JP4710460B2 - Ceramic multilayer substrate, manufacturing method thereof, and power semiconductor module - Google Patents

Ceramic multilayer substrate, manufacturing method thereof, and power semiconductor module Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic multilayer board along with its manufacturing method and a power semiconductor module, which incorporates a coolant path for high cooling performance. <P>SOLUTION: The ceramic multilayer board S of a plurality of stacked ceramic layers with a power semiconductor device 6 mounted thereon comprises a coolant path 2 which is arranged inside a ceramic multilayer board body 1 for communication of coolant (a), and a via hole conductor 3 which thermally connects the coolant path 2 with the power semiconductor device 6 (b). In manufacturing the power semiconductor device, a sintering-resistant member is arranged inside a non-sintered ceramic laminate. A non-sintered composite laminate is formed in which a via hole conductor extending is arranged from the surface of the non-sintered ceramic laminate to the sintering-resistant member which is sintered at such temperature as no sintering-resistant member is substantially sintered. Then the sintering-resistant member is removed from the sintered composite laminate to form a coolant path, with a part of the via hole conductor exposed from the coolant path. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

本願発明は、セラミック多層基板、その製造方法、およびパワー半導体モジュールに関し、詳しくは、動作中に多量の熱を発生するパワー半導体デバイスを冷却するための冷却機構を備えたセラミック多層基板、その製造方法、およびパワー半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a ceramic multilayer substrate, a manufacturing method thereof, and a power semiconductor module, and more specifically, a ceramic multilayer substrate having a cooling mechanism for cooling a power semiconductor device that generates a large amount of heat during operation, and a manufacturing method thereof And a power semiconductor module.

パワーアンプやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）のような、いわゆるパワー半導体デバイスは、その動作中に多量の熱を発生するため、その熱を効率よく逃がすことが必要になる。
そのための方法としては、基板上に搭載されたパワー半導体デバイスに放熱フィンを設け、空冷する方法（いわゆる空冷式のパワー半導体モジュール）が一般的に用いられている。 Since so-called power semiconductor devices such as power amplifiers and CPUs (Central Processing Units) generate a large amount of heat during their operation, it is necessary to efficiently release the heat.
As a method for that purpose, a method of providing a heat radiation fin on a power semiconductor device mounted on a substrate and cooling it with air (so-called air-cooled power semiconductor module) is generally used.

一方、冷却能力をさらに向上させるため、冷媒流路を有する基板上にパワー半導体デバイスを搭載する方式（いわゆる水冷式のパワー半導体モジュール）が提案されている。
この水冷式のパワー半導体モジュールにおいては、半導体を搭載するための基板として、アルミニウムや銅のような金属板に冷媒流路を付加してなる金属基板を用いるのが一般的であるが、図２１に示すように、セラミック基板中に冷媒流路を形成したものも提案されている（特許文献１）。 On the other hand, in order to further improve the cooling capacity, a system (so-called water-cooled power semiconductor module) in which a power semiconductor device is mounted on a substrate having a coolant channel has been proposed.
In this water-cooled power semiconductor module, a metal substrate obtained by adding a coolant channel to a metal plate such as aluminum or copper is generally used as a substrate for mounting a semiconductor. As shown in FIG. 1, a ceramic substrate in which a coolant channel is formed has been proposed (Patent Document 1).

このセラミック多層基板は、図２１に示すように、内部に冷媒流路５２を備えたセラミック基板５１の表面に回路５３を形成し、その上に半導体部品５４を搭載した構造を有している。そして、このセラミック多層基板においては、セラミック基板５１の内部に冷媒流路５２が形成されており、金属板に冷媒流路を付加したものに比べて軽量であるという利点を有しているとともに、製造が容易でコスト的にも有利であるとされている。   As shown in FIG. 21, this ceramic multilayer substrate has a structure in which a circuit 53 is formed on the surface of a ceramic substrate 51 provided with a coolant channel 52 and a semiconductor component 54 is mounted thereon. And in this ceramic multilayer substrate, the refrigerant flow path 52 is formed inside the ceramic substrate 51, and has the advantage that it is lighter than that obtained by adding a refrigerant flow path to a metal plate, It is easy to manufacture and is advantageous in terms of cost.

しかしながら、セラミック材料は金属材料に比べて熱伝導率が小さく、上記のセラミック多層基板のように、セラミック基板５１中に冷媒流路５２を形成しただけでは、セラミック基板５１そのものの熱伝導率が低いため、搭載された半導体部品（パワー半導体デバイス）５４を必ずしも十分に冷却することができないという問題点がある。
特開２００２−３２９９３８号公報 However, the thermal conductivity of the ceramic material is smaller than that of the metal material, and the thermal conductivity of the ceramic substrate 51 itself is low just by forming the coolant channel 52 in the ceramic substrate 51 as in the above ceramic multilayer substrate. Therefore, there is a problem that the mounted semiconductor component (power semiconductor device) 54 cannot always be sufficiently cooled.
JP 2002-329938 A

本願発明は、上記課題を解決するものであり、内部に冷媒流路を備え、冷却能力に優れているばかりでなく、製造が容易で、経済性にも優れたセラミック多層基板、その製造方法、および、該セラミック多層基板を用いたパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。   The invention of the present application solves the above-mentioned problems, and is provided with a refrigerant flow path inside, not only having excellent cooling capacity, but also being easy to produce and economical, a ceramic multilayer substrate, a method for producing the same, And it aims at providing the power semiconductor module using this ceramic multilayer substrate.

上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）のセラミック多層基板は、
パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板であって、
(ａ)前記セラミック多層基板本体の内部に配設された、冷媒を流通させるための冷媒流路と、
(ｂ)前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、前記セラミック層の積層方向に延び、かつ、前記冷媒流路中に突出したビアホール導体と
を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the ceramic multilayer substrate of the present invention (Claim 1) is:
A ceramic multilayer substrate on which a plurality of ceramic layers are to be mounted, on which a power semiconductor device is to be mounted,
(a) a refrigerant flow path for circulating a refrigerant disposed in the ceramic multilayer substrate body;
(b) a via-hole conductor extending in the stacking direction of the ceramic layers and thermally projecting into the refrigerant flow path for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device. It is a feature.

また、請求項２のセラミック多層基板は、請求項１の発明の構成において、前記ビアホール導体の先端部に金属板が接続されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the ceramic multilayer substrate of the first aspect , a metal plate is connected to the tip of the via-hole conductor.

請求項３のセラミック多層基板は、請求項１または２発明の構成において、前記冷媒流路の内壁面の少なくとも一部に金属膜が配設されており、該金属膜が前記ビアホール導体に接続されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the ceramic multilayer substrate according to the first or second aspect of the invention, a metal film is disposed on at least a part of the inner wall surface of the refrigerant flow path, and the metal film is connected to the via-hole conductor. It is characterized by having.

請求項４のセラミック多層基板は、請求項１〜３のいずれかの発明の構成において、前記冷媒流路が、前記セラミック層の積層方向または該積層方向に直交する方向に複数設けられていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the ceramic multilayer substrate according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of the coolant flow paths are provided in a stacking direction of the ceramic layers or in a direction perpendicular to the stacking direction. It is characterized by.

また、請求項５のセラミック多層基板は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の構成において、前記セラミック層が、低温焼結セラミック材料によって形成されており、前記ビアホール導体は、銀または銅を主成分とする金属材料によって形成されていることを特徴としている。 The ceramic multilayer substrate according to claim 5 is the structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ceramic layer is formed of a low-temperature sintered ceramic material, and the via-hole conductor is made of silver or It is characterized by being formed of a metal material mainly composed of copper.

また、請求項６のセラミック多層基板は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明の構成において、前記セラミック多層基板中には、インダクタまたはコンデンサを構成する内部電極が設けられていることを特徴としている。 The ceramic multilayer substrate according to claim 6 is the structure of the invention according to any one of claims 1 to 5 , wherein the ceramic multilayer substrate is provided with an internal electrode constituting an inductor or a capacitor. It is a feature.

また、本願発明（請求項７）のセラミック多層基板の製造方法は、
パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板の製造方法であって、
(ａ)複数の未焼成セラミック層を積層してなる未焼成セラミック積層体の内部に、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない所定パターンの難焼結性部材が配設され、かつ、
前記未焼成セラミック積層体の表面から、内部に配設された前記難焼結性部材にまで達するビアホール導体が配設された構造を有する未焼成複合積層体を形成する工程と、
(ｂ)前記未焼成複合積層体を、前記未焼成セラミック層が焼結し、前記難焼結性部材が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、
(ｃ)焼成済み複合積層体から前記難焼結性部材を取り除くことにより、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路を形成するとともに、前記冷媒流路に前記ビアホール導体の一部を露出させて、冷媒流路と、搭載されるパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体とを備えたセラミック多層基板を得る工程と
を備えることを特徴としている。 Moreover, the method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention (claim 7 ) is as follows:
A method for producing a ceramic multilayer substrate on which a power semiconductor device is to be mounted, wherein a plurality of ceramic layers are laminated,
(a) A non-sinterable member having a predetermined pattern that is not substantially sintered at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered is disposed in an unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of unfired ceramic layers. And
Forming an unfired composite laminate having a structure in which via-hole conductors reaching from the surface of the unfired ceramic laminate to the hardly sinterable member disposed therein;
(b) firing the unfired composite laminate at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the hardly sinterable member is not sintered;
(c) By removing the hardly sinterable member from the fired composite laminate, a coolant channel for circulating the coolant is formed therein, and a part of the via-hole conductor is exposed to the coolant channel. And a step of obtaining a ceramic multilayer substrate including a coolant channel and a via-hole conductor for thermally connecting a power semiconductor device to be mounted.

また、請求項８のセラミック多層基板の製造方法は、請求項７の発明の構成において、前記未焼成複合積層体の表面に、さらに、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない補助層を設ける工程を備えていることを特徴ととしている。 The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 8 is characterized in that, in the configuration of the invention according to claim 7 , the surface of the unfired composite laminate is further sintered at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered. It is characterized by providing a step of providing an auxiliary layer that is not bonded.

また、本願発明（請求項９）のセラミック多層基板の製造方法は、
パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板の製造方法であって、
(ａ)複数の未焼成セラミック層を積層してなる未焼成セラミック積層体と、前記未焼成セラミック積層体の両主面側に配設された、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない材料からなる補助層とを備え、前記未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の前記補助層にまで達するビアホール導体を備えた補助層付き未焼成セラミック積層体を形成する工程と、
(ｂ)前記補助層付き未焼成セラミック積層体の、前記ビアホール導体が達している方の前記補助層が配設された面に、凸部を有する型を合わせてプレスし、前記補助層付き未焼成セラミック積層体に凹部を形成する工程と、
(ｃ)前記凹部が形成された前記補助層付き未焼成セラミック積層体を、前記未焼成セラミック層が焼結し、前記補助層が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、
(ｄ)焼成後の補助層付きセラミック積層体から前記補助層を取り除くことにより、前記他方の主面に凹部を有し、該凹部にビアホール導体が露出した焼成済みセラミック積層体を得る工程と、
(ｅ)前記焼成済みセラミック積層体の前記凹部が形成された面に、予め用意しておいた他の焼成済みセラミック積層体を接合し、前記凹部を封止して冷媒流路を形成することにより、内部に冷媒を流通させるための冷媒流路を備え、かつ、前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体を備えたセラミック多層基板を得る工程と
を備えることを特徴としている。 The method for producing a ceramic multilayer substrate of the present invention (Claim 9 ) is as follows.
A method for producing a ceramic multilayer substrate on which a power semiconductor device is to be mounted, wherein a plurality of ceramic layers are laminated,
(a) An unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of unfired ceramic layers, and a temperature at which the unfired ceramic layers disposed on both main surface sides of the unfired ceramic laminate are sintered An auxiliary layer made of a material that does not sinter, and an unsintered auxiliary layer having a via-hole conductor that extends from one main surface side of the unfired ceramic laminate to the auxiliary layer on the other main surface side Forming a ceramic laminate;
(b) The unfired ceramic laminate with the auxiliary layer is pressed together with a mold having a convex portion on the surface on which the auxiliary layer on which the via-hole conductor has been disposed is disposed, Forming a recess in the fired ceramic laminate;
(c) the step of firing the unfired ceramic laminate with the auxiliary layer formed with the recesses at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the auxiliary layer is not substantially sintered;
(d) removing the auxiliary layer from the fired ceramic laminate with an auxiliary layer to obtain a fired ceramic laminate having a recess in the other main surface, with the via-hole conductor exposed in the recess;
(e) Joining another fired ceramic laminate prepared in advance to the surface of the fired ceramic laminate on which the recess is formed, and sealing the recess to form a refrigerant flow path. And a step of obtaining a ceramic multilayer substrate having a refrigerant flow path for circulating a refrigerant therein and a via-hole conductor for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device. It is characterized by that.

