JP5613913B2 - Power module substrate, power module substrate manufacturing method, and power module - Google Patents
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Description
この発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及びこのパワーモジュール基板を備えたパワーモジュールに関するものである。 The present invention relates to a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage, a method for manufacturing the power module substrate, and a power module including the power module substrate.
半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは発熱量が比較的高いため、これを搭載する基板としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板上にＡｌ（アルミニウム）の金属板がＡｌ−Ｓｉ系のろう材を介して接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。
この金属板は回路層として形成され、その金属板の上には、はんだ材を介してパワー素子の半導体チップが搭載される。
A power module for supplying power among semiconductor elements has a relatively high calorific value. For example, an Al (aluminum) metal plate is formed on a ceramic substrate made of AlN (aluminum nitride). A power module substrate bonded via a Si-based brazing material is used.
The metal plate is formed as a circuit layer, and a power element semiconductor chip is mounted on the metal plate via a solder material.
また、セラミックス基板の下面にも放熱のためにＡｌ等の金属板が接合されて金属層とされ、この金属層を介して冷却器が接合された冷却器付パワーモジュール用基板が提案されている。このような冷却器付パワーモジュール用基板においては、電子部品から発生した熱を効率的に放散することが可能となる。
ここで、セラミックス基板は、回路層と金属層との間の絶縁性を確保するとともに、パワーモジュール用基板全体の剛性を確保する役割を有している。
Also, a power module substrate with a cooler has been proposed in which a metal plate such as Al is joined to the lower surface of the ceramic substrate to form a metal layer for heat dissipation, and a cooler is joined through the metal layer. . In such a power module substrate with a cooler, the heat generated from the electronic component can be efficiently dissipated.
Here, the ceramic substrate has a role of ensuring the insulation between the circuit layer and the metal layer and ensuring the rigidity of the entire power module substrate.
さらに、近年では、パワーモジュールユニットにおいて、電子部品の高集積化、高密度化が進められており、例えば特許文献２、３に記載されているように、ひとつのセラミックス基板に複数の回路層を形成したパワーモジュール用基板が提案されている。 Furthermore, in recent years, in the power module unit, electronic components have been highly integrated and densified. For example, as described in Patent Documents 2 and 3, a plurality of circuit layers are formed on one ceramic substrate. A formed power module substrate has been proposed.
しかしながら、複数の回路層を形成するために、比較的サイズの大きなセラミックス基板を用いた場合には、回路層や金属層の接合時や熱サイクル負荷時において、セラミックス基板に比較的大きな反りが発生し、割れが生じるおそれがあった。つまり、面積の大きなパワーモジュール用基板を構成する際には、その剛性を確保するために大きな面積のセラミックス基板を用いる必要があるが、大きなセラミックス基板を用いると割れや反りが発生してしまうことになるのである。 However, if a relatively large ceramic substrate is used to form multiple circuit layers, a relatively large warp will occur in the ceramic substrate when the circuit layer or metal layer is joined or when a thermal cycle is applied. However, there was a risk of cracking. In other words, when configuring a power module substrate with a large area, it is necessary to use a ceramic substrate with a large area in order to ensure its rigidity, but cracks and warping will occur if a large ceramic substrate is used. It becomes.
特に、例えば特許文献１の図４に示すように、パワーモジュール用基板を冷却器の天板部に直接接合した冷却器付パワーモジュール用基板では、パワーモジュール用基板の熱膨張係数はセラミックス基板に依存して比較的小さく、冷却器の天板部はアルミニウム等で構成されていて熱膨張係数が比較的大きいため、冷却器付パワーモジュールに熱サイクルが負荷された際に、熱膨張率の差によって熱応力が生じ、セラミックス基板に割れや反りが発生してしまう危険性がさらに高くなる。 In particular, for example, as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, in a power module substrate with a cooler in which the power module substrate is directly joined to the top plate portion of the cooler, the thermal expansion coefficient of the power module substrate is the ceramic substrate. Depending on the temperature, the top plate of the cooler is made of aluminum and has a relatively large coefficient of thermal expansion. As a result, thermal stress is generated, and the risk of cracking and warping of the ceramic substrate is further increased.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、比較的面積の大きくても、セラミック基板の反り、割れの発生を抑制することが可能なパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及び、このパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and is a power module substrate capable of suppressing warpage and cracking of a ceramic substrate even when the area is relatively large, and the power module substrate. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a power module using the power module substrate.
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール用基板は、アルミニウムの板材からなる金属層と、この金属層の一方の面に配設されたセラミックス基板と、このセラミックス基板の上に配設され、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層と、を備え、前記金属層が純度９９．９％以上のアルミニウムの板材からなり、前記金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも剛性の高い材質で構成された枠部材がろう材又は銅層を介して接合されることによって、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることを特徴としている。 In order to solve such problems and achieve the above object, a power module substrate according to the present invention includes a metal layer made of an aluminum plate, and a ceramic substrate disposed on one surface of the metal layer. A circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy and disposed on the ceramic substrate, wherein the metal layer is made of an aluminum plate having a purity of 99.9% or more, and at least a peripheral portion of the metal layer The frame member made of a material having higher rigidity than the metal layer is joined via a brazing material or a copper layer, so that a frame body portion thicker than the metal layer is formed. It is characterized by.
