JP2016092359A - パワーモジュール用基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】反りを抑制した上で、良好な放熱性能を持ち、セラミックス板の割れが生じない信頼性の高いパワーモジュール用基板を提供する。
【解決手段】銅又は銅合金又はアルミニウム合金からなる放熱基板１３の両面に、第１金属層１７，１９を介してセラミックス板１６，２１がそれぞれ接合されるとともに、一方のセラミックス板１６の第１金属層１７とは反対面に回路層１８が接合され、他方のセラミックス板２１の第１金属層１９とは反対面に第２金属層２０が接合されてなり、放熱基板と第１金属層とが異種材料又は同種で異質な材料からなり、放熱基板１３又は回路層１８のいずれかが銅又は銅合金からなり、放熱基板１３、第１金属層１７，１９、回路層１８又は第２金属層２０の内いずれかの組合せが異種材料であり、放熱基板１３の厚さが第１金属層１７，１９及び第２金属層２０よりも厚く、セラミックス板１６，２１の面積が放熱基板１３の面積より小さい。
【選択図】 図１
【解決手段】銅又は銅合金又はアルミニウム合金からなる放熱基板１３の両面に、第１金属層１７，１９を介してセラミックス板１６，２１がそれぞれ接合されるとともに、一方のセラミックス板１６の第１金属層１７とは反対面に回路層１８が接合され、他方のセラミックス板２１の第１金属層１９とは反対面に第２金属層２０が接合されてなり、放熱基板と第１金属層とが異種材料又は同種で異質な材料からなり、放熱基板１３又は回路層１８のいずれかが銅又は銅合金からなり、放熱基板１３、第１金属層１７，１９、回路層１８又は第２金属層２０の内いずれかの組合せが異種材料であり、放熱基板１３の厚さが第１金属層１７，１９及び第２金属層２０よりも厚く、セラミックス板１６，２１の面積が放熱基板１３の面積より小さい。
【選択図】 図１
Description
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に関する。
従来のパワーモジュール用基板としては、絶縁層となるセラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、この回路層の上に半導体素子等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属層を介してヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が用いられている。このような構成のパワーモジュール用基板においては、各種構成部材の熱膨張係数の違いにより、反りが生じるという問題がある。
このような問題を受け、特許文献１では、絶縁層となる第一のセラミックス板に加え第二のセラミックス板を設け、その間に横方向へ熱を広げる熱拡散板（金属板）を設けた絶縁回路基板（パワーモジュール用基板）が開示されている。この絶縁回路基板は、熱拡散板との積層構造とすることで、剛性を高め、反りを抑制することが可能とされている。
一方、特許文献２では、絶縁層となる第一のセラミックス板に加え、セラミックス板からなる強化材をともに鋳型に設置し、アルミニウムからなる金属溶湯を流し込むことで金属−セラミックス接合基板（パワーモジュール用基板）を作製している。
一方、特許文献２では、絶縁層となる第一のセラミックス板に加え、セラミックス板からなる強化材をともに鋳型に設置し、アルミニウムからなる金属溶湯を流し込むことで金属−セラミックス接合基板（パワーモジュール用基板）を作製している。
しかし、特許文献１に記載のパワーモジュール用基板では、全ての金属層としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いた場合、セラミックス板を複数枚使用することから熱抵抗が上昇する問題があった。また、全ての金属層として銅または銅合金を用いた場合、実装工程の温度履歴を与えた際に、セラミックス板に割れが生じる問題があった。また、特許文献２に記載のパワーモジュール用基板では、回路層や絶縁層であるセラミックス基板の面積に対し、より大きい面積の強化材としてのセラミックス板を用いると、実装工程の温度履歴を与えた際に、強化材としてのセラミックス板が割れる問題がある。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、反りを抑制した上で、良好な放熱性能を持ち、セラミックス板の割れが生じない信頼性の高いパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。
本発明のパワーモジュール用基板は、銅又は銅合金又はアルミニウム合金からなる放熱基板の両面に、第１金属層を介してセラミックス板がそれぞれ接合されるとともに、一方のセラミックス板の前記第１金属層とは反対面に回路層が接合され、他方のセラミックス板の前記第１金属層とは反対面に第２金属層が接合されてなり、前記放熱基板と前記第１金属層とが異種材料又は同種で異質な材料からなり、前記放熱基板又は前記回路層のいずれかが銅又は銅合金からなり、前記放熱基板、前記第１金属層、前記回路層又は前記第２金属層の内いずれかの組合せが異種材料であり、前記放熱基板の厚さが前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚く、前記セラミックス板の面積が前記放熱基板の面積より小さいとよい。
本発明では、厚い放熱基板を有していることで、製造時の反りだけではなく半導体素子をはんだ付けする時の反りをも抑制でき、また、厚い放熱基板が熱拡散板として速やかに熱を拡散するので従来構造に比べ良好な放熱性能を持ち、さらに、厚い放熱基板に第１金属層を介して放熱基板より小さい面積のセラミックス板が接合されているので、セラミックス板へかかる応力が小さくセラミックス板の割れも発生しない。
なお、上述の同種で異質な材料とは、例えば純アルミニウムとアルミニウム合金の組合せや純銅と銅合金の組合せ等をさすものとする。
なお、上述の同種で異質な材料とは、例えば純アルミニウムとアルミニウム合金の組合せや純銅と銅合金の組合せ等をさすものとする。
また本発明のパワーモジュール用基板は、前記放熱基板が銅又は銅合金で形成され、前記第１金属層及び前記第２金属層及び前記回路層がアルミニウムで形成されているとよい。
このパワーモジュール用基板は、厚い放熱基板が銅又は銅合金よりなることで、全体の剛性が高くなり、銅は熱伝導性も良いので反りも少なく高い放熱性能が得られる。
このパワーモジュール用基板は、厚い放熱基板が銅又は銅合金よりなることで、全体の剛性が高くなり、銅は熱伝導性も良いので反りも少なく高い放熱性能が得られる。
また本発明のパワーモジュール用基板は、前記放熱基板がアルミニウム合金で形成され、前記第１金属層及び前記第２金属層及び前記回路層が銅又は銅合金で形成されてもよい。