また、請求項１０のセラミック多層基板の製造方法は、請求項９の発明の構成において、
前記未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の前記補助層にまで達するビアホール導体が、
(ａ)前記補助層の表面にまで達している状態、
(ｂ)前記補助層の厚み方向の途中にまで達している状態、
(ｃ)前記補助層を貫通している状態
のいずれかの状態にあることを特徴としている。 A method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to claim 10 is the configuration of the invention according to claim 9 .
Via hole conductors reaching from one main surface side of the unfired ceramic laminate to the auxiliary layer on the other main surface side,
(a) the state reaching the surface of the auxiliary layer,
(b) a state of reaching the middle of the auxiliary layer in the thickness direction;
(c) It is in any state of passing through the auxiliary layer.

また、本願発明（請求項１１）のパワー半導体モジュールは、
複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板上にパワー半導体デバイスが搭載されているパワー半導体モジュールであって、
前記セラミック多層基板として、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路と、前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、前記冷媒流路中に突出したビアホール導体とを備えたセラミック多層基板が用いられていること
を特徴としている。 The power semiconductor module of the present invention (claim 11) is
A power semiconductor module in which a power semiconductor device is mounted on a ceramic multilayer substrate formed by laminating a plurality of ceramic layers,
As the ceramic multilayer substrate, a refrigerant flow path for circulating a refrigerant therein, a via hole conductor protruding into the refrigerant flow path for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device; It is characterized by the fact that a ceramic multilayer substrate provided with is used.

本願発明（請求項１）のセラミック多層基板は、(ａ)セラミック多層基板本体の内部に配設された、冷媒を流通させるための冷媒流路と、(ｂ)冷媒流路とパワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、セラミック層の積層方向に延び、かつ、前記冷媒流路中に突出したビアホール導体とを備えており、パワー半導体デバイスから熱を逃がす機能を果たすビアホール導体（サーマルビアホール導体）が冷媒によって冷却されるため、冷却能力を著しく向上させることが可能になる。その結果、少ないビアホール導体で効率よくパワー半導体デバイスを冷却することが可能になり、冷却性能に優れ、かつ、生産性にも優れたセラミック多層基板を提供することができるようになる。 The ceramic multilayer substrate of the present invention (Claim 1) includes: (a) a refrigerant flow path for circulating a refrigerant disposed in the ceramic multilayer substrate body; (b) a refrigerant flow path and a power semiconductor device; Via hole conductor (thermal via hole) that extends in the stacking direction of the ceramic layers and protrudes into the refrigerant flow path and that serves to release heat from the power semiconductor device. Since the conductor) is cooled by the refrigerant, the cooling capacity can be remarkably improved. As a result, the power semiconductor device can be efficiently cooled with a small number of via-hole conductors, and a ceramic multilayer substrate having excellent cooling performance and excellent productivity can be provided.

また、冷媒流路中に、ビアホール導体を突出させるようにしているので、ビアホール導体と冷媒との接触面積を増大させて、冷却性能をさらに向上させることが可能になる。 Further, the refrigerant flow path, since so as to protrude via-hole conductors, to increase the contact area between the via-hole conductor and the refrigerant, it is possible to further improve the cooling performance.

また、請求項２のセラミック多層基板のように、請求項１の発明の構成において、ビアホール導体の先端部に金属板を接続するようにした場合、金属板によって冷媒との接触面積を増大させることが可能になり、冷却性能をさらに向上させることが可能になる。 Further, as in the ceramic multilayer substrate of claim 2 , in the configuration of the invention of claim 1 , when the metal plate is connected to the tip of the via-hole conductor, the contact area with the refrigerant is increased by the metal plate. Thus, the cooling performance can be further improved.

請求項３のセラミック多層基板のように、請求項１または２の発明の構成において、冷媒流路の内壁面の少なくとも一部に金属膜を配設し、該金属膜をビアホール導体に接続するようにした場合、冷媒流路の内壁面に形成された面積の広い金属膜を介して、ビアホール導体から冷媒に効率よく熱を伝えて、より冷却性能の高いセラミック多層基板を得ることが可能になる。 As in the ceramic multilayer substrate of claim 3 , in the configuration of the invention of claim 1 or 2 , a metal film is disposed on at least a part of the inner wall surface of the refrigerant flow path, and the metal film is connected to the via-hole conductor. In this case, it is possible to efficiently transfer heat from the via-hole conductor to the refrigerant through the metal film having a large area formed on the inner wall surface of the refrigerant flow path, and to obtain a ceramic multilayer substrate with higher cooling performance. .

また、請求項４のセラミック多層基板のように、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成において、冷媒流路を、セラミック層の積層方向または該積層方向に直交する方向に複数設けるようにした場合、冷却効率の高いセラミック多層基板を得ることができる。
ただし、本願発明のセラミック多層基板において、冷媒流路の配設方向や、冷媒流路の配設数に特別の制約はなく、例えば、セラミック層の積層方向、あるいは該積層方向に直交する方向に複数の冷媒流路を設けることも可能であり、その具体的な経路は、セラミック多層基板の構造や構成などに応じて、種々の態様とすることが可能である。 Further, as in the ceramic multilayer substrate according to claim 4 , in the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 3 , a plurality of refrigerant flow paths are provided in a direction in which the ceramic layers are laminated or in a direction perpendicular to the lamination direction. In this case, a ceramic multilayer substrate with high cooling efficiency can be obtained.
However, in the ceramic multilayer substrate of the present invention, there are no particular restrictions on the direction in which the refrigerant channels are arranged and the number of refrigerant channels arranged, for example, in the direction in which the ceramic layers are laminated or in the direction perpendicular to the lamination direction It is also possible to provide a plurality of refrigerant flow paths, and specific paths thereof can be various aspects depending on the structure and configuration of the ceramic multilayer substrate.

また、請求項５のセラミック多層基板のように、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の構成において、セラミック層を、低温焼結セラミック材料によって形成するとともに、ビアホール導体として、銀または銅を主成分とする金属材料によって形成するようにした場合、焼成工程を低温で実施して、冷媒流路を備え、冷却効率の高いセラミック多層基板を効率よく製造することが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることができる。 Further, as in the ceramic multilayer substrate according to claim 5 , in the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 4 , the ceramic layer is formed of a low-temperature sintered ceramic material, and silver or copper is used as a via-hole conductor. In the present invention, it is possible to efficiently produce a ceramic multilayer substrate having a coolant flow path and a high cooling efficiency by performing the firing process at a low temperature. Can be made more effective.

また、請求項６のセラミック多層基板のように、請求項１〜５のいずれかに記載の発明の構成において、セラミック多層基板中に、インダクタまたはコンデンサを構成する内部電極を設けるようにした場合、冷媒流路を備え、冷却効率が高く、しかも、種々の回路要素を備えた高機能、高密度のセラミック多層基板を提供することが可能になる。 Further, as in the ceramic multilayer substrate according to claim 6 , in the configuration of the invention according to any one of claims 1 to 5 , when an internal electrode constituting an inductor or a capacitor is provided in the ceramic multilayer substrate, It is possible to provide a high-functionality, high-density ceramic multilayer substrate that includes a refrigerant flow path, has high cooling efficiency, and includes various circuit elements.

また、本願発明（請求項７）のセラミック多層基板の製造方法は、(ａ)未焼成セラミック積層体の内部に、未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない所定パターンの難焼結性部材が配設され、かつ、未焼成セラミック積層体の表面から、内部に配設された前記難焼結性部材にまで達するビアホール導体が配設された構造を有する未焼成複合積層体を形成する工程と、(ｂ)未焼成複合積層体を、未焼成セラミック層が焼結し、難焼結性部材が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、(ｃ)焼成済み複合積層体から難焼結性部材を取り除くことにより、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路を形成するとともに、冷媒流路にビアホール導体の一部を露出させて、冷媒流路と、搭載されるパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体とを備えたセラミック多層基板を得る工程とを備えているので、複雑な製造工程を必要とすることなく、冷媒流路と、搭載されるパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体とを備えた、冷却効率の高いセラミック多層基板を効率よく製造することが可能になる。 The method for producing a ceramic multilayer substrate according to the present invention (invention 7 ) is characterized in that: (a) a predetermined pattern that does not sinter substantially at the temperature at which the unfired ceramic layer is sintered, in the unfired ceramic laminate; An unsintered composite laminate having a structure in which a sinterable member is disposed and a via-hole conductor is provided from the surface of the unsintered ceramic laminate to the hardly sinterable member disposed therein. And (b) firing the unfired composite laminate at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the hardly sinterable member is not substantially sintered, and (c) the fired composite By removing the hard-to-sinter member from the laminate, a coolant channel for circulating the coolant is formed inside, and a part of the via-hole conductor is exposed to the coolant channel, and the coolant channel is mounted. Thermal connection with power semiconductor devices To obtain a ceramic multilayer substrate having via-hole conductors for thermal connection, so that the refrigerant flow path and the mounted power semiconductor device can be thermally connected without requiring a complicated manufacturing process. Therefore, it is possible to efficiently manufacture a ceramic multilayer substrate having a high cooling efficiency and a via-hole conductor.

また、請求項８のセラミック多層基板の製造方法のように、請求項７の発明の構成において、未焼成複合積層体を形成する工程で、未焼成複合積層体の表面に、さらに、未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない補助層を設けるようにした場合、補助層付き未焼成複合積層体が、補助層が密着した状態のまま、未焼成セラミック層が焼成されるので、補助層の、セラミック積層体の焼結時の収縮や変形を抑制する力（拘束力）により、焼成工程でセラミック積層体に収縮や変形が生じることを抑制、防止して、形状精度の高いセラミック多層基板を得ることが可能になる。 Further, as in the method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 8 , in the structure of the invention according to claim 7 , in the step of forming the unfired composite laminate, the surface of the unfired composite laminate is further provided with an unfired ceramic. When an auxiliary layer that does not substantially sinter at the temperature at which the layers are sintered is provided, the unfired composite laminate with the auxiliary layer is fired while the auxiliary layer is in close contact with the unfired ceramic layer. In addition, the force (restraint force) that suppresses the shrinkage and deformation of the auxiliary layer during sintering of the ceramic laminate suppresses and prevents the ceramic laminate from shrinking and deforming in the firing process, and has high shape accuracy. It becomes possible to obtain a ceramic multilayer substrate.

