JP2013175788A - パワーモジュール用基板、パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】比較的面積の大きくても、セラミック基板の反り、割れの発生を抑制することが可能なパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及び、このパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供する。
【解決手段】アルミニウムの板材からなる金属層１３と、この金属層１３の一方の面に配設されたセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の上に配設され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層１２と、を備え、金属層１３が純度９９．９％以上のアルミニウムの板材からなり、金属層１３の少なくとも周縁部には、金属層１３よりも剛性の高い材質で構成された枠部材４１が接合されることによって、金属層１３よりも厚肉とされた枠体部４０が形成されている
【選択図】図２

Description

この発明は、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、このパワーモジュール用基板の製造方法及びこのパワーモジュール基板を備えたパワーモジュールに関するものである。

半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは発熱量が比較的高いため、これを搭載する基板としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板上にＡｌ（アルミニウム）の金属板がＡｌ−Ｓｉ系のろう材を介して接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。
この金属板は回路層として形成され、その金属板の上には、はんだ材を介してパワー素子の半導体チップが搭載される。

また、セラミックス基板の下面にも放熱のためにＡｌ等の金属板が接合されて金属層とされ、この金属層を介して冷却器が接合された冷却器付パワーモジュール用基板が提案されている。このような冷却器付パワーモジュール用基板においては、電子部品から発生した熱を効率的に放散することが可能となる。
ここで、セラミックス基板は、回路層と金属層との間の絶縁性を確保するとともに、パワーモジュール用基板全体の剛性を確保する役割を有している。

さらに、近年では、パワーモジュールユニットにおいて、電子部品の高集積化、高密度化が進められており、例えば特許文献２、３に記載されているように、ひとつのセラミックス基板に複数の回路層を形成したパワーモジュール用基板が提案されている。

特開２００１−１４８４５１号公報 特開平１０−６５０７５号公報 特開２００７−１９４２５６号公報

しかしながら、複数の回路層を形成するために、比較的サイズの大きなセラミックス基板を用いた場合には、回路層や金属層の接合時や熱サイクル負荷時において、セラミックス基板に比較的大きな反りが発生し、割れが生じるおそれがあった。つまり、面積の大きなパワーモジュール用基板を構成する際には、その剛性を確保するために大きな面積のセラミックス基板を用いる必要があるが、大きなセラミックス基板を用いると割れや反りが発生してしまうことになるのである。

特に、例えば特許文献１の図４に示すように、パワーモジュール用基板を冷却器の天板部に直接接合した冷却器付パワーモジュール用基板では、パワーモジュール用基板の熱膨張係数はセラミックス基板に依存して比較的小さく、冷却器の天板部はアルミニウム等で構成されていて熱膨張係数が比較的大きいため、冷却器付パワーモジュールに熱サイクルが負荷された際に、熱膨張率の差によって熱応力が生じ、セラミックス基板に割れや反りが発生してしまう危険性がさらに高くなる。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、比較的面積の大きくても、セラミック基板の反り、割れの発生を抑制することが可能なパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及び、このパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール用基板は、アルミニウムの板材からなる金属層と、この金属層の一方の面に配設されたセラミックス基板と、このセラミックス基板の上に配設され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層と、を備え、前記金属層が純度９９．９％以上のアルミニウムの板材からなり、前記金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも剛性の高い材質で構成された枠部材が接合されることによって、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることを特徴としている。

この構成のパワーモジュール用基板においては、アルミニウムの板材からなる金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることから、金属層の剛性が向上することになり、パワーモジュール用基板自体の剛性を確保することが可能となる。よって、比較的面積の大きなパワーモジュール用基板を形成した場合に、セラミックス基板を分割して比較的面積を小さくすることが可能となり、セラミックス基板の反りや割れを抑えることができる。

また、金属層が純度９９．９％以上のアルミニウム（いわゆる３Ｎアルミ）で構成されていることから、金属層の変形抵抗が小さく、アルミニウムとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力（ひずみ）を金属層で効率的に吸収することが可能となり、セラミックス基板の反りや割れを確実に抑えることができる。なお、純度９９．９％以上のアルミニウムによって金属層を構成した場合、剛性が低くなるが、枠体部を形成することによって、金属層全体の剛性を向上させることができる。
さらに、前記枠部材を前記金属層よりも剛性の高い材質で構成することによって、金属層全体の剛性を確実に向上させることが可能となる。