このパワーモジュール用基板は、半導体素子の直下に位置する回路層が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。
このパワーモジュール用基板は、半導体素子の直下に位置する回路層が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。
また本発明のパワーモジュール用基板は、前記放熱基板がアルミニウム合金で形成され、前記第１金属層が純アルミニウムで形成され、前記第２金属層及び前記回路層が銅又は銅合金で形成されていてもよい。
このパワーモジュール用基板は、半導体素子の直下に位置する回路層が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。また、厚い放熱基板と第１金属層とがアルミニウム金属同士であることから接合が容易となり製造コストを低く抑えることができる。
このパワーモジュール用基板は、半導体素子の直下に位置する回路層が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。また、厚い放熱基板と第１金属層とがアルミニウム金属同士であることから接合が容易となり製造コストを低く抑えることができる。
本発明によれば、反りを抑制した上で良好な放熱性能を持ちセラミックス板の割れが生じない信頼性の高いパワーモジュール用基板を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１（ｄ）に示す第１実施形態のパワーモジュール用基板１０は、回路用構造部１１と放熱用構造部１２と放熱基板１３とを備えており、この回路用構造部１１の表面に半導体素子等の電子部品１４が搭載されることにより、パワーモジュール１５が製造される。
回路用構造部１１は、絶縁層としてのセラミックス板１６と、セラミックス板１６の一方の面に接合された回路層１８と、セラミックス板１６の他方の面に接合された第１金属層１７とを備える。
放熱用構造部１２は、セラミックス板２１と、セラミックス板２１の一方の面に接合された第２金属層２０と、セラミックス板２１の他方の面に接合された第１金属層１９とを備える。
セラミックス板１６，２１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用いることができ、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定することができる。
第１金属層１７，１９は、例えば、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）のアルミニウム板を用いることができ、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定することができる。
回路層１８と第２金属層２０も第１金属層１７，１９と同様に、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）のアルミニウム板を用いることができ、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定することができる。
放熱基板１３は、無酸素銅、タフピッチ銅等の純銅又はＣｕ−Ｚｒ系などの銅合金により形成され、放熱板として機能するものであるとともにパワーモジュール用基板１０を冷却器３０等に固定するための強度部材としても機能するので、上述した他のいずれの構成材よりも厚く０．３ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内に設定されている。また、面積は、セラミックス板１６，２１よりも広く形成されている。
＜第１実施形態＞
図１（ｄ）に示す第１実施形態のパワーモジュール用基板１０は、回路用構造部１１と放熱用構造部１２と放熱基板１３とを備えており、この回路用構造部１１の表面に半導体素子等の電子部品１４が搭載されることにより、パワーモジュール１５が製造される。
回路用構造部１１は、絶縁層としてのセラミックス板１６と、セラミックス板１６の一方の面に接合された回路層１８と、セラミックス板１６の他方の面に接合された第１金属層１７とを備える。
放熱用構造部１２は、セラミックス板２１と、セラミックス板２１の一方の面に接合された第２金属層２０と、セラミックス板２１の他方の面に接合された第１金属層１９とを備える。
セラミックス板１６，２１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用いることができ、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定することができる。
第１金属層１７，１９は、例えば、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）のアルミニウム板を用いることができ、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定することができる。
回路層１８と第２金属層２０も第１金属層１７，１９と同様に、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）のアルミニウム板を用いることができ、厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定することができる。
放熱基板１３は、無酸素銅、タフピッチ銅等の純銅又はＣｕ−Ｚｒ系などの銅合金により形成され、放熱板として機能するものであるとともにパワーモジュール用基板１０を冷却器３０等に固定するための強度部材としても機能するので、上述した他のいずれの構成材よりも厚く０．３ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲内に設定されている。また、面積は、セラミックス板１６，２１よりも広く形成されている。
また、回路用構造部１１のセラミックス板１６と、放熱用構造部１２のセラミックス板２１とは、面積比が１：０．８〜１．２の範囲内で、厚さはほぼ同じ厚さで形成されるとよい。上記面積比がこの範囲を外れると、面積がより大きいセラミックス板側の端部に応力がかかり、温度変化を与えられた際に、セラミックス板に割れが発生するおそれがある。
また放熱基板１３に対する各セラミックス板１６，２１の接合位置のズレ量は、セラミックス基板１６の各辺の長さをＬｍｍ及び板厚をｔｍｍとした時の各辺におけるズレ量（ｍｍ）が０．２×Ｌ×ｔ以下の範囲で接合されているとよい。上記ズレ量が０．２×Ｌ×ｔを超えると、ズレ量がより大きいセラミックス板側の端部に応力がかかり、温度変化を与えられた際に、セラミックス板に割れが発生するおそれがある。
