酸素元素が２５ａｔ％以下であることで配線回路銅板及びベタ銅板の半田濡れ性を確保することができる。   The power module substrate of the present invention has a chemically polished surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate and the solid copper plate, and has copper element, oxygen element, and other elements on the chemically polished surface measured by Auger electron spectroscopy. Since the copper element has an element distribution ratio of less than 100 and 30% by oxygen and more than 0% and less than 25at% of the elements, the manufacturing conditions The copper circuit and the copper surface of the wiring circuit copper plate and the solid copper plate exposed to the outside of the wiring circuit copper plate that has been completely removed from the influence of the copper element and oxygen element are always present, and the copper element is 30 at% or more. The wire bondability can be ensured, and the solder wettability of the wiring circuit copper plate and the solid copper plate can be ensured when the oxygen element is 25 at% or less.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミック基板の両主面が酸化物系セラミックからなり、両主面のそれぞれに当接させ中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して表面に酸化膜を設けた銅の融点温度を利用する酸素の共有結合によってセラミック基板に直接接合する直接接合法で一方の主面に配線回路銅板と、他方の主面にベタ銅板を設ける接合体を形成する工程と、接合体を過酸化水素水液と硫酸液の混合液に浸漬して配線回路銅板及びベタ銅板の外部に露出する表面に化学研磨面を形成する工程を有するので、セラミック基板に直接接合法で接合した配線回路銅板と、ベタ銅板を設ける接合体を、過酸化水素水液と硫酸液の混合液に浸漬することで、セラミック基板の表面にはダメージを与えることなく、外部に露出する配線回路銅板と、ベタ銅板の表面に容易に銅元素及び酸素元素が安定して存在する化学研磨面とすることができ、配線回路銅板のワイヤボンド性や、半田濡れ性、及びベタ銅板の半田濡れ性を向上できるパワーモジュール用基板の製造方法を提供することができる。   In the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, both main surfaces of the ceramic substrate are made of an oxide-based ceramic, and are brought into contact with both main surfaces and heated at 1065 to 1083 ° C. in a neutral atmosphere. Forming a bonded body with a wiring circuit copper plate on one main surface and a solid copper plate on the other main surface by a direct bonding method that directly bonds to a ceramic substrate by oxygen covalent bonding utilizing the melting point temperature of copper provided with an oxide film And a step of immersing the joined body in a mixed solution of hydrogen peroxide solution and sulfuric acid solution to form a chemically polished surface on the surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate and the solid copper plate. By immersing a bonded circuit board with a wiring circuit copper plate and a solid copper plate joined by the joining method in a mixed solution of hydrogen peroxide solution and sulfuric acid solution, the surface of the ceramic substrate is not exposed to the outside without being damaged. The wiring circuit copper plate and the solid copper plate can be a chemically polished surface in which copper elements and oxygen elements are stably present on the surface of the solid copper plate, the wire bondability of the wiring circuit copper plate, the solder wettability, and the solid copper plate A method of manufacturing a power module substrate that can improve solder wettability can be provided.

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るパワーモジュール用基板の説明図である。(A), (B) is explanatory drawing of the board | substrate for power modules which concerns on one embodiment of this invention, respectively. （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同パワーモジュール用基板の製造方法の説明図である。(A)-(C) are explanatory drawings of the manufacturing method of the board | substrate for power modules, respectively.

続いて、、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るパワーモジュール用基板を説明する。ここで、図１（Ａ）に示すパワーモジュール用基板１０は、焼成済のセラミック基板１１に１個分として作製された場合の説明図である。また、図１（Ｂ）に示すパワーモジュール用基板１０は、大型の焼成済のセラミック基板１１ａに個片体としての複数のパワーモジュール用基板１０が配列するパワーモジュール用基板集合体２０として作製された場合の説明図である。   Then, the board | substrate for power modules which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated, referring FIG. 1 (A) and (B). Here, the power module substrate 10 shown in FIG. 1A is an explanatory diagram in the case of being manufactured as one piece on the fired ceramic substrate 11. Further, the power module substrate 10 shown in FIG. 1B is manufactured as a power module substrate assembly 20 in which a plurality of power module substrates 10 as individual pieces are arranged on a large baked ceramic substrate 11a. FIG.