また、本願発明（請求項９）のセラミック多層基板の製造方法は、(ａ)未焼成セラミック積層体と、その両主面側に配設された、未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない材料からなる補助層とを備え、未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の補助層にまで達するビアホール導体を備えた補助層付き未焼成セラミック積層体を形成する工程と、(ｂ)補助層付き未焼成セラミック積層体の、ビアホール導体が達している方の補助層が配設された面に、凸部を有する型を合わせてプレスし、補助層付き未焼成セラミック積層体に凹部を形成する工程と、(ｃ)凹部が形成された補助層付き未焼成セラミック積層体を、未焼成セラミック層が焼結し、補助層が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、(ｄ)焼成後の補助層付きセラミック積層体から補助層を取り除くことにより、他方の主面に凹部を有し、該凹部にビアホール導体が露出した焼成済みセラミック積層体を得る工程と、(ｅ)焼成済みセラミック積層体の凹部が形成された面に、予め用意しておいた他の焼成済みセラミック積層体を接合し、凹部を封止して冷媒流路を形成することにより、内部に冷媒を流通させるための冷媒流路を備え、かつ、冷媒流路とパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体を備えたセラミック多層基板を得る工程とを備えているので、成型時に未焼成セラミック積層体の折損や破断、内部に内部電極パターンなどが配設されている場合には、それらの損傷や破断が発生することを抑制、防止しつつ、所望の凹部を備えた未焼成セラミック積層体を形成することが可能になる。 The method for producing a ceramic multilayer substrate according to the present invention (Claim 9 ) includes: (a) an unfired ceramic laminate and a temperature at which the unfired ceramic layers disposed on both principal surfaces are sintered; And an auxiliary layer made of a material that does not sinter, and an unfired ceramic laminate with an auxiliary layer having via-hole conductors extending from one main surface side of the unfired ceramic laminate to the auxiliary layer on the other main surface side A step of forming a body, and (b) pressing a mold having a convex portion on the surface of the unfired ceramic laminate with an auxiliary layer on which the auxiliary layer reaching the via-hole conductor is disposed A step of forming a recess in the unfired ceramic laminate with a layer; and (c) an unfired ceramic laminate with an auxiliary layer in which the recess is formed, the unfired ceramic layer is sintered, and the auxiliary layer is substantially sintered. A step of firing at a temperature that does not, and (d) firing Removing the auxiliary layer from the ceramic laminate with an auxiliary layer to obtain a fired ceramic laminate having a recess on the other main surface and exposing the via-hole conductor in the recess; and (e) the fired ceramic laminate Joining another fired ceramic laminate prepared in advance to the surface of the body where the recesses are formed, sealing the recesses to form a coolant channel, and circulating the coolant inside And a step of obtaining a ceramic multilayer substrate having a via hole conductor for thermally connecting the refrigerant channel and the power semiconductor device. When the internal electrode pattern or the like is disposed in a broken or broken state, an unfired ceramic laminate provided with a desired recess while suppressing or preventing the occurrence of damage or breakage It becomes possible to form a body.

また、凹部が形成された補助層付き未焼成セラミック積層体を、補助層が密着した状態のまま、未焼成セラミック層が焼結し、補助層が実質的に焼結しない温度で焼成するようにしているので、補助層の、セラミック積層体の焼結時の収縮や変形を抑制する力（拘束力）により、焼成工程でセラミック積層体に収縮や変形が生じることを抑制、防止して、未焼成セラミック積層体の凹部を備えた形状を保持したまま、形状精度の高いセラミック多層基板を得ることが可能になる。
なお、未焼成セラミック積層体の表面に補助層が配設されているので、曲げ加工時に補助層付き未焼成セラミック積層体の補助層に表面割れが発生した場合にも、未焼成セラミック積層体には影響がなく、所望の特性を備えたセラミック多層基板を得ることが可能になる。 In addition, the unfired ceramic laminate with the auxiliary layer in which the concave portion is formed is fired at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the auxiliary layer is not substantially sintered while the auxiliary layer is in close contact. As a result, the force (restraint force) that suppresses the shrinkage and deformation of the auxiliary layer during sintering of the ceramic laminate suppresses and prevents the ceramic laminate from shrinking and deforming during the firing process. A ceramic multilayer substrate with high shape accuracy can be obtained while maintaining the shape of the fired ceramic laminate with the recesses.
In addition, since the auxiliary layer is disposed on the surface of the unfired ceramic laminate, even when surface cracks occur in the auxiliary layer of the unfired ceramic laminate with the auxiliary layer during bending, Is not affected, and it becomes possible to obtain a ceramic multilayer substrate having desired characteristics.

また、請求項１０のセラミック多層基板の製造方法のように、請求項９の発明の構成において、(ａ)の補助層付き未焼成セラミック積層体を形成する工程において、未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の補助層にまで達するビアホール導体が、
(ａ)補助層の表面にまで達している状態、
(ｂ)補助層の厚み方向の途中にまで達している状態、
(ｃ)補助層を貫通している状態
のいずれかの状態にあるようにした場合、
ビアホール導体が熱媒流路の内壁面に露出した状態、ビアホール導体が熱媒流路の途中にまで突出した状態、ビアホール導体が熱媒流路を構成する凹部に大きく突出した状態など、ビアホール導体の凹部への露出状態が異なる種々のセラミック多層基板を製造することが可能になり、用途などに応じて、冷媒との接触面積を適宜調整して、目的とする冷却性能を備えたセラミック多層基板を効率よく製造することが可能になる。 Further, as in the method for manufacturing a ceramic multilayer substrate according to claim 10 , in the configuration of the invention according to claim 9 , in the step of forming the unfired ceramic laminate with an auxiliary layer in (a), one of the unfired ceramic laminates Via hole conductor reaching from the main surface side to the auxiliary layer on the other main surface side,
(a) The state reaching the surface of the auxiliary layer,
(b) a state in which the auxiliary layer reaches the middle in the thickness direction;
(c) When it is in any state of penetrating the auxiliary layer,
Via hole conductors such as the via hole conductor exposed on the inner wall surface of the heat medium flow path, the via hole conductor protruding partway through the heat medium flow path, and the via hole conductor greatly protruding into the recesses constituting the heat medium flow path It is possible to manufacture various ceramic multilayer substrates having different exposure states to the recesses, and appropriately adjusting the contact area with the refrigerant according to the application, etc., and having the desired cooling performance Can be manufactured efficiently.

また、本願発明（請求項１１）のパワー半導体モジュールは、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板上にパワー半導体デバイスが搭載されているパワー半導体モジュールであって、セラミック多層基板として、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路と、冷媒流路とパワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、冷媒流路中に突出したビアホール導体とを備えたセラミック多層基板が用いられているので、ビアホール導体を介して、効率よくパワー半導体デバイスが発生する熱を冷媒に伝えることが可能になるため、部品搭載の高密度化を図ることが可能になり、集積度が高く、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することが可能になる。 The power semiconductor module of the present invention (invention 11) is a power semiconductor module in which a power semiconductor device is mounted on a ceramic multilayer substrate formed by laminating a plurality of ceramic layers. In addition, a ceramic multilayer substrate having a refrigerant flow path for circulating the refrigerant and a via-hole conductor protruding into the refrigerant flow path for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device is used. Therefore, it is possible to efficiently transfer the heat generated by the power semiconductor device to the refrigerant through the via-hole conductor, so that it is possible to increase the density of component mounting, high integration, and high reliability. It is possible to provide a high power semiconductor module.

以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。   The features of the present invention will be described in more detail below with reference to examples of the present invention.

図１は本願発明の一実施例にかかるセラミック多層基板の構成を模式的に示す図、図２はその製造方法を説明するための分解斜視図、図３は製造工程で形成した補助層付き未焼成複合積層体を示す図である。なお、図１〜図３において、同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示す。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a ceramic multilayer substrate according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the manufacturing method, and FIG. 3 is an unattached auxiliary layer formed in the manufacturing process. It is a figure which shows a baking composite laminated body. In FIG. 1 to FIG. 3, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

このセラミック多層基板Ｓは、図１に示すように、パワーアンプやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）のような、いわゆるパワー半導体デバイス６が搭載されるセラミック多層基板であって、セラミック多層基板Ｓを構成する主たる構造体であるセラミック多層基板本体１の内部には、冷媒を流通させるための冷媒流路２と、冷媒流路２とパワー半導体デバイス６とを熱的に接続するためのビアホール導体３とが配設されている。   As shown in FIG. 1, the ceramic multilayer substrate S is a ceramic multilayer substrate on which a so-called power semiconductor device 6 such as a power amplifier or a CPU (Central Processing Unit) is mounted. Inside the ceramic multilayer substrate body 1 which is a main structure constituting the substrate S, a coolant channel 2 for circulating a coolant, a coolant channel 2 and a power semiconductor device 6 for thermally connecting A via-hole conductor 3 is provided.

また、セラミック多層基板本体１の内部には、例えば、インダクタやコンデンサなどの回路要素を構成する内部電極４が配設されており、また、セラミック多層基板本体１の表面には電極や配線導体などとなる表面導体５が配設されている。また、セラミック多層基板本体１の内部には、セラミック層を介して積層された内部電極４どうし、あるいは内部電極４と表面導体５とを接続する層間接続用ビアホール導体７が配設されている。   Further, for example, internal electrodes 4 constituting circuit elements such as inductors and capacitors are disposed inside the ceramic multilayer substrate body 1, and electrodes, wiring conductors and the like are disposed on the surface of the ceramic multilayer substrate body 1. The surface conductor 5 is disposed. Further, inside the ceramic multilayer substrate body 1, interlayer connection via-hole conductors 7 that connect the internal electrodes 4 stacked via the ceramic layers or the internal electrodes 4 and the surface conductors 5 are disposed.

また、この実施例のセラミック多層基板Ｓにおいては、３本のビアホール導体３がセラミック層の積層方向と平行に配設されており、ビアホール導体３の下端側が冷媒流路２中に下方に向かって突出し、冷媒流路２を一方の内壁面（上面）から対向する他方の内壁面（下面）にまで達するように配設されている。   Further, in the ceramic multilayer substrate S of this embodiment, the three via-hole conductors 3 are arranged in parallel with the laminating direction of the ceramic layers, and the lower end side of the via-hole conductor 3 faces downward in the refrigerant flow path 2. It protrudes and is arrange | positioned so that the refrigerant | coolant flow path 2 may reach the other inner wall surface (lower surface) which opposes from one inner wall surface (upper surface).

さらに、この実施例では、セラミック多層基板Ｓを構成するセラミック材料（セラミック層）として、低温焼結セラミック材料が用いられており、ビアホール導体３の構成材料としては、銅を主成分とする材料が用いられている。なお、本願発明においては、銅を主成分とする材料以外にも熱伝導の良好な種々の材料（例えば、銀（Ａｇ）、銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）、銀−白金（Ａｇ−Ｐｔ）など）を用いることが可能であるが、特に好ましい材料としては、例えば、上記の銅を主成分とする材料以外に、銀を主成分とする材料などが例示される。   Further, in this embodiment, a low-temperature sintered ceramic material is used as a ceramic material (ceramic layer) constituting the ceramic multilayer substrate S, and a material mainly composed of copper is used as a constituent material of the via-hole conductor 3. It is used. In the invention of the present application, various materials having good thermal conductivity (for example, silver (Ag), silver-palladium (Ag-Pd), silver-platinum (Ag-Pt)) other than materials mainly composed of copper. As a particularly preferable material, for example, a material containing silver as a main component in addition to the material containing copper as a main component is exemplified.