さらに、回路用構造部１１の第１金属層１７と、放熱用構造部１２の第１金属層１９とは、同じ材料であり、ほぼ同じ厚さで、平面的な大きさは回路用構造部１１ではセラミックス板１６より第１金属層１７がやや小さく形成されているのに対して、放熱用構造部１２においてはセラミックス板２１と第１金属層１９は同じ大きさに形成されているので、第１金属層１７の方が第１金属層１９よりやや小さく形成されている。
同様に、回路用構造部１１の回路層１８と、放熱用構造部１２の第２金属層２０も、お互いに同じ材料、ほぼ同じ厚さであるが、平面的な大きさは回路層１８が第２金属層２０よりやや小さく形成されている。回路用構造部１１の第１金属層１７と回路層１８がセラミックス板１６より小さく形成されるのは、絶縁基板としての沿面距離を確保するためである。ただし、その寸法差は小さく、セラミックス板１６の端面から第１金属層１７及び回路層１８の端面までの距離が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍとされている。このように回路用構造部１１と放熱用構造部１２とでわずかに寸法が異なる場合があるが、このパワーモジュール用基板１０全体としては、中心の放熱基板１３に対して上下ほぼ対称の構造であり、各構成部材は、ほぼ同じ大きさでほぼ同じ位置に配置され形成されている。
また放熱基板１３に対する各セラミックス板１６，２１の接合位置のズレ量は、セラミックス基板１６の各辺の長さをＬｍｍ及び板厚をｔｍｍとした時の各辺におけるズレ量（ｍｍ）が０．２×Ｌ×ｔ以下の範囲で接合されているとよい。上記ズレ量が０．２×Ｌ×ｔを超えると、ズレ量がより大きいセラミックス板側の端部に応力がかかり、温度変化を与えられた際に、セラミックス板に割れが発生するおそれがある。
さらに、回路用構造部１１の第１金属層１７と、放熱用構造部１２の第１金属層１９とは、同じ材料であり、ほぼ同じ厚さで、平面的な大きさは回路用構造部１１ではセラミックス板１６より第１金属層１７がやや小さく形成されているのに対して、放熱用構造部１２においてはセラミックス板２１と第１金属層１９は同じ大きさに形成されているので、第１金属層１７の方が第１金属層１９よりやや小さく形成されている。
同様に、回路用構造部１１の回路層１８と、放熱用構造部１２の第２金属層２０も、お互いに同じ材料、ほぼ同じ厚さであるが、平面的な大きさは回路層１８が第２金属層２０よりやや小さく形成されている。回路用構造部１１の第１金属層１７と回路層１８がセラミックス板１６より小さく形成されるのは、絶縁基板としての沿面距離を確保するためである。ただし、その寸法差は小さく、セラミックス板１６の端面から第１金属層１７及び回路層１８の端面までの距離が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍとされている。このように回路用構造部１１と放熱用構造部１２とでわずかに寸法が異なる場合があるが、このパワーモジュール用基板１０全体としては、中心の放熱基板１３に対して上下ほぼ対称の構造であり、各構成部材は、ほぼ同じ大きさでほぼ同じ位置に配置され形成されている。
次に、このように構成される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。このパワーモジュール用基板１０は、セラミックス板１６と回路層１８及び第１金属層１７とを接合する回路用構造部接合工程、セラミックス板２１と第１金属層１９及び第２金属層２０とを接合する放熱用構造部接合工程、回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程で製造された回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３に接合する放熱基板接合工程により製造される。以下、これらの工程を説明する。
（回路用構造部接合工程）
まず、セラミックス板１６の一方の面にろう材２２を介して回路層１８を積層し、さらに、他方の面にろう材２２を介して第１金属層１７を積層して、これらを一体に接合する。
ろう材２２は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金で箔の形態で用いるとよい。
具体的には、セラミックス板１６と回路層１８及び第１金属層１７とを図１（ａ）に示すようにろう材２２を介して積層した積層体Ｓを図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とする。
この加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備えている。
固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面には加圧を均一にするためにクッションシート１１６が配設される。クッションシート１１６は、カーボンシートとグラファイトシートの積層板で形成されている。この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱してセラミックス板１６に回路層１８と第１金属層１７をろう付け接合する。この場合の加圧力としては例えば０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下、接合温度としては６１０℃以上６５０℃以下、加熱時間としては１分以上６０分以下とされる。
まず、セラミックス板１６の一方の面にろう材２２を介して回路層１８を積層し、さらに、他方の面にろう材２２を介して第１金属層１７を積層して、これらを一体に接合する。
ろう材２２は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金で箔の形態で用いるとよい。
具体的には、セラミックス板１６と回路層１８及び第１金属層１７とを図１（ａ）に示すようにろう材２２を介して積層した積層体Ｓを図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とする。
この加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備えている。
固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面には加圧を均一にするためにクッションシート１１６が配設される。クッションシート１１６は、カーボンシートとグラファイトシートの積層板で形成されている。この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱してセラミックス板１６に回路層１８と第１金属層１７をろう付け接合する。この場合の加圧力としては例えば０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下、接合温度としては６１０℃以上６５０℃以下、加熱時間としては１分以上６０分以下とされる。