この構成のパワーモジュール用基板においては、アルミニウムの板材からなる金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることから、金属層の剛性が向上することになり、パワーモジュール用基板自体の剛性を確保することが可能となる。よって、比較的面積の大きなパワーモジュール用基板を形成した場合に、セラミックス基板を分割して比較的面積を小さくすることが可能となり、セラミックス基板の反りや割れを抑えることができる。 In the power module substrate having this configuration, the metal layer made of an aluminum plate is formed with a frame body portion having a thickness greater than that of the metal layer at least at the peripheral edge portion. As a result, the rigidity of the power module substrate itself can be secured. Therefore, when a power module substrate having a relatively large area is formed, the ceramic substrate can be divided to relatively reduce the area, and warping and cracking of the ceramic substrate can be suppressed.
また、金属層が純度９９．９％以上のアルミニウム（いわゆる３Ｎアルミ）で構成されていることから、金属層の変形抵抗が小さく、アルミニウムとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力（ひずみ）を金属層で効率的に吸収することが可能となり、セラミックス基板の反りや割れを確実に抑えることができる。なお、純度９９．９％以上のアルミニウムによって金属層を構成した場合、剛性が低くなるが、枠体部を形成することによって、金属層全体の剛性を向上させることができる。
さらに、前記枠部材を前記金属層よりも剛性の高い材質で構成することによって、金属層全体の剛性を確実に向上させることが可能となる。
Further, since the metal layer is made of aluminum having a purity of 99.9% or more (so-called 3N aluminum), the deformation resistance of the metal layer is small, and the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the aluminum and the ceramic substrate. (Strain) can be efficiently absorbed by the metal layer, and warping and cracking of the ceramic substrate can be reliably suppressed. In addition, when a metal layer is comprised with the purity 99.9% or more of aluminum, rigidity becomes low, but the rigidity of the whole metal layer can be improved by forming a frame part.
Furthermore, by configuring the frame member with a material having higher rigidity than the metal layer, it is possible to reliably improve the rigidity of the entire metal layer.
ここで、前記セラミックス基板が、前記金属層の一方の面に複数配設され、これら複数のセラミックス基板に回路層がそれぞれ形成されていることが好ましい。
この場合、金属層の上に、複数のセラミックス基板が配設され、このセラミックス基板の上に回路層が形成されていることから、セラミックス基板自体が分割されて比較的面積が小さくすることができ、セラミックス基板の反りや割れを抑えることが可能となる。よって、複数の回路層が形成された大型のパワーモジュール用基板を構成することが可能となる。
Here, it is preferable that a plurality of the ceramic substrates are disposed on one surface of the metal layer, and a circuit layer is formed on each of the plurality of ceramic substrates.
In this case, since a plurality of ceramic substrates are disposed on the metal layer and the circuit layer is formed on the ceramic substrate, the ceramic substrate itself can be divided to reduce the area relatively. It is possible to suppress warping and cracking of the ceramic substrate. Therefore, it is possible to configure a large power module substrate on which a plurality of circuit layers are formed.
また、前記金属層の面積が、４０００ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下とされていることが好ましい。
この場合、前記金属層の面積が、４０００ｍｍ２以上とされているので、例えば複数のセラミックス基板を金属層上に配設することが可能となる。また、前記金属層の面積が、３００００ｍｍ２以下とされているので、枠体部によって金属層の剛性を確保することができる。
The area of the metal layer, which is preferably a 4000 mm 2 or more 30,000 mm 2 or less.
In this case, since the area of the metal layer is 4000 mm 2 or more, for example, a plurality of ceramic substrates can be disposed on the metal layer. Moreover, since the area of the said metal layer shall be 30000 mm < 2 > or less, the rigidity of a metal layer is securable with a frame part.
さらに、前記セラミックス基板の面積が、１００ｍｍ２以上４０００ｍｍ２以下とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス基板の面積が、１００ｍｍ２以上とされているので、セラミックス基板の上に回路層を形成することができる。また、前記セラミックス基板の面積が、４０００ｍｍ２以下とされているので、セラミックス基板の反りや割れを確実に抑制することができる。
Furthermore, it is preferable that the area of the ceramic substrate is 100 mm 2 or more and 4000 mm 2 or less.
In this case, since the area of the ceramic substrate is 100 mm 2 or more, a circuit layer can be formed on the ceramic substrate. Moreover, since the area of the ceramic substrate is 4000 mm 2 or less, warping and cracking of the ceramic substrate can be reliably suppressed.
さらに、前記金属層が、冷却器の天板部とされることが好ましい。
この場合、金属層が冷却器の天板部としても役割を有することから、金属層の一方の面に配設されたセラミックス基板及び回路層を効率的に冷却することが可能となる。よって、回路層上に配設される電子部品から発生する熱を冷却器によって効率的に冷却することができ、電子部品が高集積、高密度に配設されたパワーモジュールユニットに適用することができる。
Furthermore, it is preferable that the metal layer is a top plate portion of a cooler.
In this case, since the metal layer also functions as a top plate portion of the cooler, the ceramic substrate and the circuit layer disposed on one surface of the metal layer can be efficiently cooled. Therefore, the heat generated from the electronic components disposed on the circuit layer can be efficiently cooled by the cooler, and can be applied to a power module unit in which the electronic components are highly integrated and densely disposed. it can.
さらに、前記金属層には、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層と、アルミニウムの単一相からなる軟質層と、が設けられていることが好ましい。
この場合、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層が形成されることにより、金属層全体の剛性をさらに向上させることができる。また、アルミニウムの単一相からなる軟質層を備えていることから、熱サイクル負荷時や接合時において発生する熱応力を軟質層によって吸収することができる。
Further, the metal layer is preferably provided with a hardened layer in which a second phase is dispersed in an aluminum matrix and a soft layer made of a single phase of aluminum.