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板１０には、焼成された、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、表面を酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜とした窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のような両主面を酸化物系セラミックとしたセラミック基板１１、１１ａの両主面のうちの一方の主面である上主面側にパワートランジスタ等の半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して半導体素子と電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板１２が接合されて設けられている。この配線回路銅板１２は、熱伝導率の高い金属板である一枚からなる全面銅板をセラミック基板１１、１１ａに加熱接合した後に、エッチング溶液を用いるエッチング加工によって複数の配線回路状態のパターンになるように形成している。あるいは、配線回路銅板１２は、予め、銅板を所望のパターンに打ち抜いたり、エッチングでパターンを形成したりしたものを、セラミック基板１１、１１ａに加熱接合している。そして、複数パターンからなる配線回路銅板１２は、所定の場所のパターンの配線回路銅板１２の上面に半田等を介して半導体素子が接合して搭載され、そのパッド電極と他のパターンの配線回路銅板１２とをアルミニウム等からなる太いボンディングワイヤ等で接続して高電圧電流を流すことができる電気的な導通回路を形成することができるようになっている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the power module substrate 10 is baked, for example, with an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film on the surface. A semiconductor element such as a power transistor is provided on the upper main surface which is one main surface of both main surfaces of the ceramic substrates 11 and 11a having both main surfaces such as aluminum nitride (AlN) and the like made of oxide ceramic. A plurality of wiring circuit copper plates 12 for bonding and providing electrical continuity with a semiconductor element are provided through bonding wires. This wiring circuit copper plate 12 is formed into a pattern of a plurality of wiring circuit states by performing an etching process using an etching solution after a single-sided copper plate, which is a metal plate having a high thermal conductivity, is thermally bonded to the ceramic substrates 11 and 11a. It is formed as follows. Alternatively, the wiring circuit copper plate 12 is heat bonded to the ceramic substrates 11 and 11a in advance by punching a copper plate into a desired pattern or forming a pattern by etching. The wiring circuit copper plate 12 having a plurality of patterns is mounted by mounting a semiconductor element on the upper surface of the wiring circuit copper plate 12 having a pattern at a predetermined location via solder or the like. 12 can be connected with a thick bonding wire or the like made of aluminum or the like to form an electrical conduction circuit capable of flowing a high voltage current.

また、このパワーモジュール用基板１０には、焼成されたセラミック基板１１、１１ａの両主面のうちの他方の主面である下主面側に、半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための配線回路銅板１２に対応させるようにして１又は複数のベタ銅板１３が接合されて設けられている。このベタ銅板１３は、配線回路銅板１２用の金属板である一枚銅板と同様の一枚銅板をセラミック基板１１、１１ａに加熱接合した後、エッチング加工によってベタ状態のパターンとなるように形成している。あるいは、ベタ銅板１３は、予め、銅板を所望のパターンに打ち抜いたり、エッチングでパターンを形成したりしたものを、セラミック基板１１、１１ａに加熱接合している。このベタ銅板１３は、半導体素子からの発熱を速やかに伝熱及び放熱させるために設けられている。なお、上記のエッチング加工は、配線回路銅板１２と、ベタ銅板１３の加工をそれぞれ別々に２回に分けて、あるいは、両主面の加工を一度に行っている。また、打ち抜いたり、エッチングでパターンを形成したりした配線回路銅板１２や、ベタ銅板１３は、セラミック基板への加熱接合を両主面のそれぞれ別々に２回に分けて、あるいは、両主面のそれぞれに一度に行っている。   The power module substrate 10 also transfers and dissipates heat generated from the semiconductor element on the lower main surface side, which is the other main surface of the main surfaces of the fired ceramic substrates 11 and 11a. One or a plurality of solid copper plates 13 are joined and provided so as to correspond to the wiring circuit copper plate 12 for the purpose. The solid copper plate 13 is formed so that a single copper plate similar to the single copper plate which is a metal plate for the wiring circuit copper plate 12 is heat-bonded to the ceramic substrates 11 and 11a, and then is formed into a solid pattern by etching. ing. Alternatively, the solid copper plate 13 is formed by punching a copper plate into a desired pattern or forming a pattern by etching in advance to the ceramic substrates 11 and 11a. The solid copper plate 13 is provided to quickly transfer and dissipate heat generated from the semiconductor element. In the etching process described above, the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 are separately processed twice, or both main surfaces are processed at once. In addition, the printed circuit board 12 or the solid copper board 13 that has been punched or formed a pattern by etching is divided into two main surfaces separately for heat bonding to the ceramic substrate, or both of the main surfaces Each one at a time.