ここで、前記セラミックス基板が、前記金属層の一方の面に複数配設され、これら複数のセラミックス基板に回路層がそれぞれ形成されていることが好ましい。
この場合、金属層の上に、複数のセラミックス基板が配設され、このセラミックス基板の上に回路層が形成されていることから、セラミックス基板自体が分割されて比較的面積が小さくすることができ、セラミックス基板の反りや割れを抑えることが可能となる。よって、複数の回路層が形成された大型のパワーモジュール用基板を構成することが可能となる。

また、前記金属層の面積が、４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下とされていることが好ましい。
この場合、前記金属層の面積が、４０００ｍｍ^２以上とされているので、例えば複数のセラミックス基板を金属層上に配設することが可能となる。また、前記金属層の面積が、３００００ｍｍ^２以下とされているので、枠体部によって金属層の剛性を確保することができる。

さらに、前記セラミックス基板の面積が、１００ｍｍ^２以上４０００ｍｍ^２以下とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス基板の面積が、１００ｍｍ^２以上とされているので、セラミックス基板の上に回路層を形成することができる。また、前記セラミックス基板の面積が、４０００ｍｍ^２以下とされているので、セラミックス基板の反りや割れを確実に抑制することができる。

さらに、前記金属層が、冷却器の天板部とされることが好ましい。
この場合、金属層が冷却器の天板部としても役割を有することから、金属層の一方の面に配設されたセラミックス基板及び回路層を効率的に冷却することが可能となる。よって、回路層上に配設される電子部品から発生する熱を冷却器によって効率的に冷却することができ、電子部品が高集積、高密度に配設されたパワーモジュールユニットに適用することができる。

さらに、前記金属層には、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層と、アルミニウムの単一相からなる軟質層と、が設けられていることが好ましい。
この場合、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層が形成されることにより、金属層全体の剛性をさらに向上させることができる。また、アルミニウムの単一相からなる軟質層を備えていることから、熱サイクル負荷時や接合時において発生する熱応力を軟質層によって吸収することができる。

また、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、前述のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材を積層して、積層体を形成する積層工程と、前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、を有していることを特徴としている。

この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材を積層するとともに、金属層となるアルミニウム板の一方の面に前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層した積層体を形成し、これを積層方向に加圧しながら加熱し、溶融アルミニウム層を形成し、これを凝固させていることから、枠体部の成形と、金属層とセラミックス基板と回路層との接合とを、一度に行うことができ、前述のパワーモジュール用基板を効率良く、かつ、確実に成形することができる。
なお、積層工程において、例えばＡｌ−Ｓｉ系等のろう材箔を、枠部材とアルミニウム板との間、アルミニウム板とセラミックス基板との間、セラミックス基板と金属板との間に配設することが好ましい。また、ろう材に替えて、銅層を介してこれらを積層してもよい。

さらに、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、前述のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して、枠体部を構成する枠部材を積層し、積層体を形成する積層工程と、前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、を有し、前記溶融工程及び前記凝固工程により、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層を形成することを特徴としている。

この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、金属層に、硬化層と軟質層とが形成されたパワーモジュール用基板を製造することができる。なお、硬化層における第２相の分散状態は、ろう材に含まれる前記第２相を構成する元素量、溶融工程の温度及び時間、前記凝固工程の凝固速度等によって調整されることになる。

本発明のパワーモジュールは、前述のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載される電子部品と、を備えることを特徴としている。
この構成のパワーモジュールによれば、高集積、高密度のパワーモジュールユニットを構成することが可能となる。

本発明によれば、比較的面積の大きくても、セラミック基板の反り、割れの発生を抑制することが可能なパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及び、このパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールの上面図である。 図１におけるＸ−Ｘ断面図である。 図１に示すパワーモジュール用基板の金属層の拡大説明図である。 図３に示す金属層に形成された硬化層の説明写真である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態であるパワーモジュール用基板の概略説明図である。 本発明の他の実施形態であるパワーモジュール用基板の概略説明図である。 本発明の他の実施形態であるパワーモジュール用基板の上面図である。 図８におけるＸ−Ｘ断面図である。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１、図２に本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを示す。
このパワーモジュール１は、回路層１２が配設されたパワーモジュール用基板１０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、を備えている。ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材とされている。なお、本実施形態では、回路層１２とはんだ層２との間にＮｉメッキ層（図示なし）が設けられている。