In this case, the rigidity of the entire metal layer can be further improved by forming a hardened layer in which the second phase is dispersed in the aluminum matrix in the metal layer. Moreover, since the soft layer which consists of a single phase of aluminum is provided, the thermal stress which generate | occur | produces at the time of a thermal cycle load and joining can be absorbed by a soft layer.
また、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、前述のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材をろう材又は銅層を介して積層して、積層体を形成する積層工程と、前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、
を有していることを特徴としている。
The power module substrate manufacturing method of the present invention is a power module substrate manufacturing method for manufacturing the power module substrate described above, wherein the ceramic substrate is disposed on the aluminum plate serving as the metal layer. And laminating a metal plate to be a circuit layer on the ceramic substrate, and laminating a frame member constituting a frame body portion on a peripheral portion of the aluminum plate to be the metal layer through a brazing material or a copper layer. A laminating step of forming a laminate, pressurizing and heating the laminate in the laminating direction, an interface between the aluminum plate and the ceramic substrate, an interface between the ceramic substrate and the metal plate, the aluminum plate and the A melting step for forming a molten aluminum layer at the interface with the frame member, and a solidification step for solidifying the molten aluminum layer by cooling. ,
It is characterized by having.
この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材を積層するとともに、金属層となるアルミニウム板の一方の面に前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層した積層体を形成し、これを積層方向に加圧しながら加熱し、溶融アルミニウム層を形成し、これを凝固させていることから、枠体部の成形と、金属層とセラミックス基板と回路層との接合とを、一度に行うことができ、前述のパワーモジュール用基板を効率良く、かつ、確実に成形することができる。
なお、積層工程において、例えばＡｌ−Ｓｉ系等のろう材箔を、枠部材とアルミニウム板との間、アルミニウム板とセラミックス基板との間、セラミックス基板と金属板との間に配設することが好ましい。また、ろう材に替えて、銅層を介してこれらを積層してもよい。
According to the method for manufacturing a power module substrate having this configuration, the frame member constituting the frame body portion is laminated on the peripheral portion of the aluminum plate serving as the metal layer, and the ceramics are disposed on one surface of the aluminum plate serving as the metal layer. A substrate is disposed, and a laminate is formed by laminating a metal plate to be a circuit layer on the ceramic substrate, and this is heated while being pressed in the laminating direction to form a molten aluminum layer, which is solidified. Therefore, it is possible to perform the molding of the frame portion and the joining of the metal layer, the ceramic substrate, and the circuit layer at a time, and the above power module substrate can be efficiently and reliably molded. .
In the laminating step, for example, an Al—Si based brazing foil may be disposed between the frame member and the aluminum plate, between the aluminum plate and the ceramic substrate, and between the ceramic substrate and the metal plate. preferable. Moreover, instead of the brazing material, these may be laminated via a copper layer.
さらに、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、前述のパワーモジュール用基板を製造するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して、枠体部を構成する枠部材を積層し、積層体を形成する積層工程と、前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、を有し、前記溶融工程及び前記凝固工程により、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層を形成することを特徴としている。 The power module substrate manufacturing method of the present invention is a power module substrate manufacturing method for manufacturing the power module substrate described above, wherein the second phase is formed on the aluminum plate serving as the metal layer. The ceramic substrate is disposed through a brazing material made of an aluminum alloy containing the constituent elements, a metal plate serving as a circuit layer is laminated on the ceramic substrate, and a peripheral portion of the aluminum plate serving as the metal layer is disposed on the ceramic substrate. A laminating step of laminating a frame member constituting a frame body part through a brazing material made of an aluminum alloy containing the element constituting the second phase, and forming the laminated body; Pressurize and heat, interface between the aluminum plate and the ceramic substrate, interface between the ceramic substrate and the metal plate, the aluminum plate and the frame member And a solidification step for solidifying the molten aluminum layer by cooling, and the metal layer is subjected to an aluminum matrix by the melting step and the solidification step. It is characterized by forming a cured layer in which the second phase is dispersed.
この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、金属層に、硬化層と軟質層とが形成されたパワーモジュール用基板を製造することができる。なお、硬化層における第２相の分散状態は、ろう材に含まれる前記第２相を構成する元素量、溶融工程の温度及び時間、前記凝固工程の凝固速度等によって調整されることになる。 According to the method for manufacturing a power module substrate having this configuration, a power module substrate in which a hardened layer and a soft layer are formed on a metal layer can be manufactured. Note that the dispersion state of the second phase in the hardened layer is adjusted by the amount of elements constituting the second phase contained in the brazing material, the temperature and time of the melting step, the solidification rate of the solidification step, and the like.
本発明のパワーモジュールは、前述のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載される電子部品と、を備えることを特徴としている。
この構成のパワーモジュールによれば、高集積、高密度のパワーモジュールユニットを構成することが可能となる。
A power module according to the present invention includes the above-described power module substrate and an electronic component mounted on the circuit layer.
According to the power module having this configuration, a highly integrated and high-density power module unit can be configured.
本発明によれば、比較的面積の大きくても、セラミック基板の反り、割れの発生を抑制することが可能なパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板の製造方法及び、このパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することが可能となる。 According to the present invention, even when the area is relatively large, the substrate for a power module capable of suppressing warpage and cracking of the ceramic substrate, the method for manufacturing the substrate for the power module, and the substrate for the power module are provided. It is possible to provide the power module used.
