CN115315804A - 搭载元件的基板以及搭载元件的基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本实施方式的搭载元件的基板具备：在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板(1)、以及搭载于上述放热板1的一个面(主面3A)侧的包含陶瓷板(12)的电子元件(11)，上述放热板1的另一个面(主面3B)的平面度为600μm以下。

Description

搭载元件的基板以及搭载元件的基板的制造方法

技术领域

本发明涉及搭载元件的基板以及搭载元件的基板的制造方法。更具体而言，涉及一种在特定的放热板的至少单面搭载有包含陶瓷板的电子元件的搭载元件的基板。

背景技术

近年来，作为电动汽车、电气化铁路用途中的功率模块用放热部件，已经开始使用由金属－碳化硅复合体构成的放热板来代替以往的铜。

作为金属－碳化硅复合体的金属，常常使用铝、其合金。

作为放热板的使用方式，通常在放热板的一个面的一侧搭载包含功率半导体元件等的电子元件。另外，放热板的另一个面的一侧大多与散热片、放热单元等其它放热部件接合，用于提高由电子元件产生的热的散热性。

为了得到足够的散热性能，重要的是放热板与其它放热部件以尽可能没有间隙的方式接合。因此，放热板的另一个面的一侧(与搭载有电子元件的面相反的一侧)的性状很重要。

例如，将放热板与其它放热部件接合时，一般利用设置于放热板的周边部的孔将放热板用螺丝固定于其它放热部件。但是，如果放热板的“另一个面”为凹面，或者“另一个面”存在很多微小的凹凸，则会在放热板与其它放热部件之间产生间隙，导致导热性降低。

为了避免如上所述的问题，提出了一种以尽可能避免放热板与其它放热部件之间产生间隙的方式，使与其它放热部件接合的面略微向凸模弯曲的放热板。

这是由于：如上所述，放热板通常用螺丝等固定部件固定于其它放热部件而使用，但通过使与其它放热部件的接合面向凸模弯曲，从而由固定部件固定时该接合面变为“适当平坦的”，与其它放热部件的接合性(密合性)提高。

作为一个例子，专利文献1中记载了一种碳化硅质复合体，其特征在于，是使以铝为主成分的金属含浸于多孔质碳化硅成型体而成的板状复合体，在板状复合体的面内具有用于朝向该板状复合体的凸面而螺纹固定于其它放热部件的4个以上的孔部，相对于孔间方向(X方向)的长度10cm的翘曲量(Cx；μm)和相对于与孔间方向垂直的方向(Y方向)的长度10cm的翘曲量(Cy；μm)的关系为50≤Cx≤250且－50≤Cy≤200(不包括Cy＝0)。

作为另一个例子，专利文献2中记载了一种碳化硅复合体，其为将以铝为主成分的金属含浸于多孔质碳化硅成型体而成的板状复合体，具有相对于复合体的主面的长度10cm的翘曲量为250μm以下的翘曲。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3468358号公报

专利文献2：国际公开第2015/115649号

发明内容

如上所述，已知(1)首先，制造略微弯曲的放热板，(2)通过在将其与其它放热部件接合时利用螺丝等固定用部件的力使弯曲变得“平坦”，从而提高放热板与其它放热部件的接合性，进而提高散热性。

但是，专利文献1、2等中记载的弯曲的放热板使放热板单独的弯曲量等为特定的值。

如上所述，通常，放热板在其中一个面的一侧搭载电子元件，在另一个面的一侧接合其它放热部件。采用这样使用放热板的方式时，即便使放热板单独的弯曲的程度优化，也有可能(因搭载电子元件的影响)无法在搭载于实际的电子设备时使弯曲的程度达到最佳。

另外，搭载于放热板的一个面的一侧的电子元件(典型的为功率元件)通常包含陶瓷板等陶瓷材料，然而，也有可能因该陶瓷材料的热膨胀的大小与放热板的热膨胀率的大小的差异而导致产生意外的弯曲、不希望的应力。

特别是，近年来，在功率模块中要求进一步提高散热性。因此，为了发挥最佳的散热性能，考虑将电子元件－放热板－其它放热部件作为一个整体来研究散热性提高。

但是，如上所述，过去的研究仅停留在放热板单独的弯曲量的优化等。据本发明人等所知，迄今为止，将电子元件－放热板－其它放热部件作为一个整体的散热性提高的研究仍不充分。