上述のように構成されたセラミック多層基板Ｓにおいては、セラミック多層基板本体１の内部に配設された、液体または気体の冷媒を流通させるための冷媒流路２と、冷媒流路２とパワー半導体デバイス６とを熱的に接続するためのビアホール導体３とを備えており、ビアホール導体３はセラミック材料よりも熱伝導率の高い金属材料で形成されているので、特に複雑な構成を必要とすることなく、パワー半導体デバイスを効率よく冷却することができる。   In the ceramic multilayer substrate S configured as described above, a coolant channel 2 for circulating a liquid or gas coolant disposed in the ceramic multilayer substrate body 1, a coolant channel 2 and a power semiconductor. Since the via-hole conductor 3 for thermally connecting the device 6 is provided, and the via-hole conductor 3 is formed of a metal material having a higher thermal conductivity than the ceramic material, a particularly complicated configuration is required. Therefore, the power semiconductor device can be efficiently cooled.

次に、上記構成を有するセラミック多層基板Ｓの製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the ceramic multilayer substrate S having the above configuration will be described.

(１)まず、以下の方法により、セラミック材料を含む複数の基板用グリーンシート１１を作製する。
ＣａＯ：１０〜５５重量％、ＳｉＯ2：４５〜７０重量％、Ａｌ2Ｏ3：０〜３０重量％、不純物：０〜１０重量％、及び外掛けでＢ2Ｏ3：５〜２０重量％を含む混合物を１４５０℃で溶融してガラス化し、水中で急冷した後、粉砕して、平均粒径が３．０〜３．５μｍのＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末を作製する。
それから、このガラス粉末：５０〜６５重量％（好ましくは６０重量％）と、不純物が０〜１０重量％のアルミナ粉末：５０〜３５重量％（好ましくは４０重量％）とを混合してセラミック粉末を作製し、このセラミック粉末に溶剤（例えばトルエン、キシレン、水系）、バインダー（例えばアクリルやブチラール系の樹脂）及び可塑剤（例えばＤＯＰやＤＢＰ）を加え、十分に混練・分散させて粘度：２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、通常のキャスティング法（例えばドクターブレード法）を用いてシート状に成形することにより、例えば厚み０．０１〜０．４ｍｍの、基板用グリーンシート１１（図２参照）を作製する。
この際に組成比や添加剤を調整し、下記の補助層用（拘束層用）グリーンシートよりも、適度に柔らかい性状としておくことにより、後工程の成形加工時に、基板用グリーンシートに亀裂、欠けなどが発生することを抑制、防止することが可能になる。 (1) First, a plurality of substrate green sheets 11 containing a ceramic material are produced by the following method.
CaO: 10 to 55 wt%, SiO 2: 45 to 70 wt%, Al 2 O 3: 0 to 30 wt%, impurities: 0-10 wt%, and in outer percentage B 2 O 3: 5 to 20 wt% The CaO—SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 system having an average particle size of 3.0 to 3.5 μm is melted and vitrified at 1450 ° C., rapidly cooled in water, and pulverized. Glass powder is prepared.
Then, this glass powder: 50 to 65% by weight (preferably 60% by weight) and alumina powder having impurities of 0 to 10% by weight: 50 to 35% by weight (preferably 40% by weight) are mixed to obtain ceramic powder. A solvent (for example, toluene, xylene, water-based), a binder (for example, acrylic or butyral-based resin) and a plasticizer (for example, DOP or DBP) are added to the ceramic powder, and the mixture is sufficiently kneaded and dispersed to have a viscosity of 2000. A slurry of ˜40000 cps is prepared and formed into a sheet using a normal casting method (for example, doctor blade method), for example, a substrate green sheet 11 having a thickness of 0.01 to 0.4 mm (see FIG. 2). Is made.
At this time, the composition ratio and additives are adjusted, and by making the properties moderately softer than the following auxiliary layer (constraint layer) green sheet, the green sheet for the substrate is cracked during the molding process in the subsequent process, It is possible to suppress or prevent the occurrence of chipping.

(２)それから、打抜き型やパンチングマシンなどを用いて基板用グリーンシート１１を所定の寸法にカットし、かつ、層間接続用ビアホール２１（図２参照）、および、冷媒流路２とパワー半導体デバイス６とを熱的に接続するビアホール導体３（図１）を形成するためのビアホール（サーマルビアホール）２２を形成する。   (2) Then, the substrate green sheet 11 is cut into a predetermined size using a punching die or a punching machine, and the interlayer connection via hole 21 (see FIG. 2), the refrigerant flow path 2 and the power semiconductor device. A via hole (thermal via hole) 22 is formed for forming a via hole conductor 3 (FIG. 1) that is thermally connected to 6.

(３)次に、加工した複数枚の基板用グリーンシート１１の層間接続用ビアホール２１と、サーマルビアホール２２に導体ペーストを充填する。
さらに、基板用グリーンシート１１に導体ペーストを印刷することにより内部導体４，表面導体５となる所定の配線パターンを形成する。
このときに用いる導体ペーストとしては、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｃｕ粉末などを導電成分とする導体ペーストを使用する。必要に応じて、導体ペーストとともに、あるいは、導体ペーストの代わりに、抵抗ペーストやガラスペーストを印刷することも可能である。ただし、ビアホール（サーマルビアホール）２２に充填する導電ペーストとしては、熱伝導度の高い材料（銅や銀など）を主たる成分とする導電ペーストを用いることが望ましい。 (3) Next, a conductor paste is filled in the interlayer connection via hole 21 and the thermal via hole 22 of the processed plurality of substrate green sheets 11.
Furthermore, a predetermined wiring pattern to be the inner conductor 4 and the surface conductor 5 is formed by printing a conductor paste on the substrate green sheet 11.
As the conductor paste used at this time, a conductor paste containing Ag, Ag-Pd, Ag-Pt, Cu powder or the like as a conductive component is used. If necessary, it is also possible to print a resistance paste or a glass paste together with the conductor paste or instead of the conductor paste. However, as the conductive paste filling the via hole (thermal via hole) 22, it is desirable to use a conductive paste mainly composed of a material having high thermal conductivity (such as copper or silver).

(４)また、基板用グリーンシート１１の焼成温度では焼結しないセラミックを含む、複数の補助層用（拘束層用）グリーンシート１２（図２）を作製する。
補助層用（拘束層用）グリーンシート１２は、たとえば、有機ビヒクル中にアルミナ粉末を分散させてスラリーを調製し、これをキャスティング法によってシート状に成形することにより得ることができる。このようにして得られた補助層用（拘束層用）グリーンシート１２の焼結温度は、１５００〜１６００℃であるため、基板用グリーンシート１１が焼結する温度（例えば、８００〜１０００℃）では焼結せず、この補助層用（拘束層用）グリーンシート１２を接合させた状態で基板用グリーンシート１１を焼成することにより、基板用グリーンシート１１の平面方向に関する収縮を抑制しつつ焼結させることが可能になる。
なお、この補助層用（拘束層用）グリーンシート１２としては、プレス時に未焼成複合積層体１０（図２，図３）を傷めることなく加工することができるように、基板用グリーンシート１１よりも、硬くなるように物性を調整したものを用いることが望ましい。 (4) Further, a plurality of auxiliary layer (constraint layer) green sheets 12 (FIG. 2) including ceramics that are not sintered at the firing temperature of the substrate green sheet 11 are prepared.
The auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 can be obtained, for example, by preparing a slurry by dispersing alumina powder in an organic vehicle and molding the slurry into a sheet by a casting method. Since the sintering temperature of the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 thus obtained is 1500 to 1600 ° C., the temperature at which the substrate green sheet 11 is sintered (for example, 800 to 1000 ° C.). Then, the substrate green sheet 11 is fired in a state where the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 is bonded without sintering, thereby suppressing the shrinkage in the planar direction of the substrate green sheet 11. It becomes possible to tie.
The auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 is formed from the substrate green sheet 11 so that the green composite laminate 10 (FIGS. 2 and 3) can be processed without being damaged during pressing. However, it is desirable to use a material whose physical properties are adjusted to be hard.

(５)また、上述のように作製した補助層用（拘束層用）グリーンシート１２を所定の形状に加工して、冷媒流路２（図１）を形成するために冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａを形成し、この冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａに、サーマルビアホール導体充填用のビアホール２２ａを形成し、導電ペーストを充填する。   (5) Further, the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 produced as described above is processed into a predetermined shape to form the refrigerant channel 2 (FIG. 1), thereby forming the refrigerant channel green sheet. (Hardly sinterable member) 12a is formed, and via holes 22a for filling thermal via hole conductors are formed in the refrigerant flow green sheet (hardly sinterable member) 12a and filled with a conductive paste.

(６)それから、図２，図３に示すように、複数枚の基板用グリーンシート１１と冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａを積層した未焼成複合積層体１０（図３）の両主面（上下）に、補助層用（拘束層用）グリーンシート１２を積層し、圧着することにより、未焼成セラミック積層体の内部に、難焼結性部材が配設された構造を有する補助層付き未焼成複合積層体２０（図３）を形成する。
補助層付き未焼成複合積層体２０のプレスは、１００〜２０００ｋｇ／cm2、好ましくは１０００〜２０００ｋｇ／cm2のプレス圧力で、３０〜１００℃、好ましくは５０〜８０℃の温度で実施する。 (6) Then, as shown in FIGS. 2 and 3, an unfired composite laminate 10 in which a plurality of substrate green sheets 11 and a refrigerant flow green sheet (non-sinterable member) 12a are laminated (FIG. 3). ) On both main surfaces (upper and lower) of the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 is laminated and pressed to form a structure in which a non-sinterable member is disposed inside the unfired ceramic laminate. An unfired composite laminate 20 having an auxiliary layer (FIG. 3) is formed.
The pressing of the unfired composite laminate 20 with an auxiliary layer is performed at a pressure of 100 to 2000 kg / cm 2 , preferably 1000 to 2000 kg / cm 2 , and a temperature of 30 to 100 ° C., preferably 50 to 80 ° C.

(７)そして、補助層付き未焼成複合積層体２０を、基板用グリーンシート１１が焼結する温度、例えば１０００℃以下、好ましくは８００℃から１０００℃の温度で焼成し、両主面に補助層（補助層用グリーンシート）１２を備えた状態の焼結基板１４を得る。なお、このときの８００℃から１０００℃の焼成温度では、補助層用グリーンシート１２および冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａが焼結することはない、
なお、導体ペーストにＣｕを用いた場合は酸化防止のため還元雰囲気で焼成する必要があるが、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔを用いた場合には大気焼成が可能である。 (7) Then, the unfired composite laminate 20 with the auxiliary layer is fired at a temperature at which the green sheet 11 for substrate is sintered, for example, 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. to 1000 ° C. A sintered substrate 14 having a layer (green sheet for auxiliary layer) 12 is obtained. In addition, at the firing temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. at this time, the auxiliary layer green sheet 12 and the refrigerant flow path green sheet (hardly sinterable member) 12a are not sintered.
When Cu is used for the conductor paste, it is necessary to fire in a reducing atmosphere to prevent oxidation. However, when Ag, Ag / Pd, or Ag / Pt is used, atmospheric baking is possible.

(８)それから、焼結していない補助層（補助層用グリーンシート）１２および冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａを焼結基板１４の表面および内部から除去することにより、セラミック多層基板本体１の内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路２と、ビアホール導体３とを備えたセラミック多層基板Ｓを得る。
なお、補助層（補助層用グリーンシート）１２および冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａを除去する方法としては、超音波洗浄やアルミナ砥粒を吹き付ける方法などの物理的処理方法や、エッチングなどの化学的処理方法のどちらの方法を用いてもよく、また、物理的処理方法と化学的処理方法を組み合わせて用いることも可能である。
特に、冷媒流路用グリーンシートの除去は、高圧水流を挿入することが好ましい。 (8) Then, by removing the unsintered auxiliary layer (auxiliary layer green sheet) 12 and refrigerant flow channel green sheet (non-sinterable member) 12a from the surface and inside of the sintered substrate 14, A ceramic multilayer substrate S having a refrigerant flow path 2 for circulating a refrigerant and a via-hole conductor 3 inside the ceramic multilayer substrate body 1 is obtained.
In addition, as a method of removing the auxiliary layer (green sheet for auxiliary layer) 12 and the green sheet (refractory sinterable member) 12a for the refrigerant flow path, a physical processing method such as ultrasonic cleaning or a method of spraying alumina abrasive grains is used. Further, either a chemical treatment method such as etching or the like may be used, and a physical treatment method and a chemical treatment method may be used in combination.
In particular, it is preferable to insert a high-pressure water flow to remove the refrigerant flow green sheet.