パワーモジュール用基板１０は、金属層１３と、この金属層１３の一方の面（図２において上面）に複数配設されたセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の上にそれぞれ配設された回路層１２と、を備えている。本実施形態においては、ひとつの金属層１３の上に、６つのセラミックス基板１１及び回路層１２が配設されている。

ここで、金属層１３の面積（一方の面の面積）は、４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下とされており、本実施形態では、１４０ｍｍ×６０〜１６０ｍｍの矩形平板状をなしている。
また、セラミックス基板１１の面積（一方の面の面積）は、１００ｍｍ^２以上４０００ｍｍ^２以下とされている。

セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、本実施形態では、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

回路層１２は、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１２は、純度が９９．９％以上のアルミニウムの圧延板からなる金属板２２がセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。ここで、セラミックス基板１１と金属板２２の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２４を用いている。ここで、回路層１２の厚さは０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。

金属層１３は、図５に示すように、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３からなり、この金属層１３の一方の面にセラミックス基板１１が接合されている。ここで、金属層１３をなすアルミニウム板２３とセラミックス基板１１との接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２５を用いている。ここで、金属層１３の厚さは０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。

そして、金属層１３の周縁部には、図１及び図２に示すように、金属層１３の一方の面に枠部材４１が積層されることによって、金属層１３よりも厚肉とされた枠体部４０が形成されている。ここで、枠部材４１は、金属層１３を構成する純度９９．９％以上のアルミニウム板２３よりも剛性の高い材料で構成されており、本実施形態では、アルミニウム合金Ａ１０５０で構成されている。また、枠部材４１の厚さは、０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．５ｍｍに設定されている。したがって、本実施形態では、金属層１３に枠部材４１が積層されることで画成された枠体部４０の厚さは、２．５ｍｍとされる。

また、金属層１３には、図３に示すように、アルミニウムの母相中に第２相が分散してなる硬化層３１と、アルミニウムの単一相からなる軟質層３２と、が設けられている。硬化層３１は、金属層１３の一方の面側に形成されており、その厚さｔｐが５μｍ以上６００μｍ以下とされている。
硬化層３１においては、図４に示すように、アルミニウムの母相３５中に第２相３６が分散されている。本実施形態では、ろう材箔２５に含有されたＳｉが濃縮してなる第２相３６が分散されている。
なお、この硬化層３１は、金属層１３の一方の面のうちセラミックス基板１１と接合されていない部分に形成されている。

以下に、前述したパワーモジュール用基板１０の製造方法について説明する。
図５に示すように、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３の一方の面の上に、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では２０μｍ）のＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２５を配置する。本実施形態では、ろう材箔２５を、アルミニウム板２３の一方の面の全面を覆うように配置している。
そして、このろう材箔２５が配置されたアルミニウム板２３の上に、３つのセラミックス基板１１が積層され、このセラミックス基板１１の一方の面に、回路層１２となる金属板２２が、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２４を介して積層される。さらに、アルミニウム板２３の周縁部には、アルミニウム合金（Ａ１０５０）からなる枠部材４１が積層される。このようにして積層体２０が形成される（積層工程）。

このようにして形成された積層体２０を、一対のカーボン板５１、５１によって積層方向に挟み込む。このとき、セラミックス基板１１及び金属板２２が積層された部分と、枠部材４１が積層された部分とで高さが異なる場合には、スペーサ５２を介装させる。
そして、カーボン板５１、５１を互いに近接する方向に押圧することにより、積層体２０をその積層方向に加圧（圧力０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ^２）する。