上記のパワーモジュール用基板１０は、配線回路銅板１２及びベタ銅板１３の外部に露出する部分が化学溶液で研磨された化学研磨面１４となっている。そして、この化学研磨面１４は、オージェ電子分光法で測定して銅（Ｃｕ）元素、酸素（Ｏ）元素、及び他の元素、例えば、加熱接合時に拡散付着するの炭素（Ｃ）元素等を有している。オージェ電子分光法は、原子の内殻電子を電子ビームで放出させることで生成する励起状態イオンが内殻軌道に外殻電子を遷移させ、そのエネルギーで他の外殻電子が放出されることで多重イオン化する過程で脱励起するのを用いている。放出されるオージェ電子の運動エネルギーは、内殻電子と、２個の外殻電子の束縛エネルギーから算出される。これらの束縛エネルギーは、原子毎に固有なことから、３電子過程を行い得ない水素、ヘリウム以外の元素を検出分析することができる。測定は、真空中でＸ線、又は電子線を測定対象に照射し、放出される電子の速度（運動エネルギー）を分析、検出する電子分光器を用いている。測定対象は、気体分子、又は固体表面に限られるが、固体では中速電子線の励起深さ、脱出深さが数ｎｍ以下に限られるので、最表面の分析手法として最も利用価値が高く、最表面の清浄度、組成、吸着物種等の検出、測定に適している。   The power module substrate 10 has a chemically polished surface 14 in which portions exposed to the outside of the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 are polished with a chemical solution. And this chemical polishing surface 14 is measured by Auger electron spectroscopy, and includes copper (Cu) element, oxygen (O) element, and other elements such as carbon (C) element which diffuses and adheres at the time of heat bonding. Have. Auger electron spectroscopy is a technique in which excited state ions generated by emitting an inner electron of an atom with an electron beam cause the outer electron to transition to an inner orbital, and other outer electrons are emitted with that energy. De-excitation is used in the process of multiple ionization. The kinetic energy of the emitted Auger electrons is calculated from the binding energy of the inner-shell electrons and the two outer-shell electrons. Since these binding energies are unique to each atom, it is possible to detect and analyze elements other than hydrogen and helium that cannot perform the three-electron process. The measurement uses an electron spectrometer that irradiates a measurement object with an X-ray or an electron beam in a vacuum, and analyzes and detects the velocity (kinetic energy) of the emitted electrons. The object of measurement is limited to gas molecules or solid surfaces, but in solids, the excitation depth and escape depth of medium-velocity electron beams are limited to several nanometers or less. Suitable for detection and measurement of cleanliness, composition, adsorbate species, etc. on the outermost surface.

上記のパワーモジュール用基板１０は、オージェ電子分光法で測定した化学研磨面１４の銅元素の分布割合が、全ての元素の原子個数を１００個とするうちの１００ａｔ％を下回り、３０ａｔ％以上となる元素分布割合を有している。また、このパワーモジュール用基板１０は、オージェ電子分光法で測定した化学研磨面１４の酸素元素の分布割合が、全ての元素の原子個数を１００個とするうちの０ａｔ％を超え、２５ａｔ％以下となる元素分布割合を有している。パワーモジュール用基板１０は、上記の銅元素の分布割合が３０ａｔ％を下まわる場合には、配線回路銅板１２の外部に露出する表面におけるボンディングワイヤの接続強度が得られないという接続信頼性が確保できなくなっている。また、パワーモジュール用基板１０は、上記の酸素元素の分布割合が２５ａｔ％を超える場合には、配線回路銅板１２及びベタ銅板１３の外部に露出する表面における半導体素子やヒートシンク板を半田で接合させるときの半田の濡れ性が低下するという接合信頼性が確保できなくなっている。   In the power module substrate 10 described above, the distribution ratio of the copper element on the chemical polishing surface 14 measured by Auger electron spectroscopy is less than 100 at% out of the total number of atoms of all the elements being 100, and 30 at% or more. The element distribution ratio is as follows. In addition, the power module substrate 10 has a distribution ratio of oxygen elements on the chemical polishing surface 14 measured by Auger electron spectroscopy exceeding 0 at% and taking 25 at% or less out of 100 atoms of all elements. The element distribution ratio is as follows. The power module substrate 10 ensures the connection reliability that the bonding wire connection strength cannot be obtained on the surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate 12 when the distribution ratio of the copper element is less than 30 at%. I can't. Further, when the oxygen element distribution ratio exceeds 25 at%, the power module substrate 10 joins the semiconductor element and the heat sink plate on the surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 with solder. It is impossible to ensure the joining reliability that the wettability of the solder is reduced.