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１、図２に本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを示す。
このパワーモジュール１は、回路層１２が配設されたパワーモジュール用基板１０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、を備えている。ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材とされている。なお、本実施形態では、回路層１２とはんだ層２との間にＮｉメッキ層（図示なし）が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show a power module substrate and a power module according to a first embodiment of the present invention.
The power module 1 includes a power module substrate 10 on which a circuit layer 12 is disposed, and a semiconductor chip 3 bonded to the surface of the circuit layer 12 via a solder layer 2. Here, the solder layer 2 is made of, for example, a Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder material. In the present embodiment, a Ni plating layer (not shown) is provided between the circuit layer 12 and the solder layer 2.
パワーモジュール用基板１０は、金属層１３と、この金属層１３の一方の面（図２において上面）に複数配設されたセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の上にそれぞれ配設された回路層１２と、を備えている。本実施形態においては、ひとつの金属層１３の上に、６つのセラミックス基板１１及び回路層１２が配設されている。 The power module substrate 10 includes a metal layer 13, a plurality of ceramic substrates 11 disposed on one surface (the upper surface in FIG. 2) of the metal layer 13, and circuits disposed on the ceramic substrate 11, respectively. And a layer 12. In the present embodiment, six ceramic substrates 11 and circuit layers 12 are disposed on one metal layer 13.
ここで、金属層１３の面積（一方の面の面積）は、４０００ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下とされており、本実施形態では、１４０ｍｍ×６０〜１６０ｍｍの矩形平板状をなしている。
また、セラミックス基板１１の面積（一方の面の面積）は、１００ｍｍ２以上４０００ｍｍ２以下とされている。
The area of the metal layer 13 (the area of the one surface) is a 4000 mm 2 or more 30,000 mm 2 or less, in the present embodiment, has a rectangular flat plate-like 140mm × 60~160mm.
The area of the ceramic substrate 11 (the area of one surface) is set to 100 mm 2 or more and 4000 mm 2 or less.
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、本実施形態では、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。 The ceramic substrate 11 prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13, and is composed of AlN (aluminum nitride) having high insulation in this embodiment. Further, the thickness of the ceramic substrate 11 is set within a range of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and is set to 0.635 mm in the present embodiment.
回路層１２は、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１２は、純度が９９．９％以上のアルミニウムの圧延板からなる金属板２２がセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。ここで、セラミックス基板１１と金属板２２の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２４を用いている。ここで、回路層１２の厚さは０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。 As shown in FIG. 5, the circuit layer 12 is formed by bonding a conductive metal plate 22 to one surface of the ceramic substrate 11. In the present embodiment, the circuit layer 12 is formed by bonding a metal plate 22 made of an aluminum rolled plate having a purity of 99.9% or more to the ceramic substrate 11. Here, for bonding the ceramic substrate 11 and the metal plate 22, an Al—Si brazing material foil 24 containing Si as a melting point lowering element is used. Here, the thickness of the circuit layer 12 is set in a range of 0.2 mm or more and 2.5 mm or less, and is set to 1.0 mm in the present embodiment.
金属層１３は、図５に示すように、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３からなり、この金属層１３の一方の面にセラミックス基板１１が接合されている。ここで、金属層１３をなすアルミニウム板２３とセラミックス基板１１との接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２５を用いている。ここで、金属層１３の厚さは０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。 As shown in FIG. 5, the metal layer 13 is made of an aluminum plate 23 having a purity of 99.9% or higher, and the ceramic substrate 11 is bonded to one surface of the metal layer 13. Here, for the joining of the aluminum plate 23 forming the metal layer 13 and the ceramic substrate 11, an Al—Si based brazing foil 25 containing Si which is a melting point lowering element is used. Here, the thickness of the metal layer 13 is set within a range of 0.2 mm or more and 2.5 mm or less, and is set to 1.0 mm in the present embodiment.
そして、金属層１３の周縁部には、図１及び図２に示すように、金属層１３の一方の面に枠部材４１が積層されることによって、金属層１３よりも厚肉とされた枠体部４０が形成されている。ここで、枠部材４１は、金属層１３を構成する純度９９．９％以上のアルミニウム板２３よりも剛性の高い材料で構成されており、本実施形態では、アルミニウム合金Ａ１０５０で構成されている。また、枠部材４１の厚さは、０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．５ｍｍに設定されている。したがって、本実施形態では、金属層１３に枠部材４１が積層されることで画成された枠体部４０の厚さは、２．５ｍｍとされる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the frame member 41 is laminated on one surface of the metal layer 13 at the peripheral edge of the metal layer 13, thereby making the frame thicker than the metal layer 13. A body part 40 is formed. Here, the frame member 41 is made of a material having rigidity higher than that of the aluminum plate 23 having a purity of 99.9% or more constituting the metal layer 13, and is made of an aluminum alloy A1050 in this embodiment. Further, the thickness of the frame member 41 is set within a range of 0.5 mm or more and 5.0 mm or less, and is set to 1.5 mm in the present embodiment. Therefore, in this embodiment, the thickness of the frame body portion 40 defined by laminating the frame member 41 on the metal layer 13 is 2.5 mm.
また、金属層１３には、図３に示すように、アルミニウムの母相中に第２相が分散してなる硬化層３１と、アルミニウムの単一相からなる軟質層３２と、が設けられている。硬化層３１は、金属層１３の一方の面側に形成されており、その厚さｔｐが５μｍ以上６００μｍ以下とされている。
硬化層３１においては、図４に示すように、アルミニウムの母相３５中に第２相３６が分散されている。本実施形態では、ろう材箔２５に含有されたＳｉが濃縮してなる第２相３６が分散されている。
なお、この硬化層３１は、金属層１３の一方の面のうちセラミックス基板１１と接合されていない部分に形成されている。
Further, as shown in FIG. 3, the metal layer 13 is provided with a hardened layer 31 in which a second phase is dispersed in an aluminum mother phase and a soft layer 32 made of a single phase of aluminum. Yes. The hardened layer 31 is formed on one surface side of the metal layer 13 and has a thickness tp of 5 μm or more and 600 μm or less.