（放熱用構造部接合工程）
回路用構造部接合工程同様に、セラミックス板２１の一方の面にろう材２２を介して第１金属層１９を積層し、他方の面にろう材２２を介して第２金属層２０を積層して、これらを一体に接合する。
具体的には、セラミックス板２１と第１金属層１９及び第２金属層２０とを図１（ｂ）に示すようにろう材２２を介して積層した積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とし、回路用構造部接合工程と同様の加圧条件、温度条件によって接合される。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程の順序は、いずれを先に行ってもよい。
あるいは回路用構造部１１のための積層体Ｓと放熱用構造部１２のための積層体Ｓとをクッションシート１１６を介して積み重ね、これらを加圧装置１１０で加圧して同時に接合することもできる。
回路用構造部接合工程同様に、セラミックス板２１の一方の面にろう材２２を介して第１金属層１９を積層し、他方の面にろう材２２を介して第２金属層２０を積層して、これらを一体に接合する。
具体的には、セラミックス板２１と第１金属層１９及び第２金属層２０とを図１（ｂ）に示すようにろう材２２を介して積層した積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とし、回路用構造部接合工程と同様の加圧条件、温度条件によって接合される。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程の順序は、いずれを先に行ってもよい。
あるいは回路用構造部１１のための積層体Ｓと放熱用構造部１２のための積層体Ｓとをクッションシート１１６を介して積み重ね、これらを加圧装置１１０で加圧して同時に接合することもできる。
（放熱基板接合工程）
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に図１（ｃ）に示すように積層する。
そして、これらの積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、真空雰囲気下で接合温度４００℃以上５４８℃以下に１分以上６０分以下加熱して放熱基板１３を両第１金属層１７，１９と固相拡散接合する。
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に図１（ｃ）に示すように積層する。
そして、これらの積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、真空雰囲気下で接合温度４００℃以上５４８℃以下に１分以上６０分以下加熱して放熱基板１３を両第１金属層１７，１９と固相拡散接合する。
このようにして製造されるパワーモジュール用基板１０は、厚い放熱基板１３が銅又は銅合金よりなることで全体の剛性が高くなり、また、銅又は銅合金は熱伝導性も良いので反りも少なく高い放熱性能が得られる。また、厚い放熱基板１３は放熱板として機能するものであるとともに、パワーモジュール用基板１０を冷却器３０等に固定するための強度部材としても機能しており、放熱用構造部１２の第２金属層２０の下面に隙間無く接触させた冷却器３０に、放熱用構造部１２から外方に張り出している部分を図１（ｄ）に鎖線で示すようにボルト３５によって固定することができる。
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態を示している。この実施形態において図１の第１実施形態と共通要素には同一符号を付している（以下の各実施形態においても同様）。
なお、共通要素とは、機能として同じものであれば材料が違うものも含まれることとする。
図２（ｄ）に示すパワーモジュール用基板１０は、第１金属層１７，１９と回路層１８と第２金属層２０とが銅又は銅合金により形成され、例えば純度９９．９６質量％以上の銅（いわゆる無酸素銅）により形成される。放熱基板１３はアルミニウム合金、例えばＡ１０５０、Ａ３００３合金により形成される。セラミックス板１６，２１は前述の第１実施形態と同様ＡＩＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスが用いられる。そして、このパワーモジュール用基板１０は以下の工程を経て製造される。
図２は第２実施形態を示している。この実施形態において図１の第１実施形態と共通要素には同一符号を付している（以下の各実施形態においても同様）。
なお、共通要素とは、機能として同じものであれば材料が違うものも含まれることとする。
図２（ｄ）に示すパワーモジュール用基板１０は、第１金属層１７，１９と回路層１８と第２金属層２０とが銅又は銅合金により形成され、例えば純度９９．９６質量％以上の銅（いわゆる無酸素銅）により形成される。放熱基板１３はアルミニウム合金、例えばＡ１０５０、Ａ３００３合金により形成される。セラミックス板１６，２１は前述の第１実施形態と同様ＡＩＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスが用いられる。そして、このパワーモジュール用基板１０は以下の工程を経て製造される。
（回路用構造部接合工程）
図２（ａ）に示すようにセラミックス板１６の両面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ又はＡｇ−Ｔｉからなる活性金属を含有するペースト２３を印刷し一方の面に回路層１８を積層し、他方の面に第１金属層１７を積層し、その積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で８００℃以上９３０℃以下に１分以上６０分以下加熱してセラミックス板１６に回路層１８と第１金属層１７を活性金属ろう付け法によって接合する。
図２（ａ）に示すようにセラミックス板１６の両面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ又はＡｇ−Ｔｉからなる活性金属を含有するペースト２３を印刷し一方の面に回路層１８を積層し、他方の面に第１金属層１７を積層し、その積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で８００℃以上９３０℃以下に１分以上６０分以下加熱してセラミックス板１６に回路層１８と第１金属層１７を活性金属ろう付け法によって接合する。
（放熱用構造部接合工程）
上述の回路用構造部接合工程同様に図２（ｂ）に示すセラミックス板２１の両面にペースト２３を印刷し、一方の面に第１金属層１９を積層し、他方の面に第２金属層２０を積層して、これらを活性金属ろう付け法により一体に接合する。