パワーモジュール用基板１０は、セラミック基板１１に１個分として作製された場合には、配線回路銅板１２の所定のパターンに半導体素子を実装し、電気的導通を形成しているが、パワーモジュール用基板集合体２０の場合には、それぞれに半導体素子を実装した後に、セラミック基板１１ａに設ける分割溝１５で分割してパワーモジュール用基板１０を作製している。あるいは、パワーモジュール用基板集合体２０の場合には、分割溝１５で分割した後に、個片体のパワーモジュール用基板１０に半導体素子を実装している。なお、セラミック基板１１ａの両主面の少なくとも一方に設ける分割溝１５は、焼成されて形成されるセラミック基板１１ａに、予め焼成される前のセラミックグリーンシートに形成された押圧溝、あるいは、焼成された後にレーザー加工等で形成される連続する点状の溝として設けられている。   When the power module substrate 10 is manufactured as one piece on the ceramic substrate 11, a semiconductor element is mounted on a predetermined pattern of the wiring circuit copper plate 12 to form electrical continuity. In the case of the substrate assembly 20, the power module substrate 10 is manufactured by mounting the semiconductor elements on each of the substrate assemblies 20 and then dividing the substrate assembly 20 by dividing grooves 15 provided in the ceramic substrate 11 a. Alternatively, in the case of the power module substrate assembly 20, the semiconductor elements are mounted on the individual power module substrate 10 after being divided by the dividing grooves 15. The dividing grooves 15 provided on at least one of both main surfaces of the ceramic substrate 11a are formed on the ceramic substrate 11a that is formed by firing, pressed grooves formed in the ceramic green sheet before firing, or fired. Are provided as continuous dotted grooves formed by laser processing or the like.

次いで、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する。このパワーモジュール用基板１０の製造方法には、個片体のセラミック基板１１に形成するパワーモジュール用基板１０として形成する場合と、大型のセラミック基板１１ａに複数個の個片体のパワーモジュール用基板１０が配列するパワーモジュール用基板集合体２０として形成する場合がある。これらの製造方法で作製されるパワーモジュール用基板１０は、焼成されたセラミック基板１１、１１ａの両主面のうちの一方の主面である上主面側にパワートランジスタ等の半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して半導体素子と電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板１２を接合して設けている。また、これらの製造方法で作製されるパワーモジュール用基板１０は、焼成されたセラミック基板１１、１１ａの両主面のうちの他方の主面である下主面側に、半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための配線回路銅板１２に対応させるようにして１又は複数のベタ銅板１３を接合して設けている。   Next, a method for manufacturing a power module substrate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this method of manufacturing the power module substrate 10, the power module substrate 10 is formed on the individual ceramic substrate 11, and a plurality of individual power module substrates are formed on the large ceramic substrate 11 a. 10 may be formed as a power module substrate assembly 20 in which 10 are arranged. In the power module substrate 10 manufactured by these manufacturing methods, a semiconductor element such as a power transistor is mounted on the upper main surface which is one of the main surfaces of the fired ceramic substrates 11 and 11a. In addition, a plurality of wiring circuit copper plates 12 for forming electrical continuity with the semiconductor element are bonded and provided via bonding wires. In addition, the power module substrate 10 manufactured by these manufacturing methods has heat generated from the semiconductor element on the lower main surface side which is the other main surface of the main surfaces of the fired ceramic substrates 11 and 11a. One or a plurality of solid copper plates 13 are joined and provided so as to correspond to the wiring circuit copper plate 12 for heat transfer and heat dissipation.

このパワーモジュール用基板１０の製造方法に用いるセラミック基板１１、１１ａは、両主面が酸化物系セラミックからなっている。このようなセラミック基板１１、１１ａには、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア入り酸化アルミニウム等のような全体が酸化物系セラミックからなるものが用いることができる。また、セラミック基板１１、１１ａには、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような酸化物系セラミックではないが焼成済の窒化アルミニウム基板を再度酸化焼成させることで表面に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を形成させて両主面を酸化物系セラミックとしたものを用いることができる。これらのセラミック基板１１、１１ａは、絶縁性、耐熱性、熱伝導性、基板強度等に優れるので、半導体素子にかかる高電圧、及び半導体素子からの高熱に対して十分な耐熱性と、高熱伝導性をもって問題なく使用することができる。 The ceramic substrates 11 and 11a used in the method for manufacturing the power module substrate 10 have both main surfaces made of an oxide ceramic. As such ceramic substrates 11 and 11a, for example, a substrate made entirely of an oxide ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum oxide containing zirconia, or the like can be used. In addition, the ceramic substrates 11 and 11a may be formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the surface by re-oxidizing and firing a fired aluminum nitride substrate that is not an oxide ceramic such as aluminum nitride (AlN). In this way, a material in which both main surfaces are made of an oxide-based ceramic can be used. Since these ceramic substrates 11 and 11a are excellent in insulation, heat resistance, thermal conductivity, substrate strength, etc., sufficient heat resistance against high voltage applied to the semiconductor element and high heat from the semiconductor element, and high thermal conductivity. It can be used with no problem.

