JP2008311295A - パワーモジュール用基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属母材を打ち抜いて、外縁部に沿って外縁端に向かうにしたがって反り上がる反上部24、25を有する金属層12A及び回路層13Aそれぞれを形成する打抜工程と、セラミックス基板11の表面における金属層12A及び回路層13Aが配置される配置予定部11c、11dの外周縁に沿って配置予定部11c、11dそれぞれを囲む溝部11a、11bを形成する溝形成工程と、反上部24、25の先端を溝部11a、11b内に収容し、セラミックス基板11において溝部11aで囲まれる領域と金属層12Aとをロウ付けすると共に溝部11bで囲まれる領域と回路層13Aとをロウ付け接合する接合工程とを備える。
【選択図】図3
Description
ここで、パワーモジュール用基板は、回路層や金属層が純アルミニウムやアルミニウム合金などで形成された板状の金属母材を打ち抜くことによって形成されており、回路層や金属層をセラミックス基板の表面にロウ付けまたはハンダ付けして接合することで製造されている。
そして、溝部内に反上部の先端を収容するため、金属部材において反上部で囲まれる領域とセラミックス基板との接触面積を確保でき、金属部材とセラミックス基板との十分な接合性を確保できる。また、金属部材の反上部が溝部により位置決めされるため、金属部材をセラミックス基板に対して位置精度よく接合できる。
この発明によれば、金属部材のうちロウ付けによりセラミックス基板に接合されていない金属部材の反上部を除去することで、金属部材とセラミックス基板との接合強度を十分に確保できる。
本実施形態におけるパワーモジュール用基板1は、図1に示すように、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の下面に配置された金属層(金属部材)12と、セラミックス基板11の上面に配置された複数の回路層(金属部材)13とを備えている。
セラミックス基板11は、例えばAlNやAl2O3、Si3N4、SiCなどの板状のセラミックス材料によって構成されている。ここで、セラミックス基板11は、その厚さが例えば0.635mmとなっている。
また、セラミックス基板11の下面には、金属層12が配置される領域の外周を囲むように溝部11aが形成されている。同様に、セラミックス基板11の上面には、回路層13が配置される領域の外周を囲むように溝部11bが形成されている。ここで、溝部11a、11bは、その深さが例えば10μm以上20μm以下となっている。
また、回路層13の上面には、電子部品16がハンダ層17によって固着される。ここで、電子部品16としては、例えば半導体チップが適用可能であり、半導体チップとしてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワーデバイスが挙げられる。
まず、板状の金属母材21を打ち抜いて、図2(b)に示す金属層12A及び回路層13Aを形成する(打抜工程)。ここでは、凸型22及び凹型23が、図2(a)に示すように、金属母材21を挟持して剪断する。なお、凸型22及び凹型23によるプレス圧は、例えば200kgf以上300kgf(1961.33N以上2941.99N以下)となっている。
これにより、金属層12A及び回路層13Aを金属母材21から打ち抜く。このとき、金属層12Aの外縁部には、図2(b)に示すように、いわゆるバリであって外縁端に向かうにしたがって反り上がる反上部24が形成される。この反上部24の金属層12Aの中央部に対する突出量であって金属層12Aの外縁部におけるバリの高さは、例えば20μm以上50μm以下となっている。
同様に、回路層13Aの外縁部には、いわゆるバリである反上部25が形成される。この反上部25の突出量は、例えば20μm以上50μm以下となっている。
このとき、金属層12Aは、反上部24の先端を溝部11a内に収容するように配置される。これにより、金属層12Aがセラミックス基板11に対して位置決めされる。また、金属層12Aにおいて反上部24で囲まれる内側領域とセラミックス基板11との間には、ロウ材箔26が配置されている。