上述の回路用構造部接合工程同様に図２（ｂ）に示すセラミックス板２１の両面にペースト２３を印刷し、一方の面に第１金属層１９を積層し、他方の面に第２金属層２０を積層して、これらを活性金属ろう付け法により一体に接合する。
（放熱基板接合工程）
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に図２（ｃ）に示すように積層する。そして、これらの積層体Ｓを第１実施形態同様に図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度４００℃以上５４８℃以下に１分以上６０分以下加熱して固相拡散接合する。
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に図２（ｃ）に示すように積層する。そして、これらの積層体Ｓを第１実施形態同様に図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度４００℃以上５４８℃以下に１分以上６０分以下加熱して固相拡散接合する。
このようにして製造されるパワーモジュール用基板１０は、半導体素子１４の直下に位置する回路層１８が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子１４で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。
＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態を示している。
図３（ｆ）に示す第３実施形態のパワーモジュール用基板１０は、第１金属層１７，１９が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）の純アルミニウム板により形成される。回路層１８と第２金属層２０とは銅又は銅合金、例えば純度９９．９６質量％以上の銅（いわゆる無酸素銅）で形成される。放熱基板１３はアルミニウム合金、例えばＡ１０５０、Ａ３００３合金の板により形成される。セラミックス板１６，２１は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成される。そして、このパワーモジュール用基板１０は以下の工程を経て製造される。
図３は第３実施形態を示している。
図３（ｆ）に示す第３実施形態のパワーモジュール用基板１０は、第１金属層１７，１９が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）の純アルミニウム板により形成される。回路層１８と第２金属層２０とは銅又は銅合金、例えば純度９９．９６質量％以上の銅（いわゆる無酸素銅）で形成される。放熱基板１３はアルミニウム合金、例えばＡ１０５０、Ａ３００３合金の板により形成される。セラミックス板１６，２１は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成される。そして、このパワーモジュール用基板１０は以下の工程を経て製造される。
（回路用構造部接合工程）
図３（ａ）に示すようにセラミックス板１６の一方の面にペースト２３を印刷しその面に回路層１８を積層し、その積層体Ｓを図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で８００℃以上９３０℃以下に加熱してセラミックス板１６に回路層１８を活性金属ろう付け法によって接合する。
その後、図３（ｂ）に示すように接合したセラミックス板１６の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材２２を介して第１金属層１７を積層し、加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧し、真空雰囲気下で６１０℃以上６５０℃以下に加熱してろう付け接合する。
図３（ａ）に示すようにセラミックス板１６の一方の面にペースト２３を印刷しその面に回路層１８を積層し、その積層体Ｓを図６に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧し、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で８００℃以上９３０℃以下に加熱してセラミックス板１６に回路層１８を活性金属ろう付け法によって接合する。
その後、図３（ｂ）に示すように接合したセラミックス板１６の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材２２を介して第１金属層１７を積層し、加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧し、真空雰囲気下で６１０℃以上６５０℃以下に加熱してろう付け接合する。
（放熱用構造部接合工程）
上述の回路用構造部接合工程と同様に図３（ｃ）に示すセラミックス板２１の一方の面に第２金属層２０を活性金属ろう付け法によって接合した後、図３（ｄ）に示すセラミックス板２１の他方の面に第１金属層１９をろう付け接合する。
上述の回路用構造部接合工程と同様に図３（ｃ）に示すセラミックス板２１の一方の面に第２金属層２０を活性金属ろう付け法によって接合した後、図３（ｄ）に示すセラミックス板２１の他方の面に第１金属層１９をろう付け接合する。
（放熱基板接合工程）
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に、芯材の両面にＭｇ入りろう材層をクラッドした両面ろうクラッド材（芯材：Ａ３００３、ろう材層（両面）：Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金）２５を介して図３（ｅ）に示すように積層し、図６に示す加圧装置１１０で積層方向に０．００１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下に加圧し、窒素雰囲気下で５８０℃以上６５０℃以下に１分以上１０分以下加熱してろう付け接合する。
また、回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３に接合する際に、固相拡散接合によって接合することもできる。
回路用構造部接合工程及び放熱用構造部接合工程により得られた回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３の両側に、芯材の両面にＭｇ入りろう材層をクラッドした両面ろうクラッド材（芯材：Ａ３００３、ろう材層（両面）：Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金）２５を介して図３（ｅ）に示すように積層し、図６に示す加圧装置１１０で積層方向に０．００１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下に加圧し、窒素雰囲気下で５８０℃以上６５０℃以下に１分以上１０分以下加熱してろう付け接合する。
