JP2018135251A - Method for manufacturing substrate for power module - Google Patents
Method for manufacturing substrate for power module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018135251A JP2018135251A JP2017032353A JP2017032353A JP2018135251A JP 2018135251 A JP2018135251 A JP 2018135251A JP 2017032353 A JP2017032353 A JP 2017032353A JP 2017032353 A JP2017032353 A JP 2017032353A JP 2018135251 A JP2018135251 A JP 2018135251A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- boron nitride
- power module
- substrate
- aluminum plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
本発明は、大電流、高電圧を制御するパワーモジュール等に用いられるパワーモジュール用基板の製造方法関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a power module substrate used in a power module or the like that controls a large current and a high voltage.
パワーモジュール等に用いられるパワーモジュール用基板の回路層として、絶縁基板であるセラミックス基板の一方の面に金属板を接合することにより形成されたものが知られている。また、この種のパワーモジュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面にも熱伝導性に優れた金属板を接合することにより金属層を形成し、その金属層を介して放熱板を接合することも行われる。そして、パワーモジュール用基板の回路層の上面に、パワー素子等の半導体素子が搭載されることにより、パワーモジュールが製造される。 As a circuit layer of a power module substrate used for a power module or the like, a circuit layer formed by bonding a metal plate to one surface of a ceramic substrate which is an insulating substrate is known. In addition, as this type of power module substrate, a metal layer having excellent thermal conductivity is bonded to the other surface of the ceramic substrate to form a metal layer, and the heat dissipation plate is bonded via the metal layer. Things are also done. And a power module is manufactured by mounting semiconductor elements, such as a power element, on the upper surface of the circuit layer of the substrate for power modules.
このように構成されるパワーモジュール用基板を製造する方法としては、特許文献１〜３に記載されるように、セラミックス基板に金属板を積層した積層ユニットを複数積み重ねるとともに、各積層ユニットの間にクッション性を有するシートを介在させておき、その積み重ね状態で加圧、加熱することにより、加圧時の圧力をセラミックス基板と金属板との接合面に均等に作用させ、セラミックス基板に金属板を接合する方法が知られている。このようなシートとして、例えば特許文献１には、二枚の窒化珪素板の間に耐熱材料（黒鉛シート）を挟んだシート（スペーサー）を用いることが記載されている。また、特許文献２には、カーボン（グラファイト）薄膜を複数積層し、この表面に離型剤としてのＢＮ（窒化ホウ素）等をスプレーしたシートを用いることが記載されている。さらに、特許文献３には、グラファイト製クッション層の両面にカーボン製緻密層を形成したクッションシートを用いることが記載されている。 As described in Patent Documents 1 to 3, as a method of manufacturing a power module substrate configured as described above, a plurality of stacked units each having a metal plate stacked on a ceramic substrate are stacked, and between each stacked unit. By interposing a sheet with cushioning properties, pressurizing and heating in the stacked state, the pressure at the time of pressurization is applied uniformly to the joint surface of the ceramic substrate and the metal plate, and the metal plate is attached to the ceramic substrate. A method of joining is known. As such a sheet, for example, Patent Document 1 describes using a sheet (spacer) in which a heat-resistant material (graphite sheet) is sandwiched between two silicon nitride plates. Patent Document 2 describes using a sheet in which a plurality of carbon (graphite) thin films are stacked and sprayed with BN (boron nitride) or the like as a release agent on the surface thereof. Furthermore, Patent Document 3 describes using a cushion sheet in which a carbon dense layer is formed on both sides of a graphite cushion layer.
ところで、半導体素子の小型化に伴い、パワーモジュール用基板についても回路層の高集積化、すなわち回路層に微細パターンを形成することへの要望が高まっている。しかし、回路層が厚く形成されたパワーモジュール用基板では、エッチングで回路パターンを形成しようとしても、アスペクト比の高いパターンは形成できず、微細パターンを形成することが困難である。また、回路層となる金属板にプレス加工により微細な回路パターンを形成しておくことも考えられるが、セラミックス基板への接合の際に、回路間の間隔を維持しておくことが難しく、エッチングの場合と同様に、微細パターンの形成が困難となっている。 By the way, with the miniaturization of semiconductor elements, there is an increasing demand for higher integration of circuit layers, that is, to form fine patterns in the circuit layers for power module substrates. However, in a power module substrate having a thick circuit layer, even if a circuit pattern is formed by etching, a pattern with a high aspect ratio cannot be formed, and it is difficult to form a fine pattern. It is also conceivable to form a fine circuit pattern on the metal plate that will be the circuit layer by pressing, but it is difficult to maintain the distance between the circuits when bonding to the ceramic substrate. As in the case of, it is difficult to form a fine pattern.