本发明人等鉴于上述情况等，从不仅为单独的放热板而且还包含搭载于其上的电子元件等的一体化观点考虑，为了得到散热性良好的电子设备而进行了研究。

本发明人等进行了深入研究，结果完成了以下提供的发明，解决了上述课题。

根据本发明，提供一种搭载元件的基板，其具备：

在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板，以及

搭载于上述放热板的一个面的一侧的包含陶瓷板的电子元件；

上述放热板的另一个面的平面度为600μm以下。

另外，根据本发明，提供一种搭载元件的基板的制造方法，是上述搭载元件的基板的制造方法，包含：

准备工序，准备在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板；

平面度调整工序，调整上述放热板的至少单面的平面度；以及

搭载工序，在上述放热板的与上述单面相反的一侧的面搭载包含陶瓷板的电子元件。

根据本发明，能够得到散热性良好的搭载元件的基板(电子设备)。

附图说明

图1是示意地表示搭载元件的基板的一个例子的图(截面图)。

图2是用于对主面3B的形态进行说明的图。

图3是用于对制造工序中的“加热压制”进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

所有附图中，对相同的构成要素标记相同的符号，适当地省略说明。

为了避免繁琐，(i)同一附图内具有多个相同的构成要素时，仅对其中一个标记符号，而不是全部标记符号，(ii)特别是图2以后，与图1相同的构成要素不再标记符号。

所有附图仅用于说明。附图中的各部件的形状、尺寸比等不一定与现实的物品对应。特别是，为了说明上容易理解，有时夸大地描绘了形状、尺寸比。尤其是，各图中“弯曲”的大小相对于实际的物品被夸大了。

只要没有特别明确说明，本说明书中，“大致”这样的用语就表示考虑到制造上的公差、组装上的偏差等的范围。

只要没有特别说明，本说明书中的各种数值(特别是测定值)中的可根据温度而变化的值可以采用室温(25℃)下的值。

＜搭载元件的基板＞

图1是示意地表示本实施方式的搭载元件的基板的一个例子的图(截面图)。

图1的搭载元件的基板具备放热板1和搭载于该放热板1的一个面的一侧的电子元件11。

放热板1在包含铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体2(以下，也记载为复合体2)的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层3(以下，也记载为金属层3)。

放热板1的2个主面中，将搭载有电子元件11的一侧的面设为主面3A，将另一个面设为主面3B。

例如，放热板1在其周边部具有多个贯通孔5。更具体而言，如后所述在放热板1实质上为矩形的情况下，优选在放热板1的至少四角设置贯通孔5。

贯通孔5在用螺丝等将放热板1接合于其它放热部件(例如散热片等)时利用。

电子元件11至少包含陶瓷板12。图1中，电子元件11为陶瓷板12由2个金属层13夹持的结构。

电子元件11例如通过利用焊锡14进行焊接而搭载于放热板1的主面3A侧。应予说明，将放热板1的主面3A作为上表面对电子元件11进行俯视观察时，放热板1的面积的10～80％由电子元件11覆盖。

图1的搭载元件的基板中，主面3B(即，与搭载有电子元件11的面相反的一侧的面)的平面度为50～600μm，优选为100～500μm，更优选为150～450μm。

认为通过在不仅为单独的放热板1而且在搭载有电子元件11的状态下使主面3B的平面度在上述范围，从而使搭载元件的基板－其它放热部件“成为一个整体”，散热性变得良好。

即，认为通过将电子元件11搭载于放热板1而制成搭载元件的基板时使主面3B的平面度为适当的数值，从而在将该搭载元件的基板与其它放热部件接合时，主面3B－其它放热部件间的接合性变得良好，可以得到优异的散热性能。

应予说明，平面度定义为将平面形体用几何学上的平行二平面夹持时平行二平面的间隔最小时的二平面的间隔(参照JIS B 0621)。

作为平面度的测定装置，例如，可以举出KEYENCE公司制的装置VR－3000。

继续对本实施方式的搭载元件的基板的优选方式进行说明。

[放热板1的性状]

主面3B(放热板1的与搭载有电子元件11的面相反的一侧的面)优选在与主面3A相反的一侧的方向弯曲成凸状。由此，用螺丝等固定部件将放热板1固定于其它放热部件(散热片等)时，容易使接合面变得“平坦”，能够进一步提高放热板1与散热片等的接合性(密合性)。

放热板1优选实质上为矩形。即，将放热板1的一个主面作为上表面对放热板1进行俯视观察时，放热板1的形状实质上为矩形。

这里，“实质上为矩形”是指放热板1的四角中的至少1个可以不是直角形状而加工成带有圆角的形状(当然，四角也可以是直角形状)。

应予说明，在放热板1的四角中的至少1个加工成带有圆角的形状的情况下，可以将使对放热板1进行俯视观察时的短边和长边的直线部分延长时交叉的点定义为矩形的“顶点”。另外，此时，放热板1的“短边的长度”、“长边的长度”可以将上述“顶点”定义为起点或终点。