(９)その後、セラミック多層基板Ｓにパワー半導体デバイス６を搭載することにより、図１に示すような、パワー半導体モジュールが得られる。
このパワー半導体モジュールは、冷媒流路２と、パワー半導体デバイス６とを熱的に接続するためのビアホール導体（サーマルビアホール導体）３を備えており、優れた冷却機能を備えていることから、パワー半導体デバイス６の能力を十分に発揮させることができる。 (9) Thereafter, by mounting the power semiconductor device 6 on the ceramic multilayer substrate S, a power semiconductor module as shown in FIG. 1 is obtained.
This power semiconductor module includes a via-hole conductor (thermal via-hole conductor) 3 for thermally connecting the refrigerant flow path 2 and the power semiconductor device 6 and has an excellent cooling function. The capability of the semiconductor device 6 can be fully exhibited.

上述の製造方法によれば、未焼成セラミック層の焼結温度では実質的に焼結しない材料からなる冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａが内部に配設された未焼成複合積層体１０を形成するとともに、未焼成複合積層体の表面に、未焼成セラミック層の焼結温度では実質的に焼結しない材料からなる補助層用（拘束層用）グリーンシート１２が配設された補助層付き未焼成複合積層体２０を形成し、この補助層付き未焼成複合積層体２０を、補助層１２が密着した状態のまま焼成するようにしているので、冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａにより、内部に冷媒流路２が形成されたセラミック多層基板Ｓを容易かつ確実に製造することが可能になる。   According to the manufacturing method described above, an unfired composite in which a refrigerant flow green sheet (non-sinterable member) 12a made of a material that does not substantially sinter at the sintering temperature of the unfired ceramic layer is disposed. The laminate 10 is formed, and an auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 made of a material that does not substantially sinter at the sintering temperature of the unfired ceramic layer is disposed on the surface of the unfired composite laminate. Since the unfired composite laminate 20 with the auxiliary layer is formed, and the unfired composite laminate 20 with the auxiliary layer is fired while the auxiliary layer 12 is in close contact, the green sheet for the refrigerant channel ( The non-sinterable member) 12a makes it possible to easily and reliably manufacture the ceramic multilayer substrate S in which the refrigerant flow path 2 is formed.

また、冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）１２ａにサーマルビアホール導体充填用のビアホール２２ａを形成し、導体ペーストを充填するようにしているので、冷媒流路２中にビアホール導体（サーマルビアホール導体）３が突出した構成を有するセラミック多層基板Ｓを効率よく製造することが可能になり、冷却効率を大幅に向上させることが可能になる。   Further, the via hole 22a for filling the thermal via hole conductor is formed in the refrigerant flow channel green sheet (hardly sinterable member) 12a and filled with the conductive paste, so that the via hole conductor (thermal) is filled in the refrigerant flow channel 2. It is possible to efficiently manufacture the ceramic multilayer substrate S having a configuration in which the via-hole conductor) 3 protrudes, and the cooling efficiency can be greatly improved.

また、未焼成複合積層体１０の両主面に補助層用（拘束層用）グリーンシート１２が密着した状態で焼成するようにしているので、補助層１２の、未焼成複合積層体１０を焼結する際の収縮や変形を抑制する力（拘束力）により、焼成工程で複合積層体に収縮や変形が生じることを抑制、防止して、形状精度の高いセラミック多層基板Ｓを得ることが可能になる。   Moreover, since the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12 is fired in close contact with both main surfaces of the unfired composite laminate 10, the unfired composite laminate 10 of the auxiliary layer 12 is fired. It is possible to obtain a ceramic multilayer substrate S with high shape accuracy by suppressing or preventing the composite laminate from being contracted or deformed in the firing step by the force (restraint force) that suppresses the shrinkage or deformation during tying. become.

以下にセラミック多層基板Ｓの製造方法の他の実施例（実施例２）について説明する。
なお、図４〜図９はこの実施例２のセラミック多層基板の製造方法を示す図であり、図１０はこの実施例２のセラミック多層基板にパワー半導体デバイスを搭載した状態を示す図である。なお、図４〜１０において、図１〜３と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示す。また、図５〜図１０において、図４と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示す。 Hereinafter, another embodiment (Example 2) of the method for producing the ceramic multilayer substrate S will be described.
4 to 9 are diagrams showing a method for manufacturing the ceramic multilayer substrate of the second embodiment, and FIG. 10 is a diagram showing a state in which a power semiconductor device is mounted on the ceramic multilayer substrate of the second embodiment. 4-10, the part which attached | subjected the same code | symbol as FIGS. 1-3 shows the part which is the same or it corresponds. 5-10, the part which attached | subjected the same code | symbol as FIG. 4 shows the part which is the same or corresponds.

(１)まず、上記実施例１の場合と同様の方法で、セラミック基板用のセラミックグリーンシート（基板用グリーンシート）を作製する。
なお、基板用グリーンシートの条件（具体的な製造条件、組成、物性など）は、上記実施例１の場合と同じである。 (1) First, a ceramic green sheet for a ceramic substrate (a green sheet for a substrate) is produced by the same method as in Example 1 above.
The conditions (specific manufacturing conditions, composition, physical properties, etc.) of the substrate green sheet are the same as those in Example 1.

(２)それから、上記(１)の工程で作製した基板用グリーンシートを打ち抜き型やパンチングマシンなどを用いて所定の寸法にカットし、層間接続用ビアホール２１（図４）を形成する。   (2) Then, the substrate green sheet produced in the step (1) is cut into a predetermined size by using a punching die or a punching machine to form an interlayer connection via hole 21 (FIG. 4).

(３)上記(２)の工程で加工した複数枚の基板用グリーンシートの層間接続用ビアホール２１に導体ペーストを充填する。さらに、基板用グリーンシート１１に導体ペーストを印刷することにより表面導体５，内部電極４などとなる所定の配線パターンを形成する。
このときに用いる導体ペーストとしては、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｃｕ粉末などを導電成分とする導体ペーストを使用する。必要に応じて、導体ペーストとともに、あるいは、導体ペーストの代わりに、抵抗ペーストやガラスペーストを印刷することも可能である。 (3) Fill the inter-layer connection via holes 21 of the plurality of substrate green sheets processed in the step (2) with a conductive paste. Further, by printing a conductive paste on the substrate green sheet 11, a predetermined wiring pattern that becomes the surface conductor 5, the internal electrode 4, and the like is formed.
As the conductor paste used at this time, a conductor paste containing Ag, Ag-Pd, Ag-Pt, Cu powder or the like as a conductive component is used. If necessary, it is also possible to print a resistance paste or a glass paste together with the conductor paste or instead of the conductor paste.

(４)また、基板用グリーンシートの焼成温度では焼結しないセラミックを含む、複数の補助層用（拘束層用）グリーンシート１２を作製する。
なお、補助層用（拘束層用）グリーンシート１２としては、上記実施例１で用いたものと同じものを用いる。
そして、下側の補助層用（拘束層用）グリーンシート１２に、サーマルビアホール導体充填用のビアホール２２ａ（図４）を形成し、導電ペーストを充填する。 (4) Also, a plurality of auxiliary layer (constraint layer) green sheets 12 including ceramics that are not sintered at the firing temperature of the substrate green sheet are produced.
As the auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12, the same one as used in Example 1 is used.
And the via hole 22a (FIG. 4) for thermal via hole conductor filling is formed in the lower auxiliary layer (constraint layer) green sheet 12, and the conductive paste is filled therewith.

(５)また、上記(４)の工程で作製した補助層用（拘束層用）グリーンシートと同じグリーンシートを、所定の形状に打ち抜き加工したグリーンシート（型形成用グリーンシート）２５（図４）の主面２５ａ（図４）を、固定面（平板）２４に高い圧力で圧着させることにより、プレス（変形）用の型３０（図４）を作製する。   (5) Further, a green sheet (green sheet for mold formation) 25 obtained by punching the same green sheet as the auxiliary layer (constraint layer) green sheet produced in the step (4) into a predetermined shape (FIG. 4). ) Is pressed against the fixed surface (flat plate) 24 with a high pressure to produce a press (deformation) die 30 (FIG. 4).

なお、型形成用グリーンシート２５は、型３０の凸部構成部材であり、この凸部構成部材が、固定面（平板）２４に圧着されて、型３０の凸部（型）３２となる。なお、凸部３２は補助層用（拘束層用）グリーンシートと同じグリーンシートから形成されており、ある程度の弾力性を有しているため、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａが損傷することを抑制しつつ、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａに、冷媒流路となる凹部３１ａ（図５）を成形することが可能になる。
なお、型３０を作製するのに用いられる平板２４としては、適度な硬さを有する材料（樹脂や金属）からなるものを用いることが好ましい。また、複数種類の材料を複合させた複合材料からなる平板を用いることも可能である。 The mold forming green sheet 25 is a convex component of the mold 30, and this convex component is pressed onto the fixed surface (flat plate) 24 to form the convex (mold) 32 of the mold 30. In addition, since the convex part 32 is formed from the same green sheet as the auxiliary layer (constraint layer) green sheet and has a certain degree of elasticity, the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer is damaged. It is possible to form the recess 31a (FIG. 5) serving as a refrigerant flow path in the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer while suppressing the above.
In addition, it is preferable to use what consists of material (resin and metal) which has moderate hardness as the flat plate 24 used for producing the type | mold 30. FIG. It is also possible to use a flat plate made of a composite material obtained by combining a plurality of types of materials.

(６)それから、図４に示すように、複数枚の基板用グリーンシート１１を積層した基板用セラミックグリーンシート積層体（未焼成セラミック積層体）１０ａの両主面（上下）に、補助層用（拘束層用）グリーンシート１２を複数枚積層して補助層１２を形成することにより、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを形成する。   (6) Then, as shown in FIG. 4, on both main surfaces (up and down) of a ceramic green sheet laminate (unfired ceramic laminate) 10a in which a plurality of substrate green sheets 11 are laminated, By forming a plurality of green sheets 12 (for the constraining layer) to form the auxiliary layer 12, the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer is formed.

(７)次に、図５に示すように、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａにプレス（変形）用の型３０を貼り付け、可撓性フィルム８を用いて真空パックし、静水圧プレスの方法により、水９を介して補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａの、型３０と接しない方の主面から等方的に圧力がかかるようにプレスすることにより補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを変形させる。
なお、プレス方法は静水圧プレスの方法に限らず、図６に示すように、弾性体９ａ（例えばシリコンラバー）を介して平板状の圧着用金型９ｂによりプレスして、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａに凹部３１ａを形成するようにすることも可能である。 (7) Next, as shown in FIG. 5, a press (deformation) die 30 is attached to the unfired ceramic laminate 20a with an auxiliary layer, vacuum packed using the flexible film 8, and hydrostatic press The green ceramic laminate with an auxiliary layer is pressed by pressing the isotropic pressure from the main surface of the green ceramic laminate 20a with an auxiliary layer that is not in contact with the mold 30 through the water 9. The body 20a is deformed.
Note that the pressing method is not limited to the hydrostatic pressing method, and as shown in FIG. 6, pressing is performed by a flat plate-shaped crimping die 9 b through an elastic body 9 a (for example, silicon rubber), and an unfired auxiliary layer is provided. It is also possible to form the recess 31a in the ceramic laminate 20a.