そこで、回路層そのものの厚みを薄肉化することにより、エッチングで微細パターンを形成することが考えられる。しかし、回路層となる薄肉のアルミニウム板とセラミックス基板とをろう材を用いて接合する際に、これらの積層ユニットをカーボン板やクッションシート等の加圧板の間で挟持すると、アルミニウム板中に拡散するろう材のろう成分（Ｓｉ）がアルミニウム板の接合面側から表面まで到達（拡散）して、アルミニウム板がセラミックス基板に接合されるだけでなく、アルミニウム板とシートとが接合されるおそれがある。この場合、特許文献２に記載されるように離型剤をスプレーしたシートを用いても、パワーモジュール用基板と加圧板とを確実に離型させることが難しくなり、セラミックス基板が割れる等して、生産性が著しく低下することが問題となっている。 Therefore, it is conceivable to form a fine pattern by etching by reducing the thickness of the circuit layer itself. However, when a thin aluminum plate that becomes a circuit layer and a ceramic substrate are joined using a brazing material, if these laminated units are sandwiched between pressure plates such as a carbon plate or a cushion sheet, they diffuse into the aluminum plate. There is a possibility that the brazing component (Si) of the brazing material reaches (diffuses) from the joining surface side of the aluminum plate to the surface, so that the aluminum plate is not only joined to the ceramic substrate but also the aluminum plate and the sheet are joined. . In this case, even if a sheet sprayed with a release agent is used as described in Patent Document 2, it is difficult to reliably release the power module substrate and the pressure plate, and the ceramic substrate breaks. The problem is that productivity is significantly reduced.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、安定した生産性を維持するとともに、回路の高集積化を図ることができるパワーモジュール用基板を製造することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to manufacture a power module substrate capable of maintaining stable productivity and achieving high integration of circuits.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、
セラミックス基板にろう材を介して回路層となるアルミニウム板を積層した積層体を形成し、前記アルミニウム板に窒化ホウ素板を重ねて配置しておき、これらをその積層方向に加圧した状態で真空雰囲気中で加熱することにより、前記セラミックス基板と前記アルミニウム板とを接合する接合工程を有することを特徴とする。
The method for producing the power module substrate of the present invention comprises:
A laminated body is formed by laminating an aluminum plate to be a circuit layer on a ceramic substrate via a brazing material, and a boron nitride plate is placed on the aluminum plate, and a vacuum is applied in a state where these are pressed in the laminating direction. It has the joining process which joins the said ceramic substrate and the said aluminum plate by heating in atmosphere.
窒化ホウ素（ＢＮ）は離型剤として用いられることが知られているが、このような窒化ホウ素の離型剤をカーボン板等の加圧板に塗布して用いた場合であっても、アルミニウム板中に拡散するろう材のろう成分（Ｓｉ）がアルミニウム板の接合面側から表面まで到達した場合に、アルミニウム板と加圧板とが接合されるおそれがある。一方、本発明のように、アルミニウム板に窒化ホウ素板を重ねて配置しておくことにより、ろう成分が回路層（アルミニウム板）の表面まで到達した場合にも、回路層（パワーモジュール用基板）がその回路層に重ねられた窒化ホウ素板に付着して接合されることを防止できる。このため、加圧板や窒化ホウ素板とパワーモジュール用基板とを容易に解体できる。したがって、加圧板や窒化ホウ素板、パワーモジュール用基板（セラミックス基板）が割れることがなく、パワーモジュール用基板を安定して製造できる。 Boron nitride (BN) is known to be used as a release agent. Even when such a boron nitride release agent is applied to a pressure plate such as a carbon plate, an aluminum plate is used. When the brazing component (Si) of the brazing material diffusing inside reaches the surface from the joining surface side of the aluminum plate, the aluminum plate and the pressure plate may be joined. On the other hand, by arranging a boron nitride plate on an aluminum plate as in the present invention, the circuit layer (power module substrate) can be used even when the brazing component reaches the surface of the circuit layer (aluminum plate). Can be prevented from adhering to and bonding to the boron nitride plate overlaid on the circuit layer. For this reason, the pressure plate, the boron nitride plate, and the power module substrate can be easily disassembled. Therefore, the pressure plate, the boron nitride plate, and the power module substrate (ceramic substrate) are not broken, and the power module substrate can be manufactured stably.
また、このようにしてアルミニウム板と加圧板等との接合を防止できることから、生産性を低下させることなく、薄肉のアルミニウム板とセラミックス基板とを接合して薄肉の回路層を有するパワーモジュール用基板を製造できる。そして、このように薄肉の回路層を構成することで、回路パターンを形成するためのエッチング処理を短時間で終えることが可能になるので、回路層に微細パターンを形成でき、回路の高集積化を図ることができる。 In addition, since the bonding between the aluminum plate and the pressure plate can be prevented in this way, the substrate for the power module having a thin circuit layer by bonding the thin aluminum plate and the ceramic substrate without reducing the productivity. Can be manufactured. In addition, by configuring such a thin circuit layer, the etching process for forming the circuit pattern can be completed in a short time, so that a fine pattern can be formed in the circuit layer and the circuit can be highly integrated. Can be achieved.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、前記窒化ホウ素板は、窒化ホウ素の含有率が９５％以上とされる六方晶窒化ホウ素の成形体により１．５ｍｍ以上の厚さに形成されているとよい。 In the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, the boron nitride plate is formed to a thickness of 1.5 mm or more by a hexagonal boron nitride molded body having a boron nitride content of 95% or more. Good.