In the hardened layer 31, as shown in FIG. 4, the second phase 36 is dispersed in the aluminum parent phase 35. In the present embodiment, the second phase 36 formed by concentration of Si contained in the brazing material foil 25 is dispersed.
The hardened layer 31 is formed on a portion of one surface of the metal layer 13 that is not joined to the ceramic substrate 11.
以下に、前述したパワーモジュール用基板１０の製造方法について説明する。
図５に示すように、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３の一方の面の上に、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では２０μｍ）のＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２５を配置する。本実施形態では、ろう材箔２５を、アルミニウム板２３の一方の面の全面を覆うように配置している。
そして、このろう材箔２５が配置されたアルミニウム板２３の上に、３つのセラミックス基板１１が積層され、このセラミックス基板１１の一方の面に、回路層１２となる金属板２２が、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２４を介して積層される。さらに、アルミニウム板２３の周縁部には、アルミニウム合金（Ａ１０５０）からなる枠部材４１が積層される。このようにして積層体２０が形成される（積層工程）。
Below, the manufacturing method of the board | substrate 10 for power modules mentioned above is demonstrated.
As shown in FIG. 5, an Al—Si brazing foil 25 having a thickness of 5 to 50 μm (in this embodiment, 20 μm) is disposed on one surface of an aluminum plate 23 having a purity of 99.9% or higher. . In the present embodiment, the brazing material foil 25 is disposed so as to cover the entire surface of one surface of the aluminum plate 23.
Then, three ceramic substrates 11 are laminated on the aluminum plate 23 on which the brazing material foil 25 is arranged, and a metal plate 22 to be the circuit layer 12 is formed on one surface of the ceramic substrate 11 with a thickness of 5 It is laminated via a brazing material foil 24 of ˜50 μm (14 μm in this embodiment). Further, a frame member 41 made of an aluminum alloy (A1050) is laminated on the peripheral edge of the aluminum plate 23. Thus, the laminated body 20 is formed (lamination process).
このようにして形成された積層体２０を、一対のカーボン板５１、５１によって積層方向に挟み込む。このとき、セラミックス基板１１及び金属板２２が積層された部分と、枠部材４１が積層された部分とで高さが異なる場合には、スペーサ５２を介装させる。
そして、カーボン板５１、５１を互いに近接する方向に押圧することにより、積層体２０をその積層方向に加圧（圧力０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）する。
The laminated body 20 thus formed is sandwiched between the pair of carbon plates 51 and 51 in the lamination direction. At this time, when the height is different between the portion where the ceramic substrate 11 and the metal plate 22 are laminated and the portion where the frame member 41 is laminated, the spacer 52 is interposed.
And the laminated body 20 is pressurized (the pressure of 0.5-5 kgf / cm < 2 >) to the lamination direction by pressing the carbon plates 51 and 51 in the direction which adjoins mutually.
このように積層体２０を加圧した状態で真空炉内に装入して加熱し、ろう材箔２４、２５を溶融する（溶融工程）。ここで真空炉内の真空度は、１０−３Ｐａ〜１０−５Ｐａとされている。また、加熱条件は、６３０〜６５０℃×０．１〜０．５時間とされている。
この溶融工程によって、ろう材箔２４、２５が溶融し、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との界面、セラミックス基板１１と金属板２２との界面、アルミニウム板２３と枠部材４１との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層が形成されることになる。また、アルミニウム板２３の一方の面全体に溶融アルミニウム層が形成される。
Thus, the laminated body 20 is charged in a vacuum furnace and heated to melt the brazing foils 24 and 25 (melting step). Here, the degree of vacuum in the vacuum furnace is set to 10 −3 Pa to 10 −5 Pa. The heating conditions are 630 to 650 ° C. × 0.1 to 0.5 hours.
By this melting process, the brazing material foils 24 and 25 are melted, and are respectively formed at the interface between the aluminum plate 23 and the ceramic substrate 11, the interface between the ceramic substrate 11 and the metal plate 22, and the interface between the aluminum plate 23 and the frame member 41. A molten aluminum layer will be formed. In addition, a molten aluminum layer is formed on the entire surface of the aluminum plate 23.
次に、積層体２０を冷却することによって溶融アルミニウム層を凝固させる（凝固工程）。
ここで、金属層１３の一方の面上に配設されたろう材箔２５が溶融することにより、金属層１３の一方の面近傍には、ろう材箔２５に含まれたＳｉの濃度が高い部分が生じることになり、このＳｉ濃度が高い部分において、Ｓｉ元素が濃縮した第２相３６が晶出し、硬化層３１が形成されることになる。なお、硬化層３１における第２相３６のサイズ、分布は、ろう材箔２５におけるＳｉの含有量、溶融工程における加熱温度、凝固工程における冷却速度によって調整されることになる。
Next, the molten aluminum layer is solidified by cooling the laminated body 20 (solidification step).
Here, when the brazing material foil 25 disposed on one surface of the metal layer 13 is melted, a portion where the concentration of Si contained in the brazing material foil 25 is high is near one surface of the metal layer 13. In this portion where the Si concentration is high, the second phase 36 in which the Si element is concentrated crystallizes, and the hardened layer 31 is formed. The size and distribution of the second phase 36 in the hardened layer 31 are adjusted by the Si content in the brazing filler metal foil 25, the heating temperature in the melting step, and the cooling rate in the solidification step.