このロウ材箔26は、その厚さが例えば10μm以上20μm以下となっている。そして、ロウ材箔26は、揮発性有機溶剤によりセラミックス基板11に貼り付けられている。ここで、この揮発性有機溶剤の粘度は、1×10−3Pa・s以上であることが好ましく、20×10−3Pa・s以上1500×10−3Pa・s以下であることがより好ましい。また、揮発性有機溶剤の表面張力は、80×10−3N/m以下であることが好ましく、20×10−3N/m以上60×10−3N/m以下であることがより好ましい。また、揮発性有機溶剤の揮発温度は、ロウ材箔26の融点温度以下であって、具体的には400℃以下であることが好ましく、300℃以下であることがより好ましい。なお、揮発性有機溶剤としては、例えば2〜3価の多価アルコールやオクタンジオールなどが挙げられる。
このとき、金属層12Aの反上部24の先端をセラミックス基板11に形成された溝部11a内に収容することで、溶融したロウ材が金属層12Aの側面を介して金属層12Aの外面に回り込みにくくなる。同様に、回路層13Aの反上部25の先端を溝部11b内に収容することで、溶融したロウ材が回路層13Aの外面に回り込みにくくなる。
なお、揮発性有機溶剤は、ロウ材箔26、27の溶融温度以下の温度で揮発するため、積層体の加熱時に揮発して除去される。
レジスト層28、29は、例えば感光性樹脂材料で構成されており、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされている。そして、レジスト層28は、金属層12Aの外面における反上部24を除く領域を被覆している。同様に、レジスト層29は、回路層13Aの外面における反上部25を除く領域を被覆している。
以上のようにして、図1に示すようなパワーモジュール用基板1を製造する。
冷却器31は、水冷式のヒートシンクであって、内部に冷媒である冷却水が流通する流路が形成されている。
放熱板32は、平面視でほぼ矩形状の平板形状を有しており、例えばAlやCu、AlSiC(アルミシリコンカーバイド)、Cu−Mo(モリブデン)などで形成されている。そして、放熱板32は、熱伝導グリースなどを介して冷却器31に対してネジ33により固定されている。また、放熱板32とパワーモジュール用基板1の金属層12とは、ハンダ層34により接合されている。なお、放熱板32と金属層12とは、ロウ付けにより接合されてもよい。このとき、パワーモジュール用基板1の製造時において、金属層12、セラミックス基板11及び回路層13の積層体に放熱板32をさらに積層した状態で各部材を一括してロウ付けしてもよい。また、パワーモジュール30は、放熱板32を設けずに冷却器31の上面にパワーモジュール用基板1を設ける構成としてもよい。
また、溝部11a、11b内に反上部24、25の先端を収容することで、金属層12A及び回路層13Aとセラミックス基板11との接合強度が向上すると共に、金属層12A及び回路層13Aをセラミックス基板11に対して位置精度よく接合できる。
例えば、除去工程において金属層及び回路層のそれぞれの反上部を除去しているが、金属層や回路層とセラミックス基板との間で十分な接合性が得られれば、除去工程を行わなくてもよい。
また、接合工程では、ロウ材箔を用いて金属層や回路層とセラミックス基板とを接合しているが、ペースト状のロウ材を用いて接合してもよい。
そして、接合工程では、複数の回路層を適宜間隔をあけて配置することにより回路を形成しているが、接合工程の後に回路層をエッチングして適宜分断することによって回路を形成してもよい。ここで、除去工程において回路層をエッチングして適宜分断してもよい。
そして、水冷式の冷却器としているが、空冷式の冷却器であってもよい。
11c,11d 配置予定部、12,12A 金属層(金属部材)
13,13A 回路層(金属部材)、21 金属母材、24,25 反上部
Claims (2)
- セラミックス基板の表面に板状の金属部材がロウ付け接合されたパワーモジュール用基板の製造方法において、
金属母材を打ち抜き、外縁部に外縁端に向かうにしたがって反り上がる反上部を有する金属部材を形成する打抜工程と、
前記セラミックス基板の表面における前記金属部材が配置される配置予定部の外周縁に沿って該配置予定部を囲む溝部を形成する溝形成工程と、
前記反上部の先端を前記溝部内に収容し、前記セラミックス基板において前記溝部で囲まれる領域と前記金属部材とをロウ付け接合する接合工程とを備え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。 - 前記接合工程の後、前記反上部を除去する除去工程を備えることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。
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