CN102751201B - 功率模块用基板的制造方法及功率模块用基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率模块用基板的制造方法及功率模块用基板，该功率模块用基板能够多层层叠陶瓷基板与金属板，并使陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态，并且难以产生陶瓷基板与金属板之间的剥离或陶瓷基板的裂纹等。在层叠陶瓷基板(2)及金属板(4A、4C、4D、5A、6)时，向陶瓷基板(2)的贯穿孔(11)内插入长于贯穿孔(11)的柱状金属部件(12)，在接合陶瓷基板及金属板时，加压金属部件(12)使其塑性变形，以在金属部件(12)与贯穿孔(11)的内周面之间形成有间隙的状态，通过金属部件(12)使陶瓷基板(2)两侧的金属板(5A、4A、4D)成为连接状态。

Description

功率模块用基板的制造方法及功率模块用基板
技术领域
本发明涉及一种在控制大电流、大电压的半导体装置中使用的功率模块用基板的制造方法及功率模块用基板。
背景技术
作为以往的功率模块已知有如下结构：在陶瓷基板的一面层叠形成导体图案层的金属板，在该导体图案层上焊接半导体芯片等电子组件，并且在陶瓷基板的另一面形成成为散热层的金属板，并在该散热层接合散热片。
用于该功率模块的功率模块用基板中，通过钎焊在陶瓷基板的表面接合金属板。例如，专利文献1中，通过挥发性有机介质的表面张力在陶瓷基板的表面临时固定钎材箔，并且以在该钎材箔的表面临时固定从基材冲孔的导体图案层的状态进行加热，使挥发性有机介质挥发，沿厚度方向对它们进行加压，由此形成钎焊金属板与陶瓷基板的功率模块用基板。
另一方面，作为这种功率模块用基板，除了要求作为绝缘基板的功能、作为散热基板的功能之外，随着近年的高集成化还要求作为配线基板的功能，因此正在研究进行多层化。
例如，专利文献2公开的金属-陶瓷接合基板(功率模块用基板)中，以多层结构设置形成有通孔用贯穿孔的多个陶瓷基板和介于这些陶瓷基板之间的铝制金属板。此时，金属板通过在铸型中向堆积的陶瓷基板上注入熔融金属并进行固化来形成，因此，在形成于陶瓷基板的贯穿孔内也会进入熔融金属并被固化，陶瓷基板两侧的金属板彼此通过该贯穿孔内的金属呈电性连接状态。
专利文献1：日本专利第4311303号公报
专利文献2：日本专利第4565249号公报
然而，注入熔融金属来制造的专利文献2所记载的方法中，若充满于陶瓷基板的贯穿孔的金属通过温度循环反复热伸缩，则存在由于与陶瓷基板的热膨胀系数之差而在两者之间产生剥离，或在陶瓷基板上产生裂纹等问题。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够多层层叠陶瓷基板与金属板，并使陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态，并且难以产生陶瓷基板与金属板之间的剥离或陶瓷基板的裂纹等的功率模块用基板的制造方法及功率模块用基板。
如专利文献1所记载的功率模块用基板那样，通过钎焊在陶瓷基板接合金属板的方法中，考虑当在陶瓷基板形成贯穿孔并通过贯穿孔的内部将陶瓷基板两侧的金属板设为连接状态时，在贯穿孔内配置连接用金属部件并将该金属部件钎焊于两个金属板。然而，陶瓷基板为烧结部件，由于烧结时的收缩产生的影响，其尺寸公差与金属制组件相比相当大。因此，向形成于这种陶瓷基板的贯穿孔插入金属部件并将该金属部件钎焊于两个金属板的方法中，因金属部件长度与陶瓷基板厚度的尺寸差的偏差，很难获得稳定的接合。基于这种见解，本发明采取以下解决手段。