ここで、セラミック基板１１、１１ａの一例であるＡｌ２Ｏ３からなるセラミック基板１１、１１ａの作製方法を簡単に説明する。作製には、先ず、酸化アルミニウム粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤が加えられ、十分に混練した後、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製している。そして、このスラリーは、ドクターブレード法等によって、例えば、厚さ０．５０ｍｍ程度のロール状のシートに形成され、適当なサイズにカットしてセラミックグリーンシートを作製し、大気中約１５５０℃程度で焼成してセラミック基板１１、１１ａを作製している。 Here, a method for manufacturing the ceramic substrates 11 and 11a made of Al 2 O 3 which is an example of the ceramic substrates 11 and 11a will be briefly described. For production, first, a powder obtained by adding an appropriate amount of a sintering aid such as magnesia, silica, calcia to aluminum oxide powder, a plasticizer such as dioctyl phthalate, a binder such as acrylic resin, and toluene, xylene, alcohol A solvent such as a kind is added and kneaded sufficiently, and then defoamed to prepare a slurry having a viscosity of 2000 to 40000 cps. Then, this slurry is formed into a roll-like sheet having a thickness of about 0.50 mm by a doctor blade method or the like, cut into an appropriate size to produce a ceramic green sheet, and about 1550 ° C. in the atmosphere. The ceramic substrates 11 and 11a are produced by firing.

また、セラミック基板１１、１１ａの一例であるＡｌＮからなるセラミック基板１１、１１ａを作製するには、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加し、可塑剤、バインダー、及び溶剤を加えてシート状のセラミックグリーンシートとし、これを適当なサイズにカットし、窒素雰囲気中約１７００℃程度の高温で焼成して形成している。そして、窒素雰囲気中で焼成済のセラミック基板１１、１１ａは、更に、大気中約１５５０℃程度で焼成して表層にＡｌ２Ｏ３を形成している。 Moreover, in order to produce ceramic substrates 11 and 11a made of AlN, which is an example of ceramic substrates 11 and 11a, a sintering aid is added to aluminum nitride powder, and a plasticizer, a binder, and a solvent are added to form a sheet. It is formed as a ceramic green sheet, cut into an appropriate size, and fired at a high temperature of about 1700 ° C. in a nitrogen atmosphere. The ceramic substrates 11 and 11a fired in the nitrogen atmosphere are further fired at about 1550 ° C. in the atmosphere to form Al 2 O 3 on the surface layer.