このようにして、ひとつの金属層１３（面積４０００ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下）の上に、複数（６つ）のセラミックス基板１１が配設され、このセラミックス基板１１のそれぞれに回路層１２が形成されたパワーモジュール用基板１０が製造される。 In this way, on one of the metal layer 13 (area 4000 mm 2 or more 30,000 mm 2 or less), the ceramic substrate 11 a plurality (six) are arranged, the circuit layer 12 is formed on each of the ceramic substrate 11 The power module substrate 10 is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１０及びパワーモジュール１においては、面積４０００ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下とされた金属層１３の上に、複数のセラミックス基板１１が配設され、このセラミックス基板１１の上にそれぞれ回路層１２が形成されているので、セラミックス基板１１の面積が１００ｍｍ２以上４０００ｍｍ２以下と比較的小さくなり、セラミックス基板１１の反り及び割れの発生を抑えることができる。 In the power module substrate 10 and the power module 1 is the embodiment which is the above configuration, on the area of 4000 mm 2 or more 30,000 mm 2 or less and metal layer 13, a plurality of the ceramic substrate 11 is disposed In addition, since the circuit layer 12 is formed on each ceramic substrate 11, the area of the ceramic substrate 11 is relatively small, such as 100 mm 2 or more and 4000 mm 2 or less, and the occurrence of warpage and cracking of the ceramic substrate 11 is suppressed. Can do.
そして、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３からなる金属層１３の周縁部に、金属層１３よりも厚肉とされた枠体部４０が形成されているので、金属層１３自体の剛性が向上することになり、セラミックス基板１１を前述のように分割しても、パワーモジュール用基板１０全体の剛性を確保することができる。 And since the frame part 40 made thicker than the metal layer 13 is formed in the peripheral part of the metal layer 13 which consists of the aluminum plate 23 of purity 99.9% or more, the rigidity of the metal layer 13 itself is Therefore, even if the ceramic substrate 11 is divided as described above, the rigidity of the entire power module substrate 10 can be secured.
また、金属層１３が純度９９．９％以上のアルミニウム板２３で構成されているので、金属層１３の変形抵抗が小さく、熱応力（ひずみ）を金属層１３で効率的に吸収することが可能となり、セラミックス基板１１の反りや割れを確実に抑えることができる。また、純度９９．９％以上のアルミニウム板２３は比較的剛性が低いが、枠体部４０が形成されていることから金属層１３全体の剛性を確保することができる。
そして、この枠体部４０を構成する枠部材４１が、金属層１３を構成する純度９９．９％のアルミニウム板２３よりも剛性の高い材料であるアルミニウム合金（Ａ１０５０）で構成されているので、枠体部４０によって、金属層１３全体の剛性を確実に向上させることが可能となる。
Further, since the metal layer 13 is composed of the aluminum plate 23 having a purity of 99.9% or more, the deformation resistance of the metal layer 13 is small, and the thermal stress (strain) can be efficiently absorbed by the metal layer 13. Thus, warping and cracking of the ceramic substrate 11 can be reliably suppressed. Further, the aluminum plate 23 having a purity of 99.9% or higher has a relatively low rigidity, but since the frame body portion 40 is formed, the rigidity of the entire metal layer 13 can be ensured.
And since the frame member 41 which comprises this frame part 40 is comprised with the aluminum alloy (A1050) which is a material higher in rigidity than the aluminum plate 23 of purity 99.9% which comprises the metal layer 13, The frame body portion 40 can surely improve the rigidity of the entire metal layer 13.
ここで、金属層１３の面積が、４０００ｍｍ２以上３００００ｍｍ２以下とされているので、金属層１３の上に複数のセラミックス基板１１及び回路層１２を形成することが可能となるとともに、枠体部４０によって金属層１３の剛性を確実に確保することができる。
さらに、セラミックス基板１１の面積が、１００ｍｍ２以上４０００ｍｍ２以下とされているので、セラミックス基板１１の上に回路層１２を確実に形成することができるとともに、セラミックス基板１１に負荷される熱応力を抑制でき、反りや割れを確実に抑制することができる。
Here, the area of the metal layer 13, since there is a 4000 mm 2 or more 30,000 mm 2 or less, it becomes possible to form a plurality of ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 on the metal layer 13, the frame portion The rigidity of the metal layer 13 can be reliably ensured by 40.
Furthermore, since the area of the ceramic substrate 11 is 100 mm 2 or more and 4000 mm 2 or less, the circuit layer 12 can be reliably formed on the ceramic substrate 11 and the thermal stress applied to the ceramic substrate 11 can be reduced. It is possible to suppress the warpage and cracking.
さらに、金属層１３に、アルミニウムの母相３５中に第２相３６が分散された硬化層３１が形成されているので、金属層１３全体の剛性をさらに向上させることができる。また、金属層１３が、アルミニウムの単一相からなる軟質層３２を備えていることから、熱応力をこの軟質層３２によって吸収することができる。 Furthermore, since the hardened layer 31 in which the second phase 36 is dispersed in the aluminum mother phase 35 is formed on the metal layer 13, the rigidity of the entire metal layer 13 can be further improved. Further, since the metal layer 13 includes the soft layer 32 made of a single phase of aluminum, the thermal stress can be absorbed by the soft layer 32.