本发明的功率模块用基板的制造方法，所述功率用基板交替层叠有多个陶瓷基板与金属板并进行接合，并且通过形成于陶瓷基板的贯穿孔使该陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态，其特征在于，在层叠所述陶瓷基板及金属板时，向陶瓷基板的贯穿孔内插入长于该贯穿孔的柱状金属部件，在接合所述陶瓷基板与金属板时，加压所述金属部件使其塑性变形，通过所述金属部件接合所述陶瓷基板两侧的金属板。
使插入陶瓷基板的贯穿孔内的金属部件塑性变形而接合两个金属板，由此能够根据金属部件的塑性变形量调整陶瓷基板的厚度尺寸偏差，并能够获得稳定的接合。因此，可减少热应力的产生，并可防止产生剥离或裂纹等。
并且，本发明的制造方法中，优选以在所述金属部件与所述贯穿孔的内周面之间形成有间隙的状态接合所述金属板。由于在贯穿孔的内周面与金属部件之间形成间隙，金属并未充满贯穿孔内，所以即使通过温度循环反复热伸缩，也能够通过间隙吸收金属部件与陶瓷基板的热膨胀系数之差。
本发明的制造方法中，所述金属部件可以预先一体地立设于配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板中的其中一个的表面。此时，金属部件接合于另一个金属板。
或者，所述金属部件可以预先一体地立设于配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板各自的表面。此时，金属部件由2个部件构成，分别立设于两个金属板，在贯穿孔长度的中途位置接合。
另外，作为其他方法，所述金属部件可以在其长度方向的两端具有端面，并分别接合配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板。
本发明的功率模块用基板，其交替层叠有多个陶瓷基板与金属板并进行接合，并且通过形成于陶瓷基板的贯穿孔的内部，该陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态，其特征在于，以插入所述贯穿孔内的金属部件塑性变形的状态，接合有所述陶瓷基板两侧的金属板。
并且，本发明的功率模块用基板，优选在所述金属部件与所述贯穿孔的内周面之间形成有间隙。
根据本发明，能够根据金属部件的塑性变形量调整陶瓷基板的厚度尺寸偏差来获得稳定的接合。并且，在贯穿孔的内周面与金属部件之间形成间隙时，即使通过温度循环反复热伸缩，也可减少起因于金属部件与陶瓷基板的热膨胀系数之差的热应力的产生，并可防止产生剥离或裂纹等。由此，能够获得长期接合可靠性较高的多层功率模块用基板。
附图说明
图1是表示本发明的功率模块用基板的第1实施方式的纵截面图，相当于沿图4的A-A线的向视图。
图2是表示图1的接合部附近的放大截面图。
图3是表示接合前的陶瓷基板的贯穿孔与金属板的凸部的尺寸关系的与图2相同的放大截面图。
图4是图1的功率模块用基板的俯视图。
图5是沿图1的B-B线的向视图。
图6是表示本发明的制造方法中使用的加压装置的例子的主视图。
图7是金属板的真应力-真应变曲线图。
图8是表示本发明的功率模块用基板的第2实施方式的纵截面图，相当于沿图9的C-C线的向视图。
图9是图8的功率模块用基板的俯视图。
图10是沿图8的D-D线的向视图。
图11是表示本发明的功率模块用基板的第3实施方式的与图1相同的纵截面图。
图12是图11的功率模块用基板的俯视图。
图13是表示本发明的功率模块用基板的第4实施方式的组装中途的状态的纵截面图。
图14是表示本发明的功率模块用基板的第5实施方式的组装前的状态的纵截面图。
图15是表示本发明的功率模块用基板的第6实施方式的组装中途的状态的纵截面图。
图16是表示本发明的功率模块用基板的第3实施方式的组装中途的状态的纵截面图。
图17是表示接合部附近的其他例子的与图2相同的放大截面图。