放热板1实质上为矩形时，放热板1的纵横的长度作为一个例子为40mm×90mm～250×140mm左右。

放热板1的厚度作为一个例子为2mm～6mm，优选为3mm～5mm。应予说明，放热板1的厚度不一样的情况下，优选至少放热板1的重心部分的厚度在上述范围。

金属层3的厚度例如上下合计为50～300μm左右。

通过除了使作为主面3B的整体的平面度在上述的数值范围内以外，还更精细地设计主面3B的弯曲方法，能够使散热性能变得更良好。

就此而言，例如考虑到如下情况：放热板1实质上为矩形，该矩形的长边的长度为a，短边的长度为b，另外，主面3B在与主面3A相反的一侧的方向弯曲成凸状。

图2中的(a)是用于对主面3B的形态进行说明的图。换言之，为仅明示本实施方式的搭载元件的基板中的放热板1的主面3B的图。

另外，图2中的(b)为在图2中的(a)的截面β处切断主面3B时的截面图，图2(c)为在图2中的(a)的截面γ处切断主面3B时的截面图。

在这些图中，为了说明而记载了辅助线等。

这里，将连接主面3B的2个短边的各中点(图中由M₁和M₃表示)之间的直线设为l₁，将连接主面3B的2个长边的各中点(图中由M₂和M₄表示)之间的直线设为l₂。

另外，在包含l₁且与主面3B大致垂直的截面β处切断主面3B时，将该截面中主面3B所形成的曲线上的点与l₁的最大距离设为h₁。此外，在包含l₂且与主面3B大致垂直的截面γ处切断主面3B时，将该截面中主面3B所形成的曲线上的点与l₂的最大距离设为h₂。

此时，优选以h₁/a＞h₂/b的方式设计搭载元件的基板。

更具体而言，(h₁/a)/(h₂/b)的值优选为1.0～1.9，更优选为1.07～1.6。

上述的不等式可以如下解释。

h₁/a可以说是指放热板1中的“长边方向的每单位长度的弯曲”。

同样，h₂/b可以说是指放热板1中的“短边方向的每单位长度的弯曲”。

于是，“h₁/a＞h₂/b”的情况可以解释为：即便是消除长边长于短边这个因素，长边方向的“弯曲程度”仍比短边方向更大。

使用螺丝等将搭载有电子元件11的放热板1按压并接合于其它部件时，矩形(长方形)的放热板1在长边方向比短边方向更容易变形(容易弯曲)。因此，认为通过使长边方向的“弯曲程度”比短边方向更大，能够在将放热板1接合于其它放热部件时更完美地接合，能够得到进一步的散热性提高、可靠性提高等效果。

放热板1的主面3A中的未搭载电子元件11的部分(主面3A露出的部分)的算术平均粗糙度Ra(以下，也称为“表面粗糙度Ra”)优选为0.2～2.0μm，更优选为0.5～1.6μm。

如上所述，电子元件11例如通过利用焊锡14进行焊接而搭载于放热板1。认为通过使表面粗糙度Ra的值为适当的而提高焊锡的润湿性，结果，能够提高放热板1－电子元件11间的接合强度。

另外，虽然详细机理尚不明确，但认为通过使主面3A的粗糙度(表面粗糙度Ra)为适当而在放热板1－电子元件11之间产生一种“游隙”。由此，认为即便存在外力、热循环、将搭载元件的基板与其它放热部件连接时的应变等，也能够抑制接合性的恶化。

图1中虽然未示出，但放热板1的最表面可以存在镀层。由此，例如能够进一步提高与电子元件11的接合性(具体而言，容易使与电子元件11的焊接变得更容易)。镀层例如可以为镀Ni。镀层的厚度可以每一层为10μm左右，上下合计为20μm左右。

[电子元件11的性状等]

电子元件11例如可以为功率半导体元件。虽然会从作为功率半导体元件的电子元件11放出大量的热，但通过将本实施方式的搭载元件的基板适当地接合于其它放热部件(散热片等)，能够将该热有效地排出。

如上所述，电子元件11至少包含陶瓷板12。另外，电子元件11典型而言还包含金属层13。

陶瓷板12的材质只要为陶瓷材料，就没有特别限定。

例如，可以为氮化硅、氮化铝等氮化物系陶瓷，氧化铝、氧化锆等氧化物系陶瓷，碳化硅等碳化物系陶瓷，硼化镧等硼化物系陶瓷等。其中，从绝缘性、与金属层13的接合性强、机械强度等观点考虑，优选氮化铝、氮化硅和氧化铝。

从导电性、导热性等观点考虑，金属层13优选由铜、铜合金、铝和铝合金构成。例如，可以由纯铜(C1020材或C1011材)、无氧铜板等构成。

金属层13的一部分可以利用蚀刻等除去而形成电路图案。

电子元件11的金属层13－陶瓷板12－金属层13的3层结构例如可以通过将陶瓷板与金属板用适当的钎料进行接合而得到。

作为钎料，优选Ag－Cu系钎料。即，钎料优选为Ag粉末、Cu粉末等的混合物。而且，从使熔化温度为适当等观点考虑，将Ag粉末与Cu粉末的合计设为100质量份时，优选Ag粉末为75质量份～98质量份、Cu粉末为2质量份～25质量份。