更に、セラミック基板１１、１１ａの一例であるジルコニア入り酸化アルミニウムからなるセラミック基板１１、１１ａを作製するには、主成分の酸化アルミニウムを７０〜９７ｗｔ％の範囲にして、これにジルコニア（ＺｒＯ２）を２〜２９．９ｗｔ％の範囲で添加し、イットリア、カルシア、マグネシア、セリアのいずれか１種以上の焼結助剤を０．１〜２ｗｔ％の範囲で添加し、可塑剤、バインダー、及び溶剤を加えて、例えば、厚さ０．２５ｍｍのシート状のセラミックグリーンシートとしている。そして、このセラミックグリーンシートは、適当なサイズにカットし、大気中約１５５０℃程度で焼成してセラミック基板１１、１１ａを作製している。なお、Ａｌ２Ｏ３を主成分として、これに上記割合のＺｒＯ２が添加された焼成体からなるセラミック基板１１、１１ａは、Ａｌ２Ｏ３単体の基板と熱伝導率を同等程度に保ちながら基板強度、特に曲げ強度を大幅に高めることができる（Ａｌ２Ｏ３単体では、３．１ＭＰａ・ｍ０．５、ジルコニア系酸化アルミニウムセラミックでは、４．４ＭＰａ・ｍ０．５）。また、イットリア、カルシア、マグネシア、セリアのいずれか１種以上を添加することで、基板の焼成温度をＡｌ２Ｏ３単体の基板と同等程度に抑えつつ、ＺｒＯ２結晶粒の靭性を改善することができる。これらによって、セラミック基板１１、１１ａは、ＡｌＮの基板より熱伝導率が低下するものの、厚みを薄くすることで、熱伝導率の低さを補うことができ、Ａｌ２Ｏ３単体の基板より優れ、ＡｌＮの基板に匹敵する優れた放熱性を有することができる。 Furthermore, in order to produce the ceramic substrates 11 and 11a made of zirconia-containing aluminum oxide, which is an example of the ceramic substrates 11 and 11a, the main component aluminum oxide is in the range of 70 to 97 wt%, and zirconia (ZrO 2 ) is added thereto. Is added in the range of 2 to 29.9 wt%, and one or more sintering aids of yttria, calcia, magnesia, and ceria are added in the range of 0.1 to 2 wt%, and the plasticizer, binder, and For example, a sheet-like ceramic green sheet having a thickness of 0.25 mm is formed by adding a solvent. The ceramic green sheet is cut into an appropriate size and fired at about 1550 ° C. in the atmosphere to produce the ceramic substrates 11 and 11a. The ceramic substrates 11 and 11a made of a fired body in which Al 2 O 3 is the main component and ZrO 2 in the above ratio is added to the Al 2 O 3 single substrate while maintaining the same thermal conductivity as the Al 2 O 3 single substrate. substrate strength can be enhanced greatly, especially bending strength (in Al 2 O 3 alone, 3.1 MPa · m 0.5, the zirconia-based aluminum oxide ceramic, 4.4MPa · m 0.5). In addition, by adding at least one of yttria, calcia, magnesia, and ceria, the toughness of the ZrO 2 crystal grains can be improved while suppressing the firing temperature of the substrate to the same level as that of the Al 2 O 3 single substrate. Can do. As a result, although the ceramic substrates 11 and 11a have lower thermal conductivity than the AlN substrate, the thickness can be reduced to compensate for the lower thermal conductivity, which is superior to the Al 2 O 3 single substrate. It can have excellent heat dissipation comparable to an AlN substrate.

図２（Ａ）に示すように、パワーモジュール用基板１０の製造方法に用いる配線回路銅板１２と、ベタ銅板１３は、予め、大型の銅板を打ち抜いたり、エッチングしたりして、パターン状に形成している。そして、パワーモジュール用基板１０の製造方法では、パターン状に形成された配線回路銅板１２と、ベタ銅板１３は、酸化物系のセラミック基板１１、１１ａに当接して中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して表面に酸化膜を設けた銅の融点温度を利用する酸素の共有結合によってセラミック基板１１、１１ａに直接接合する直接接合法で接合して一方の主面に配線回路銅板１２と、他方の主面にベタ銅板１３を設ける接合体１６に形成している。   As shown in FIG. 2A, the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 used in the method for manufacturing the power module substrate 10 are formed in a pattern by punching or etching a large copper plate in advance. is doing. And in the manufacturing method of the board | substrate 10 for power modules, the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 which were formed in pattern form contact | abut to the oxide type ceramic substrates 11 and 11a, and are 1065-1083 in neutral atmosphere. Joined by a direct joining method of joining directly to the ceramic substrates 11 and 11a by covalent bonding of oxygen utilizing the melting point temperature of copper having an oxide film on the surface heated at 0 ° C. and the wiring circuit copper plate 12 on one main surface The joined body 16 is provided with a solid copper plate 13 on the other main surface.