图18是表示接合部的另一其他例子的与图2相同的放大截面图。
符号说明
1-功率模块用基板，2、3-陶瓷基板，4、5、4A～4E、5A、5B、6-金属板，7-电子组件，8-散热片，11-贯穿孔，12、12A、12B-凸部(金属部件)，21-功率模块用基板，22A、22B、23A～23E-金属板，24-空腔部，31-功率模块用基板，31X-一次接合体，32-散热片，33-板状部，34-鳍片，35-钎材箔，41-功率模块用基板，42-铜层，51-功率模块用基板，52A～52E、53A、53B-金属板，54-散热片，55-鳍片，61-功率模块用基板，61X-一次接合体，62-金属板，63-散热片，71-金属部件。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的一实施方式进行说明。
<第1实施方式>
图1～图5表示第1实施方式的功率模块用基板，该功率模块用基板1交替层叠有多个陶瓷基板2、3与金属板4A～4E、5A、5B、6，并通过钎焊互相接合，在配置于最上段的金属板4A～4E的一部分(图示例中为4D、4E)搭载电子组件7，在配置于最下段的金属板6接合有散热片8。
图示例中使用2片陶瓷基板2、3，并且金属板4A～4E、5A、5B、6配置为3层。金属板4A～4E、5A、5B、6分别于最上段设置5片，于两个陶瓷基板之间设置2片，于最下段设置1片。最上段的5片金属板4A～4E于中间的位置配置1片(4C)，于该中间位置的金属板4C的两侧分别配置2片(4A、4B和4D、4E)。如图4及图5所示，两个陶瓷基板2、3之间的金属板(以下称为中央金属板)5A、5B形成为能够分别连结配置于最上段的两侧位置的金属板4A、4D及金属板4B、4E的长度的细长的带板状，2片并列且平行地配置。并且，最上段中的两侧的金属板4A、4D及金属板4B、4E成为组并以在中间位置的金属板4C的下方连结的方式，通过中央金属板5A、5B相互成为电连接状态。
作为该连接方式成为如下结构：在陶瓷基板2形成有4个贯穿孔11，在前述5片最上段的金属板4A～4E中除中间位置的金属板4C以外的4片金属板4A、4B、4D、4E的单面分别以圆柱状一体地形成有凸部(相当于本发明的金属部件)12，这些凸部12分别插入贯穿孔11内，接合于两个陶瓷基板2、3之间的中央的金属板5A、5B。这时如后所述，凸部12接合于中央的金属板5A、5B，并成为向中央的金属板5A、5B的接合部P与金属板4A、4B、4D及4E的下面的中间附近塑性变形而稍微扩径的状态，在与贯穿孔11的内周面之间形成有间隙G。
陶瓷基板2、3由AlN、Al2O3、SiC等形成为例如0.32mm～1.0mm的厚度，金属板4A～4E、5A、5B、6由纯铝或铝合金形成为例如0.25mm～2.5mm的厚度，作为接合它们的钎材，可使用Al-Si类或Al-Ge类钎材。
接着，对制造如此构成的功率模块用基板1的方法进行说明。
陶瓷基板2、3中，具有贯穿孔11的陶瓷基板2能够通过在烧成陶瓷前的生片通过冲压加工形成贯穿孔之后烧成来获得。其外形在烧成之后进行加工。没有贯穿孔的陶瓷基板3在烧成生片之后进行外形加工。
金属板4C、5A、5B、6通过辛二醇等挥发性有机介质等在表面临时固定钎材箔13(参考图3)，通过冲压加工一体地冲孔，由此形成粘贴有钎材箔的金属板。此时，最上段的金属板4C及最下段的金属板6的单面粘贴钎材箔，且在中央的金属板5A、5B的两面粘贴钎材箔。
并且，最上段的金属板4A～4E中，具有凸部12的金属板4A、4B、4D、4E通过如下形成，即通过预先冲压加工在单面成型凸部12，并在凸部12的周围平面粘贴以去除该凸部12的方式开孔的钎材箔。