このように積層体２０を加圧した状態で真空炉内に装入して加熱し、ろう材箔２４、２５を溶融する（溶融工程）。ここで真空炉内の真空度は、１０^−３Ｐａ〜１０^−５Ｐａとされている。また、加熱条件は、６３０〜６５０℃×０．１〜０．５時間とされている。
この溶融工程によって、ろう材箔２４、２５が溶融し、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との界面、セラミックス基板１１と金属板２２との界面、アルミニウム板２３と枠部材４１との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層が形成されることになる。また、アルミニウム板２３の一方の面全体に溶融アルミニウム層が形成される。

次に、積層体２０を冷却することによって溶融アルミニウム層を凝固させる（凝固工程）。
ここで、金属層１３の一方の面上に配設されたろう材箔２５が溶融することにより、金属層１３の一方の面近傍には、ろう材箔２５に含まれたＳｉの濃度が高い部分が生じることになり、このＳｉ濃度が高い部分において、Ｓｉ元素が濃縮した第２相３６が晶出し、硬化層３１が形成されることになる。なお、硬化層３１における第２相３６のサイズ、分布は、ろう材箔２５におけるＳｉの含有量、溶融工程における加熱温度、凝固工程における冷却速度によって調整されることになる。

このようにして、ひとつの金属層１３（面積４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下）の上に、複数（６つ）のセラミックス基板１１が配設され、このセラミックス基板１１のそれぞれに回路層１２が形成されたパワーモジュール用基板１０が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１０及びパワーモジュール１においては、面積４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下とされた金属層１３の上に、複数のセラミックス基板１１が配設され、このセラミックス基板１１の上にそれぞれ回路層１２が形成されているので、セラミックス基板１１の面積が１００ｍｍ^２以上４０００ｍｍ^２以下と比較的小さくなり、セラミックス基板１１の反り及び割れの発生を抑えることができる。

そして、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３からなる金属層１３の周縁部に、金属層１３よりも厚肉とされた枠体部４０が形成されているので、金属層１３自体の剛性が向上することになり、セラミックス基板１１を前述のように分割しても、パワーモジュール用基板１０全体の剛性を確保することができる。

また、金属層１３が純度９９．９％以上のアルミニウム板２３で構成されているので、金属層１３の変形抵抗が小さく、熱応力（ひずみ）を金属層１３で効率的に吸収することが可能となり、セラミックス基板１１の反りや割れを確実に抑えることができる。また、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３は比較的剛性が低いが、枠体部４０が形成されていることから金属層１３全体の剛性を確保することができる。
そして、この枠体部４０を構成する枠部材４１が、金属層１３を構成する純度９９．９％のアルミニウム板２３よりも剛性の高い材料であるアルミニウム合金（Ａ１０５０）で構成されているので、枠体部４０によって、金属層１３全体の剛性を確実に向上させることが可能となる。

ここで、金属層１３の面積が、４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下とされているので、金属層１３の上に複数のセラミックス基板１１及び回路層１２を形成することが可能となるとともに、枠体部４０によって金属層１３の剛性を確実に確保することができる。
さらに、セラミックス基板１１の面積が、１００ｍｍ^２以上４０００ｍｍ^２以下とされているので、セラミックス基板１１の上に回路層１２を確実に形成することができるとともに、セラミックス基板１１に負荷される熱応力を抑制でき、反りや割れを確実に抑制することができる。

さらに、金属層１３に、アルミニウムの母相３５中に第２相３６が分散された硬化層３１が形成されているので、金属層１３全体の剛性をさらに向上させることができる。また、金属層１３が、アルミニウムの単一相からなる軟質層３２を備えていることから、熱応力をこの軟質層３２によって吸収することができる。

また、前述のパワーモジュール用基板１０の製造方法によれば、枠体部４０の成形と、金属層１３とセラミックス基板１１と回路層１２との接合とを、一度に行うことができ、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０を効率良く、かつ、確実に成形することができる。また、第２相３６を構成する元素（本実施形態ではＳｉ）を含むろう材箔２５を用いることにより、金属層１３に、硬化層３１と軟質層３２とを形成することができる。
なお、硬化層３１における第２相３６の分散状態は、ろう材箔２５に含まれるＳｉ量、溶融工程の温度及び時間、凝固工程の凝固速度等によって調整することが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。
この第２の実施形態であるパワーモジュール用基板１１０においては、金属層１１３の他方の面側に、冷却器部材である放熱フィン１６２が設けられており、金属層１１３が冷却器１６０の天板部１６１として利用されているのである。