また、前述のパワーモジュール用基板１０の製造方法によれば、枠体部４０の成形と、金属層１３とセラミックス基板１１と回路層１２との接合とを、一度に行うことができ、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０を効率良く、かつ、確実に成形することができる。また、第２相３６を構成する元素（本実施形態ではＳｉ）を含むろう材箔２５を用いることにより、金属層１３に、硬化層３１と軟質層３２とを形成することができる。
なお、硬化層３１における第２相３６の分散状態は、ろう材箔２５に含まれるＳｉ量、溶融工程の温度及び時間、凝固工程の凝固速度等によって調整することが可能である。
In addition, according to the method for manufacturing the power module substrate 10 described above, the molding of the frame body portion 40 and the joining of the metal layer 13, the ceramic substrate 11, and the circuit layer 12 can be performed at a time. The power module substrate 10 as a form can be efficiently and reliably formed. Moreover, the hardened layer 31 and the soft layer 32 can be formed on the metal layer 13 by using the brazing material foil 25 containing the element constituting the second phase 36 (Si in this embodiment).
The dispersion state of the second phase 36 in the hardened layer 31 can be adjusted by the amount of Si contained in the brazing filler metal foil 25, the temperature and time of the melting process, the solidification rate of the solidification process, and the like.
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。
この第２の実施形態であるパワーモジュール用基板１１０においては、金属層１１３の他方の面側に、冷却器部材である放熱フィン１６２が設けられており、金属層１１３が冷却器１６０の天板部１６１として利用されているのである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the power module substrate 110 according to the second embodiment, radiation fins 162 as cooler members are provided on the other surface side of the metal layer 113, and the metal layer 113 is a top plate of the cooler 160. The unit 161 is used.
このパワーモジュール用基板１１０は、第１の実施形態と同様にして、金属層１１３の一方の面に、複数のセラミックス基板１１１を積層し、このセラミックス基板１１１のそれぞれに回路層１１２を形成する。また、金属層１１３の周縁部に枠部材１４１を積層することによって、金属層１１３よりも厚肉とされた枠体部１４０を形成する。そして、金属層１１３の他方の面に複数の放熱フィン１６２を接合することによって製造される。 In this power module substrate 110, a plurality of ceramic substrates 111 are laminated on one surface of the metal layer 113 in the same manner as in the first embodiment, and a circuit layer 112 is formed on each ceramic substrate 111. In addition, by laminating the frame member 141 on the peripheral portion of the metal layer 113, the frame body portion 140 that is thicker than the metal layer 113 is formed. And it manufactures by joining the several radiation fin 162 to the other surface of the metal layer 113. FIG.
以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１１０においては、金属層１１３の他方の面に、放熱フィン１６２が配設され、金属層１１３が冷却器１６０の天板部１６１として利用されているので、金属層１１３の一方の面に配設されたセラミックス基板１１１及び回路層１１２を効率的に冷却することが可能となる。よって、回路層１１２上に配設される電子部品から発生する熱を冷却器１６０によって効率的に冷却することができ、電子部品が高集積、高密度に配設されるパワーモジュールユニットに適用することができる。 In the power module substrate 110 according to the present embodiment configured as described above, the radiation fins 162 are disposed on the other surface of the metal layer 113, and the metal layer 113 is the top plate portion 161 of the cooler 160. Therefore, the ceramic substrate 111 and the circuit layer 112 disposed on one surface of the metal layer 113 can be efficiently cooled. Therefore, the heat generated from the electronic components arranged on the circuit layer 112 can be efficiently cooled by the cooler 160, and the electronic components are applied to a power module unit arranged with high integration and high density. be able to.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、金属層の一方の面側に枠部材を積層して枠体部を構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、図７に示すように、金属層２１３の他方の面側に枠部材２４１を配設して枠体部２４０を形成したパワーモジュール用基板２１０であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, although the description has been given of the case in which the frame member is configured by laminating the frame member on one surface side of the metal layer, the present invention is not limited to this, and as illustrated in FIG. It may be a power module substrate 210 in which the frame member 240 is formed by disposing the frame member 241 on the surface side.
また、金属層の周縁部に枠体部を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、図８及び図９に示すように、金属層３１３の周縁部のみでなく、金属層３１３の一方の面に積層された複数のセラミックス基板３１１同士の間にも枠部材３４１を配設して、枠体部３４０を形成したパワーモジュール用基板３１０であってもよい。 Moreover, although demonstrated as what formed the frame part in the peripheral part of the metal layer, it is not limited to this, As shown in FIG.8 and FIG.9, not only the peripheral part of the metal layer 313 but metal It may be a power module substrate 310 in which a frame member 341 is provided between a plurality of ceramic substrates 311 stacked on one surface of the layer 313 to form a frame body portion 340.
また、金属層の一方の面に、６つのセラミックス基板を配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層の一方の面に配置されるセラミックス基板の個数は、金属層の大きさ、セラミックス基板の大きさ等を考慮して適宜設計変更することが可能である。
さらに、金属層に、硬化層と軟質層とが設けられたものとして説明したが、これに限定されることはなく、必ずしも硬化層が形成されていなくてもよい。
また、セラミックス基板の厚さ、材質、回路層の厚さ、材質については、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更してもよい。
In addition, although it has been described that six ceramic substrates are disposed on one surface of the metal layer, the present invention is not limited to this, and the number of ceramic substrates disposed on one surface of the metal layer may be metal. The design can be appropriately changed in consideration of the size of the layer, the size of the ceramic substrate, and the like.
Furthermore, although the metal layer has been described as having a hardened layer and a soft layer, the present invention is not limited to this, and the hardened layer does not necessarily have to be formed.