このプレス工程において、水９または弾性体９ａは補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａの、型３０と接しない方の主面の凹凸形状に沿うように変形するため、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａは水９または弾性体９ａからの圧力によって滑らかに変形し、意図する形状を有する補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを形成することができる。
なお、型３０による補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａのプレスは、１００〜２０００ｋｇ／cm2、好ましくは１０００〜２０００ｋｇ／cm2のプレス圧力で、３０〜１００℃、好ましくは５０〜８０℃の温度で実施する。 In this pressing step, the water 9 or the elastic body 9a is deformed so as to conform to the uneven shape of the main surface of the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer that is not in contact with the die 30, so The body 20a can be smoothly deformed by the pressure from the water 9 or the elastic body 9a to form an unfired ceramic laminate 20a with an auxiliary layer having an intended shape.
The pressing of the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer by the mold 30 is performed at a pressure of 100 to 2000 kg / cm 2 , preferably 1000 to 2000 kg / cm 2 , and 30 to 100 ° C., preferably 50 to 80 ° C. Perform at temperature.

このとき、プレス用の型３０を構成する凸部３２（打ち抜き加工された補助層用（拘束層用）グリーンシート２５）は、予め平板２４に高い圧力で圧着させているため、上述のようにある程度の弾力性を有している一方で、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを変形させるのに十分な硬さを有している。
また、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａの主要部を構成する基板用グリーンシート１１は、プレス用の型３０の凸部３２よりも柔らかいため、未焼成セラミック積層体１０ａを容易かつ確実に変形させることができる。 At this time, since the convex portion 32 (the punched auxiliary layer (constraint layer) green sheet 25) constituting the press die 30 is press-bonded to the flat plate 24 with high pressure in advance, as described above. While having some elasticity, it has sufficient hardness to deform the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer.
Further, since the green sheet 11 for the substrate constituting the main part of the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer is softer than the convex portion 32 of the pressing mold 30, the unfired ceramic laminate 10a is easily and reliably deformed. Can be made.

(８)次に、変形させた圧着体（型３０を含む補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａ）から固定面として使用した平板２４を剥がし、補助層１２ならびに凸部３２を付けたまま、未焼成セラミック積層体１０ａが焼結する温度、例えば１０００℃以下、好ましくは８００〜１０００℃の温度で焼成する。
なお、導体ペーストにＣｕ粉末などの卑金属粉末を導電成分とするものを用いた場合には、酸化防止のため還元雰囲気で焼成することが必要になるが、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔなどの貴金属粉末を導電成分とする導電ペーストを用いた場合には大気中で焼成することも可能である。 (8) Next, the flat plate 24 used as the fixed surface is peeled off from the deformed pressure-bonded body (unfired ceramic laminate 20a including the auxiliary layer including the mold 30), and the auxiliary layer 12 and the convex portion 32 are left unattached. Firing is performed at a temperature at which the fired ceramic laminate 10a is sintered, for example, 1000 ° C. or less, preferably 800 to 1000 ° C.
Note that when a conductive paste using a base metal powder such as Cu powder as the conductive component is used, it is necessary to fire in a reducing atmosphere to prevent oxidation, but Ag, Ag-Pd, Ag-Pt, etc. When a conductive paste containing noble metal powder as a conductive component is used, it can be fired in the air.

(９)それから、焼結していない補助層を焼結基板の表面から除去することにより、図７に示すような、一方の面（上面）に凸部３３ａ、他方の面（下面）に凹部３１ａを備え、下面の凹部３１ａには、ビアホール導体（サーマルビアホール導体）３が突出した構造を有する焼結基板（一方の焼結基板）１４ａを得る。
なお、補助層を除去する方法としては、超音波洗浄やアルミナ砥粒を吹き付ける方法などの物理的処理方法や、エッチングなどの化学的処理方法のどちらの方法を用いてもよく、また、物理的処理方法と化学的処理方法を組み合わせて用いることも可能である。 (9) Then, by removing the unsintered auxiliary layer from the surface of the sintered substrate, a convex portion 33a is formed on one surface (upper surface) and a concave portion is formed on the other surface (lower surface) as shown in FIG. A sintered substrate (one sintered substrate) 14a having a structure in which a via-hole conductor (thermal via-hole conductor) 3 protrudes is obtained in the recess 31a on the lower surface.
In addition, as a method for removing the auxiliary layer, either a physical treatment method such as ultrasonic cleaning or a method of spraying alumina abrasive grains, or a chemical treatment method such as etching may be used. It is also possible to use a combination of a treatment method and a chemical treatment method.

(10)また、上記焼結基板（セラミック基板）１４ａを形成する方法と同様の方法により、図８に示すように、ビアホール導体を備えていない点を除いては、焼結基板１４ａ（図７）とほぼ同様の、一方の面（下面）に凸部３３ｂ、他方の面（上面）に凹部３１ｂを備えた構造を有する焼結基板（他方の焼結基板）１４ｂを作製する。   (10) Further, by the same method as the method for forming the sintered substrate (ceramic substrate) 14a, as shown in FIG. 8, except that the via-hole conductor is not provided, the sintered substrate 14a (FIG. 7). ), A sintered substrate (the other sintered substrate) 14b having a structure having a convex portion 33b on one surface (lower surface) and a concave portion 31b on the other surface (upper surface) is produced.

(11)それから、図９に示すように、一方の焼結基板１４ａと、他方の焼結基板（セラミック基板）１４ｂとを、凹部３１ａ，３１ｂが形成された面が対向するような態様で、例えば、樹脂やガラス等の接合材を介して接合することにより、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路２と、冷媒流路２と搭載されるパワー半導体デバイス６（図１０）とを熱的に接続するためのビアホール導体３とを備えたセラミック多層基板Ｓを得る。   (11) Then, as shown in FIG. 9, one sintered substrate 14 a and the other sintered substrate (ceramic substrate) 14 b are arranged in such a manner that the surfaces on which the recesses 31 a and 31 b are formed face each other. For example, by joining through a joining material such as resin or glass, the coolant channel 2 for circulating the coolant therein, and the power semiconductor device 6 (FIG. 10) mounted on the coolant channel 2 are provided. A ceramic multilayer substrate S provided with via-hole conductors 3 for thermal connection is obtained.

(12)その後、セラミック多層基板Ｓにパワー半導体デバイス６を搭載することにより、図１０に示すような、パワー半導体モジュールを得る。
このパワー半導体モジュールは、冷媒流路２とパワー半導体デバイス６とを熱的に接続するためのビアホール導体（サーマルビアホール導体）３を備えており、優れた冷却機能を備えていることから、パワー半導体デバイス６の能力を十分に発揮させることができる。 (12) Thereafter, the power semiconductor device 6 is mounted on the ceramic multilayer substrate S to obtain a power semiconductor module as shown in FIG.
This power semiconductor module includes a via-hole conductor (thermal via-hole conductor) 3 for thermally connecting the refrigerant flow path 2 and the power semiconductor device 6 and has an excellent cooling function. The capability of the device 6 can be fully exhibited.

この実施例２のセラミック多層基板の製造方法によれば、未焼成セラミック積層体１０ａの両主面側に補助層１２が密着した状態で、凸部３２を有する型を合わせてプレスし、補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａの型３０を合わせた面に凹部３１ａを形成するようにしているので、成型時に未焼成セラミック積層体や、その内部に配設された内部電極パターンなどに折損や破断が発生することを抑制、防止しつつ、所望の凹部を備えた未焼成セラミック積層体を形成することが可能になる。
なお、焼結基板１４ａおよび１４ｂの凹部３１ａおよび３１ｂの内面形状は、上述のような製造方法から、図７〜１０に示すように、丸みを帯びた形状となるのが一般的である。 According to the method for manufacturing the ceramic multilayer substrate of Example 2, the auxiliary layer 12 is pressed together with the mold having the convex portions 32 in a state where the auxiliary layer 12 is in close contact with both main surface sides of the unfired ceramic laminate 10a. Since the concave portion 31a is formed on the surface of the unfired ceramic laminate 20a with the mold 30 combined, the green ceramic laminate or the internal electrode pattern disposed therein is broken or broken during molding. It is possible to form an unfired ceramic laminate having a desired recess while suppressing or preventing the occurrence of the above.
In addition, the inner surface shape of the recessed portions 31a and 31b of the sintered substrates 14a and 14b is generally rounded as shown in FIGS.

また、サーマルビアホール導体充填用のビアホール２２ａを設けて、導電ペーストを充填した補助層１２を未焼成セラミック積層体１０ａと積層して補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを形成し、これを一体に焼成した後、補助層１２を除去するようにしているので、容易に、冷媒流路２に下端側が突出したビアホール導体３を形成することが可能で、効率よく冷却性能の高いセラミック多層基板Ｓを製造することができる。   Also, via holes 22a for filling the thermal via hole conductors are provided, and the auxiliary layer 12 filled with the conductive paste is laminated with the unfired ceramic laminate 10a to form the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layers, which are integrated with each other. Since the auxiliary layer 12 is removed after firing, it is possible to easily form the via-hole conductor 3 whose lower end protrudes from the refrigerant flow path 2, and to efficiently provide a ceramic multilayer substrate S having high cooling performance. Can be manufactured.

また、凹部３１ａが形成された補助層付き未焼成セラミック積層体２０ａを、補助層１２が密着した状態のまま、未焼成セラミック積層体１０ａが焼結し、補助層１２が実質的に焼結しない温度で焼成するようにしているので、補助層１２の、セラミック積層体の焼結時の収縮や変形を抑制する力（拘束力）により、焼成工程でセラミック積層体に収縮や変形が生じることを抑制、防止して、凹部３１ａを備えた形状を保持したまま、形状精度の高いセラミック基板（一方の焼結基板）１４ａを得ることが可能になり、この一方の焼結基板１４ａと、上述の他方の焼結基板１４ｂとを、接合することにより、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路２とビアホール導体３とを備えたセラミック多層基板Ｓを効率よく製造することができる。   In addition, the unfired ceramic laminate 20a with the auxiliary layer in which the recess 31a is formed is sintered in the state where the auxiliary layer 12 is in close contact, and the unfired ceramic laminate 10a is sintered, and the auxiliary layer 12 is not substantially sintered. Since firing is performed at a temperature, the auxiliary layer 12 has a force (restraint force) that suppresses shrinkage and deformation during sintering of the ceramic laminate, and the ceramic laminate is shrunk and deformed in the firing process. It becomes possible to obtain a ceramic substrate (one sintered substrate) 14a with high shape accuracy while suppressing and preventing the shape having the recess 31a, and this one sintered substrate 14a, By joining the other sintered substrate 14b, it is possible to efficiently manufacture the ceramic multilayer substrate S including the refrigerant flow path 2 and the via-hole conductor 3 for circulating the refrigerant therein.

なお、上記実施例では、セラミック多層基板本体１を構成する、一方の焼結基板（セラミック基板）１４ａと、他方の焼結基板（セラミック基板）１４ｂのいずれにも凹部（３１ａ，３１ｂ）が形成されている場合を例にとって説明したが、図１１(ａ)に示すように、ビアホール導体３を備えた一方の焼結基板（セラミック基板）１４ａには凹部３１ａが形成されているが、他方の焼結基板（セラミック基板）１４ｂには凹部が形成されておらず、平坦であるような構成とすることも可能である。   In the above embodiment, the concave portions (31a, 31b) are formed in both the sintered substrate (ceramic substrate) 14a and the other sintered substrate (ceramic substrate) 14b constituting the ceramic multilayer substrate body 1. 11A, the concave portion 31a is formed in one sintered substrate (ceramic substrate) 14a provided with the via-hole conductor 3, as shown in FIG. 11A. The sintered substrate (ceramic substrate) 14b is not formed with a recess and may be flat.