また、回路用構造部１１と放熱用構造部１２とを放熱基板１３に接合する際に、固相拡散接合によって接合することもできる。
このようにして製造されるパワーモジュール用基板１０は、半導体素子１４の直下に位置する回路層１８が銅又は銅合金で形成されているので、半導体素子１４で生じる熱を速やかに拡散放熱することができる。
また、厚い放熱基板１３と第１金属層１７，１９との接合は、アルミニウム金属同士であることから接合が容易となり製造コストを低く抑えることができる。
また、厚い放熱基板１３と第１金属層１７，１９との接合は、アルミニウム金属同士であることから接合が容易となり製造コストを低く抑えることができる。
なお、上記実施形態では、第１金属層１７，１９は放熱基板１３よりも面積が小さくなるよう形成されていたが、これに限らず、図４に示すように放熱基板１３とほぼ同じ大きさとすることができる。
また、上記実施形態では、第２金属層２０はセラミックス板２１と同じ大きさとなるよう形成されていたが、これに限らず、図５に示すようにセラミックス板２１よりも面積を小さくすることができる。
また、上記実施形態では、第２金属層２０はセラミックス板２１と同じ大きさとなるよう形成されていたが、これに限らず、図５に示すようにセラミックス板２１よりも面積を小さくすることができる。
本発明の効果の確認のために行った試験について説明する。
（実施例１）
第１実施形態の実施例として、放熱基板１３が無酸素銅（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．３５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７及び回路層１８は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）、第１金属層１９及び第２金属層２０は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程では積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱してそれぞれ接合した。放熱基板接合工程では積層体を１．０ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中５４０℃で６０分間加熱して接合し作製した。
（実施例１）
第１実施形態の実施例として、放熱基板１３が無酸素銅（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．３５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７及び回路層１８は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）、第１金属層１９及び第２金属層２０は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程では積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱してそれぞれ接合した。放熱基板接合工程では積層体を１．０ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中５４０℃で６０分間加熱して接合し作製した。
（実施例２）
第２実施形態の実施例として、放熱基板１３がＡ３００３アルミニウム合金（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７及び回路層１８は無酸素銅（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第１金属層１９及び第２金属層２０は無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程では積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱してそれぞれを接合した。放熱基板接合工程では積層体を１．０ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中５４０℃で６０分間加熱して接合し作製した。
第２実施形態の実施例として、放熱基板１３がＡ３００３アルミニウム合金（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７及び回路層１８は無酸素銅（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第１金属層１９及び第２金属層２０は無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程では積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱してそれぞれを接合した。放熱基板接合工程では積層体を１．０ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中５４０℃で６０分間加熱して接合し作製した。
（実施例３）
第３実施形態の実施例として、放熱基板１３がＡ３００３アルミニウム合金（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第１金属層１９は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、回路層１８は無酸素銅（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第２金属層２０は無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程のセラミックス板１６，２１と回路層１８、第２金属層２０との接合では積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱してそれぞれを接合した。回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程のセラミックス板１６，２１と第１金属層１７，１９との接合では積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱してそれぞれを接合した。放熱基板接合工程では積層体を０．０１ＭＰａで加圧し、窒素雰囲気中６１０℃で５分間加熱して接合し作製した。