あるいは、図示しないが、パワーモジュール用基板１０の製造方法では、先ず、酸化物系のセラミック基板１１、１１ａに大型の一枚銅板を当接して中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して表面に酸化膜を設けた銅の融点温度を利用する酸素の共有結合によってセラミック基板１１、１１ａに直接接合する直接接合法で接合している。次に、セラミック基板１１、１１ａに接合された大型の一枚銅板の上面には、スクリーン印刷法や、フォトレジスト法で配線回路銅板１２や、ベタ銅板１３のパターンからなるエッチングレジスト膜を形成した後、エッチングレジスト膜の開口部から露出する銅板部を塩化第２鉄溶液等でエッチングして除去し、更に、パターン上のエッチングレジスト膜を除去することでセラミック基板１１、１１ａの一方の主面に配線回路銅板１２と、他方の主面にベタ銅板１３を設ける接合体１６に形成している。なお、このセラミック基板１１、１１ａに対する大型の一枚銅板の接合は、両主面を一度に、あるいは、両主面をそれぞれ別々に行うことができる。また、エッチングは、通常、両主面を一度に行うことが多いが、両主面をそれぞれ別々に行うこともできる。   Alternatively, although not shown, in the method of manufacturing the power module substrate 10, first, a large single copper plate is brought into contact with the oxide ceramic substrates 11 and 11 a and heated at 1065 to 1083 ° C. in a neutral atmosphere. Bonding is performed by a direct bonding method in which the substrate is directly bonded to the ceramic substrates 11 and 11a by covalent bonding of oxygen using the melting point temperature of copper having an oxide film provided on the surface. Next, an etching resist film having a pattern of the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 was formed on the upper surface of a large single copper plate bonded to the ceramic substrates 11 and 11a by screen printing or photoresist. Thereafter, the copper plate portion exposed from the opening of the etching resist film is removed by etching with a ferric chloride solution or the like, and the etching resist film on the pattern is further removed to remove one main surface of the ceramic substrates 11 and 11a. The wiring circuit copper plate 12 and the joined body 16 provided with the solid copper plate 13 on the other main surface are formed. In addition, the joining of the large-sized single copper plate to the ceramic substrates 11 and 11a can be performed on both main surfaces at once or on both main surfaces separately. Etching is usually performed on both main surfaces at once, but both main surfaces can also be performed separately.

次に、図２（Ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板１０の製造方法では、上記の接合体１６を過酸化水素水液と硫酸液の混合液１７に浸漬している。この混合液１７は、過酸化水素水液と、硫酸液のそれぞれの容量比率や、温度を限定するものではないが、過酸化水素水液３〜５％程度、硫酸液８〜１２％程度、残り純水とし、温度を３５〜４５℃程度にして使用するのが好ましい。また、接合体１６の混合液１７への浸漬時間は、特に、限定するものではないが、３０〜６０秒程度であればよい。更に、接合体１６の混合液１７への浸漬中は、接合体１６を揺動させたり、及び／又は混合液１７を攪拌させたりして、配線回路銅板１２及びベタ銅板１３の外部に露出する表面が新鮮な混合液１７に常時晒されるようにして化学研磨することが好ましい。   Next, as shown in FIG. 2B, in the method for manufacturing the power module substrate 10, the joined body 16 is immersed in a mixed solution 17 of a hydrogen peroxide solution and a sulfuric acid solution. Although this liquid mixture 17 does not limit each volume ratio and temperature of a hydrogen peroxide solution and a sulfuric acid solution, it is about 3 to 5% hydrogen peroxide solution, about 8 to 12% sulfuric acid solution, The remaining pure water is preferably used at a temperature of about 35 to 45 ° C. Further, the immersion time of the joined body 16 in the mixed liquid 17 is not particularly limited, but may be about 30 to 60 seconds. Further, while the joined body 16 is immersed in the mixed solution 17, the joined body 16 is swung and / or the mixed solution 17 is stirred to be exposed to the outside of the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13. It is preferable to perform chemical polishing so that the surface is always exposed to the fresh mixed liquid 17.

次に、図２（Ｃ）に示すように、パワーモジュール用基板１０の製造方法では、接合体１６を過酸化水素水液と硫酸液の混合液１７から取り出した後、洗浄、乾燥して配線回路銅板１２及びベタ銅板１３の外部に露出する表面に化学研磨面１４を形成するパワーモジュール用基板１０を作製している。上記のパワーモジュール用基板１０の製造方法で作製されるパワーモジュール用基板１０は、製造条件のバラツキで発生する配線回路銅板１２及びベタ銅板１３の外部に露出する表面の元素分布割合を過酸化水素水液と硫酸液の混合液１７で最表面を化学研磨することで、製造条件のバラツキに関係なく容易にワイヤボンド性と、半田濡れ性に適した元素分布割合にすることができる。   Next, as shown in FIG. 2C, in the method for manufacturing the power module substrate 10, the joined body 16 is taken out of the mixed solution 17 of the hydrogen peroxide solution and the sulfuric acid solution, then washed and dried. The power module substrate 10 is produced in which the chemical polishing surface 14 is formed on the surface exposed to the outside of the circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13. The power module substrate 10 manufactured by the method for manufacturing the power module substrate 10 described above has an element distribution ratio on the surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate 12 and the solid copper plate 13 generated due to variations in manufacturing conditions. By chemically polishing the outermost surface with a mixed solution 17 of an aqueous solution and a sulfuric acid solution, the element distribution ratio suitable for wire bondability and solder wettability can be easily obtained regardless of variations in manufacturing conditions.