如此成型的凸部12大于具有贯穿孔11的陶瓷基板2的厚度，如图3所示，设定成插入贯穿孔11时从陶瓷基板2稍微突出的长度。考虑到陶瓷基板2的厚度尺寸偏差，设定成比其公差的最大值大0.02mm～0.2mm的长度，例如0.05mm的长度。并且，由于在后述的加压时凸部12扩径，因此为了使得在该扩径状态下也形成间隙G，凸部12的外径D1与陶瓷基板2的贯穿孔11的内径D2形成为凸部12的外径D1为1.0mm～20mm、陶瓷基板2的贯穿孔11的内径D2为1.1mm～28mm。例如，凸部12的外径D1为10mm、贯穿孔11的内径D2为13mm。
交替重叠如此形成的陶瓷基板2、3与金属板4A～4E、5A、5B、6，并设为将金属板4A、4B、4D、4E的凸部12插入对应的陶瓷基板2的贯穿孔11的状态，且将该层叠体S设置于图6所示的加压装置。
该加压装置110具备有底板111、垂直安装于底板111的上表面的四角的导向柱112、固定于这些导向柱112的上端部的固定板113、在这些底板111与固定板113之间上下移动自如地支承于导向柱112的按压板114及设置于固定板113与挤压板114之间向下方对挤压板114进行加力的弹簧等加力构件115。
固定板113及挤压板114相对于底板111平行地配置，在底板111与挤压板114之间配置前述层叠体S。为了使加压均匀而在层叠体S的两面配设碳片116。
以通过该加压装置110加压的状态，按每一加压装置110设置于省略图示的加热炉内，加热成例如630℃的钎焊温度进行钎焊。
预先设定加力构件115的加力，以便在该钎焊时屈服点以上的荷载作用于金属板4A、4B、4D、4E的凸部12。图7是纯度为99.99质量％的铝在630℃附近处的真应力-真应变曲线图，在3.5MPa左右屈服。因此，例如当凸部12的外径D1设为10mm时，设定常温下的加力构件115的加力，使得在630℃高温时使270N以上的荷载作用于凸部12。
通过如此设定加力，钎焊时凸部12塑性变形并被挤压的同时，接合于中央的金属板5A、5B，并且该凸部12的周围的金属板4A～4E的平面与陶瓷基板2的表面紧密连接，能够获得在面方向均匀的接合状态。
并且，在接合后的状态下，凸部12也局部扩径，但是如前所述为以扩径的状态在凸部12与贯穿孔11的内周面之间形成间隙G的设定，因此凸部12并不会压在贯穿孔11的内周面。
如此制造的功率模块用基板1在最上段的金属板4A～4E的一部分搭载电子组件7，且在最下段的金属板6安装散热片8来供以使用。由于在凸部12与贯穿孔11的内周面之间形成有间隙G，因此即使通过使用时的温度循环反复热伸缩，也可减轻贯穿孔11的局部中的热应力，且可防止接合部的剥离或陶瓷基板2、3的裂纹等，作为功率模块用基板能够维持较高的可靠性。
并且，由搭载于最上段的金属板4D、4E的电子组件7产生的热从该金属板4D、4E经由凸部12还热传递于中央的金属板5A、5B，但是凸部12配置于电子组件7的正下方时，通过凸部12从金属板4D、4E直线地热传递于中央的金属板5A、5B，能够迅速散热。为了提高该散热性，优选凸部12的外径D1较大，若例如为大于电子组件7的投影面积的横截面积，则只要在凸部12的延长部分上搭载电子组件7就发挥优异的散热性。并且，即使是功率模块也流过大电流，故较大截面积的凸部12的电流密度变小，因此优选。
另外，如图5所示，通过中央的多个金属板5A、5B分割构成电路时，如前述的专利文献2所记载，注入熔融金属的方法中，存在制造上的难度，但是在本发明的方法中也能够轻松制造通过中央的金属板分割电路的方式的基板。
<第2实施方式>
图8～图10表示本发明的第2实施方式的功率模块用基板。
该功率模块用基板21中，2片陶瓷基板与3层金属板的层叠结构这一点与第1实施方式相同，但是配置于两个陶瓷基板2、3之间的中央的金属板22A、22B弯曲成型为俯视观察时呈L字状，排列成其弯曲部分相对。