第３実施形態の実施例として、放熱基板１３がＡ３００３アルミニウム合金（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍ）、セラミックス板１６，２１は窒化アルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）、第１金属層１７は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第１金属層１９は純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウム（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、回路層１８は無酸素銅（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）、第２金属層２０は無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）とした。
回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程のセラミックス板１６，２１と回路層１８、第２金属層２０との接合では積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱してそれぞれを接合した。回路用構造部接合工程と放熱用構造部接合工程のセラミックス板１６，２１と第１金属層１７，１９との接合では積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱してそれぞれを接合した。放熱基板接合工程では積層体を０．０１ＭＰａで加圧し、窒素雰囲気中６１０℃で５分間加熱して接合し作製した。
（比較例１）
比較例１としては、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の両面にセラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）をそれぞれ接合し、これらセラミックス板のアルミニウム板とは逆の面に、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）をそれぞれ接合した５層構造のパワーモジュール用基板とした。
接合方法は、アルミニウム板とセラミックス板の間にろう材（Ａｌ−Ｓｉ系等の合金箔）を介して積層し、その積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱した。
比較例１としては、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の両面にセラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）をそれぞれ接合し、これらセラミックス板のアルミニウム板とは逆の面に、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）をそれぞれ接合した５層構造のパワーモジュール用基板とした。
接合方法は、アルミニウム板とセラミックス板の間にろう材（Ａｌ−Ｓｉ系等の合金箔）を介して積層し、その積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱した。
（比較例２）
比較例２としては、無酸素銅（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の両面にセラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）をそれぞれ接合し、これらセラミックス板の銅板とは逆の面に、無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）をそれぞれ接合した５層構造のパワーモジュール用基板とした。
接合方法は、銅板とセラミックス板の間にろう材（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材）を介し積層し、その積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱して一括で５層を接合した。
比較例２としては、無酸素銅（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の両面にセラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）をそれぞれ接合し、これらセラミックス板の銅板とは逆の面に、無酸素銅（平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ）をそれぞれ接合した５層構造のパワーモジュール用基板とした。
接合方法は、銅板とセラミックス板の間にろう材（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材）を介し積層し、その積層体を０．１ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中８２５℃で３０分間加熱して一括で５層を接合した。
（比較例３）
比較例３としては、セラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）の両面にそれぞれ同じ純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、一方のアルミニウム板のセラミックス板とは逆の面に純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）を接合した４層構成のパワーモジュール用基板とした。製造方法は比較例１と同様ろう付け接合で作製した。
比較例３としては、セラミックス板（材質：窒化アルミニウム、平面サイズ：１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．６３５ｍｍ）の両面にそれぞれ同じ純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：９６ｍｍ×４６ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、一方のアルミニウム板のセラミックス板とは逆の面に純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）を接合した４層構成のパワーモジュール用基板とした。製造方法は比較例１と同様ろう付け接合で作製した。
（比較例４）