出于改善与陶瓷板的润湿性等目的，钎料可以含有Sn或In。它们的配合量优选为0.4质量份～3.5质量份。

从提高与陶瓷板的反应性等观点考虑，钎料优选含有活性金属。作为活性金属，可以举出钛、锆、铪、铌等。在与氮化铝基板、氮化硅基板的反应性高、能够使接合强度非常高的观点上，优选含有钛。

活性金属的添加量相对于Ag粉末与Cu粉末与Sn粉末或In粉末的合计100质量份，优选为1.5质量份～5.0质量份。通过适当调整活性金属的添加量，能够进一步抑制接合不良的产生。

钎料可以通过将如上所述的金属粉末与根据需要的有机溶剂、粘结剂混合而得到。混合可以使用擂溃机、自转公转搅拌机、行星式搅拌机、三辊机等。由此，例如可以得到糊状钎料。

在此可使用的有机溶剂没有特别限定。例如，可举出甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、异佛尔酮、甲苯、乙酸乙酯、松油醇、二乙二醇单丁醚、十二醇酯(Texanol)等。

在此可使用的粘结剂没有特别限定。例如，可举出聚甲基丙烯酸异丁酯、乙基纤维素、甲基纤维素、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂等高分子化合物。

电子元件11例如可以如下得到。

(1)将钎料糊涂布于陶瓷板的两面，使铜板与其涂布面接触。

(2)通过在真空中或非活性气氛中进行加热处理而将陶瓷板与铜板接合。

上述(1)中将钎料糊涂布于陶瓷板的方法没有特别限定。例如，可举出辊涂法、丝网印刷法、转印法等。从容易均匀涂布的方面考虑，优选丝网印刷法。

上述(2)的陶瓷板与铜板的接合优选在真空中或氮、氩等非活性气氛中，例如以770℃～830℃的温度、10分钟～60分钟的时间进行处理。

[放热板1－电子元件11的关系、作为搭载元件的基板整体的设计]

如上所述，本实施方式的搭载元件的基板的设计思想是不以单独的放热板1而使放热板1与电子元件11成为一个整体来提高散热性。

在该方面上，例如，将温度25～400℃时的放热板1的热膨胀系数设为α₁、将温度25～400℃时的陶瓷板12的热膨胀系数设为α₂时，α₁与α₂之差为5.0ppm K^－1以下。

另外，从另一个角度来看，将放热板1的主面3A的一侧作为上表面对搭载元件的基板进行俯视观察时，放热板1的面积的优选10～80％、更优选15～70％由电子元件11覆盖。

上述程度的面积比例的电子元件11搭载于主面3A的情况下，通过将主面3B的平面度设定为50～600μm，或者适当地设计上述的h₁/a、h₂/b等值，能够充分地减小意想不到的应变、热应力等的产生，并且使散热性变得良好。

[焊锡]

作为焊锡14，种类没有特别限定，例如，可以使用铅锡共晶焊锡或无铅焊锡。焊锡涂布厚度例如可以为0.1～0.2mm。另外，回流焊的条件没有特别限定，只要根据焊锡14的熔化温度等而适当地设定即可，典型的可以在250～350℃进行5～30分钟左右。通过使温度不过高/时间不过长，能够抑制平面度的意想不到的变化等。

[搭载元件的基板的制造方法]

本实施方式的搭载元件的基板例如可以如下制造。

(1)放热板的准备：准备在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板。

(2)平面度的调整：调整(1)中准备的放热板的至少单面的平面度。优选在准备好的放热板的至少一个面设置向与这个面相反的一侧的方向凸的弯曲。

(3)接合：将上述(2)中调整平面度后的放热板与另外准备的电子元件利用焊锡等进行接合。

对上述步骤进行更详细的说明。

(1)放热板的准备：

例如，可以通过(i)将碳化硅粉末成型为平板状进行煅烧而得到平板状的成型体(预成型体)的工序、和(ii)使金属含浸于该成型体(预成型体)的工序，从而得到在平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面设置有金属层的放热板。

上述(i)的工序中，首先，利用适当的方法将原料的碳化硅粉末(优选一种或两种以上的平均粒径为1～300μm的碳化硅粒子)制成平板状。

作为制成平板状的方法，可以适当地应用公知的方法。例如，可以使用干式冲压法、湿式冲压法、挤出成型法、注射成型法、铸造法、片材成型后冲裁的方法等。

将碳化硅粉末制成平板状时，为了使其表现出避免在金属含浸时产生裂纹等异常这样的强度，可以适当添加无机或有机粘结剂。为了容易得到高强度的成型体，作为粘结剂，优选硅溶胶。由于提高相对密度的理由，粘结剂优选以体积比率计相对于作为固体成分的碳化硅100添加20以下。

上述得到的平板虽然根据制造条件而不同，但通常经过干燥、加热脱脂处理后，进行煅烧。由此，能够得到具有足够强度的成型体(也称为预成型体)。

作为煅烧条件，优选在非活性气氛中或大气中为700℃以上的温度。其中，在大气中的情况下，如果以1100℃以上的温度进行煅烧，则有时碳化硅氧化而导致所得到的复合体的热传导率降低。因此，优选在该温度以下进行煅烧。