六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の成形体により窒化ホウ素板を形成することで、後述するように、酸化ホウ素が生成されにくくなるため、接合工程後に加熱炉からパワーモジュール用基板を取り出す際の温度を高めにすることができる。また、窒化ホウ素板を厚さ（板厚）１．５ｍｍ以上に形成することで、窒化ホウ素の含有率が９５％以上の成形体からなる窒化ホウ素板自体に十分な耐久性を持たせることができるので、接合工程において積層体に加圧力を付与した際に窒化ホウ素板が割れることを回避できる。一方、六方晶窒化ホウ素の成形体からなる窒化ホウ素板の厚さが１．５ｍｍ未満では、窒化ホウ素板自体の曲げ強度が低下するため、接合工程における加圧中に窒化ホウ素板が割れるおそれがある。この場合には、窒化ホウ素板を繰り返し使用することができなくなり、不経済である。この場合、窒化ホウ素板の厚さに制限はないが、厚さが厚くなる程、複数の積層体と複数の窒化ホウ素板とを交互に重ねて接合工程を実施することが困難になることから、生産性が低下することになる。 By forming a boron nitride plate from a hexagonal boron nitride (hBN) compact, it becomes difficult to generate boron oxide, as will be described later, so the temperature at which the power module substrate is taken out of the heating furnace after the joining process is reduced. Can be higher. Further, by forming the boron nitride plate to a thickness (plate thickness) of 1.5 mm or more, the boron nitride plate itself made of a molded body having a boron nitride content of 95% or more can have sufficient durability. Since it can do, it can avoid that a boron nitride board cracks, when a pressing force is provided to a laminated body in a joining process. On the other hand, if the thickness of the boron nitride plate made of a hexagonal boron nitride molded body is less than 1.5 mm, the bending strength of the boron nitride plate itself is lowered, so that the boron nitride plate may break during pressurization in the joining process. is there. In this case, the boron nitride plate cannot be used repeatedly, which is uneconomical. In this case, the thickness of the boron nitride plate is not limited, but as the thickness increases, it becomes difficult to perform the bonding process by alternately stacking a plurality of laminated bodies and a plurality of boron nitride plates. , Productivity will be reduced.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、前記窒化ホウ素板は、前記アルミニウム板との積層面と反対側の表面にグラファイトシートを配設して用いるとよい。 In the method for manufacturing a power module substrate according to the present invention, the boron nitride plate may be used by disposing a graphite sheet on the surface opposite to the laminated surface with the aluminum plate.
窒化ホウ素板にグラファイトシートを重ねて用いることで、アルミニウム板には窒化ホウ素板を接触させて、アルミニウム板とセラミックス基板との接合後における窒化ホウ素板とパワーモジュール用基板との解体を容易に行える。また、クッション性を有するグラファイトシートを介在させることによって、アルミニウム板とセラミックス基板との接合面全体を均一に加圧できるので、アルミニウム板（回路層）とセラミックス基板との接合強度を高めることができ、パワーモジュール用基板の接合信頼性を高めることができる。 By superposing a graphite sheet on a boron nitride plate, the boron nitride plate is brought into contact with the aluminum plate, so that the boron nitride plate and the power module substrate can be easily disassembled after the aluminum plate and the ceramic substrate are joined. . Also, by interposing a graphite sheet having cushioning properties, the entire bonding surface between the aluminum plate and the ceramic substrate can be uniformly pressed, so that the bonding strength between the aluminum plate (circuit layer) and the ceramic substrate can be increased. The bonding reliability of the power module substrate can be improved.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法の前記接合工程において、前記セラミックス基板と前記アルミニウム板とを接合した接合体は、４００℃以下まで冷却した後に、前記真空雰囲気中から取り出すとよい。 In the joining step of the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, the joined body obtained by joining the ceramic substrate and the aluminum plate is preferably cooled to 400 ° C. or lower and then taken out from the vacuum atmosphere.
窒化ホウ素板は４００℃を超える温度で酸化して酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）となるため、セラミックス基板とアルミニウム板（回路層）とを接合した接合体（パワーモジュール用基板）が４００℃を超える温度で大気（酸素雰囲気）中に置かれると、窒化ホウ素が酸化ホウ素となり回路層に接着されるおそれがある。このため、接合体を４００℃以下まで冷却した後に大気中に置くことで、容易に窒化ホウ素板と接合体とを解体できる。 Since the boron nitride plate is oxidized at a temperature exceeding 400 ° C. to be boron oxide (B 2 O 2 ), the bonded body (power module substrate) obtained by bonding the ceramic substrate and the aluminum plate (circuit layer) has a temperature of 400 ° C. When placed in the atmosphere (oxygen atmosphere) at a temperature higher than that, boron nitride may become boron oxide and adhere to the circuit layer. For this reason, the boron nitride plate and the joined body can be easily disassembled by cooling the joined body to 400 ° C. or lower and placing it in the atmosphere.