比較例４としては、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の一方の面に、１００ｍｍ×５０ｍｍのセラミックス板を介して純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、他方の面に１５０ｍｍ×６０ｍｍのセラミックス板を介して純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（１５０×６０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、５層構造のパワーモジュール用基板とした。セラミックス板の材質は窒化アルミニウムを用い、厚さは０．６３５ｍｍとした。
接合方法は、アルミニウム板とセラミックス板の間にろう材（Ａｌ−Ｓｉ系の合金箔）を介して積層し、その積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱した。
比較例４としては、純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（平面サイズ：１５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：３．０ｍｍ）の一方の面に、１００ｍｍ×５０ｍｍのセラミックス板を介して純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（１００ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、他方の面に１５０ｍｍ×６０ｍｍのセラミックス板を介して純度９９．５質量％以上のＡ１０５０アルミニウム板（１５０×６０ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を接合し、５層構造のパワーモジュール用基板とした。セラミックス板の材質は窒化アルミニウムを用い、厚さは０．６３５ｍｍとした。
接合方法は、アルミニウム板とセラミックス板の間にろう材（Ａｌ−Ｓｉ系の合金箔）を介して積層し、その積層体を０．３ＭＰａで加圧し、真空雰囲気中６４５℃で４５分間加熱した。
試験結果を表１に示す。
なお、基板反り量は、回路層の長手方向の長さ１００ｍｍの間での反り量を室温と２８０℃とで測定し、室温での反り量を（Ａ）欄に示し、２８０℃での反り量を（Ｂ）欄に示す。なお、反りの定義は、回路層が凸状になった場合を＋、回路層が凹状になった場合を−とする。また、室温から２８０℃まで加熱し室温まで冷却した後に、回路層とセラミックス板との接合界面を超音波深傷により撮影し、セラミックス割れの有無を評価した。
熱抵抗の解析方法としては、放熱用構造部に冷却器を接合し、回路層に半導体素子（１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ２００μｍ）をはんだ付けにより搭載し、冷却器には６５℃の一定温度に保持した冷却流体を用いた状態で、素子発熱量１００Ｗ、ベース下面の熱伝達係数を８，０００Ｗ／ｍ２・Ｋの条件にて、半導体素子の温度を測定し冷却流体との温度差を求めた。
なお、基板反り量は、回路層の長手方向の長さ１００ｍｍの間での反り量を室温と２８０℃とで測定し、室温での反り量を（Ａ）欄に示し、２８０℃での反り量を（Ｂ）欄に示す。なお、反りの定義は、回路層が凸状になった場合を＋、回路層が凹状になった場合を−とする。また、室温から２８０℃まで加熱し室温まで冷却した後に、回路層とセラミックス板との接合界面を超音波深傷により撮影し、セラミックス割れの有無を評価した。
熱抵抗の解析方法としては、放熱用構造部に冷却器を接合し、回路層に半導体素子（１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ２００μｍ）をはんだ付けにより搭載し、冷却器には６５℃の一定温度に保持した冷却流体を用いた状態で、素子発熱量１００Ｗ、ベース下面の熱伝達係数を８，０００Ｗ／ｍ２・Ｋの条件にて、半導体素子の温度を測定し冷却流体との温度差を求めた。
以上の結果より実施例では、基板接合後の反り（Ａ）だけではなく半導体素子をはんだ付けする時の反り（Ｂ）をも抑制できた。また、比較例２及び比較例４では、室温から２８０℃まで加熱し室温まで冷却した後に、セラミックス割れが確認されたが、実施例では、いずれも発生していない。これらセラミックス割れは、いずれもセラミックス板へかかる応力が大きいことが原因とされる。さらに、実施例では、半導体素子温度と冷却流体との温度差が、比較例１に比べて２．８％〜１０．３％低く、熱抵抗が小さくなっていることが確認できた。
なお、本発明は前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。
１０…パワーモジュール用基板
１１…回路用構造部
１２…放熱用構造部
１３…放熱基板
１６…セラミックス板
１７…第１金属層
１８…回路層
１９…第１金属層
２０…第２金属層
２１…セラミックス板
３０…冷却器
１１０…加圧装置
１１６…クッションシート
１１…回路用構造部
１２…放熱用構造部
１３…放熱基板
１６…セラミックス板
１７…第１金属層
１８…回路層
１９…第１金属層
２０…第２金属層
２１…セラミックス板
３０…冷却器
１１０…加圧装置
１１６…クッションシート
Claims (4)
- 銅又は銅合金又はアルミニウム合金からなる放熱基板の両面に、第１金属層を介してセラミックス板がそれぞれ接合されるとともに、一方のセラミックス板の前記第１金属層とは反対面に回路層が接合され、他方のセラミックス板の前記第１金属層とは反対面に第２金属層が接合されてなり、前記放熱基板と前記第１金属層とが異種材料又は同種で異質な材料からなり、前記放熱基板又は前記回路層のいずれかが銅又は銅合金からなり、前記放熱基板、前記第１金属層、前記回路層又は前記第２金属層の内いずれかの組合せが異種材料であり、前記放熱基板の厚さが前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚く、前記セラミックス板の面積が前記放熱基板の面積より小さいことを特徴とするパワーモジュール用基板。
- 前記放熱基板が銅又は銅合金で形成され、前記第１金属層及び前記第２金属層及び前記回路層がアルミニウムで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。
- 前記放熱基板がアルミニウム合金で形成され、前記第１金属層及び前記第２金属層及び前記回路層が銅又は銅合金で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。
- 前記放熱基板がアルミニウム合金で形成され、前記第１金属層が純アルミニウムで形成され、前記第２金属層及び前記回路層が銅又は銅合金で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。
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