最上段的金属板23A～23E配置5片，其中每2片(23A与23B、23C与23D)通过中央的金属板22A、22B成为电性连接状态，关于该连接结构，与第1实施方式相同，省略说明。
该第2实施方式的功率模块用基板21中，配置于两个陶瓷基板2、3之间的中央的金属板22A、22B排列成其弯曲部相对，因此由这些陶瓷基板2、3与金属板22A、22B形成的空腔部24以弯曲状态形成为曲柄状。因此，如前述的专利文献2所记载，无法以注入熔融金属的方式制造。根据本发明的方法，还能够任意设定配置于陶瓷基板2、3之间的金属板22A、22B的片数或形状，可提高设计的自由度，并有利于高集成化。
<第3实施方式>
图11～图13表示本发明的第3实施方式的功率模块用基板。
该功率模块用基板31中，成为2片陶瓷基板2、3与3层金属板4A～4E、5A、5B、6的层叠结构，并且在最下段的金属板6接合有带有针式鳍片的散热片32。各附图的符号在与第1实施方式共同部分加上相同符号而进行说明。
2片陶瓷基板2、3由AlN、Al2O3、SiC等形成为例如0.635mm的厚度，3层金属板4A～4E、5A、5B、6由纯度99.99质量％(4N)的纯铝形成为例如构成最上段的电路层的金属板4A～4E的厚度为0.5mm、中间层的金属板5A、5B的厚度为0.5mm、下层的金属板6的厚度为2mm。并且，在该中间层的金属板5A、5B的上面一体地形成凸部12，凸部12插入形成于上侧陶瓷基板2的贯穿孔11内，并接合于最上段的金属板4A～4E。
散热片32通过例如A6063铝合金的热锻在板状部33的单面一体成型有多个针状鳍片34，尺寸并没有限定，但是例如板状部33形成为边长为50mm、厚度5mm的正方形，各鳍片34形成为直径3mm、高度15mm，配列成间距6mm的交错状。
在制造这种结构的功率模块用基板31时，通过与前述的第1实施方式相同的方法烧成生片来制作陶瓷基板2、3，并且通过冲压加工冲孔成型各金属板4A～4E、5A、5B、6。并且，通过热锻制作一体成型板状部33与鳍片34的散热片32。各金属板中成为在最上段的金属板4A～4E的背面及中间层的金属板5A、5B的两面分别粘贴钎材箔的状态。
并且，先接合(一次接合)2片陶瓷基板2、3与3层金属板4A～4E、5A、5B、6，之后接合(二次接合)散热片32。
一次接合中，交替层叠3层金属板4A～4E、5A、5B、6与2片陶瓷基板2、3，并设为将金属板5A、5B的凸部12插入陶瓷基板2的贯穿孔11内的状态，与第1实施方式相同地，将该层叠体设置于图6所示的加压装置110并进行加压。作为粘贴于金属板4A～4E、5A、5B、6的钎材箔，使用例如由Al-7.5质量％Si构成的15μm厚度的钎材箔。以加压这些层叠体的状态在真空中加热并进行钎焊。加热温度为例如630℃，加压力为例如0.5MPa(5kg/cm2)，在630℃的高温时使3.5MPa以上的荷载作用于凸部12。
通过该一次接合，形成于中间层的金属板5A、5B的凸部12塑性变形的同时，接合于最上段的金属板4A～4E，两层金属板4A～4E、5A、5B经由陶瓷基板2的贯穿孔11成为连接状态。此时，也通过塑性变形在扩径的凸部12的外周面与陶瓷基板2的贯穿孔11的内周面之间形成间隙。
二次接合中，使钎材箔35介于一次接合体31X的最下段的金属板6与散热片32的板状部33的上面之间，以加压它们的状态在真空中加热并进行钎焊。作为这时的钎材箔35，使用例如由Al-10.5质量％Si构成的50μm厚度的钎材箔。加压力为例如0.7MPa(7kg/cm2)，加热温度为例如610℃。作为此时的加压装置，也使用与图6相同的加压装置，但是由于在散热片32以针状突出有鳍片34，因此作为与散热片32接触的碳片，使用开设有配置这些鳍片34的孔的碳片，以便在鳍片34的周围挤压散热片32的板状部33。