また、図１１(ｂ)に示すように、ビアホール導体３を備えた一方の焼結基板（セラミック基板）１４ａには凹部を形成せず、他方の焼結基板（セラミック基板）１４ｂに凹部３１ｂを形成するように構成することも可能である。
なお、図１１(ａ)，(ｂ)において、図１０と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。 Further, as shown in FIG. 11B, one sintered substrate (ceramic substrate) 14a provided with the via-hole conductor 3 is not formed with a recess, and the other sintered substrate (ceramic substrate) 14b has a recess 31b. It can also be configured to form.
11A and 11B, the same reference numerals as those in FIG. 10 denote the same or corresponding parts.

［変形例］
また、図１２〜図２０は、本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板Ｓの変形例を示す図である。 [Modification]
12-20 is a figure which shows the modification of the ceramic multilayer substrate S concerning the Example of this invention.

図１２のセラミック多層基板Ｓは、ビアホール導体３の下端面のみが冷媒流路２に露出した構造を有している。このセラミック多層基板Ｓにおいては、冷媒流路２へのビアホール導体３の露出面積は小さいが、製造が容易であり、それほど大きな冷却能力が要求されない場合には十分に実用が可能である。   The ceramic multilayer substrate S of FIG. 12 has a structure in which only the lower end surface of the via-hole conductor 3 is exposed to the coolant channel 2. In this ceramic multilayer substrate S, the exposed area of the via-hole conductor 3 to the refrigerant flow path 2 is small, but it is easy to manufacture and can be practically used when a large cooling capacity is not required.

図１３のセラミック多層基板Ｓは、ビアホール導体３の下端部が少し冷媒流路２に突出した構造を有している。このセラミック多層基板Ｓにおいては、冷媒流路２へのビアホール導体３の露出面積はそれほど大きくはないが、図１２のセラミック多層基板Ｓよりも冷媒流路２へのビアホール導体３の露出面積は大きく、それだけ冷却能力も大きくなる。   The ceramic multilayer substrate S of FIG. 13 has a structure in which the lower end portion of the via-hole conductor 3 slightly protrudes into the refrigerant flow path 2. In this ceramic multilayer substrate S, the exposed area of the via-hole conductor 3 to the refrigerant flow path 2 is not so large, but the exposed area of the via-hole conductor 3 to the refrigerant flow path 2 is larger than that of the ceramic multilayer substrate S of FIG. , The cooling capacity will increase accordingly.

図１４のセラミック多層基板Ｓは、ビアホール導体３の下端部が、冷媒流路の内壁面の一部に配設された金属膜３４に接続された構造を有しており、冷媒と金属膜３４の接触面積が大きく、その分だけ大きな冷却能力を得ることができる。
この金属膜は、上述した製法において、基板用グリーンシートと補助層用グリーンシートの間に焼成後に金属膜となる導体ペーストを所定のパターンで形成しておくことにより、形成できる。 The ceramic multilayer substrate S of FIG. 14 has a structure in which the lower end portion of the via-hole conductor 3 is connected to a metal film 34 disposed on a part of the inner wall surface of the refrigerant flow path. The contact area is large, and a large cooling capacity can be obtained accordingly.
This metal film can be formed by forming a conductive paste having a predetermined pattern after firing between the green sheet for the substrate and the green sheet for the auxiliary layer in the above-described manufacturing method.

図１５のセラミック多層基板Ｓは、冷媒流路２の内壁面の全体に形成された金属膜３４にビアホール導体３の下端部が接続された構造を有するものであり、冷媒と金属膜の接触面積が大きく、十分な冷却能力を実現することができる。   The ceramic multilayer substrate S of FIG. 15 has a structure in which the lower end portion of the via-hole conductor 3 is connected to the metal film 34 formed on the entire inner wall surface of the refrigerant flow path 2, and the contact area between the refrigerant and the metal film And a sufficient cooling capacity can be realized.

図１６のセラミック多層基板Ｓは、冷媒流路の内壁面の全体に金属膜３４が形成され、かつ、ビアホール導体３が、上記金属膜３４と接続されているとともに、下端部が金属膜３４から突出するように配設された構造を有している。このセラミック多層基板Ｓの場合、金属膜３４およびビアホール導体３の下端部が冷媒と十分に接触するため、大きな冷却能力を得ることができる。   In the ceramic multilayer substrate S of FIG. 16, the metal film 34 is formed on the entire inner wall surface of the refrigerant flow path, the via-hole conductor 3 is connected to the metal film 34, and the lower end portion is from the metal film 34. It has a structure arranged so as to protrude. In the case of this ceramic multilayer substrate S, the metal film 34 and the lower end portions of the via-hole conductor 3 are sufficiently in contact with the refrigerant, so that a large cooling capacity can be obtained.

図１７のセラミック多層基板Ｓは、冷媒流路２の上面と下面の全体に金属膜３４が形成され、かつ、ビアホール導体３の下端部が、上記冷媒流路２の上面の金属膜３４と下面の金属膜３４の両方に接続された構造を有しており、金属膜３４およびビアホール導体３の下端部が冷媒と十分に接触するため、大きな冷却能力を得ることができる。   In the ceramic multilayer substrate S of FIG. 17, the metal film 34 is formed on the entire upper surface and lower surface of the refrigerant flow path 2, and the lower end portion of the via-hole conductor 3 is connected to the metal film 34 and the lower surface of the upper surface of the refrigerant flow path 2. Since the metal film 34 and the lower end portions of the via-hole conductor 3 are sufficiently in contact with the refrigerant, a large cooling capacity can be obtained.

図１８のセラミック多層基板Ｓは、左右に配設された２つの冷媒流路２ａ，２ｂと、２本のビアホール導体３とを備えており、２本のビアホール導体３の下端部が、それぞれの冷媒流路２ａ，２ｂに露出した構造を有している。なお、冷媒流路２およびビアホール導体３の数はそれぞれ３以上に増やすことも可能である。   The ceramic multilayer substrate S of FIG. 18 includes two refrigerant flow paths 2a and 2b disposed on the left and right sides and two via-hole conductors 3, and the lower ends of the two via-hole conductors 3 are respectively It has a structure exposed to the refrigerant flow paths 2a and 2b. The number of refrigerant flow paths 2 and via-hole conductors 3 can be increased to 3 or more, respectively.

図１９のセラミック多層基板Ｓは、上下に配設された２つの冷媒流路２ａ，２ｂと２本のビアホール導体３とを備え、２本のビアホール導体３の下端部が、上側の冷媒流路２ａを貫通して、下側の冷媒流路２にまで達するような構造を有している。なお、この構成の場合においても、冷媒流路２およびビアホール導体３の数はそれぞれ３以上に増やすことも可能である。   The ceramic multilayer substrate S of FIG. 19 includes two refrigerant flow paths 2a and 2b and two via-hole conductors 3 arranged on the upper and lower sides, and the lower end portions of the two via-hole conductors 3 are the upper refrigerant flow paths. It has a structure that penetrates 2a and reaches the lower refrigerant flow path 2. Even in this configuration, the number of refrigerant flow paths 2 and via-hole conductors 3 can be increased to 3 or more, respectively.

また、図２０のセラミック多層基板Ｓは、ビアホール導体３の下端部が、冷媒流路２に突出しており、かつ、冷媒流路２に突出したビアホール導体３の下端部が、冷媒流路２に配設された金属膜（金属板）３４に接続された構造を有している。このセラミック多層基板においても、冷媒と金属膜の接触面積は大きく、十分な冷却能力を確保することができる。
この金属板は、上述した製法において、２つの補助層用グリーンシートの間に焼成後に金属板となる導体ペーストを所定のパターンに設けておくことにより、形成できる。 Further, in the ceramic multilayer substrate S of FIG. 20, the lower end portion of the via hole conductor 3 protrudes into the refrigerant flow path 2, and the lower end portion of the via hole conductor 3 protruding into the refrigerant flow path 2 extends to the refrigerant flow path 2. It has a structure connected to the disposed metal film (metal plate) 34. Also in this ceramic multilayer substrate, the contact area between the coolant and the metal film is large, and a sufficient cooling capacity can be ensured.
This metal plate can be formed by providing a conductive paste that becomes a metal plate after firing in a predetermined pattern between the two auxiliary layer green sheets in the manufacturing method described above.

なお、本願発明のセラミック多層基板は、上記実施例の構成に限定されるものではなく、セラミック多層基板本体の内部に配設された冷媒流路の具体的な構成や経路、配設数、冷媒流路とパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体の構成材料や配設態様などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。   In addition, the ceramic multilayer substrate of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and the specific configuration, path, number, refrigerant, and the like of the refrigerant flow path disposed inside the ceramic multilayer substrate body Various applications and modifications can be made within the scope of the invention with respect to the constituent material and arrangement of the via-hole conductor for thermally connecting the flow path and the power semiconductor device.

本願発明のセラミック多層基板は、セラミック多層基板本体の内部に配設された、冷媒を流通させるための冷媒流路と、冷媒流路とパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体とを備えているので、パワー半導体デバイスから熱を逃がす機能を果たすビアホール導体（サーマルビアホール導体）が冷媒によって確実に冷却されるため、冷却効率を著しく向上させることが可能になる。その結果、複雑な構造を必要とせず、効率よくパワー半導体デバイスを冷却することが可能で、冷却性能に優れ、かつ、生産性にも優れたセラミック多層基板を提供することが可能になる。
したがって、本願発明のセラミック多層基板は、パワーアンプやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）のような、いわゆるパワー半導体デバイスが搭載されるセラミック多層基板として、広く利用することが可能である。 The ceramic multilayer substrate of the present invention includes a coolant channel for circulating a coolant, a via-hole conductor for thermally connecting the coolant channel and the power semiconductor device, disposed in the ceramic multilayer substrate body. Since the via-hole conductor (thermal via-hole conductor) that functions to release heat from the power semiconductor device is reliably cooled by the refrigerant, the cooling efficiency can be remarkably improved. As a result, it is possible to provide a ceramic multilayer substrate that can efficiently cool a power semiconductor device without requiring a complicated structure, has excellent cooling performance, and is excellent in productivity.
Therefore, the ceramic multilayer substrate of the present invention can be widely used as a ceramic multilayer substrate on which a so-called power semiconductor device such as a power amplifier or a CPU (Central Processing Unit) is mounted.

本願発明の一実施例（実施例１）にかかるセラミック多層基板の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 1) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例１）にかかるセラミック多層基板の製造方法を説明するための分解斜視図である。It is a disassembled perspective view for demonstrating the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 1) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例１）にかかるセラミック多層基板の製造工程で形成した補助層付き未焼成複合積層体を示す図である。It is a figure which shows the unbaking composite laminated body with an auxiliary layer formed at the manufacturing process of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 1) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の製造方法の他の一工程を示す図である。It is a figure which shows another 1 process of the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の製造方法のさらに他の一工程を示す図である。It is a figure which shows another 1 process of the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の製造方法のさらに他の一工程を示す図である。It is a figure which shows another 1 process of the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の製造方法のさらに他の一工程を示す図である。It is a figure which shows another 1 process of the manufacturing method of the ceramic multilayer substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）にかかるセラミック基板の製造方法のさらに他の一工程を示す図である。It is a figure which shows another 1 process of the manufacturing method of the ceramic substrate concerning one Example (Example 2) of this invention. 本願発明の一実施例（実施例２）のセラミック多層基板にパワー半導体デバイスを搭載した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which mounted the power semiconductor device in the ceramic multilayer substrate of one Example (Example 2) of this invention. (ａ)、(ｂ)は、本願発明の実施例（実施例２）にかかるセラミック多層基板の変形例を示す図である。(a), (b) is a figure which shows the modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example (Example 2) of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板の他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示す別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 本願発明の実施例にかかるセラミック多層基板のさらに他の変形例を示すさらに別の図である。It is another figure which shows the further another modification of the ceramic multilayer substrate concerning the Example of this invention. 従来のセラミック多層基板およびパワー半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the conventional ceramic multilayer substrate and power semiconductor module.