煅烧而得到的预成型体的相对密度优选为55～75％。通过使预成型体的相对密度为55～75％，从而容易将放热板1的热膨胀系数设计为6～10ppm/K左右。应予说明，相对密度由含浸金属之前的具有空隙的碳化硅的成型体(预成型体)的在体积中所占的碳化硅的体积比例进行定义。

为了使预成型体的相对密度为55～75％，优选在得到煅烧前的平板的阶段配合粒度不同的碳化硅粉末。在碳化硅的情况下，可举出使用将平均粒径为100μm的粉末和平均粒径为10μm或比其更细的粉末混合的粉末、或者将平均粒径为60μm的粉末和平均粒径为10μm或比其更细的粉末混合的粉末作为其中一个例子。

这里，平均粒径可以通过使用扫描式电子显微镜(例如日本电子公司制“JSM－T200型”)和图像解析装置(例如Nippon Avionics公司制)，算出对1000个粒子求出的直径的平均值而求出。

应予说明，为了使放热板的主面的平面度为理想值，可以在使金属含浸于所得到的预成型体之前对预成型体的一部分进行机械加工。

例如，可以利用转盘等切削·研磨工具将预成型体的至少单面加工成朝向其外侧成为凸模的弯曲形状。在预成型体的阶段实施机械加工(切削加工)时，存在如下优点：无需使用用于金属切削的特别的器具等，易于容易地控制弯曲的程度、平面度。

上述(ii)的工序(金属的含浸)中，为了使金属含浸于煅烧而得到的预成型体，可以采用所谓的熔融金属锻造法、压铸法。

在熔融金属锻造法的情况下，可以使包含铝或镁的金属含浸于预成型体来制作具备包含碳化硅和金属的复合化部、以及复合化部的外表面的表面金属层的金属－碳化硅质复合体。

作为使包含铝或镁的金属(合金)含浸于预成型体而得到金属－碳化硅质复合体的方法，例如，有下述方法。

在预成型体的两板面以直接接触的方式配置由氧化铝或二氧化硅构成的纤维、球状粒子和粉碎形状粒子中的1种以上，用脱模板夹持而形成一个块状体。

将该块状体在500℃～650℃预热，然后在高压容器内配置1个或2个以上。其后，为了防止块状体的温度降低而尽可能迅速地将包含铝或镁的金属的熔液以30MPa以上的压力进行加压，使金属含浸于预成型体的空隙中。

由此，得到具备包含碳化硅和金属的复合化部、以及复合化部的外表面的表面金属层的金属－碳化硅质复合体。

压铸法为将预成型体放置于具有产品形状的腔室的模具内进行合模、然后高速注入金属而得到金属－碳化硅复合体的方法。

这里，例如在上述的熔融金属锻造法中，可以通过设计凹模和/或凸模的形态，更具体而言，利用在模具与预成型体之间设置相当于金属层的“间隙”这样的办法而在金属－碳化硅复合体的表面设置金属层(即，可以如图1那样得到在复合体2的表面和背面形成有金属层3的放热板1)。

顺便一提，这样形成金属层时，含浸于复合体的金属的组成与构成金属层的金属的组成基本相同。

含浸的金属只要含有铝或镁，就没有特别限定。优选为以铝或镁为主成分的金属，更优选为以铝为主成分的金属。

含浸的金属除了铝或镁以外，也可以含有其它元素。

例如，含浸的金属可以以铝为主成分，含有0.1质量％～1.5质量％的镁和0.1质量％～18质量％的硅。通过将硅、镁与铝合金化而使合金的熔点降低、高温下的熔融金属的粘性降低，存在容易通过高温铸造等而得到致密的复合体的优点。

应予说明，出于除去含浸时产生的应变等目的，可以进行退火处理。以除去应变的目的而进行的退火处理优选在400℃～550℃的温度下进行10分钟以上。

如果退火温度为400℃以上，则放热板1内部的应变被充分释放，能够抑制在机械加工后的退火处理工序中弯曲变化很大。

如果退火温度为550℃以下，则能够防止含浸中使用的金属(例如铝合金)熔融。

如果退火时间为10分钟以上，则放热板1内部的形变得到充分释放，能够在机械加工后的用于除去加工应变的退火处理工序中抑制弯曲变化很大。

(2)平面度的调整：

作为一个例子，平面度的调整可以通过对上述得到的放热板1进行加热压制来进行。

具体而言，如图3中的(a)、图3中的(b)和图3中的(c)所示，利用压制凸模100和压制凹模110来夹持放热板1而进行加热压制(一边加热一边挤压)。由此，能够调整放热板1的主面的平面度。

压制凸模100和压制凹模110以对放热板1赋予规定的弯曲的方式进行形状加工。另外，典型而言，压制凸模100的凸部的形态与压制凹模110的凹部的形态大致相同。即，典型而言，在不夹持放热板1而将压制凸模100与压制凹模110重叠时，在压制凸模100与压制凹模110之间几乎没有间隙。