Further, the thickness and material of the ceramic substrate, the thickness and material of the circuit layer are not limited to this embodiment, and the design may be changed as appropriate.
さらに、枠体部を構成する枠部材を、Ａ１０５０からなるものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａ６０６３等の他のアルミニウム合金であってもよいし、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスであってもよく、枠体部の材質に制限はない。
また、第２の実施形態において、冷却器として天板部にフィンを立設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、冷却媒体の流路を有するものであってもよく、冷却器の構造に特に限定はない。
Further, the frame member constituting the frame body portion has been described as being made of A1050, but is not limited to this, and may be another aluminum alloy such as A6063 or alumina (Al 2 O 3 ), Etc., and the material of the frame body is not limited.
In the second embodiment, the fins are described as standing on the top plate as a cooler. However, the present invention is not limited to this, and may have a cooling medium flow path. There is no particular limitation on the structure of the cooler.
１ パワーモジュール
３ 半導体チップ（電子部品）
１０、１１０、２１０、３１０ パワーモジュール用基板
１１、１１１、２１１、３１１ セラミックス基板
１２、１１２、２１２、３１２ 回路層
１３、１１３、２１３、３１３ 金属層
２３ アルミニウム板
２５ ろう材箔
３１ 硬化層
３２ 軟質層
３５ 母相
３６ 第２相
４０、１４０、２４０、３４０ 枠体部
４１、１４１、２４１、３４１ 枠部材
１６０ 冷却器
１６１ 天板部
１６２ 放熱フィン
1 Power module 3 Semiconductor chip (electronic component)
10, 110, 210, 310 Power module substrate 11, 111, 211, 311 Ceramic substrate 12, 112, 212, 312 Circuit layer 13, 113, 213, 313 Metal layer 23 Aluminum plate 25 Brazing material foil 31 Hardened layer 32 Soft Layer 35 Mother phase 36 Second phase 40, 140, 240, 340 Frame part 41, 141, 241, 341 Frame member 160 Cooler 161 Top plate part 162 Radiation fin
Claims (9)
前記金属層が純度９９．９％以上のアルミニウムの板材からなり、
前記金属層の少なくとも周縁部には、前記金属層よりも剛性の高い材質で構成された枠部材がろう材又は銅層を介して接合されることによって、前記金属層よりも厚肉とされた枠体部が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。 A metal layer made of an aluminum plate, a ceramic substrate disposed on one surface of the metal layer, and a circuit layer disposed on the ceramic substrate and made of aluminum or an aluminum alloy,
The metal layer is made of an aluminum plate having a purity of 99.9% or more,
A frame member made of a material having a rigidity higher than that of the metal layer is joined to at least a peripheral portion of the metal layer through a brazing material or a copper layer, so that the metal layer is thicker than the metal layer. A power module substrate having a frame portion formed thereon.
前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に枠体部を構成する枠部材をろう材又は銅層を介して積層して、積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、
冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、
を有していることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。 A power module substrate manufacturing method for manufacturing the power module substrate according to any one of claims 1 to 5,
The ceramic substrate is disposed on the aluminum plate serving as the metal layer, the metal plate serving as the circuit layer is laminated on the ceramic substrate, and the frame body portion is provided on the peripheral portion of the aluminum plate serving as the metal layer. A laminating step of laminating a frame member to be laminated via a brazing material or a copper layer, and forming a laminate;
The laminated body is pressurized and heated in the laminating direction, and molten aluminum is applied to the interface between the aluminum plate and the ceramic substrate, the interface between the ceramic substrate and the metal plate, and the interface between the aluminum plate and the frame member, respectively. A melting step to form a layer;
A solidification step of solidifying the molten aluminum layer by cooling;
The manufacturing method of the board | substrate for power modules characterized by having.
前記金属層となるアルミニウム板の上に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して前記セラミックス基板を配設し、このセラミックス基板上に回路層となる金属板を積層するとともに、前記金属層となるアルミニウム板の周縁部に、前記第２相を構成する元素を含有したアルミ合金からなるろう材を介して、枠体部を構成する枠部材を積層し、積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記アルミニウム板と前記セラミックス基板との界面、前記セラミックス基板と前記金属板との界面、前記アルミニウム板と前記枠部材との界面に、それぞれ溶融アルミニウム層を形成する溶融工程と、
冷却によって前記溶融アルミニウム層を凝固させる凝固工程と、を有し、
前記溶融工程及び前記凝固工程により、前記金属層に、アルミニウムの母相中に第２相が分散されてなる硬化層を形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。 A power module substrate manufacturing method for manufacturing the power module substrate according to claim 6,
The ceramic substrate is disposed on the aluminum plate serving as the metal layer via a brazing material made of an aluminum alloy containing the element constituting the second phase, and the metal plate serving as a circuit layer on the ceramic substrate. And laminating a frame member constituting the frame body part through a brazing material made of an aluminum alloy containing the element constituting the second phase, on the peripheral part of the aluminum plate serving as the metal layer, A lamination process for forming a laminate;
The laminated body is pressurized and heated in the laminating direction, and molten aluminum is applied to the interface between the aluminum plate and the ceramic substrate, the interface between the ceramic substrate and the metal plate, and the interface between the aluminum plate and the frame member, respectively. A melting step to form a layer;
A solidification step of solidifying the molten aluminum layer by cooling,
A method for manufacturing a power module substrate, wherein a hardened layer in which a second phase is dispersed in an aluminum matrix is formed on the metal layer by the melting step and the solidifying step.
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