１ セラミック多層基板本体
２，２ａ，２ｂ 冷媒流路
３ ビアホール導体（サーマルビアホール導体）
４ 内部電極
５ 表面導体
６ パワー半導体デバイス
７ 層間接続用ビアホール導体
８ 可撓性フィルム
９ 水
９ａ 弾性体
９ｂ 平板状の圧着用金型
１０ 未焼成複合積層体
１０ａ 未焼成セラミック積層体
１１ 基板用グリーンシート
１２ 補助層用（拘束層用）グリーンシート（補助層）
１２ａ 冷媒流路用グリーンシート（難焼結性部材）
１４ 焼結基板
１４ａ 一方の焼結基板（セラミック基板）
１４ｂ 他方の焼結基板（セラミック基板）
２０ 補助層付き未焼成複合積層体
２０ａ 補助層付き未焼成セラミック積層体
２１ 層間接続用ビアホール
２２ ビアホール（サーマルビアホール）
２２ａ サーマルビアホール導体充填用のビアホール
２４ 固定面（平板）
２５ グリーンシート（型形成用グリーンシート）
２５ａ 型形成用グリーンシートの主面
３０ プレス（変形）用の型
３１ａ、３１ｂ 凹部
３２ 型の凸部（型）
３３ａ，３３ｂ 凸部
３４ 金属膜
Ｓ セラミック多層基板 1 Ceramic multilayer substrate body 2, 2a, 2b Refrigerant flow path 3 Via hole conductor (thermal via hole conductor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Internal electrode 5 Surface conductor 6 Power semiconductor device 7 Via-hole conductor for interlayer connection 8 Flexible film 9 Water 9a Elastic body 9b Flat plate-shaped crimping die 10 Unfired composite laminate 10a Unfired ceramic laminate 11 Green for substrate Sheet 12 Auxiliary layer (constraint layer) Green sheet (auxiliary layer)
12a Green sheet for refrigerant flow path (hardly sinterable member)
14 Sintered substrate 14a One sintered substrate (ceramic substrate)
14b The other sintered substrate (ceramic substrate)
20 Unfired composite laminate with auxiliary layer 20a Unfired ceramic laminate with auxiliary layer 21 Via hole for interlayer connection 22 Via hole (thermal via hole)
22a Thermal via hole Conductor filling via hole 24 Fixed surface (flat plate)
25 Green sheet (green sheet for mold formation)
25a Main surface of mold forming green sheet 30 Press (deformation) mold 31a, 31b Recess 32 Mold convex (mold)
33a, 33b Convex part 34 Metal film S Ceramic multilayer substrate

Claims (11)

パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板であって、
(ａ)前記セラミック多層基板本体の内部に配設された、冷媒を流通させるための冷媒流路と、
(ｂ)前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、前記セラミック層の積層方向に延び、かつ、前記冷媒流路中に突出したビアホール導体と
を備えていることを特徴とするセラミック多層基板。 A ceramic multilayer substrate on which a plurality of ceramic layers are to be mounted, on which a power semiconductor device is to be mounted,
(a) a refrigerant flow path for circulating a refrigerant disposed in the ceramic multilayer substrate body;
(b) a via-hole conductor extending in the stacking direction of the ceramic layers and thermally projecting into the refrigerant flow path for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device. Characteristic ceramic multilayer substrate. 前記ビアホール導体の先端部に金属板が接続されていることを特徴とする、請求項１記載のセラミック多層基板。   2. The ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein a metal plate is connected to a tip portion of the via-hole conductor. 前記冷媒流路の内壁面の少なくとも一部に金属膜が配設されており、該金属膜が前記ビアホール導体に接続されていることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミック多層基板。   3. The ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein a metal film is disposed on at least a part of an inner wall surface of the refrigerant flow path, and the metal film is connected to the via-hole conductor. 前記冷媒流路が、前記セラミック層の積層方向または該積層方向に直交する方向に複数設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミック多層基板。   The ceramic multilayer substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the refrigerant flow paths are provided in a stacking direction of the ceramic layers or in a direction orthogonal to the stacking direction. 前記セラミック層が、低温焼結セラミック材料によって形成されており、前記ビアホール導体は、銀または銅を主成分とする金属材料によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック多層基板。   The ceramic layer is formed of a low-temperature sintered ceramic material, and the via-hole conductor is formed of a metal material mainly composed of silver or copper. A ceramic multilayer substrate as described in 1. 前記セラミック多層基板中には、インダクタまたはコンデンサを構成する内部電極が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のセラミック多層基板。   The ceramic multilayer substrate according to claim 1, wherein an internal electrode constituting an inductor or a capacitor is provided in the ceramic multilayer substrate. パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板の製造方法であって、
(ａ)複数の未焼成セラミック層を積層してなる未焼成セラミック積層体の内部に、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない所定パターンの難焼結性部材が配設され、かつ、
前記未焼成セラミック積層体の表面から、内部に配設された前記難焼結性部材にまで達するビアホール導体が配設された構造を有する未焼成複合積層体を形成する工程と、
(ｂ)前記未焼成複合積層体を、前記未焼成セラミック層が焼結し、前記難焼結性部材が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、
(ｃ)焼成済み複合積層体から前記難焼結性部材を取り除くことにより、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路を形成するとともに、前記冷媒流路に前記ビアホール導体の一部を露出させて、冷媒流路と、搭載されるパワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体とを備えたセラミック多層基板を得る工程と
を備えることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。 A method for producing a ceramic multilayer substrate on which a power semiconductor device is to be mounted, wherein a plurality of ceramic layers are laminated,
(a) A non-sinterable member having a predetermined pattern that is not substantially sintered at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered is disposed in an unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of unfired ceramic layers. And
Forming an unfired composite laminate having a structure in which via-hole conductors reaching from the surface of the unfired ceramic laminate to the hardly sinterable member disposed therein;
(b) firing the unfired composite laminate at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the hardly sinterable member is not sintered;
(c) By removing the hardly sinterable member from the fired composite laminate, a coolant channel for circulating the coolant is formed therein, and a part of the via-hole conductor is exposed to the coolant channel. And a step of obtaining a ceramic multilayer substrate comprising a refrigerant flow path and a via-hole conductor for thermally connecting the power semiconductor device to be mounted. . 前記(ａ)の未焼成複合積層体を形成する工程において、前記未焼成複合積層体の表面に、さらに、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない補助層を設ける工程を備えていることを特徴とする、請求項７のセラミック多層基板の製造方法。   In the step of forming the unfired composite laminate of (a), a step of further providing an auxiliary layer on the surface of the unfired composite laminate that is not substantially sintered at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered. The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 7, comprising: パワー半導体デバイスが搭載されるべき、複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板の製造方法であって、
(ａ)複数の未焼成セラミック層を積層してなる未焼成セラミック積層体と、前記未焼成セラミック積層体の両主面側に配設された、前記未焼成セラミック層が焼結する温度では実質的に焼結しない材料からなる補助層とを備え、前記未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の前記補助層にまで達するビアホール導体を備えた補助層付き未焼成セラミック積層体を形成する工程と、
(ｂ)前記補助層付き未焼成セラミック積層体の、前記ビアホール導体が達している方の前記補助層が配設された面に、凸部を有する型を合わせてプレスし、前記補助層付き未焼成セラミック積層体に凹部を形成する工程と、
(ｃ)前記凹部が形成された前記補助層付き未焼成セラミック積層体を、前記未焼成セラミック層が焼結し、前記補助層が実質的に焼結しない温度で焼成する工程と、
(ｄ)焼成後の補助層付きセラミック積層体から前記補助層を取り除くことにより、前記他方の主面に凹部を有し、該凹部にビアホール導体が露出した焼成済みセラミック積層体を得る工程と、
(ｅ)前記焼成済みセラミック積層体の前記凹部が形成された面に、予め用意しておいた他の焼成済みセラミック積層体を接合し、前記凹部を封止して冷媒流路を形成することにより、内部に冷媒を流通させるための冷媒流路を備え、かつ、前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するためのビアホール導体を備えたセラミック多層基板を得る工程と
を備えることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。 A method for producing a ceramic multilayer substrate on which a power semiconductor device is to be mounted, wherein a plurality of ceramic layers are laminated,
(a) An unfired ceramic laminate formed by laminating a plurality of unfired ceramic layers, and a temperature at which the unfired ceramic layers disposed on both main surface sides of the unfired ceramic laminate are sintered An auxiliary layer made of a material that does not sinter, and an unsintered auxiliary layer having a via-hole conductor that extends from one main surface side of the unfired ceramic laminate to the auxiliary layer on the other main surface side Forming a ceramic laminate;
(b) The unfired ceramic laminate with the auxiliary layer is pressed together with a mold having a convex portion on the surface on which the auxiliary layer on which the via-hole conductor has been disposed is disposed, Forming a recess in the fired ceramic laminate;
(c) the step of firing the unfired ceramic laminate with the auxiliary layer formed with the recesses at a temperature at which the unfired ceramic layer is sintered and the auxiliary layer is not substantially sintered;
(d) removing the auxiliary layer from the fired ceramic laminate with an auxiliary layer to obtain a fired ceramic laminate having a recess in the other main surface, with the via-hole conductor exposed in the recess;
(e) Joining another fired ceramic laminate prepared in advance to the surface of the fired ceramic laminate on which the recess is formed, and sealing the recess to form a refrigerant flow path. And a step of obtaining a ceramic multilayer substrate having a refrigerant flow path for circulating a refrigerant therein and a via-hole conductor for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device. A method for producing a ceramic multilayer substrate. 前記(ａ)の補助層付き未焼成セラミック積層体を形成する工程において、前記未焼成セラミック積層体の一方の主面側から、他方の主面側の前記補助層にまで達するビアホール導体が、
(ａ)前記補助層の表面にまで達している状態、
(ｂ)前記補助層の厚み方向の途中にまで達している状態、
(ｃ)前記補助層を貫通している状態
のいずれかの状態にあることを特徴とする、請求項９記載のセラミック多層基板の製造方法。 In the step of forming the unfired ceramic laminate with an auxiliary layer of (a), via hole conductors reaching from the one main surface side of the unfired ceramic laminate to the auxiliary layer on the other main surface side,
(a) the state reaching the surface of the auxiliary layer,
(b) a state of reaching the middle of the auxiliary layer in the thickness direction;
The method for producing a ceramic multilayer substrate according to claim 9, wherein the ceramic multilayer substrate is in any state of (c) penetrating the auxiliary layer. 複数のセラミック層を積層してなるセラミック多層基板上にパワー半導体デバイスが搭載されているパワー半導体モジュールであって、
前記セラミック多層基板として、内部に、冷媒を流通させるための冷媒流路と、前記冷媒流路と前記パワー半導体デバイスとを熱的に接続するための、前記冷媒流路中に突出したビアホール導体とを備えたセラミック多層基板が用いられていること
を特徴とする、パワー半導体モジュール。 A power semiconductor module in which a power semiconductor device is mounted on a ceramic multilayer substrate formed by laminating a plurality of ceramic layers,
As the ceramic multilayer substrate, a refrigerant flow path for circulating a refrigerant therein, a via hole conductor protruding into the refrigerant flow path for thermally connecting the refrigerant flow path and the power semiconductor device; A power semiconductor module characterized in that a ceramic multilayer substrate comprising: is used.
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