JP2008117833A - パワーモジュール用基板及びパワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス板11の一方の面11Aに回路層12が接合され、他方の面11Bに金属層13が接合されており、回路層12の表面に半導体チップ15がはんだ接合されるとともに金属層13の表面にヒートシンク17がろう付けされるパワーモジュール用基板10であって、回路層12の表面粗さが、金属層13の表面粗さよりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
一方、ろう付けを行う金属層表面においては、ろう材の拡がりが促進され、金属層表面にヒートシンクを強固に接合することができる。
この場合、回路層の表面粗さが算術平均粗さRaで0.3μm以下とされているので、従来のブラスト処理を施した際の算術平均粗さ(Ra=0.5〜0.8μm)に比べて表面粗さが小さく、はんだボイドの発生を確実に抑制することができる。
さらに、金属層の表面粗さが算術平均粗さRaで0.5μm以上とされているので、ろう材の拡がりが確実に促進されてろう付けを確実に行うことができる。一方、金属層の表面粗さが算術平均粗さRaで1.5μm以下とされているので、金属層の厚さを必要以上に厚くする必要がない。
このパワーモジュール1は、セラミックス板11の一方の面11Aに回路層12がろう付けされるとともに他方の面11Bに金属層13がろう付け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14を介して接合された半導体チップ15と、金属層13の表面にろう材層16を介して接合されたヒートシンク17と、を備えている。
また、ヒートシンク17は、純Al、純Cu、Al合金、Cu合金で構成されている。また、はんだ層14は、例えばSn−Ag−Cu系若しくはZn−Al系のはんだ材とされている。さらに、ろう材層16は、例えばAl−Si系のろう材とされている。
まず、Al板を打ち抜いて回路層12及び金属層13を形成する。このうち抜きの際に、回路層12には配線パターンが形成されている。
次に、図2に示すように、セラミックス板11の一方の面11Aに回路層12をろう付けにて接合し、セラミックス板11の他方の面11Bに金属層13をろう付けにて接合する。ここで、セラミックス板11と回路層12及び金属層13とは、例えば厚さが2〜70μmのAl系のろう材箔を用いてろう付けされている。
次に、図4に示すように、前記金属層13の表面に付着したブラスト粒子を除去するとともに、前記回路層12の表面を平滑にするためにエッチング工程を実施する。このエッチング工程では、アルカリ処理、酸処理、脱水、乾燥を行う。
以上のようにして、回路層12表面の算術平均粗さがRa≦0.3μm、金属層13表面の算術平均粗さが0.5μm≦Ra≦1.5μmに調整されたパワーモジュール用基板10が製作される。
続いて、図6に示すように、ヒートシンク17が接合された状態で、メッキ浴の中に 浸漬してメッキ処理を実施する。ここで、無電解Ni−低Pメッキ又は電解Niメッキを行い、図7に示すように、回路層12の表面にNiメッキ層18を形成する。
以上のようにして、ヒートシンク17を備えたパワーモジュール1が製作される。
例えば、本実施形態では、Al板を打ち抜くことで配線パターンを有する回路層を形成したが、これに限定されることはなく、ブラスト処理後のエッチング工程の後に、回路層の表面にレジスト膜を形成して再度エッチング処理を行うことで配線パターンを形成してもよい。
をセラミック板にろう付けして、それぞれ金属層、回路層としてもよい。
さらに、ヒートシンク、セラミック板、回路層、金属層等は、実施形態の材質に限定されることはなく、他の材質で構成されていてもよい。
〔はんだボイドの評価〕
表面粗さ(算術平均粗さRa)を変化させたAl板を準備し、このAl板表面に無電解Ni−低Pメッキを実施して、厚さ約5μmのNiメッキ層を形成した。そして、XPS(X線光電子分光分析)を実施し、NiとNi(OH)2のピーク強度を測定して、ピーク強度の比Ni/Ni(OH)2(以下、Niピーク比と称す。)を算出した。なお、このNiピーク比が大きいほど、はんだボイドの発生が抑えられることが知られている。評価結果を表1に示す。
表面粗さ(算術平均粗さRa)を変化させたAl板を準備し、このAl板表面にAl系のろう材としてAl−Si系の厚さ12〜50μmのろう材を載置し、温度を約640℃に加熱した。その後、ろう材が拡がった面積を測定してろう材の拡がり率を算出した。なお、厚さ12μm.26μm,50μmの3種類のろう材について評価した。
ろう材の拡がり率が大きいほど、ろう材を隙間なく配置してろう付けできるため、ろう付け強度が向上することになる。評価結果を表2に示す。
11 セラミックス板
12 回路層
13 金属層
15 半導体チップ
17 ヒートシンク
Claims (4)
- セラミックス板の一方の面に回路層が接合され、他方の面に金属層が接合されており、前記回路層の表面に半導体チップがはんだ接合されるとともに前記金属層の表面にヒートシンクがろう付けされるパワーモジュール用基板であって、
前記回路層の表面粗さが、前記金属層の表面粗さよりも小さくなるように構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。 - 請求項1に記載のパワーモジュール用基板であって、
前記回路層の表面粗さが、算術平均粗さでRa≦0.3μmとされ、前記金属層の表面粗さが、算術平均粗さで0.5μm≦Ra≦1.5μmとされていることを特徴とするパワーモジュール用基板。 - 請求項1または請求項2に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記セラミックス板の前記一方の面に前記回路層をろう付けするとともに前記他方の面に前記金属層をろう付けする接合工程と、
前記金属層の表面に対してブラスト処理を行うブラスト工程と、
前記金属層の表面に付着したブラスト粒子を除去するとともに前記回路層の表面を平滑にするエッチング工程と、を備え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。 - 請求項1または請求項2に記載のパワーモジュール用基板を備えたパワーモジュールであって、
前記回路層の表面に半導体チップがはんだ接合され、前記金属層の表面にヒートシンクがろう付けされていることを特徴とするパワーモジュール。
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