本発明のパワーモジュール用基板及びその製造方法は、高電圧が流れ、大量の熱を発生する半導体素子を実装し、例えば、インバーター用や、自動車部品用等として用いるためのパワーモジュール用基板や、これを作製するために利用することができる。   The power module substrate of the present invention and the method for manufacturing the same are mounted with semiconductor elements that generate a large amount of heat through a high voltage, for example, inverters, power module substrates for use as automotive parts, It can be used to make this.

１０：パワーモジュール用基板、１１、１１ａ：セラミック基板、１２：配線回路銅板、１３：ベタ銅板、１４：化学研磨面、１５：分割溝、１６：接合体、１７：混合液、２０：パワーモジュール用基板集合体   10: Power module substrate, 11, 11a: Ceramic substrate, 12: Wiring circuit copper plate, 13: Solid copper plate, 14: Chemical polishing surface, 15: Dividing groove, 16: Joint, 17: Mixed solution, 20: Power module Board assembly

Claims (2)

半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板と、前記半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための１又は複数のベタ銅板を、セラミック基板の両主面のそれぞれに接合して有するパワーモジュール用基板において、
前記配線回路銅板及び前記ベタ銅板の外部に露出する部分に化学研磨面を有すると共に、オージェ電子分光法で測定して前記化学研磨面に銅元素、酸素元素、及び他の元素を有し、しかも、全ての元素の原子個数を１００個とするうちの前記銅元素が１００を下回り３０ａｔ％以上、前記酸素元素が０を超え２５ａｔ％以下からなる元素分布割合を有することを特徴とするパワーモジュール用基板。 A plurality of wiring circuit copper plates for mounting a semiconductor element and forming electrical continuity through bonding wires, and one or a plurality of solid copper plates for transferring and dissipating heat generated from the semiconductor element, In the power module substrate that is bonded to each of the two main surfaces of the ceramic substrate,
The wiring circuit copper plate and the solid copper plate have a chemically polished surface exposed to the outside, and have a copper element, an oxygen element, and other elements on the chemically polished surface as measured by Auger electron spectroscopy. The power element is characterized by having an element distribution ratio in which the number of atoms of all the elements is 100 and the copper element is less than 100 and 30 at% or more and the oxygen element is more than 0 and 25 at% or less. substrate. 半導体素子を搭載すると共に、ボンディングワイヤを介して電気的導通を形成するための複数の配線回路銅板と、前記半導体素子から発生する熱を伝熱及び放熱させるための１又は複数のベタ銅板を、セラミック基板の両主面のそれぞれに接合して設けるパワーモジュール用基板の製造方法において、
前記セラミック基板の両主面が酸化物系セラミックからなり、前記両主面のそれぞれに当接させ中性雰囲気中の１０６５〜１０８３℃で加熱して表面に酸化膜を設けた銅の融点温度を利用する酸素の共有結合によって前記セラミック基板に直接接合する直接接合法で一方の主面に前記配線回路銅板と、他方の主面に前記ベタ銅板を設ける接合体を形成する工程と、
前記接合体を過酸化水素水液と硫酸液の混合液に浸漬して前記配線回路銅板及び前記ベタ銅板の外部に露出する表面に化学研磨面を形成する工程を有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。 A plurality of wiring circuit copper plates for mounting a semiconductor element and forming electrical continuity through bonding wires, and one or a plurality of solid copper plates for transferring and dissipating heat generated from the semiconductor element, In the method for manufacturing a power module substrate provided to be bonded to both main surfaces of the ceramic substrate,
Both the main surfaces of the ceramic substrate are made of an oxide-based ceramic. Forming a bonded body in which the wiring circuit copper plate is provided on one main surface and the solid copper plate is provided on the other main surface by a direct bonding method in which the oxygen bonding is directly bonded to the ceramic substrate; and
A power module comprising a step of immersing the joined body in a mixed solution of a hydrogen peroxide solution and a sulfuric acid solution to form a chemically polished surface on a surface exposed to the outside of the wiring circuit copper plate and the solid copper plate. Manufacturing method for industrial use.
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