本発明によれば、パワーモジュール用基板の安定した生産性を維持できるので、回路層を薄肉化して回路の高集積化を図ることができる。 According to the present invention, stable productivity of the power module substrate can be maintained, so that the circuit layer can be thinned and the circuit can be highly integrated.
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。
図３は、本発明の第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法により製造されるパワーモジュール用基板１０を用いたパワーモジュール１０１を示している。このパワーモジュール１０１は、パワーモジュール用基板１０と、パワーモジュール用基板１０の表面に搭載された半導体素子等の電子部品５１と、パワーモジュール用基板１０の裏面に取り付けられたヒートシンク５２とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a
パワーモジュール用基板１０は、図３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（図３において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図３において下面）に配設された金属層１３とを備え、これらセラミックス基板１１と回路層１２、及びセラミックス基板１１と金属層１３とは、互いに接合されている。そして、このパワーモジュール用基板１０の回路層１２の表面（図３では上面）に電子部品５１が搭載（実装）され、パワーモジュール１０１が製造される。また、図３に示すパワーモジュール１０１においては、金属層１３の表面（図３では下面）にヒートシンク５２が取り付けられた状態で使用されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the
セラミックス基板１１は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等の窒化物系セラミックス材料、もしくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物系セラミックス材料を用いることができる。また、セラミックス基板１１は、厚さ（板厚）０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされる。
For the
回路層１２は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とするアルミニウム材料により形成され、厚さ（板厚）ｔ１が０．００５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、比較的薄肉に形成される。好適には、回路層１２は厚さ０．１ｍｍ以下に設けられる。また、金属層１３は、必ずしも限定されるものではないが、アルミニウムを主成分とするアルミニウム材料により形成され、厚さ（板厚）ｔ２が０．００５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設けられる。
The
ヒートシンク５２は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）を主成分とする金属材料により形成される。また、ヒートシンク５２は、平板状のもの、熱間鋳造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。また、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク５２との間にグリースを介在させ、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク５２とをバネ等により押し付けて固定したり、パワーモジュール用基板１０をヒートシンク５２にはんだ付け又はろう付けして固定したりして、パワーモジュール用基板１０にヒートシンク５２が取り付けられる。
The
なお、回路層１２と電子部品５１との接合（実装）には、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系、Ｚｎ‐Ａｌ系もしくはＰｂ‐Ｓｎ系等のはんだ材が用いられる。また、図示は省略するが、電子部品５１と回路層１２の端子部との間は、アルミニウム等からなるワイヤ及びリボンボンディング等により接続される。
Note that a solder material such as Sn—Cu, Sn—Ag—Cu, Zn—Al, or Pb—Sn is used for joining (mounting) the
そして、このように構成されるパワーモジュール用基板１０は、図１（ａ）に示すように、セラミックス基板１１の一方の面にろう材３１を介して回路層１２となるアルミニウム板２２を積層するとともに、セラミックス基板１１の他方の面にろう材３２を介して金属層１３となるアルミニウム板２３を積層し、これらの積層体２５を図１（ｂ）に示すように、その積層方向に加圧した状態で加熱して、図１（ｃ）に示すように、セラミックス基板１１に回路層１２及び金属層１３を接合することにより製造される。以下、パワーモジュール用基板１０の製造方法を詳細に説明する。
In the
本実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法は、図２に示すように、接合工程Ｓ１１とエッチング工程Ｓ１２とを有し、複数の製造工程により構成される。 As shown in FIG. 2, the power module substrate manufacturing method of the present embodiment includes a bonding step S11 and an etching step S12, and is constituted by a plurality of manufacturing steps.