压制凸模100和压制凹模110的材质没有特别限定，只要在后述的温度和压力条件下实质上不变形即可。具体而言，优选使用碳、氮化硼等陶瓷、超硬合金、不锈钢等金属材料。

只要能够得到被赋予了适当弯曲的放热板1，加热压制时的加热温度就没有特别限定。然而，从生产率、使压力变小的观点考虑，加热温度优选在放热板1中的金属不熔融的范围内为尽可能高的温度。在本实施方式中，考虑到放热板1中包含的金属为铝、镁等(包含为合金的情况)，优选为450℃～550℃。

只要能够得到被赋予了适当弯曲的放热板1，加热压制时的压力就没有特别限定。压力只要根据放热板1的厚度、加热温度等而适当地调整即可。然而，从生产率、可靠地赋予弯曲等观点考虑，压力优选为10kPa以上，更优选为30kPa～250kPa。

只要能够得到被赋予了适当弯曲的放热板1，加热压制的时间也没有特别限定。然而，从可靠地赋予弯曲等观点考虑，例如，放热板1本身的温度达到450℃以上的时间优选为30秒以上，更优选为30秒～300秒。

另一方面，作为另一个例子，平面度的调整可以通过对上述得到的放热板1的至少单面(制成搭载元件的基板时成为主面3B的面)进行机械加工(研削、切削等)而进行。具体而言，可以利用转盘等能够进行精密刮削(研削、切削等)的器具来调整放热板1的至少一个主面(主面3B)的平面度。

由于在将电子元件11搭载于放热板1的前/后翘曲量变化，因此优选预先估计其变化来调整平面度。

例如，以将6片50mm×58mm的电子元件11(陶瓷基板)搭载于187.5mm×137.5mm的放热板1(被覆面积174cm²/257cm²，被覆率67.5％)条件，在搭载前后，翘曲量在长边方向减少约150μm，在短边方向减少约6μm。

应予说明，在调整平面度时，可以进行加热压制和机械加工这两者。

放热板的制造工序也可以包含以上没有叙述的其它工序。

作为一个例子，放热板的制造工序可以包含设置螺纹固定用孔的工序。具体而言，可以通过机械加工等来设置用于接合其它放热部件的螺纹固定用孔。

设置螺纹固定用孔的工序可以在任意阶段进行，特别是在放热板的平面度的调整中实施机械加工的情况下，优选在其之前进行。由此也可以将所设置的孔用于在转盘的固定等。

作为另一个例子，放热板的制造工序可以包含对放热板的单面或两面进行适当研磨的工序。由此，例如，可以调整放热板表面的算术平均粗糙度Ra。

作为又一个例子，放热板的制造工序可以包含在放热板的最表面设置镀层的工序。设置镀层的意义等如上所述。

(3)接合：

例如，(i)首先，将添加助焊剂而制成糊状的焊锡糊涂布于如上所述调整平面度等后的放热板的表面，(ii)在其涂布后的焊锡糊上载置电子元件(例如陶瓷电路基板)，(iii)然后，进行回流焊使焊锡熔化，由此可以得到搭载元件的基板。

典型而言，通过该接合而使放热板的一个面(图1中的主面3B)的平面度略有变化，其平面度为50～600μm。

应予说明，如上所述，例如通过调整接合前的放热板的主面的平面度、所使用的焊锡的种类、厚度、对放热板进行俯视观察时电子元件所占的面积等，从而在最终的搭载元件的基板中容易得到优选的平面度。

电子元件(陶瓷电路基板)的构成要素、材料、制造方法等如上所述。因此，省略再次的说明。

可优选作为焊锡使用的材料如上所述。因此，省略再次的说明。

上述回流焊的条件没有特别限定，只要根据焊锡的熔化温度等而适当地设定即可，典型而言，在250～350℃时可以为5～30分钟左右。通过使温度不过高/时间不过长来抑制平面度的意想不到的变化等。

以上，对本发明的实施方式进行了描述，但这些为本发明的例示，可以采用上述以外的各种构成。另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等包含于本发明。

实施例

基于实施例和比较例对本发明的实施方式进行详细说明。应予说明，本发明不限定于实施例。

1.放热板的制造

(碳化硅质多孔体的形成)

首先，将以下的碳化硅粉末A、碳化硅粉末B和硅溶胶用搅拌混合机混合30分钟，得到混合物。

·碳化硅粉末A(Pacific Random Co.,Ltd.制：NG－150，平均粒径：100μm)300g

·碳化硅粉末B(屋久岛电工株式会社制：GC－1000F，平均粒径：10μm)150g

·硅溶胶(日产化学工业株式会社制：SNOWTEX)30g

将得到的混合物投入到模具中，以压力10MPa进行冲压成型。由此，得到尺寸185mm×135mm×5.5mm的平板状的成型体。将得到的成型体在大气中以温度900℃煅烧2小时，得到相对密度(堆积密度)为65体积％的碳化硅质多孔体。