通过如此制造，最上段的金属板4A～4E与中间层的金属板5A、5B通过陶瓷基板2、3成为连接状态，可获得与第1实施方式相同的电性特性的基板，并且能够作为与散热片32一体的功率模块用基板31来提供。
<第4实施方式>
第3实施方式中，先接合2片陶瓷基板2、3与3层金属板4A～4E、5A、5B、6之后接合散热片32，但是在第4实施方式中，提供同时接合它们的带有散热片的功率模块用基板41。该第4实施方式中各构件的符号设为与第3实施方式相同的符号来进行说明。
在制造这种结构的功率模块用基板41时，通过与前述的第1实施方式相同的方法烧成生片来制作陶瓷基板2、3，并且通过冲压加工冲孔成型各金属板4A～4E、5A、5B、6。并且，通过热锻制作一体成型板状部33与鳍片34的散热片32。如图14所示，对于金属板4A～4E、5A、5B、6，通过蒸镀等在与陶瓷基板2、3的接合面及与散热片32的接合面、即最上段的金属板4A～4E的背面、中间层的金属板5A、5B中去除凸部12以外的两面的平面部分、最下段的金属板6的两面分别形成厚度为0.4μm左右的铜层42。
并且，在散热片32的板状部33的上面交替层叠各金属板4A～4E、5A、5B、6与陶瓷基板2、3，并设为将金属板5A、5B的凸部12插入陶瓷基板2的贯穿孔11内的状态，且设置于与图6相同的加压装置110并进行加压。如第3实施方式中叙述，与散热片32接触的碳片使用开设有配置鳍片34的孔的碳片，以便在鳍片34周围挤压散热片32的板状部33。作为加压力例如设为0.6MPa(6kg/cm2)，使得在600℃的高温时作用使凸部12屈服的荷载以上的荷载。以该加压状态，在10-3～10-6Pa的真空中，于600℃下加热0.5小时，由此同时接合3层金属板4A～4E、5A、5B、6与2片陶瓷基板2、3及散热片32。该接合法为被称作TLP接合法(Transient Liquid Phase DiffusionBonding)的瞬时液相扩散焊法。
该瞬时液相扩散焊法中，蒸镀于金属板4A～4E、5A、5B、6的表面的铜层42介于金属板4A～4E、5A、5B、6与陶瓷基板2、3及散热片32的界面，通过加热，该铜首先扩散于金属板4A～4E、5A、5E、6的铝中，该金属板4A～4E、5A、5B、6的铜层附近的铜浓度上升且熔点下降，由此，在铝与铜的共晶区域中于接合界面处形成金属液相。若以形成有该金属液相的状态恒定保持温度，则恒定温度下金属液相与陶瓷基板2、3或散热片32接触恒定时间并进行反应，并且随着铜进一步扩散于铝中，金属液相中的铜浓度逐渐下降且熔点上升，并以恒定保持温度的状态进行凝固。由此，获得金属板4A～4E、5A、5B、6与陶瓷基板2、3及散热片32的坚固的接合，在进行凝固之后冷却至常温。
通过这种瞬时液相扩散焊法中的加压力，形成于中间层的金属板5A、5B的凸部12也塑性变形的同时，接合于最上段的金属板4A～4E，两个金属板4A～4E、5A、5B经由陶瓷基板2的贯穿孔11成为连接状态。此时，也在通过塑性变形扩径的凸部12的外周面与陶瓷基板2的贯穿孔11的内周面之间形成间隙。
并且，最上段的金属板4A～4E与中间层的金属板5A、5B通过陶瓷基板2成为连接状态，并且与第3实施方式相同地，能够作为与散热片32一体的功率模块用基板41来提供。
根据该制造方法，能够一次性接合陶瓷基板2、3、各金属板4A～4E、5A、5B、6及散热片32，组装工作效率良好。
<第5实施方式>