（接合工程）
図１（ａ）に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２となるアルミニウム板２２をろう材３１を介して積層し、他方の面に金属層１３となるアルミニウム板２３をろう材３２を介して積層する。回路層１２を構成するアルミニウム板２２としては、厚さｔ１が０．００５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板を用いることができ、ろう材３１はＡｌ‐Ｓｉ系合金等のろう材を用いることができる。また、金属層１３を構成するアルミニウム板２３としては、厚さｔ２が０．００５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下のアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板を用いることができ、ろう材３２はＡｌ‐Ｓｉ系合金等のろう材を用いることができる。
(Joining process)
As shown in FIG. 1A, an
次に、図１（ｂ）に示すように、これらのセラミックス基板１１、ろう材３１，３２、アルミニウム板２２，２３の積層体２５を、一対の端部スペーサ４１Ａの間に配置する。端部スペーサ４１Ａは、窒化ホウ素板４２とグラファイトシート４３とを重ねて配設し一体化した構成とされ、少なくとも各アルミニウム板２２，２３と対向する面が、窒化ホウ素板４２により形成されるものである。
Next, as shown in FIG. 1B, the
窒化ホウ素板４２は、窒化ホウ素（ＢＮ）の含有率が９５％以上とされる六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の成形体により形成され、厚さ（板厚）が１．５ｍｍ以上とされる。六方晶窒化ホウ素は、耐熱性及び潤滑性に優れるセラミックス材であり、大気中で９００℃、真空中で１４００℃、不活性雰囲気中で２８００℃まで使用可能とされる。また、六方晶窒化ホウ素は、高温下における溶融金属（アルミニウム）に対する耐食性にも優れる。端部スペーサ４１Ａを構成する窒化ホウ素板４２としては、例えば、昭和電工株式会社製のショウセラム等を用いることができる。
The
また、グラファイトシート４３は、鱗片状のグラファイト薄膜が雲母のように複数積層されて構成され、かさ密度が０．５Ｍｇ／ｍ３以上１．３Ｍｇ／ｍ３以下で比較的軟質とされるものである。端部スペーサ４１Ａを構成するグラファイトシート４３としては、例えば東洋炭素株式会社製のＰＦ‐１００等を用いることができる。
Further, the
そして、図１（ｂ）に示すように、積層体２５のアルミニウム板２２に窒化ホウ素板４２を重ねて一方の端部スペーサ４１Ａを配置し、積層体２５のアルミニウム板２３に窒化ホウ素板４２を重ねて他方の端部スペーサ４１Ａを配置することにより、一対の端部スペーサ４１Ａの間に積層体２５を配置しておき、これらをその積層方向に加圧した状態で真空雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板１１とアルミニウム板２２と、セラミックス基板１１とアルミニウム板２３とをろう付けして接合する（接合工程Ｓ１１）。真空雰囲気中の真空度としては、１×１０−２Ｐａ以下とするとよい。
Then, as shown in FIG. 1B, one end spacer 41 </ b> A is arranged by overlapping the
これにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属層１３を形成して、図１（ｃ）に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２、セラミックス基板１１と金属層１３とが一体に接合されたパワーモジュール用基板１０Ａを製造する。なお、この場合の加圧力としては、例えば０．２ＭＰａ〜０．４ＭＰａ、加熱温度としては例えば６００℃〜６４０℃とされ、セラミックス基板１１とアルミニウム板２２，２３とは加熱炉等において真空雰囲気中で接合される。
As a result, the
この際、回路層１２となるアルミニウム板２２は厚さ０．２ｍｍ以下の薄肉に設けられており、このアルミニウム板２２とセラミックス基板１１とのろう接合時には、ろう材３１のろう成分（Ｓｉ）がアルミニウム板２２中の全体にわたって拡散し、ろう成分が回路層１２表面へ到達するおそれがある。しかし、このアルミニウム板２２には窒化ホウ素板４２が重ねて配置されているので、ろう成分がアルミニウム板２２（回路層１２）表面へ到達した場合にも、アルミニウム板２２が端部スペーサ４１Ａに付着して接合されることを防止できる。このため、端部スペーサ４１Ａと回路層１２とを容易に解体でき、薄肉のアルミニウム板２２とセラミックス基板１１とを接合して、薄肉の回路層１２を有するパワーモジュール用基板１０Ａを製造できる。
At this time, the
なお、このようにして製造されたパワーモジュール用基板１０Ａ（本発明でいう接合体）は、接合時の加熱温度から４００℃以下まで冷却した後に、加熱炉内の真空雰囲気中から取り出される。窒化ホウ素板４２は、４００℃を超える温度で酸化して酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）となる。このため、セラミックス基板１１とアルミニウム板２２，２３とを接合したパワーモジュール用基板１０Ａが４００℃を超える温度で大気（酸素雰囲気）中に置かれると、窒化ホウ素（ＢＮ）が酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ２）となり、回路層１２や金属層１３に接着されるおそれがある。したがって、パワーモジュール用基板１０Ａを４００℃以下まで冷却した後に大気中に置くことで、容易に端部スペーサ４１Ａとパワーモジュール用基板１０Ａとを解体できる。
The
（エッチング工程）
次に、セラミックス基板１１に接合された回路層１２（及び金属層１３）にエッチング処理を施すことにより、回路層１２（及び金属層１３）に回路パターンを形成する（エッチング工程Ｓ１２）。この際、回路層１２は厚み０．２ｍｍ以下の薄肉に設けられていることから、エッチング処理を短時間で終えることができる。したがって、図１（ｄ）に示すように、回路層１２に微細パターンを形成したパワーモジュール用基板１０を製造できる。
(Etching process)
