JP6048558B2 - 冷却器付パワーモジュール用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示す冷却器付パワーモジュール用基板10は、セラミックス基板11と、そのセラミックス基板11の一方の面に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に接合された第1金属層13と、この第1金属層13のセラミックス基板11とは反対側の面に接合された第2金属層14と、この第2金属層14に接合された冷却器20と、第1金属層13と第2金属層14との間に介在するチタン層42とを有している。図1中符号48は後述する接合層である。そして、回路層12の上に図1の二点鎖線で示すように半導体素子30がはんだ材により接合されて、パワーモジュールを構成する。
まず、セラミックス基板11の一方の面に銅又は銅合金からなる金属板12′を接合して回路層12を形成するとともに、セラミックス基板11の他方の面に銅又は銅合金からなる金属板13′を接合して第1金属層13を形成する。すなわち、図2Aに示すように、セラミックス基板11の両面に銀チタン(Ag−Ti)系又は銀銅チタン(Ag−Cu−Ti)系の活性金属ろう材、例えばAg−27.4質量%Cu−2.0質量%Tiのろう材のペーストを塗布してろう材塗布層40を形成し、これらろう材塗布層40の上に回路層12及び第1金属層13となる銅板(金属板)12′、13′をそれぞれ積層する。
次に、アルミニウム又はアルミニウム合金,あるいはニッケル又はニッケル合金からなる金属板14′と第1金属層13とを固相拡散接合により接合して第2金属層14を形成する。すなわち、第1金属層13のセラミックス基板11とは反対側の面に第2金属層14を形成する。
次に、第2金属層14にアルミニウム合金からなる冷却器20をMg含有Al系ろう材を用いてろう付け接合する。
本発明の第2実施形態に係る冷却器付パワーモジュール用基板210は、図4に示すように、セラミックス基板211と、セラミックス基板211の一方の面に接合された銅又は銅合金からなる回路層212と、セラミックス基板211の他方の面に接合された銅又は銅合金からなる第1金属層213と、第1金属層213に接合されたニッケル又はニッケル合金からなる第2金属層214と、第2金属層214に接合されたアルミニウム合金からなる冷却器20とを備える。また、第1実施形態と同様に、冷却器20をろう付け接合するのに用いられた両面クラッド材の一部が、接合層48として第2金属層214と冷却器20との間に残存している。
本発明の第3実施形態に係る冷却器付パワーモジュール用基板310は、図5に示すように、セラミックス基板311と、セラミックス基板311の一方の面に接合された銅又は銅合金からなる回路層312と、セラミックス基板311の他方の面に接合された銅又は銅合金からなる第1金属層313と、第1金属層313に接合されたニッケル又はニッケル合金からなる第2金属層314と、第2金属層314に接合されたアルミニウム合金からなる冷却器20とを備え、さらに、第2金属層314と冷却器20との間に介在するアルミニウム層315を有する。また、上記各実施形態と同様に、冷却器20をろう付け接合するのに用いられた両面クラッド材の一部が、接合層48としてアルミニウム層315と冷却器20との間に残存している。
本発明の第4実施形態に係る冷却器付パワーモジュール用基板410は、図6に示すように、セラミックス基板411と、セラミックス基板411の一方の面に接合された銅又は銅合金からなる回路層412と、セラミックス基板411の他方の面に接合された銅又は銅合金からなる第1金属層413と、第1金属層413に接合されたアルミニウムまたはアルミニウム合金、あるいはニッケル又はニッケル合金からなる第2金属層414と、第2金属層414に接合されたアルミニウム合金からなる冷却器20とを備え、さらに、第1金属層413と第2金属層414との間に介在するチタン層415を有する。また、上記各実施形態と同様に、冷却器20をろう付け接合するのに用いられた両面クラッド材の一部が、接合層48として第2金属層414と冷却器20との間に残存している。
11,211,311,411 セラミックス基板
12,212,312,412 回路層
13,213,313,413 第1金属層
14,214,314,414 第2金属層
12′,13′ 銅板(金属板)
14′ 金属板
20 冷却器
21 筒体
21a 天板
22 流路
23 仕切り壁
30 半導体素子
40 ろう材塗布層
41 チタン箔
42,415 チタン層
45 両面ろうクラッド材(Mg含有Al系ろう材)
46 芯材
47 ろう層
48 接合層
315 アルミニウム層
Claims (8)
- セラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる金属板を接合して回路層を形成するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に銅又は銅合金からなる金属板を接合して第1金属層を形成する第1接合工程と、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる0.1mm〜1.0mmの厚みの金属板と前記第1金属層とを固相拡散接合により接合して第2金属層を形成する第2接合工程と、
前記第2金属層にアルミニウム合金からなる冷却器をMg含有Al系ろう材を用いてろう付け接合する第3接合工程と
を有し、
前記第2接合工程において、前記第1金属層と前記第2金属層との間にチタン箔を介在させ、前記第1金属層と前記チタン箔および前記第2金属層と前記チタン箔をそれぞれ固相拡散接合し、
前記第3接合工程において、前記第2金属層と前記冷却器とをAl−Si−Mg系ろう材を用いてろう付け接合することを特徴とする冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法。 - 前記チタン箔は前記第1金属層よりも面積が大きいことを特徴とする請求項1記載の冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法。
- セラミックス基板の一方の面に銅又は銅合金からなる金属板を接合して回路層を形成するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に銅又は銅合金からなる金属板を接合して第1金属層を形成する第1接合工程と、
ニッケル又はニッケル合金からなる金属板と前記第1金属層とを固相拡散接合により接合して第2金属層を形成する第2接合工程と、
前記第2金属層にアルミニウム合金からなる冷却器をMg含有Al系ろう材を用いてろう付け接合する第3接合工程と
を有し、
前記第1接合工程および前記第2接合工程を同時に行うことを特徴とする冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法。 - 前記第2金属層は前記第1金属層よりも面積が大きいことを特徴とする請求項3記載の冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法。
- 前記第2接合工程において、前記第2金属層にアルミニウム板をさらに積層して前記第1金属層と前記第2金属層および前記第2金属層と前記アルミニウム板をそれぞれ固相拡散接合により接合し、
前記第3接合工程においては、前記第2金属層に代えて、前記第2金属層に接合された前記アルミニウム板に、前記冷却器をろう付け接合することを特徴とする請求項3記載の冷却器付パワーモジュール用基板の製造方法。 - セラミックス基板と、
前記セラミックス基板の一方の面に接合された銅又は銅合金からなる回路層と、
前記セラミックス基板の他方の面に接合された銅又は銅合金からなる第1金属層と、
前記第1金属層に接合されたニッケル又はニッケル合金からなる第2金属層と、
前記第2金属層に接合されたアルミニウム合金からなる冷却器と
を備え、
前記第1金属層中に、その表面に接合された部材中の金属原子が拡散した状態で存在しているとともに、
前記第2金属層中に、その表面に接合された部材中の金属原子が拡散した状態で存在していることを特徴とする冷却器付パワーモジュール用基板。 - 前記第2金属層は前記第1金属層よりも面積が大きいことを特徴とする請求項6記載の冷却器付パワーモジュール用基板。
- 前記第2金属層と前記冷却器との間に介在するアルミニウム層をさらに有することを特徴とする請求項6に記載の冷却器付パワーモジュール用基板。
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