以上的各实施方式中，作为基板示出了在陶瓷基板两面的金属板使用铝的所谓的DBA(Direct Brazed Aluminum)基板的例，但是图15所示的第5实施方式的功率模块用基板51中，作为最上段的金属板52A～52E及中间层的金属板53A、53B使用铜板。并且，图示例中，作为散热片54使用具有平直鳍片55的散热片。另外，各金属板的平面形状及平面上的配置设为与图4及图5相同，图15与图1相同，相当于沿图4的A-A线的截面，各金属板52A～52E、53A、53B中示有金属板52A、52C、52D、53A。
作为最上段及中间层的两个金属板52A～52E、53A、53B使用例如0.3mm厚度的韧铜。与前述各实施方式相同地，最下段的金属板6使用例如厚度为2.0mm的99.99质量％纯铝、作为陶瓷基板2、3使用厚度为0.635mm的AlN。散热片54通过例如A6063铝合金的挤压成型而形成。图示例中，平直的鳍片55通过向与纸面正交的方向被挤压，沿着该挤压方向形成为带板状。尺寸上并没有限定，例如在边长为50mm、厚度为5mm的正方形板状部56的单面形成有多个沿挤压方向的厚度为4mm、高度为15mm的平直状的鳍片55。
在制造该结构的功率模块用基板51时，通过与前述的第1实施方式相同的方法烧成生片来制作陶瓷基板2、3，并且通过冲压加工冲孔成型各金属板52A～52E、53A、53B、6。并且，通过挤压成型，制作一体成型板状部56与鳍片55的散热片54。
并且，分成一次接合与二次接合这2次来接合这些金属板52A～52E、53A、53B、6、陶瓷基板2、3及散热片54。一次接合中，通过钎材层叠2片陶瓷基板2、3与最上段及中间层的金属板52A～52E、53A、53B。该钎材使用例如Ag-27.4质量％Cu-2.0质量％Ti的活性金属钎材。通过加压装置，以在850℃的高温时作用使凸部12屈服的荷载以上的荷载的方式对配置有该钎材的层叠体进行加压，在真空中以850℃加热约10分钟。
该一次接合中，作为钎材中的活性金属的Ti优先扩散于陶瓷基板2、3的表面而形成TiN，通过Ag-Cu合金与金属板52A～52E、53A、53B接合。并且，该一次接合时中间层的金属板53A、53B的凸部12通过陶瓷基板2的贯穿孔11接合于最上段的金属板52A～52E。
接着，二次接合中，通过蒸镀等在构成最下段的金属板6的两面形成厚度为0.4μm左右的铜层57，并层叠于散热片的板状部的上面，其上层叠一次接合体51X的下段侧陶瓷基板3，通过瞬时液相扩散焊法(Transient LiquidPhase Diffusion Bonding)接合它们。作为这时的加压力为98kPa(1kg/cm2)～3.4Mpa(35kg/cm2)，在10-3～10-6pa的真空中，以600℃加热0.5小时。
<第6实施方式>
图16所示的第6实施方式的功率模块用基板61的所有金属板52A～52E、53A、53B、62由铜(例如韧铜)形成，并且散热片63也由铜形成，该散热片63与最下段的金属板62之间通过焊接来接合。与各实施方式相同，陶瓷基板2、3使用AlN。并且，图示例中散热片63使用板状散热片。
在制造该功率模块用基板61时，首先通过活性金属接合来接合(一次接合)2片陶瓷基板2、3与3层金属板52A～52E、53A、53B、62，之后接合(二次接合)散热片63。
一次接合中，钎材使用例如Ag-27.4质量％Cu-2.0质量％Ti的活性金属钎材，以在850℃的高温时作用使凸部12屈服的荷载以上的荷载的方式对这些金属板与陶瓷基板的层叠体进行加压，在真空中以850℃加热约10分钟，由此使作为活性金属的Ti优先扩散于陶瓷基板2、3来形成TiN，并通过Ag-Cu合金与金属板52A～52E、53A、53B、62接合。
接着，在二次接合中，通过无电解电镀在一次接合体61X的最下段的金属板62的背面及散热片63的上面分别以例如5μm左右的厚度形成镀镍层，使包含Sn-3.5质量％Ag-0.5质量％Cu等的厚度为200μm的焊接箔64介于它们之间，例如在由3％氢气形成的还原气氛中加热至280℃，由此使焊接箔64回流，冷却并接合。