Next, a circuit pattern is formed on the circuit layer 12 (and the metal layer 13) by performing an etching process on the circuit layer 12 (and the metal layer 13) bonded to the ceramic substrate 11 (etching step S12). At this time, since the
このように、本実施形態の製造方法では、アルミニウム板２２とセラミックス基板１１との接合時において、薄肉のアルミニウム板２２と、このアルミニウム板２２に窒化ホウ素板４２を重ねて配置しておくことにより、ろう成分がアルミニウム板２２の表面まで到達した場合でも、アルミニウム板２２（回路層１２）に端部スペーサ４１Ａが付着して接合されることを防止できる。このため、端部スペーサ４１Ａとパワーモジュール用基板１０とを容易に解体できる。したがって、端部スペーサ４１Ａの解体の際に、端部スペーサ４１Ａやパワーモジュール用基板１０（セラミックス基板１１）が割れることがなく、パワーモジュール用基板１０を安定して製造できる。
As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, when the
また、このようにしてアルミニウム板２２と端部スペーサ４１Ａとの接合を防止できることから、生産性を低下させることなく、薄肉のアルミニウム板２２とセラミックス基板１１とを接合して薄肉の回路層１２を有するパワーモジュール用基板１０を製造できる。そして、このように薄肉の回路層１２を構成することで、上述したように、回路パターンを形成するためのエッチング処理を短時間で終えることが可能になるので、回路層１２に微細パターンを形成でき、回路の高集積化を図ることができる。
Further, since the joining of the
また、上記第１実施形態のように、窒化ホウ素板４２を六方晶窒化ホウ素の成形体により形成することで、酸化ホウ素が生成されにくくなるため、接合工程Ｓ１１後に加熱炉からパワーモジュール用基板１０Ａを取り出す際の温度を高めにすることができる。また、窒化ホウ素の含有率が９５％以上の六方晶窒化ホウ素の成形体からなる窒化ホウ素板４２を厚さ１．５ｍｍ以上に形成することで、窒化ホウ素板４２自体に十分な耐久性を持たせることができる。したがって、接合工程Ｓ１１において積層体２５に加圧力を付与した際に窒化ホウ素板４２が割れることを回避できる。一方、六方晶窒化ホウ素の成形体からなる窒化ホウ素板４２の厚さが１．５ｍｍ未満では、窒化ホウ素板４２自体の曲げ強度が低下するため、接合工程Ｓ１１における加圧中に窒化ホウ素板４２が割れるおそれがある。この場合には、窒化ホウ素板４２を繰り返し使用することができなくなり、不経済である。
Further, since the
なお、窒化ホウ素板４２の厚さに制限はないが、厚さが厚くなる程、アルミニウム板２２，２３に重ねて配置するスペーサの厚みが厚くなる。このため、図４に示す第２実施形態のように、複数の積層体２５と複数のスペーサ４１Ａ，４１Ｂとを交互に重ねて接合工程Ｓ１１を実施するような場合に、すなわち、複数の積層体２５を一度に接合して複数のパワーモジュール用基板を製造することが困難になることから、生産性が低下することになる。
Although there is no limitation on the thickness of the
なお、第２実施形態では、複数の積層体２５の間に配置する中間部スペーサ４１Ｂを、一対の窒化ホウ素板４２の間にグラファイトシート４３を配設して一体化したものにより構成することで、各アルミニウム板２２，２３のそれぞれに窒化ホウ素板４２を重ねて配置するようにしている。これにより、セラミックス基板１１に回路層１２と金属層１３とを接合する際に、これらの回路層１２や金属層１３に中間部スペーサ４１Ｂが接合されることを防止できる。したがって、複数形成されたパワージュール用基板と各スペーサ４１Ａ，４１Ｂとを容易に解体でき、一度の接合工程により複数のパワーモジュール用基板を製造できる。
In the second embodiment, the
また、上記実施形態では、窒化ホウ素板４２を、六方晶窒化ホウ素の成形体により形成されるものとしたが、これ以外にも、カーボン板の表面に熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）層をコーティングして形成されるものを用いてもよい。
In the above embodiment, the
熱分解窒化ホウ素層は、ＣＶＤ（化学蒸着）法又はＰＶＤ（物理蒸着）法によりカーボン板の表面にコーティングできる。このように、カーボン板の表面に熱分解窒化ホウ素層を形成することで、カーボン板の耐久性（曲げ強度）と、窒化ホウ素による離型性とを兼ね備えた窒化ホウ素板を形成できる。この場合、六方晶窒化ホウ素の成形体を用いる場合よりも耐久性が向上するので、繰り返し使用が可能となり、パワーモジュール用基板の生産性を向上させることができる。 The pyrolytic boron nitride layer can be coated on the surface of the carbon plate by a CVD (chemical vapor deposition) method or a PVD (physical vapor deposition) method. Thus, by forming the pyrolytic boron nitride layer on the surface of the carbon plate, a boron nitride plate having both the durability (bending strength) of the carbon plate and the releasability by boron nitride can be formed. In this case, since the durability is improved as compared with the case of using a hexagonal boron nitride molded body, it can be used repeatedly, and the productivity of the power module substrate can be improved.