このパワーモジュール用基板１１０は、第１の実施形態と同様にして、金属層１１３の一方の面に、複数のセラミックス基板１１１を積層し、このセラミックス基板１１１のそれぞれに回路層１１２を形成する。また、金属層１１３の周縁部に枠部材１４１を積層することによって、金属層１１３よりも厚肉とされた枠体部１４０を形成する。そして、金属層１１３の他方の面に複数の放熱フィン１６２を接合することによって製造される。

以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１１０においては、金属層１１３の他方の面に、放熱フィン１６２が配設され、金属層１１３が冷却器１６０の天板部１６１として利用されているので、金属層１１３の一方の面に配設されたセラミックス基板１１１及び回路層１１２を効率的に冷却することが可能となる。よって、回路層１１２上に配設される電子部品から発生する熱を冷却器１６０によって効率的に冷却することができ、電子部品が高集積、高密度に配設されるパワーモジュールユニットに適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、金属層の一方の面側に枠部材を積層して枠体部を構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、図７に示すように、金属層２１３の他方の面側に枠部材２４１を配設して枠体部２４０を形成したパワーモジュール用基板２１０であってもよい。

また、金属層の周縁部に枠体部を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、図８及び図９に示すように、金属層３１３の周縁部のみでなく、金属層３１３の一方の面に積層された複数のセラミックス基板３１１同士の間にも枠部材３４１を配設して、枠体部３４０を形成したパワーモジュール用基板３１０であってもよい。

また、金属層の一方の面に、６つのセラミックス基板を配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層の一方の面に配置されるセラミックス基板の個数は、金属層の大きさ、セラミックス基板の大きさ等を考慮して適宜設計変更することが可能である。
さらに、金属層に、硬化層と軟質層とが設けられたものとして説明したが、これに限定されることはなく、必ずしも硬化層が形成されていなくてもよい。
また、セラミックス基板の厚さ、材質、回路層の厚さ、材質については、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更してもよい。

さらに、枠体部を構成する枠部材を、Ａ１０５０からなるものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａ６０６３等の他のアルミニウム合金であってもよいし、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスであってもよく、枠体部の材質に制限はない。
また、第２の実施形態において、冷却器として天板部にフィンを立設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、冷却媒体の流路を有するものであってもよく、冷却器の構造に特に限定はない。

１ パワーモジュール
３ 半導体チップ（電子部品）
１０、１１０、２１０、３１０ パワーモジュール用基板
１１、１１１、２１１、３１１ セラミックス基板
１２、１１２、２１２、３１２ 回路層
１３、１１３、２１３、３１３ 金属層
２３ アルミニウム板
２５ ろう材箔
３１ 硬化層
３２ 軟質層
３５ 母相
３６ 第２相
４０、１４０、２４０、３４０ 枠体部
４１、１４１、２４１、３４１ 枠部材
１６０ 冷却器
１６１ 天板部
１６２ 放熱フィン

Claims (9)

1. アルミニウムの板材からなる金属層と、この金属層の一方の面に配設されたセラミックス基板と、このセラミックス基板の上に配設され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層と、を備え、
   前記金属層が純度９９．９％以上のアルミニウムの板材からなり、
   前記金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも剛性の高い材質で構成された枠部材が接合されることによって、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
2. 前記セラミックス基板が、前記金属層の一方の面に複数配設され、これら複数のセラミックス基板に回路層がそれぞれ形成されてい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。
3. 前記金属層の面積が、４０００ｍｍ^２以上３００００ｍｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーモジュール用基板。
4. 前記セラミックス基板の面積が、１００ｍｍ^２以上４０００ｍｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
5. 前記金属層が、冷却器の天板部とされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
6. 前記金属層には、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層と、アルミニウムの単一相からなる軟質層と、が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材を積層して、積層体を形成する積層工程と、
   前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、
   冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、
   を有してい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。
8. 請求項６に記載のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して、枠体部を構成する枠部材を積層し、積層体を形成する積層工程と、
   前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、
   冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、を有し、
   前記溶融工程及び前記凝固工程により、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化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。
9. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載される電子部品と、を備えたことを特徴とするパワーモジュール。