该功率模块用基板61的金属板52A～52E、53A、53B、62均由铜形成，因此散热性优异。
另外，对于在金属板一体形成凸部的实施方式进行了说明，但是如图17所示，可以与金属板4、5独立地形成柱状金属部件71，在陶瓷基板2的贯穿孔11内配置金属部件71，使其两端面接合于两个金属板4、5。此时，在金属部件71的两端面形成有接合部P。
另外，如图18所示，可设为在两个金属板4、5分别形成有凸部(金属部件)12A、12B，并在陶瓷基板2的贯穿孔11的长度的中途位置接合的结构。此时，在贯穿孔11的中途位置形成有接合部P。
并且，该金属部件，形成为横截面为多边形的柱状而不是圆柱状，贯穿孔也设为同样的多边形，由此可使金属部件在贯穿孔内止转，并能够容易进行设为多层结构时的金属板的定位。
并且，在各实施方式中成为陶瓷基板为2片，金属板为3层的结构，但是不限于此，可以将陶瓷基板设为3片以上来层叠金属板。
另外，本说明书中，不限于针式鳍片或平直鳍片等带有鳍片的类型，也包括被称作散热板的板状类型在内定义为散热片。

Claims (8)

1.一种功率模块用基板的制造方法，该功率模块用基板交替层叠有多个陶瓷基板与金属板并进行接合，并且通过形成于陶瓷基板的贯穿孔使该陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态，其特征在于，
在层叠所述陶瓷基板及金属板时，向陶瓷基板的贯穿孔内插入长于该贯穿孔的柱状金属部件，
在接合所述陶瓷基板及金属板时，在对已层叠的所述陶瓷基板及金属板在厚度方向上进行加压的状态下进行加热，以使所述金属部件进行塑性变形，并且通过所述金属部件使所述陶瓷基板两侧的金属板成为连接状态。
2.如权利要求1所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
以在所述金属部件与所述贯穿孔的内周面之间形成有间隙的状态接合所述金属板。
3.如权利要求1或2所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述金属部件预先一体地立设于配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板中的其中一个的表面。
4.如权利要求1或2所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述金属部件预先一体地立设于配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板各自的表面。
5.如权利要求1或2所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
所述金属部件在其长度方向的两端具有端面，并分别接合于配置在所述陶瓷基板两侧的两个金属板。
6.如权利要求1所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
在所述陶瓷基板和所述金属板的接合中使用钎材。
7.如权利要求6所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
通过在钎焊温度下进行加热，从而以钎焊来接合所述陶瓷基板和所述金属板。
8.如权利要求1所述的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，
通过瞬时液相扩散焊法，接合所述陶瓷基板和所述金属板。
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