さらに、上記実施形態では、窒化ホウ素板４２にグラファイトシート４３を重ねたスペーサ４１Ａ，４１Ｂを用いたが、グラファイトシート４３を用いることは必須ではない。単体の窒化ホウ素板をアルミニウム板（積層体）に重ねて配置することにより、接合工程を実施してもよい。この場合にも、窒化ホウ素板により、スペーサがアルミニウム板（回路層及び金属層）に接合されることを防止できるので、パワーモジュール用基板を安定して製造できる。
Furthermore, in the said embodiment, although
なお、本発明は、上記実施形態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。 In addition, this invention is not limited to the thing of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
例えば、上記実施形態では、図１（ｄ）及び図３に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２と金属層１３とを有す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したが、本発明の製造方法はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面のみに、回路層となるアルミニウム板２２を接合する場合にも適用できる。この場合、接合工程は、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に回路層となるアルミニウム板２２をろう材３１を介して積層し、これらの積層体２６を、一対の端部スペーサ４１Ａの間に配置する。なお、アルミニウム板２２に重ねられる一方の端部スペーサ４１Ａは窒化ホウ素板４２とグラファイトシート４３とを有する構成とされるが、セラミックス基板１１が重ねられる他方の端部スペーサ４１Ａは、一方の端部スペーサ４１Ａと同様に窒化ホウ素板４２とグラファイトシート４３とを有する積層板としても良いし、単一のカーボン板としたり、カーボン板とグラファイトシートとを有する積層板等としても良い。
For example, in the above embodiment, as shown in FIGS. 1D and 3, the method for manufacturing the
そして、アルミニウム板２２と一方の端部スペーサ４１Ａの窒化ホウ素板４２とを重ねて配置する。これにより、ろう成分がアルミニウム板２２の表面まで到達した場合でも、アルミニウム板２２に端部スペーサ４１Ａが付着して接合されることを防止できる。したがって、端部スペーサ４１Ａをパワーモジュール用基板から容易に解体でき、パワーモジュール用基板を安定して製造できる。
Then, the
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
回路層となるアルミニウム板には、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（４Ｎ‐Ａｌ）からなる板厚０．２ｍｍ、平面サイズ１５５ｍｍ×７０ｍｍの矩形板を用いた。セラミックス基板には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる板厚０．６３５ｍｍ、平面サイズが１６０ｍｍ×７５ｍｍの矩形板を用いた。また、これらのアルミニウム板とセラミックス基板との接合にはＡｌ‐Ｓｉ系ろう材を用いた。
Examples performed to confirm the effects of the present invention will be described below.
A rectangular plate having a thickness of 0.2 mm and a plane size of 155 mm × 70 mm made of aluminum (4N—Al) having a purity of 99.99% by mass or more was used as the aluminum plate serving as the circuit layer. As the ceramic substrate, a rectangular plate made of aluminum nitride (AlN) having a thickness of 0.635 mm and a planar size of 160 mm × 75 mm was used. In addition, an Al—Si brazing material was used for joining the aluminum plate and the ceramic substrate.
実施例１では、図５に示すように、アルミニウム板２２、ろう材３１、セラミックス基板１１を順に積層した積層体２６を、窒化ホウ素板４２とグラファイトシート４３とを有する端部スペーサ４１Ａの間に配置した。また、比較例１では、図６に示すように、アルミニウム板２２、ろう材３１、セラミックス基板１１を順に積層した積層体２６を、カーボン板４４とグラファイトシート４３とを有し、カーボン板４４の表面に離型剤を塗布した端部スペーサ４１Ｃの間に配置した。そして、これらの積層方向に加圧荷重（加圧力）０．３ＭＰａ、加熱温度６４５℃、加熱時間６０分、真空雰囲気中で加圧した状態で加熱して、回路層となるアルミニウム板２２とセラミックス基板１１とを接合したパワーモジュール用基板を作製した。
In Example 1, as shown in FIG. 5, a
端部スペーサ４１Ａの窒化ホウ素板４２には、昭和電工株式会社製のショウセラム（厚さ１．５ｍｍ）を用い、グラファイトシート４３には、東洋炭素株式会社製のＰＦ‐１００（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。また、端部スペーサ４１Ｃのカーボン板４４には、旭グラファイト社製のＧ‐３４７（厚さ１．０ｍｍ）を用い、グラファイトシート４３には、東洋炭素株式会社製のＰＦ‐１００（厚さ１．０ｍｍ）を用いた。また、離型剤には昭和電工株式会社製のファインセラミックス微粉ショウビーエヌＵＨＰ‐Ｓ１を用い、カーボン板４４の表面に０．１６ｇ／ｍ２程度の塗布量で塗布し、この塗布面をアルミニウム板２２に重ねて配置した。
For the
そして、得られた各パワーモジュール用基板について、セラミックス基板の割れの発生の有無を確認した。表１に結果を示す。 And about the obtained each board | substrate for power modules, the presence or absence of generation | occurrence | production of the crack of a ceramic substrate was confirmed. Table 1 shows the results.