将该碳化硅质多孔体的、成为完成后的放热部件的主面2B的面用平面研削盘进行加工。然后，将成为主面2A的面用R＝11m的转盘以凸模的弯曲形状进行机械加工。此时，调整成碳化硅质多孔体的中央的厚度为4.8mm。

应予说明，制成30片用于以下工序的同样的碳化硅质多孔体。

(金属的含浸)

在机械加工后的碳化硅质多孔体的主面2A侧配置氧化铝纤维(田中制纸工业株式会社制，纯度97％，片状形态)，将两面用包覆有碳的尺寸210mm×160mm×0.8mm的不锈钢板夹持，层叠30片。

接下来，在两侧配置厚度6mm的铁板，用6个M10的螺栓连接，以面方向的拧紧扭矩为3Nm的方式用扭矩扳手拧紧，制成一个块状体。

然后，将成为一个整体的块状体用电炉预热到620℃，进而之后收纳到预热后的内径400mmφ的压制模具内。向该压制模具中注入含有12质量％的硅、1.0质量％的镁的铝合金的熔液，继而以100MPa的压力加压20分钟。由此，使铝合金含浸于碳化硅质多孔体。

含浸结束后，冷却至25℃，然后，用湿式带锯沿着脱模板的形状而切断，剥离夹持的不锈钢板。进而之后以500℃的温度进行3小时退火处理用来除去含浸时的应变。

由此，得到铝－碳化硅质复合体。

(含浸后的处理)

将得到的铝－碳化硅质复合体的外周用NC转盘进行加工，使纵横的大小为190mm×140mm。然后，在缘周部的8个位置加工直径7mm的贯通孔，在4个位置加工φ10－4mm的皿孔。

另外，对铝－碳化硅质复合体的与主面2A对应的一侧以车削中心为R＝11m的方式进行机械加工。机械加工后，使用马弗炉以500℃的温度进行4小时的退火处理。由此进行加工应变的除去。

进而，将铝－碳化硅质复合体以压力0.4MPa、传输速度1.0m/min的条件用氧化铝磨粒进行喷砂处理而清洁化，然后，进行无电解Ni―P和Ni－B镀覆。由此在复合体表面形成8μm厚(Ni－P：6μm，Ni－B：2μm)的镀层。

由此，得到放热板(放热部件)。

2.电子元件的准备

陶瓷板的材质、线膨胀率、铜层的材质、整体的大小和厚度如下。

可以为氮化硅、氮化铝等氮化物系陶瓷、氧化铝、氧化锆等氧化物系陶瓷、碳化硅等碳化物系陶瓷、硼化镧等硼化物系陶瓷等。其中，从绝缘性、与金属层13的接合性强、机械强度等观点考虑，优选氮化铝、氮化硅和氧化铝。

·热膨胀系数：氮化硅3ppm/K，氮化铝4.6ppm/K(室温25℃～400℃)

·铜材的材质：铜、铜合金、铝和铝合金

·金属板厚度：0.15～0.8mm

·陶瓷基板尺寸：50mm×58mm

·陶瓷基板厚度：0.32mm～1.00mm

3.放热板与电子元件的焊接

放热板与电子元件的焊接中使用的焊锡的组成、焊接的条件、厚度、基于基板的被覆面积如下。

·焊锡组成：铅/锡共晶焊锡(锡63％)

·焊接温度：250℃

·助焊剂：有

·涂布厚度：0.2mm

·将6片50mm×58mm的陶瓷基板搭载至基于基板的被覆面积为187.5mm×137.5mm的放热板。(被覆面积174cm²/257cm²，被覆率67.5％)

4.平面度的测定

(f的测定)

对于搭载有电子元件11的放热板1，将未搭载电子元件11的一侧的主面3B使用KEYENCE公司制的装置VR－3000进行平面度测定，得到平面度f。此时，由于主面3B未落入装置观测视野，因此以使对主面3B进行俯视观察时的中心(几何重心)与测定装置的观测视野的中心一致的方式测定190mm×100mm的范围。

表1中示出测定9片实施例(实施例1～9)的放热板1所得的结果。平面度f平均为363.7μm，最大值480μm，最小值246μm，标准偏差77.3。

(h₁和h₂的测定)

使用激光三维形状测量仪，获取与主面3B的形状相关的数据，对该数据进行解析，由此求出h₁和h₂。另外，针对电子元件11的搭载前后求出h₁和h₂，确认在搭载前后产生了何种程度的变化。

装置：激光三维形状测量仪(以下4个装置成为一体的仪器)

XYθ工作台单元：K2－300(神津精机株式会社制)

高精度激光位移计：LK－G500(株式会社KEYENCE制)

马达控制器：SC－200K(神津精机株式会社制)

AD转换器：DL－100(神津精机株式会社制)