表１からわかるように、比較例１では、パワーモジュール用基板が端部スペーサ４１Ｃのカーボン板に貼りつき、端部スペーサ４１Ｃとパワーモジュール用基板とを剥がす（解体する）際に、セラミックス基板１１が割れてしまった。一方、実施例１では、セラミックス基板１１に割れを発生させることなく、容易に端部スペーサ４１Ａとパワーモジュール用基板とを解体できた。
As can be seen from Table 1, in Comparative Example 1, when the power module substrate sticks to the carbon plate of the end spacer 41C and the end spacer 41C and the power module substrate are peeled off (disassembled), the
１０，１０Ａ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
２２，２３ アルミニウム板
２５，２６ 積層体
３１，３２ ろう材
４１Ａ，４１Ｃ 端部スペーサ（スペーサ）
４１Ｂ 中間部スペーサ（スペーサ）
４２ 窒化ホウ素板
４３ グラファイトシート
４４ カーボン板
５１ 電子部品
５２ ヒートシンク
１０１ パワーモジュール
10, 10A
41B Intermediate spacer (spacer)
42
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017032353A JP2018135251A (en) | 2017-02-23 | 2017-02-23 | Method for manufacturing substrate for power module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017032353A JP2018135251A (en) | 2017-02-23 | 2017-02-23 | Method for manufacturing substrate for power module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018135251A true JP2018135251A (en) | 2018-08-30 |
Family
ID=63366574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017032353A Pending JP2018135251A (en) | 2017-02-23 | 2017-02-23 | Method for manufacturing substrate for power module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018135251A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020262015A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof |
| JP2021009996A (en) * | 2019-06-28 | 2021-01-28 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic bonding substrate and manufacturing method thereof |
| KR102576141B1 (en) * | 2022-12-28 | 2023-09-07 | 일신하이텍 주식회사 | Automatic semiconductor pad loading system |
-
2017
- 2017-02-23 JP JP2017032353A patent/JP2018135251A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020262015A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method thereof |
| JP2021009996A (en) * | 2019-06-28 | 2021-01-28 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic bonding substrate and manufacturing method thereof |
| JP7422608B2 (en) | 2019-06-28 | 2024-01-26 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic bonded substrate and its manufacturing method |
| KR102576141B1 (en) * | 2022-12-28 | 2023-09-07 | 일신하이텍 주식회사 | Automatic semiconductor pad loading system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6137267B2 (en) | Power module substrate with heat sink and power module | |
| JP5759902B2 (en) | Laminate and method for producing the same | |
| JP4978221B2 (en) | Circuit board manufacturing apparatus and manufacturing method, and cushion sheet used in the manufacturing method | |
| JP5593936B2 (en) | Manufacturing apparatus and manufacturing method for power module substrate | |
| JP7024331B2 (en) | A method for manufacturing an insulated circuit board, a method for manufacturing an insulated circuit board with a heat sink, and a method for manufacturing a laminated structure of an insulated circuit board. | |
| JP6455056B2 (en) | Manufacturing method and pressure device for power module substrate with heat sink | |
| JP2018135251A (en) | Method for manufacturing substrate for power module | |
| JP2019176152A (en) | Insulated circuit board with heat sink | |
| WO2018180159A1 (en) | Method for producing insulated circuit board with heat sink | |
| JP2019081690A (en) | Joint body and insulating circuit substrate | |
| KR20210096069A (en) | Insulated circuit board with attached body, heat sink and heat sink | |
| JP2011071260A (en) | Laminating material and manufacturing method thereof, and insulated laminating material and manufacturing method thereof | |
| JP5869781B2 (en) | Method for manufacturing laminated material for insulating substrate | |
| JP2017165629A (en) | Method for manufacturing joined body and method for manufacturing substrate for power module | |
| JP2012191004A (en) | Manufacturing method of substrate for power module and substrate for power module | |
| WO2019082970A1 (en) | Bonded body and insulated circuit board | |
| TW202243156A (en) | Heat sink-integrated insulating circuit board | |
| JP6853443B2 (en) | Manufacturing method of board for power module | |
| JP2014167984A (en) | Method of manufacturing substrate for power module with heat sink | |
| JP6969471B2 (en) | Insulated circuit board | |
| JP5666372B2 (en) | Laminated material for insulating substrates | |
| JP2005072036A (en) | Power module, and method and apparatus for manufacturing circuit board | |
| JP2013219134A (en) | Insulation substrate manufacturing method | |
| JP7064710B2 (en) | Insulation circuit board and manufacturing method of insulation circuit board | |
| CN115136299A (en) | Method for manufacturing bonded body and method for manufacturing insulated circuit board |