表1中对作为实施例(实施例1～9)的9片放热板1示出(h₁/a)/(h₂/b)。实施例1～9中，(h₁/a)/(h₂/b)最小为1.27，最大为1.78，包含于实施方式中示出的1～1.9的范围。

另外，表2中对作为实施例(实施例10～12)的3片放热板1示出电子元件11的搭载前后的翘曲量的变化。这些实施例中，翘曲量在长边方向减少约150μm，在短边方向减少约6μm。通过预先估计其变化来调整平面度，能够实现所期望的密合性和散热性。

5.算术平均粗糙度Ra(表面粗糙度Ra)的测定

对于实施例(129片)的放热板1，利用Mitutoyo制的测定装置SURFTEST SJ－310，依据ISO4287－1997对主面3A的未搭载电子元件11的部分(主面3A露出的部分)的表面粗糙度Ra进行测定。

对实施例的放热板1进行测定的结果如下：表面粗糙度Ra平均为1.02μm，最大值1.52，最小值0.84，标准偏差0.11。

6.性能评价

应予说明，将表1中示出的实施例1～9的放热板1用螺丝接合于散热片，对放热板1与散热片的密合性、散热性等进行评价，结果，密合性和散热性良好。

即，表明：通过使用实施例1～9的放热板1，能够制造散热性良好的功率模块，且也能够实现这样的功率模块制造时的成品率改善等。

应予说明，平面度为700μm且其它与实施例1等同的情况(比较例)，在用螺钉固定于Cu板、Al板时会变为M字形状，在与Cu板、Al板之间产生间隙。另外，基板搭载后，制造功率模块时，覆盖上部的壳体无法嵌入。

表1

	f	h1	h1/a	h2	h2/b	(h1/a)/(h2/b)
							实施例1	286	172	0.000917	84	0.000611	1.502
实施例2	294	165	0.000880	95	0.000691	1.274
							实施例3	246	144	0.000768	78	0.000567	1.354
实施例4	326	202	0.001077	107	0.000778	1.384
							实施例5	480	217	0.001157	118	0.000858	1.349
实施例6	417	210	0.001120	109	0.000793	1.413
							实施例7	403	257	0.001371	114	0.000829	1.653
实施例8	415	285	0.001520	119	0.000865	1.756
							实施例9	397	275	0.001467	136	0.000989	1.483

a 187.5mm

b 137.5mm

表2

该申请要求以2020年3月31日申请的日本申请特愿2020-063126号为基础的优先权，并将其公开的全部内容并入于此。

符号说明

1 放热板

2 复合体(含有铝或镁的金属-碳化硅复合体)

3 金属层(含有铝或镁的金属层)

3A 主面(搭载电子元件11的一侧的面)

3B 主面(主面3A的另一个面)

5 贯通孔

11 电子元件

12 陶瓷板

13 金属层

100 压制凸模

110 压制凹模

Claims (7)

1.一种搭载元件的基板，具备：

在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板，以及

搭载于所述放热板的一个面的一侧的包含陶瓷板的电子元件；

所述放热板的另一个面的平面度为600μm以下。

2.根据权利要求1所述的搭载元件的基板，其中，

所述放热板实质上为矩形，

将所述矩形的长边的长度设为a，将短边的长度设为b，

将连接所述另一个面的2个短边的各中点之间的直线设为l₁，将连接所述另一个面的2个长边的各中点之间的直线设为l₂，

将在包含l₁且与所述另一个面大致垂直的截面中对该放热板进行截面观察时的所述另一个面所形成的曲线上的点与l₁的最大距离设为h₁，

将在包含l₂且与所述另一个面大致垂直的截面中对该放热板进行截面观察时的所述另一个面所形成的曲线上的点与l₂的最大距离设为h₂，

此时，h₁/a＞h₂/b。

3.根据权利要求2所述的搭载元件的基板，其中，(h₁/a)/(h₂/b)为1.0～1.9。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的搭载元件的基板，其中，将所述放热板的室温～400℃间的热膨胀系数设为α₁，将所述陶瓷板的室温～400℃间的热膨胀系数设为α₂时，α₁与α₂之差为5.0ppm K^－1以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的搭载元件的基板，其中，所述放热板的所述一个面的未搭载所述电子元件的部分的算术平均粗糙度Ra为0.2～2.0μm。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的搭载元件的基板，其中，将所述放热板的所述一个面的一侧作为上表面对该搭载元件的基板进行俯视观察时，所述放热板的面积的10～80％由所述电子元件覆盖。

7.一种搭载元件的基板的制造方法，是权利要求1～6中任一项所述的搭载元件的基板的制造方法，包含：

准备工序，准备在含有铝或镁的平板状的金属－碳化硅复合体的表面和背面形成有含有铝或镁的金属层的放热板；

平面度调整工序，调整所述放热板的至少单面的平面度；以及

搭载工序，在所述放热板的与所述单面相反的一侧的面搭载包含陶瓷板的电子元件。

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